JP2011122413A - 給水管の防錆および除錆方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
既設の集合住宅等の給水管の赤錆化の進行をとめ、既に付着した赤錆の除去を給水を止めることなく実施する技術を提供する。この技術は（ａ）明確な科学的根拠，（ｂ）安全，（ｃ）給水回路の変化なし，（ｄ）新たな動力を加えず，（ｅ）保守管理が容易等の条件を満足する。
【解決方法】
給水用の水路を形成する回路内に微生物汚染のない還元性食品添加剤を溶解した水溶液をウイルス除去膜を用いて作製された濾液を間欠的または連続的に注入する方法およびこれを実現するために（ａ）還元性食品添加剤を溶解した水溶液を無菌的に貯えるタンク部、（ｂ）タンク部に連続したウイルス除去膜モジュールと濾過制御部とを組み込んだ濾液作製回路（ｃ）微生物に対して閉空間で気体分子に対しては開空間となる密閉容器に（ａ）と（ｂ）とを納めた注入装置を受水槽に設置する。
【選択図】 図２

Description

本発明は飲料用および工業用給水設備に使用される給水管の保管管理に関する。より詳しくは本発明はビル、マンション、病院、工場等で集中化された給水設備で、給水管の除錆方法および装置を提供する。

マンション等では集中化された給水設備で、それぞれの消費場所に水を供給している。この場合の給水用の給水管は通常建物の内部に埋め込まれている。給水管は防錆のためこの内部はポリ塩化ビニール等の高分子で被覆されているかあるいはプラスチック管が利用されている。しかし給水管に接続する機器（例えば水道メータ）がある場合異種金属管が相互に接触する。異種金属が接触した個所を水に浸透すると赤錆を発生する現象が認められる。

マンションが建設されて１５年間以上経過すると給水管内に赤錆化が進行する。この赤錆の発生と堆積によって給水管の閉塞が起る。赤錆化の防止や赤錆の除去方法として従来より提案された方法は以下の通りである。（１）機械的あるいは化学的に給水管内部の錆を駆除し、その後プラスチックライニングを行う（２）防錆剤を水に混入（３）給水管内部または外部から給水管内の水に電磁力を負荷する方法がある。

機械的または化学的方法で給水管内部の赤錆を落とし、その後ポリ塩化ビニール等で管の内壁面をコーティング加工を行う方法は赤錆除去方法としてはほぼ完璧である。しかし加工する処理費用が高く、加工後には赤錆化が徐々に進行し、１０年後には再び赤錆除去が必要となる。しかもこの方法では一時的に給水をとめなくてはならない。

赤水防止法として重合リン酸塩素や重合ケイ酸塩素の防食剤を水中に投入する方法が採用されているが、飲料水中に提供的に投入し続けることは安全上および食感上問題がある。
そのため、薬剤処理としては簡欠的に実施され、残留薬剤や給水管のサニタリー性が要求されるが建設時にこのサニタリー性を考慮した給水管のみに適用できる。

給水管回路内部に殺菌用次亜塩素の電解による発生装置を内臓している場合には、この発生装置を内蔵したステンレス製貯水槽内での防食を行う装置上の工夫が提案されている（特許文献１）。この方法では給水管内部の赤錆化を防ぐことはむつかしい。むしろ該発生装置の存在自体が給水管内赤錆化を加速している可能性もある。

給水回路内に電解槽を設け、この電解槽の炭素電極に被処理剤を接触させることにより投入される防食剤や減菌剤の投入量を減少させる方法が提案されている。（特許文献２）この方法では給水回路内に電解槽を設置することが必要であるばかりでなく水中に溶解している塩による水の電気分解が起り水中への溶解酸素量が増加する恐れもある。溶解酸素量の増加は給水管の赤錆化を加速する。

給水回路の一部である受水槽に浄化システムを設け、この浄化システムと受水槽
その間で循環路を設けて水のＰＨ上昇と酸化還元電位の低下を許ることによる赤錆化を防止する方法が提案されている（引用文献３）。この方法は給水回路に薬剤を投入することなく濾過により赤錆化を防止できる可能性を持つ。ただしフィルターの目詰りと濾過に必要な動力の供給を必要とするため維持管理の費用が新たに発生する。しかも給水回路として複雑化し、濾過部でのサニタリー性が失われる可能性と濾液側での微生物汚染の可能性も生じる。濾過の際セラミックフィルターを用いる際のフィルターの完全性についての保証をいかに実証するかについての問題点もある。

給水管の外側または内部より水へ電磁力を作用して赤錆化の防止を計る方法が実用化しつつある。この方法の原理は赤錆を黒錆化するのに磁力が寄与するという作業仮説にもとずく。しかしながらこの作業仮説の実証は達成されていない。この方法には再現性、作用の予測性という科学的実証が不十分であり、技術として確立は方法ではない

特開２００７−１６７７２９ 特開平８−１６４３９０ 特開平１０−３１７４３３

本発明ではマンション等で既設の給水管の赤錆化の進行をとめ、すでに付着した赤錆の除去を給水を止めることなく実施する技術を提供する。この技術は（ａ）科学的根拠が明際であり（ｂ）安全性も確保され、（ｃ）給水回路を複雑化することなく（ｄ）新たに動力エネルギーを加えず、（ｅ）添加薬剤あるいは新たに導入された機器、設備からの微生物汚染が起らない（ｆ）汎用性と安価な設備装置と保守管理の諸条件を同時に満足する。

マンション等の受水槽の場合のように受水槽の有効容量が１０立方メートルを越えてその水源が市町村から供給される水のみの給水施設は簡易専用水道といわれる。簡易専用水道に供給される水道には一定濃度の遊離塩素が添加されこの遊離塩素は赤錆化の原因ともなっている。赤錆化の原因として溶存酸素による酸化作用と給水回路内での異種金属の接触にある。給水回路内の異種金属の接触個所を皆無にすることは大規模な改修工事を必要とし、赤水対策として現実的ではない。

本発明では既設の給水管や受水槽をそのまま利用しつつ、安全でかつ根本的な赤錆防止策を示す。本発明の第１の特徴は、水道法で定められる給水栓口以降より水の消費部への送水用の水路を形成する回路内の水に間欠的または連続的に濾液を入れる点にある。回路内に濾液を注入することにより回路内の水の性質を還元的に変化させることができ、また回路内の気相部分と液相部分での遊離塩素濃度を独立に変化させることも可能となる。注入すべき回路の個所としては受水槽が適する。

回路内に注入する濾液は特定された組成と特定された条件下で濾過された液であることが本発明の第２の特徴である。該濾液は還元性を持つ食品添加剤を無菌状態の水に分子状に溶解されて作製した水溶液をウイルス除去膜を用いて膜間差圧が０．５気圧以下で濾過して作製される。

還元性を持つ食品添加物としてはＬ−アスコルピン酸あるいはＬ−アスコルビン酸ナトリウムが最適である。これらの添加物により水溶液中に溶存した酸素を除去することが出来る。そのため該添加物を入れた水は還元性を示し、赤錆化を防止し、赤錆の減少に寄与する。還元性食品添加物濃度は０．１ｐｐｍ〜１０ｐｐｍの範囲である。０．１ｐｐｍ以下では還元作用は供給される水道水中の溶存酸素を還元するには不十分であり一方、１０ｐｐｍを越える濃度では還元性の水としての作用が強くなりすぎる。還元性の水としての作用が強すぎると供給水回路の気相部の遊離塩素の作用が弱まり受水槽や高架水槽の気相部にカビ等の発生が起ることがある。

水中に溶解した還元性食品添加剤の濾過にはウイルス除去膜を用いる。ここでウイルス除去膜とは水中のすべてのウイルスに対して対数除去性能が４以上の膜である。例えば再生セルロース製の多層構造膜で平均孔径２０ｎｍ膜厚７０μｍ、の（株）セパシグマ製のＳＥＰＡΣ２０膜がその例である。ウイルス除去膜を用いた濾過により還元性食品添加剤水溶液からの微生物汚染を防止できる。ウイルス除去膜を用いた濾過の際には膜間差圧を０．５気圧以下になるようにウイルス除去膜を装着した膜モジュールの有効濾過面積と食品添加剤の濃度と濾液の注入速度を制御する流速制御部の流速制御を行う。膜間差圧を０．１気圧以下にすると水柱ヘッド差のみの駆動力で濾過が実施できるのみでなくウイルス除去性能が高い状態が継続できる。

還元性食品添加剤を無菌的に溶解して無菌的に貯えるタンク部を設けることによって定期的に食品添加剤が補給される。タンク部の上部の空気部には乾燥状態にあるウイルス除去膜モジュールが連結している。この膜モジュールにより空気の無菌的および無ウイルス的取入れが可能となる。ウイルス除去膜モジュールは通気部として乾燥状態で利用される。タンク部内の液部は濾過用のウイルス除去膜モジュールに連結している。濾過用のウイルス除去膜モジュールは目詰りによる濾過速度の低下を防ぐために複数のモジュールを並列的に連結している。

濾過用のウイルス除去膜モジュールの濾過速度は流速制御部を別途連結させる。流速制御は水柱ヘッド差と流路抵抗を変化させる方法との組み合わせで行わせる。この制御部は濾過用のウイルス除去膜モジュールと送水用の水路を形成する回路内に注入する注入口との間に設置される。

タンク部、ウイルス除去膜モジュール、および流速制御部、さらに該制御部と送水用の水路を形成する回路内に注入する注入口とを連結させるチューブ部とが微生物に対しては閉空間で空気や水分などの気体分子に対しては開放空間を作る密閉容器内に納められる。密閉容器の開閉部は鍵によって閉じられている。

本発明によって既設の施設を利用しつつ給水回路の赤錆化を防止できる給水を続けながら給水回路の赤錆化を防止する。同時に安全性を確保し、新たに動力エネルギーを加えずに安価な保管管理が可能である。この方法は工業的な給水施設にも利用可能である。

第１図に本発明装置３を受水槽２に装着した際の模式図を示す。受水槽内には常に一定量Ｗの水道水が満たされてる。水道水は給水口１よりポンプで供給される。受水槽中の鉄イオン濃度は通常水道水基準より高く１〜２ｐｐｍであり、この鉄イオンが赤錆発生源となる。水に溶解している酸素濃度が高くなると鉄イオンは３価の鉄イオンとなり水への溶解度が減少し、赤錆を発生させる。本発明の注入装置３よりチューブ５を通して受水槽内の水に還元性食品添加剤が注入される。チューブ５は受水槽２の通気口４または受水槽２の外部への連絡孔を通して受水槽に入る。チューブ５の先端部は受水槽２内の水のレベル（中Ｗ）より下部に設置される。受水槽２の気相部にはわずかに遊離の塩素系ガスが存在する。

注入装置３はステンレスの箱状をなくし、ふた部には施錠されている。注入装置３の内部には容量約５ℓの薬液タンク部７、ウイルス除去フィルターモジュール８が複数台設置されている。薬液タンク部７とウイルス除去フィルターモジュールとは並列的にチューブ１０で連結されている。ウイルス除去フィルターモジュール８には原液の出入口部が２個所でその一口がチューブ１０に連結され、他の一口は回路の空気が除去された状態でとじられている。濾液の出口部は並列にチューブ１３で連結し制御部９で全体の濾過速度と注入速度が制御される。

薬液タンク部７には還元性食品添加剤が１〜２０重量濃度で無菌的に調整された水溶液が充填されている。充填量はほぼ１ヶ月分の使用量である。薬液タンク部７の気相部にはシリンジ型ウイルス除去フィルター１１が装填されている。シリンジ型ウイルス除去フィルター１１，１２には平均孔径２０ｎｍの再生セルロース製の平膜の多層構造膜が乾燥状態で用いられている。シリンジ型ウイルス除去フィルター１１，１２により薬用タンク部は完全に無菌、無ウイルス状態に保たれる。

本発明の特徴の一つであるウイルス除去フィルターモジュールの有効濾過面積は薬液の注入速度によって定められている。ただし該モジュールのろ過速度が律速にならないように十分余裕を持って設計される。例えば総戸数１００戸のマンションであれば０．００１平方メートル〜０．０２平方メートルである。該モジュールに装填されているウイルス除去膜によって除去可能なウイルス〔実施例１〕数は１０^１６個以上である。ウイルス除去フィルターモジュール８は１年間に１回膜を張り替えることによって維続的に濾過が行われる程度まで、薬液をあらかじめ精製しておく。

槽戸数１３６戸の福岡県芦屋町のマンション（築後１７年）の給水用の受水槽の上部に下記の装置（第１図の注入装置３）を設置した。装置３の全体的な形は第１図の装置と同じである。
除錆および防錆装置の仕様：
薬液タンク部（１台）；容量６ℓ，ステンレス製、ふた部に乾燥状態のシリンジフィルター（有効膜面積２ｃｍ^２）を装着、シリンジフィルターには平均孔径２０ｎｍのウイルス除去用再生セルロース膜を装着
濾過型ウイルス除去フィルターモジュール；有効濾過面積０．００２２ｃｍ^２、平均孔径２０ｎｍの２段多層構造を持つ再生セルロース膜（膜厚１４０μｍ）を装着、ハウジング部はポリカボネート製、３台のモジュールを並列的に結合、結合部材はシリコンチューブ
流速制御用コック（１台）；スクリュウを回転させることにより水の流路の断面積を０〜０．５ｃｍ^２にわたって変化させた。
容閉容器；縦５０ｃｍ，横４０ｃｍ，高さ６０ｃｍのステンレス製の箱型、開閉用扉が一ヶ所あり、この扉によって薬液タンクの入れ替えを行う。開閉扉は施鍵可能で、上部には乾燥状態のウイルス除去用シリンジフィルターを装着した。

薬液タンク部にＬ−アスコルビン酸ナトリウム２００ｇを水道水を逆浸透膜で濾過した水５ℓに溶解させ４重量％の水溶液を作製した。あらかじめ滅菌したタンク内に該水溶液をウイルス除去膜で濾過しつつ充填した。フィルターモジュール部に該水溶液を満たした。この際、フィルターモジュール部の空気を除去するためにモジュールの原液側の上部のキャップをはずし、空気が出た時点でキャップを付けた。流速別御部のコックで注入速度を０．１１６ｍｌ／分に調整した。受水槽内の平均のＬアスコルビン酸ナトリウムの濃度は０．４ｐｐｍであった。

水道水と水道水中に０．４ｐｐｍの濃度のＬ−アスコルビン酸ナトリウムを添加した液のそれぞれに鉄製の針を浴比１対１００で密封状態で滲漬した。温度２５℃で２日間の錆の発生状況を観察した。その結果、水道水中での釘は赤錆が発生していたのに対して、Ｌ−アスコルビン酸ナトリウムを添加した液中では赤錆の発生はかすかであり、赤錆の発生速度の減少が認められた。この減少度はＬ−アスコルビン酸ナトリウムの濃度が高いほど大きく、該濃度が１００ｐｐｍを越えると赤錆は発生しない。該濃度が１ｐｐｍを越えると、赤錆の発生速度は顕著に減少し、水道水が流動状態にあるとL−アスコルビン酸ナトリウムの防錆効果は顕著であった。水道水中の遊離塩素濃度が低い場合にはＬ−アスコルピン酸ナトリウムの効果は０．１ｐｐｍでも現われた。

給水設備のある集合住宅等では築後１０年を経過すると給水管の赤錆化が進行し、その対策に多大な費用を必要とするが、本発明により赤錆化の防止と赤錆の除去が可能となる。戸建の場合でも給水管の赤錆化の防止に本技術は利用可能である。食品工業用の給水管の保守管理法として本発明は利用可能である。病院、オフィスビル、ホテルなどの集中化された給水装置での保守管理にも利用される。

受水槽の上部に設置された本発明注入装置 本発明注入装置の詳細図

１：水道水の導入口
２：受水槽
３：本発明注入装置
４：受水槽の通気口
５：本発明注入装置からの注液用パイプ
Ｗ：受水層内部での水面
６：本発明注入装置の外枠ステンレス
７：薬液タンク部
８：ウイルス除去フィルターモジュール
９：注入速度（濾過速度）制御部
１０：ウイルス除去フィルターモジュールの原液側入口と薬液タンク部出口とを連結するチューブ
１１：薬液タンク部の気相部に連結した乾燥ウイルス除去フィルター（シリンジ型）
１２：空閉容器に連結した乾燥ウイルス除去フィルター（シリンジ型）
１３：ウイルス除去フィルターモジュール８の濾過側出口を連結した濾過回路

Claims (3)

1. 水の供給源（給水栓口）より水の消費部への送水に際し、送水用の水路を形成する回路内の水に間欠的または連続的に下記方法で得られた濾液を注入あるいは滴下することを特徴とする給水管の防錆および除錆方法。
   濾液作製方法：還元性を持つ食品添加剤を無菌状態の水に分子状に溶解させて作製した水溶液をウイルス除去膜を用いて膜間差圧が０，５気圧以下で濾過する。
2. 請求項１の方法を具体化した装置として（１）還元性食品添加剤を溶解した水溶液を無菌的に貯えるタンク部（２）タンク部に連結したウイルス除去膜モジュール（３）濾過速度および注入速度を制御する流速制御部（４）タンク部、ウイルス除去膜モジュール，流速制御部および濾液の注入口を連結するチューブが微生物に対しては閉空間で空気や水分などの気体分子に対しては開放空間を作る密閉容器内に納められていることを特徴とする給水管の防錆および除錆装置
3. 請求項１，２において還元性食品添加剤としてＬ−アスコルビン酸あるいはＬ−アスコルビン酸ナトリウム，ウイルス除去膜として再生セルロース製多段多層構造膜、流速制御には水柱ヘッド差と流路抵抗を変化させる方法との組み合せで変化させる方法を採用し、還元性食品添加剤濃度を０．１ｐｐｍ〜１０ｐｐｍの範囲で制御し、密閉容器にはウイルス除去膜を装着した乾燥状態にある濾過型モジュールを通気部としたことを特徴とする防錆および除錆方法と装置。

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