JP2017012962A - 軟水化システム - Google Patents

Abstract

【課題】陽イオン交換樹脂から溶出する有機物の含有量を低減するとともに雑菌の繁殖を抑制し、コストを抑えることができる軟水化システムを提供する。【解決手段】軟水化システムは、陽イオン交換樹脂、および活性炭を有する軟水器１１と、銀又は銀化合物が担持された活性炭である銀添着活性炭層２１および中空糸膜２２を有し、軟水器１１の下流側に設けられた浄水器１２と、を備える。軟水器１１において、陽イオン交換樹脂および活性炭は粒状であって、混合された状態で充填されている。【選択図】図１

Description

本発明は、原水中の硬度成分の含有量を低減することにより原水を軟水化する軟水化システムに関する。

水の味を左右する大きな要因に、水の硬度がある。水の硬度は、単位体積あたりのカルシウムおよびマグネシウムの含有量によって定められる。均一な水の味に対して需要があるが、水道水の硬度は地域によって異なることから、地域によらず所定範囲内の硬度の水を供給するシステムが求められている。

水の硬度成分の含有量を低減するために、軟水器が用いられている。軟水器は、陽イオンであるカルシウムおよびマグネシウムをイオン交換によって捕捉する陽イオン交換樹脂を備えている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１００６３３号公報

ところで、軟水器内に水が長時間滞留したときには、陽イオン交換樹脂の組成物の溶出によって有機物の含有量が多くなる。単位体積あたりの全有機体炭素（ＴＯＣ：Total Organic Carbon）の含有量は、一定の値以下に抑える必要がある。

ＴＯＣ含有量を低減する方法として、陽イオン交換樹脂の下流側に活性炭を設けることが考えられる。活性炭は、微細な細孔を有し、細孔内に有機物を捕捉するとともに、水に含まれる塩素などの残留塩素を分解することが知られており、浄水器には広く用いられている。

一方、軟水器内に活性炭を収容すると、軟水器内に滞留した水の残留塩素の含有量が低減され、一般細菌や大腸菌などの雑菌が増殖するおそれがある。そのため、浄水器においては、雑菌の繁殖を抑制することができる銀又は銀化合物を活性炭に担持した銀添着活性炭を用いることがある。しかし、軟水器内で増加したＴＯＣを除去するために銀添着活性炭を軟水器内又は軟水器の下流に設ける場合には、銀又は銀化合物が担持されていない活性炭を設ける場合に比べて、コストが増加してしまう。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、陽イオン交換樹脂から溶出する有機物の含有量を低減するとともに雑菌の繁殖を抑制し、コストを抑えることができる軟水化システムを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する軟水化システムは、陽イオン交換樹脂、および活性炭を有する第１濾過部と、銀又は銀化合物が担持された活性炭である銀添着活性炭を有し、前記第１濾過部の下流に設けられた第２濾過部と、を備える。

上記構成によれば、第１濾過部の陽イオン交換樹脂によって濾過前の水である原水の硬度成分の含有量を低減して原水を軟水化するとともに、第１濾過部の活性炭によって陽イオン活性樹脂から溶出した有機物を捕捉することができる。また、第２濾過部の銀添着活性炭により、第１濾過部で除去しきれない有機物を取り除くことができる。さらに第１濾過部を通過することによって水の残留塩素の含有量が低減されるが、第２濾過部の銀添着活性炭に担持された銀又は銀化合物により雑菌の繁殖を抑制することができる。このように第１濾過部の活性炭が、銀又は銀化合物が担持されていない活性炭であるため、第１濾過部の活性炭を銀添着活性炭から構成する場合に比べ、コストを低減することができる。また、銀添着活性炭と陽イオン交換樹脂とを接触させると銀イオンが陽イオン交換樹脂に捕捉されることによって陽イオン交換樹脂のイオン交換能力が低下するが、第１濾過部の活性炭を銀又は銀化合物が担持されていない活性炭にすることによって、陽イオン交換樹脂のイオン交換能力の低下も抑制することができる。

上記軟水化システムについて、前記第１濾過部の前記陽イオン交換樹脂は粒状の陽イオン交換樹脂を含むとともに前記活性炭は粒状の活性炭を含み、前記粒状のイオン交換樹脂と前記粒状の活性炭とは混合されていることが好ましい。

上記構成によれば、粒状の陽イオン交換樹脂および粒状の活性炭は混合された状態で第１濾過部に備えられる。このため、第１濾過部に水が滞留している間も、粒状の陽イオン交換樹脂から溶出する有機物を、その粒子の近傍にある活性炭によって捕捉しやすくなる。

上記軟水化システムについて、前記第１濾過部は、１乃至複数の前記陽イオン交換樹脂の層と１乃至複数の前記活性炭の層とが交互に積層されてなることが好ましい。
上記構成によれば、陽イオン交換樹脂の層と活性炭の層とが積層されているので、陽イオン交換樹脂から溶出する有機物を取り除きやすい構成とすることができる。

上記軟水化システムについて、前記第２濾過部には、中空糸膜が前記銀添着活性炭よりも下流に設けられることが好ましい。
上記構成によれば、中空糸膜には、銀イオンを含む水が供給されるので、第２濾過部に水が長時間滞留するときも中空糸膜内で雑菌が増殖することを防ぐことができる。また、中空糸膜よりも下流に雑菌が流出せず、安全な水を供給することができる。

上記軟水化システムについて、前記第１濾過部の活性炭の細孔径の平均は、前記第２濾過部の銀添着活性炭の基材である活性炭の細孔径の平均と異なることが好ましい。
上記構成では、第１濾過部の活性炭および第２濾過部の銀添着活性炭の細孔径の平均が異なるので、それぞれが捕捉しやすい有機物も異なる。このため、陽イオン交換樹脂から異なる分子量の有機物が溶出される場合でも、多くの有機物を捕捉することができる。なお、細孔径の平均とは、細孔径の中央値、最頻値などである。

軟水化システムの一形態について、その概略構成を示す模式図。 軟水化システムの他の実施形態について、その概略構成を示す模式図。 軟水化システムの他の実施形態について、その概略構成を示す模式図。 軟水化システムの他の実施形態について、その概略構成を示す模式図。 軟水化システムの他の実施形態について、その概略構成を示す模式図。

以下、図１を参照して、軟水化システムを、原水を軟水化した飲用水を供給するシステムとして具体化した一実施形態を説明する。
軟水化システムは、第１濾過部である軟水器１１と、第２濾過部である浄水器１２とを備える。軟水器１１の第１ポート１３には、原水が供給される第１管路１４が接続されている。軟水器１１の第２ポート１５には、軟水器１１を通過した水が供給される第２管路１６の一方の端部が接続されている。なお、第１ポート１３および第２ポート１５は、軟水器１１の同じ側面に設けられてもよく、それらの位置は特に限定されない。

浄水器１２の第１ポート１７には、第２管路１６の他方の端部が接続されている。浄水器１２の第２ポート１８には、浄水器１２を通過した水が供給される第３管路１９の一方の端部が接続されている。第３管路１９の他方の端部は、軟水化された水を供給する開口であるか、又は他の水処理システムに接続されている。なお、第１ポート１７および第２ポート１８は、浄水器１２の同じ側面に設けられてもよく、それらの位置は特に限定されない。

軟水器１１は、粒状の陽イオン交換樹脂および粒状の活性炭が充填された混合層２０を備えている。陽イオン交換樹脂および活性炭は、混合された状態で充填されている。陽イオン交換樹脂は、その交換基と、硬質成分であるカルシウムイオン、およびマグネシウムイオンとをイオン交換する。活性炭は、その細孔径の平均が、陽イオン交換樹脂から溶出する有機物を捕捉しやすいように、有機物の分子量に合わせた細孔径のものが選択されている。なお、細孔径の平均は、たとえば、ガス吸着法、又は水銀圧入法などを用いて求められる細孔径の中央値、最頻値などである。

浄水器１２は、粒状の活性炭に銀又は銀化合物を担持した銀添着活性炭が充填された銀添着活性炭層２１と、中空糸膜２２を備えている。銀添着活性炭は、基材である活性炭に銀又は銀化合物からなる被覆層を設けたものであり、水と接触することにより銀イオンを溶出して雑菌の繁殖を抑制する。

銀添着活性炭の基材である活性炭の細孔径の平均は、陽イオン交換樹脂から溶出する有機物を捕捉しやすいように、その有機物の分子量に合わせた径となっている。なお、浄水器１２に備えられる銀添着活性炭の細孔径の平均と、軟水器１１に備えられる活性炭の細孔径の平均とが同じ測定方法で測定されたとき、前者の細孔径の平均は、後者の細孔径の平均と同じであってもよいし、異なっていてもよい。細孔径の平均が互いに異なる場合、陽イオン交換樹脂から異なる分子量の有機物が溶出する場合でも、それらの有機物の多くを捕捉することができる。

中空糸膜２２は、ストロー状の中空糸からなり、壁部に微小な細孔を有する。中空糸膜２２を水が通過することにより、雑菌や、懸濁の要因となる微粒子を取り除くことができる。

次に、軟水化システムの作用について説明する。第１管路１４から供給された原水が軟水器１１および浄水器１２を通過して第３管路１９に流れるときを給水状態といい、水が軟水器１１および浄水器１２内に滞留して第３管路１９から軟水化された水が供給されない状態を休止状態という。

給水状態において、第１管路１４を通じて供給された原水は、混合層２０に流入する。なお、混合層２０を流れる水の方向は、混合層２０の一方の端部から他方の端部へ向かって流れる方向でもよく、混合層２０の周面からその中心軸へ向かって流れる方向でもよく、特に限定されない。混合層２０に含まれる陽イオン交換樹脂によって、硬度成分が取り除かれる。また、混合層２０に含まれる活性炭によって、水から残留塩素が除去されるとともに、陽イオン交換樹脂から溶出した有機物が除去される。軟水器１１を通過した水は、第２管路１６を通じて浄水器１２に供給される。

浄水器１２では、銀添着活性炭によって軟水器１１では除去しきれなかった残留塩素および陽イオン交換樹脂から溶出した有機物が取り除かれる。また、銀添着活性炭と水との接触によって、浄水器１２内の水に銀イオンが溶出する。この溶出した銀イオンによって水中の雑菌の繁殖が抑制される。また、中空糸膜２２では、雑菌や微粒子が取り除かれる。このとき中空糸膜２２には銀イオンが溶出した水が流れるので、中空糸膜２２内においても雑菌の繁殖が抑制される。

一方、第３管路１９の途中、又は第３管路１９の端部に設けられた図示しない弁装置が閉弁したとき、或いは第３管路１９に連結された水処理装置が軟水化システムからの水の供給を停止したとき、軟水化システムは、軟水器１１や浄水器１２などの中に水が滞留する休止状態となる。陽イオン交換樹脂からは常に有機物が溶出するが、水が軟水器１１内に滞留すると、陽イオン交換樹脂から溶出する有機物の量（ＴＯＣ含有量）が増加する。このとき、軟水器１１に備えられる活性炭は陽イオン交換樹脂と混合されているので、陽イオン交換樹脂から溶出する有機物を捕捉しやすい。

その休止状態から給水状態に移った直後においては、給水状態が維持された場合と比べ、軟水器１１から供給される水の有機物の含有量が多いが、浄水器１２に設けられた銀添着活性炭により、軟水器１１の活性炭では除去しきれなかった有機物を除去することができる。ＴＯＣの含有量は、水の味に影響を及ぼすことが知られているが、軟水化システムが休止状態直後であるか否かに関わらず、水の硬度およびＴＯＣ含有量をそれぞれ一定範囲内とすることで、均一な味の水であって、雑菌が除去された安全な水を供給することができる。

また、銀添着活性炭は、銀又は銀化合物の材料費用、および銀又は銀化合物を活性炭に被覆層として担持させるための加工費用のため、銀又は銀化合物が添着されていない活性炭よりもコストがかかる。軟水化システムの活性炭は、その一部が銀又は銀化合物が添着されていない活性炭であって残りは銀添着活性炭であるため、軟水化システムの活性炭を全て銀添着活性炭にする場合に比べ、雑菌の繁殖を抑制しつつコストの増大を抑えることができる。さらに、銀添着活性炭を陽イオン交換樹脂に混合した場合には、銀イオンは、陽イオン交換樹脂との間のイオン交換によって、陽イオン交換樹脂に捕捉されてしまうことがある。銀イオンが陽イオン交換樹脂に捕捉されると、陽イオン交換樹脂においては硬度成分を除去する能力が低下するとともに、陽イオン交換樹脂の寿命が短くなる。このため、陽イオン交換樹脂に銀又は銀化合物を添着していない活性炭を混合することによって、コストの増大を抑えるとともに、陽イオン交換樹脂の能力低下を抑制し、寿命を長くすることができる。

さらに、銀又は銀化合物を添着していない活性炭は、細孔が被覆されていないために多くの物質を捕捉でき、除去能力が高い。また、活性炭は、粒径が小さいほど除去能力が高くなる一方、粒径が小さくなると活性炭を通過する水の流量が少なくなる。すなわち、軟水器１１の活性炭は、小径化しなくても十分な除去能力を有するため、銀添着活性炭を用いる場合と比べ、軟水器１１における流量の増大を図ることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）軟水器１１の陽イオン交換樹脂によって原水に含まれる硬度成分の含有量を低減して原水を軟水化するとともに、軟水器１１の活性炭によって陽イオン活性樹脂から溶出した有機物を捕捉することができる。さらに軟水器１１を通過することによって水の残留塩素の含有量が低減されるが、浄水器１２の銀添着活性炭に担持された銀又は銀化合物により雑菌の繁殖を抑制することができる。このように軟水器１１の活性炭が、銀又は銀化合物が担持されていない活性炭であるため、軟水器１１の活性炭を銀添着活性炭から構成する場合に比べ、コストを低減することができる。また、銀添着活性炭と陽イオン交換樹脂とを接触させると銀イオンが陽イオン交換樹脂に捕捉されることによって陽イオン交換樹脂のイオン交換能力が低下するが、軟水器１１の活性炭を銀又は銀化合物が担持されていない活性炭にすることによって、軟水器１１のイオン交換能力の低下も抑制することができる。

（２）軟水器１１の陽イオン交換樹脂と活性炭とは混合された状態で軟水器１１に充填されている。このため、軟水器１１内に水が滞留している間も、陽イオン交換樹脂の粒子から溶出する有機物を、その粒子の近傍にある活性炭によって捕捉しやすくなる。

（３）浄水器１２において、中空糸膜２２は、銀添着活性炭よりも下流に設けられる。このため、中空糸膜２２には、銀イオンを含む水が供給されるので、浄水器１２に水が長時間滞留するときも中空糸膜２２内で雑菌が増殖することを防ぐことができる。

（他の実施の形態）
なお、上記各実施の形態は、以下のような形態をもって実施することもできる。
・図２に示すように、軟水器１１は、陽イオン交換樹脂層３０と、その陽イオン交換樹脂層３０の下流に設けられた活性炭層３１とを備えていてもよい。また、陽イオン交換樹脂を押さえるために陽イオン交換樹脂層３０の上流側に繊維を炭化した繊維状活性炭層３２又は不織布などのその他のフィルタを設けてもよい。さらに、陽イオン交換樹脂層３０と活性炭層３１との間にも、繊維状活性炭層３２やその他のフィルタを設けてもよい。この態様においても、陽イオン交換樹脂層３０から溶出した有機物をその下流の活性炭層３１で除去することができる。また、活性炭層３１で除去しきれなかった有機物を、浄水器１２の銀添着活性炭層２１で除去することができる。

・図３に示すように、軟水器１１は、陽イオン交換樹脂層３０と活性炭層３１とが交互に積層された構成であってもよい。軟水器１１に備えられる陽イオン交換樹脂層３０は、１乃至複数であり、軟水器１１に備えられる活性炭層３１も１乃至複数である。この構成によれば、陽イオン交換樹脂の層と活性炭の層とが積層されているので、陽イオン交換樹脂から溶出する有機物を取り除きやすい構成とすることができる。なお、陽イオン交換樹脂層３０と活性炭層３１との間に、繊維状活性炭層又はその他のフィルタを設けてもよい。

・図４に示すように、一つの筐体４０内に、陽イオン交換樹脂および活性炭を混合した混合層２０と、銀添着活性炭からなる銀添着活性炭層２１と、中空糸膜２２とを設けてもよい。また、混合層２０の上流側に、粒状の陽イオン交換樹脂および粒状の活性炭を押さえるための繊維状活性炭層３２又はその他のフィルタを設けるようにしてもよい。さらに、陽イオン交換樹脂と銀添着活性炭との接触を避けるために、混合層２０と銀添着活性炭層２１との間に繊維状活性炭層３２又はその他のフィルタを設けるようにしてもよい。また、銀添着活性炭層２１と中空糸膜２２との間に、繊維状活性炭層３２を設けてもよい。

・図５に示すように、軟水器１１において、活性炭層３１の内側に陽イオン交換樹脂層３０を設けるようにしてもよい。例えば活性炭層３１は、底部を有する筒状であり、陽イオン交換樹脂層３０は、円柱状である。この軟水器１１においては、陽イオン交換樹脂層３０から、その外側の活性炭層３１に向かって水が流れる。或いは、軟水器１１において、陽イオン交換樹脂層３０の内側に活性炭層３１を設ける構成として、外側の陽イオン交換樹脂層３０から内側の活性炭層３１に向かって水を流すようにしてもよい。

・軟水化システムは、陽イオン交換樹脂と活性炭とを混合した混合層２０、陽イオン交換樹脂層、および活性炭層３１を備えていてもよい。陽イオン交換樹脂と活性炭とを混合した層、陽イオン交換樹脂層３０、および活性炭層３１は、それぞれ１つであってもよいし、複数であってもよい。

・銀添着活性炭は、粒状の活性炭に銀又は銀化合物を担持させた構造以外の構造を有していてもよい。例えば、繊維状の活性炭に銀又は銀化合物を担持させた構造であってもよい。

・上記実施形態では、軟水化システムを、飲用水を軟水化するシステムに具体化したが、他の用途のシステムに具体化してもよい。例えば、低温且つ高湿度で食品などを解凍する瞬間解凍機、食器や機械部品の洗浄機、加湿システムなどの原水を軟水化するシステムとして適用してもよい。また、原水の硬度が高い場合、カルシウムイオン、マグネシウムイオンが、二酸化炭素、イオン化合物、リン酸などと結合して、スケールと呼ばれる析出物となることがある。管路にスケールが析出すると、流路を狭めることがある。そのため、スケールの析出が問題となりうるシステムに、本発明の軟水化システムを適用してもよく、用途は特に限定されない。

１１…軟水器、１２…浄水器、１３…第１ポート、１４…第１管路、１５…第２ポート、１６…第２管路、１７…第１ポート、１８…第２ポート、１９…第３管路、２０…混合層、２１…銀添着活性炭層、２２…中空糸膜、３０…陽イオン交換樹脂層、３１…活性炭層、３２…繊維状活性炭、４０…筐体。

Claims (5)

1. 陽イオン交換樹脂、および活性炭を有する第１濾過部と、
   銀又は銀化合物が担持された活性炭である銀添着活性炭を有し、前記第１濾過部の下流に設けられた第２濾過部とを備える
   軟水化システム。
2. 前記第１濾過部の前記陽イオン交換樹脂は粒状の陽イオン交換樹脂を含むとともに、前記活性炭は粒状の活性炭を含み、前記粒状のイオン交換樹脂と前記粒状の活性炭とは混合されている
   請求項１に記載の軟水化システム。
3. 前記第１濾過部は、前記陽イオン交換樹脂の層と前記活性炭の層とが交互に積層されてなる
   請求項１に記載の軟水化システム。
4. 前記第２濾過部には、中空糸膜が前記銀添着活性炭よりも下流に設けられる
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の軟水化システム。
5. 前記第１濾過部の活性炭の細孔径の平均は、前記第２濾過部の銀添着活性炭の基材である活性炭の細孔径の平均と異なる
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の軟水化システム。