JP2017042741A

JP2017042741A - 浄水装置

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Publication number: JP2017042741A
Application number: JP2015168786A
Authority: JP
Inventors: 祐一菅原; Yuichi Sugawara; 紀浩武内; Norihiro Takeuchi; 将弘木村; Masahiro Kimura
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2015-08-28
Filing date: 2015-08-28
Publication date: 2017-03-02

Abstract

【課題】家庭において水の使用量は大きく変動するため、逆浸透膜モジュールで処理する場合、処理水の不足、または浄水装置の過大化が問題となっている。【解決手段】水の使用量に応じて水道水の逆浸透膜モジュールによる処理と水道水の混合をコントロールすることで、安定的に蛇口へ水を供給することが可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、浄水装置に関し、特に水道水を逆浸透膜により浄化する浄水装置に関する。

従来、水道水中に含まれる不純物や微生物を除去し、きれいな水を得るために、逆浸透膜を利用した浄水装置が提供されている。

従来の逆浸透膜を用いた浄水装置では、例えば特許文献１に示されるように、膜処理水と、水道水と濃縮水の混合水を別々に供給する技術が示されている。また、特許文献２では、耐塩素性の半透膜を使用して半透膜処理の前処理を軽減している。特許文献３では、逆浸透膜処理の後にＵＦ膜処理を行い、安全性の高い浄水を供給する。特許文献４では、膜処理水をタンクに貯留し、その量に応じて膜処理を行っている。

特許第３２７５４０９号公報特許第３８７７８４６号公報特開２００５−２０５２５６号公報特許第５３３９７０２号公報

本発明者らの知見によれば、特許文献１では、飲用以外の水は膜処理されておらず、更に膜濃縮水が混合されているため、生活水として望まれる水が得られない、という問題があった。地下水を原水としている水道水は、硬度が高めの傾向にあり、石灰質分等の析出が問題となるが、本技術では解決できないという課題があった。また、特許文献２では、使用量に応じてスムーズに処理方法を変更することが困難であった。特許文献３では、膜で処理可能な水量は限られるため、利用できる用途が限られる、または十分な水量を確保するためには過大な装置が必要となっていた。特許文献４では、膜処理水をタンクに貯留するため、タンク内でバイオファウリングが発生する場合があった。

前記課題を解決するために、本発明は、以下の（１）〜（１５）の構成をとる。
（１）水道水を取り込み、該水道水を一または複数の建物へ供給する浄水装置であって、該水道水を半透膜によって処理水と濃縮水とに分離する半透膜モジュールと、
該水道水を半透膜モジュールに供給する半透膜モジュール供給ラインと、
処理水を蛇口へ供給する処理水供給ラインと、
該処理水供給ラインの水圧および／または流量を監視する検知器と、
一端が前記半透膜モジュール供給ライン上の第１分岐部に結合され、他端が前記処理水供給ライン上の上記検知器と半透膜モジュールの間にある第２分岐部に結合されたバイパスラインと、
前記バイパスラインに設けられた第１水量調整バルブと、
前記検知器で検出された水圧および／または流量のデータに基づいて、前記第１水量調整バルブを制御するバイパスライン制御ユニットと、
を有することを特徴とする浄水装置。
（２）前記第２分岐部と前記半透膜モジュールの間に飲料用ラインを有することを特徴とする（１）に記載の浄水装置。
（３）水道水を取り込み、該水道水を一または複数の建物へ供給する浄水装置であって、該水道水を半透膜によって処理水と濃縮水とに分離する半透膜モジュールと、
該水道水を半透膜モジュールに供給する半透膜モジュール供給ラインと、
処理水を蛇口へ供給する処理水供給ラインと、
一端が前記半透膜モジュール供給ライン上の第１分岐部に結合され、他端が前記処理水供給ライン上にある第２分岐部に結合されたバイパスラインと、
前記バイパスラインに設けられた第１水量調整バルブと、
前記第２分岐部と前記半透膜モジュールの間に飲料用ラインと、
を有することを特徴とする浄水装置。
（４）前記第２分岐部と蛇口の間に吸着ユニットを有することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の浄水装置。
（５）前記第１分岐部の前に該水道水中の濁質を除去する除濁手段を有することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の浄水装置。
（６）前記除濁手段がＵＦ膜モジュールおよび／またはＭＦ膜モジュールであることを特徴とする請求項５に記載の浄水装置。
（７）前記水道水を前記半透膜モジュールへ加圧供給する加圧手段を備えることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の浄水装置。
（８）一端が前記加圧手段の入りラインに結合され、他端が前記加圧手段の出ラインに結合された加圧手段バイパスラインと、
前記加圧手段バイパスラインに設けられた第２水量調整バルブと、
前記圧力検知器および／または流量検知器で検出された水圧および／または流量のデータに基づいて、前記第２水量調整バルブを制御する加圧手段バイパスライン制御ユニットと、
を備えることを特徴とする（７）に記載の浄水装置。
（９）前記圧力検知器および／または流量検知器より得られた水圧データおよび／または流量データに基づいて、前記第２水量調整バルブと前記加圧手段を制御する加圧手段バイパスライン制御ユニットと、
を備えることを特徴とする（８）に記載の浄水装置。
（１０）前記除濁手段が２系列以上並列であり、１系列を洗浄中に他の系列で除濁処理する制御ユニットを有することを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載の浄水装置。
（１１）前記除濁手段の洗浄を他の系列の処理水を使用して逆洗する制御ユニットを有することを特徴とする（１０）に記載の浄水装置。
（１２）前記吸着ユニットに加熱することで吸着物を脱着できる吸着剤を使用し、吸着ユニットが２系列以上並列であり、１系列を加熱脱着中に他の系列で吸着処理する制御ユニットを有することを特徴とする（４）〜（１１）のいずれかに記載の浄水装置。
（１３）前記半透膜モジュールが耐塩素性を有することを特徴とする（１）〜（１２）のいずれかに記載の浄水装置。
（１４）前記除濁手段のＵＦ膜モジュールおよび／またはＭＦ膜モジュールについて、
膜様式が中空糸膜であり、膜強度が４．９Ｎ以上であることを特徴とする、（５）〜（１３）のいずれかに記載の浄水装置。
（１５）水道水を取り込み、該水道水を一または複数の建物へ供給する浄水処理方法であって、該水道水を半透膜モジュール供給ラインを通じて前記半透膜モジュールに供給し、半透膜によって処理水と濃縮水とに分離し、
前記半透膜モジュールの処理水を処理水供給ラインを通じて蛇口へ供給し、
該処理水供給ラインの水圧および／または流量を検知器により検出し、
当該検出されたデータに基づいて、一端が前記半透膜モジュール供給ライン上の第１分岐部に結合され、他端が前記処理水供給ライン上の上記検知器と半透膜モジュールの間にある第２分岐部に結合されたバイパスラインに設けられた第１水量調整バルブをバイパスライン制御ユニットで制御し、前記処理水供給ラインの水圧および／または流量を調整することを特徴とする浄水処理方法。

本発明にかかる浄水装置によれば、安全で高品位の水を安定的に供給することができる。

図１に本発明の半透膜モジュールを用いた水道水の浄水装置のフロー図を示す。図２に本発明の飲料用のラインを供えた半透膜モジュールを用いた水道水の浄水装置のフロー図を示す。図３に本発明の吸着ユニットを供えた半透膜モジュールを用いた水道水の浄水装置のフロー図を示す。図４に本発明の濁質除去装置を供えた半透膜モジュールを用いた水道水の浄水装置のフロー図を示す。図５に本発明の加圧手段を供えた半透膜モジュールを用いた水道水の浄水装置のフロー図を示す。図６に本発明の加圧手段バイパスラインを供えた半透膜モジュールを用いた水道水の浄水装置のフロー図を示す。図７に本発明の濁質除去装置を並列に供えた半透膜モジュールを用いた水道水の浄水装置のフロー図を示す。図８に本発明の吸着ユニットを並列に供えた半透膜モジュールを用いた水道水の浄水装置のフロー図を示す。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。

図１は、本発明の造水方法を実施するための造水装置の一例を示す概略図である。

図１に示す処理方法では、水道水を半透膜モジュール１に流入させる半透膜モジュール供給ライン２を備える。ここで、水道水とは、水道事業体からの浄水や自己水源（地下水・表流水等）のことである。また、半透膜とは、溶液中の一部の成分、例えば溶媒を透過させ他の成分を透過させない半透性の膜である。半透膜の一例としてナノろ過（ＮＦ）膜や逆浸透（ＲＯ）膜が挙げられる。

ＮＦ膜およびＲＯ膜は、処理対象である水の中に含まれる溶質を、再生水として利用可能な濃度まで低減することができる性能を有する。具体的には、ＮＦ膜およびＲＯ膜は、塩分やミネラル成分等、多種のイオン、例えばカルシウムイオン、マグネシウムイオン、硫酸イオンのような二価イオンや、ナトリウムイオン、カリウムイオン、塩素イオンのような一価イオン、また、フミン酸（分子量Ｍｗ≧１００，０００）、フルボ酸（分子量Ｍｗ＝１００〜１，０００）、アルコール、エーテル、糖類などをはじめとする溶解性有機物を阻止する性能を有する。

半透膜は耐塩素性を有することが望ましい。これにより、半透膜処理する前に残留塩素を除去する必要がなくなり、処理水供給ラインまで残留塩素の含有する水が流れるため、バイオファウリングを抑制することができる。半透膜の前で残留塩素を取り除いた場合、半透膜内部および処理水供給ラインでバイオファウリングが発生する場合がある。

半透膜は分子量が小さく、中性の物質を除去することは困難であり、残留塩素はｐＨによって乖離度が異なり、水道水は中性であり、約半分が半透膜を透過する。

ＮＦ膜とは、操作圧力が１．５ＭＰａ以下、分画分子量が２００から１，０００で、塩化ナトリウムの阻止率９０％以下のろ過膜と定義されており、それよりも分画分子量の小さく、高い阻止性能を有するものがＲＯ膜である。また、ＲＯ膜でもＮＦ膜に近いものはルースＲＯ膜とも呼ばれる。使用される膜については特に限定されることはなく、平膜、中空糸膜、管状型膜、その他いかなる形状のものも適宜用いることができる。

半透膜で処理された水は処理水供給ライン３より蛇口１０へ供給される。ここで、洗濯や風呂への給水・シャワーなど一時的に水を大量に使用する場合、水量が不足する場合がある。そのため、処理水供給ラインの水圧および／または流量を圧力計および／または流量計４で測定し、設定した圧力および／または流量よりも低下した場合、バイパスライン制御ユニット９により、第１水量調整バルブ８を調整し、処理水にバイパスライン７より水道水を供給することで、不足分を補うことができる。圧力検知器および／または流量検知器は、圧力計、圧力スイッチ、流量計等が該当する。

制御ユニットとしては、シーケンサ、圧力スイッチ等が該当する。圧力スイッチを使用するとシステム構成が単純となるため、望ましい。

半透膜モジュールの入り圧に応じて回収率を変えるように濃縮水バルブ１１を調整することができる。濃縮水バルブ１１はコントロールバルブや絞り機構（ニードル弁、オリフィス等）と開閉弁の組み合わせなどを用いることができる。図のように、バイパスライン閉時用のニードル弁と開閉弁およびバイパスライン開時用のニードル弁と開閉弁を設置することで、制御を容易にすることが可能である。

半透膜処理水に対して水道水の量が多い場合、望まれる水質を得ることができない場合があるので、バイパスラインのバルブ開度の上限を制限することができる。この制限は、原水質の硬度等の水質と望まれる処理水質を鑑みて決めることが望ましい。

半透膜処理で発生する濃縮水は、トイレの水洗や清掃の水、非常用水、冷暖房の熱源・冷却源として活用することが可能である。特に、水道水水温は、夏は気温より低く、冬は気温より高いため、室外機の熱媒の冷却・加熱に適する。

水が使用されていない場合、濃縮水バルブ１１を閉めることで水の流出を止めることができる。また、半透膜モジュールの入りにバルブを設置することも可能である。

図２は、飲料用ライン１２を有し、水道水の混ざっていない半透膜処理水を飲料用に供給することができる。飲料用ラインはバイパスラインと処理水供給ラインの接続部である、第２分岐部６と半透膜モジュールの間に位置し、飲料用ラインと第２分岐部の間に逆止弁１３を備えると水道水の飲料水への混合を抑制できるため、なお望ましい。本システムでは、単純な装置構成で飲料水と飲料用以外の生活水を確保することが可能となる。半透膜処理水と水道水の混合比は第１水量調整バルブ８を調整することで、任意に設定することが可能である。

図３は、蛇口の上流側に吸着ユニット１４を備える。これにより、処理水に含まれる臭いや残留塩素、塩素系化合物、フッ素系化合物、有機物等を除去することができる。吸着ユニットは臭いや残留塩素、塩素系化合物、フッ素系化合物、有機物等の吸着に適したものであれば特に限定するものではないが、例えば活性炭、亜硫酸カルシウム、ゼオライト、その他高分子系吸着剤などを用いることができる。また、これら吸着剤を複数種組み合わせて使用することも可能である。吸着剤の１つとして例えば活性炭を用いると、長期間の使用でも残留塩素除去性能が持続できつつ、有機物や臭いの吸着ができ、安価に入手できる点で好適である。活性炭の原料としては、椰子殻、フェノール樹脂、木炭等が挙げられる。

塩素を除去するとバイオファウリングが生ずる場合があるため、吸着ユニットはなるべく蛇口の直前で設置することが望ましい。

図４は、半透膜モジュールの前に除濁手段を有する。これにより、水道水中に含まれる濁質が除去され、半透膜モジュールを長期間安定して運転することが可能となる。

当該除濁手段は濁質を除去する機能を有すれば特に方式を限定しないが、砂ろ過、フィルター、ＭＦ膜、ＵＦ膜などが例示され、これらから１つを選出する、もしくは２以上を組み合わせるなどが好適に利用される。特に、ＵＦ膜やＭＦ膜は、濁質除去性能、維持管理容易性および安定性に優れるため好ましい。使用される膜については特に限定されることはなく、平膜、中空糸膜、管状型膜、その他いかなる形状のものも適宜用いることができる。膜の素材については、特に限定しないが、ポリアクリロニトリル、ポリフェニレンスルフォン、ポリフェニレンスルフィドスルフォン、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスルホン、ポリビニルアルコール、酢酸セルロースや、セラミック等の無機素材からなる群から選ばれる少なくとも１種を含んでいると好ましい。

特に中空糸膜は、単位装置面積当たりの膜面積を大きくとれるなどのメリットがあり好ましく用いることができる。中空糸膜モジュールについて、全量ろ過やクロスフローろ過などのろ過方式を採用することができるが、中空糸膜モジュールに堆積した濁質を効果的に除去するため、水などによるフラッシングや膜の透過側から原液側に液を通液する逆圧洗浄、空気洗浄を採用することができる。この際、流体線速度を高くすると洗浄効果を向上させることができるが、一方で膜切れの懸念も発生する。そのため、膜は高強度であることが好ましい。中空糸膜の膜強度は好ましくは４．９Ｎ以上であり、さらに好ましくは9.8 N以上である。

図５は、加圧手段１６を有する。これにより、水道圧が十分でない場合も処理水を十分取ることが可能となる。ここで使用される加圧手段は特に限定せず、吐出圧力、流量等について装置規模によって好適に選択できる。例えば、ポンプや高所に設置したタンク、加圧空気による押出などが使用できる。

図６は、加圧手段１６と合わせて加圧手段バイパスライン１７および第２水量調整バルブ１８を有する。処理水供給ラインの圧力および／または流量を測定し、一定の圧力および／または流量よりも低下した場合、バイパスライン制御ユニット９により、第２水量調整バルブを調整し、加圧手段を駆動することで、処理水不足を補うことができる。これにより、処理水が十分である場合は加圧手段を停止することができるため、エネルギー消費量を削減することが可能となる。処理水供給ラインの圧力および／または流量が低下した場合、バイパスライン７に通水する方法と加圧手段１６を駆動させる方法があるが、どちらを優先させてもよく、水質を重視する場合は加圧手段の駆動させる方法を優先させ、エネルギー消費量を重視する場合はバイパスラインに通水する方法を優先させることが望ましい。

図７は、除濁手段１５を並列で２系列以上有する。これにより、逆洗など洗浄を一部の系列で行い、同時にその他の系列で水道水を処理することができるため、浄水装置を止める必要がない。洗浄は複数の系列を交代で行っても良いし、洗浄時にのみ稼動する系列があってもよい。複数の系列で使用される除濁手段は特に限定するものではなく、砂ろ過、フィルター、ＭＦ膜、ＵＦ膜などが例示され、これらから１つを選出する、もしくは２以上を組み合わせるなどが好適に利用される。

洗浄は、他系列のろ過水を用いて逆洗すれば、装置が簡易で効果的に洗浄することができる。

洗浄は、例えば水の使用量の少ない夜間や昼間に水を使用しない家庭では昼間に逆洗するなどライフスタイルに合わせて洗浄時刻を設定することができる。

洗浄時にブロワやアスピレータにより空気を吹き込み、洗浄することも効果的である。特にアスピレータは装置が簡便で静穏であるため望ましい。

図８は、吸着ユニット１４を並列で２系列以上有する。これにより、洗浄を一部の系列で行い、同時にその他の系列で水道水を処理することができるため、浄水装置を止める必要がない。洗浄は複数の系列を交代で行っても良いし、洗浄時にのみ稼動する系列があってもよい。複数の系列で使用される吸着ユニットは特に限定するものではなく、臭いや残留塩素、塩素系化合物、フッ素系化合物、有機物等の吸着に適したものであれば特に限定するものではないが、例えば活性炭、亜硫酸カルシウム、ゼオライト、その他高分子系吸着剤などを用いることができる。また、これら吸着剤を複数種組み合わせて使用することも可能である。特に高分子系吸着剤など、加熱することで吸着した化学物質を脱着することができる。

１半透膜モジュール
２半透膜モジュール供給ライン
３処理水供給ライン
４圧力計および／または流量計
５第１分岐部
６第２分岐部
７バイパスライン
８第１水量調整バルブ
９バイパスライン制御ユニット
１０蛇口
１１飲料用ライン
１２逆止弁
１３吸着ユニット
１４除濁手段
１５加圧手段
１６加圧手段バイパスライン
１７第２水量調整バルブ

Claims

水道水を取り込み、該水道水を一または複数の建物へ供給する浄水装置であって、該水道水を半透膜によって処理水と濃縮水とに分離する半透膜モジュールと、
該水道水を半透膜モジュールに供給する半透膜モジュール供給ラインと、
処理水を蛇口へ供給する処理水供給ラインと、
該処理水供給ラインの水圧および／または流量を監視する検知器と、
一端が前記半透膜モジュール供給ライン上の第１分岐部に結合され、他端が前記処理水供給ライン上の上記検知器と半透膜モジュールの間にある第２分岐部に結合されたバイパスラインと、
前記バイパスラインに設けられた第１水量調整バルブと、
前記検知器で検出された水圧および／または流量のデータに基づいて、前記第１水量調整バルブを制御するバイパスライン制御ユニットと、
を有することを特徴とする浄水装置。
前記第２分岐部と前記半透膜モジュールの間に飲料用ラインを有することを特徴とする請求項１に記載の浄水装置。
水道水を取り込み、該水道水を一または複数の建物へ供給する浄水装置であって、該水道水を半透膜によって処理水と濃縮水とに分離する半透膜モジュールと、
該水道水を半透膜モジュールに供給する半透膜モジュール供給ラインと、
処理水を蛇口へ供給する処理水供給ラインと、
一端が前記半透膜モジュール供給ライン上の第１分岐部に結合され、他端が前記処理水供給ライン上にある第２分岐部に結合されたバイパスラインと、
前記バイパスラインに設けられた第１水量調整バルブと、
前記第２分岐部と前記半透膜モジュールの間に飲料用ラインと、
を有することを特徴とする浄水装置。
前記第２分岐部と蛇口の間に吸着ユニットを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の浄水装置。
前記第１分岐部の前に該水道水中の濁質を除去する除濁手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の浄水装置。
前記除濁手段がＵＦ膜モジュールおよび／またはＭＦ膜モジュールであることを特徴とする請求項５に記載の浄水装置。
前記水道水を前記半透膜モジュールへ加圧供給する加圧手段を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の浄水装置。
一端が前記加圧手段の入りラインに結合され、他端が前記加圧手段の出ラインに結合された加圧手段バイパスラインと、
前記加圧手段バイパスラインに設けられた第２水量調整バルブと、
前記圧力検知器および／または流量検知器で検出された水圧および／または流量のデータに基づいて、前記第２水量調整バルブを制御する加圧手段バイパスライン制御ユニットと、
を備えることを特徴とする請求項７に記載の浄水装置。
前記圧力検知器および／または流量検知器より得られた水圧データおよび／または流量データに基づいて、前記第２水量調整バルブと前記加圧手段を制御する加圧手段バイパスライン制御ユニットと、
を備えることを特徴とする請求項８に記載の浄水装置。
前記除濁手段が２系列以上並列であり、１系列を洗浄中に他の系列で除濁処理する制御ユニットを有することを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載の浄水装置。
前記除濁手段の洗浄を他の系列の処理水を使用して逆洗する制御ユニットを有することを特徴とする請求項１０に記載の浄水装置。
前記吸着ユニットに加熱することで吸着物を脱着できる吸着剤を使用し、吸着ユニットが２系列以上並列であり、１系列を加熱脱着中に他の系列で吸着処理する制御ユニットを有することを特徴とする請求項４〜１１のいずれかに記載の浄水装置。
前記半透膜モジュールが耐塩素性を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の浄水装置。
前記除濁手段のＵＦ膜モジュールおよび／またはＭＦ膜モジュールについて、
膜様式が中空糸膜であり、膜強度が４．９Ｎ以上であることを特徴とする、請求項５〜１３のいずれかに記載の浄水装置。
水道水を取り込み、該水道水を一または複数の建物へ供給する浄水処理方法であって、該水道水を半透膜モジュール供給ラインを通じて前記半透膜モジュールに供給し、半透膜によって処理水と濃縮水とに分離し、
前記半透膜モジュールの処理水を処理水供給ラインを通じて蛇口へ供給し、
該処理水供給ラインの水圧および／または流量を検知器により検出し、
当該検出されたデータに基づいて、一端が前記半透膜モジュール供給ライン上の第１分岐部に結合され、他端が前記処理水供給ライン上の上記検知器と半透膜モジュールの間にある第２分岐部に結合されたバイパスラインに設けられた第１水量調整バルブをバイパスライン制御ユニットで制御し、前記処理水供給ラインの水圧および／または流量を調整することを特徴とする浄水処理方法。