JP3619295B2 - 脱気式浄水装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、用途に応じて水中の（１）溶存酸素を除去するモードと、（２）溶存酸素を残してそれ以外の溶存ガスを除去するモードとのいずれかを選択し得る脱気式浄水装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水または水溶液中の溶存ガスを除去する方法または装置に関しては、除去しようとするガスの種類や規模に応じて、従来から多くの方式が提案され実用化されている。例えば飲料水の場合、水のうまみの一要因である溶存酸素を除去することなく、トリハロメタン類など酸素以外の好ましくない溶存ガスを除去することが求められる。この場合は、例えば原水を清浄な外気と接触させ、曝気により酸素を飽和させながら酸素以外の溶存ガスを除去する方式が採用される。また鉄製パイプの赤錆を防止したり、無農薬栽培の灌水に用いる場合は、水中の溶存酸素を除去することが求められるので、この場合は、例えば原水を減圧系にもたらすことで脱酸素が行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の溶存ガス除去方法は、上記のように目的に応じて方式や装置が異なるため、例えば家庭などで、トリハロメタンを含まない飲料水と無農薬栽培用灌水の双方を必要とする場合などは、それぞれ専用の設備が必要となり、システムとして一つのケーシング内に収納すれば、装置が大型化して設置場所に困ったり、設備費が嵩むなどの問題が指摘されていた。
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、従ってその目的は、小型かつ単一の装置で、水中の（１）溶存酸素を除去するモードと、（２）溶存酸素を残してそれ以外の溶存ガスを除去するモードとのいずれかを選択し得る脱気式浄水装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、水を透過せずガスを透過し得る中空糸膜からなり、この中空糸膜が水相と気相との界面をなし、これを通して水中のガスが気相側へ拡散するように構成され、多数の中空糸膜が互いに交差するように織られまたは編まれてシート状に形成された脱気用モジュールと、この中空糸膜の気相側を吸気する吸気手段と、この中空糸膜の気相側の面に外気を供給するための開閉自在な外気供給手段とを有する脱気式浄水装置を提供することによって解決できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
（実施例１）
図１は本発明の脱気式浄水装置の一実施例を示すものであって、この浄水装置は概略、ケーシング１内に水流ポンプ２、脱気用モジュール１０、吸気ポンプ２３、外気供給弁２２、エアフィルタ２１、およびこれらを作動制御する電気回路が組み込まれてなっている。
【０００６】
上記の脱気用モジュール１０は、水を透過せずガスを透過し得る中空糸膜１１を界面として、水相側１２と気相側１３とに仕切られた筒状の装置であって、水がこの中空糸膜１１と接触しながら流通するとき、この膜を通して水中のガスが気相側へ拡散するようになっている。
【０００７】
水道水などの原水は、取水口３から自給渦巻式の水流ポンプ２によって浄水装置内に取り入れられ、導入口５から脱気用モジュール１０の水相側１２に導入され、中空糸膜１１の内側を流通する間に脱気され、導出口６から脱気水として、装置の出水口４を経て系外へと取り出されるようになっている。
【０００８】
この脱気式浄水装置は、（１）溶存酸素を除去するモード（以下、「脱酸素モード」という）と、（２）溶存酸素を残してそれ以外の溶存ガスを除去するモード（以下、「酸素残留モード」という）との二つのモードをいずれかに切り替えて運転することができるが、この際、（１）脱酸素モードにおいては、外気供給弁２２が閉じられて、脱気用モジュール１０の気相側１３は吸気ポンプ２３によって真空状態に減圧され、（２）酸素残留モードにおいては、外気供給弁２２が開かれて、エアフィルタ２１によって除塵されたケーシング１内の空気が、吸気ポンプ２３によって吸引されて脱気用モジュール１０の気相側１３を流通するようになっている。
【０００９】
この脱気式浄水装置の電気回路は、外部電源から電線３０により導入された交流入力が三つに分岐され、その一端末が外気供給弁２２の開閉用リレー３１の入力端子に接続され、他の一端末が吸気ポンプ２３の駆動用リレー３２の入力端子に接続され、更に他の一端末がＡ／Ｄ変換装置３３に導入され、ここで降圧されるとともに交流／直流変換され、電子制御装置３４の電源とされる。電子制御装置３４は、必要に応じて外気供給弁２２の開閉用リレー３１と、吸気ポンプ２３の駆動用リレー３２とをそれぞれ独立に制御するようになっている。なお、水流ポンプ２の駆動も電子制御装置３４によって制御されるが、図１では省略した。
【００１０】
この浄水装置を運転するに際しては、必要に応じて（１）脱酸素モードと（２）酸素残留モードとが任意に選択される。
ここでは先ず、（１）脱酸素モードの運転形態について説明する。
この場合は、予め電子制御装置３４からの指示に基づき、リレー３１を作動して外気供給弁２２を閉止し、リレー３２を作動して吸気ポンプ２３の運転を開始する。これによって、脱気用モジュール１０の気相側１３は真空状態に脱気される。
【００１１】
この状態で、取水口３から導入された水道水などの原水は、水流ポンプ２によって吸入され、吸入された原水は、脱気用モジュール１０の水相側１２に導入される。導入された原水は、中空糸膜１１と接触しながら脱気用モジュール１０内を流通する間に、気相側１３が真空とされているので、溶存酸素が中空糸膜１１を通して気相側１３に拡散することによって脱気される。
このとき、気相側１３が雰囲気温度における飽和水蒸気圧以下まで減圧されていれば、水中の溶存酸素とともに、例えばトリハロメタン類など他の溶存ガスも脱気される。
【００１２】
（１）脱酸素モードによって脱気された脱気水は、実質的に溶存酸素を含まないので、鉄パイプ中を流通させてもいわゆる赤水を発生せず、また無農薬栽培における灌水などとしても有効に使用できるものとなる。
【００１３】
次に、（２）酸素残留モードの運転形態について説明する。
この場合は、予め電子制御装置３４からの指示に基づき、リレー３１を作動して外気供給弁２２を開き、また、リレー３２を作動して吸気ポンプ２３を運転する。これによって、脱気用モジュール１０の気相側１３にはエアフィルタ２１によって除塵された空気が流通するようになる。
【００１４】
この状態で、取水口３から導入された水道水などの原水は、水流ポンプ２によって吸入され、吸入された原水は、脱気用モジュール１０の水相側１２に導入される。導入された原水は、中空糸膜１１と接触しながら脱気用モジュール１０内を流通する間に、大気中の総トリハロメタン類濃度に比較して原水中のそれらの濃度が高い場合には、原水中のトリハロメタン類などが大気中のその濃度と平衡に達するまで、中空糸膜１１を通して気相側１３に拡散するようになる。
【００１５】
このとき、脱気用モジュール１０の気相側１３には大気分圧の酸素が存在するから、水中の酸素が中空糸膜１１を通して気相側１３に拡散することはない。従って、この（２）酸素残留モードの運転では、トリハロメタン類などの好ましくないガスが原水から選択的に除去され、酸素は水中に残留する。
【００１６】
（２）酸素残留モードによって脱気され、出水口４から取り出された脱気水は、実質的にトリハロメタン類や臭気の原因となる溶存ガスが除去され、しかも水のうまみの一要素とされる酸素は十分に含まれているので、飲用水として好適であるばかりでなく、例えば淡水魚の輸送用水などとしても有効に使用できる。
【００１７】
上記実施例の浄水装置に用いられる脱気用モジュール１０の構造を図２に示す。
この脱気用モジュール１０は筒状の容器であって、端末にそれぞれ水の導入口５と導出口６が形成され、この導入口５は水流ポンプ２に接続され、導出口６は出水口４に接続されている。
【００１８】
脱気用モジュール１０の容器内部には、両端末が開口された多数本の中空糸膜１１の束が仕込まれていて、この中空糸膜束の各中空糸膜１１のそれぞれの端末が、容器のそれぞれの端部でまとめられ、それらの端末開口を閉塞しないようにエポキシ樹脂などで封止され、これによって、水相側１２と気相側１３とが仕切られている。この中空糸膜１１の束は、有効面積を拡大するために、織物状、編物状、またはスパイラルに組織されていてもよい。
【００１９】
また、脱気用モジュール１０の容器の側壁には、互いに離れた位置に、気相側１３に通じる外気導入口２４と吸引口２５とが開口され、この外気導入口２４は外気供給弁２２に接続され、吸引口２５は吸気ポンプ２３に接続されている。
【００２０】
脱気用モジュール１０に用いられる中空糸膜１１は、例えば図３に示す構成のものである。図３に示す中空糸膜１１は、壁面が、膜厚８μｍ以下の均質膜１５と、これを挟む補強のための多孔質膜１６、１６とからなる多層複合中空糸であって、この多孔質膜１６には、均質膜１５に達する空孔１７が形成されている。
【００２１】
中空糸膜１１としては、均質膜１５と多孔質膜１６とが更に多層に交互に積層されたものを用いることもできる。ただし、いずれの場合も、少なくとも気相側の面は多孔質膜１６で形成される。
これらの中空糸膜１１は、水相と気相との界面を形成するものであって、その内側（中空部）と外側のいずれを水相としてもよいが、実施例１の実施形態では内側が水相とされる。
【００２２】
その水相側１２に水を通し、気相側１３を減圧にするかまたは気相側１３の面に外気を供給すると、水中の溶存ガスが均質膜１５を透過して気相側１３に拡散する。水はこの均質膜１５を透過し得ない。このような機能を持つ中空糸膜１１は、例えば三菱レイヨン社製多層複合中空糸膜ＭＨＦとして市販されている。
また、本発明の脱気式浄水装置においては、脱気用モジュール１０のかわりに、中空糸膜を織りまたは編んで形成した脱気用シートを用いることもできる。
【００２３】
水流ポンプ２は、原水の水圧が低下している場合に水圧を上昇させるために用いるものであるので、水圧が低下する惧れがない場合は省略することができる。この水流ポンプ２は、上記実施例１の場合、自給式渦巻ポンプを使用したが、これに限定されるものではなく、軸流ポンプ、プランジャポンプその他の形式のものも使用できる。
【００２４】
吸気ポンプ２３は、上記実施例１の場合、ロータリー真空ポンプを使用したが、これに限定されるものではなく、プランジャポンプなどのほか、エゼクターやアスピレータなども用いることができる。
【００２５】
この浄水装置を酸素残留モードで使用して原水中のトリハロメタン類を除去する場合、脱気用モジュール１０に供給する外気中のトリハロメタン類の濃度が高いと、十分な除去効果が得られないことになる。しかし、例えば夏期の首都圏や近畿圏において、水道水中のトリハロメタン類、例えばクロロホルムの濃度が１００ｐｐｂ近くに達するような場合でも、空気中のクロロホルム濃度はその１／５０以下程度であるから、実用上は問題にならない。また、このとき、空気中の酸素濃度に比べて原水中の溶存酸素濃度が高い場合を除き、水中の酸素は脱気されることがないので、水のうまみの一要因である溶存酸素は一定の濃度レベルに保たれる。
【００２６】
（実施例２）
この実施例は、貯槽中の原水を汲み上げることなく、その場で溶存ガスを脱気することができる脱気式浄水装置の一例である。この装置の構成を図４に示す。以下の説明において、図１を用いて説明した実施例１の構成要素と共通しているものは同一番号を付してその説明を省略または簡略化する。
【００２７】
実施例２の浄水装置の場合、ケーシング１内には吸気ポンプ２３、外気供給弁２２、エアフィルタ２１、およびこれらを作動制御する電気回路が組み込まれている。このケーシング１内の外気供給弁２２および吸気ポンプ２３からそれぞれ、ゴムホースなどの屈曲性通気管４１、４２が引き出され、その端末は器外に設置された脱気用シート（脱気用モジュール）４０の対向端部に接続されている。
【００２８】
この脱気用シート４０は、多数本の中空糸膜１１が互いに交差するように織られまたは編まれてシート状に形成され、それぞれの中空糸膜１１の開口端末は、シートの対向端部に沿って設けられたパイプ４３、４４の側面にそれぞれ連通されている。そしてそれぞれのパイプ４３、４４の好適な側面部位に、通気管４１、４２の分岐された端末が接続される。
この脱気用シート４０は、例えば原水を満たした水槽Ｐの液面下に配設される。従って実施例２の装置にあっては、中空糸膜１１の内側が気相とされる。
【００２９】
実施例２の装置を用いた（１）脱酸素モードの運転形態について説明する。この場合は、外気供給弁２２を閉止し、吸気ポンプ２３の運転を開始する。これによって、脱気用シート４０を構成する中空糸膜１１の内側（中空部）の気相が減圧され、中空糸膜１１の外側面に接する水中の溶存酸素が中空糸膜１１を通して内側に拡散することによって脱気される。
このとき、中空糸膜１１の内側が雰囲気温度における飽和水蒸気圧以下まで減圧されていれば、水中の溶存酸素とともに例えばトリハロメタン類など他の溶存ガスも脱気される。
【００３０】
次に、（２）酸素残留モードの運転形態について説明する。
この場合は、予めリレー３１を作動して外気供給弁２２を開き、吸気ポンプ２３を運転する。これによって、脱気用シート４０の中空糸膜１１内側に、エアフィルタ２１によって除塵された空気が流通するようになる。
【００３１】
この状態で水槽Ｐ内の原水は、中空糸膜１１の外側面と接触し、大気中の総トリハロメタン濃度に比較して原水中のその濃度が高い場合には、原水中のトリハロメタン類などが大気中のその濃度と平衡に達するまで、中空糸膜１１を通して内側に拡散し、吸気ポンプ２３によって系外に排出される。
このとき、中空糸膜１１の内側には、大気分圧の酸素が存在するから、水中の酸素が中空糸膜１１を通して拡散することはない。従って、この（２）酸素残留モードの運転では、原水中のトリハロメタン類などのみが除去され、酸素は水中に残る。
【００３２】
実施例２の脱気式浄水装置は、脱気用シート４０がケーシング１の外部にあって可搬性であり、随時、水槽や水溜めに投入浸漬して（１）脱酸素モードあるいは（２）酸素残留モードで溶存ガスを除去できるので、飲用水槽、農業用水槽、プール、薬品水溶液槽などの原水を槽内で脱気するのに便利である。
【００３３】
実施例２の脱気式浄水装置において、脱気用シート４０に代えて脱気用モジュール１０を使用することもできる。この場合は、脱気用モジュール１０の中空糸膜１１の内側（中空部）を気相とし、外側を水相とし、また水中投入ポンプなどを用いて、中空糸膜１１の外側に接触して水槽の水が循環するようにする。
【００３４】
上記の実施例１、実施例２に示した脱気式浄水装置においては、例えば中空糸膜１１の気相側において溶存ガスの透過拡散の障害となる結露を防止する手段、エアフィルタ２１の目詰まりを警告するライフメータ、パイロットランプ、ガス濃度計などを装着することができる。
【００３５】
本発明の脱気式浄水装置は、通常の浄水装置、例えば活性炭と水透過性中空糸膜などを組み合わせ、水中のカルキ臭、カビ臭、鉄さび、微生物などを除去し、また無機物質と組み合わせて水のうまみを増す浄水装置などと併用または一体化することもできる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の脱気式浄水装置は、中空糸膜からなる脱気用モジュールと、この中空糸膜の気相側を吸気する吸気手段と、この中空糸膜の気相側の面に外気を供給するための開閉自在な外気供給手段とを有するものであるので、水中の（１）溶存酸素を除去する脱酸素モードと、（２）溶存酸素を残してそれ以外の例えばトリハロメタン類などの溶存ガスを除去する酸素残留モードとを随時切り替えて使用することができ、水中の溶存酸素を除去する装置と、溶存酸素を残してそれ以外の例えばトリハロメタン類などの溶存ガスを除去する飲用水のための装置とが必要な場合に、省スペース、低コスト、短納期の利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すブロック系統図。
【図２】上記実施例における脱気用モジュールの断面図。
【図３】上記脱気用モジュールに用いた中空糸膜の一例を示す斜視図。
【図４】本発明の他の一実施例を示すブロック系統図。
【符号の説明】
１０……脱気用モジュール
１１……中空糸膜
２３……吸引ポンプ
２２……外気供給弁

Claims (1)

1. 水を透過せずガスを透過し得る中空糸膜からなり、この中空糸膜が水相と気相との界面をなし、これを通して水中のガスが気相側へ拡散するように構成され、多数の中空糸膜が互いに交差するように織られまたは編まれてシート状に形成された脱気用モジュールと、
   この中空糸膜の気相側を吸気する吸気手段と、
   この中空糸膜の気相側の面に外気を供給するための開閉自在な外気供給弁を備えた外気供給手段とを有し、
   前記外気供給弁の開閉により、中空糸膜の気相側を真空状態または空気が流通する状態に切り換えることで、水中の（１）溶存酸素を除去するモードと、（２）溶存酸素を残してそれ以外の溶存ガスを除去するモードとのいずれかを選択し得るようにした脱気式浄水装置。

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