JP3915597B2

JP3915597B2 - 浄水カートリッジ

Info

Publication number: JP3915597B2
Application number: JP2002151921A
Authority: JP
Inventors: 隆行浦田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-05-27
Filing date: 2002-05-27
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2022-05-27
Also published as: JP2003340445A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は家庭や事務所で使用し、水道水等を浄化する浄化器における浄水カートリッジに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水源の汚染に伴い、水道水は浄水器を通した後に利用されることが多い。浄水器は内部に浄水カートリッジを有しており、浄水カートリッジによって水は浄化される。浄水カートリッジには、通常、活性炭が使用されており、活性炭の触媒作用により水中の残留塩素は分解され、また、有機物は活性炭の吸着作用により吸着され水中から除去される。これらの作用により浄水カートリッジを通した水は臭気成分などが除かれるのである。
【０００３】
また、活性炭に菌などが繁殖するのを抑制するために、活性炭に銀を添着する場合もある。そして、浄水性能が低下すると活性炭を含む浄水カートリッジを新しいものに取り替える構造となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の浄水カートリッジは、通常、１種類の活性炭のみを使用していた。活性炭は、細孔に有機物などを吸着するのであるが、細孔の大きさにより有機物の吸着性能が大きく異なる。
【０００５】
例えば、トリハロメタンのような小さな分子サイズの有機物は小さな細孔を有する活性炭によく吸着されるのであるが、２メチルイソボルネオール（以下かび臭物質と言う）のような大きな分子サイズの分子は大きな細孔に吸着されやすいと言うものである。
【０００６】
よって、１種類の活性炭を使用した浄水カートリッジでは、小さな分子サイズと大きな分子サイズの物質のいずれも良く除去できないと言うことがあった。また、通常、活性炭は水蒸気雰囲気により賦活されるため表面に水酸基やカルボン酸基が残留し、親水性を示すが、有機物は通常疎水性であるので、従来の浄水カートリッジは有機物の吸着性が低く寿命が短いと言う課題があった。
【０００７】
また、水質によって大きな分子サイズの有機物が多い場合や少ない場合があるので、水質によっては活性炭寿命が非常に短いと言う課題もあった。また、活性炭は吸着性能をまだ有していても、１つの臭気成分などが除去できなくなると全部を交換しなければならず、非経済的な構造の浄水カートリッジとなっていた。
【０００８】
また、活性炭に銀を添着する場合は、活性炭の一部を分離し、これに銀を添着させ、元の活性炭に一定の割合で混合するという複雑な工程が必要であった。
【０００９】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、小さな分子サイズの物質と大きな分子サイズの物質の両方を有効に除去することができ寿命の長い浄水カートリッジを実現することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の浄水カートリッジは、平均細孔半径が０．５ｎｍ〜１ｎｍの活性炭を８０〜９０％、平均細孔半径が１〜２ｎｍの活性炭を１０〜２０％の割合で混合させた活性炭層を有するものである。
【００１１】
これにより、小さな分子サイズの物質と大きな分子サイズの物質の両方を有効に除去でき寿命の長い浄水カートリッジを実現することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、平均細孔半径が０．５ｎｍ〜１ｎｍの活性炭を８０〜９０％、平均細孔半径が１〜２ｎｍの活性炭を１０〜２０％の割合で混合させた活性炭層を有する浄水カートリッジとすることにより、小さな分子サイズの物質と大きな分子サイズの物質の両方を有効に除去でき寿命の長い浄水カートリッジが実現できる。
【００１３】
さらに、各活性炭を有効に利用できるようになり、除去性能が高く寿命の長い浄水カートリッジが実現できる。
【００１４】
さらに、トリハロメタンなどの比較的小さな分子サイズの物質が多い水でも除去寿命の長い浄水カートリッジが実現できる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、平均細孔半径が０．５ｎｍ〜１ｎｍの活性炭は、活性炭表面の酸化物量を活性炭１ｇあたり０．１５ミリ当量以下となるように加熱処理した請求項１に記載の浄水カートリッジとすることにより、より高い有機物の除去性能を有する浄水カートリッジが実現できる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、通過する水の空間速度（ＳＶ）は、活性炭に対して１０００／ｈ以下である請求項１〜２のいずれか１項に記載の浄水カートリッジとすることにより、除去寿命の長い浄水カートリッジが実現できる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面に基づいて説明する。
【００１８】
（実施例１）
図１は実施例１における浄水カートリッジを示し、１は外ケースであり、直径が９１ｍｍで、長さが１４７ｍｍの浄水カートリッジの外筐体を形成している。外ケース１の内部には、浄水材料である活性炭層２と、中空糸膜モジュール３を有している。活性炭層２は外ケース１内で円筒状に形成され、活性炭４により構成されており、活性炭層２から活性炭４がこぼれ出さないように不織布５ａ、５ｂで保持されている。
【００１９】
円筒状の形状をした活性炭層２の内側には、直径が４０ｍｍで、長さが１２５ｍｍの中空糸膜モジュール３が配置されている。中空糸膜モジュール３は中空糸膜６を有している。７は入水口であり、ここから外ケース１内に水が進入する。８は出水口であり、外ケース１内で浄化された水は出水口８から外部に排出される。９は入水空間であり、１０は活性炭―モジュール空間である。
【００２０】
ここで、浄水カートリッジにおける水の流れを説明する。まず、水は入水口７から外ケース１内に進入する。浸入した水は入水空間９で広がり、不織布５ａを均等に通過する。不織布５ａを通過した水は、活性炭層２の内部を通過する。活性炭層２内で活性炭４と接触することにより、水中に含まれる残留塩素が分解除去され、有機物等は活性炭４の吸着作用により吸着され、除去される。
【００２１】
活性炭層２を通過した水は不織布５ｂを通過し、活性炭―モジュール空間１０で再び広がり、中空糸モジュール３に流れ込む。中空糸モジュール３に流れ込んだ水は中空糸膜６を透過する。水が中空糸膜６を透過するときに、水に含まれる菌や微細な粒子および濁り成分をろ過し、除去されるのである。中空糸膜６を透過した水は出水口８から外ケース１外に排出される。
【００２２】
浄水材料としては、活性炭の他にも、シリカゲルなどの吸着物質、炭酸カルシウムや硫酸カルシウム等のミネラル溶出物質、イオン交換樹脂やキレート樹脂等のイオン調整物質および亜硫酸ナトリウムなどの塩素反応物質を使用しても良い。活性炭４としては、少なくとも２種類の活性炭を用いた。
【００２３】
この実施例では、粒状の活性炭４ａとこれとは異なる粒状の活性炭４ｂをそれぞれ８：２の割合で均一に混合させたものを約４００ｍｌ使用した。本実施例では活性炭４ａとしてクラレケミカル社製のＹＰ−１０ＨＴを、活性炭４ｂとしてクラレケミカル社製のＧＷ−Ｈを使用した。
【００２４】
活性炭４ａの細孔分布を図３に、また活性炭４ｂの細孔分布を図４に示している。活性炭４ａは平均細孔半径が１ｎｍ以下と小さい細孔が多い特徴を有し、活性炭４ｂは平均細孔半径が１ｎｍ以上と大きい細孔が多い特徴を有している。
【００２５】
また、活性炭４ａは活性炭の作成後、窒素雰囲気で３００℃以上に加熱処理を行い、活性炭表面の酸化物量を活性炭１ｇあたり０．１５ミリ当量以下としたものを使用した。また、活性炭４ｂには銀を添着した。添着量は活性炭の重量に対して約１％とした。不織布５としては、ポリエステル製でスポンジ構造を持ち、弾力性を有するフォームを使用した。
【００２６】
次に実験例を示す。試験水には、水道水に次亜塩素酸ナトリウム、総トリハロメタンおよび２−メチルイソバルネオールを添加し、残留塩素濃度を２．０ｍｇ／Ｌ、総トリハロメタン濃度を１００ｍｇ／Ｌおよびかび臭濃度を５０ｎｇ／Ｌに調整した水を使用した。これは浄水器の寿命試験を行うＪＩＳにより定められた濃度であり、最も一般的なバランスの水質であると言える。入水口７から試験水を流し込み、活性炭層２や中空糸膜６を通過した後、出水口８より出てきた透過水を分析し、原水に対する除去率を求めた。除去率は（式１）に従い計算した。
【００２７】
【式１】

【００２８】
ここで、ｃ０は各成分の試験水中の濃度を表し、ｃ１は各成分の透過水中の濃度を表す。除去率が８０％を下回るまでの総ろ過水量を寿命とした。
【００２９】
実験条件１は、活性炭４は活性炭４ａを８０％、活性炭４ｂを２０％とし均一に混合した。
【００３０】
実験条件２は、活性炭４として活性炭４ａのみ（１００％）とした。
【００３１】
実験条件３は、活性炭４として活性炭４ｂのみ（１００％）とした。
【００３２】
実験条件４は、活性炭４として活性炭４ａを９０％、活性炭４ｂを１０％とし均一に混合した。
【００３３】
実験条件５は、活性炭４として活性炭４ａを５０％、活性炭４ｂを５０％とし均一に混合した。
【００３４】
実験条件６は、活性炭４として活性炭４ａを８０％、活性炭４ｂを２０％とし均一に混合したが、活性炭４ａとしては加熱処理を行っていない、または加熱処理による活性炭表面の酸化物量が０．１５ミリ当量／ｇ以上のＹＰ−１０ＨＴ活性炭を使用した。
【００３５】
実験条件７は、活性炭４として活性炭４ａを８０％、活性炭４ｂを２０％としたが、均一に混合するのではなく、活性炭４ａを充填した後、活性炭４ｂを充填し、均一に混合していない状態とした。
【００３６】
上記各実験条件１〜７の浄水カートリッジに２Ｌ／分のろ過流量で試験水を流したときの除去率を求め、除去率が８０％を下回るまでの総ろ過水量（寿命）を（表１）に示す。ここで浄水カートリッジ寿命とは、トリハロメタンまたはかび臭の除去寿命の短い方の寿命とした。
【００３７】
【表１】

【００３８】
これから明らかであるが、実験条件１のように、活性炭４として活性炭４ａを８０％、活性炭４ｂを２０％とし均一に混合したものは、トリハロメタンおよびかび臭除去の寿命はいずれも１００００Ｌと長く、バランス良く除去ができている。
【００３９】
実験条件２のように、活性炭４として活性炭４ａのみとした場合は、トリハロメタンの除去寿命は長いが、かび臭の除去寿命は短い。小さな細孔の多い活性炭のみでは小さな分子サイズのトリハロメタンは吸着除去する性能は高いが、大きなかび臭物質は吸着性能が低いため除去できず、大、小の分子サイズの混合する水ではバランス良く除去することはできないのである。
【００４０】
実験条件３のように、活性炭４として活性炭４ｂのみとした場合は、かび臭の除去寿命は長いが、トリハロメタンの除去寿命は短い。大きな細孔の多い活性炭のみでは大きな分子サイズのかび臭物質は吸着除去する性能は高いが、小さなトリハロメタンは吸着性能が低いため除去できず、大、小の分子サイズの混合する水ではバランス良く除去することはできないのである。
【００４１】
実験条件４のように、活性炭４ａを９０％、活性炭４ｂを１０％とし均一に混合したものは、トリハロメタンの除去寿命の方が長い結果となった。標準的な水質の水の場合は、活性炭４ａと４ｂの割合はそれぞれ８０％と２０％のバランスが良いが、トリハロメタンなどの物質の割合が多い場合は、平均細孔半径が１ｎｍ以下の活性炭が８０％以上、１ｎｍ以上の活性炭が２０％以下の混合割合とした方が大きい分子サイズと小さい分子サイズの除去寿命のバランスが良くなり、浄水カートリッジの寿命を長くすることができるのである。
【００４２】
実験条件５のように、活性炭４として活性炭４ａを５０％、活性炭４ｂを５０％とし均一に混合したものは、かび臭の除去寿命の方が長い結果となった。標準的な水質の水の場合は、活性炭４ａと活性炭４ｂの割合はそれぞれ８０％と２０％のバランスが良いが、かび臭などの物質の割合が多い場合は、平均細孔半径が１ｎｍ以下の活性炭が８０％以下、１ｎｍ以上の活性炭が２０％以上の混合とした方が大きい分子サイズと小さい分子サイズの除去寿命のバランスが良くなり、浄水カートリッジの寿命を長くすることができるのである。
【００４３】
実験条件６のように、活性炭４として活性炭４ａと活性炭４ｂをそれぞれ８０％と２０％の割合で混合したが、活性炭４ａとして加熱処理を行っていないＹＰ−１０ＨＴ活性炭を使用したものは熱処理を行ったものに比べて、トリハロメタンおよびかび臭の除去寿命がいずれも短くなった。トリハロメタンやかび臭などの有機物のように多くの有機物は疎水性が強いので、活性炭を熱処理することにより表面の親水基を焼き飛ばし、親水性を弱めるので、有機物の除去性能が向上するために、寿命の長い浄水カートリッジが実現できたのである。
【００４４】
実験条件７のように、活性炭４として活性炭４ａと活性炭４ｂをそれぞれ８０％と２０％の割合で使用するのであるが、均一に混合するのではなく、活性炭４ａを充填した後、活性炭４ｂを充填し、均一に混合していない状態としたものは、均一に混合したものに比べて短い除去寿命となった。均一に混合すると、異なった種類の活性炭が近傍に存在するため、大きな分子サイズの吸着性能が高い活性炭には大きな分子が、小さな分子サイズの吸着性能が高い活性炭には小さな分子が吸着しやすくなる。
【００４５】
よって、活性炭の特性が有効に発揮できるようになるために、異なった特性の活性炭を均一に混合することにより、長い寿命の浄水カートリッジが実現できるのである。
【００４６】
本実施例のように、活性炭４として活性炭４ａと活性炭４ｂを用い、活性炭４ｂに銀を添着した活性炭を用いた場合の製造行程を図５に示し、活性炭４として活性炭４ａを用い、一部に銀を添着した場合の製造工程を図６に示す。図５に示した工程では、異なった種類の活性炭が利用できることに加え、分離工程が無くなるなどの効果があり、簡単な工程で抗菌性を有する浄水カートリッジが実現できるのである。
【００４７】
また、浄水カートリッジに通過する水の空間速度（ＳＶ）と除去率の関係を図７に示す。図７で明らかなように、ＳＶを１０００ｈ^−１以下にすると、高い除去性能が発揮できるが、１０００ｈ^−１以上の場合には低くなる。これは被吸着物質の大きさとほぼ一致する活性炭の細孔には非常に大きな吸着性能が発揮できるが、大きさがほぼ一致するため、細孔内での拡散速度が遅くなる。よって、異なる細孔や性能の活性炭を複数組み合わせて使用する場合は、ＳＶを１０００ｈ^−１以下にすることにより、寿命の高い浄水カートリッジが実現できるのである。
【００４８】
（実施例２）
以下、図２に基づき本発明の実施例２について説明する。実施例１と異なる点についてのみ説明する。
【００４９】
図に示すように、活性炭４ａと活性炭４ｂは不織布５ｃで分離されており、活性炭４ａと活性炭４ｂを個々に交換することが可能になっている。他の構成は実施例１と同じである。
【００５０】
ここで、水の流れを説明する。まず水は、入水口７から外ケース１内に進入する。進入した水は入水空間９で広がり、不織布５ａを均等に通過する。不織布５ａを通過した水は、活性炭４ｂを通過する。水は活性炭４ｂと接触することにより残留塩素が分解除去されるとともに、活性炭４ｂの細孔に適する有機物等は活性炭の吸着作用により吸着され、除去される。活性炭４ｂを通過した水は不織布５ｃを通過し、活性炭４ａに流れ込む。水は活性炭４ａと接触することにより活性炭４ａの細孔に適する有機物等は活性炭の吸着作用により吸着され、除去される。活性炭４ａを通過した水は不織布５ｂを通過し活性炭―モジュール空間１０で再び広がり、中空糸モジュール３に流れ込む。
【００５１】
中空糸モジュール３に流れ込んだ水は中空糸膜６を透過する。水が中空糸膜６を透過するときに、水に含まれる菌や微細な粒子および濁り成分をろ過し、除去されるのである。中空糸膜６を透過した水は出水口８から外ケース１外に排出される。
【００５２】
浄水材料および不織布の具体材料、その他は、実施例１と同様であるが、この実施例では、除去性能の低下した活性炭のみを個別に交換することができるので、非常に効果的な浄水カートリッジが実現できるのである。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように本発明の浄水カートリッジは、平均細孔半径が１ｎｍ以下の活性炭と、平均細孔半径が１ｎｍ以上の活性炭との少なくとも２種類の活性炭を有することにより、小さな分子サイズの物質と大きな分子サイズの物質の両方を有効に除去でき寿命の長い浄水カートリッジが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における浄水カートリッジの断面図
【図２】本発明の実施例２における浄水カートリッジの断面図
【図３】本発明の実施例１における浄水カートリッジに用いる一活性炭の細孔分布図
【図４】同浄水カートリッジに用いる他の活性炭の細孔分布図
【図５】同浄水カートリッジにおける活性炭の製造工程図
【図６】同浄水カートリッジにおける活性炭の比較製造工程図
【図７】同浄水カートリッジに通過する水の空間速度（ＳＶ）と除去率の関係の特性図
【符号の説明】
１外ケース
２活性炭層
３中空糸膜モジュール
４活性炭
５不織布
６中空糸膜
７入水口
８出水口

Claims

平均細孔半径が０．５ｎｍ〜１ｎｍの活性炭を８０〜９０％、平均細孔半径が１〜２ｎｍの活性炭を１０〜２０％の割合で混合させた活性炭層を有する浄水カートリッジ。
平均細孔半径が０．５ｎｍ〜１ｎｍの活性炭は、活性炭表面の酸化物量を活性炭１ｇあたり０．１５ミリ当量以下となるように加熱処理した請求項１に記載の浄水カートリッジ。
通過する水の空間速度（ＳＶ）は、活性炭層に対して１０００／ｈ以下である請求項１、２のいずれか１項に記載の浄水カートリッジ。