JP4181295B2 - Membrane separation water adjusting device and method for adjusting water in membrane separation device - Google Patents

Membrane separation water adjusting device and method for adjusting water in membrane separation device Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は海水淡水化装置、半導体洗浄用超純水製造装置、人工透析用純水製造装置等に適用され、供給される原水を逆浸透膜法等の膜分離処理により成分調整を行う膜分離水調整装置及び、膜分離装置の水の調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水の調整方法には、逆浸透膜法（ＲＯ膜法：Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ）、イオン交換法、濾過法などの方法があり、これらの方法を適用して海水の淡水化用水や半導体用洗浄水、人工透析用水等が製造されていた。
逆浸透膜法は、水分子は通すが溶質である無機塩類等は通さない微細な孔を持った半透膜（ＲＯ膜）、中空糸膜、平膜等の透析膜を配置し、その一側に純水、他側に無機塩を含む溶液を配置して溶液側に浸透圧以上の圧力を加えて水を非加圧状態の場合と逆方向に移動させる方法である。この逆浸透膜法は海水淡水化や純水化のための方法として提案され、優れた半透性をもつセルロースエステル等の透析膜等の採用により広く実用化されている。
特に半導体洗浄用超純水製造装置、人工透析用純水製造装置には逆浸透膜法により処理された水が用いられ、この水質によって、品質が左右されることからその管理や処理には多大の関心が払われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の逆浸透膜法を適用した水の調整方法は以下のような課題を有していた。
（１）逆浸透膜法は一種の物理的膜濾過であるため、使用中に半透膜に目詰まりが発生し濾過効率が低下し、効率的な運転が妨げられるという課題があった。
（２）特に、逆浸透膜法で処理した水を希釈液に用いる人工透析液は、カルシウム、カリウム、ナトリウムなどのイオンを含むため、人工透析器の配管チューブ、バルブなどに炭酸カルシウム等が析出する。こうして、バルブの作動不良を起こしたり、エンドトキシン等の汚染物質が析出部分に濃縮されたりして、定期的に酢酸洗浄が必要になるという課題があった。
（３）逆浸透膜法では逆浸透膜の負荷軽減のため、前段で懸濁物の分離のための濾過装置、イオン交換法によるカルシウムイオン等の除去装置、有機物などの除去のための活性炭処理装置などが一般に設置されているが、イオン状シリカは除去されないため、これによる半透膜の目詰まり、半透膜間への堆積による抵抗増による流量低下などによる処理量の低下が起こり、定期的洗浄や交換に多大な労力が必要であった。
【０００４】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、処理前後における溶解成分を変化させることなく水分子の会合状態を変化させ、半透膜や透析膜等における目詰まりを効果的に抑制して逆浸透膜等を有した膜分離装置を連続して長時間稼動させることができ、処理水を人工透析液の希釈水に適用した場合には、透析液における炭酸カルシウム等の析出を抑制して、汚染物質の濃縮を抑制し、酢酸洗浄の手間と酢酸費用を軽減することのできる膜分離水調整装置の提供、及び透析膜等における目詰まりを効果的に抑制し、長時間連続運転を可能として、メンテナンス回数を著しく減少できる膜分離装置の水の調整方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【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は以下の構成を有している。
請求項１に記載の膜分離水調整装置は、珪酸塩系セラミックスの粒子からなる粒子層に２〜１０ｃｍ／ｓｅｃの流速の原水を通過させ、前記原水の水流により流動化された前記粒子と接触させて調整水を得る水調整装置と、前記調整水のうち必要量が供給され中空糸膜や平膜からなる透析膜により前記調整水の成分調整を行うとともに、前記水調整装置内で流動電解を行うのに必要な水量を維持させるように余分な水量を前記水調整装置に循環させる膜分離装置と、を備えて構成されている。
この構成によって以下の作用を有する。
（ａ）水調整装置に供給された原水が、セラミックス粒子同士の衝突や摩擦により発生する圧電気や焦電気等の電磁気的エネルギーを利用した流動電解処理により、水分子の会合状態が構造化されて、イオン状シリカ、カルシウムイオンなどを取り巻く水分子の状態変化により、膜分離装置の透析膜における目詰まりや堆積を抑制して、効率的に水の調整を行うことができる。
（ｂ）膜分離水調整装置により処理された水を人工透析を行う透析液の希釈水に適用した場合には、水中のカルシウム分等の溶質が析出して生じるスケールの防止効果等の有用な効果を発揮、促進させることができる。
（ｃ）特別な化学薬品や熱エネルギーを使用することなく簡単な処理で中空糸膜や平膜等の半透膜を含む透析膜の透過性が改善されるので、逆浸透膜装置等の膜分離装置におけるポンプの作動エネルギーの節約や透析膜の寿命改善を行うことができる。
（ｄ）水調整装置で原水を処理する際に珪酸塩系セラミックス中の成分が水中に溶出したり、逆に水中の成分が粒子表面に沈着したりすることがないので、成分変化に伴う後処理などが必要なく、以降の水処理等を容易に行える。
（ｅ）珪酸塩系セラミックスの粒子が水調整装置内に流出することなく配置されているので、常時、管理された安定な流動状態のもとで原水を粒子と接触させ、水分子を必要な会合状態に維持させることができる。
（ｆ）珪酸塩系セラミックスを用いるので、水分子の会合状態を変えるのに必要なゼータ電位や誘電率等を所定の範囲に調整することも可能として、効率的に原水の改質を行うことができる。
（ｇ）珪酸塩系セラミックスは流動させても磨耗がなく、流動により粒子の表面がクリーニングされているので、異物付着などによる効果の低下がなく、半永久的に使用でき、特別なメンテナンスも不要である。
（ｈ）水調整装置内を流動電解の最適化状態に維持させながら、流動電解を行うのに必要な水量を維持できる。
【０００６】
水調整装置は、管体の上下にステンレス製や合成樹脂製の粒子流出防止部を有し、内部で所定粒度の珪酸塩系セラミックスの粒子が十分流動できる空所を設けて保持し、所定流量の原水を流すことにより、原水と粒子とを流動状態で接触させ、珪酸塩系セラミックスの粒子と水との界面に形成された電気二重層を相対に移動させる際のゼータ電位や、珪酸塩系セラミックス粒子の機械的衝撃に伴う圧電現象等を生じさせ、電磁気的エネルギーを逆浸透膜処理用水に付与し活性化する。流動の方式としては、管体の下部から上部に向けて通水する垂直上昇流動層方式が流動状態を制御し易いことから好ましい。
珪酸塩系セラミックスは、シリカを主成分とするセラミックスが適用できる。この珪酸塩系セラミックスには、例えば宮崎県で産出する堆積砂岩ホルンヘルスの原石を３工程で粉砕（粗砕→粗粉砕→微粉砕）して造粒機により所定の粒径に造粒した後、焼成炉において１０５０℃〜１４００で焼成したものが好適に使用できる。この主成分となる珪素の他に、アルミニウム、鉄、カルシウム、カリウム、ナトリウム等も含まれている。このセラミックスのモース硬度は約６．８〜７．１でモース硬度が７の石英に匹敵する硬度を有しており、水中で流動させても粒子の衝突により磨耗したり、セラミックスの成分が溶出したりすることのないよう所定の温度で焼結されている。
膜分離装置は、中空糸膜や、メンブレンフィルター等で形成された面状の平膜等からなる透析膜、半透膜を備えた水処理装置であり、水溶液の成分調整や不溶分、固形分等の除去を行うことのできる装置である。
【０００７】
本発明は、珪酸塩系セラミックスに原水を流動状態で接触させることにより、水分子の会合状態を変化させるようにしている。即ち、水分子は酸素１個に対し２個の水素が１０４．５２度の角度で結合し、水素と酸素の電気陰性度の違いと結合角度の影響で、酸素原子側はマイナス（−）に、水素原子側はプラス（＋）に電荷が偏り双極子になっている。このため、静電気力で酸素原子側に他の水分子の水素が引きつけられ、水中にはいくつかの分子が会合したクラスターと呼ばれる集団が形成されている。この会合状態により水の活性化機能が規定されるものと考えられる。
例えば、このように水処理装置で活性化され膜分離装置で処理された水を生活用水等として用いた場合にはスケールの剥離及び生成抑制効果、トイレにおける尿石剥離及び生成抑制効果、臭気軽減効果、水道配管における赤水抑制効果、流し台、排水管におけるぬめり、スライムの生成抑制効果、動植物の生育促進効果、洗浄効果などの有益な効果が実験的に確認されている。
【０００８】
請求項２に記載の膜分離装置の水の調整方法は、原水を珪酸塩系セラミックスの粒子からなる粒子層が形成された水調整装置に供給し、前記原水を２〜１０ｃｍ／ｓｅｃの流速で前記粒子層を通過させ、前記原水の水流により流動化された前記粒子と接触させて得られる調整水のうち、必要量を中空糸膜や平膜からなる透析膜を備えた膜分離装置に供給して成分調整し、前記水調整装置内で流動電解を行うのに必要な水量を維持させるように余分な水量を前記水調整装置に循環させるように構成されている。
この構成によって以下の作用が得られる。
（ａ）原水が流動状態の珪酸塩系セラミックスの粒子と接触するので、この時に起こるセラミックス粒子同士の衝突や摩擦により発生する圧電気や焦電気等の電磁気的エネルギーにより、水分子の会合状態を変化させることができる。これにより、膜分離装置における不溶分等による透析膜の目詰まりや、透析膜への堆積によって生じる抵抗増に伴う流量低下などを効果的に抑制することができる。
（ｂ）さらに膜分離装置で処理された調整水を人工透析を行う透析液の希釈水に適用した場合には、水中のカルシウム分等の溶質が析出して生じるスケールの防止効果等の有用な効果を発揮、促進させることができる。
（ｃ）特別な化学薬品や熱エネルギーを使用することなく簡単な処理で半透膜の透過性が改善されるので、逆浸透膜装置等の膜分離装置におけるポンプの作動エネルギーの節約や半透膜の寿命改善ができる。
（ｄ）水調整装置で原水を処理する際に珪酸塩系セラミックス中の成分が水中に溶出したり、逆に水中の成分が粒子表面に沈着したりしないので、成分変化に伴う後処理などが必要でなく、以降の水処理を容易に行うことができる。
（ｅ）珪酸塩系セラミックスの粒子が水調整装置内に流出することなく配置されているので、常時、管理された安定な流動状態のもとで原水を粒子と接触させ、水分子を必要な会合状態に維持させることができる。
（ｆ）珪酸塩系セラミックスを用いるので、水分子の会合状態を変えるのに必要なゼータ電位や誘電率等を所定の範囲に調整することも可能であり、効率的に逆浸透膜処理用水等の原水の改質を行うことができる。
（ｇ）珪酸塩系セラミックスは流動させても磨耗がなく、流動により粒子の表面がクリーニングされているので、異物付着などによる効果の低下がなく、半永久的に使用でき、特別なメンテナンスも不要である。
（ｈ）水調整装置内を流動電解の最適化状態に維持させながら、流動電解を行うのに必要な水量を維持できる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の膜分離装置の水の調整方法において、前記珪酸塩系セラミックスが、珪素：５５〜７５重量％、アルミニウム：１０〜２５重量％、鉄：２〜１５重量％、カルシウム：１〜１０重量％、カリウム：２〜１０重量％、ナトリウム：０．１〜１重量％、マグネシウム：０．１〜１重量％、チタン：０．１〜３重量％、ジルコニウム：０．１〜２重量％を含むセラミックスであるように構成されている。
この構成によって、請求項２の作用の他、以下の作用が得られる。
（ａ）珪酸塩系セラミックスの各成分が特定範囲に限定されているので、水流によって粒子を流動化させ、この時に起こる粒子間の衝突や摩擦により発生する微弱な電磁気的エネルギーを利用して、水分子の会合状態を変えることで、水そのものを活性化させる効果を発揮させることができる。
（ｂ）特定組成の珪酸塩系セラミックスが焼成により所定の焼結強度を有して得られるので、水中で粒子同士が衝突を繰り返しても磨耗したり、あるいは成分が溶出したりすることがなく、長期間にわたり安定して用いることができる。
（ｃ）特定組成範囲内で各成分を変化させ珪酸塩系セラミックスの誘電率を調整したり、粒子と水との界面に形成されるゼータ電位等を所定範囲に設定したりすること可能であり、水の会合状態を変化させる活性化効果をさらに向上させることもできる。
【００１０】
ここで、珪酸塩系セラミックスに含まれる珪素が５５重量％より少なくなると、珪酸塩系セラミックスを構成することが困難になると共に、融点が高くなるために焼結性が低下して製造の際に高温の焼成処理が必要になる傾向が有るので好ましくない。逆に７５重量％を超えると、誘電率等の特性を必要な範囲に維持させることが困難になる傾向が有るので好ましくない。
珪酸塩系セラミックスに含まれるアルミニウムが１０重量％より少なくなると、珪酸塩系セラミックスを構成することが困難になるの傾向が有るので好ましくない。逆に２５重量％を超えると、融点が上昇すると共に強度や誘電率等の特性を必要な範囲に維持させることが困難になる傾向が有るので好ましくない。
珪酸塩系セラミックスに含まれる鉄が２重量％より少なくなると、誘電率等を必要な範囲に維持させるのが困難になる傾向が有るので好ましくない。逆に１５重量％を超えると、焼結後の機械的強度等の特性が低下する要因となるので好ましくない。
珪酸塩系セラミックスに含まれるカルシウムが１重量％より少なくなると、誘電率等を必要な範囲に維持させるのが困難になる傾向が有るので好ましくない。逆に１０重量％を超えると、カルシウムの溶出等が生じるので好ましくない。
珪酸塩系セラミックスに含まれるカリウムが２重量％より少なくなると、誘電率等を必要な範囲に維持させるのが困難になる傾向が有るので好ましくない。カリウムが１０重量％を超えるとカリウムの溶出等が生じることもある上に、機械的強度等が低下するので好ましくない。
【００１１】
珪酸塩系セラミックスに含まれるナトリウムが０．１重量％より少なくなると、誘電率等を必要な範囲に維持させるのが困難になる。ナトリウムが１重量％を超えると、焼成後の機械的強度等の低下要因となるので好ましくない。
珪酸塩系セラミックスに含まれるマグネシウムが０．１重量％より少なくなると、誘電率等を必要な範囲に維持させるのが困難になるので好ましくない。逆に１重量％を超えると、焼成後の機械的強度等が低下する要因となり、成分の溶出を生じるので好ましくない。
珪酸塩系セラミックスに含まれるチタンが０．１重量％より少なくなると、誘電率等を必要な範囲に維持させるのが困難になり、粒子を圧電体として機能させる効果が失われるので好ましくない。チタンが３重量％を超えると、焼成後の機械的強度等が低下したり、成分の溶出を生じたりする要因となるので好ましくない。
珪酸塩系セラミックスに含まれるジルコニウムが０．１重量％より少なくなると、融点が高くなるために焼結性が低下して高温での焼成が必要になるので好ましくない。逆に２重量％を超えると、錫成分が溶出する場合があるので好ましくない。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の膜分離装置の水の調整方法において、前記珪酸塩系セラミックスの粒子の平均粒子径が０．５〜５ｍｍであるように構成されている。
この構成によって、請求項２又は３の作用の他、以下の作用が得られる。
（ａ）珪酸塩系セラミックスの平均粒子径がそれぞれ特定範囲に設定されているので、原水が流動状態の珪酸塩系セラミックスの粒子と接触して、衝突の際に生じる電磁気的エネルギーを効率的に利用して、水分子の会合状態を変えることができる。水調整装置及び膜分離装置で処理され、活性化した水を医療施設の用水に適用した場合には、トイレ便器、排水管への尿石の付着抑制、臭気の軽減、水配管や熱交換器等へのスケール堆積抑制等の効果を発揮させることができる。
（ｂ）水調整装置及び膜分離装置により原水の活性化処理と調整処理を行い、この処理水を医療施設に給水することができる。これにより調理場、透析室、手洗い場、流し台、手術室、治療室などにおけるぬめりやスライムの発生によるトラブルが抑制される。
（ｃ）流速を所定範囲で調整し、水調整装置及び膜分離装置で処理した処理水を人工透析用純水製造装置に供給して純水化処理し、この純水を人工透析希釈水として用いた場合には、これらの装置におけるチューブやバルブへの炭酸カルシウム等のスケールの堆積が抑制され、バルブの作動不良トラブルが減少し、装置の長期安定運転ができる。また、スケール生成によって引き起こされるエンドトキシンなどの有害物の濃縮なども抑制できる。
【００１３】
珪酸塩系セラミックスの粒子の粒平均子径が０．５ｍｍより少なくなるにつれて、水流によって粒子が流され易くなるため、適正な流動をさせるための流速が小さくなるので、装置が大型化する。一方、平均粒子径が５ｍｍを超えると、流動させるための流速が大きくなる上、衝突回数も減り有効に電磁気的エネルギーを水に伝達できない。また、セラミックス粒子の流動における衝突で粒子の破壊が起こり易くなるので好ましくない。
均一な流動状態を得るためには、粒子径を一定に揃えて使用することが必要である。粒子径が揃っていないと、粒径毎に分離し適切な流動状態が得られない。水調整装置に充填するセラミック粒子の量は、水調整装置の大きさにもよるが、水調整装置の単位断面積当たり１０〜４０ｇ／ｃｍ2の範囲が適当である。粒子の量が１０ｇ／ｃｍ2より少なくなると、粒子が分散しすぎて衝突の回数が減少し、十分なエネルギー伝達がなされない。また、粒子の量が４０ｇ／ｃｍ2を超えると圧力損失が大きくなる上、それ程活性化が促進されない。
粒子層を通過させる原水の流速は、粒子の比重やサイズ径によるが、直径が１ｍｍ径の粒子の場合で、２〜４ｃｍ／ｓｅｃ、２ｍｍ径の粒子の場合で５〜６ｃｍ／ｓｅｃ、３ｍｍ径の粒子の場合で８〜１０ｃｍ／ｓｅｃの範囲とすることが粒子を均一流動させる上で好ましい。この流速が下限値より遅くなると、セラミックス粒子が流動しなくなると共に、水中の不純物が粒子表面に堆積する傾向があるので、好ましくない。逆に、上限値を超えると、セラミックス粒子が水調整装置の上部の粒子流出防止ネット等に張り付き流動しなくなり、圧力損失が大きくなり、粒子流出防止ネットを破損して、粒子が流出する恐れがある。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項２乃至４の内いずれか１項に記載の膜分離装置の水の調整方法において、前記珪酸塩系セラミックスのｐＨ６〜８の水溶液中におけるゼータ電位が−１５ｍＶ〜−１０ｍＶであるように構成される。
この構成によって、請求項２乃至４の内いずれか１項の作用の他、以下の作用が得られる。
（ａ）珪酸塩系セラミックスのゼータ電位が特定範囲に設定されているので、固液界面における電位を有効に利用して水分子の会合状態を効果的に変化させることができる。これによって、医療設備や医療機器におけるスケールの付着防止効果や、この活性調整された処理水を水耕栽培等に適用した場合における植物の生育促進などの顕著な効果を発揮させることができる。
【００１５】
珪酸塩系セラミックスのゼータ電位がｐＨ６〜８の水溶液中において−１５ｍＶより低くさせるのは、その材質上の制約から限界があり、これを超えても流動電解効果を有効に向上させることができないため好ましくない。逆にゼータ電位が−１０ｍＶを超えると粒子が液中を運動することにより生じる電位差が少ないため、流動電解効果を有効に発揮させるのが困難であるため好ましくない。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項２乃至５の内いずれか１項に記載の膜分離装置の水の調整方法において、前記原水が人工透析の際に透析液を希釈する人工透析用水であるように構成されている。
この構成によって、請求項２乃至５の内いずれかの作用の他、以下の作用が得られる。
（ａ）原水が人工透析液の希釈に用いる希釈液であり、透析液が珪酸塩系セラミックスと流動状態で接触させた活性水を含むので、この透析液中のカルシウム等が、配管チューブ、バルブなどに炭酸カルシウム等のスケールとなって析出するのを抑制できる。これによって、バルブの作動不良を防止し、酢酸洗浄の手間と酢酸費用を軽減できる。
（ｂ）人工透析器内の流路におけるカルシウムスケールの堆積を低減して、汚染物質（エンドトキシンなど）の濃縮を抑制することができ、人工透析における機器の衛生管理を容易にし、感染等の危険を回避することができる。
（ｃ）希釈液を珪酸塩系セラミックスで処理した処理水には余分な溶出成分が含まれないので、透析液の成分調整に伴う薬品成分の添加が不要であると共に、溶出成分によって透析液中の必要なイオンの効果が阻害されるようなことを防止できる。
ここで、希釈液は、予め成分が調整された透析用原液に添加され、所定成分濃度の透析液を得るためのものであり、予めフィルタによる濾過処理、イオン交換処理、活性炭処理、逆浸透膜処理等を行って不純物を除去した水を用いることもできる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項２乃至５の内いずれか１項に記載の水調整装置を用いた膜分離装置の水の調整方法において、前記原水が淡水化処理される海水であるように構成されている。
この構成によって、請求項２乃至５の内いずれかの作用の他、以下の作用が得られる。
（ａ）海水中の水分子の会合状態を変化させて改質されているので、大量の海水を逆浸透膜装置等の膜分離装置で連続的に処理しても容易に目詰まりを起こすようなことがなく、海水を安定に処理してその淡水化処理を効率的に行うことができる。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、請求項２乃至５の内いずれか１項に記載の膜分離装置の水の調整方法において、前記原水が半導体や半導体部品等の洗浄を行う洗浄用水であるように構成されている。
この構成によって、請求項２乃至５の内いずれかの作用の他、以下の作用が得られる。
（ａ）半導体の洗浄用水中における水分子の会合状態を変化させて改質されているので、洗浄効果を促進させることができ、半導体の洗浄を行う高純度の洗浄液を安定的にかつ効率的に行うことができる。
（ｂ）水調整装置で処理された水は表面張力が下がり、界面活性効果が向上しているので、洗浄効果が高く効率的な洗浄ができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１の膜分離装置の水の調整方法を適用する膜分離水調整装置の構成図である。
図１において、１０は実施の形態１を人工透析用に適用した膜分離水調整装置（人工透析用純水製造装置）、１１は水道水などの原水（逆浸透膜処理用水）を溜めるための受水槽、１２は受水槽１１から所定流量の原水が供給される珪酸塩系セラミックスの粒子からなる粒子層を保持した水調整装置、１２ａは水調整装置１２内に配置された平均粒径が０．５〜５ｍｍの珪酸塩系セラミックスの粒子層、１２ｂは流動する粒子層を水調整装置１２内の所定範囲に保持させるためにステンレス製ネットやパンチングメタル等で形成された上下一対の粒子流出防止部、１３は水調整装置１２で流動処理して得られた調整水を逆浸透膜法により処理する膜分離装置の一例である逆浸透膜装置、１４は逆浸透膜装置１３内の流路の所定箇所に設けられたポンプ、１５は流路に設けられた軟水器、１６は活性炭が充填された吸着器、１７は１０μｍ径のフィルタを有する濾過器、１８は軟水器１５、吸着器１６、濾過器１７を経由して処理された原水が供給される半透膜（ＲＯ膜）を備えた逆浸透膜モジュール、１９は逆浸透膜モジュール１８で逆浸透膜処理されたＲＯ水を溜めるためのＲＯ水タンクである。
【００２０】
このように膜分離水調整装置１０は、逆浸透膜装置１３の給水ラインに、水調整装置１２を取付けて供給水をセラミックス処理するようにしている。
なお、図１に示す膜分離水調整装置１０の各ポンプ、フィルタ（Ｆ１１、Ｆ１２）の前後には、装置を的確に作動させるための圧力計及び、流量計が設置されている。水温は測定しているが、温度コントロールはしていない。
逆浸透膜モジュール１８は半透膜を有した装置であり、水の浸透圧を利用して、水中の溶解イオンなどを物理的に分離し、純水を製造する。半透膜を透過させるための一定圧力が供給水に付加され、逆浸透膜モジュール１８の入口圧力、出口圧力及び、受水槽１１から供給される原水の供給水量がコントロールされている。
【００２１】
水調整装置１２内に充填配置した珪酸塩系セラミックス粒子の製造方法及びその特性について以下に説明する。
まず、宮崎県で産出する天然鉱石の堆積砂岩ホルンヘルスを粗砕、微粉砕した。次に、必要に応じて界面活性剤や結合剤としてのポリビニールアルコール（ＰＶＡ）等を含む水２５〜３０重量％をこの微粉砕された天然鉱石に添加し、転動造粒機で平均粒径が約２ｍｍになるように造粒した。
この造粒したものを電気炉中で１２００℃前後に加熱し焼結させて珪酸塩系セラミックスの粒子を作成した。
この珪酸塩系セラミックスの粒子について、各種特性の確認を行った。
珪酸塩系セラミックスの粒子表面はガラス状を呈し、モース硬度は６．８と、モース硬度が７である石英並みの硬度を有していた。
珪酸塩系セラミックスの粒子の密度は２．４５ｇ／ｃｍ3、粒子を押し潰すのに必要な力は１粒子当たり平均で１４７Ｎ（１５ｋｇｆ）であった。
なお、この焼結体の組成を蛍光Ｘ線分析で確認したところ酸化物換算値で、珪素６３重量％、アルミニウム１７．７重量％、鉄６．７重量％、カルシウム４．５重量％、カリウム４．７重量％、ナトリウム０．４重量％、マグネシウム０．３重量％、チタン１．４重量％、ジルコニウム０．６重量％を含む珪酸塩系セラミックスであった。
【００２２】
次に、珪酸塩系セラミックスの粒子についてそのゼータ電位を以下のようにして測定した。
ここでは、粒径が０．７〜１．０ｍｍのセラミックス粒子を選別し、島津製作所製島津流動電位測定装置（ＺＰ−２０ＴＹＰＥ・Ｈ）を用いてゼータ電位を測定した。なお、ｐＨの調整にはＪＩＳで規定されたｐＨ標準液を用いた。
その測定結果を図２に示した。図２は、液中の水素イオン濃度指数（ｐＨ）と珪酸塩系セラミックスのゼータ電位との関係を示したグラフである。
実施の形態１の珪酸塩系セラミックスによれば、ｐＨ６〜８の水溶液中において−１５ｍＶ〜ー１０ｍＶのゼータ電位が得られることがわかった。
【００２３】
以上のように、珪酸塩系セラミックスはその結晶の構造に起因して特有の誘電性、圧電性、焦電性、摩擦電気生成等の電磁気的特性を有しており、本発明においては、これらの特性を用いてこの珪酸塩系セラミックスの粒子の流動状態で接触する処理水における水分子の会合状態を変化させるようにしている。
【００２４】
以上のような特性を有する珪酸塩系セラミックスの粒子が充填された水調整装置１２を容量が５０リットルの水槽にセットし、蒸留水４０リットルを循環ポンプを用いて４０回循環処理した結果について説明する。
この循環処理された水をＩＣＰ発光分光分析を用いて検査してもイオンの溶出は検出されず、また、０．１μｍのメンブレンフィルターを用いて濾過し、濾紙表面を走査型電子顕微鏡で微粒子の生成がないか調査したが、微粒子の発生は検出されなかった。
前記水調整装置１２で、蒸留水に塩酸や水酸化ナトリウムを添加してそのｐＨを４〜１３の範囲で調整したものを用いて試験した結果、ｐＨ＝４〜１１の場合ではイオンの溶出、微粒子の生成はなかったが、ｐＨ＝１１〜１３の場合はシリカの溶出が認められた。これにより、ｐＨを１１未満の範囲で使用するのが好ましいことが分かった。
また、この珪酸塩系セラミックスの粒子は磨耗がなく耐久性に優れていることからメンテナンスが殆ど不要であることが分かった。
【００２５】
この焼結させた珪酸塩系セラミックスの粒子１２０ｇを水調整装置１２に充填して粒子層を形成させた。
プラスチック又はステンレス製（ＳＵＳ３０４）の筺体で形成された水調整装置１２は、流動層の内径が３８ｍｍ、高さが１８０ｍｍである。セラミックスの粒子を充填した上下には、ＳＵＳ３０４製のパンチングメタル（孔径０．８ｍｍ）からなる粒子流出防止部１２ｂが装着されている。これによって、供給される医療施設用水の水流によって流動化した粒子を水調整装置１２の所定範囲に限定して、粒子間の衝突や摩擦を効果的に起こさせ、水分子の会合状態を有効に変化させることができる。
この水調整装置１２の下部から原水となる逆浸透膜処理用水を送り、その水流により珪酸塩系セラミックスの粒子を流動させ、この時に起こる粒子間の衝突や摩擦により発生する微弱な電磁気的エネルギーを活用し、水の機能を向上させるようにしたものである。
珪酸塩系セラミックスの粒子を適正に流動させるため、容器内において一定の流速が必要となる。水の流速は、砂地より湧き出る泉のように該セラミックスの粒子を流動させる速度が好ましい。具体的には、粒子のサイズ径や粒子層の厚みにもよるが、粒径が１ｍｍの粒子の場合で２〜４ｃｍ／ｓｅｃ、２ｍｍ径の粒子の場合で５〜７ｃｍ／ｓｅｃ、３ｍｍ径の粒子の場合で８〜１０ｃｍ／ｓｅｃとするのが適当である。
【００２６】
次に水調整装置１２を逆浸透膜装置１３に接続し、逆浸透膜処理用水の事前処理を行う方法について説明する。
焼結された珪酸塩系セラミックスの粒子１２０ｇを内径が３８ｍｍの円筒状の水調整装置１２内に充填して粒子層を形成させた。
珪酸塩系セラミックスの粒子が充填されステンレス製（ＳＵＳ３０４）の筺体又は管体で形成された水調整装置１２は、流動層の内径が３８ｍｍ、高さが１８０ｍｍであり、その内部の上下にステンレス製のメッシュやパンチングメタル等で又はプラスチック等で網状に形成され粒子の流出を防止するための粒子流出防止部１２ｂが取り付けられた構造を有している。
粒子層１２ａと上側の粒子流出防止部１２ｂとの間には粒子の流動を許容する空間が設けられている。具体的には上下の粒子流出防止部１２ｂ間の容積の４０〜６０ｖｏｌ％となるように充填されている。
水調整装置１２の下部から逆浸透膜処理用水（原水）を送り、その水流により粒子を流動させ、この時に起こる粒子間の衝突や摩擦により発生する微弱な電磁気的エネルギーを活用し、水の機能を向上させるようにしたものである。
これによって、供給される逆浸透膜処理用水の水流によって流動化した粒子を水調整装置１２内の所定範囲に限定して、粒子間の衝突や摩擦を効果的に起こさせ、水分子の会合状態を有効に変化させることができる。
珪酸塩系セラミックスの粒子を適正に流動させるため、容器内において一定の流速が必要となる。この粒子の平均粒径にもよるが、粒径が２ｍｍの場合でその流速は５〜７ｃｍ／ｓｅｃに設定した。
【００２７】
まず、図１に示すように、予め原水となる水道水が供給された受水槽１１から原水を取り出して、水調整装置１２の下部の供給口から所定流量、例え粒径が２ｍｍのセラミックス粒子を充填した水調整装置において粒子層における流速が例えば５〜７ｃｍ／ｓｅｃとなるようにする。これによって、原水が流動状態の珪酸塩系セラミックスの粒子と接触して、この粒子間の衝突や粒子間及び水と粒子間の摩擦により発生する微弱な電磁気的エネルギーにより水分子の会合状態を変化させ、その機能を向上させることができる。
なお、水調整装置１２で処理された水量の内、必要量を逆浸透膜装置１３に供給し、出口側で余分な水量を受水槽１１へ循環させることにより、水調整装置１２内を流動電解の最適化状態に維持させながら、流動電解を行うのに必要な水量を維持させてもよい。
【００２８】
このように処理された原水は、逆浸透膜装置１３の流路に設けられたポンプ１４により、軟水器１５、吸着器１６、濾過器１７で不純物が除かれた後、逆浸透膜モジュール１８に所定流量、本実施の形態では２５リットル／ｍｉｎで供給されて処理され、純化された状態のＲＯ水が排出され、この全排出量の内の本実施の形態では１５リットル／ｍｉｎ分がＲＯ水タンク１９に貯留されるようにした。なお、逆浸透膜モジュール１８から排出される残余のＲＯ水（１０リットル／ｍｉｎ）の内２．５リットル／ｍｉｎ分が逆浸透膜モジュール１８の供給側に回収され、７．５リットル／ｍｉｎ分が不純物が濃縮された濃縮水として排出される。
この逆浸透膜モジュール１８での原水の処理の際には、原水が水調整装置１２で予め水分子の会合状態を変化させる活性化処理がなされているので、半透膜における目詰まりを効果的に防止することができることがわかった。
【００２９】
【実施例】
次に、実施の形態１の水調整装置を用い、耐久性等の評価を行った結果について説明する。
図３は本実施の形態の水調整装置を取り付けた膜分離水調整装置１０の場合と、比較例として水調整装置を取り外した膜分離水調整装置の場合とにおける逆浸透膜モジュールの供給側と排出側との差圧と通過水流量との関係を示したグラフである。
図３において、▲１▼記号：○は実施例として水調整装置１２を取付けた膜分離水調整装置１０を用いた場合のデータ、▲２▼記号：●は比較例として水調整装置を取り外した状態の膜分離水調整装置を用いた場合のデータを示している。
図３のデータから分かるように、▲１▼（実施例）では（水量平均：１４．７リットル／ｍｉｎ、差圧平均：２．３３×１０-1ＭＰａ、データ数：１４１）であるのに対して、▲２▼（比較例）では（水量平均：１３．５リットル／ｍｉｎ、差圧平均：２．５×１０-1ＭＰａ、データ数：４６）となっており、本実施の形態の膜分離水調整装置を用いた場合▲１▼には、▲２▼のケースよりも水量を多くでき、しかも差圧を低く維持できることがわかった。
【００３０】
図４は本実施の形態１の水調整装置１２を取付た膜分離水調整装置１０の場合と、水調整装置を取り外した膜分離水調整装置を用いる比較例の場合とにおける逆浸透膜モジュールの透過水量と水温との関係を示したグラフである。
図４において、▲１▼記号：○は実施例として水調整装置１２を取付けた膜分離水調整装置１０を用いた場合のデータ、▲２▼記号：●は比較例として水調整装置を取り外した状態の膜分離水調整装置を用いた場合のデータを示している。
図４のデータから分かるように、▲１▼では（水温平均：２０．５℃、水量平均：１４．７リットル／ｍｉｎ、データ数：１４１）であるのに対して、▲２▼では（水温平均：１９．２℃、水量平均：１３．５リットル／ｍｉｎ、データ数：４３）となっており、本実施の形態の膜分離水調整装置１０を用いた場合▲１▼は、▲２▼のケースよりも水量を多く維持でき、半透膜への圧力負担が軽減され、ポンプ動力、処理水の水質、膜の寿命の点で有利であることがわかった。
【００３１】
図５は本実施の形態１の水調整装置１２を取付た膜分離水調整装置１０の場合と、水調整装置を取り外した膜分離水調整装置の場合とにおける逆浸透膜モジュールの透過水量と水質との関係を示したグラフである。
図５において、▲１▼記号：○は実施例として水調整装置１２を取付けた膜分離水調整装置１０を用いた場合のデータ、▲２▼記号：●は比較例として水調整装置を取り外した状態の膜分離水調整装置を用いた場合のデータを示している。
図５のデータから分かるように、▲１▼では（水質平均：２．０μＳ／ｃｍ、水量平均：１４．７リットル／ｍｉｎ、データ数：１４１）であるのに対して、▲２▼では（水質平均：２．０μＳ／ｃｍ、水量平均：１３．５リットル／ｍｉｎ、データ数：４６）となっている。このように本実施の形態１の膜分離水調整装置１０を用いた場合▲１▼では、▲２▼の比較例のケースよりも水量を多く維持でき、水質劣化を生じないことが分かる。なお、水調整装置１２で処理され調整水の電気伝導度を測定することでその水質を評価しており、その単位はμＳ／ｃｍ（マイクロジーメンス／ｃｍ）である。
【００３２】
表１は以上の図３〜図５のデータに加えて実験期間の異なる実施の形態１のデータをまとめて示したものである。
逆浸透膜モジュール１８は半透膜を用いた物理的濾過であるため、膜表面への不純物の堆積などで処理量の増加と共に透過性が悪くなる。また、精製した原水の流量（精製量）及び処理液の流量によって、逆浸透膜モジュール１８の入口圧力、出口圧力の調整をしながら運転するが、半透膜の透過性が悪くなると逆浸透膜モジュール１８の入口側と出口側との圧力差が大きくなって、安定に運転操作を行うことが困難になる。しかし、水調整装置１２を用いて予め処理水の状態を改質を行うことにより、これらの弊害を抑制することができることが明らかになった。
即ち、図３及び図４のデータから明らかなように、水調整装置１２を設けることで逆浸透膜モジュールの入口側と出口側の圧力差に対し、また、水温に対しても透過性を約１５％以上改善することができることがわかる。
【００３３】
【表１】

Figure 0004181295
【００３４】
実施の形態１の膜分離装置の水の調整方法は以上のように構成されるので以下の優れた作用を有する。
（ａ）逆浸透膜処理用水（原水）を流動状態の珪酸塩系セラミックスの粒子と接触させるので、この時に起こるセラミックス粒子同士の衝突や摩擦により発生する微弱な電磁気的エネルギーにより水分子の会合状態を変化させ、逆浸透膜法で処理される際の半透膜の目詰まりを効果的に抑制することができる。
（ｂ）特別な化学薬品や熱エネルギーを使用することなく逆浸透膜モジュール１８の半透膜の透過性が改善されるので、逆浸透膜装置１３におけるポンプ１４の作動エネルギーの節約、半透膜の洗浄の軽減、寿命の改善ができる。
（ｃ）逆浸透膜処理用水が透析液の希釈に用いる希釈液であり、透析液が珪酸塩系セラミックスと流動状態で接触させた活性水を含むので、この透析液中のカルシウム等が、配管チューブ、バルブなどに炭酸カルシウム等のスケールとなって析出するのを抑制できる。これによって、人工透析器におけるバルブの作動不良を防止し、人工透析器の酢酸洗浄の手間と酢酸費用を軽減できる。
（ｄ）人工透析器内の流路におけるカルシウムスケールの堆積を低減して、汚染物質（エンドトキシンなど）の濃縮を抑制することができ、人工透析における機器の衛生管理を容易にし、感染等の危険を回避することができる。
（ｅ）水調整装置で逆浸透膜処理用水を処理する際に珪酸塩系セラミックス中の成分が水中に溶出したり、逆に水中の成分が粒子表面に沈着したりすることがないので、以降の水処理を容易に行うことができる。
（ｆ）珪酸塩系セラミックスを用いるので、水分子の会合状態を変えるのに必要なゼータ電位や誘電率等を所定の範囲に調整して、効率的に逆浸透膜処理用水の改質を行うことができる。
（ｇ）特定組成の珪酸塩系セラミックスが焼成により所定の焼結強度を有して得られるので、水中で粒子同士が衝突を繰り返しても磨耗したり、あるいは成分が溶出することがなく、長期間にわたり安定して用いることができる。
（ｈ）特定組成範囲内で各成分を変化させ珪酸塩系セラミックスの誘電率等を調整することができ、粒子と水との界面に形成されるゼータ電位等を高め、流動電解効果をさらに向上させることもできる。
（ｉ）珪酸塩系セラミックスの平均粒子径と粒子層を通過する逆浸透膜処理用水の流速とがそれぞれ特定範囲に設定されているので、逆浸透膜処理用水が流動状態の珪酸塩系セラミックスの粒子と接触して、衝突の際に生じる電磁気的エネルギーを効率的に利用することができる。
（ｊ）医療施設で使用する用水を必要に応じて、水調整装置と逆浸透膜装置とを有する膜分離水調整装置により活性化調整処理した水を調理場や透析室、手洗い場、流し台、手術室、治療室等に給水することができ、流動電解効果を発揮させることができる。
【００３５】
（実施の形態２）
実施の形態２の膜分離装置の水の調整方法は、適用する原水が淡水化処理される海水であって、その大量の海水を珪酸塩系セラミックスの粒子層を有する水調整装置１２を用いて予め処理した後に、これを中空糸膜を有した逆浸透膜装置にかけて淡水化を行うようにしたものである。なお、以下の説明において実施の形態１と同様の機能を有するものについては同一の符号を付して詳しい説明を省略している。
【００３６】
海水中の水は、水分子同士が互いに水素結合して会合する性質を有しており、磁気処理、電場処理、セラミック処理などによってこの水の機能性を変化させることができる。本発明はこの知見に基づいたものである。即ち、逆浸透膜処理を行う海水を事前に珪酸塩系セラミックスの粒子の流動状態で接触させることにより、水分子の会合状態を変化させるようにしたものである。
【００３７】
実施の形態２の膜分離装置の水の調整方法は以上のように構成されるので以下の優れた作用を有する。
（１）水調整装置１２で海水が予め処理されているので、海水が流動状態の珪酸塩系セラミックスの粒子と接触し衝突する際に生じる電磁気的エネルギーを効率的に利用することができる。これによって海水が改質され、この海水を逆浸透膜装置で処理して半透膜における目詰まり等を防止して効率的に海水の淡水化処理を行うことができる。
（２）透過処理特性に優れた中空糸膜からなる透析膜を用いて、種々の成分を含む海水を目詰まりさせることなく長期間安定的に連続運転して処理することができるので、大量処理が必要な淡水化設備等に適用して、その処理効率を大幅に高めることができる。
（３）特別な化学薬品や、熱エネルギーを使用することなく、簡単に海水の処理を行うことができる。
（４）水調整装置１２内で珪酸塩系セラミックス中の成分が海水中に溶出混入することがないので、成分の変化に伴う後処理などが必要なく、以降の水処理等を容易に行うことができる。
（５）特定組成の珪酸塩系セラミックスが焼成により所定の焼結強度を有して得られるので、水中で粒子同士が衝突を繰り返しても磨耗したり、あるいは成分が溶出することがなく、長期間にわたり大量の海水を安定に処理できる。
【００３８】
（実施の形態３）
実施の形態３の膜分離装置の水の調整方法は、適用される原水が半導体の洗浄を行う洗浄用水であって、その洗浄用水を珪酸塩系セラミックスの粒子層を有する水調整装置１２と逆浸透膜装置等の膜分離装置を用いて連続又は断続して処理した後に、この処理水を用いて半導体や半導体等を有する電子部品等の洗浄を行うようにしたものである。なお、以下の説明において実施の形態１と同様の機能を有するものについては同一の符号を付して詳しい説明を省略している。
【００３９】
洗浄用水中の水は、水分子同士が互いに水素結合して会合する性質を有しており、磁気処理、電場処理、セラミック処理などによってこの水の機能性を変化させることができる。即ち、珪酸塩系セラミックスの粒子の流動状態で洗浄用水を事前に接触させることにより、水分子の会合状態を変化させるようにして、以降の洗浄用水の逆浸透膜処理を効率的に行えるようにしたものである。
【００４０】
実施の形態３の膜分離装置の水の調整方法は以上のように構成されるので以下の優れた作用を有する。
（１）水調整装置１２で洗浄用水が予め処理されているので、半導体や半導体部品の洗浄を行うための洗浄用水が流動状態の珪酸塩系セラミックスの粒子と接触し衝突する際に生じる電磁気的エネルギーを効率的に利用することができる。これによって洗浄用水が改質され、この洗浄用水をさらに逆浸透膜装置で処理して半透膜における目詰まり等を防止しながら効率的に洗浄用水の高純度化処理を行うことができる。
（２）膜分離装置の半透膜の目詰まりが防止できるので、純水製造装置の運転を長期間安定して行えると共に、メンテナンス回数を著しく削減してメンテナンス性に優れる。
（３）特別な化学薬品や、熱エネルギーを使用することなく、簡単に洗浄用水の高純度化処理を行うことができる。
（４）水調整装置１２内で珪酸塩系セラミックス中の成分が洗浄用水中に溶出混入することがないので、成分の変化に伴う後処理が必要なく、以降の水処理等を容易に行うことができる。
（５）特定組成の珪酸塩系セラミックスが焼成により所定の焼結強度を有して得られるので、水中で粒子同士が衝突を繰り返しても磨耗したり、あるいは成分が溶出することがなく、長期間にわたり安定に使用できる。
（６）珪酸塩系セラミックスは流動させても磨耗がなく、流動により粒子の表面が絶えずクリーニングされているので、異物付着などによる効果の低下がなく、半永久的に使用でき、特別なメンテナンスも不要である。
（７）水調整装置で処理されて得られる調整水は表面張力が下がり、界面活性効果が向上しているので、洗浄効果が高く効率的な洗浄ができる。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１に記載の膜分離水調整装置によれば、以下の効果を有する。
（ａ）水調整装置に供給された原水が、セラミックス粒子同士の衝突や摩擦により発生する圧電気や焦電気等の電磁気的エネルギーを利用した流動電解処理により、水分子の会合状態が構造化されて、イオン状シリカ、カルシウムイオンなどを取り巻く水分子の状態変化により、膜分離装置の透析膜における目詰まりや堆積を抑制して、効率的に水の調整を行うことができる。
（ｂ）膜分離水調整装置により処理された水を人工透析を行う透析液の希釈水に適用した場合には、水中のカルシウム分等の溶質が析出して生じるスケールの防止効果等の有用な効果を発揮、促進させることができる。
（ｃ）特別な化学薬品や熱エネルギーを使用することなく簡単な処理で中空糸膜や平膜等の半透膜を含む透析膜の透過性が改善されるので、逆浸透膜装置等の膜分離装置におけるポンプの作動エネルギーの節約や透析膜の寿命改善を行うことができる。
（ｄ）水調整装置で原水を処理する際に珪酸塩系セラミックス中の成分が水中に溶出したり、逆に水中の成分が粒子表面に沈着したりすることがないので、成分変化に伴う後処理などが必要なく、以降の水処理等を容易に行える。
（ｅ）珪酸塩系セラミックスの粒子が水調整装置内に流出することなく配置されているので、常時、管理された安定な流動状態のもとで原水を粒子と接触させ、水分子を必要な会合状態に維持させることができる。
（ｆ）珪酸塩系セラミックスを用いるので、水分子の会合状態を変えるのに必要なゼータ電位や誘電率等を所定の範囲に調整することも可能として、効率的に原水の改質を行うことができる。
（ｇ）珪酸塩系セラミックスは流動させても磨耗がなく、流動により粒子の表面がクリーニングされているので、異物付着などによる効果の低下がなく、半永久的に使用でき、特別なメンテナンスも不要である。
（ｈ）水調整装置内を流動電解の最適化状態に維持させながら、流動電解を行うのに必要な水量を維持できる。
【００４２】
請求項２に記載の膜分離装置の水の調整方法によれば、以下の効果が得られる。
（ａ）原水が流動状態の珪酸塩系セラミックスの粒子と接触するので、この時に起こるセラミックス粒子同士の衝突や摩擦により発生する圧電気や焦電気等の電磁気的エネルギーにより、水分子の会合状態を変化させることができる。膜分離装置における不溶分等による透析膜の目詰まりや、透析膜への堆積によって生じる抵抗増に伴う流量低下などを効果的に抑制することができる。
（ｂ）さらに膜分離装置で処理された調整水を人工透析を行う透析液の希釈水に適用した場合には、水中のカルシウム分等の溶質が析出して生じるスケールの防止効果等の有用な効果を発揮、促進させることができる。
（ｃ）特別な化学薬品や熱エネルギーを使用することなく簡単な処理で半透膜の透過性が改善されるので、逆浸透膜装置等の膜分離装置におけるポンプの作動エネルギーの節約や半透膜の寿命改善ができる。
（ｄ）水調整装置で原水を処理する際に珪酸塩系セラミックス中の成分が水中に溶出したり、逆に水中の成分が粒子表面に沈着したりしないので、成分変化に伴う後処理などが必要でなく、以降の水処理を容易に行うことができる。
（ｅ）珪酸塩系セラミックスの粒子が水調整装置内に流出することなく配置されているので、常時、管理された安定な流動状態のもとで原水を粒子と接触させ、水分子を必要な会合状態に維持させることができる。
（ｆ）珪酸塩系セラミックスを用いるので、水分子の会合状態を変えるのに必要なゼータ電位や誘電率等を所定の範囲に調整することも可能であり、効率的に逆浸透膜処理用水等の原水の改質を行うことができる。
（ｇ）珪酸塩系セラミックスは流動させても磨耗がなく、流動により粒子の表面がクリーニングされているので、異物付着などによる効果の低下がなく、半永久的に使用でき、特別なメンテナンスも不要である。
（ｈ）水調整装置内を流動電解の最適化状態に維持させながら、流動電解を行うのに必要な水量を維持できる。
【００４３】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２の効果の他、以下の効果が得られる。
（ａ）珪酸塩系セラミックスの各成分が特定範囲に限定されているので、水流によって粒子を流動化させ、この時に起こる粒子間の衝突や摩擦により発生する微弱な電磁気的エネルギーを利用して、水分子の会合状態を変えることで、水そのものを活性化させる効果を発揮させることができる。
（ｂ）特定組成の珪酸塩系セラミックスが焼成により所定の焼結強度を有して得られるので、水中で粒子同士が衝突を繰り返しても磨耗したり、あるいは成分が溶出したりすることがなく、長期間にわたり安定して用いることができる。
（ｃ）特定組成範囲内で各成分を変化させ珪酸塩系セラミックスの誘電率を調整したり、粒子と水との界面に形成されるゼータ電位等を所定範囲に設定したりすること可能であり、水の会合状態を変化させる活性化効果をさらに向上させることもできる。
【００４４】
請求項４に記載の発明によれば、請求項２又は３の効果の他、以下の効果が得られる。
（ａ）珪酸塩系セラミックスの平均粒子径がそれぞれ特定範囲に設定されているので、原水が流動状態の珪酸塩系セラミックスの粒子と接触して、衝突の際に生じる電磁気的エネルギーを効率的に利用して、水分子の会合状態を変えることができる。水調整装置及び膜分離装置で処理され、活性化した水を医療施設の用水に適用した場合には、トイレ便器、排水管への尿石の付着抑制、臭気の軽減、水配管や熱交換器等へのスケール堆積抑制等の効果を発揮させることができる。
（ｂ）水調整装置及び膜分離装置により原水の活性化処理と調整処理を行い、この処理水を医療施設に給水することができる。調理場、透析室、手洗い場、流し台、手術室、治療室などにおけるぬめりやスライムの発生によるトラブルが抑制される。
（ｃ）流速を所定範囲で調整し、水調整装置及び膜分離装置で処理した処理水を膜分離水調整装置に供給して純水化処理し、この純水を人工透析希釈水として用いた場合には、これらの装置におけるチューブやバルブへの炭酸カルシウム等のスケールの堆積が抑制され、バルブの作動不良トラブルが減少し、装置の長期安定運転ができる。また、スケール生成によって引き起こされるエンドトキシンなどの有害物の濃縮なども抑制できる。
【００４５】
請求項５に記載の発明によれば、請求項２乃至４の内いずれか１項の効果の他、以下の効果が得られる。
（ａ）珪酸塩系セラミックスのゼータ電位が特定範囲に設定されているので、固液界面における電位を有効に利用して水分子の会合状態を効果的に変化させることができる。医療設備や医療機器におけるスケールの付着防止効果や、この活性調整された処理水を水耕栽培等に適用した場合における植物の生育促進などの顕著な効果を発揮させることができる。
【００４６】
請求項６に記載の発明によれば、請求項２乃至５の内いずれかの効果の他、以下の効果が得られる。
（ａ）原水が人工透析液の希釈に用いる希釈液であり、透析液が珪酸塩系セラミックスと流動状態で接触させた活性水を含むので、この透析液中のカルシウム等が、配管チューブ、バルブなどに炭酸カルシウム等のスケールとなって析出するのを抑制できる。バルブの作動不良を防止し、酢酸洗浄の手間と酢酸費用を軽減できる。
（ｂ）人工透析器内の流路におけるカルシウムスケールの堆積を低減して、汚染物質（エンドトキシンなど）の濃縮を抑制することができ、人工透析における機器の衛生管理を容易にし、感染等の危険を回避することができる。
（ｃ）希釈液を珪酸塩系セラミックスで処理した処理水には余分な溶出成分が含まれないので、透析液の成分調整に伴う薬品成分の添加が不要であると共に、溶出成分によって透析液中の必要なイオンの効果が阻害されるようなことを防止できる。
【００４７】
請求項７に記載の発明によれば、請求項２乃至５の内いずれかの効果の他、以下の効果が得られる。
（ａ）海水中の水分子の会合状態を変化させて改質されているので、大量の海水を逆浸透膜装置等の膜分離装置で連続的に処理しても容易に目詰まりを起こすようなことがなく、海水を安定に処理してその淡水化処理を効率的に行うことができる。
【００４８】
請求項８に記載の発明によれば、請求項２乃至５の内いずれかの効果の他、以下の効果が得られる。
（ａ）半導体の洗浄用水中における水分子の会合状態を変化させて改質されているので、洗浄効果を促進させることができ、半導体の洗浄を行う高純度の洗浄液を安定的にかつ効率的に行うことができる。
（ｂ）水調整装置で処理された水は表面張力が下がり、界面活性効果が向上しているので、洗浄効果が高く効率的な洗浄ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の膜分離装置の水の調整方法を適用する膜分離水調整装置の構成図
【図２】液中の水素イオン濃度指数（ｐＨ）とゼータ電位との関係を示したグラフ
【図３】逆浸透膜モジュールの差圧と通過水流量との関係を示したグラフ
【図４】逆浸透膜モジュールの透過水量と水温との関係を示したグラフ
【図５】逆浸透膜モジュールの透過水量と水質との関係を示したグラフ
【符号の説明】
１０ 膜分離水調整装置
１１ 受水槽
１２ 水調整装置
１２ａ 粒子層
１２ｂ 粒子流出防止部
１３ 逆浸透膜装置
１４ ポンプ
１５ 軟水器
１６ 吸着器
１７ 濾過器
１８ 逆浸透膜モジュール
１９ ＲＯ水タンク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is applied to a seawater desalination apparatus, an ultrapure water production apparatus for semiconductor cleaning, a pure water production apparatus for artificial dialysis, and the like, and membrane separation that adjusts components of supplied raw water by membrane separation treatment such as reverse osmosis membrane method The present invention relates to a water adjustment device and a water adjustment method for a membrane separation device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, water adjustment methods include a reverse osmosis membrane method (RO membrane method: reverse osmosis), an ion exchange method, a filtration method, etc., and these methods are applied to wash water for desalination of seawater and semiconductors. Water, water for artificial dialysis, etc. were manufactured.
In the reverse osmosis membrane method, a dialysis membrane such as a semipermeable membrane (RO membrane), a hollow fiber membrane, and a flat membrane having fine pores that allow water molecules to pass but not solute inorganic salts, etc., is arranged. In this method, a solution containing pure water is disposed on the side and an inorganic salt solution is disposed on the other side, and a pressure higher than the osmotic pressure is applied to the solution side to move the water in the opposite direction to that in the non-pressurized state. This reverse osmosis membrane method has been proposed as a method for seawater desalination or pure water purification, and has been widely put into practical use by adopting a dialysis membrane such as cellulose ester having excellent semi-permeability.
In particular, water treated by the reverse osmosis membrane method is used in the ultrapure water production system for semiconductor cleaning and the pure water production system for artificial dialysis, and the quality is influenced by the quality of the water. The attention was paid.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the water adjustment method to which the conventional reverse osmosis membrane method is applied has the following problems.
(1) Since the reverse osmosis membrane method is a kind of physical membrane filtration, there is a problem that clogging occurs in the semipermeable membrane during use, the filtration efficiency is lowered, and efficient operation is hindered.
(2) In particular, the artificial dialysate that uses water treated by the reverse osmosis membrane method as a diluent contains ions of calcium, potassium, sodium, etc., so that calcium carbonate, etc. is deposited on piping tubes, valves, etc. of the artificial dialyzer To do. Thus, there has been a problem that the valve malfunctions or pollutants such as endotoxin are concentrated in the deposited portion, and acetic acid cleaning is required periodically.
(3) In the reverse osmosis membrane method, in order to reduce the load on the reverse osmosis membrane, the filtration device for separating the suspension in the previous stage, the removal device for calcium ions etc. by the ion exchange method, the activated carbon treatment for the removal of organic matter, etc. Equipment is generally installed, but since ionic silica is not removed, semi-permeable membranes are clogged by this, and the throughput decreases due to increased resistance caused by deposition between the semi-permeable membranes. A great deal of labor was required to clean and replace.
[0004]
The present invention solves the above-mentioned conventional problems by changing the association state of water molecules without changing the dissolved components before and after the treatment, effectively suppressing clogging in the semipermeable membrane, dialysis membrane, etc. A membrane separation apparatus having an osmotic membrane or the like can be operated continuously for a long time, and when treated water is applied to dilution water of an artificial dialysis solution, the precipitation of calcium carbonate or the like in the dialysis solution is suppressed, Providing a membrane separation water adjustment device that can reduce the concentration of pollutants and reduce acetic acid washing labor and acetic acid costs, and effectively suppress clogging in dialysis membranes, etc., enabling continuous operation for a long time An object of the present invention is to provide a method for adjusting water in a membrane separation device that can significantly reduce the number of maintenance operations.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
  The membrane-separated water adjusting device according to claim 1, wherein raw water having a flow rate of 2 to 10 cm / sec is passed through a particle layer made of silicate ceramic particles, and contacted with the particles fluidized by the raw water flow. Water adjustment device to obtain adjustment water, and the required amount of the adjustment water isSuppliedThe conditioned water component is adjusted by a dialysis membrane consisting of a hollow fiber membrane or a flat membrane.At the same time, an excess amount of water is circulated through the water conditioner so as to maintain the amount of water necessary for performing the flow electrolysis in the water conditioner.And a membrane separation device.
  This configuration has the following effects.
(A) The raw water supplied to the water conditioning apparatus is structured by the water electrolysis process using electromagnetic energy such as piezoelectricity and pyroelectricity generated by the collision and friction between ceramic particles, and the association state of water molecules is structured. Thus, due to a change in the state of water molecules surrounding ionic silica, calcium ions, etc., clogging and accumulation in the dialysis membrane of the membrane separator can be suppressed, and water can be adjusted efficiently.
(B) When the water treated by the membrane separation water adjusting device is applied to the diluting water of the dialysate for performing artificial dialysis, it is useful for preventing the scale caused by precipitation of solutes such as calcium in water. The effect can be exhibited and promoted.
(C) Since the permeability of dialysis membranes including semipermeable membranes such as hollow fiber membranes and flat membranes can be improved by simple treatment without using special chemicals or thermal energy, membranes such as reverse osmosis membrane devices The operating energy of the pump in the separation device can be saved and the life of the dialysis membrane can be improved.
(D) When raw water is treated with a water conditioner, the components in the silicate ceramics are not eluted into the water, and conversely, the components in the water are not deposited on the particle surface. No further treatment is required, and subsequent water treatment can be easily performed.
(E) Since the silicate ceramic particles are arranged without flowing into the water conditioner, the raw water is always brought into contact with the particles under a controlled and stable flow state, and water molecules are required. It can be maintained in a meeting state.
(F) Since silicate ceramics are used, it is possible to adjust the zeta potential, dielectric constant, etc. required to change the association state of water molecules within a predetermined range, and to efficiently modify raw water Can do.
(G) Silicate-based ceramics do not wear even when flowed, and the surface of the particles is cleaned by flow, so there is no reduction in effects due to adhesion of foreign matter, etc., and it can be used semipermanently, and no special maintenance is required. is there.
(H) It is possible to maintain the amount of water necessary for performing the flow electrolysis while maintaining the inside of the water adjusting device in the optimized state of the flow electrolysis.
[0006]
The water conditioner has stainless steel or synthetic resin particle outflow prevention parts at the top and bottom of the pipe body, and provides and holds a space where the particles of silicate ceramics with a predetermined particle size can flow sufficiently inside. The zeta potential when the electric double layer formed at the interface between the silicate ceramic particles and water is moved relative to each other by bringing the raw water and particles into contact with each other in a fluid state. A piezoelectric phenomenon accompanying a mechanical impact of ceramic particles is generated, and electromagnetic energy is applied to water for reverse osmosis membrane treatment to activate it. As the flow method, a vertically rising fluidized bed method in which water flows from the lower part to the upper part of the pipe body is preferable because the flow state can be easily controlled.
As silicate ceramics, ceramics mainly composed of silica can be applied. For this silicate ceramics, for example, rough sandstone horn health produced in Miyazaki Prefecture is crushed in 3 steps (crushed → coarse crushed → finely crushed) and granulated to a specified particle size by a granulator What was baked at 1050 degreeC-1400 in a baking furnace can be used conveniently. In addition to silicon as the main component, aluminum, iron, calcium, potassium, sodium and the like are also included. This ceramic has a Mohs hardness of about 6.8-7.1, comparable to that of quartz with a Mohs hardness of 7, and even when it flows in water, it wears out due to particle collisions or elutes ceramic components. It is sintered at a predetermined temperature so that it does not occur.
The membrane separator is a water treatment device equipped with a hollow fiber membrane, a dialysis membrane composed of a planar flat membrane formed by a membrane filter, etc., and a semipermeable membrane. It is an apparatus that can remove such as.
[0007]
In the present invention, the association state of water molecules is changed by bringing raw water into contact with the silicate ceramic in a fluid state. That is, in the water molecule, two hydrogen atoms are bonded at an angle of 104.52 degrees to one oxygen atom, and the oxygen atom side becomes minus (-) due to the difference in electronegativity between hydrogen and oxygen and the effect of the bond angle. On the hydrogen atom side, the charge is biased to a plus (+) and is a dipole. For this reason, hydrogen of other water molecules is attracted to the oxygen atom side by electrostatic force, and a group called a cluster in which several molecules are associated is formed in the water. It is considered that the water activation function is defined by this association state.
For example, when water activated by a water treatment device and treated by a membrane separation device is used as domestic water, scale peeling and generation suppression effect, urinary stone peeling and generation suppression effect in toilet, odor reduction Beneficial effects such as effects, red water suppression effect in water pipes, slimming in sinks and drain pipes, slime formation suppression effect, growth promotion effect of animals and plants, and washing effect have been experimentally confirmed.
[0008]
  The method for adjusting water in a membrane separation apparatus according to claim 2 supplies raw water to a water adjusting device in which a particle layer made of silicate ceramic particles is formed, and the raw water is supplied at a flow rate of 2 to 10 cm / sec. Supply the required amount of conditioned water obtained by passing through the particle layer and contacting the particles fluidized by the raw water stream to a membrane separation apparatus having a dialysis membrane made of a hollow fiber membrane or a flat membrane. Adjust the ingredients,In order to maintain the amount of water necessary to perform flow electrolysis in the water conditionerExtra waterIn the water adjustment deviceIt is configured to circulate.
  With this configuration, the following effects can be obtained.
(A) Since raw water comes into contact with particles of silicate ceramics in a fluidized state, the association state of water molecules is determined by electromagnetic energy such as piezoelectricity and pyroelectricity generated by the collision and friction of ceramic particles occurring at this time. Can be changed. Thereby, clogging of the dialysis membrane due to insoluble components or the like in the membrane separator, and a decrease in flow rate due to an increase in resistance caused by deposition on the dialysis membrane can be effectively suppressed.
(B) Further, when the adjustment water treated by the membrane separator is applied to the dilution water of the dialysate for performing artificial dialysis, it is useful for preventing the scale caused by precipitation of solutes such as calcium in water. The effect can be exhibited and promoted.
(C) Since the permeability of the semipermeable membrane can be improved by a simple process without using special chemicals or thermal energy, the operating energy of the pump in the membrane separation device such as a reverse osmosis membrane device can be saved. The lifetime of the film can be improved.
(D) When the raw water is treated with the water conditioner, the components in the silicate ceramics are not eluted in the water, and conversely, the components in the water are not deposited on the particle surface. It is not necessary, and the subsequent water treatment can be easily performed.
(E) Since the silicate ceramic particles are arranged without flowing into the water conditioner, the raw water is always brought into contact with the particles under a controlled and stable flow state, and water molecules are required. It can be maintained in a meeting state.
(F) Since silicate-based ceramics are used, it is possible to adjust the zeta potential, dielectric constant, etc. required to change the association state of water molecules to a predetermined range, and efficiently use reverse osmosis membrane treatment water, etc. The raw water can be reformed.
(G) Silicate-based ceramics do not wear even when flowed, and the surface of the particles is cleaned by flow, so there is no reduction in effects due to adhesion of foreign matter, etc., and it can be used semipermanently, and no special maintenance is required. is there.
(H) It is possible to maintain the amount of water necessary for performing the flow electrolysis while maintaining the inside of the water adjusting device in the optimized state of the flow electrolysis.
[0009]
The invention according to claim 3 is the method for adjusting water in the membrane separator according to claim 2, wherein the silicate ceramics are silicon: 55 to 75% by weight, aluminum: 10 to 25% by weight, iron: 2-15 wt%, calcium: 1-10 wt%, potassium: 2-10 wt%, sodium: 0.1-1 wt%, magnesium: 0.1-1 wt%, titanium: 0.1-3 wt% %, Zirconium: 0.1 to 2% by weight of ceramics.
With this configuration, in addition to the operation of the second aspect, the following operation can be obtained.
(A) Since each component of the silicate-based ceramics is limited to a specific range, the particles are fluidized by a water flow, and the weak electromagnetic energy generated by the collision and friction between the particles occurring at this time is used. By changing the association state of water molecules, the effect of activating water itself can be exhibited.
(B) Since a silicate-based ceramic having a specific composition is obtained by firing with a predetermined sintering strength, it does not wear or elute even if particles repeatedly collide with each other in water. Can be used stably over a long period of time.
(C) It is possible to adjust the dielectric constant of the silicate ceramic by changing each component within a specific composition range, or to set the zeta potential formed at the interface between the particles and water within a predetermined range. Further, the activation effect of changing the association state of water can be further improved.
[0010]
Here, when the silicon contained in the silicate ceramic is less than 55% by weight, it becomes difficult to constitute the silicate ceramic, and the melting point is increased, so that the sinterability is reduced and the production is performed. This is not preferable because high-temperature firing treatment tends to be required. On the other hand, if it exceeds 75% by weight, it tends to be difficult to maintain characteristics such as dielectric constant in a necessary range, which is not preferable.
If aluminum contained in the silicate ceramic is less than 10% by weight, it tends to be difficult to construct the silicate ceramic, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 25% by weight, the melting point increases, and it tends to be difficult to maintain properties such as strength and dielectric constant within the required ranges, which is not preferable.
If the amount of iron contained in the silicate ceramic is less than 2% by weight, it tends to be difficult to maintain the dielectric constant or the like in a necessary range, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 15% by weight, it is not preferable because it causes deterioration in properties such as mechanical strength after sintering.
If the amount of calcium contained in the silicate ceramic is less than 1% by weight, it tends to be difficult to maintain the dielectric constant or the like in a necessary range, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 10% by weight, calcium elution occurs, which is not preferable.
If potassium contained in the silicate ceramic is less than 2% by weight, it is not preferable because it tends to be difficult to maintain the dielectric constant and the like in a necessary range. If potassium exceeds 10% by weight, elution of potassium may occur, and mechanical strength and the like will decrease, which is not preferable.
[0011]
When sodium contained in the silicate ceramic is less than 0.1% by weight, it becomes difficult to maintain the dielectric constant and the like in a necessary range. If sodium exceeds 1% by weight, it is not preferable because it causes a decrease in mechanical strength after firing.
If the magnesium contained in the silicate ceramic is less than 0.1% by weight, it is difficult to maintain the dielectric constant in a necessary range, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 1% by weight, it is not preferable because it causes a decrease in mechanical strength after firing and the components are eluted.
If the amount of titanium contained in the silicate ceramic is less than 0.1% by weight, it is difficult to maintain the dielectric constant and the like in a necessary range, and the effect of causing the particles to function as a piezoelectric body is lost. If the titanium content exceeds 3% by weight, it is not preferable because mechanical strength after firing or the like may cause elution of components.
If the amount of zirconium contained in the silicate ceramic is less than 0.1% by weight, the melting point is increased, so that the sinterability is lowered and firing at a high temperature is required, which is not preferable. Conversely, if it exceeds 2% by weight, the tin component may be eluted, which is not preferable.
[0012]
Invention of Claim 4 is comprised so that the average particle diameter of the particle | grains of the said silicate type ceramic may be 0.5-5 mm in the adjustment method of the water of the membrane separator of Claim 2 or 3. ing.
According to this configuration, in addition to the operation of the second or third aspect, the following operation can be obtained.
(A) Since the average particle diameter of the silicate ceramics is set within a specific range, the raw water contacts the particles of the silicate ceramics in a fluid state, and the electromagnetic energy generated at the time of collision is efficiently reduced. It can be used to change the association state of water molecules. When water that has been treated and activated by water conditioners and membrane separators is applied to medical facility water, toilet toilets, urine stones are prevented from adhering to drains, odors are reduced, water pipes and heat exchangers It is possible to exert effects such as suppression of scale accumulation on the surface.
(B) The raw water can be activated and adjusted by the water conditioner and the membrane separator, and the treated water can be supplied to the medical facility. As a result, troubles caused by slime and slime generation in the kitchen, dialysis room, hand washing area, sink, operating room, treatment room, etc. are suppressed.
(C) The flow rate is adjusted within a predetermined range, the treated water treated by the water regulating device and the membrane separation device is supplied to the pure water production device for artificial dialysis and purified, and this pure water is used as the artificial dialysis dilution water. When used, accumulation of scales such as calcium carbonate on the tubes and valves in these apparatuses is suppressed, troubles in malfunction of the valves are reduced, and the apparatus can be operated for a long period of time. Moreover, the concentration of harmful substances such as endotoxin caused by scale generation can be suppressed.
[0013]
As the particle average particle diameter of the silicate ceramic particles becomes smaller than 0.5 mm, the particles are easily flowed by the water flow, and the flow velocity for proper flow becomes small, so that the apparatus becomes large. On the other hand, if the average particle diameter exceeds 5 mm, the flow velocity for flow increases, the number of collisions decreases, and electromagnetic energy cannot be effectively transferred to water. Further, it is not preferable because the particles are easily broken by the collision in the flow of the ceramic particles.
In order to obtain a uniform fluid state, it is necessary to use particles with a uniform particle size. If the particle diameter is not uniform, it is separated for each particle diameter and an appropriate flow state cannot be obtained. The amount of ceramic particles filled in the water conditioner depends on the size of the water conditioner, but is 10 to 40 g / cm per unit cross-sectional area of the water conditioner2The range of is appropriate. The amount of particles is 10 g / cm2If it is less, the particles will be dispersed too much and the number of collisions will be reduced, and sufficient energy transfer will not be achieved. The amount of particles is 40 g / cm2If it exceeds, the pressure loss increases and activation is not promoted that much.
The flow rate of the raw water passing through the particle layer depends on the specific gravity and size diameter of the particles, but in the case of 1 mm diameter particles, 2-4 cm / sec, in the case of 2 mm diameter particles, 5-6 cm / sec, 3 mm diameter In the case of the above particles, the range of 8 to 10 cm / sec is preferable in order to uniformly flow the particles. If this flow rate is slower than the lower limit, the ceramic particles do not flow, and impurities in water tend to accumulate on the particle surface, which is not preferable. On the other hand, if the upper limit is exceeded, ceramic particles will not stick and flow to the particle outflow prevention net etc. at the top of the water conditioning device, pressure loss will increase, the particle outflow prevention net may be damaged, and particles may flow out. is there.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, in the method for adjusting water in a membrane separation device according to any one of the second to fourth aspects, the zeta potential in an aqueous solution of the silicate ceramic having a pH of 6 to 8 is − It is comprised so that it may be 15mV--10mV.
With this configuration, in addition to the operation of any one of claims 2 to 4, the following operation is obtained.
(A) Since the zeta potential of the silicate ceramic is set in a specific range, the association state of water molecules can be effectively changed by effectively using the potential at the solid-liquid interface. Accordingly, it is possible to exert a remarkable effect such as prevention of scale adhesion in medical equipment and medical equipment, and promotion of plant growth when the treated water whose activity has been adjusted is applied to hydroponics.
[0015]
The zeta potential of silicate ceramics is lower than −15 mV in an aqueous solution having a pH of 6 to 8 because there is a limit due to restrictions on the material, and even if this is exceeded, the fluid electrolytic effect cannot be effectively improved. It is not preferable. Conversely, if the zeta potential exceeds −10 mV, the potential difference caused by the movement of the particles in the liquid is small, and therefore it is difficult to effectively exert the fluid electrolysis effect, which is not preferable.
[0016]
A sixth aspect of the present invention is the method for adjusting water in a membrane separation device according to any one of the second to fifth aspects, wherein the raw water is artificial dialysis water for diluting a dialysis fluid during artificial dialysis. It is configured to be.
With this configuration, in addition to the operation of any one of claims 2 to 5, the following operation can be obtained.
(A) Since raw water is a diluting solution used for diluting the artificial dialysate, and the dialysate contains active water brought into contact with the silicate ceramic in a fluid state, calcium, etc. in the dialysate is used as a piping tube, valve It can suppress that it becomes a scale, such as a calcium carbonate, and precipitates. As a result, malfunction of the valve can be prevented, and the labor and cost of acetic acid cleaning can be reduced.
(B) It can reduce the accumulation of calcium scale in the flow path in the artificial dialyzer and suppress the concentration of contaminants (endotoxin, etc.), facilitate the hygiene management of equipment in artificial dialysis, and risk of infection Can be avoided.
(C) Since the treated water obtained by treating the diluted solution with silicate ceramics does not contain extra elution components, it is not necessary to add chemical components to adjust the components of the dialysis solution. It is possible to prevent the necessary ion effect from being inhibited.
Here, the diluting solution is added to a dialysis stock solution whose components have been adjusted in advance to obtain a dialysis solution having a predetermined component concentration, and is preliminarily filtered, ion exchange treatment, activated carbon treatment, reverse osmosis membrane Water from which impurities have been removed by treatment or the like can also be used.
[0017]
Invention of Claim 7 is the seawater by which the said raw | natural water is desalinated in the water adjustment method of the membrane separation apparatus using the water adjustment apparatus of any one of Claim 2 thru | or 5 It is configured as follows.
With this configuration, in addition to the operation of any one of claims 2 to 5, the following operation can be obtained.
(A) Since it is modified by changing the state of association of water molecules in seawater, clogging easily occurs even if a large amount of seawater is continuously processed by a membrane separation device such as a reverse osmosis membrane device. Therefore, the seawater can be treated stably and the desalination treatment can be performed efficiently.
[0018]
According to an eighth aspect of the present invention, in the method for adjusting water in a membrane separation apparatus according to any one of the second to fifth aspects, the raw water is cleaning water for cleaning semiconductors and semiconductor components. It is configured.
With this configuration, in addition to the operation of any one of claims 2 to 5, the following operation can be obtained.
(A) Since it is modified by changing the association state of water molecules in the semiconductor cleaning water, the cleaning effect can be promoted, and a high-purity cleaning liquid for cleaning semiconductors can be stably and efficiently used. Can be done.
(B) Since the surface tension of the water treated by the water adjusting device is lowered and the surface activity effect is improved, the cleaning effect is high and the cleaning can be performed efficiently.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a membrane separation water adjustment device to which the water adjustment method of the membrane separation device of Embodiment 1 is applied.
In FIG. 1, 10 is a membrane separation water adjusting device (pure water production device for artificial dialysis) in which Embodiment 1 is applied for artificial dialysis, and 11 is a reservoir for raw water (reverse osmosis membrane treatment water) such as tap water. A water receiving tank, 12 is a water adjusting device holding a particle layer made of silicate ceramic particles to which raw water of a predetermined flow rate is supplied from the water receiving tank 11, and 12a has an average particle size of 0 disposed in the water adjusting device 12. .5-5mm silicate ceramic particle layer, 12b is a pair of upper and lower particles formed of stainless steel net or punching metal to keep the flowing particle layer within a predetermined range in the water conditioner 12. , 13 is a reverse osmosis membrane device which is an example of a membrane separation device for treating the adjusted water obtained by the flow treatment with the water adjustment device 12 by the reverse osmosis membrane method, In place Pump, 15 is a water softener provided in the flow path, 16 is an adsorber filled with activated carbon, 17 is a filter having a 10 μm-diameter filter, 18 is through the water softener 15, adsorber 16, and filter 17 A reverse osmosis membrane module 19 having a semipermeable membrane (RO membrane) to which raw water treated in this manner is supplied is an RO water tank for storing RO water treated by the reverse osmosis membrane module 18.
[0020]
As described above, the membrane separation water adjusting device 10 is configured to attach the water adjusting device 12 to the water supply line of the reverse osmosis membrane device 13 and perform ceramic treatment on the supplied water.
In addition, a pressure gauge and a flow meter for accurately operating the apparatus are installed before and after each pump and filter (F11, F12) of the membrane separation water adjusting apparatus 10 shown in FIG. The water temperature is measured, but the temperature is not controlled.
The reverse osmosis membrane module 18 is a device having a semipermeable membrane, and uses water osmotic pressure to physically separate dissolved ions in water and produce pure water. A constant pressure for allowing the semipermeable membrane to permeate is added to the supply water, and the inlet pressure and outlet pressure of the reverse osmosis membrane module 18 and the amount of raw water supplied from the water receiving tank 11 are controlled.
[0021]
A manufacturing method and characteristics of the silicate ceramic particles filled and arranged in the water adjusting device 12 will be described below.
First, natural ore deposit sandstone horn health produced in Miyazaki Prefecture was crushed and pulverized. Next, if necessary, 25 to 30% by weight of water containing polyvinyl alcohol (PVA) or the like as a surfactant or a binder is added to the finely pulverized natural ore, and the average particle size is obtained with a rolling granulator. Granulation was performed so that the diameter was about 2 mm.
The granulated material was heated and sintered at around 1200 ° C. in an electric furnace to produce silicate ceramic particles.
Various characteristics of the silicate ceramic particles were confirmed.
The particle surface of the silicate ceramic was glassy, and had a Mohs hardness of 6.8, a Mohs hardness of 7, which was as high as quartz.
The density of silicate ceramic particles is 2.45 g / cmThreeThe force required to crush the particles was an average of 147 N (15 kgf) per particle.
The composition of the sintered body was confirmed by fluorescent X-ray analysis. As a result, the oxide was converted to 63% by weight of silicon, 17.7% by weight of aluminum, 6.7% by weight of iron, 4.5% by weight of calcium, and potassium. The silicate ceramic contained 4.7% by weight, 0.4% by weight of sodium, 0.3% by weight of magnesium, 1.4% by weight of titanium and 0.6% by weight of zirconium.
[0022]
Next, the zeta potential of the silicate ceramic particles was measured as follows.
Here, ceramic particles having a particle size of 0.7 to 1.0 mm were selected, and the zeta potential was measured using a Shimadzu streaming potential measuring device (ZP-20TYPE · H) manufactured by Shimadzu Corporation. In addition, pH standard solution prescribed | regulated by JIS was used for adjustment of pH.
The measurement results are shown in FIG. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the hydrogen ion concentration index (pH) in the liquid and the zeta potential of the silicate ceramic.
According to the silicate ceramic of the first embodiment, it was found that a zeta potential of −15 mV to −10 mV can be obtained in an aqueous solution having a pH of 6 to 8.
[0023]
As described above, silicate-based ceramics have specific dielectric properties such as dielectric properties, piezoelectricity, pyroelectricity, and triboelectric generation due to their crystal structures. Using this characteristic, the association state of water molecules in the treated water that is in contact with the silicate ceramic particles in the fluidized state is changed.
[0024]
A description will be given of the result of setting the water conditioner 12 filled with silicate ceramic particles having the above characteristics in a 50 liter water tank and circulating 40 liters of distilled water 40 times using a circulation pump. To do.
Even if this circulated water is inspected using ICP emission spectroscopic analysis, elution of ions is not detected, and it is filtered using a 0.1 μm membrane filter. Although it was investigated whether there was any formation, generation of fine particles was not detected.
As a result of testing with the water adjusting device 12 using hydrochloric acid or sodium hydroxide added to distilled water and adjusting the pH in the range of 4 to 13, the elution of ions in the case of pH = 4 to 11, Although fine particles were not generated, silica elution was observed when pH = 11-13. Thereby, it turned out that it is preferable to use pH within the range of less than 11.
Further, it was found that maintenance of the particles of the silicate ceramics is almost unnecessary because they are not worn and have excellent durability.
[0025]
120 g of the sintered silicate ceramic particles were filled in the water conditioner 12 to form a particle layer.
The water conditioner 12 formed of a plastic or stainless steel (SUS304) housing has a fluidized bed with an inner diameter of 38 mm and a height of 180 mm. Above and below the ceramic particles, there are mounted particle outflow prevention portions 12b made of SUS304 punching metal (hole diameter 0.8 mm). As a result, the particles fluidized by the water flow of the medical facility water supplied are limited to a predetermined range of the water conditioner 12 to effectively cause collision and friction between the particles, and effectively make the water molecules associate. Can be changed.
The water for reverse osmosis membrane treatment, which is raw water, is sent from the lower part of the water adjusting device 12, and the silicate ceramic particles are caused to flow by the water flow. The weak electromagnetic energy generated by the collision and friction between the particles occurring at this time is generated. It is used to improve the function of water.
In order to allow the silicate ceramic particles to flow properly, a constant flow rate is required in the container. The flow rate of water is preferably such that the ceramic particles flow like a spring that springs from sand. Specifically, depending on the size diameter of the particles and the thickness of the particle layer, 2 to 4 cm / sec in the case of a particle having a particle diameter of 1 mm, 5 to 7 cm / sec in the case of a particle having a diameter of 2 mm, and 3 mm in diameter. In the case of particles, 8 to 10 cm / sec is appropriate.
[0026]
Next, a method for connecting the water adjustment device 12 to the reverse osmosis membrane device 13 and pre-treating water for reverse osmosis membrane treatment will be described.
120 g of sintered silicate ceramic particles were filled into a cylindrical water conditioner 12 having an inner diameter of 38 mm to form a particle layer.
The water conditioner 12 formed of a stainless steel (SUS304) casing or tube filled with silicate ceramic particles has a fluidized bed with an inner diameter of 38 mm and a height of 180 mm. A particle outflow prevention portion 12b for preventing the outflow of particles, which is formed in a mesh shape with a mesh, punching metal, or the like, or made of plastic or the like is provided.
A space allowing the flow of particles is provided between the particle layer 12a and the upper particle outflow prevention portion 12b. Specifically, it is filled so that it may become 40-60 vol% of the volume between the upper and lower particle outflow prevention parts 12b.
The reverse osmosis membrane treatment water (raw water) is sent from the lower part of the water conditioner 12, and the particles are caused to flow by the water flow. By using the weak electromagnetic energy generated by the collision and friction between the particles, the function of the water It is intended to improve.
Thereby, the particles fluidized by the water flow of the supplied reverse osmosis membrane treatment water are limited to a predetermined range in the water adjusting device 12 to effectively cause collision and friction between the particles, and the association state of water molecules Can be changed effectively.
In order to allow the silicate ceramic particles to flow properly, a constant flow rate is required in the container. Although depending on the average particle size of the particles, the flow rate was set to 5 to 7 cm / sec when the particle size was 2 mm.
[0027]
First, as shown in FIG. 1, raw water is taken out from a water receiving tank 11 to which tap water as raw water has been supplied in advance, and ceramic particles having a predetermined flow rate, for example, a particle diameter of 2 mm, are supplied from a lower supply port of the water adjustment device 12. In the filled water adjusting device, the flow velocity in the particle layer is set to 5 to 7 cm / sec, for example. As a result, the raw water comes into contact with the fluidized silicate ceramic particles, and the association state of the water molecules is changed by the weak electromagnetic energy generated by the collision between the particles, the friction between the particles, and the friction between the water and the particles. And the function can be improved.
In addition, by supplying the required amount of the amount of water processed by the water adjustment device 12 to the reverse osmosis membrane device 13 and circulating the excess water amount to the water receiving tank 11 on the outlet side, the inside of the water adjustment device 12 is subjected to flow electrolysis. While maintaining this optimized state, the amount of water necessary to perform fluid electrolysis may be maintained.
[0028]
The raw water treated in this manner is subjected to removal of impurities by the water softener 15, the adsorber 16, and the filter 17 by the pump 14 provided in the flow path of the reverse osmosis membrane device 13, and then into the reverse osmosis membrane module 18. RO water in a purified state is supplied and processed at a predetermined flow rate, 25 liters / min in this embodiment, and 15 liters / min of this total discharge amount in this embodiment is RO water. It was made to store in the tank 19. Of the remaining RO water (10 liters / min) discharged from the reverse osmosis membrane module 18, 2.5 liters / min is collected on the supply side of the reverse osmosis membrane module 18 and 7.5 liters / min. Is discharged as concentrated water enriched with impurities.
When the raw water is treated by the reverse osmosis membrane module 18, since the raw water is subjected to an activation treatment that changes the association state of water molecules in advance by the water adjustment device 12, clogging in the semipermeable membrane is effective. It was found that can be prevented.
[0029]
【Example】
Next, the results of evaluating durability and the like using the water adjustment device of Embodiment 1 will be described.
FIG. 3 shows the supply side of the reverse osmosis membrane module in the case of the membrane separation water adjustment device 10 to which the water adjustment device of this embodiment is attached and the case of the membrane separation water adjustment device from which the water adjustment device is removed as a comparative example. It is the graph which showed the relationship between the differential pressure | voltage with a discharge side, and a passage water flow rate.
In FIG. 3, (1) symbol: ○ is the data when using the membrane-separated water adjusting device 10 with the water adjusting device 12 attached as an example, (2) symbol: ● is the water adjusting device removed as a comparative example The data at the time of using the membrane separation water adjustment apparatus of a state are shown.
As can be seen from the data in FIG. 3, in (1) (Example) (average water volume: 14.7 liters / min, average differential pressure: 2.33 × 10-1(2) (Comparative example) (Water volume average: 13.5 liters / min, Differential pressure average: 2.5 × 10)-1In the case of using the membrane separation water adjusting device of this embodiment, water volume can be increased more than in the case of (2), and the differential pressure can be kept low. I knew it was possible.
[0030]
FIG. 4 shows the reverse osmosis membrane module in the case of the membrane separation water adjustment device 10 to which the water adjustment device 12 of Embodiment 1 is attached and in the case of a comparative example using the membrane separation water adjustment device from which the water adjustment device is removed. It is the graph which showed the relationship between the amount of permeated water and water temperature.
In FIG. 4, (1) symbol: ○ is the data when using the membrane separation water adjusting device 10 with the water adjusting device 12 attached as an example, (2) symbol: ● is the water adjusting device removed as a comparative example The data at the time of using the membrane separation water adjustment apparatus of a state are shown.
As can be seen from the data in FIG. 4, in (1) (average water temperature: 20.5 ° C., average water volume: 14.7 liters / min, number of data: 141), whereas in (2) (water temperature Average: 19.2 ° C., average amount of water: 13.5 liters / min, number of data: 43). When the membrane separation water adjusting device 10 of this embodiment is used (1) is (2) It was found that the amount of water can be maintained more than that of the above case, the pressure load on the semipermeable membrane is reduced, and it is advantageous in terms of pump power, quality of treated water, and membrane life.
[0031]
FIG. 5 shows the amount of permeated water and water quality of the reverse osmosis membrane module in the case of the membrane separation water adjustment device 10 to which the water adjustment device 12 of the first embodiment is attached and in the case of the membrane separation water adjustment device from which the water adjustment device is removed. It is the graph which showed the relationship.
In FIG. 5, (1) symbol: ○ is data when using the membrane separation water adjusting device 10 with the water adjusting device 12 attached as an example, and (2) symbol: ● is the water adjusting device removed as a comparative example. The data at the time of using the membrane separation water adjustment apparatus of a state are shown.
As can be seen from the data in FIG. 5, in (1) (average water quality: 2.0 μS / cm, average water volume: 14.7 liters / min, number of data: 141), in (2) ( Water quality average: 2.0 μS / cm, water volume average: 13.5 liters / min, number of data: 46). As described above, when the membrane separation water adjusting device 10 according to the first embodiment is used, it can be understood that the amount of water can be maintained more in the case of (1) than in the case of the comparative example of (2), and the water quality does not deteriorate. In addition, the water quality is evaluated by measuring the electrical conductivity of the adjusted water that has been processed by the water adjusting device 12, and its unit is μS / cm (micro Siemens / cm).
[0032]
Table 1 summarizes the data of Embodiment 1 with different experimental periods in addition to the data of FIGS.
Since the reverse osmosis membrane module 18 is a physical filtration using a semipermeable membrane, the permeability deteriorates as the amount of treatment increases due to the accumulation of impurities on the membrane surface. Further, the operation is performed while adjusting the inlet pressure and the outlet pressure of the reverse osmosis membrane module 18 depending on the flow rate (purified amount) of the purified raw water and the flow rate of the treatment liquid. The pressure difference between the inlet side and the outlet side of the module 18 becomes large, and it becomes difficult to perform stable operation. However, it has been clarified that these problems can be suppressed by reforming the state of the treated water in advance using the water adjusting device 12.
That is, as is apparent from the data of FIGS. 3 and 4, by providing the water adjusting device 12, the permeability is reduced with respect to the pressure difference between the inlet side and the outlet side of the reverse osmosis membrane module and also with respect to the water temperature. It turns out that it can improve 15% or more.
[0033]
[Table 1]
Figure 0004181295
[0034]
Since the water adjustment method of the membrane separation apparatus of Embodiment 1 is configured as described above, it has the following excellent effects.
(A) Since the reverse osmosis membrane treatment water (raw water) is brought into contact with the silicate ceramic particles in a fluidized state, the association state of water molecules by the weak electromagnetic energy generated by the collision and friction of the ceramic particles occurring at this time Thus, clogging of the semipermeable membrane during processing by the reverse osmosis membrane method can be effectively suppressed.
(B) Since the permeability of the semipermeable membrane of the reverse osmosis membrane module 18 is improved without using special chemicals or thermal energy, the operating energy of the pump 14 in the reverse osmosis membrane device 13 can be saved, and the semipermeable membrane Can reduce cleaning and improve service life.
(C) The reverse osmosis membrane treatment water is a diluting solution used for diluting the dialysate, and the dialysate contains active water brought into contact with the silicate ceramic in a fluid state. It can suppress depositing on a tube, a valve, etc. as a scale of calcium carbonate or the like. As a result, the valve malfunction in the artificial dialyzer can be prevented, and the labor for acetic acid washing of the artificial dialyzer and the acetic acid cost can be reduced.
(D) It can reduce the accumulation of calcium scale in the flow path in the artificial dialyzer and suppress the concentration of pollutants (endotoxin, etc.), facilitate hygiene management of equipment in artificial dialysis, and risk of infection, etc. Can be avoided.
(E) When treating water for reverse osmosis membrane treatment with a water conditioner, the components in the silicate-based ceramics are not eluted in the water, and conversely, the components in the water are not deposited on the particle surface. Water treatment can be easily performed.
(F) Since silicate ceramics are used, reverse osmosis membrane treatment water is efficiently modified by adjusting the zeta potential, dielectric constant, etc. required to change the association state of water molecules to a predetermined range. be able to.
(G) Since a silicate-based ceramic having a specific composition is obtained by firing with a predetermined sintering strength, it does not wear out even when particles repeatedly collide in water, or the components do not elute. It can be used stably over a period of time.
(H) Each component can be changed within a specific composition range to adjust the dielectric constant of the silicate ceramics, increase the zeta potential formed at the interface between the particles and water, and further improve the fluid electrolytic effect It can also be made.
(I) Since the average particle diameter of the silicate ceramics and the flow velocity of the reverse osmosis membrane treatment water passing through the particle layer are set in specific ranges, the reverse osmosis membrane treatment water is in a fluid state. Electromagnetic energy generated in the event of a collision in contact with particles can be used efficiently.
(J) The water used in the medical facility is activated and adjusted by a membrane separation water adjustment device having a water adjustment device and a reverse osmosis membrane device as needed, for use in a kitchen, dialysis room, hand washing place, sink, Water can be supplied to an operating room, a treatment room, etc., and a fluid electrolysis effect can be exhibited.
[0035]
(Embodiment 2)
In the method for adjusting water in the membrane separation apparatus according to Embodiment 2, the raw water to be applied is seawater to be desalinated, and a large amount of seawater is used by using the water adjustment apparatus 12 having a particle layer of silicate ceramics. After the pretreatment, this is applied to a reverse osmosis membrane device having a hollow fiber membrane for desalination. In addition, in the following description, what has the same function as Embodiment 1 is attached | subjected with the same code | symbol, and detailed description is abbreviate | omitted.
[0036]
Water in seawater has the property that water molecules associate with each other through hydrogen bonding, and the functionality of this water can be changed by magnetic treatment, electric field treatment, ceramic treatment, and the like. The present invention is based on this finding. That is, the association state of water molecules is changed by bringing seawater to be subjected to the reverse osmosis membrane treatment into contact with the silicate ceramic particles in a fluid state in advance.
[0037]
Since the water adjustment method of the membrane separation apparatus of Embodiment 2 is configured as described above, it has the following excellent effects.
(1) Since the seawater is previously processed by the water adjusting device 12, the electromagnetic energy generated when the seawater contacts and collides with the fluidized silicate ceramic particles can be efficiently used. As a result, the seawater is reformed, and the seawater can be treated with a reverse osmosis membrane device to prevent clogging and the like in the semipermeable membrane, and the seawater can be desalted efficiently.
(2) Using a dialysis membrane consisting of a hollow fiber membrane with excellent permeation characteristics, seawater containing various components can be processed continuously for a long period of time without clogging. Can be applied to a desalination facility that requires a large amount of water, and the treatment efficiency can be greatly increased.
(3) Seawater can be easily treated without using special chemicals or thermal energy.
(4) Since the components in the silicate ceramics are not eluted and mixed in the seawater in the water conditioner 12, there is no need for post-treatment associated with changes in the components, and subsequent water treatment and the like can be performed easily. Can do.
(5) Since a silicate ceramic of a specific composition is obtained by firing with a predetermined sintering strength, it does not wear out even when particles collide repeatedly in water or the components do not elute. A large amount of seawater can be treated stably over a period of time.
[0038]
(Embodiment 3)
In the method for adjusting water in the membrane separation apparatus according to the third embodiment, the applied raw water is cleaning water for cleaning a semiconductor, and the cleaning water is opposite to the water adjusting apparatus 12 having a silicate ceramic particle layer. After processing continuously or intermittently using a membrane separation device such as an osmosis membrane device, the treated water is used to wash semiconductors, electronic parts having semiconductors, and the like. In addition, in the following description, what has the same function as Embodiment 1 is attached | subjected with the same code | symbol, and detailed description is abbreviate | omitted.
[0039]
The water in the washing water has the property that water molecules associate with each other through hydrogen bonding, and the functionality of this water can be changed by magnetic treatment, electric field treatment, ceramic treatment, and the like. That is, by bringing the cleaning water into contact with the silicate-based ceramic particles in advance, the state of association of the water molecules is changed so that the subsequent reverse osmosis membrane treatment of the cleaning water can be performed efficiently. It is a thing.
[0040]
Since the method for adjusting water in the membrane separation apparatus of Embodiment 3 is configured as described above, it has the following excellent effects.
(1) Since the cleaning water is previously processed by the water adjustment device 12, the electromagnetic generated when the cleaning water for cleaning semiconductors and semiconductor components contacts and collides with the fluidized silicate ceramic particles. Energy can be used efficiently. As a result, the cleaning water is modified, and the cleaning water can be further processed with a reverse osmosis membrane device to efficiently purify the cleaning water while preventing clogging and the like in the semipermeable membrane.
(2) Since clogging of the semipermeable membrane of the membrane separation apparatus can be prevented, the operation of the pure water production apparatus can be stably performed for a long period of time, and the number of maintenance can be remarkably reduced and the maintenance performance is excellent.
(3) The cleaning water can be easily highly purified without using special chemicals or thermal energy.
(4) Since the components in the silicate-based ceramics are not eluted and mixed in the water for cleaning in the water conditioner 12, no post-treatment associated with the change in the components is required, and subsequent water treatment and the like can be easily performed. Can do.
(5) Since a silicate ceramic having a specific composition is obtained by firing with a predetermined sintering strength, it does not wear out even when particles collide with each other in water, or the components do not elute, It can be used stably over a period of time.
(6) Silicate ceramics do not wear even when they are flowed, and the surface of the particles is constantly cleaned by flow, so there is no reduction in effects due to foreign matter adhesion, etc., and they can be used semi-permanently, and no special maintenance is required. It is.
(7) Since the surface tension of the adjusted water obtained by processing with the water adjusting device is reduced and the surface active effect is improved, the cleaning effect is high and the cleaning can be performed efficiently.
[0041]
【The invention's effect】
  According to the membrane-separated water adjusting device of the first aspect, the following effects are obtained.
(A) The raw water supplied to the water conditioning apparatus is structured by the water electrolysis process using electromagnetic energy such as piezoelectricity and pyroelectricity generated by the collision and friction between ceramic particles, and the association state of water molecules is structured. Thus, due to a change in the state of water molecules surrounding ionic silica, calcium ions, etc., clogging and accumulation in the dialysis membrane of the membrane separator can be suppressed, and water can be adjusted efficiently.
(B) When the water treated by the membrane separation water adjusting device is applied to the diluting water of the dialysate for performing artificial dialysis, it is useful for preventing the scale caused by precipitation of solutes such as calcium in water. The effect can be exhibited and promoted.
(C) Since the permeability of dialysis membranes including semipermeable membranes such as hollow fiber membranes and flat membranes can be improved by simple treatment without using special chemicals or thermal energy, membranes such as reverse osmosis membrane devices The operating energy of the pump in the separation device can be saved and the life of the dialysis membrane can be improved.
(D) When raw water is treated with a water conditioner, the components in the silicate ceramics are not eluted into the water, and conversely, the components in the water are not deposited on the particle surface. No further treatment is required, and subsequent water treatment can be easily performed.
(E) Since the silicate ceramic particles are arranged without flowing into the water conditioner, the raw water is always brought into contact with the particles under a controlled and stable flow state, and water molecules are required. It can be maintained in a meeting state.
(F) Since silicate ceramics are used, it is possible to adjust the zeta potential, dielectric constant, etc. required to change the association state of water molecules within a predetermined range, and to efficiently modify raw water Can do.
(G) Silicate-based ceramics do not wear even when flowed, and the surface of the particles is cleaned by flow, so there is no reduction in effects due to adhesion of foreign matter, etc., and it can be used semipermanently, and no special maintenance is required. is there.
(H) It is possible to maintain the amount of water necessary for performing the flow electrolysis while maintaining the inside of the water adjusting device in the optimized state of the flow electrolysis.
[0042]
  According to the method for adjusting water in the membrane separator according to claim 2, the following effects can be obtained.
(A) Since raw water comes into contact with particles of silicate ceramics in a fluidized state, the association state of water molecules is determined by electromagnetic energy such as piezoelectricity and pyroelectricity generated by the collision and friction of ceramic particles occurring at this time. Can be changed. It is possible to effectively suppress clogging of the dialysis membrane due to insoluble components or the like in the membrane separator, and a decrease in flow rate due to an increase in resistance caused by deposition on the dialysis membrane.
(B) Further, when the adjustment water treated by the membrane separator is applied to the dilution water of the dialysate for performing artificial dialysis, it is useful for preventing the scale caused by precipitation of solutes such as calcium in water. The effect can be exhibited and promoted.
(C) Since the permeability of the semipermeable membrane can be improved by a simple process without using special chemicals or thermal energy, the operating energy of the pump in the membrane separation device such as a reverse osmosis membrane device can be saved. The lifetime of the film can be improved.
(D) When the raw water is treated with the water conditioner, the components in the silicate ceramics are not eluted in the water, and conversely, the components in the water are not deposited on the particle surface. It is not necessary, and the subsequent water treatment can be easily performed.
(E) Since the silicate ceramic particles are arranged without flowing into the water conditioner, the raw water is always brought into contact with the particles under a controlled and stable flow state, and water molecules are required. It can be maintained in a meeting state.
(F) Since silicate-based ceramics are used, it is possible to adjust the zeta potential, dielectric constant, etc. required to change the association state of water molecules to a predetermined range, and efficiently use reverse osmosis membrane treatment water, etc. The raw water can be reformed.
(G) Silicate-based ceramics do not wear even when flowed, and the surface of the particles is cleaned by flow, so there is no reduction in effects due to adhesion of foreign matter, etc., and it can be used semipermanently, and no special maintenance is required. is there.
(H) It is possible to maintain the amount of water necessary for performing the flow electrolysis while maintaining the inside of the water adjusting device in the optimized state of the flow electrolysis.
[0043]
According to the invention described in claim 3, in addition to the effect of claim 2, the following effect can be obtained.
(A) Since each component of the silicate-based ceramics is limited to a specific range, the particles are fluidized by a water flow, and the weak electromagnetic energy generated by the collision and friction between the particles occurring at this time is used. By changing the association state of water molecules, the effect of activating water itself can be exhibited.
(B) Since a silicate-based ceramic having a specific composition is obtained by firing with a predetermined sintering strength, it does not wear or elute even if particles repeatedly collide with each other in water. Can be used stably over a long period of time.
(C) It is possible to adjust the dielectric constant of the silicate ceramic by changing each component within a specific composition range, or to set the zeta potential formed at the interface between the particles and water within a predetermined range. Further, the activation effect of changing the association state of water can be further improved.
[0044]
According to the invention described in claim 4, in addition to the effect of claim 2 or 3, the following effect is obtained.
(A) Since the average particle diameter of the silicate ceramics is set within a specific range, the raw water contacts the particles of the silicate ceramics in a fluid state, and the electromagnetic energy generated at the time of collision is efficiently reduced. It can be used to change the association state of water molecules. When water that has been treated and activated by water conditioners and membrane separators is applied to medical facility water, toilet toilets, urine stones are prevented from adhering to drains, odors are reduced, water pipes and heat exchangers It is possible to exert effects such as suppression of scale accumulation on the surface.
(B) The raw water can be activated and adjusted by the water conditioner and the membrane separator, and the treated water can be supplied to the medical facility. Troubles caused by slime and slime generation in kitchens, dialysis rooms, hand washing rooms, sinks, operating rooms, treatment rooms, etc. are suppressed.
(C) The flow rate was adjusted within a predetermined range, the treated water treated by the water regulating device and the membrane separation device was supplied to the membrane separation water regulating device to purify it, and this pure water was used as the artificial dialysis dilution water. In such a case, the accumulation of scales such as calcium carbonate on the tubes and valves in these apparatuses is suppressed, the trouble of malfunction of the valves is reduced, and the apparatus can be stably operated for a long time. Moreover, the concentration of harmful substances such as endotoxin caused by scale generation can be suppressed.
[0045]
According to the invention described in claim 5, in addition to the effect of any one of claims 2 to 4, the following effect can be obtained.
(A) Since the zeta potential of the silicate ceramic is set in a specific range, the association state of water molecules can be effectively changed by effectively using the potential at the solid-liquid interface. It is possible to exert remarkable effects such as prevention of scale adhesion in medical equipment and medical equipment, and promotion of plant growth when this activity-adjusted treated water is applied to hydroponics and the like.
[0046]
According to the invention described in claim 6, in addition to the effect of any one of claims 2 to 5, the following effect is obtained.
(A) Since raw water is a diluting solution used for diluting the artificial dialysate, and the dialysate contains active water brought into contact with the silicate ceramic in a fluid state, calcium, etc. in the dialysate is used as a piping tube, valve It can suppress that it becomes a scale, such as a calcium carbonate, and precipitates. Valve malfunction can be prevented, and the labor and cost of acetic acid cleaning can be reduced.
(B) It can reduce the accumulation of calcium scale in the flow path in the artificial dialyzer and suppress the concentration of contaminants (endotoxin, etc.), facilitate the hygiene management of equipment in artificial dialysis, and risk of infection Can be avoided.
(C) Since the treated water obtained by treating the diluted solution with silicate ceramics does not contain extra elution components, it is not necessary to add chemical components to adjust the components of the dialysis solution. It is possible to prevent the necessary ion effect from being inhibited.
[0047]
According to the invention described in claim 7, in addition to the effect of any one of claims 2 to 5, the following effect is obtained.
(A) Since it is modified by changing the state of association of water molecules in seawater, clogging easily occurs even if a large amount of seawater is continuously processed by a membrane separation device such as a reverse osmosis membrane device. Therefore, the seawater can be treated stably and the desalination treatment can be performed efficiently.
[0048]
According to the eighth aspect of the invention, in addition to the effect of any one of the second to fifth aspects, the following effect can be obtained.
(A) Since it is modified by changing the association state of water molecules in the semiconductor cleaning water, the cleaning effect can be promoted, and a high-purity cleaning liquid for cleaning semiconductors can be stably and efficiently used. Can be done.
(B) Since the surface tension of the water treated by the water adjusting device is lowered and the surface activity effect is improved, the cleaning effect is high and the cleaning can be performed efficiently.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a membrane separation water adjustment apparatus to which a water adjustment method of a membrane separation apparatus according to a first embodiment is applied.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between hydrogen ion concentration index (pH) in liquid and zeta potential.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the differential pressure of the reverse osmosis membrane module and the flow rate of the passing water.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the amount of permeated water and the water temperature of a reverse osmosis membrane module.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the amount of permeated water and water quality of a reverse osmosis membrane module.
[Explanation of symbols]
10 Membrane separation water adjustment device
11 Receiving tank
12 Water conditioner
12a particle layer
12b Particle outflow prevention part
13 Reverse osmosis membrane device
14 Pump
15 Water softener
16 Adsorber
17 Filter
18 Reverse osmosis membrane module
19 RO water tank

Claims (8)

珪酸塩系セラミックスの粒子からなる粒子層に２〜１０ｃｍ／ｓｅｃの流速の原水を通過させ、前記原水の水流により流動化された前記粒子と接触させて調整水を得る水調整装置と、前記調整水のうち必要量が供給され中空糸膜や平膜からなる透析膜により前記調整水の成分調整を行うとともに、前記水調整装置内で流動電解を行うのに必要な水量を維持させるように余分な水量を前記水調整装置に循環させる膜分離装置と、を備えたことを特徴とする膜分離水調整装置。A water conditioning device for obtaining regulated water by passing raw water having a flow rate of 2 to 10 cm / sec through a particle layer made of silicate ceramic particles and contacting the particles fluidized by the raw water stream, and the conditioning The required amount of water is supplied and the components of the adjusted water are adjusted by a dialysis membrane made of a hollow fiber membrane or a flat membrane, and extra water is used to maintain the amount of water necessary for flow electrolysis in the water adjusting device. And a membrane separation device for circulating a sufficient amount of water to the water conditioning device. 原水を珪酸塩系セラミックスの粒子からなる粒子層が形成された水調整装置に供給し、前記原水を２〜１０ｃｍ／ｓｅｃの流速で前記粒子層を通過させ、前記原水の水流により流動化された前記粒子と接触させて得られる調整水のうち、必要量を中空糸膜や平膜からなる透析膜を備えた膜分離装置に供給して成分調整し、前記水調整装置内で流動電解を行うのに必要な水量を維持させるように余分な水量を前記水調整装置に循環させることを特徴とする膜分離装置の水の調整方法。Raw water was supplied to a water conditioner in which a particle layer made of silicate ceramic particles was formed, and the raw water was passed through the particle layer at a flow rate of 2 to 10 cm / sec and fluidized by the raw water flow. Of the adjusted water obtained by contacting with the particles, the required amount is supplied to a membrane separation device equipped with a dialysis membrane made of a hollow fiber membrane or a flat membrane to adjust the components , and flow electrolysis is performed in the water adjustment device. A method for adjusting water in a membrane separation device, characterized in that an excess amount of water is circulated through the water adjustment device so as to maintain the amount of water required for the separation. 前記珪酸塩系セラミックスが、珪素：５５〜７５重量％、アルミニウム：１０〜２５重量％、鉄：２〜１５重量％、カルシウム：１〜１０重量％、カリウム：２〜１０重量％、ナトリウム：０．１〜１重量％、マグネシウム：０．１〜１重量％、チタン：０．１〜３重量％、ジルコニウム：０．１〜２重量％を含むセラミックスであることを特徴とする請求項２に記載の膜分離装置の水の調整方法。The silicate ceramic is silicon: 55 to 75% by weight, aluminum: 10 to 25% by weight, iron: 2 to 15% by weight, calcium: 1 to 10% by weight, potassium: 2 to 10% by weight, sodium: 0 3. A ceramic containing 1-1 wt%, magnesium: 0.1-1 wt%, titanium: 0.1-3 wt%, and zirconium: 0.1-2 wt%. The method for adjusting water in the membrane separation apparatus described. 前記珪酸塩系セラミックスの粒子の平均粒子径が０．５〜５ｍｍであることを特徴とする請求項２又は３に記載の膜分離装置の水の調整方法。The method for adjusting water in a membrane separator according to claim 2 or 3, wherein the silicate ceramic particles have an average particle diameter of 0.5 to 5 mm. 前記珪酸塩系セラミックスのｐＨ６〜８の水溶液中におけるゼータ電位が−１５ｍＶ〜−１０ｍＶであることを特徴とする請求項２乃至４の内いずれか１項に記載の膜分離装置の水の調整方法。The method for adjusting water in a membrane separation apparatus according to any one of claims 2 to 4, wherein a zeta potential of the silicate-based ceramic in an aqueous solution having a pH of 6 to 8 is -15 mV to -10 mV. . 前記原水が人工透析の際に透析液を希釈する人工透析用水であることを特徴とする請求項２乃至５の内いずれか１項に記載の膜分離装置の水の調整方法。The method for adjusting water in a membrane separation device according to any one of claims 2 to 5, wherein the raw water is water for artificial dialysis that dilutes a dialysate during artificial dialysis. 前記原水が淡水化処理される海水であることを特徴とする請求項２乃至５の内いずれか１項に記載の膜分離装置の水の調整方法。The method for adjusting water in a membrane separation apparatus according to any one of claims 2 to 5, wherein the raw water is seawater to be desalinated. 前記原水が半導体や半導体部品等の洗浄を行う洗浄用水であることを特徴とする請求項２乃至５の内いずれか１項に記載の膜分離装置の水の調整方法。6. The method for adjusting water in a membrane separation apparatus according to claim 2, wherein the raw water is cleaning water for cleaning semiconductors and semiconductor components.
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