JP4210001B2

JP4210001B2 - 濾過フィルタおよび浄水器

Info

Publication number: JP4210001B2
Application number: JP15714399A
Authority: JP
Inventors: 学矢能
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 1999-06-03
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2019-06-03
Also published as: JP2000342918A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給水された水道水等を浄化する濾過フィルタおよび浄水器に関し、詳しくは、濾過寿命が長く、濾過流量が多い濾過フィルタおよび浄水器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水道水に含まれる残留塩素、トリハロメタン、微小物質、雑菌、臭い等を除去することを目的として、浄水器が広く用いられている。このような浄水器としては、例えば、円筒形の容器と、この容器内に収納された中心に中空部を有する円柱ブロック状の濾過フィルタとから構成される浄水器が知られている。
【０００３】
前記濾過フィルタは、活性炭の粉体・粒状体をカルボキシメチルセルロース系バインダー、粘土鉱物系（ベントナイト系、カオリン系、アタプルガイド系等）、ポリエチレンなどの結合剤で結合することによって形成された多孔質成形体である。浄水器に供給された原水が濾過フィルタの外周壁側から中空部へと通過する間、原水中の微小物質等は、結合剤で結合された活性炭粒子間に形成された微細孔によって捕捉され、また、原水中の残留塩素等は、活性炭によって吸着され除去される。
【０００４】
しかしながら、この濾過フィルタは、外周壁側表面付近の微細孔に捕捉された微小物質等によって、使用開始後すぐに目詰まりを起こして濾過流量が減少し、濾過フィルタの寿命が短くなるという問題があった。
このような微小物質等による目詰まりの問題を解決する濾過フィルタとしては、２層構造の多孔質成形体からなる濾過フィルタが、米国特許４７５３７２８号に開示されている。
【０００５】
図６は、２層構造の多孔質成形体からなる濾過フィルタを用いた浄水器の一例を示す側断面図であり、図７は、２層構造の多孔質成形体からなる濾過フィルタを示す断面斜視図である。
この浄水器５１は、円筒形の容器５２と、この容器５２内に収納された中心に中空部６１を有する円柱ブロック状の濾過フィルタ６０と、容器５２の上面に着脱可能に設けられた蓋体５３と、容器５２の外周壁下部に容器５２内部と連通させて設けられた原水入水部５４と、濾過フィルタ６０の中空部６１と連通させて蓋体５３に設けられた浄水取水部５５とから構成される。
【０００６】
この濾過フィルタ６０は、８０〜４００ＡＳＴＭメッシュ（１８０〜３８μｍ）の活性炭を結合剤で結合してなる内層６２と、２０〜８０ＡＳＴＭメッシュ（８５０〜１８０μｍ）の活性炭を結合剤で結合してなる外層６３とから構成される。また、濾過フィルタ６０の外周壁表面は、濾過フィルタ６０を保護する不織布６５と、これを保持するネット６６で覆われており、濾過フィルタ６０の中空部６１側の内面は、離脱した活性炭の流出を防ぐための多孔性のプラスチック管６７で覆われており、濾過フィルタ６０上面および底面は、キャップ６８，６９で保護されている。
【０００７】
この濾過フィルタ６０は比較的目の細かい微細孔を有する内層６２と、比較的目の粗い微細孔を有する外層６３とから構成されているので、外層６３がプレフィルタとしての役割を果たすことができ、微小物質等による目詰まりを減少させることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような２層構造の濾過フィルタ６０は、単層構造の濾過フィルタに比べ、濾過流量や濾過フィルタの寿命が向上している。しかしながら、比較的小さな微小物質は、外層６３において十分に捕捉することができず、内層６２での目詰まりの原因となる。そのため、濾過流量や濾過フィルタの寿命の向上効果はいまだ不十分であり、さらに目詰まりの起こりにくい濾過フィルタが望まれていた。
【０００９】
よって、本発明の課題は、濾過流量の増加、長寿命化、濾過効率の向上が達成できる濾過フィルタおよびこれを用いた浄水器を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の濾過フィルタは、吸着材と結合剤の混合物を成形してなる多孔質成形体を有する濾過フィルタであって、前記吸着材が、繊維状活性炭を含み、前記多孔質成形体の平均孔径が、被濾過液側表面で最も大きく、濾過液側表面に近づくにしたがって小さくされていることを特徴とする。
また、前記多孔質成形体は、中空円柱状であることが望ましい。
【００１１】
また、前記多孔質成形体に銀が付着及び／又は混合されていると、雑菌等の繁殖を防止することができるので、好ましい。
また、前記結合剤は、超高分子量ポリエチレンであることが望ましい。
そして、本発明の浄水器は、前記濾過フィルタを具備してなることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の濾過フィルタおよび浄水器を説明する。（形態例１）
図１は、本発明の浄水器の一形態例を示す側断面図であり、図２は、この浄水器に用いられている濾過フィルタを示す斜視断面図である。
この浄水器１は、円筒形の容器２と、この容器２内に収納された中心に中空部１１を有する円柱ブロック状の濾過フィルタ１０と、容器２の上面を封止する蓋体３と、容器２の外周壁下部に容器２内部と連通させて設けられた原水入水部４と、濾過フィルタ１０の中空部１１と連通させて蓋体３に設けられた浄水取水部５とから構成される。
【００１３】
前記濾過フィルタ１０は、吸着材の粉体、粒状体等を結合剤で結合することによって形成された多孔質成形体であり、この多孔質成形体は、その孔径が被濾過液側表面で最も大きく、濾過液側表面に近づくにしたがって小さくなるようにされている。また、濾過フィルタ１０の外周壁表面は、濾過フィルタ１０を保護する不織布１５と、これを保持するネット１６で覆われており、濾過フィルタ１０の中空部側の内面は、離脱した吸着材の流出を防ぐための多孔性のプラスチック管１７で覆われており、濾過フィルタ１０の上面および底面は、キャップ１８，１９で保護されている。
【００１４】
前記濾過フィルタ１０を形成する構成する多孔質成形体は、その孔径が被濾過液側表面で最も大きく、濾過液側表面に近づくにしたがって小さくされている必要がある。逆に、多孔質成形体の孔径が、被濾過液側表面で小さく、濾過液側表面に近づくにしたがって大きくされている場合、被濾過液側表面付近の微細孔で微小物質等が目詰まりを起こしてしまい、本発明の目的を達成することが困難となる。
【００１５】
また、多孔質成形体の孔径は、被濾過液側表面で最も大きく、濾過液側表面に近づくにしたがって小さくされていれば、特に限定はされないが、その平均孔径は、０．０５〜５０μｍの範囲であることが好ましく、より好ましくは０．１〜１０μｍの範囲である。平均孔径が０．０５μｍ未満では、微小物質等による目詰まりが起こりやすく、濾過流量が極端に減少してしまうおそれがある。一方、平均孔径が５０μｍを超えると、微小物質等の捕捉が困難となるおそれがある。
【００１６】
より具体的には、被濾過液側表面の平均孔径は、０．１〜５０μｍの範囲であることが好ましく、より好ましくは１〜１０μｍの範囲である。濾過液側表面の平均孔径は、１μｍ以下の範囲であることが好ましく、より好ましくは０．２μｍ以下の範囲である。
また、多孔質成形体の大きさ（高さ、外径、厚さ等）は、浄水器１の大きさ、設置場所、用途、要求される濾過性能等によって適宜選択されるものであり、特に限定はされない。
【００１７】
前記吸着材としては、粉末状吸着剤、この粉末吸着材を造粒した粒状吸着材、繊維状吸着材などが挙げられる。このような吸着材としては、例えば、天然物系吸着剤（天然ゼオライト、銀ゼオライト、酸性白土等）、合成物系吸着剤（合成ゼオライト、抗菌性ゼオライト、細菌吸着ポリマー、リン鉱石、モレキュラーシーブ、シリカゲル、シリカアルミナゲル系吸着剤、多孔質ガラス等）などの無機質吸着剤；粉末状活性炭、繊維状活性炭、ブロック状活性炭、押出成形活性炭、成形活性炭、分子吸着樹脂、合成物系粒状活性炭、合成物系繊維状活性炭、イオン交換樹脂、イオン交換繊維、キレート樹脂、キレート繊維、高吸水性樹脂、高吸水性繊維、吸油性樹脂、吸油剤などの有機系吸着剤等、公知のものが挙げられる。中でも、原水中の残留塩素やカビ臭、トリハロメタンなどの有機化合物の吸着力に優れた活性炭が好適に用いられる。活性炭の中でも、被濾過液との接触面積が大きく、吸着性、通水性が高いことから、繊維状活性炭が好適に用いられる。
【００１８】
活性炭としては、植物質（木材、セルロース、のこくず、木炭、椰子殻炭、素灰等）、石炭質（泥炭、亜炭、褐炭、瀝青炭、無煙炭、タール等）、石油質（石油残渣、硫酸スラッジ、オイルカーボン等）、パルプ廃液、合成樹脂などを炭化し、必要に応じてガス賦活（水蒸気、二酸化炭素、空気など）、薬品賦活（塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、リン酸、硫酸、カセイソーダ、ＫＯＨなど）したものなどが挙げられる。繊維状活性炭としては、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、セルロース、フェノール、石炭系ピッチを原料にしたプレカーサを炭化し、賦活したものなどが挙げられる。
【００１９】
吸着材が粉体または粒体からなる場合、その平均粒径は、多孔質成形体の目的とする（平均）孔径によって適宜選択され、特に限定されないが、１５０μｍ以下の範囲であることが好ましい。平均粒径が１５０μｍを超えると、形成される微細孔の平均孔径が大きくなりすぎて、微小物質等の捕捉が困難となるおそれがある。
【００２０】
前記多孔質成形体は、吸着材の粉体を結合剤で結合して成形されたものであることが、強度、取扱性等を考慮した場合、好ましい。
前記結合剤としては、前記吸着材を互いに結合し、各吸着材、結合剤間に微細孔を形成できるものであればよく、特に限定はされないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、カルボキシメチルセルロース系、粘土鉱物系（ベントナイト系、カオリン系、アタプルガイド系等）などが挙げられる。中でも、吸着剤表面積最適化、食品衛生性、熱安定性の点で、超高分子量ポリエチレンが好適に用いられる。具体的には、平均分子量３，０００，０００〜６，０００，０００ｇ／ｍｏｌの超高分子量ポリエチレンなどが好適である。
【００２１】
また、前記吸着材を互いに結合し、各吸着材、結合剤間に微細孔を形成するためには、結合剤の形状は、粉体または粒体であることが好ましい。
結合剤が粉体または粒体からなる場合、その平均粒径は、多孔質成形体の目的とする平均孔径によって適宜選択され、特に限定されないが、５〜２，０００μｍの範囲であることが好ましく、より好ましくは２０〜３００μｍの範囲である。平均粒径が５μｍ未満では、形成される微細孔の平均孔径が小さくなりすぎて、微小物質等による目詰まりが起こりやすく、濾過流量が極端に減少してしまうおそれがある。一方、平均粒径が２，０００μｍを超えると、形成される微細孔の平均孔径が大きくなりすぎて、微小物質等の捕捉が困難となるおそれがある。
【００２２】
結合剤の配合量は、特に限定はされないが、吸着材に対して１０〜４０重量％が適当である。吸着材に対する結合剤の配合量が１０重量％未満では、吸着材同士の結合が不十分となるおそれがあり、４０重量％を超えると、濾過フィルタ１０の濾過性能が低下し、また、濾過フィルタ１０の微細孔を閉塞してしまうおそれがある。
【００２３】
次に、本形態例における濾過フィルタ１０の製造方法について説明する。
まず、中心に中空部１１形成用の円筒管が設けられた有底円筒状の金型の中に、吸着材と結合剤の混合物を充填する。
ついで、活性炭と結合剤の混合物を加圧、加熱して、多孔質成形体からなる濾過フィルタ１０を得る。このとき、金型の中心の円筒管側を、周壁側よりも高い温度で加熱することによって、多孔質成形体の孔径を被濾過液側表面で最も大きく、濾過液側表面に近づくにしたがって小さくすることができる。
【００２４】
濾過フィルタ１０を製造する際の加熱温度は、使用される結合剤によって適宜選択され、特に限定はされないが、超高分子ポリエチレンを用いた場合、１７０〜２６０℃である。また、加熱時間は、超高分子ポリエチレンを用いた場合、約５分〜５時間である。また、多孔質成形体を製造する際の圧力も、特に限定はされないが、通常、２０〜１５０ｐ．ｓ．ｉであるが、全く圧力を印加せずに行う方法もある。
【００２５】
次に、本形態例の浄水器１を使用した浄水の製造方法について説明する。
水道の水栓等から供給された残留塩素を含んだ原水（被濾過液）は、給水管（図示略）を通って原水入水部４から容器２内に導入される。ついで、原水は、濾過フィルタ１０の外周壁側から進入して中空部１１に吐出される。濾過フィルタ１０で原水中の残留塩素やカビ臭などの味・臭い、トリハロメタン・揮発性有機化合物・除草剤・殺虫剤・ダイオキシンなどの有機化学物質、鉛・水銀・ラドンなどの無機化学物質、赤サビ・スケール・沈殿物・アスベストなどの濁質、ジアルジアのシスト・クリプトスポリジウムのオーシスト・バクテリアなどが取り除かれて吐出された浄水（濾過液）は、中空部１１を通って浄水取水部５から浄水器１外部に吐出される。
【００２６】
このような濾過フィルタ１０にあっては、比較的大きな粒子の微小物質は、被濾過液側表面付近の比較的大きな孔径を有する微細孔において捕捉され、また、比較的小さな粒子の微小物質も、濾過液側に進むにしたがって、被濾過液側に近い微細孔において順次捕捉されるので、濾過液側の微細孔における目詰まりを減少させることができる。ここで、被濾過液側の微細孔の孔径は、濾過液側に比べ大きくされているので、被濾過液側で捕捉された微小物質等が被濾過液側の微細孔を完全に閉塞してしまうことはない。また、単層または２層構造の濾過フィルタに比べ、濾過流量が大きくなるので、濾過効率も向上する。
また、濾過フィルタ１０の形状を中空円柱形とすることによって、濾過フィルタ１０の被濾過液側の表面積が広くなるので、濾過流量を大きくすることができる。
【００２７】
なお、本発明の濾過フィルタは、図示例の濾過フィルタ１０に限定されるものではなく、例えば、キャップ１８の代わりに蓋体３の形状をしたキャップが設けられ、また、キャップ１９として、中央に穴が開いていない形状のキャップが設けられ、それぞれが接着にて濾過フィルタに一体化された形態のものでもよい。このようにすることにより、蛇口直結型の小型浄水器にも応用できる。
また、本発明の浄水器は、図示例の浄水器１に限定されるものではなく、例えば、図３に示すように、浄水出水部５を、濾過フィルタ１０の中空部に連通させて容器２底部に設けた浄水器２０などが挙げられる。
【００２８】
（形態例２）
図４は、本発明の浄水器の一形態例を示す側断面図である。
この浄水器３０は、円筒形の容器３２と、この容器３２内に収納された濾過カートリッジ４０と、容器３２の上面に着脱可能に設けられた蓋体３３と、容器３２の外周壁下部に容器３２内部と連通させて設けられた原水入水部３４と、濾過カートリッジ４０内部と連通させて蓋体３３に設けられた浄水取水部３５とから構成される。
【００２９】
また、濾過カートリッジ４０は、円筒形の容器４１と、この容器４１内に収納された円柱ブロック状の濾過フィルタ４２と、容器４１の底面に設けられた多孔質プラスチック板４３と、濾過フィルタ４２の上面を覆う不織布４４と、容器４１の上面に設けられ、浄水取水部３５に接続する吐水口４６が形成されたキャップ４５とから構成される。
【００３０】
前記濾過フィルタ４２は、吸着材の粉体等を結合剤で結合することによって形成された多孔質成形体であり、この多孔質成形体は、その孔径が被濾過液側表面で最も大きく、濾過液側表面に近づくにしたがって小さくなるようにされている。
【００３１】
前記濾過フィルタ１０を形成する構成する多孔質成形体は、形態例１と同様に、その孔径が被濾過液側表面で最も大きく、濾過液側表面に近づくにしたがって小さくされている必要がある。逆に、多孔質成形体の孔径が、被濾過液側表面で小さく、濾過液側表面に近づくにしたがって大きくされている場合、被濾過液側表面付近の微細孔で微小物質等が目詰まりを起こしてしまい、本発明の目的を達成することが困難となる。
【００３２】
また、多孔質成形体の平均孔径は、形態例１と同様に、被濾過液側表面で最も大きく、濾過液側表面に近づくにしたがって小さくされていれば、特に限定はされないが、０．０５〜５０μｍの範囲であることが好ましく、より好ましくは０．１〜１０μｍの範囲である。
また、本形態例における濾過フィルタ４２に用いられる吸着材、結合材等は、形態例１と同様のものを用いることができる。
【００３３】
次に、本形態例における濾過フィルタ４０の製造方法について説明する。
まず、有底円筒状の金型の中に吸着材と結合剤の混合物を、吸着材と結合剤の混合比を次第に変化させながら、充填する。
ついで、活性炭と結合剤の混合物を加圧、加熱して、多孔質成形体からなる濾過フィルタ４２を得る。
【００３４】
このような濾過フィルタ４２にあっては、比較的大きな粒子の微小物質は、被濾過液側表面付近の比較的大きな孔径を有する微細孔において捕捉され、また、比較的小さな粒子の微小物質も、濾過液側に進むにしたがって、被濾過液側に近い微細孔において順次捕捉されるので、濾過液側の微細孔における目詰まりを減少させることができる。ここで、被濾過液側の微細孔の孔径は、濾過液側に比べ大きくされているので、被濾過液側で捕捉された微小物質等が被濾過液側の微細孔を完全に閉塞してしまうことはない。また、単層または２層構造の濾過フィルタに比べ、濾過流量が大きくなるので、濾過効率も向上する。
【００３５】
なお、本発明の浄水器は、図示例の浄水器３０に限定されるものではなく、例えば、図５に示すように、Ｕ字状に折り曲げた複数の中空糸膜３７をその両端の開口状態を保ったまま固定用樹脂３８で固定してなる中空糸膜エレメント３６が、濾過フィルタ４２よりも下流側に併設された浄水器３１を用いてもよい。このような中空糸膜エレメント３６を併用することによって、濾過フィルタ４２で捕捉しきれなかった雑菌等の微小物質を除去することが可能となる。また、濾過フィルタ４２の微細孔の平均孔径を大きくして、濾過流量を増加させることも可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の濾過フィルタは、吸着材を成形してなる多孔質成形体を有する濾過フィルタであって、前記多孔質成形体の孔径が、被濾過液側表面で最も大きく、濾過液側表面に近づくにしたがって小さくされているので、濾過流量を増加させ、濾過フィルタの寿命を延ばし、濾過効率を向上させることができる。
また、前記多孔質成形体が、中空円柱状であれば、濾過フィルタを透過する濾過流量をさらに増加させることができる。
【００３７】
また、前記多孔質成形体が、吸着材の粉体を結合剤で結合することによって形成されていれば、濾過フィルタの強度を高めることができる。
また、前記吸着材として活性炭を用いることによって、濾過フィルタの脱塩素能力を良好にすることができる。
また、前記吸着材として繊維状活性炭を用いることによって、被濾過液との接触面積が大きく、吸着性、通水性が高く、軽量な濾過フィルターを得ることができる。
また、前記多孔質成形体に銀が付着及び／又は混合されていると、雑菌等の繁殖を防止することができる。
また、前記結合剤が、超高分子量ポリエチレンであれば、吸着剤表面積最適化、食品衛生性、熱安定性に優れた濾過フィルターを得ることができる。
そして、本発明の浄水器は、前記濾過フィルタを具備してなるので、濾過流量が大きく、濾過フィルタの寿命が長く、濾過効率に優れた浄水器となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の浄水器の一例を示す側断面図である。
【図２】本発明の濾過フィルタの一例を示す斜視断面図である。
【図３】本発明の浄水器の他の例を示す側断面図である。
【図４】本発明の浄水器の他の例を示す側断面図である。
【図５】本発明の浄水器の他の例を示す側断面図である。
【図６】従来の浄水器の一例を示す側断面図である。
【図７】従来の濾過フィルタの一例を示す斜視断面図である。
【符号の説明】
１浄水器
１０濾過フィルタ
２０浄水器
３０浄水器
３１浄水器
４２濾過フィルタ

Claims

吸着材と結合剤の混合物を成形してなる多孔質成形体を有する濾過フィルタであって、
前記吸着材が、繊維状活性炭を含み、
前記多孔質成形体の平均孔径が、被濾過液側表面で最も大きく、濾過液側表面に近づくにしたがって小さくされていることを特徴とする濾過フィルタ。
前記多孔質成形体が、中空円柱状であることを特徴とする請求項１記載の濾過フィルタ。
銀が前記多孔質成形体に付着及び／又は混合されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の濾過フィルタ。
請求項１ないし３いずれか一項に記載の濾過フィルタを具備してなることを特徴とする浄水器。