JP4661583B2 - Water purifier and water purification method - Google Patents
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Description
本発明は、活性炭処理および逆浸透膜もしくはナノろ過膜での処理による浄水器および浄水方法に関するものである。 The present invention relates to a water purifier and a water purification method by treatment with activated carbon and treatment with a reverse osmosis membrane or a nanofiltration membrane.
さらに詳しくは、銀添着活性炭を有する前処理カートリッジで前処理を行うことにより、逆浸透膜やナノろ過膜のバイオファウリングおよび残留塩素に起因する機能層劣化を防止して、前記膜カートリッジの寿命を延長し、さらに、電極に電圧を印加して抗菌性金属イオンを溶出する抗菌ユニットを膜ろ過カートリッジの下流側に設置することによって貯水タンクにおける雑菌汚染を長期間抑制することができる浄水器および浄水方法に関するものである。 More specifically, by performing the pretreatment with a pretreatment cartridge having silver-impregnated activated carbon, biofouling of reverse osmosis membranes and nanofiltration membranes and functional layer deterioration due to residual chlorine are prevented, and the lifetime of the membrane cartridge is reduced. A water purifier that can suppress contamination of bacteria in the water storage tank for a long period of time by installing an antibacterial unit that elutes antibacterial metal ions by applying a voltage to the electrode on the downstream side of the membrane filtration cartridge, and It relates to water purification methods.
近年、環境汚染に伴う水源水質の悪化によって、上水場で処理された水道水にも様々な不純物が残留してきており、カルキ臭やカビ臭等の異臭味被害が発生している。特に、塩素に起因して生成する発ガン性物質のトリハロメタンは微量残留でも問題であり、より安全でおいしい飲料水・調理用水を得るために、使用前の水道水を浄化処理する方法や機器が改良されてきている。 In recent years, due to deterioration of water source water quality due to environmental pollution, various impurities have remained in tap water treated at a water supply station, causing off-flavor damage such as odor and mold odor. In particular, trihalomethane, which is a carcinogenic substance generated due to chlorine, is a problem even with a small amount of residue, and there are methods and equipment for purifying tap water before use in order to obtain safe and delicious drinking water and cooking water. It has been improved.
例えば、水道水を浄化する方法の一つとして、活性炭でろ過処理した後に逆浸透膜(以下、「RO膜」という)やナノろ過膜(以下、「NF膜」という)を用いてろ過処理する方法がある。 For example, as one of the methods for purifying tap water, after filtration with activated carbon, filtration is performed using a reverse osmosis membrane (hereinafter referred to as “RO membrane”) or a nanofiltration membrane (hereinafter referred to as “NF membrane”). There is a way.
RO膜やNF膜は、水中の有機物、無機イオン、細菌、ウイルス等、多くの不純物を除去することが可能であるので、不純物が殆ど残留しない清水を得ることができる。しかし、これらの膜は、精密ろ過膜や限外ろ過膜と比較すると単位膜面積あたり単位圧力あたりの膜ろ過処理水量が低いため、膜ろ過処理水量を高めるためには多くの膜面積や昇圧ポンプが必要である。そこで、膜面積を多くすることが困難な比較的小型の膜ろ過装置では、膜ろ過処理水の未使用時にも膜ろ過処理を継続し膜ろ過処理水を貯水タンク内に貯留しておき、この貯水タンク内の処理水を使用するという方法が用いられている。 Since RO membranes and NF membranes can remove many impurities such as organic substances, inorganic ions, bacteria, and viruses in water, it is possible to obtain fresh water with almost no impurities remaining. However, since these membranes have a lower amount of membrane filtration water per unit pressure per unit membrane area than microfiltration membranes and ultrafiltration membranes, many membrane areas and pressure pumps are required to increase the amount of membrane filtration water. is required. Therefore, in a relatively small membrane filtration device in which it is difficult to increase the membrane area, the membrane filtration treatment is continued even when the membrane filtration treated water is not used, and the membrane filtration treated water is stored in a water storage tank. A method of using treated water in a water storage tank is used.
しかし、膜ろ過されて貯水タンク内に貯留されている膜ろ過水中には、水道水中の塩素が残留していないので、貯水タンク内の膜ろ過水は雑菌等により汚染され易い。そこで、貯水タンクを定期的に洗浄したり、また、貯水タンク内に一定期間滞留した浄水を捨てたりするよう推奨されている。しかし、これらを現実として十分に実施するのは難しく、効果も未知数で根本的な解決には至っていない。 However, since the chlorine in the tap water does not remain in the membrane filtered water that has been membrane filtered and stored in the water storage tank, the membrane filtered water in the water tank is likely to be contaminated by germs and the like. Therefore, it is recommended that the water storage tank be cleaned regularly and the purified water staying in the water storage tank for a certain period be discarded. However, it is difficult to fully implement these in reality, and the effect is unknown and has not yet led to a fundamental solution.
貯水タンク内の膜ろ過水の雑菌汚染問題を解決するための手段として、例えば特許文献1で開示されているように、膜ろ過処理した水を銀添着活性炭や銀ゼオライト処理した後に、貯水タンクに貯留する方法が提案されている。しかし、銀添着活性炭処理では通水時間の経過に伴って、銀が添着していない活性炭表面に吸着された、微生物の栄養源となりうる有機物の量が増加していくため、銀が溶出するといえども、特に滞水時においては、銀が添着していない活性炭表面で細菌が増殖し易いという問題がある。また、銀ゼオライト処理においては、銀イオンの徐放量が一般的に少なく、寿命も短いため、通水のみでは充分な銀イオン濃度を水に付与することが難しい。ここで、銀ゼオライトからの銀イオン徐放量を多くするためには銀ゼオライトの充填量を多くすればよいが、充填量の増加に伴いカートリッジの大型化が必要となるので、小型浄水器においては採用困難である。また、所定の銀イオン濃度を維持するためには、カートリッジを頻繁に交換する必要がある、という問題もある。 As a means for solving the contamination problem of membrane filtration water in the water storage tank, for example, as disclosed in Patent Document 1, the water subjected to the membrane filtration treatment is treated with silver-impregnated activated carbon or silver zeolite, and then stored in the water storage tank. A storage method has been proposed. However, with silver-impregnated activated carbon treatment, the amount of organic matter that can be a nutrient source for microorganisms adsorbed on the surface of activated carbon to which silver is not attached increases with the passage of water passage time. However, especially when the water is stagnant, there is a problem that bacteria are likely to grow on the activated carbon surface not attached with silver. In addition, in the silver zeolite treatment, the sustained release amount of silver ions is generally small and the life is short, so that it is difficult to impart sufficient silver ion concentration to water only by passing water. Here, in order to increase the sustained release amount of silver ions from the silver zeolite, it is sufficient to increase the filling amount of the silver zeolite. However, as the filling amount increases, it is necessary to increase the size of the cartridge. It is difficult to adopt. Another problem is that the cartridge needs to be frequently replaced in order to maintain a predetermined silver ion concentration.
かかる問題を解決するため、膜ろ過処理水を貯留する貯水タンク内に銀ゼオライトを浸漬設置する方法が考えられる。しかし、この場合、貯水タンク内の銀イオン濃度を均一にするには貯水タンク内の浄水を常時撹拌する必要があり、さらに、貯水タンク内の浄水を長時間使用せずかつ貯水タンク内の浄水を入れ替えない状態が続けば、貯水タンク内に銀イオンが溶出し続け、銀イオン濃度が規定量を超過するという問題がある。さらに、貯水タンク内の浄水の水質や水温によって銀イオンの徐放量が大きく変動するため、所定の銀イオン濃度を維持させためには銀ゼオライト充填量を常に細かく調整する必要がある。 In order to solve such a problem, a method of immersing and installing silver zeolite in a water storage tank for storing membrane filtration treated water is conceivable. However, in this case, in order to make the silver ion concentration in the water tank uniform, it is necessary to constantly agitate the purified water in the water tank. Further, the purified water in the water tank is not used for a long time and the purified water in the water tank is not used. If the state is not replaced, silver ions continue to elute in the water storage tank, and there is a problem that the silver ion concentration exceeds the specified amount. Furthermore, since the sustained release amount of silver ions varies greatly depending on the quality and temperature of the purified water in the water storage tank, it is necessary to always finely adjust the silver zeolite filling amount in order to maintain a predetermined silver ion concentration.
このように、銀添着活性炭や銀ゼオライトを用いて抗菌処理する従来技術では、貯水タンク内の浄水の雑菌汚染対策として不満足なものであった。 As described above, the conventional technique in which antibacterial treatment is performed using silver-impregnated activated carbon or silver zeolite is unsatisfactory as a measure against contamination of purified water in the water storage tank.
また、RO膜やNF膜の機能層を構成する材質としてポリアミド系樹脂が一般的に使われているので、水道水中の残留塩素によって機能層が経時的に劣化していくのを防ぐために、RO膜やNF膜でろ過処理する前に、水道水を活性炭等で前処理して残留塩素を除去することが行われる。 In addition, since a polyamide-based resin is generally used as a material constituting the functional layer of the RO membrane or NF membrane, in order to prevent the functional layer from deteriorating with time due to residual chlorine in tap water, Before filtration with a membrane or NF membrane, tap water is pretreated with activated carbon or the like to remove residual chlorine.
しかし、残留塩素が除去され抗菌性が失われた水を膜ろ過処理する場合、膜表面で微生物が増殖し易いので、膜表面へ微生物やその代謝物を主とするスライム状物質(生物膜)が付着し、すなわちバイオファウリングが生じ、RO膜やNF膜の透水性能が低下していくという問題がある。 However, when water that has lost residual chlorine and has lost its antibacterial properties is subjected to membrane filtration, microorganisms are likely to grow on the membrane surface, so a slime substance (biofilm) mainly consisting of microorganisms and their metabolites on the membrane surface Adheres, that is, biofouling occurs, and there is a problem that the water permeability of the RO membrane and the NF membrane decreases.
かかる問題を解決するためには、例えば特許文献2で開示されているように、前処理を銀添着活性炭により行って銀イオンを含有させた後に膜処理を行う方法がある。しかし、この場合、RO膜やNF膜のバイオファウリングを抑制することは可能であるが、水中の銀イオンの多くはRO膜やNF膜で除去されるので、膜処理後の浄水中には銀イオンは殆ど残存せず、膜処理後の貯水タンク内の浄水の細菌汚染を防止することは困難である。
In order to solve such a problem, as disclosed in, for example,
本発明は、従来技術における上述した問題点を解決し、RO膜やNF膜での膜処理時におけるバイオファウリングを抑制し、水道水中の残留塩素に起因する膜機能層の劣化を防止して、膜カートリッジの寿命を延長することができ、しかも、膜処理した浄水を貯留させる貯水タンク内における雑菌汚染を長期間抑制することができる浄水器、浄水方法を提供することを目的とするものである。 The present invention solves the above-mentioned problems in the prior art, suppresses biofouling during membrane treatment with RO membranes and NF membranes, and prevents deterioration of the membrane functional layer due to residual chlorine in tap water. The purpose of the present invention is to provide a water purifier and a water purifying method that can extend the life of the membrane cartridge and can suppress contamination of germs in the water storage tank for storing the membrane-treated water for a long period of time. is there.
上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を採用する。 In order to achieve the above object, the present invention adopts the following configuration.
すなわち、銀添着活性炭で水をろ過処理する前処理カートリッジと、該前処理カートリッジで処理された水をRO膜またはNF膜で膜ろ過処理する膜ろ過カートリッジと、該膜ろ過カートリッジで膜ろ過処理された水を貯留する貯水タンクを有してなる浄水器であって、電圧を印加した電極から抗菌性金属イオンを溶出する抗菌ユニットを、前記膜ろ過カートリッジと前記貯水タンクとの間に配した浄水器、である。 That is, a pretreatment cartridge for filtering water with silver-impregnated activated carbon, a membrane filtration cartridge for treating water treated with the pretreatment cartridge with a RO membrane or an NF membrane, and membrane filtration treatment with the membrane filtration cartridge A water purifier having a water storage tank for storing water, wherein an antibacterial unit for eluting antibacterial metal ions from an electrode to which a voltage is applied is disposed between the membrane filtration cartridge and the water storage tank. Container.
このとき、銀イオンは、抗菌能力が高く、極微量でも多種の菌を殺す作用を有し、経口摂取しても人体に対する害が少ないことから、抗菌性を有する金属イオンとして、少なくとも銀イオンを含むことが好ましい。そして、膜ろ過処理された水の流量が変動した場合でも、銀イオン濃度を所定水準に制御するために、膜ろ過処理水の流量を測定する流量計を、膜ろ過カートリッジと抗菌ユニットとの間に配置し、前記流量計からの流量出力に応じて前記抗菌ユニットの電極の電流を制御する電気回路を備えていることが好ましい。ここで、抗菌ユニットの陽極表面に塩化銀が生成するのを防止するためには電極に印加する電圧の極性を所定時間毎に反転させる電気回路を備えていることが好ましい。 At this time, the silver ion has a high antibacterial ability, has an action of killing various bacteria even in a very small amount, and has little harm to the human body even if taken orally. Therefore, at least silver ion is used as a metal ion having antibacterial properties. It is preferable to include. In order to control the silver ion concentration to a predetermined level even when the flow rate of the water subjected to the membrane filtration treatment is changed, a flow meter for measuring the flow rate of the membrane filtration treated water is provided between the membrane filtration cartridge and the antibacterial unit. It is preferable to provide an electric circuit which is arranged in the above and controls the current of the electrode of the antibacterial unit according to the flow rate output from the flow meter. Here, in order to prevent silver chloride from forming on the anode surface of the antibacterial unit, it is preferable to provide an electric circuit that reverses the polarity of the voltage applied to the electrode at predetermined time intervals.
また、原水の水道水中に鉄錆等の濁質が混入している場合には、前記膜ろ過カートリッジの一次側の流路が詰まったり、膜表面のケーク層が厚くなることよって、膜ろ過処理水量が低下し易いので、平均孔径が0.1〜10μmのフィルターを備えたフィルターろ過部カートリッジを前記膜カートリッジよりも上流側に配置させることが好ましい。そして、カートリッジ本数を減らし、カートリッジ交換の手間を省くため、前記銀添着活性炭処理部および平均孔径が0.1〜10μmのフィルターろ過部が直列に配置された構造のカートリッジを前記前処理カートリッジとして用いることが好ましい。 In addition, when turbidity such as iron rust is mixed in the tap water of the raw water, the membrane filtration process is performed by clogging the flow path on the primary side of the membrane filtration cartridge or thickening the cake layer on the membrane surface. Since the amount of water tends to decrease, it is preferable to dispose a filter unit cartridge having a filter with an average pore diameter of 0.1 to 10 μm on the upstream side of the membrane cartridge. Then, in order to reduce the number of cartridges and save the trouble of cartridge replacement, a cartridge having a structure in which the silver-impregnated activated carbon treatment part and the filter filtration part having an average pore diameter of 0.1 to 10 μm are arranged in series is used as the pretreatment cartridge. It is preferable.
さらに、前記貯水タンク内の水位を検知する水位センサーと、該水位センサーからの信号によって開閉する原水供給弁を備えることが好ましい。また、所定の水回収率を維持するためには、前記膜ろ過カートリッジから出るろ過水の量と濃縮水の量との割合を略一定水準に制御するため、濃縮水の排出路に流量制御の濃縮水弁を備えることが好ましい。水道水圧が低すぎて所定の膜ろ過処理水量が確保できないときには、前記膜ろ過カートリッジの上流側に加圧ポンプを備えることが好ましい。 Furthermore, it is preferable to provide a water level sensor that detects the water level in the water storage tank, and a raw water supply valve that opens and closes by a signal from the water level sensor. In order to maintain a predetermined water recovery rate, the ratio of the amount of filtrate discharged from the membrane filtration cartridge and the amount of concentrated water is controlled to a substantially constant level. It is preferable to provide a concentrated water valve. When the tap water pressure is too low to secure a predetermined amount of membrane filtration water, it is preferable to provide a pressure pump upstream of the membrane filtration cartridge.
また、本発明の浄水方法は、水道水圧で、またはポンプにより増圧された水圧で供給さる水道水を、銀添着活性炭装填の前処理カートリッジを通過させて活性炭ろ過処理し、次いでRO膜またはNF膜を有する膜ろ過カートリッジを通過させて膜ろ過処理した後に、電圧を印加した電極から抗菌性金属イオンを溶出する抗菌ユニットを通過させて得られる膜ろ過処理水を貯水タンクに貯留することを特徴とするものである。 In the water purification method of the present invention, tap water supplied at tap water pressure or at a water pressure increased by a pump is passed through a pretreatment cartridge loaded with silver-impregnated activated carbon, and then subjected to activated carbon filtration, and then RO membrane or NF. Membrane filtration water obtained by passing through an antibacterial unit that elutes antibacterial metal ions from an electrode to which voltage has been applied is passed through a membrane filtration cartridge having a membrane and then stored in a water storage tank. It is what.
このとき、抗菌性を有する金属イオンが少なくとも銀イオンを含んでいること、前記膜ろ過処理水の流量を測定する流量計からの流量出力に応じて前記抗菌ユニットの電極の電流を制御すること、前記抗菌ユニットの電極に印加する電圧の極性を所定時間毎に反転させることが好ましい。また、水道水を銀添着活性炭で処理する前に、平均孔径が0.1〜10μmのフィルターであらかじめろ過処理すること、あるいは、水道水を銀添着活性炭でろ過処理した後、かつ膜カートリッジで膜ろ過処理する前に、平均孔径が0.1〜10μmのフィルターでろ過処理することが好ましい。 At this time, the metal ions having antibacterial properties contain at least silver ions, controlling the current of the electrodes of the antibacterial unit according to the flow rate output from the flowmeter that measures the flow rate of the membrane filtration treated water, It is preferable to reverse the polarity of the voltage applied to the electrode of the antibacterial unit every predetermined time. In addition, before treating tap water with silver-impregnated activated carbon, pre-filter with a filter having an average pore size of 0.1 to 10 μm, or after filtering tap water with silver-impregnated activated carbon and membrane with a membrane cartridge. Before the filtration treatment, it is preferable to carry out filtration treatment with a filter having an average pore size of 0.1 to 10 μm.
さらに、前記銀添着活性炭ろ過処理部および前記フィルターろ過処理部が直列に配置されているカートリッジでろ過処理することや、銀添着活性炭で処理した水の銀イオンの濃度が5μg/l以上であり、かつ塩素濃度が0.1mg/l以下であることや、前記抗菌ユニットに通水した膜ろ過処理水の銀イオンの濃度が5μg/l以上100μg/l以下であることや、前記貯水タンクの水位が所定水位以上に達したとき、前記膜カートリッジにおける膜ろ過処理を自動停止させすることや、前記膜ろ過カートリッジのろ過水量と濃縮水量の割合を一定に制御することが好ましい。 Further, the silver impregnated activated carbon filtration unit and the filter filtration unit are filtered with a cartridge arranged in series, or the concentration of silver ions of water treated with the silver impregnated activated carbon is 5 μg / l or more, In addition, the chlorine concentration is 0.1 mg / l or less, the silver ion concentration of the membrane filtration water that has passed through the antibacterial unit is 5 μg / l or more and 100 μg / l or less, and the water level of the water storage tank When the water level reaches a predetermined water level or higher, it is preferable to automatically stop the membrane filtration process in the membrane cartridge or to control the ratio of the filtered water amount and the concentrated water amount of the membrane filtration cartridge to be constant.
本発明によると、水道水を活性炭処理し、次いでRO膜またはNF膜を有する膜カートリッジで膜ろ過処理した後に、膜ろ過処理水を貯水タンクに貯留する浄水器や浄水方法において、RO膜やNF膜での膜処理時におけるバイオファウリングを抑制し、残留塩素に起因する機能層劣化を防止し、膜ろ過カートリッジの寿命を延長することができる。さらに、膜ろ過水を貯留させる貯水タンク内の雑菌汚染を長期間にわたり抑制することができる。 According to the present invention, tap water is treated with activated carbon and then membrane filtered with a membrane cartridge having an RO membrane or NF membrane, and then the membrane filtration treated water is stored in a water storage tank. Biofouling during membrane treatment with the membrane can be suppressed, deterioration of the functional layer due to residual chlorine can be prevented, and the life of the membrane filtration cartridge can be extended. Furthermore, contamination of germs in the water storage tank for storing the membrane filtrate can be suppressed over a long period of time.
以下、図面に示す実施態様に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施態様に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on embodiments shown in the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiments.
図1は、本発明に係る浄水器において行われる水処理工程の一実施態様を示す概略フロー図である。 Drawing 1 is an outline flow figure showing one embodiment of a water treatment process performed in a water purifier concerning the present invention.
本発明の浄水器は、例えば図1に示すように、水道管と直結させて用いられるものである。図1において、水道水の通過順路に沿って、水道水用の開閉弁1、水道水中の鉄錆等の濁質を除去するためのフィルターろ過部2aと、水道水中の残留塩素を除去し水道水中に銀を溶出するための銀添着活性炭ろ過部2bとが直列に配置され一体化構成された前処理カートリッジ2、水道水圧が低すぎる時でも所定の膜ろ過処理水量を確保するために膜カートリッジ4の上流側に配される加圧ポンプ、前処理カートリッジ2で処理された水を膜ろ過処理するRO膜またはNF膜を有する膜ろ過カートリッジ4、膜ろ過カートリッジ4の膜ろ過処理水の流量を測定する流量計6、電極に電圧を印加して、膜ろ過処理水に抗菌性金属イオンを溶出する抗菌ユニット7、抗菌ユニット7を通水した後の膜ろ過処理水を貯留する貯水タンク8、この貯水タンクから浄水を取り出すための蛇口10が設けられている。さらに、水回収率を制御するために膜カートリッジ4からの濃縮水量を所定水準に制御するための濃縮水弁5が、濃縮水の排出路に設けられ、貯水タンク8の水位を制御する水位センサー9が設けられている。そして、この水位センサー9からの信号によって、浄水器に供給される原水(水道水)の供給弁1が開閉される。
The water purifier of the present invention is used by being directly connected to a water pipe, for example, as shown in FIG. In FIG. 1, along tap water passage route, tap water open / close valve 1,
ここで、フィルターろ過部2aと銀添着活性炭ろ過部2bとが一体に構成されている前処理カートリッジ2としては、例えば図2のように、カートリッジ上部(上流側)に平均孔径が0.1〜10μmの円筒状のフィルターを配し、カートリッジ下部(下流側)に円筒容器内に銀添着活性炭を充填した活性炭ろ過部2bを配したものである。ここで、円筒状フィルターの外側から内側へと流れてろ過された水は、銀添着活性炭の層2bを通過する構造となっているが、フィルターと銀添着活性炭との通過順序は逆でも構わない。
Here, as the
使用するフィルターは平均孔径が0.1〜10μmであればろ層形状は特に制限されるものではなく、プリーツ型、ワインド型、デプス型等のいずれでも構わなく、材質も、特に制限されるものではなく、ポリプロピレン、ポリエステル等のいずれでも構わない。 The filter layer used is not particularly limited as long as the average pore size is 0.1 to 10 μm, and may be any of a pleated type, a wind type, a depth type, etc., and the material is not particularly limited. However, any of polypropylene, polyester and the like may be used.
また、使用する銀添着活性炭は、銀添着活性炭の層2bを通過した後の水中の銀イオン濃度を5μg/l以上とし、かつ、塩素濃度を0.1mg/l以下とすることができれば特に制限されるものではなく、例えば、硝酸銀と硝酸マグネシウムを蒸留水に溶解し、これを活性炭に均一に散布した後、乾燥することにより得られる銀添着活性炭が挙げられる。また、かかる銀添着活性炭の形状は、粉末、粒状、繊維状等のいずれでも構わないが、銀添着活性炭が前処理カートリッジ2の外へ漏出しないよう、水流入部分と水流出部分はメッシュ構造、不織布フィルター等で覆うことが好ましい。また、銀添着活性炭を形成する活性炭の原材料は椰子殻、木、石炭、石油コークス等のいずれでも構わない。
The silver impregnated activated carbon to be used is not particularly limited as long as the silver ion concentration in the water after passing through the silver impregnated activated
本発明で用いるRO膜またはNF膜を有する膜カートリッジ4に使用される分離膜としては、脱塩率が93%以上(評価条件 NaCl濃度:500mg/l、操作圧力:0.1MPa)のRO膜や、脱塩率が5%以上93%未満(評価条件 NaCl濃度:500mg/l、操作圧力:0.1MPa)のNF膜を選択して用いることができる。 The separation membrane used in the membrane cartridge 4 having the RO membrane or NF membrane used in the present invention has a desalination rate of 93% or more (evaluation conditions NaCl concentration: 500 mg / l, operating pressure: 0.1 MPa). Alternatively, an NF membrane having a desalination rate of 5% or more and less than 93% (evaluation conditions NaCl concentration: 500 mg / l, operating pressure: 0.1 MPa) can be selected and used.
かかる性能を有する分離膜の素材としては、RO膜の場合、酢酸セルロース、セルロース系のポリマー、ポリアミド、およびビニルポリマー等の高分子材料を用いることができ、NF膜の場合、ポリアミド系、ポリピペラジンアミド系、ポリエステルアミド系、あるいは水溶性のビニルポリマーを架橋したものなどを用いることができる。また、代表的なRO膜としては、酢酸セルロース系またはポリアミド系の非対称膜、および、ポリアミド系の活性層を有する複合膜を挙げることができ、中でも、ポリアミド系の活性層の表層にポリビニルアルコールを被覆させた複合膜は、高排除性能かつ高透水性かつ高耐汚染性を有するので好ましい。 As the material of the separation membrane having such performance, in the case of RO membrane, polymer materials such as cellulose acetate, cellulose-based polymer, polyamide, and vinyl polymer can be used. In the case of NF membrane, polyamide-based, polypiperazine An amide type, a polyester amide type, or a crosslinked water-soluble vinyl polymer can be used. Typical RO membranes include cellulose acetate-based or polyamide-based asymmetric membranes and composite membranes having a polyamide-based active layer. Among them, polyvinyl alcohol is used as the surface layer of the polyamide-based active layer. The coated composite membrane is preferable because it has high exclusion performance, high water permeability, and high stain resistance.
分離膜の形状としてはRO膜、NF膜ともに平膜または中空糸膜であることが好ましく、例えば分離膜の膜厚を10μm〜1mmの範囲、中空糸膜の場合は外径を50μm〜4mmの範囲とすることが好ましい。 As the shape of the separation membrane, both the RO membrane and the NF membrane are preferably flat membranes or hollow fiber membranes. For example, the separation membrane has a thickness of 10 μm to 1 mm, and in the case of a hollow fiber membrane, the outer diameter is 50 μm to 4 mm. It is preferable to be in the range.
RO膜ろ過カートリッジまたはNF膜ろ過カートリッジ4の形状は、分離膜が平膜状の場合はスパイラル型、プリーツ型、プレート・アンド・フレーム型、円盤状のディスクを積み重ねたディスクタイプがあり、中空糸膜の場合は、中空糸膜をU字状やI字状に束ねて容器に収納した円筒型があるが、本発明ではいずれのカートリッジ形状を用いてもよい。これら膜ろ過カートリッジ4は、ランニングコストを抑えるという観点から低圧で運転できるものであるのが好ましい。 The RO membrane filtration cartridge or NF membrane filtration cartridge 4 has a disk type in which spiral, pleated, plate-and-frame, and disk-shaped discs are stacked when the separation membrane is a flat membrane. In the case of a membrane, there is a cylindrical shape in which hollow fiber membranes are bundled in a U shape or an I shape and stored in a container, but any cartridge shape may be used in the present invention. These membrane filtration cartridges 4 are preferably operable at a low pressure from the viewpoint of reducing running costs.
本発明で用いる抗菌ユニット7では、例えば図3のように、流入口から流出口へと膜ろ過処理水が流れる水流に沿う形で、2枚の板状電極11が向かいあわせに配置されている。電極は、銀単独、銀と銅の合金、銀と亜鉛の合金等、抗菌性金属イオンのもとになる金属を含む金属材料で構成されているので、両電極に電圧を印加すると、陽極側から銀イオン等の抗菌性金属イオンが溶出する。抗菌能力が高く、極微量で効果があり、人体には長期間使用しても害を及ぼさない点で、銀イオン、銅イオンが好ましく、最も多種の菌を殺す作用を有し、経口摂取しても人体に対する害が少ない点で銀イオンが特に好ましい。
In the
また陽極の表面には膜処理水中の塩素イオンと反応して難溶性の塩化銀スケールが析出することから、この現象を防止するため、電極に印加する電圧の極性を所定時間毎に反転することが好ましいが、反転しても銀イオンの溶出濃度を常時安定させるために両電極の金属組成は略同一とすることが好ましい。図3において、電極11は絶縁体13により固定されていて、電極11にはそれぞれ電線12が繋がれている。電線12の外周および電極11と電線12の接合部の外周は、膜ろ過処理水との接触により電触しないよう、樹脂等の絶縁体13で覆うことが好ましい。
In addition, since the slightly soluble silver chloride scale is deposited on the surface of the anode by reacting with chloride ions in the membrane-treated water, the polarity of the voltage applied to the electrode is reversed every predetermined time to prevent this phenomenon. However, it is preferable that the metal compositions of both electrodes are substantially the same in order to always stabilize the elution concentration of silver ions even if they are reversed. In FIG. 3, the
水道水圧は、通常各家庭で異なっており、変動もすることから、膜ろ過カートリッジから出る濃縮水の量を所定水準に制御するための濃縮水弁5が、濃縮水の排出路に配される。水道水圧が異なったり変動したりしても水回収率を一定水準に制御するためには、膜カートリッジ4の膜ろ過処理水量は水道水圧と比例関係であるので、濃縮水弁5から吐出される濃縮水量が水道水圧と比例関係で変動するものを用いるのが好ましい。例えば、所定の水回収率を40%に設定したい場合、どの水道水圧においても、(膜ろ過処理水量):(濃縮水量)=40:60となるように、水道水圧に応じて濃縮水量を変動させることができる濃縮水弁5を選択することが好ましい。もし、濃縮水弁5で制御されて吐出される濃縮水量が水道水圧の変動に関わらず一定である場合には、水道水圧が低い時には、水回収率が低下してしまい、水道水を無駄に排出することとなるし、逆に水道水圧が高い時には、水回収率が上昇してしまい、シリカやカルシウムのスケールが析出しやすくなる、という問題が生じる。 Since the tap water pressure is usually different in each household and fluctuates, a concentrated water valve 5 for controlling the amount of concentrated water from the membrane filtration cartridge to a predetermined level is arranged in the concentrated water discharge path. . In order to control the water recovery rate to a constant level even if the tap water pressure is different or fluctuates, the amount of membrane filtration treated water of the membrane cartridge 4 is proportional to the tap water pressure and is discharged from the concentrated water valve 5. It is preferable to use one whose concentrated water amount varies in proportion to the tap water pressure. For example, when it is desired to set the predetermined water recovery rate to 40%, the amount of concentrated water varies depending on the tap water pressure so that (water filtration treatment water amount) :( concentrated water amount) = 40: 60 at any tap water pressure It is preferable to select the concentrated water valve 5 that can be made to operate. If the amount of concentrated water controlled and discharged by the concentrated water valve 5 is constant regardless of fluctuations in the tap water pressure, when the tap water pressure is low, the water recovery rate decreases, and tap water is wasted. On the contrary, when the tap water pressure is high, the water recovery rate is increased, and there arises a problem that the scale of silica or calcium is easily deposited.
水回収率はシリカやカルシウムのスケール等が析出しないよう、各地域の水道水質に応じて適宜設定すればよい。濃縮水弁5は通過水量を制御することができる構造のものであれば特に限定されず、通常の絞り弁を用いればよい。流量計6は、膜ろ過処理水の流量を測定できれば、羽根車式、面積式等いずれでも構わない。
What is necessary is just to set a water recovery rate suitably according to the tap water quality of each area so that a scale of silica, calcium, etc. may not precipitate. The concentrated water valve 5 is not particularly limited as long as it has a structure capable of controlling the passing water amount, and a normal throttle valve may be used. The
上述した本発明の浄水器において、浄水処理は次のように行われる。 In the water purifier of the present invention described above, the water purification treatment is performed as follows.
まず、貯水タンク8内の水位センサー9が所定下限水位L以下になったことを検知した場合、信号が送られ、自動的に原水供給弁1が開となって、水道水が、フィルターろ過部2aと銀添着活性炭ろ過部2bとが一体的に配された前処理カートリッジ2へと供給される。水道水がフィルターろ過部2aを通過することで、水道水中の鉄錆等の濁質が除去され、銀添着活性炭ろ過部2bを通過することで、水道水中の残留塩素が除去され、水道水中に銀が溶出する。
First, when it is detected that the water level sensor 9 in the
次に、前処理カートリッジ2で処理された水は、RO膜ろ過カートリッジまたはNF膜ろ過カートリッジ4に供給される。残留塩素は除去されているので、RO膜またはNF膜の機能層の経時的劣化が防止され、膜ろ過処理水水質の経時的悪化が防止される。また、銀が10μg/l以上溶出しているので、一般細菌等の雑菌の増殖が抑制され、バイオファウリングの発生が抑制される。ただし、水中の銀イオンはRO膜またはNF膜でろ過されることによりほとんど除去されるので、RO膜またはNF膜で膜ろ過された水にはほとんど銀イオンは残留していないこととなる。
Next, the water treated by the
そこで、RO膜またはNF膜でろ過された膜ろ過処理水を次に抗菌ユニット7に流入する。抗菌ユニット7は少なくとも銀等の抗菌性金属を含む金属製の1対の電極を備えており、膜ろ過処理水に電極を浸した状態で電極に電圧を印加して電極に電流を流すことで、陽極から銀イオン等の抗菌性金属イオンが溶出してくる。理論的にはファラデーの法則に従い、流した電流量に比例して、水中に銀イオン等が溶出し、陽極は減耗する。さらに、陽極の表面には膜処理水中の塩素イオンと反応して難溶性の塩化銀スケールが析出する。スケール析出は銀イオンの溶出を阻害し、所定の銀イオンの溶出を維持させるのが困難となるので、電極に印加する電圧の極性を所定時間毎に反転する電気回路を備えて、極性の反転を実施することで、スケール析出の防止が可能となる。前記所定時間は特に限定されないが、銀イオンの溶出濃度を常時安定させるために1sec〜1minの範囲で反転することが好ましい。
Therefore, the membrane-filtered water filtered by the RO membrane or NF membrane then flows into the
また、流量計6で膜ろ過処理水の流量を測定しているが、流量計6からの流量出力に応じて抗菌ユニット7の電極の電流を制御する電気回路を備えて、電流制御を実施する。すなわち膜ろ過処理水の流量が大きい場合は、電流を大きくし、流量が小さい場合は電流を小さくすることで、膜ろ過処理水量の流量が変動しても、所定量の銀イオン(5μg/l以上100μg/l以下)を溶出させることが可能となる。所定量の銀イオンが溶出するための電流と流量との関係はRO膜またはNF膜のろ過特性に応じて適宜設定する。
Further, the flow rate of the membrane filtration treated water is measured by the
銀イオンの濃度の下限を5μg/lとすることが好ましいのは、一般細菌の増殖の抑制が大きく期待できるためであり、また上限を100μg/l以下とするのは、USEPA(米国環境保護庁)が規定している安全飲料水法水質基準に基づくものである。なお、上限が各国・地域が規定する水質基準で定められている場合は、その値を上限とする。なお、本発明で規定する銀イオン濃度は、ICP発光分光分析装置で測定した数値である。 The reason why the lower limit of the silver ion concentration is preferably 5 μg / l is that the suppression of the growth of general bacteria can be expected greatly, and the upper limit of 100 μg / l or less is the USEPA (US Environmental Protection Agency). ) Is based on the water quality standards of the Safe Drinking Water Act. If the upper limit is set by the water quality standards stipulated by each country / region, that value is the upper limit. In addition, the silver ion concentration prescribed | regulated by this invention is the numerical value measured with the ICP emission-spectral-analysis apparatus.
抗菌ユニット7から流出した膜ろ過処理水は貯水タンク8内に貯留される。貯水タンク8内の膜ろ過処理水は銀イオンを含むので、長時間放置しても一般細菌等の雑菌の増殖が抑制される。一方、RO膜またはNF膜でろ過されなかった水は濃縮水弁5を介して濃縮水として系外に排出される。
Membrane filtration treated water flowing out from the
原水の供給弁1を開として浄水処理を続けていくと、徐々に貯水タンク8の水位が上昇し、貯水タンク8内の水位センサー8が所定上限水位H以上になったことを検知した場合、信号が送られ、自動的に原水供給弁1が閉となり、水道水のカートリッジ2への供給および抗菌ユニット7の電極への電圧の印加が自動停止する。蛇口10から水を取水していき、水位が所定下限水位L以下となった場合、信号が送られ、自動的に原水供給弁1が開となり、水道水の前処理カートリッジ2への供給および抗菌ユニット7の電極への電圧の印加が自動復帰する。
When the raw water supply valve 1 is opened and the water purification process is continued, the water level of the
なお、水道水圧が低すぎて所定の膜ろ過処理水量が確保できないときには膜ろ過カートリッジ4の前段に加圧ポンプ3を備え、膜ろ過カートリッジ前の水を加圧することが好ましい。このとき加圧ポンプ3は、原水供給弁1と連動するようにし、原水供給弁1が開のときは加圧ポンプ3が作動し、原水供給弁1が閉のときは加圧ポンプ3が停止するようにすることが好ましい。また、図1では蛇口10が貯水タンク8の下部に取り付けられており、蛇口10の弁を開けば自重で水が吐出される構造となっているが、蛇口10を貯水タンク8の上部に取り付ける場合には、新たに貯水タンク8の下部にポンプを備えて、揚水できるようにすればよい。
When the tap water pressure is too low to secure a predetermined amount of membrane filtration treatment water, it is preferable to provide the
(実施例1)
図1に示す水処理工程を備えた浄水器を用いて、水道水圧が300kPa、色度4度、電気伝導率200μS/cm、残留塩素0.7mg/lの水道水を、月曜日から金曜日の平日は毎日5L、浄水処理して系外に排出した。
Example 1
Using a water purifier equipped with the water treatment process shown in FIG. 1, tap water having a water pressure of 300 kPa, a chromaticity of 4 degrees, an electric conductivity of 200 μS / cm, and a residual chlorine of 0.7 mg / l is obtained from Monday to Friday on weekdays. Was treated with 5 L of water every day and discharged out of the system.
ここで用いた浄水器における前処理カートリッジ2には図2に示す構造のカートリッジを用い、そのフィルター2aには平均孔径が1μmのワインド型フィルター(ADVANTEC、TCW−1N−PPS)を用い、銀添着活性炭2bには、粒状活性炭(クラレケミカル、クラレコールT−SB 24/42メッシュ)を100g使用した。膜カートリッジ4における膜としてはNF膜(東レ、UTC−60)を1m2使用した。加圧ポンプ3は使用しなかった。
The
抗菌ユニット7としては図3に示す構造のものを用い、その電極11として両電極ともに純銀(純度99.9%)の板(大きさ:10mm×30mm、厚み1mm)を向かい合わせに配置した。貯水タンク8は容積6L、ABS性樹脂製タンクを用いた。濃縮水弁5には、Danamark社製の絞り弁(FLOW420)を使用し、流量計6には、ハイテック社製の羽根車式微小流量計(FT2シリーズ)を使用した。
The
抗菌ユニット7の制御では、電極に印加する電圧の極性を10s毎に反転することとし、電流X(mA)と流量Y(ml/min)との関係は、Y=3000(X−0.1)とし、流量が150ml/min未満の場合は、自動的に原水供給用の開閉弁1が閉となり、水道水のカートリッジ2への供給および抗菌ユニット7の電極への電圧の印加が自動停止するような電気回路とした。
In the control of the
週5日間の浄水化処理を継続して行った結果、浄水吐出用の蛇口10から採水した水の銀イオン濃度を運転開始から6ヶ月間の長期にわたり25〜45μg/lの良好な範囲内に維持することができ、その期間の一般細菌は常時10cfu/ml以下であった。
As a result of continuing the water purification treatment for 5 days a week, the silver ion concentration of water sampled from the
(比較例1)
抗菌ユニット7を設置しなかった以外は実施例1と全く同じ浄水器を用い、実施例1と同じ条件で浄水化処理の実験を行った。その結果、蛇口10から採水した水の銀イオン濃度は運転開始から3ヶ月間は1〜3μg/lであり、火曜日から金曜日に採水した水の一般細菌は20〜50cfu/mlと高く、特に、週明けの月曜日に採水した水の一般細菌は100cfu/ml以上と著しく高かった。
(Comparative Example 1)
Except that the
(比較例2)
抗菌ユニット7を設置せず、代わりに、銀ゼオライト(シナネンゼオミック、AJ10D)80gをポリエチレン樹脂120gに練り込んだ銀ゼオライトペレット(平均粒径1.5mm)を200g充填したカラムを使用し、該カラムを通水した膜ろ過水を貯水タンク8に流入させた以外は、実施例1と全く同じ浄水器を用い、実施例1と同じ条件で浄水化処理の実験を行った。
(Comparative Example 2)
Instead of installing the
その結果、蛇口10から採水した水の銀イオン濃度は運転開始から1ヶ月間は7〜25μg/lであり、その期間の一般細菌は常時10cfu/ml以下であった。しかし、運転開始から1か月経過後の銀イオン濃度は5μg/l未満であり、火曜日から金曜日に採水した水の一般細菌は15〜40cfu/mlと高く、特に、週明けの月曜日に採水した水の一般細菌は100cfu/ml以上と著しく高かった。
As a result, the silver ion concentration of water sampled from the
(比較例3)
抗菌ユニット7を設置せず、代わりに、粒状活性炭(クラレケミカル、クラレコールT−SB 24/42メッシュ)を30g充填したカラムを使用し、該カラムを通水した膜ろ過水を貯水タンク8に流入させた以外は、実施例1と全く同じ浄水器を用い、実施例1と同じ条件で浄水化処理の実験を行った。
(Comparative Example 3)
Instead of installing the
その結果、蛇口10から採水した水の銀イオン濃度は運転開始から15日間は15〜80μg/lであり、そのときの一般細菌は常時10cfu/ml以下であった。しかし、15日間経過後の銀イオン濃度は5μg/l以上であったにも関わらず、火曜日から金曜日に採水した水の一般細菌は25〜60cfu/mlと高く、特に、週明けの月曜日に採水した水の一般細菌は100cfu/ml以上と著しく高かった。
As a result, the silver ion concentration of water collected from the
本発明に係る浄水器や浄水方法は、水道水を飲料や調理用として用いる場合等において、水質を向上させ、安全で上質な水を得るための小型浄水器として有用である。 The water purifier and the water purifying method according to the present invention are useful as a small water purifier for improving the water quality and obtaining safe and high-quality water when tap water is used for beverages and cooking.
1:原水(水道水)供給用の開閉弁
2:前処理カートリッジ
2a:フィルターろ過部
2b:銀添着活性炭ろ過処理部
3:加圧ポンプ
4:膜ろ過カートリッジ
5:濃縮水弁
6:流量計
7:抗菌ユニット
8:貯水タンク
9:水位センサー
10:浄水吐用の蛇口
11:電極
12:電線
13:絶縁体
1: Open / close valve for supplying raw water (tap water) 2:
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