JP5336926B2 - 精製水の製造方法及び精製水の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、精製水（Purified Water）を得るための精製水の製造方法及び精製水の製造装置に関する。

精製水は、医薬品、化粧品の製造分野や、また病院などにおいて広く用いられる用水であり、日本薬局方において、その製造方法、貯留方法、水質基準などの各種要件が定められている。この日本薬局方において、精製水は、注射用水とともに、製薬用水と呼ばれ、製薬用水に共通の要件として微生物の排除が求められている。

すなわち、注射用水は、人体内に直接注入される注射剤の原料水であるから無菌の状態が要求される。一方、精製水は、無菌状態までは要求されないものの、微生物による著しい汚濁を生じさせないための微生物汚染の防止が求められる。

そこで、例えば処理水の通水路に複数の紫外線殺菌器を配置して、細菌などの微生物の繁殖を抑制するようにした水処理装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。しかしながら、この水処理装置の場合、紫外線殺菌器を通水する過程では、微生物の繁殖を抑制できるものの、紫外線殺菌器の後段では、微生物が繁殖し始めるため、効果的な殺菌を行うことが難しくなっている。

また、精製水は、イオン交換樹脂塔、逆浸透膜、電気再生式イオン交換装置などを備える純水製造装置と同様の構成の装置にて製造できることが知られている。精製水の製造にこのような装置を適用する場合、微生物汚染の防止のための殺菌処理には、薬剤による殺菌方法や熱水による殺菌方法がある。

薬剤による方法は、ホルマリン溶液や次亜塩素酸ナトリウム溶液を用いて殺菌を行い、一方、熱水による方法は、１００℃以下の熱水を用いて殺菌を行う。ここで、上記の薬剤による殺菌方法と熱水による殺菌方法とのいずれの場合においても、殺菌処理を実際に行うときには、精製水の製造を一旦停止した後で殺菌処理を開始し、殺菌処理の終了後、精製水の製造を再開させるといった断続的な処理が行われていた。

特開平９−９４５６２号公報

しかしながら、このような殺菌処理では、精製水の製造装置内を、微生物が棲息しにくい殺菌状態にて継続維持することはきわめて困難である。すなわち、上述したように、純水製造装置と同様の装置構成を持つ精製水の製造装置は、装置本体内の機器構成が複雑であるため、通水を停止して殺菌処理を行ったとしても、時間経過とともに系内に棲息している微生物が増殖し始め、これにより、適切な殺菌状態を確保することが難しくなっている。

また、薬剤による殺菌、熱水による殺菌のいずれを適用する場合でも、殺菌処理を終了させる度に、薬液を除去する処理や、また熱水を冷却する処理が必要となる。さらに、この場合、薬液や熱水を一次的に貯留しつつ系内を循環させるための専用のタンクなども必要になる。特に、熱水を冷却する処理の場合、急激な温度変化による装置本体内の各構成機器の破損を防止するために、冷却過程の温度勾配を極力緩やかにする必要などもある。このため、上記した専用のタンクをはじめ、このタンクを含む除熱専用の循環通水路を設ける必要性もある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、微生物の殺菌効果を高めつつ、しかも効率良く精製水を製造することができる精製水の製造方法及び精製水の製造装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の精製水の製造方法は、原水を精密ろ過膜と逆浸透膜に順に透過させ、この透過水をイオン交換装置に通過させることからなる精製水の製造方法において、前記精密ろ過膜の前段に第１の熱交換器を配置して、前記精密ろ過膜から前記イオン交換装置通過後までの被処理水が５０℃以上に温度制御されるよう前記原水を加熱し、前記イオン交換装置が、混床式のイオン交換樹脂塔又は電気再生式イオン交換装置であり、前記イオン交換装置の後段に第２の熱交換器を配置するとともに前記精密ろ過膜の前段の前記第１の熱交換器へ供給される原水の供給経路を前記第２の熱交換器を経由させるように配置することによって、前記被処理水を除熱する一方で当該除熱された熱で前記原水を加熱することを特徴とする。

本発明では、５０℃以上の温度に加熱された原水を精密ろ過膜、逆浸透膜の順に透過させ、この透過水を、５０℃以上の温度を保持した状態でイオン交換装置に通過させることで、効果的に殺菌された被処理水（精製水）をイオン交換装置の後段で連続的に得ることができる。すなわち、５０℃以上の温度に加熱された熱水が流れる経路上では微生物の繁殖が抑制され、これにより、常時、安定した微生物汚染防止の温度条件を維持しつつ精製水を製造することができる。ここで、微生物の殺菌処理をより確実に行う必要がある場合には、精密ろ過膜からイオン交換装置通過後までの被処理水の温度を６０℃以上にすることが望ましい。

また、本発明では、熱水による殺菌処理と精製水を製造する処理とを同時（連続的）に行えるので、殺菌処理と精製水の製造処理とを個別（断続的）に行う場合の、例えば薬液を除去する処理や、熱水を冷却する処理などが不要となる。また例えば、前記熱水の冷却処理に必要であった、急激な温度変化による装置本体内の各構成機器の破損を防止するために、冷却過程の温度勾配を極力緩やかにする必要性などを排除することができる。これにより、除熱専用のタンクなどを含む循環用の通水路や、さらに例えば紫外線殺菌灯などを設ける必要などもなく、精製水の製造装置本体内の機器構成を簡素化できる。

さらに、本発明では、熱交換効率が向上して加熱源を節約できるとともに、イオン交換装置の後段でユーザに使用されることになる被処理水（精製水）を実質的に冷却することができる。

さらに、本発明の精製水の製造方法は、前記精密ろ過膜から前記イオン交換装置通過後まで、の被処理水が５０℃以上、９０℃以下の温度となるよう前記原水を加熱するものであってもよい。この場合、９０℃以上の耐熱性を確保した精密ろ過膜やイオン交換装置などを含む機器類を適用することで、この発明の製法を実現できる。

また、本発明の精製水の製造装置は、原水を順に透過させる精密ろ過膜及び逆浸透膜とこれらの膜を透過した透過水を通過させるイオン交換装置とを少なくとも備えた精製水の製造装置において、前記精密ろ過膜の前段に配置され、かつ前記精密ろ過膜から前記イオン交換装置通過後までの被処理水が５０℃以上に温度制御されるよう前記原水を加熱する第１の熱交換器をさらに備え、前記イオン交換装置が、混床式のイオン交換樹脂塔又は電気再生式イオン交換装置であり、前記イオン交換装置の後段に配置された第２の熱交換器と、当該第２の熱交換器を経由させるように配置されかつ前記精密ろ過膜の前段の前記第１の熱交換器へ原水を供給する供給経路と、を設け、前記被処理水を除熱する一方で当該除熱された熱で前記原水を加熱する、ことを特徴とする。

本発明によれば、微生物の殺菌効果を高めつつ、しかも効率良く精製水を製造することが可能な精製水の製造方法及び精製水の製造装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る精製水製造装置の構成を機能的に示す図。 本発明の第２の実施形態に係る精製水製造装置の構成を機能的に示す図。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づき説明する。
［第１の実施の形態］
この実施形態に係る精製水製造装置１０は、日本薬局方の要求水準である生菌数を１００ＣＦＵ／ｍＬ以下に抑えた精製水を得るための装置であって、原水タンク１２と、原水ポンプ１４と、熱交換器１６と、ＭＦ（Micro Filtration：精密ろ過）膜１８と、高圧ポンプ１９と、脱イオン装置２１と、精製水タンク２５と、製造装置本体内の機器間をつなぐ通水路となる水処理流路２７と、蒸気供給部１５と、温度センサ１７、２４と、を備えている。

脱イオン装置２１は、ＭＦ膜１８を透過した透過水の脱イオンを行う装置であり、当該脱イオン装置２１本体内の前段側に配置されたＲＯ（Reverse Osmosis：逆浸透）膜２２と、後段側に配置されたイオン交換装置としてのＥＤＩ装置（電気再生式イオン交換装置）２３と、で実現されている。

原水タンク１２は、例えば水道水などを適用した原水を一時的に貯留するタンクである。原水ポンプ１４は、原水タンク１２内に貯留された原水を熱交換器１６側に送り出す。一方、蒸気供給部１５は、熱交換器１６側に加熱蒸気を供給する。熱交換器１６は、ＭＦ膜１８の前段に配置されており、ＭＦ膜１８を透過する前の原水を加熱する。

ＭＦ膜１８は、孔径が０．１μｍ〜１０μｍのものなどを挙げることができ、懸濁物質、超微粒子など、前記孔径より大きい物質の通過を阻止する。ＭＦ膜１８は、形状が、中空糸状のもの（中空糸膜）、プリーツ型（畳み込み型）のもの、管状のもの、糸巻き繊維のもの、平膜加工のものなど、多種多様の形状のものを適用できる。なお、ＭＦ膜１８は、ＲＯ膜２２の目詰まりを防ぐ保安フィルタとして交換可能なカートリッジ型のものなどを用いるようにしてもよい。

高圧ポンプ１９は、熱交換器１６を通過する際に加熱された原水をＭＦ膜１８、ＲＯ膜２２に順に透過させ、さらに、この透過水をイオン交換装置に通過させるための流動力を発生させる。この高圧ポンプ１９による水の送り出し量は、例えば、０．５ｍ³／ｈ〜１００ｍ³／ｈである。

ＲＯ膜２２は、例えばポリアミド系複合膜などを適用して構成されており、イオン分子など、溶解性の細かい物質までろ過することが可能である。ＲＯ膜２２の後段に配置されたＥＤＩ装置２３は、イオン交換膜とイオン交換樹脂とを備え、直流電流を用いてイオン交換樹脂を連続再生しつつイオン交換を行う。

精製水タンク２５は、ＥＤＩ装置２３（脱イオン装置２１）の後段に配置されており、ＥＤＩ装置２３を通過した被処理水、つまり、精製水を貯留するためのタンクである。なお、精製水製造装置１０には、精製水タンク２５内の精製水を送り出すための精製水送出ポンプや、この精製水送出ポンプに送り出された精製水が使用されるユースポイントなどが設けられている。また、精製水製造装置１０には、精製水送出ポンプによって送り出されかつユースポイントを通過した精製水を再び精製水タンク２５内に帰還させるための精製水循環路なども設けられている。

ここで、本実施形態の精製水製造装置１０では、ＭＦ膜１８から、高圧ポンプ１９、ＲＯ膜２２を経て、ＥＤＩ装置２３を通過し終えるまでの被処理水（ＥＤＩ装置２３から送り出される精製水）の温度が、５０℃以上、９０℃以下になるように原水が熱交換器１６によって加熱される。

すなわち、この実施形態の精製水製造装置１０では、温度センサ１７は、熱交換器１６の通過直後の原水の温度を検出し、一方、温度センサ２４は、ＥＤＩ装置２３の通過直後の被処理水の温度を検出する。さらに、前述した蒸気供給部１５は、温度センサ１７、２４の検出結果に基づいて、（ＭＦ膜１８からＥＤＩ装置２３通過後までの被処理水が５０℃以上、９０℃以下の温度となる温度勾配を算出して）熱交換器１６側に供給すべき加熱蒸気の温度を制御する。

さらに、精製水製造装置１０では、ＭＦ膜１８、高圧ポンプ１９、ＲＯ膜２２、及びＥＤＩ装置２３、並びに、精製水タンク２５及び水処理流路２７は、少なくとも９０℃以上の耐熱性を有している。上記の水処理流路２７は、耐熱型の塩化ビニールパイプや、ステンレス管（例えば多管式のステンレスチューブ）などで構成されている。

したがって、本実施形態に係る精製水製造装置１０では、５０℃以上、９０℃以下の温度に加熱された原水をＭＦ膜１８、ＲＯ膜２２の順に透過させ、この温度範囲内にある透過水をさらにＥＤＩ装置２３を通過させて精製水を得るので、熱水による殺菌処理と精製水を製造する処理とを同時（連続的）に行うことができる。より詳細には、５０℃以上の加熱水が流れる通水路上では、日本薬局方の要求水準を満たす生菌数となる精製水を製造できる。これにより、精製水製造装置１０によれば、微生物の殺菌効果を高めつつ、しかも効率良く精製水を製造することができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施形態を図２に基づき説明する。なお、この図２中において、図１に示した精製水製造装置１０が備える構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与しその説明を省略する。

図２に示すように、本実施形態の精製水製造装置３０は、図１に示した第１の実施形態の精製水製造装置１０の構成に加え、さらに、熱交換器（第２の熱交換器）３１及び９０℃以上の耐熱性を有する原水供給経路３２を備えている。

すなわち、熱交換器３１は、図２に示すように、イオン交換装置であるＥＤＩ装置２３の後段に配置されている。一方、原水供給経路３２は、原水タンク１２及び原水ポンプ１４を介してＭＦ膜１８の前段の熱交換器（第１の熱交換器）１６へ供給される原水の供給路であって、上記熱交換器３１（第２の熱交換器）本体を経由する位置に配置（かつ精製水タンク２５の前段に配置）されている。これにより、ＥＤＩ装置２３から送り出される被処理水を除熱する一方で、当該除熱された熱で原水を加熱することが可能となる。

したがって、本実施形態の精製水製造装置３０によれば、熱交換効率の向上を図れるので、加熱源である蒸気供給部１５のパワーを節約できるとともに、イオン交換装置の後段でユーザに使用されることになる被処理水（精製水）を、５０℃以上、９０℃以下の温度範囲よりも、低い温度範囲に冷却することができる。

以上、本発明を第１、第２の実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、ＲＯ膜２２及びＥＤＩ装置２３を備えた図１、図２に示す脱イオン装置２１に代えて、ＲＯ膜２２とこのＲＯ膜２２の後段に配置された同様の構造を持つ第２の逆浸透膜とを備えた脱イオン装置を適用してもよいし、さらに、脱イオン装置２１に代えて、カチオン樹脂塔及びアニオン樹脂塔を配置した脱イオン装置を適用することもできる。

また、脱イオン装置２１に代えて、ＲＯ膜２２とこのＲＯ膜２２の後段に配置した混床式のイオン交換樹脂塔（ＭＢ：ミクスドベット）とを備えた脱イオン装置を用いることも可能である。これらの脱イオン装置を用いる場合でも、ＭＦ膜１８から個々の脱イオン装置通過後までの被処理水が５０℃以上、９０℃以下の温度となるよう原水を加熱することで、前記同様、微生物の殺菌効果を好適に得ることができる。

１０，３０…精製水製造装置、１２…原水タンク、１４…原水ポンプ、１５…蒸気供給部、１６，３１…熱交換器、１７，２４…温度センサ、１８…ＭＦ膜、１９…高圧ポンプ、２１…脱イオン装置、２２…ＲＯ膜、２３…ＥＤＩ装置、２５…精製水タンク、２７…水処理流路、３２…原水供給経路。

Claims (5)

1. 原水を精密ろ過膜と逆浸透膜に順に透過させ、この透過水をイオン交換装置に通過させることからなる精製水の製造方法において、
   前記精密ろ過膜の前段に第１の熱交換器を配置して、前記精密ろ過膜から前記イオン交換装置通過後までの被処理水が５０℃以上に温度制御されるよう前記原水を加熱し、
   前記イオン交換装置が、混床式のイオン交換樹脂塔又は電気再生式イオン交換装置であり、
   前記イオン交換装置の後段に第２の熱交換器を配置するとともに前記精密ろ過膜の前段の前記第１の熱交換器へ供給される原水の供給経路を前記第２の熱交換器を経由させるように配置することによって、前記被処理水を除熱する一方で当該除熱された熱で前記原水を加熱することを特徴とする精製水の製造方法。
2. 前記第１の熱交換器の通過直後の原水の温度を第１の温度センサが検出する検出結果と前記イオン交換装置の通過直後の被処理水の温度を第２の温度センサが検出する検出結果とに基づいて、蒸気供給部が、加熱温度を制御した蒸気を前記第１の熱交換器に供給することを特徴とする請求項１記載の精製水の製造方法。
3. 前記精密ろ過膜から前記イオン交換装置通過後までの被処理水が５０℃以上、９０℃以下に温度制御されるよう前記原水を加熱することを特徴とする請求項１又は２記載の精製水の製造方法。
4. 原水を順に透過させる精密ろ過膜及び逆浸透膜とこれらの膜を透過した透過水を通過させるイオン交換装置とを少なくとも備えた精製水の製造装置において、
   前記精密ろ過膜の前段に配置され、かつ前記精密ろ過膜から前記イオン交換装置通過後までの被処理水が５０℃以上に温度制御されるよう前記原水を加熱する第１の熱交換器をさらに備え、
   前記イオン交換装置が、混床式のイオン交換樹脂塔又は電気再生式イオン交換装置であり、
   前記イオン交換装置の後段に配置された第２の熱交換器と、当該第２の熱交換器を経由させるように配置されかつ前記精密ろ過膜の前段の前記第１の熱交換器へ原水を供給する供給経路と、を設け、前記被処理水を除熱する一方で当該除熱された熱で前記原水を加熱する、
   ことを特徴とする精製水の製造装置。
5. 前記第１の熱交換器の通過直後の原水の温度を検出する第１の温度センサと、前記イオン交換装置の通過直後の被処理水の温度を検出する第２の温度センサと、前記第１及び第２の温度センサによる検出結果に基づいて、加熱温度を制御した蒸気を前記第１の熱交換器に供給する蒸気供給部と、をさらに備えることを特徴とする請求項４記載の精製水の製造装置。

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