JP5968592B2 - 浄水システムおよびその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、浄水システムおよびその運転方法に関する。
本願は、２００９年１１月２０日に、日本に出願された特願２００９−２６５３６１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

井戸水には各種細菌類やウィルス、汚濁物質等が含まれている場合がある。一方、水道水には殺菌用に塩素が添加されているので、水道水が細菌類により汚染される懸念は少ないものの、カルキ臭により水の風味が損なわれるという問題があった。

そこで、井戸水や水道水を飲料水としてよりおいしく飲用するために、広く浄水装置が用いられている。この種の浄水装置としては、活性炭等の吸着剤により水のカルキ臭、カビ臭、トリハロメタン、汚濁物質等を除去した後、中空糸膜等の濾過膜により細菌類、ウィルス等を除去する機能を有するものが知られている。
例えば特許文献１には、活性炭が充填された前処理部と、前記前処理部の下流に設けられた濾過膜を有する濾過部とを有する浄水器が開示されている。前記浄水器によれば、原水を前処理部によって粗濾過した後、濾過部によって膜濾過することで、原水を濾過（浄水）する。

特開２００７−３２６０６５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のように、活性炭で粗濾過した後に濾過膜で膜濾過する浄水装置の場合、活性炭により大半の汚濁物質等の固形物を除去できるので、濾過膜は比較的に目詰まりしにくく洗浄の手間が省けるものの、活性炭は目詰まりを起こしやすく、使用するに連れて濾過性能が低下しやすかった。
濾過性能の回復には活性炭をカートリッジ式の容器に充填した使い捨てとし、必要に応じて交換すれば解決できるが、コストアップや交換に手間がかかるという問題があった。
また、環境問題や省資源の面で使い捨ては必ずしも好ましいものではない。

また、濾過性能を回復するために、原水等の洗浄水を活性炭に逆流させて洗浄（逆洗）する方法も知られている。逆洗することで活性炭の寿命が伸び、コストや交換回数を軽減できる。
しかし、活性炭を逆洗するためには洗浄水を供給したり排出したりできるようにラインを増設したりラインの切り替え手段を設置したりする必要があり、大掛かりになりやすかった。

さらに、逆洗は洗浄水を活性炭に逆流させるので、通常、濾過時の原水入口および透過水出口と、洗浄時の洗浄水入口および出口が入れ替わる。そのため、例えば洗浄水として原水を用いる場合には、濾過されていない洗浄水（原水）が濾過時の透過水出口（すなわち、原水が濾過されて排出する側）から活性炭に供給されることになり、濾過時の透過水出口およびそれに接続されるラインが逆洗時に汚染される恐れがあった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、コンパクトかつ簡易な構成であり、洗浄してもシステム内が汚染されにくい浄水システムおよびその運転方法を提供することを目的とする。

本発明の浄水システムは、壁掛け型、蛇口直結型、またはアンダーシンク型の浄水システムであって、濾過膜を備えた、原水を導入して濾過する第一の浄水器、および原水を導入して前記濾過膜をフラッシングするフラッシング機構を有する前濾過手段と、前記前濾過手段の下流に設けられ、活性炭が充填された第二の浄水器からなる後濾過手段と、前記後濾過手段の下流に設けられ、限外濾過膜または精密濾過膜を備えた第三の浄水器と、を具備することを特徴とする。

また、本発明の浄水システムの運転方法は、前記浄水システムの運転方法であって、第一の浄水器、第二の浄水器、第三の浄水器の順で原水を通過させて濾過する濾過工程と、第一の浄水器に原水を供給し、濾過膜をフラッシングするフラッシング工程と、を繰り返すことを特徴とする。

本発明によれば、コンパクトかつ簡易な構成であり、洗浄してもシステム内が汚染されにくい浄水システムおよびその運転方法を提供できる。

本発明の浄水システムの一例を示す概略構成図である。 本発明の浄水システムの他の例を示す概略構成図である。 フラッシング工程時の原水等の流れを示す図である。

以下、本発明について詳細に説明する。
［浄水システム］
図１は、本発明の浄水システムの一例を示す概略構成図である。この浄水システム１は、水道などから供給される原水を濾過する第一の浄水器１１を有する前濾過手段１０、および第二の浄水器２１からなる後濾過手段２０と、第一の浄水器１１に原水を供給する原水供給ライン３０と、第一の浄水器１１を透過した透過水を第二の浄水器２１に移送する第一の移送ライン４０と、第二の浄水器１１を透過した透過水を移送する第二の移送ライン５０とを具備して概略構成されている。

前濾過手段１０は、濾過膜１１ａを備えた第一の浄水器１１と、濾過膜１１ａをフラッシングするフラッシング機構１２とを有する。
濾過膜１１ａとしては、限外濾過膜、精密濾過膜、ナノ濾過膜など、浄水システムで通常使用される濾過膜を使用できる。中でも限外濾過膜が好ましい。
濾過膜１１ａの形状としては、中空糸膜、平膜、チューブラー膜、スパイラル膜などが挙げられる。これらは０．１μｍ以上の汚濁物質（ゴミ）や、細菌類およびウィルス等の通過を容易に阻止できるので濾過膜として好適であるが、中でも中空糸膜が好ましく、例えばセルロース系、ポリオレフィン系、ポリビニルアルコール系、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）系、ポリスルフォン系など、各種材科からなる中空糸膜を使用するのが好ましい。特に、ポリエチレン等の強伸度の高い材質からなる中空糸膜を使用することが好ましい。
また、濾過膜１１ａとして中空糸膜を用いる場合、その孔径（濾過精度）、濾過面積、膜厚、外径等は特に限定されるものではないが、例えばその孔径は０．０１〜０．１μｍ、濾過面積は０．２〜１０ｍ^２、膜厚は５〜３００μｍ、外径は２０〜２０００μｍ、空孔率は２０〜９０％とされる。

フラッシング機構１２は、濾過膜１１ａをフラッシングした後の洗浄水を排出する洗浄水排出ライン１２ａと、前記洗浄水排出ライン１２ａの途中に設置された開閉弁１２ｂとからなる。
洗浄水排出ライン１２ａは、第一の浄水器１１の洗浄水出口１１ｂに接続している。
開閉弁１２ｂとしては、電磁弁など、浄水システムで通常使用される弁を使用できる。
開閉弁１２ｂは制御部（図示略）からの制御指令に基づいて開閉が制御され、洗浄水の排出および停止を切り替える。なお、開閉弁１２ｂは手動で開閉して、洗浄水の排出および停止を切り替えることもできる。

後濾過手段２０は、前濾過手段１０の下流に設けられ、活性炭２１ａが充填された第二の浄水器２１からなる。
第二の浄水器２１は、図１に示すように内部が２枚の蓋材２１ｂにより仕切られ、２枚の蓋材２１ｂの間には活性炭２１ａが充填されている。
蓋材２１ｂは、通水性を有し、かつ第一の浄水器１１にてゴミや鉄錆等を除去しきれなかった場合に、これらを除去するため、および活性炭の流出を防ぐためのものである。蓋材２１ｂとしては、例えば不織布フィルタ、焼結フィルタ、金属またはプラスチックのネット等が挙げられる。
活性炭２１ａは、後濾過手段２０の第一の浄水器１１を透過する透過水から残留塩素や、カルキ臭、カビ臭、トリハロメタン、金属イオン等を除去するものである。活性炭２１ａとしては、例えば粒状活性炭、粉状活性炭、繊維状活性炭等の吸着剤が挙げられる。

原水供給ライン３０は、前濾過手段１０の第一の浄水器１１に原水を供給するものであり、第一の浄水器１１の原水入口１１ｃに接続している。
原水供給ライン３０は、途中に開閉弁３１が設置されている。また、図１に示すように必要に応じて減圧弁３２を取り付けてもよい。
開閉弁３１としては、電磁弁など、浄水システムで通常使用される弁を使用できる。開閉弁３１は制御部（図示略）からの制御指令に基づいて開閉が制御され、原水の供給および停止を切り替える。なお、開閉弁３１は手動で開閉して、原水の供給および停止を切り替えることもできる。
減圧弁３２は、原水の水圧を調節するものであり、特に原水の水圧が高い場合に取り付けられる。減圧弁３２としては、浄水システムで通常使用される弁を使用できる。

第一の移送ライン４０は、第一の浄水器１１の濾過膜１１ａを透過した透過水を後濾過手段２０の第二の浄水器２１に移送するものであり、一端が第一の浄水器１１の透過水出口１１ｄに接続し、他端が第二の浄水器２１の透過水入口２１ｃに接続している。

第二の移送ライン５０は、第二の浄水器２１を透過した透過水を移送するものであり、第二の浄水器２１の透過水出口２１ｄに接続している。
第二の移送ライン５０は、途中に開閉弁５１が設置されている。
開閉弁５１としては、電磁弁など、浄水システムで通常使用される弁を使用できる。開閉弁５１は制御部（図示略）からの制御指令に基づいて開閉が制御され、透過水の移送および停止を切り替える。なお、開閉弁５１は手動で開閉して、透過水の移送および停止を切り替えることもできる。

本発明の浄水システムは図１に示すものに限定されず、例えば図２に示すように、後濾過手段２０の下流に、逆汚染防止手段６０を設けてもよい。
なお、図２において、図１と同じ構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。

後濾過手段２０の第二の浄水器２１を透過した透過水は残留塩素が除去されるので、細菌類により再汚染されることがある。また、特許文献１に記載のように、浄水装置には特定量の透過水を供給するために、透過水を貯水するタンクが設けられるのが一般的である。そのため、タンクに貯水された透過水が細菌類により汚染されることがあった。
しかし、本発明の浄水システムは処理能力の高い濾過膜を使用するので、十分な量の透過水を供給でき、透過水を貯水するタンクの設置を必要としない。そのため、タンク等に貯水してから透過水を供給するのではなく、後濾過手段２０の第二の浄水器２１を透過した透過水を直接供給することができる。従って、本発明の浄水システムであれば再汚染される前に透過水を供給することができるが、図２に示すように逆汚染防止手段６０を設け、前記逆汚染防止手段６０に透過水を通過させれば、より汚染リスクの少ない透過水を供給することができる。

図２に示す逆汚染防止手段６０は、濾過膜６１ａを備えた第三の浄水器６１からなる。
第三の浄水器６１に備わる濾過膜６１ａとしては、前濾過手段１０の説明おいて先に例示した濾過膜１１ａと同じものを例示することができる。
なお、逆汚染防止手段６０の第三の浄水器６１を通過する透過水には、ゴミ、細菌類、ウィルス等が除去されているので、濾過膜６１ａが目詰まりしにくい。よって、逆汚染防止手段６０には、濾過膜６１ａをフラッシングするフラッシング機構を備える必要がない。

逆汚染防止手段６０の透過水入口６１ｂには、第二の移送ライン５０の他端が接続されている。
一方、逆汚染防止手段６０の透過水出口６１ｃには、第三の移送ライン７０が接続され、第三の浄水器６１を通過した透過水を移送できるようになっている。

第三の移送ライン７０には、途中に開閉弁７１を設定してもよい。
開閉弁７１としては、電磁弁など、浄水システムで通常使用される弁を使用できる。開閉弁７１は制御部（図示略）からの制御指令に基づいて開閉が制御され、透過水の移送および停止を切り替える。なお、開閉弁７１は手動で開閉して、透過水の移送および停止を切り替えることもできる。
第三の移送ライン７０に開閉弁７１を設置する場合、図２に示すように第二の移送ラインには開閉弁を設置しなくてもよい。

逆汚染防止手段６０としては、図２に示すような透過水が濾過膜６１ａの外側から内側に透過する、いわゆるアウト−イン方式を採用した浄水器に限定されず、例えば透過水が濾過膜の内側から外側に透過する、いわゆるイン−アウトを採用した浄水器から構成されていてもよい。
さらに、逆汚染防止手段６０としては、上述した浄水器以外にも、例えば紫外線照射機などを使用することもできる。紫外線照射機を用いる場合は、紫外線を透過できる材質で第二の移送ライン５０を作製し、前記第二の移送ライン５０内を通過する透過水に紫外線を照射できるように、第二の移送ライン５０の途中に紫外線照射機を設けてもよい。

本発明の浄水システムは、電源部（図示略）を外部の電源（コンセントなど）に接続して使用するが、電池駆動が可能となるように電源部に電池収納部を設けるのが好ましい。
電池駆動が可能となれば、例えば停電時においても各開閉弁の開閉を自動制御できるようになる。

また、浄水システムには、各開閉弁の開閉を自動制御から手動制御に切り替える切り替え機能や、手動で浄水システムの運転を開始し、自動で運転を停止できるオート機能（タイマー）を設けるのが好ましい。
さらに、浄水システムには、濾過膜や活性炭の交換時期を知らせる交換表示機能、電池の残量を知らせる電池残量警告機能、原水の水圧が著しく増大した場合にその旨を知らせる水圧警告機能などを設けるのが好ましい。

本発明の浄水システムは、壁掛け型、据置き型、蛇口直結型、アンダーシンク型等のいずれの様式にも対応できるが、デザイン性や省スペースの面で壁掛け型の様式で使用するのが好ましい。

［運転方法］
以下、本発明の浄水システムの運転方法の一例について、図２に示す浄水システム２を用い、操作に従って説明する。
本発明の洗浄システムの運転方法では、濾過工程とフラッシング工程とを繰り返し行う。

濾過工程では、開閉弁３１および開閉弁７１を開、開閉弁１２ｂを閉とする。
濾過工程は、原水供給ライン３０から供給される原水を前濾過手段１０の第一の浄水器１１、後濾過手段２０の第二の浄水器２１の順で通過させて濾過する。このとき、原水供給ライン３０内の原水の水圧が高いと、第一の浄水器１１に供給される原水の水量が増えるので、濾過膜１１ａが目詰まりしやすくなる傾向にある。水圧が高い場合は、減圧弁３２により０．０５〜０．５ＭＰａ程度の水圧になるように調整する。なお、浄水システムに上述した水圧警告機能を設けておけば、水圧が設定値よりも高くなると警告されるので、水圧が高くなりすぎたことに容易に気付くことができる。

原水は第一の浄水器１１の原水入口１１ｃから流入し、濾過膜１１ａを透過して、透過水となって透過水出口１１ｄから排出される。原水が透過膜１１ａを透過する際、ゴミ、細菌類、ウィルス等が除去される。排出された透過水は、第一の移送ライン４０を通過し、後濾過手段２０の第二の浄水器２１に供給される。
透過水は第二の浄水器２１の透過水入口２１ｃから流入し、蓋材２１ｂおよび活性炭２１ａを通過して、透過水出口２１ｄから排出される。透過水が蓋材２１ｂおよび活性炭２１ａを通過する際、残留塩素や、カルキ臭、カビ臭、トリハロメタン、金属イオン等が除去される。排出された透過水は、第二の移送ライン５０を通過し、逆汚染防止手段６０の第三の浄水器６１に供給される。
透過水は第三の浄水器６１の透過水入口６１ｂから流入し、濾過膜６１ａを透過して、透過水出口６１ｃから排出される。透過水が透過膜６１ａを透過することで、細菌類の繁殖等による汚染が防止される。排出された透過水は、第三の移送ライン７０を通過し、浄水として給水栓（図示略）から供給される。
なお、図２において、原水および透過水の流れを矢印で示す。

ついで、所定時間濾過工程を行った後、または所定量の原水を濾過した後、以下のようにして第一の浄水器１１の濾過膜１１ａをフラッシング（膜洗浄）する。
ここで、図３にフラッシング時の原水等の流れを矢印で示す。なお、図３において、図１と同じ構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。

フラッシング工程では、開閉弁３１および開閉弁１２ｂを開、開閉弁７１を閉とする。
フラッシング工程では、上述したように開閉弁１２ｂと開閉弁７１の開閉を切り替えて、図３に示すように原水を原水供給ライン３０から前濾過手段１０の第一の浄水器１１に供給しつつ、透過水の排出（すなわち、原水の濾過）を停止すると共に、濾過膜１１ａをフラッシングして洗浄水を排出する。このとき、原水供給ライン３０内の原水の水圧が高い場合は、減圧弁３２により０．０５〜０．５ＭＰａ程度の水圧になるように調整する。

原水は第一の浄水器１１の原水入口１１ｃから流入し、第一の浄水器１１内を通過する。この際、濾過膜１１ａがフラッシングされることで、濾過膜１１ａの表面に付着した汚れ等が原水によって洗い流される。
汚れを含んだ原水は、洗浄水となって洗浄水出口１１ｂから排出される。洗浄水は洗浄水排出ライン１２ａを通り、系外に排出される。

フラッシング工程におけるフラッシング時間は１０〜９０秒が好ましい。フラッシング時間が１０秒以上であれば、第一の浄水器１１の濾過膜１１ａを十分にフラッシングできる。一方、フラッシング時間が９０秒以下であれば、被給水場所への供給停止時間が短縮できると共に、洗浄時の水の使用量を低減できる。
フラッシング時間はロータリースイッチ（図示略）等により設定できる。

フラッシング工程が終了した後は、そのまま濾過工程に移行できる。
本発明の浄水システムの運転方法においては、濾過工程からフラッシング工程への切り替え（すなわち、各開閉弁の開閉）を制御する手段は特に制限されず、手動にて切り替えてもよいし、浄水システムに自動制御手段（制御部）を設け、自動制御にて切り替えてもよい。自動制御により、例えば浄水システムの起動時や深夜定刻時にフラッシング工程を行うことができる。

以上説明したように本発明の浄水システムは、濾過膜を備えた第一の浄水器により原水を濾過した後に、活性炭が充填された第二の浄水器によりさらに濾過する。従って、原水中の大半のゴミや、細菌類、ウィルス等は、最初に原水を濾過する第一の浄水器によって除去される。そのため、第一の浄水器に備わる濾過膜は、これらの除去物（汚れ）により目詰まりしやすいものの、フラッシングにより汚れが除去されるので、濾過性能を容易に回復できる。
フラッシングは逆洗に比べてラインの増設等が少なくてすむため、濾過膜のフラッシングにより濾過性能を回復させる本発明の浄水システムは、コンパクトでかつ簡易な構成となる。

また、上述したように、逆洗は濾過時の原水入口および透過水出口と、洗浄時の洗浄水入口および出口が入れ替わる。そのため、原水で逆洗する場合は透過水出口（すなわち、原水が濾過され透過水として排出される側）から原水が供給されることになり、濾過時の透過水出口およびそれに接続されるラインが逆洗により汚染される恐れがあった。
しかし、本発明の浄水システムであれば、濾過膜をフラッシングすることで濾過性能を回復させる。フラッシング工程の際は、濾過工程と同じ入口（原水入口）から原水を第一の浄水器に供給し、透過水出口とは異なる出口（洗浄水出口）から洗浄水を排出するので、濾過工程時に透過水が通過するラインが汚染されにくい。

なお、本発明の浄水システムは、第一の浄水器により原水中の大半のゴミや、細菌類、ウィルス等が除去される。従って、第二の浄水器の活性炭は比較的目詰まりしにくく、洗浄の手間が省ける。また、濾過膜を備えた第三の浄水器からなる逆汚染防止手段を後濾過手段の下流に設ける場合、第三の浄水器の濾過膜も目詰まりしにくいので、洗浄の手間が省ける。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
［実施例］
図２に示す浄水システムを用い、水道水の濾過を行った。
前濾過手段１０の第一の浄水器１１、および逆汚染防止手段６０の第三の浄水器６１としては、濾過膜として限外濾過膜（ガンブロ株式会社製の中空糸膜、「Ｐｏｌｙｆｉｕｘ」、濾過面積：２．０ｍ^２、濾過精度：０．０１μｍ、膜厚：５０μｍ、外径：２１５μｍ）を備える膜モジュールを用いた。
後濾過手段２０としては、直径７ｃｍ、長さ２０ｃｍの円柱状の容器を用い、その内部を２枚の不織布で仕切り、その間に２００ｇの粒状活性炭が充填された浄水器を用いた。
開閉弁１２ｂ、３１、７１としては、電磁弁（口径：３／８Ｂ、作動電圧：ＤＣ１２Ｖ）を用いた。

各開閉弁を自動制御により切り替え、各工程の条件を以下に示すように設定した。
原水（水道水）の供給量を２Ｌ／分に設定し、原水供給ライン３０内の原水の水圧が０．２ＭＰａになるように、減圧弁３２にて調節した。
フラッシング工程のフラッシング時間を２０秒に設定した。

そして、浄水システムの運転を開始し原水を濾過した。そして、自動制御によりろ過積算流量が２０Ｌ超でろ過運転終了後となった時点で、濾過工程からフラッシング工程へ切り替えた（すなわち、各開閉弁の開閉を自動制御により切り替えた）。そして、第一の浄水器１１の濾過膜１１ａをフラッシングした後、濾過工程に移行させた。この操作を２４０時間繰り返し行い、水道水を濾過した。
その結果、濾過膜を洗浄してもシステム内が汚染されることなく、濾過工程とフラッシング工程を繰り返し行うことができた。

本発明によれば、コンパクトかつ簡易な構成であり、洗浄してもシステム内が汚染されにくい浄水システムおよびその運転方法を提供できる。

１：浄水システム、２：浄水システム、１０：前濾過手段、１１：第一の浄水器、１１ａ：濾過膜、１２：フラッシング機構、１２ａ:洗浄水排出ライン、２０：後濾過手段、２１：第二の浄水器、２１ａ：活性炭、３０：原水供給ライン、４０：第一の移送ライン、５０：第二の移送ライン、６０：逆汚染防止手段、６１：第三の浄水器、６１ａ：濾過膜、７０：第三の移送ライン。

Claims (2)

1. 壁掛け型、蛇口直結型、またはアンダーシンク型の浄水システムであって、
   濾過膜を備えた、原水を導入して濾過する第一の浄水器、および原水を導入して前記濾過膜をフラッシングするフラッシング機構を有する前濾過手段と、
   前記前濾過手段の下流に設けられ、活性炭が充填された第二の浄水器からなる後濾過手段と、
   前記後濾過手段の下流に設けられ、限外濾過膜または精密濾過膜を備えた第三の浄水器と、
   を具備することを特徴とする浄水システム。
2. 請求項１に記載の浄水システムの運転方法であって、
   第一の浄水器、第二の浄水器、第三の浄水器の順で原水を通過させて濾過する濾過工程と、
   第一の浄水器に原水を供給し、濾過膜をフラッシングするフラッシング工程と、
   を繰り返すことを特徴とする浄水システムの運転方法。

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