JPH0691990B2

JPH0691990B2 - 精製水製造装置

Info

Publication number: JPH0691990B2
Application number: JP60235108A
Authority: JP
Inventors: 成人原口
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1985-10-23
Filing date: 1985-10-23
Publication date: 1994-11-16
Anticipated expiration: 2009-11-16
Also published as: JPS6295189A

Description

【発明の詳細な説明】｛産業上の利用分野｝本発明は、塩や細菌類を含んだ原水から、逆浸透膜など
の膜分離により、正常な透過水を製造する装置に関する
ものであり、更に詳しくは、家庭や事務所などの専任の
技術者が不在な施設でも、任意の時に清浄水が安全かつ
便利に利用でき、しかも使い易い小形化された精製水製
造装置に関するものである。

｛従来の技術｝高分子技術の進歩に伴い、各種の分離膜を利用して清浄
な精製水を得る装置が普及し始めた。

例えば、既に中東では逆浸透膜を利用した造水プラント
により、海水から一都市分の生活用水を供給できるよう
な巨大な設備も出現している。また一方、その目的に応
じた小量の精製水を造水する小型装置も提供され始め
た。

例えば、特開昭59−82993号公報、特開昭59−98790号公
報に示された技術は、中東などの塩水を含んだ井戸水か
ら飲料水を得ようとする家庭用給水器に関するものであ
り、また、実開昭59−61897号公報に示された技術は、
研究室などで理化学用の純水を水道水から得ようとする
ものであり、特開昭57−147405号公報に示された技術
は、病院において人工透析用の希釈水を造水しようとす
るものである。

｛発明が解決しようとする問題点｝このように、その省エネルギーメリットから膜分離法に
よる精製水製造装置に対しては多大の期待が寄せられて
いるが、一方、その普及をはばむ障害も多い。例えば、
その一つが管理保全に関する問題である。最適な運転条
件を維持するための圧力や流量の監視、衛生的観点から
の滅菌剤の常時注入、長期停機時の細菌発生防止対策、
膜表面の乾燥防止等々きめ細かい高度な管理を必要とす
るが、前述したような一般家庭や研究室、病院ではその
ための専任の技術者を確保することは困難である。更
に、その他に、価格や装置の大きさ、複雑さに由来する
故障発生など、種々の課題がある。

従来装置の問題点について、本発明の適用対応の一つで
ある飲料水分野において、特開昭59−98790号公報に記
載された技術を例にとって詳細に説明する。

（１）原水の供給圧は経時的に変動するものであるが、
これはそのままポンプ吐出圧、すなわち分離器の操作圧
の変動となり、従って透過水（精製水）水量や水質の変
動につながる。

（２）原水の断水時、モータの空回転を防止するため、
圧力スイッチでこれを検知して装置を停機しているが、
このような方法は、普遍的でない。例えば、この種の装
置を最も必要とする中東の場合、平屋建の建物の屋上に
据付けられたタンクに一旦原水は貯水されるが、この場
合、原水が送液されている時の圧力が低いため、断水に
より上記屋上タンクが空になった時の圧力と、正常運転
時との間に差異がなく、これを区分することが困難なた
め、有効な装置保全策とはなり得ない。

（３）逆浸透膜装置では、逆浸透膜の劣化防止や透過水
の無菌性維持のため、原水に滅菌剤が残留していなけれ
ばならないが、該特開昭には滅菌剤の添加機構がなく、
対象原水が滅菌剤を含んだものに限定される。大型の造
水プラントにおいては、特開昭57−59683号公報にみら
れるように、原水中に滅菌剤として次亜塩素ソーダ液を
添加することは公知であるが、後述するように、本発明
が対象とするような、一般家庭に適用できる安価、確実
な装置は提供されていない。

（４）膜面洗浄や長期不使用時の滅菌などのため、専用
の薬液タンクおよび関連する電磁弁が設けられてはいる
が、そのため高価、複雑になっているだけでなく、万一
の操作ミスや機器異常時にホルマリン等の薬液が原水ラ
インへ逆流する恐れがある。例えば、分離器は高圧で操
作されるため、ポンプ停止時に、分離器内の内圧によっ
て薬液が原水ラインに逆流する。

（５）膜の加水分解を避けるため、装置停止時には分離
器内を透過水で置換しているが、そのための周辺部品を
必要としている。

（６）装置停止時は、透過水、濃縮水ラインは排水ライ
ンに開放されている。そのため、非衛生的な環境におか
れている排水口から細菌類が分離器内に逆流し、透過水
への細菌混入の危険性がある。

（７）特開昭55−67387号公報で濃縮水を再循環する方
法が提示されているが、特に膜の表面積に比較して分離
器の断面積が大きい小型装置においては、膜面逆速が遅
くなり、膜表面で不純塩類が蓄積するため、循環流を設
けて膜面流速を速くしてこれを防止することが不可欠に
なってくる。後述するように、小型装置で、安定してこ
れを実現する有効な手段は提供されていない。

本発明の目的は、上記の状況に鑑み、これらの問題点を
解消し、安全かつ便利な精製水製造装置を提供せんとす
るものである。

｛問題点を解決するための手段｝上記の目的を達成するため、本発明に係る精製水製造装
置の構成は、原水受槽へ受けた原水を加圧ポンプにより
膜分離器へ送液して濃縮水と、膜を透過した透過水に分
離する精製水製造装置において、上記分離器に接続され
た濃縮水配管に圧力調整弁を設け、更にその下流に、一
方は排水ラインに、他方は上記原水受槽に至る還流ライ
ンに接続される３方弁又は２個の２方弁からなる分岐弁
を設け、かつ、精製水製造運転中は、上記分岐弁を上記
排水ラインまたは上記還流ラインに一定周期で交互に切
換えるタイマを設けたことを特徴とするものである。

次に本発明を実施例を用いて、図面を参照しながら説明
する。

第１図は、本発明に係る飲料水製造装置の一実施例を示
す全体構成図である。

まず、水の流れを説明すると、塩、細菌などを含んだ原
水は配管１、供給水弁３を経て原水受槽５へ貯水され
る。51はレベル計である。上記原水は、更にポンプ７に
より昇圧され、酢酸セルロース系の逆浸透膜９を内蔵し
た分離器11へ導かれる。35は、圧力計である。透過水側
室13へ透過された透過水（精製水）は、配管15を経て精
製水貯槽17へ貯留される。

分離器11の不純物が濃縮された濃縮水は、濃縮水側室19
から配管21により取出され、圧力調整弁23を経て、３方
電磁弁25で還流ラインである配管27,排水ラインである
配管29に分岐する。33は、タイマである。配管27は再び
原水受槽５へ戻り、配管29は排水口31へ大気に開放され
た状態で接続される。

次に操作条件を説明する。

本実施例の造水能力は6l/Hr、水の回収率40％である。
配管29は150ml/min（100ml/min×60％/40％）である。
配管27には、2l/minで循環している。原水受槽５への塩
素添加濃度は0.5ppmである。圧力計35によって指示され
る操作圧力は10kg/cm²Ｇである。

次に、原水の受入れ方法を説明する。

レベル計51が液面の下限Ａを検知した時、供給水弁３を
開放し、原水を受入れる。上限Ｂに達したとき、供給水
弁３を閉止し、受入れを停止する。下限Ａに達し、供給
水弁３を開放したにかかわらず、断水等により原水の供
給がない時、ポンプ７により原水受槽５内の貯水が消費
されれば、更に引続き液面は低下し、最下限Ｃに達した
時にこれを検知し、ポンプ７を停止し、ポンプの空運転
等の事故を防止する。原水受槽５の液面変化は、10cm程
度である。従って、本実施例において、特開昭59−9879
0号公報にみられた前述の（１）、（２）の問題点は解
消できた。

次に、滅菌液の注入システムについて説明する。

一般に、大型プラント等の場合は、専用の薬液注入ポン
プや塩素濃度測定器により連続注入しながら管理されて
いるが、本発明が対象とする小型機器の場合には、高価
になったり、機器が大型になるだけでなく、下記の新た
な技術的課題を生ずる。

例えば、連続して0.2％の次亜塩素酸液を注入しなが
ら、原水中の塩素濃度を0.5ppmにするには、本実施例の
場合、添加流量を62.5μl/min（0.25l/min×0.5ppm/0.2
％）に制御しなければならないが、このような極微量な
注入制御には特別の装置を必要とする。

これを本実施例では、原水受槽５に滅菌液を供給するた
めの滅菌容器41、滅菌液供給弁43、絞り45、タイマ47で
簡便に実現している。絞り45は内径0.2mmのガラス間キ
ャピラリで、滅菌液の流量を約5ml/minに制限してい
る。滅菌液容器41内には、前述と同様に、0.2％の次亜
塩素酸ソーダが入っている。

いま、レベル計51が下限Ａに達すると、原水の供給が開
始されると同時に、滅菌液供給弁43が開き、タイマ47が
スタートする。その後、原水受槽５内の液面がＢに達す
るまでの時間に比し、充分に短い時間、例えば３秒後に
タイマが47が動作して、滅菌液供給弁43を再び閉止す
る。

従って、この間に注入された塩素液量は、0.25ml（5ml/
min×3sec）である。液面がＡからＢまでに達する間の
原水の受入れ量を１とすれば、原水受槽５内の平均塩
素濃度は0.5ppm（0.25ml×0.2％/1）となる。もちろ
ん滅菌液容器41内の貯留塩素液量によって若干の添加量
変化もあり、また原水受槽５内の塩素濃度もわずかに波
を描くことになるが、最も重要なことは、若干の濃度変
動があっても、所定範囲内で確実に添加されることであ
り、このような目的を本実施例では、容易にかつ安価に
入手できる滅菌液供給弁43,絞り45,タイマ47により実現
している。

更に、本実施例による滅菌液注入の他の利点は、前述の
特開昭59−98790号公報、あるいは特開昭56−84685号公
報に示された目的を何ら新たな機器を必要とせずに容易
に実現できることにある。すなわち、逆浸透膜による分
離装置では、長期停機前後の高濃度滅菌液による滅菌操
作や、クエン酸などによる膜面の洗浄操作が必要である
が、本実施例においては、タイマ47の設定時間変更ある
いは原水受槽５への直接添加により容易に実施できる。
添加直後は３方電磁弁25を配管27側に切換えて循環し、
一定時間後、該３方電磁弁25を配管29側に切換えて水洗
浄（原水受槽５内の薬液が排水されるため、自動的に原
水が給水される）するなど、上記特開昭に示されたもの
に比べて自動化も容易に実現できるだけでなく、不用意
にこのような薬液が原水ラインに逆流する心配もなく、
前述した従来技術の問題点（３）、（４）を簡便に解決
できた。

なお、この薬液注入ラインを複数個設け、種々の薬液
（例えば、PH調整液、香料など）を注入してもよい。こ
のとき弁43は複数ラインを同時に遮断できるピンチバル
ブ（チューブを閉塞させる構造のもの）でもよい。

次に、精製水貯槽17について説明する。

内部にレベル計61があり、液面が下限Ｄまで低下すれ
ば、ポンプ７を起動させて造水を開始し、上限Ｅに達し
た時ポンプ７を停止する。精製水取出し配管63には、取
出し弁65が設けられている。透過水側室13からの配管15
の先端は図のごとく、精製水貯槽17の液面下へ挿入され
ている。

いま、ポンプ７が停止すると、浸透圧により、透過水側
室13内の精製水は濃縮水側室19へ逆流する。この時、精
製水貯槽17内の精製水が透過水側室13内に補給されるた
め、分離器11内の濃縮水側室19の濃縮水は、原水受槽５
へ戻され、分離器11は新たに精製水によって自動的に置
換される。これにより、前述（５）の問題点は解決でき
た。

更に、本発明の特徴の一つである操作圧力、回収率決定
に関する有効性について説明する。

第２図は、特開昭57−502250号公報に代表される従来の
方法を示したものである。第１図と同一符号のものは、
同一の機能の部品である。

第２図において、分離器11の操作圧力は、圧力計35の指
示をみながら調整弁101を設定する。回収率にかかわる
濃縮水の排水量は、流量計103の指示をみながら調整弁1
02を設定する。

このような方法を本発明が対象とするような少流量の造
水機に適用するには、下記の問題点がある。

（ａ）調整弁101で圧力を調整すると、配管29′の流量
が変化し、調整弁102で流量を再調整すると、今度は圧
力計35の指示が変化し、数度調整を繰返えさなければな
らない。

（ｂ）本実施例では、調整弁102は、上流の圧力が10kg/
cm²、下流はほぼ大気圧であり、かつ調整弁102を通過す
る流量は150ml/minと、大気圧下で微少量に設定せねば
ならないが、温度変化や振動により微妙に調整弁開度が
変動し、そのため、調整弁101を含めてたびたび再調整
を必要とするが、調整に精巧さを必要とし、一般家庭人
に作業を期待することはむつかしい。

（ｃ）前述したように、濃厚な滅菌液を充填したり、逆
に分離器11内の濃厚な滅菌液を押し出す場合は、調整弁
101,102を全開あるいは全閉にしなければならないが、
通常運転に入るとき再び流量および圧力を調整し直して
やらなければならない。

本発明による第１図の装置は、このような問題を解決し
ている。すなわち、、第１図の３方電磁弁25はタイマ33
により一定周期で導通、非導通を繰返す。導通時は配管
29と通じ、非導通時は配管27と通じる。例えば、ポンプ
７の操作圧10kg/cm²下における吐出量が2100ml/minであ
れば、透過水量100ml/minを差し引いて、圧力調整弁23
の通水量は2000ml/minである。タイマ33の繰返し周期を
１分とすれば、このうち4.5秒間だけ３方電磁弁25を通
電、残り55.5秒を非通電とすれば、配管29を通しての排
水量は150ml/min（2000×4.5/60）となり、タイマ33の
非通電時間を設定することにより、回収率を設定でき
る。

また、３方電磁弁25の通電、非通電時の、弁自体での圧
力損失は少なく差異がない。従って、圧力計35により圧
力調整弁23を設定すれば、回収率設定に影響されずに操
作圧力を設定できる。間歇的に濃縮水を排水する訳であ
るから、原理的には分離器11への供給水質、従って透過
水質も１分間周期で変動する訳であるが、原水受槽５、
精製水貯槽17のバッファ効果により、実用上問題となる
ものではなかった。

また、配管29へ通水時の流速は早いので、炭酸カルシウ
ム等の配管中での析出も抑制される。

更に、電気的に３方電磁弁25の通電、非通電を操作する
ことにより、圧力調整弁23、タイマ33を何ら操作するこ
となしに、全量循環や全量排出が可能であり、自動滅菌
等の操作が可能である。また、装置を停止した時は、３
方電磁弁25は非通電となり、排水口31から遮断されてい
るため、最も懸念しなければならない排水口31からの細
菌類の逆汚染を防止できる。更に原水の水質変動や膜性
能の経時変化が考えられる時、原水ラインや透過水ライ
ンに濃度計を設置し（図示せず）、３方電磁弁25の通
電、非通電の割合を変化させてもよい。

第３図は、本発明の別の実施態様を示す精製水製造装置
の全体構成図である。

第３図において、第１図と同一符号の部品類は、同一の
機能を有するものであり、第３図と第１図の差異のみに
ついて説明する。

原水受槽５内では、原水供給配管１がプレフイルタ104
内に挿入されている。このプレフイルタ104は網状のカ
ゴの内側に布を張ったもの、あるいは粒状合成樹脂等を
焼結した多孔体フイルム類であり、従来使用されている
カートリッジフイルタに比して非常に安価かつ交換等の
取扱い性に優れたものである。また、原水がカルシウム
イオン等を含み、これらが以降の装置で析出する場合
は、このプレフイルタの中にイオン交換樹脂を入れるこ
ともできる。

操作圧力の設定は、自動背圧弁105によっており、圧力
計35は省略されている。３方電磁弁25の代りに、同じ圧
力損失特性をもつ２個の２方電磁弁106,107が取付けら
れており、タイマ33（図示せず）により、第１図と同様
に交互に開放される。

透過水の出側の配管15の途中には、３方電磁弁109が設
けられており、運転開始直後や分離器洗浄時の水質の良
くない透過水は排水口31へ廃棄されるか、あるいは原水
受槽５へ再循環する。この３方電磁弁109はタイマある
いは配管15の途中に設けられた水質計（いずれも図示せ
ず）によって操作される。

なお、本実施例では、装置内で長期に水が滞留すること
を防止するため、一定時間毎に自動的に装置が稼動し、
滞留水を排出するが、この時の透過水は、精製水貯槽17
へ導かないように、３方電磁弁109を操作している。

精製水貯槽17には、冷却コイル111が巻き付けられてお
り、冷却された精製飲料水が常に供給されるようになっ
ていると同時に、装置稼動直後に電磁弁113を短時間開
放し、冷却水を原水受槽５へ導くことも可能になってい
る。何故なら、本装置に供給される水道配管１が屋外へ
配設されているため、夏場における運転開始後しばらく
の間は熱い水道水が供給されることはしばしば経験する
ところであるが、これは分離膜の加水分解による性能劣
化につながる。

本実施例では、このような熱い水が供給される期間は、
精製水貯槽17からの冷却された水との混合により、原水
温度を低下させている。

受皿115は、精製飲料水を利用する時に、コップからこ
ぼれる水を集めるためのものであるが、配管117を通し
て排水口へ接続されている。同時に、受皿115には、精
製水貯槽17のオーバフロー配管119および原水受槽５へ
の排気管121の先端が大気開放の状態で取付けられてい
る。これらは原水受槽５（この場合、原水受槽５は上蓋
123で密閉されている）、および精製水貯槽17内のレベ
ル計51,61の動作不良等によって、本装置から溢水して
環境を汚すことを防止している。

ポンプ７の吸引側には、弁125が設けられており、分離
器11の膜面洗浄時には、原水受槽５からの原水に伴っ
て、弁125から気体を吸引し、分離器膜面を攪拌する。
膜面から剥離した異物は、２方電磁弁106を経て外部へ
放出される。なお、供給される気体は、実施例の如き大
気に限らず、加圧された空気をポンプ７の吐出側へ導入
してもよい。

本発明による精製水製造装置は、対象は飲料水用途に限
定されず、理科学用や事務所用、病院用の純粋製造装置
へも適用できる。また、分離器は必ずしも逆浸透膜によ
るものではなく、限外過膜によるものであってもよ
い。

｛効果｝以上述べた構成とすることにより、本発明の精製水製造
装置は、精製水製造運転中における透過水の回収率、す
なわち透過水の水質を原水および透過水の水質に対応し
て任意に、かつ、安定して調整することができる。よっ
て、塩や細菌類を含んだ原水から、逆浸透膜などの膜分
離により、正常な透過水を製造でき、かつ、家庭や事務
所などの専任の技術者が不在な施設でも、任意の時に清
浄水が安全かつ便利に利用でき、しかも使い易い小形化
された安価な精製水製造装置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る精製水製造装置の全体構成図で
ある。第２図は、従来の精製水製造装置の全体構成図で
ある。第３図は、本発明に係る他の実施態様を示す精製
水製造装置の全体構成図である。図面中の符号の説明１……原水配管５……原水受槽７……ポンプ９……逆浸透膜 11……分離器 17……精製水貯槽 23……圧力調整弁 25……３方電磁弁 31……排出口 33……タイマ 35……圧力計 41……滅菌液容器 51……レベル計 61……レベル計 63……精製水取出し配管 104……プレフイルタ 111……冷却コイル 115……受皿

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原水受槽へ受けた原水を加圧ポンプにより
膜分離器へ送液して濃縮水と、膜を透過した透過水に分
離する精製水製造装置において、上記分離器に接続された濃縮水配管に圧力調整弁を設
け、更にその下流に、一方は排水ラインに、他方は上記
原水受槽に至る還流ラインに接続される３方弁又は２個
の２方弁からなる分岐弁を設け、かつ、精製水製造運転
中は、上記分岐弁を上記排水ラインまたは上記還流ライ
ンに一定周期で交互に切換えるタイマを設けたことを特
徴とする精製水製造装置。