JPH08243545A - 水中溶存揮発性有機物除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 中空糸膜３を内蔵するモジュール１を水封式
真空ポンプ８に接続して液中の溶存ガスを除去するに際
し、真空ポンプの封水をモジュール内を流れる被処理水
より低温に冷却する。 【効果】 水封式真空ポンプの真空度が被処理水の飽和
蒸気圧より大きく、被処理水中の溶存ガスを高効率で除
去できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水中の溶存ガス、なか
でも水道水や井戸水に溶存する揮発性の有機物（特にク
ロロホルム、ブロモジクロロホルム、ジブロモクロロホ
ルム、ブロモホルム等のトリハロメタンや１，１，１−
トリクロロエタン、１，２−ジクロロエタン、テトラク
ロロエチレン等の揮発性の有機ハロン）を除去し、安全
な飲料水あるいは純度の高い水を提供する方法および装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、河川水中の有機物濃度の増加にと
もない殺菌のための塩素を多量に用いる傾向にあり、有
機物と塩素が反応することにより生成される発癌性ある
いは変異原性のトリハロメタン（クロロホルム等炭素に
ハロゲン原子が３つ結合した有機物）の濃度が増大し、
水道水中に微量ながら溶存することが問題となってい
る。

【０００３】また、ドライクリーニングや機械類の脱脂
剤として１，１，１- トリクロロエタン、１，２- ジク
ロロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレ
ン等発癌性の有機ハロン物質が工場廃液として地下に浸
透し井戸水中に含まれることも同時に問題となってい
る。食品や薬品関係の工業用水中にはこれらの有機ハロ
ン物質が微量でも存在することは非常に危険であり、こ
れら業界では水中に溶存する微量の有機ハロン物質を除
去する技術が待望されている。

【０００４】従来の水中に溶存する揮発性の有機物（特
に有機ハロン物質）を除去する方法としては、（イ）活
性炭などの吸着剤に揮発性有機物を吸着させる吸着処理
方法、（ロ）酸化チタンのような半導体触媒を用いて光
により分解する光分解方法、（ハ）鉄などの金属分を還
元触媒として、例えばトリクロロエチレンを塩素イオン
と化学的に安定なエチレンガスとに変換する還元処理方
法、（ニ）活性汚泥等の生物により分解する生物処理方
法、（ホ）水中に多量のガスを送り込み液相中に溶存す
る揮発性の有機物を気相側へガス分圧差より移動させガ
スとして追い出す曝気方法、あるいは（ヘ）煮沸して水
中に溶存する揮発性の有機物を気相側へ追い出す煮沸法
等が知られている。

【０００５】一方、水溶液中に溶存する酸素を効率よく
除去する方法として（ト）チューブもしくは中空糸膜を
用いて脱気する方法が特開昭５７−１６５００７号、特
開昭６０−２５５１４号、特開平２−３０３５８７号、
実公平２−４８００３号、また（チ）複合膜を用いた脱
気方法及び装置として実開平３−７９０８号、特開平３
−１６９３０３号各公報に提案されている。更に水中溶
存揮発性有機物除去方法として（リ）複合中空糸膜を用
い飽和水蒸気圧以下に減圧する水中溶存揮発性有機物除
去方法が特開平５−１６９０５１号公報等に提案されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記方法の内、（イ）
の吸着処理方法は、吸着剤の吸着能力以上に吸着するこ
とができず、多量に用いたり再賦活させたりする必要が
ありコスト高になるばかりでなく、目的とする除去物質
よりも吸着能力の高い物質が吸着剤近傍に存在するとき
は吸着力の高い物質を吸着して目的とする除去物質を放
出してしまう危険性も考えられる。

【０００７】（ロ）の光分解方法は、水中の汚泥物質が
光の透過を遮り揮発性有機物質に均一に光を当て分解す
るためには長い反応時間を要した。（ハ）の還元処理方
法は、触媒である金属粉の触媒活性を維持することが困
難であるばかりでなく水中に触媒である金属粉が混入す
る危険性もあった。

【０００８】（ニ）の生物処理方法は、均一に分解し処
理後の物質も化学的に安定した物質となる利点はある
が、処理速度が遅く実用的ではない。唯一実用化に近い
（ホ）の曝気方法も気相側へ追い出すためのガスを大量
に必要とするため装置が大型となってしまうだけでな
く、例えばテトラクロロエチレンなどの揮発性の低い有
機物を除去することは困難であった。（ヘ）の煮沸法は
工業的には無駄が多く、家庭で行うにも沸騰後数十分間
煮沸を続け更に飲み水として使用するには冷却する必要
があり、非常に手間の掛かるものであった。

【０００９】一方、（ト）のチューブもしくは中空糸膜
や（チ）の複合膜を用いた脱気方法及び装置のどの方法
にも容器あるいは中空糸膜の中空部を減圧にする手法し
か記されておらず、この方法のまま通常の水封式真空ポ
ンプなどの減圧ポンプを用いてもトリハロメタンのよう
な揮発性が高く酸素に比べ水溶液中の水との相互作用の
強い有機物を除去することは困難であった。また（リ）
の飽和水蒸気圧以下に減圧する水中溶存揮発性有機物除
去方法においては、水蒸気を含んだガスを長期間吸引可
能でかつ飽和水蒸気圧以下の減圧度を維持する真空ポン
プの選定が困難であった。

【００１０】本発明の目的は、水中の溶存ガス、特に揮
発性有機物を効率よく除き、長期間安定した除去性能を
発揮し、かつコンパクトに構成できる水中の溶存ガスを
除去する方法および装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の水中
溶存ガスの除去方法は、容器内に中空糸膜を内蔵してな
る溶存ガス除去モジュールを水封式真空ポンプに接続し
て、該モジュール内の気相空間を減圧にしてモジュール
内へ導入された被処理水から溶存ガスを除去する方法に
おいて、該水封式真空ポンプ中の封水を、モジュール内
を流れる被処理水より低温に冷却することを特徴とす
る。

【００１２】また、本発明の水中溶存ガスの除去装置
は、被処理水入口、処理水出口および排気口を有する容
器内に、中空糸膜を配設し、中空糸膜の膜面によって隔
てられた被処理水流路と、減圧用の気相空間とを形成し
てなる溶存ガス除去モジュールを、水封式真空ポンプに
接続してなる水中溶存ガス除去装置において、該水封式
真空ポンプの封水タンク内に、封水の冷却装置を配設し
たことを特徴とする。

【００１３】

【作用】溶存ガス除去モジュールからの排出ガスを吸引
する水封式真空ポンプの中の封水は、モジュール内を流
れる被処理水の温度より低温に冷却される。したがっ
て、水封式真空ポンプの到達真空度は、低温の封水の飽
和蒸気圧になるので被処理水の飽和蒸気圧より低く、水
中溶存ガスを高効率で除去できる。

【００１４】以下、図面に基づき本発明を説明する。図
１は、本発明の水中溶存揮発性有機物の除去装置の一例
を示す模式図である。

【００１５】溶存ガス除去モジュール１は、容器２内に
多数本の中空糸膜３がほぼ平行に配列され、その両端部
がポッティング剤４により支持固定されて構成され、容
器１の内部は、ポッティング剤と中空糸膜によって二つ
の空間に仕切られている。この例では、中空糸膜の外表
面に臨む第１の空間に、この空間内の気体を排気するた
めの排気口５が設けられている。一方、中空糸膜の中空
部と連通する第２の空間に、揮発性有機物等の溶存ガス
を含む被処理水を導入する被処理水入口６と処理の済ん
だ処理水を導出する処理水出口７が設けられている。こ
の例とは逆に、中空糸膜の外表面に臨む空間側に液体を
流し、中空糸膜の中空部を気相側（排気側）とすること
もできるが、凝縮液により中空糸膜が閉塞する可能性が
あるので、中空糸膜の外表面に臨む空間を気相側とする
ことが好ましい。

【００１６】排気口５から排出される溶存ガスを含むガ
スは、水封式真空ポンプ８で吸引され。この水封式真空
ポンプの封水タンク９内には、封水冷却装置１０が配設
され、封水タンク内の封水はモジュール内を流れる被処
理水の温度より低温に冷却されている。したがって、水
封式真空ポンプの到達真空度は被処理水の飽和蒸気圧よ
り低くなり、水中の溶存揮発性有機物等の溶存ガスが効
率的に除去できる。

【００１７】本発明に用いる中空糸膜としては、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、ポリ−３−メチルブテン−
１、ポリ−４−メチルペンテン−１等のポリオレフィ
ン；ポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデ
ン等のフッ素系ポリマー；ポリスチレン；ポリエーテル
エーテルケトン；ポリエーテルケトン；等の疎水性高分
子からなる多孔質中空糸膜が好ましく、容易に多孔質の
形成が可能な結晶性ポリマーであるポリオレフィンから
なる多孔質中空糸膜がより好ましい。この場合中空糸膜
の細孔内部に水が侵入するのを防ぐために表面の水の濡
れ特性として接触角が大きいほど良く、９０°より大き
いことが好ましい。また、多孔質中空糸膜の細孔径が小
さいほど表面張力により孔内に水が侵入しにくいことか
ら、細孔径が０．０５μｍ以下のものが好ましい。

【００１８】このような疎水性の多孔質中空糸膜を用い
ても長時間連続して使用すると水蒸気が疎水性中空糸膜
細孔内部に凝縮して細孔内部が完全に水に埋もれてしま
い、その結果水が中空糸膜から漏れてしまう危険性があ
る。したがって、中空糸膜の膜構造としては、８μｍ以
下の膜厚の均質膜と補強機能を受け持つ多孔質膜とから
なる多層複合中空糸膜であって、均質膜と多孔質膜は交
互に積層され、多層複合中空糸膜が被処理水と接する側
の層が均質膜または多孔質膜であり、被処理水と接しな
い側の層が多孔質膜である構造のものが好ましい。この
場合、複合中空糸膜のクロロホルム透過速度が１×１０
^-3ｃｍ³ （ＳＴＰ）／ｃｍ² ・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ以上の
透過性能を有するものであることが好ましい。クロロホ
ルム透過速度がこれより小さいと、水中に溶存する揮発
性有機物の複合中空糸膜を透過する速度が遅く、効率的
に溶存ガスを除去することができない。

【００１９】このような複合中空糸膜は、例えば特公平
３−４４８１１号公報に記載された方法により多重円筒
型の紡糸ノズルを用いて均質膜を形成するポリマーと多
孔質膜を形成するポリマーとを交互に配置し溶融紡糸
し、次いで均質膜を多孔質化することなく多孔質膜とな
る部分だけを多孔質化する条件で延伸する方法により製
造される。

【００２０】均質膜を構成するポリマー素材としては、
セグメント化ポリウレタン、シリコン系ポリマー、ポリ
−４−メチルペンテン−１等のポリオレフィン系ポリマ
ーやポリアクリルアミド等が挙げられ、有機ハロン物質
の除去を主目的とする場合には、有機ハロン物質と親和
性の高いポリマーが好ましい。

【００２１】本発明に用いる水封式真空ポンプは、封止
液に水を用いるものであれば、往復型、ナッシュ型等い
ずれの真空ポンプも使用でき、その形式や構造は限定さ
れない。また、水封式真空ポンプの封水タンク内に配設
される封水冷却装置は、封水タンク内の封水を冷却でき
る機能を有するものであれば、その形式や構造について
は特に限定されないが、ペルチェ効果冷却素子のような
小型に構成できるものが好ましい。

【００２２】本発明の水中溶存揮発性有機物の除去方法
を実施するにあたっては、水封式真空ポンプ中の封水
を、モジュール内を流れる被処理水の温度より低温に冷
却する必要がある。水封式真空ポンプ中の封水は、モジ
ュール内を流れる被処理水の温度より１〜１５℃低いこ
とが好ましい。封水と被処理水の温度差が１℃未満で
は、水封式真空ポンプの到達真空度は被処理水の飽和蒸
気圧の近傍に留まり、水中溶存揮発性有機物の効率的な
除去が困難になる。また、封水と被処理水の温度差が１
５℃を超える場合には、水封式真空ポンプの到達真空度
は被処理水の飽和蒸気圧より大幅に低くなり、水中溶存
揮発性有機物の効率的な除去が可能だが、冷却装置の大
型化およびランニングコストの増大があるため好ましく
ない。

【００２３】本発明の方法および装置で除去する水中溶
存ガスの種類は特に限定されるものではないが、揮発性
有機物、特に気／液平衡における気相の濃度が高い揮発
性有機物が効果的に除去できる。中空糸膜として多層複
合中空糸膜を用いその均質層に極性の強い有機ハロン物
質と親和性の高い素材を配したものを使用すると、揮発
性有機物の中でも特に有機ハロン物質が効率的に除去で
きる。

【００２４】本発明は減圧処理なので、水道管の腐食の
原因となっている水中に溶存する酸素等の溶存ガスにつ
いても良好な除去性能を示し、揮発性有機物の除去とと
もに赤水防止方法または装置として用いることも可能で
ある。

【００２５】

【実施例】以下、実施例により本発明をより具体的に説
明する。

【００２６】参考例１ 同心円状に配置された３つの吐出口を有する中空糸製造
用ノズルに対し、内層と外層に供給するポリマー素材と
して高密度ポリエチレン（三井石油化学工業（株）社製
Ｈｉｚｅｘ２２００Ｊ）を、中間層に供給するポリマ
ー素材としてセグメント化ポリウレタン（Ｔｈｅｒｍｅ
ｄｉｃｓ Ｉｎｃ．製 ＴｅｃｏｆｌｅｘＥＧ８０Ａ）
を用い、吐出温度１６５℃、巻き取り速度１８０ｍ／ｍ
ｉｎで紡糸した。

【００２７】得られた中空糸未延伸糸を１００℃で１時
間アニール処理をした。次いでアニール処理糸を室温下
で８０％延伸し、引き続き１０５℃に加熱された加熱炉
中で熱延伸倍率が１３０％になるまで熱延伸を行って、
複合中空糸膜を得た。

【００２８】得られた複合中空糸膜は、図２に示される
ように最内層から順次多孔質層、均質層、多孔質層の三
層構造であり、内径が２００μｍ、厚みが最内層から２
５μｍ、１μｍ、２５μｍの同心円状であった。この複
合中空糸膜の多孔質層表面を走査型電子顕微鏡で観察し
た結果、幅０．０６〜０．０９μｍ、長さ０．１〜０．
５μｍのスリット状の孔が形成されていた。また、この
中空糸膜のクロロホルム透過速度は２×１０^-3ｃｍ³
（ＳＴＰ）／ｃｍ² ・ｓｅｃ・ｃｍＨｇであった。

【００２９】実施例 参考例の中空糸膜を用いて、図１に示されるような構造
の膜面積３ｍ² の溶存ガス除去モジュールを作成した。
このモジュールにヤマト化学株式会社製の水封式真空ポ
ンプ（ハンディーアスピレーターＷＰ−５２）２台を並
列に接続して水中溶存ガス除去装置を構成した。この水
封式真空ポンプは、それぞれ排気量が１３Ｎリットル／
分で、その封水タンクにはそれぞれ封水冷却装置として
ヤマト化学株式会社製の投げ込みクーラー（クールスＢ
Ｅ２００Ｆ）の冷却クーラーを挿入したものである。

【００３０】この水中溶存ガス除去装置モジュールに、
クロロホルムを１００ｐｐｂ含む２３℃の水を１リット
ル／分の流速で導入し、真空ポンプおよび封水冷却装置
を作動させ、通水５分後のモジュールから放出された処
理水中のクロロホルムの除去率を下式から求め、その結
果を表１に示した。 クロロホルム除去率（％）＝（Ｃ_i −Ｃ_o ）／Ｃ_i ×１
００ Ｃ_i ：モジュールに入る被処理水中に含まれるクロロホ
ルム濃度 Ｃ_o ：モジュールから出る処理水中に含まれるクロロホ
ルム濃度 比較例 実施例で用いた水中溶存ガス除去装置の封水冷却装置を
作動させずに実施例１と同じ条件でクロロホルム含有水
を処理した結果を表１に示した。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【発明の効果】上記の実施例からも明らかなように、本
発明によれば、水封式真空ポンプの到達真空度が高くな
るので、溶存ガス、特に有機ハロンのような揮発性有機
物を効率よく除去することができる。また、水封式の真
空ポンプを用いているので、水蒸気を含むガスを長期間
吸引しても故障を起しにくく、メンテナンスの大幅な省
力化が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いる溶存ガス除去装置の例を示す模
式図である。

【図２】本発明の実施例で用いた三層構造の複合中空糸
膜を示す模式断面図である。

【符号の説明】

１ 溶存ガス除去モジュール ２ 容器 ３ 中空糸膜 ４ ポッティング剤 ５ 排気口 ６ 被処理水入口 ７ 処理水出口 ８ 水封式真空ポンプ ９ 封水冷却タンク １０ 封水冷却装置 １１ 多孔質膜 １２ 均質膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器内に中空糸膜を内蔵してなる溶存ガ
   ス除去モジュールを水封式真空ポンプに接続して、該モ
   ジュール内の気相空間を減圧にしてモジュール内へ導入
   された被処理水から溶存ガスを除去する方法において、
   該水封式真空ポンプ中の封水を、モジュール内を流れる
   被処理水より低温に冷却することを特徴とする水中溶存
   ガスの除去方法。
2. 【請求項２】 被処理水入口、処理水出口および排気口
   を有する容器内に、中空糸膜を配設し、中空糸膜の膜面
   によって隔てられた被処理水流路と、減圧用の気相空間
   とを形成してなる溶存ガス除去モジュールを、水封式真
   空ポンプに接続してなる水中溶存ガス除去装置におい
   て、該水封式真空ポンプの封水タンク内に、封水の冷却
   装置を配設したことを特徴とする水中溶存ガスの除去装
   置。