JPH11342308A

JPH11342308A - 造水ユニット

Info

Publication number: JPH11342308A
Application number: JP10281289A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Imai; 和雄今井; Takuro Shiyama; 卓朗獅山; Masao Toyoda; 征男豊田
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1998-10-02
Publication date: 1999-12-14

Abstract

(57)【要約】【課題】小型、軽量で、取扱に便利な安価な造水ユニッ
トを提供する。【解決手段】原水を濾過するフィルターエレメントと、
フィルターエレメントによる処理水を膜分離により処理
する分離膜ユニットとを単一容器内に装填した造水ユニ
ット。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原水をフィルター
ユニットで濾過し、しかる後に逆浸透膜等の分離膜を使
用した分離膜ユニットにより分離を行う造水ユニットに
関する。

【０００２】

【従来の技術】半透膜等の分離膜を用いた逆浸透法によ
る液体分離が、海水淡水化、超純水製造、溶液の濃縮
等、様々な分野で実用化されている。逆浸透膜法で用い
られる分離膜モジュールは、スパイラル型、中空糸膜型
が主であるが、対象となる原水を直接逆浸透膜モジュー
ルに供給すると、分離膜モジュール内部で微粒子、懸濁
物質、細菌、藻類等により目詰まりが生じやすく、また
膜面においてファウリングが生じ、膜の分離性能を大き
く低下させる原因となる。そこで、逆浸透膜分離ユニッ
トにより液体分離を行う場合、前処理工程として限外濾
過膜（ＵＦ）、精密濾過膜（ＭＦ）、カートリッジフィ
ルター（ＣＦ）、各種濾過材等により微粒子、懸濁物等
の除去を行う。また、一般的に逆浸透膜は、残留塩素に
よって膜性能が低下するものが多く、原水中の除塩素を
目的とした前処理ユニットを必要とする。

【０００３】このような造水ユニットにおいては、通
常、前処理ユニットと逆浸透膜モジュールユニットが別
ユニットとして構成されるので、全体容積、重量ともに
大きなものとなる。

【０００４】しかし、特に移動式で低圧運転をする造水
ユニット、例えば、地震、風水害、火災時などの非常時
に使用される非常用造水機等にあっては、比較的小型の
ものが要求される。移動式の造水ユニットとしては、特
開平６−９１２６２号公報に記載されているものなどが
知られている。この装置は災害地域内で、水の供給や電
力供給が遮断された時に、河川、湖沼、池、プール、防
火用水槽などの水源地にまで移動し、原水中の懸濁物
質、塩分などの混合または溶解成分を除去して飲料水
や、風呂水、洗濯水などの生活用水を造水しようとする
ものである。しかしながらこの装置は、全体容積、重量
ともに大きいので、小型化の要求には十分に応えていな
い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、特に
移動式の小型で低圧運転をする造水ユニットとして好適
な装置を提供することにある。例えば非常用造水機とし
て使用する場合にあっては、地震、風水害、火災時など
に備えて、市町村等の自治体や、大規模な病院、企業体
が準備している防災用貯水槽、防災用貯水池、プール等
に予め配備しておき、地震、風水害、火災時などの非常
時に、消火活動を終えた、若しくは消火活動をしないエ
ンジン消火ポンプ等から、即座に、被災地の水源から質
の高い大量の飲料水（精製水）と生活用水（風呂水や洗
濯水）を迅速かつ簡便に、しかも安価に造水できるとと
もに、メンテナンスが容易で、保管スペースも小さくて
済む造水ユニットを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の造水ユニットは、原水を濾過するフィルタ
ーユニットと、フィルターユニットによる処理水を膜分
離により処理する分離膜ユニットとを単一容器内に装填
してなることを特徴とするものからなる。

【０００７】ここで、単一容器の少なくとも一部を、
フィルターユニットの汚れを点検するための透明材料で
構成していることが好ましい。

【０００８】フィルターユニットとしては、カートリッ
ジ式フィルターエレメントを内蔵しているユニットを使
用できる。カートリッジ式フィルターエレメントとして
は、例えば活性炭を含むものを使用できる。

【０００９】上記分離膜ユニットとしては、分離膜モジ
ュールとして、例えばコンパクトな構成が可能なスパイ
ラル型モジュールを備えているものが好ましい。また、
分離膜としては、例えば、原水圧力５００ｋＰａ、温度
２５℃、原水中のＮａＣｌ濃度５００mg／lの条件での
透水量が少なくとも０．５ｍ³／ｍ²・日、ＮａＣｌ排除
率が少なくとも９８％の逆浸透膜を使用できる。このよ
うな逆浸透膜は、特に、非常時造水用の分離膜として好
適なものである。

【００１０】逆浸透膜は、例えば、ポリエーテル系複合
膜、芳香族ポリアミド系複合膜、脂肪族ポリアミド系複
合膜、酢酸セルロース系非対称膜等から構成できる。

【００１１】上記フィルターユニットには、逃がし弁を
配設されていることが好ましい。また、フィルターユニ
ットの入り口と、分離膜ユニットの出口には、それぞ
れ、逆流防止機構が内装されていることが好ましい。さ
らに、分離膜ユニットの出口に定流量機構が内装されて
いることが好ましい。

【００１２】このように構成された造水ユニットの用途
は、特に限定されないが、非常時造水用に特に好適であ
る。

【００１３】本発明に係る造水方法は、上記のような造
水ユニットを用いて所望の液体を造水する方法からな
る。

【００１４】このような本発明に係る造水ユニットにお
いては、フィルターユニットと分離膜ユニットとを単一
容器内に装填しているので、別ユニットとして構成され
たそれらを使用時に連結する必要のあった従来の造水機
に比べ、取り扱いが非常に簡便になり、非常時等であっ
ても、即座に造水の準備ができる。

【００１５】また、一つのユニット内にコンパクトに納
められるから、小型でかつ軽量なユニットに構成でき、
取扱いのみならず、移動もきわめて容易になる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明について、望まし
い実施の形態と共に詳細に説明する。

【００１７】本発明における造水ユニット、特に逆浸透
膜を用いた造水ユニットは、非常時の飲料水や生活用水
の造水の他、海水淡水化、純水製造、食品の濃縮等、多
分野にわたり応用することができる。また、用途に応じ
て、各種フィルター、精密濾過装置、イオン交換体、脱
気膜装置、薬品添加装置、殺菌処理装置等を併用するこ
とにより、多様な目的に合致した液を製造することが可
能である。

【００１８】液体分離膜としての逆浸透膜を用いたモジ
ュールには、用途に応じて脱塩率、造水量の性能にいろ
いろなものがある。一般的に浸透圧の低い原水を処理す
る場合には、脱塩性能が低く高造水量である低圧型を用
い、浸透圧の高い場合には高脱塩性能を有する高圧型を
用いるのが適当である。

【００１９】本発明の造水ユニットに装填するフィルタ
ーユニットには、交換等の容易性の面からカートリッジ
式フィルターエレメントを用いることが好ましい。カー
トリッジ式フィルターエレメントの素材としては、特に
限定はしないが、ポリエチレン・ポリプロピレン・ポリ
スルホン、フエノール等の樹脂や、アセチルセルロー
ス、グラスファイバー、レーヨン、コットン、ステンレ
ス等を用いることが可能である。形状としては、中空
糸、プリーツ、ワインド型や、焼結金属等があり、濾過
精度は１ミクロン以下のものから数十ミクロンのものま
で、寸法は外径が２インチ、長さは１０，２０，３０イ
ンチのものが、一般の規格寸法として市販されているの
で、使用条件に合わせて選択することが可能である。ま
た、椰子殻炭等の粒状活性炭、または活性炭繊維を充填
した活性炭カートリッジ等を用いることもできる。粒状
活性炭を用いる場合には、活性炭粒度が異なったものが
市販されているので、用途に合ったものを選択すること
が可能である。

【００２０】本発明における分離膜ユニットに用いる分
離膜モジュールとしての逆浸透膜モジュールには、平膜
型、中空糸膜型、スパイラル型等、特にその形式は限定
しないが、膜の充填率を上げることができ、強度的にも
耐圧性の高いものが好ましい。特に好ましいのは、スパ
イラル型モジュールまたは中空糸膜モジュールである。
スパイラル型モジュールは、封筒状の膜をネット状流路
材と共に多孔質の中心管または集水孔を有する中心管の
周りに巻囲した基本構造を有しており、膜分離モジュー
ルとして、広く知られているものである。また、中空糸
膜モジュールは、形式は特に限定しないが、供給水、透
過水が偏流を起こしにくく、スケール生成に起因する目
詰まりなどが生じにくい構造のものが望ましい。

【００２１】スパイラル型モジュールに用いる逆浸透膜
としては、非対称膜、複合膜が一般的であり、中でも特
に複合膜を使用するのが一般的である。複合膜は、膜構
造自身は平膜形状であり、且つ多孔質支持体層と、その
上に設けた高分子均質層または緻密層からなる。

【００２２】また、上記支持体層の強度を更に上げるた
めに、支持体層の下に、ポリエステル織物または不織布
などの補強層を有していることが好ましい。多孔質支持
体層の好ましい高分子としては、ポリエステル、ポリア
ミド、ポリオレフイン、ポリアクリレート、ポリ４フッ
化エチレン、ポリスルホン、ポリカーボネートなどが例
示されるが、特に好ましくは、ポリスルホン、またはポ
リプロピレンである。多孔質支持体層の上に形成される
高分子均質層または緻密層の具体例としては、ポリエー
テル系、芳香族ポリアミド系、脂肪族ポリアミド系、ポ
リエチレンイミン系、ポリ酸化エチレンなどの複合膜が
挙げられ、この中でも薄膜化することにより透水性能を
向上させた場合でも、脱塩阻止性能に優れ、更に、耐薬
品性も高い芳香族架橋ポリアミド系の複合膜を用いるこ
とが好ましい。また、非対称膜の場合、酢酸セルロース
系の膜が分離性能、耐久性、耐薬品性に優れるため実用
性が高い。

【００２３】膜性能としては、原水圧力５００ｋＰａ、
温度２５℃、原水中の塩分濃度（ＮａＣｌ濃度）５００
mg／ｌの条件で、透水量が少なくとも０．５ｍ³／ｍ²・
日、塩排除率が少なくとも９８％の性能を有するものが
好ましく、より好ましくは透水量０．６ｍ³／ｍ²・日、
塩排除率９８．５％以上の性能を有するものが好まし
く、更に好ましくは透水量０．７５ｍ³／ｍ²・日、塩排
除率９９％以上のものである。

【００２４】図１は、本発明の一実施態様に係る造水ユ
ニットの具体的な構造を示しており、逆浸透膜を用いた
造水ユニットを示している。この造水ユニットにおいて
は、原水を濾過するフィルターユニット１０と、そのフ
ィルターユニット１０で濾過された処理水を膜分離する
分離膜ユニットとしての逆浸透膜モジュール２０が容器
２内に装填されている。原水ライン１より取り入れられ
た原水は、容器２にＯリングを介して嵌合した端板３に
配設した原水入口４から導入される。その原水入口４に
は逆流防止手段機構として、例えば、ポリプロピレン製
ボールをスプリングで軽く押しつける形式の逆止コーン
（図示略）を装着することが好ましい。逆止コーンは配
管口径に合わせたものが安価に市販されている。

【００２５】また、逆浸透膜を用いたスパイラル型の逆
浸透膜モジュール２０を収容した容器２の出口側には、
上記入口側の端板３と同様にＯリングを介して嵌合した
端板５が設けられている。端板５には透過水出口６と濃
縮水出口７が形成されており、これら透過水出口６およ
び濃縮水出口７にも、上記同様の逆止コーンを装着する
ことが好ましく、それによって、造水ユニット内の液体
が漏れ出すのを防止できる。

【００２６】造水ユニットの容器２内に装填されるフィ
ルターユニット１０は、カートリッジ式のフィルターエ
レメント８を１ないし数本有している。フィルターエレ
メント８は、カートリッジ取付け盤９にステーボルトで
固定されている。その取付け盤９の外周には、逆浸透膜
モジュール２０と同様のシールリングに装着することに
よって、容器２の内面との間で原水を封止する。原水は
フィルターエレメント８を確実に通過し、原水中の微粒
子、懸濁物、細菌、藻類等が濾過・除去される。

【００２７】またフィルターエレメント８を活性炭を含
むものとすることによって、微粒子、懸濁物、細菌、藻
類等を濾過・除去に加えて、原水中の有機物、塩素、
色、臭気、溶解ガスも吸着除去できる。また端板３に
は、取付け口１１を設け、ここに逃し弁（図示略）を配
設することで、原水の異常高圧に対処できる。逃し弁と
しては市販のものを使用できる。

【００２８】フィルターエレメント８を通過した濾過水
は、カートリッジ取付け盤９から分離膜ユニットに供給
されて膜分離され、透過水は端板５に設けた透過水出口
６から、濃縮水はその端板５に設けた濃縮水出口７から
流出する。透過水出口６及び、濃縮水出口７には、定流
量機構として、塩化ビニール製の定流量コーン（図示
略）を装着することが好ましい。コーンはそれぞれに予
め決められた流量を越えると、圧力損失、即ち流動抵抗
によって、コーンが弾性変形することで、流路が急に狭
まり、ますます抵抗が上がることで通過流量を抑制する
もので、前述の逆止コーンメーカーから市販されてい
る。

【００２９】また、運転を継続するに従って、カートリ
ッジ式フィルターエレメント８の表面には、阻止された
物質がスケールとなって堆積して分離膜モジュールの性
能が低下するので、フィルターエレメント８の交換をす
る必要がある。たとえば、圧力差が１〜１．５ｋｇｆ/
ｃｍ²程度に達した時に交換するなど、エレメント前後
の圧力差によって交換時期を判断する場合が多い。そし
て、そのためにエレメントの前後に圧力計または差圧計
を取り付ける。

【００３０】また、フィルターエレメントの目詰まりの
進行は、処理水質や水量、水圧によって変わるので、容
器２に透明な部材を用い、目視によってフィルターエレ
メントの交換時期を知ることも好ましい。しかし、耐圧
強度の観点から、グラスファイバーに樹脂を含浸させ芯
金に巻付けるフィラメントワインデング法によって形成
されるＦＲＰ容器を使用する場合が多く、容器２が透明
でない場合もあるので、そのときには、図２に示すよう
に、容器の少なくとも一部にフィルターエレメント８の
汚れ具合を点検する汚れ確認窓１２など透明部を設ける
ことが好ましい。好ましくは、内部に多くの光を取り込
みフィルターエレメント８の汚れを確認しやすくするた
めに複数個の汚れ確認窓１２を設ける。

【００３１】汚れ確認窓１２には、ガラス、アクリル、
ポリカーボネート樹脂などを用いることができる。ま
た、汚れ確認窓１２は加工面や強度面から円形であるこ
とが好ましく、さらには、内部を拡大して見ることので
きる凸状に加工されたものが好ましい。そして、たとえ
ば、外周部の径に段差をもたせて２段にし、それに対応
するように２段の内径を有する容器２の孔に、容器２内
部から嵌入し、容器２にの内の圧力によって容器２に押
しつけられるようにすることも好ましく、汚れ確認窓１
２の外周部にニトリルゴム製の成形パッキン１３などを
設け、容器２と汚れ確認窓１２の間隙シール性を高める
ことも好ましい。径や厚みは使用部材の強度や耐圧性か
ら適宜設計される。たとえば、５００〜７００ｋＰａほ
どの運転圧力下で用いる場合は、大径を２０〜３０ｍ
ｍ、小径を大径より８〜１０ｍｍ程度小さくし、また、
厚みを１０ｍｍ程度にする。

【００３２】なお、カートリッジ式フィルターエレメン
ト８による濾過は、供給水の全量濾過が一般的である
が、一部の供給水を排出するいわゆるクロスフロー濾過
を行っても全く問題ない。また、必要に応じて、流量調
節機構、圧力調節機構を取りつけることも可能である。
上記のような構成、性能を有するフィルターユニット１
０と、逆浸透膜モジュール２０とを同一の容器２の内部
に装填することによって、本発明に係わる造水ユニット
が構成される。このようにフィルターユニット１０と分
離膜ユニットを単一の容器２の内部に収容することに
り、造水ユニット全体として小型化、軽量化が可能にな
る。また、部品点数が削減され、製造コストの低減も可
能になる。更に、軽量の造水ユニットは運搬や設置も、
極めて容易であるから、非常時の造水等にも迅速、かつ
簡便に対応できる。

【００３３】

【実施例】図１に示す造水ユニットを用いて造水を行っ
た。

【００３４】本造水ユニットは、各部材に次のものを採
用して構成した。すなわち、原水供給は外部ポンプで原
水を汲み上げ、加圧する必要がある。具体的には消防用
可搬式のエンジンポンプを用いた。ポンプは１段タービ
ンポンプで、３４０ＣＣの空冷式４サイクルガソリンエ
ンジンを使用した、出力１５ＰＳ、重量６５Ｋｇ、ポン
プ最大能力は、９００ｋＰａ，４００ｌ／分である。逃
がし弁の設定圧は７００ｋＰａにした。フィルターエレ
メント８には、糸巻きタイプ (ポリプロピレン樹脂製、
濾過精度１０μｍ。１０インチ長さ）のものを２本用い
た。逆浸透膜モジュール２０には、分離膜が架橋アラミ
ド系複合膜からなる外径が４インチのスパイラルモジュ
ールを１本配置した。フィルターエレメント８および逆
浸透膜モジュール２０等を収容する造水ユニットの容器
２は、ガラスファィバーに不飽和ポリエステル樹脂を含
浸し、これを芯金に巻きつけ積層するフィラメントワイ
ンディング法で製作した内径１０２ｍｍ、長さ１４００
ｍｍのＦＲＰ製筒を使用した。左右の端板３，５は塩化
ビニール製のものを使用した。以上の部材を一体に構成
したものを造水ユニットとした。この造水ユニットに上
記消防エンジンポンプから原水を加圧供給したところ、
透過水（飲料水）出口６からは、８ｍ³／日の飲料水
と、濃縮水出口７からほぼ同量の雑用水を同時に製造す
ることができた。

【００３５】また、流量調節機構、圧力調節機構とし
て、透過水出口６及び濃縮水出口７に塩化ビニール製の
定流量コーンを装着することにより、流量・圧力調節す
る必要がなくなり、取扱が非常に簡便化できた上に、安
価・小型化できた。また運転停止後に、原水、透過水、
濃縮水のホースを取り外しても逆止コーンの作用で、分
離ユニットから漏れ出すことはなかった。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、フィルターユニットと
分離膜モジュールとを使用する造水ユニットにおいて、
原水を濾過するフィルターユニットと濾過した液体を分
離する分離膜ユニットとを単一容器内に装填したので、
取扱が非常に簡便になり、かつ、小型で軽量な造水ユニ
ットを安価に製造できる。

【００３７】ここで、容器の少なくとも一部に確認窓な
どの透明部材を用いる場合は、フィルタエレメントの汚
れ具合を目視で確認することができ、その結果、適切な
時期にフィルタエレメントの交換を行うことができる。

【００３８】また、非常用造水機として使用する場合
は、飲料水や洗濯水などの生活用水が確保できない地
震、火災や風水害時に備えて、市町村等の自治体や、大
規模な病院・企業体が準備している防災用貯水槽、防災
用貯水池、プール等に予め配備しておくことで、消火活
動を終えた、若しくは消火活動をしないエンジン消火ポ
ンプ等から、即座に、被災地の水源から質の高い大量の
飲料水（精製水）と生活用水（風呂水や洗濯水）を迅速
に造水することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様を示す造水ユニットの概略
縦断面図である。

【図２】図１に示す造水ユニットの一部概略縦断面図で
ある。

【符号の説明】

１：原水ライン２：容器３：端板４：原水入口５：端板６：透過水出口７：濃縮水出口８：カートリッジ式フィルターエレメント９：カートリッジ取付け盤１０：フイルターユニット１１：取付け口１２：汚れ確認窓１３：成形パッキン２０：逆浸透膜モジュール（分離膜ユニット）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ０２Ｆ 1/28 Ｃ０２Ｆ 1/28 ＧＤ 1/44 1/44 Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原水を濾過するフィルターユニットと、フ
ィルターユニットによる処理水を膜分離により処理する
分離膜ユニットとを単一容器内に装填してなることを特
徴とする造水ユニット。
【請求項２】単一容器の少なくとも一部を、フィルター
ユニットの汚れを点検するための透明材料で構成してい
る、請求項１に記載の造水ユニット。
【請求項３】フィルターユニットがカートリッジ式フィ
ルターエレメントを有する、請求項１または２に記載の
造水ユニット。
【請求項４】カートリッジ式フィルターエレメントが活
性炭を含んでいる、請求項３記載の造水ユニット。
【請求項５】分離膜ユニットがスパイラル型モジュール
を備えている、請求項１〜４のいずれかに記載の造水ユ
ニット。
【請求項６】分離膜ユニットの分離膜が、原水圧力５０
０ｋＰａ、温度２５℃、原水中のＮａＣｌ濃度５００ｍ
ｇ／lの条件下における透水量が少なくとも０．５ｍ³／
ｍ²・日、ＮａＣｌ排除率が少なくとも９８％の逆浸透
膜である、請求項１〜５のいずれかに記載の造水ユニッ
ト。
【請求項７】逆浸透膜が、ポリエーテル系複合膜、芳香
族ポリアミド系複合膜、脂肪族ポリアミド系複合膜、酢
酸セルロース系非対称膜のいずれかである請求項６に記
載の造水ユニット。
【請求項８】フィルターユニットに逃し弁が配設されて
いる、請求項１〜７のいずれかに記載の造水ユニット。
【請求項９】フィルターユニットの入口と分離膜ユニッ
トの出口とにそれぞれ逆流防止機構が内装されている、
請求項１〜８のいずれかに記載の造水ユニット。
【請求項１０】分離膜ユニットの出口に定流量機構が内
装されている、請求項１〜９のいずれかに記載の造水ユ
ニット。
【請求項１１】非常用である、請求項１〜１０のいずれ
かに記載の造水ユニット。
【請求項１２】請求項１〜１１のいずれかに記載の造水
ユニットを用いることを特徴とする造水方法。