JPS6295189A - 精製水製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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おる。

（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、海水から一部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冑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粋を水
通水から得ようとするものであり、特開昭５７−１４７
４０５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
おる飲料水分野において、特開昭５９−９８７９０号公
報に記載き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酸ソ
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
面流速が遅くなり、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、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、分離器出の濃縮水配管に圧
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へ環流する分岐弁を設け、一定時
間毎に該分岐弁を切換えるようにし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を経て原水受漕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
水側至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で配管２７゜２９に分岐する。３３
は、タイマでおる。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６０／Ｈｒ、水の回収率４０％で
必る。配管２９は１５０ｍｆｆ／ｍｉ　ｎ（１００ｍＱ
／ｍｉ　ｎｘ６０％／４０％）である。

配管２７には、２ｒｌ／ｍｉｎで循環している。原水量
槽５への塩素添加濃度は０．５１）ｐｍである。

圧力計３５によって指示される操作圧力は１０ｋＣ１／
Ｃｍ２Ｇである。

次に、原水の受入れ方法を説明する。

レベル削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を開放したにががわらず、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。原水量１５の液面変化は、１０
０ｍ程度である。従って、本実施例において、特開昭５
９−９８７９０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８度を０．５ｏｏｍに覆るには、本実
施例の場合、添加流量を６２．５μＱ／ｍｉ　ｎ　（０
，２５ｆｌ／ｍｉ　ｎｘｏ、　５ｐｐｍ１０．２％）に
制御しなければならないが、このような極微量の注入制
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
めの滅菌液容器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０．２
ｍｍのガラス管キレピラリで、滅菌液の流量を約５ｍ０
．／ｍ　ｉ　ｎに制限している。

滅菌液容器４１内には、前述と同様に、０．２ｍｍ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１多、原水量（乃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゜２５ｍＱ
（５ｒｌ／ｍｉ　ｎｘ３ｓｅｃ＞　でｌ’：＞る。

液面がＡからＢまでに達する間の原水の受入れ量を１０
．とすれば、原水受槽５内の平均塩素濃度は０．５ＤＤ
ｍ　（０，２５ｍα×０．２％／１α）となる。もちろ
ん滅菌液容器４１内の貯留塩素液♀によって若干の添加
量変化もおり、また原水量１ｇ５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
度変動がおっても、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４
７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
作が必要でおるが、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、一定時間接、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がおり、液面が下限りまで低下すれ
ば、ポンプ７を起動ざぜて造水を開始し、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）農縮水側室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
に関する幼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める。第１図と同一符号の
ものは、同一の職能の部品である。

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１０２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伍の造
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１
０ｋｇ／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１５０ｍα／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１
０１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３
３により一定周期で導通、非導通を繰返す。導通時は配
管２つと通じ、非導通時ｔま配管２７と通じる。例えば
、ポンプ７の操作圧１０ｋｇ／ｃｍｚ下における吐出量
が２１００ｒｌ／ｍｉｎであれば、透過水量１００ｍＤ
、／ｍ　ｉ　ｎを差し引いて、圧力調整弁２３の通水量
は２０００ｍｆｆ／ｍ　ｉ　ｎ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（プ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１５０ｍＱ／ｍｉ　ｎ　
（２０００ｘ４．５／６０）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ｈ１３５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、精製水針１１７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く図示せず）、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がプレフィルタ１Ｑ
４内に挿入されている。このプレフィルタ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ィルタ類であり、従来使用されて
いるカートリッジフィ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、このプレフィ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１０６．１
０７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
は原水量１５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くいずれも図示せず）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１
７へ導かないように、３方電磁弁１０９を操作している
。

精製水針１ｇ１７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ＩＩＤ、１１５は、精製飲料水を利用する時に、コツ
プからこぼれる水を集めるためのものでおるが、配管１
１７を通して排水口へ接続されている。同時に、受皿１
１５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。

これらは原水量４ｆＪ５（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） 以上述へた構成とするεとにより、本発明は次の如き効
果を奏する。

すなわち、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。 図面の簡単な説明 １・・・・・・・・・原水配管 ５・・・・・・・・・原水骨惜 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・・・
・・・・・・プレフィルタ１１１・・・・・・・・・冷
却コイル １１５・・・・・・・・・受皿

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、分離器出の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
   原水受槽へ環流する分岐弁を設け、一定時間毎に該分岐
   弁を切換えるようにしたことを特徴とする精製水製造装
   置。