JPWO2014006740A1

JPWO2014006740A1 - 透析液調製用水の製造装置

Info

Publication number: JPWO2014006740A1
Application number: JP2014523514A
Authority: JP
Inventors: 紳勝森澤
Original assignee: Nihon Trim Co Ltd
Current assignee: Nihon Trim Co Ltd
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2016-06-02
Also published as: EP2871164A1; EP2871164A4; KR20140129291A; CN104114495A; WO2014006740A1; US20150060285A1; TW201402196A

Abstract

固体高分子膜（５）を用いて電気分解を行なう電解水生成装置（２）と、逆浸透膜処理装置（３）とを備える透析液調製用水の製造装置（１）によって、排水を可及的に減少させることができ、かつ、ｐＨを高くすることなく溶存水素量を高めるための強い電気分解が可能な電解水生成装置を備える透析液調製用水の製造装置（１）を提供することができる。

Description

本発明は、透析液を調製するための透析液調製用水を製造するための装置に関する。

腎機能が低下し、水分量の調節と尿素などの老廃物を含む体内有害物質の除去を行うための尿の排泄ができない腎不全患者のための有効な治療法の一つに、血液透析が知られている。血液透析は、血液ポンプを用いて血液を体外に引き出し、これを透析器（ダイアライザー）を介して透析液と血液とを接触させることにより、濃度勾配による拡散現象を利用して体内有害物質および水分を除去した後、再び体内に戻す（返血）操作を連続して行う治療法である。

近年、血液透析において透析患者に酸化ストレスが発生することが知られている。これは、透析時に発生する活性酸素が原因であると考えられており、この活性酸素を消去して酸化ストレスの軽減を図ることが提案されている。たとえば特開２０００−３５０９８９号公報（特許文献１）では、血液透析用の透析液を製造する方法であって、前記方法は、隔膜により分離された、陰極を含む陰極室と陽極を含む陽極室とを有する電解水生成器を準備する工程と、少なくともナトリウム、カリウム、マグネシウムおよびカルシウムイオンを含む原水を、前記陰極室および前記陽極室のそれぞれに送込む工程と、前記陰極と陽極との間に、電流を通電し、前記原水を電気分解する工程と、前記陰極室内にある水を取出す工程と、を備えており、前記陰極室内にある水は、白金電極を用いて測定された酸化還元電位実測値が−１５０ｍＶ〜０ｍＶの範囲内にあり、ｐＨが８．０〜９．５の範囲にあり、かつ体内で発生する活性酸素を消去することができることを特徴とする血液透析用の透析液を製造する方法、が開示されている。

還元水が有するこのような効果に関して、逆浸透水を生成する装置に外付けする電解還元水の生成装置や、還元水生成装置と逆浸透膜を一体化して、容易に逆浸透水を生成する装置が開発されている。

ここで、図３は、従来の典型的な透析液用水処理システム１０１を示す図である。たとえば、図３に示すように、従来の透析液用水処理システム１０１は、原水（市水）１０２を加圧ポンプ１０３にて加圧し、１０〜３０μｍの孔径のフィルタ１０４にて原水１０１中の固形物を処理後、活性炭濾過装置１０５にて原水１０２に含まれる次亜塩素酸を除去した後、軟水化装置１０６で原水１０２の硬度を下げる。その後、電解水生成装置１０７にて電気分解して得られた還元水を還元水タンク１０８に貯水する。還元水タンク１０８より還元水を加圧ポンプ１０９にて加圧して逆浸透膜処理装置１１０内の逆浸透膜を通過させる。逆浸透膜を通過した還元水をＲＯタンク１１１に貯水する。ＲＯタンク１１１から送水された還元水は、ＵＶ殺菌灯１１２により殺菌処理を施し、マイクロフィルタ１１３を通し、透析液供給装置１１４に供給する。透析液供給装置１１４では、供給された逆浸透膜処理が施された還元水と透析Ａ原液１１５および透析Ｂ原液１１６を混合し透析液として各患者監視装置（図示せず）へ供給され、患者監視装置に取り付けられているダイヤライザーを通して患者の血液の浄化が行われる。

また、還元水を利用した透析装置として、たとえば特開２０１０−６３６２９号公報（特許文献２）には、水に水素を混合し、加圧して水素を水に溶解させるための気液混合手段と、気液混合手段で得られた水素が溶解された水中で微細気泡を発生させる微細気泡発生手段と、微細気泡発生手段で得られた微細気泡を含む水を透析液として供給する透析液供給手段とを備える透析装置が開示されている。このような特許文献２に記載されたような透析装置によれば、透析患者の血液中の活性酸素を消去し得る透析液を供給することができるとともに、電気分解を行わないた従来そのまま排水していた陽極水を生成させることもないため、排水の無駄を抑制することができる。

特開２０００−３５０９８９号公報特開２０１０−６３６２９号公報

図４は、従来の典型的な電解水生成装置２０１に用いられる電解槽２０２を模式的に示す図である。還元水は、通常、陽極２０３と陰極２０４との間に隔膜２０５を配置した電解槽２０２内で電気分解して、陰極２０４側で得られた水を使用する。電気分解では、陽極２０３側、陰極２０４側でそれぞれ次のような反応が起こっている。

陽極側：Ｈ_２Ｏ→１／２Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻
陰極側：２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻→Ｈ_２＋２ＯＨ⁻
上記電気分解により、電解槽２０２の陽極２０３側では、電解酸性水が生成され、排水される。この電解酸性水の排水は、水道料金が上昇してしまうだけでなく、資源の無駄使いであるともいえる。このため、排水を低減することは大きなメリットであるが、通常の電解水生成装置の電解槽は、その原理上、電解酸性水の排水をなくすことはできず、また、電解酸性水の排水を減らすと、陽極側で生成される次亜塩素酸などが還元水側に混入するため、排水を減らすには限度があった。

また、従来の典型的な電解水生成装置２０１では、陽極２０３側にはＨ^＋イオンが発生して酸性になり、陰極２０４側にはＯＨ⁻イオンが発生してアルカリ性になる。溶存水素量は、電気分解の強さに比例するために、溶存水素を増やそうとすると、陰極２０４側のアルカリ性が高くなってしまう。しかしながら、透析装置に適用する際に逆浸透膜を通過させる水としてはｐＨ１０以上の水を通すことは望ましくないとされており、ｐＨの限界によって、溶存水素の量も制限がされていた。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、排水を可及的に減少させることができ、かつ、ｐＨを高くすることなく溶存水素量を高めるための強い電気分解が可能な電解水生成装置を備える透析液調製用水の製造装置を提供することである。

本発明の透析液調製用水の製造装置は、固体高分子膜を用いて電気分解を行なう電解水生成装置と、逆浸透膜処理装置とを備えることを特徴とする。

本発明の透析液調製用水の製造装置においては、逆浸透膜処理装置を通過した水を電解水生成装置で電気分解してもよく、また、電解水生成装置で生成した水を逆浸透処理装置を通過させてもよい。

本発明によれば、固体高分子膜を用いて電解水生成装置を適用することにより、電気分解後の陽極側の水を排水する必要がなく、電気分解で減った水の分だけ補給すればよい。また固体高分子膜を用いた電解水生成装置では、電気分解の前後でｐＨが変化しないため、強く電気分解を行った水を逆浸透膜処理装置に供することが可能である。したがって、溶存水素の量を増やすために高い電圧をかけてとしてもｐＨが変化しないため、そのような電気分解を行った後の水を逆浸透膜処理に供することができる。また、固体高分子５を用いた電解水生成装置２では、純水でも電気分解することできるため、逆浸透膜処理装置３で逆浸透膜処理を施した後の水を電解水生成装置２による電気分解に供するようにしてもよく、このようにすることで逆浸透膜処理後の水を貯蔵するためのタンク（ＲＯタンク）２１とは別に電解水生成装置２での電気分解後の水を貯蔵するためのタンクやそのためのポンプを別途設ける必要がなく、小型化およびコストダウンも図ることができる。さらに、固体高分子膜５を用いた電解水生成装置２では、ミネラル分が析出することはなく、これが電解の妨げになることを防ぐことができるという効果もある。

本発明の好ましい一例の透析液調製用水の製造装置１を模式的に示す図である。本発明の透析液調製用水の製造装置１における電解水生成装置２における電解槽４を模式的に示す図である。従来の典型的な透析液用水処理システム１０１を示す図である。従来の典型的な電解水生成装置２０１に用いられる電解槽２０２を模式的に示す図である。

図１は、本発明の好ましい一例の透析液調製用水の製造装置１を模式的に示す図であり、図２は、本発明の透析液調製用水の製造装置１における電解水生成装置２における電解槽４を模式的に示す図である。本発明の透析液調製用水の製造装置１は、図２に示すように、固体高分子膜５を用いて電気分解を行なう電解水生成装置２と、逆浸透膜処理装置３とを備えることを特徴とする。

本発明における電解水生成装置２に用いられる固体高分子膜５は、燃料電池の分野において従来より用いられている適宜の固体高分子膜を特に制限なく用いることができ、たとえば、フッ素系イオン交換樹脂などのイオン交換機能を持った樹脂材料で形成された固体高分子膜５を好適に用いることができる。具体的には、ナフィオン（デュポン社製）、Ｆｌｅｍｉｏｎ（旭硝子社製）、Ａｃｉｐｌｅｘ（旭硝子社製）などの市販品を本発明における固体高分子膜５として好適に用いることができる。

本発明に用いられる電解水生成装置２は、図２に示すように、固体高分子膜５の両面に金属層６を介し、互いに電気的に接続された陽極７および陰極８が配置された構造体が、電気分解に供する水１０を収容した電解槽９内に浸漬された構造を備える。

陽極７の材料としては、たとえばチタン、タンタル、ニオブ、ニッケル、ジルコニウム、ＳＵＳなどの導電性の基材に、白金、イリジウムを単体もしくは複合でコーティングしたものなどが挙げられる。

また陰極８の材料としては、たとえばチタン、タンタル、ニオブ、ニッケル、ジルコニウム、ＳＵＳなどの導電性の基材に、白金、イリジウムを単体もしくは複合でコーティングしたものなどが挙げられる。

陽極７と固体高分子膜５との間、ならびに、陰極８と固体高分子膜５との間に介在される金属層６を形成する金属材料としては、たとえば白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）の単体もしくは複合材などが挙げられる。金属層６の厚みは特に制限されない。

また電解槽９としては特に制限されるものではなく、当分野において電気分解用の電解槽として用いられる適宜の電解槽を用いればよい。

このような固体高分子膜５を用いた電解水生成装置２での電気分解では、陽極７側、陰極８側でそれぞれ次のような反応が起こる。

陽極側：Ｈ_２Ｏ→１／２Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻
陰極側：２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２
このような固体高分子膜５を用いた電解水生成装置２では、電気分解後の陽極７側の水を排水する必要がなく、電気分解で減った水の分だけ補給すればよい。したがって、発生した酸素ガスを抜く必要はあるものの、従来の電解水生成装置と比較して、排水をほぼゼロにすることができる。

また、固体高分子膜５を用いた電解水生成装置２では、電気分解の前後でｐＨが変化しない。したがって、溶存水素の量を増やすために高い電圧をかけて強く電気分解を行ったとしてもｐＨが変化しないため、そのような電気分解を行った後の水を逆浸透膜処理装置に供しても、逆浸透膜が損傷することなく逆浸透膜処理を施すことができる。

一方、固体高分子膜５を用いた電解水生成装置２では、純水でも電気分解することできるため、逆浸透膜処理装置３で逆浸透膜処理を施した後の水を電解水生成装置２による電気分解に供することもできる。このように本発明では、逆浸透膜処理装置３を通過した水を電解水生成装置２で電気分解するようにしてもよく、また、電解水生成装置２で生成した水を逆浸透処理装置３を通過させるようにしてもよい。図１には、逆浸透膜処理装置３を通過した水を電解水生成装置２で電気分解するようにした場合を示しているが、このようにすることで、逆浸透膜処理後の水を貯蔵するためのタンク（ＲＯタンク）２１とは別に電解水生成装置２での電気分解後の水を貯蔵するためのタンクやそのためのポンプを別途設ける必要がなく、小型化およびコストダウンも図ることができる。

また、従来用いられていた電解水生成装置では、陰極面にカルシウム（Ｃａ）などのミネラル分が析出して電解の妨げとなっていた。これに対し、本発明のように固体高分子膜５を用いた電解水生成装置２では、ミネラル分が析出することはなく、これが電解の妨げになるようなことを防ぐこともできる。

本発明の透析液調製用水の製造装置１における逆浸透膜処理装置３としては、従来公知の適宜の逆浸透（ＲＯ）装置を特に制限なく用いることができ、具体的にはＨＭ５００ＣＸ（ＪａｐａｎＷａｔｅｒＳｙｓｔｅｍ社製）などが好適である。ここで、逆浸透膜処理とは、半透膜を境にして濃度の異なる溶液がある場合、低濃度の溶液から高濃度の溶液へ水が移動する現象である浸透に対し、高濃度の溶液側に圧力を加えることにより低濃度側に浸透した水を得る処理を指す。この逆浸透膜処理によって、上述した一連の処理で得られた原水から微量金属類などの不純物をさらに除去することができ、後述するＩＳＯ１３９５９に規定される水質基準を満たすようにすることができる。

本発明の透析液調製用水の製造装置１は、上述した固体高分子膜５を用いた電解水生成装置２、ならびに、逆浸透膜処理装置３以外の構成は特に制限されるものではなく、従来の透析液調製用水の製造装置と同様の構成を備えることができる。たとえば、図１に示す例の透析液調製用水の製造装置１は、原水（市水）２２を加圧ポンプ２３にて加圧し、フィルタ２４にて原水２２を処理後、活性炭濾過装置２５、軟水化装置２６で順次処理を施すようにする。

本発明の透析液調製用水の製造装置１において、原水２２としては水道水や井戸水、地下水などを用いることができる。このような原水２２を濾過処理し、原水２２中に含まれる鉄錆（供給配管からの析出）、砂などの粗いゴミを除去するためのフィルタ２４としては、１０〜３０μｍの孔径のフィルタを好適に用いることができ、具体的には２５μｍフィルタ（ＪａｐａｎＷａｔｅｒＳｙｓｔｅｍ社製）、１０μｍフィルタ（ＪａｐａｎＷａｔｅｒＳｙｓｔｅｍ社製）などが好適である。

活性炭濾過装置２５は、多孔質の吸着物質である活性炭を用いて、原水中に含まれる残留塩素、クロラミン、有機物などを物理的な吸着作用により除去する処理を施すためのものであり、従来公知の適宜の活性炭処理装置を特に制限されることなく用いることができ、具体的には、繊維状活性炭ＭＯＦ２５０Ｃ２（フタムラ化学工業社製）などが好適である。

軟水化装置２６は、硬度成分である溶解固形物（カルシウムイオン、マグネシウムイオンなど）を含む硬水である原水から、イオン交換によって硬度成分を置換反応により除去して軟水とする処理を施すためのものであり、従来公知の適宜の軟水化装置を特に制限されることなく用いることができ、具体的には、ＭＡＲＫ−９１５Ｕ（ＪａｐａｎＷａｔｅｒＳｙｓｔｅｍ社製）などが好適である。

その後、逆浸透膜処理装置３を通過し、逆浸透膜処理を施した水を電解水生成装置２に供し、これを電気分解した後にＲＯタンク２１に貯蔵する。ＲＯタンク２１から送水された還元水は、ＵＶ殺菌灯２７により殺菌処理を施し、マイクロフィルタ２８を通し、透析液供給装置２９に供給する。透析液供給装置２９では、供給された逆浸透膜処理が施された還元水と透析Ａ原液３０および透析Ｂ原液３１を混合し透析液として各患者監視装置（図示せず）へ供給され、患者監視装置に取り付けられているダイヤライザーを通して患者の血液の浄化が行われる。

１透析液調製用水の製造装置、２電解水生成装置、３逆浸透膜処理装置、４電解槽、５固体高分子膜、６金属層、７陽極、８陰極、９電解槽、１０水、２１ＲＯタンク、２２原水、２３加圧ポンプ、２４フィルター、２５活性炭濾過装置、２６軟水化装置、２７ＵＶ殺菌灯、２８マイクロフィルタ、２９透析液供給装置、３０透析Ａ原液、３１透析Ｂ原液。

Claims

固体高分子膜（５）を用いて電気分解を行なう電解水生成装置（２）と、逆浸透膜処理装置（３）とを備える、透析液調製用水の製造装置（１）。
逆浸透膜処理装置（３）を通過した水を電解水生成装置（２）で電気分解する、請求項１に記載の装置（１）。
電解水生成装置（２）で生成した水を逆浸透処理装置（３）を通過させる、請求項１に記載の装置（１）。