WO2014170974A1 - 浄水の製造方法および浄水の製造装置 - Google Patents

浄水の製造方法および浄水の製造装置 Download PDF

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丸木祐治
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株式会社タカギ
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    • C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds

Definitions

  • the present invention relates to water treatment technology.
  • Patent Document 1 a filtration apparatus using a membrane module is known (for example, Patent Documents 1 to 3).
  • Patent Document 1 a plurality of membrane modules, an introduction line for introducing a stock solution to the primary side of each of the membrane modules, and a secondary side of each of the membrane modules are connected and filtered by the membrane module.
  • a filtration liquid discharge line for discharging the filtrate, and at the time of backwashing, the flow path of the introduction line communicating with the membrane module to be backwashed is provided in the introduction line in a filtration device that is closed
  • the flow path from the membrane module to be backwashed during backwashing is opened and connected to the primary side of each of the membrane modules and the backwash line through which the filtrate flows as backwashing liquid.
  • Patent Document 2 in a method of operating a membrane separation apparatus having a plurality of membrane modules having a common permeate line, the permeate from other membrane modules is used when backwashing is performed in some membrane modules.
  • a method of operating a membrane separation device characterized in that it is supplied to the secondary side of the membrane module to be backwashed by the discharge pressure and then pressurized gas is supplied to the secondary side.
  • Patent Document 3 discloses that in a membrane filtration apparatus including a plurality of membrane modules, a membrane passage that performs backwashing is directly passed with membrane permeated water obtained from another membrane module and backwashed. Equipped with a fluid passage switching mechanism for switching, a compressor and air piping for supplying pressurized air to each membrane module, stops the introduction of raw water into the membrane module performing backwashing, and instead pressurizes from the compressor Introduce air to the primary side of the membrane module for backwashing and introduce permeated water from other membrane modules to the secondary side of the membrane module for backwashing to perform backwashing or backwashing.
  • a membrane filtration device configured to supply pressurized air to the secondary side of a membrane module that performs washing, mix in backwash water, and backwash with a gas-liquid mixed fluid.
  • the main pipe is connected, and the raw water main pipe Branch pipes are branched, the end side of each raw water branch pipe is connected to the raw water inlet of each membrane module, each raw water branch pipe is provided with an open / close valve, and the concentrated water outlet of each membrane module is connected via the pipe
  • the three-way valve is connected to an inflow port of the three-way valve, and each of the three-way valves has two outflow ports. One of the outflow ports is connected to a branch pipe for circulating the concentrated water.
  • one end of the branch pipe for backwash drainage is connected to the other outflow port of the three-way valve, and the other end of the branch pipe is connected to the main pipe for backwash drainage discharge
  • One end of a branch pipe for extracting permeate is connected to the permeate outlet of the membrane module, and the other end of the branch pipe is connected to a main pipe for extracting permeate, Raw water branch piping
  • the end side of the air branch pipe is connected to the portion between each on-off valve and each membrane module, the upstream end side of each air branch pipe is connected to the air main pipe, and this air main pipe is connected to the compressor.
  • Patent Document 4 is a coagulation filtration apparatus for filtering water to be treated, which has flocs formed by adding a flocculant, with a membrane module, and is provided with an addition unit for adding the flocculant to the water to be treated.
  • An aggregating and filtering apparatus comprising: a stirrer that stirs water to be treated with a flocculant added downstream of the adding unit; and the membrane module that is disposed downstream of the agitator. It is disclosed.
  • a method of adding a flocculant and precipitating and removing agglomerates requires a coagulation sedimentation tank, which increases the size of the apparatus.
  • a coagulation sedimentation tank which increases the size of the apparatus.
  • it is required to reduce the size of the filtration device.
  • a foreign material will clog the filtration membrane with which a membrane module is provided, and filtration efficiency will fall.
  • it is necessary to back-wash the membrane module.
  • This invention is made
  • the method for producing purified water according to the present invention is characterized in that a nucleating agent having a weight average particle size of 5 nm to 160 nm is added to raw water, followed by filtration through a membrane module having membrane means.
  • the water purification method of the present invention is characterized in that raw water is filtered through a membrane module comprising a membrane means impregnated with a nucleating agent having a weight average particle diameter of 5 nm to 160 nm.
  • the water purifier of the present invention is a water purifier for filtering raw water with a membrane module comprising a membrane means.
  • the weight average particle diameter is 5 nm in the membrane means and / or in the raw water upstream of the membrane means.
  • a means for supplying a nucleating agent of ⁇ 160 nm is provided.
  • the commercially available flocculants are suitable for aggregating colloidal particles of about 100 ⁇ m to 1 ⁇ m floating in the water to be treated, for example, but agglomerate ionic substances and ionic molecules such as small metal ions. Is difficult.
  • the present inventors have found that if a nucleating agent having a weight average particle size of 5 nm to 160 nm and a small particle size is used, the effect of capturing ionic substances and ion molecules such as heavy metal ions having a small particle size is increased. Completed the invention.
  • the “nucleating agent” used in the present invention adsorbs ionic impurities contained in the raw water by the charge effect due to electric potential, and the particles grow around the nucleating agent, and the particle size of the nucleating agent itself is reduced. It is thought to have an increasing effect. Furthermore, an aggregate in which particles centering on a nucleating agent are aggregated may be generated.
  • the general flocculating agent aims to agglomerate impurities, enlarge the agglomerate, precipitate and remove it, whereas the “nucleating agent” used in the present invention increases the agglomerate. It is not intended and need not be precipitated. Rather, if the “nucleating agent” of the present invention is used, it is considered that the particle size of the agglomerates is controlled and the membrane means provided in the membrane module is effectively blocked.
  • an aqueous dispersion of metal colloidal particles is preferable, and an aqueous dispersion of ferric hydroxide colloidal particles is preferable.
  • B / A is preferably 1 to 20.
  • the membrane module preferably includes a hollow fiber membrane type ultrafiltration membrane as membrane means.
  • the present invention it is possible to provide purified water from which impurities such as heavy metal ions and arsenic are efficiently removed. Moreover, according to this invention, the water purifier with high backwashing efficiency is obtained.
  • the water purifier of the present invention can be reduced in size.
  • the purified water production method of the present invention is characterized in that a nucleating agent having a weight average particle diameter of 5 nm to 160 nm is added to raw water, and filtration is performed with a membrane module having membrane means.
  • the water purification method of the present invention is characterized in that raw water is filtered through a membrane module comprising a membrane means impregnated with a nucleating agent having a weight average particle diameter of 5 nm to 160 nm.
  • impurities such as heavy metal ions having a small particle size contained in the raw water are captured by the nucleating agent and efficiently removed.
  • the nucleating agent having a weight average particle diameter of 5 nm to 160 nm used in the present invention adsorbs ionic impurities contained in the raw water by the charge effect due to the potential, and the particles grow around the nucleating agent, It is believed that the particle size of the nucleating agent itself increases. Furthermore, the grown particles centering on the nucleating agent may aggregate to form an aggregate.
  • the weight average particle size of the nucleating agent is preferably controlled to 5 nm to 160 nm.
  • the weight average particle diameter of the nucleating agent is more preferably 10 nm or more, further preferably 15 nm or more, preferably 50 nm or less, more preferably 40 nm or less, and further preferably 25 nm or less. If the weight average particle size becomes too small, the nucleating agent may permeate the membrane means provided in the membrane module. Moreover, when the weight average particle diameter becomes too large, the effect of capturing ionic molecules such as arsenic and heavy metals is reduced. In the present invention, the weight average particle diameter of the nucleating agent is measured by a dynamic light scattering method using, for example, DLS-8000 / 6500 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.
  • an aqueous dispersion of metal colloidal particles is preferable.
  • the aqueous dispersion of metal colloidal particles include those in which colloidal particles formed by adsorbing negatively charged counter ions on the outside of positively charged metal ion particles are dispersed in water.
  • the metal component of the metal colloidal particles include ferric ions, zinc ions, aluminum ions, titanium ions, and the like.
  • the counter ion include sulfate ion, hydroxide ion, and chlorine ion.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram schematically illustrating a ferric hydroxide colloidal particle 100 preferably used as a nucleating agent.
  • a layer 102 made of hydroxide ions (OH ⁇ ) as counter ions is formed on the surface of the nucleus 101 made of positively charged iron ions (Fe 3+ ).
  • the ferric hydroxide colloidal particles 100 have a high affinity with water and a high stability in water because the layer 102 made of hydroxide ions is formed outside the core 101 made of iron ions. .
  • a layer 103 made of iron ions (Fe 3+ ) Layers 104 made of hydroxide ions (OH ⁇ ) are alternately formed, and the particle diameter is increased.
  • FIG. 3 is an explanatory view schematically illustrating an aspect in which ferric hydroxide colloidal particles, which are nucleating agents, capture heavy metal ions (M + ).
  • a layer 102 made of hydroxide ions (OH ⁇ ) as counter ions is formed on the surface of the nucleus 101 made of positively charged iron ions (Fe 3+ ). Since the layer 102 made of hydroxide ions (OH ⁇ ) is negatively charged, the positively charged heavy metal ions (M + ) are attracted by the charge effect due to the potential. As a result, a layer 105 made of positively charged heavy metal ions (M + ) is formed outside the layer 102 made of hydroxide ions.
  • a layer 106 made of hydroxide ions (OH ⁇ ) is formed outside the layer 105 made of heavy metal ions (M + ).
  • the electric charge effect by an electric potential becomes weak as it leaves
  • the nucleating agent grows particles by adsorbing the counter ion around the core of the metal ion. At that time, ionic impurities in the raw water are trapped inside the particles.
  • FIG. 4 shows a mode in which nucleated particles aggregate to form further aggregates.
  • the aqueous dispersion of ferric hydroxide colloid can be prepared, for example, by adding sodium hydroxide to ferric chloride and adjusting the pH to about 2.7 and heating. .
  • the average particle diameter can be controlled by the amount of iron ions added for the growth of trivalent iron ions and hydroxide ions or colloidal particles.
  • the aqueous dispersion of ferric hydroxide colloidal particles preferably has a pH adjusted to 1.5 to 4.0. This is because as the pH increases, the stability of the ferric hydroxide colloid may decrease. If the ferric hydroxide colloidal particle aqueous dispersion contains ferric chloride or other iron ions, the size of the aggregates generated from the raw water by the nucleating agent increases, and the membrane means is used. Since it becomes easy to block, by adjusting the amount of ferric chloride and sodium hydroxide, the aqueous dispersion of ferric hydroxide colloidal particles does not contain ferric chloride-derived iron ions. It is better to do so.
  • a nucleating agent having a weight average particle size of 5 nm to 160 nm may be added to the raw water, followed by filtration with a membrane module provided with membrane means, or the raw water may have a weight average particle size of 5 nm. It may be filtered through a membrane module comprising membrane means impregnated with a nucleating agent of ⁇ 160 nm.
  • the aspect of adding the nucleating agent to the raw water for example, the aspect of adding the nucleating agent to the raw water stored in the raw water tank, the aspect of adding the nucleating agent to the raw water in the raw water supply path for supplying the raw water to the membrane module, etc. Can be mentioned. From the viewpoint of controlling the particle size of the aggregate formed by the nucleating agent, it is preferable to add the nucleating agent to the raw water immediately before the membrane module. If the particle size of the aggregate becomes too large, the aggregate may block the pores of the membrane module. In addition, in the aspect which adds a nucleating agent to raw
  • the nucleating agent is not mixed with the raw water without mixing the nucleating agent (specifically, an aqueous dispersion of ferric hydroxide colloid particles). It is preferable to supply the membrane module itself and impregnate the membrane means with the nucleating agent. Moreover, in the aspect which filters with the membrane module provided with the membrane means impregnated with the nucleating agent, it is preferable to employ the below-described total amount filtration method in order to enhance the impregnation.
  • the total iron concentration of the aqueous dispersion of ferric hydroxide colloid that is preferably used as a nucleating agent depends on the transportability of the nucleating agent. Considering the transportation cost, a high concentration is preferable. That is, 1,000 mg / L or more is preferable, 3,000 mg / L or more is more preferable, and 4,000 mg / L or more is more preferable. However, if it exceeds 10,000 mg / L, it is self-aggregated to produce a precipitate, so that it is preferably 10,000 mg / L or less, more preferably 8,000 mg / L or less, and even more preferably 6,000 mg / L or less.
  • the cost 1.0 mg / L or less is preferable, and 0.8 mg / L or less is more preferable.
  • Total iron concentration is measured by ICP mass spectrometry.
  • ferric hydroxide colloid aqueous dispersion an aqueous dispersion of a nucleating agent prepared in advance to be added to the raw water
  • iron derived from ferric chloride as a raw material of the hydrate.
  • the total mass of iron contained in the aqueous solution of ferric hydroxide colloid added to the raw water is A
  • the total mass of iron contained in the ferric hydroxide colloid is B
  • the total mass of iron other than the diiron colloid is C
  • the value of (B / (A + B + C)) is preferably 0.9 or more, more preferably 0.95 or more, and 0.99 More preferably.
  • the total mass of iron ions contained in the other aqueous solution supplied to the raw water is D.
  • the value of (B / (A + B + C + D)) is preferably 0.9 or more, more preferably 0.95 or more, and even more preferably 0.99 or more.
  • the value of (B / (A + B + C)) or (B / (A + B + C + D)) is closer to 1, the blocking of the membrane means can be suppressed, and the water purification cost can be reduced.
  • the ratio of the total mass of iron of the ferric hydroxide colloid to the total mass of iron in the additive added to the raw water is preferably 0.9 or more, more preferably 0.95 or more. 0.99 or more is more preferable.
  • the nucleating agent having a weight average particle diameter of 5 nm to 160 nm is used, so that the nucleating agent can enter the pores of the membrane means of the membrane module.
  • the nucleating agent and the impurity in the raw water can be reliably brought into contact within the membrane means, and the probability of capturing the impurity is increased.
  • the pH of the raw water is preferably 4.5 or more, more preferably 5 or more, preferably 7.5 or less, more preferably 7 or less, and even more preferably 6.5 or less.
  • the pH may be adjusted by adding an alkali or acid to the raw water. Examples of the alkali include alkali solutions such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, and ammonia.
  • Sodium hydroxide or potassium hydroxide is preferable and sodium hydroxide is more preferable because it is inexpensive and easy to handle.
  • the acid include hydrochloric acid, nitric acid, acetic acid, dilute sulfuric acid, and the like, and hydrochloric acid and dilute sulfuric acid are preferable, and hydrochloric acid is more preferable because it is inexpensive and easy to handle.
  • the membrane module used in the present invention removes foreign matters such as fine particles and turbidity in raw water and discharges purified water.
  • membrane means provided in the membrane module include filtration membranes such as reverse osmosis membranes (RO membranes), nanofiltration membranes (NF membranes), microfiltration membranes (MF membranes), and ultrafiltration membranes (UF membranes).
  • RO membranes reverse osmosis membranes
  • NF membranes nanofiltration membranes
  • MF membranes microfiltration membranes
  • UF membranes ultrafiltration membranes
  • the membrane means provided in the membrane module includes a nanofiltration membrane (NF membrane), a microfiltration membrane (MF membrane), and an ultrafiltration membrane (UF membrane).
  • NF membrane nanofiltration membrane
  • MF membrane microfiltration membrane
  • UF membrane ultrafiltration membrane
  • MF membrane microfiltration membrane
  • UF membrane ultrafiltration membrane
  • the ultrafiltration membrane (UF membrane) has a size of 10 nm to 100 nm and can reliably remove the nucleating agent and aggregates.
  • the microfiltration membrane (MF membrane) has a coarseness of 100 nm to 1 ⁇ m, and there is a possibility that the nucleating agent and aggregates may permeate the membrane.
  • the membrane module may be either an external pressure type or an internal pressure type, and is preferably an internal pressure type. Moreover, it is preferable to use a hollow fiber membrane as the membrane means.
  • a filtration method all raw water is filtered through a filtration membrane to make purified water (dead-end filtration method), and raw water is run parallel to the surface of the filtration membrane, and the raw water that has not been purified
  • a cross-flow filtration method that discharges both purified water that has been filtered through a filtration membrane
  • B / A is 1 to 20 More preferably.
  • B / A is preferably 2 or more, more preferably 5 or more, and preferably 10 or less, more preferably 7 or less.
  • the pore diameter B (nm) of the membrane means can be determined according to the bubble point method (JIS K 3832).
  • the size of the eyes is classified by the molecular weight cut off using the substance to be separated as an index. That is, classification is performed based on the molecular weight of the marker that can be separated on the target membrane. Representative markers are shown in the table below.
  • the membrane rejection is defined by the ratio of the concentration of the target substance on the permeate side to the concentration of the target substance on the supply liquid side, and the separation performance can be evaluated.
  • the molecular weight of the target substance having a rejection rate of about 90% is defined as the fractional molecular weight.
  • Chemical solution may be added to the purified water filtered by the membrane means as necessary.
  • medical solution For example, hypochlorous acid, sodium hypochlorite, hypochlorous acid aqueous solution, etc. can be mentioned. Among these, it is preferable to use a sodium hypochlorite aqueous solution. By adding sodium hypochlorite, it ionizes to hypochlorite ions in water, and part of it reacts with water to form hypochlorous acid.
  • the chlorine concentration in the obtained purified water is preferably 0.3 mg / L or more in consideration of the relationship between sterilizing power and chlorine removal efficiency in the secondary water purification device. 0.4 mg / L or more is more preferable, 0.5 mg / L or more is more preferable, 0.8 mg / L or less is preferable, and 0.7 mg / L or less is more preferable.
  • the purified water that flows out from the device Chlorine can be added to the water, and even when water containing no chlorine is used as the raw water, chlorine can be added, resulting in excellent hygiene.
  • heavy metal ions such as iron, cadmium, copper, lead, arsenic (such as AsO 4 3 ⁇ ), and metal ions such as aluminum can be removed.
  • the water purifier of the present invention is a water purifier for filtering raw water with a membrane module including a membrane means.
  • the water purifier is a weight average particle in the membrane means and / or in the raw water upstream of the membrane means.
  • a means for supplying a nucleating agent having a diameter of 5 nm to 160 nm is provided.
  • the membrane means is impregnated with the nucleating agent so that the raw water and the nucleating agent are brought into contact with each other in the membrane means.
  • the nucleating agent captures impurities.
  • the nucleating agent cannot pass through the membrane means and is retained in the pores of the membrane means.
  • the nucleating agent held in the pores of the membrane means comes into contact with the impurity and captures the impurity. Impurities are removed from the raw water by being trapped by the nucleating agent retained in the pores of the membrane means.
  • the nucleating agent contacts the impurity in the raw water, and the nucleating agent captures the impurity.
  • the nucleating agent that has captured the impurity cannot pass through the membrane means, and is removed from the raw water together with the impurity.
  • the means for supplying the nucleating agent having a weight average particle diameter of 5 nm to 160 nm is not particularly limited.
  • the water purifier of the present invention is preferably configured so that the membrane module can be backwashed. This is for removing clogging of the membrane module and supplying clean water stably for a long period of time.
  • the water purifier of the present invention will be described based on an aspect of a central water purifier configured to be capable of back washing.
  • the central water purification apparatus 1 shown in FIG. 5 is disposed in the raw water supply path 3, the raw water supply path 3, a raw water supply means P ⁇ b> 1 that feeds the raw water, and a plurality of branches that branch the raw water supply path 3 into at least two or more.
  • the side where raw water is supplied is referred to as the upstream side
  • the side where purified water is discharged is referred to as the downstream side.
  • the raw water supply path 3 supplies raw water to be subjected to purification treatment such as tap water and well water.
  • the raw water supply channel 3 is preferably connected to a raw water tank that stores tap water from a water main supplied to a building such as an apartment, an apartment, a building, a hotel, or a plurality of detached houses. It can also be connected directly to the main.
  • the raw water supply path 3 is constituted by a pipe line having a predetermined pipe diameter.
  • the raw water supply path 3 preferably includes an inflow valve (first valve V1) for opening and closing the raw water supply path 3.
  • the inflow valve may be a check valve.
  • raw water supply means P1 for sending raw water is disposed.
  • the raw water supply means P1 include a vertical multi-stage centrifugal pump, a horizontal multi-stage centrifugal pump, and a positive displacement pump. Among these, it is preferable to use a vertical multistage centrifugal pump as the raw water supply means P1 because the raw water is stably pressurized and fed.
  • the downstream end of the raw water supply path 3 is connected at the branch point 4 to the upstream ends of the raw water branch paths 5A and 5B that branch the raw water supply path 3 into a plurality.
  • the raw water branch paths 5A and 5B are constituted by pipe lines having a predetermined pipe diameter.
  • the raw water branch paths 5A and 5B include inflow valves (second valve V2 and third valve V3) for opening and closing the raw water branch paths 5A and 5B, respectively.
  • the downstream ends of the raw water branch paths 5A and 5B are connected to membrane modules 9A and 9B that filter the raw water.
  • the membrane modules 9A and 9B remove foreign matters such as fine particles and turbidity in the raw water, and discharge purified water.
  • the membrane modules 9A and 9B include membrane means 9c for filtering raw water and a cylindrical container 9d for housing the membrane means 9c.
  • the raw water region 9e to which raw water is supplied and the purified water filtered by the membrane means flow into the cylindrical container 9d with the membrane means 9c for filtering the raw water interposed therebetween. It is preferable to provide the purified water region 9f.
  • the membrane modules 9A and 9B include a raw water inlet 9g, a nucleating agent inlet 9j, and a purified water outlet 9h, and further a concentrated water outlet 9i for discharging concentrated water.
  • the raw water inlet 9g, the concentrated water outlet 9i, and the nucleating agent inlet 9j are connected to the raw water area 9e of the membrane modules 9A and 9B, and the purified water outlet 9h is connected to the purified water area 9f of the membrane modules 9A and 9B. is doing.
  • the water purifier of the present invention has means for supplying a nucleating agent having a weight average particle diameter of 5 nm to 160 nm.
  • the means for supplying the nucleating agent having a weight average particle diameter of 5 nm to 160 nm is the tank 37 for storing the nucleating agent and the supplying means for supplying the nucleating agent to the membrane modules 9A and 9B.
  • Examples of the supply unit P3 include a vertical multistage centrifugal pump, a horizontal multistage centrifugal pump, and a positive displacement pump.
  • the nucleating agent supply paths 6A and 6B are constituted by pipe lines having a predetermined pipe diameter, and the downstream ends thereof are connected to the nucleating agent inlet 9j of the membrane modules 9A and 9B.
  • the membrane means 9c of the membrane modules 9A and 9B is impregnated from the raw water region 9e side.
  • the water purifier of the aspect of FIG. 5 has the discharge paths 7A and 7B connected to the upstream side of the membrane means 9c included in the membrane modules 9A and 9B.
  • the discharge path is a flow path for discharging the backwash water when the membrane module is mainly backwashed.
  • the said discharge path should just be connected to the upstream of the membrane means 9c with which membrane module 9A, 9B is equipped, for example, the aspect connected to the raw
  • the discharge passages 7A and 7B are preferably composed of pipe passages having a predetermined pipe diameter, and are provided with valves (fourth valve V4 and fifth valve V5) for opening and closing the respective passages.
  • the discharge paths 7A and 7B may further merge.
  • the upstream ends of the purified water branch paths 11A and 11B are connected to the downstream side of the membrane modules 9A and 9B.
  • the purified water branch paths 11A and 11B are connected to the purified water discharge port 9h of the membrane modules 9A and 9B.
  • the downstream sides of the purified water branch paths 11A and 11B are formed so that the purified water branch paths 11A and 11B connected at the junction 17 and connected to the plurality of membrane modules communicate with each other.
  • the junction 17 is provided with a three-way cock 49 for switching the flow path. Instead of the three-way cock 49, an open / close valve for switching the flow path may be provided on the downstream side of the purified water branch paths 11A and 11B.
  • the raw water branch 5A and 5B are preferably provided with pressure gauges 14A and 14B for measuring the pressure of the raw water flowing in the raw water branch. Moreover, it is preferable that the pressure gauges 16A and 16B which measure the pressure of the purified water which flows through the inside of the purified water branch are provided in the purified water branches 11A and 11B.
  • the purified water path 13 is connected to the junction 17 of the purified water branch paths 11A and 11B.
  • the water purification channel 13 is provided with a valve (eighth valve V8) for opening and closing the water purification channel 13.
  • the water purification path 13 is composed of a pipe having a predetermined pipe diameter. It is preferable that the purified water path 13 is provided with a purified water discharge path 19 for discharging purified water.
  • the purified water discharge path 19 is constituted by a pipeline having a predetermined pipe diameter, and includes a valve (a ninth valve V9) for opening and closing the purified water discharge path 19.
  • the control means 21 preferably includes, for example, an inverter control unit 23, a valve control unit 25, a membrane differential pressure calculation unit 27, a display 29, a manual switch 31, a timer 33, and the like.
  • the water purifier 1 in FIG. 5 has an inverter control unit 23 that controls the raw water supply means P1. It is preferable to control the raw water pressure supplied by the raw water supply means by controlling the raw water supply means P1 with an inverter.
  • the inverter control unit 23 controls the raw water supply means P1 so that the pressure of the raw water is substantially constant during the production of purified water, and controls the raw water supply means P1 so that the pressure of the raw water pulsates during the reverse cleaning operation. .
  • the membrane differential pressure calculation unit 27 receives the measurement values of the pressure gauges 14A, 14B, 16A, and 16B, and calculates the pressure difference between the membrane modules 9A and 9B. For example, the membrane differential pressure calculation unit 27 instructs the valve control unit 25 to switch the valve so as to perform the purified water manufacturing operation or the reverse cleaning operation in accordance with the pressure difference data.
  • the valve control unit 25 opens and closes the valve based on manual switch operation data, membrane differential pressure data supplied by the membrane differential pressure calculation unit, time data supplied by a timer, and the like.
  • the valve controller and each valve are preferably connected by wire or wirelessly.
  • the timer 33 measures the time of the normal filtration operation and the time of the back washing operation, and when each operation time reaches a predetermined time, the water purification manufacturing operation or the back washing operation is performed on the valve control unit 25. Thus, it is possible to instruct switching of the valve.
  • the indicator 29 can display, for example, the pressure value received from the pressure gauge, the membrane differential pressure, the current operation process, and the like.
  • FIG. 6 shows another embodiment of the water purifier 1 of the present invention.
  • the means for supplying the nucleating agent includes a tank 37 for storing the nucleating agent, a supplying means P3 for supplying the nucleating agent, and a nucleating agent supply path 6.
  • the nucleating agent is supplied to the raw water stored in the raw water tank 35.
  • FIG. 6 has a chemical solution tank 41 for adding a chemical solution such as hypochlorous acid and sodium hypochlorite to purified water, and a pump P2 for feeding the chemical solution.
  • a chemical solution such as hypochlorous acid and sodium hypochlorite
  • a pump P2 for feeding the chemical solution.
  • the purified water obtained with the water purifier 1 is shown in figure so that it may be supplied to the water receiving tank 45, the water receiving tank 45 is not necessarily required.
  • the raw water tank 35 and the water receiving tank 45 include level meters L1 and L2.
  • the valve control unit 25 switches the valve so that the normal filtration operation and the reverse cleaning operation are switched when a certain amount of raw water is processed. You may be instructed.
  • the membrane module is described based on a form having the first membrane module 9 ⁇ / b> A and the second membrane module 9 ⁇ / b> B, but the number of membrane modules is preferably two or more.
  • the aspect which has two or more pairs of membrane module sets which consist of a 1st membrane module and a 2nd membrane module can be mentioned. Since the water purifier of the present invention has a plurality of pairs of membrane module sets each composed of a first membrane module and a second membrane module, the amount of raw water treated can be increased.
  • the purified water obtained from one membrane module in a filtered state is configured to be used as backwash water for another membrane module to be backwashed. That is, the ratio of the number of membrane modules in a filtered state to the membrane module to be backwashed is 1: 1.
  • the purified water obtained from a plurality of membrane modules in a filtered state may be merged and used as backwash water for one membrane module to be backwashed, or 1 in a filtered state. You may comprise so that the purified water obtained from one membrane module may be branched and used as the backwash water of the several membrane module used as the backwash object.
  • membrane module to be backwashed multiple: 1
  • the pressure of backwashing water becomes too high, and there is a risk of damaging the filtration membrane provided in the membrane module to be backwashed .
  • the membrane module to be backwashed 1: many
  • the pressure of backwashing water is lowered, so that the backwashing efficiency may be lowered. Therefore, it is preferable that the ratio of the number of membrane modules in a filtered state and the number of membrane modules to be backwashed is 1: 1.
  • the water purification apparatus of the present invention can be suitably used as a central water purification apparatus that can supply purified water to buildings such as apartments, apartments, buildings, hotels, and multiple detached houses.
  • the amount of purified water supplied from the central water purification apparatus is appropriately set according to the number of supply destinations and the amount of water used.
  • the supply amount of purified water of the central water purification device is preferably 3,000 L / hour or more, and 4,000 L / hour. More preferably, 5,000 L / hour or more is more preferred, 8,000 L / hour or less is preferred, 7,000 L / hour or less is more preferred, and 6,000 L / hour or less is more preferred.
  • the water purification method using the water purification apparatus of FIG. 5 supplies a nucleating agent having an average particle diameter of 5 nm to 160 nm to at least one of a plurality of membrane modules having at least a first membrane module and a second membrane module.
  • the raw water is supplied in parallel to the plurality of membrane modules having the impregnation step of impregnating at least one of the membrane means possessed by the plurality of membrane modules with a nucleating agent and at least the first membrane module and the second membrane module.
  • Water purification process for producing purified water by filtering raw water through a plurality of membrane modules, and supplying raw water to one of the first membrane module or the second membrane module and filtering, and at least a part of the purified water obtained
  • the backwashing process of backwashing the other membrane module by backflowing from the downstream side to the upstream side of the other membrane module, and the backwashing process were followed by backwashing.
  • FIG. 7 is a view showing a water flow state of the water purifier of the present invention in the impregnation step.
  • the eighth valve V8 the tenth to eleventh valves V10 to V11 are released, and the first to third valves V1 to V3, the fourth to fifth valves V4 to V5, and the ninth valve V9 are closed.
  • the nucleating agent impregnation line in which the nucleating agent tank 37, the nucleating agent supply path 6 (6A, 6B), the membrane modules 9A, 9B, the purified water branch paths 11A, 11B, and the purified water path 13 communicate with each other. Is formed.
  • the valve opening / closing operation may be automatic control by the valve control unit or may be manually controlled.
  • the discharged water discharged from the membrane modules 9A and 9B is preferably discharged from the purified water discharge path 19, but may be used as purified water.
  • the nucleating agent is preferably supplied for 1 to 5 minutes at the upper limit of the permeation pressure of the membrane means.
  • FIG. 8 is a view showing a water flow state of the water purifier 1 of the present invention in the water purification production process.
  • the first to third valves V1 to V3 and the eighth valve V8 are released, the fourth to fifth valves V4 to V5, and the ninth to eleventh valves V9.
  • ⁇ V11 is closed.
  • a raw water treatment line is formed in which the raw water supply path 3, the raw water branch paths 5A and 5B, the purified water branch paths 11A and 11B, and the purified water path 13 communicate with each other through the membrane modules 9A and 9B.
  • the valve opening / closing operation may be automatic control by the valve control unit or may be manually controlled.
  • the raw water supply means P1 preferably pressurizes the raw water and sends it to the raw water supply path.
  • the pressure of the raw water is preferably set as appropriate according to the allowable pressure of the membrane module to be used.
  • the allowable pressure is about 0.35 MPa
  • the pressure Pf of the pressurized raw water is preferably 0.2 MPa or more, 0.25 MPa or more is more preferable, 0.28 MPa or more is more preferable, 0.35 MPa or less is preferable, 0.32 MPa or less is more preferable, and 0.30 MPa or less is more preferable.
  • the pressure Pf of the pressurized raw water exceeds the allowable pressure, the filtration membrane is easily damaged. Moreover, if the pressure Pf of the pressurized raw water is too low, the flow rate of the raw water is reduced. In the purified water production process, the pressure Pf of the raw water is preferably substantially constant.
  • the raw water branches at the branch point 4 and is supplied to the first and second membrane modules 9A and 9B through the raw water branch paths 5A and 5B.
  • the raw water is filtered by the first and second membrane modules 9A and 9B. Foreign matter and turbidity contained in the raw water are removed by the membrane module. Impurities contained in the raw water (heavy metal ions, arsenic, fluorine, etc.) are captured by the nucleating agent and removed from the raw water by the membrane means.
  • the fourth and fifth valves V4 and V5 are opened, and the concentrated water is filtered while being discharged from the discharge passages 7A and 7B.
  • a method may be adopted.
  • the purified water discharged from the first and second membrane modules 9A and 9B merges at the junction 17 through the purified water branch paths 11A and 11B, and flows out to the purified water path 13, respectively.
  • raw water is supplied to one of the first membrane module or the second membrane module and filtered, and at least a part of the obtained purified water is used as backwash water from the downstream side of the other membrane module.
  • the other membrane module is back-washed by flowing back to the side.
  • the first membrane module is operated in the filtration state and the second membrane module is back-washed will be specifically described with reference to FIG.
  • the first and second valves V1, V2, the fifth valve V5, and the eighth valve V8 are released, and the third, fourth, The valves V3 and V4 and the ninth to eleventh valves V9 to V11 are closed.
  • the valve opening / closing operation may be automatic control by the valve control unit or may be manually controlled.
  • a raw water treatment line is formed in which the raw water supply path 3, the raw water branch path 5A, the purified water branch path 11A, and the purified water path 13 communicate with each other through the membrane module 9A. Further, a backwash line is formed in which the purified water branch path 11B and the discharge path 7B communicate with each other via the second membrane module 9B.
  • the backwash water that has entered the second membrane module 9B passes through the membrane means 9c disposed in the second membrane module 9B, and flows out from the upstream concentrated water discharge port 9i to the discharge path 7B. At this time, the foreign matter adhering to the membrane means 9c of the second membrane module 9B is released and flows out into the discharge path 7B together with the backwash water.
  • the foreign matter adhering to the backwash water and the second membrane module 9B is discharged out of the water purifier from the discharge path 7B connected to the concentrated water discharge port 9i.
  • the foreign matter adhering to the film means 9c includes a nucleating agent impregnated in the film means 9c and an aggregate formed by the nucleating agent.
  • the remaining portion of the purified water discharged from the first membrane module 9A flows out to the purified water channel 13. Thereby, it is possible to continue discharging a certain amount of purified water while backwashing the second membrane module 9B.
  • the eighth valve V8 may be closed and all the purified water discharged from the first membrane module 9A may be backwashed water.
  • the backwash line a line in which the purified water branch path 11B, the second membrane module 9B, and the discharge path 7B communicate with each other is adopted.
  • a line in which the raw water branch 5B and the discharge path 15B communicate with each other via the second membrane module 9B may be adopted.
  • the raw water supply means P1 may supply the raw water to the first membrane module 9A while pulsating the water pressure of the raw water.
  • Supplying the raw water to the first membrane module 9A while pulsating the water pressure of the raw water pulsates the purified water discharged from the first membrane module 9A, that is, the backwash water pressure, so that the reverse of the second membrane module 9B This is because the cleaning efficiency is increased.
  • As a method of pulsating the water pressure of the raw water for example, it is preferable to continuously change the rotation speed of the raw material supply means P1 by the inverter control unit 23.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a water flow state when the second membrane module is re-impregnated.
  • the eleventh valve V11 and the eighth valve V8 are released, and the first to fifth valves V1 to V5 and the ninth to tenth valves V9 to V10 are closed.
  • the valve opening / closing operation may be automatic control by the valve control unit or may be manually controlled.
  • a re-impregnation line in which the nucleating agent supply path 6B, the purified water branch path 11B, and the purified water path 13 communicate with each other through the membrane module 9B is formed.
  • the first, third valves V1, V3, the fourth valve V4, and the eighth valve V8 are released, The same operation may be performed by closing the second valve V2, the fifth valve V5, and the ninth to eleventh valves V9 to V11.
  • the valve opening / closing operation may be automatic control by the valve control unit or may be manually controlled.
  • a raw water treatment line is formed in which the raw water supply path 3, the raw water branch path 5B, the purified water branch path 11B, and the purified water path 13 communicate with each other through the second membrane module 9B. Moreover, the purified water branch path 11A and the discharge path 7A form a backwash line communicating with the first membrane module 9A.
  • the backwash line the backwash line in which the purified water branch 11A and the discharge path 7A communicated with each other via the first membrane module 9A is adopted.
  • the backwash line a line in which the purified water branch path 11A, the raw water branch path 5A, and the discharge path 15A communicate with each other via the first membrane module 9A may be adopted.
  • the tenth valve V10 and the eighth valve V8 are released, and the first to fifth valves V1 to V5, the ninth and eleventh valves V9 and V11 are closed.
  • the valve opening / closing operation may be automatic control by the valve control unit or may be manually controlled.
  • a re-impregnation line in which the nucleating agent supply path 6A, the purified water branch path 11A, and the purified water path 13 communicate with each other through the membrane module 9A is formed.
  • FIG. 13 shows a mode in which the re-impregnation step and the backwash step are performed simultaneously. That is, the first valve V1, the third valve V3, the fourth valve V4, the eighth valve V8, and the eleventh valve V11 are released, and the second valve V2, the fifth valve V5, and the ninth to tenth valves V9, V10 are opened. Close. Thereby, the backwashing process of 9 A of 1st membrane modules and the impregnation process of the 2nd membrane module 9B can be performed simultaneously.
  • FIG. 14 also shows that in the re-impregnation step, at least a part or all of the purified water discharged from the membrane module to be re-impregnated is backwashed and sent to the other membrane module to reverse the other membrane module.
  • a mode of washing was shown. That is, the eleventh valve V11 and the fourth valve V4 are released, and the first to third valves V1 to V3, the fifth valve V5, and the eighth to tenth valves V8 to V10 are closed. Accordingly, the membrane means of the second membrane module can be impregnated with the nucleating agent, and the first membrane module can be backwashed using the purified water discharged from the second membrane module as the backwash water.
  • the following steps (2) to (5) are appropriately switched after the impregnation step (1).
  • the steps (3) and (6) and the steps (4) and (5) can be performed simultaneously.
  • (1) A step of impregnating one or both of the first membrane module and the second membrane module with a nucleating agent
  • Backwashing step (4) re-impregnating the second membrane module with a nucleating agent (5) placing the second membrane module in a filtered state;
  • Reimpregnation step for impregnating the first membrane module with a nucleating agent The operation is switched by, for example, manual switch operation data or a membrane differential pressure calculation unit This is preferably performed based on differential pressure data, time data supplied by a timer, or the like.
  • the operation time of the impregnation step is preferably 1 minute or longer, more preferably 3 minutes or longer, preferably 10 minutes or shorter, more preferably 5 minutes or shorter. What is necessary is just to set the operation time of a purified water manufacturing process suitably according to the quality of raw
  • the time for the back washing step is, for example, preferably 30 seconds or more, more preferably 1 minute or more, particularly preferably 5 minutes or more, preferably 20 minutes or less, more preferably 10 minutes or less, and particularly preferably 7 minutes or less.
  • the time for the re-impregnation step is, for example, preferably 1 minute or more, more preferably 3 minutes or more, preferably 10 minutes or less, and more preferably 5 minutes or less.
  • the method for producing purified water of the present invention in which a nucleating agent is added to raw water and filtered through a membrane module provided with membrane means includes, for example, the following steps, and includes the following steps (2) to (4) as appropriate: It is preferable to carry out switching.
  • (1) Step of adding a nucleating agent to raw water (2) Purified water production step of filtering raw water through both the first membrane module and the second membrane module (3) The first membrane module is put into a filtered state, and the second membrane module (4) Backwashing process in which the second membrane module is in the filtered state and the first membrane module is in the backwashed state.
  • manual switch operation data, membrane differential pressure calculation This is preferably performed based on differential pressure data supplied by the unit, time data supplied by the timer, and the like.
  • the present invention has been described based on preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the shape, configuration, arrangement, and the like of each embodiment are within the scope of the present invention. Materials, processes, and the like can be changed as appropriate. In addition, the definitions of the configuration, arrangement, material, shape, numerical range, process, and the like shown in each embodiment can be applied independently or in combination of any two or more rules.
  • nucleating agent aqueous dispersion of ferric hydroxide colloidal particles
  • An aqueous dispersion of viscosity was obtained.
  • particle size control of nucleating agent The weight average particle diameter of the nucleating agent was proportional to the ratio of ferric chloride and was controlled by the mixing ratio of ferric chloride and sodium hydroxide.
  • Flocculant As comparative flocculants, the following commercial products were used.
  • Flocculant 1 Polyglutamic acid-based flocculant
  • Flocculant 2 Polyglutamic acid-based flocculant (including magnetic substance)
  • Flocculant 3 Inorganic flocculant (mainly Shirasu)
  • Coagulant 4 Calcium salt type coagulant
  • Coagulant 5 Zeolite type coagulant
  • Method removal test (1) Removal test for various metals A nucleating agent (an aqueous dispersion of ferric hydroxide colloid particles having a weight average particle diameter of about 10 nm) was added to 50 mL of raw water in which various metal components were adjusted to predetermined concentrations. . The nucleating agent was added so that the concentration was 0.6 mg / L. After the nucleating agent was added, the liquid to be treated was stirred for 1 minute to generate aggregates. Thereafter, the liquid to be treated was filtered through a filter membrane (filter paper: Advantec No. 2, pore size: 5 ⁇ m), and the removal rate was calculated. The calculated removal rate is shown in Table 2.
  • filter paper Advantec No. 2, pore size: 5 ⁇ m
  • the removal load index is a comprehensive index for determining filtration performance expressed by the concentration difference before and after the filtration process ⁇ the treatment amount.
  • Cd were used as heavy metals.
  • the heavy metal concentration and the removal load index before and after the filtration treatment are shown in FIGS.
  • the removal rate of heavy metals is shown in Table 3.
  • the overall removal rate including the filter paper and the blank test without adding the nucleating agent and the flocculant showed the removal rate (chemicals only) excluding the influence of the filter paper.
  • the nucleating agent used in the present invention shows a higher removal performance than the flocculants 1-5.
  • the purified water was manufactured using the experimental machine which combined the nucleating agent supply means and the ultrafiltration membrane (UF membrane). That is, in the raw water tank, the raw water whose metal concentration was adjusted to 0.02 mg / L was adjusted to pH 5.5, 6.5, 7.5, and 8.5, respectively. Thereafter, a nucleating agent (an aqueous dispersion of ferric hydroxide colloidal particles having a weight average particle diameter of about 10 nm) was added from the nucleating agent storage tank at concentrations of 0.12 mg / L, 0.36 mg / L, 0 The solution was added to the raw water so as to be 6 mg / L, and the liquid to be treated was stirred for 2 minutes to generate aggregates.
  • a nucleating agent an aqueous dispersion of ferric hydroxide colloidal particles having a weight average particle diameter of about 10 nm
  • FIG. 19 is a graph showing the relationship between the pH of raw water and the concentration of heavy metals in purified water after filtration for As.
  • FIG. 20 is a graph showing the relationship between the pH of raw water and the concentration of heavy metals in purified water after filtration for Pb. From the results of FIG. 19, it can be seen that the removal effect is obtained at pH 8.5, and that the removal effect of As is higher when the pH is lower than 8.5. Further, from the results of FIG. 20, it can be seen that the effect of removing Pb is higher when the pH is higher than 5.5.
  • the concentration of the nucleating agent is 0.12 mg / L, 0.36 mg / L, and 0.6 mg / L in the raw water whose As concentration is adjusted to 0.02 mg / L.
  • the solution to be treated was stirred for 1 minute to generate aggregates.
  • the liquid to be treated was filtered through a filtration membrane (Advantec No. 2: pore size: 5 ⁇ m), and the removal rate was calculated.
  • As the nucleating agent those having a weight average particle size of 15 nm, 25 nm, 50 nm, and 160 nm were used.
  • FIG. 21 is a graph showing the relationship between the As removal rate and the weight average particle size of the nucleating agent. It can be seen that the nucleating agent used in the present invention exhibits a high removal rate for As when the weight average particle diameter is in the range of 15 nm to 160 nm.
  • the central water purification apparatus of the present invention is small in size, can efficiently remove impurities such as heavy metal ions and arsenic, and has high backwashing efficiency.
  • the central water purification apparatus of this invention is suitable as a water purification apparatus which supplies purified water to the whole building, such as a condominium and a building.

Landscapes

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Abstract

【課題】重金属イオン、ヒ素などの不純物質を効率的に除去する浄水の製造方法および浄水装置を提供することを課題とする。また、マンション、ビルなどの建物全域に浄水を供給するセントラル浄水装置の小型化をさらなる課題とする。 【解決手段】本発明は、重金属イオン、ヒ素などの不純物質を捕捉する材料として、重量平均粒子径が５ｎｍ～１６０ｎｍの造核剤を使用するところに特徴がある。

Description

浄水の製造方法および浄水の製造装置
　本発明は、水処理技術に関するものである。
　近年、水道水から残留塩素（次亜塩素酸）、カビ臭、濁り、微生物等を除去することを目的とした小型浄水器が広く普及している。これらの浄水器には、水道水中の残留塩素、異味や異臭を取り除く活性炭、セラミックフィルタや、濁質や微生物を取り除く精密濾過膜、中空糸膜等が用いられていた。このような浄水器を住居等に設ける場合、台所の蛇口やシンク下に設置されることが多く、水道水を飲用や調理用に適するように浄化していた。
　一方で、ビルやホテルなどの建物内の全域で浄化した水道水を使用したい、あるいは井戸水を浄化して建物内の全域で使用したいといったニーズが存在したが、全ての浄水の使用場所にそれぞれ浄水器を設置するのは煩雑である。そこで、建物へ水道水等を導入する入口に大型の浄水装置を取り付けて、水道水をまとめて浄化して建物全体に給水する浄水システムも普及し始めている。これらの大型浄水装置も、小型浄水器と同様に活性炭、セラミックフィルタ、精密濾過膜などで構成され、これらを通過させることにより水道水中の残留塩素や濁質等を取り除き、建物内にある複数の浄水の使用場所へ浄水を供給する。なお、本発明において、このような大型浄水装置をセントラル浄水装置と称する場合がある。
　このような大型浄水装置に関するものとしては、膜モジュールを使用する濾過装置が知られている（例えば、特許文献１～３）。特許文献１には、複数の膜モジュールと、前記膜モジュールそれぞれの１次側に原液を導入する導入ラインと、前記膜モジュールそれぞれの２次側に接続されると共に、前記膜モジュールによって濾過された濾過液を排出する濾過液排出ラインと、を備え、逆洗時には、逆洗対象となる前記膜モジュールに連絡する前記導入ラインの流路は閉鎖される濾過装置において、前記導入ラインに設けられると共に、所定流量の原液を前記膜モジュールに供給する原液供給ポンプと、前記濾過液排出ラインに設けられると共に、前記濾過液を圧送する濾過液圧送ポンプと、前記濾過液排出ラインの前記濾過液圧送ポンプよりも下流側と前記膜モジュールそれぞれの２次側とを連絡すると共に、逆洗時に逆洗対象となる前記膜モジュールとの間で流路が開放されて前記濾過液が逆洗液として流動する逆洗ラインと、前記膜モジュールそれぞれの１次側に接続されると共に、逆洗時に逆洗対象となる前記膜モジュールからの流路が開放されて前記膜モジュールを透過した前記逆洗液が排出される洗浄液排出ラインと、前記濾過液圧送ポンプの吸い込み側における前記濾過液の圧力を検出する圧検出手段と、前記圧検出手段で検出された圧力に基づいて前記濾過液圧送ポンプの駆動を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする濾過装置が開示されている。
　特許文献２には、透過水ラインを共通とした複数の膜モジュールを備えてなる膜分離装置の運転方法において、一部の膜モジュールにて逆洗を行うときに他の膜モジュールの透過水をその吐出圧によって逆洗対象膜モジュールの二次側に供給し、次いでこの二次側に加圧気体を供給することを特徴とする膜分離装置の運転方法が開示されている。
　特許文献３には、複数の膜モジュールを備える膜濾過装置において、逆洗を行う膜モジュールに、他の膜モジュールから得られる膜透過水を直接通液して逆洗するように通液路を切り替える通液路切替機構と、各膜モジュールに加圧空気を供給するためのコンプレッサ及び空気配管とを備え、逆洗を行う膜モジュールへの原水の導入を停止し、代りにコンプレッサからの加圧空気を該逆洗を行う膜モジュールの１次側に導入すると共に、他の膜モジュールの透過水を該逆洗を行う膜モジュールの２次側に導入して逆洗を行うか、或いは、逆洗を行う膜モジュールの２次側に加圧空気を供給し、逆洗水中に混合して気液混合流体で逆洗を行うように構成されている膜濾過装置であって、原水槽に原水主配管が接続され、この原水主配管から原水枝配管が分岐しており、各原水枝配管の末端側が各膜モジュールの原水導入口に接続され、各原水枝配管に開閉バルブが設けられ、各膜モジュールの濃縮水流出口は、配管を介して三方バルブの流入ポートに接続され、該三方バルブはそれぞれ２個の流出ポートを備えており、そのうちの一方の流出ポートにそれぞれ濃縮水循環用の枝配管が接続され、これらの濃縮水枝配管は濃縮水主配管に接続されており、前記三方バルブの他方の流出ポートにはそれぞれ逆洗排水排出用の枝配管の一端が接続され、該枝配管の他端は逆洗排水排出用の主配管に接続されており、前記膜モジュールの透過水流出口には、それぞれ透過水取出用の枝配管の一端が接続されており、該枝配管の他端は透過水取出用の主配管に接続されており、前記原水枝配管の各開閉バルブと各膜モジュールとの間の部分に対し空気枝配管の末端側が接続され、各空気枝配管の上流端側は空気主配管に接続され、この空気主配管はコンプレッサに接続されていることを特徴とする膜濾過装置が開示されている。
　浄水装置が採取する原水の種類によっては、重金属、ヒ素、フッ素などの不純物質の含有率が異なる場合があり、不純物質を効率的に除去する必要がある。不純物質を除去する方法として、凝集剤を用いて不純物質を凝集させて沈殿、分離する方法が知られている。例えば、特許文献４には、凝集剤を添加してフロックを形成した被処理水を膜モジュールで濾過する凝集濾過処理装置であって、上記被処理水に凝集剤を添加する添加部が設けられ、上記添加部の下流側に凝集剤を添加した被処理水を撹拌する撹拌装置が設けられ、上記撹拌装置の下流側に上記膜モジュールが設けられていることを特徴とする凝集濾過処理装置が開示されている。
特開２０１１－１７７６５３号公報 特開２００１－１９０９３５号公報 特許第４１７８１７８号公報 特開２００４－２６７８４２号公報
　濾過手段として膜モジュールを使用した濾過装置において、凝集剤を添加し、凝集物を沈殿、除去する方法では、凝集沈殿槽が必要となるため、装置が大型化するという問題がある。しかしながら、ビルやホテルなどの建物に濾過装置を設置するためには、濾過装置を小型化することが求められている。また、濾過手段として膜モジュールを使用する濾過装置を継続的に使用していると、膜モジュールが備える濾過膜に異物が目詰まりして、濾過効率が低下する。濾過装置の膜モジュールの濾過効率を低下させないためには、膜モジュールを逆洗浄する必要がある。しかし、凝集剤を用いた場合には、凝集物が濾過膜の細孔を閉塞しやすく、頻繁に逆洗浄をする必要がある。本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであって、重金属イオン、ヒ素などの不純物質を効率的に除去する浄水の製造方法および浄水装置を提供することを課題とする。また、本発明は、マンション、ビルなどの建物全域に浄水を供給するセントラル浄水装置の小型化をさらなる課題とする。
本発明の浄水の製造方法は、原水に重量平均粒子径が５ｎｍ～１６０ｎｍの造核剤を添加し、膜手段を備える膜モジュールで濾過することを特徴とする。また、本発明の浄水の製造方法は、原水を、重量平均粒子径が５ｎｍ～１６０ｎｍの造核剤を含浸させた膜手段を備える膜モジュールで濾過することを特徴とする。さらに、本発明の浄水装置は、原水を、膜手段を備える膜モジュールで濾過する浄水装置において、前記膜手段に、および／または、前記膜手段の上流側で原水に、重量平均粒子径が５ｎｍ～１６０ｎｍの造核剤を供給する手段を備えることを特徴とする。
一般に市販されている凝集剤は、例えば、被処理水に浮遊する１００μｍ～１μｍ程度のコロイド粒子を凝集させるのに適しているが、粒度の小さい重金属イオンなどのイオン物質やイオン分子を凝集させることは難しい。本発明者らは、重量平均粒子径が５ｎｍ～１６０ｎｍの粒度が小さい造核剤を使用すれば、粒度が小さい重金属イオンなどのイオン物質やイオン分子を捕捉する効果が大きくなることを見出し、本発明を完成した。
本発明で使用する「造核剤」は、原水中に含まれるイオン性の不純物質を電位による電荷効果によって吸着し、造核剤を中心として粒子が成長して、造核剤自体の粒度が大きくなる作用を有するものと考えられている。さらに、造核剤を中心とした粒子同士が凝集した凝集物を生成する場合もある。一般の凝集剤が、不純物を凝集し、凝集物を大きくし、沈殿させて除去することを目的としているのに対し、本発明で使用する「造核剤」は、凝集物を大きくすることを目的とせず、沈殿させる必要もない。むしろ、本発明の「造核剤」を用いれば、凝集物の粒度が制御されて、膜モジュールが備える膜手段の閉塞を抑制する効果があると考えられる。
　前記造核剤としては、金属コロイド粒子の水分散物が好ましく、水酸化第二鉄のコロイド粒子の水分散物が好ましい。前記造核剤の重量平均粒子径をＡ（ｎｍ）とし、膜モジュールが有する膜手段の細孔径をＢ（ｎｍ）としたときに、Ｂ／Ａを１～２０とすることが好ましい。本発明の浄水の製造方法では、造核剤を添加する前の原水のｐＨを４～８．５に調整することが好ましい。ヒ素の除去効率が高くなるからである。前記膜モジュールは、膜手段として、中空糸膜タイプの限外濾過膜を備えるものが好ましい。
　本発明によれば、重金属イオンおよびヒ素などの不純物質を効率的に除去した浄水を提供することができる。また、本発明によれば、逆洗浄効率が高い浄水装置が得られる。本発明の浄水装置は、小型化が可能である。
水酸化第二鉄コロイド粒子を模式的に説明する説明図である。 水酸化第二鉄コロイド粒子を模式的に説明する説明図である。 重金属イオンを捕捉する態様を模式的に説明する説明図である。 造核した粒子同士が凝集する態様を模式的に説明する説明図である。 本発明の一実施形態の浄水装置を模式的に示す図である。 本発明の別の実施形態の浄水装置を模式的に示す図である。 実施形態の浄水装置の含浸工程の通水状態を示す図である。 実施形態の浄水装置の浄水製造工程の通水状態を示す図である。 実施形態の浄水装置の逆洗工程の通水状態を示す図である。 実施形態の浄水装置の再含浸工程の通水状態を示す図である。 実施形態の浄水装置の逆洗工程の通水状態を示す図である。 実施形態の浄水装置の再含浸工程の通水状態を示す図である。 実施形態の浄水装置の再含浸工程の変形例の通水状態を示す図である。 実施形態の浄水装置の再含浸工程の変形例の通水状態を示す図である。 濾過処理前後の処理水中のＣｄ濃度変化を示すグラフである。 Ｃｄ除去負荷量指数を示すグラフである。 濾過処理前後の処理水のＡｓ濃度変化を示すグラフである。 Ａｓ除去負荷量指数を示すグラフである。 濾過処理後のＡｓ濃度のｐＨ依存性を示すグラフである。 濾過処理後のＰｂ濃度のｐＨ依存性を示すグラフである。 平均粒子径と除去率との関係を示すグラフである。
（１）浄水の製造方法
　本発明の浄水の製造方法は、原水に重量平均粒子径が５ｎｍ～１６０ｎｍの造核剤を添加し、膜手段を備える膜モジュールで濾過することを特徴とする。また、本発明の浄水の製造方法は、原水を、重量平均粒子径が５ｎｍ～１６０ｎｍの造核剤を含浸させた膜手段を備える膜モジュールで濾過することを特徴とする。いずれの方法によっても、原水中に含まれる粒度が小さい重金属イオンなどの不純物質は、造核剤に捕捉されて、効率的に除去される。
　まず、本発明で使用する重量平均粒子径が５ｎｍ～１６０ｎｍの造核剤について説明する。本発明で使用する重量平均粒子径が５ｎｍ～１６０ｎｍの造核剤は、原水中に含まれるイオン性の不純物質を電位による電荷効果によって吸着し、造核剤を中心として粒子が成長し、造核剤自体の粒度が大きくなるものと考えられている。さらに、造核剤を中心とする成長した粒子同士が凝集して、凝集物を形成する場合もある。本発明では、重量平均粒子径が５ｎｍ～１６０ｎｍの造核剤を用いることにより、原水に含まれる粒度が小さい不純物質（重金属イオン、ヒ素、フッ素などのイオン性物質）を効率的に捕捉できる。また、成長した造核剤粒子、および、これらが凝集した凝集物の粒度を制御するという観点からも、造核剤の重量平均粒子径は、５ｎｍ～１６０ｎｍに制御されていることが好ましい。重量平均粒子径が５ｎｍ～１６０ｎｍの造核剤を用いることにより、凝集物による膜モジュールが備える膜手段の閉塞が抑制されると考えられる。
　前記造核剤の重量平均粒子径は、１０ｎｍ以上がより好ましく、１５ｎｍ以上がさらに好ましく、５０ｎｍ以下が好ましく、４０ｎｍ以下がより好ましく、２５ｎｍ以下がさらに好ましい。重量平均粒子径が小さくなりすぎると、造核剤が、膜モジュールが備える膜手段を透過する可能性がある。また、重量平均粒子径が大きくなりすぎると、ヒ素や重金属などのイオン分子を捕捉する効果が小さくなる。本発明において、造核剤の重量平均粒子径は、例えば、大塚電子（株）製のＤＬＳ－８０００／６５００を用いて、動的光散乱法により測定する。
　前記造核剤としては、金属コロイド粒子の水分散物が好ましい。前記金属コロイド粒子の水分散物としては、例えば、正に帯電した金属イオン粒子の外側を、負に帯電した対イオンが吸着してなるコロイド粒子が、水に分散したものを挙げることができる。前記金属コロイド粒子の金属成分としては、例えば、第二鉄イオン、亜鉛イオン、アルミニウムイオン、チタニウムイオンなどを挙げることができる。対イオンとしては、硫酸イオン、水酸化物イオン、塩素イオンなどを挙げることができる。これらの中でも、造核剤としては、安定性とヒ素の捕捉に優れる水酸化第二鉄の水分散物を使用することが好ましい。
　図１は、造核剤として好適に使用する水酸化第二鉄コロイド粒子１００を模式的に説明する説明図である。正に帯電した鉄イオン（Ｆｅ３+）からなる核１０１の表面に対イオンである水酸化物イオン（ＯＨ－）からなる層１０２が形成されている。水酸化第二鉄コロイド粒子１００は、鉄イオンからなる核１０１の外側に水酸化物イオンからなる層１０２が形成されているために、水との親和性が高く、水中での安定性が高い。また、この水酸化第二鉄コロイド粒子を中心として、成長用の鉄イオン（Ｆｅ３+）を加えることにより、図２に示した様に、鉄イオン（Ｆｅ３+）からなる層１０３と、水酸化物イオン（ＯＨ－）からなる層１０４とが交互に形成され、粒子径が大きくなる。
　図３は、造核剤である水酸化第二鉄コロイド粒子が、重金属イオン（Ｍ+）を捕捉する態様を模式的に説明する説明図である。正に帯電した鉄イオン（Ｆｅ３+）からなる核１０１の表面には、対イオンである水酸化物イオン（ＯＨ－）からなる層１０２が形成されている。水酸化物イオン（ＯＨ－）からなる層１０２は負に帯電しているため、正に帯電した重金属イオン（Ｍ+）を電位による電荷効果により引き寄せる。その結果、正に帯電した重金属イオン（Ｍ+）からなる層１０５が、水酸化物イオンからなる層１０２の外側に形成される。同様の作用により、重金属イオン（Ｍ+）からなる層１０５の外側には、水酸化物イオン（ＯＨ－）からなる層１０６が形成される。なお、鉄イオンからなる核１０１から離れるにつれて、電位による電荷効果が弱くなる。そのため、外側の層では正負のイオンが混在しやすくなる。このように、造核剤は、金属イオンの核を中心として、対イオンを吸着することにより、粒子が成長する。その際、原水中のイオン性不純物質を粒子内部に捕捉する。図４は、造核した粒子同士が凝集して、さらなる凝集物を形成する態様を示した。
　前記水酸化第二鉄コロイドの水分散物は、例えば、塩化第二鉄に水酸化ナトリウムを加えて、ｐＨを約２．７になるように調整して、加熱することにより作製することができる。平均粒子径は、３価鉄イオンと水酸化物イオン、あるいは、コロイド粒子の成長用に加える鉄イオンの量などにより制御することができる。また、前記水酸化第二鉄のコロイド粒子の水分散物は、ｐＨが１．５～４．０に調整されていることが好ましい。ｐＨが高くなると、水酸化第二鉄コロイドの安定性が低下する場合があるからである。なお、前記水酸化第二鉄のコロイド粒子の水分散物に塩化第二鉄由来等の鉄イオンが含まれると、造核剤によって原水から発生する凝集物の大きさが大きくなって膜手段を閉塞しやすくなるので、塩化第二鉄と水酸化ナトリウムの量を調整することにより、前記水酸化第二鉄のコロイド粒子の水分散物に塩化第二鉄由来等の鉄イオンは含まれていないようにするのがよい。
　本発明の浄水の製造方法では、原水に重量平均粒子径が５ｎｍ～１６０ｎｍの造核剤を添加し、膜手段を備える膜モジュールで濾過してもよいし、原水を、重量平均粒子径が５ｎｍ～１６０ｎｍの造核剤を含浸させた膜手段を備える膜モジュールで濾過するようにしてもよい。
　原水に造核剤を添加する態様では、例えば、原水槽に貯蔵した原水に造核剤を添加する態様、膜モジュールに原水を供給する原水供給路で、原水に造核剤を添加する態様などを挙げることができる。造核剤によって形成される凝集物の粒度を制御するという観点からは、膜モジュールの直前で原水に造核剤を添加することが好ましい。凝集物の粒度が大きくなりすぎると、凝集物が膜モジュールの細孔を閉塞する場合がある。なお、原水に造核剤を添加する態様では、発生する凝集物を沈降・分離させることなく、そのまま膜モジュールで濾過することが好ましい。造核剤を含浸させた膜手段を備える膜モジュールで濾過する様態では、造核剤（具体的には水酸化第二鉄コロイド粒子の水分散物）を原水に混ぜずに、当造核剤そのものを膜モジュールに供給して造核剤を膜手段に含浸させるのがよい。また、造核剤を含浸させた膜手段を備える膜モジュールで濾過する様態では、含浸を高める為に後述の全量ろ過方式を採用するのが好ましい。
　造核剤として好適に使用する水酸化第二鉄コロイドの水分散物（原水に添加する為にあらかじめ製造しておく造核剤の水分散物）の全鉄濃度は、造核剤の運搬性および運搬コストを考慮すると高濃度が好ましい。即ち、１，０００ｍｇ／Ｌ以上が好ましく、３，０００ｍｇ／Ｌ以上がより好ましく、４，０００ｍｇ／Ｌ以上がさらに好ましい。但し、１０，０００ｍｇ／Ｌ超では、自己凝集し沈殿物を生じることから、１０，０００ｍｇ／Ｌ以下が好ましく、８，０００ｍｇ／Ｌ以下がより好ましく、６，０００ｍｇ／Ｌ以下がさらに好ましい。造核剤として水酸化第二鉄コロイドの水分散物を原水に添加する態様では、原水に対する造核剤濃度は、高濃度であるほど除去効果を発揮することから、全鉄濃度で０．１２ｍｇ／Ｌ以上が好ましく、０．３６ｍｇ／Ｌ以上がより好ましく、０．６ｍｇ／Ｌ以上がさらに好ましい。但し、コスト面を考えると、１．０ｍｇ/Ｌ以下が好ましく、０．８ｍｇ/Ｌ以下がより好ましい。全鉄濃度はＩＣＰ質量分析法にて測定する。なお、前記水酸化第二鉄コロイドの水分散物（原水に添加する為にあらかじめ製造しておく造核剤の水分散物）に当水和物の原料となる塩化第二鉄由来等の鉄イオンが含まれている場合は、原水に添加する水酸化第二鉄コロイドの水溶液に含まれる鉄の総質量をＡ、水酸化第二鉄コロイドに含まれる鉄の総質量をＢ、水酸化第二鉄コロイド以外の鉄の総質量をＣとした場合に、（Ｂ／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ））の値を０．９以上にするのが好ましく、０．９５以上にするのがより好ましく、０．９９以上とするのがより好ましい。また、前記水酸化第二鉄コロイドの水分散物以外に鉄イオンを含有する他の水溶液を原水に添加する場合は、原水に供給される他の水溶液に含まれる鉄イオンの総質量をＤとした場合に、（Ｂ／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ））の値を０．９以上にするのが好ましく、０．９５以上にするのがより好ましく、０．９９以上とするのがより好ましい。（Ｂ／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ））や（Ｂ／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ））の値を１に近づけるほど、膜手段の閉塞を抑止でき、浄水コストを低減できる。また、前記水酸化第二鉄コロイドの水分散物以外の他の水溶液を原水に添加すると、浄水装置のコスト及び／又は浄水コストの上昇を招くので、他の水溶液は原水に添加しない方がよい。言い換えると、原水に添加される添加物における鉄の総質量に対する水酸化第二鉄コロイドの鉄の総質量の割合を０．９以上にするのが好ましく、０．９５以上にするのがより好ましく、０．９９以上とするのがより好ましい。
　膜モジュールに造核剤を含浸させる態様では、重量平均粒子径が５ｎｍ～１６０ｎｍの造核剤を使用しているので、造核剤が膜モジュールの膜手段の細孔に侵入することができる。斯かる態様では、膜手段内で、造核剤と原水中の不純物質とを確実に接触させることができ、不純物質を捕捉する確率が高くなる。
　本発明の浄水の製造方法では、造核剤を添加する前の原水のｐＨを４～８．５に調整することが好ましい。原水のｐＨを４～８．５に調整しておくことにより、原水中のヒ素の除去効率を高めることができる。この観点から、原水のｐＨは、４．５以上が好ましく、５以上がより好ましく、７．５以下が好ましく、７以下がより好ましく、６．５以下がさらに好ましい。ｐＨの調整は、原水にアルカリまたは酸を加えればよい。前記アルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニアなどのアルカリ溶液を挙げることができる。安価で取扱いし易いという理由から、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムが好ましく、水酸化ナトリウムがより好ましい。前記酸としては、塩酸、硝酸、酢酸、希硫酸などを挙げることができ、安価で取扱いしやすいという理由から、塩酸や希硫酸が好ましく、塩酸がより好ましい。
　本発明で使用する膜モジュールは、原水中の微粒子や濁質などの異物を除去して、浄水を排出する。前記膜モジュールが備える膜手段としては、例えば、逆浸透膜（ＲＯ膜）、ナノ濾過膜（ＮＦ膜）、精密濾過膜（ＭＦ膜）、限外濾過膜（ＵＦ膜）などの濾過膜を挙げることができる。逆浸透膜（ＲＯ膜）は、濾過する際の通水圧力が高くなるために、原水供給手段を高性能化、あるいは、大型化する必要がある。また、動作時の電力コストも高くなる場合があり、捨て水が必要なために、水使用量のコストも高くなる。比較的低圧で低コストで原水を濾過させることができるという観点から、膜モジュールが備える膜手段としては、ナノ濾過膜（ＮＦ膜）、精密濾過膜（ＭＦ膜）、限外濾過膜（ＵＦ膜）が好ましく、精密濾過膜（ＭＦ膜）、限外濾過膜（ＵＦ膜）がより好ましく、限外濾過膜（ＵＦ膜）がさらに好ましい。限外濾過膜（ＵＦ膜）は、目の大きさが１０ｎｍ～１００ｎｍであり、造核剤及び凝集物を確実に除去できるからである。精密濾過膜（ＭＦ膜）は、目の粗さが１００ｎｍ～１μｍであり、造核剤および凝集物が膜を透過してしまうおそれがある。前記膜モジュールは、外圧式または内圧式のいずれであってもよく、好ましくは、内圧式である。また、膜手段としては、中空糸膜を使用することが好ましい。ろ過方式としては、原水を全てろ過膜にてろ過して浄水にする全量ろ過方式（デッドエンドろ過方式）と、原水をろ過膜の表面に対し平行に流して、浄水されなかった分の原水とろ過膜にてろ過された浄水の両方を排出するクロスフローろ過方式があるが、浄水量を多くすることができる全量ろ過方式を採用するのが好ましい。
　本発明の浄水の製造方法では、造核剤の重量平均粒子径をＡ（ｎｍ）とし、膜モジュールが有する膜手段の細孔径をＢ（ｎｍ）としたときに、Ｂ／Ａを１～２０とすることがさらに好ましい。造核剤の重量平均粒子径Ａ（ｎｍ）と、膜手段の細孔径Ｂ（ｎｍ）とが、前記関係を満足することにより、造核剤および凝集物が膜手段の細孔を閉塞することがなく、逆洗浄の回数を低減することができる。この観点から、Ｂ／Ａは、２以上が好ましく、５以上がより好ましく、１０以下が好ましく、７以下がより好ましい。膜手段の細孔径Ｂ（ｎｍ）は、バブルポイント法（ＪＩＳ　Ｋ　３８３２）に従って、求めることができる。
　ＵＦ膜の場合は、目の大きさは、分離対象物質を指標とする分画分子量により分類される。すなわち、対象膜で分離できるマーカーの分子量で分類を行う。代表的なマーカーを下記表に示した。なお、膜の阻止率は、供給液側の対象物質の濃度に対する透過液側の対象物質の濃度の比で定義され分離性能が評価できる。通常、阻止率が９０％程度の対象物質の分子量を分画分子量としている。膜手段の細孔径Ｂ（ｎｍ）としては、下記表の分子量と分子径とから得られる近似曲線（Ｙ＝０．１５０６×Ｍ０．３３７１、Ｙは、分子径（ｎｍ）、Ｍは、分子量、Ｒ２＝０．９９９４）から算出される分子径Ｙ（ｎｍ）を採用することとした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　（特許庁標準技術集：有機高分子多孔質体２－１－３－２.フラックス（分画分子量）参照）
　膜手段で濾過された浄水には、必要に応じて薬液を加えてもよい。前記薬液としては、特に限定されないが、例えば、次亜塩素酸、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸水溶液などを挙げることができる。これらの中でも、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を用いることが好ましい。次亜塩素酸ナトリウムを添加することにより、水中で次亜塩素酸イオンに電離するとともに、その一部が水と反応して、次亜塩素酸となる。これらの殺菌力によって浄水装置から吐出される浄水において、例えば、本発明の浄水装置から各使用箇所までの配管における菌の繁殖を防止することができ、使用者が飲用などに用いるまでの浄水の安全性を維持することができる。
　次亜塩素酸ナトリウムを浄水に添加する場合、殺菌力と二次浄水装置での塩素除去効率などとの関係を考慮して、得られる浄水中の塩素濃度は、０．３ｍｇ／Ｌ以上が好ましく、０．４ｍｇ／Ｌ以上がより好ましく、０．５ｍｇ／Ｌ以上がさらに好ましく、０．８ｍｇ／Ｌ以下が好ましく、０．７ｍｇ／Ｌ以下がより好ましい。このように浄水中に塩素を含有させることにより、原水が塩素を含む水道水の場合に、本発明の浄水装置で不純物質を除去する工程で塩素を除去した場合でも、当該装置から流出する浄水に塩素を含有させることができ、また、塩素を含まない水を原水として用いた場合にも、塩素を添加することができ、衛生に優れたものとなる。
　本発明の浄水の製造方法によれば、例えば、鉄、カドミウム、銅、鉛、ヒ素（ＡｓＯ４ ３－など）などの重金属イオン、アルミニウムなどの金属イオンを除去することができる。
　（２）浄水装置
　本発明の浄水装置は、原水を、膜手段を備える膜モジュールで濾過する浄水装置において、前記膜手段に、および／または、前記膜手段の上流側で原水に、重量平均粒子径が５ｎｍ～１６０ｎｍの造核剤を供給する手段を備えることを特徴とする。重量平均粒子径が５ｎｍ～１６０ｎｍの造核剤を膜手段に供給する態様では、膜手段を造核剤で含浸させて、原水と造核剤とを膜手段内で接触させるようにして、造核剤が不純物質を捕捉する。すなわち、造核剤は、膜手段を透過できず、膜手段の細孔内に保持される。膜手段の細孔内に保持された造核剤が、不純物質と接触して、不純物質を捕捉する。不純物質は、膜手段の細孔内に保持された造核剤に捕捉されることにより、原水から取り除かれる。
　原水に造核剤を添加する態様では、原水中で、造核剤と不純物質とが接触して、造核剤が不純物質を捕捉する。不純物質を捕捉した造核剤は、膜手段を透過できず、不純物質とともに原水から取り除かれる。重量平均粒子径が５ｎｍ～１６０ｎｍの造核剤を供給する手段は、特に限定されず、例えば、造核剤を貯蔵するタンクと、造核剤を供給する送液手段と、造核剤供給路とから構成される。なお、本発明の浄水装置は、小型化するという観点から、造核剤の添加によって発生する凝集物を沈殿させて分離する分離槽を設けないことが好ましい。
　本発明の浄水装置は、膜モジュールを逆洗浄できるように構成されていることが好ましい。膜モジュールの目詰まりを除去して、長期間、安定的に浄水を供給するためである。以下、本発明の浄水装置を、逆洗浄が可能なように構成されたセントラル浄水装置の態様に基づいて説明する。
　図５に示したセントラル浄水装置１は、原水供給路３と、原水供給路３に配置され、原水を送液する原水供給手段Ｐ１と、前記原水供給路３を少なくとも二以上に分岐する複数の原水分岐路５Ａ，５Ｂと、前記複数の原水分岐路５Ａ，５Ｂに配置され、原水を濾過する複数の膜モジュール９Ａ，９Ｂと、前記膜モジュール９Ａ，９Ｂが備える原水を濾過する膜手段９ｃの上流側に接続する排出路７Ａ，７Ｂと、前記複数の膜モジュール９Ａ，９Ｂの下流側に接続する複数の浄水分岐路１１Ａ，１１Ｂと、前記複数の浄水分岐路１１Ａ，１１Ｂが合流する浄水路１３と、重量平均粒子径が５ｎｍ～１６０ｎｍの造核剤を貯蔵するタンク３７と、造核剤を膜手段９ｃに供給する供給手段Ｐ３とを備える。なお、本発明において、原水が供給される側を上流側とし、浄水が排出される側を下流側と称する。
　原水供給路３は、水道水、井戸水などの浄化処理の対象となる原水を供給するものである。原水供給路３は、マンション、アパート、ビル、ホテル、複数の戸建て住宅などの建物に供給される水道本管から水道水を貯蔵する原水槽に接続するのがよいが、原水供給路３を水道本管に直接接続する事もできる。原水供給路３は、所定の管径を有する管路によって構成されている。原水供給路３は、原水供給路３を開閉するための流入弁（第１バルブＶ１）を備えることが好ましい。流入弁は、例えば、逆止弁としてもよい。
　原水供給路３には、原水を送液するための原水供給手段Ｐ１が配置されている。原水供給手段Ｐ１としては、例えば、縦型多段渦巻きポンプ、横型多段渦巻きポンプ、容積型のポンプなどを挙げることができる。これらの中でも、原水を安定的に加圧して送液するという理由から、原水供給手段Ｐ１としては、縦型多段渦巻きポンプを用いることが好ましい。
　原水供給路３の下流端は、分岐点４において、原水供給路３を複数に分岐する原水分岐路５Ａ、５Ｂの上流端に接続している。原水分岐路５Ａ、５Ｂは、所定の管径を有する管路によって構成される。原水分岐路５Ａ，５Ｂはそれぞれ、原水分岐路５Ａ，５Ｂを開閉するための流入弁（第２バルブＶ２と第３バルブＶ３）を備える。原水分岐路５Ａ，５Ｂの下流端は、原水を濾過する膜モジュール９Ａ，９Ｂに接続している。
　膜モジュール９Ａ、９Ｂは、原水中の微粒子や濁質などの異物を除去して、浄水を排出する。前記膜モジュール９Ａ，９Ｂは、原水を濾過する膜手段９ｃと、前記膜手段９ｃを収納する円筒状の容器９ｄとを備える。前記膜モジュール９Ａ，９Ｂは、前記円筒状の容器９ｄの内部において、原水を濾過する膜手段９ｃを挟んで、原水が供給される原水領域９ｅと、前記膜手段によって濾過された浄水が流入する浄水領域９ｆとを備えることが好ましい。
　前記膜モジュール９Ａ，９Ｂは、原水流入口９ｇと、造核剤流入口９ｊと、浄水排出口９ｈとを備え、さらに、濃縮水を排出するための濃縮水排出口９ｉとを備える。原水流入口９ｇと濃縮水排出口９ｉと造核剤流入口９ｊとは、膜モジュール９Ａ，９Ｂの原水領域９ｅに接続し、浄水排出口９ｈは、膜モジュール９Ａ，９Ｂの浄水領域９ｆに接続している。
　本発明の浄水装置は、重量平均粒子径が５ｎｍ～１６０ｎｍの造核剤を供給する手段を有する。図５の態様では、重量平均粒子径が５ｎｍ～１６０ｎｍの造核剤を供給する手段は、造核剤を貯蔵するタンク３７と、造核剤を膜モジュール９Ａ，９Ｂに供給するための供給手段Ｐ３と、前記貯蔵タンク３７と膜モジュール９Ａ，９Ｂとを接続する造核剤供給路６（６Ａ，６Ｂ）とで構成される。供給手段Ｐ３としては、例えば、縦型多段渦巻きポンプ、横型多段渦巻きポンプ、容積型のポンプなどを挙げることができる。造核剤供給路６Ａ，６Ｂは、所定の管径を有する管路から構成され、その下流端は、膜モジュール９Ａ，９Ｂの造核剤流入口９ｊに接続している。膜モジュール９Ａ，９Ｂの膜手段９ｃは、原水領域９ｅ側から含浸される。
　図５の態様の浄水装置は、膜モジュール９Ａ，９Ｂが備える膜手段９ｃの上流側に接続する排出路７Ａ，７Ｂを有する。前記排出路は、主に膜モジュールを逆洗浄したときの逆洗浄水を排出するための流路である。前記排出路は、膜モジュール９Ａ，９Ｂが備える膜手段９ｃの上流側に接続していればよく、例えば、膜モジュール９Ａ，９Ｂの原水領域９ｅに接続する態様、原水分岐路５Ａ，５Ｂに接続する態様、あるいは、膜モジュール９Ａ，９Ｂの原水領域９ｅ、および、原水分岐路５Ａ，５Ｂの両方に接続する態様などを挙げることができる。
　図５の態様では、膜モジュール９Ａ，９Ｂの濃縮水排出口９ｉに、排出路７Ａ、７Ｂの一方端が接続されている。排出路７Ａ、７Ｂは、所定の管径を有する管路から構成され、それぞれの流路を開閉するための弁（第４バルブＶ４、および第５バルブＶ５）を備えることが好ましい。排出路７Ａ，７Ｂは、さらに合流してもよい。
　前記膜モジュール９Ａ、９Ｂの下流側には、浄水分岐路１１Ａ，１１Ｂの上流端が接続されている。浄水分岐路１１Ａ,１１Ｂは、膜モジュール９Ａ，９Ｂの浄水排出口９ｈに接続している。浄水分岐路１１Ａ、１１Ｂの下流側は、合流点１７で接続し、複数の膜モジュールに接続する浄水分岐路１１Ａ，１１Ｂが連通するように形成されている。浄水分岐路１１Ａ、１１Ｂが連通することによって、一方の膜モジュールから排出された浄水を、他方の膜モジュールに逆流させることができる。合流点１７には、流路を切り替えるための三方コック４９が設けられている。なお、三方コック４９の代わりに、浄水分岐路１１Ａ，１１Ｂの下流側にそれぞれ、流路を切り替えるための開閉バルブを設けるようにしてもよい。
　原水分岐路５Ａ，５Ｂには、原水分岐路内を流れる原水の圧力を測定する圧力計１４Ａ，１４Ｂが備えられていることが好ましい。また、浄水分岐路１１Ａ，１１Ｂには、浄水分岐路内を流れる浄水の圧力を測定する圧力計１６Ａ，１６Ｂが備えられていることが好ましい。
　前記浄水分岐路１１Ａ，１１Ｂの合流点１７には、浄水路１３が接続している。前記浄水路１３には、浄水路１３を開閉するための弁（第８バルブＶ８）が設けられている。前記浄水路１３は、所定の管径を有する管路で構成されている。浄水路１３には浄水を排出するための浄水排出路１９が設けられていることが好ましい。浄水排出路１９は、所定の管径を有する管路によって構成され、浄水排出路１９を開閉するための弁（第９バルブＶ９）を備える。
　図５に示した浄水装置１は、制御手段２１を備えることが好ましい。制御手段２１は、例えば、インバーター制御部２３、バルブ制御部２５、膜差圧演算部２７、表示器２９、手動スイッチ３１、タイマー３３などを有していることが好ましい。
　図５の浄水装置１は、原水供給手段Ｐ１を制御するインバーター制御部２３を有することが特に好ましい。原水供給手段Ｐ１をインバーターで制御して、原水供給手段が供給する原水の水圧を制御することが好ましい。インバーター制御部２３は、例えば、浄水製造時には、原水の圧力がほぼ一定となるように原水供給手段Ｐ１を制御し、逆洗浄運転時には、原水の圧力が脈動するように原水供給手段Ｐ１を制御する。
　膜差圧演算部２７は、圧力計１４Ａ，１４Ｂ，１６Ａ，１６Ｂの計測値を受信し、膜モジュール９Ａ，９Ｂ前後の圧力差を演算する。膜差圧演算部２７は、例えば、前記圧力差のデータに応じて、バルブ制御部２５に、浄水製造運転または逆洗浄運転を行うように、バルブの切り替えを指示する。
　バルブ制御部２５は、手動スイッチ操作データ、膜差圧演算部が供給する膜差圧データ、タイマーが供給する時間データなどに基づいて、バルブの開閉を行う。バルブ制御部と各バルブは、有線または無線で接続されていることが好ましい。
　タイマー３３は、例えば、通常濾過運転の時間および逆洗浄運転の時間を計測し、それぞれの運転時間が所定時間に達した場合には、バルブ制御部２５に、浄水製造運転または逆洗浄運転を行うように、バルブの切り替えを指示することができる。
　表示器２９は、例えば、圧力計から受信した圧力値、および、膜差圧、現在の運転工程などを表示することができる。
　図６には、本発明の浄水装置１の別の実施形態を示した。図６の実施形態では、造核剤を供給する手段は、造核剤を貯蔵するタンク３７と、造核剤を供給する供給手段Ｐ３と、造核剤供給路６とを有する。図６の実施形態では、原水槽３５に貯蔵された原水に造核剤を供給するように構成されている。なお、造核剤は、例えば、原水供給路５Ａ，５Ｂにおいて、原水に直接供給するようにしてもよい。
　図６の浄水装置１は、浄水に、次亜塩素酸、次亜塩素酸ナトリウムなどの薬液を添加するための薬液タンク４１および、薬液を送液するためのポンプＰ２を有する。なお、図６では、浄水装置１によって得られた浄水が、受水槽４５に供給されるように図示されているが、受水槽４５は、必ずしも必要ではない。
　原水槽３５および受水槽４５が、レベル計Ｌ１，Ｌ２を備えることも好ましい。例えば、レベル計Ｌ１が計測する原水槽３５の水位データに基づいて、原水が一定量処理されたときに、バルブ制御部２５が、通常濾過運転と逆洗浄運転を切り替えるように、バルブの切り替えを指示するようにしてよい。
　図５及び図６の実施形態では、膜モジュールとして、第一膜モジュール９Ａと第二膜モジュール９Ｂとを有する形態に基づいて説明するが、膜モジュールは、２以上であることが好ましい。例えば、第一膜モジュールと第二膜モジュールとからなる１対の膜モジュールセットを複数有する態様を挙げることができる。本発明の浄水装置が、第一膜モジュールと第二膜モジュールとからなる１対の膜モジュールセットを複数有することにより、原水の処理量を大きくすることができる。
　図５及び図６の実施形態では、濾過状態にある１つの膜モジュールから得られた浄水を、逆洗浄対象となる別の１つの膜モジュールの逆洗水として使用するように構成されている。すなわち、濾過状態の膜モジュールと逆洗対象の膜モジュールとの数の比が、１：１となっている。しかし、濾過状態にある複数の膜モジュールから得られた浄水を合流させて、逆洗対象となる１つの膜モジュールの逆洗水として使用するように構成してもよいし、濾過状態にある１つの膜モジュールから得られた浄水を分岐させて、逆洗対象となる複数の膜モジュールの逆洗水として使用するように構成してもよい。しかしながら、濾過状態の膜モジュール：逆洗対象の膜モジュール＝多：１の場合には、逆洗水の圧力が高くなりすぎて、逆洗対象の膜モジュールが備える濾過膜を損傷するおそれがある。一方、濾過状態の膜モジュール：逆洗対象の膜モジュール＝１：多の場合には、逆洗水の圧力が低下するので、逆洗浄効率が低下するおそれがある。従って、濾過状態の膜モジュールと逆洗対象の膜モジュールとの数の比は、１：１とすることが好ましい。
　本発明の浄水装置は、マンション、アパート、ビル、ホテル、複数の戸建てなどの建物に浄水を供給しうるセントラル浄水装置として好適に使用できる。前記セントラル浄水装置の浄水の供給量は、供給先の数や水使用量に応じて適宜設定する。例えば１００戸から２００戸のマンション１棟に１個のセントラル浄水装置を設置する場合を想定すると、前記セントラル浄水装置の浄水の供給量は、３，０００Ｌ／時以上が好ましく、４，０００Ｌ／時以上がより好ましく、５，０００Ｌ／時以上がさらに好ましく、８，０００Ｌ／時以下が好ましく、７，０００Ｌ／時以下がより好ましく、６，０００Ｌ／時以下がさらに好ましい。
　次に、図５の浄水装置を用いた浄水の製造方法の具体例について説明する。図５の浄水装置を用いた浄水の製造方法は、少なくとも第一膜モジュールと第二膜モジュールとを有する複数の膜モジュールの少なくとも一つに平均粒子径が５ｎｍ～１６０ｎｍの造核剤を供給して、複数の膜モジュールが有する膜手段の少なくとも一つを造核剤で含浸する含浸工程と、少なくとも第一膜モジュールと第二膜モジュールとを有する複数の膜モジュールに原水を並列に供給して、原水を複数の膜モジュールで濾過することにより浄水を製造する浄水製造工程と、第一膜モジュールまたは第二膜モジュールの一方に、原水を供給して濾過し、得られた浄水の少なくとも一部を、逆洗水として、他方の膜モジュールの下流側から上流側に逆流させて、他方の膜モジュールを逆洗浄する逆洗工程と、逆洗工程の後には、逆洗浄された膜モジュールに造核剤を供給して、膜モジュールが有する膜手段を造核剤で含浸する再含浸工程を有することを特徴とする。
　まず、含浸工程について図面を参照しながら説明する。図７は、含浸工程における本発明の浄水装置の通水状態を示す図である。含浸工程では、第８バルブＶ８、第１０～第１１バルブＶ１０～Ｖ１１を解放し、第１～第３バルブＶ１～Ｖ３、第４～第５バルブＶ４～Ｖ５、および、第９バルブＶ９を閉鎖する。これにより、造核剤タンク３７と、造核剤供給路６（６Ａ，６Ｂ）と、膜モジュール９Ａ，９Ｂと、浄水分岐路１１Ａ，１１Ｂと、浄水路１３とが連通した造核剤含浸ラインが形成される。バルブの開閉操作は、バルブ制御部による自動制御でもよいし、手動で制御してもよい。含浸工程において、膜モジュール９Ａ，９Ｂから排出される排出水は、浄水排出路１９から排出するのがよいが、浄水として利用してもよい。
　膜手段に造核剤を十分含浸させるという観点から、含浸工程では、膜手段の透過圧力の上限の圧力で、１～５分間、造核剤を供給させることが好ましい。
　次に、浄水製造工程について説明する。図８は、浄水製造工程における本発明の浄水装置１の通水状態を示す図である。図８に示すように、浄水製造工程では、第１～第３バルブＶ１～Ｖ３、第８バルブＶ８を解放し、第４～第５バルブＶ４～Ｖ５、および、第９バルブ～第１１バルブＶ９～Ｖ１１を閉鎖する。これにより、原水供給路３、原水分岐路５Ａ，５Ｂと、浄水分岐路１１Ａ，１１Ｂと、浄水路１３とが、膜モジュール９Ａ，９Ｂを介して連通した原水処理ラインが形成される。バルブの開閉操作は、バルブ制御部による自動制御でもよいし、手動で制御してもよい。
　原水供給手段Ｐ１は、原水を加圧して原水供給路に送液することが好ましい。原水の圧力は、使用する膜モジュールの許容圧力に応じて、適宜設定されることが好ましい。例えば、限外濾過膜（ＵＦ膜）及び精密濾過膜（ＭＦ膜）の場合、許容圧力は、約０．３５ＭＰａ程度であり、加圧された原水の圧力Ｐｆは、０．２ＭＰａ以上が好ましく、０．２５ＭＰａ以上がより好ましく、０．２８ＭＰａ以上がさらに好ましく、０．３５ＭＰａ以下が好ましく、０．３２ＭＰａ以下がより好ましく、０．３０ＭＰａ以下がさらに好ましい。加圧された原水の圧力Ｐｆが、許容圧力を超えると、濾過膜が損傷しやすくなる。また、加圧された原水の圧力Ｐｆが低すぎると、原水の流量が少なくなってしまうからである。なお、浄水製造工程においては、原水の圧力Ｐｆは、ほぼ一定であることが好ましい。
　原水は、分岐点４で分岐して、原水分岐路５Ａ，５Ｂを通って、第一および第二膜モジュール９Ａ，９Ｂに供給される。原水は、第一および第二膜モジュール９Ａ，９Ｂで濾過される。原水に含まれる異物や濁質などが、膜モジュールで除去される。また、原水が含有する不純物質（重金属イオン、ヒ素、フッ素など）が、造核剤に捕捉され、膜手段により原水から除去される。原水を第一および第二膜モジュール９Ａ，９Ｂで濾過する際には、第４および第５バルブＶ４，Ｖ５を解放して、濃縮水を、排出路７Ａ，７Ｂから排出しながら濾過するクロスフロー方式を採用してもよい。また、第４及び第５バルブＶ４，Ｖ５を閉鎖して、原水を濾過するデッドエンド方式を採用してもよい。デッドエンド方式を採用する場合には、膜モジュール９Ａ，９Ｂ内の溜まり部に異物が蓄積していくことになるので、時折、第４及び第５バルブＶ４，Ｖ５を解放して、異物を排出することが好ましい。
　第一および第二膜モジュール９Ａ，９Ｂから排出された浄水はそれぞれ、浄水分岐路１１Ａ，１１Ｂを通って合流点１７で合流し、浄水路１３に流出する。
　次に、逆洗工程について、説明する。逆洗工程では、第一膜モジュールまたは第二膜モジュールの一方に、原水を供給して濾過し、得られた浄水の少なくとも一部を、逆洗水として、他方の膜モジュールの下流側から上流側に逆流させて、他方の膜モジュールを逆洗浄する。
　以下、図９を参照しながら、第一膜モジュールを濾過状態として運転し、第二膜モジュールを逆洗する場合について、具体的に説明する。第一膜モジュールを濾過状態とし、第二膜モジュールを逆洗状態とするには、第１、第２バルブＶ１、Ｖ２、第５バルブＶ５、第８バルブＶ８を解放し、第３、第４バルブＶ３、Ｖ４、第９バルブ～第１１バルブＶ９～Ｖ１１を閉鎖する。バルブの開閉操作は、バルブ制御部による自動制御でもよいし、手動で制御してもよい。このバルブ操作により、原水供給路３と、原水分岐路５Ａと、浄水分岐路１１Ａと、浄水路１３とが、膜モジュール９Ａを介して連通した原水処理ラインが形成される。また、浄水分岐路１１Ｂと、排出路７Ｂとが、第二膜モジュール９Ｂを介して連通した逆洗ラインが形成される。
　第一膜モジュール９Ａから排出された浄水の少なくとも一部は、逆洗水として、浄水分岐路１１Ｂを逆流して、第二膜モジュール９Ｂの下流側の浄水排出口９ｈから第二膜モジュール９Ｂに侵入する。第二膜モジュール９Ｂ内に侵入した逆洗水は、第二膜モジュール９Ｂ内に配置された膜手段９ｃを透過して、上流側の濃縮水排出口９ｉから、排出路７Ｂへと流出する。この際、第二膜モジュール９Ｂの膜手段９ｃに付着している異物が遊離し、逆洗水とともに、排出路７Ｂへと流出する。逆洗水と第二膜モジュール９Ｂに付着していた異物は、濃縮水排出口９ｉに接続する排出路７Ｂから浄水装置外に排出される。膜手段９ｃに付着している異物には、膜手段９ｃに含浸させた造核剤、および、造核剤によって形成された凝集物が含まれる。
　また、第一膜モジュール９Ａから排出された浄水の残部は、浄水路１３に流出する。これにより、第二膜モジュール９Ｂを逆洗浄しながらも、一定量の浄水を排出し続けることができる。なお、第８バルブＶ８を閉じて、第一膜モジュール９Ａから排出された浄水の全部を逆洗水としてもよい。
　前記では、逆洗ラインとして、浄水分岐路１１Ｂと、第二膜モジュール９Ｂ、排出路７Ｂが連通したラインを採用したが、例えば、図６で示した態様のように、浄水分岐路１１Ｂと、原水分岐路５Ｂと、排出路１５Ｂとが、第二膜モジュール９Ｂを介して連通したラインを採用してもよい。
　逆洗浄工程では、原水供給手段Ｐ１は、原水の水圧を脈動させながら、第一膜モジュール９Ａに原水を供給してもよい。原水の水圧を脈動させながら、第一膜モジュール９Ａに原水を供給することにより、第一膜モジュール９Ａから排出される浄水、すなわち逆洗水の水圧が脈動するので、第二膜モジュール９Ｂの逆洗浄効率が高くなるからである。原水の水圧を脈動させる方法としては、例えば、原料供給手段Ｐ１の回転数をインバーター制御部２３により連続的に変化させることが好ましい。
　次に、再含浸工程について説明する。逆洗浄工程において、膜手段に含浸されていた造核剤が排出される。重金属イオンなどの不純物質を効率的に除去するためには、逆洗浄された膜手段に造核剤を再含浸することが好ましい。図１０は、第二膜モジュールを再含浸する場合の通水状態を示す説明図である。再含浸工程では、第１１バルブＶ１１、第８バルブＶ８を解放し、第１～第５バルブＶ１～Ｖ５、第９～第１０バルブＶ９～Ｖ１０を閉鎖する。バルブの開閉操作は、バルブ制御部による自動制御でもよいし、手動で制御してもよい。このバルブ操作により、造核剤供給路６Ｂと、浄水分岐路１１Ｂと、浄水路１３とが、膜モジュール９Ｂを介して連通した再含浸ラインが形成される。造核剤を、供給手段Ｐ３で、膜手段に供給することにより、膜手段を造核剤で再含浸することができる。
　次に、図１１を参照しながら、第二膜モジュール９Ｂを濾過状態として運転し、第一膜モジュール９Ａを逆洗する場合について説明する。第二膜モジュール９Ｂを濾過状態として運転し、第一膜モジュール９Ａを逆洗状態とするには、第１、第３バルブＶ１、Ｖ３、第４バルブＶ４、第８バルブＶ８を解放し、第２バルブＶ２、第５バルブＶ５、第９～第１１バルブＶ９～Ｖ１１を閉鎖して、同様の操作を行えばよい。バルブの開閉操作は、バルブ制御部による自動制御でもよいし、手動で制御してもよい。このバルブ操作により、原水供給路３と、原水分岐路５Ｂと、浄水分岐路１１Ｂと、浄水路１３とが、第二膜モジュール９Ｂを介して連通した原水処理ラインが形成する。また、浄水分岐路１１Ａと、排出路７Ａとが、第一膜モジュール９Ａを介して連通した逆洗ラインを形成する。
　前記では、逆洗ラインとして、浄水分岐路１１Ａと、排出路７Ａとが、第一膜モジュール９Ａを介して連通した逆洗ラインを採用したが、例えば、図６に示した態様のように、逆洗ラインとして、浄水分岐路１１Ａと、原水分岐路５Ａと、排出路１５Ａとが、第一膜モジュール９Ａを介して連通したラインを採用してもよい。
　第一膜モジュールを逆洗浄した後には、第一膜モジュールが有する膜手段に造核剤を再含浸する必要がある。図１２を参照しながら、第一膜モジュールが有する膜手段を再含浸する工程について説明する。再含浸工程では、第１０バルブＶ１０、第８バルブＶ８を解放し、第１～第５バルブＶ１～Ｖ５、第９、第１１バルブＶ９、Ｖ１１を閉鎖する。バルブの開閉操作は、バルブ制御部による自動制御でもよいし、手動で制御してもよい。このバルブ操作により、造核剤供給路６Ａと、浄水分岐路１１Ａと、浄水路１３とが、膜モジュール９Ａを介して連通した再含浸ラインが形成される。造核剤を、供給手段Ｐ３で、膜手段に供給することにより、膜手段を造核剤で再含浸することができる。
　以上の説明では、再含浸工程と、逆洗浄工程とを別々に行う態様に基づいて説明したが、再含浸工程と逆洗工程とは以下のように変形することができる。例えば、図１３には、再含浸工程と逆洗工程とを同時に行う態様を示した。すなわち、第１バルブＶ１、第３バルブＶ３、第４バルブＶ４、第８バルブＶ８、第１１バルブＶ１１を解放し、第２バルブＶ２、第５バルブＶ５、第９～第１０バルブＶ９，Ｖ１０を閉鎖する。これにより、第一膜モジュール９Ａの逆洗工程と、第二膜モジュール９Ｂの含浸工程とを同時に行うことができる。
　また、図１４には、再含浸工程において、再含浸の対象となる膜モジュールから排出された浄水の少なくとも一部または全部を逆洗水として、他方の膜モジュールに送って他方の膜モジュールを逆洗する態様を示した。すなわち、第１１バルブＶ１１、第４バルブＶ４を解放し、第１～第３バルブＶ１～Ｖ３、第５バルブＶ５、第８～第１０バルブＶ８～Ｖ１０を閉鎖する。これにより、第二膜モジュールが有する膜手段を造核剤で含浸するとともに、第二膜モジュールから排出された浄水を逆洗浄水として用いて、第一膜モジュールを逆洗浄することができる。
　原水を、造核剤を含浸させた膜手段を備える膜モジュールで濾過する本発明の浄水の製造方法では、（１）の含浸工程の後に、下記（２）～（５）の工程を適宜切り替えながら行うことが好ましい。また、上述したように、（３）と（６）の工程、（４）と（５）の工程を同時に行うこともできる。
（１）第一膜モジュールと第二膜モジュールの一方あるいは両方に造核剤を含浸する工程
（２）第一膜モジュールと第二膜モジュールの両方で原水を濾過する浄水製造工程
（３）第一膜モジュールを濾過状態とし、第二膜モジュールを逆洗状態とする逆洗浄工程
（４）第二膜モジュールを造核剤で含浸する再含浸工程
（５）第二膜モジュールを濾過状態とし、第一膜モジュールを逆洗状態とする逆洗浄工程
（６）第一膜モジュールを造核剤で含浸する再含浸工程
　運転の切り替えは、例えば、手動スイッチ操作データ、膜差圧演算部が供給する差圧データ、タイマーが供給する時間データ等に基づいて行うことが好ましい。
　含浸工程の運転時間は、１分以上が好ましく、３分以上がより好ましく、１０分以下が好ましく、５分以下がより好ましい。浄水製造工程の運転時間は、原水の水質や、処理速度などに応じて適宜設定すればよい。従って、浄水製造工程の時間は、数分、数時間～数日という範囲で変化する場合がある。逆洗浄工程の時間は、例えば、３０秒以上が好ましく、１分以上がより好ましく、５分以上が特に好ましく、２０分以下が好ましく、１０分以下がより好ましく、７分以下が特に好ましい。再含浸工程の時間は、例えば、１分以上が好ましく、３分以上がより好ましく、１０分以下が好ましく、５分以下がより好ましい。
　また、原水に造核剤を添加して、膜手段を備える膜モジュールで濾過する本発明の浄水の製造方法は、例えば、以下の工程を含み、下記（２）～（４）の工程を適宜切り替えながら行うことが好ましい。
（１）原水に造核剤を添加する工程
（２）第一膜モジュールと第二膜モジュールの両方で原水を濾過する浄水製造工程
（３）第一膜モジュールを濾過状態とし、第二膜モジュールを逆洗状態とする逆洗浄工程
（４）第二膜モジュールを濾過状態とし、第一膜モジュールを逆洗状態とする逆洗浄工程
　運転の切り替えは、例えば、手動スイッチ操作データ、膜差圧演算部が供給する差圧データ、タイマーが供給する時間データ等に基づいて行うことが好ましい。
　以上、本発明を好ましい実施形態に基づいて説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各実施形態の形状、構成、配置、材料、工程などを適宜変更することができる。また、各実施形態にて示した構成、配置、材料、形状、数値範囲、工程などの規定は、各々独立に、或いは、何れか２以上の規定を組み合わせて適用可能である。
　以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明は、下記実施例によって限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の変更、実施の態様は、いずれも本発明の範囲内に含まれる。
［造核剤（水酸化第二鉄のコロイド粒子の水分散物）の合成］
　原料として塩化第二鉄、水酸化ナトリウム、水を用意し、混合後のｐＨが２．５前後、濃度が鉄濃度換算で５，０００ｍｇ／Ｌとなるように調整し、ほぼ水と同程度の粘度の水分散物を得た。
［造核剤の粒子径制御］
　造核剤の重量平均粒子径は、塩化第二鉄の比率と比例し、塩化第二鉄と水酸化ナトリウムの混合比によって、制御した。
［凝集剤］
　比較用の凝集剤としては、以下の市販品を使用した。
凝集剤１：ポリグルタミン酸系凝集剤
凝集剤２：ポリグルタミン酸系凝集剤（磁性体含有）
凝集剤３：無機系凝集剤（シラスが主成分）
凝集剤４：カルシウム塩系凝集剤
凝集剤５：ゼオライト系凝集剤
　［金属の除去試験］
　（１）各種金属に対する除去試験
　各種金属成分を所定濃度に調整した原水５０ｍＬのそれぞれに、造核剤（重量平均粒子径約１０ｎｍの水酸化第二鉄のコロイド粒子の水分散物）を添加した。造核剤は、濃度が０．６ｍｇ／Ｌとなるように添加した。造核剤を添加後、被処理液を１分間撹拌して、凝集物を発生させた。その後、被処理液を濾過膜（ろ紙：ＡｄｖａｎｔｅｃＮｏ．２、孔径：５μｍ）で濾過し、除去率を算出した。算出した除去率を表２に示した。なお、ろ紙による濾過実験では、原水に含まれる金属成分がろ紙に吸着されることがある。そのため、ろ紙も含めた全体の除去率と、造核剤を添加せずにブランク試験を行い、ろ紙の影響を排除した除去率（薬品のみ）を示した。この結果より、本発明で使用する造核剤が、各種金属を除去しうることが分かる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　（２）造核剤と凝集剤の比較試験
　金属濃度を０．０２ｍｇ／Ｌに調整した原水５０ｍＬに、造核剤（重量平均粒子径約１０ｎｍの水酸化第二鉄コロイド粒子の水分散物）および凝集剤１～５をそれぞれ添加した。凝集剤および造核剤は、濃度が０．６ｍｇ／Ｌとなるように添加した。造核剤および凝集剤を添加後、混合液を１分間撹拌して、凝集物を発生させた。その後、被処理液を濾過膜（ＡｄｖａｎｔｅｃＮｏ．２：孔径：５μｍ）で濾過し、除去率および除去負荷量指数を算出した。なお、除去負荷量指数は、濾過処理前後の濃度差×処理量で表される総合的な濾過性能の判断指標である。重金属としては、ＡｓおよびＣｄを用いた。濾過処理前後の重金属濃度および除去負荷量指数を図１５～図１９に示した。また、重金属の除去率を表３に示した。なお、ろ紙による濾過実験では、原水に含まれる重金属がろ紙に吸着されることがある。そのため、ろ紙も含めた全体の除去率と、造核剤および凝集剤を添加せずにブランク試験を行い、ろ紙の影響を排除した除去率（薬品のみ）を示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　総合的な重金属除去性能を示す除去負荷量指数の結果をみると、本願発明で使用する造核剤は、凝集剤１～５より高い除去性能を示している。
　（３）ｐＨの影響について
　造核剤供給手段と限外ろ過膜（ＵＦ膜）とを組み合わせた実験機を用いて、浄水を製造した。即ち、原水槽において、金属濃度を０．０２ｍｇ／Ｌに調整した原水をそれぞれ、ｐＨを５．５、６．５、７．５、８．５に調整した。その後、造核剤（重量平均粒子径約１０ｎｍの水酸化第二鉄のコロイド粒子の水分散物）を、造核剤貯蔵タンクから、濃度が０．１２ｍｇ／Ｌ、０．３６ｍｇ／Ｌ、０．６ｍｇ／Ｌとなるように原水に添加し、被処理液を２分間撹拌して、凝集物を発生させた。被処理液をＵＦ膜（膜天社製、孔径：約１００ｎｍ）で濾過し、除去率を算出した。重金属としては、ＡｓおよびＰｂを用いた。図１９は、Ａｓについて、原水のｐＨと濾過処理後の浄水中の重金属濃度との関係を表すグラフである。図２０は、Ｐｂについて、原水のｐＨと濾過処理後の浄水中の重金属濃度との関係を示すグラフである。図１９の結果から、ｐＨが８．５で除去効果があり、またｐＨが８．５より低い方が、Ａｓの除去効果が高くなることが分かる。また、図２０の結果から、ｐＨが５．５より高い方が、Ｐｂの除去効果が高くなることが分かる。
　（４）造核剤の重量平均粒子径について
　Ａｓ濃度を０．０２ｍｇ／Ｌに調整した原水に、造核剤を濃度が０．１２ｍｇ／Ｌ、０．３６ｍｇ／Ｌ、０．６ｍｇ／Ｌとなるように添加し、被処理液を１分間撹拌して、凝集物を発生させた。被処理液を濾過膜（ＡｄｖａｎｔｅｃＮｏ．２：孔径：５μｍ）で濾過し、除去率を算出した。造核剤としては、重量平均粒子径が１５ｎｍ、２５ｎｍ、５０ｎｍ、１６０ｎｍのものを使用した。図２１は、Ａｓ除去率と造核剤の重量平均粒子径との関係を示すグラフである。本発明で使用する造核剤は、重量平均粒子径が１５ｎｍ～１６０ｎｍの範囲で、Ａｓについて高い除去率を示すことが分かる。
　本発明のセントラル浄水装置は、小型であり、重金属イオン、ヒ素などの不純物質を効率的に除去でき、また逆洗浄効率が高い。本発明のセントラル浄水装置は、マンション、ビルなどの建物全域に浄水を供給する浄水装置として好適である。
１：浄水装置、３：原水供給路、５Ａ，５Ｂ：原水分岐路、７Ａ，７Ｂ：排出路、９Ａ，９Ｂ：膜モジュール、１１Ａ，１１Ｂ：浄水分岐路、１３：浄水路、Ｐ１：原水供給手段、１８：圧力計

Claims (12)

  1. 　原水に重量平均粒子径が５ｎｍ～１６０ｎｍの造核剤を添加し、膜手段を備える膜モジュールで濾過することを特徴とする浄水の製造方法。
  2. 　原水を、重量平均粒子径が５ｎｍ～１６０ｎｍの造核剤を含浸させた膜手段を備える膜モジュールで濾過することを特徴とする浄水の製造方法。
  3. 　造核剤を原水に混ぜずに膜手段に供給して膜手段に造核剤を含浸させる請求項２に記載の浄水の製造方法。
  4. 　前記造核剤は、金属コロイド粒子の水分散物である請求項１～３のいずれか一項に記載の浄水の製造方法。
  5. 　前記造核剤は、水酸化第二鉄のコロイド粒子の水分散物である請求項１～４のいずれか一項に記載の浄水の製造方法。
  6. 　前記原水に添加される添加物における鉄の総質量に対する水酸化第二鉄コロイドの鉄の総質量の割合が０．９以上である請求項５に記載の浄水の製造方法。
  7. 　前記造核剤の重量平均粒子径をＡ（ｎｍ）とし、膜モジュールが有する膜手段の細孔径をＢ（ｎｍ）としたときに、Ｂ／Ａを１～２０とする請求項１～６のいずれか一項に記載の浄水の製造方法。
  8. 　造核剤を添加する前の原水のｐＨを４～８．５に調整する請求項１～７のいずれか一項に記載の浄水の製造方法。
  9. 　ろ過方式が全量ろ過方式である請求項１～８のいずれか一項に記載の浄水の製造方法。
  10. 　前記膜モジュールは、膜手段として、中空糸膜タイプの限外濾過膜を備えるものである請求項１～９のいずれか一項に記載の浄水の製造方法。
  11. 　原水を膜手段を備える膜モジュールで濾過する浄水装置において、前記膜手段に、および／または、前記膜手段の上流側で原水に、重量平均粒子径が５ｎｍ～１６０ｎｍの造核剤を供給する手段を備えることを特徴とする浄水装置。
  12. 　原水を膜手段を備える膜モジュールで全量ろ過する浄水装置において、造核剤を原水に混ぜずに膜手段に供給する手段を備えることを特徴とする浄水装置。
     
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