WO2020027147A1 - 浄水カートリッジ及び浄水器 - Google Patents

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WO2020027147A1
WO2020027147A1 PCT/JP2019/029872 JP2019029872W WO2020027147A1 WO 2020027147 A1 WO2020027147 A1 WO 2020027147A1 JP 2019029872 W JP2019029872 W JP 2019029872W WO 2020027147 A1 WO2020027147 A1 WO 2020027147A1
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WO
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water
heavy metal
water purification
purification cartridge
removing material
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Application number
PCT/JP2019/029872
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English (en)
French (fr)
Inventor
はつ美 竹田
里奈 石橋
Original Assignee
三菱ケミカル・クリンスイ株式会社
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Filing date
Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis

Definitions

  • the present invention relates to a water purification cartridge and a water purifier.
  • pitcher-type water purifiers that are easy to install and can be used with ease are in widespread use, and cartridges used in this pitcher-type water purifier are mainly of the type that filters only with their own weight. I have.
  • Patent Document 1 describes a water purification cartridge and a water purifier including a hollow fiber membrane and activated carbon.
  • JP-A-2004-230335 (published on August 19, 2004)
  • a water purification cartridge is required to maintain stable and long-term ability to purify water, such as the ability to remove heavy metals.
  • an object of the present invention is to provide a water purification cartridge capable of maintaining the ability to purify heavy metals in a short time for a longer period of time.
  • a water purification cartridge of the self-weight filtration type includes activated carbon, a heavy metal removal material that removes heavy metals in raw water, and a filtration membrane, and includes a filtration membrane.
  • An amount of at least 25% by mass based on the total mass of the adsorbent for purifying the raw water, a particle size of 90% by mass of the heavy metal removing material is 2 ⁇ 10 ⁇ 1 mm or more, Is 2 ⁇ 10 ⁇ 1 mm or more.
  • a water purification cartridge and a water purifier capable of maintaining the ability to purify heavy metals in a short time for a longer period of time.
  • a self-weight filtration type water purification cartridge includes activated carbon, a heavy metal removing material that removes heavy metals in raw water, and a filtration membrane, and the amount of the heavy metal removing material is for purifying the raw water. Is 25% by mass or more based on the total mass of the adsorbent, the particle size of 90% by mass of the heavy metal removing material is 2 ⁇ 10 ⁇ 1 mm or more, and the particle size of the activated carbon is 2 ⁇ 10 ⁇ 1. mm or more.
  • the ability to purify heavy metals in a short time can be maintained for a longer period of time. Specifically, filtration resistance can be reduced, a sufficient amount of water can be obtained, and clogging of the filtration membrane can be prevented. Further, even if the integrated flow rate of the flowing water increases, the filtration time can be stably shortened while lowering the heavy metal concentration of the purified water.
  • the dead-weight filtration type water purification cartridge can remove lead in raw water having various pHs.
  • Lead can be in the form of dissolved lead and particulate lead, with higher pH producing particulate lead.
  • the dissolved lead is removed by the heavy metal removing material, and when the particulate lead is difficult to remove by the heavy metal removing material, the particulate lead is removed by the filtration membrane. can do.
  • lead exists as soluble lead when the pH of the raw water is 6.5, and when the pH is 8.5, soluble lead and particulate lead are mixed.
  • adsorbent is used to adsorb a substance to be removed in raw water to remove raw water, and is used as an adsorbent (eg, activated carbon, heavy metal removing material) contained in a cartridge. And other adsorbents) are collectively simply referred to as “adsorbent”.
  • the water purification cartridge includes activated carbon. Activated carbon removes various impurities contained in raw water well.
  • Activated carbon includes plant materials (wood, cellulose, sawdust, charcoal, coconut husk charcoal, ash, etc.), coal (peat, lignite, lignite, bituminous coal, anthracite, tar, etc.), and petroleum (oil residue, Carbonize sulfuric acid sludge, oil carbon, etc., pulp waste liquid, synthetic resin, etc., and activate gas (steam, carbon dioxide, air, etc.) and chemical activation (calcium chloride, magnesium chloride, zinc chloride, phosphoric acid, sulfuric acid, etc.) as necessary. , Caustic soda, potassium hydroxide, etc.).
  • the fibrous activated carbon include those obtained by carbonizing and activating a precursor made of polyacrylonitrile (PAN), cellulose, phenol, and coal-based pits.
  • the form of the activated carbon is not particularly limited, and examples thereof include powdered, granular, fibrous, powdered, and / or shaped activated carbon obtained by solidifying activated carbon with a binder resin.
  • Activated carbon molded into a carbon is preferred.
  • granular activated carbon By using granular activated carbon, clogging of a hollow fiber membrane or the like due to activated carbon can be prevented, and the ability to purify heavy metals in a short time can be maintained for a longer period.
  • granular activated carbon filtration resistance can be reduced, and a sufficient amount of water can be obtained even with a gravity filter.
  • the lower limit of the particle size of the activated carbon is 2 ⁇ 10 ⁇ 1 mm or more, preferably 2.5 ⁇ 10 ⁇ 1 mm or more, and more preferably 4.25 ⁇ 10 ⁇ 1 mm or more.
  • the upper limit of the particle size of the activated carbon is preferably 4 mm or less, more preferably 2 mm or less.
  • the ratio of the total mass of the activated carbon having a particle size of 2 ⁇ 10 ⁇ 1 mm or more to the total mass of the activated carbon is preferably 90% by mass or more.
  • the ratio is equal to or more than the lower limit, the granular activated carbon can be easily dispersed in the adsorbent.
  • the upper limit of the ratio is 100% by mass.
  • the particle size of the activated carbon is measured by a sieving method using a JIS standard sieve specified in JIS K 1474.
  • the particle size of the activated carbon may be appropriately selected according to the specific gravity and particle size of the heavy metal removing material so that the activated carbon and the heavy metal removing material are uniformly mixed and dispersed in the water purification cartridge.
  • the pore size of the activated carbon is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.7 nm or more and 5 nm or less. Further, the thickness is more preferably 0.8 nm or more and 2 nm or less. According to this configuration, impurities in the raw water can be efficiently removed.
  • the pore size of the activated carbon is calculated by obtaining a nitrogen adsorption isotherm by a nitrogen adsorption method and analyzing the nitrogen adsorption isotherm.
  • the activated carbon is preferably contained in an amount of 5% by mass or more and 70% by mass or less, and more preferably 20% by mass or more and 60% by mass or less based on the total mass of the adsorbent contained in the cartridge. More preferred.
  • impurities in raw water can be efficiently removed.
  • chlorine can be removed.
  • the activated carbon is contained in an amount of 20% by mass or more with respect to the total mass of the adsorbent, it is possible to exhibit a chlorine removing ability equivalent to a heavy metal removing ability.
  • activated carbon obtained by attaching and / or mixing silver or the like to activated carbon may be used, for example. According to this configuration, an antibacterial function can be imparted to the water purification cartridge.
  • the type of activated carbon may be used alone, or two or more types may be used in combination. For example, depending on impurities to be removed, activated carbons having different pore diameters may be mixed and used. According to this configuration, the water purification cartridge can purify various impurities.
  • the water purification cartridge further includes a heavy metal removing material.
  • the heavy metal removing material can remove heavy metals contained in raw water.
  • examples of the heavy metal removed by the heavy metal removing material include lead.
  • lead can be suitably removed.
  • the heavy metal in the raw water may be in various forms, for example, a soluble heavy metal that dissolves in water, a particulate heavy metal having a diameter of 0.1 ⁇ m or less, and the like. According to one embodiment of the present invention, any form can be removed stably for a long period of time and can be suitably removed.
  • the heavy metal removing material is not particularly limited, and examples thereof include an inorganic heavy metal removing material, a weakly acidic cation exchange resin, and a chelate resin.
  • an inorganic heavy metal removing material is preferably zeolite or titanium silicate. By using zeolite or titanium silicate as a heavy metal removing material, heavy metals in raw water can be suitably removed.
  • the inorganic heavy metal-removing material contains titanium silicate.
  • the amount of titanium silicate is preferably contained by 10% by mass or more based on the total mass of the adsorbent. It is further preferable that titanium silicate is contained in an amount of 20% by mass or more, more preferably 25% by mass or more, based on the total mass of the adsorbent.
  • the heavy metal contained in the raw water can be more suitably removed by containing the above-mentioned amount of titanium silicate.
  • the content of the titanium silicate adsorbent is preferably 80% by mass or less based on the total mass of the adsorbent.
  • purified water means the water processed by the purified water cartridge.
  • the form of the heavy metal removing material is not particularly limited, and for example, a granular heavy metal removing material obtained by solidifying a powdery, granular, powdery and / or granular heavy metal removing material with a binder resin or the like.
  • a granular shaped heavy metal removing material is preferable.
  • the particle diameter of the heavy metal-removing material of 90% by mass or more based on the total heavy metal-removing material is 2 ⁇ 10 ⁇ 1 mm from the viewpoint that the ability to purify heavy metals in a short time can be maintained for a long time. Or more, and preferably 2.5 ⁇ 10 ⁇ 1 mm or more.
  • the particle diameter of the heavy metal removing material is 2 ⁇ 10 ⁇ 1 mm or more, clogging of the filtration membrane can be prevented, and the filterable time can be made longer. As a result, a water purification cartridge that can be maintained for a longer period can be provided.
  • the particle diameter of the heavy metal removing material of 90% by mass or more of the total heavy metal removing material ensures the surface area of the heavy metal removing material, increases the contact efficiency between the heavy metal removing material and the raw water, and efficiently removes heavy metals in the raw water. From the viewpoint, it is preferably 2 mm or less.
  • the upper limit value of the ratio of the heavy metal removing material having a particle size of 2 ⁇ 10 ⁇ 1 mm or more and 2 mm or less with respect to the total heavy metal removing material is 100% by mass.
  • the particle diameter of the heavy metal removing material is in the above range, heavy metals in raw water can be suitably removed.
  • the particle size of the heavy metal removing material can be measured by the same method as the method for measuring the particle size of activated carbon.
  • the particle size of the heavy metal removing material may be appropriately selected according to the specific gravity and the particle size of the activated carbon so that the activated carbon and the heavy metal removing material are uniformly mixed and dispersed in the water purification cartridge.
  • the compounding amount of the heavy metal removing material may be 25% by mass or more based on the total mass of the adsorbent, and is more preferably 30% by mass or more.
  • the heavy metal removing material has such an amount, the heavy metal in the raw water can be suitably removed.
  • the ability to remove heavy metals can be improved by using a large amount of the heavy metal removing material of 25% by mass or more.
  • the compounding amount of the heavy metal removing material is preferably not more than 60% by mass, more preferably not more than 50% by mass, based on the total mass of the adsorbent. When the heavy metal removing material has such an amount, the heavy metal removing material and the activated carbon are uniformly mixed, and the heavy metals in the raw water can be suitably removed.
  • the target raw water is not limited, but in particular, NSF / ANSI Standard No. 53, it is preferable to target raw water having a lead concentration of 150 ⁇ g / L ⁇ 10% at pH 8.5. It is preferable that the amount of lead in target raw water is reduced to 10 ⁇ g / L or less, which is the maximum allowable concentration in purified water, by the water purification treatment of the water purification cartridge.
  • the shape of lead contained in raw water varies depending on the raw water, NSF / ANSI standard No. Based on No.53, the shape of lead in raw water of pH 8.5 is a mixture of particulate lead and soluble lead.
  • the water purification cartridge according to one embodiment of the present invention may include a material other than the activated carbon and the heavy metal removing material as the adsorbent, depending on the mode of use.
  • adsorbents include, for example, natural adsorbents (acid clay, etc.), synthetic adsorbents (bacterial adsorbent polymer, hydroxyapatite, molecular sieve, silica gel, silica alumina gel adsorbent, porous glass, etc.)
  • Known organic adsorbents such as molecular adsorbents, ion exchange resins, ion exchange fibers, chelate resins, chelate fibers, highly absorbent resins, superabsorbent fibers, oil absorbent resins, and oil absorbents. Things.
  • the water purification cartridge includes a filtration membrane.
  • the filtration membrane reduces solid matter in the water (raw water or water that has passed through the adsorbent).
  • the solid substance include granular substances such as microorganisms and bacteria.
  • the shape of the filtration membrane include a hollow fiber membrane and a flat membrane, and a hollow fiber membrane is preferable.
  • the filtration level of the filtration membrane is preferably a microfiltration membrane (MF (micro filtration) membrane). NSF / ANSI standard No. In 53, raw water having a lead concentration of 150 ⁇ g / L ⁇ 10% at pH 8.5 contains particulate lead. Therefore, lead cannot be reduced only by the heavy metal removing material.
  • the present inventors studied combining some sort of filtration membrane with the heavy metal removing material, and as a result, came to use a filtration membrane such as a hollow fiber membrane. Further, since the water purification cartridge includes both the heavy metal removing material and the filtration membrane, it is possible to maintain a stable heavy metal removing ability for a longer time.
  • the water purification cartridge preferably includes a filtration membrane downstream of the adsorbent in the direction in which water flows. Fine adsorbent powder or the like leaked from the adsorbent can be removed by the filtration membrane.
  • the water purification cartridge includes a hollow fiber membrane as a filtration membrane.
  • a hollow fiber membrane as the filtration membrane, the membrane area per unit volume is increased, and the filtration rate of raw water is stabilized. Therefore, the purifying ability can be maintained for a long time. Since the water purification cartridge includes the hollow fiber membrane as the filtration membrane, lead in raw water can be more suitably removed. In addition, since the water purification cartridge includes both the heavy metal removing material and the hollow fiber membrane, it is possible to maintain a stable heavy metal removing ability for a longer time.
  • the hollow fiber membrane is suitably used for filtering and removing particulate matter of 0.1 ⁇ m or more containing microorganisms and bacteria.
  • various porous and tubular hollow fiber membranes can be used.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • polycarbonate system polyester system
  • polyamide system aromatic polyamide system
  • polyolefin-based hollow fiber membranes such as polyethylene and polypropylene are preferable in consideration of the handleability and processing characteristics of the hollow fiber membrane.
  • the outer diameter of the hollow fiber membrane is 20 ⁇ m or more and 2000 ⁇ m or less, the pore diameter is 0.01 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less, the porosity is 20% or more and 90% or less, and the thickness of the hollow fiber membrane is 5 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less.
  • the pore diameter is most preferably 100 kPa or more as measured by a bubble point measurement method (partially modified for measurement of hollow fiber membranes) according to ASTM F316-80 or JIS K3832.
  • the hollow fiber membrane is preferably a so-called permanent hydrophilic hollow fiber membrane having a hydrophilic group on the surface. Compared with the case where the surface of the hollow fiber membrane is hydrophobic, the filtration water flow under the own weight water pressure becomes faster.
  • a water purification cartridge in which a hydrophobic hollow fiber membrane and a hydrophilic hollow fiber membrane are mixed to prevent bubbles contained in the supply water from stagnating on the surface of the hollow fiber membrane and impeding filtration water flow and reducing the filtration flow rate. Alternatively, air bubbles may be easily removed.
  • the filling density of the hollow fiber membrane is more preferably 40% or more and 70% or less.
  • the packing density of the hollow fiber membrane is S
  • the cross-sectional area in the direction perpendicular to the fiber axis of the hollow fiber membrane in the fixed portion of the hollow fiber membrane is S
  • the outer diameter cross-sectional area of one hollow fiber membrane is A
  • packing density ⁇ (%) ⁇ (A ⁇ F) / S ⁇ ⁇ 100 Required from.
  • the packing density of the hollow fiber membrane is more preferably in a range of 43% or more and 67% or less, and more preferably in a range of 45% or more and 65% or less.
  • the number of hollow fiber membranes used can be easily grasped, so that the packing density can be easily controlled.
  • the hollow fiber membrane knitted fabric is easily loaded in a sushi-wrapped or folded shape, it is easy to control the intervals between the hollow fiber knitted fabrics at equal distances, and even when the target packing density differs, the hollow fiber membrane can be easily formed. And it can be evenly distributed. Furthermore, even after being processed as a water purification cartridge, by unraveling the warp near the end of one or more hollow fiber membranes used as the weft of the hollow fiber knitted fabric, one or more hollow fiber membranes become more Dispersed and preferred.
  • the effective membrane area of the hollow fiber membrane to be treated can be positively increased, the space between the hollow fibers can be reduced, and the retention of air can be reduced. Therefore, the processing speed can be significantly improved, and the filtration flow rate can be stabilized.
  • the lower limit of the total membrane area of the hollow fiber membrane is 0.05 m 2 or more, more preferably 0.1 m 2 or more, further not less 0.12 m 2 or more preferable. From the viewpoint of the filtration speed and the life of the water purification capacity, it is particularly preferable that the thickness be 0.15 m 2 or more.
  • the upper limit of the total membrane area of the hollow fiber membrane is preferably 0.5 m 2 or less, more preferably 0.4 m 2 or less.
  • Compact water purification cartridge, and increasing the contact efficiency between the hollow fiber membranes and the water, from the viewpoint of the water of heavy metals can be efficiently removed, still more preferably 0.3 m 2 or less, 0.2 m 2 It is particularly preferred that it is not more than 0.27 m 2 .
  • the total membrane area is calculated by the product of the outer diameter of the hollow fiber membrane, the length of the hollow fiber membrane, and the number of hollow fiber membranes.
  • the effective membrane area is calculated by the product of the outer diameter of the hollow fiber membrane, the length of the hollow fiber membrane not covered by the potting layer, and the number of hollow fiber membranes.
  • the water purification cartridge according to one embodiment of the present invention may be a water purification cartridge of a dead-weight filtration type.
  • the structure of the water purification cartridge according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a water purification cartridge according to one embodiment of the present invention.
  • a raw water inlet 2 and a purified water outlet 6 are formed in the case body 3 of the water purification cartridge 1.
  • an adsorbent 4 activated carbon and heavy metal removing material
  • a hollow fiber membrane 5 is provided on the downstream side near the purified water outlet 6.
  • the water purification cartridge according to one embodiment of the present invention can be realized with a simple structure, it can be suitably used for a water purification cartridge of a self-weight filtration type as in this embodiment.
  • a filtration membrane capable of capturing particulate lead may be provided on the upstream side of the water purification cartridge.
  • a water purifier according to one embodiment of the present invention is a water purifier including the water purification cartridge described in the section of ⁇ Water Purification Cartridge>.
  • the water purifier can suitably remove heavy metals in raw water, and can maintain the ability to purify heavy metals in a shorter time for a longer time.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example of a water purifier according to one embodiment of the present invention.
  • the water purifier 100 is a self-weight filtration type water purifier.
  • the water purifier 100 includes a water purification cartridge 1, a body 40, a raw water tank 50, an upper lid 60, and a pouring lid 70.
  • the water purifier 100 is a water purifier that can store purified water obtained by treating raw water with the water purification cartridge 1 in the body 40.
  • the body 40 is a tank for holding the raw water tank 50 and storing purified water.
  • the body 40 has a spout that is covered with a spout 70 described later. The user can pour the stored purified water from a spout into a container such as a cup.
  • the raw water tank 50 is a tank for holding the water purification cartridge 1 and storing raw water.
  • the raw water tank 50 includes a raw water storage unit 50a and a cartridge holding unit 50b.
  • the raw water storage section 50a is a place where raw water to be processed by the water purification cartridge 1 is stored.
  • the cartridge holding unit 50b holds the water purification cartridge 1.
  • the water purification cartridge 1 is detachably provided on the cartridge holding portion 50b.
  • the water purifier 100 stores the purified water when the raw water stored in the raw water storage unit 50a passes through the water purification cartridge 1 and flows into the body 40.
  • the upper lid 60 is a lid for covering the raw water tank 50.
  • the upper opening surface of the raw water tank 50 may be covered with the upper lid 60.
  • the upper lid 60 may be provided with a water supply port that can be opened and closed, and raw water may be supplied to the raw water tank 50 covered with the upper lid 60 from the water supply port.
  • the pouring lid 70 is a lid for covering the pouring opening of the body 40.
  • the pouring lid 70 can be opened and closed so as to cover the pouring opening of the body 40 in a state where it is left standing in the vertical direction, and to open the pouring opening when the water purifier 100 is inclined from the vertical direction and pours out purified water.
  • the pouring lid 70 may be removable. In this case, the purified water may be poured out of the spout after removing the pouring lid 70 from the spout.
  • the upper lid 60 and the pouring lid 70 may be integrally formed.
  • the present invention includes, but is not limited to, the following inventions.
  • the water purifying cartridge of the self-weight filtration type wherein the particle size of 90 mass% of the heavy metal removing material is 2 ⁇ 10 ⁇ 1 mm or more, and the particle size of the activated carbon is 2 ⁇ 10 ⁇ 1 mm or more.
  • Example 1 As the hollow fiber membrane, a polyethylene hollow fiber membrane (a hollow fiber membrane manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, product name EX270) is used, and a water purification outlet of a cylindrical case body (inner diameter ⁇ 40 mm) having an outer diameter of 44 mm is formed. The fixed side was fixed with a urethane resin so that the effective length of the hollow fiber membrane was 35 mm. The layer membrane area of the hollow fiber was 0.13 m 2 .
  • an adsorbent was filled on the side of the cylindrical case body having one end to which the hollow fiber membrane was fixed, on which the raw water inlet was formed, to obtain a water purification cartridge.
  • Activated carbon and heavy metal removing material were used as the adsorbent.
  • Activated carbon is granular activated carbon formed into granules, and has a sieve diameter of 0.425 mm or more and 2.00 mm or less according to JIS K 1474, manufactured by Kuraray Co., Ltd.
  • ATS powder manufactured by BASF was used as titanium silicate.
  • ATS powder (14.5 g) was formed into a particle size of 0.250 mm or more and 0.60 mm or less using a polyethylene binder resin.
  • the mass of the heavy metal removing material was 30% by mass with respect to the total mass of the adsorbent (the total mass of the activated carbon and the heavy metal removing material), and 42.6% by mass with respect to the amount of the activated carbon.
  • Comparative Example 1 has a structure in which a pleated filtration membrane containing activated carbon and a heavy metal removing material is provided in a cartridge.
  • This is a water purification cartridge in which an adsorbent using molded activated carbon and titanium silicate as a heavy metal removing material is combined with a fibrous filter having a pore diameter of 0.3 ⁇ m or more and a total membrane interview of 0.04 m 2 as a filtration membrane.
  • the titanium silicate was in the form of powder having a particle size of 8 ⁇ m or more and 35 ⁇ m or less, and the mass was 1.8 g.
  • the mass of the entire adsorbent was 7.8 g.
  • Comparative Example 2 has a structure in which activated carbon and a heavy metal removing material are filled, and a pleated filtration membrane is provided downstream of the water purification cartridge.
  • 12 g of activated carbon having a particle size of 0.45 mm or more and 0.85 mm or less, 50 g of a chelate resin, an adsorbent using titanium silicate as a heavy metal removing material, and a total membrane interview 0.01 m having a pore size of 0.5 ⁇ m or more as a filtration membrane 2 is a cartridge in which two glass fiber filters are combined.
  • the titanium silicate was in the form of powder having a particle size of 8 ⁇ m or more and 35 ⁇ m or less, and the mass was 26 g. The mass of the entire adsorbent was 88 g.
  • Comparative Example 3 has the same structure as the water purification cartridge described in Example 1, but differs from Example 1 in that the amount of the heavy metal removing material is smaller than that in Example 1 as described in Table 1. .
  • Each was a hollow fiber membrane having 40 g of activated carbon, 2.1 g of heavy metal removing material, and a total membrane area of 0.28 m 2 .
  • FIGS. 2 to 5 show the integrated flow rate, the time required for filtration of 1 L of raw water at the time of passing the integrated flow rate, and the lead concentration in the filtered water in the water purification cartridges of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3.
  • FIG. 2 to 5 show the integrated flow rate, the time required for filtration of 1 L of raw water at the time of passing the integrated flow rate, and the lead concentration in the filtered water in the water purification cartridges of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3.
  • Example 1 even when the integrated flow rate of the flowing water exceeded 110 gallons, the lead concentration in the filtered water was less than 10 ppb, and the ability of the water purification cartridge to treat lead was almost the same as from the start of the test. It did not change. Further, the time required for filtering 1 L of raw water was stably short from the start of the test (less than 1200 seconds) even if the integrated flow rate exceeded 110 gallons.
  • the lead concentration in the filtered water was less than 10 ppb even when the integrated flow rate of the flowing water increased, but with respect to the filtration time, 1 L of the raw water was used even at the start of the test. It took a long time of 1500 seconds or more to perform filtration.
  • Example: Examination of compounding amount of heavy metal removing material The same water purification cartridge as in Example 1 was used except that the amounts of activated carbon and titanium silicate were changed. A test was conducted on the amount of titanium silicate contained as a heavy metal removing material and the lead removal rate. Raw water having a lead concentration of 150 ⁇ g / L at pH 8.5 was used as a filtration target.
  • FIG. 6 is a graph in which the lead concentration in the filtered water at the time of startup is plotted for each titanium silicate blending amount.
  • the lead removal rate exceeds 94%, and the titanium silicate is contained in the total mass of the adsorbent.
  • the lead removal rate was 96%.
  • NSF / ANSI standard No. 53 since the lead removal rate is required to be 95% or more, the water purification cartridge exhibits the water purification ability that meets the NSF / ANSI standard by containing 25% by mass or more of titanium silicate in the adsorbent. It became clear.
  • the present invention can be used for a water purification cartridge.

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Abstract

重金属を短時間で浄化する能力をより長期間維持可能な浄水カートリッジを提供することを目的とする。本発明の一態様に係る浄水カートリッジ（１）は、活性炭と、原水中の重金属を除去する重金属除去材と、ろ過膜（５）とを備え、前記重金属除去材の量が、前記原水を浄化するための吸着材の総質量に対して２５質量％以上であり、前記重金属除去材のうち９０質量％の粒径が２×１０－１ｍｍ以上であり、前記活性炭の粒径が２×１０－１ｍｍ以上である。

Description

浄水カートリッジ及び浄水器
　本発明は浄水カートリッジ及び浄水器に関する。
　水道水をろ過する装置として、取り付けが簡単で気軽に使用することができるピッチャー形の浄水器が普及しており、このピッチャー形浄水器に用いるカートリッジは自重のみでろ過するタイプが主流となっている。
　特許文献１には、中空糸膜と、活性炭とを備える浄水カートリッジ及び浄水器が記載されている。
日本国公開特許公報「特開２００４－２３０３３５号公報（２００４年８月１９日公開）」
　浄水カートリッジには、重金属の除去能力などの水を短時間で浄化する能力を安定して長期間維持することが求められる。
　本発明の一態様は、このような課題を解決するためになされたものであり、重金属を短時間で浄化する能力をより長期間維持可能な浄水カートリッジを提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る自重ろ過型の浄水カートリッジは、活性炭と、原水中の重金属を除去する重金属除去材と、ろ過膜とを備え、前記重金属除去材の量が、前記原水を浄化するための吸着材の総質量に対して２５質量％以上であり、前記重金属除去材のうち９０質量％の粒径が２×１０－１ｍｍ以上であり、前記活性炭の粒径が２×１０－１ｍｍ以上である。
　本発明の一態様によれば、重金属を短時間で浄化する能力をより長期間維持可能な浄水カートリッジ及び浄水器を提供できる。
本発明の実施形態に係る浄水カートリッジの一例を示す断面図である。 実施例１に係る浄水能力を示すグラフである。 比較例１に係る浄水能力を示すグラフである。 比較例２に係る浄水能力を示すグラフである。 比較例３に係る浄水能力を示すグラフである。 本発明の実施例に係る浄水カートリッジ内のケイ酸チタニウムの配合量と、鉛除去率との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る浄水器の一例を示す模式図である。
　以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。
　＜浄水カートリッジ＞
　本発明の一態様に係る自重ろ過型の浄水カートリッジは、活性炭と、原水中の重金属を除去する重金属除去材と、ろ過膜とを備え、前記重金属除去材の量が、前記原水を浄化するための吸着材の総質量に対して２５質量％以上であり、前記重金属除去材のうち９０質量％の粒径が２×１０－１ｍｍ以上であり、前記活性炭の粒径が２×１０－１ｍｍ以上である。前記の粒径の重金属除去材と活性炭とを前記の量で配合することにより、重金属を短時間で浄化する能力をより長期間維持可能である。具体的には、ろ過抵抗を低減し、十分な通水量を得ることができ、かつ、ろ過膜の目詰まりを防ぐことができる。また、通水の積算流量が増えても、浄水の重金属濃度を低くしつつ、ろ過時間を安定して短くすることができる。重金属除去材とろ過膜との組み合わせにより、ｐＨの異なる状態での重金属の除去性能の向上を図ることができる。例えば、本発明の一態様に係る自重ろ過型の浄水カートリッジは、様々なｐＨの原水中の鉛を除去できる。鉛は溶解鉛及び粒子状鉛の形状があり得、ｐＨが高くなると粒子状鉛が発生する。そして、本発明の一態様に係る自重ろ過型の浄水カートリッジによれば、重金属除去材で溶解鉛を除去し、重金属除去材では粒子状鉛が除去しにくい場合はろ過膜によって粒子状鉛を除去することができる。なお、鉛は、原水のｐＨが６．５においては溶解性鉛で存在し、ｐＨ８．５においては溶解性鉛と粒子状鉛とが混在する。なお、本明細書において、「吸着材」とは、原水を除去するために原水中の除去対象の物質を吸着するためのものであり、カートリッジに含まれる吸着材（例えば、活性炭、重金属除去材及びその他の吸着材）を総称して単に「吸着材」と称する。
　〔活性炭〕
　本発明の一態様において、浄水カートリッジは、活性炭を備える。活性炭は、原水中に含まれる各種不純物を良好に除去する。
　活性炭としては、植物質（木材、セルロース、のこくず、木炭、椰子殻炭、素灰等）、石炭質（泥炭、亜炭、褐炭、瀝青炭、無煙炭、タール等）、石油質（石油残査、硫酸スラッジ、オイルカーボン等）、パルプ廃液、合成樹脂などを炭化し、必要に応じてガス賦活（水蒸気、二酸化炭素、空気等）、薬品賦活（塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、リン酸、硫酸、苛性ソーダ、水酸化カリウム等）したもの等が挙げられる。繊維状活性炭としては、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、セルロース、フェノール、石炭系ピットを原料にしたプレカーサを炭化し、賦活したもの等が挙げられる。
　本発明の一態様において、活性炭の形態は、特に限定されず、例えば、粉末状、粒状、繊維状、粉末状及び／又は粒状活性炭をバインダー樹脂によって固めた成形活性炭等が挙げられ、中でも、粒状に成形された成形活性炭が好ましい。粒状の成形活性炭を使用することにより、活性炭による中空糸膜等の目詰まりを防ぎ、重金属を短時間で浄化する能力をより長期間維持することができる。また、粒状の活性炭を使用することにより、ろ過抵抗を低減でき、自重ろ過型でも十分な通水量を得ることができる。
　活性炭の粒径の下限は、２×１０－１ｍｍ以上であり、好ましくは２．５×１０－１ｍｍ以上であり、より好ましくは４．２５×１０－１ｍｍ以上である。また、活性炭の粒径の上限は４ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以下であることがより好ましい。粒径が２×１０－１ｍｍ以上であれば、活性炭による、不純物を短時間で浄化する能力を長期間維持することができる。また、ろ過膜の目詰まりを防止し、ろ過可能時間をより長期にすることができる。ひいては、重金属を短時間で浄化する能力をより長期間維持可能な浄水カートリッジを提供することができる。また、粒径が４ｍｍ以下であれば、活性炭の表面積が確保され、原水との接触効率が高く、原水中の不純物を効率よく除去することができる。
　活性炭の総質量に対する粒径２×１０－１ｍｍ以上の活性炭の合計質量の割合は、９０質量％以上であることが好ましい。前記割合が下限値以上であれば、粒状の活性炭を吸着材中に分散し易くすることができる。前記割合の上限値は１００質量％である。
　なお、活性炭の粒径は、ＪＩＳ　Ｋ　１４７４に規定されたＪＩＳ標準篩による篩い分け法によって測定される。
　活性炭の粒径は、活性炭と、重金属除去材とが、浄水カートリッジ内で均一に混合し分散するよう、重金属除去材の比重及び粒径に応じて適宜選択すればよい。
　また、活性炭の細孔径は特に限定されないが、０．７ｎｍ以上、５ｎｍ以下の範囲にあることが好ましい。また、０．８ｎｍ以上、２ｎｍ以下であることがさらに好ましい。該構成によれば、原水中の不純物を効率よく除去することができる。
　なお、活性炭の細孔径は、窒素吸着法により窒素吸着等温線を求め、該窒素吸着等温線を解析することによって算出される。
　本発明の一態様において、活性炭は、カートリッジに含まれる吸着材の総質量に対して５質量％以上、７０質量％以下含まれることが好ましく、２０質量％以上、６０質量％以下含まれることがさらに好ましい。活性炭が、吸着材の総質量に対して前記の配合量で含まれることにより、原水中の不純物を効率よく除去することができる。例えば、塩素を除去することができる。具体的には、活性炭が吸着材の総質量に対して２０質量％以上含まれることにより、重金属除去能力と同程度の塩素除去能力を発揮することができる。
　また、活性炭は、例えば、活性炭に銀等を付着及び／又は混合したものを用いてもよい。該構成によれば、浄水カートリッジに抗菌機能を付与することができる。
　本発明の一態様において、活性炭の種類は、単独でもよく、二種類以上を混合して用いてもよい。例えば、除去対象とする不純物によっては、細孔径の異なる活性炭同士を混合して用いても良い。該構成によれば、浄水カートリッジが多種の不純物を浄化することができる。
　〔重金属除去材〕
　本発明の一態様において、浄水カートリッジは、重金属除去材をさらに備える。重金属除去材は、原水中に含まれる重金属を除去することができる。本発明の一態様において、重金属除去材が除去する重金属としては、例えば、鉛等が挙げられる。中でも、本発明の一態様によれば、鉛を好適に除去することができる。また、原水中の重金属は、様々な形態であり得、例えば、水に溶解する溶解性重金属、直径０．１μｍ以下の粒子状の重金属等が挙げられる。どのような形態でも本発明の一態様によれば長期間安定して、好適に除去することができる。
　重金属除去材としては、特に限定されないが、例えば、無機系の重金属除去材、弱酸性の陽イオン交換樹脂、キレート樹脂等が挙げられる。なお、陽イオン交換樹脂又はキレート樹脂を使用する場合、これらの樹脂に由来する臭気が浄水から生じたり、これらの樹脂からアミンが溶出したりすることで、浄水の味に影響を与える虞がある。飲用用途としてより好ましい浄水を生成する観点から、無機系の重金属除去材であることが好ましい。無機系の重金属除去材は、ゼオライト又はケイ酸チタニウムであることが好ましい。重金属除去材としてゼオライト又はケイ酸チタニウムを用いることにより、原水中の重金属を好適に除去することができる。特に、原水中の鉛を好適に除去することができる。また、本発明の一態様において、無機系の重金属除去材として、ケイ酸チタニウムを含むことがより好ましい。また、ケイ酸チタニウムの量は吸着材の総質量に対して１０質量％以上含まれることが好ましい。ケイ酸チタニウムが吸着材の総質量に対して２０質量％以上含まれることがさらに好ましく、２５質量％以上含まれることがより好ましい。ケイ酸チタニウムが前記の量含まれることで原水中の重金属をより好適に除去することができる。また、吸着材ケイ酸チタニウムの含有量は吸着材の総質量に対して８０質量％以下であることが好ましい。なお、本明細書において「浄水」とは浄水カートリッジで処理された水をいう。
　本発明の一態様において、重金属除去材の形態は、特に限定されず、例えば、粉末状、粒状、粉末状及び／又は粒状の重金属除去材をバインダー樹脂等によって固めた粒状成形の重金属除去材等が挙げられるが、粒状成形された重金属除去材が好ましい。粒状成形された重金属除去材を使用することにより、中空糸膜等の目詰まりを防ぎ、重金属を短時間で浄化する能力をより長期間維持することができる。
　本発明の一態様において、全重金属除去材に対する９０質量％以上の重金属除去材の粒径は、重金属を短時間で浄化する能力を長期間維持することができる観点から、２×１０－１ｍｍ以上であり、好ましくは２．５×１０－１ｍｍ以上である。また、重金属除去材の粒径が２×１０－１ｍｍ以上であることにより、ろ過膜の目詰まりを防止し、ろ過可能時間をより長期にすることができる。ひいては、より長期間維持可能な浄水カートリッジを提供することができる。また、全重金属除去材に対する９０質量％以上の重金属除去材の粒径は、重金属除去材の表面積が確保され、重金属除去材と原水との接触効率を高め、原水中の重金属を効率よく除去する観点から、２ｍｍ以下であることが好ましい。全重金属除去材に対する、粒径が２×１０－１ｍｍ以上、２ｍｍ以下である重金属除去材の割合の上限値は、１００質量％である。重金属除去材の粒径が前記の範囲にあることにより、原水中の重金属を好適に除去することができる。なお、重金属除去材の粒径は、活性炭の粒径の測定方法と同じ方法で測定することができる。
　また、重金属除去材の粒径は、活性炭と、重金属除去材とが、浄水カートリッジ内で均一に混合し分散するよう、活性炭の比重及び粒径に応じて適宜選択すればよい。
　本発明の一態様において、重金属除去材の配合量は、吸着材の総質量に対して２５質量％以上であればよく、３０質量％以上であることがより好ましい。重金属除去材がこのような配合量であることにより、原水中の重金属を好適に除去することができる。本発明では２５質量％以上という、多くの量の重金属除去材を用いることで、重金属の除去能力を向上させることができる。また、重金属除去材の配合量は、吸着材の総質量に対して６０質量％以下であることが好ましく、５０質量％以下であることがさらに好ましい。重金属除去材がこのような配合量であることにより、重金属除去材と、活性炭とが均一に混合し、原水中の重金属を好適に除去することができる。
　本発明の一態様において、対象とする原水は限定されないが、特に、ＮＳＦ／ＡＮＳＩ基準Ｎｏ．５３に基づき、ｐＨ８．５のときに鉛濃度が１５０μｇ／Ｌ±１０％である原水を対象とすることが好ましい。対象とする原水が、浄水カートリッジの浄水処理によって、浄水における最大許容濃度である１０μｇ／Ｌ以下まで鉛が削減されることが好ましい。なお、原水に含まれる鉛の形状は、原水に応じてさまざまであるが、ＮＳＦ／ＡＮＳＩ基準Ｎｏ．５３に基づく、ｐＨ８．５の原水中の鉛の形状は粒子状鉛と溶解性鉛との混在である。
　〔その他の吸着材〕
　本発明の一態様に係る浄水カートリッジは、使用の態様に応じて、吸着材として、活性炭及び重金属除去材以外の材料を含んでもよい。その他の吸着材としては、例えば、天然物系吸着材（酸性白土等）、合成物系吸着材（細菌吸着ポリマー、ヒドロキシアパタイト、モレキュラーシーブ、シリカゲル、シリカアルミナゲル系吸着材、多孔質ガラス等）等の無機質吸着材；分子吸着樹脂、イオン交換樹脂、イオン交換繊維、キレート樹脂、キレート繊維、高吸収性樹脂、高吸水性繊維、吸油性樹脂、吸油剤などの有機系吸着材等、公知のものが挙げられる。
　〔ろ過膜〕
　本発明の一態様において、浄水カートリッジはろ過膜を備える。ろ過膜は、水（原水又は吸着材を通過した水）中の固形物質を低減する。固形物質としては、例えば、微生物及び細菌等の粒状体等が挙げられる。ろ過膜の形状としては、中空糸膜、平膜等が挙げられ、中空糸膜であることが好ましい。ろ過膜の分画レベルは、精密ろ過膜（ＭＦ（micro filtration）膜）であることが好ましい。ＮＳＦ／ＡＮＳＩ基準Ｎｏ．５３において、ｐＨ８．５のときに鉛濃度が１５０μｇ／Ｌ±１０％である原水は、粒子状鉛を含む。従って、重金属除去材だけでは、鉛を低減することはできない。そこで本願発明者らは重金属除去材に何らかのろ過膜を組み合わせることについて検討し、その結果、中空糸膜等のろ過膜を用いることに想到した。また、浄水カートリッジが、重金属除去材及びろ過膜の両者を備えることにより、安定した重金属除去能力をより長時間維持することが可能である。本発明の一態様において、浄水カートリッジは、水を流す方向において、吸着材よりも下流側にろ過膜を備えていることが好ましい。吸着材から漏れた微細な吸着材の粉末等をろ過膜で除去することができる。
　〔中空糸膜〕
　本発明の一態様において、浄水カートリッジはろ過膜として中空糸膜を備える。ろ過膜として中空糸膜を用いることにより、単位容積あたりの膜面積が大きくなり、原水のろ過速度が安定する。そのため、浄化能力を長時間維持することができる。浄水カートリッジが、ろ過膜として中空糸膜を備えることで、原水中の鉛をさらに好適に除去することができる。また、浄水カートリッジが、重金属除去材及び中空糸膜の両者を備えることにより、安定した重金属除去能力をより長時間維持することが可能である。
　中空糸膜は、微生物及び細菌を含む０．１μｍ以上の粒状体のろ過、除去により好適に使用される。中空糸膜には、種々の多孔質かつ管状の中空糸膜が使用でき、例えば、セルロース系、ポリオレフィン（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等）系、ポリビニルアルコール系、エチレン・ビニルアルコール共重合体、ポリエーテル系、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）系、ポリスルフォン系、ポリアクリロニトリル系、ポリ四弗化エチレン系、ポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）系、ポリカーボネイト系、ポリエステル系、ポリアミド系、芳香族ポリアミド系、等の各種材料からなるものが使用できる。中でも、中空糸膜の取扱性や加工特性等を考慮すると、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系の中空糸膜が好ましい。
　また、中空糸膜の外径は、２０μｍ以上、２０００μｍ以下、孔径は０．０１μｍ以上、１μｍ以下、空孔率は２０％以上、９０％以下、中空糸膜の膜厚は５μｍ以上、３００μｍ以下のものが好ましい。さらに孔径として、ＡＳＴＭ　Ｆ３１６－８０やＪＩＳ　Ｋ３８３２に準ずるバブルポイント測定方法（中空糸膜測定用に一部変更）により測定した値で、１００ｋＰａ以上であることが最も好ましい。
　また、中空糸膜は表面に親水基を有する、いわゆる恒久親水化中空糸膜であることが望ましい。中空糸膜の表面が疎水性である場合に比べて、自重水圧での濾過通水がより速くなる。
　供給水に含まれる気泡が中空糸膜表面に停滞し、濾過通水を阻害させると共に、濾過流量を減少させることを防ぐため、疎水性中空糸膜と親水性中空糸膜を混在させた浄水カートリッジとして、気泡を取り除き易くさせてもよい。
　中空糸膜の充填密度は、４０％以上、７０％以下とすることがより好ましい。これにより、ピッチャー型浄水器として使用可能な程度まで、浄水カートリッジにおける原水の通水速度を高めることができ、比較的多量の原水を短時間での浄化処理が可能となる。
　なお、中空糸膜の充填密度は、中空糸膜の固定部分における中空糸膜の繊維軸に垂直な方向の断面積をＳ、中空糸膜１本の外径断面積をＡ、中空糸膜の開口本数をＦとしたときに、次式
充填密度σ（％）＝｛（Ａ×Ｆ）／Ｓ｝×１００
から求められる。
中空糸膜の充填密度は、４３％以上、６７％以下の範囲がより好ましく、４５％以上、６５％以下の範囲がより好ましい。
　なお、中空糸膜の形態として、実用新案登録１９９４０６５号公報記載の中空糸膜編織物を装填すると、中空糸膜使用本数を容易に把握できるため、充填密度を管理し易い。併せて、中空糸膜編織物をすし巻き状、折り畳み状に装填し易いため、中空糸編地間隔を等距離で管理し易く、また目標とする充填密度が異なっても中空糸膜を容易にかつ均等に分散させることもできる。さらには、浄水カートリッジとして加工された後でも、中空糸編織物の緯糸とされた１本以上の中空糸膜の端部近傍にある経糸を解きほどくことにより、１本以上の中空糸膜がより分散され好ましい。
　これにより、処理する中空糸膜の有効膜面積を積極的に増加させると共に、中空糸と中空糸の間の空間を減らし、空気の滞留を少なくすることが出来る。このため、処理速度が著しく向上させることが出来、濾過流速を安定させることができる。
　本発明の一態様において、中空糸膜の総膜面積の下限は０．０５ｍ２以上であることが好ましく、０．１ｍ２以上であることがより好ましく、０．１２ｍ２以上であることがさらに好ましい。ろ過速度及び浄水能力の寿命の観点より、０．１５ｍ２以上であることが特に好ましい。
　また、中空糸膜の総膜面積の上限は０．５ｍ２以下であることが好ましく、０．４ｍ２以下であることがより好ましい。浄水カートリッジの小型化、並びに、中空糸膜と水との接触効率を高め、水中の重金属を効率よく除去することができる観点より、０．３ｍ２以下であることがさらに好ましく、０．２ｍ２以下であることが特に好ましく、０．２７ｍ２以下であることが最も好ましい。中空糸膜の総膜面積が０．０５ｍ２以上、０．２７ｍ２以下の範囲であることにより、浄水カートリッジの小型化と、浄水能力の寿命とのバランスがよくなる。
　なお、総膜面積は、中空糸膜の外径と、中空糸膜の長さと、中空糸膜の本数との積によって算出される。有効膜面積は、中空糸膜の外径と、中空糸膜におけるポッティング層に覆われていない部分の長さと、中空糸膜の本数との積によって算出される。
　〔浄水カートリッジの構造〕
　本発明の一態様に係る浄水カートリッジは、自重ろ過型の浄水カートリッジであり得る。本発明の一態様に係る浄水カートリッジの構造について図１を用いて説明する。図１は、本発明の一態様に係る浄水カートリッジの一例を示す断面図である。図１に示されるように、浄水カートリッジ１のケース体３には、原水導入口２と浄水導出口６とが形成されている。ケース体３内には、原水導入口２に近い上流側に吸着材４（活性炭及び重金属除去材）が充填されており、浄水導出口６に近い下流側に中空糸膜５が備えられている。このように、上流側から、吸着材４、中空糸膜５の順に配されることで、中空糸膜５でろ過された後に浄水が細菌等に汚染される懸念がなくなるため好ましい。また、本発明の一態様に係る浄水カートリッジは簡易な構造で実現できるので本態様のように自重ろ過型の浄水カートリッジに好適に用いることができる。
　また、このように充填することにより、原水に含まれる気泡、吸着材層内及び中空糸膜同士の間の滞留する気泡を極力少なくさせ、通過水が停滞することを防ぎ、正常なろ過通水が行われるようにすることが出来る。これにより、ろ過時間を短くし、また、本来有するろ過除去能力を安定的に発揮させることができる。
　また、吸着材４と、中空糸膜５との間は、仕切りがあってもよく、仕切りがなくてもよい。通水のされ易さ、内部の空気の抜けやすさ、省スペース化により吸着材の充てん量を多くできる観点より、仕切りがない方が好ましい。
　また、鉛低減性能に水のｐＨが影響する重金属除去材を用いる場合は、粒子状鉛を補足可能なろ過膜を浄水カートリッジの上流側に備えてもよい。該構成により、水のｐＨに依存せず、水に含まれる粒子状鉛を好適に除去することができる。
　＜浄水器＞
　本発明の一態様に係る浄水器は、＜浄水カートリッジ＞の項で説明した浄水カートリッジを備えた浄水器である。該浄水器は原水中の重金属を好適に除去することができ、重金属をより短い時間で浄化する能力を、より長期間維持することができる。
　本発明の一態様に係る浄水器について、図７を用いて説明する。図７は、本発明の一態様に係る浄水器の一例を示す模式図である。図７に示されるように、浄水器１００は、自重ろ過型の浄水器である。浄水器１００は、浄水カートリッジ１、胴部４０、原水タンク５０、上蓋６０、及び注ぎ蓋７０を備えている。浄水器１００は、原水を浄水カートリッジ１で処理して得られる浄水を胴部４０に貯留することができる浄水器である。
　胴部４０は、原水タンク５０を保持し、浄水を貯留するための槽である。胴部４０は後述する注ぎ蓋７０で覆われる注ぎ口が設けられている。使用者は貯留している浄水を注ぎ口からコップ等の容器に注ぐことができる。
　原水タンク５０は、浄水カートリッジ１を保持し、原水を貯留するための槽である。原水タンク５０は、原水貯留部５０ａ、及びカートリッジ保持部５０ｂを備えている。原水貯留部５０ａは、浄水カートリッジ１により処理する原水を貯留する場所である。カートリッジ保持部５０ｂは、浄水カートリッジ１を保持する。浄水カートリッジ１は、カートリッジ保持部５０ｂに着脱自在に備え付けられる。浄水器１００は、原水貯留部５０ａに格納された原水が浄水カートリッジ１内を通過して胴部４０に流入することで、浄水を貯留するようになっている。
　上蓋６０は、原水タンク５０を覆うための蓋である。例えば、原水タンク５０から原水が漏れないようにするために、浄水カートリッジ１を保持した原水タンク５０に原水を供給した後に、原水タンク５０の上部の開口面を上蓋６０によって蓋をすればよい。また、上蓋６０は開閉可能な給水口を備えていてもよく、上蓋６０で蓋をした状態の原水タンク５０に給水口から原水を供給してもよい。
　注ぎ蓋７０は、胴部４０の注ぎ口を覆うための蓋である。注ぎ蓋７０は、鉛直方向に静置されている状態では胴部４０の注ぎ口を覆い、浄水器１００が鉛直方向から傾けて浄水を注ぎ出すときに注ぎ口が開くように開閉可能であってよい。また、注ぎ蓋７０は取り外し可能であってもよい。この場合、注ぎ蓋７０を注ぎ口から取り外した後に浄水を注ぎ口から注ぎ出せばよい。また、上蓋６０と注ぎ蓋７０とは、一体形成されていてもよい。
　〔まとめ〕
　本発明は、これに制限されるものではないが、以下の発明を包含する。
　（１）活性炭と、原水中の重金属を除去する重金属除去材と、ろ過膜とを備え、前記重金属除去材の量が、前記原水を浄化するための吸着材の総質量に対して２５質量％以上であり、前記重金属除去材のうち９０質量％の粒径が２×１０－１ｍｍ以上であり、前記活性炭の粒径が２×１０－１ｍｍ以上である自重ろ過型の浄水カートリッジ。
　（２）前記重金属除去材のうち９０質量％の粒径が２ｍｍ以下であり、前記活性炭の粒径が４ｍｍ以下である（１）に記載の浄水カートリッジ。
　（３）前記ろ過膜が中空糸膜である（１）又は（２）に記載の浄水カートリッジ。
　（４）前記中空糸膜の総膜面積が０．０５ｍ２以上、０．２７ｍ２以下の範囲である（３）に記載の浄水カートリッジ。
　（５）前記重金属除去材が無機系の重金属除去材である（１）～（４）のいずれか１つに記載の浄水カートリッジ。
　（６）前記重金属は鉛である、（５）に記載の浄水カートリッジ。
　（７）前記重金属除去材がゼオライト又はケイ酸チタニウムである（６）に記載の浄水カートリッジ。
　（８）（１）～（７）のいずれか１つに記載の浄水カートリッジを備えた浄水器。
　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
　本発明の一実施例について以下に説明する。
　〔浄水カートリッジの重金属処理能力試験〕
　＜実施例１＞
　中空糸膜として、ポリエチレン製の中空糸膜（三菱ケミカル（株）社製中空糸膜、製品名ＥＸ２７０）を使用し、外形がφ４４ｍｍの円柱状ケース体（内径φ４０ｍｍ）の浄水導出口が形成されている側に、中空糸膜の有効長が３５ｍｍとなるようにウレタン樹脂で固定した。中空糸の層膜面積は０．１３ｍ２であった。
　次に、一端に中空糸膜が固定された円柱状ケース体の原水導入口が形成されている側に、吸着材を充填し、浄水カートリッジとした。
　吸着材としては活性炭と、重金属除去材とを用いた。活性炭は、粒状に成形された粒状成形活性炭であり、ＪＩＳ　Ｋ　１４７４に規定された篩分け法による篩径が０．４２５ｍｍ以上、２．００ｍｍ以下の範囲のクラレ社製のものを用いた。
　重金属除去材は、ケイ酸チタニウムとしてＢＡＳＦ社製ＡＴＳパウダーを使用した。ＡＴＳパウダー１４．５ｇを、ポリエチレンのバインダー樹脂により０．２５０ｍｍ以上、０．６０ｍｍ以下の粒径に粒状成形したものを用いた。重金属除去材の質量は、吸着材の総質量（活性炭及び重金属除去材の総質量）に対して３０質量％、活性炭の量に対して４２．６質量％であった。
　この浄水カートリッジを原水に１５分間漬け込んだ後、原水１Ｌをろ過するのに必要な時間及びろ過された水中の鉛濃度を測定した。
　ろ過の対象として、ｐＨ８．５において水中の鉛濃度が１５０ｐｐｂ（溶解性鉛９０ｐｐｂ以上、１２０ｐｐｂ以下、直径０．１μｍ以下の粒子状鉛３０ｐｐｂ以上、６０ｐｐｂ以下）である原水を用いた。
　＜比較例１～３＞
　表１の通り比較例１～３の浄水カートリッジを用意した。
　各浄水カートリッジの構造について説明する。比較例１は、活性炭および重金属除去材を含むプリーツ状のろ過膜をカートリッジ内に備えた構造である。成形活性炭と重金属除去材としてケイ酸チタニウムを用いた吸着材と、ろ過膜として０．３μｍ以上孔径を有する総膜面接０．０４ｍ２の繊維状フィルターを組み合わせた浄水カートリッジである。ケイ酸チタニウムは粒径８μｍ以上、３５μｍ以下の粉状であり質量は１．８ｇであった。吸着材全体の質量は７．８ｇであった。
　比較例２は、活性炭と、重金属除去材が充填されており、浄水カートリッジの下流にプリーツ状のろ過膜を備える構造である。粒径０．４５ｍｍ以上、０．８５ｍｍ以下の活性炭１２ｇとキレート樹脂５０ｇと、重金属除去材としてケイ酸チタニウムを用いた吸着材と、ろ過膜として０．５μｍ以上孔径を有する総膜面接０．０１ｍ２のガラス繊維フィルターを組み合わせたカートリッジである。ケイ酸チタニウムは粒径８μｍ以上、３５μｍ以下の粉状であり質量は２６ｇであった。吸着材全体の質量は８８ｇであった。
　比較例３は、実施例１に記載の浄水カートリッジと同じ構造であるが、表１に記載の通り、重金属除去材の量が実施例１の浄水カートリッジよりも少ない点で実施例１とは異なる。それぞれ活性炭４０ｇ、重金属除去材２．１ｇ、総膜面積０．２８ｍ２の中空糸膜とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に記載の実施例１及び比較例１～３の浄水カートリッジの重金属処理能力試験の結果を図２～５に記載した。図２～５は、実施例１、比較例１～３の浄水カートリッジにおいて、積算流量と、当該積算流量の通水がされた時点での原水１Ｌのろ過に要する時間、及びろ過水中の鉛濃度との関係を示す図である。
　図２に示されるように、実施例１では、通水の積算流量が１１０ｇａｌｌｏｎｓを超えても、ろ過水中の鉛濃度は１０ｐｐｂ未満であり、浄水カートリッジの鉛を処理する能力は試験開始時からほぼ変わらなかった。また、原水１Ｌをろ過するためにかかる時間は、積算流量が１１０ｇａｌｌｏｎｓを超えても、試験開始時から安定して短かった（１２００秒未満であった。）。
　図３に示されるように、比較例１では、通水の積算流量が増えても、ろ過水中の鉛濃度は１０ｐｐｂ未満であったが、ろ過時間に関しては、積算流量が６０ｇａｌｌｏｎｓ以上になると、原水１Ｌをろ過するための時間が急激に増加した。
　図４に示されるように、比較例２では、通水の積算流量が増えても、ろ過水中の鉛濃度は１０ｐｐｂ未満であったが、ろ過時間に関しては、試験開始時においても、原水１Ｌをろ過するために１５００秒以上の長時間を要した。
　図５に示されるように、比較例３では、試験開始当初より、ろ過水中の鉛濃度が５０ｐｐｂを超えていた。
　以上より、実施例１の浄水カートリッジは、比較例１～３の浄水カートリッジと比べて、積算流量が増えても鉛を短時間で処理する能力が長期間維持されたことが明らかとなった。
　〔実施例：重金属除去材の配合量の検討〕
　活性炭及びケイ酸チタニウムの配合量を変更した以外は、実施例１と同じ浄水カートリッジを用いた。重金属除去材として含まれるケイ酸チタニウムの配合量と、鉛の除去率について試験を行った。ｐＨ８．５において鉛濃度が１５０μｇ／Ｌである原水をろ過対象として用いた。図６は、それぞれスタートアップ時のろ過水中の鉛濃度をケイ酸チタニウムの配合量毎にプロットしたグラフである。
　図６に示されるように、ケイ酸チタニウムが吸着材の総質量に対して２０質量％以上含まれる場合に、鉛の除去率が９４％を超え、ケイ酸チタニウムが吸着材の総質量に対して３０質量％以上含まれる場合に、鉛の除去率は９６％であった。ＮＳＦ／ＡＮＳＩ基準Ｎｏ．５３では、鉛の除去率が９５％以上であることが求められるため、吸着材にケイ酸チタニウムが２５質量％以上含まれることにより、浄水カートリッジがＮＳＦ／ＡＮＳＩ規格をクリアする浄水能力を発揮することが明らかとなった。
　本発明は、浄水カートリッジに利用することができる。
　１　浄水カートリッジ
　２　原水導入口
　３　ケース体
　４　吸着材
　５　中空糸膜（ろ過膜）
　６　浄水導出口

Claims (8)

  1. 　活性炭と、原水中の重金属を除去する重金属除去材と、ろ過膜とを備え、
    　前記重金属除去材の量が、前記原水を浄化するための吸着材の総質量に対して２５質量％以上であり、
    　前記重金属除去材のうち９０質量％の粒径が２×１０－１ｍｍ以上であり、
    　前記活性炭の粒径が２×１０－１ｍｍ以上である自重ろ過型の浄水カートリッジ。
  2. 　前記重金属除去材のうち９０質量％の粒径が２ｍｍ以下であり、
    　前記活性炭の粒径が４ｍｍ以下である請求項１に記載の浄水カートリッジ。
  3. 　前記ろ過膜が中空糸膜である請求項１又は２に記載の浄水カートリッジ。
  4. 　前記中空糸膜の総膜面積が０．０５ｍ２以上、０．５ｍ２以下の範囲である請求項３に記載の浄水カートリッジ。
  5. 　前記重金属除去材が無機系の重金属除去材である請求項１～４のいずれか１項に記載の浄水カートリッジ。
  6. 　前記重金属は鉛である、請求項５に記載の浄水カートリッジ。
  7. 　前記重金属除去材がゼオライト又はケイ酸チタニウムである請求項６に記載の浄水カートリッジ。
  8. 　請求項１～７のいずれか１項に記載の浄水カートリッジを備えた浄水器。
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