JP2017192898A - 純水製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】純水タンクに貯えた一次純水を、脱気膜を備える膜脱気装置に通液して脱気処理を行い、脱気処理後の純水をユースポイントに供給する純水製造装置において、生菌による脱気膜の閉塞を抑制する。【解決手段】ユースポイントへの純水の供給を中断する中断期間内において、脱気膜の液相側に純水が存在する状態を保ったまま、脱気膜の気相側で膜脱気装置に接続している真空ポンプを間欠的に運転する。中断期間中の真空ポンプの運転間隔は、例えば脱気装置の内部または近傍に存在する純水の溶存酸素濃度が２ｍｇ／Ｌ未満であり続けるように運転間隔を設定される。【選択図】図１

Description

本発明は、脱気処理により溶存酸素濃度などを低減させた純水を供給するために用いられる純水製造方法及び装置に関する。

血液自動分析装置などの分析装置において使用される純水を製造する純水製造装置は、例えばイオン交換処理や逆浸透処理によって生成した一次純水を大気開放下の純水タンクに一時的に貯留し、必要に応じて純水タンク内の一次純水をポンプによってユースポイントに供給する構成となっている。分析装置における分析項目によっては、溶存酸素量を低減した純水を必要とすることがあるから、そのような場合には、特許文献１などに記載されるように、純水タンクからユースポイントまでの送水ラインに膜脱気装置を設けている。膜脱気装置は、脱気膜の一方の側（液相側）に純水を流しつつ、他方の側（気相側）を減圧状態とすることにより、純水から酸素等を取り除く。

溶存酸素濃度を低減させた純水をユースポイントに供給するこのような純水製造装置では、ユースポイントにおいて純水を使用しない時間帯、例えば夜間や休日などにおいては膜脱気装置の動作も停止させるのが一般的である。膜脱気装置として中空糸膜を有するものを使用する場合、真空ポンプを停止して膜脱気装置の動作を停止したときに中空糸膜内に水が凝縮し、この凝縮水によって中空糸膜の実効的な面積が減少するため、膜脱気装置の再起動時に装置の立ち上がりが遅くなることがある。特許文献２には、膜脱気装置において使用される中空糸膜に水が凝縮することを防ぐために、膜脱気装置の運転を停止したのちに、脱気膜の気相側に不活性ガスを供給することが開示されている。

実開平１−１６７３８５号公報 特開２０００−１８５２０３号公報

ＥＩＣネット 環境用語集 "溶存酸素"，[online]，2009年10月14日，一般財団法人環境イノベーション情報機構，[2016年3月17日検索]，インターネット＜ＵＲＬ：http://www.eic.or.jp/ecoterm/?act=view&serial=2623＞

大気開放した純水タンクからの一次純水に対して膜脱気装置において脱気を行って溶存酸素量を低減し、溶存酸素量を低減した純水をユースポイントに供給する純水製造装置では、特に運転停止時にユースポイントへの送水ラインや純水タンク内に発生する生菌によりいわゆるスライムが形成されて脱気膜が閉塞し、運転再開後の送水流量が低下するという問題がある。脱気膜の閉塞が進行した場合には、脱気膜を交換する必要が生じる。紫外線（ＵＶ）殺菌装置により生菌の繁殖を抑えることも考えられるが、紫外線殺菌ではオゾン（Ｏ₃）などが発生するので、溶存酸素量を低減したことの意味が失われる。特許文献２に記載されるように、運転停止時に膜脱気装置の減圧側に不活性ガスを供給することによって好気性菌の発生を抑えることも考えられるが、不活性ガスを供給するための設備にコストがかかる。

本発明の目的は、生菌による脱気膜の閉塞を簡単な構成で防止することができる純水製造方法及び装置を提供することにある。

本発明の純水製造方法は、純水タンクに貯えた一次純水を、脱気膜を備える膜脱気装置に通液して脱気処理を行い、脱気処理後の純水をユースポイントに供給する純水製造方法であって、ユースポイントへの純水の供給を中断する中断期間内において、脱気膜の液相側に純水が存在する状態を保ったまま、脱気膜の気相側で膜脱気装置に接続している真空ポンプを間欠的に運転する。

本発明の第１の純水製造装置は、一次純水を貯える純水タンクと、脱気膜を備え、純水タンク内の一次純水が通液されて膜脱気を行う膜脱気装置と、脱気膜の気相側で膜脱気装置に接続する真空ポンプと、ユースポイントへの純水の供給を中断する中断期間内において、脱気膜の液相側に純水が存在する状態を保ったまま、真空ポンプを間欠的に動作させる制御装置と、を有し、膜脱気装置で膜脱気された純水をユースポイントに供給する。

本発明の第２の純水製造装置は、一次純水を貯える純水タンクと、脱気膜を備え、純水タンク内の一次純水が通液されて膜脱気を行う膜脱気装置と、純水タンクの出口と膜脱気装置との間の送水ライン上に設けられたフィルターと、を有し、膜脱気装置において膜脱気された純水をユースポイントに供給する。

本発明では、膜脱気装置の位置において好気性微生物の活動を抑制することにより、生菌による脱気膜の閉塞を防ぐことができる。

本発明の実施の一形態の純水製造装置の構成を示す図である。 真空ポンプ停止後の経過時間と溶存酸素濃度との関係を示すグラフである。 本発明の別の実施形態の純水製造装置の構成を示す図である。

次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の一形態の純水製造装置を示している。図１に示す純水製造装置は、イオン交換処理や逆浸透処理によって得られた一次純水を受け入れ、膜脱気を行って溶存酸素量などを低減し、膜脱気後の純水を分析装置などのユースポイントに供給するものである。この純水製造装置は、一次純水を受け入れる大気に開放した純水タンク１１と、純水タンク１１の出口に設けられた弁１２と、膜脱気装置１４と、弁１２から流出する純水を膜脱気装置１４へ向けて送水する送液ポンプ１３と、膜脱気装置１４の出口に設けられた弁１５と、を備えている。膜脱気装置１４は、例えば中空糸膜を脱気膜として備えるものであって、脱気膜の一方の側に送液ポンプ１３からの純水が出口に向けて流されるようになっている。脱気膜の他方の側は気相側であり、気相側を減圧状態とするために、膜脱気装置１４の気相側は、配管１６を介して真空ポンプ１７に接続している。この配管１６には、弁１８の一端が接続し、弁１８の他端は大気に開放している。さらに純水製造装置には、送液ポンプ１３及び真空ポンプ１７の駆動を制御し、弁１５，１８の開閉を制御する制御装置２０が設けられている。弁１８は、真空ポンプ１７の始動時に真空ポンプ１８が過負荷となることを防ぐために設けられており、真空ポンプ１７を始動する際に一定の時間（例えば数秒）だけ開となって配管１６内に少量の空気を導入し、それ以外のときは閉じたままとなるように制御される。

次に、この純水製造装置を用いた純水製造方法について説明する。この純水製造装置は、脱気処理によって溶存酸素濃度が低下した純水を供給するものであるが、ユースポイントとして血液自動分析装置などの分析装置を想定しているので、常時、一定流量で純水を供給するのではなく、純水の必要が生じるたびにその要求された量の純水を供給し、また分析装置などの非稼働時には純水の供給を中断する。そこでこの純水製造装置の動作は、就業日の就業時間中など、ユースポイントでの純水の需要が発生するたびに直ちに純水をユースポイントに供給する供給期間と、夜間や休日などの、純水の需要が見込めないために純水の供給を中断する中断期間との２通りの期間に分けられる。供給期間は、必ずしも連続的に純水を供給する期間ではないが、例えば長くても数十分の期間内には純水の需要が発生すると見込まれる期間である。これに対し中断期間は、数十分から数時間以上わたってユースポイントへの純水を行わなくてもよいことが見込まれるために純水製造装置の動作を最小のものとする期間である。

図１に示す純水製造装置によりユースポイントに純水を供給する場合には、まず、純水タンク１１に一次純水を貯留し、弁１２を開ける。そして、始業時刻など供給期間の開始時点において、膜脱気装置１４の脱気膜の液相側に純水が存在しかつ弁１５が閉じた状態で真空ポンプ１７を始動し、膜脱気装置１４の気相側を減圧状態とする。そして、ユースポイントでの純水の需要が発生すると、その需要に応じ、送液ポンプ１３を動作させると同時に弁１５を開ける。その結果、膜脱気装置１４を通過したことにより脱気され、溶存酸素濃度が低減された純水がユースポイントに供給される。ユースポイントにおける純水の需要が間欠的に発生するものとして、１回の供給が終われば、弁１５を閉じると同時に送液ポンプ１３を停止させる。供給期間では、純水についての次の需要が例えば数十分以内に発生すると見込まれるので、真空ポンプ１７は動作させたままとし、膜脱気装置１４の気相側の減圧状態を維持する。このとき、脱気膜の液相側には純水が存在したままである。制御装置２０は、送液ポンプ１３の動作及び停止と弁１５の開閉とが同期するように制御を行う。

例えば終業時刻において、供給期間から中断期間に純水製造装置を切り替える。中断期間では、真空ポンプ１７も停止して膜脱気装置１４の運転を停止させる。この状態でも、脱気膜の液相側には純水が存在したままである。長時間にわたって膜脱気装置１４の運転を停止したとき、［背景技術］の欄でも説明したように、純水タンク１１が大気に開放していることもあり、純水タンク１１の内部や純水タンク１１から膜脱気装置１４に至るラインの内部で生菌が繁殖し、その結果、膜脱気装置１４内の脱気膜が生菌により閉塞することがある。この生菌は主に好気性微生物である。一般に好気性微生物は、水中の溶存酸素濃度（ＤＯ）が２ｍｇ／Ｌ以上の条件で活発に活動するものとされている。そこで本実施形態の純水製造装置では、膜脱気装置１４の内部または近傍での純水中の溶存酸素濃度を、好気性微生物が活発に活動するために必要な溶存酸素濃度よりも低くあり続けるようにする。具体的には、数十分から数時間以上にわたって純水の供給が中断する場合において、その中断期間中において、間欠的に真空ポンプ１７を動作させる。真空ポンプ１７を常時動作させることも考えられるが、真空ポンプは稼働時間に応じて寿命が短くなり、また、ランニングコストも上昇するので、本実施形態では中断期間中においては間欠的に真空ポンプ１７を動作させるものとしている。制御装置２０は、中断期間中において間欠的に真空ポンプ１７を動作させるために、真空ポンプ１７及び弁１８を制御する。

次に、中断期間中における真空ポンプ１７の運転条件に関し、本発明者らが行った実験の結果を説明する。

［実験例１］
図１に示した純水製造装置を組み立て、純水タンク１１に一次純水を供給した。膜脱気装置１４として、三菱レイヨン株式会社製の脱気・給気用膜モジュールであるステラポアー（登録商標）２０００シリーズ品番２０Ｍ００６０Ａを用いた。この脱気・給気用膜モジュールは、脱気膜として、三層複合膜である中空糸膜を用いたものである。純水タンク１１中の純水に含まれる一般細菌の数を計測したところ、８２００個／ｍＬであった。

次に、純水タンク１１内の純水を送液ポンプから１３から膜脱気装置１４まで導入し、弁１５を閉じた状態で真空ポンプ１７を連続５０時間運転した。連続５０時間運転後に膜脱気装置１４の近傍における純水を採取してその純水に含まれる一般細菌の数を計測したところ、２２００個／ｍＬであった。このことは、膜脱気装置１４を運転させて脱気を行い、純水中の溶存酸素濃度を低減することで菌数が減少することを示しており、運転期間中においても膜脱気装置１４の近傍での純水の溶存酸素濃度を低減することにより、生菌による脱気膜の閉塞を防止できることを示している。

［実験例２］
次に、実験例１と同じ装置を用い、送液ポンプから１３から膜脱気装置１４まで導入し、弁１５を閉じた状態で真空ポンプ１７を運転した。このとき、配管１６の圧力は絶対圧で１１．３ｋＰａであった。真空ポンプ１７を停止し、膜脱気装置１４の近傍の純水中の溶存酸素濃度を測定し、真空ポンプ１７の停止からの経過時間に応じた溶存酸素濃度の変化を調べた。溶存酸素の測定には、東亜ディーケーケー製のＤＯ３０Ａを用いた。結果を図２に示す。真空ポンプ１７の停止から時間が経つにつれて配管１６の真空度は低下し、４５分経過後の配管１６の圧力は絶対圧で４１．３ｋＰａであった。

上述したように、好気性微生物の活発な活動には溶存酸素濃度が２ｍｇ／Ｌ以上であることが必要であるから、好気性微生物の活動を抑えて脱気膜の閉塞を防ぐためには、膜脱気装置１４の内部または近傍の純水の溶存酸素濃度を２．０ｍｇ／Ｌ未満でありつづけるようにすればよい。図２に示した結果では、真空ポンプ１７が停止すると溶存酸素濃度が徐々に上昇しているが、真空ポンプ１７の停止から３０分以内であれば溶存酸素濃度が１．５ｍｇ／Ｌ以下となっており、停止から４５分以内であれば、溶存酸素濃度が１．６ｍｇ／Ｌ以下となっている。図２に示す結果を外挿したところ、真空ポンプ１７の停止から１００分を過ぎたところで溶存酸素濃度が２．０ｍｇ／Ｌを超えるようにあった。したがって、真空ポンプ１７を例えば３０分に１回、間欠的に動作させれば、膜脱気装置１４の内部または近傍の純水の溶存酸素濃度を１．５ｍｇ／Ｌ未満でありつづけるようにすることができ、生菌による脱気膜の閉塞をより確実に防ぐことができることになる。１回の間欠動作において、真空ポンプ１７は、例えば１分間運転される。制御装置２０は、膜脱気装置１４の内部または近傍に存在する純水の溶存酸素濃度が２ｍｇ／Ｌ未満であり続けるように中断期間内における真空ポンプの運転条件（例えば１００分間に１回、１分間以上作動）を設定し、好ましくは１．６ｍｇ／Ｌ以下であり続けるように運転条件（例えば４５分間に１回、１分間以上作動）を設定し、さらに好ましくは１．５ｍｇ／Ｌ以下であり続けるような運転条件（例えば３０分間に１回、１分間以上作動）を設定する。

次に、本発明の別の実施形態の純水製造装置について説明する。純水製造装置の中断期間中に膜脱気装置の脱気膜の閉塞の原因となる好気性微生物は、主として、大気開放下にある純水タンクから由来するものであると考えられる。したがって、純水タンクと膜脱気装置との間の送水ラインにフィルターを設け、このフィルターにより好気性微生物が膜脱気装置に達することを阻止すれば、好気性微生物による脱気膜の閉塞をより効果的に防ぐことができることになる。

図３に示す本発明の別の実施形態の純水製造装置は、図１に示したものと同様の構成のものであるが、送液ポンプ１３の出口と膜脱気装置１４の入口の間の送水ラインにフィルター２１が設けられている点で、図１に示したものと異なっている。フィルター２１としては、好気性微生物が通過しないような孔径を有する精密濾過膜を用いることが好ましい。精密濾過膜の孔径は、例えば、１μｍ以下である。図３に示した純水製造装置では、純水タンク１１から膜脱気装置１４までの送水ラインにおいて膜脱気装置１４の入口の手前にフィルター２１が設けられているので、純水タンク１１中に好気性微生物が混入したとしても、この好気性微生物はフィルター２１において純水から除去され、膜脱気装置１４には到達しなくなる。したがって、図３に示した純水製造装置では、中断期間中に膜脱気装置１４の脱気膜が好気性微生物によって閉塞することを防ぐことができる。もっとも、純水製造装置の組み立て時に既に部材に付着していた好気性微生物や、フィルター２１をすり抜けた好気性微生物が存在する可能性があるので、図３に示した純水製造装置においても、図１に示した純水製造装置と同様に、夜間や休日などの中断期間中に、間欠的に（例えば、３０分ごとに１分間）真空ポンプ１７を作動させることが望ましい。当初から存在する好気性微生物やフィルター２１をすり抜ける好気性微生物の存在を無視できる場合には、図３に示す純水製造装置では、中断期間中に真空ポンプ１７を間欠的に駆動しなくてもよい。

１１ 純水タンク
１２，１５，１８ 弁
１３ 送液ポンプ
１４ 膜脱気装置
１６ 配管
１７ 真空ポンプ
２０ 制御装置
２１ フィルター

Claims (8)

1. 純水タンクに貯えた一次純水を、脱気膜を備える膜脱気装置に通液して脱気処理を行い、脱気処理後の純水をユースポイントに供給する純水製造方法であって、
   前記ユースポイントへの純水の供給を中断する中断期間内において、前記脱気膜の液相側に純水が存在する状態を保ったまま、前記脱気膜の気相側で前記膜脱気装置に接続している真空ポンプを間欠的に運転する、純水製造方法。
2. 前記膜脱気装置の内部または近傍に存在する純水の溶存酸素濃度が２ｍｇ／Ｌ未満であり続けるように、前記中断期間内における真空ポンプの運転間隔を設定する、請求項１に記載の純水製造方法。
3. 前記中断期間外の、前記ユースポイントでの需要に応じて前記脱気処理後の純水を前記ユースポイントに供給する供給期間において、前記真空ポンプを連続運転しながら、前記需要が発生するごとに、前記一次純水を前記膜脱気装置に送水する送液ポンプを作動させる、請求項１または２に記載の純水製造装置。
4. 一次純水を貯える純水タンクと、
   脱気膜を備え、前記純水タンク内の一次純水が通液されて膜脱気を行う膜脱気装置と、
   前記脱気膜の気相側で前記膜脱気装置に接続する真空ポンプと、
   ユースポイントへの純水の供給を中断する中断期間内において、前記脱気膜の液相側に純水が存在する状態を保ったまま、前記真空ポンプを間欠的に動作させる制御装置と、
   を有し、
   前記膜脱気装置で膜脱気された純水を前記ユースポイントに供給する純水製造装置。
5. 前記制御装置は、前記膜脱気装置の内部または近傍に存在する純水の溶存酸素濃度が２ｍｇ／Ｌ未満であり続けるように、前記中断期間内における真空ポンプの運転間隔を設定する、請求項４に記載の純水製造装置。
6. 前記純水タンクの出口に接続して前記一次純水を前記膜脱気装置に送液する送液ポンプをさらに備え、
   前記制御装置は、前記中断期間外の、前記ユースポイントでの需要に応じて前記膜脱気された純水を前記ユースポイントに供給する供給期間において、前記真空ポンプを連続運転しながら、前記需要が発生するごとに前記送液ポンプを作動させる、請求項４または５に記載の純水製造装置。
7. 前記純水タンクの出口と前記膜脱気装置との間の送水ライン上に設けられたフィルターをさらに備える、請求項４乃至６のいずれか１項に記載の純水製造装置。
8. 一次純水を貯える純水タンクと、
   脱気膜を備え、前記純水タンク内の一次純水が通液されて膜脱気を行う膜脱気装置と、
   前記純水タンクの出口と前記膜脱気装置との間の送水ライン上に設けられたフィルターと、
   を有し、
   前記膜脱気装置において膜脱気された純水を前記ユースポイントに供給する純水製造装置。

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