JP3862661B2 - 家庭用の蛇口直結型ナノろ過膜浄水器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭用の蛇口直結型ナノろ過浄水器に関し、さらに詳細には、浄水された水を水受けタンクに貯蔵し、必要時に取水して使用する従来の浄水器構造とは違い、水受けタンクレスの浄水器から浄化された水を直接取水して飲用する方式の家庭用の蛇口直結型ナノろ過膜浄水器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近来、産業化の進展による水質汚染、それに伴う水資源の不足が深刻な問題として受け止められている。産業構造の高度化、人口増加、生活水準の向上などによってより良質の用水に対する要求および需要が急増している反面、生活汚水や産業廃水による水質汚染は益々深刻化しており、却って使用可能な水は減ってくる現状にある。限定された水資源を有効に活用するためには水汚染を根本的に解決するとともに供給水を浄水して使用することが必須とされている。
【０００３】
既存の浄水器はフィルタの種類によって様々な浄水方式を取っているが、なかでも分離膜を利用した浄水方式が細菌、重金属などのような微細物質まで除去できることから最も有効な方式として評価されている。
【０００４】
浄水器に採用されている分離膜は、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜などが代表的に知られている。このうち、限外ろ過膜は、コロイド粒子の大きさの物質を除去するのに使用される膜であって、ナノろ過膜や逆浸透膜に比べて細孔が大きいため流量は多いものの、細菌や重金属などの微細物質まで除去するには限界がある。
【０００５】
一方、逆浸透膜は、細菌や重金属など大半の微細物質を除去できることから最近の浄水器に多く採用されている膜であって、これを採用した先行技術が多数開示されている（例えば、特許文献１、２など。）。しかしながら、この種の逆浸透膜は流量が不充分なため、これを採用した大部分の浄水器は、水受けタンクを備えて浄水された水を貯蔵し、ここから取水する方式を採択している。したがって、逆浸透膜を採用した浄水器は、水受けタンクの取り付けによる嵩の増大などの構造的な問題や浄水の長時保存による微生物の増殖などの2次汚染の問題点を抱えている。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第４，６２６，３４６号明細書
【特許文献２】
米国特許第６，１９０，５５８号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記問題点を解決するために案出されたものであって、細菌や重金属などの汚染物質を殆ど除去する上に、浄水器で浄化された水を直接取水できる水受けタンクレスの蛇口直結型浄水器を提供することにその目的がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、前処理ろ過フィルタおよび前処理カーボンフィルタから構成された前処理ろ過部、主ろ過部フィルタおよび後処理ろ過部フィルタを浄水システムとして採用する浄水器において、主ろ過部フィルタに適正水準の流量を有するナノろ過膜を使用することを特徴とする家庭用の蛇口直結型ナノろ過浄水器を提示する。
【０００９】
本発明に使用されるナノろ過膜は、細孔の大きさ(pore size)がおよそ０．１〜１０．０nm範囲のものが好適であるが、これは、逆浸透膜と限外ろ過膜のほぼ中間大きさの範囲に該当する。したがって、前記ナノろ過膜を使用して浄水すると、人体に無害な1価イオンは一部のみ選択的に透過させる一方、多価イオンや低分子有機物、細菌などは大部分分離・除去できる利点がある。すなわち、ナノろ過膜は逆浸透膜に比べて細孔が大きいため、加圧ポンプの圧力やモジュールの有効膜面積を調節すると、浄水取水弁から直接取水できる程度の流量が得られ、かつ、限外ろ過膜のように細孔の大きさによるふるいわけ効果(sieve effect)以外に、膜表面でイオンとの反応によって１価イオンやカルシウムイオンなどをおよそ３０〜６０％程度除去することができ、多価イオンや硫酸塩のような塩化合物は略９０％以上まで除去できるため、ミネラルが適正量含有された飲用水が得られる。
【００１０】
ナノろ過膜は、その製造方法によって渦巻型モジュール (spiral wound type module)や中空繊維型モジュール(hollow fiber type module)に区分されるが、本発明では両者とも適用可能であり、また、膜の材質によってポリアミド系分離膜やポリビニルアルコール系分離膜などに区分されるが、膜の孔径が０．１〜１０．０nm範囲なら材質によらず使用されることができる。一般に、ポリアミド系分離膜は、微細多空性支持体上でピペラジンやメタフェニレンジアミンのような多価アミンをトリメソイルクロリド(trimesoylchloride)などと界面重合させて製造し、ポリビニルアルコール系分離膜は、微細多空性支持体上にポリビニルアルコールを塗布し、架橋(curing)させて製造する。
【００１１】
本発明では、ナノろ過膜の中でも特に有効膜面積がおよそ８〜５０ft²であり、外径が１．５〜４．５inch、そして長さが８〜１８inchのナノろ過膜モジュールを使用して取水量をおよそ０．５〜３．５l/min範囲にした蛇口直結型の家庭用浄水器を提案する。このとき、取水量が０．５l/min未満では取水量が少なすぎて蛇口直結型には不向きであり、取水量が３．５l/minを超えるとポンプ容量が大きくなり、モジュールの大きさが過大となる問題がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。
【００１３】
本発明に採用される浄水システムは、図１に示すように、給水配管３、前処理ろ過フィルタ４、前処理カーボンフィルタ６、主ろ過部フィルタのナノろ過膜フィルタ７、逆流防止弁８、後処理ろ過フィルタ９、および浄水取水弁１０で構成され、また、前記浄水過程においてナノろ過膜フィルタ７部で濃縮された濃縮水は流量制御弁１１によって濃縮水配管１３を経て排水されるシステムとなっている。
【００１４】
本発明で前処理されたろ過フィルタ４は、金属やプラスチック材質のマイクロ沈殿フィルタ、粒状活性炭素フィルタ、粉末活性炭素フィルタ、棒活性炭素フィルタなどのカーボンフィルタを各々または組合せて使用することができ、後処埋ろ過フィルタ９は、紫外線消毒装置、活性炭素フィルタ、セラミックフィルタ、銀成分含有活性炭素フィルタ、限外ろ過膜フィルタ、磁化フィルタなどを各々または組合せて使用することができる。
【００１５】
本発明による浄水システムにおいて主ろ過部フィルタのナノろ過膜フィルタ７は、細孔の大きさが略０．１〜１０．０nm範囲のナノろ過膜を使用するが、０．１nm未満では流量が少なすぎて蛇口直結型に不向きであり、１０．０nmを超えると重金属や細菌などの汚染物質の除去が不充分となる問題点がある。主ろ過部フィルタによって浄水された水は、逆流防止弁８を経て後処理ろ過フィルタ９に流入されて最終の浄水過程を行い、最終に浄水された水は浄水取水弁１０を通じて水受けタンクに貯蔵されずに直接取水されるのである。
【００１６】
本発明において加圧は、水道圧または加圧ポンプ５によってなされるが、駆動圧力の圧力条件はおよそ１５〜１２０psi範囲であり、供給される原水の流入水量はおよそ０．５〜１２ｌ/min範囲で選択調節可能なように設計されることかできる。
【００１７】
以下、実施例に上げて本発明をさらに具体的に説明する。
【００１８】
【実施例１】
図１に示した構造の浄水システムにおいて、主ろ過部フィルタのナノろ過膜フイルタ７として細孔の大きさが１．５nm、有効膜面積が２３ft²、外径が３．５inch、そして長さが１２inchのナノろ過膜モジュールを使用したし、加圧ポンプ５の駆動圧力を３０psiにして浄水システムを稼動した後、流量および塩除去率を測定して下記の表1に表した。表１の流量単位g/dは、１日あたりガロンである。
【００１９】
このとき、NaClは供給水の原水濃度が５００ppmの場合であり、MgSO₄は供給水の原水濃度が２０００ppmの場合である。
【００２０】
【実施例２〜６】
実施例１で駆動圧力を下記の表１のように変更した以外は、実施例１と同様にして浄水性能を測定し、下記の表１に表した。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【発明の効果】
前記実施例からもわかるように、本発明による浄水システムを採用した浄水器は、１価イオンを適正水準に除去できるとともに２価イオン以上の塩なども殆ど除去できるため、水固有の美味しさを保ちながら重金属や細菌などの汚染物質の除去された良質の飲用水が得られ、かつ、取水量がおよそ０．５〜３．５l/min範囲にあるため、浄水された水を水受けタンクに貯蔵することなく十分な量を直接取水して飲用できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による浄水器の浄水システムを示す工程概略図。
【符号の説明】
１ 水道水配管
２ 給水弁
３ 給水配管
４ 前処理ろ過フィルタ
５ 加圧ポンプ
６ 前処理カーボンフィルタ
７ ナノろ過膜フィルタ
８ 逆流防止弁
９ 後処理カーボンフィルタ
１０ 浄水取水弁
１１ 流量制御弁
１２ 浄水配管
１３ 濃縮水配管

Claims (4)

1. 家庭用の蛇口と浄水取水弁との間に、蛇口側から順に前処理ろ過フィルタ、前処理カーボンフィルタ、主ろ過部フィルタ、逆流防止弁、後処理ろ過フィルタを備えた浄水システムが設けられ、その浄水システムで浄水された水を浄水取水弁から取り出す家庭用の蛇口直結型浄水器において、前記主ろ過部フィルタとして細孔の大きさ０．１〜１０．０ nm であり、有効膜の面積８〜５０ ft ² 、外径１．５〜４．５ inch 、長さ８〜１８ inch の範囲にあって、取水量０．５〜３．５ l ／ min のナノろ過膜フィルタのモジュールを使用することにより、前記浄水取水弁の後に浄水水受けタンクを設けることなく前記浄水を前記浄水取水弁から直接取水できることを特徴とする家庭用の蛇口直結型ナノろ過膜浄水器。
2. ナノろ過膜フィルタは、微細多空性支持体上でピペラジンまたはメタフェニレンジアミンをトリメソイルクロリドと界面重合させて製造されることを特徴とする請求項１記載の家庭用の蛇口直結型ナノろ過膜浄水器。
3. ナノろ過膜フィルタは、渦巻型ナノ分離膜フィルタおよび中空糸型ナノ分離膜フィルタの中で選択されることを特徴とする請求項１記載の家庭用の蛇口直結型ナノろ過膜浄水器。
4. 前処理ろ過フィルタと前処理カーボンフィルタとの間には加圧ポンプが設けられていることを特徴とする請求項１記載の家庭用の蛇口直結型ナノろ過膜浄水器。

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