中空糸膜モジュールの前処理方法及びそれを備えた自重濾過方式による浄水器
【課題】自重濾過方式による浄水器の通水初期より安定した濾過流量を得るための前処理方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】浄水を得る前に予め中空糸膜の内側から水を浸透させることを特徴とする、浄水を得るための中空糸膜モジュールの前処理方法。
【解決手段】浄水を得る前に予め中空糸膜の内側から水を浸透させることを特徴とする、浄水を得るための中空糸膜モジュールの前処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は中空糸膜モジュールの前処理方法及びそれを備えた自重濾過方式による浄水器に関する。
【背景技術】
【０００２】
中空糸膜モジュールを備えた浄水器として蛇口直結型浄水器では、水道水原水中の微細な濁りや雑菌、カルキ臭等を除去でき、各家庭の蛇口に手軽に取り付けることができるため、水道水質に不安のある都市部を中心に広く普及している。更には、使用場所を選ばないより手軽な浄水器としてポット型、ピッチャー型と呼ばれる自重濾過方式による浄水器が最近注目を浴びている。
【０００３】
浄水を得るためのカートリッジの構成として、トリハロメタンなどの有機物を除去するための活性炭、鉛などの金属イオンを除去するためのイオン交換体、鉄錆、濁り等を除去するための中空糸膜を濾材としているものが多い。濾材の中でも中空糸膜は精密濾過膜と呼ばれる０．０５〜１０μｍ程度の孔を持ち、そのため通水抵抗が大きく、カートリッジとしての濾過流量は中空糸膜部分でほとんど決定される。
【０００４】
蛇口直結型の浄水器の場合、水道水圧により濾過されるため、水道水圧が０．１ＭＰａ付近で安定していれば、濾過流量はそれほど問題とならない。しかしながら、特許文献１、特許文献２のようなカートリッジを用いる自重濾過方式の浄水器の場合、濾材にかかる圧力は濾材と液面とのヘッド差のみであり、１０〜２０ｋＰａ程度（ヘッド差として１０〜２０ｃｍ相当）でしかない。そのため、濾過流量は極めて低く、１Ｌの浄水を得るために１０分以上も時間を要することになり、更には濾過時間のばらつきも大きく、蛇口直結型浄水器と比べて、極めて使い勝手が悪く、致命的な問題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９―１２５６６４号公報
【特許文献２】特開２００４−２３０３３５号公報
【特許文献３】実公平５−９０６３号公報 特許文献１では、濾過流量の安定化を図るために、浄水カートリッジに空気抜き孔を穿設するというものであるが、十分な濾過流量が確保されたかどうかについては言及されていない。
【０００６】
特許文献２では、濾材の中で中空糸膜と吸着剤の仕切部材を介さないようにすることで濾過流量が高くなるとあるが、その時の１リットルの水の濾過時間は５０〜１００秒もの差があり、ばらつきが大きく、安定した濾過流量は得られていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、自重濾過方式による浄水器の通水初期より安定した濾過流量を得るための前処理方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
本発明者らの知見によれば、濾材が水と馴染んでいない状態、つまり濾材の中の空気が抜けきらない状態では濾過流量は低くなるが、その中でも特に中空糸膜が水となじみにくいということを見出した。これは中空糸膜の微細な孔の内部に残る気泡が抜けきらないためであるということを見出した。数回濾過を繰り返すことで、濾材内に滞留する空気が抜けるので次第に濾過流量はある程度高くなるが、安定しないのは、中空糸膜内部の残気泡によるものである。
【０００９】
自重濾過方式の浄水器の使用方法としては、カートリッジに付着した活性炭を除去するために水道水で洗った後、所定時間カートリッジ下部を水に浸した後、原水を数回濾過するという操作が一般的である。
【００１０】
本発明者らの知見によれば、中空糸膜部分に注目すると、この操作は、まず中空糸膜の外側から水を浸透させ、その後カートリッジ下部を水に浸すため、中空糸膜の内側から水を浸透させることになる。つまり、中空糸膜の外側、内側のそれぞれから浸透する水に挟まれるように残された中空糸膜内部の細孔部に滞留する空気が抜けきらず、その空気が通水を阻害することになり、濾過流量が安定しないのである。更には、浄水器に用いられる中空糸膜は親水化膜が用いられているため、膜の内部に残る気泡は極めて抜けにくいことも、濾過流量が安定しない一因である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記のような課題について、下記のいずれかの構成により解決できることを見いだした。
（１）ケーシング内に複数本からなるＵ字化された中空糸膜束が装填され、中空糸膜端が接着剤によりシールされ、接着部分を切断することにより、原水側と透過水側が仕切られている中空糸膜モジュールの前処理方法であって、浄水を得る前に予め前記中空糸膜の内側から水を浸透させることを特徴とする、浄水を得るための中空糸膜モジュールの前処理方法。
（２）前記中空糸膜の接着断面全体から水を浸透させることを特徴とする、（１）に記載の中空糸膜モジュールの前処理方法。
（３）前記中空糸膜の接着断面全体から水を浸透させる際に、前記中空糸膜束のＵ字端を水面下以上に沈めることを特徴とする、（２）に記載の中空糸膜モジュールの前処理方法。
（４）装填される前記中空糸膜が精密濾過膜、もしくはそれより小さい孔を備える膜であることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の中空糸膜モジュールの前処理方法。
（５）（１）乃至（４）のいずれかに記載の前処理を処した中空糸膜モジュール及びそれを備えたカートリッジを搭載することを特徴とする自重濾過方式による浄水器。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、自重濾過方式による浄水器の通水初期より安定した濾過流量を得ることができるため、浄水を得るのにストレスを感じることのない、使い勝手のよい浄水器として活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１（ａ）】中空糸膜モジュールの製造概略図
【図１（ｂ）】中空糸膜モジュールの製造概略図
【図２】Ｕ字化された中空糸膜を備えたモジュール
【図３】Ｕ字化された中空糸膜を二組備えたモジュール
【図４】中空糸膜編織物を備えたモジュール
【図５】中空糸膜モジュールの前処理方法の模式図
【図６】原水導入部がシールで保護された中空糸膜モジュールを備えたカートリッジ
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明による前処理方法は、自重濾過方式による浄水器全般に渡り適用できるものであり、ポット型浄水器やピッチャー型浄水器に好適に用いられる。更には、ウォーターサーバーのような大容量な浄水器にも好適に用いられる。
【００１５】
本発明に用いる中空糸膜モジュールは、公知の方法を用いて製造することができるが、概略は図１のとおりである。まず、図１（ａ）のように、ケーシング１０内に複数本の中空糸膜がＵ字化された中空糸膜束２が装填し、注型皿４と組み合わせたものを接着剤受皿３上に設置し、接着剤５を流し込む。図１（ｂ）のように、接着剤５が硬化したところでカット刃７により切断することで、中空糸膜モジュール１を得ることができる。
【００１６】
中空糸膜モジュールは活性炭等の他の濾材と組み合わされ、カートリッジとして提供されることが多いが、中空糸膜モジュールと他の濾材は別ユニットとして分離させることも可能である。その時は、中空糸膜モジュール部分のみを本発明による前処理方法を実施すればよい。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
本発明における中空糸膜モジュール１には、例えば図２に示すＵ字化された中空糸膜束２が用いられる。Ｕ字化された中空糸膜束２の形態としては、所定本数を二つに折り曲げて一束をＵ字化したものや、図３のような複数束をＵ字化したものが用いられる他、図４のような特許文献３に記載されているような中空糸膜編織物を用いることによっても、ケーシング１０に装填して中空糸膜片端を接着剤５によりシールし、接着部分を切断することで、Ｕ字化中空糸膜束とすることができる。
【００１９】
本発明における前処理は、浄水を得る前に実施すべきものであり、衛生的な面からも使用を開始する直前が好ましい。
【００２０】
前処理方法としては、中空糸膜モジュール１の中空糸膜部分の内側から水を浸透させることになる。ここで重要なのは中空糸膜として水と初めて接触する部分が中空糸膜の内側であるという点であり、中空糸膜の外側が濡れることは必ず避けなければならない。より具体的には、中空糸膜の接着部分切断面９から水を浸透させるというものである。更には、モジュールの全ての中空糸膜を前処理させるために、接着部分切断面全体を水に接触させて、水を浸透させることにも留意する必要がある。接着部分切断面全体を水に接触させる際、激しく操作すると、水しぶきが生じてモジュールの中空糸膜の外側を濡らしてしまう可能性があるため、静かに操作しなければならない。これにより中空糸膜の内側に浸透した水は毛細管現象で次第に満たされ、中空糸膜の外側にも到達することになる。
【００２１】
中空糸膜モジュールで浄水を得る前に、予め上記のような前処理を行うことにより、浄水を得る際に、適正な濾過流量を通水初期から安定して得ることができるようになるのである。
【００２２】
本発明の前処理をより確実に短時間で実行するためには、図５のように中空糸膜束のＵ字端を水面下以上に沈めるとさらに効果的である。この場合、水圧により中空糸膜の内側の液面は水面まで上昇するため、中空糸膜の内側を瞬時に水で満たすことができる。前処理に必要な時間は、膜の孔径、膜厚、親水化の度合いにも影響するが、精密濾過膜では本発明によれば少なくとも２０秒以内、好ましくは１０秒以内、更に好ましくは５秒以内に完了させることができる。前処理の操作はごく短時間であるので、例えばある容器１２に中空糸膜モジュールが浸漬できる程度に水１３を溜めて、ケーシング２の上端を手で支えながら、図５のように中空糸膜モジュール１のＵ字端が水面下以上になるように容器１２に沈めればよい。例えば、ポット型浄水器用のカートリッジ１４の場合、カートリッジを浄水器本体に組み込んだ状態でちょうど浸漬する程度にポット型浄水器本体に水を溜めて、カートリッジの浄水出口側１８から水と接触させることもできる。
【００２３】
自重濾過方式の浄水器用カートリッジでは、中空糸膜モジュール以外に活性炭等の濾材を上流側に備えていることが多いが、活性炭層に水が浸入すると結果的に中空糸膜の外側が濡れることになるため、中空糸膜の外側を濡らさないようにするために、図６のように浄水器用カートリッジの原水導入部をシール１９で保護することができる。この場合、本発明による前処理方法を実施する際に、中空糸膜の外側を濡らさないことにそれほど注意しなくてもよくなり好ましく、例えば前処理を実施する前に、活性炭等の微粉がカートリッジに付着した場合でも、該カートリッジを水洗いすることができ、その後シールを剥がして、前処理を実施することができる。
【００２４】
本発明の前処理をより効果的に実行するために、中空糸膜は、精密濾過膜として、０．０５〜１０μｍ程度の孔を持つものが好適に用いられるが、浄水器用としては細菌や微生物、赤錆などを除去する目的で０．３μｍ以下の孔径を持つものが好適に用いられる。更には、ウィルス除去を目的とする浄水器には更に小さい０．０１μｍ程度の限外濾過膜が好適に用いられる。
【００２５】
１０μｍよりも大きな孔を持つ膜の場合、膜内部の空気は容易に抜けるため、特別な方法は必要ないが、孔径の小さい膜になるほど、膜内部の空気を確実に抜く必要があり、本発明の前処理の効果は顕著となる。
【００２６】
中空糸膜素材としては、上記孔径を持つものであれば概ね問題ないが、例えばセルロース系、ポリオレフィン系、ポリビニルアルコール系、ポリスルホン系、ポリメタクリル酸メチル系、ポリアミド系、等の各種素材が適宜選定され、疎水性の素材については公知の親水化処理を施した上で浄水器用膜として用いられる。親水化された膜であれば、微細孔内に一旦水が満たされると保持されるので、衛生面に十分配慮できれば、前処理後しばらく放置していても濾過流量が低下することはない。
【００２７】
膜構造については、均質膜、非対称膜を問わないが、前処理時間を短縮させるためには中空糸膜の内側から外側に水が浸透しやすいように、膜構造については内側が疎、外側が密な非対称構造を持つ膜でより顕著な発明の効果を発揮することができるため、上記膜素材の中でもセルロース系、ポリスルホン系の場合、製膜方法から非対称構造を形成させやすいため、好ましく用いられる。
【００２８】
本発明の中空糸膜モジュールは、前処理操作において支障のない範囲にて他の濾材と組み合わせた公知の方法でカートリッジ化し、使用することもできる。また、他の濾材と中空糸膜モジュールを独立させた場合は、まず中空糸膜モジュールのみを前処理した後、他の濾材を前処理することで、適正な濾過流量を通水初期から得ることができる。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。濾過流量の測定方法は以下のとおりである。
（１）濾過流量測定１：
ポット型やピッチャー型浄水器のように、漏斗内に所定量の水を投入して浄水処理する際の濾過流量で、実使用上の測定方法であり、ＪＩＳ Ｓ３２０１（２００４年）の６．１（ｂ）に記載の手法に沿って評価する。本発明においては、東レ社製ＰＴ３０１（カートリッジ原水導入口までの最大ヘッド差１００ｍｍ）を用いて１リットルの原水を濾過し、濾過水が０．９８リットルに達するまでの時間から濾過流量を算出するものとし、ｎ＝３の平均値を測定値とし、結果を表１に示した。
（２）濾過流量測定２：
上記とは異なり、一定圧力条件となるようにヘッド差をコントロールした際の濾過流量で、濾材の持つ実質的な濾過流量の測定方法として、ヘッド差を２５ｃｍに維持し、中空糸膜モジュールから得られる濾液を１分間採取し、濾過流量を測定するものとし、ｎ＝３の平均値を測定値とし、結果を表２に示した。
＜実施例１＞
中空糸膜の内側が疎、外側が密な精密濾過膜であるポリスルホン系中空糸膜５００本（中空糸膜の外径０．４６ｍｍ）をＵ字化して中空糸膜モジュールとし、活性炭ユニットを加えたカートリッジを準備した。中空糸膜モジュールの浄水出口から中空糸膜Ｕ字端までの高さは７０ｍｍ、接着層の厚みは１５ｍｍであった。前処理はポット型浄水器の本体容器内で実施した。中空糸膜モジュール接着面から水が浸透するように、水を張った本体容器に浄水吐出部側から浸漬し、水面を中空糸膜束のＵ字端高さ以上となるまで沈めて５秒間保持して処した後、濾過流量測定１に沿って濾過流量を評価したところ、初期の濾過流量は０．１３３Ｌ／ｍｉｎであった。更に３リットル、１０リットル通水後、同様の測定を行ったところ、それぞれ０．１３５、０．１３６Ｌ／ｍｉｎであり、濾過流量は安定していた。
【００３０】
このように、本発明の中空糸膜モジュールを備えた自重濾過方式の浄水器用カートリッジの濾過流量は０．１Ｌ／ｍｉｎ以上であり、本発明に示す前処理を実施することで、１リットルの原水を濾過するのに要する時間は初期から１０分以内で、しかもその濾過流量が安定するため、使用者は原水の濾過にストレスを感じることもなく、一般家庭用冷蔵庫に収納できるポット型浄水器用のカートリッジとして好適に利用することができる。
＜実施例２＞
中空糸膜の内側が疎、外側が密な精密濾過膜であるポリスルホン系中空糸膜９００本（中空糸膜の外径０．４６ｍｍ）をＵ字化して中空糸膜モジュールとした。中空糸膜モジュールの浄水出口から中空糸膜Ｕ字端までの高さは７０ｍｍ、接着層の厚みは１５ｍｍであった。中空糸膜モジュールのみを前処理し、中空糸膜モジュールのみで濾過流量測定２に沿って濾過流量を評価したところ、初期の濾過流量は０．６３５Ｌ／ｍｉｎであった。その後１０分、３０分通水後に濾過流量を測定したところ、それぞれ０．６３６、０．６２９Ｌ／ｍｉｎと推移し、濾過流量は安定していた。
＜実施例３＞
中空糸膜全体が均一な精密濾過膜であるポリエチレン系中空糸膜１４００本（中空糸膜の外径０．４０ｍｍ）を編織Ｕ字化して中空糸膜モジュールとした。中空糸膜モジュールの浄水出口から中空糸膜Ｕ字端までの高さは６５ｍｍ、接着層の厚みは１５ｍｍであった。それ以外は実施例２と同様に中空糸膜モジュールのみを前処理し、濾過流量測定２に沿って濾過流量を評価したところ、初期の濾過流量は０．３５０Ｌ／ｍｉｎであった。その後、３０分通水後に濾過流量を測定したところ、０．３４０Ｌ／ｍｉｎであり、濾過流量は安定していた。
＜比較例１＞
実施例１と同様の中空糸膜モジュールを備えたカートリッジを全体的に水道水で洗浄した後、前処理を行い濾過流量測定１に沿って濾過流量を評価したところ、初期の濾過流量は０．０７５Ｌ／ｍｉｎとなった。更に３リットル、１０リットル通水後、同様の測定を行ったところ、それぞれ０．０８７、０．０９９Ｌ／ｍｉｎとなり、濾過流量が徐々に増加する傾向にあり、適正な濾過流量を通水初期から得ることができなかった。
＜比較例２＞
実施例２の中空糸膜モジュールの中空糸膜外側を水で濡らした後、前処理を行い、濾過流量測定２に沿って評価したところ、０．２４０Ｌ／ｍｉｎとなった。その後１０分、３０分通水後に濾過流量を測定したところ、それぞれ０．２８５、０．３６５Ｌ／ｍｉｎであり、濾過流量が徐々に増加する傾向にあり、適正な濾過流量を通水初期から得ることができなかった。
＜比較例３＞
実施例３の中空糸膜モジュールの中空糸膜外側を水で濡らした後、前処理を行い、濾過流量測定２に沿って評価したところ、０．２４０Ｌ／ｍｉｎであった。その後、１０分、３０分通水後に濾過流量を測定したところ、それぞれ０．２４９、０．２５５Ｌ／ｍｉｎであり、濾過流量が徐々に増加する傾向にあり、適正な濾過流量を通水初期から得ることができなかった。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【表２】
【００３３】
＜まとめ＞
表１、表２の実施例の結果を見ると、カートリッジあるいはモジュールへの通水初期の段階から安定した濾過流量が得られていることがわかる。
【符号の説明】
【００３４】
１ 中空糸膜モジュール
２ 中空糸膜束
３ 接着剤受皿
４ 注型皿
５ 接着剤
６ 接着剤注入口
７ カット刃
８ 切断屑
９ 切断面
１０ ケーシング
１１ 編み糸
１２ 容器
１３ 水
１４ カートリッジ
１５ カートリッジケース
１６ 活性炭
１７ 原水流入口
１８ 浄水出口
１９ シール
【技術分野】
【０００１】
本発明は中空糸膜モジュールの前処理方法及びそれを備えた自重濾過方式による浄水器に関する。
【背景技術】
【０００２】
中空糸膜モジュールを備えた浄水器として蛇口直結型浄水器では、水道水原水中の微細な濁りや雑菌、カルキ臭等を除去でき、各家庭の蛇口に手軽に取り付けることができるため、水道水質に不安のある都市部を中心に広く普及している。更には、使用場所を選ばないより手軽な浄水器としてポット型、ピッチャー型と呼ばれる自重濾過方式による浄水器が最近注目を浴びている。
【０００３】
浄水を得るためのカートリッジの構成として、トリハロメタンなどの有機物を除去するための活性炭、鉛などの金属イオンを除去するためのイオン交換体、鉄錆、濁り等を除去するための中空糸膜を濾材としているものが多い。濾材の中でも中空糸膜は精密濾過膜と呼ばれる０．０５〜１０μｍ程度の孔を持ち、そのため通水抵抗が大きく、カートリッジとしての濾過流量は中空糸膜部分でほとんど決定される。
【０００４】
蛇口直結型の浄水器の場合、水道水圧により濾過されるため、水道水圧が０．１ＭＰａ付近で安定していれば、濾過流量はそれほど問題とならない。しかしながら、特許文献１、特許文献２のようなカートリッジを用いる自重濾過方式の浄水器の場合、濾材にかかる圧力は濾材と液面とのヘッド差のみであり、１０〜２０ｋＰａ程度（ヘッド差として１０〜２０ｃｍ相当）でしかない。そのため、濾過流量は極めて低く、１Ｌの浄水を得るために１０分以上も時間を要することになり、更には濾過時間のばらつきも大きく、蛇口直結型浄水器と比べて、極めて使い勝手が悪く、致命的な問題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９―１２５６６４号公報
【特許文献２】特開２００４−２３０３３５号公報
【特許文献３】実公平５−９０６３号公報 特許文献１では、濾過流量の安定化を図るために、浄水カートリッジに空気抜き孔を穿設するというものであるが、十分な濾過流量が確保されたかどうかについては言及されていない。
【０００６】
特許文献２では、濾材の中で中空糸膜と吸着剤の仕切部材を介さないようにすることで濾過流量が高くなるとあるが、その時の１リットルの水の濾過時間は５０〜１００秒もの差があり、ばらつきが大きく、安定した濾過流量は得られていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、自重濾過方式による浄水器の通水初期より安定した濾過流量を得るための前処理方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
本発明者らの知見によれば、濾材が水と馴染んでいない状態、つまり濾材の中の空気が抜けきらない状態では濾過流量は低くなるが、その中でも特に中空糸膜が水となじみにくいということを見出した。これは中空糸膜の微細な孔の内部に残る気泡が抜けきらないためであるということを見出した。数回濾過を繰り返すことで、濾材内に滞留する空気が抜けるので次第に濾過流量はある程度高くなるが、安定しないのは、中空糸膜内部の残気泡によるものである。
【０００９】
自重濾過方式の浄水器の使用方法としては、カートリッジに付着した活性炭を除去するために水道水で洗った後、所定時間カートリッジ下部を水に浸した後、原水を数回濾過するという操作が一般的である。
【００１０】
本発明者らの知見によれば、中空糸膜部分に注目すると、この操作は、まず中空糸膜の外側から水を浸透させ、その後カートリッジ下部を水に浸すため、中空糸膜の内側から水を浸透させることになる。つまり、中空糸膜の外側、内側のそれぞれから浸透する水に挟まれるように残された中空糸膜内部の細孔部に滞留する空気が抜けきらず、その空気が通水を阻害することになり、濾過流量が安定しないのである。更には、浄水器に用いられる中空糸膜は親水化膜が用いられているため、膜の内部に残る気泡は極めて抜けにくいことも、濾過流量が安定しない一因である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記のような課題について、下記のいずれかの構成により解決できることを見いだした。
（１）ケーシング内に複数本からなるＵ字化された中空糸膜束が装填され、中空糸膜端が接着剤によりシールされ、接着部分を切断することにより、原水側と透過水側が仕切られている中空糸膜モジュールの前処理方法であって、浄水を得る前に予め前記中空糸膜の内側から水を浸透させることを特徴とする、浄水を得るための中空糸膜モジュールの前処理方法。
（２）前記中空糸膜の接着断面全体から水を浸透させることを特徴とする、（１）に記載の中空糸膜モジュールの前処理方法。
（３）前記中空糸膜の接着断面全体から水を浸透させる際に、前記中空糸膜束のＵ字端を水面下以上に沈めることを特徴とする、（２）に記載の中空糸膜モジュールの前処理方法。
（４）装填される前記中空糸膜が精密濾過膜、もしくはそれより小さい孔を備える膜であることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の中空糸膜モジュールの前処理方法。
（５）（１）乃至（４）のいずれかに記載の前処理を処した中空糸膜モジュール及びそれを備えたカートリッジを搭載することを特徴とする自重濾過方式による浄水器。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、自重濾過方式による浄水器の通水初期より安定した濾過流量を得ることができるため、浄水を得るのにストレスを感じることのない、使い勝手のよい浄水器として活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１（ａ）】中空糸膜モジュールの製造概略図
【図１（ｂ）】中空糸膜モジュールの製造概略図
【図２】Ｕ字化された中空糸膜を備えたモジュール
【図３】Ｕ字化された中空糸膜を二組備えたモジュール
【図４】中空糸膜編織物を備えたモジュール
【図５】中空糸膜モジュールの前処理方法の模式図
【図６】原水導入部がシールで保護された中空糸膜モジュールを備えたカートリッジ
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明による前処理方法は、自重濾過方式による浄水器全般に渡り適用できるものであり、ポット型浄水器やピッチャー型浄水器に好適に用いられる。更には、ウォーターサーバーのような大容量な浄水器にも好適に用いられる。
【００１５】
本発明に用いる中空糸膜モジュールは、公知の方法を用いて製造することができるが、概略は図１のとおりである。まず、図１（ａ）のように、ケーシング１０内に複数本の中空糸膜がＵ字化された中空糸膜束２が装填し、注型皿４と組み合わせたものを接着剤受皿３上に設置し、接着剤５を流し込む。図１（ｂ）のように、接着剤５が硬化したところでカット刃７により切断することで、中空糸膜モジュール１を得ることができる。
【００１６】
中空糸膜モジュールは活性炭等の他の濾材と組み合わされ、カートリッジとして提供されることが多いが、中空糸膜モジュールと他の濾材は別ユニットとして分離させることも可能である。その時は、中空糸膜モジュール部分のみを本発明による前処理方法を実施すればよい。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
本発明における中空糸膜モジュール１には、例えば図２に示すＵ字化された中空糸膜束２が用いられる。Ｕ字化された中空糸膜束２の形態としては、所定本数を二つに折り曲げて一束をＵ字化したものや、図３のような複数束をＵ字化したものが用いられる他、図４のような特許文献３に記載されているような中空糸膜編織物を用いることによっても、ケーシング１０に装填して中空糸膜片端を接着剤５によりシールし、接着部分を切断することで、Ｕ字化中空糸膜束とすることができる。
【００１９】
本発明における前処理は、浄水を得る前に実施すべきものであり、衛生的な面からも使用を開始する直前が好ましい。
【００２０】
前処理方法としては、中空糸膜モジュール１の中空糸膜部分の内側から水を浸透させることになる。ここで重要なのは中空糸膜として水と初めて接触する部分が中空糸膜の内側であるという点であり、中空糸膜の外側が濡れることは必ず避けなければならない。より具体的には、中空糸膜の接着部分切断面９から水を浸透させるというものである。更には、モジュールの全ての中空糸膜を前処理させるために、接着部分切断面全体を水に接触させて、水を浸透させることにも留意する必要がある。接着部分切断面全体を水に接触させる際、激しく操作すると、水しぶきが生じてモジュールの中空糸膜の外側を濡らしてしまう可能性があるため、静かに操作しなければならない。これにより中空糸膜の内側に浸透した水は毛細管現象で次第に満たされ、中空糸膜の外側にも到達することになる。
【００２１】
中空糸膜モジュールで浄水を得る前に、予め上記のような前処理を行うことにより、浄水を得る際に、適正な濾過流量を通水初期から安定して得ることができるようになるのである。
【００２２】
本発明の前処理をより確実に短時間で実行するためには、図５のように中空糸膜束のＵ字端を水面下以上に沈めるとさらに効果的である。この場合、水圧により中空糸膜の内側の液面は水面まで上昇するため、中空糸膜の内側を瞬時に水で満たすことができる。前処理に必要な時間は、膜の孔径、膜厚、親水化の度合いにも影響するが、精密濾過膜では本発明によれば少なくとも２０秒以内、好ましくは１０秒以内、更に好ましくは５秒以内に完了させることができる。前処理の操作はごく短時間であるので、例えばある容器１２に中空糸膜モジュールが浸漬できる程度に水１３を溜めて、ケーシング２の上端を手で支えながら、図５のように中空糸膜モジュール１のＵ字端が水面下以上になるように容器１２に沈めればよい。例えば、ポット型浄水器用のカートリッジ１４の場合、カートリッジを浄水器本体に組み込んだ状態でちょうど浸漬する程度にポット型浄水器本体に水を溜めて、カートリッジの浄水出口側１８から水と接触させることもできる。
【００２３】
自重濾過方式の浄水器用カートリッジでは、中空糸膜モジュール以外に活性炭等の濾材を上流側に備えていることが多いが、活性炭層に水が浸入すると結果的に中空糸膜の外側が濡れることになるため、中空糸膜の外側を濡らさないようにするために、図６のように浄水器用カートリッジの原水導入部をシール１９で保護することができる。この場合、本発明による前処理方法を実施する際に、中空糸膜の外側を濡らさないことにそれほど注意しなくてもよくなり好ましく、例えば前処理を実施する前に、活性炭等の微粉がカートリッジに付着した場合でも、該カートリッジを水洗いすることができ、その後シールを剥がして、前処理を実施することができる。
【００２４】
本発明の前処理をより効果的に実行するために、中空糸膜は、精密濾過膜として、０．０５〜１０μｍ程度の孔を持つものが好適に用いられるが、浄水器用としては細菌や微生物、赤錆などを除去する目的で０．３μｍ以下の孔径を持つものが好適に用いられる。更には、ウィルス除去を目的とする浄水器には更に小さい０．０１μｍ程度の限外濾過膜が好適に用いられる。
【００２５】
１０μｍよりも大きな孔を持つ膜の場合、膜内部の空気は容易に抜けるため、特別な方法は必要ないが、孔径の小さい膜になるほど、膜内部の空気を確実に抜く必要があり、本発明の前処理の効果は顕著となる。
【００２６】
中空糸膜素材としては、上記孔径を持つものであれば概ね問題ないが、例えばセルロース系、ポリオレフィン系、ポリビニルアルコール系、ポリスルホン系、ポリメタクリル酸メチル系、ポリアミド系、等の各種素材が適宜選定され、疎水性の素材については公知の親水化処理を施した上で浄水器用膜として用いられる。親水化された膜であれば、微細孔内に一旦水が満たされると保持されるので、衛生面に十分配慮できれば、前処理後しばらく放置していても濾過流量が低下することはない。
【００２７】
膜構造については、均質膜、非対称膜を問わないが、前処理時間を短縮させるためには中空糸膜の内側から外側に水が浸透しやすいように、膜構造については内側が疎、外側が密な非対称構造を持つ膜でより顕著な発明の効果を発揮することができるため、上記膜素材の中でもセルロース系、ポリスルホン系の場合、製膜方法から非対称構造を形成させやすいため、好ましく用いられる。
【００２８】
本発明の中空糸膜モジュールは、前処理操作において支障のない範囲にて他の濾材と組み合わせた公知の方法でカートリッジ化し、使用することもできる。また、他の濾材と中空糸膜モジュールを独立させた場合は、まず中空糸膜モジュールのみを前処理した後、他の濾材を前処理することで、適正な濾過流量を通水初期から得ることができる。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。濾過流量の測定方法は以下のとおりである。
（１）濾過流量測定１：
ポット型やピッチャー型浄水器のように、漏斗内に所定量の水を投入して浄水処理する際の濾過流量で、実使用上の測定方法であり、ＪＩＳ Ｓ３２０１（２００４年）の６．１（ｂ）に記載の手法に沿って評価する。本発明においては、東レ社製ＰＴ３０１（カートリッジ原水導入口までの最大ヘッド差１００ｍｍ）を用いて１リットルの原水を濾過し、濾過水が０．９８リットルに達するまでの時間から濾過流量を算出するものとし、ｎ＝３の平均値を測定値とし、結果を表１に示した。
（２）濾過流量測定２：
上記とは異なり、一定圧力条件となるようにヘッド差をコントロールした際の濾過流量で、濾材の持つ実質的な濾過流量の測定方法として、ヘッド差を２５ｃｍに維持し、中空糸膜モジュールから得られる濾液を１分間採取し、濾過流量を測定するものとし、ｎ＝３の平均値を測定値とし、結果を表２に示した。
＜実施例１＞
中空糸膜の内側が疎、外側が密な精密濾過膜であるポリスルホン系中空糸膜５００本（中空糸膜の外径０．４６ｍｍ）をＵ字化して中空糸膜モジュールとし、活性炭ユニットを加えたカートリッジを準備した。中空糸膜モジュールの浄水出口から中空糸膜Ｕ字端までの高さは７０ｍｍ、接着層の厚みは１５ｍｍであった。前処理はポット型浄水器の本体容器内で実施した。中空糸膜モジュール接着面から水が浸透するように、水を張った本体容器に浄水吐出部側から浸漬し、水面を中空糸膜束のＵ字端高さ以上となるまで沈めて５秒間保持して処した後、濾過流量測定１に沿って濾過流量を評価したところ、初期の濾過流量は０．１３３Ｌ／ｍｉｎであった。更に３リットル、１０リットル通水後、同様の測定を行ったところ、それぞれ０．１３５、０．１３６Ｌ／ｍｉｎであり、濾過流量は安定していた。
【００３０】
このように、本発明の中空糸膜モジュールを備えた自重濾過方式の浄水器用カートリッジの濾過流量は０．１Ｌ／ｍｉｎ以上であり、本発明に示す前処理を実施することで、１リットルの原水を濾過するのに要する時間は初期から１０分以内で、しかもその濾過流量が安定するため、使用者は原水の濾過にストレスを感じることもなく、一般家庭用冷蔵庫に収納できるポット型浄水器用のカートリッジとして好適に利用することができる。
＜実施例２＞
中空糸膜の内側が疎、外側が密な精密濾過膜であるポリスルホン系中空糸膜９００本（中空糸膜の外径０．４６ｍｍ）をＵ字化して中空糸膜モジュールとした。中空糸膜モジュールの浄水出口から中空糸膜Ｕ字端までの高さは７０ｍｍ、接着層の厚みは１５ｍｍであった。中空糸膜モジュールのみを前処理し、中空糸膜モジュールのみで濾過流量測定２に沿って濾過流量を評価したところ、初期の濾過流量は０．６３５Ｌ／ｍｉｎであった。その後１０分、３０分通水後に濾過流量を測定したところ、それぞれ０．６３６、０．６２９Ｌ／ｍｉｎと推移し、濾過流量は安定していた。
＜実施例３＞
中空糸膜全体が均一な精密濾過膜であるポリエチレン系中空糸膜１４００本（中空糸膜の外径０．４０ｍｍ）を編織Ｕ字化して中空糸膜モジュールとした。中空糸膜モジュールの浄水出口から中空糸膜Ｕ字端までの高さは６５ｍｍ、接着層の厚みは１５ｍｍであった。それ以外は実施例２と同様に中空糸膜モジュールのみを前処理し、濾過流量測定２に沿って濾過流量を評価したところ、初期の濾過流量は０．３５０Ｌ／ｍｉｎであった。その後、３０分通水後に濾過流量を測定したところ、０．３４０Ｌ／ｍｉｎであり、濾過流量は安定していた。
＜比較例１＞
実施例１と同様の中空糸膜モジュールを備えたカートリッジを全体的に水道水で洗浄した後、前処理を行い濾過流量測定１に沿って濾過流量を評価したところ、初期の濾過流量は０．０７５Ｌ／ｍｉｎとなった。更に３リットル、１０リットル通水後、同様の測定を行ったところ、それぞれ０．０８７、０．０９９Ｌ／ｍｉｎとなり、濾過流量が徐々に増加する傾向にあり、適正な濾過流量を通水初期から得ることができなかった。
＜比較例２＞
実施例２の中空糸膜モジュールの中空糸膜外側を水で濡らした後、前処理を行い、濾過流量測定２に沿って評価したところ、０．２４０Ｌ／ｍｉｎとなった。その後１０分、３０分通水後に濾過流量を測定したところ、それぞれ０．２８５、０．３６５Ｌ／ｍｉｎであり、濾過流量が徐々に増加する傾向にあり、適正な濾過流量を通水初期から得ることができなかった。
＜比較例３＞
実施例３の中空糸膜モジュールの中空糸膜外側を水で濡らした後、前処理を行い、濾過流量測定２に沿って評価したところ、０．２４０Ｌ／ｍｉｎであった。その後、１０分、３０分通水後に濾過流量を測定したところ、それぞれ０．２４９、０．２５５Ｌ／ｍｉｎであり、濾過流量が徐々に増加する傾向にあり、適正な濾過流量を通水初期から得ることができなかった。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【表２】
【００３３】
＜まとめ＞
表１、表２の実施例の結果を見ると、カートリッジあるいはモジュールへの通水初期の段階から安定した濾過流量が得られていることがわかる。
【符号の説明】
【００３４】
１ 中空糸膜モジュール
２ 中空糸膜束
３ 接着剤受皿
４ 注型皿
５ 接着剤
６ 接着剤注入口
７ カット刃
８ 切断屑
９ 切断面
１０ ケーシング
１１ 編み糸
１２ 容器
１３ 水
１４ カートリッジ
１５ カートリッジケース
１６ 活性炭
１７ 原水流入口
１８ 浄水出口
１９ シール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内に複数本の中空糸膜がＵ字化された中空糸膜束が装填され、前記中空糸膜束の端部が接着剤によりシールされ、前記中空糸膜束の端部の接着部分を切断することにより、原水側と透過水側が仕切られている中空糸膜モジュールの前処理方法であって、浄水を得る前に予め前記中空糸膜の内側から水を浸透させることを特徴とする、中空糸膜モジュールの前処理方法。
【請求項２】
前記中空糸膜の接着断面全体から水を浸透させることを特徴とする、請求項１に記載の中空糸膜モジュールの前処理方法。
【請求項３】
前記中空糸膜の接着断面全体から水を浸透させる際に、前記中空糸膜束のＵ字端を水面下以上に沈めることを特徴とする、請求項２に記載の中空糸膜モジュールの前処理方法。
【請求項４】
装填される前記中空糸膜が精密濾過膜、もしくはそれより小さい孔を備える膜であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の中空糸膜モジュールの前処理方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の前処理を処した中空糸膜モジュール及びそれを備えたカートリッジを搭載することを特徴とする自重濾過方式による浄水器。
【請求項１】
ケーシング内に複数本の中空糸膜がＵ字化された中空糸膜束が装填され、前記中空糸膜束の端部が接着剤によりシールされ、前記中空糸膜束の端部の接着部分を切断することにより、原水側と透過水側が仕切られている中空糸膜モジュールの前処理方法であって、浄水を得る前に予め前記中空糸膜の内側から水を浸透させることを特徴とする、中空糸膜モジュールの前処理方法。
【請求項２】
前記中空糸膜の接着断面全体から水を浸透させることを特徴とする、請求項１に記載の中空糸膜モジュールの前処理方法。
【請求項３】
前記中空糸膜の接着断面全体から水を浸透させる際に、前記中空糸膜束のＵ字端を水面下以上に沈めることを特徴とする、請求項２に記載の中空糸膜モジュールの前処理方法。
【請求項４】
装填される前記中空糸膜が精密濾過膜、もしくはそれより小さい孔を備える膜であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の中空糸膜モジュールの前処理方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の前処理を処した中空糸膜モジュール及びそれを備えたカートリッジを搭載することを特徴とする自重濾過方式による浄水器。
【図１（ａ）】
【図１（ｂ）】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１（ｂ）】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２１２５１９（Ｐ２０１１−２１２５１９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８０６９５（Ｐ２０１０−８０６９５）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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