飲用水製造装置及び飲用水製造方法
【課題】 逆浸透膜の長寿命化を達成しながら高収率で安定的に飲用水を製造することができる飲用水製造装置及び方法を提供する。
【解決手段】 本装置は、水道水を加圧するポンプと、加圧された水道水を不純物を含む廃棄水と透過水とに分離する逆浸透膜と、透過水を貯留するタンクとを備える。廃棄水は、並列の第１流路及び第２流路を通って排出される。本装置は、さらに、流量調整ユニットを備えており、流量調整ユニットは、第１流路に設けられ、該流路を流れる廃棄水の流量を制御する流量調整用バルブと、第２流路に設けられ、該流路を開閉する流路開放用バルブと、該流路開放用バルブの開閉を制御する制御装置とを有する。
【解決手段】 本装置は、水道水を加圧するポンプと、加圧された水道水を不純物を含む廃棄水と透過水とに分離する逆浸透膜と、透過水を貯留するタンクとを備える。廃棄水は、並列の第１流路及び第２流路を通って排出される。本装置は、さらに、流量調整ユニットを備えており、流量調整ユニットは、第１流路に設けられ、該流路を流れる廃棄水の流量を制御する流量調整用バルブと、第２流路に設けられ、該流路を開閉する流路開放用バルブと、該流路開放用バルブの開閉を制御する制御装置とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水道水から不純物が除去された飲用水を製造するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、より安全な飲用水への要望が高まり、飲用水製造のための様々な機器や方法が開発されている。これらの機器や方法においては、処理される水に含まれる不純物を分離する目的で様々な分離膜が用いられている。これらの分離膜の中でも、逆浸透膜（ＲＯ膜）は、処理される水に含まれるほとんどすべての不純物を分離できることから、一般家庭や病院、飲食店などの装置への利用が増えつつある。
【０００３】
しかし、逆浸透膜を利用して水道水から不純物を分離する飲用水製造装置及び方法においては、以下のような問題がある。
第一に、水道水が逆浸透膜に供給されると、時間の経過と共に、水道水に含まれるイオンや塩類などの不純物が逆浸透膜の膜面に堆積し、透水性が低下して、時間あたりの透過水量が減少する。水道水に含まれる不純物は、不織布、活性炭などの前処理では完全に除去されず、逆浸透膜の表面における不純物の堆積層の形成は避けられない。そのため、逆浸透膜を用いた装置では、逆浸透膜の定期的な短時間での交換が必須である。また、堆積を抑制して逆浸透膜を長寿命化する目的で逆浸透膜面での流速を高めることも考えられるが、このためには、膜に供給される水道水の流量を大きくする必要があり、この場合には水道水に比べて透過水の割合が小さくなる。
【０００４】
第二に、逆浸透膜は、滅菌の目的で水道水に含まれる塩素の大半も除去するため、得られる透過水は、滅菌能力が低く、雑菌に汚染された場合にその繁殖を抑制することができない。
【０００５】
第三に、逆浸透膜は、水道水に含まれるミネラルのほとんどを分離するため、逆浸透膜からの透過水は、そのままでは、いわゆる「おいしい水」と評価される飲用水とはならない。
【０００６】
逆浸透膜を用いた造水技術として、例えば特許文献１（特開２０００−１８９９６２号公報）がある。この特許文献１は、被処理液を昇圧する昇圧手段を用いずに被処理液を造水カートリッジに供給するとともに、造水カートリッジの逆浸透膜をフラッシングにより洗浄する手段を備える装置に関する技術を開示する。特許文献１の装置においては、造水カートリッジからの廃棄水が、圧力調整弁を通る通路とフラッシング弁を通る流路との２つの流路に分岐しており、フラッシングの際にはフラッシング弁を開くようになっている。
【０００７】
特許文献１の技術では、被処理水を加圧せずにそのまま逆浸透膜に供給する。本技術においては、加圧しなくても透過水を高収率（５０％以上）で得られるのは、低圧で効率的に作動する逆浸透膜を利用していることによる。しかし、水道水から飲用水を製造する家庭用の小型の飲用水製造装置及び方法にこうした高性能の逆浸透膜を用いるには、コストが問題になる。したがって、こうした飲用水製造装置及び方法においては、低圧逆浸透膜ではない一般的な性能の逆浸透膜を利用せざるを得ないが、種々の状況によって逆浸透膜に供給される被処理水の圧力が低い場合に、逆浸透膜の極めて微小な孔を多くの水分子が通過するのに十分な圧力が得られず、結果として透過水を高収率で得ることができないという問題がある。特に、家庭用の飲用水製造装置においては、水道水及び透過水が、造水カートリッジだけではなく、不純物を除去するための他のフィルタ、飲用水として必要な性質を付与するための種々の処理層、コンパクト化のために採用される屈曲した細い配管などを通過する際に、大きな圧力損失が発生する。したがって、安定的に飲用水を得るには水道水及び透過水を一定の圧力で流すことが求められ、飲用水の収率が供給される水道水自体の圧力の変動に左右されないように、一定の安定的な圧力を水道水に与えることが必要である。また、膜面の堆積層を除去するためには、一定以上の流速及び流量が必要であるため、被処理水が加圧されていない状態で膜の洗浄を行っても十分に堆積物を除去できない。
【０００８】
特許文献２（特表２００８−５３４２７８号公報）には、浄水器内の膜フィルタを自動的に洗浄する装置が開示されている。この装置は、膜フィルタに供給される水の水圧が適正水圧以上となったときに水を加圧するためのポンプと、その時点から所定の時間の間隔で周期的に膜フィルタの内部の水の洗い流し動作を実行可能とするための制御部と、洗い流し動作の間に膜フィルタの洗い流し管を開くための洗い流し調節バルブとを備える。特許文献２に記載の装置は、廃棄水の流路が１つであるため、膜の性能劣化が生じやすいとともに、膜の堆積物の除去が十分に行えないという問題がある。すなわち、特許文献２の装置においては、膜の洗浄を行わないときには洗い流し調節バルブが閉じられており、膜の洗浄の際に洗い流し調節バルブが開けられる方式が用いられている。したがって、この装置は、膜の洗浄を行わないとき、すなわち膜によるろ過が行われている間は、膜に供給された水の圧力が膜に対して直角に作用するため、膜の中に不純物や異物が入り込みやすい。その結果、膜の洗浄が十分に行えず、膜の性能劣化が生じやすいため、短時間で逆浸透膜を交換することが必要となるという問題がある。
【０００９】
分離膜を洗浄するための技術として、逆洗技術が用いられる場合もある。逆洗は、分離膜の透過水側から加圧した洗浄水を供給することによって、膜を洗浄する技術である。この技術は、膜の堆積物を除去するには効果的ではあるものの、逆浸透膜を用いた装置の場合には透過水側から圧力をかけると逆浸透膜がその支持体から剥離するおそれがあるため、通常は、逆浸透膜を用いた家庭用の飲用水製造装置には採用できない。
【００１０】
逆浸透膜によって不純物が除去された水に抗菌性を付与する技術として、例えば特許文献３（特許４６６１５８３号公報）がある。この技術は、膜ろ過カートリッジで処理された水に、電圧を印加した電極から銀イオンを溶出する抗菌ユニットを用いて金属イオンを添加する技術である。この技術においては、電圧を印加した電極が銀イオンの放出源であるため、銀イオンを添加するのに電源が必要である。さらに、銀イオンの濃度を制御するために水の流量を計測し、それに応じて電流を流すという精密な管理技術が必要であるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−１８９９６２号公報
【特許文献２】特表２００８−５３４２７８号公報
【特許文献３】特許第４６６１５８３号公報
【特許文献４】特許第４６０１３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、逆浸透膜の長寿命化を達成しながら高収率で安定的に飲用水を製造することができる飲用水製造装置及び方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、特別な制御及び電源を必要とすることなく飲用水に適切な持続的な抗菌性を付与することができ、自然水に近い量のミネラルを飲用水に添加することができる、飲用水製造装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様においては、本発明は、逆浸透膜を用いて水道水中の不純物が除去されたミネラル含有飲用水を製造するための飲用水製造装置において、通水開始時から３０００時間経過後の時点における透過水量が通水開始時の透過水量の６０％以上であり、製造される飲用水に持続的な抗菌性が付与される、飲用水製造装置を提供する。本装置は、水道水を加圧するポンプと、加圧された水道水を不純物を含む廃棄水と透過水とに分離する逆浸透膜と、透過水を貯留するタンクとを備える。廃棄水は、並列の第１流路及び第２流路を通って排出される。本装置は、さらに、流量調整ユニットを備えており、流量調整ユニットは、第１流路に設けられ、該流路を流れる廃棄水の流量を制御する流量調整用バルブと、第２流路に設けられ、該流路を開閉する流路開放用バルブと、該流路開放用バルブの開閉を制御する制御装置とを有する。本装置においては、飲用水製造時には、流路開放用バルブを閉じ、流量調整用バルブの流量を調整することによって、透過水の流量が維持される。逆浸透膜の洗浄時には、水道水の加圧を維持しながら制御装置により流路開放用バルブが開放されることによって、逆浸透膜の表面に堆積した不純物が剥離される。
【００１４】
流路開放用バルブは、制御装置による制御によって、所定の間隔及び時間で開放されることが好ましい。流路開放用バルブが開放される間隔は５分〜６０分に一度であり、流路開放用バルブが開放される時間は１０秒間〜４０秒間である。
【００１５】
本装置は、さらに、透過水と接触させることによって透過水に銀イオンを添加するための銀含有多孔質セラミックスからなる材料を、逆浸透膜とタンクとの間に、及び／又は、タンク内に、備える。この材料と接触することによって、透過水に５〜９０ｐｐｂの濃度の銀イオンを添加することができる。
【００１６】
本発明の一実施形態においては、本装置は、さらに、透過水を通過させることによって透過水の硬度及び蒸発残留物が自然水と同等となるように透過水にミネラルを添加する１つ又は複数の種類の天然石からなる天然石充填層を備える。
【００１７】
本発明の一実施形態においては、本装置は、さらに、逆浸透膜によって除去できなかったイオンを透過水から除去するためのイオン交換樹脂層と、逆浸透膜によって除去できなかった放射性元素を透過水から除去するための銀添着活性炭層とを備える。
【００１８】
本発明の第２の態様においては、本発明は、逆浸透膜を用いて水道水中の不純物が除去されたミネラル含有飲用水を製造するための飲用水製造方法において、通水開始時から３０００時間経過後の時点における透過水量が通水開始時の透過水量の６０％以上であり、製造される飲用水に持続的な抗菌性が付与される、飲用水製造方法を提供する。本方法は、水道水を加圧する工程と、逆浸透膜によって、加圧された水道水を不純物を含む廃棄水と透過水とに分離する工程と、並列の第１流路及び第２流路を介して廃棄水を廃棄する工程と、透過水をタンクに貯留する工程とを含む。本方法においては、飲用水製造時には、第２流路を閉じ、第１流路を流れる廃棄水の流量を調整することによって、透過水の流量が維持される。逆浸透膜の洗浄時には、水道水への加圧を維持しながら第２流路を開放することによって、逆浸透膜の表面に堆積した不純物が剥離される。第２の流路は、制御装置による制御によって、所定の間隔及び時間で開放される。第２の流路が開放される間隔は５分〜６０分に一度であり、第２の流路が開放される時間は１０秒間〜４０秒間である。
【００１９】
本方法は、さらに、透過水と銀含有多孔質セラミックスからなる材料とを、逆浸透膜とタンクとの間において、及び／又は、タンク内において、接触させることによって、透過水に銀イオンを添加する工程を含む。
【発明の効果】
【００２０】
上記の構成によれば、逆浸透膜に供給される水道水を加圧するとともに、飲用水製造時における廃棄水の流量を維持することによって、水道水自体の圧力変動に左右されることなく、逆浸透膜に供給される水道水量に対する透過水量の割合が大きい状態すなわち高収率の状態が維持される。さらに、逆浸透膜の洗浄は、１回ごとの洗浄の効果が低下しないように一定の間隔で一定の時間の間、実施されるため、長期間にわたって逆浸透膜を交換することなく飲用水を製造することができる。さらに、逆浸透膜に供給される水道水にパルス電流を与えることによって、逆浸透膜の表面における堆積物の形成量が少なくなり、形成されたとしても堆積物の組織が脆弱になるため逆浸透膜の洗浄によって容易に剥離される。これらの効果の結果として、本発明に係る装置及び方法によれば、逆浸透膜の長寿命化を達成しながら高収率で安定的に飲用水を製造することができる。
【００２１】
また、上記構成によれば、電気的な回路を用いた電流量の特別な制御及び管理を必要とすることなく、飲用水に銀イオンを添加することができるとともに、飲用水の硬度および蒸発残留物を適切な範囲に設定することができる。これらの効果の結果として、本発明に係る装置及び方法によれば、水道水から、持続的な抗菌性を有する、自然水に近い性質の飲用水を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る飲用水製造装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る飲用水製造装置に用いられる廃棄水の流路と流量調整ユニットとを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る飲用水製造装置及び方法を詳細に説明する。
【００２４】
１．装置の構成の概要
図１は、本発明の一実施形態に係る飲用水製造装置の概略的な構成図である。図１における飲用水製造装置１は、効果的な逆浸透膜の洗浄機能を有しており、３０００時間以上の長期間にわたって逆浸透膜の交換を必要とすることなく、高収率で安定的に飲用水を製造することができる。また、装置１は、水道水に含まれる不純物を除去した上で銀イオン及びミネラルを添加することによって、水道水から、持続的な抗菌性が付与された、自然水と概ね同程度の量のミネラルを含む飲用水を製造することができる。
【００２５】
本発明においては、処理される水は水道水である。水道水は、一般に、約０．３ＭＰａ〜約０．４ＭＰａの供給圧力で、必要に応じて設けられる給水弁１０を経て供給される。
【００２６】
装置１は、逆浸透膜５２を含む不純物除去ユニット５０と、不純物除去ユニット５０からの廃棄水の流量を調整するための流量調整ユニット６０とを備えている。不純物除去ユニット５０は、水道水を、逆浸透膜５２によって不純物が除去された透過水と、不純物を含む廃棄水とに分離するためのものである。装置１は、流量調整ユニット６０により、飲用水製造時及び逆浸透膜洗浄時における廃棄水の流量を制御することによって、透過水の収率が安定的に向上するとともに、逆浸透膜５２を長寿命化することができる。
【００２７】
装置１は、さらに、不純物除去ユニット５０からの透過水に銀イオンを添加するための銀イオン添加ユニット７０と、透過水にミネラルを添加するためのミネラル添加ユニット８０とを備えている。水道水に含まれる塩素は逆浸透膜５２によって除去されるため、透過水が細菌で汚染された場合には細菌の繁殖を防止できない。銀イオン添加ユニット７０は銀含有多孔質セラミックス７２を備えており、透過水が銀含有多孔質セラミックス７２と接触することにより透過水に銀イオンが添加され、透過水に抗菌性が付与される。
【００２８】
また、水道水に含まれるほとんどのミネラルは逆浸透膜５２によって除去される。しかし、こうした透過水は、不純物が極めて少ないため溶解速度が速く、人体にとって健康にいいとは言えない状態となる。また、こうした透過水は、飲用水としてはいわゆる「おいしい水」とは言えない。装置１のミネラル添加ユニット８０は、天然石充填層８２を備えており、透過水が天然石充填層８２を通ることにより、透過水に適切な量のミネラルが添加され、透過水をいわゆる「おいしい水」にすることができる。
【００２９】
装置１は、さらに、水道水を加圧するためのポンプ３０を備えている。水道水はすでに加圧されているが、この水道水をそのまま逆浸透膜５２に供給しても、逆浸透膜５２を透過するための圧力が低く、圧力変動も生じるため、透過水を高収率で安定的に得ることができない。そこで、ポンプ３０によって水道水に圧力を加え、流量調整ユニット６０による廃棄水の流量を適切に調整することによって、逆浸透膜５２からの透過水の量を安定的に多くすることができる。
【００３０】
装置１は、さらに、不純物除去ユニット５０の前に、例えば不織布フィルタ２０及び活性炭フィルタ４０といった各種の前処理フィルタを備えてもよい。これらのフィルタは、水道水に含まれる大きめの異物や残留塩素を一定のレベルまで除去することができるため、逆浸透膜５２の長寿命化に寄与する。
【００３１】
装置１は、さらに、不純物除去ユニット５０の後に、例えば、イオン交換樹脂層９０、銀添着活性炭層９２といった各種の後処理装置を備えてもよい。逆浸透膜５２は、水道水に含まれるほとんどすべての不純物を除去することができるが、何らかの理由により逆浸透膜５２の劣化が生じた場合に、ごく微量の不純物が透過水に混入することがある。こうした不純物を透過水から除去するために、透過水を、イオン交換樹脂層９０、銀添着活性炭層９２といった各種の後処理装置を通過させることが好ましい。
【００３２】
放射性物質のヨウ素は、銀と安定的な化合物を生成することから、イオン交換樹脂層９０の後に、銀を添着した活性炭層９２を通すことで除去可能である。さらに、透過水を殺菌するための紫外線殺菌器９４を設けてもよい。
【００３３】
製造された飲用水は、タンク９６に貯留される。タンク９６に貯留された飲用水は、銀イオンが含まれているため、長時間貯留されたまま維持されていても雑菌が繁殖しない持続的な抗菌性が付与されている。装置１は、さらに、銀イオン添加ユニット７０に加えて、銀含有多孔質セラミックス７２をタンク９６内部にも保持するように構成することもできる。この場合には、銀イオン添加ユニット７０だけでなくタンク９６の内部においても、透過水と銀含有多孔質セラミックス７２とを接触させることができる。装置１は、さらに、銀イオン添加ユニット７０を設けずに、タンク９６内部においてのみ銀含有多孔質セラミックス７２を保持するように構成することもできる。この場合には、透過水には、タンク９６内部において銀イオンが添加されることになる。透過水がタンク９６内部において銀含有多孔質セラミックス７２と接触することによって、タンク内の透過水に対してさらに効果的に抗菌性を付与が可能になる。
【００３４】
２．装置の詳細、及び、飲用水製造の方法
以下に、本発明の一実施形態に係る飲用水製造装置の詳細を説明しながら、飲用水の製造方法を説明する。
＜前処理フィルタ＞
本発明の一実施形態においては、供給された水道水は、不純物除去ユニット５０の前に設けられた、例えば不織布フィルタ２０及び活性炭フィルタ４０といった各種の前処理フィルタを通過させることが好ましい。これらのフィルタによって、水道水に含まれる大きめの異物や残留塩素を一定のレベルまで除去することができる。不織布フィルタ２０及び活性炭フィルタ４０は、当業者に周知のものを用いることができる。
【００３５】
＜ポンプ＞
本発明においては、水道水は、不純物除去ユニット５０に供給される前にポンプ３０によって加圧される。水道水は、通常、約０．３ＭＰａ〜約０．４ＭＰａの供給圧力で供給されていることが多いが、状況によって供給圧力が変動する場合がある。水道水の供給圧力は、建物や地域によっても異なることがある。水道水の供給圧力が低い場合には、水道水を逆浸透膜５２に供給しても、透過水を高収率で安定的に得ることができない場合がある。したがって、水道水の供給圧力による透過水の収率の変動を防止して、安定的に透過水を得るために、逆浸透膜に供給される水道水の圧力を一定の圧力に維持するポンプ３０を設ける。ポンプ３０によって付与される圧力は、約０．５ＭＰａ〜約１．２ＭＰａである。ポンプ３０の設置位置は、限定されるものではないが、不純物除去ユニット５０の直前ではないことが好ましく、不織布フィルタ２０と活性炭フィルタ４０との間であることがより好ましい。ポンプ３０が不純物除去ユニット５０の直前に設置されると、ポンプ３０の加圧による水道水の脈動が直接、逆浸透膜５２に伝わるため、逆浸透膜５２の寿命が短くなるおそれがある。
【００３６】
＜不純物除去ユニット＞
ポンプ３０によって加圧され、不織布フィルタ２０及び活性炭フィルタ４０を通過した水道水は、不純物除去ユニット５０に供給されて、不純物を含まない透過水と、不純物を含む廃棄水とに分離される。本発明においては、不純物を除去するための膜として逆浸透膜５２を用いる。逆浸透膜５２は、約０．０００１μｍの大きさの微細な孔を有し、水分子は透過するが水分子以外のイオン、塩類、有機物、重金属、細菌などの不純物は透過しない性質を有するろ過膜である。逆浸透膜５２を透過した透過水は、不純物がほとんど残留しない純水となる。本発明の一実施形態において用いられる逆浸透膜５２として、例えばダウケミカル社のメンブレンフィルタ７５ＧＰＤを用いることができる。不純物除去ユニット５０として、圧力容器内に逆浸透膜５２を組み込んだスパイラル型エレメントが用いられることが好ましいが、これに限定されるものではなく、必要に応じて中空糸型、チューブラー型などといった各種のエレメントを用いることができる。不純物除去ユニット５０は、加圧される水道水の流入口と、逆浸透膜５２を透過した透過水の流出口と、逆浸透膜５２を透過しない不純物を含む廃棄水の流出口とを有する。
【００３７】
＜流量調整ユニット＞
逆浸透膜５２を透過しなかった水は、廃棄水として不純物除去ユニット５０から排出される。廃棄水には、逆浸透膜５２によって分離された不純物の一部が含まれる。本発明においては、廃棄水の流量は、流量調整ユニット６０によって調整される。図２は、本発明の一実施形態に係る装置の廃棄水の第１流路６１及び第２流路６３並びに流量調整ユニット６０の概略的な構成図である。不純物除去ユニット５０の廃棄水の流出口の下流に、廃棄水の流路として、第１流路６１及び第２流路６３が並列に設けられる。流量調整ユニット６０は、第１流路６１の途中に設けられた流量調整用バルブ６２と、第２流路６３の途中に設けられた流路開放用バルブ６４とを有する。第１流路６１及び流量調整用バルブ６２は、飲用水製造時に、逆浸透膜５２を透過しなかった不純物を含む廃棄水が通過する。飲用水製造時には、流路開放用バルブ６４は閉じられており、廃棄水は第２流路６３を通過しないようになっている。
【００３８】
装置１は、飲用水製造の開始時に、一定以上の収率で透過水が得られるように、流量調整用バルブ６２の開度、すなわち廃棄水の流量が調整される。本発明の一実施形態においては、透過水と廃棄水との割合は、１：１〜２：１であることが好ましい。流量調整用バルブ６２は、廃棄水の流量の微妙な調整が可能となるニードルバルブを用いることが好ましい。微妙な流量の調整が可能なニードルバルブを用いることによって、逆浸透膜５２に供給される水道水の圧力を最適化して透過水の流量を維持し、透過水の収率をより安定的に向上させることができる。
【００３９】
本発明に係る飲用水製造装置においては、逆浸透膜５２を長寿命化させるための機能を有する。水道水に含まれる不純物は、不織布フィルタ２０及び活性炭フィルタ４０などを用いて前処理を行っても完全には除去することができない。そのため、逆浸透膜５２の膜面には、使用し続けることにより次第に不純物の堆積層が形成される。膜面に不純物が堆積すると、透水速度が低下し、時間当たりに得られる透過水の量が次第に低下する。したがって、高収率で安定的に飲用水を製造するためには、適切に堆積物を除去することが必要である。
【００４０】
そこで、本発明に係る飲用水製造装置においては、図２に示されるように、廃棄水が通過する流路を第１流路６１及び第２流路６３に分岐し、第２流路６３に流路開放用バルブ６４を設けている。流路開放用バルブ６４は、第２流路６３を開閉するバルブである。流路開放用バルブ６４によって第２流路６３が開放され閉鎖された後、次に流路６３が開放されるまでの時間と、１回の開放から閉鎖までの時間とは、制御装置６６によって制御される。所定の間隔で所定の時間の間、流路開放用バルブ６４を開放することによって、逆浸透膜５２の膜面に堆積した不純物が効果的に剥離され、剥離した不純物が廃棄水とともに排出される。流路開放用バルブ６４が開放されている間、ポンプ３０による水道水への加圧は維持される。ポンプ３０による水道水の加圧状体を維持しながら流路開放用バルブ６４を開放することによって、逆浸透膜５２の膜面における流速が大きくなるため、膜面の不純物に及ぼされるせん断力が大きくなり、洗浄能力が向上する。流路開放用バルブ６３は、制御装置６６による制御を容易にするため、電磁バルブであることが好ましい。
【００４１】
逆浸透膜５２の長寿命化のためには、廃棄水の流路開放用バルブ６４の開放は、適切な間隔で適切な時間の間、実施される必要がある。本発明においては、廃棄水の流路開放用バルブ６４は、約５分〜約６０分ごとに一度、開放されることが好ましく、約１５分〜約４５分ごとに一度、開放されることがより好ましい。また、廃棄水の流路開放用バルブ６４は、一度の開放において、約１０秒間〜約４０秒間、開放されることが望ましく、約２０秒間〜約３０秒間、開放されることがより好ましい。流路開放用バルブ６４の開放の間隔は、短ければ不純物を頻繁に除去することができるため逆浸透膜５２の寿命が長くなるが、短すぎるとその効果は小さいだけでなく、開放の間は供給した水の大半が廃棄されるため逆浸透膜を透過する水が相対的に少なくなり経済的ではない。一方、開放の間隔が長すぎると、洗浄から洗浄までの間における膜面への堆積物が増加して１回の洗浄の際における不純物の除去が不十分になるため、早期に透過水量の低下を招き、結果として、逆浸透膜５２を短いサイクルで交換しなければならなくなる。また、流路開放用バルブ６４を開放する時間が短すぎる場合には、膜面に堆積した不純物が十分に剥離されず、長すぎる場合には、廃棄水の量が増加して経済的に望ましくない。
【００４２】
＜特許文献１の技術に対する、本願の装置の有利な効果＞
本明細書における従来技術の部分で説明したように、特許文献１の技術では、飲用水製造時及び逆浸透膜洗浄時のいずれにおいても供給水が加圧されていない。これは特許文献１の技術においては、被処理水が低圧でも効率的に作動する低圧逆浸透膜が用いられているからである。これに対して、より汎用的な逆浸透膜を用いている本発明では、飲用水製造時及び逆浸透膜洗浄時のいずれにおいてもポンプ３０によって常に水道水に圧力が加えられている。したがって、本発明に係る装置は、汎用的な逆浸透膜を用いても、飲用水製造時における透過水の収率が高く、かつ、逆浸透膜洗浄時において膜面の不純物に及ぼされるせん断力を大きくして洗浄能力を向上させることができる。
【００４３】
また、本発明においては、ポンプ３０を用いることによって、水道水自体の供給圧力の変動にかかわらず、逆浸透膜５２に常に一定の圧力の水道水が供給されるため、安定して透過水を得ることができる。
【００４４】
＜特許文献２の技術に対する、本願の装置の有利な効果＞
特許文献２においては、膜の洗い流しのためのバルブが設けられているのみであるのに対して、本発明においては、逆浸透膜の洗浄のための第２流路６３及び流路開放用バルブ６４とは別に、通常の飲用水製造時に廃棄水が流れる第１流路６１及び流量調整用バルブ６２を備えている。この構成により、膜の性能劣化が生じ難く、飲用水製造時には逆浸透膜５２に供給される水道水の圧力を最適化して透過水の流量を維持し、透過水の収率を安定的に向上させることができるとともに、逆浸透膜５２の洗浄後に流路開放用バルブ６４を閉じるだけで、再び、装置を、逆浸透膜５２に供給される水道水の圧力が最適化された状態へと迅速に復帰させることができる。
【００４５】
さらに、特許文献２は、圧力を検知し、その圧力に基づいて洗い流しバルブを開閉するのに対して、本願は、常に一定のサイクルでフラッシングを行う。したがって、本発明に係る装置では、流路開放用バルブ５２の一度の開放によっては除去することができない量の不純物が膜面に堆積する前に、一定の間隔で逆浸透膜５２を洗浄するため、逆浸透膜６４を長期間にわたって交換することなく高収率で安定的に飲用水を製造することができる。
【００４６】
＜パルス電流印加ユニット＞
本発明に係る装置においては、不純物除去ユニット５０より上流のいずれかの位置において、水道水にパルス電流を流すためのパルス電流印加ユニット４２を設けることができる。本発明の一実施形態においては、不織布フィルタ２０及び活性炭フィルタ４０といった各種の前処理フィルタにパルス電流印加ユニット４２を設けて、これらのフィルタを通過する水道水にパルス電流を与えるようにすることが好ましい。パルス電流を与えることによる効果は、十分に解明されてはいないが、配管内に生じる電磁場の変化により、逆浸透膜の表面における堆積物の原因となるイオンや分子を相互に反発させて、凝集を抑制する効果があるものと推察される。すなわち、水道水にパルス電流を与えることによって、配管内に生じる電磁場の変化により配管内の水道水に含まれる不純物の凝集が抑制されるため、パルス電流を与えない場合と比べて逆浸透膜の表面における堆積物の形成量が少ない。また、たとえ堆積物が形成されても組織が脆弱なため、逆浸透膜の洗浄によって容易に剥離することができる。これらの効果の結果として、逆浸透膜の性能の低下が緩やかになり、長寿命化につながる。パルス電流は、パルス電源４４と、水道水が通過する配管やフィルタの筐体などのいずれかの外周に巻かれたコイル４６とを用いて、発生させることができる。本発明の一実施形態においては、パルス電源４４によって、周波数が５０〜６０Ｈｚ、電流値が１ｍＡ〜２０ｍＡ、デューティー比が４５〜５５％のパルスを発生させることが好ましい。発生させたパルス電流は、好ましくは不織布フィルタ２０又は活性炭フィルタ４０を収容する筐体の外周に巻き付けて配置された、好ましくは８０〜１３０巻のコイル４６に流される。コイルに流れるパルス電流によって発生した磁界によって、水道水にパルス電流が流れる。パルス電源４４は、ポンプ３０が稼働している間に作動させることが好ましい。
【００４７】
＜銀イオン添加ユニット＞
不純物除去ユニット５０を透過し、不純物が除去された透過水は、次に、透過水に銀イオンを添加するための銀イオン添加ユニット７０を通過することが好ましい。逆浸透膜５２を透過して不純物が除去された透過水は、塩素が除去されている。したがって、透過水が細菌等で汚染された場合には、細菌等の繁殖を防止できない。特に、本発明に係る装置のような、水道水から飲用水を製造する家庭用の装置においては、製造された飲用水は、タンクに長時間、貯留される場合があり、このタンク内で飲用水が細菌等に汚染された場合には、人体に著しい悪影響を与えるおそれがある。
【００４８】
銀イオンは、バクテリア等に対して極めて強い殺菌力を示す一方で、人体に対してはほとんど悪影響を及ぼさないため、近年、浄水器の殺菌材料として利用されている。本発明に係る装置においては、不純物除去ユニット５０からの透過水に銀イオンを添加することによって、透過水に持続的な抗菌性を付与することが好ましい。本発明の一実施形態に係る装置は、銀イオンを添加するための銀イオン添加ユニット７０を備えることができる。銀イオン添加ユニット７０は、銀含有多孔質セラミックス７２からなる材料を有しており、透過水が銀含有多孔質セラミックス７２と接触することにより、透過水に銀イオンが添加され、その結果、透過水に持続的な抗菌性を付与することができる。
【００４９】
銀イオンによる抗菌性を得るには、数ｐｐｂ以上の濃度の銀イオンを透過水に添加することが必要である。本発明の一実施形態においては、銀含有多孔質セラミックス７２として、特許文献４（特許第４６０１３６１号公報）の実施例１に開示されている多孔質セラミックスからなるペレット状の銀イオン水生成用材料を用いることができる。本実施形態においては、銀イオン添加ユニット７０においては、ユニット７０を通過する透過水がこのペレットと接触するように構成されている。透過水がペレットと接触することによって、銀イオンがペレットから透過水に溶出し、特殊な技術を用いた電気的な制御も複雑な銀イオン濃度管理も必要とすることなく、一定の濃度の銀イオンが安定的に透過水に添加される。このペレットを用いて添加される銀イオンの濃度は、約５ｐｐｂ〜約９０ｐｐｂ以下である。添加される銀イオンの濃度は、ペレットに含まれる銀の含有量を変えたり、銀イオン添加ユニット７０内のペレットの個数を変えたりすることによって、適宜調整することができる。日本においては、健康に及ぼす銀イオンの濃度についての基準はないが、米国環境保護庁（ＥＰＡ）では、上限が１００ｐｐｂと定められており、銀含有多孔質セラミックス７２を用いることによって、この条件を安定的に満足することができる。
【００５０】
なお、不純物除去ユニット５０からの透過水は、最終的にはタンク９６に貯留されることになる。不純物除去ユニット５０とタンク９６との間には、銀イオン添加ユニット７０、ミネラル添加ユニット８０、イオン交換樹脂層９０、及び銀添着活性炭層９２といった各種のユニット等が組み合わせて設けられることが好ましいが、透過水がそれぞれのユニット等を通過する順序は、特に限定されるものではない。
【００５１】
＜ミネラル添加ユニット＞
不純物除去ユニット５０からの透過水は、透過水にミネラルを添加するためのミネラル添加ユニット８０を通過することが好ましい。不純物除去ユニット５０からの透過水は、不純物が極めて少ないため溶解速度が速く、人体にとって健康にいいとは言えない状態となる。また、こうした透過水は、逆浸透膜５２によって、有機物や微生物の他にも水道水に含まれるミネラルの大部分が除去されており、飲用水として安全ではあるものの、いわゆる「おいしい水」とは言えない。したがって、不純物除去ユニット５０からの透過水を飲用水とするために、適切な量のミネラルを添加することが好ましい。本発明に係る装置は、ミネラルを添加するためのミネラル添加ユニット８０を備える。本発明の一実施形態においては、ミネラル添加ユニット８０は、天然石充填層８２を有しており、透過水が天然石充填層８２を通過することにより、透過水にミネラルが添加され、その結果、透過水をいわゆる「おいしい水」することができる。
【００５２】
旧厚生省のおいしい水研究会は、全国の水道水を調査した結果に基づき、おいしい水の水質として以下の基準を提案している。
蒸発残留物 ３０〜２００ｍｇ／Ｌ
硬度 １０〜１００
遊離炭酸 ３〜３０
過マンガン酸カリウム消費量 ３ｍｇ／Ｌ以下
臭気度 ３以下
残留塩素 ０．４ｍｇ／Ｌ以下
鉄 ０．０２ｍｇ／Ｌ以下
ｐＨ ６．０〜７．５
水温 ２０℃以下
これらの項目は、いずれも水のおいしさに影響する因子であるものの、特にカルシウム、マグネシウム、ナトリウム、カリウムなどのミネラルが水のおいしさに重要であり、そのためには蒸発残留物と硬度とを適切な値にすることが必要である。
【００５３】
逆浸透膜５２を透過した透過水にミネラルを添加して蒸発残留物と硬度とを適切な値にするために、本発明の一実施形態においては、天然の岩石等から人間の健康に悪影響を及ぼす重金属等を溶出しないものを組み合わせた天然石充填層８２を用いることができる。ミネラル添加ユニット８０は、ユニット内に天然石充填層８２が設けられており、ミネラル添加ユニット８０に入った透過水は、天然石充填層８２を通過してミネラル添加ユニット８０から出る。天然石充填層８２に用いられる天然石として、石灰石、化石サンゴ、石英、麦飯石などを適宜組み合わせて用いることができる。天然石充填層８２は、天然石の種類ごとに１つの層とし、全体として複数の層によって構成されるようにしてもよいし、複数の種類の天然石を混合して１つの層として構成されるようにしてもよい。
【００５４】
蒸発残留物及び硬度は、天然石充填層８２の天然石の構成と、天然石充填層８２内における透過水の滞留時間とで決まる。本発明の一実施形態においては、ミネラル添加ユニット８０を通過した透過水は、硬度２〜５０ｍｇ／Ｌ、蒸発残留物５〜１００ｍｇ／Ｌであることが好ましく、硬度２〜３０ｍｇ／Ｌ、蒸発残留物５〜５０ｍｇ／Ｌであることがより好ましい。硬度２〜５０ｍｇ／Ｌ、蒸発残留物５〜１００ｍｇ／Ｌは、深山に積もった雪又は氷河が地中で長い時間をかけてろ過されて得られる「自然水」と同等の硬度及び蒸発残留物の量である。硬度が５０ｍｇ／Ｌ、蒸発残留物が１００ｍｇ／Ｌより大きいと、自然水の持つさわやかさが失われ好ましくない。また、硬度が２ｍｇ／、蒸発残留物が５ｍｇ／Ｌより小さいと、無味な印象となりおいしく感じない。なお、本発明に係る装置及び方法によって製造される透過水の硬度及び蒸発残留物の値は、上述のおいしい水研究会の基準とは必ずしも一致しないが、これは、おいしい水研究会の基準は水道水の調査結果に基づくものであり、水道水に感じるおいしさと自然水に感じるおいしさとは必ずしも同じではないことによる。本発明者らは、本発明に係る装置及び方法によって、自然水と同等の「おいしさ」を有する飲用水を製造することを目的としている。
【００５５】
＜その他の装置＞
逆浸透膜５２は、水道水に含まれるほとんどすべての不純物を除去することができるが、何らかの理由により逆浸透膜５２の劣化が生じた場合に、ごく微量の不純物が透過水に混入することがある。これらの不純物を透過水から除去するために、本発明の一実施形態においては、透過水を、イオン交換樹脂層９０及び銀添着活性炭層９２といった各種の装置を通過させることが好ましい。これらの装置は、当業者に周知のものを用いることができる。
【００５６】
イオン交換樹脂層９０としては、陰イオン交換樹脂層、陽イオン交換樹脂層、又は陰イオン交換樹脂層と陽イオン交換樹脂層とを組み合わせたものを用いることができる。特に人体に悪影響を与える物質として透過水から除去することが必要なものとして、硝酸性窒素及び放射性物質が挙げられる。透過水にごく微量の硝酸性窒素が含まれる場合には、逆浸透膜５２の後に陰イオン交換樹脂層を設けることが好ましい。また、透過水にごく微量の放射性物質のセシウムが含まれる場合には、逆浸透膜５２の後に陽イオン交換樹脂を設けることが好ましい。その他の場合として、逆浸透膜をいずれかのイオン化した有害物質が透過したとしても、陰イオン交換樹脂層と陽イオン交換樹脂層とを適切に組み合わせることによって、これらの有害物質を透過水から除去することができる。
【００５７】
逆浸透膜５２を透過した極微量の放射性ヨウ素が透過水に含まれる場合には、銀添着活性炭層９２を設けることが好ましい。放射性ヨウ素は、銀との間で安定的な化合物を形成するため、銀を添着した活性炭層に透過水を通すことによって、除去することができる。
【００５８】
なお、透過水が、銀イオン添加ユニット７０、ミネラル添加ユニット８０、イオン交換樹脂層９０、銀添着活性炭層９２を通過する順序は、限定されるものではない。例えば、透過水が、銀添着活性炭層９２、イオン交換樹脂層９０、ミネラル添加ユニット８０、銀イオン添加ユニット７０をこの順で通過するようにしてもよい。また、本明細書においては、銀イオン添加ユニット７０、ミネラル添加ユニット８０、イオン交換樹脂層９０、銀添着活性炭層９２などといった装置をそれぞれ別個のものとして説明したが、これらをまとめて１つのユニットとして構成してもよい。例えば、このユニットは、このユニットに入った透過水が、銀含有多孔質セラミックス７２と接触し、天然石充填層８２、イオン交換樹脂層９０、銀添着活性炭層９２を通過した後、このユニットから出るように構成することもできる。
【００５９】
製造された飲用水は、最終的にタンク９６に貯留される。タンク９６の材質や構造は特に限定されない。本発明においては、タンク９６に貯留された飲用水に細菌等が混入した場合でも、飲用水には銀イオンが添加されているため、細菌等の繁殖を防止することができる。タンク９６内部には、さらに銀含有多孔質セラミックス７２からなる材料を保持しておくこともできる。タンク９６に貯留された透過水は、タンク９６内部に保持された多孔質セラミックス７２からなる材料と接触し、それによりタンク内の透過水に対してさらに効果的に持続的な抗菌性を付与することが可能になる。なお、図１においては、銀イオン添加ユニット７０及びタンク９６内のいずれにも銀含有多孔質セラミックス７２からなる材料が描かれているが、銀含有多孔質セラミックス７２からなる材料は、いずれか一方に設けても両方に設けてもよい。
【実施例】
【００６０】
＜廃棄水の流路開放用バルブの開放間隔と透過水量及び水質＞
供給圧力０．３ＭＰａ、硬度６３ｍｇ／Ｌ、蒸発残留物１３０ｍｇ／Ｌの東京都水道水を、平均孔径０．０００１μｍの逆浸透膜（ダウケミカル社、メンブレンフィルタ７５ＧＰＤ）に連続的に通じ、廃棄水の流路開放用バルブの開放の間隔と透過水量の変化との関係を求めた。１回の開放における開放時間は、すべて３０秒とした。水道水は、流量２０Ｌ／ｈで、ポンプを用いて０．８ＭＰａに昇圧して逆浸透膜に供給した。廃棄水の流路は、２つの平行な流路に分岐させ、一方の流路には流量調整用バルブを設置し、他方の流路には流路開放用バルブを設置した。流量調整用バルブはニードルバルブ（エスコ社製）を用い、流路開放用バルブは電磁バルブ（日本アスコ社製）を用いた。測定開始時には流路開放用バルブを閉め、ニードルバルブの開度は、逆浸透膜を透過する透過水と廃棄水との割合が３：２となるように調整した。なお、逆浸透膜の劣化を防止するために、逆浸透膜の前に不織布フィルタ（ＫＥＮＴ社製５μｍセディメントフィルタ）及び活性炭フィルタ（ＫＥＮＴ社製）を設置した。通水開始時の透過水量は１２Ｌ／ｈであった。
【００６１】
表１は、流路開放用バルブの開放の間隔を変えたときにおける、通水開始からの時間経過に伴う透過水量の変化を示した表である。表１において、開放の間隔が５分ごと、１０分ごと、３０分ごと、及び６０分ごとの場合をそれぞれ実施例１〜４とし、開放の間隔がそれ以外の場合を比較例とした。通水時間は、通水開始からの経過時間であり、各通水時間の時点における数値は、通水開始時の透過水量を１００とした時の各通水時間の時点における相対的透過水量を示す。なお、飲用水製造装置の稼働時間を毎日４時間と仮定すると、１０００時間は２５０日、２０００時は５００日、３０００時間は７５０日に相当する。毎日４時間の稼働は、調理に利用される水を１０Ｌ／回×３回／日と仮定し、飲用に利用される水を１０Ｌ／日と仮定したときの一日の水利用量４０Ｌ／日が、透過水量１０Ｌ／ｈの能力で製造される時間（４時間）から設定した。透過水の製造能力１０Ｌ／ｈは、通水開始時の製造能力１２Ｌ／ｈ（水道水供給量２０Ｌ／ｈの６０％）と、後述のとおり透過水量が通水開始時の６０％となったとき（逆浸透膜の交換時期）の製造能力７．２Ｌ／ｈとの平均値である。
【００６２】
【表１】
【００６３】
表１の結果から、実施例１〜実施例４の場合には、通水時間が３０００時間を経過した時点でも通水開始時の６０％以上の透過水量が得られていることが分かる。なお、ここで透過水量が通水開始時の６０％以上としたのは、本発明者らが、逆浸透膜における不純物の堆積による不純物除去能力の低下と、透過水の収率の低下による経済性の低下とを勘案し、収率が通水開始時の６０％より低くなった時点で逆浸透膜の交換を行うのが理想的であると考えていることによる。例えば、透過水の収率が低下するにつれて、必要な飲用水を確保するのに時間が掛かるようになる。収率が通水開始時の５０％になれば、同じ量の飲用水を得るのに飲用水製造装置の稼働時間は２倍となり、高性能の飲用水製造装置としての能力（単位時間当たりの透過水量）の設計許容値を超える。また、装置の電力消費も２倍となり不経済である。このような場合、飲用水の使用者は使用できる飲用水の不足から、浄化していない水を止むを得ず使用することも起こり得るため、これを避ける必要がある。さらに、装置の供給能力が低下するということは、逆浸透膜の内部に浸透する不純物が増加するとともに、それにより逆浸透膜の内圧が上昇して不純物が逆浸透膜から透過水側に出ていることが考えられる。これらの現象は、逆浸透膜の不純物除去能力の低下が生じていることを表している。そこで、本発明者らは安全な飲用水を供給する上で、収率が通水開始時の６０％程度となったときを逆浸透膜交換の目安とした。
【００６４】
一方、比較例２及び比較例３のように、開放の間隔が長い場合には、短期間でろ過性能が低下し、逆浸透膜の交換が必要となることが分かる。なお、開放の間隔が１分ごとと短い比較例１は、３０００時間経過時でも通水開始時の９０％の透過水量が得られているが、このように短い間隔で膜の洗浄を行ってもその洗浄効果は小さいだけでなく、開放の間は供給した水の大半が廃棄されるため逆浸透膜を透過する水が相対的に少なくなり経済的ではないと考えられる。なお、比較例３は、現在普及しているタイプの家庭用飲用水製造装置を想定した条件下での結果である。こうしたタイプの装置の大半は、本発明に係る装置のような流路開放用バルブを持つ第２流路を設けておらず、したがって流路開放用バルブを開放することによって逆浸透膜面の堆積物を排出する機能を備えていない。比較例３の結果から、こうしたタイプの飲用水製造装置は、ろ過性能が急速に低下すると考えられる。
【００６５】
表２は、実施例３、比較例２、比較例３について、通水開始時からの時間経過に伴う蒸発残留物量（ｍｇ／Ｌ）の変化を示した表である。蒸発残留物量は、逆浸透膜からの透過水を採取して測定した。表２から、実施例３については、透過水中の蒸発残留物量は、通水開始から３０００時間経過後の時点でも、通水開始時と比較して若干増加するにとどまっていることが分かる。一方、流路開放用バルブの開放の間隔が１日に１回である比較例２及び開放を行わない比較例３については、透過水中の蒸発残留物量は時間の経過に伴って上昇しており、逆浸透膜の不純物ろ過能力が低下していることが明らかである。
【００６６】
【表２】
【００６７】
次に、実施例３、比較例２、比較例３において用いた装置の逆浸透膜の後にミネラル添加ユニットを設置して、逆浸透膜からの透過水の硬度及び蒸発残留物量を調整した。ミネラル添加ユニットには、天然石として石灰岩（福岡県産）、化石サンゴ（沖縄県産）、ケイ石（北海道産）、麦飯石（岐阜県産）を組合せて充填した。逆浸透膜からの透過水は、ミネラル添加ユニット内の各種天然石に接触した後、ミネラル添加ユニットから排出された。表３は、実施例３、比較例２、比較例３について、通水開始からの時間経過に伴う調整後の透過水の硬度（ｍｇ／Ｌ）及び蒸発残留物量（ｍｇ／Ｌ）の変化を示した表であり、表３における実施例３−２、比較例２−２、比較例３−２は、それぞれ、表１における実施例３、比較例２、比較例３に対応する。
【００６８】
【表３】
【００６９】
本発明者らは、前述のように、ミネラル添加ユニットを通過した透過水は、硬度２〜５０ｍｇ／Ｌ、蒸発残留物５〜１００ｍｇ／Ｌであることが好ましく、硬度２〜３０ｍｇ／Ｌ、蒸発残留物５〜５０ｍｇ／Ｌであることがより好ましいとしている。実施例３−２については、通水開始時から３０００時間経過後であっても、透過水の硬度及び蒸発残留物量ともに、上述のより好ましい範囲内にあることが分かる。一方、比較例２−２及び比較例３−２については、いずれも硬度は上述の範囲内にあるものの、比較例２−２の場合には３０００時間経過時点で、比較例３−２については１０００時間経過時点で、蒸発残留物量は上述のより好ましい範囲を上回っていることが分かる。
【００７０】
＜第１流路の有無と透過水量＞ 本明細書において先行技術として挙げた特許文献２の装置と本発明に係る装置との相違点は、特許文献２の装置には本発明に係る装置において設けられている第１流路がなく、流量調整用バルブが存在しないことである。特許文献２の装置では、廃棄水は、洗い流し調製バルブ（本発明における流路開放用バルブに相当）が開放された時のみ発生する。そこで、流路調整用バルブを完全に閉じ、流路開放用バルブを３０分ごとに３０秒間開放した場合を比較例４とし、実施例３との透過水量の変化の比較を行った。その結果を表４に示す。表４においては、実施例３における通水開始時の透過水量を１００としたときの相対値を示す。比較例４について、通水開始時の透過水量は、実施例３より高い値を示したが、時間の経過とともに急速に低下しており、逆浸透膜の交換を早期に行う必要があることが分かる。
【００７１】
【表４】
【００７２】
＜廃棄水の流路開放用バルブの開放時間と透過水量＞
廃棄水の流路開放用バルブの開放間隔と透過水量との関係を求めた装置と同じ装置を用いて、流路開放用バルブの開放の時間と、通水開始から３０００時間経過時点の透過水量の変化との関係を求めた。表２は、その結果を示す。開放の間隔は３０分とした。表５における実施例３と、表１における実施例３とは、同じ実験の結果である。
【００７３】
【表５】
【００７４】
表５の結果から、実施例３及び実施例５の場合には、通水時間が３０００時間を経過した時点でも通水開始時の６０％以上の透過水量が得られていることが分かる。一方、比較例５のように、開放の時間が短い場合には、短期間でろ過性能が低下し、逆浸透膜の交換が必要となる。なお、開放時間が６０秒と長い実施例６は、３０００時間経過後であっても通水開始時の６０％以上の透過水量が得られているが、このように開放の時間が長すぎる場合には、廃棄水の量が増加して経済的に望ましくないと考えられる。
【００７５】
＜銀イオン濃度＞
実施例１〜４において用いた装置の逆浸透膜の後に銀イオン添加ユニットを設置し、銀イオン添加ユニットからの透過水中の銀イオン濃度の変化を測定した。銀イオン添加ユニットには、特許文献４の実施例１に記載された方法で作成した多孔質セラミックスからなるペレット状の銀イオン水生成用材料を約５ｇ用いた。逆浸透膜からの透過水は、銀イオン添加ユニット内のペレット状の銀イオン水生成用材料に接触した後、銀イオン添加ユニットから排出された。通水開始時から５００時間経過後までの銀イオン濃度の最大値は３２ｐｐｂ、最小値は１１ｐｐｂ、平均値は２０ｐｐｂであった。このことにより、透過水は、必要な抗菌性を維持することができるように銀イオン濃度が管理されているだけでなく、米国環境基準（ＥＰＡ）で定められた１００ｐｐｂを超えることがなく、安全な水であることがわかる。
【００７６】
＜放射性物質を含む水の処理＞
放射性物質を含む原水を、平均孔径０．０００１μｍの逆浸透膜（ダウケミカル社、メンブレンフィルタ７５ＧＰＤ）に連続的に通じて、放射性物質の除去の状態を確認した。原水は、流量１０Ｌ／ｈで、ポンプを用いて０．５ＭＰａに昇圧して逆浸透膜に供給した。廃棄水の流路は、２つの平行な流路に分岐させ、一方の流路には流量調整用バルブを設置し、他方の流路には流路開放用バルブを設置した。流量調整用バルブはニードルバルブ（エスコ社製）を用い、流路開放用バルブは電磁バルブ（日本アスコ社製）を用いた。測定開始時には流路開放用バルブを閉め、ニードルバルブの流量は、逆浸透膜を透過する透過水と廃棄水との割合が３：２〜２：１となるように調整した。なお、逆浸透膜の劣化を防止するために、逆浸透膜の前に不織布フィルタ（ＫＥＮＴ社製５μｍセディメントフィルタ）及び活性炭フィルタ（ＫＥＮＴ社製）を設置した。通水開始時の透過水量は６Ｌ／ｈであった。
【００７７】
原水に含まれる放射性物質の種類及び放射能濃度は、以下のとおりであった。放射能濃度は、検出限界値１０Ｂｑ／ｋｇのゲルマニウム半導体検出器（キャンベラ社製）によって検出した。なお、ヨウ素１３１は検出されなかった。
原水：セシウム１３４；４００Ｂｑ／ｋｇ
セシウム１３７；４６０Ｂｑ／ｋｇ
【００７８】
処理後の透過水及び廃棄水の放射能濃度は、以下のとおりであった。
透過水：いずれも検出されず
廃棄水：セシウム１３４；９８０Ｂｑ／ｋｇ
セシウム１３７：１，１００Ｂｑ／ｋｇ
この結果から、原水に含まれる放射性物質は、すべて逆浸透膜によって分離され、廃棄水に移行したものと考えられる。
【符号の説明】
【００７９】
１ 飲用水製造装置
１０ 給水弁
２０ 不織布フィルタ
３０ ポンプ
４０ 活性炭フィルタ
４２ パルス電流印加ユニット
４４ パルス電源
４６ コイル
５０ 不純物除去ユニット
５２ 逆浸透膜
６０ 流量調整ユニット
６１ 第１流路
６２ 流量調整用バルブ
６３ 第２流路
６４ 流路開放用バルブ
６６ 制御装置
７０ 銀イオン添加ユニット
７２ 銀含有多孔質セラミックス
８０ ミネラル添加ユニット
８２ 天然石充填層
９０ イオン交換樹脂層
９２ 銀添着活性炭層
９６ タンク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水道水から不純物が除去された飲用水を製造するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、より安全な飲用水への要望が高まり、飲用水製造のための様々な機器や方法が開発されている。これらの機器や方法においては、処理される水に含まれる不純物を分離する目的で様々な分離膜が用いられている。これらの分離膜の中でも、逆浸透膜（ＲＯ膜）は、処理される水に含まれるほとんどすべての不純物を分離できることから、一般家庭や病院、飲食店などの装置への利用が増えつつある。
【０００３】
しかし、逆浸透膜を利用して水道水から不純物を分離する飲用水製造装置及び方法においては、以下のような問題がある。
第一に、水道水が逆浸透膜に供給されると、時間の経過と共に、水道水に含まれるイオンや塩類などの不純物が逆浸透膜の膜面に堆積し、透水性が低下して、時間あたりの透過水量が減少する。水道水に含まれる不純物は、不織布、活性炭などの前処理では完全に除去されず、逆浸透膜の表面における不純物の堆積層の形成は避けられない。そのため、逆浸透膜を用いた装置では、逆浸透膜の定期的な短時間での交換が必須である。また、堆積を抑制して逆浸透膜を長寿命化する目的で逆浸透膜面での流速を高めることも考えられるが、このためには、膜に供給される水道水の流量を大きくする必要があり、この場合には水道水に比べて透過水の割合が小さくなる。
【０００４】
第二に、逆浸透膜は、滅菌の目的で水道水に含まれる塩素の大半も除去するため、得られる透過水は、滅菌能力が低く、雑菌に汚染された場合にその繁殖を抑制することができない。
【０００５】
第三に、逆浸透膜は、水道水に含まれるミネラルのほとんどを分離するため、逆浸透膜からの透過水は、そのままでは、いわゆる「おいしい水」と評価される飲用水とはならない。
【０００６】
逆浸透膜を用いた造水技術として、例えば特許文献１（特開２０００−１８９９６２号公報）がある。この特許文献１は、被処理液を昇圧する昇圧手段を用いずに被処理液を造水カートリッジに供給するとともに、造水カートリッジの逆浸透膜をフラッシングにより洗浄する手段を備える装置に関する技術を開示する。特許文献１の装置においては、造水カートリッジからの廃棄水が、圧力調整弁を通る通路とフラッシング弁を通る流路との２つの流路に分岐しており、フラッシングの際にはフラッシング弁を開くようになっている。
【０００７】
特許文献１の技術では、被処理水を加圧せずにそのまま逆浸透膜に供給する。本技術においては、加圧しなくても透過水を高収率（５０％以上）で得られるのは、低圧で効率的に作動する逆浸透膜を利用していることによる。しかし、水道水から飲用水を製造する家庭用の小型の飲用水製造装置及び方法にこうした高性能の逆浸透膜を用いるには、コストが問題になる。したがって、こうした飲用水製造装置及び方法においては、低圧逆浸透膜ではない一般的な性能の逆浸透膜を利用せざるを得ないが、種々の状況によって逆浸透膜に供給される被処理水の圧力が低い場合に、逆浸透膜の極めて微小な孔を多くの水分子が通過するのに十分な圧力が得られず、結果として透過水を高収率で得ることができないという問題がある。特に、家庭用の飲用水製造装置においては、水道水及び透過水が、造水カートリッジだけではなく、不純物を除去するための他のフィルタ、飲用水として必要な性質を付与するための種々の処理層、コンパクト化のために採用される屈曲した細い配管などを通過する際に、大きな圧力損失が発生する。したがって、安定的に飲用水を得るには水道水及び透過水を一定の圧力で流すことが求められ、飲用水の収率が供給される水道水自体の圧力の変動に左右されないように、一定の安定的な圧力を水道水に与えることが必要である。また、膜面の堆積層を除去するためには、一定以上の流速及び流量が必要であるため、被処理水が加圧されていない状態で膜の洗浄を行っても十分に堆積物を除去できない。
【０００８】
特許文献２（特表２００８−５３４２７８号公報）には、浄水器内の膜フィルタを自動的に洗浄する装置が開示されている。この装置は、膜フィルタに供給される水の水圧が適正水圧以上となったときに水を加圧するためのポンプと、その時点から所定の時間の間隔で周期的に膜フィルタの内部の水の洗い流し動作を実行可能とするための制御部と、洗い流し動作の間に膜フィルタの洗い流し管を開くための洗い流し調節バルブとを備える。特許文献２に記載の装置は、廃棄水の流路が１つであるため、膜の性能劣化が生じやすいとともに、膜の堆積物の除去が十分に行えないという問題がある。すなわち、特許文献２の装置においては、膜の洗浄を行わないときには洗い流し調節バルブが閉じられており、膜の洗浄の際に洗い流し調節バルブが開けられる方式が用いられている。したがって、この装置は、膜の洗浄を行わないとき、すなわち膜によるろ過が行われている間は、膜に供給された水の圧力が膜に対して直角に作用するため、膜の中に不純物や異物が入り込みやすい。その結果、膜の洗浄が十分に行えず、膜の性能劣化が生じやすいため、短時間で逆浸透膜を交換することが必要となるという問題がある。
【０００９】
分離膜を洗浄するための技術として、逆洗技術が用いられる場合もある。逆洗は、分離膜の透過水側から加圧した洗浄水を供給することによって、膜を洗浄する技術である。この技術は、膜の堆積物を除去するには効果的ではあるものの、逆浸透膜を用いた装置の場合には透過水側から圧力をかけると逆浸透膜がその支持体から剥離するおそれがあるため、通常は、逆浸透膜を用いた家庭用の飲用水製造装置には採用できない。
【００１０】
逆浸透膜によって不純物が除去された水に抗菌性を付与する技術として、例えば特許文献３（特許４６６１５８３号公報）がある。この技術は、膜ろ過カートリッジで処理された水に、電圧を印加した電極から銀イオンを溶出する抗菌ユニットを用いて金属イオンを添加する技術である。この技術においては、電圧を印加した電極が銀イオンの放出源であるため、銀イオンを添加するのに電源が必要である。さらに、銀イオンの濃度を制御するために水の流量を計測し、それに応じて電流を流すという精密な管理技術が必要であるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−１８９９６２号公報
【特許文献２】特表２００８−５３４２７８号公報
【特許文献３】特許第４６６１５８３号公報
【特許文献４】特許第４６０１３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、逆浸透膜の長寿命化を達成しながら高収率で安定的に飲用水を製造することができる飲用水製造装置及び方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、特別な制御及び電源を必要とすることなく飲用水に適切な持続的な抗菌性を付与することができ、自然水に近い量のミネラルを飲用水に添加することができる、飲用水製造装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様においては、本発明は、逆浸透膜を用いて水道水中の不純物が除去されたミネラル含有飲用水を製造するための飲用水製造装置において、通水開始時から３０００時間経過後の時点における透過水量が通水開始時の透過水量の６０％以上であり、製造される飲用水に持続的な抗菌性が付与される、飲用水製造装置を提供する。本装置は、水道水を加圧するポンプと、加圧された水道水を不純物を含む廃棄水と透過水とに分離する逆浸透膜と、透過水を貯留するタンクとを備える。廃棄水は、並列の第１流路及び第２流路を通って排出される。本装置は、さらに、流量調整ユニットを備えており、流量調整ユニットは、第１流路に設けられ、該流路を流れる廃棄水の流量を制御する流量調整用バルブと、第２流路に設けられ、該流路を開閉する流路開放用バルブと、該流路開放用バルブの開閉を制御する制御装置とを有する。本装置においては、飲用水製造時には、流路開放用バルブを閉じ、流量調整用バルブの流量を調整することによって、透過水の流量が維持される。逆浸透膜の洗浄時には、水道水の加圧を維持しながら制御装置により流路開放用バルブが開放されることによって、逆浸透膜の表面に堆積した不純物が剥離される。
【００１４】
流路開放用バルブは、制御装置による制御によって、所定の間隔及び時間で開放されることが好ましい。流路開放用バルブが開放される間隔は５分〜６０分に一度であり、流路開放用バルブが開放される時間は１０秒間〜４０秒間である。
【００１５】
本装置は、さらに、透過水と接触させることによって透過水に銀イオンを添加するための銀含有多孔質セラミックスからなる材料を、逆浸透膜とタンクとの間に、及び／又は、タンク内に、備える。この材料と接触することによって、透過水に５〜９０ｐｐｂの濃度の銀イオンを添加することができる。
【００１６】
本発明の一実施形態においては、本装置は、さらに、透過水を通過させることによって透過水の硬度及び蒸発残留物が自然水と同等となるように透過水にミネラルを添加する１つ又は複数の種類の天然石からなる天然石充填層を備える。
【００１７】
本発明の一実施形態においては、本装置は、さらに、逆浸透膜によって除去できなかったイオンを透過水から除去するためのイオン交換樹脂層と、逆浸透膜によって除去できなかった放射性元素を透過水から除去するための銀添着活性炭層とを備える。
【００１８】
本発明の第２の態様においては、本発明は、逆浸透膜を用いて水道水中の不純物が除去されたミネラル含有飲用水を製造するための飲用水製造方法において、通水開始時から３０００時間経過後の時点における透過水量が通水開始時の透過水量の６０％以上であり、製造される飲用水に持続的な抗菌性が付与される、飲用水製造方法を提供する。本方法は、水道水を加圧する工程と、逆浸透膜によって、加圧された水道水を不純物を含む廃棄水と透過水とに分離する工程と、並列の第１流路及び第２流路を介して廃棄水を廃棄する工程と、透過水をタンクに貯留する工程とを含む。本方法においては、飲用水製造時には、第２流路を閉じ、第１流路を流れる廃棄水の流量を調整することによって、透過水の流量が維持される。逆浸透膜の洗浄時には、水道水への加圧を維持しながら第２流路を開放することによって、逆浸透膜の表面に堆積した不純物が剥離される。第２の流路は、制御装置による制御によって、所定の間隔及び時間で開放される。第２の流路が開放される間隔は５分〜６０分に一度であり、第２の流路が開放される時間は１０秒間〜４０秒間である。
【００１９】
本方法は、さらに、透過水と銀含有多孔質セラミックスからなる材料とを、逆浸透膜とタンクとの間において、及び／又は、タンク内において、接触させることによって、透過水に銀イオンを添加する工程を含む。
【発明の効果】
【００２０】
上記の構成によれば、逆浸透膜に供給される水道水を加圧するとともに、飲用水製造時における廃棄水の流量を維持することによって、水道水自体の圧力変動に左右されることなく、逆浸透膜に供給される水道水量に対する透過水量の割合が大きい状態すなわち高収率の状態が維持される。さらに、逆浸透膜の洗浄は、１回ごとの洗浄の効果が低下しないように一定の間隔で一定の時間の間、実施されるため、長期間にわたって逆浸透膜を交換することなく飲用水を製造することができる。さらに、逆浸透膜に供給される水道水にパルス電流を与えることによって、逆浸透膜の表面における堆積物の形成量が少なくなり、形成されたとしても堆積物の組織が脆弱になるため逆浸透膜の洗浄によって容易に剥離される。これらの効果の結果として、本発明に係る装置及び方法によれば、逆浸透膜の長寿命化を達成しながら高収率で安定的に飲用水を製造することができる。
【００２１】
また、上記構成によれば、電気的な回路を用いた電流量の特別な制御及び管理を必要とすることなく、飲用水に銀イオンを添加することができるとともに、飲用水の硬度および蒸発残留物を適切な範囲に設定することができる。これらの効果の結果として、本発明に係る装置及び方法によれば、水道水から、持続的な抗菌性を有する、自然水に近い性質の飲用水を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る飲用水製造装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る飲用水製造装置に用いられる廃棄水の流路と流量調整ユニットとを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る飲用水製造装置及び方法を詳細に説明する。
【００２４】
１．装置の構成の概要
図１は、本発明の一実施形態に係る飲用水製造装置の概略的な構成図である。図１における飲用水製造装置１は、効果的な逆浸透膜の洗浄機能を有しており、３０００時間以上の長期間にわたって逆浸透膜の交換を必要とすることなく、高収率で安定的に飲用水を製造することができる。また、装置１は、水道水に含まれる不純物を除去した上で銀イオン及びミネラルを添加することによって、水道水から、持続的な抗菌性が付与された、自然水と概ね同程度の量のミネラルを含む飲用水を製造することができる。
【００２５】
本発明においては、処理される水は水道水である。水道水は、一般に、約０．３ＭＰａ〜約０．４ＭＰａの供給圧力で、必要に応じて設けられる給水弁１０を経て供給される。
【００２６】
装置１は、逆浸透膜５２を含む不純物除去ユニット５０と、不純物除去ユニット５０からの廃棄水の流量を調整するための流量調整ユニット６０とを備えている。不純物除去ユニット５０は、水道水を、逆浸透膜５２によって不純物が除去された透過水と、不純物を含む廃棄水とに分離するためのものである。装置１は、流量調整ユニット６０により、飲用水製造時及び逆浸透膜洗浄時における廃棄水の流量を制御することによって、透過水の収率が安定的に向上するとともに、逆浸透膜５２を長寿命化することができる。
【００２７】
装置１は、さらに、不純物除去ユニット５０からの透過水に銀イオンを添加するための銀イオン添加ユニット７０と、透過水にミネラルを添加するためのミネラル添加ユニット８０とを備えている。水道水に含まれる塩素は逆浸透膜５２によって除去されるため、透過水が細菌で汚染された場合には細菌の繁殖を防止できない。銀イオン添加ユニット７０は銀含有多孔質セラミックス７２を備えており、透過水が銀含有多孔質セラミックス７２と接触することにより透過水に銀イオンが添加され、透過水に抗菌性が付与される。
【００２８】
また、水道水に含まれるほとんどのミネラルは逆浸透膜５２によって除去される。しかし、こうした透過水は、不純物が極めて少ないため溶解速度が速く、人体にとって健康にいいとは言えない状態となる。また、こうした透過水は、飲用水としてはいわゆる「おいしい水」とは言えない。装置１のミネラル添加ユニット８０は、天然石充填層８２を備えており、透過水が天然石充填層８２を通ることにより、透過水に適切な量のミネラルが添加され、透過水をいわゆる「おいしい水」にすることができる。
【００２９】
装置１は、さらに、水道水を加圧するためのポンプ３０を備えている。水道水はすでに加圧されているが、この水道水をそのまま逆浸透膜５２に供給しても、逆浸透膜５２を透過するための圧力が低く、圧力変動も生じるため、透過水を高収率で安定的に得ることができない。そこで、ポンプ３０によって水道水に圧力を加え、流量調整ユニット６０による廃棄水の流量を適切に調整することによって、逆浸透膜５２からの透過水の量を安定的に多くすることができる。
【００３０】
装置１は、さらに、不純物除去ユニット５０の前に、例えば不織布フィルタ２０及び活性炭フィルタ４０といった各種の前処理フィルタを備えてもよい。これらのフィルタは、水道水に含まれる大きめの異物や残留塩素を一定のレベルまで除去することができるため、逆浸透膜５２の長寿命化に寄与する。
【００３１】
装置１は、さらに、不純物除去ユニット５０の後に、例えば、イオン交換樹脂層９０、銀添着活性炭層９２といった各種の後処理装置を備えてもよい。逆浸透膜５２は、水道水に含まれるほとんどすべての不純物を除去することができるが、何らかの理由により逆浸透膜５２の劣化が生じた場合に、ごく微量の不純物が透過水に混入することがある。こうした不純物を透過水から除去するために、透過水を、イオン交換樹脂層９０、銀添着活性炭層９２といった各種の後処理装置を通過させることが好ましい。
【００３２】
放射性物質のヨウ素は、銀と安定的な化合物を生成することから、イオン交換樹脂層９０の後に、銀を添着した活性炭層９２を通すことで除去可能である。さらに、透過水を殺菌するための紫外線殺菌器９４を設けてもよい。
【００３３】
製造された飲用水は、タンク９６に貯留される。タンク９６に貯留された飲用水は、銀イオンが含まれているため、長時間貯留されたまま維持されていても雑菌が繁殖しない持続的な抗菌性が付与されている。装置１は、さらに、銀イオン添加ユニット７０に加えて、銀含有多孔質セラミックス７２をタンク９６内部にも保持するように構成することもできる。この場合には、銀イオン添加ユニット７０だけでなくタンク９６の内部においても、透過水と銀含有多孔質セラミックス７２とを接触させることができる。装置１は、さらに、銀イオン添加ユニット７０を設けずに、タンク９６内部においてのみ銀含有多孔質セラミックス７２を保持するように構成することもできる。この場合には、透過水には、タンク９６内部において銀イオンが添加されることになる。透過水がタンク９６内部において銀含有多孔質セラミックス７２と接触することによって、タンク内の透過水に対してさらに効果的に抗菌性を付与が可能になる。
【００３４】
２．装置の詳細、及び、飲用水製造の方法
以下に、本発明の一実施形態に係る飲用水製造装置の詳細を説明しながら、飲用水の製造方法を説明する。
＜前処理フィルタ＞
本発明の一実施形態においては、供給された水道水は、不純物除去ユニット５０の前に設けられた、例えば不織布フィルタ２０及び活性炭フィルタ４０といった各種の前処理フィルタを通過させることが好ましい。これらのフィルタによって、水道水に含まれる大きめの異物や残留塩素を一定のレベルまで除去することができる。不織布フィルタ２０及び活性炭フィルタ４０は、当業者に周知のものを用いることができる。
【００３５】
＜ポンプ＞
本発明においては、水道水は、不純物除去ユニット５０に供給される前にポンプ３０によって加圧される。水道水は、通常、約０．３ＭＰａ〜約０．４ＭＰａの供給圧力で供給されていることが多いが、状況によって供給圧力が変動する場合がある。水道水の供給圧力は、建物や地域によっても異なることがある。水道水の供給圧力が低い場合には、水道水を逆浸透膜５２に供給しても、透過水を高収率で安定的に得ることができない場合がある。したがって、水道水の供給圧力による透過水の収率の変動を防止して、安定的に透過水を得るために、逆浸透膜に供給される水道水の圧力を一定の圧力に維持するポンプ３０を設ける。ポンプ３０によって付与される圧力は、約０．５ＭＰａ〜約１．２ＭＰａである。ポンプ３０の設置位置は、限定されるものではないが、不純物除去ユニット５０の直前ではないことが好ましく、不織布フィルタ２０と活性炭フィルタ４０との間であることがより好ましい。ポンプ３０が不純物除去ユニット５０の直前に設置されると、ポンプ３０の加圧による水道水の脈動が直接、逆浸透膜５２に伝わるため、逆浸透膜５２の寿命が短くなるおそれがある。
【００３６】
＜不純物除去ユニット＞
ポンプ３０によって加圧され、不織布フィルタ２０及び活性炭フィルタ４０を通過した水道水は、不純物除去ユニット５０に供給されて、不純物を含まない透過水と、不純物を含む廃棄水とに分離される。本発明においては、不純物を除去するための膜として逆浸透膜５２を用いる。逆浸透膜５２は、約０．０００１μｍの大きさの微細な孔を有し、水分子は透過するが水分子以外のイオン、塩類、有機物、重金属、細菌などの不純物は透過しない性質を有するろ過膜である。逆浸透膜５２を透過した透過水は、不純物がほとんど残留しない純水となる。本発明の一実施形態において用いられる逆浸透膜５２として、例えばダウケミカル社のメンブレンフィルタ７５ＧＰＤを用いることができる。不純物除去ユニット５０として、圧力容器内に逆浸透膜５２を組み込んだスパイラル型エレメントが用いられることが好ましいが、これに限定されるものではなく、必要に応じて中空糸型、チューブラー型などといった各種のエレメントを用いることができる。不純物除去ユニット５０は、加圧される水道水の流入口と、逆浸透膜５２を透過した透過水の流出口と、逆浸透膜５２を透過しない不純物を含む廃棄水の流出口とを有する。
【００３７】
＜流量調整ユニット＞
逆浸透膜５２を透過しなかった水は、廃棄水として不純物除去ユニット５０から排出される。廃棄水には、逆浸透膜５２によって分離された不純物の一部が含まれる。本発明においては、廃棄水の流量は、流量調整ユニット６０によって調整される。図２は、本発明の一実施形態に係る装置の廃棄水の第１流路６１及び第２流路６３並びに流量調整ユニット６０の概略的な構成図である。不純物除去ユニット５０の廃棄水の流出口の下流に、廃棄水の流路として、第１流路６１及び第２流路６３が並列に設けられる。流量調整ユニット６０は、第１流路６１の途中に設けられた流量調整用バルブ６２と、第２流路６３の途中に設けられた流路開放用バルブ６４とを有する。第１流路６１及び流量調整用バルブ６２は、飲用水製造時に、逆浸透膜５２を透過しなかった不純物を含む廃棄水が通過する。飲用水製造時には、流路開放用バルブ６４は閉じられており、廃棄水は第２流路６３を通過しないようになっている。
【００３８】
装置１は、飲用水製造の開始時に、一定以上の収率で透過水が得られるように、流量調整用バルブ６２の開度、すなわち廃棄水の流量が調整される。本発明の一実施形態においては、透過水と廃棄水との割合は、１：１〜２：１であることが好ましい。流量調整用バルブ６２は、廃棄水の流量の微妙な調整が可能となるニードルバルブを用いることが好ましい。微妙な流量の調整が可能なニードルバルブを用いることによって、逆浸透膜５２に供給される水道水の圧力を最適化して透過水の流量を維持し、透過水の収率をより安定的に向上させることができる。
【００３９】
本発明に係る飲用水製造装置においては、逆浸透膜５２を長寿命化させるための機能を有する。水道水に含まれる不純物は、不織布フィルタ２０及び活性炭フィルタ４０などを用いて前処理を行っても完全には除去することができない。そのため、逆浸透膜５２の膜面には、使用し続けることにより次第に不純物の堆積層が形成される。膜面に不純物が堆積すると、透水速度が低下し、時間当たりに得られる透過水の量が次第に低下する。したがって、高収率で安定的に飲用水を製造するためには、適切に堆積物を除去することが必要である。
【００４０】
そこで、本発明に係る飲用水製造装置においては、図２に示されるように、廃棄水が通過する流路を第１流路６１及び第２流路６３に分岐し、第２流路６３に流路開放用バルブ６４を設けている。流路開放用バルブ６４は、第２流路６３を開閉するバルブである。流路開放用バルブ６４によって第２流路６３が開放され閉鎖された後、次に流路６３が開放されるまでの時間と、１回の開放から閉鎖までの時間とは、制御装置６６によって制御される。所定の間隔で所定の時間の間、流路開放用バルブ６４を開放することによって、逆浸透膜５２の膜面に堆積した不純物が効果的に剥離され、剥離した不純物が廃棄水とともに排出される。流路開放用バルブ６４が開放されている間、ポンプ３０による水道水への加圧は維持される。ポンプ３０による水道水の加圧状体を維持しながら流路開放用バルブ６４を開放することによって、逆浸透膜５２の膜面における流速が大きくなるため、膜面の不純物に及ぼされるせん断力が大きくなり、洗浄能力が向上する。流路開放用バルブ６３は、制御装置６６による制御を容易にするため、電磁バルブであることが好ましい。
【００４１】
逆浸透膜５２の長寿命化のためには、廃棄水の流路開放用バルブ６４の開放は、適切な間隔で適切な時間の間、実施される必要がある。本発明においては、廃棄水の流路開放用バルブ６４は、約５分〜約６０分ごとに一度、開放されることが好ましく、約１５分〜約４５分ごとに一度、開放されることがより好ましい。また、廃棄水の流路開放用バルブ６４は、一度の開放において、約１０秒間〜約４０秒間、開放されることが望ましく、約２０秒間〜約３０秒間、開放されることがより好ましい。流路開放用バルブ６４の開放の間隔は、短ければ不純物を頻繁に除去することができるため逆浸透膜５２の寿命が長くなるが、短すぎるとその効果は小さいだけでなく、開放の間は供給した水の大半が廃棄されるため逆浸透膜を透過する水が相対的に少なくなり経済的ではない。一方、開放の間隔が長すぎると、洗浄から洗浄までの間における膜面への堆積物が増加して１回の洗浄の際における不純物の除去が不十分になるため、早期に透過水量の低下を招き、結果として、逆浸透膜５２を短いサイクルで交換しなければならなくなる。また、流路開放用バルブ６４を開放する時間が短すぎる場合には、膜面に堆積した不純物が十分に剥離されず、長すぎる場合には、廃棄水の量が増加して経済的に望ましくない。
【００４２】
＜特許文献１の技術に対する、本願の装置の有利な効果＞
本明細書における従来技術の部分で説明したように、特許文献１の技術では、飲用水製造時及び逆浸透膜洗浄時のいずれにおいても供給水が加圧されていない。これは特許文献１の技術においては、被処理水が低圧でも効率的に作動する低圧逆浸透膜が用いられているからである。これに対して、より汎用的な逆浸透膜を用いている本発明では、飲用水製造時及び逆浸透膜洗浄時のいずれにおいてもポンプ３０によって常に水道水に圧力が加えられている。したがって、本発明に係る装置は、汎用的な逆浸透膜を用いても、飲用水製造時における透過水の収率が高く、かつ、逆浸透膜洗浄時において膜面の不純物に及ぼされるせん断力を大きくして洗浄能力を向上させることができる。
【００４３】
また、本発明においては、ポンプ３０を用いることによって、水道水自体の供給圧力の変動にかかわらず、逆浸透膜５２に常に一定の圧力の水道水が供給されるため、安定して透過水を得ることができる。
【００４４】
＜特許文献２の技術に対する、本願の装置の有利な効果＞
特許文献２においては、膜の洗い流しのためのバルブが設けられているのみであるのに対して、本発明においては、逆浸透膜の洗浄のための第２流路６３及び流路開放用バルブ６４とは別に、通常の飲用水製造時に廃棄水が流れる第１流路６１及び流量調整用バルブ６２を備えている。この構成により、膜の性能劣化が生じ難く、飲用水製造時には逆浸透膜５２に供給される水道水の圧力を最適化して透過水の流量を維持し、透過水の収率を安定的に向上させることができるとともに、逆浸透膜５２の洗浄後に流路開放用バルブ６４を閉じるだけで、再び、装置を、逆浸透膜５２に供給される水道水の圧力が最適化された状態へと迅速に復帰させることができる。
【００４５】
さらに、特許文献２は、圧力を検知し、その圧力に基づいて洗い流しバルブを開閉するのに対して、本願は、常に一定のサイクルでフラッシングを行う。したがって、本発明に係る装置では、流路開放用バルブ５２の一度の開放によっては除去することができない量の不純物が膜面に堆積する前に、一定の間隔で逆浸透膜５２を洗浄するため、逆浸透膜６４を長期間にわたって交換することなく高収率で安定的に飲用水を製造することができる。
【００４６】
＜パルス電流印加ユニット＞
本発明に係る装置においては、不純物除去ユニット５０より上流のいずれかの位置において、水道水にパルス電流を流すためのパルス電流印加ユニット４２を設けることができる。本発明の一実施形態においては、不織布フィルタ２０及び活性炭フィルタ４０といった各種の前処理フィルタにパルス電流印加ユニット４２を設けて、これらのフィルタを通過する水道水にパルス電流を与えるようにすることが好ましい。パルス電流を与えることによる効果は、十分に解明されてはいないが、配管内に生じる電磁場の変化により、逆浸透膜の表面における堆積物の原因となるイオンや分子を相互に反発させて、凝集を抑制する効果があるものと推察される。すなわち、水道水にパルス電流を与えることによって、配管内に生じる電磁場の変化により配管内の水道水に含まれる不純物の凝集が抑制されるため、パルス電流を与えない場合と比べて逆浸透膜の表面における堆積物の形成量が少ない。また、たとえ堆積物が形成されても組織が脆弱なため、逆浸透膜の洗浄によって容易に剥離することができる。これらの効果の結果として、逆浸透膜の性能の低下が緩やかになり、長寿命化につながる。パルス電流は、パルス電源４４と、水道水が通過する配管やフィルタの筐体などのいずれかの外周に巻かれたコイル４６とを用いて、発生させることができる。本発明の一実施形態においては、パルス電源４４によって、周波数が５０〜６０Ｈｚ、電流値が１ｍＡ〜２０ｍＡ、デューティー比が４５〜５５％のパルスを発生させることが好ましい。発生させたパルス電流は、好ましくは不織布フィルタ２０又は活性炭フィルタ４０を収容する筐体の外周に巻き付けて配置された、好ましくは８０〜１３０巻のコイル４６に流される。コイルに流れるパルス電流によって発生した磁界によって、水道水にパルス電流が流れる。パルス電源４４は、ポンプ３０が稼働している間に作動させることが好ましい。
【００４７】
＜銀イオン添加ユニット＞
不純物除去ユニット５０を透過し、不純物が除去された透過水は、次に、透過水に銀イオンを添加するための銀イオン添加ユニット７０を通過することが好ましい。逆浸透膜５２を透過して不純物が除去された透過水は、塩素が除去されている。したがって、透過水が細菌等で汚染された場合には、細菌等の繁殖を防止できない。特に、本発明に係る装置のような、水道水から飲用水を製造する家庭用の装置においては、製造された飲用水は、タンクに長時間、貯留される場合があり、このタンク内で飲用水が細菌等に汚染された場合には、人体に著しい悪影響を与えるおそれがある。
【００４８】
銀イオンは、バクテリア等に対して極めて強い殺菌力を示す一方で、人体に対してはほとんど悪影響を及ぼさないため、近年、浄水器の殺菌材料として利用されている。本発明に係る装置においては、不純物除去ユニット５０からの透過水に銀イオンを添加することによって、透過水に持続的な抗菌性を付与することが好ましい。本発明の一実施形態に係る装置は、銀イオンを添加するための銀イオン添加ユニット７０を備えることができる。銀イオン添加ユニット７０は、銀含有多孔質セラミックス７２からなる材料を有しており、透過水が銀含有多孔質セラミックス７２と接触することにより、透過水に銀イオンが添加され、その結果、透過水に持続的な抗菌性を付与することができる。
【００４９】
銀イオンによる抗菌性を得るには、数ｐｐｂ以上の濃度の銀イオンを透過水に添加することが必要である。本発明の一実施形態においては、銀含有多孔質セラミックス７２として、特許文献４（特許第４６０１３６１号公報）の実施例１に開示されている多孔質セラミックスからなるペレット状の銀イオン水生成用材料を用いることができる。本実施形態においては、銀イオン添加ユニット７０においては、ユニット７０を通過する透過水がこのペレットと接触するように構成されている。透過水がペレットと接触することによって、銀イオンがペレットから透過水に溶出し、特殊な技術を用いた電気的な制御も複雑な銀イオン濃度管理も必要とすることなく、一定の濃度の銀イオンが安定的に透過水に添加される。このペレットを用いて添加される銀イオンの濃度は、約５ｐｐｂ〜約９０ｐｐｂ以下である。添加される銀イオンの濃度は、ペレットに含まれる銀の含有量を変えたり、銀イオン添加ユニット７０内のペレットの個数を変えたりすることによって、適宜調整することができる。日本においては、健康に及ぼす銀イオンの濃度についての基準はないが、米国環境保護庁（ＥＰＡ）では、上限が１００ｐｐｂと定められており、銀含有多孔質セラミックス７２を用いることによって、この条件を安定的に満足することができる。
【００５０】
なお、不純物除去ユニット５０からの透過水は、最終的にはタンク９６に貯留されることになる。不純物除去ユニット５０とタンク９６との間には、銀イオン添加ユニット７０、ミネラル添加ユニット８０、イオン交換樹脂層９０、及び銀添着活性炭層９２といった各種のユニット等が組み合わせて設けられることが好ましいが、透過水がそれぞれのユニット等を通過する順序は、特に限定されるものではない。
【００５１】
＜ミネラル添加ユニット＞
不純物除去ユニット５０からの透過水は、透過水にミネラルを添加するためのミネラル添加ユニット８０を通過することが好ましい。不純物除去ユニット５０からの透過水は、不純物が極めて少ないため溶解速度が速く、人体にとって健康にいいとは言えない状態となる。また、こうした透過水は、逆浸透膜５２によって、有機物や微生物の他にも水道水に含まれるミネラルの大部分が除去されており、飲用水として安全ではあるものの、いわゆる「おいしい水」とは言えない。したがって、不純物除去ユニット５０からの透過水を飲用水とするために、適切な量のミネラルを添加することが好ましい。本発明に係る装置は、ミネラルを添加するためのミネラル添加ユニット８０を備える。本発明の一実施形態においては、ミネラル添加ユニット８０は、天然石充填層８２を有しており、透過水が天然石充填層８２を通過することにより、透過水にミネラルが添加され、その結果、透過水をいわゆる「おいしい水」することができる。
【００５２】
旧厚生省のおいしい水研究会は、全国の水道水を調査した結果に基づき、おいしい水の水質として以下の基準を提案している。
蒸発残留物 ３０〜２００ｍｇ／Ｌ
硬度 １０〜１００
遊離炭酸 ３〜３０
過マンガン酸カリウム消費量 ３ｍｇ／Ｌ以下
臭気度 ３以下
残留塩素 ０．４ｍｇ／Ｌ以下
鉄 ０．０２ｍｇ／Ｌ以下
ｐＨ ６．０〜７．５
水温 ２０℃以下
これらの項目は、いずれも水のおいしさに影響する因子であるものの、特にカルシウム、マグネシウム、ナトリウム、カリウムなどのミネラルが水のおいしさに重要であり、そのためには蒸発残留物と硬度とを適切な値にすることが必要である。
【００５３】
逆浸透膜５２を透過した透過水にミネラルを添加して蒸発残留物と硬度とを適切な値にするために、本発明の一実施形態においては、天然の岩石等から人間の健康に悪影響を及ぼす重金属等を溶出しないものを組み合わせた天然石充填層８２を用いることができる。ミネラル添加ユニット８０は、ユニット内に天然石充填層８２が設けられており、ミネラル添加ユニット８０に入った透過水は、天然石充填層８２を通過してミネラル添加ユニット８０から出る。天然石充填層８２に用いられる天然石として、石灰石、化石サンゴ、石英、麦飯石などを適宜組み合わせて用いることができる。天然石充填層８２は、天然石の種類ごとに１つの層とし、全体として複数の層によって構成されるようにしてもよいし、複数の種類の天然石を混合して１つの層として構成されるようにしてもよい。
【００５４】
蒸発残留物及び硬度は、天然石充填層８２の天然石の構成と、天然石充填層８２内における透過水の滞留時間とで決まる。本発明の一実施形態においては、ミネラル添加ユニット８０を通過した透過水は、硬度２〜５０ｍｇ／Ｌ、蒸発残留物５〜１００ｍｇ／Ｌであることが好ましく、硬度２〜３０ｍｇ／Ｌ、蒸発残留物５〜５０ｍｇ／Ｌであることがより好ましい。硬度２〜５０ｍｇ／Ｌ、蒸発残留物５〜１００ｍｇ／Ｌは、深山に積もった雪又は氷河が地中で長い時間をかけてろ過されて得られる「自然水」と同等の硬度及び蒸発残留物の量である。硬度が５０ｍｇ／Ｌ、蒸発残留物が１００ｍｇ／Ｌより大きいと、自然水の持つさわやかさが失われ好ましくない。また、硬度が２ｍｇ／、蒸発残留物が５ｍｇ／Ｌより小さいと、無味な印象となりおいしく感じない。なお、本発明に係る装置及び方法によって製造される透過水の硬度及び蒸発残留物の値は、上述のおいしい水研究会の基準とは必ずしも一致しないが、これは、おいしい水研究会の基準は水道水の調査結果に基づくものであり、水道水に感じるおいしさと自然水に感じるおいしさとは必ずしも同じではないことによる。本発明者らは、本発明に係る装置及び方法によって、自然水と同等の「おいしさ」を有する飲用水を製造することを目的としている。
【００５５】
＜その他の装置＞
逆浸透膜５２は、水道水に含まれるほとんどすべての不純物を除去することができるが、何らかの理由により逆浸透膜５２の劣化が生じた場合に、ごく微量の不純物が透過水に混入することがある。これらの不純物を透過水から除去するために、本発明の一実施形態においては、透過水を、イオン交換樹脂層９０及び銀添着活性炭層９２といった各種の装置を通過させることが好ましい。これらの装置は、当業者に周知のものを用いることができる。
【００５６】
イオン交換樹脂層９０としては、陰イオン交換樹脂層、陽イオン交換樹脂層、又は陰イオン交換樹脂層と陽イオン交換樹脂層とを組み合わせたものを用いることができる。特に人体に悪影響を与える物質として透過水から除去することが必要なものとして、硝酸性窒素及び放射性物質が挙げられる。透過水にごく微量の硝酸性窒素が含まれる場合には、逆浸透膜５２の後に陰イオン交換樹脂層を設けることが好ましい。また、透過水にごく微量の放射性物質のセシウムが含まれる場合には、逆浸透膜５２の後に陽イオン交換樹脂を設けることが好ましい。その他の場合として、逆浸透膜をいずれかのイオン化した有害物質が透過したとしても、陰イオン交換樹脂層と陽イオン交換樹脂層とを適切に組み合わせることによって、これらの有害物質を透過水から除去することができる。
【００５７】
逆浸透膜５２を透過した極微量の放射性ヨウ素が透過水に含まれる場合には、銀添着活性炭層９２を設けることが好ましい。放射性ヨウ素は、銀との間で安定的な化合物を形成するため、銀を添着した活性炭層に透過水を通すことによって、除去することができる。
【００５８】
なお、透過水が、銀イオン添加ユニット７０、ミネラル添加ユニット８０、イオン交換樹脂層９０、銀添着活性炭層９２を通過する順序は、限定されるものではない。例えば、透過水が、銀添着活性炭層９２、イオン交換樹脂層９０、ミネラル添加ユニット８０、銀イオン添加ユニット７０をこの順で通過するようにしてもよい。また、本明細書においては、銀イオン添加ユニット７０、ミネラル添加ユニット８０、イオン交換樹脂層９０、銀添着活性炭層９２などといった装置をそれぞれ別個のものとして説明したが、これらをまとめて１つのユニットとして構成してもよい。例えば、このユニットは、このユニットに入った透過水が、銀含有多孔質セラミックス７２と接触し、天然石充填層８２、イオン交換樹脂層９０、銀添着活性炭層９２を通過した後、このユニットから出るように構成することもできる。
【００５９】
製造された飲用水は、最終的にタンク９６に貯留される。タンク９６の材質や構造は特に限定されない。本発明においては、タンク９６に貯留された飲用水に細菌等が混入した場合でも、飲用水には銀イオンが添加されているため、細菌等の繁殖を防止することができる。タンク９６内部には、さらに銀含有多孔質セラミックス７２からなる材料を保持しておくこともできる。タンク９６に貯留された透過水は、タンク９６内部に保持された多孔質セラミックス７２からなる材料と接触し、それによりタンク内の透過水に対してさらに効果的に持続的な抗菌性を付与することが可能になる。なお、図１においては、銀イオン添加ユニット７０及びタンク９６内のいずれにも銀含有多孔質セラミックス７２からなる材料が描かれているが、銀含有多孔質セラミックス７２からなる材料は、いずれか一方に設けても両方に設けてもよい。
【実施例】
【００６０】
＜廃棄水の流路開放用バルブの開放間隔と透過水量及び水質＞
供給圧力０．３ＭＰａ、硬度６３ｍｇ／Ｌ、蒸発残留物１３０ｍｇ／Ｌの東京都水道水を、平均孔径０．０００１μｍの逆浸透膜（ダウケミカル社、メンブレンフィルタ７５ＧＰＤ）に連続的に通じ、廃棄水の流路開放用バルブの開放の間隔と透過水量の変化との関係を求めた。１回の開放における開放時間は、すべて３０秒とした。水道水は、流量２０Ｌ／ｈで、ポンプを用いて０．８ＭＰａに昇圧して逆浸透膜に供給した。廃棄水の流路は、２つの平行な流路に分岐させ、一方の流路には流量調整用バルブを設置し、他方の流路には流路開放用バルブを設置した。流量調整用バルブはニードルバルブ（エスコ社製）を用い、流路開放用バルブは電磁バルブ（日本アスコ社製）を用いた。測定開始時には流路開放用バルブを閉め、ニードルバルブの開度は、逆浸透膜を透過する透過水と廃棄水との割合が３：２となるように調整した。なお、逆浸透膜の劣化を防止するために、逆浸透膜の前に不織布フィルタ（ＫＥＮＴ社製５μｍセディメントフィルタ）及び活性炭フィルタ（ＫＥＮＴ社製）を設置した。通水開始時の透過水量は１２Ｌ／ｈであった。
【００６１】
表１は、流路開放用バルブの開放の間隔を変えたときにおける、通水開始からの時間経過に伴う透過水量の変化を示した表である。表１において、開放の間隔が５分ごと、１０分ごと、３０分ごと、及び６０分ごとの場合をそれぞれ実施例１〜４とし、開放の間隔がそれ以外の場合を比較例とした。通水時間は、通水開始からの経過時間であり、各通水時間の時点における数値は、通水開始時の透過水量を１００とした時の各通水時間の時点における相対的透過水量を示す。なお、飲用水製造装置の稼働時間を毎日４時間と仮定すると、１０００時間は２５０日、２０００時は５００日、３０００時間は７５０日に相当する。毎日４時間の稼働は、調理に利用される水を１０Ｌ／回×３回／日と仮定し、飲用に利用される水を１０Ｌ／日と仮定したときの一日の水利用量４０Ｌ／日が、透過水量１０Ｌ／ｈの能力で製造される時間（４時間）から設定した。透過水の製造能力１０Ｌ／ｈは、通水開始時の製造能力１２Ｌ／ｈ（水道水供給量２０Ｌ／ｈの６０％）と、後述のとおり透過水量が通水開始時の６０％となったとき（逆浸透膜の交換時期）の製造能力７．２Ｌ／ｈとの平均値である。
【００６２】
【表１】
【００６３】
表１の結果から、実施例１〜実施例４の場合には、通水時間が３０００時間を経過した時点でも通水開始時の６０％以上の透過水量が得られていることが分かる。なお、ここで透過水量が通水開始時の６０％以上としたのは、本発明者らが、逆浸透膜における不純物の堆積による不純物除去能力の低下と、透過水の収率の低下による経済性の低下とを勘案し、収率が通水開始時の６０％より低くなった時点で逆浸透膜の交換を行うのが理想的であると考えていることによる。例えば、透過水の収率が低下するにつれて、必要な飲用水を確保するのに時間が掛かるようになる。収率が通水開始時の５０％になれば、同じ量の飲用水を得るのに飲用水製造装置の稼働時間は２倍となり、高性能の飲用水製造装置としての能力（単位時間当たりの透過水量）の設計許容値を超える。また、装置の電力消費も２倍となり不経済である。このような場合、飲用水の使用者は使用できる飲用水の不足から、浄化していない水を止むを得ず使用することも起こり得るため、これを避ける必要がある。さらに、装置の供給能力が低下するということは、逆浸透膜の内部に浸透する不純物が増加するとともに、それにより逆浸透膜の内圧が上昇して不純物が逆浸透膜から透過水側に出ていることが考えられる。これらの現象は、逆浸透膜の不純物除去能力の低下が生じていることを表している。そこで、本発明者らは安全な飲用水を供給する上で、収率が通水開始時の６０％程度となったときを逆浸透膜交換の目安とした。
【００６４】
一方、比較例２及び比較例３のように、開放の間隔が長い場合には、短期間でろ過性能が低下し、逆浸透膜の交換が必要となることが分かる。なお、開放の間隔が１分ごとと短い比較例１は、３０００時間経過時でも通水開始時の９０％の透過水量が得られているが、このように短い間隔で膜の洗浄を行ってもその洗浄効果は小さいだけでなく、開放の間は供給した水の大半が廃棄されるため逆浸透膜を透過する水が相対的に少なくなり経済的ではないと考えられる。なお、比較例３は、現在普及しているタイプの家庭用飲用水製造装置を想定した条件下での結果である。こうしたタイプの装置の大半は、本発明に係る装置のような流路開放用バルブを持つ第２流路を設けておらず、したがって流路開放用バルブを開放することによって逆浸透膜面の堆積物を排出する機能を備えていない。比較例３の結果から、こうしたタイプの飲用水製造装置は、ろ過性能が急速に低下すると考えられる。
【００６５】
表２は、実施例３、比較例２、比較例３について、通水開始時からの時間経過に伴う蒸発残留物量（ｍｇ／Ｌ）の変化を示した表である。蒸発残留物量は、逆浸透膜からの透過水を採取して測定した。表２から、実施例３については、透過水中の蒸発残留物量は、通水開始から３０００時間経過後の時点でも、通水開始時と比較して若干増加するにとどまっていることが分かる。一方、流路開放用バルブの開放の間隔が１日に１回である比較例２及び開放を行わない比較例３については、透過水中の蒸発残留物量は時間の経過に伴って上昇しており、逆浸透膜の不純物ろ過能力が低下していることが明らかである。
【００６６】
【表２】
【００６７】
次に、実施例３、比較例２、比較例３において用いた装置の逆浸透膜の後にミネラル添加ユニットを設置して、逆浸透膜からの透過水の硬度及び蒸発残留物量を調整した。ミネラル添加ユニットには、天然石として石灰岩（福岡県産）、化石サンゴ（沖縄県産）、ケイ石（北海道産）、麦飯石（岐阜県産）を組合せて充填した。逆浸透膜からの透過水は、ミネラル添加ユニット内の各種天然石に接触した後、ミネラル添加ユニットから排出された。表３は、実施例３、比較例２、比較例３について、通水開始からの時間経過に伴う調整後の透過水の硬度（ｍｇ／Ｌ）及び蒸発残留物量（ｍｇ／Ｌ）の変化を示した表であり、表３における実施例３−２、比較例２−２、比較例３−２は、それぞれ、表１における実施例３、比較例２、比較例３に対応する。
【００６８】
【表３】
【００６９】
本発明者らは、前述のように、ミネラル添加ユニットを通過した透過水は、硬度２〜５０ｍｇ／Ｌ、蒸発残留物５〜１００ｍｇ／Ｌであることが好ましく、硬度２〜３０ｍｇ／Ｌ、蒸発残留物５〜５０ｍｇ／Ｌであることがより好ましいとしている。実施例３−２については、通水開始時から３０００時間経過後であっても、透過水の硬度及び蒸発残留物量ともに、上述のより好ましい範囲内にあることが分かる。一方、比較例２−２及び比較例３−２については、いずれも硬度は上述の範囲内にあるものの、比較例２−２の場合には３０００時間経過時点で、比較例３−２については１０００時間経過時点で、蒸発残留物量は上述のより好ましい範囲を上回っていることが分かる。
【００７０】
＜第１流路の有無と透過水量＞ 本明細書において先行技術として挙げた特許文献２の装置と本発明に係る装置との相違点は、特許文献２の装置には本発明に係る装置において設けられている第１流路がなく、流量調整用バルブが存在しないことである。特許文献２の装置では、廃棄水は、洗い流し調製バルブ（本発明における流路開放用バルブに相当）が開放された時のみ発生する。そこで、流路調整用バルブを完全に閉じ、流路開放用バルブを３０分ごとに３０秒間開放した場合を比較例４とし、実施例３との透過水量の変化の比較を行った。その結果を表４に示す。表４においては、実施例３における通水開始時の透過水量を１００としたときの相対値を示す。比較例４について、通水開始時の透過水量は、実施例３より高い値を示したが、時間の経過とともに急速に低下しており、逆浸透膜の交換を早期に行う必要があることが分かる。
【００７１】
【表４】
【００７２】
＜廃棄水の流路開放用バルブの開放時間と透過水量＞
廃棄水の流路開放用バルブの開放間隔と透過水量との関係を求めた装置と同じ装置を用いて、流路開放用バルブの開放の時間と、通水開始から３０００時間経過時点の透過水量の変化との関係を求めた。表２は、その結果を示す。開放の間隔は３０分とした。表５における実施例３と、表１における実施例３とは、同じ実験の結果である。
【００７３】
【表５】
【００７４】
表５の結果から、実施例３及び実施例５の場合には、通水時間が３０００時間を経過した時点でも通水開始時の６０％以上の透過水量が得られていることが分かる。一方、比較例５のように、開放の時間が短い場合には、短期間でろ過性能が低下し、逆浸透膜の交換が必要となる。なお、開放時間が６０秒と長い実施例６は、３０００時間経過後であっても通水開始時の６０％以上の透過水量が得られているが、このように開放の時間が長すぎる場合には、廃棄水の量が増加して経済的に望ましくないと考えられる。
【００７５】
＜銀イオン濃度＞
実施例１〜４において用いた装置の逆浸透膜の後に銀イオン添加ユニットを設置し、銀イオン添加ユニットからの透過水中の銀イオン濃度の変化を測定した。銀イオン添加ユニットには、特許文献４の実施例１に記載された方法で作成した多孔質セラミックスからなるペレット状の銀イオン水生成用材料を約５ｇ用いた。逆浸透膜からの透過水は、銀イオン添加ユニット内のペレット状の銀イオン水生成用材料に接触した後、銀イオン添加ユニットから排出された。通水開始時から５００時間経過後までの銀イオン濃度の最大値は３２ｐｐｂ、最小値は１１ｐｐｂ、平均値は２０ｐｐｂであった。このことにより、透過水は、必要な抗菌性を維持することができるように銀イオン濃度が管理されているだけでなく、米国環境基準（ＥＰＡ）で定められた１００ｐｐｂを超えることがなく、安全な水であることがわかる。
【００７６】
＜放射性物質を含む水の処理＞
放射性物質を含む原水を、平均孔径０．０００１μｍの逆浸透膜（ダウケミカル社、メンブレンフィルタ７５ＧＰＤ）に連続的に通じて、放射性物質の除去の状態を確認した。原水は、流量１０Ｌ／ｈで、ポンプを用いて０．５ＭＰａに昇圧して逆浸透膜に供給した。廃棄水の流路は、２つの平行な流路に分岐させ、一方の流路には流量調整用バルブを設置し、他方の流路には流路開放用バルブを設置した。流量調整用バルブはニードルバルブ（エスコ社製）を用い、流路開放用バルブは電磁バルブ（日本アスコ社製）を用いた。測定開始時には流路開放用バルブを閉め、ニードルバルブの流量は、逆浸透膜を透過する透過水と廃棄水との割合が３：２〜２：１となるように調整した。なお、逆浸透膜の劣化を防止するために、逆浸透膜の前に不織布フィルタ（ＫＥＮＴ社製５μｍセディメントフィルタ）及び活性炭フィルタ（ＫＥＮＴ社製）を設置した。通水開始時の透過水量は６Ｌ／ｈであった。
【００７７】
原水に含まれる放射性物質の種類及び放射能濃度は、以下のとおりであった。放射能濃度は、検出限界値１０Ｂｑ／ｋｇのゲルマニウム半導体検出器（キャンベラ社製）によって検出した。なお、ヨウ素１３１は検出されなかった。
原水：セシウム１３４；４００Ｂｑ／ｋｇ
セシウム１３７；４６０Ｂｑ／ｋｇ
【００７８】
処理後の透過水及び廃棄水の放射能濃度は、以下のとおりであった。
透過水：いずれも検出されず
廃棄水：セシウム１３４；９８０Ｂｑ／ｋｇ
セシウム１３７：１，１００Ｂｑ／ｋｇ
この結果から、原水に含まれる放射性物質は、すべて逆浸透膜によって分離され、廃棄水に移行したものと考えられる。
【符号の説明】
【００７９】
１ 飲用水製造装置
１０ 給水弁
２０ 不織布フィルタ
３０ ポンプ
４０ 活性炭フィルタ
４２ パルス電流印加ユニット
４４ パルス電源
４６ コイル
５０ 不純物除去ユニット
５２ 逆浸透膜
６０ 流量調整ユニット
６１ 第１流路
６２ 流量調整用バルブ
６３ 第２流路
６４ 流路開放用バルブ
６６ 制御装置
７０ 銀イオン添加ユニット
７２ 銀含有多孔質セラミックス
８０ ミネラル添加ユニット
８２ 天然石充填層
９０ イオン交換樹脂層
９２ 銀添着活性炭層
９６ タンク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆浸透膜を用いて水道水中の不純物が除去されたミネラル含有飲用水を製造するための飲用水製造装置において、通水開始時から３０００時間経過後の時点における透過水量が通水開始時の透過水量の６０％以上であり、製造される飲用水に持続的な抗菌性が付与される、飲用水製造装置であって、
水道水を加圧するポンプと、
加圧された前記水道水を不純物を含む廃棄水と透過水とに分離する逆浸透膜と、
前記廃棄水が通る並列の第１流路及び第２流路と、
前記第１流路に設けられ、該流路を流れる廃棄水の流量を制御する流量調整用バルブと、前記第２流路に設けられ、該流路を開閉する流路開放用バルブと、該流路開放用バルブの開閉を制御する制御装置とを有する、流量調整ユニットと、
前記透過水を貯留するタンクと、
前記タンク内に保持され、前記タンク内の前記透過水と接触することによって前記透過水に銀イオンを添加するための銀含有多孔質セラミックスからなる材料と、
を備え、
飲用水製造時には前記流路開放用バルブを閉じ前記流量調整用バルブの流量を調整することによって前記透過水の流量を維持し、前記水道水の加圧を維持しながら前記制御装置により前記流路開放用バルブが５分〜６０分間隔で１０秒〜４０秒間開放されることによって前記逆浸透膜の表面に堆積した不純物が剥離されるように構成されたことを特徴とする、飲用水製造装置。
【請求項２】
前記逆浸透膜と前記タンクとの間に、前記透過水と接触させることによって前記透過水に銀イオンを添加するための銀含有多孔質セラミックスからなる材料をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の飲用水製造装置。
【請求項３】
前記タンク内の前記透過水に含まれる銀イオンの濃度が５〜９０ｐｐｂであることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の飲用水製造装置。
【請求項４】
前記透過水を通過させることによって前記透過水の硬度及び蒸発残留物が自然水と同等となるように前記透過水にミネラルを添加する１つ又は複数の種類の天然石からなる天然石充填層をさらに備えることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の飲用水製造装置。
【請求項５】
前記逆浸透膜によって除去できなかったイオンを前記透過水から除去するためのイオン交換樹脂層と、前記逆浸透膜によって除去できなかった放射性元素を前記透過水から除去するための銀添着活性炭層とをさらに備えることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の飲用水製造装置。
【請求項６】
逆浸透膜を用いて水道水中の不純物が除去されたミネラル含有飲用水を製造するための飲用水製造方法において、通水開始時から３０００時間経過後の時点における透過水量が通水開始時の透過水量の６０％以上であり、製造される飲用水に持続的な抗菌性が付与される、飲用水製造方法であって、
水道水を加圧する工程と、
逆浸透膜によって、加圧された前記水道水を不純物を含む廃棄水と透過水とに分離する工程と、
並列の第１流路及び第２流路を介して前記廃棄水を廃棄する工程と、
前記透過水をタンクに貯留する工程と、
前記タンク内において前記透過水と銀含有多孔質セラミックスからなる材料とを接触させることによって、前記透過水に銀イオンを添加する工程と、
を含み、
飲用水製造時には前記第２流路を閉じ前記第１流路を流れる廃棄水の流量を調整することによって前記透過水の流量を維持し、前記水道水への加圧を維持しながら前記第２流路を５分〜６０分間隔で１０秒〜４０秒間開放することによって前記逆浸透膜の表面に堆積した不純物を剥離することを特徴とする、飲用水製造方法。
【請求項７】
前記透過水をタンクに貯留する工程の前に、前記透過水を銀含有多孔質セラミックスからなる材料に接触させることによって、前記透過水に銀イオンを添加する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載の飲用水製造方法。
【請求項８】
前記タンク内の前記透過水に含まれる銀イオンの濃度が５〜９０ｐｐｂであることを特徴とする、請求項６又は請求項７に記載の飲用水製造方法。
【請求項９】
前記透過水を１つ又は複数の種類の天然石からなる天然石充填層に通すことによって、前記透過水の硬度及び蒸発残留物が自然水と同等となるように前記透過水にミネラルを添加する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項６又は請求項７に記載の飲用水製造方法。
【請求項１０】
前記透過水をイオン交換樹脂層に通すことによって、前記逆浸透膜で除去できなかったイオンを前記透過水から除去する工程と、前記透過水を銀添着活性炭層に通すことによって、前記逆浸透膜によって除去できなかった放射性元素を前記透過水から除去する工程とをさらに含むことを特徴とする、請求項６又は請求項７に記載の飲用水製造方法。
【請求項１】
逆浸透膜を用いて水道水中の不純物が除去されたミネラル含有飲用水を製造するための飲用水製造装置において、通水開始時から３０００時間経過後の時点における透過水量が通水開始時の透過水量の６０％以上であり、製造される飲用水に持続的な抗菌性が付与される、飲用水製造装置であって、
水道水を加圧するポンプと、
加圧された前記水道水を不純物を含む廃棄水と透過水とに分離する逆浸透膜と、
前記廃棄水が通る並列の第１流路及び第２流路と、
前記第１流路に設けられ、該流路を流れる廃棄水の流量を制御する流量調整用バルブと、前記第２流路に設けられ、該流路を開閉する流路開放用バルブと、該流路開放用バルブの開閉を制御する制御装置とを有する、流量調整ユニットと、
前記透過水を貯留するタンクと、
前記タンク内に保持され、前記タンク内の前記透過水と接触することによって前記透過水に銀イオンを添加するための銀含有多孔質セラミックスからなる材料と、
を備え、
飲用水製造時には前記流路開放用バルブを閉じ前記流量調整用バルブの流量を調整することによって前記透過水の流量を維持し、前記水道水の加圧を維持しながら前記制御装置により前記流路開放用バルブが５分〜６０分間隔で１０秒〜４０秒間開放されることによって前記逆浸透膜の表面に堆積した不純物が剥離されるように構成されたことを特徴とする、飲用水製造装置。
【請求項２】
前記逆浸透膜と前記タンクとの間に、前記透過水と接触させることによって前記透過水に銀イオンを添加するための銀含有多孔質セラミックスからなる材料をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の飲用水製造装置。
【請求項３】
前記タンク内の前記透過水に含まれる銀イオンの濃度が５〜９０ｐｐｂであることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の飲用水製造装置。
【請求項４】
前記透過水を通過させることによって前記透過水の硬度及び蒸発残留物が自然水と同等となるように前記透過水にミネラルを添加する１つ又は複数の種類の天然石からなる天然石充填層をさらに備えることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の飲用水製造装置。
【請求項５】
前記逆浸透膜によって除去できなかったイオンを前記透過水から除去するためのイオン交換樹脂層と、前記逆浸透膜によって除去できなかった放射性元素を前記透過水から除去するための銀添着活性炭層とをさらに備えることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の飲用水製造装置。
【請求項６】
逆浸透膜を用いて水道水中の不純物が除去されたミネラル含有飲用水を製造するための飲用水製造方法において、通水開始時から３０００時間経過後の時点における透過水量が通水開始時の透過水量の６０％以上であり、製造される飲用水に持続的な抗菌性が付与される、飲用水製造方法であって、
水道水を加圧する工程と、
逆浸透膜によって、加圧された前記水道水を不純物を含む廃棄水と透過水とに分離する工程と、
並列の第１流路及び第２流路を介して前記廃棄水を廃棄する工程と、
前記透過水をタンクに貯留する工程と、
前記タンク内において前記透過水と銀含有多孔質セラミックスからなる材料とを接触させることによって、前記透過水に銀イオンを添加する工程と、
を含み、
飲用水製造時には前記第２流路を閉じ前記第１流路を流れる廃棄水の流量を調整することによって前記透過水の流量を維持し、前記水道水への加圧を維持しながら前記第２流路を５分〜６０分間隔で１０秒〜４０秒間開放することによって前記逆浸透膜の表面に堆積した不純物を剥離することを特徴とする、飲用水製造方法。
【請求項７】
前記透過水をタンクに貯留する工程の前に、前記透過水を銀含有多孔質セラミックスからなる材料に接触させることによって、前記透過水に銀イオンを添加する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載の飲用水製造方法。
【請求項８】
前記タンク内の前記透過水に含まれる銀イオンの濃度が５〜９０ｐｐｂであることを特徴とする、請求項６又は請求項７に記載の飲用水製造方法。
【請求項９】
前記透過水を１つ又は複数の種類の天然石からなる天然石充填層に通すことによって、前記透過水の硬度及び蒸発残留物が自然水と同等となるように前記透過水にミネラルを添加する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項６又は請求項７に記載の飲用水製造方法。
【請求項１０】
前記透過水をイオン交換樹脂層に通すことによって、前記逆浸透膜で除去できなかったイオンを前記透過水から除去する工程と、前記透過水を銀添着活性炭層に通すことによって、前記逆浸透膜によって除去できなかった放射性元素を前記透過水から除去する工程とをさらに含むことを特徴とする、請求項６又は請求項７に記載の飲用水製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−４９０４７（Ｐ２０１３−４９０４７Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１４８１６６（Ｐ２０１２−１４８１６６）
【出願日】平成２４年７月２日（２０１２．７．２）
【出願人】（５０１４２６１６１）グリーンアーム株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月２日（２０１２．７．２）
【出願人】（５０１４２６１６１）グリーンアーム株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
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