JPS61242687A - 精製水製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はエンドトキシン不含無菌精製水の製造装置に
関する。

〔従来の技術〕

エンド“トキシン不含無菌精製水製造装置は、製薬工業
、各種生命科学関連工業、研究室、検査室、人工透析用
水、病院用水の製造等において広く使用されており、こ
の装置として蒸留装置、逆浸透膜装置、限外決過膜装置
等が使用されている。蒸習性はエネルギー消費量が大で
ある上、複数回の蒸留を繰り返さなければエンドトキシ
ンを十分に除去することができない。逆浸透膜法はエン
ドトキシン、カルシウム、鉄、アルミニウム等の除去に
は有効であるが遊離塩素及びクロラミンの除去が十分で
なく、これらを除去するには活性炭を併用しなければな
らない。しかしながら、活性炭での細菌の繁殖が逆浸透
膜上での細菌の繁殖を助長し、処理水への細菌の漏出が
起こりやすく、これがエンドトキシンの生成につながる
。その上、逆浸透膜は高圧ポンプを必要とし、装置が高
価なものとなる。限外濾過膜は、逆浸透膜と比較すれば
装置はやや簡単であるが、脱イオンのため活性炭の他に
イオン交換樹脂を必要とし、活性炭およびイオン交換樹
脂における細菌の繁殖が問題となる。

人工透析用水の製造においては上述の装置のほか、活性
炭及び軟水器による水浄化装置が多く用いられている。

しかしこの場合、活性炭吸着器は塩素の除去には有効で
あるが活性炭上に細菌が繁殖し易いため、このような装
置による処理水は原水よりもかえって多くの細菌及び細
菌由来のエンドトキシンを含有し、場合によってはエン
ドトキシン濃度が原水の数十倍に達することがある。特
開昭５５−１３２６０３号は、原水をＰＶＡ等の中空糸
膜で濾過した後陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂
で処理する方法を提案しているが、この方法は活性炭を
用いないため活性炭による細菌の繁殖は防止出来るとし
ても、塩素イオンの除去は不十分となる。またエンドト
キシンの除去も不十分である。また、特開昭５６−４４
００５号は、原水をＰＶ’Ａ等の中空糸膜で濾過した後
、陽イオン交換樹脂で処理し、さらに活性炭によって処
理する方法を提案している。しかしながら、この方法に
よりエンドトキシンの除去を十分に行うことができず、
また原水側からの細菌の浸入を中空糸膜により抑えるこ
とができるとしても、下流側に第２の濾過膜を有しない
ため運転停止時等に活性炭への細菌の浸入を完全に防止
することは困難であり、細菌が一旦少しでも浸入ずれば
その繁殖は避けられない。このためエンドトキシン濃度
が」二昇する危険性が高い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この発明は、原水中の細菌、エンドトキシン、各種のイ
オン等を確実に、且つ実質上完全に除去することができ
、長期間にわたって細菌による汚染を防止することがで
き、しかも構造が簡単で使用が簡便な精製氷製造装置を
提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の上記の目的は、（ａ）　　１　ｋｇ　／　ｃ
ｔａ〜１０ｋｇ　／　ｃｌのバブルポイントを有するポ
リオレフィン系多孔質中空糸膜から成る濾過モジュール
、（ｂ）活性炭吸着器及びイオン交換樹脂吸着器、並び
に（Ｃ）　　１．５　ｋｇ／ｃｔ〜１０ｋｇ／ｃｍ２の
バブルポイントを有するポリオレフィン系多孔質中空糸
膜から成るか過モジ豆−ルを水の流れ方向に関してこの
順序に有する精製水製造装置；及び（ａ）　　１ｋｇ／
ｃｍ２〜１゜ｋｇ　／　ｃＪのバブルポイントを有する
ポリオレフィン系多孔質中空糸膜から成る７濾過モジユ
ール、（ｂ）活性炭吸着器及びイオン交換樹脂吸着器、
並びに（ｃ）　　１．５　ｋｇ／ｃｒＡ　〜１０　ｋｇ
／ｃ−のバブルポイントを有するポリオレフィン系多孔
質中空糸膜から成る濾過モジュールを水の流れ方向に関
してこの順序に有し、さらにイオン交換樹脂再生液用容
器を有し、この容器と前記イオン交換樹脂吸着器及び活
性炭吸着器が前記再生液が循環できるように連結されて
いる精製水製造装置により達成される。

上記の装置に使用されるポリオレフィン系多孔質中空糸
膜は３　Ｒ７ｇ　−ｍｉｎ　　−ｋｇ／ｃｍ２以上の透
水量を有することが好ましい。

〔作　用〕

本発明の精製氷製造装置は前記のごとく、２組の濾過モ
ジュールの間に活性炭吸着器及びイオン交換樹脂吸着器
を有する構造となっている。上記か過モジュールの濾材
としてポリオレフィン系多孔質中空糸膜を使用するため
第１の濾過モジュールにおいて細菌類が完全に除去され
ると共に、工ントトキシンの大部分が除去される。次に
、活性炭吸着装置及びイオン交換樹脂装置により塩素イ
オン等の陰イオン、各種の陽イオン等が実質上完全に吸
着除去され、最後に第２の濾過モジュールにより残留エ
ンド１〜キシンが実質上完全に除去される。

この装置においては、原水からの細菌類が第１の濾過モ
ジュールにより完全に除去され、第２の／ｐ過モモジュ
ールより細菌類の逆流が完全に阻止されるため、活性炭
及びイオン交換樹脂を一度殺菌しておけば活性炭上での
細菌類の繁殖が長期間にわたって阻止される。

〔実施態様〕

第１図に゛本発明の基本構成を模式的に示す。１は供給
される原水であり、これには水道水、地下水等任意の原
料水が含まれる。また１′は精製水（製品）を示す。２
は第１の濾過モジュールであり、５は第２の濾過モジュ
ールである。３は活性炭吸着器であり４はイオン交換樹
脂吸着器である。

活性炭吸着器とイオン交換樹脂吸着器は任意の順序に配
置することができ第１図に示す順序はその１例に過ぎな
い。

２で示されるカ過モジュールにおいては、バブルポイン
ト１．０　ｋｇ　／　ｃＪ〜１０ｋｇ／ｃ艷を有するポ
リオレフィン系中空糸膜が使用される。この中空糸膜の
材料としてはポリエチレン、ポリプロピレン等が用いら
れ、ポリエチレンが最も好ましい。この中空糸膜の製造
方法は特に限定されないが、例えば次のようにして製造
することができ、ミクロフィブリルが短冊状に積層して
微細孔を形成しているものが特に好ましい。すなわち、
ポリオレフィン重合体を中空糸製造用の専用ノズルを用
いて溶融紡糸して得られた高配向結晶性未延伸中空糸を
冷延伸した後加熱延伸する主工程において各工程条件を
適当に管理することによって製造される。

この様なポリオレフィン多孔質中空糸は第６図に示すよ
うな特殊な微細構造を有する。すなわち、第６図は短冊
状微細孔の積層構造の一平面の模式図であり、２１はミ
クロフィブリル、２２はほぼ平行に並んだ多数のミクロ
フィブリル２１の端部が連結した結節部、２３はスリッ
ト状微細孔であり、ミクロフィブリルと結節部により構
成されたスリット状の微細孔２３は各結節部を介して積
層構造をとっている。また微細孔の積層構造は、結節部
を介して一平面内に繊維長方向に積層すると同時に、こ
のような構造を有する平面が中空繊維の壁膜の厚みの方
向に積み重なっていることを意味する。

中空糸の内径は通常約２００μｍ〜５００μｍが好まし
く、膜厚は約１０μｍ〜１００μｍが好ましい。

濾過モジュール２（第１の濾過モジュール）に用いる中
空糸膜のバブルポイントは、１．０　ｋｇ　／　ｃｔＡ
〜１０ｋｇ／−の範囲である。バブルポイントが１、０
　ｋｇ　／　ｃａより低い場合には条件により細菌が透
過する場合があり、また装置のエンドトキシン除去能力
が低下するため好ましくない。またバブルポイントが１
０ｋｇ／ｃｍ２より高い場合には透水量が低下し装置の
水処理能力が低下するため好ましくない。

上記のバブルポイントは、第４図に概略を示す測定装置
により次のようにして測定する。図中１８は中空糸モジ
ュールで、中空糸４８本を束ねてループ状とし、末端を
エポキシ樹脂で接着し開口部としたものである。モジュ
ールの長さは約ＩＱｃｍとする。モジューＪし１８をエ
タノール１９中にン受し、まずコック１５を閉じ、コッ
ク１６を開いて１７より真空吸引し、中空糸多孔部内を
エタノールで十分に濡らす。次にコ・ツク１６を閉じ、
コック１５を開き、】４より窒素ガスにより加圧し０．
１ｋｇ　／　ｃ＋＋Ｉのステップ幅で昇圧する。各圧力
の保持時間は１０秒間とする。バブルの発生状況を見な
がら昇圧し、バブルが中空糸全体から発生ずる圧力をバ
ブルポイントとする。

フィルターモジュール２に用いる中空糸膜は３　ｅ　／
　ｒｄ−ｍｉｎ　　−ｋｇ／ｃＡ以上の透水性を有すル
コとが好ましく、１０　Ｒ／ｒ＋（・ｍｉｎ　　−ｋｇ
／ｃｍ２の透水性を有することが特に好ましい。透水性
が低すぎる場合、装置の水処理能力が低下し、一定の水
を処理するのに過大な濾過面積を使用とし、好ましくな
い。

この発明の？ｐ過モモジュール、上記のような中空糸膜
を用いて常法に従って作製される。濾過方式は、内圧式
、外圧式のいずれでもよいが、一般に外圧式が好ましい
。またクロスフロ一方式を用いることができるが通常は
全量？ｐ過方式で十分である。

原水の水質によっては第１図中濾過モジュール２の前に
プレフィルタ−（図には示してない）を設けることもで
きる。このプレフィルタ−は水質に応じで選択すればよ
いが、エンドトキシンの除去の点ではポリオレフィン系
ミクロファイバーを用いたプレフィルタ−が特にイ憂れ
でいる。

原水の供給圧は、通常は水道水圧で十分であるが、必要
に応してポンプを使用して加圧することもできる。

第１図中、３は活性炭吸着器であり、４はイオン交換樹
脂吸着器である。この発明においてはこれら活性炭吸着
器とイオン交換樹脂吸着器の順序は特に限定されず、第
１図に示されている順序とは逆にイオン交換樹脂吸着器
を前に置き、その後に活性炭吸着器を置くこともできる
。

活性炭吸着器３は」二部に消毒液供給口６、及び下部に
排出口６′を有するのが好ましい。活性炭としては、例
えばヤシガラ破砕炭等、水処理に常用されている任意の
活性炭を使用することができる。本発明の装置において
は活性炭吸着器中に細菌が繁殖することはないが、安全
のために銀化合物を添加した活性炭を用いることもでき
る。この場合には活性炭吸着器の後にイオン交換樹脂吸
着器を配置して、活性炭吸着器から微量に溶出する銀イ
オンをイオン交換樹脂により吸着除去するのが好ましい
。

イオン交換樹脂吸着器４中のイオン交換樹脂としては、
特にイオンを除去した精製水の製造を目的とする場合、
陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂の両者を使用す
るのが好ましく、これらは混床式として使用することも
でき、又別々のカラムに充填して使用してもよい。この
場合、この発明のイオン交換樹脂吸着器は複数のカラム
により構成されることになる。また、透析用水の製造に
おいては陰イオンの除去は比較的重要ではなく、この場
合には陽イオン交換樹脂（軟水器）のみを使用すること
もできる。イオン交換樹脂吸着器４は、イオン交換樹脂
の再生液又は消毒液を供給するための供給口６及び排出
口６′を有する。

第１図中５は第２の濾過モジュールであり、このモジュ
ールはバブルポインＬ　１．５　ｋｇ／ｃ♂〜１０ｋｇ
　／　ｃｎ！を有するポリオレフィン系中空糸膜から構
成される。この中空糸膜は第１の濾過モジュール２の中
空糸膜について前記した構造を有する。濾過モジュール
５の中空糸膜のバブルポイントの上限は濾過モジュール
２の中空糸膜の場合と同様の利用で１０ｋｇ　／　ｃＪ
以下であるが、その下限は１．５ｋｇ　／　ｃ−である
。バブルポイントが１．５　ｋｇ　／　ｃ＋Ｊより低い
場合、エンドトキシンを完全に除去することが困難であ
り、本発明の装置の最終部分を成す濾過モジュール５の
中空糸膜はエンドトキシンを完全に除去する必要がある
ため、１．５　ｋｇ／、、ｌのパブルポイントを有する
必要がある。濾過モジュール５の中空糸膜の透水性は、
濾過モジュール２の中空糸について前記したのと同し理
由により３１７ｍ”・ｍｉｎ−ｋｇ　／　ｃ＋Ｉ１以上
が好ましく　、１０　ｆｔ　／ｍ”−ｍｉｎ−ｋｇ／　
ｃｌであることが特に好ましい。

第２図は、この発明の装置の第２の態様を示す。

この図中、番号１．１’、２．３．及び５は第１図のそ
れと同じ意味を有する。第２図においてはカラム４′、
及び７がこの発明のイオン交換樹脂吸着器を構成し、４
′には陽イオン交換樹脂が充填されており、そして７に
は陰イオン交換樹脂が充填されている。８は陽イオン交
換樹脂を再生するための塩酸水溶液の容器であり、この
容器８、陽イオン交換カラム４′及び活性炭吸着器３は
、再生用塩酸水溶液が循環できるようにパイプ１１によ
って循環連絡されている。カラム４′中の陽イオン交換
樹脂を再生するためにこれに塩酸水溶液を通す場合、同
時に活性炭吸着器３にも塩酸水溶液が通り、この際活性
炭の消毒が行われる。この装置はさらにカラム７中の陰
イオン交換樹脂を再生するための水酸化ナトリウム水溶
液の槽９を有し、この槽９は再生液がカラム７を循環で
きるようにパイプ１１によりカラム７と連絡されている
。

第３図は、この発明の装置の第３の態様を示す。

この図中、番号１．１’、２，３，４．及び５は第１図
のそれと同じ意味を有し、１２は、賜イオン交換樹脂を
充填したイオン交換樹脂吸着器（軟水器）４中の樹脂を
再生するための塩化ナトリウム水溶液のための槽である
。この槽１２は、再生液がイオン交換樹脂吸着器４を通
った後活性炭吸着器３を通過しで循環するように、これ
らに連絡されており、これらの吸着器３及び４はバイブ
１３により連絡されている。再生液は−Ｊ−記とは逆向
きに循環さ４せることもできる。いずれの場合にも再生
液を６５℃以上に加熱して使用することにより４中のイ
オン交換）ｂ１脂の再生点同時に活性炭吸着器３の消毒
を行うことができる。

次に実施例によりこの発明の装置をさらに説明する。

Ｕ−例上 第１図に示す装置において、？ｐ過モモジュール２して
、結晶性ポリエチレンの未延伸糸を冷延伸及び熱延伸す
ることにより製造されたスリット状微細孔の積層構造よ
り成りバブルポインＩ□　３．９　ｋ＋ｒ／　ｃｎｔ　
、透水量１１　ｊ！　７ｍ２・ｍｉｎ−ｋｇ　／ｃｎ＋
、内径２７０ｍ、膜厚５５　メ＋　ｍを有するポリエチ
レン多孔質中空糸からなるモジュールを用いた。膜の１
濾過面積は０．２ｎ＋２とした。濾過モジュール５とし
て、旧記と同様の構造を有し、バブルポインｌ−４，８
ｋｇ／　ｃＪ。

透水量６．７７！／ｍ２−ｍ１ｎ−ｋｚ／ｃれ内径２７
０　μｍ、膜厚５５μｍを有するポリエチレン多孔質中
空糸からなるモジュールを用いた。濾過面積は０．２ｍ
”とした。活性炭吸着器３中の活性炭としてヤシガラ活
性炭５００ｇを用いた。イオン交換樹脂吸着器４中のイ
オン交換樹脂としてアンバーライトＭＢ２型１ａを用い
た。濾過モジュール、活性炭、及びイオン交換樹脂ばあ
らかしめエタノールで消毒した。エンドトキシン活性２
．８ｎｇ／ｍβ〔生化学工業（樽製パイロディックによ
り定量〕を有する速で１から導入し、浄化水を１′から
取り出した。

積算濾過水量と浄化水中のエンドトキシン濃度との関連
を第５図Ｃに示す。

比較例１ 第１図中の濾過モジュール２をイオン交換樹脂吸着器４
の後に置いた点を除き実施例１と同様の装置を用い、実
施例１と同様の通水実験を行った。

この結果を第５図Ｂに示す。

比較例２ 第１図中の活性炭吸着器を除いた以外は実施例１と同様
の装置を用い、実施例１と同様の通水実験を行った。こ
の結果を第５図Ａに示す。

実施例２ 第２図に示す装置を用いた。濾過モジュール２及び５、
並びに活性炭３は実施例１と同様とした。

この装置においては、イオン交換樹脂吸着器は陽イオン
交換樹脂を充填したカラム４′と陰イオン交換樹脂を充
填したカラム７から成り、陽イオン交換樹脂としてアン
バーライトＩＲ−１２０Ｂを０．５１使用し、そして陰
イオン交換樹脂としてアンバーライトＴＲＡ４００を１
β使用した。１から市水道水を１日に１２０１ずつ通水
した。１週間ごとに陽イオン交換樹脂を樹脂１１当り１
５０ｇの塩酸で再生し、さらにこの再生液を活性炭吸着
器４に循環することにより、樹脂の再生と同時に活性炭
の消毒を行った。１ケ月後に活性炭中の細菌及びカビの
数を測定したところ、細菌及びカビは全く認められなか
った。

ル較炎ユ 前記の実施例２と同様の通水実験を行った。但し、樹脂
再生液（塩酸水溶液）を活性炭吸着器３に通さなかった
。１ケ月後、活性炭中に、環境からの汚染と考えられる
細菌がわずかに認められた。

尖徽件↓ 第３図に示す装置を用いた。」過モジュール２及び５、
並びに活性炭は実施例１と同様とした。

イオン交換樹脂吸着器（軟水器）４中には１７！のアン
バーライトｌＲ１２０Ｂを充填した。１週間毎に、８０
℃に加熱した塩化ナトリウム水溶液（再生液）（樹脂１
１当り塩化ナトリウム３００ｇ）を軟水器４に通すこと
によりイオン交換樹脂を再生すると同時に再生液を活性
炭吸着器３に通すことによって活性炭を消毒した。１ケ
月後、活性炭中に細菌は全く検出されなかった。

比較例４ 実施例３と同様の実験を行った。但し室温の塩化ナトリ
ウム水溶液を再生液として用いた。１ケ月後、活性炭中
にわずかの細菌が認められた。

〔発明の効果〕

本発明の装置は極めて簡単な構造を有し、その使用も簡
単である。本発明の装置はポリオレフィン系多孔質中空
糸膜からなる２組の濾過モジュール及び活性炭吸着器を
含むから、細菌その他の微生物及びエンドトキシン等を
実質上完全に除去することができる。また本発明の装置
はイオン交換樹脂吸着器を含むから、イオン交換樹脂の
選択に依存して、陽イオン、陰イオン、又はこの両者を
実質上完全に除去することができる。

また、本発明の装置においては、上記２組の濾過モジュ
ールの間に上記活性炭吸着器及びイオン交換樹脂吸着器
が配置されているので、原水に含まれている細菌が第１
の濾過モジュールによって除去され、細菌の逆流が第２
の濾過モジュールにより阻止される。このため活性炭吸
着器及びイオン交換樹脂吸着器を一度殺菌しておけば、
これらの無菌状態が長期間にわたって維持され、活性炭
上での細菌の繁殖が長期間にわたって防止される。

従って、高度に精製された水を長期間にわたって製造し
続けることができる。このことは第５図中のグラフによ
り明瞭に示されている。

また、この発明の装置の第２の態様及び第３の態様にお
いては、イオン交換樹脂の再生の際、同時に活性炭の消
毒も行われるため、高度に精製された水の製造を極めて
長期間にわたって続けることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の基本的な態様を示し；第２図及
び第３図は本発明の装置の他の態様を示い 第４図はバブルポイントの測定装置を示し；第５図は本
発明の装置の長期持続性をエンドトキシン活性に関して
示すグラフであり；そして第６図は本発明の装置に用い
るポリオレフィン多孔質中空糸膜の好ましい構造を示す
。 図中、■は原水を示し、１′は濾過水を示し、２は第１
の？、濾過モジュールであり、３は活性炭吸着器であり
、４はイオン交換樹脂吸着器であり、そして５は第２の
濾過モジュールである。第２図中４′は陽イオン交換樹
脂カラムであり、そして７は陰イオン交換樹脂カラムで
あり、複数種類のイオン交換樹脂を別々に使用する場合
、これらのカラムによって本発明のイオン交換樹脂吸着
器が構成され・る。８，９．及び１２はそれぞれイオン
交換樹脂再生液用槽である。 第１図 第２図 （う論） 積算濾過水量　（ｍ３） 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）１ｋｇ／ｃｍ＾２〜１０ｋｇ／ｃｍ＾２のバ
   ブルポイントを有するポリオレフィン系多孔質中空糸膜
   から成る濾過モジュール、（ｂ）活性炭吸着器及びイオ
   ン交換樹脂吸着器、並びに（ｃ）１．５ｋｇ／ｃｍ＾２
   〜１０ｋｇ／ｃｍ＾２のバブルポイントを有するポリオ
   レフィン系多孔質中空糸膜から成る濾過モジュールを水
   の流れ方向に関してこの順序に有する精製水製造装置。 ２、前記ポリオレフィン系多孔質中空糸膜（ａ）及び（
   ｃ）が３ｌ／ｍ＾２・ｍｉｎ・ｋｇ／ｃｍ＾２以上の透
   水性を有する特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３、（ａ）１ｋｇ／ｃｍ＾２〜１０ｋｇ／ｃｍ＾２のバ
   ブルポイントを有するポリオレフィン系多孔質中空糸膜
   から成る濾過モジュール、（ｂ）活性炭吸着器及びイオ
   ン交換樹脂吸着器、並びに（ｃ）１．５ｋｇ／ｃｍ＾２
   〜１０ｋｇ／ｃｍ＾２のバブルポイントを有するポリオ
   レフィン系多孔質中空糸膜から成る濾過モジュールを水
   の流れ方向に関してこの順序に有し、さらにイオン交換
   樹脂再生液用容器を有し、この容器と前記イオン交換樹
   脂吸着器及び活性炭吸着器が前記再生液が循環できるよ
   うに連結されている精製水製造装置。 ４、前記ポリオレフィン系多孔質中空糸膜（ａ）及び（
   ｃ）が３ｌ／ｍ＾２・ｍｉｎ・ｋｇ／ｃｍ＾２以上の透
   水性を有する特許請求の範囲第３項記載の装置。