JP5924464B2 - 給水ラインの集中管理システム - Google Patents

Description

本発明は戸建て住宅において家内の給水回路の水質を水の使用目的に対応して改質する技術に関する。さらに詳しくは水道メーターを経由して家庭に供給される水道水を給水栓以降（水道メータ以降）の段階で水の利用目的に最適なように水質を変化させて多種類の水質の水を消費点まで供給する管理システムである。

マンションに限らず戸建には居住者の水道水の水質を自由に変えて、水利用の目的に適用した水質にしたいとの要望がある。実際、戸建の家の水道の一部には浄水器を設置している。この場合の浄水器設置の目的は赤水が出ないこと、塩素臭がしないことにある。この場合の浄水器の機能として残留遊離塩素の除去である。そのためにこの種の浄水器には活性炭は利用されているが、使用初期では浄水器によって遊離塩素濃度が０ｐｐｍとなり、かびが発生する問題点がある。しかも活性炭の場合、長時間使用していると活性炭内部の孔に微生物を増殖している場合もある。

軟水器の例のようにイオンを除去する浄水器もある。これは水中のカルシウムイオンやマグネシウムイオンを除去する機能を持つ。この浄水器はイオン交換樹脂を内臓している。この種の除水器にはイオン以外の物質（例、有機物や微生物など）を除去する機能を持たない。また浄水器の大きさや使用目的との関係で軟水は給湯器や業務用の料理用水として用いられる。

水道管からの赤錆やクリプトスポリジウムなどの原虫の除去に高分子膜を装着した浄水器も市販されている。高分子膜としては除菌性を持つ膜が利用されている。しかし水道水の供給ラインが外気に開放される個所のある集合住宅（受水槽や高架水槽のあるマンション等）や戸建ての住宅での複数の水道栓がある場合には外気より微生物の混入の可能性が起こり、特に活性炭により遊離塩素を０．１ｐｐｍ以下に除去している場合には微生物汚染の問題は深刻である。

特許文献１には空調等の冷却水に対して水中に溶解するカルシウム、マグネシウム、鉄やアルミニウムに対して従来の軟水器を用い、シリカに対しては凝集剤を用い、沈殿物に対してはミクロフィルターを用いたことにより、冷却水としての省エネルギー、環境対策、リサイクル可能な技術としての提案がある。ただしこの処理に対して安全性に対する対策が不足し戸建て住宅の水道水には適用できない。

ウイルス除去の機能を有する浄水器も提案されている。例えば特許文献２のようにナノ繊維層を複数個積層することにより微生物を除去する。しかしウイルス除去性能は対数除去性能表示で３以上（９９．９％以上の除去能）でかつふるい効果での除去機構で、除去性能に予測性を持たなくては未知ウイルス対策とはならない。

戸別セントラル浄水で複数の浄化処理を行い有害物質を効率よく除去すると共に自動管理する技術の提案がある（特許文献３）。この方法ではウイルス除去の具体的提案もないし、水の消費目的に応じた水質の水が得られることはない。

浄化器の設置個所として水道の蛇口に取り付けるもの、屋内配管に組み込むもの（メインの水道栓の他に浄水器用の水道栓を持つもの）、あるいは水道メーターの後の回路に直結させたセントラル方式とがある。いずれの方式でも水も消費目的に対応した水の改質を実施するには処理効果を奥にする除水器を水道栓の数程度設置しなくてはならない。

特開２００５−１３５６５４ 特願２００８−５３９２１８ 特開平１０−１９２８９３

水道水として各家庭に供給される水を、水の利用目的に応じて改質し、おいしい水、安全な水、管理に容易な水、として多種類の水を作製する。その水の作製を多種類の浄水器を各水道栓に装着するのではなく給水ラインの管理によって実現する。そのためには必要な水の種類の数と具体的にそれぞれの水の性質とその水の性質を与える水道水の改質方法とそれらの水の配送方法および改質用装置の設置方法を確立しなくてはならない。

家庭用の水の使用目的は７種類に分類できる。すなわち（１）飲料水として１人当たり１日３リットル、（２）風呂用７０リットル、（３）トイレ用７０リットル、（４）洗濯用７０リットル、（５）台所用６５リットル（６）洗面所１５リットル（７）その他（炊事、掃除、レジャー、散水用）７リットルである。これらの７種類の水に対して（１）に対しては安全性、低遊離塩素濃度（２）低遊離塩素濃度（３）高遊離塩素濃度、（４）軟水（５）適度の遊離塩素濃度（６）低塩素濃度と軟水（７）低シリカ濃度の要求性能が求められる。一日に必要な水量の比率を考慮した給水ラインを設計する必要がある。

水道水の使用目的を整理し、目的ごとに要求される性能を水質の観点でまとめることによって本発明の可能性が確認できた。すなわち供給される水道水中の遊離塩素濃度が０．５ｐｐｍ以上でありＰＨ＜７であることを前提として、（ａ）低い遊離塩素濃度（ｂ）ＰＨ＝７〜８（ｃ）軟水化（ｄ）細菌、ウイルス、プリオン除去する技術を組み合わせれば目的ごとに最適化した水を供給できる。

本発明の最大の特徴は戸建て住宅において各戸ごとの量水器より戸内へ給水する回路において、量水器より戸内への給水ラインが分岐する直後で水質を変化させる処理を加える点にある。分岐直後の配管部で水の改質処理を施すことにより、水の配水ラインとして処理前のラインと処理後のラインとの２種の水質の水が存在する。分岐直後であるために配管の管理が容易でかつ処理操作の時間的余裕が生じる。分岐点の数は６以上必要である。

本発明では消費点での給水の目的に対応して水質を３種以上に変えることが特徴である。すなわち水道水として供給される水はそのままトイレ用および散水やレジャー用台所用水としての給水ラインを形成する。遊離塩素濃度を低めた処理を施した水は風呂用および洗面用としての給水ラインとなる。カルシウムやマグネシウム濃度を低下させかつ溶解しているシリカ成分を超軟水を供給するラインである。これら３種の供給ラインを組み合せると原理上７種類の水を供給することが出来る。

水からの微生物感染を防止するために特定された平均孔径と膜厚を持った多層構造膜を用いて微生物感染防止の給水ラインを加えることも可能である。この給水ラインで達成される新たな水質を取り入れると原理上１５種類の水質を持つ水が入手できる。該１５種類の水の特徴と生活の場で重要な温湯の供給とを考慮し、給水ラインを最小数の管理項目で集中管理する給水ラインを５種に集中化することが可能であることを発見したことで本発明の給水ラインの集中管理システムが完成した。

本発明の給水ラインの特徴は、水質を異にする水を供給するのに水の消費目的を考慮して給水ラインの分岐の単純さにある。すなわち水道水として供給された水はまず（１）低遊離塩素水（低塩素水と略称）と（２）未処理水道水に分岐される。低塩素水はさらに（イ）微生物除去した飲料水用と（ロ）低塩素水のままの風呂場か洗面所水用と、（ハ）超軟水処理した水（超軟水と略称）へ３分岐する。（ハ）の超軟水は（ニ）給湯機を経由する水と（ハ）の超軟水のまま洗濯用水、掃除用（窓ガラス掃除など）洗車用水とに分岐される。（２）の未処理水道水はトイレ用、台所用、その他雑用（レジャー用、散水など）に利用する。

低塩素水および超軟水のように水質を変化させる処理の際、処理用材料から水中へ毒性物質等の溶解や変性があってはならない。また水道への微生物等の感染性物質が混入しない処理を加えておくことが必要である。

低塩素水を与える低塩素化処理はウイルス除去膜を介して還元作用のある食品添加剤を給水ラインに注入する。注入の方法として孔拡散・濾過法であり、ウイルス除去膜は平均孔径が１０ｎｍ〜３０ｎｍで膜厚が３０μｍ以上２００μｍ以下の再生セルロース製の多層構造膜である。孔拡散・濾過法とは水に溶解または分散した物質が膜中の孔を拡散で移動し、膜間差圧がたとえば０．０５気圧以下の小さな圧力にすることにより水の濾過による移動速度を小さくした孔拡散を意味する。孔拡散・濾過法では物質が膜中の孔を透過する際の駆動力は濃度勾配が中心であり、物質のブラウン運動によって拡散するのが特徴で膜の孔の目詰まりがない物質の膜輸送である孔拡散の一種である。この運動に加えて圧力差による体積流れ（すなわち濾過）が加わるがこれによっての物質移動速度はブラウン運動による速度より小さい。

還元作用を持つ食品添加剤としてはクエン酸、アスコルビン酸およびそれらのアルカリ金属塩特にアスコルビン酸ナトリウムが適する。アスコルビン酸ナトリウム固体を封筒状に成型したウイルス除去膜内に充填する。薬剤を内蔵した該封筒状の膜を孔拡散・濾過モジュール内に装填して低塩素化処理用装置とする。

超軟水化方法としてはまず無定形水酸化第二鉄コロイド粒子（粒経５ｎｍ以上で２０ｎｍ以下）を添加して陰イオンで荷電しているイオンおよび微粒子を凝集し、沈殿化させる。次に陽イオンで荷電しているイオンおよび粒子を陽イオン交換性を持つ不織布または織布で濾過除去する。陽イオン交換容量が０．０５ミリ当量／ｇ以上で０．５ミリ当量／ｇ以下であることが望ましい。これ以上の交換容量にすると不織布や織布としての形状維持がむつかしくなる。

織布および不織布を袋状に成型し、袋状物の長軸の方向が水平面に対して２〜１０度の角度になるように設置し、処理対象水は袋状物の内部を通過する。この袋状物は陽イオンを吸着するのみでなく水中の微粒子の流動通過を防害する。

本発明により水道水として供給された水がその使用目的に対応してその性質を変えることが可能となる。すなわち飲料水用の水は遊離塩素濃度が低く、かつ微生物等の微粒子が存在しない安全でおいしい水となっている。風呂用と洗面用水は低塩素でかつ超軟水で給湯機を経由した湯水と低塩素の水の両者が供給される。給湯機への水は低塩素で超軟水であるため配管内のさびやスケールの付着が防止される。トイレ用、レジャー用、散水用は供給される水道水そのものが供給され遊離塩素濃度が高く細菌やカビの発生はない。台所用水として塩素濃度の高い水道水と低塩素で超軟水の湯と水とが供給され料理用や食器洗浄関係用と使い分けることができる。低塩素で超軟水はそのまま洗濯用、掃除用、洗車用として利用され乾燥後の窓ガラスのくもりが防止できる。

図１に各戸に配水された水道水がそれぞれの消費場所へ送水される際の配管の様子をまとめて示す。配管は実線で示した給水管と破線で示された給湯管の２種類である。いずれも架橋ポリエチレン管で該管はサヤ管でカバーされ、給水管は青色で、給湯管は赤色で区別される。３個以上に分岐する個所は３〜５連のヘッダーを用い２個に分岐する場合にはソケットを用いる。水道水の水質を換える処理は（１）低塩素化（２）超軟水（３）微粒子除去（図中Ｆ）の３種である。

低塩素化処理装置の例を図２に示す。還元性の食品添付剤を固体状態でウイルス除去膜で包み込む。ウイルス除去膜と支持体で構成される複合体膜で薬剤を封入した容器を用い覆い、さらにもう一枚の複合体膜で覆った孔拡散・濾過用の容器と密着させる。この装置により食品添加剤は溶解→孔拡散濾過により水道水中へ拡散する。食品添加剤としてアスコルビン酸ナトリウムを採用する。水道水のＰＨを７．５〜８．０、遊離塩素濃度を０．１ｐｐｍ〜０．３ｐｐｍにするためにウイルス除去膜の孔特性、膜面積、処理装置の大きさを定める。得られた処理水の流れる回路には赤錆は発生せず、皮膚への刺激性の少ないまた塩類の少ない水となる。

超軟水化処理装置の例を図３に示す。該装置は造核剤を注入する部分、沈殿槽部分とイオン交換・微粒子除去部分の３部分で構成される。造核剤は平均孔径１３ｎｍの無定形の水酸化第２鉄コロイド粒子の水溶液でＰＨ＝２．７、鉄換算濃度で５０００ｐｐｍである。造核剤の添加濃度を鉄換算で０．１ｐｐｍになるよう低塩素化水に注入する。注入後の水溶液のＰＨは６．８〜７．２になる。沈殿槽の大きさは水の平均滞在期間が３０分以上になるように１リットル以上１０リットル以下の大きさに設計する。具体的な設置個所によって空間的制限を考慮して決定される。イオン交換・微粒子除去部分はイオン交換再生セルロース不織布（イオン交換容量０．２ミリ当量／ｇ）１００ｇを５層の袋状にし、水は封筒内部より外部へ向ってろ過する。

飲料水の安全性をより高めるためにウイルス除去膜による濾過工程を加える。ウイルス除去膜として平均孔径が２０ｎｍ、膜厚８０μｍの再生セルロース製平膜を有効濾過面積０．１ｍ^２で膜間差圧２気圧で運転される。該平膜の孔径の小さい表面を加圧側にする。供給される飲料水は１分間当り１リットルである。

水道水として供給された水の性質はＰＨ＝６．４、鉄イオン濃度１．３ｐｐｍ、遊離塩素濃度１．０ｐｐｍ、カルシウム濃度１２ｐｐｍであった。この水を用いて（１）アスコルビン酸ナトリウム濃度を０．０５ｐｐｍの濃度になるように下記のウイルス除去膜を通して孔拡散・濾過法で滴下するとＰＨ７．５、鉄イオン濃度＝０ｐｐｍ、遊離塩素＝０．３ｐｐｍ、カルシウム濃度１１ｐｐｍとなった。ウイルス除去膜：平均孔径８０ｎｍ，膜厚７５μｍの再生セルロース多層構造膜に重ねて平均孔径２５ｎｍ、膜厚６５μｍの再生セルロース多層構造膜を設置した。この多段多層構造を封筒状に成型し、その内部にアスコルビン酸ナトリウム５ｇを封入した。

上記の方法で得られた低塩素化処理後の水を濾過した。用いた膜は平均孔径１８ｎｍ、膜厚８０μｍの再生セルロース膜をロール間にはさみ圧縮処理して作製した。処理後の膜の平均孔径は１５ｎｍで膜厚を７２μｍとなった。この膜について平均孔径２０ｎｍの水酸化第二鉄コロイド粒子（株式会社セパシグマ社製ＦＣＰ２０）を用いた対数除去係数は３以上であった。この膜を用いて孔径のより小さい表面から圧力２気圧を負荷して濾過した。濾液として得られた水はＰＨ＝７．５、鉄イオン濃度０ｐｐｍ、遊離塩素＝０．３ｐｐｍカルシウム濃度９ｐｐｍであった。この水は飲料水として最適な安全性を保証する水である。

低塩素化処理後の水に対して下記条件での超軟水化処理を加えた。超軟水化処理：平均孔径１３ｎｍの無定形水酸化第二鉄コロイド溶液（株式会社セパシグマ社製造核剤、鉄換算濃度５０００ｐｐｍ）を処理用水の体積に対して１万分の１の体積で添加した。添加後の水のＰＨは７．０となり３０分間放置するとわずかに沈殿が生じる。上清液を陽イオン交換容量０．１ミリ当量／ｇの再生セルロース不織布を５層の袋状物に成型し、その内側を負荷圧力２気圧で通液した。濾液中のカルシウム濃度は４ｐｐｍに低下し、処理水中の陽イオン濃度が低下した。また溶解したシリカの濃度は０．１ｐｐｍ以下となった。

本技術は戸建て住宅での居住者の水に対する要求、および給水側の管や給湯機の維持管理からの水の要求を満足する水質を持つ水を箇便に供給することが可能となる。この技術は病院、工場、学校など大型の給水設備を持つ建物にも利用される。

戸建て住宅での水道の目的別改質のライン表示。Ｆはウイルス除去膜モジュールの設定個所でＢは給湯機の設定個所を示す。実線は給水ラインを破線は給湯ラインを意味する。 超軟水処理機の概略図。（１）造核剤注入部，（２）凝集沈殿部および（３）濾過・イオン交換部とは必ずしも一体化している必要はないが、（１），（２），（３）の順で水は流れる。 低塩素化処理機の概略図：還元性の食品添加剤をウイルス除去膜で包理し、これを孔拡散・濾過モジュールに装着する。

ＭＢ：メーターボックス Ｆ：ウイルス除去用膜 Ｂ：給湯機
１；給湯管
２；水の流れ方向
３；超軟水処理後の水の流れ方向
４；凝集沈殿槽
５；イオン交換部６を装着するための固定枠
６；イオン交換不織布を積層したイオン交換部
７；造核剤注入部
８；コック
９；沈殿物回収ドレイン
１０；パッキング剤
１１；イオン交換不織布
１２；イオン交換部６をパッキン剤へ押し付けるバネ
１３；造核剤
１４；給水管への注入管
１５；給水管内の流路をせまくし、かつ注入管の出入に可能するゴム材
２１；孔拡散・濾過モジュールの薬剤を充填した容器
２２；空気抜き孔
２３；バルブ
２４；ウイルス除去膜で封筒状の成型物
２５；還元性植物添加剤（固体状）
２６；孔拡散・濾過用膜
２７；支持体
２８；パッキング剤
２９；給水管へ連結する容器で支持体２７と孔拡散・濾過用膜２６を付着する

Claims (4)

1. 戸建て住宅において各戸ごとの量水器より戸内へ給水する回路において、量水器より住宅内の水の消費点への分岐直後において、消費点での給水の目的に対応して水質を３種以上に変えることを特徴とする給水ラインの集中管理システムにおいて、量水器後の該水道水は最初の分岐点１（低塩素化処理点）で（１）低塩素水処理水と未処理水とに分岐し、該低塩素水処理水は次の分岐点２（微生物除去処理点）において（２）（イ）微生物の除去処理した飲料水用と（ロ）除去未処理水とに分岐し、除去未処理水はさらに分岐点３（超軟水処理点）においては（３）（ａ）超軟水処理した処理水と（ｂ）未軟水処理水とに分岐し、該超軟水処理水の一部は給湯機へ供給され、他の残部は洗濯用、掃除用、洗車用、台所用（料理用）となり未軟水処理水は風呂用および洗面用に供給されることを特徴とする管理システム。
2. 請求項１において分岐点１の低塩素化処理が給水ラインにアスコルビン酸ナトリウムを孔拡散・ろ過法を適用して注入する処理であり、分岐点３の超軟水処理は造核剤と陽イオン交換性を持つ不織布または織布で処理することであることを特徴とする給水ラインの集中管理システム。
3. 請求項２において低塩素処理水の一部は分岐点２ではウイルス除去膜を経由して飲料水を供給するラインとなり、かつ分岐点３での処理で作製された超軟水のラインは２分岐し、その１分岐は給湯機へ供給され、給湯機を通らない他の分岐は洗濯用水、洗車用水、掃除用水として利用されるラインとなることを特徴とする集中管理システム。
4. 請求項３においてウイルス除去膜は平均孔径が１０ｎｍ〜３０ｎｍで膜厚が３０μｍ以上２００μｍ以下の再生セルロース製の多層構造膜であり、超軟水を作製する造核剤は平均粒径５ｎｍ以上で２０ｎｍ以下の無定形水酸化第二鉄コロイド粒子であり、陽イオン交換性を持つ不織布として陽イオン交換容量が０．０５ミリ当量／ｇ以上０．５ミリ当量／ｇ以下の再生セルロース不織布であることを特徴とする集中管理システム。

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