(57)【要約】【課題】宇宙ステーション内において、簡易な構成で被処理水を処理することができる宇宙ステーション用の排水処理装置及び方法を提供する。【解決手段】本発明に係る宇宙ステーション用の排水処理装置１０Ａは、宇宙ステーション等で活動する作業員からの人体排出水等の被処理水１１のｐＨに酸１２ａを添加して酸性側に調整し、アンモニアをアンモニウムイオンとする第１のｐＨ調整装置１２と、ｐＨ調整された調整水１３を蒸留又は凍結して生産水１４を得る生産水製造装置１５とを具備する。【選択図】        図１
2010119964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙ステーション等で活動する作業員からの人体排出水等の被処理水のｐＨを酸性側に調整し、アンモニアをアンモニウムイオンとする第１のｐＨ調整装置と、
前記ｐＨ調整された調整水を蒸留又は凍結して生産水を得る生産水製造装置とを具備することを特徴とする宇宙ステーション用の排水処理装置。
【請求項２】
請求項１において、
生産水のｐＨを中性に調整する第２のｐＨ調整装置を具備することを特徴とする宇宙ステーション用の排水処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
第１のｐＨ調整装置のｐＨ調整の際に、さらに酸化剤を添加することを特徴とする宇宙ステーション用の排水処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記生産水製造装置が、膜蒸留装置又は凍結濃縮装置であることを特徴とする宇宙ステーション用の排水処理装置。
【請求項５】
被処理水中のアンモニアに酸を添加してアンモニウムイオンとする第１のｐＨ調整工程と、
ｐＨ調整された調整水を蒸留又は凍結して生産水を得る生産水製造工程とを含むことを特徴とする宇宙ステーション用の排水処理方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記生産水にアルカリを添加する第２のｐＨ調整工程を含むことを特徴とする宇宙ステーション用の排水処理方法。
【請求項７】
請求項５又は６において、
第１のｐＨ調整装置のｐＨ調整の際に、さらに酸化剤を添加することを特徴とする宇宙ステーション用の排水処理方法。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか一つにおいて、
前記生産水製造工程が、膜蒸留工程又は凍結濃縮工程であることを特徴とする宇宙ステーション用の排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、宇宙ステーションまたは将来の月・火星ミッションに搭載される排水処理技術（尿処理、生活排水処理）に用いる宇宙ステーション用の排水処理装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
宇宙ステーションまたは将来の月・火星ミッションにおいて、排出される排水又は作業員から排出される尿を再利用することが提案されており、その一つとして水の膜蒸留方法がある。
【０００３】
排出水には不純物があるので、膜蒸留装置により膜蒸留した後において、蒸留水に含まれる不純物を吸着除去する必要がある。
【０００４】
このため、前処理として不純物を活性炭により吸着することが提案されているが、人体から排出されるアンモニアは前記活性炭では吸着除去できない、という問題がある。
【０００５】
前記膜蒸留を用いた排水処理方法は、蒸発を伴うため、純粋な処理水を得ることができることから、広い用途で再生水を使用することが可能である。
一方、膜蒸留方式は有機物による膜表面のファウリングや、低沸点成分の処理水中への同伴が起こるため、被処理水側の成分調整が必要となる場合がある。
今回、宇宙ステーション等で作業する作業員から排出される尿では、たんぱく質などの有機物や尿素が分解して生成したアンモニア等が含まれるが、これらの分解で増殖するバクテリア等が、膜蒸留性能を劣化させる要因となる。
【０００６】
そこで、劣化要因除去対策として、有機物等の活性炭吸着による除去（前処理）方法や、処理水中のアンモニアのイオン交換樹脂または活性炭吸着による除去（後処理）方法等が提案されている。
【０００７】
ここで、膜蒸留の後処理として吸着法を採用した一例を図４に示す。
図４に示すように、従来の排水浄化装置は、パーベーパレーション装置２と２つの不純物吸着装置３と、それぞれの不純物吸着装置に設けられた再生装置とからなる。パーベーパレーション装置２における透過膜２０１としては、カチオン基を有する緻密質膜からなる透過膜を用いている（特許文献１参照）。
【０００８】
また、不純物吸着装置３としては、無機質多孔粒体等の吸着剤であり、前記無機質多孔粒体としては、活性炭、シリカゲル、活性アルミナ、バーミキュライト、木炭、ゼオライト等がある。尚、図示例の水の連続浄化装置１においては、二つの不純物吸着装置３、３が設けられている。
この不純物吸着装置３にはそれぞれ再生装置が設けられている。この再生装置は加熱手段４と減圧手段（例えば真空ポンプ等、図示せず）とを備え、吸着剤を減圧した状態で加熱することにより再生する装置である。減圧条件は１０Ｐａ以下の圧力とされ、また加熱条件は、１００〜２００℃とされる。尚、図示例の水の連続浄化装置１においては、再生装置を構成する減圧手段は、後流側に設けられている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−０９５５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、不純物吸着装置３として用いる無機質多孔粒体（活性炭等）は、再生を繰り返したとしても、最後には破過による吸着剤の交換が必須であり、高濃度の除去対象物を含む被処理水であれば、破過の速度が速くなり、この結果吸着剤の交換頻度が多くなる、という問題がある。
【００１１】
また、宇宙空間では、クルーの作業時間は制限されており、機器のメンテナンス時間は最小限となることが要求されており、吸着剤の交換頻度が増えることは宇宙用機器として致命的であり、レスメンテナンスな設備が求められている。
【００１２】
さらに、破過によって交換した吸着剤は、地上へ返還することとなり、その交換費用と手間がかかるという問題もある。
【００１３】
本発明は、前記問題に鑑み、宇宙ステーション内において、簡易な構成で被処理水を処理することができる宇宙ステーション用の排水処理装置及び方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、宇宙ステーション等で活動する作業員からの人体排出水等の被処理水のｐＨを酸性側に調整し、アンモニアをアンモニウムイオンとする第１のｐＨ調整装置と、前記ｐＨ調整された調整水を蒸留又は凍結して生産水を得る生産水製造装置とを具備することを特徴とする宇宙ステーション用の排水処理装置にある。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明において、生産水のｐＨを中性に調整する第２のｐＨ調整装置を具備することを特徴とする宇宙ステーション用の排水処理装置にある。
【００１６】
第３の発明は、第１又は２の発明において、第１のｐＨ調整装置のｐＨ調整の際に、さらに酸化剤を添加することを特徴とする宇宙ステーション用の排水処理装置にある。
【００１７】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記生産水製造装置が、膜蒸留装置又は凍結濃縮装置であることを特徴とする宇宙ステーション用の排水処理装置にある。
【００１８】
第５の発明は、被処理水中のアンモニアに酸を添加してアンモニウムイオンとする第１のｐＨ調整工程と、ｐＨ調整された調整水を蒸留又は凍結して生産水を得る生産水製造工程とを含むことを特徴とする宇宙ステーション用の排水処理方法にある。
【００１９】
第６の発明は、第５の発明において、前記生産水にアルカリを添加する第２のｐＨ調整工程を含むことを特徴とする宇宙ステーション用の排水処理方法にある。
【００２０】
第７の発明は、第５又は６の発明において、第１のｐＨ調整装置のｐＨ調整の際に、さらに酸化剤を添加することを特徴とする宇宙ステーション用の排水処理方法にある。
【００２１】
第８の発明は、第５乃至７のいずれか一つの発明において、前記生産水製造工程が、膜蒸留工程又は凍結濃縮工程であることを特徴とする宇宙ステーション用の排水処理方法にある。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、被処理水中に酸を添加することで、被処理水のｐＨを下げ、アンモニアの解離平衡を移動させ、遊離のアンモニアをアンモニウムイオンに変換し、揮発させないようにしている。これにより、例えば膜蒸留装置又は凍結濃縮装置等で生産水に同伴するアンモニアを除去するようにしている。よって、人間の生命維持に欠くことのできない水を再利用することができ、宇宙での人間の長期滞在が可能となることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００２４】
本発明による実施例に係る宇宙ステーション用の排水処理装置について、図面を参照して説明する。
図１は、実施例１に係る宇宙ステーション用の排水処理装置の概略図である。
図１に示すように、本実施例に係る宇宙ステーション用の排水処理装置１０Ａは、宇宙ステーション等で活動する作業員からの人体排出水等の被処理水１１のｐＨに酸１２ａを添加して酸性側に調整し、アンモニアをアンモニウムイオンとする第１のｐＨ調整装置１２と、ｐＨ調整された調整水１３を蒸留又は凍結して生産水１４を得る生産水製造装置１５とを具備するものである。
【００２５】
本実施例においては、前記生産水１４を得るための生産水製造装置１５としては、例えば膜蒸留装置又は凍結濃縮装置を例示することができる。
ここで、膜蒸留装置は、蒸気は通すが液は通さない疎水性多孔膜を用いて、膜の両側に高温の調整水１３と冷却水を流し、高温水から水蒸気が膜を透過し、冷却水側に移動して生産水１４を得る装置である。
また、前記凍結濃縮装置は、調整水１３を凍結させ、生成した氷と溶液を分離することにより生産水１４を得る装置である。
【００２６】
本実施例では、前記生産水製造装置１５の前処理装置として、第１のｐＨ調整装置１２を配し、被処理水１１中に酸１２ａを添加することで被処理水のｐＨを下げ、アンモニアの解離平衡を移動させ、遊離のアンモニアをアンモニウムイオンに変換し、揮発させないようにしている。これにより、例えば膜蒸留装置又は凍結濃縮装置等で生産水に同伴するアンモニアを除去するようにしている。
【００２７】
ここで、前記第１のｐＨ調整装置１２におけるｐＨ調整剤の酸１２ａとしては、例えば塩酸（ＨＣｌ）や硫酸（Ｈ2ＳＯ4）を用いることができるが、宇宙ステーション内であるので、揮発性のない硫酸を用いるのが好ましい。
また、このｐＨの調整はｐＨ７以下、より好ましくはｐＨ６以下、さらに好ましくはｐＨ５．５〜３の範囲に調整するようにすればよい。なお、ｐＨ３以下とする場合には、酸の消費量が多くなるので、好ましくない。
【００２８】
また、前記生産水製造置１５の濃縮により溶解度を越えた析出成分等の固形物１５ａは、脱水装置２１での脱水処理工程を経て固形物２２として回収処分される。
なお、脱水された水は第１のｐＨ調整装置１２の前流側に、返送水２３として返送され、被処理水１１と共に再度処理される。
【００２９】
また、被処理水１１において、有機物によるファウリングが問題となる場合には、図２に示す宇宙ステーション用の排水処理装置１０Ｂのように、第１のｐＨ調整装置１２のｐＨ調整時に酸化剤１７を添加し、有機物の酸化反応を行わせるようにしてもよい。
ここで、前記酸化剤１７としては、例えば次亜塩素酸ナトリウム等を例示することができる。
【００３０】
このような、宇宙ステーション用の排水処理装置を用いて宇宙ステーション内で発生する排水や尿等は以下の工程により処理される。
（工程１）
先ず、被処理水１１中のアンモニアに酸（例えば硫酸）を添加してアンモニウムイオンとする第１のｐＨ調整工程。なお、この工程１において、必要に応じて、酸化剤１７を添加するようにしてもよい。
（工程２）
ｐＨ調整された調整水１３を膜蒸留又は凍結濃縮等により生産水１４を製造する生産水製造工程。
【００３１】
このように、工程１におけるｐＨ処理によりアンモニアをアンモニウムイオンとさせて揮発させないようにしているので、膜蒸留装置や凍結濃縮装置における劣化要因のアンモニアの形態を変化させるようにしている。
これにより、工程２における生産水製造工程において、人間の生命維持に欠くことのできない生産水１４を製造することができ、宇宙での人間の長期滞在が可能となることができる。よって、本実施例の宇宙ステーション用の排水処理装置を備えた宇宙ステーションの生命維持装置は、長期間に亙って連続的に良質な生産水を製造することができる。
【実施例２】
【００３２】
本発明による実施例に係る宇宙ステーション用の排水処理装置について、図面を参照して説明する。
図３は、実施例２に係る宇宙ステーション用の排水処理装置の概略図である。
図３に示すように、本実施例に係る宇宙ステーション用の排水処理装置１０Ｃは、実施例１の宇宙ステーション用の排水処理装置１０Ａにおいて、生産水製造装置１５の後流側に、第２のｐＨ調整装置１６を設けたものである。なお、本実施例においても図２に示すように、酸化剤１７を必要に応じて添加するようにしてもよい。
【００３３】
膜蒸留処理水中には不純物が存在しないため、ｐＨの再調整は不要であるが、ｐＨの再調整が必要な場合に、本実施例のように、膜蒸留等の生産水製造装置１５の後流にアルカリ剤１６ａを添加する第２のｐＨ調整を行い、生産水のｐＨを中性にするようにしている。
【００３４】
ここで、前記アルカリ剤１６ａとしては、例えば水酸化ナトリウム等を例示することができる。
【００３５】
本実施例によれば、膜蒸留の課題であったアンモニアの同伴を解消することができる。
また、膜蒸留装置の前処理が簡易なｐＨ調整のみであり、システムの簡素化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、本発明に係る宇宙ステーション用の排水処理技術によれば、簡単な構成により有害物質や尿を前処理することができ、膜蒸留装置や凍結濃縮装置における劣化要因を取り除くことができ、宇宙ステーションの生命維持装置に用いて適している。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施例１に係る宇宙ステーション用の排水処理装置の概略図である。
【図２】実施例１に係る他の宇宙ステーション用の排水処理装置の概略図である。
【図３】実施例２に係る宇宙ステーション用の排水処理装置の概略図である。
【図４】従来の排水浄化装置の概略図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ  宇宙ステーション用の排水処理装置
１１  被処理水
１２  第１のｐＨ調整装置
１２ａ  酸
１３  調整水
１４  生産水
１５  生産水製造装置
１５ａ  固形物
１６  第２のｐＨ調整装置
１６ａ  アルカリ剤
１７  酸化剤
１７ａ  アルカリ剤
２１  脱水装置
２２  固形物
２３  返送水
【図１】
2010119964.tif 000003
【図２】
2010119964.tif 000004
【図３】
2010119964.tif 000005
【図４】
2010119964.tif 000006