(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜によって内部が液通過室と気体室とに区画された膜式脱気装置本体と、
該膜式脱気装置本体の液通過室に被処理水を供給する手段と、
該膜式脱気装置本体の液通過室から処理水を排出する手段と、
該膜式脱気装置本体の気体室を吸引する手段と、
該膜式脱気装置本体の液通過室に供給する水を加熱する手段とを有する膜式脱気装置において、
該膜式脱気装置本体の液通過室に被処理水を通水すると共に気体室を吸引して処理水を取り出す通水脱気工程、
該膜式脱気装置本体の液通過室に水を循環供給すると共に、この循環水を加熱して昇温させる昇温工程、
所定温度以上に昇温した水を循環させる殺菌工程、
該液通過室に通水される水の温度を低下させる降温工程
及び
該液通過室に通水される水の温度が所定温度に達した後、該水の温度を更に低下させながら該気体室を吸引する降温脱気工程
の切り換えを行うための切り換え手段を有することを特徴とする膜式脱気装置。
【請求項２】
膜によって内部が液通過室と気体室とに区画された膜式脱気装置本体と、
該膜式脱気装置本体の液通過室に被処理水を供給する手段と、
該膜式脱気装置本体の液通過室から処理水を排出する手段と、
該膜式脱気装置本体の気体室を吸引する手段と、
該膜式脱気装置本体の液通過室に供給する水を加熱する手段とを有する膜式脱気装置によって被処理水を脱気処理する方法において、
該膜式脱気装置本体の液通過室に被処理水を通水すると共に気体室を吸引して処理水を取り出す通水脱気工程と、
該膜式脱気装置本体の液通過室に水を循環供給すると共に、この循環水を加熱して昇温させる昇温工程と、
所定温度以上に昇温した水を循環させる殺菌工程と、
該液通過室に通水される水の温度を低下させる降温工程と、
該液通過室に通水される水の温度が所定温度に達した後、該水の温度を更に低下させながら該気体室を吸引する降温脱気工程と
をこの順に繰り返し行うことを特徴とする膜式脱気処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、除菌された脱酸素水を必要とする分野、例えば、食品や飲料水製造分野、医薬分野、電子産業分野等に好適な、加熱水による殺菌手段を備える膜式脱気装置及び膜式脱気処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
食品分野では、食品中の栄養素や香味成分の酸化や変質、分解防止のために、溶存酸素を除去した水（以下、「脱酸素水」と記す。）を用いている。医薬品分野では、注射液や輸液などに含まれる有用成分の酸化や変質、分解防止のために脱酸素水を使用している。また、電子産業分野では、ウエハーを洗浄する際に超純水を使用するが、ウエハーなどの酸化防止のため、その超純水を脱酸素処理して使用する場合がある。
【０００３】
脱酸素水を製造するための膜式脱気装置の殺菌方法としては、従来、熱水による殺菌方法と薬品による殺菌方法とがある。
【０００４】
薬品による殺菌の場合、過酸化水素、ホルマリン、二亜硫酸ソーダや次亜塩素酸等の塩素系殺菌剤などの薬品を濃度調整した殺菌剤が用いられているが、薬品による殺菌では、殺菌終了後、膜に付着した薬品を洗浄除去する必要があり、洗浄廃液の処理等の問題があった。特に、食品用水及び医薬用水などに用いる膜式脱気装置では、残留薬品がその用途上問題となることから、薬品による殺菌の適用は好ましくない。また、薬品により完全な殺菌を行う場合には、膜式脱気装置の中空糸の液相側及び気相側に殺菌剤を通水する必要があり、この場合には、気相側の薬品洗浄と脱気処理との切替が複雑になるという問題があった。
【０００５】
これに対して、熱水による殺菌であれば、薬品殺菌の場合のように廃液処理の問題もなく、短時間で殺菌を行うことができると共に、微生物の再発生の抑制効果も高い。従来、熱水による殺菌方法としては特開平７−１７８３２４号公報に、膜式脱気装置の耐熱性の中空糸膜の内部に熱水又は熱蒸気を流して殺菌する方法が記載されている。
【０００６】
また、特開平８−３３８３３号公報には、膜分離装置の殺菌方法として、原水側を加熱水で殺菌した後、透過水側に加熱水を透過させて保持することで、透過水側を殺菌する方法が記載されている。
【０００７】
なお、特開平６−１３４４４６号公報には、膜式脱気装置の被処理水の温度を３０〜４０℃に高めることにより、常温の水を脱気する場合に比べて、脱気性能を高めることができることが記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
膜式脱気装置を熱水により殺菌すると、脱気膜及びその他の機器や配管の熱膨張係数の差により、変形や水漏れが生じる場合がある。また、膜式脱気装置の中空糸膜を加熱すると膜自体が軟くなるため、この状態で脱気処理を再開し、真空吸引すると、軟化した膜に力がかかり、膜の中空部がつぶれて糸状となるような膜の破壊が起こる場合がある。
【０００９】
また、熱による殺菌を行った直後の脱気工程では、処理水のＤＯ値が高くなる場合があり、殺菌処理後の装置の立ち上りの面で問題があった。
【００１０】
特開平７−１７８３２４号公報に記載される方法では、細孔部に硬化したシリコーンを充填した中空糸膜を用いることで、熱による中空糸膜の破損を防止することができるが、中空糸膜の内部に熱水又は熱蒸気を流して殺菌を行うことが記載されているのみで、殺菌操作についての記載がなく、殺菌後の装置の立ち上りの面で問題がある。
【００１１】
特開平８−３３８３３号公報に記載されるような２次側（透過水側）へ熱水を透過させる方法では、２次側に処理水を透過させる逆浸透膜分離装置や限外濾過膜分離装置などには有効であるが、２次側に気体のみを透過させて１次側（原水側）で脱気水を得る膜式脱気装置には有効ではなく、脱気処理再開時の装置の立ち上りが悪いなどの問題を生じる。
【００１２】
本発明は上記従来の問題点を解決し、膜式脱気装置を加熱水により効果的に殺菌することができ、殺菌後は良好な水質の処理水を直ちに採水することができる膜式脱気装置及び膜式脱気処理方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の膜式脱気装置は、膜によって内部が液通過室と気体室とに区画された膜式脱気装置本体と、該膜式脱気装置本体の液通過室に被処理水を供給する手段と、該膜式脱気装置本体の液通過室から処理水を排出する手段と、該膜式脱気装置本体の気体室を吸引する手段と、該膜式脱気装置本体の液通過室に供給する水を加熱する手段とを有する膜式脱気装置において、該膜式脱気装置本体の液通過室に被処理水を通水すると共に気体室を吸引して処理水を取り出す通水脱気工程、該膜式脱気装置本体の液通過室に水を循環供給すると共に、この循環水を加熱して昇温させる昇温工程、所定温度以上に昇温した水を循環させる殺菌工程、該液通過室に通水される水の温度を低下させる降温工程、及び該液通過室に通水される水の温度が所定温度に達した後、該水の温度を更に低下させながら該気体室を吸引する降温脱気工程の切り換えを行うための切り換え手段を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の膜式脱気処理方法は、膜によって内部が液通過室と気体室とに区画された膜式脱気装置本体と、該膜式脱気装置本体の液通過室に被処理水を供給する手段と、該膜式脱気装置本体の液通過室から処理水を排出する手段と、該膜式脱気装置本体の気体室を吸引する手段と、該膜式脱気装置本体の液通過室に供給する水を加熱する手段とを有する膜式脱気装置によって被処理水を脱気処理する方法において、該膜式脱気装置本体の液通過室に被処理水を通水すると共に気体室を吸引して処理水を取り出す通水脱気工程と、該膜式脱気装置本体の液通過室に水を循環供給すると共に、この循環水を加熱して昇温させる昇温工程と、所定温度以上に昇温した水を循環させる殺菌工程と、該液通過室に通水される水の温度を低下させる降温工程と、該液通過室に通水される水の温度が所定温度に達した後、該水の温度を更に低下させながら該気体室を吸引する降温脱気工程とをこの順に繰り返し行うことを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、通水脱気工程と、昇温工程と、殺菌工程と、降温工程、降温脱気工程とを切り換えることにより、脱気膜及びその他の機器や配管の熱膨張係数の差による変形や水漏れを最小限に抑えた上で、加熱水による効果的な殺菌を行うことができ、特に、降温脱気工程で水温を下げつつ、常温よりも高い水温の水が通水されているときに吸引を行うことにより、昇温、殺菌及び降温工程において配管等に付着したＤＯ等の溶存気体を効果的に除去することができるため、一連の殺菌処理後の通水脱気処理再開時には、直ちにＤＯ等の溶存気体濃度の低い処理水を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の膜式脱気装置の実施の形態を示す系統図である。
【００１８】
図中、１は原水タンク、２は膜式脱気装置本体であり、脱気膜により内部が液通過室２Ａと気体室２Ｂとに仕切られている。３は処理水タンク、４は熱交換器、５は封水タンク、Ｐ−１は供給ポンプ、Ｐ−２は真空ポンプである。Ｖ−１〜Ｖ−６はバルブを示す。ポンプＰ−１，Ｐ−２の作動及びバルブＶ−１〜Ｖ−６の開閉は図示しない制御装置によって制御される。
【００１９】
この膜式脱気装置において、本発明における通水脱気工程と、昇温工程、殺菌工程、降温工程及び降温脱気工程からなる一連の殺菌処理工程は次のような操作手順で実施される。
【００２０】
［通水脱気工程］
バルブＶ−１，Ｖ−２，Ｖ−５開，バルブＶ−３，Ｖ−４，Ｖ−６を閉として、ポンプＰ−１，Ｐ−２を作動させて、配管１１より導入される原水を、原水タンク１から配管１２より膜式脱気装置本体２の液通過室２Ａに導入し、Ｎ2等の不活性ガスが供給される気体室２Ｂを吸引することにより、脱気膜を透過した原水中のＤＯ等を脱気する。脱気処理水は、配管１３，１４より処理水タンク３に送給される。なお、Ｎ2等の不活性ガスは脱気性能を向上させる目的で供給している。
【００２１】
［昇温工程］
殺菌処理に当っては、バルブＶ−１，Ｖ−２，Ｖ−４，Ｖ−５閉，バルブＶ−３，Ｖ−６開とし、ポンプＰ−２を止めると共に、熱交換器４に蒸気を供給し、ポンプＰ−１により、原水タンク１内の水を配管１２，液通過室２Ａ，配管１３，１４，熱交換器４、配管１５で循環させることにより、この循環系内の水を熱交換して加熱する。
【００２２】
［殺菌工程］
上記昇温工程で循環系内の水が所定温度に上昇した後は、上記昇温工程と同様にして更に加熱水を所定時間循環させて系内を殺菌する。
【００２３】
［降温工程］
殺菌工程終了後は、バルブＶ−１，Ｖ−３，Ｖ−４開，バルブＶ−２，Ｖ−５，Ｖ−６閉、ポンプＰ−２停止のまま、蒸気の供給を停止して原水を導入し、系内の加熱水を、導入した原水により配管１２、液通過室２Ａ，配管１３，１６を経て系外へ押し出して系内の水温を下げる。
【００２４】
なお、降温工程でバルブＶ−３を閉にすると、降温の温度勾配が急になり、温度コントロールがうまくできない。そのため、バルブＶ−３は、バルブＶ−４で排出される水量とバランスを取りながら開ける必要がある。
【００２５】
［降温脱気工程］
上記降温工程で系内の水温が所定温度にまで低下した後は、バルブＶ−５を開とし、ポンプＰ−２を作動させ、その他のバルブ及びポンプＰ−１についてはそのままの状態で気体室２Ｂを吸引して脱気処理することにより、殺菌工程で系内に付着したＤＯ等の溶存気体を除去する。
【００２６】
この降温脱気工程後、更に系内の水温が通水脱気処理温度にまで低下した後は、前述の通水脱気工程を再開する。
【００２７】
本発明において、加熱水で殺菌する際の脱気膜及びその他の機器や配管の熱膨張係数の差による変形や水漏れを最小限に抑えた上で良好な殺菌効果を得ると共に、殺菌後において装置の立ち上り状況を良好なものとするためには、バルブＶ−１〜Ｖ−６の開閉やポンプＰ−１，Ｐ−２の作動を制御する制御装置により、上記の昇温工程、殺菌工程、降温工程及び降温脱気工程よりなる一連の殺菌処理工程の処理条件を適宜制御する必要があり、例えば、昇温工程における昇温速度は１〜１０℃／ｍｉｎ，特に２〜５℃／ｍｉｎであることが好ましく、この昇温工程に要する時間は３０〜６０ｍｉｎ程度であることが好ましい。また、殺菌工程における系内の循環加熱水の水温は６０〜８５℃、特に８０〜８５℃であることが好ましく、このような温度に保持する殺菌工程は１０ｍｉｎ以上、特に１０〜３０ｍｉｎ程度とするのが好ましい。このような水温及び処理時間で保持することにより、系内をほぼ完全に殺菌することができる。
【００２８】
また、この殺菌工程後の降温工程及び降温脱気工程の降温速度は、上記昇温速度と同様、１〜１０℃／ｍｉｎ、特に２〜５℃／ｍｉｎであることが好ましい。
【００２９】
本発明において、降温工程後に降温脱気工程を設けることは極めて重要であり、この降温脱気工程において、系内を十分に脱気して殺菌処理後の装置の立ち上りを良好なものとすることができる。
【００３０】
降温工程から降温脱気工程に移行するときの水温は、４０〜６０℃、特に５０℃前後とするのが好ましい。この水温が高過ぎると、高温の加熱水を脱気することで脱気膜の劣化のおそれがあり、逆に低過ぎると降温脱気時間を十分にとれず、温水を脱気することによるＤＯ低減効果も十分でなくなるため、系内のＤＯ等を十分に低減することができないことから、その後の通水脱気再開時の処理水のＤＯ等の濃度が高いものとなる。
【００３１】
上記降温速度及び水温制御で、降温工程は通常の場合１０〜３０ｍｉｎ程度、降温脱気工程は１０〜３０ｍｉｎ程度、合計で２０〜６０ｍｉｎ程度実施される。
【００３２】
降温脱気工程後は、系内の水温が２５〜３５℃程度になったら、通水脱気工程を再開する。
【００３３】
このような昇温工程、殺菌工程、降温工程及び降温脱気工程を経ることで系内を十分に殺菌することができ、しかも、一連の殺菌処理工程終了前に系内を脱気することで、殺菌処理工程終了後の通水脱気再開時には、直ちにＤＯ等の濃度が十分に低い良好な処理水を得ることができる。
【００３４】
このような、昇温工程、殺菌工程、降温工程及び降温脱気工程からなる一連の殺菌処理工程は、通常一週間〜１日に１回の頻度、好ましくは１日に１回の頻度で実施され、これにより、除菌された脱酸素水を得ることができる。
【００３５】
本発明においては、８５℃までの加熱水による殺菌にも十分に耐える耐熱性の脱気膜を用いる必要があるが、このような脱気膜としては、市販品として、セルガート（株）製「リキ・セル」等が提供されている。
【００３６】
図１に示す膜式脱気装置は、本発明の実施に好適な装置の一例を示すものであって、本発明の膜式脱気装置は何ら図示のものに限定されるものではないが、原水タンク１及び配管１２，１３，１４，１５で形成される循環系を設けることにより、必要最小限の熱交換容量及び水使用量で昇温、殺菌及び降温することができ、好ましい。なお、熱交換器は図１の配管１２又は配管１３に設けられていても良い。
【００３７】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３８】
実施例１
図１に示す膜式脱気装置で、下記処理条件及び装置仕様で通水脱気を行っている系において、下記表１に示すバルブの開閉及びポンプの作動制御並びに図２に示すタイムスケジュールで通水脱気工程、昇温工程、殺菌工程、降温工程及び降温脱気工程を行い、降温脱気工程後は通水脱気工程を再開した。
【００３９】
[処理条件及び装置仕様]
通水流量：２５ｍ3／ｈｒ
脱気膜：セルガート（株）製「リキ・セルＸ−４０」
脱気膜配列：３本直列（１０インチφ×２８インチ高さ膜）
脱気膜有効面積：１３５ｍ2／本
真空度：５０Ｔｏｒｒ
供給不活性ガス量：３０ＮＬ／ｍｉｎ（９９．９９５％Ｎ2）
原水ＤＯ：８．５〜９．２ｍｇ／Ｌ（ａｔ２０℃）
処理水ＤＯ：４．０〜７．５μｇ／Ｌ（ａｔ２０℃）
【００４０】
【表１】
0003648981.tif 000002
【００４１】
その結果、殺菌処理により系内は十分に殺菌され、また、通水脱気工程の再開時にはＤＯ  １０ｐｐｂ以下の良好な脱酸素水を得ることができる。
【００４２】
比較例１
実施例１において、降温脱気工程において、ポンプＰ−２を作動させず、降温のみを行って脱気を行わなかったこと以外は同様に処理したところ、殺菌処理後の通水脱気再開時において、通水脱気再開の初期１３ｍｉｎにわたって、処理水のＤＯは１００〜５０ｐｐｂと高い値を示し、１０ｐｐｂ以下に達するまでに１３ｍｉｎ以上かかり、良好な脱酸素水を得ることはできなかった。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の膜式脱気装置及び膜式脱気処理方法によれば、膜式脱気装置を加熱水により効果的に殺菌することができ、殺菌後は良好な水質の処理水を直ちに採水することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の膜式脱気装置の実施の形態を示す系統図である。
【図２】実施例１における水温、生菌数及びＤＯ値の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１  原水タンク
２  膜式脱気装置本体
２Ａ  液通過室
２Ｂ  気体室
３  処理水タンク
４  熱交換器
【図１】
0003648981.tif 000003
【図２】
0003648981.tif 000004