(57)【要約】  本出願は飲料水の多段式モジュラー精製装置に関し、一つのモジュールは、重金属の除去、および／または、重金属除去および細菌の除去のための、キレートゲル、またはキレート性および殺菌性ゲルを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
飲料水の多段式モジュラー精製装置であって、
一つのモジュールが、重金属の除去、または、重金属および細菌の除去のための、キレートゲル、または、キレート性および殺菌性ゲルを含むことを特徴とする、
飲料水の多段式モジュラー精製装置。
【請求項２】
重金属除去のための前記モジュールが、粒子フィルタ、水軟化モジュール、活性炭フィルタ、およびフィルタ膜のような他のモジュールに直列に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記モジュールである粒子フィルタ、活性炭、水軟化剤、キレートゲル、ＲＯ膜、が直列に接続される、または、
前記モジュールである粒子フィルタ、活性炭、水軟化剤、キレートゲル、ＵＦ膜、が直列に接続される、または、
前記モジュールである粒子フィルタ、活性炭、水軟化剤、キレート性および殺菌性ゲル、が直列に接続される、または、
前記モジュールである粒子フィルタ、活性炭、キレートゲル、ＲＯ膜、が直列に接続される、または、
前記モジュールである粒子フィルタ、活性炭、キレートゲル、ＵＦ膜、が直列に接続される、または、
前記モジュールである粒子フィルタ、活性炭、キレート性および殺菌性ゲル、が直列に接続される、
請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記装置は、ＲＯモジュールが使用されない場合には水道水システムに直接接続され、パイプライン圧で作動可能であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記装置は、ＲＯモジュールが使用される場合にはポンプを追加的に具備することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記モジュールは、互いに独立して交換可能または再生可能であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記水軟化モジュールは、自動再生、半自動再生、または手動再生のための装置を備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記装置は、ｐＨセンサ、導電率センサ、ＵＶセンサ、または細菌測定用センサを備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
規定値を超えた際、または規定値を下回った際にセンサが警告を発することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記装置が追加の要素を備えることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記追加の要素が、水タンク、水加熱システム、（ＵＶ）消毒システム、酸化還元フィルタ、二酸化炭素供給ユニット、または塩素処理ユニットから選択される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１に記載の装置の、飲料水の精製のための使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、一つのモジュールが重金属の除去、または、重金属および細菌の除去のための、キレートゲル、または、キレート性および殺菌性ゲルを含む、飲料水の多段式モジュラー精製装置に関する。
【０００２】
世界人口の増加による需要の高まり、地球規模での環境汚染の増加、および水質に対する要求の高まり等により、水精製の重要性を過小評価することはできない。
【０００３】
水（特に飲料水）の質は、非常に多くの異なった、部分的に有害な、汚染物質によって影響を受け得る。特に、パイプシステムからの重金属(特に鉛)、農業からの重金属(例えばカドミウム)、石炭ベースの電力からの重金属(水銀)、または自然発生源からの重金属(亜鉛、ウラン、ランタニド)が、幾度も懸念の原因となっている。
【０００４】
一方飲料水中には、主に人為起源の多数の有機微小汚染物質が検出されている。ここで最も代表的なものは、ホルモン(当初は避妊に用いられた)、医薬品の残留物やその分解生成物、または農薬等である。
【０００５】
細菌は飲料水中の望ましくない物質の第三のグループを構成する。それらはしばしば家庭用の水処理装置自体から、または特に世界のより温暖な地域では配管システムから生じる。
【０００６】
これらの細菌がもたらす最大の危険は、乳児や幼い子供、または例えば高齢者のように免疫機能が低下している人々に対するものである。
【０００７】
一部の国では、消毒および殺菌のために飲料水に「塩素」(次亜塩素酸塩)が添加されている。これは無菌状態を確実にするものの、水の味に大きく影響する。
【０００８】
有害ではないものの他の望ましくない水の成分は、硬度ミネラルとして水を硬くする原因となる高濃度のカルシウムおよびマグネシウムである。低濃度のカルシウムおよびマグネシウムは安全であるばかりでなく、逆に人間の健康にも有益である。しかし、高濃度(高い水の硬度)では、カルシウムおよびマグネシウムは、味に著しい劣化をもたらすだけではなく、キッチンおよびバスルームでの不要な「水汚れ」、または給湯器（ボイラー）および調理器具でのいわゆる「ボイラースケール」を生成する。
【０００９】
飲料水の精製のための様々な、部分的に補完的な装置が市販されている。いくつかのケースでは、提供される装置は水の精製のさまざまな方法を組み合わせているが、個々の汚染物質または汚染物質の種を完全に除去または除去するという点では溝が残っている。同時に確立された技術の多くには、低容量、低収率、追加の汚染、高エネルギー消費、ポンプからの騒音汚染等の明確な欠点が存在する。
【００１０】
逆浸透（ＲＯ）は膜を用い、高圧にポンプされた精製される水を該膜に通すことにより、汚染物質を除去する。汚染物質だけでなく重要な無機物も取り残され、再び残留物中に濃縮される。この方法は、飲料水処理には多くの欠点がある。例えば、高い水損失（８０％を超える残留物）、追加のポンプによって供給する必要がある高い運転圧力(高いエネルギー消費と騒音汚染と共に)、そして、特に脱灰(これはカルシウムとマグネシウムのその後の添加によって部分的に逆転されなければならない)等である。これらの多くの欠点にもかかわらず、逆浸透は家庭用浄水器での水の精製に広く使用されている。
【００１１】
工業的食品加工用途(ワインおよびビール製造)で頻繁に使用される限外濾過は、浮遊物質および細菌を比較的確実に除去するが、重金属または「塩素」の除去には適さない。有機微小汚染物質も扱えず、扱えたとしても極めて不十分である。
【００１２】
多くの家庭用浄水器では、主に「塩素」の味を除去し、同時に有機微小汚染物質を除去するために活性炭が使用されている。活性炭は重金属を結合せず、水の硬度を低下させず、その構造上、細菌の成長(バイオフィルムの形成)を非常に招きやすく、その結果飲料水が細菌やその代謝物(エンテロトキシン)により汚染される可能性がある。
【００１３】
例えば、重金属の除去のためにＭｅｔＣａｐ−Ｔという名称で市販されているカートリッジはキレート樹脂(ｉｎｓｔｒＡｃｔｉｏｎ製のＭｅｔＣａｐ)で満たされており、該キレート樹脂の製造はドイツ公開公報第１０ ２０１４ ０１２ ５６６号（特許文献１）およびドイツ公開公報第１０ ２０１６ ００７ ６６２号（特許文献２）に示されている。カートリッジ内への適用は、ドイツ公開公報第１０ ２０１６ ００７ ６６２号（特許文献３）に例示されている。
【００１４】
そのキレート特性のため、ＭｅｔＣａｐ−Ｔ樹脂は重金属とほぼ独占的に結合する。アルカリ金属およびアルカリ土類金属はそれらの非常に低い複雑な結合定数のため、全く結合していないか、または非常に弱く結合しているに過ぎず、重金属の存在下ではそれらによって置換される。この選択性は、軟化に用いられるイオン交換体の選択性とは正反対である。
【００１５】
ＭｅｔＣａｐ−Ｔ樹脂型の全ての重金属を高容量で不可逆的に結合する特性に加えて、ＭｅｔＣａｐ−Ｔ変異体（ドイツ出願第１０ ２０１７ ００７ ２７３．６号（特許文献４）に示されている）は同時に細菌を除去する。すなわち、重金属吸収体としての機能に加えて、殺菌効果を有する。
【００１６】
水道水から浮遊物質や粒子を除去するために、粒子フィルタが水精製装置の入力側にしばしば設置され、水道水から浮遊物質や粒子を除去する。これらは主に、装置の残りの部分を閉塞から保護し、そして圧力の増加および生産性の低下を防止するために使用される。
【００１７】
水軟化モジュールの一部としてのイオン交換体は、カルシウムとマグネシウムを除去することにより水硬度を低下させるために使用される。しかしこれらのイオン交換体は、塩素や細菌を扱わないように、微小汚染物質を扱わない。逆に、それらはしばしばバイオフィルム形成の影響を受ける。もう１つの欠点は、特に硬水中では容量が小さいことである。
【００１８】
水軟化モジュールの使用が特に示されている場所では、イオン交換樹脂の容量はかなり速く枯渇する。全ての水精製技術の中で、イオン交換体は再生を必要とする可能性が最も高い。これは通常、濃縮生理食塩水で洗浄することによって行われる。
【００１９】
カルシウムやマグネシウムに加えて、イオン交換体は重金属とも結合する。しかし、結合能が枯渇するほど、後者は遥かに高濃度のカルシウムイオンおよびマグネシウムイオンによって置換され、結果として溶出液中で最終的に濃縮される。結局、イオン交換体はカルシウムおよびマグネシウムと比較して重金属に対する選択性を欠く。後者は重金属と直接競合するので、単純なイオン交換では濃度が遥かに高いため、結合サイトの点で優れている。
【００２０】
対照的に、前述のＭｅｔＣａｐ−Ｔ樹脂は、重金属を選択的かつ優先的に拘束し、健康に有害なカルシウムイオンおよびマグネシウムイオンをほとんど拘束せず通過させる。
【００２１】
ここに、全てのカチオンを非選択的に拘束するイオン交換体と、溶液から重金属を選択的に、または優先的に拘束するＭｅｔＣａｐ−Ｔキレート樹脂との、中心的かつ本質的な相違がある。
【００２２】
上記の説明に示されるように、列挙された構成要素のいずれも、複雑で多層の不純物プロファイルに対処するにはそれ自体では適しておらず、逆浸透（ＲＯ）のように深刻な欠点を伴う。
【００２３】
このため、記載された様々な技術を組み合わせた装置を備えた様々な製造品が、すでに市場に出回っている。一例として中国実用新案第２０６３５９３３４号（特許文献５）には、粒子フィルタ、キレート樹脂、および限外濾過ユニットを組み合わせた装置が示されている。この場合、「塩素」の味や有機微量汚染物質は除去されない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】ドイツ公開公報第１０ ２０１４ ０１２ ５６６号
【特許文献２】ドイツ公開公報第１０ ２０１６ ００７ ６６２号
【特許文献３】ドイツ公開公報第１０ ２０１６ ００７ ６６２号
【特許文献４】ドイツ出願第１０ ２０１７ ００７ ２７３．６号
【特許文献５】中国実用新案第２０６３５９３３４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
装置の多くは、入力側に粗い粒子フィルタを有する。これは、接続されたデバイスを汚れ粒子から保護し、そして詰まり、圧力の増加、および関連する生産性の低下から保護する。ここに挙げた精製モジュールの多くの深刻な欠点は、バイオフィルムの形成である。バイオフィルム形成は(活性炭およびイオン交換体の場合と同様に)多くの負の結果をもたらす可能性がある。そのいくつかはここで言及することができ、容量の減少、ろ過性能の損失、圧力の増加、生産性の低下、飲料水の有害な細菌および／またはそれらの毒性代謝物による汚染、一般に飲料水の水質の低下、である。従って、既存の技術の前述の欠点を克服する必要があった。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記のタスクは、飲料水の多段式モジュラー精製装置であって、一つのモジュールが、重金属の除去、または、重金属および細菌の除去のための、キレートゲル、または、キレート性および殺菌性ゲルを含む装置、により達成される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、粒子フィルタ、活性炭モジュール、水軟化モジュール、ＭｅｔＣａｐモジュール、およびＲＯ膜モジュールを備えた水精製装置の概略構造を示す図である。
【図２】図２は、粒子フィルタ、活性炭モジュール、ＭｅｔＣａｐモジュール、およびＲＯ膜モジュールを備えた水精製装置の概略構成を示す図である。
【図３】図３は、粒子フィルタ、活性炭モジュール、水軟化モジュール、ＭｅｔＣａｐモジュール、およびＵＦ膜モジュールを備えた水精製装置の概略構造を示す図である。
【図４】図４は、粒子フィルタ、活性炭モジュール、ＭｅｔＣａｐモジュール、およびＵＦ膜モジュールを備えた水精製装置の概略構成を示す図である。
【図５】図５は、粒子フィルタ、水精製装置、活性炭モジュール、水軟化モジュール、および、殺菌機能を付加したＭｅｔＣａｐモジュールを備えた水精製装置の概略構成を示す図である。
【図６】図６は、粒子フィルタ、活性炭モジュール、および殺菌機能を追加したＭｅｔＣａｐモジュールを備えた水精製装置の概略構造を示す図である。
【図７】図７は、粒子フィルタ、水軟化モジュール、および殺菌機能を追加したＭｅｔＣａｐモジュールを備えた水精製装置の概略構造を示す図である。
【図８】図８は、粒子フィルタ、および殺菌機能を追加したＭｅｔＣａｐモジュールを備えた水精製装置の概略構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
一実施形態によれば前記装置は、パイプを介して互いに接続された、または直接接続された、異なる独立したモジュールまたはカートリッジの組み合わせから形成され得る。
【００２９】
この装置は様々な直交する水精製技術を組み合わせて簡素化し、様々な汚染スペクトルを連続して処理することにより最高品質の要求を満足する。
【００３０】
カートリッジは入口開口を有し、該開口を通してパイプシステム／タップまたは上流のカートリッジからの水がカートリッジに入り、それぞれのカートリッジ充填物と接触する。更にカートリッジは出口開口を有し、該開口を通して、処理され精製された水が次のカートリッジに流入するか、または除去ポイントに到達する。
【００３１】
好ましくは、カートリッジは、互いに接続され、それらが別々に取り外され、交換され、または再生され得るように装置内で固定される。
【００３２】
装置は、好ましくは０．５〜６バール、より好ましくは１〜５バール、最も好ましくは２〜４バールのパイプライン圧力で作動する。
【００３３】
本明細書で説明する装置のコアは、殺菌機能の有無に関わらず有害な重金属を除去するためのキレートＭｅｔＣａｐ−Ｔ樹脂を充填したカートリッジである。ドイツ出願第１０ ２０１７ ００７ ２７３．６号に示されているように、ＭｅｔＣａｐ−Ｔ樹脂の殺菌性変異体が使用される場合、細菌を除去するための追加のユニットは不要である。
【００３４】
中央カートリッジは、キレート樹脂では処理されない特定の汚染スペクトルをそれぞれ処理する他の多くのカートリッジと組み合わせ得る。これらのカートリッジは、中央のＭｅｔＣａｐ−Ｔカートリッジの上流または下流に配置され得る。
【００３５】
更に、装置全体をタンクに接続することも、装置全体を抽出弁に直接接続することも可能である。また、本装置は、給湯システムの構成要素として使用され得る。
【００３６】
イオン交換樹脂を備えたカートリッジは頻繁に再生が必要となるため、再生を容易にするための装置を備える。これは、濃縮生理食塩水で洗浄することにより達成される。好ましい実施形態では、再生の必要性は、適切なセンサ(例えば、水の硬度、導電率、フローセル等)によって決定され、警告灯によって示される。
【００３７】
それぞれの実施形態において、装置が適切なセンサ、および、塩または生理食塩水の貯蔵タンクを備えているかどうかに応じて、再生は手動、半自動、または自動とすることができる。好ましい実施形態では、軟水化モジュールがこの目的のために適切な接続部とバルブとを備えて設けられる。余剰の塩は、注ぎ口から下水に直接、または抽出弁を通して廃棄される。
【００３８】
他の全てのカートリッジについては、再生は不可能であり、および／または、家庭用製品では技術的に不可能である。
【００３９】
装置の好ましい実施形態では、粒子フィルタの入力は水供給システムに接続され、粒子フィルタの出力は活性炭フィルタの入力に接続され、活性炭フィルタの出力は次いで水軟化モジュールの入力に接続され、水軟化モジュールの出力はＭｅｔＣａｐカートリッジに接続され、ＭｅｔＣａｐカートリッジの出力は次いでＲＯモジュールに接続され、その出力は次いで抽出ポイントに流入する（図１参照）。装置の入力側の水圧が低い場合には、ポンプが接続される。
【００４０】
あるいは、粒子フィルタを活性炭フィルタに直接接続し、次いでＭｅｔＣａｐカートリッジに接続し、最後にＲＯモジュールに接続することもできる（図２参照）。最後の２つの実施形態では、ＭｅｔＣａｐカートリッジと水軟化剤との順序を逆にすることもできる。
【００４１】
更に好ましい実施形態では、粒子フィルタは水軟化モジュールに接続された活性炭カートリッジに接続され、次にＭｅｔＣａｐカートリッジに接続され、続いてＵＦ膜に接続される（図３参照）。あるいは、粒子フィルタを活性炭カートリッジ、ＭｅｔＣａｐカートリッジ、およびＵＦ膜に直接接続することもできる（図４参照）。必要に応じて、水軟化モジュールをＭｅｔＣａｐカートリッジの上流に設置することもできる。この実施形態の利点は、装置の背圧が低いためパイプラインの圧力が通常運転のためには十分であり、通常はポンプを必要としないことにある。
【００４２】
更に好ましい実施形態では、粒子フィルタは活性炭カートリッジおよび水軟化カートリッジに接続され、次いで、キレート性および殺菌性ゲルを含むＭｅｔＣａｐカートリッジに接続される（図５参照）。あるいは、粒子フィルタを活性炭カートリッジに直接接続し、次いで活性炭カートリッジをキレート性および殺菌性ゲルを充填したＭｅｔＣａｐカートリッジに直接接続することもできる（図６参照）。この実施形態では、更なる細菌除去膜を省略し得る。
【００４３】
更に好ましい態様において、粒子フィルタは水軟化カートリッジに直接接続され、次いで水軟化カートリッジはキレート性および殺菌性ゲルを充填したＭｅｔＣａｐカートリッジに直接接続される（図７参照）。
【００４４】
本装置のさらなる実施形態では、粒子フィルタはキレート性および殺菌性ゲルを充填したＭｅｔＣａｐカートリッジに直接接続される（図８参照）。この実施形態は、ドイツ公開公報第１０ ２０１６ ００７ ６６２号に示されているカートリッジに類似しているが、キレート性および殺菌性ゲルを充填する点でそれとは異なる。
【００４５】
本装置は、精製水を貯蔵するための隣接するタンクのような、全ての一般的な精製または貯蔵モジュールと組み合わせることができ、またはＵＶ消毒（タンク内またはオンライン）や酸化還元フィルタ等の他の精製技術と組み合わせることができ、または温水の準備、炭酸水製造用のための二酸化炭素添加剤モジュール、その後の消毒または保存のための可能な塩素化または過酸化水素添加剤等と組み合わせることができる。
【００４６】
本装置は、その後の水抽出や水処理の種類に影響を与えたり、または妨げたりするものではない。
【００４７】
装置の性能は、適切な位置（抽出ポイントまたは個々のモジュール間のポイントのいずれか）にある適切なセンサにより監視することができる。適切なセンサの例としては、ｐＨセンサ、導電率センサ、細菌濃度検出センサ、イオン選択センサ、ＵＶセンサ等が挙げられるが、これらに限定されない。フローセルは、処理される水の量を測定することができる。
【００４８】
好ましい実施形態ではセンサは、測定値に基づいて個々のモジュールの機能を監視し、カートリッジを交換または再生しなければならないときに適切なメッセージを発するデータ処理システムに接続される。センサの補助により、モジュールの交換を純粋な時間制御または容積制御で行い得る。実施形態に応じて、継続する動作の必要条件として、データ処理システムは水軟化モジュールの自動再生を開始するかまたはモジュールの交換を強制するためにバルブを閉じることができる。
【００４９】
本明細書に記載された装置は、家庭用の簡単な解決策として飲料水の包括的な精製を初めて可能にする。これは、精製水の品質および収率またはエネルギー消費の点で、全ての既知のシステムよりも優れている。一方で本装置は、本当に有害な、部分的に有毒な物質を除去することに重点を置き、他方では味を改善することによる(例えば、「塩素」を除去することによる)水質の全般的な改善に重点を置く。
【００５０】
最小バージョンでは、本装置は家庭での使用に適しており、一般的な消費量に基づいている。より大きなバージョンでは、本装置は、集合住宅、住宅団地、レストラン、病院、船舶、または高品質の飲料水を必要とする他の施設で使用し得る。
【００５１】
したがって本発明の別の目的は、飲料水の精製のための前述の装置の使用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2021511207.tif 000009
【図８】
2021511207.tif 000010
【国際調査報告】
2021511207.tif 000011
2021511207.tif 000012
2021511207.tif 000013
2021511207.tif 000014
2021511207.tif 000015
2021511207.tif 000016