(57)【要約】【課題】  マンション等の集合住宅、オフィスビル、病院、および学校など多数の人間が共通した給水管を通して生活水を得ている建物において、給水管を長期に使用した場合赤錆が発生する。赤錆の発生を防止し、赤錆を除去する方法を筒便に給水管自体を改変することなく水の改質を安全に行う装置を提供する。【解決方法】  給水管の外部より特定された薬剤を特定された多孔膜とその支持体の組み合わせによって作製された孔拡散・濾過モジュールを用いて注入する。この注入が容易に行われるように支持体を境に薬剤を充填した部と給水管と連結した部とを分離着脱可能なモジュールを使用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水管の外部より還元性食品添加物（薬剤と略称）を該管内の水に注入するのに際し、下記に示す多孔膜を用いる。該多孔膜を複数枚重ね合せ、その膜間に支持体を設置し、支持体を境に薬剤を充填した部と給水管に連絡した部とが分離着脱可能であり、かつ薬剤の注入が孔拡散・濾過機構での膜透過であることを特徴とする給水管の赤錆防止および除去装置。多孔膜：再生セルロース製で層状構造を持ち、層の厚さは０．２μｍ〜０．３μｍ、平均孔径が５ｎｍ以上で２０ｎｍ以下、空孔率は６０％以上９０％以下、膜厚は２０μｍ以上２００μｍ以下
【請求項２】
請求項1において薬剤としてアスコルビン酸、アスコルビン酸ナトリウム、クエン酸、クエン酸ナトリウムおよびカテキンより少なくとも1種選択されることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項２において孔拡散・濾過機構での膜間差圧が０．１５気圧以下でありかつ滲透圧以下であることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項３において支持体としてポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタート、ナイロンの多孔体成型物または不織布であり、該支持体を挟んで薬剤を溶かした水溶液と該多孔膜とで構成された部と孔拡散・濾過が実行される膜を有して給水管に連結する部とが分離着脱可能であることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項４において処理対象の水中での薬剤濃度が１０ｐｐｍ以下になるように該多孔膜の有効膜面積が設計されていることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は集合住宅、オフィスビル、病院、ホテル、会社事務所、研究所、等のように水道水を集中受入れ後、個々の水の消費現場へ輸送する管（給水管と略称）の赤錆の防止、除去装置に関する。より詳しくは、給水管内に外部より無微生物下で薬剤を投入することにより水質を制御し、その結果給水管内の赤錆を除去しかつ赤錆の発生を防止する技術に関する。
【０００２】
飲料水として利用される水は通常水道水として供給される水が大部分である。その他井戸水やあるいは除菌処理を加えたわき水も利用される。飲料水として供給される水源と飲料水として消費される場所との間には空間的距離が存在する場合には両地点を連結する管（給水管に分類）には微生物の発生、増殖を防止するために水源において塩素を溶解させている。この塩素濃度は０．１ｐｐｍ以上であれば上記目的を達することは可能であるが、より安全性を高めるために塩素濃度は１ｐｐｍに高められていることが多い。この高濃度塩素により給水管内部の酸化作用が進み、給水管内の赤錆が発生する。
【０００３】
微生物汚染を特に問題としない給水の場合には水中の遊離塩素濃度は低くてもかまわないが濃度を零にするとカビが発生する。塩素濃度を０．１ｐｐｍにおさえても水の性状（例ＰＨ、溶解酸素など）によっては給水管内に錆が発生する。特に異種金属の接触部分での錆の発生が知られている。
【背景技術】
【０００４】
給水管に生じた赤錆は赤水となって消費者の元に到達し、また給水管の腐食として水漏れの原因ともなる。そのため従来より赤錆対策として（１）水を赤錆を生じさせない状態にする（２）給水管を錆びない処理を加える（３）生じた赤錆を機械的に除去する（４）配管更生（ライニング）あるいは配管更新などが提案され実施されている。（４）の配管更新はコストも高く、また１５〜２０年後に再び更新しなくてはならない、配管更生では砂等で配管内を研磨した後にエポキシ樹脂で管内をコーティングする方法である。この方法では曲管部の施工がむつかしく、配管の一部に穴を開ける恐れもあり、また使用した樹脂の安全性に問題があり、１０年後に再び配管更生が必要である。
【０００５】
（１）の水の状態を変化させる方法としてポリリン酸ナトリウム等の防錆剤を添加
する方法と磁力を利用する方法とがある。ただし前者の場合薬剤注入のためのバイパスをもうけ液中での防錆剤の適正な濃度に維持する必要がある。防錆剤を飲料水として日常的に体内に取り入れることに対しては蓄積の可能性があり安全面での問題点を残す。後者の方法では防錆の機構が明確でなく、水の性状を変化させるのに必要な磁力の大きさとその磁力を与えるエネルギーの不明確さ、および水の性状が化学分析的には変化している実証がほとんどない。
【０００６】
給水回路の一部に濾過を中心とした浄化システムを設け、水のＰＨを上昇させ酸化還元電位を低下させることにより赤錆化を防止する方法が提案されている（特許文献１）しかしこの方法は給水回路が複雑化し、サニタリー性が失なわれ、濾液側で微生物汚染の可能性も生じ、さらに維持管理費用が新たに発生する。
【０００７】
マンション等の集合住宅における給水管で供給される水は種々の用途に用いられるが飲料水として特に安全性が要求される。そのため給水管へ薬剤を投入する方法については投入の際に感染性物質や毒性物質が混入しない対策をとる必要性がある。そのためには薬剤自体および投入のための回路をあらかじめ滅菌し、かつ水による回路からの溶出物および薬剤の不純物の安全性確認が前提である。有機性の薬剤では加熱滅菌処理により分解あるいは変成が起り、薬剤としての作用効果が失われたり、毒性物質への変成される可能性を持つ。そのために有機性の薬剤を水道水中に注入する場合には加熱滅菌に代る感染性物質混入防止手段を導入しなければならない。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−３１７４３３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明では給水管の赤錆防止および赤錆除去が日常的に実現できる技術を提供することを目的としている。それを実現するためには赤錆発生のメカニズムを解明する必要がある。本発明者らの基礎研究の成果によると給水管内で赤錆が発生する原因は以下の５種の過程を経ていることが明らかとなり本発明に至った。
【００１０】
給水管内では（１）水道水中に含まれる遊離塩素の存在により（２）塩素イオンの存在下で水が酸性状態になることにより鉄のイオン化、あるいは異種金属との接触（ねじ部、水量計との接続部など）による電極反応によってイオン化し、（３）遊離塩素と水との反応で塩酸と次亜塩素酸を生じ次亜塩素酸が示す酸化反応によって鉄イオンは３価の鉄イオンとなり、（４）３価の鉄イオンの生成により鉄イオンの溶解度が低下し、水酸化第２鉄のコロイド粒子が発生し、（５）溶解酸素および遊離塩素の存在により酸化反応が進行し、赤錆が生じる。
【００１１】
赤錆発生機構に述べた原因をなくすれば赤錆は発生しなくなりやがて赤錆も溶解し消滅する。すなわち（イ）遊離塩素の濃度を下げる、（ロ）水のＰＨをアルカリ側にする、（ハ）溶存酸素を無くす、（ニ）水質を還元状態にするなどが考えられる。問題は（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）を満足する薬剤の選定とその薬剤をいかなる方法で給水管内に微生物（ウイルス、細菌、カビなど）の混入の可能性をなくして注入するかにある。
【００１２】
無機性の薬剤であれば飲料水として体内に取り込まれ臓器等に蓄積される恐れがあり、体内での種々の酵素での分解作用を防害する恐れもある。有機性の薬剤では水への溶解性、生分解性を持ち、また加熱滅菌が可能な薬剤で上記（イ）〜（ニ）の性質を持つ薬剤の選択は困難である。加熱滅菌性がない場合には薬注の前の段階でウイルス除去膜で濾過をすることによって加熱滅菌性の要求を解決できる。しかしウイルス除去膜を用いた濾過では目詰りが起り膜の取り替えおよび一定速度で薬剤を輸注するのに保障管理上のわずらわしさが生じる。
【００１３】
本発明の最大の特徴は平均孔径が５ｎｍ以上２０ｎｍ以下で空孔率６０％以上９０％以下で膜厚が２０μｍ以上で２００μｍ以下の再生セルロース製多孔性多層構造構造膜（膜と略称）を用いる点にある。平均孔径が５ｎｍ以上になると膜中での物質輸送の機構として孔拡散が可能になる。２０ｎｍ以下にすることにより膜を介して薬剤が水に溶解した際に生じる滲透圧による物質輸送速度の変動量を孔拡散・濾過機構での輸送速度の１／２以下にすることが可能となった。膜素材として再生セルロースを採用することにより膜表面および膜内部の孔への気体成分による閉塞を防止できる。多孔性多層構造構造膜を用いることにより微生物が膜を通過する確率を大幅に低下できる。層の数が３０を越えると通過する確率は直径５ｎｍの微粒子の孔拡散による輸送では０．００１％以下となる。該膜の複数を直列的に用いることにより微粒子の給水管への混入の可能性はさらに低くなる。
【００１４】
本発明の第２の特徴は上述の膜を複数枚重ね合せてその膜間に支持体を設置し、支持体を境にして、薬剤を充填した部と給水管に連結した部とを分離着脱可能にした点にある。薬剤が給水管に侵入するには薬剤→溶解→膜（２）→支持体（２）→支持体（１）→膜（１）→給水管への経路を通らなくてはならない。支持体（２）と支持体（１）との間で薬剤を充填した部と給水管に連結した部とで分離着脱が可能となる。支持体として水に不溶で、かつ還元剤に対して不活性な素材、たとえばポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン類、ポリエステルやナイロン等の縮合体のように入手の容易な高分子材料が適する。これらの材料を不織布状あるいはシート状の多孔体に成型し、平均孔径としては０．３μｍ以上であることが必要である。これより小さな孔径では孔拡散速度に影響する。支持体の存在により薬剤のつめかえが容易となる。例えば薬剤の詰め替えを月に一度税度にすれば薬剤の注入速度も監視可能で、しかも薬剤の効果も維持できる。一方、支持体（１）と膜（１）の部では薬剤の注入時での膜の機能劣化はほとんど起らないので１回／年〜０．５回／年での膜の取り替えを行えば良い。薬剤の取り替えを行った後の支持体（２）と膜（２）の部分の装着時には両支持体の滅菌処理を行った後、ただちに支持体（１）と（２）とを密着し、固定する。
【００１５】
本発明の第３の特徴は薬剤として還元性の食品添加物を選定した点にある。食品添加物で、水溶性で水への溶解度が６０ｇ／１００ｍｌ（水）以下であることが望ましい。溶解度が低いと孔拡散・濾過機構での物質輸送時の速度制御が容易となる。薬剤は固体状態で装填可能となり、膜（２）に接する液体中での薬剤濃度は飽和濃度となり、膜（２）を通過する薬剤の速度を一定に維持することは容易である。給水管内の水が飲料用になることを考慮して安全性の観点より、体内への蓄積の恐れの少ない有機性の食品添加物が好ましい。還元作用の他にＰＨを酸性側にする作用の小さな物質が好ましい。具体的にはアスコルビン酸、クエン酸、およびそれらのナトリウム塩やカリウム塩、カテキン類などである。
【００１６】
本発明の第４の特徴は、薬剤の給水管への注入は膜を用いた孔拡散・濾過機構である点にある。孔拡散・濾過機構とは濃度勾配を物質輸送の駆動力とする拡散において物質は膜中の孔内部の水を通して輸送される孔拡散機構に分類される。孔拡散では物質のブラウン運動が輸送の原動力である。この運動に加えて液体の流れに乗った輸送すなわち液体の体積流れである圧力勾配に従った粘性流れが加わった輸送機構を孔拡散・濾過機構という。孔拡散による物質輸送速度と濾過機構による物質輸送速度とがほぼ等しい条件になるように膜間差圧を選定する。平均孔径が２０ｎｍの場合には膜間差圧を０．１５気圧以下に設定するのが望ましい。
【００１７】
薬剤として固体状のまま充填すると、給水管より膜（１）→支持体（１）→支持体（２）→膜（２）を経由して浸透した水によって薬剤は溶解されてやがて飽和溶液となる。その際浸透圧が発生し、膜（２）においては溶液をこの圧力で濾過機構による物質輸送が起る。この浸透圧は膜（２）の表裏面での濃度差が小さくなることによって減少し孔拡散・濾過機構での物質輸送が実現する。薬剤として固体状の部分が残留する限り孔拡散・濾過機構が起る。
【００１８】
給水管中の水は飲料水として利用されることを考慮すると給水管の赤錆除去・赤錆防止の作用を目的に設定した薬剤の濃度は必要最低限度内にとどめることが望ましい。赤錆発生の原因と現実の水中での酸化性物質の濃度を考慮して処理対象の水中での薬剤濃度が１０ｐｐｍ以下になることが好ましい。この濃度達成の方法として、薬剤の水への飽和濃度と、膜（２）、支持体（２）、支持体（１）、膜（１）それぞれの拡散係数を考慮して本装置のデザインを決定する。その際膜（２）の有効膜面積を設定するのが最も容易である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明装置により（１）マンション等の集合住宅における給水管に赤錆が発生することが防止される。（２）給水管に既に存在する赤錆を徐々に除去できる。（３）本装置の設置のために給水管中の水の流れをほとんどとめることなく短期間の工事で設置可能である。（４）薬剤の更新が容易で、更新時に外部より微生物の混入の可能性が減少、（５）装置が小型化し、装置の維持管理が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１に本発明の典型的な装置（図中Ａ）と給水管（１）との接続の様子および本発明装置（Ａ）の概略図を示す。本発明装置と給水管部とはバイパス管によって連結される。（図中Ｂ１とＢ２で連結）。水の側から順に支持体（４）、孔拡散・濾過用の膜（５）、その次に再び支持体（４）が積層し、その積層体を納める容器（１０）は筒状または長方体の箱状である。この容器の一端は容器（９）と密着連結するためのつば部を持つ。容器（９）も容器（１０）と同様のつば部を持ち、両つば部の間にパッキング（１２）をはさみ治具（６）で両部を圧着する。容器（９）は空気抜き孔（１１）を有し、定常運転時にはこの孔は閉じられている。容器（９）内には薬剤（８）を充填した密封した膜（７）を持つ。
【００２１】
薬剤としてアスコルビン酸ナトリウムが給水管の赤錆対策として最も望ましい。（一戸当り１ｇ〜１０ｇ）アスコルビン酸ナトリウムの固体を封筒状に成型した膜内部にクリーンルーム内で充填する。封筒を密封し膜表面をエタノール／水（６０／４０）を噴霧して滅菌処理する。滅菌処理後の封筒状の膜をクリーンルーム内で容器（９）に充填し、その後支持体（４）で覆う。一方、容器（１０）は薄厚の円筒状物または長方体の箱で支持体（４），孔拡散・濾過用膜（５）と支持体（４）を積層して充填する。二つの容器（９）および（１０）をシリコン製のパッキングでクリーンルーム内で装着する。ただし容器（９）のみを取り替える際はあらかじめ再容器の支持体にアルコール滅菌を施す。
【００２２】
容器（１０）内の封筒状の膜（７）の平均孔径は１０ｎｍで空孔率８０％で膜厚８０μｍで再生セルロース多孔膜を利用する。平均孔径を１０ｎｍにすることにより薬剤が万一プリオンで汚染されている可能性があっても給水管へプリオンが侵入する可能性をなくする。孔拡散・濾過用膜（５）は膜（７）と同一特性を持つ膜を用いる。支持体（４）の素材としては再生セルロース不織布あるいはポリエチレンやポリプロビレンの多孔体や不織布が用いられる。支持体は膜に対して偶発的に起る力学的な刺激から膜を保護する役割の他に、容器（９）を取り替える際、外環境からの微生物汚染を防止する役割を果す。
【実施例１】
【００２３】
セルロース誘導体（アセテート）のアセトン溶液より公知の方法で流延し、ミクロ相分離を起こさせることによりセルロース誘導体膜を作製した。この膜を０．１０規定のＮａＯＨ水溶液に浸漬して再生セルロース膜とした。得られた膜の平均孔径は１０ｎｍであり、空孔率は８１％、膜厚は７０μｍであった。支持体として平均孔径１０μｍのポリエチレンシート多孔膜（厚さ１００μｍ）を用い、再生セルロース膜を２枚の支持体ではさむ。この支持体一膜一支持体の複合膜を５ｃｍ×１５ｃｍに切り出し有効濾過面積０．００２ｍ２のモジュール用の膜として孔拡散・濾過用の膜として準備した。一方、上記の再生セルロース膜を折り合わせて袋状とし、その内部にアスコルビン酸ナトリウム１００ｇを充填し膜を折りまげることにより封入した。外形８ｃｍ×２０ｃｍ×１ｃｍの長方体のモジュール容器（水の流入口と流出口を有する）に複合膜を設置し、８ｃｍ×２０ｃｍ×１，５ｃｍの長方体のモジュール容器内に袋状物を充填し、その上部に支持体を装置して薬剤側の容器を作製した。該容器には出入口を有する複合膜を装着した容器と薬剤側の容器をねじによって圧着させた。両容器間には厚さ約１ｍｍのシリコン製のパッキングを入れた。
【００２４】
水の流れ速度を２００ｍｌ／分で上記のモジュールの水の流入口を通した。流れの初期には空気孔を開き、水が充分モジュール内を占めるように長方体のモジュールを傾斜させた。空気が十分無くなったのを確認し空気孔を閉じた。水の流れ速度が一定となって１時間後にアスコルビン酸ナトリウムの拡散速度は４．２×１０−４ｇ／分となった。この条件は水中でのアスコルビン酸ナトリウムの濃度が約２ｐｐｍになることを意味し、給水管中の赤錆防止および除去に効果のある濃度である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
集合住宅、オフィスビル、病院、学校などの給水管における赤錆発生を防止し、既に赤錆が付着している給水管の赤錆を除去できる。そのため給水管の更新や洗浄処理が不要となる。また本方法は水の性質を安全にかつ容易に改変することが可能となり産業用の機械等に供給する水の性質を目的ごとに設計することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】給水管へ装置の接続方法
【図２】装置の断面の概略
【符号の説明】
【００２７】
１：給水管
２：給水管の流れを制御するバルブ，Ｂ１，Ｂ２：本発明装置への水の流れをつくる給水管からの分枝管（バイパス）容器１０と連結している
３：バイパス内の水の流れを制御するバルブ
４：支持体
５：孔拡散・濾過用の膜
６：薬剤（８）を充填した部（９）と給水管と連結した部（１０）とを連結するための治具
７：封筒状に成型した膜
８：薬剤
９：薬剤を充填した膜を内蔵した容器で空気抜き孔１１を有する容器
１０：給水管との連結部を有する容器で孔拡散・濾過用の膜と支持体を有する容器
１１：空気抜き孔
１２：連結部での密着性を与えるためのパッキング
【図１】
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【図２】
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