(57)【要約】【課題】  簡易かつ迅速に浄水することが可能な浄水用カラムを提供する。【解決手段】  本発明の浄水用カラム1は、出入口16を有する中空の保持部11と、保持部11の一端に設けられた係止部13と、保持部11に形成されたスリット12とを備え、スリット12が形成される割合は、係止部13から遠いほど大きく、係止部13に空気孔14が形成されるため、簡易かつ迅速に浄水することが可能であり、発展途上国などにおいても簡単に安全な飲料水を提供することができる。【選択図】      図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浄水用カラムであって、
出入口を有する中空の保持部と、
前記保持部の一端に設けられた係止部と、
前記保持部に形成された連通部と
を備え、
前記連通部が形成される割合は、前記係止部から遠いほど大きい、浄水用カラム。
【請求項２】
前記保持部の一端に空気孔が形成された、請求項1に記載の浄水用カラム。
【請求項３】
前記連通部が前記保持部に形成されたスリットである、請求項1または2に記載の浄水用カラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原水などの液体を浄水するための浄水用カラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球上には、適切な浄水施設や下水処理施設がなく、また水不足によって、安全な飲料水を確保することが難しい地域が多く存在する。このような地域では、多くの子供たちが不衛生な水を飲むことによって病気にかかったり、命を落としたりしている。
【０００３】
また、水に含まれるヒ素、鉄、マンガンおよびアンモニウムイオンなどの様々な有害物質が問題になっている。たとえばバングラデシュなどでは、基準値を超える濃度のヒ素を含む井戸水を毎日飲み続けている人々が多く存在する。ヒ素を含む水を飲み続けると、皮膚の色素沈着、角化症、胃腸炎、肝障害および心臓血管系循環障害などを発症するおそれがあるといわれている。
【０００４】
以前より、次亜塩素酸は、殺菌作用を有することが知られている。このため、次亜塩素溶液は、多種多様な分野において利用されており、水道水の殺菌および食品の殺菌などにも利用されてきた。
【０００５】
この次亜塩素酸の殺菌効果は、次亜塩素酸ナトリウムなどの次亜塩素酸塩、水および酸の反応により、次亜塩素酸イオンと水素イオンが結合して生成される分子状の次亜塩素酸によって発揮される。
【０００６】
次亜塩素酸を殺菌目的で使用する場合、一般に、非解離の分子状の次亜塩素酸の状態が最も殺菌効果が高いことが知られている。また、次亜塩素酸ナトリウムなどから製造される次亜塩素酸塩溶液は、その溶液のpHにより、殺菌効果が著しく変動することが知られている。一般に、アルカリ性のpHでは、次亜塩素酸が次亜塩素酸イオンとして存在し、殺菌効果は低い。一方、酸性のpHでも、殺菌効果は低く、さらに塩素ガスを発生してしまう。通常、次亜塩素酸において、そのpHがおよそ3.5〜6.5のときに、分子状の次亜塩素酸の存在率が高いと考えられている。
【０００７】
一方、次亜塩素酸ナトリウム水溶液は、アルカリ性の溶液として製造される。また、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、一般的に殺菌水とて使用される濃度である50〜100ppmまで希釈しても、pHは、8.5〜9.5程度までしか下がらない。このため、次亜塩素酸を殺菌目的で使用する場合、殺菌効果の高いpHまでpHを下げる必要がある。
【０００８】
次亜塩素酸ナトリウム水溶液のpHを下げる方法として、電解法および二液法などが知られている。しかし、電解法は、電解槽を備えた装置を必要とし、メンテナンス費が高価である。また、電極を必要とし、コストもかかる。さらに、電解法では、低濃度の弱酸性次亜塩素酸しか製造することができない。一方、二液法は、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を塩酸と混合することにより、pHを酸性側に調製する方法である。この方法は、塩酸などの酸によりpHを調整しているため、次亜塩素酸ナトリウムと酸とを混合するという工程を含み、安全性の問題が生じる。特に、次亜塩素酸ナトリウムと塩酸とを混合すると塩素ガスを発生してしまい、非常に危険である。弱酸性次亜塩素酸の製造において、高濃度の次亜塩素酸ナトリウムと酸を原料として使用する限り、危険であることに変わりはない。このため、pHを下げると殺菌力が上がるとわかっていても、pHの調節が難しく、pH値を下げすぎると塩素ガスが発生することから気軽に応用できないという問題がある。したがって、根本的に塩素ガス発生の危険を伴わない製造方法が望まれている。
【０００９】
本発明者らは、実質的に有毒な塩素ガスを発生することなく、弱酸性次亜塩素酸を製造する方法を開発した（特許文献1）。次亜塩素酸は、特にpHを3.5〜7程度にした場合、塩素ガスを発生することなく、安全かつ強力な殺菌効果を有する。したがって、本発明者らは、塩素ガスが発生するpH以上で緩衝作用を持つ弱酸性イオン交換体を使用することにより、塩酸などの酸を使用することなく、かつ塩素ガスを発生するような値までpHを低下させることなく、次亜塩素酸水溶液を製造する方法を見出した。
【００１０】
一方、複雑な装置を用いるのではなく、簡易な浄水装置の需要もある。また、用時調整する際にも、簡易な装置が望まれる。たとえば、ペットボトルのような容器に装着することができる小型の簡易な浄水装置であれば、
【００１１】
従来の浄水装置として、たとえば特許文献2には、ペットボトルに取り付けられる、簡易の浄水装置が開示されている。この浄水装置は、ペットボトルの口部のねじに螺合する雌ねじを設けた円筒の内部に活性炭を備えるとともに、該円筒の先端にペットボトルのキャップと螺合する雄ねじを成形した、ペットボトル用浄水フィルター付きノズルである。
【００１２】
また、特許文献3には、容器の給排水口に、容器内の原水を吸入および加圧するポンプを配設するとともに、該ポンプの吐出口に、濾材が少なくとも活性炭と中空糸膜からなる浄水器を配設した簡易浄水装置が記載されている。
【００１３】
しかし、発展途上国などにおいて、安全な飲料水を得るために、水を簡単に殺菌することができ、または水から有害物質を効率よく、かつ簡単に除去することができる、さらなる技術が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】国際公開第2011/136091号パンフレット
【特許文献２】特開平9-24365号公報
【特許文献３】特開平10-314726号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述したように、発展途上国などにおいて、複雑な設備を用いることなく、簡易かつ迅速な方法で原水を殺菌し、または原水から有害物質を除去して、安全な飲料水を得るさらなる技術が求められている。
【００１６】
そこで、本発明は、効率よく、簡易かつ迅速に浄水することが可能な浄水用カラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者らは、上記課題を解決するために、簡単な操作で原水を浄水することができる装置について検討した。その結果、水質改善作用を有する処理剤を充填したカラムをペットボトルなどの容器に取り付けて原水を注ぐと、容器内に簡単に浄水を得ることができることを見出した。本発明者らは、カラムの構造についてさらに検討した。まず、カラムの底だけでなく側面にもスリットなどの孔を形成させることによって、液体が早くカラムを通過して容器内に入ることを見出した。さらに、このスリットの幅または数を、カラムの出入口から遠いほど大きく、または多くすることによって、液体をできるだけ長くカラムに通すことができることを見出した。
【００１８】
そして、本発明者らは、上述した特許文献1に記載の弱酸性次亜塩素酸を製造する方法を利用して、上記カラムに弱酸性イオン交換樹脂を充填してペットボトルなどの容器に取り付け、ここに次亜塩素酸ナトリウムを少量加えて原水を注ぐと、容器内に簡単に殺菌水を得ることができることを確認した。
【００１９】
すなわち、本発明は、浄水用カラムであって、出入口を有する中空の保持部と、保持部の一端に設けられた係止部と、保持部に形成された連通部とを備え、連通部が形成される割合は、係止部から遠いほど大きい、浄水用カラムを提供する。
【００２０】
また本発明は、保持部の一端に空気孔が形成された上記浄水用カラムを提供する。
【００２１】
また本発明は、連通部が保持部に形成されたスリットである上記浄水用カラムを提供する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明であれば、簡易かつ迅速に浄水することが可能な浄水用カラムを提供することができる。したがって、本発明によれば、複雑な設備を用いることなく、簡易かつ迅速な方法で原水を殺菌し、または原水から有害物質を除去して、安全な飲料水を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図1の（A)は本発明に係る浄水用カラムの一実施例の上面図であり、図1の（B）は本発明に係る浄水用カラムの一実施例の側面図であり、図1の（C）は本発明に係る浄水用カラムの一実施例の断面図である。
【図２】図2の（A)は本発明に係る浄水用カラムの一実施例の上面図であり、図1の（B）は本発明に係る浄水用カラムの一実施例の側面図であり、図2の（C）は本発明に係る浄水用カラムの一実施例の断面図である。
【図３】本発明に係る浄水用カラムの一実施例の使用例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の浄水用カラムは、原水などの液体を浄水するためのカラムである。
【００２５】
本明細書において「浄水する」とは、液体に適切な処理を加えて水質を改善させることをいう。「水質を改善させる」ことには、たとえば殺菌すること、および有害物質を除去することなどが含まれる。なお、本発明の浄水用カラムを用いて浄水された液体は、浄水前より水質が改善されていればよく、必ずしも飲用水等として法律で定められた水質基準を満たすものでなくてもよい。
【００２６】
本発明の浄水用カラムは、中空の保持部を備える。保持部は、浄水処理を行うための処理剤を保持する容器である。保持部は、その一端に出入口を有する。出入口は、浄水用カラムに浄水前の液体を注入したり、浄水後の液体を排出したりするための口である。保持部の形状は、たとえば円柱状、角柱状および筒形状などの任意の形状であることができる。
【００２７】
保持部の一端には、係止部が形成される。係止部は、浄水用カラムを容器に取り付けたときに浄水用カラムの位置を固定する部材である。たとえば、係止部は、保持部よりも太く形成され、保持部を容器内に挿入したときに容器の口に係止される構造であることができる。保持部の一端には、さらに容器の蓋と係合する係合部が形成されてもよい。係合部は、たとえば、蓋の内部に形成された雌ねじと係合する雄ねじなどであってもよい。
【００２８】
保持部の一端には空気孔が形成されてもよい。空気孔は、浄水用カラムを容器に取り付けたときに、容器内と外部との間を空気が流通するための孔である。空気孔は、たとえば係止部に形成された孔であってもよいし、係止部と容器の口とが係止されたときに生じる隙間であってもよい。空気孔が形成された場合、空気がカラム内を通らずに空気孔を通して出入りするため、カラム内の液体の流れをより早くすることができる。
【００２９】
保持部には、1つまたは複数の連通部が形成される。連通部は、液体が流通するための孔である。連通部は、保持部の側面および底部（出入口と反対側の他端）に形成される。連通部の形状は任意の形状であることができ、たとえば円形、環状、三角形、四角形および長方形などであってもよいし、細長い形状、いわゆるスリットであってもよい。連通部がスリットである場合、スリットの方向は任意の方向であることができる。また、連通部の形状は、複数種類の形状の組み合わせであってもよい。
【００３０】
保持部に連通部が形成される割合は、係止部から遠いほど大きい。また、保持部に形成される連通部の面積は、係止部から遠いほど大きい。言い換えれば、連通部は、係止部から遠いほど液体が流通する量が多くなるように形成される。「連通部が形成される割合」とは、保持部のある一定の領域における連通部が占める割合をいう。連通部が形成される割合は、係止部から離れるにつれて傾斜的に変化してもいいし、段階的に変化してもよい。たとえば、係止部から離れるにつれて連通部の数が傾斜的にまたは段階的に多くなってもよい。また、係止部から離れるにつれて連通部の大きさまたは幅が傾斜的にまたは段階的に大きくなってもよい。たとえば、連通部が小さな穴である場合、係止部から離れるにつれて傾斜的にまたは段階的に穴の数を多くするか、または穴の大きさを大きくすることができる。また、たとえば連通部がスリットである場合、係止部から離れるにつれて傾斜的にまたは段階的にスリットの数を多くするか、またはスリットの幅を大きくすることができる。
【００３１】
連通部が形成される割合が係止部から遠いほど大きいことにより、出入口から注入された液体のうちの多くが、係止部から遠い連通部から排出され、液体が浄水用カラム内を長く通過することができる。また、液体を容器から排出する場合、より多くの液体が係止部から遠い連通部から浄水用カラム内に入り、浄水用カラム内を長く通過した後に出入口から排出される。したがって、液体を処理剤によって確実に処理することができ、水質改善効果を高めることができる。
【００３２】
保持部は、処理剤を収容したり取り外したりすることが可能であることができる。たとえば、保持部は、係止部または底部を取り外して処理剤を挿入および取り外し可能であってもよい。また、保持部は、任意の方向において展開可能であってもよい。また、保持部は、任意の位置において2つ以上に分解可能であってもよい。これにより、容易に保持部内に処理剤を収容したり取り外したりすることができる。
【００３３】
また、本発明の浄水用カラムは、任意のサイズであることができる。たとえば、ペットボトルなどのプラスチック容器を使用する場合、本発明の浄水用カラムは、当該容器の内部に保持部が入るようにサイズに変更することができる。たとえば、500mLおよび1Lなどのペットボトルを使用する場合、本発明の洗浄用カラムの外径を容器の口径に適合するように設計し、係止部の外径を容器の口径よりも大きくすることができる。たとえば、28mmの内径を有する500mLのペットボトルを使用する場合、本発明の浄水用カラムの保持部の外径を28mm以下に、かつ係止部の外径を28mm以上に設計することができる。また、本発明の浄水用カラムの長手方向のサイズを容器の全長以下に設計することができる。
【実施例１】
【００３４】
以下、図面を参照して本発明の浄水用カラムの一態様を具体的に説明する。本発明の浄水用カラムは、たとえば図1の（A)〜（C）に示すような浄水用カラム1であることができる。図1の（A)は浄水用カラム1の上面図であり、図1の（B）は浄水用カラム1の側面図であり、図1の（C）は浄水用カラム1の断面図である。浄水用カラム1は、中空の筒形状の保持部11を備える。保持部11の内部15には処理剤が充填される。保持部11は、一端に出入口16を有し、他端に底部17を有する。保持部11の一端には係止部13が設けられる。係止部13には空気孔14が形成される。保持部11の側面18には、連通部として、係止部13から底部17の方向（図1では縦方向）に形成された複数のスリット12が形成される。スリット12は、係止部13から底部17に向かうほど太くなるように形成される。たとえば、スリット12は、任意のサイズであることができる。たとえば、スリット12は、係止部13側が1.5mmであり、底部17側が3mmであることができる。底部17には、連通部として孔19が形成される。保持部11は、出入口16と底部17とを結ぶ方向（図1では縦方向）に展開可能に切れ目が形成され、展開して処理剤を収容したり取り外したりすることが可能になっている。
【００３５】
本発明の浄水用カラムの使用例を図3に示す。図3に示すように、処理剤を充填した浄水用カラム1は、容器3の口4から容器3内に挿入され、係止部13が容器3の口4に係止されることにより固定される。浄水前の液体を出入口16から浄水用カラム1内に注ぐと、液体は浄水用カラム1内の処理剤を通過し、スリット12および底部17の孔を通って容器3内に入る。このとき、容器3内の空気は空気孔14を通して容器3の外に逃がすことができる。
【００３６】
浄水された容器3内の液体は、使用時には、浄水用カラム1を取り除いた後に容器3の口から排出させてもよい。また、容器3内の液体は、浄水用カラム1を容器3に取り付けたまま容器3を逆さに傾けることによって、排出させてもよい。浄水用カラム1を容器3に取り付けたまま容器3を逆さに傾けると、容器3内の液体がスリット12および底部17の孔を通って浄水用カラム1内に入り、処理剤を通過した後に出入口16から排出される。この方法により、液体は、容器3に注入されるとき、および容器3から排出されるときの二回にわたって浄水処理され、水質をさらに改善させることができる。また、液体は、容器3に注入されるとき、および容器3から排出されるときのいずれか一方によって浄水処理されてもよい。
【００３７】
また、本発明の浄水用カラムは、たとえば図2の（A)〜（C）に示すような浄水用カラム2であることができる。図2の（A)は浄水用カラム2の上面図であり、図1の（B）は浄水用カラム2の側面図であり、図2の（C）は浄水用カラム2の断面図である。浄水用カラム2は、中空の筒形状の保持部21を備える。保持部21の内部25には処理剤が充填される。保持部21は、一端に出入口26を有し、他端に底部27を有する。保持部21の一端には、突起30が設けられた係止部23が設けられる。浄水用カラム2を容器に取り付けるとき、突起30は容器の口の内壁と接触し、係止される。このとき、係止部23と容器の口の内壁との間に隙間が生じ、この隙間が空気孔24となる。保持部21の側面28には、係止部23から底部27の方向と直交する方向（図2では横方向）に形成された複数のスリット22が形成される。スリット22の間隔は、係止部23から底部27に向かうほど密になるように形成される。スリット22は、任意のサイズであることができる。たとえば、スリット22は、1.5mmの間隔であることができる。また、本発明の浄水用カラムを110mmとして設計する場合、たとえば、底部27から最初のスリットまでが10mmである、続く約3.5mmの間に1.5mm毎に1.5mmのスリットが10数個あり、続く約35mmの間に下部の半分の数の1.5mmのスリットがあり、続いて出入口26の上端までが約30mmであるように設計することができる。保持部21の底部27には処理剤を挿入し、および取り外すための開口部が形成され、この開口部を覆う蓋部29が設けられる。蓋部29には、連通部として孔31が形成される。
【００３８】
本発明において使用する処理剤は、水質改善作用を有する任意の処理剤であることができる。処理剤は、たとえば特許文献3に記載のような弱酸性イオン交換体であってもよい。特許文献3に記載の弱酸性イオン交換体は、塩素ガスが発生するpH以上で緩衝作用を持っており、塩酸などの酸を使用することなく、かつ塩素ガスを発生するような値までpHを低下させることなく、次亜塩素酸塩溶液から強力な殺菌効果を有する弱酸性の次亜塩素酸水溶液を製造することができる。たとえば、弱酸性イオン交換体を充填した浄水用カラムを容器に取り付け、これに次亜塩素酸塩を少量加えた後、液体を注ぐことにより、容器内に次亜塩素酸によって殺菌された水を得ることができる。
【００３９】
次亜塩素酸塩とは、当業者に一般的に認識されるとおり、次亜塩素酸ナトリウム（NaClO）、次亜塩素酸カリウム（KClO）および次亜塩素酸カルシウム（Ca(ClO)２）などの任意の次亜塩素酸の塩をいう。次亜塩素酸塩は、市販の材料および当業者に周知の方法によって製造された材料を使用することができる。
【００４０】
弱酸性イオン交換体は、塩素ガスが発生するpH以上で緩衝作用を持つものであればよく、たとえばカルボン酸基（-COOH）を交換基として持つイオン交換体であることができる。また、弱酸性イオン交換体は、NaOHなどの塩基およびNaHCO3のような弱酸の塩を交換することができる。本発明において、弱酸性イオン交換体は、当業者に公知の任意の弱酸性イオン交換体を使用することができる。弱酸性イオン交換体は、メタクリル酸系弱酸性陽イオン交換樹脂およびアクリル酸系弱酸性陽イオン交換樹脂などの弱酸性イオン交換樹脂であることができる。たとえば、アンバーライトIRC-76（オルガノ株式会社）などの当業者に公知の弱酸性イオン交換樹脂であることができる。また、弱酸性イオン交換樹脂の他にも、セラミックおよび天然の鉱石など、イオン交換作用およびpH緩衝作用を有する任意の材料を弱酸性イオン交換体使用することができる。
【００４１】
また、本発明において使用する処理剤は、有害物質を吸着する吸着剤であってもよい。たとえば、処理剤は、ヒ素を吸着する活性アルミナ、鉄酸化物系の吸着濾過剤、マンガン酸化物、水酸化セリウム、その他のイオン交換樹脂およびキレート樹脂、並びにヒ素、鉄およびマンガンを同時に除去する鉄バクテリアを用いた生物濾過剤などであってもよい。
【００４２】
処理剤は、保持部に直接充填してもよいし、不織布などの液体透過性の袋に詰めたものを保持部に挿入してもよい。
【００４３】
本発明の浄水用カラムが取り付けられる容器は、ペットボトルなどのプラスチック容器および瓶などの、液体を保持可能な容器であれば特に限定されない。
【実施例２】
【００４４】
本発明の浄水用カラムによる殺菌効果を確認した。ミャンマーで採取した井戸水および水道水を本発明の浄水用カラムによって殺菌した。
【００４５】
本発明の一実施例として、図1に示す浄水用カラム1を作製し、弱酸性イオン交換樹脂としてアンバーライトIRC-76（オルガノ株式会社）を充填した。この浄水用カラム1を500ml容量のペットボトルに取り付けた。次いで、6％次亜塩素酸ナトリウム溶液を1滴加えた。次いで、約500mLの井戸水または水道水をそれぞれ注いだ。ペットボトル内の溶液を浄水用カラム1から逆流して通してコップに注ぎ、溶液のpHを測定した。その結果、ペットボトル内にpH6.8の弱酸性の次亜塩素酸溶液を得ることができた。
【００４６】
上記次亜塩素酸溶液を寒天プレート上に播種して培養して37℃にて数日間培養した。浄水用カラムを通していない井戸水および水道水は、数個から100個以上の細菌のコロニーを生じた。一方、浄水用カラム1を通した井戸水および水道水は、細菌のコロニーを生じなかった。上記結果から、ミャンマーの井戸水および水道水は十分に殺菌がなされていないが、本発明の浄水用カラムを通すことにより、簡易かつ迅速に殺菌された水を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明であれば、原水を簡易かつ迅速に浄水することができるため、特に発展途上国などにおいて有用な浄水装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
1、2・・・浄水用カラム
11、21・・・保持部
12、22・・・スリット（連通部）
13、23・・・係止部
14、24・・・空気孔
16、26・・・出入口
【図１】
2016013508.tif 000003
【図２】
2016013508.tif 000004
【図３】
2016013508.tif 000005