(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
病原性微生物を補足するための多孔質無機膜からなる筒状濾過体の内部空間に紫外線照射手段を設けた濾過ユニットを容器内に配置した濾過装置であって、該筒状濾過体の内部空間に病原性微生物が含まれる被処理水を供給する被処理水供給流路と、病原性微生物が多孔質無機膜に補足された後筒状濾過体の外周面から得られた濾過水を排出する処理水排出流路とを有することを特徴とする水濾過装置。
【請求項２】
前記濾過ユニットを複数個容器内に並列に配置したことを特徴とする請求項１に記載の水濾過装置。
【請求項３】
前記筒状濾過体の内周面の表面が二酸化チタンでコーティングされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水濾過装置。
【請求項４】
前記筒状濾過体が、焼結金属からなる多孔質無機膜であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の水濾過装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の水濾過装置の被処理水供給流路から筒状濾過体の内部空間に被処理水を供給し、筒状濾過体内の多孔質無機膜内面で被処理水中の病原性微生物を捕捉するとともに多孔質無機膜内面上に捕捉された病原性微生物を濾過ユニット内の紫外線照射手段で不活化し、筒状濾過体の外周面から濾過水を得ることを特徴とする水中の病原性微生物の除去方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の水濾過装置を用いて被処理水中の病原性微生物を除去し、一定時間毎に被処理水の濾過を停止し、筒状濾過体の外周面から内周面に向けて濾過水を供給して逆洗し、筒状濾過体の内面に捕捉された紫外線照射手段によって不活化された病原性微生物を洗い落とし、系外に排出することを特徴とする水中の病原性微生物の除去方法。
【請求項７】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の水濾過装置を２系列以上並列に設置し、各水濾過装置の逆洗のタイミングをずらし、逆洗の必要が生じた水濾過装置の逆洗用水として濾過処理中の他の水濾過装置の濾過水を使用することを特徴とする請求項６に記載の水中の病原性微生物の除去方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の水の濾過に用いられる濾過装置に関し、特に水道水、各種飲料水、自動販売機用水および医療用水や医薬品製造用水などの無菌水更には半導体装置分野等で用いられる超純水を製造するために有用な水濾過装置および該装置を用いた水中の病原性微生物の除去方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
飲用に供する水は、安全のために消毒し、各種の病原性微生物を不活化させなければならない。一般的には、塩素消毒により細菌類の不活化を行っている。塩素消毒は、大腸菌や一般細菌などの細菌類の消毒には非常に有効で、低濃度の塩素で充分殺菌することができる。しかし、近年集団感染症状を起こすことで注目されているクリプトスポリジウムなどのような耐塩素性の病原性微生物を不活化するには、塩素濃度を極めて高くする必要があり、飲用水の処理としては不向きである。
【０００３】
クリプトスポリジウムなどの耐塩素性病原体を不活化する場合には、塩素に比べてオゾンや紫外線などによる消毒の方がより効果的であるが、それでも非常にコストがかかる。例えば、オゾンでクリプトスポリジウムを不活化する場合、ＣＴ値（濃度×消毒時間）１０ｍｇ／Ｌ−ｍｉｎぐらいでやっと９９％の除去率になる。この後さらに凝集沈澱および砂濾過によりさらに除去率が上昇する。また、細菌や原虫類のサイズは比較的大きいため（菌の場合、１μｍ前後、クリプトスポリジウムの場合、３〜５μｍ前後）、コストを無視すれば、精密濾過、限外濾過などの膜処理の手段は、非常に高い病原性微生物の除去率が期待できる。
【０００４】
一方、従来の消毒方法に比べて処理コストを大幅に低減できる水処理装置が提案されている（ＷＯ９６／０５１４１）。この装置は、予め砂濾過器によって濾過された濾過水を膜で仕切られた容器の中に流入させ、水中の微生物を膜面でトラップしながら紫外線照射し、トラップした微生物を不活化させる水処理装置である。また、トラップして不活化した微生物を一定の間隔の逆洗により膜面から洗い落とし、次の全く同じ装置のなかでもう一回不活化処理を行う。この水処理装置の場合、膜面で捕捉した微生物に対して不活化処理を行うため、紫外線の利用率が非常に高くなり、処理コストを低減できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＷＯ９６／０５１４１の水処理装置は、非常に有効なものであるが、平膜を使用しているため単位容積当たりの有効濾過面積が小さく、かつ膜面以外への紫外線照射光は有効に利用できない等の欠点がある。さらに逆洗水が最終的に処理水に合流するため、末端処理水は紫外線により完全に不活化できなかった微生物によりコンタミするおそれもある。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、病原性微生物を除去し効率的に不活化する水濾過装置および水中の病原性微生物を除去する方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１に係る本発明は、病原性微生物を補足するための多孔質無機膜からなる筒状濾過体の内部空間に紫外線照射手段を設けた濾過ユニットを容器内に配置した濾過装置であって、該筒状濾過体の内部空間に病原性微生物が含まれる被処理水を供給する被処理水供給流路と、病原性微生物が多孔質無機膜に補足された後筒状濾過体の外周面から得られた濾過水を排出する処理水排出流路とを有することを特徴とする水濾過装置に関するものである。
【０００８】
上記課題を解決するための請求項２に係る本発明は、前記濾過ユニットを複数個容器内に並列に配置したことを特徴とする請求項１に記載の水濾過装置に関するものである。
【０００９】
上記課題を解決するための請求項３に係る本発明は、前記筒状濾過体の内周面の表面が二酸化チタンでコーティングされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水濾過装置に関するものである。
【００１０】
上記課題を解決するための請求項４に係る本発明は、前記筒状濾過体が、焼結金属からなる多孔質無機膜であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の水濾過装置に関するものである。
【００１１】
上記課題を解決するための請求項５に係る本発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の水濾過装置の被処理水供給流路から筒状濾過体の内部空間に被処理水を供給し、筒状濾過体内の多孔質無機膜内面で被処理水中の病原性微生物を捕捉するとともに多孔質無機膜内面上に捕捉された病原性微生物を濾過ユニット内の紫外線照射手段で不活化し、筒状濾過体の外周面から濾過水を得ることを特徴とする水中の病原性微生物の除去方法に関するものである。
【００１２】
上記課題を解決するための請求項６に係る本発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の水濾過装置を用いて被処理水中の病原性微生物を除去し、一定時間毎に被処理水の濾過を停止し、筒状濾過体の外周面から内周面に向けて濾過水を供給して逆洗し、筒状濾過体の内面に捕捉された紫外線照射手段によって不活化された病原性微生物を洗い落とし、系外に排出することを特徴とする水中の病原性微生物の除去方法に関するものである。
【００１３】
上記課題を解決するための請求項７に係る本発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の水濾過装置を２系列以上並列に設置し、各水濾過装置の逆洗のタイミングをずらし、逆洗の必要が生じた水濾過装置の逆洗用水として濾過処理中の他の水濾過装置の濾過水を使用することを特徴とする請求項６に記載の水中の病原性微生物の除去方法に係るものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明装置で処理するための被処理水としては、多孔質無機膜からなる筒状濾過体の濾過寿命を延ばすために、凝集沈澱や濾過等の公知の方法で予め除濁されたものが好ましい。
【００１５】
本発明装置の、濾過手段としての膜は、例えば断面が円形や三角形等の多角形状をなした筒状に形成された多孔質無機膜である。ただし、制作が容易で強度的にも優れており、かつデッドスペースが生じないという点で、特に円筒状のものが好ましい。多孔質無機膜の材質は特に限定されるものではないが、例えば、ステンレス粉末等の金属で焼結した焼結金属、アルミナ粒子で固めたセラミックス等を挙げることができる。無機膜である理由は、高い流束に耐えられることと、紫外線照射に耐えられること、すなわち紫外線照射によって膜材質が劣化することがないことである。また、多孔質無機膜のポアサイズは、１〜２μｍが好ましい。ポアサイズが１μｍより小さいと、濾過抵抗が大きくなり、高い濾過流束が得られらくなる。また、２μｍより大きくなると、クリプトスポリジウム等の病原性微生物が漏れる恐れがある。
【００１６】
本発明装置は、筒状濾過体の内部空間に被処理水を供給し、筒状濾過体の内周面で病原性微生物を捕捉するものである。捕捉した病原性微生物を、筒状濾過体の内部空間内に設けた紫外線照射手段から照射された紫外線により不活化するものである。従って、紫外線は３６０度に渡って、膜面まで照射されるので、従来の平膜を使用した場合に比べ、２倍以上の紫外線利用率が得られる。つまり単位膜面積当たりの紫外線照射強度を同じくすれば、従来の半分の紫外線ランプ数ですむ。本発明装置によってクリプトスポリジウム等の病原性微生物を不活化することを目的とする場合、紫外線ランプとしては波長２５４ｎｍ付近の紫外線を照射するこのとできる低圧水銀ランプを用いるのが好ましく、紫外線ランプの出力は、１００ｍＷ・秒／ｃｍ2〜１０００ｍＷ・秒／ｃｍ2程度でよい。
【００１７】
なお、本発明の水濾過装置は上記のような病原性微生物の不活化の他に、例えば被処理水中の有機物を紫外線照射によって酸化分解する目的に使用することができ、このような場合は紫外線ランプとして波長１８５ｎｍ付近の紫外線を照射することのできる低圧水銀ランプを用いるのが好ましい。ただし、紫外線ランプとしてはこれらに限定されるものではなく、目的に応じて種々の波長のものを使用することができる。
【００１８】
本発明装置に用いる、筒状濾過体の内周面の表面を二酸化チタンでコーティングすることにより、光触媒作用により、紫外線による殺菌効果あるいは酸化効果が向上するので、好ましい。
【００１９】
本発明装置では、紫外線の照射により捕捉された病原性微生物を不活化しているため、この時同時に被処理水中に含まれる有機物が酸化されて副生物が生成し、飲用に好ましくない副生物が極めて微量ではあるが生成する虞れがある。そのため、本発明装置から得られる濾過水を、活性炭で処理して副生物を吸着、除去することが好ましい。
【００２０】
本発明処理装置の多孔質無機膜の透過速度は被処理水の水質および濾過圧等にもよるが、一般的には２０〜２００ｍ3／ｍ2／ｈで行うとよい。濾過継続時間は、５〜３０ｍｉｎ程度が適切であり、それ以上になると膜の目詰まりが発生しやすくなるし、また濾過継続時間が短くなると水の回収率が少なくなるので好ましくない。
【００２１】
図１により本発明の水濾過装置の一実施形態を説明する。
【００２２】
本発明の水濾過装置１は、多孔質無機膜からなる例えば円筒状の筒状濾過体２の内部空間の略中心に紫外線照射手段としての紫外線ランプ３を例えば円筒状の容器４内に設けたものである。筒状濾過体２の内部空間に被処理水を供給する被処理水供給流路５が設けられ、水中の病原性微生物は、筒状濾過体２の内周面上に捕捉され、病原性微生物が除去された濾過水が筒状濾過体２の外周面から流出し、処理水排出流路６から排出される。この時、筒状濾過体２の内部に流入した被処理水中の病原性微生物および筒状濾過体２の内周面上に捕捉された病原性微生物は、紫外線ランプ３から照射された紫外線によって不活化される。
【００２３】
一定時間、濾過を継続すると多孔質無機膜が目詰まりするので、濾過処理を停止し、処理水排出流路６から該水濾過装置１によって処理済みの濾過水を流入させて、逆洗し、逆洗排水排出流路７から逆洗排水を系外へ排出する。なお、本例では上記逆洗の際に排出される逆洗排水を逆洗排水排出流路７から排出するようにしたが、後述の実施形態に示すごとく逆洗排水排出流路７を設けず、逆洗排水を被処理水供給流路５から排出するようにしてもよい。
【００２４】
上述のごとく、逆洗に使用する水は水濾過装置１で予め処理されて病原性微生物が除去された濾過水を使用するとともに、濾過処理の停止時に水濾過装置１の内部に残留している被処理水中の病原性微生物も紫外線ランプ３からの紫外線照射によって不活化されているので、逆洗によって上記水濾過装置１から排出される逆洗排水中には病原性微生物が含まれておらず、したがって、逆洗排水はなんらの殺菌処理を施すことなく系外に放流することができる。
【００２５】
なお、筒状濾過体の内部空間に紫外線ランプを有しない濾過ユニットを備えた水濾過装置を用いて、病原性微生物を含む被処理水を処理することも考えられるが、この場合は筒状濾過体の内周面上に捕捉された活性を有する病原性微生物が膜面から除去されて逆洗排水中に混入するため、逆洗排水を殺菌（不活化）処理してからでないと放流できないので、逆洗排水の殺菌処理装置が新たに必要となるとともに処理工程も煩雑となる。
【００２６】
図２により、本発明の水濾過装置を水中の病原性微生物の除去に適用した場合の水の処理方法の一実施形態を説明する。
【００２７】
図２において、まずバルブ８，１０を開放し、バルブ９を閉じておく。被処理水を被処理水供給流路５から水濾過装置１に供給し、病原性微生物を筒状濾過体（不図示）の内周面上に捕捉する。捕捉された病原性微生物は、濾過ユニット内部に収容された紫外線ランプ（不図示）から照射された紫外線により不活化される。濾過された濾過水は、処理水排出流路６を経て、処理水貯槽１１に溜まる。筒状濾過体２の目詰まりを解消するために、一定時間毎に逆洗処理を行う必要がある。逆洗処理を行うには、まずバルブ８，１０を閉じ、バルブ９を開放し、処理水貯槽１１内に貯留されている濾過水を逆洗用水として逆洗水ポンプ１２で処理水排出流路６を経て、供給する。逆洗用水は、筒状濾過体の外周面から浸透し、内周面に捕捉された懸濁物質や病原性微生物の不活化されたものを剥離して、逆洗水排出流路７から排出され、バルブ９を経て、逆洗排水槽１３に流入する。前述のごとく、逆洗排水中には活性を有する病原性微生物は含まれていないので、逆洗排水は、排水としてそのまま放流してもよく、また被処理水（原水）に返送してもよい。
【００２８】
図３により、本発明の水中の病原性微生物の除去方法の他の実施形態を示す。図３は、水濾過装置を２系列並列に設け、逆洗による濾過処理の中断時間をなくすための装置例のフロー図である。
【００２９】
本実施形態例の装置においては、２系列の水濾過装置１および１’を、両者が同時に逆洗操作に入ることのないように互いに運転間隔をずらして運転する。まず、２系列同時に濾過処理を行っている段階では、バルブ８およびバルブ８’を開放し、バルブ９、９’およびバルブ１４、１４’を閉じた状態でポンプ１５により２系列の水濾過装置１、１’に被処理水供給流路５、５’を介して被処理水を供給する。被処理水は、筒状濾過体（不図示）の内部空間に供給され、筒状濾過体の内周面上で病原性微生物が捕捉され、透過した処理水（濾過水）が処理水排出流路６、６’およびバルブ１０、１０’を経て、処理水貯槽１１に溜まる。一定時間濾過操作を行って、例えば水濾過装置１が逆洗時期に達したら、別系統の水濾過装置１’で濾過操作を行っている間に、水濾過装置１の逆洗操作を行う。まず、バルブ９およびバルブ１４を開放し、バルブ１０およびバルブ１４’を閉じる。ついで逆洗ポンプ１２を稼働し、処理水貯槽１１内の濾過水を逆洗用水としてバルブ１４および処理水排出流路６を経て、水濾過装置１に供給する。筒状濾過体の内周面上に捕捉された病原性微生物は、逆洗用水により洗い流され逆洗排水排出流路７およびバルブ９を経て、系外に放出される。
【００３０】
水濾過装置１の逆洗操作が終了したら、再び水濾過装置１および１’により濾過処理を継続すればよい。このような濾過操作を行っている間に、別系統の水濾過装置１’が逆洗の時期に達した場合は、上記と同様にして水濾過装置１’の逆洗操作を行えばよい。別系統の水濾過装置１’の逆洗操作は、水濾過装置１の逆洗操作と同様であるので、説明を省略する。
【００３１】
図３に示した実施形態のように、水濾過装置を２系列もしくはそれ以上並列に設置することにより、連続して濾過操作を行いながら逆洗操作を行うことができ、処理効率が向上する。
【００３２】
図４に本発明の水濾過装置の他の実施形態の一例を示す。なお、図４において
矢印は水の流れを示している。
【００３３】
本実施形態では、筒状濾過体２の内部に紫外線ランプ３を設けた濾過ユニットを円筒状の容器４内に複数並列に設けた例であり、大量の被処理水を濾過する場合に好適に用いられる。濾過ユニットを複数並列に設ける場合には、各ユニットの筒状濾過体２を軸方向に向けた状態で各筒状濾過体２の両端部を仕切り板１５，１５’で保持すると共に各筒状濾過体２の両端開口部を、容器４の両端に形成された被処理水室１６を介して被処理水供給流路５に連通させ、また、両仕切板１５，１５’間に、各筒状濾過体２が収容された濾過水室１７を形成すると共に、該濾過水室１７を処理水排出流路５に連通させ、被処理水が被処理水室１６を介して筒状濾過体２の内部に供給され、濾過水は濾過水室１７に集水されて処理水排出流路６から排出されるようにすればよい。また、本例では、図１に示した装置と異なり逆洗排水排出流路を設けておらず、したがって、逆洗排水は被処理水供給流路５から排出すればよい。
【００３４】
なお、複数の濾過ユニットを同一容器内に収容してなる濾過装置の構造は、図４に示した実施形態のものに限定されるものではなく、要は、被処理水供給流路５から供給される被処理水を各筒状濾過体の内部空間に導入し、また、各筒状濾過体の外側に得られる濾過水を濾過水室に集水して容器外に流出させる構造であればいかなる構造であってもよい。
【００３５】
また、図４では、濾過ユニットを容器４内に水平に配設した横型の水濾過装置の例を示したが、濾過ユニットを容器内に垂直に配設して縦型の水濾過装置としてもよい。
【００３６】
【実施例】
実施例１
浄水場の砂濾過水に１リットル当たり１０個のクリプトスポリジウムのオーシストを添加した後、図２に示したような病原性微生物除去装置に濾過圧１．５ｋｇ／ｃｍ2、濾過速度２０ｍ3／ｍ2／ｈの条件下で濾過した。筒状濾過体としてステンレス製焼結金属フィルターからなる円筒状（外径：１５ｃｍ、厚さ：３ｍｍ）の多孔質無機膜（公称濾過孔径：２μｍ）を使用した。
【００３７】
使用した水濾過装置の筒状濾過体の内部には、ほぼ中心に主波長が２５４ｎｍの２本の低圧水銀ランプ（紫外線ランプ）が設置されており、濾過面積当たり５００ｍＷ・秒／ｃｍ2の紫外線強度で紫外線を照射した。濾過継続時間を６分とし、その後１分間逆洗した。逆洗水量は、濾過水量の２％とした。濾過水および逆洗排水をサンプリングし、クリプトスポリジウムの測定を行った。結果を表１に示す。なお、蛍光発光検体数とは、生存検体および死滅検体を含む全ての検体数である。
【００３８】
【表１】
0003813338.tif 000002
【００３９】
表１に示した結果から明らかなように、本願発明装置により、被処理水中に含まれたクリプトスポリジウムのオーシストは、筒状濾過体により捕捉され、濾過水中にはほとんど含まれていない。捕捉されたクリプトスポリジウムのオーシストは逆洗排水中に含まれているが、ほぼ完全に紫外線により不活化されており、そのまま放流しても問題ないことが分かる。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１、請求項５および請求項６に記載された本発明は、多孔質無機膜により水中のクリプトスポリジウム等の病原性微生物を容易に除去でき、また筒状濾過体の内部空間に設けた紫外線照射手段により捕捉した病原性微生物を効率的に不活化することができ、さらに濾過膜が多孔質無機膜であるため紫外線照射によって膜が劣化することがない。
【００４１】
請求項２に記載された本発明は、濾過ユニットを複数個容器内に並列に配置したことにより、同一容量の容器であれば濾過膜面積を増やすことができ、同一の濾過膜面積であれば水濾過装置全体の大きさを小さくすることができるので、大量の水を処理する場合に極めて有利である。
【００４２】
請求項３に記載された本発明は、多孔質無機膜の内面を二酸化チタンでコーティングしたため、捕捉した病原性微生物の不活化あるいは被処理水中の有機物の酸化をより効率的に行うことができる。
【００４３】
請求項４に記載された本発明は、多孔質無機膜を焼結金属とすることにより、膜強度が向上し、濾過圧を高められるので、より大量の水を短時間で処理することができる。
【００４４】
請求項７に記載された本発明は、水濾過装置を２系列以上並列に設置したため、連続して病原性微生物の除去操作を行うことができ、逆洗操作に伴うロスがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水濾過装置の一実施形態を示す断面模式図。
【図２】本発明の水濾過装置を用いた、水処理方法の一実施形態を示すフロー図。
【図３】本発明の水濾過除去装置を用いた、水処理方法の他の実施形態を示すフロー図。
【図４】本発明の水濾過装置の他の実施形態を示す断面模式図。
【符号の説明】
１，１’  水濾過装置
２  筒状濾過体
３  紫外線ランプ
４  容器
５，５’  被処理水供給流路
６，６’  処理水排出流路
７，７’  逆洗排水排出流路
８，９，１０，１４，８’，９’，１０’，１４’  バルブ
１１  処理水貯槽
１２，１４  ポンプ
１５  仕切り板
１６  被処理水室
１７  濾過水室
【図１】
0003813338.tif 000003
【図２】
0003813338.tif 000004
【図３】
0003813338.tif 000005
【図４】
0003813338.tif 000006