JPS62140694A

JPS62140694A - 純水の製造方法

Info

Publication number: JPS62140694A
Application number: JP28183385A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Shimatani; 俊一島谷; Jun Nakazawa; 中沢　準; Yuji Okawa; 雄士大川
Original assignee: Nitto Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1985-12-13
Filing date: 1985-12-13
Publication date: 1987-06-24

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、一般上水から純水を製造する方法に関する。

（従来の技術）従来、一般上水を原水として純水を製造するには、一般
に、原水を予備濾過し、必要に応じて逆浸透処理した後
、イオン交換処理し、蒸留し、更に、濾過する方法が採
用されている。かかる方法によって、通常、電導塵カ月
、０μＳ　／　ｃｍ以下の純水が得られる。純水の用途
によっては、更に処理が付加されることがあり、例えば
、医療用の純水の製造の場合には、薬品処理や紫外線に
よる殺菌がなされることもある。

このように、従来は、高度の純度及び性質を有して、種
々の用途に供し得る純水を得るためには、単一の工程の
みでは不十分であって、多くの工程を必要とし、従って
、製造費用が高いのみならず、製造装置の保守管理も容
易ではない。更に、このよう、に多くの工程を経る方法
によれば、工程の間に処理ずみの水を貯蔵することが必
要となり、この貯蔵の間に微生物が繁殖するおそれもあ
る。

更に、個々の工程についてみても、従来、微生物汚染の
ない純水を得るためには、酸化剤や防腐剤を使用する方
法や、或いは膜処理による方法が採用されている。しか
し、前者の方法によれば、その用途によって用い得る薬
剤が制限され、或いは得られる純水中に薬剤が残存する
おそれがあり、一方、後者の方法において、例えば、逆
浸透法によれば、駆動力として高圧を必要とするうえに
、逆浸透膜が一般に耐熱性に劣ることから、微生物が繁
殖する至適温度付近で操作せざるを得す、微生物が再び
繁殖するおそれが大きい。また、逆浸透法によれば、膜
面が汚染されて、膜の透過液量が経時的に著しく低下す
る問題がある。

（発明の目的）本発明は、上記した問題を解決するためになされたもの
であって、種々の用途に広く使用し得る高度な純水を一
般上水から容易に製造する方法を提供することを目的と
する。

（発明の構成〉本発明は、−最上水から純水を製造する方法において、
水蒸気は透過させるが、水は透過させない疎水性重合体
多孔質膜の一面側に所定の温度の上記−最上水を原水と
して接触させ、この原水から水蒸気を発生させ、これを
上記多孔質膜の他面側に透過させ、冷却して凝縮させて
凝縮水を得る第１工程と、この第１工程により得られた
凝縮水を原水として上記工程を行なって、凝縮水として
の純水を得る第２工程とを含むことを特徴とする。

本発明の方法においては、第１工程において、−最上水
を原水とし、これから発生し、疎水性重合体多孔質膜を
透過した水蒸気を冷却し、凝縮させるために、また、こ
の凝縮水を原水とする第２工程において、原水から発生
し、疎水性重合体多孔質膜を透過した水蒸気を冷却し、
凝縮させて、製品としての純水を得るために、次のいず
れかの方法によることができる。

第１の方法は、水蒸気は透過させるが、水や溶質は透過
させない疎水性重合体多孔質膜の一面側に所定の温度の
原水を接触させ、この多孔質膜の他面側に膜面から適宜
の間隔をおいて所定の低温に保持した伝熱壁を設け、上
記原水から発生し、多孔質膜を透過した水蒸気を上記伝
熱壁土で冷却し、凝縮させて凝縮水を得るものである。

第２の方法は、疎水性重合体多孔質膜の一面側に上記の
ように所定温度の原水を接触させ、他面側には所定の低
温の冷却媒体、例えば、冷却用の純水を接触させること
により、原水から発生し、多孔質膜を透過した水蒸気を
直接に冷却媒体としての純水にて冷却して凝縮させ、こ
れを冷却媒体中に得るものである。

上記いずれの方法においても、上記重合体多孔質膜は、
水に対して疎水性であり、更にカビや菌類等の微生物及
び水目体は透過させないが、水蒸気は透過させる性質を
有することが必要である。

従って、かかる疎水性重合体多孔質膜は、通常、０．０
５〜１０μｍ１好ましくは０．１〜０．４５μｍ程度の
微孔を有し、且つ、多孔度が５０％以上であることが好
ましい。また、膜厚は特に制限されるものではないが、
通常、１μｍ乃至２龍、好ましくは５０μｍ乃至１龍程
度である。

従って、本発明においては、かかる多孔質Ｄｉとして、
ポリテトラフルオロエチレン樹脂のようなフッ素系樹脂
からなる多孔質膜が、疎水性であると共に耐熱性にすぐ
れ、例えば、膜を加熱殺菌洗浄し、或いは膜処理時に一
般上水を同時に高温殺菌し得るために特に好ましく用い
られる。また、例えば、フッ化ビニリデン樹脂やエチレ
ン−テトラフルオロエチレン共重合樹脂等のようなフッ
素系樹脂の溶液又は溶融液を押出成形して得られる多孔
質膜も好ましく用いられる。しかし、例えばポリスルホ
ンやセルロース樹脂のような親水性樹脂からなる多孔質
膜でも、表面にフッ素系樹脂やシリコーン樹脂等の１ｎ
水性樹脂を被覆して疎水性の多孔質表面を付与するとき
は、これら樹脂膜も使用することができる。

次に、本発明の方法において、各工程を実施するのに好
適な単位モジュールについて、図面に基づいて説明する
。

第１図及び第２図は上記第１の方法における第１又は第
２の単一の工程を実施するために好適な単位モジュール
の一例を示す。

即ち、外管１内には上記したような疎水性重合体多孔質
膜よりなる膜管２が同軸的に配設されており、外管と膜
管との間に所定の温度の原水のための原水通路３が形成
されている。従って、外管は保温性を存することが好ま
しく、例えば樹脂より形成される。原水通路３には原水
の導入管４及び導出管５が接続され、必要に応じてこれ
ら管路に設けた加熱器６により所定の温度に加熱された
原水が上記管４及び５にて原水回路に循環して流通され
る。原水は、弁７を備えた供給管８から適宜に原水回路
に補充され、また、図示しないが、排出管により必要に
応じて原水回路から一部が排出される。

膜管２の内側には、更にこれと同軸的に伝熱管９が配設
され、前記膜管との間に蒸気拡散空間１０を有するよう
に適宜の間隔がおかれている。蒸気拡散空間は、水蒸気
の凝縮効率の点からは狭い方が好ましいが、あまり狭く
するときは、却って凝縮液の流通抵抗となるので、通常
、０．２〜５龍程度が好適である。伝熱管は伝熱性が高
（、且つ、イオン抽出のないステンレス鋼製薄肉管が好
適である。この伝熱管には冷却媒体のための導入管１１
及び導出管１２が接続され、例えば冷却水のような冷却
媒体が伝熱管内に循環して流通される。

また、蒸気拡散空間には膜管を透過し、伝熱管にて冷却
され、凝縮した凝縮水の導出管１３が接続されている。

尚、膜管を構成する前記多孔質膜は、強度が小さい場合
、図示しないが、適宜の支持体上に支持されて形成され
ていてもよい。このような支持体は、多孔質膜を補強す
ると共に、水茎気を透過させることができれば足り、例
えば、ポリアミドからなる織布又は不織布や、セラミッ
ク製の多孔質管が好適に用いられる。

また、単位モジュールは、第３図に示すように、外管１
内に複数の膜管２が配設され、各膜管が内部に伝熱管９
を有すると共に、外管と各膜管との間の空間が原水通路
３であるように構成されていてもよい。

第４図及び第５図も、前記第１の方法を実施するための
単位モジュールの例を示し、第１図と同じ部材には同じ
参照番号が１すされている。即ち、外管１内に膜管２が
同軸的に配設されており、外管と膜管との間に原水通路
３が形成されている点は、前記した第１図の単位モジュ
ールと同じであるが、この単位モジュールにおいては、
膜管２の内側にこれに接してスペーサ１４が配設され、
更に、このスペーサの内側にこれに接して伝熱管９が配
設されている。即ち、スペーサは伝熱管によって冷却さ
れるので、スペーサ自体が冷却された蒸気拡散空間を形
成していると共に、凝縮水の通路を形成する。従って、
原水から発生し、膜管を透過した蒸気は、このスペーサ
及び伝熱管にて冷却され、スペーサは凝縮した凝縮水の
導出管１３に連通されている。

このスペーサは、膜管を透過した蒸気が伝熱管まで透過
し得るように多孔質であると共に、伝熱壁によって冷却
されて８２　ｈＮした水が少なくとも所定方向に通液性
を有するごとが必要であり、更に、熱伝導性にすぐれて
いることが好ましい。図示した装置においては、スペー
サは生じた凝縮水が鉛直方向に流下し得るように、スペ
ーサは少なくとも鉛直方向に通液性を有することが必要
である。

勿論、スペーサは多孔質膜又は伝熱管表面に、又はこれ
らの両者に予め接合されていてもよい。

上記スペーサとしては、例えば、１０〜１０００メツシ
ユの天然又は合成の繊維、例えば、ポリエチレン、ポリ
エステル、ポリアミド等の繊維からなる織布、不織布、
炭素繊維布、金属網等が好ましく用いられる。スペーサ
の厚みは特に制限されるものではないが、余りに厚いと
きは、却って蒸気のｃＥ縮縮率率低下させるので、通常
、５　＋ｕ以下、特に０．２〜３龍の範囲が好ましい。

即ち、厚みの小さいスペーサを用いることにより、蒸気
拡散空間の間隔を小さくすることができると同時に水蒸
気の凝縮効率及び凝縮水又は純水の取得速度を高めるこ
とができる。

原水通路３には原水としての一般上水又は第１工程から
の凝縮水の導入管４及び４出管５が接続され、必要に応
じてこの管路に加熱器６が備えられる。原水が弁７を備
えた供給管８から原水回路に補充されるのは、前記装置
と同じである。また、伝熱管には前記と同様に、冷却媒
体のための導入管１１及び導出管１２が接続され、冷却
媒体が伝熱管内に循環して流通される。

第１図及び第２図に示した単位モジュールにおいては、
所定の温度の原水は、原水通路３にぷ入され、原水より
発生した水蒸気は膜管２を透過して蒸気空間１０に至り
、伝熱管９の表面上で冷却されて、凝縮水を生じ、伝熱
管表面を流下して凝縮水導出管１３より装置外に導かれ
る。原水中の微生物は膜管により透過を阻止され、原水
中にとどまる。

第４図に示した単位モジュールによれば、原水より発生
した水蒸気は膜管２を透過し、スペーサ１４及び伝熱管
９によって冷却され、凝縮して、スペーサを流下し・て
凝縮水導出管１３よりモジュール外に導かれる。

第６図及び第７図は前記した第２の方法を実施するのに
好適な単位モジュールの一例を示し、第１図と同じ部材
には同じ参照番号が付されている。

外管１内には前記したような疎水性重合体多孔質膜より
なる膜管２が同軸的に配設されて、外管と膜管との間に
原水通路３が形成され、この原水通路に所定の温度の原
水が流通され、膜管内には純水が冷却媒体として流通さ
れる。即ち、原水と冷却媒体としての純水が上記膜管を
介して接触される。原水通路３には原水を流通させるだ
めの導入管４及び導出管５が接続され、同様に、膜管２
にも冷却媒体を流通させるための導入管１１及び導出管
Ｉ２が接続されている。

この第２の単位モジュールによれば、原水より発生し、
膜管壁を透過した水蒸気は、冷却媒体としての純水にて
直ちに冷却されて凝縮し、冷却媒体としての純水中に回
収される。前記したと同様に、必要に応じて、原水は供
給管８より補充されつつ、加熱３６にて加熱されて、管
路４及び５により原水回路を循環され、また、冷却媒体
は、必要に応じて冷却媒体回路に設けた冷却器１４によ
り所定の温度に冷却されつつ、冷却媒体０路を循環され
、その一部は得られた凝縮水と共に取出管１５からモジ
ュール外に取り出される。

この第２の単位モジュールによれば、膜管を介して所定
の温度の原水と冷却媒体としての純水とが直接に接触さ
れるので、原水から発生した水蒸気は直ちに冷却媒体で
ある純水により冷却されて心痛し、冷却媒体としての純
水中に回収される。

従って、蒸気の透過速度が大きいのみならず、膜管と伝
熱壁との間に蒸気空間を設けた単位モジュールよりも小
型化し得、単位体積当りの有効膜面積が大きいので、効
率よく純水を得ることができる。

図示しないが、第６図に示す単位モジュールの変形とし
て、単位モジュールは、複数の膜管が外管内に収容され
、各膜管内に冷却媒体が循環され、外管内において膜管
外の空間が原水通路をなすように形成されていてもよい
。

尚、上記したいずれの単位モジュールの場合についても
、原水を外管と膜管との間の原水通路３に流通させ、膜
管内に冷却媒体を流通させるとして本発明の詳細な説明
したが、しかし、原水通路に冷却媒体を流通させ、一方
、冷却媒体通路に原水を流通させてよいのは勿論である
。

また、単位モジュールが膜管と伝熱管との間にスペーサ
を有するときは、スペーサ自体も低温の伝熱壁によって
冷却されているので、膜を透過した蒸気はスペーサ及び
伝熱壁によって直ちに冷却されて凝縮し、その結果、蒸
気の凝縮速度が大きくなって、凝縮水又は製品としての
純水を高い効率にて得ることができる。

また、図示した単位モジュールはいずれも、原水通路又
は冷却媒体通路が環状に形成されているが、膜管に代わ
る平板状の膜壁と伝熱管に代わる平板状の伝熱壁とを、
その間に蒸気拡散空間を設けて、或いは設けることなく
、少なくとも−、ｍを対向して配設し、前記外管に相当
する適宜の容器内に各通路を封入し、各通路に原水又は
冷却媒体のｗｉ環のための回路を接続すれば、前記した
各単位モジュールに対応して、断面が方形に延びる原水
通路及び冷却媒体通路を有する有する単位モジュールを
得ることができる。

更に、上記膜壁と伝熱壁とをスペーサを介して接触させ
て配設すれば、第４図に対応した！■（位モジュールを
得ることができる。このような単位モジュールも、本発
明の方法を実施するのに好適に用い得ることは明らかで
あろう。

本発明の方法においては、第８図乃至第１０図に示すよ
うに、上述したような単位モジュールを凝縮水について
直列に接続して、各単位モジュールにて各工程を行なう
。即ち、第１工程においては、原水としての一般上水を
加熱器にて所定の温度に加熱して第１の単位モジュール
Ｉに供給し、凝縮水を得る。第２工程においては、第１
工程で得られた上記凝縮水を原水とし、これを必要に応
して加熱した後、第２モジユール■にて第１工程と同様
の蒸発及び凝縮処理を行なって、製品としての純水を得
る。通常、第１及び第２の２工程からなる方法を採用す
ることによって、十分に高度の純水を得ることができる
が、より高度の純水を得る場合は、必要に応して、第２
モジユールＨの後に更にｉｌｉｌ上位ュール（図示せず
）が付加され、第２モジユールからの凝縮水を原水とし
て、後段のモジュールに供給し、このようにして、最終
−ｉｉ′Ｌ位モジュールから所要の製品純水を得る。

本発明の方法においては、第１モジユール［からの凝縮
水を第２モジユールＨに供給するに際して、第８図に示
すように、加熱器にて加熱してもよいが、また、第９図
に示すように、熱交換器に導き、ここで、第１モジユー
ルｌから排出される高温の原水と熱交換することによっ
て加熱してもよい。更に、第１０図に示すように、第１
モジユールＩにおいて、冷却水の温度を調整し、第１モ
ジユール■から得られる凝縮水の温度を所定の温度に保
持し、これを特に加熱することなく、そのまま第２モジ
ユール■に原水として供給してもよい。

第１工程において、原水の加熱温度は、高くするほど、
多くの凝縮水が得られるが、通常、５０〜８０℃程度で
ある。冷却水温度は、低い方がよいが、通常、１０〜４
０℃程度が適当である。但し、第１Ｏ図に示したように
、第１モジユールからの凝縮水を加熱せずに、そのまま
第２モジユールへの原水として供給する場合には、冷却
水温度は原水の温度よりも５〜２０°Ｃ低い温度に設定
するのか望ましい。第２工程における原水温度も、通常
、５０〜８０°Ｃ程度であり、冷却水温度は、通常、１
０〜４０°Ｃ程度が適当である。

以上のように、本発明の方法は、第１工程において、所
定の温度の一般上水を疎水性重合体多孔質膜に接触させ
、膜にてカビや菌類等の透過を抑制しつつ、この一般上
水より発生して膜を透過した水蒸気を冷却し、凝縮させ
、この凝縮水を更に原水として第２のモジュールにて再
度、同じ方法にて蒸発及び凝縮処理して純水を得るもの
であり、このように、複数の工程によるので、高純度の
純水を得ることができる。第１工程に供給する一般上水
の性質にもよるが、本発明の方法によれば、通常、電導
度が約１４０μＳ／ｃｍの一般上水を第１工程によって
電Ｗ度約１．７μＳ　／　ｃｍの凝縮水とすることがで
き、これを第２工程にて処理することによって、電専度
が１．０μＳ　／　ｃｍ又はそれ以下の純水を得ること
ができる。

更に、本発明の方法によれば、前記したような圧力差を
駆動力とする逆浸透法と異なり、温度差を駆動力として
いるために加圧を必要としないうえに、高温の一般上水
をそのまま処理することができるから、処理の過程にお
ける膜や一段上水における微生物の増殖を抑え、或いは
処理中に膜や一般上水を同時に高温殺菌することもでき
る。更に、疎水性の膜を使用するので、膜の目詰りや濃
度分極がなり、一般上水から効率よく高度の純水を得る
ことができる。

（実施例）以下に本発明の実施例を挙げる。

実施例１第１図及び第２図に示したように、直径４Ｑｍｍの合成
樹脂製外管内に、多孔質ポリアミド繊布；こて■打ちさ
れたポリテトラフルオロエチレン多孔質■りからなる直
径２４ｍｍの膜管を同軸的に配設し、更にこの膜管内に
スペーサとして厚み０．５１１ｍのポリアミド憫を重ね
、このスペーサの内面にこれと接触させて直径２Ｑｍｍ
のステンレス管を配設して、単位モジュールを構成した
。尚、上記多孔質膜は平均孔径０．２μｍの微孔を有し
、多孔度８０％であって、１１１位モジュールにおける
有効膜面積は２４０ｃｎｌである。

第１、第２、第３及び第４モジユールとして、上記単位
モジュールがそれぞれ４木、３木、２本くいずれも並列
接続）及び１本からなるモジュールを構成し、これらを
凝縮水について直列に接続して、各工程のためのモジュ
ールを構成した。

各モジュールにおいて、温度２０°Ｃの冷却水を伝熱管
内に流通すると共に、第１表に示す温度に加熱した一般
上水又は前段からの凝縮水を原水通路に循環供給し、第
４モジユールから製品としての純水を得た。

第１表に各工程におけるモジュールの有効膜面積、原水
の温度、冷却水温度、凝縮水又は製品純水の取得速度及
び性質を示す。第２工程からの凝薄氷は電導度１．０μ
Ｓ　／　ｃｍであって、前述した従来法による純水とほ
ぼ同等である。また、第４工程からは極めて高度純水を
得ることができ、この製品純水は０．３μＳ　／　ｃｍ
の電導度を有する。

実施例２実施例１と同じ単位モジュールを用いて、第１モジユー
ルと第２モジユールとからなるモジュールを構成し、こ
れら単位モジュール間に第９図に示したように熱交換器
を配設し、第１モジユールに温度７０℃の一般上水を原
水として供給すると共に、第１モジユールから排出され
る原水を加熱媒体として、第１モジユールからの凝縮水
を６５℃に加熱し、これを第２モジユールに供給し、第
２モジユールから製品としての純水を得た。

第２表に各モジュールにおける有効膜面積、原水の温度
、冷却水温度、凝縮水又は製品純水の取得速度及び性質
を示す。

実施例３実施例１と同じ単位モジュールを用いて、第１モジユー
ルと第２モジユールとからなるモジュールを構成し、第
１モジユールから温度５５°Ｃの凝縮水を得、これを加
熱することなく、そのまま第２モジユールに原水として
供給し、第２モジユールから製品としての純水を得た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法における各工程を実施するのに好
適な単位モジュールの一例を示す縦断面図、第２図は第
１図において線Ａ−Ａ線に沿う断面図、第３図は別の単
位モジュールを示す断面図、第４図は本発明の方法にお
いて特に好適に用いることができる別の単位モジュール
を示す縦断面図、第５図は第４図において線Ｂ−［３線
に沿う断面図、第６図は更に別の単位モジュールを示す
縦断面図、第７図は第６図において線Ｃ−Ｃ線に沿う断
面図である。また、第８図乃至第１０図は、本発明の方法を実施する
のに好適な単位モジュールからなるモジュールを装置構
成図である。１・・・外管、２・・・膜管、３・・・原水通路、９・
・・伝熱管、１０・・・仄気トム敗空間、１３・・・凝
ｒ宿水又は製品純水導出管、１４・・・スペーサ、１５
・・・冷却媒体取出管。特許出願人　日東電気工業株式会社代理人　弁理士　　牧　野　逸　部゛、ビシ２・第７１図第８図抄り一一一一第９図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一般上水から純水を製造する方法において、水蒸
気は透過させるが、水は透過させない疎水性重合体多孔
質膜の一面側に所定の温度の上記一般上水を原水として
接触させ、この原水から水蒸気を発生させ、これを上記
多孔質膜の他面側に透過させ、冷却して凝縮させて凝縮
水を得る第１工程と、この第１工程により得られた凝縮
水を原水として上記工程を行なつて、凝縮水としての純
水を得る第２工程とを含むことを特徴とする純水の製造
方法。
（２）第２工程により得られた凝縮水を原水とする工程
を１又は２以上繰り返して、最終工程から凝縮水として
の純水を得ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の純水の製造方法。