JP2017064574A - 水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】井戸水等の浄化に使用される水処理装置において、簡便かつ経済的な手段で再生率高く洗浄を行い、気泡がろ材に長時間保持されないため水処理時におけるろ材への濁質成分吸着阻害を抑制することを目的とする。【解決手段】水に含まれる濁質成分などを除去するための水処理装置１において、井戸または貯水槽から水を吸引して吐出するための電動式ポンプ３と、ろ材１５を内封したろ過装置４を備える。ろ材１５の洗浄時、ろ過装置４へ洗浄水を導入する上流洗浄配管８と、上流洗浄配管の途中に気体導入手段１２と、ろ過装置内部下方に設置される流体均一化手段１３と、ろ過装置内圧力調整手段１４を有する構成により、ろ過装置内で気液混合流体の気泡が局所的な場所に存在することなくろ材を均一に流動させ、気体の水への気体溶解量を所望の状態で制御することで気泡径を所望の大きさで一定に保つため、再生率が高くろ材の洗浄を行うことができる。【選択図】図１

Description

本発明は、小規模施設用の水処理装置であって、井水、河川水、雨水、水道水等（被処理水）の中に含まれる濁質成分の除去などにより水の浄化を行う水処理装置に関するものである。

下水、各種廃水、用水、海水など各種原水中の懸濁粒子を高速ろ過できる技術として繊維ろ材を使用したろ過技術等が挙げられる。ろ材を用いた水処理は、ろ材間に懸濁物質が付着することで水中の懸濁物質除去が行われるが、処理量の増加とともにろ材への懸濁物質付着量が増大し、ろ材に目詰まりが生じるなどして、水処理性能が低下してくる。そのため、所定の処理量ごとにろ材を洗浄する事が必要となる。従来、この種の水処理装置は、目詰まりが生じたろ材を洗浄する洗浄機構や逆洗機能を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、その水処理装置について説明する。

図６に示すように、水処理装置１００は濾過槽１０１と、濾過槽１０１内に透水性の受け板１０２と押え板１０３を備え、その間に線材束の小球状の濾材１０４を層状に挿入し、且つ押え板１０３を洗浄機構としての駆動装置１０５により上下移動させることで濾材１０４の洗浄を行うことになっている。

また、懸濁物質が付着したろ材の洗浄を効果的に行うために、逆洗機能にはろ過装置下方に堆積しているろ材を逆洗水により良好に分散、流動させる手段が必要である。そのような手段として、空気と逆洗水の混合流体をろ過装置へ導入し、繊維ろ材を分散、流動させる手段を用いているものもある（例えば、特許文献２参照）。空気と逆洗水の混合流体として、逆洗水中にマイクロバブルを発生させ、マイクロバブル含有流体によりろ材を洗浄している。

特開平６−３１１１３号公報 特許第７４８３３８号公報

このような従来の水処理装置においては、マイクロバブルを前記ろ材に付着・流動させることで、ろ材から懸濁物質を剥離させて洗浄を行う構成となっていたので、ろ材へ付着したマイクロバブルから発生した浮力によりろ材が上方に偏って分布するため、ろ材の流動が良好に行われず洗浄不足になり、加えて、マイクロバブルがろ材に付着し長時間保持されるため、ろ材洗浄後の水処理時におけるろ材への濁質成分吸着を阻害するという課題を有していた。水処理時において、ろ材への濁質成分吸着が阻害されると、水処理性能が低下する可能性がある。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、ろ材が上方に偏って分布することなく、ろ材への過剰な気泡付着に起因する、水処理時におけるろ材への濁質成分吸着阻害を抑制した水処理装置を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明に係る水処理装置は、ろ材洗浄時、ろ過装置へ洗浄水を導入する上流洗浄配管と、前記上流洗浄配管の途中に気体導入手段と、前記ろ過装置内部下方に設置される流体均一化手段と、ろ過装置内圧力調整手段を有したものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、ろ過装置内部下方に設置される流体均一化手段と、ろ過装置内圧力調整手段を有する構成にしたことにより、ろ過装置内において気液混合流体の気泡が局所的な場所に偏って存在することなくろ材を均一に流動させ、気体の水への気体溶解量を所望の状態で制御することで気泡径を所望の大きさで一定に保つため、マイクロバブルのような微細すぎる気泡の発生を抑制することが可能となるので、水処理によりろ材へ付着した汚れが残留せず再生率高く洗浄が行われ、気泡がろ材に長時間保持されず、水処理時におけるろ材への濁質成分吸着阻害を抑制することができる。

本発明の実施の形態１の水処理装置の水処理時の構成を示す模式図 本発明の実施の形態１の水処理装置の洗浄時の構成を示す模式図 本発明の実施の形態２の水処理装置の洗浄時の構成を示す模式図 本発明の実施の形態３の水処理装置の洗浄時の構成を示す模式図 本発明の実施の形態４の水処理装置の洗浄時の構成を示す模式図 従来の水処理装置を示す模式図

本発明に係る水処理装置は、ろ材洗浄時、ろ過装置へ洗浄水を導入する上流洗浄配管と、前記上流洗浄配管の途中に気体導入手段と、前記ろ過装置内部下方に設置される流体均一化手段と、ろ過装置内圧力調整手段を有する。これにより、ろ過装置内に気液混合流体の気泡がろ過装置内で局所的な場所に存在することなく逆洗水によりろ材を良好に分散・流動させ、気体の水への気体溶解量を所望の状態で制御して気泡径を所望の大きさで一定に保つことでマイクロバブルのような微細すぎる気泡の発生を抑制することが可能となるので、水処理によりろ材へ付着した汚れが残留せず再生率高く洗浄を行い、気泡がろ材に長時間保持されないため水処理時におけるろ材への濁質成分吸着阻害を抑制することができる。

また、下流洗浄配管に流量調整手段を有するという構成にしてもよい。これにより、ろ過装置内の圧力を制御すると同時に逆洗水の吐出流量を制御する事が可能となるので、逆洗水の吐出量を抑え、逆洗のための使用水を低減するという効果を奏する。

また、ろ過装置内のろ材を見ることができるろ材確認窓を備え、前記ろ材確認窓は高さが異なる位置に少なくとも２つ以上設置され、前記ろ材確認窓の大きさが、洗浄時のろ材間の距離を確認することができる大きさである構成にしてもよい。これにより、洗浄時にろ過装置内でろ材が高さ方向に均一に分布し、所望のろ材間距離が確保されているかを見ることが可能となるので、洗浄においてろ材がろ過装置内で良好に分散している理想的な状態であるかを確認できるという効果を奏する。

また、ろ過装置内へ光を入射する光源と、前記光源からろ過装置内へ入射した光を検出する検出手段を備え、前記光源と前記検出手段の間の光路を２つ以上設定するという構成にしてもよい。これにより、各光路での透過光の光量を比較することで、人の目による観察をすることなく、洗浄時にろ過装置内のろ材が均一に分布しているかどうかを検知することが可能になるので、ろ材がろ過装置内で良好に分散している理想的な状態であるかを確認できるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１および図２に示すように、水処理装置１は、井戸または貯水槽から原水を取水する目的で設置された配管２に繋がる電動式ポンプ３と、電動式ポンプ３の下流に接続されるろ過装置４と、ろ過と逆洗浄とを選択的に切替可能な切替バルブ５を備えている。ろ過装置４は、切替バルブ５を介して接続された、ろ過装置４へ原水を導入する上流浄水配管６と、ろ過装置４から浄化後の処理水を排出する下流浄水配管７、切替バルブ５を介して接続された、ろ過装置４へ逆洗水を導入する上流洗浄配管８、ろ過装置４から洗浄後の排水を排出する下流洗浄配管９が接続されている。また、ろ過装置４は、ろ材１５を封入した容器であり、ろ材１５を内部に投入し、またはろ材１５を外部に取出し可能な構成となっている。上流洗浄配管８には、洗浄時に上流洗浄配管８内を通過する水に気体を導入し、気液混合流体とするための気体導入手段１２が設置される。下流洗浄配管９には流量調整手段１１が設置される。

洗浄時にろ過装置４へ導入される気液混合流体の入り口部分には流体均一化手段１３を備え、ろ過装置４にはろ過装置４内の圧力を調整するためのろ過装置内圧力調整手段１４を備える。

水処理時には、切替バルブ５により上流浄水配管６を流路として選択し、電動式ポンプ３により原水がろ過装置４内へ導入される。ろ過装置４内へ導入された原水はろ材１５間を通過する際に、原水中の濁質成分がろ材１５表面へ吸着することで水が浄化される。原水を浄化することで得られた処理水は下流浄水配管７および浄水供給バルブ１０を通って水処理装置１の外へ排出され、濁質成分の除去などにより浄化された水として利用される。

原水を浄化する際に濁質成分が吸着したろ材１５を洗浄する時には、切替バルブ５により流路を切替ることで上流洗浄配管８内を流路として選択し、電動式ポンプ３により原水がろ過装置４内へ導入される。その際、気体導入手段１２より導入される気体と混合された気液混合流体が上流洗浄配管８内を通過し、流体均一化手段１３により、気液混合流体中に含有する気泡１６はろ過装置４中へ局所的に発生することなく均一に導入される。ろ過装置４内の圧力はろ過装置内圧力調整手段１４により調整されながら洗浄が行われ、洗浄排水は下流洗浄配管９を通って水処理装置１の外へ排出される。

配管２、上流浄水配管６、下流浄水配管７、上流洗浄配管８および下流洗浄配管９に用いられる配管部材は、ポンプの水圧に耐えられる材質、構造であればよいが、耐久性、加工のしやすさから、例えば、塩化ビニル樹脂や鋼管、あるいはこれらの複合材料を用いた直管が使用できる。なお、呼び径は損失水頭が低くなるよう大きい方が好ましく、例えば１５から５０ミリメートルのもので、厚みは１から５ミリメートル程度のものが好ましい。

各構成要素の接続は、それぞれを直接接続する方法か、あるいは配管部材を介して行う方法のいずれか特に限定されないが、各構成要素の配置や操作性を考慮して接続方法を決めることが好ましい。また、各配管部材の途中に、必要に応じてバルブや分岐、エルボなどの部材を設置してもよい。

気体導入手段１２は、配管内に気体を導入するためにコンプレッサ等で昇圧した空気を液体配管内に注入する分岐構造を有する分岐配管であり、コンプレッサの代わりにガスボンベを接続した分岐配管であってもよい。

電動式ポンプ３は、井戸あるいは貯水槽から原水を吸い上げ吐出するための電動機駆動ポンプであって、例えば渦巻きポンプ、ジェットポンプ、カスケードポンプなどの遠心ポンプや、軸流ポンプ、斜流ポンプなどがある。一般家庭において井戸水の浄化に用いる場合は、浅井戸であれば１０メートルから２０メートル程度、深井戸であれば２０メートルから３０メートル程度の高さを吸い上げる必要があり、後段の配管やろ過装置の損失水頭を考慮すると、電動式ポンプ３は２０メートル程度の揚程があるものがよく、渦巻きポンプやジェットポンプなどの遠心ポンプがより好ましい。

また、電動式ポンプ３は電源スイッチで運転を操作する非自動式ポンプか、圧力ろ過装置および圧力スイッチを備えて所定の圧力以下で自動的に動作する自動式ポンプがあり、本実施形態の水処理装置１にはいずれの方式のポンプも使用することができる。電動式ポンプ３で吐出する流量は、例えば５リットルから５０リットル毎秒程度であるが、一般家庭において井戸水の浄化を目的とするのであれば５リットルから１５リットル毎秒程度が得られるような揚程と流量の特性をもつようなポンプが好ましい。

原水に含まれる粗大粒子や凝集物、砂塵など、直径１マイクロメートル以上の濁質成分は、ろ過装置４に封入されているろ材１５の表面に汚れとして堆積する。水処理装置１の浄化性能を維持するためには、ろ材１５を定期的に洗浄して、その表面に堆積している汚れだけをろ過装置４の外に排出できることが好ましい。

ろ材１５の洗浄には、水と空気の気液混合流体を、気泡１６がろ過装置４の内部で局所的に偏ることなく、均一かつ一定にろ過装置４の内部へ導入することが重要である。そのため、気液混合流体をろ過装置４の下部から導入する際に流体均一化手段１３を通過させることで局所的な気泡１６の偏りを抑制する。流体均一化手段１３としては、多孔質板、水流により動作する攪拌翼など、電力を必要としない手段が望ましい。

また、ろ材の洗浄にとって効果的なろ過装置４内の状態は、ろ材の形状、大きさによって様々であるが、一般的には、ろ材間の距離が大きくろ材がろ過装置４の内部で均一に分布し、ろ材間に水が流動している状態である。ろ材１５が均一にろ過装置４の内部に分布するためには、ろ材１５の重さ・表面積と、導入される気液混合流体中の気泡１６の大きさ・上昇速度のバランスが重要となるため、洗浄時に導入される気液混合流体の気泡１６はろ過装置４の内部においてその大きさが制御されることが望ましい。そのため、水処理装置１はろ過装置４の内部の圧力を調整可能なろ過装置内圧力調整手段１４を備える。

液体中の気泡はその内圧が外圧よりも高い（ヤングラプラスの式より）。一方、気体の液体への溶解度は圧力により決まる（ヘンリー則）。そのため、ろ過装置４内の気泡１６の溶解量を制御して気泡１６の大きさを安定に保つためにはろ過装置４の内部の圧力を所望の圧力にて安定に保持することが重要である。

ろ過装置内圧力調整手段１４は、ろ過装置４内の圧力を規定範囲内で一定に保持することが可能な手段であり、例えば、上限値は規定範囲の上限値を超えると圧力調整手段の開閉口が開放されてろ過装置４内の圧力が低下する機構により調整され、下限値は規定範囲の下限を下回ると圧力調整手段の開閉口が閉じる機構により調整される手段である。調整可能な圧力範囲下限値は大気圧となり、加圧は電動式ポンプ３により行われるため、調整可能な圧力上限値は電動式ポンプの最高許容圧力値である。

上限値調整手段と下限値調整手段は同一の手段機構により達成されてもよく、別々の手段機構でもよい。

ろ過装置４内の圧力の規定範囲はろ材１５の洗浄時にろ材１５をどのように分散・流動したいかにより任意に設定することができるが、上限値が高圧すぎると、気体の液体への溶解度が増し、気泡内部の空気が液体へ溶解し微小化するため、高圧すぎない圧力範囲に定めることが好ましい。

ろ過装置内圧力調整手段１４としては安全弁や定圧弁等の電力を必要としない手段が望ましく、流量調整手段１１としては手動流量調整バルブ等の電力を必要としない手段が望ましい。

上記構成において、水処理装置１はろ過装置４内に導入される気液混合流体の気泡１６がろ過装置内の局所的な場所で発生することなく、マイクロバブルのような微細な大きさで消滅しにくい気泡の発生が抑制されることで、気泡１６がろ材に長時間保持されないためろ材１５へ付着した汚れが残留せず洗浄が行われ、水処理時におけるろ材への濁質成分吸着阻害を抑制することができる。

下流洗浄配管９に設置される流量調整手段１１は必ずしも必要ではないが、流量調整手段１１により、下流洗浄配管９内の流量を減少させると、ろ過装置４内の圧力が上昇するので、広い範囲でろ過装置４内の圧力を制御することができる。つまり、気泡１６の溶解量を制御して気泡１６の大きさを制御する範囲を拡大することができる。

また、ろ過装置４内の圧力を制御すると同時に洗浄排水の流量を調整することが可能となるため、洗浄排水の吐出量を抑えることでろ材１５の洗浄時に使用する水の使用量を削減することが可能となる。また、洗浄排水の吐出量を増加させることでろ材１５の洗浄時間短縮を図ることが可能となる。

（実施の形態２）
図３に示すように、水処理装置１は、ろ過装置内のろ材を見ることができるように、透明なアクリル板やガラス板などの光を透過する素材により形成されたろ材確認窓１７を備える。前記ろ材確認窓１７はろ過装置４の側面において高さが異なる位置に少なくとも２つ以上設置され、その大きさが、洗浄時に流動しているろ材１５間の距離を確認することができる大きさである。ろ材確認窓１７が設置される垂直方向の高さは、個々のろ材種類により、洗浄時のろ材の分布状態を示す指標であるろ材展開高さの最適値によって異なるため、ろ材確認窓の設置位置を規定する規定高さａ、規定高さｂはろ材の種類により異なるが、規定高さｂにより規定されるろ過装置４の上方に設置されたろ材確認窓１７は最適展開高さ付近に設置され、ろ材１５の洗浄時にろ材１５が最適展開高さまで分布していることが確認できることが望ましい。規定高さａにより規定される下方のろ材確認窓１７はろ材が上方に偏って流動していないかどうかを確認するための確認窓であるため、規定高さｂから規定高さａまでの距離が最適展開高さ以内であり、ろ過装置下方に設置されることが望ましい。

ろ材確認窓１７の大きさは、前述したように、洗浄時に流動しているろ材１５間に洗浄に必要な十分な距離が確保されているかを確認可能な大きさであり、この大きさは個々のろ材種類に依存するものである。ただし、大きすぎると外光の進入によりろ過装置４内に藻が発生するという弊害が起きる可能性があるため、洗浄時のろ材１５間の距離を確認できる必要最低限の大きさであることが望ましい。

上記構成において、ろ材１５の洗浄時にろ過装置４内でろ材間距離が確保され、ろ材が均一に分布しており、洗浄において理想的な状態であるかを確認することが可能となる。
ろ材１５の洗浄時にろ過装置４内でろ材１５が偏っていることを確認した場合には、ろ過装置４内の圧力の調整をすればよく、気液混合流体の気泡１６の分布状態を調整し、ろ材の偏りを解消することができる。

（実施の形態３）
図４に示すように、水処理装置１は、ろ過装置４内へ光を入射する光源１８と、前記光源からろ過装置内へ入射した光を検出する検出手段１９を備え、前記光源と前記検出手段の間の光路２０を２つ以上設定される構成である。

光源１８、検出手段１９、光路２０は、洗浄時のろ過装置４内でのろ材１５の分布状態を確認するための手段であり、複数の光路２０を通過する光強度を測定し、比較確認することで、ろ過装置４内のろ材１５が均一に分布しているかを検知することが可能である。

例えば、光強度が弱い光路２０ではろ材１５が分散せず密に偏った状態であることを推測でき、光強度が強い光路２０ではろ材１５の存在が少ない状態であることを推測できる。複数の光路２０における光強度を比較し著しく異なる場合、ろ過装置４内のろ材１５の分布が均一でないことが検知可能となる。

光源１８はろ過装置４内を通過することが可能な波長や強度の光を照射する光源であり、透過光を測定する装置に使用される一般的な光源でよく、ＬＥＤ、半導体レーザ、タングステンランプなどが挙げられるが、前記目的を達成できるものであればこれに限らない。また、光源１８と検出手段１９の間の光路２０の途中に反射板を設け、光路２０を所望の方向に屈曲させてもよい。

上記構成において、ろ材１５の洗浄時にろ過装置４内でろ材１５が均一に分布しているかどうかを自動で検知することが可能となる。ろ材１５の洗浄時にろ過装置４内でろ材１５が偏っていることを確認した場合には、ろ過装置４内の圧力の調整をすればよく、気液混合流体の気泡１６の分布状態を調整し、ろ材の偏りを解消することができる。
本実施の形態では、ろ材の偏りを自動で検知するので、圧力の調整も自動で実施してもよい。

（実施の形態４）
図５に示すように、水処理装置１において、上流洗浄配管８に設置される電気駆動式ではない気体導入手段２２と、前記気体導入手段２２の上流側に設置される流量調整手段２１を有する。電力を必要としない気体導入手段２２の構造は、例えば、ベンチュリ構造等であり、管内の流体の流れを絞ることによって、流速を増加させて、低速部にくらべて低い圧力を発生させ空気を吸引する機構である。そのため、 気体吸入量の制御は管内流速を制御することにより可能となり、安定に気体を吸入するためには管内の流速を一定に保つことが重要である。これらを制御するために気体導入手段２２の上流部に流量調整手段２１を設置することができる。流量調整手段２１としては手動バルブなどの電力を必要としない手段が望ましい。

上記構成において、気泡１６を装置内へ導入するための高圧力を発生させるための、コンプレッサ等が不要となるため、電力を必要とする設備を使うことなく、ろ過装置４内に水と気体が混合された気液混合流体を導入し、気体導入量を一定に保持し、ろ材１５の洗浄を行うことができる。

本発明にかかる水処理装置は、再生率が高くろ材の洗浄を行うことができ、また、水処理時におけるろ材への濁質成分吸着阻害を抑制することができるので、井戸水や貯留水の浄化に使用される家庭用水処理装置等として有用である。

１ 水処理装置
２ 配管
３ 電動式ポンプ
４ ろ過装置
５ 切替バルブ
６ 上流浄水配管
７ 下流浄水配管
８ 上流洗浄配管
９ 下流洗浄配管
１０ 浄水供給バルブ
１１ 流量調整手段
１２ 気体導入手段
１３ 流体均一化手段
１４ ろ過装置内圧力調整手段
１５ ろ材
１６ 気泡
１７ ろ材確認窓
１８ 光源
１９ 検出手段
２０ 光路
２１ 流量調整手段
２２ 気体導入手段

Claims (4)

1. 水に含まれる濁質成分を除去するための水処理装置において、井戸または貯水槽から水を吸引して吐出するための電動式ポンプと、ろ材を内封したろ過装置を備え、ろ材洗浄時、ろ過装置へ洗浄水を導入する上流洗浄配管と、前記上流洗浄配管の途中に気体導入手段と、前記ろ過装置内部下方に設置される流体均一化手段と、下流洗浄配管と、ろ過装置内圧力調整手段を有する水処理装置。
2. 前記下流洗浄配管に流量調整手段を有する請求項１記載の水処理装置。
3. 前記水処理装置において、ろ過装置内のろ材を見ることができるろ材確認窓を備え、前記ろ材確認窓は高さが異なる位置に少なくとも２つ以上設置され、前記ろ材確認窓の大きさが、洗浄時のろ材間の距離を確認することができる大きさである請求項１または２記載の水処理装置。
4. 前記水処理装置において、ろ過装置内へ光を入射する光源と、前記光源からろ過装置内へ入射した光を検出する検出手段を備え、前記光源と前記検出手段の間の光路を２つ以上設定する請求項１から３のいずれか一項に記載の水処理装置。

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