JP4083189B2 - 水処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、プール、浴場の浴槽といった大型の水槽から、ビルの屋上などに配置される給水槽、一般家庭用の浴槽といった小型の水槽まで、種々の水槽に貯留された被処理水を滅菌処理することができる、新規な水処理装置に関するものである。

たとえば屋内外に設置されたプール、あるいは旅館の浴場や公衆浴場における浴槽などは、その水質を維持するために定期的に、いわゆる（サラシ粉、高度サラシ粉）や次亜塩素酸ソーダ（ＮａＣＩＯ）の水溶液を投入して滅菌処理をする必要がある。

しかし従来は、この作業を、プールや浴場の従業者などが手作業で行っており、しかもカルキや次亜塩素酸ソーダの水溶液は刺激性を有するため、とくに営業時間内に投入する際には十分に注意しながら作業を行わねばならないなど、処理をするのに大変な労力を要するという問題があった。

また、とくにカルキは固形粉末であるため、投入後、溶解して濃度が均一になるまでに時間を要し、その間、プールや浴槽を使用できないという問題もあった。この発明の目的は、上記のような種々の水槽に貯留された被処理水を、簡単かつ効率的に滅菌処理することができる、新規な水処理装置を提供することにある。
特開平９−１８９１４１号公報

そこで、本願出願人は、上述のような各水槽に貯留された被処理水を電解槽に導き、電気化学反応により滅菌処理した後、再び水槽に戻す水処理経路を備えた水処理装置を発明した。

この発明した水処理装置では、電極を有する電解槽へ被処理水を供給し、被処理水に対して電気化学反応（いわゆる電気分解）を施す。施された電気化学反応により、塩素ガス、次亜塩素酸（ＨＣＩＯ）、次亜塩素酸イオン等が発生し、それらが被処理水に溶けることによって、被処理水が滅菌されるようになっている。

ところが、プールや浴場のように入水者人数や天候、気温などによって被処理水の水質の変動が激しい水槽の場合、例えば、入水者人数が急激に増えて被処理水の水質が急速に悪化すると、電解槽で行われる電気分解だけでは滅菌処理が追いつかないことがあった。この場合、電気分解に加えて薬液などを手作業で加える方法で滅菌処理することになり、作業者の管理負担が増えるだけでなく、水質が安定しない等の虞があった。

この発明は、上述のような課題を解決し、簡単かつ効率的に滅菌処理を行い、良好な水質を維持することのできる新規な水処理装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、被処理水を貯留する水槽と、
少なくとも２枚の電極板からなる電極組に通電して電気分解を行う第１の電解槽と、
この第１の電解槽内に塩素イオンを含み且つ電気化学反応を促進する作用を有する電解質溶液を満たした状態で、上記電極組に通電して電解質を電解処理することで、滅菌作用を有する滅菌液を製造すると共に、製造した滅菌液を前記水槽に供給させる供給経路と、
前記被処理水の残留塩素濃度を測定する残留塩素センサと、
この残留塩素センサで測定された被処理水の残留塩素濃度に基づき、前記水槽に供給させる滅菌液の流入量を制御する制御手段とを備えた水処理装置において、
前記制御手段は、前記第１の電解槽で製造される滅菌液の濃度を所定の濃度に調整する濃度調整手段を有するとともに、この濃度調節手段は、第１の電解槽に満たされる電解質溶液の濃度を調整する手段を含み、
さらに、前記電解質溶液を貯留するタンクを備え、
前記電解質溶液の濃度を調整する手段は、前記タンク内の電解質溶液と希釈用の水の両方の供給量を調節することで電解質溶液を希釈し、前記第１の電解槽内の電解質溶液の濃度を調整することを特徴とする水処理装置である。

請求項２に記載の発明は、前記供給経路には定流量ポンプが設けられ、被処理水の残留塩素濃度に応じて定流量ポンプが動作して一定量の滅菌液を前記水槽へ供給することを特徴とする請求項１に記載の水処理装置である。

請求項１の構成によれば、第１の電解槽の電極組に通電し電解質溶液を電気分解することであらかじめ製造し、貯留しておいた滅菌液を、被処理水の水質に応じて随時水槽へ供給することで、入場者人数や天候、気温などによって変化する被処理水の水質に応じて、滅菌液の投入量を即座に変更できるようになる。従って、プールなどの営業時間中に入場者などが急激に増加したり、天候の変化による気温や水温の上昇などによって残留塩素濃度の急激な低下が見込まれる際などに対しても、残留塩素濃度をできるだけ速やかに回復させることができるようになり、その水質をほぼ安定させることが可能となる。そして、入場者人数が少なく、滅菌液をそれほど必要としないときに第１の電解槽にて滅菌液を予め製造して貯留し、残留塩素濃度の急激な減少に対する準備をしておくことができるので、例えば、入場者人数が急増しても滅菌処理能力に十分余裕をもたせて水質を調節することができるようになる。

そして、電解槽で製造される滅菌液の濃度を、濃度調整手段によって所定の濃度に調整できるので、電極組による電気化学反応の効率を高めたり、入場者数や天候、気温などによって変化する被処理水の水質に応じて滅菌液の濃度を調節して、装置の処理能力を任意に調整することができるようになる。

また、滅菌液の濃度の制御は、第１の電解槽に貯留される電解質溶液の濃度を調節することにより達成することができる。このとき、タンク内の電解質溶液と希釈用の水の両方の供給量を調節することで電解質溶液を希釈し、第１の電解槽内の電解質溶液の濃度を調整するようにしているので、電解質溶液の濃度を緻密にすばやく調整可能である。

以下に図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図３は、この発明の一実施形態にかかる水処理装置１を、プールや浴場の浴槽などの大型の水槽２に組みこんだ構造を簡略化して示す図である。

図に見るように水槽２には、循環ポンプ２２によって多量の被処理水を常時、図中二重実線の矢印で示す方向に循環させるための主循環経路２０が設置されている。

２１は砂ろ過のためのフィルター、２３は熱交換器である。水処理装置１の水処理経路１０は、図中実線の矢印で示すように、上記主循環経路２０の、フィルター２１と熱交換器２３の間の分岐点Ｊ１から分岐して、複数枚の電極板からなる電極組Ｅ１と、図示しない微細気泡除去用のフィルターを内蔵した、第２の電解槽となる循環処理用電解槽１３を経たのち、上記分岐点Ｊ１より下流側の合流点Ｊ２で、再び上記主循環経路２０に合流するように接続されている。

上記水処理経路１０の、分岐点Ｊ１から循環用電解槽１３に至る途上には順に、開閉弁Ｂ１、流量調整のための調整弁Ｂ２、Ｂ３、流量計Ｓ１、電磁弁Ｂ４、導電率センサ１２及び残留塩素濃度を測定するための残留塩素センサ２６が配置されている。

水処理経路１０の循環処理用電解槽１３から合流点Ｊ２に至る途上には順に、循環用電解槽１３内から被処理水を送出することで、被処理水を水処理経路１０内で循環させるための送出用ポンプＰ１、調整バルブＢ７、逆流防止のための逆止弁Ｂ８、流量調整のための調整弁Ｂ９が配置されている。

そして、上記構成の水処理装置１は以下のように動作する。水槽２の水は循環ポンプで汲み出され、フィルタ２１で有機物が除去される。そして分岐点Ｊ１で熱交換器２３を通って水槽２に還流される水と水処理経路１０に流入される水とに分かれる。水処理経路１０に流入される水は調整弁Ｂ１、電磁弁Ｂ２、Ｂ３によってその流量が調整され、流量計Ｓ１、電磁弁Ｂ４を経た後、導電率センサ１２及び残留塩素センサ２６を通って循環処理用電解槽１３へ与えられる。導電率センサ１２では循環処理用電解槽１３へ与えられる被処理水の電気伝導度である導電率が測定される。また、残留塩素センサ２６では被処理水の残留塩素濃度が測定される。

循環処理用電解槽１３では電極組Ｅ１に直流電流が通電されることにより、被処理水の電気分解が行われる。電気分解では電極組Ｅ１の電極間に電気化学反応が生じ、この反応により発生する次亜塩素酸イオン、塩素ガス、次亜塩素酸、活性酸素などによって、被処理水の滅菌処理が行われる。

循環処理用電解槽１３で滅菌処理された被処理水は、循環ポンプＰ１によって汲み出され調整バルブＢ７、逆止弁Ｂ８、調整弁Ｂ９を経由して分岐点Ｊ２から再び主循環経路２０へと流れ込んで水槽２内へ流入する。これにより、水槽２内の水が滅菌処理されるようになる。

更に図３において、水処理経路１０には、複数枚の電極板からなる電極組Ｅ２を内蔵した第１の電解槽となるバッチ処理用電解槽１４を有している。

そして、このバッチ処理用電解槽内１４に食塩などの塩素イオンを含み且つ電気化学反応を促進する作用を有する電解質の水溶液を満たした状態で、電極組Ｅ２に通電して一定時間前記電解質溶液を電解処理することで、滅菌作用を有する滅菌液を製造すると共に、製造した滅菌液を貯留タンク１５に貯留し、貯留タンク１５内の滅菌液を随時水処理経路１０に供給する供給経路３５がその終端部を前記水処理経路１０に接続されている。

詳しくは、前記調整バルブＢ２と調整バルブＢ３との間の分岐点Ｊ３で前記水処理経路１０から分岐して調整バルブＢ５と、電磁弁Ｂ６を経てバッチ処理用電解槽１４に接続された後、電磁弁Ｂ１０を介して貯留タンク１５に導入され、送出用ポンプＰ２を経た後、調整バルブＢ７と逆止弁Ｂ８との間の位置で再び水処理経路１０と合流するように、供給経路３５が形成されている。

また、前記供給経路３５の前記電磁弁Ｂ６とバッチ処理用電解槽１４との間には、飽和食塩水等の電解質溶液が貯留された塩水タンク３１が定流量ポンプＰ３を介して接続されている。

そして、供給経路３５は以下のように動作する。

定流量ポンプＰ３および電磁弁Ｂ６が駆動されて所定濃度の電解質溶液がバッチ処理用電解槽１４に供給され、図示しない水位センサＷ１によって電解質溶液の水位が所定水位に維持される。バッチ処理用電解槽１４内では供給された電解質溶液が電気分解されて次亜塩素酸や次亜塩素酸イオン等からなる滅菌液が製造される。そして製造された滅菌液は、電磁弁Ｂ１０によって順次貯留タンク１５に貯えられる。貯留タンク１５内に供給された滅菌液は図示しない水位センサＷ２の検出値に基づいて電磁弁Ｂ１０が制御されて貯留タンク１５の満水位まで溜められる。そして溜められた滅菌液は、残留塩素センサ２６からの被処理水の残留塩素濃度に応じて定流量ポンプＰ２によって随時汲み出され、水処理経路１０に供給される。これによって、上記循環処理用電解槽１３による滅菌処理だけでは滅菌に時間がかかるような場合には、貯留タンク１５内の滅菌液が水処理経路１０に流入されて被処理水が滅菌処理される。

図４は図３の水処理装置１の電気的な構成を示すブロック図である。

図に示すように、上記電極組Ｅ１、Ｅ２をそれぞれ個別に通電制御しつつ水処理経路１０、および供給経路３５を構成する各部を作動させる制御部４０を備えている。

制御部４０内には、各部の動作のタイミングを規定するタイマと、例えば電極組の通電量の基準となるしきい値などを記憶したメモリが備えられている。制御部４０には、図３で説明した水処理装置１に備えられた各種のセンサ類からの検知信号が与えられる。即ち、残留塩素センサ２６、ＰＨセンサ２３、導電率センサ２４および水位センサＷ１，Ｗ２の検知信号は制御部４０へ与えられる。

制御部４０ではこれら与えられる検知信号に応じ、予め定める動作プログラムに従って水処理装置１の動作を制御する。具体的には、制御信号をドライバ４３へ与え、そしてドライバ４３は、与えられる信号に基づいて、電極組Ｅ１、Ｅ２への通電出力（通電電流）、通電時間等の通電制御を行い、かつ各弁Ｂ１〜Ｂ１０の開閉および調整、並びに各ポンプＰ１〜Ｐ３の駆動制御を行う。

図５は、制御部により行われる制御のうち、バッチ処理用電解槽１４および貯溜タンク１５に対する制御の流れを示すフローチャートである。

バッチ処理用電解槽１４内で生成され、貯留タンク１５に貯留された滅菌液は、水槽２内の被処理水の残留塩素濃度に応じて、残留塩素濃度が規定値より低下している場合のみ送出用ポンプＰ２を作動して一定量の滅菌液を水処理経路１０を通じて水槽２内に供給する。残留塩素濃度が規定値を満たしている場合は、送出用ポンプＰ２を停止した状態のまま待機するよう制御部によって制御されるようになっている。

まず水処理装置１の電源が投入され、水処理経路１０を構成する各部を作動させると共に電磁弁Ｂ６を駆動してバッチ処理用電解槽１４内に被処理水の供給が開始されると、制御部はまず水位センサＷ１の検出値に基づきバッチ処理用電解槽１４の水位が下限水位Lminとなっているか否かの確認を行う（ステップＳ１、Ｓ２）。水位が下限水位になるまでは給水をつづけ、下限水位に到達したら、電磁弁Ｂ６を閉じて被処理水の給水を停止する（ステップＳ３）。

次に、飽和食塩水を吐出する定量ポンプＰ３を駆動してバッチ処理用電解槽１４へ塩水タンク３１から飽和食塩水の供給を行い、先にバッチ処理用電解槽１４内に溜めてある被処理水でもって飽和食塩水を希釈することにより電解質溶液の濃度調整を開始する（ステップＳ４）。

そして、電極組Ｅ２へ一定の直流電圧を印加して電気分解を行い滅菌液の製造を開始して、ステップ６へ進む（ステップＳ５）。

ステップ６では、電極組Ｅ２の電極間に流れる電流値が制御部によって検出される。そして、その電流値Ｉを予めメモリに記録されている、滅菌液の濃度に対応するしきい値Ｉaと比較して、電流値Ｉがしきい値Ｉaに達するまで電極組Ｅ２に流れる電流値を継続して検出する。

上記しきい値Ｉaは、滅菌液の濃度と電流値との関係を予め実験的にデータ化しておき、ユーザーが図示しない設定手段にて設定した滅菌液の希望濃度に対応する電流値が当てはめられる。

ステップＳ７で電流値Ｉがしきい値Ｉaに達したら、即ち、ユーザーが設定した滅菌液濃度に対応する電解質溶液の濃度となる電極組Ｅ２の電流値に達したら、定流量ポンプＰ３を停止して飽和食塩水の供給を中止し、タイマーのカウントをスタートさせると共に電解質溶液の電気分解を継続して行う（ステップＳ８，Ｓ９）。

タイマーのカウント値が予め記憶されたカウント値Ｔ１に達したら、電極組Ｅ２への通電を停止して電気分解をストップし、ステップＳ１２ヘ進む。

ステップＳ１２では、電磁弁Ｂ１０を駆動してバッチ処理用電解槽１４で製造された滅菌液を貯留タンク１５に移送する。バッチ処理用電解槽１４の水位が０になったら電磁弁Ｂ１０を停止して滅菌液の移送を停止する。

そして、貯留タンク１５内の滅菌液が満水Pmaxになるまで上記ステップＳ１〜Ｓ１４が繰り返し行われる。

尚、この実施例ではバッチ処理用電解槽１４に供給される電解質溶液の濃度を変更する方法として、予め溜めておいた被処理水に塩水タンク３１から飽和食塩水を供給して電解質溶液の濃度調整を行う構成としているが、これに限らず、先にバッチ処理用電解槽１４内に所定量の飽和食塩水を貯留しておき、水槽からの被処理水や水道水でもって飽和食塩水を希釈することで電解質溶液の濃度を調整する構成としても良い。また、塩水タンク３１からの飽和食塩水と希釈用の被処理水の両方の供給量を変更するようにすると、電解質溶液の濃度を緻密にすばやく調整可能である。

また、製造される滅菌液の濃度を電極組Ｅ２に流れる電流値に基づく電解質溶液の濃度でもって間接的に調整しているが、電解槽で製造された滅菌液の濃度を直接測定する残留塩素センサをバッチ処理用電解槽の下流側に別途配置し、この残留塩素センサの検出値に基づいて滅菌液の濃度制御を行う構成としても良い。このような構成とすることにより、製造された滅菌液の濃度を直接測定できるので、より正確に滅菌液の濃度管理を行うことができるようになる。

尚、上述の実施例では、電解槽において、電気分解によって製造される滅菌液の濃度を電解槽に供給される電解質溶液の濃度によって制御しているが、例えば、電極組に供給される電気量、即ち電気分解の電流量（電荷量）を調整することによりによっても滅菌液の濃度調整を達成することが可能である。

図６は、この発明の他の実施態様にかかる水処理装置１の構成を示す図である。図の水処理装置１の図３の実施例との相違点は、バッチ処理用電解槽１４で製造された滅菌液が送出される供給経路３５の終端が、水処理経路の主循環路２０の合流点J2付近に接続されているのに代えて、循環処理用電解槽１３に供給経路３５の終端を接続した点にある。

詳しくは、貯留タンク１５の最下流側には、滅菌液を被処理水に供給する供給経路３５の後半部分の配管がその吸込口を貯留タンク１５の底部に位置させて配置されており、途中に設けられた送出用ポンプＰ２を介して、循環処理用電解槽１３の電極組よりも下流側で気液分離フィルタ１３bの上流側に接続されている。供給経路３５の吐出口３５aは循環処理用電解槽１３の蓋体１３aを貫通して電解槽内の水面より上の空間に開放させている。

この例の上記供給経路３５以外の部分の構成は、先の例と同じであるので、同一箇所の同一部材については同一符号を付して、その説明は省略する。

図の水処理装置１では、被処理水の残留塩素濃度に応じて、貯留タンク１５に貯留された滅菌液を定流量ポンプＰ２によって図中矢印で示すように一定の流量で循環処理用電解槽１３に供給することで被処理水の滅菌処理が行われる。

このように、バッチ処理用電解槽１４で製造された滅菌液を循環処理用電解槽内１３に合流させる構成とすることにより、滅菌液が循環処理用電解槽内１３や水処理経路１０を通過している間でＣｔ値が上がるので、より高い滅菌効果を得ることが可能となる。特に、電極組E1よりも下流側で循環処理用電解槽１３に合流させることにより、供給した滅菌液が電極組E1による電気分解で逆反応を起こし滅菌効果が減少する不具合を未然に防止できるようになる。

尚、上記実施例では、供給経路３５の吐出口３５aを循環処理用電解槽１３に接続する構成としたが、供給経路３５の水処理経路１０への接続位置は循環処理用電解槽１３より上流側であれば水処理経路１０のどの位置に接続してもＣｔ値が上がるので同様の作用効果を得ることができる。

この発明は、以上で説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。

残留塩素濃度と電解時間の関係を表すブラフである。 電解質の利用率と電解質溶液の濃度の関係を表すグラフである。 本発明の一実施形態にかかる水処理装置を簡略化して示す図である。 図３の水処理装置の電気的な構成を示すブロック図である。 制御部で行われる制御内容の内、バッチ処理用電解槽で製造される滅菌液の濃度制御の流れを示すフローチャートである。 この発明の他の実施形態に係る水処理装置を簡略化して示す図である。

符号の説明

１ 水処理装置
１３ 第２の電解槽
１０ 水処理経路
１４ 第１の電解槽
Ｅ１，Ｅ２ 電極組
３５ 供給経路

Claims (2)

1. 被処理水を貯留する水槽と、
   少なくとも２枚の電極板からなる電極組に通電して電気分解を行う第１の電解槽と、
   この第１の電解槽内に塩素イオンを含み且つ電気化学反応を促進する作用を有する電解質溶液を満たした状態で、上記電極組に通電して電解質を電解処理することで、滅菌作用を有する滅菌液を製造すると共に、製造した滅菌液を前記水槽に供給させる供給経路と、
   前記被処理水の残留塩素濃度を測定する残留塩素センサと、
   この残留塩素センサで測定された被処理水の残留塩素濃度に基づき、前記水槽に供給させる滅菌液の流入量を制御する制御手段とを備えた水処理装置において、
   前記制御手段は、前記第１の電解槽で製造される滅菌液の濃度を所定の濃度に調整する濃度調整手段を有するとともに、この濃度調節手段は、第１の電解槽に満たされる電解質溶液の濃度を調整する手段を含み、
   さらに、前記電解質溶液を貯留するタンクを備え、
   前記電解質溶液の濃度を調整する手段は、前記タンク内の電解質溶液と希釈用の水の両方の供給量を調節することで電解質溶液を希釈し、前記第１の電解槽内の電解質溶液の濃度を調整することを特徴とする水処理装置。
2. 前記供給経路には定流量ポンプが設けられ、被処理水の残留塩素濃度に応じて定流量ポンプが動作して一定量の滅菌液を前記水槽へ供給することを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。