JPWO2011099578A1 - 浄水装置 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば(特許文献1)には海水(又はかん水)の淡水化装置、(特許文献2)には無菌水溶液を製造する系、(特許文献3)には下水等の汚水を処理する水処理装置が開示されている。
そして、近年では、世界規模で水不足が深刻な問題となりつつあり、産業廃水、生活廃水などを含む有機性廃水の再利用技術に対する要望が社会的に高まっている。
中でも逆浸透膜や限外ろ過膜などの膜ろ過法を用いることにより、工業用、農業用、あるいは家庭用の用水として利用可能な極めて良好な水質を持つ再生水を造水する方法が注目されている。
(1)逆浸透膜や限外ろ過膜によるろ過では、溶液(原水)中に溶解している無機イオンや有機物などの成分を分離、除去することができるが、濃縮或いは沈殿したコロイド、難溶解性塩類、バクテリアなどの不純物が逆浸透膜(限外ろ過膜)の表面に付着又は増殖することにより、ろ過膜が目詰まりし、ろ過(透水)性能が経時的に劣化して、製造されるろ過水の純度(水質)が低下し易く、ろ過膜の長寿命性、ろ過水の水質安定性に欠けるという課題があった。
(2)また、目詰まりによってろ過性能が低下した場合、薬液循環ラインによってアルカリ性又は酸性の洗浄剤を循環させてろ過膜を洗浄した後、大量の水でろ過膜に残留した薬液を洗浄除去しなければならず、煩雑な作業が必要で、メンテナンス性、省資源性、環境保全性に欠けるという課題があった。
(3)さらに、薬液洗浄によってろ過膜の透水性が回復しても、ろ過膜自体が化学的に劣化し、水質が回復しないことがあり、その場合は、ろ過膜を交換しなければならず、省資源性、耐久性に欠けるという課題があった。
(4)また、逆浸透膜(限外ろ過膜)による逆浸透水(限外ろ過水)の製造においては、加圧ポンプが間欠運転されるが、この間欠運転は加圧ポンプに負担をかけるだけでなく、逆浸透膜(限外ろ過膜)にも脈動負荷をかけ、ろ過膜への物理的な負担が大きく、原水濃縮による膜付着物も増加し、装置及びろ過膜の長寿命性、耐久性、動作の安定性に欠けるという課題があった。
(5)膜ろ過によるろ過水の溶存酸素濃度は、原水溶存酸素濃度の影響を受けて変動し易く、品質(溶存酸素濃度)の安定性に欠けるという課題があった。
本発明の請求項1に記載の浄水装置は、ろ過部に配設されたろ過膜で部分ろ過を行う循環型の浄水装置であって、原水が貯留される原水タンクと、前記原水タンクと前記ろ過部を接続し前記原水タンクから前記ろ過部に前記原水を供給する原水供給ポンプ及び原水供給弁を有する原水供給ラインと、前記原水供給ラインの前記原水供給ポンプより上流側と前記ろ過部を接続し前記ろ過部で固体粒子が濃縮された濃縮水を循環させる濃縮水循環ラインと、前記ろ過部に接続され前記ろ過部でろ過されたろ過水を排出するろ過水排出弁を有するろ過水排出ラインと、前記ろ過水排出ラインから排出されるろ過水を貯留するろ過水タンクと、前記濃縮水循環ラインから分岐して前記濃縮水を前記原水タンクに排出する濃縮水排出弁を有する濃縮水排出ラインと、前記濃縮水排出ラインの前記濃縮水排出弁より下流側に配設され前記原水タンク内をバブリングする原水側気泡発生部と、前記ろ過水排出ラインの前記ろ過水排出弁より上流側から分岐して前記濃縮水循環ラインの前記濃縮水排出ラインとの分岐位置より下流側で前記濃縮水循環ラインに接続されて前記ろ過水を洗浄水として供給するろ過水供給弁を有する洗浄用ろ過水供給ラインと、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
(1)原水が貯留される原水タンクと、原水タンクとろ過部を接続し原水タンクからろ過部に原水を供給する原水供給ポンプ及び原水供給弁を有する原水供給ラインと、原水供給ラインの原水供給ポンプより上流側とろ過部を接続しろ過部で固体粒子が濃縮された濃縮水を循環させる濃縮水循環ラインを備えるので、原水供給ポンプを連続運転して原水供給ラインとろ過部との間で濃縮水を循環させながらろ過を行うことができ、原水供給ポンプの負荷を低減することができ、耐久性、動作の安定性に優れる。
(2)濃縮水循環ラインから分岐して濃縮水を原水タンクに排出する濃縮水排出弁を有する濃縮水排出ラインを備えるので、必要に応じて濃縮水循環ラインを循環する濃縮水の一部を排出して濃縮水が過度に濃縮することを防止し、ろ過膜の目詰まりを低減することができ、ろ過の効率性に優れる。
(3)濃縮水排出ラインの濃縮水排出弁より下流側に配設され原水タンク内をバブリングする原水側気泡発生部を備えることにより、有機物又は鉄、マグネシウム、マンガン、カルシウムなどを酸化させて沈殿させることができるので、原水タンク内の上澄み液をろ過部に供給して短時間で効率的にろ過することができ、ろ過の効率性に優れる。
(4)ろ過水排出ラインのろ過水排出弁より上流側から分岐して濃縮水循環ラインの濃縮水排出ラインとの分岐位置より下流側で濃縮水循環ラインに接続されてろ過水を洗浄水として供給するろ過水供給弁を有する洗浄用ろ過水供給ラインを備えることにより、ろ過膜の原水側をろ過水で洗浄することができるので、薬液による洗浄を不要とし、若しくはその頻度を大幅に削減し、環境保護性に優れ、ろ過膜が化学的に劣化することがなく、ろ過膜の耐久性、長寿命性に優れる。
原水供給ポンプは、原水タンクから原水を吸引して、ろ過部に供給すると共に、ろ過部で濃縮される濃縮水を循環させることができるものであればよいが、遠心ポンプ等が好適に用いられる。
原水供給弁、ろ過水排出弁、ろ過水供給弁としては、いずれも電磁弁が好適に用いられる。
原水側気泡発生部は、気泡を発生させることができるものであればよいが、濃縮水排出ラインから濃縮水を排出する際に発生する負圧を利用して、周囲の空気を排水管内に吸い込んで気泡を発生させるものが好適に用いられる。排水エネルギーを有効に利用することができ、特別な動力を必要とせず、省エネルギー性に優れるからである。
この構成により、請求項1の作用に加え、以下のような作用を有する。
(1)洗浄用ろ過水供給ラインのろ過水供給弁より下流側に配設された切替弁と、ろ過水供給弁と切替弁の間で洗浄用ろ過水供給ラインから分岐して原水タンクに接続された排水ラインを有するので、ろ過時に洗浄用ろ過水供給ラインのろ過水供給弁を閉じ、切替弁を開くことにより、洗浄用ろ過水供給ラインの一部を利用して、排水ラインから原水タンクへ濃縮水の排出を行うことができ、配管を簡素化して装置を小型化することができ、省スペース性、量産性に優れる。
(2)排水ラインが濃縮水排出ラインと並列に配設されるので、洗浄用ろ過水供給ラインの切替弁の開閉と、濃縮水排出ラインの濃縮水排出弁の開閉を選択することにより、循環中の濃縮水の排出量と原水タンク内でのバブリング量を調整することができ、濃縮水の濃度を適度に保持してろ過膜の目詰まりを防止することが可能で、ろ過の効率性に優れる。
ここで、切替弁は洗浄用ろ過水供給ラインにおける開閉量を調整できるものがあればよいが、電磁弁が好適に用いられる。切替弁は洗浄用ろ過水供給ラインからろ過水を供給する際に、ろ過水の供給量を調整することができると共に、濃縮水循環ラインからの濃縮水の排水の有無及び濃縮水の排水量を調整することができる。
この構成により、請求項1又は2の作用に加え、以下のような作用を有する。
(1)ろ過水排出ラインのろ過水排出弁より上流側とろ過水タンクを接続し、ろ過水を循環させるろ過水循環ポンプを有するので、ろ過水を循環させてろ過水排出ラインの管内壁にろ過水中のミネラル分などが付着することを防止でき、メンテナンス性に優れる。
ここで、ろ過水循環ポンプは、ろ過水タンクからろ過水を吸引して循環させることができるものであればよい。
また、ろ過水排出ラインのろ過水循環ラインとの分岐位置より下流側から分岐してろ過水取水ラインを設けることにより、ろ過水循環ポンプの動力を利用してろ過水を必要な量だけ取り出して系外に供給することができ、省エネルギー性に優れる。
この構成により、請求項3の作用に加え、以下のような作用を有する。
(1)洗浄用ろ過水供給ラインのろ過水供給弁より下流側から分岐してろ過水タンクに接続されろ過水タンク内をバブリングするろ過水側気泡発生部を有するろ過水バブリング用ラインを備えることにより、ろ過水タンク内でバブリングされたろ過水を洗浄水として利用することができるので、ろ過膜に付着したコロイドや難溶解性塩類等の物質を酸化作用で剥離させることができ、化学反応による洗浄効率の向上を図ると共に、ろ過膜の劣化を抑えることができ、長寿命性に優れる。
ここで、ろ過水側気泡発生部は、気泡を発生させることができるものであればよいが、ろ過水バブリング用ラインからろ過水を排出する際に発生する負圧を利用して、周囲の空気を排水管内に吸い込んで気泡を発生させるものが好適に用いられる。排水エネルギーを有効に利用することができ、特別な動力を必要とせず、省エネルギー性に優れるからである。
この構成により、請求項4の作用に加え、以下のような作用を有する。
(1)原水側気泡発生部及びろ過水側気泡発生部が、筒状の液体流入管と、液体流入管の下流側に連設され液体流入管の内径より大きな内径を有する筒状の液体流出管と、液体流出管の上流側の周壁に穿設され液体流出管と連通する複数の空気導入微孔を有するので、液体流入管から流入した濃縮水やろ過水が、液体流出管を通過することにより、液体流出管の内部の圧力が外部より低くなり、外部の空気が空気導入微孔から液体流出管の内部に吸い込まれ、内部を流れる濃縮水やろ過水と混合、攪拌され濃縮水やろ過水を簡便にバブリングすることができる。
(2)濃縮水排出ラインやろ過水バブリング用ラインを通過する濃縮水やろ過水の排水エネルギーを利用してバブリングを行うことができ、別途、動力を必要とせず、省エネルギー性に優れ、構成を簡素化して装置を小型化することができ、省スペース性に優れる。
液体流出管の内径が、液体流入管の管径の2倍よりも小さくなるにつれ、液体流出管を通過する流体と液体流出管の内壁面との間に形成される隙間が小さく(空気層が薄く)なり、空気導入微孔から吸い込まれる空気の量が減少して、気泡が発生し難くなる傾向があり、液体流入管の管径の5倍よりも大きくなるにつれ、液体流出管を通過する流体の速度が配管抵抗より低下し、負圧が発生し難くなって、空気の吸い込み量が減少すると共に、液体流出管を通過する流体と液体流出管の内壁面との間に形成される隙間が大きく(空気層が厚く)なり、液体流出管を通過する流体と空気導入微孔から吸い込まれる空気が混合、攪拌され難くなって、気泡発生量が低下し易くなる傾向があり、いずれも好ましくない。
尚、液体流入管及び液体流出管の断面形状は、それぞれ長手方向に一様でもよいが、必要に応じて、様々な組合せを選択することができ、液体流出管の上流端側から下流端側に向かって徐々に断面積を縮小させたり、液体流入管の上流端側から液体流出管の下流端側に向かって徐々に断面積を拡大させたりしてもよい。特に、液体流出管の断面積を上流端側から下流端側に向かって徐々に拡大させた場合、液体流出管の内部で乱流が発生し、空気導入微孔の吸引力が増大して、バブリング(エアレーション)の性能を向上させることができる。
この構成により、請求項1乃至5の内いずれか1項の作用に加え、以下のような作用を有する。
(1)ろ過部が、並列に配設された性能の異なる2以上のろ過膜と、各々のろ過膜のろ過側とろ過水排出ラインを接続する合流管と、各々の合流管に配設されたろ過水量調整弁と、を備え、ろ過水排出ラインに電導度計が配設されていることにより、ろ過部から排出されるろ過水の電導度を電導度計で計測しながら、各々のろ過水量調整弁の開度を調整したり、開閉を選択的に切り替えたりして、目的、用途などに応じてろ過水の浄化度(電導度)を最適に保つことが可能で、ろ過の過不足を防止することができ、ろ過の効率性、省エネルギー性に優れる。
ろ過部のろ過膜の1つに逆浸透膜を使用した場合、逆浸透膜でろ過して得られるRO水を洗浄用ろ過水として利用することができ、ろ過膜の原水側に付着した細菌などの付着物を確実かつ効率的に剥離することが可能で、洗浄の効率性に優れる。
この構成により、請求項6の作用に加え、以下のような作用を有する。
(1)ろ過部が、並列に配設された性能の異なる2つのろ過膜の原水側同士を接続する原水側接続管と、原水側接続管に配設された開閉弁を有するので、開閉弁とろ過水排出ラインのろ過水排出弁を閉じることにより、2つのろ過膜の内、性能の高いろ過膜を通過してろ過されたろ過水をろ過水循環ポンプの圧力によって、合流管を通して性能の低いろ過膜のろ過側に送り、洗浄を行うことができ、洗浄の効率性、ろ過膜の長寿命性に優れる。
(2)ろ過水排出弁と開閉弁を閉じて性能の低いろ過膜を洗浄する際に、ろ過水供給弁を開くことにより、性能の高いろ過膜でろ過されたろ過水に、ろ過水タンクに貯留されているろ過水をろ過水循環ポンプから供給し、それらを混合した多量の混合水で、性能の低いろ過膜をろ過側から洗浄することができ、ろ過膜洗浄の作業性、確実性に優れる。
(3)原水供給ポンプ及びろ過水循環ポンプを駆動したまま原水供給ラインの原水供給弁,ろ過水排出ラインのろ過水排出弁及び濃縮水排出ラインの濃縮水排出弁を閉じ、洗浄用ろ過水供給ラインのろ過水供給弁及び切替弁を開くことにより、ろ過水タンクに貯留されたろ過水を、ろ過水循環ラインからろ過水排出ライン,洗浄用ろ過水供給ラインへ通して濃縮水循環ラインに導き、さらに原水供給ラインを通してろ過部の原水側に供給することができるが、このとき、2つのろ過膜の原水側同士を接続する原水側接続管に配設された開閉弁を開くことにより、原水供給ポンプで2つのろ過膜の原水側をろ過水で循環洗浄することができ、ろ過膜の耐久性、長寿命性に優れる。そして、濃縮水排出弁の開閉を適宜、選択することにより、洗浄に使用されたろ過水の一部を原水タンクに排出して、循環中のろ過水を新しいろ過水と交換しながら洗浄を行うことができ、洗浄の効率性、確実性に優れる。
請求項1に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
(1)原水側気泡発生部で気泡を発生させ、有機物、鉄、マグネシウム、マンガン、カルシウムなどを酸化させて沈殿させることにより、原水タンク内の上澄み液をろ過部に供給して短時間で効率的にろ過することができ、ろ過の効率性に優れると共に、ろ過部でろ過されたろ過水を利用してろ過膜の原水側を洗浄することができ、薬液の使用量を大幅に低減若しくは不要とすることができ、メンテナンス性、環境保護性に優れ、ろ過膜が化学的に劣化することがなく、ろ過膜の耐久性、長寿命性に優れた浄水装置を提供することができる。
(1)並列して配設される排水ラインの切替弁と、濃縮水排出ラインの濃縮水排出弁の開閉を制御することにより、循環中の濃縮水の排出量と原水タンク内でのバブリング量を簡便に調整することができ、濃縮水の濃度を適度に保持することが可能で、ろ過の効率性、省エネルギー性に優れた浄水装置を提供することができる。
(1)ろ過水循環ポンプでろ過水を循環させることにより、ろ過水排出ラインの管内壁にろ過水中のミネラル分などが付着することを防止でき、メンテナンス性に優れると共に、必要に応じてろ過水循環ポンプの動力を利用してろ過水を供給することができる運転の効率性、省エネルギー性に優れた浄水装置を提供することができる。
(1)バブリングされたろ過水を洗浄水として利用することにより、ろ過膜に付着した物質を酸化作用で確実かつ効率的に剥離させることができ、洗浄の効率性に優れ、ろ過膜の劣化を抑えることができる長寿命性、省資源性に優れた浄水装置を提供することができる。
(1)濃縮水やろ過水の排水エネルギー(落下エネルギー)を有効利用して周囲の空気を吸い込む(巻き込む)ことにより、濃縮水やろ過水と空気を混合、攪拌し、簡便にバブリングを行うことができ、動力が不要で省エネルギー性に優れ、構成を簡素化して装置を小型化することができる省スペース性に優れた浄水装置を提供することができる。
(1)並列に配設された性能の異なる2以上のろ過膜から排出されるろ過水の排出量を調整することにより、目的、用途などに応じて最適な純度のろ過水を得ることが可能で、ろ過の過不足を防止することができるろ過の効率性、省エネルギー性に優れた浄水装置を提供することができる。
(1)2つのろ過膜の原水側を接続する接続管を開閉することにより、一方のろ過膜のろ過側を洗浄することや両方のろ過膜の原水側を洗浄することができ、必要に応じてろ過膜の洗浄方法を選択することが可能なろ過膜のメンテナンス性、洗浄の効率性、ろ過膜の耐久性に優れた浄水装置を提供することができる。
(実施の形態1)
図1は実施の形態1の浄水装置の構成を示す模式図である。
図1中、1は実施の形態1の浄水装置、2は河川、湖沼、海などから採取した原水が供給パイプ2aによって供給され貯留される浄水装置1の原水タンク、2bは原水タンク2の底部側に配設され原水タンク2内に沈殿した沈殿物や濃縮した原水を排出するための排出部、3は限外ろ過膜や逆浸透膜などのろ過膜が配設された浄水装置1のろ過部、4は原水タンク2とろ過部3を接続する原水供給ライン、4a,4bは原水タンク2からろ過部3に至る原水供給ライン4の管路、5は原水供給ライン4(管路4a)に配設され原水供給ライン4を開閉する電磁弁等を用いた原水供給弁、6は原水供給ライン4(管路4b)に配設され原水タンク2からろ過部3に原水を供給する原水供給ポンプ、7は原水供給ライン4(管路4b)に配設され原水の供給圧力を計測する圧力メータ、8は原水供給ライン4の原水供給ポンプ6より上流側とろ過部3を接続しろ過部3で濃縮された濃縮水を循環させる浄水装置1の濃縮水循環ライン、9はろ過部3に接続されろ過部3でろ過されたろ過水を排出する浄水装置1のろ過水排出ライン、9a,9b,9c,9dはろ過部3からろ過水タンク10に至るろ過水排出ライン9の管路、10はろ過水排出ライン9から排出されるろ過水を貯留する浄水装置1のろ過水タンク、11はろ過水排出ライン9(管路9aと9bの間)に配設されろ過水を逆流させてろ過部3を洗浄する際(逆洗時)にろ過膜に空気が侵入するのを防止するエアーチャンバー、12はろ過水排出ライン9(管路9b)に配設されろ過水の排水圧力を計測する圧力メータ、13a,13bはろ過水排出ライン9に並列に配設され一方若しくは両方を開放することによりろ過水の排出の圧力の調整を行う電磁弁等を用いたろ過水排出弁、14は濃縮水循環ライン8から分岐して濃縮水を原水タンク2に排出する浄水装置1の濃縮水排出ライン、15は濃縮水排出ライン14に配設され濃縮水排出ライン14を開閉する電磁弁等を用いた濃縮水排出弁、16は濃縮水排出ラインの14の濃縮水排出弁15より下流側に配設され濃縮水の逆流を防止する逆止弁、17は濃縮水排出ライン14の濃縮水排出弁15及び逆止弁16より下流側に配設され原水タンク2内をバブリングする原水側気泡発生部、18はろ過水排出ライン9のろ過水排出弁13a,13bより上流側(管路9c)から分岐し濃縮水循環ライン8の濃縮水排出ライン14との分岐位置より下流側で濃縮水循環ライン8に接続されてろ過水を洗浄水として供給する浄水装置1の洗浄用ろ過水供給ライン、18a,18b,18cはろ過水排出ライン9から分岐して濃縮水循環ライン8に至る洗浄用ろ過水供給ライン18の管路、19は洗浄用ろ過水供給ライン18(管路18a)に配設され洗浄用ろ過水供給ライン18を開閉する電磁弁等を用いたろ過水供給弁、20は洗浄用ろ過水供給ライン18のろ過水供給弁19より下流側(管路18c)に配設され濃縮水の排出と洗浄用ろ過水の供給を切替る電磁弁等を用いた切替弁、21はろ過水供給弁19と切替弁20の間で洗浄用ろ過水供給ライン18(管路18bと18cの間)から分岐して原水タンク2に接続された浄水装置1の排水ライン、21aは排水ライン21に配設され排水の圧力を調整するバネ付き逆止弁等の圧力調整弁を用いた排水調整部、21bは洗浄用ろ過水供給ライン18の管路18bに配設され管路18cから排出される濃縮水が管路18bを通ってろ過水タンク10側に流入することを防止するための逆止弁、22は洗浄用ろ過水供給ライン18のろ過水供給弁19より下流側(管路18aと18bの間)から分岐してろ過水タンク10に接続された浄水装置1のろ過水バブリング用ライン、23はろ過水バブリング用ライン22に配設されろ過水タンク10内をバブリングするろ過水側気泡発生部、24はろ過水排出ライン9のろ過水排出弁13a,13bより上流側(管路9bと9cの間)とろ過水タンク10を接続する浄水装置1のろ過水循環ライン、25はろ過水循環ライン24に配設されろ過水を循環させるろ過水循環ポンプ、26はろ過水排出ライン9のろ過水排出弁13a,13bより下流側(管路9d)から分岐して系外にろ過水を供給するためのろ過水取水ライン、26aはろ過水排出ライン9の管路9dとろ過水取水ライン26との分岐位置に配設されたろ過水取水切替弁、27は濃縮水排出ライン14から分岐して必要に応じて濃縮水を系外に廃水して原水タンク2内が濃縮することを防止する廃水ライン、27aは濃縮水排出ライン14と廃水ライン27との分岐位置に配設され濃縮水の原水タンク2への排出と系外への廃水を切り替えるための廃水切替弁である。
尚、原水タンク2を用いないで直接、河川、湖沼、海などから原水を取水してろ過部3に供給してもよい。
まず、ろ過時の動作について説明する。
図1において、原水供給弁5を開き原水供給ポンプ6を駆動することにより、原水タンク2から吸引された原水が原水供給ライン4(管路4a,4b)を通ってろ過部3に供給される。
ろ過水排出ライン9のろ過水排出弁13a,13bの一方若しくは両方を開き、洗浄用ろ過水供給ライン18のろ過水供給弁19を閉じることにより、ろ過部3でろ過されたろ過水はろ過水排出ライン9(管路9a〜9d)を通ってろ過水タンク10に排出される。尚、本実施の形態では、ろ過水排出ライン9に2つのろ過水排出弁13a,13bを設け、一方若しくは両方を開放することにより、圧力の調整を行ったが、開度(圧力)を任意に設定できる任意バルブを用いる場合は1つでよい。
一方、ろ過部3でろ過されずに濃縮された濃縮水は濃縮水循環ライン8を通って原水供給ライン4(管路4b)に戻り、循環される。このとき、必要に応じて、濃縮水排出ライン14の濃縮水排出弁15及び洗浄用ろ過水供給ライン18の切替弁20を開くことにより、循環する濃縮水の一部を原水タンク2に排出して濃縮水が過度に濃縮することを防止する。尚、濃縮水排出ライン14から濃縮水を排出し、原水側気泡発生部17で原水タンク2内をバブリングすることにより、有機物、鉄、マグネシウム、マンガン、カルシウムなどを酸化させて沈殿させることができ、原水タンク2内の上澄み液をろ過部3に供給してろ過に要する時間を短縮することができる。
図2は実施の形態1の浄水装置の原水側気泡発生部の要部断面模式図である。
図2中、30は原水側気泡発生部17の直管状の液体流入管、30aは液体流入管30に穿設された液体流入孔、31は液体流入管30の下流側に連設され内径が液体流入管30より大径に形成された原水側気泡発生部17の直管状の液体流出管、31aは液体流出管31に穿設され液体流入孔30aに連通する液体流出孔、32は液体流出部31の上端側の周壁に穿設され液体流出孔31aと連通する複数の空気導入微孔である。
液体流入管30の液体流入孔30aから流入した濃縮水が、液体流出管31の液体流出孔31aを通過することにより、液体流出管31の内部の圧力が外部より低くなり、外部の空気が空気導入微孔32から液体流出管31の内部に吸い込まれ、内部を流れる濃縮水やろ過水と混合、攪拌され濃縮水をバブリングする。
濃縮水の流量(流速)によっても異なるが、液体流出管31の内径が、液体流入管30の内径の2倍よりも小さくなるにつれ、液体流出孔31aを通過する濃縮水と液体流出管31の内壁面との間に形成される隙間が小さく(空気層が薄く)なり、空気導入微孔32から吸い込まれる空気の量が減少して、気泡が発生し難くなる傾向があり、液体流入管30の内径の5倍よりも大きくなるにつれ、液体流出孔31aを通過する濃縮水の速度が低下し、負圧が発生し難くなって、空気の吸い込み量が減少すると共に、液体流出孔31aを通過する濃縮水と液体流出管31の内壁面との間に形成される隙間が大きく(空気層が厚く)なり、液体流出孔31aを通過する濃縮水と空気導入微孔32から吸い込まれる空気が混合、攪拌され難くなって、気泡発生量が低下し易くなる傾向があることがわかったためである。
また、ろ過水取水ライン26のろ過水取水切替弁26aをろ過水取水ライン26側に切り替えれば、ろ過水循環ポンプ25の動力を利用して系外の取水側(クライアント側)にろ過水を供給することができる。
原水供給ポンプ6及びろ過水循環ポンプ25を駆動したまま原水供給ライン4の原水供給弁5,ろ過水排出ライン9のろ過水排出弁13a,13b及び濃縮水排出ライン14の濃縮水排出弁15を閉じ、洗浄用ろ過水供給ライン18のろ過水供給弁19及び切替弁20を開くことにより、ろ過水タンク10に貯留されたろ過水が、ろ過水循環ライン24からろ過水排出ライン9の管路9c,洗浄用ろ過水供給ライン18(管路18a,18b,18c)を通って濃縮水循環ライン8に導かれ、さらに原水供給ライン4の管路4bを通ってろ過部3の原水側に供給され、ろ過水によるろ過膜の洗浄が行われる。尚、ろ過水供給弁19を通過したろ過水の一部は、原水供給ポンプ6の循環圧とろ過水循環ポンプ25の循環圧との差によって、ろ過水バブリング用ライン22を通ってろ過水タンク10に流れ込み、ろ過水側気泡発生部23の作用によってろ過水タンク10内がバブリングされ、バブリングされたろ過水がろ過水循環ライン24を通って循環する。これにより、バブリングされたろ過水を洗浄水として使用することができるので、ろ過膜に付着した物質を酸化作用で剥離させることができ、化学反応による洗浄効率の向上を図ることができる。
このとき、必要に応じて濃縮水排出ライン14の濃縮水排出弁15を開くことにより、洗浄に使用されたろ過水の一部を原水タンク2に排出することができ、循環中のろ過水を新しいろ過水と交換しながら効率的に洗浄を行うことができる。
以上のように、ろ過時及び洗浄時を通じて、常に原水供給ポンプ6及びろ過水循環ポンプ25を駆動し続けた場合、原水供給ポンプ6及びろ過水循環ポンプ25を間欠運転する場合に比べて、原水供給ポンプ6及びろ過水循環ポンプ25を停止する際や再駆動する際に発生する負荷を低減することができ、動作の安定性、装置の耐久性に優れる。
尚、エアーチャンバー11は必要に応じて設ければよく、省略することも可能である。
(1)原水が貯留される原水タンク2と、原水タンク2とろ過部3を接続し原水タンク2からろ過部3に原水を供給する原水供給ポンプ6及び原水供給弁5を有する原水供給ライン4と、原水供給ライン4の原水供給ポンプ6より上流側とろ過部3を接続しろ過部3で固体粒子が濃縮された濃縮水をろ過部3から原水供給ライン4の管路4bへ循環させる濃縮水循環ライン8を備えるので、原水供給ポンプ6を連続運転して濃縮水を循環させながらろ過を行うことができ、原水供給ポンプ6の停止や再起動による負荷を低減することができ、耐久性、動作の安定性に優れる。
(2)濃縮水循環ライン8から分岐して濃縮水を原水タンク2に排出する濃縮水排出弁15を有する濃縮水排出ライン14を備えるので、必要に応じて濃縮水循環ライン8を循環する濃縮水の一部を原水タンク2に排出して濃縮水が過度に濃縮することを防止し、ろ過膜の目詰まりを低減することができ、ろ過の効率性に優れる。
(3)濃縮水排出ライン8の濃縮水排出弁15より下流側に配設され原水タンク2内をバブリングする原水側気泡発生部17を備えることにより、有機物、鉄、マグネシウム、マンガン、カルシウムなどを酸化させて沈殿させることができるので、原水タンク2内の上澄み液をろ過部に供給して短時間で効率的にろ過することができ、ろ過の効率性に優れる。
(4)ろ過水排出ライン9のろ過水排出弁13a,13bより上流側(管路9c)から分岐して濃縮水循環ライン8の濃縮水排出ライン14との接続位置より下流側に接続されてろ過水を洗浄水として供給するろ過水供給弁19を有する洗浄用ろ過水供給ライン18を備えることにより、ろ過膜の原水側をろ過水で洗浄することができるので、薬液を不要とし、若しくは薬液の使用量を大幅に削減するができ、環境保護性に優れ、ろ過膜が化学的に劣化することがなく、ろ過膜の耐久性、長寿命性に優れる。
(5)洗浄用ろ過水供給ライン18のろ過水供給弁19より下流側に配設された切替弁20と、ろ過水供給弁19と切替弁20の間で洗浄用ろ過水供給ライン18から分岐して原水タンク2に接続された排水ライン21を有するので、ろ過時に洗浄用ろ過水供給ライン18のろ過水供給弁19を閉じ、切替弁20を開くことにより、洗浄用ろ過水供給ライン18の一部(管路18c)を利用して、排水ライン21から原水タンク2へ濃縮水を排出することができるので、配管を簡素化して装置を小型化することができ、省スペース性、量産性に優れる。
(6)洗浄用ろ過水供給ライン18の一部(管路18c)及び排水ライン21が濃縮水排出ライン14と並列に配設されるので、洗浄用ろ過水供給ライン18の管路18cに配設された切替弁20の開閉と、濃縮水排出ライン14の濃縮水排出弁15の開閉を選択することにより、濃縮水循環ライン8から原水タンク2に排出される濃縮水の排出量と原水タンク2内でのバブリング量を調整することができ、濃縮水の濃度を適度に保持することが可能で、ろ過の効率性に優れる。
(7)ろ過水排出ライン9のろ過水排出弁13a,13bより上流側(管路9c)とろ過水タンク10を接続し、ろ過水を循環させるろ過水循環ポンプ25を有するので、ろ過水を循環させてろ過水排出ライン9の管路9c,9dの管内壁にろ過水中のミネラル分などが付着することを防止でき、メンテナンス性に優れる。
(8)洗浄用ろ過水供給ライン18のろ過水供給弁19より下流側から分岐してろ過水タンク10に接続されろ過水タンク10内をバブリングするろ過水側気泡発生部23を有するろ過水バブリング用ライン22を備えることにより、ろ過水タンク10内でバブリングされたろ過水を洗浄水として利用することができるので、ろ過膜に付着したコロイドや難溶解性塩類等の物質を酸化作用で剥離させることができ、化学反応による洗浄効率の向上を図ると共に、ろ過膜の劣化を抑えることができ、長寿命性に優れる。
(9)原水側気泡発生部17及びろ過水側気泡発生部23が、液体流入孔30aを有する液体流入部30と、液体流入部30の下流側に連設され液体流入孔30aより大径の液体流出孔31aを有する液体流出部31と、液体流出部31の上端側の周壁に穿設され液体流出孔31aと連通する複数の空気導入微孔32を有するので、液体流入部30の液体流入孔30aから流入した濃縮水やろ過水が、液体流出部31の液体流出孔31aを通過することにより、液体流出部31の内部の圧力が外部より低くなり、外部の空気が空気導入微孔32から液体流出部31の内部に吸い込まれ、内部を流れる濃縮水やろ過水と混合、攪拌され濃縮水やろ過水を簡便にバブリングすることができる。
(10)濃縮水排出ライン14やろ過水バブリング用ライン22を通過する濃縮水やろ過水の排水エネルギーを利用してバブリングを行うことができ、別途、動力を必要とせず、省エネルギー性に優れ、構成を簡素化して装置を小型化することができ、省スペース性に優れる。
図3は実施の形態2の浄水装置の構成を示す模式図である。尚、実施の形態1と同様のものには同じ符号を付して説明を省略する。
図3において、実施の形態2の浄水装置1aが実施の形態1と異なるのは、ろ過部3Aが、並列に配設された性能の異なる2つのろ過膜3a,3bと、ろ過膜3a,3bの原水側同士を接続する原水側接続管3cと、各々のろ過膜3a,3bのろ過側とろ過水排出ライン9の管路9aを接続する合流管28a,28bと、各々の合流管28a,28bに配設されたろ過水量調整弁29a,29bと、ろ過水排出ライン9の管路9dに配設された電導度計35を備えている点である。
ろ過膜3a,3bとしては、限外ろ過膜、逆浸透膜、ナノ膜などを組合せて使用することができる。ろ過部3Aのろ過膜3a,3bの1つに逆浸透膜を使用した場合、逆浸透膜でろ過して得られるRO水を洗浄用ろ過水として利用することができ、ろ過膜3a,3bの原水側に付着した細菌などの付着物を確実かつ効率的に剥離することが可能で、洗浄の効率性に優れる。
また、原水側接続管3cでろ過膜3a,3bの原水側同士を接続することにより、ろ過膜3a,3bの内の性能の高い方のろ過膜(例えば逆浸透膜)の原水側で圧力が増加した時に、その圧力を性能の低い方のろ過膜(例えば限外ろ過膜)の原水側に逃がして、ろ過膜の破損を防ぐことができ、ろ過膜の保護性に優れる。
尚、本実施の形態では、2種類のろ過膜3a,3bを並列に配設したが、3種類以上並列に配列してもよく、原水側接続管3cは省略することも可能である。
また、電導度計35を配設する代わりに、遅延タイマ等により、時間差でろ過水量調整弁29a,29bを開閉し、各々のろ過膜3a,3bでのろ過水量を調整してもよい。
(1)ろ過部3Aが、並列に配設された性能の異なる2以上のろ過膜3a,3bと、各々のろ過膜3a,3bのろ過側に配設されたろ過水量調整弁29a,29bと、を備え、ろ過水排出ライン9の管路9dに電導度計35が配設されていることにより、ろ過部3Aから排出されるろ過水の電導度(純度)を電導度計で計測しながら、各々のろ過水量調整弁29a,29bの開度を調整することができ、目的、用途などに応じてろ過水の電導度(純度)を最適に保つことが可能で、ろ過の過不足を防止することができ、ろ過の効率性、省エネルギー性に優れる。
図4は実施の形態3の浄水装置の構成を示す模式図である。尚、実施の形態1又は2と同様のものには同じ符号を付して説明を省略する。
図4において、実施の形態3の浄水装置1bが実施の形態2と異なるのは、ろ過部3Bが、ろ過膜3a,3bの原水側同士を接続する原水側接続管3cに配設された開閉弁3dを備えている点と、原水供給ライン4の管路4aの先端部に接続され原水タンク2に沈設された分離タンク4cを備えている点である。
実施の形態3の浄水装置1bのろ過時の動作は、実施の形態2と同様なので説明を省略する。
ろ過膜3aを逆浸透膜のような高性能のろ過膜とし、ろ過膜3bをろ過膜3aより性能の低い限外ろ過膜のような中性能のろ過膜として、濃縮水排出ライン14の濃縮水排出弁15,切替弁20及びろ過水量調整弁29a,29bを開いた状態で、開閉弁3d,原水供給弁5,ろ過水排出ライン9のろ過水排出弁13a,13b及びろ過水供給弁19を閉じることにより、2つのろ過膜3a,3bの内、性能の高いろ過膜3aを通過してろ過されたろ過水をろ過水循環ポンプ25の圧力によって、性能の低いろ過膜3bのろ過側に送り、洗浄(逆洗)を行うことができる。
このとき、ろ過水供給弁19を開くと、性能の高いろ過膜3aでろ過されたろ過水と、ろ過水タンク10に貯留されているろ過水を混合した多量の混合水で、性能の低いろ過膜3bをろ過側から洗浄(逆洗)することができる。
尚、ろ過水量調整弁29a,29bの下流側のろ過水排出ライン9の管路9aにろ過水閉止弁を設けてもよい。この場合、ろ過水閉止弁を閉じれば、ろ過膜3aを通過してろ過されたろ過水を合流管28a,28b(ろ過水量調整弁29a,29b)を通して直接、ろ過膜3bのろ過側に送って洗浄(逆洗)を行うことができ、洗浄の確実性、信頼性に優れる。
以上のように、開閉弁3dの開閉により、ろ過膜3a,3bの洗浄方法を適宜、選択することができ、汎用性に優れる。
また、実施の形態3の浄水装置1bにおける通常の洗浄(ろ過膜3a,3bの原水側からの洗浄)時の基本動作については、実施の形態1と同様であるが、ろ過水がろ過部3Bの原水側に供給されたときに、原水側接続管3cに配設された開閉弁3dを開くことにより、原水供給ポンプ6で2つのろ過膜3a,3bの原水側をろ過水で循環洗浄することができる。尚、実施の形態1と同様に、適宜、濃縮水排出ライン14の濃縮水排出弁15を開くことにより、洗浄に使用されたろ過水の一部を原水タンク2に排出して、循環中のろ過水を新しいろ過水と交換しながら洗浄を行うことができる。
尚、貫通孔の孔径は水の表面張力やSSの粒径に応じて、適宜、選択することができる。
(1)ろ過部3Bが、並列に配設された性能の異なる2つのろ過膜3a,3bの原水側同士を接続する原水側接続管3cと、原水側接続管3cに配設された開閉弁3dを有するので、濃縮水排出ライン14の濃縮水排出弁15,切替弁20及びろ過水量調整弁29a,29bを開いた状態で、開閉弁3d,原水供給弁5,ろ過水排出ライン9のろ過水排出弁13a,13b及びろ過水供給弁19を閉じることにより、2つのろ過膜3a,3bの内、性能の高いろ過膜3aを通過してろ過されたろ過水をろ過水循環ポンプ25の圧力によって、合流管28a,28bを通して性能の低いろ過膜3bのろ過側に送り、洗浄を行うことができ、洗浄の効率性、ろ過膜の長寿命性に優れる。
(2)濃縮水排出弁15,切替弁20及びろ過水量調整弁29a,29bを開き、ろ過水排出弁13a,13bと開閉弁3dを閉じて性能の低いろ過膜3bを洗浄する際に、ろ過水供給弁19を開くことにより、性能の高いろ過膜3aでろ過されたろ過水に、ろ過水タンク10に貯留されているろ過水をろ過水循環ポンプ25から供給し、それらを混合した多量の混合水で、性能の低いろ過膜3bをろ過側から洗浄することができ、ろ過膜洗浄の作業性、確実性に優れる。
(3)原水供給ポンプ6及びろ過水循環ポンプ25を駆動したまま原水供給ライン4の原水供給弁5,ろ過水排出ライン9のろ過水排出弁13a,13b及び濃縮水排出ライン18の濃縮水排出弁15を閉じ、洗浄用ろ過水供給ライン18のろ過水供給弁19及び切替弁20を開くことにより、ろ過水タンク10に貯留されたろ過水を、ろ過水循環ライン24からろ過水排出ライン9の管路9c,洗浄用ろ過水供給ライン18(管路18a,18b,18c)へ通して濃縮水循環ライン8に導き、さらに原水供給ライン4の管路4bを通してろ過部3Bの原水側に供給することができるが、このとき、2つのろ過膜3a,3bの原水側同士を接続する原水側接続管3cに配設された開閉弁3dを開くことにより、原水供給ポンプ6で2つのろ過膜3a,3bの原水側をろ過水で循環洗浄することができ、ろ過膜3a,3bの耐久性、長寿命性に優れる。
実施の形態1で説明した浄水装置を用いて、洗浄によるろ過膜の透水性の回復について評価した。
評価の方法としては、浄水装置1につき、14日間で延べ140時間、ろ過と洗浄を繰り返し、その間のろ過部3の原水側循環圧とろ過側ろ過圧の測定を行った。
ろ過膜には限外ろ過膜(川澄化学工業株式会社製ダイアライザーKF−15)を使用した。原水供給ラインの配管には内径3mmのシリコンチューブを使用し、原水側ライン長4m、定量ろ過圧2.5kPa、膜の圧損20Pa、原水(試験水)の粘性係数0.002Pa・sの時にハーゲンポアズイユの法則から求めた流量約10×10−6m3/sを原水供給ポンプの流量として定量ろ過を行った。また、ろ過水循環ポンプの流量は約7×10−6m3/sとした。
尚、評価に用いた原水(試験水)は、遠賀川沿岸部の土壌水にフミン酸を加え、フミン酸濃度が自然界の10倍程度となるように調整し、さらに微量の硫酸銅とニッケルを加えたものである。
図5は、ろ過と洗浄を繰り返した時のTMP(膜間差圧)の変化を示す図である。
図5中、横軸は使用開始からの経過日数、縦軸は圧力であり、黒丸でプロットしたものが原水側循環圧、白四角でプロットしたものがろ過側ろ過圧である。尚、図4には、ろ過時又は洗浄時に測定した圧力の変動のみがプロットしてあり、装置が休止している間(ある日のろ過又は洗浄が終了し、次に洗浄又はろ過を開始するまでの間)は含まれていない。
原水側循環圧が高く、ろ過側ろ過圧が低くなっている期間がろ過時の状態であり、原水側循環圧が低く、ろ過側ろ過圧が高くなっている期間が洗浄時の状態を表している。
図5から、浄水装置1を14日間で延べ140時間駆動しても、TMP(膜間差圧)にほとんど変化がなく、洗浄によってろ過膜の透水性(ろ過効率)がほぼ一定に維持されていることがわかる。
これにより、バブリングしたろ過水による洗浄機能を備えた本発明の浄水装置は、循環洗浄によって十分な透水性の回復を実現することができ、ろ過膜の長寿命性、耐久性、環境保護性に優れるものと言える。
2 原水タンク
2a 供給パイプ
2b 排出部
3,3A,3B ろ過部
3a,3b ろ過膜
3c 原水側接続管
3d 開閉弁
4 原水供給ライン
4a,4b,9a,9b,9c,9d,18a,18b,18c 管路
4c 分離タンク
5 原水供給弁
6 原水供給ポンプ
7,12 圧力メータ
8 濃縮水循環ライン
9 ろ過水排出ライン
10 ろ過水タンク
11 エアーチャンバー
13a,13b ろ過水排出弁
14 濃縮水排出ライン
15 濃縮水排出弁
16,21b 逆止弁
17 原水側気泡発生部
18 洗浄用ろ過水供給ライン
19 ろ過水供給弁
20 切替弁
21 排水ライン
21a 排水調整部
22 ろ過水バブリング用ライン
23 ろ過水側気泡発生部
24 ろ過水循環ライン
25 ろ過水循環ポンプ
26 ろ過水取水ライン
26a ろ過水取水切替弁
27 廃水ライン
27a 廃水切替弁
28a,28b 合流管
29a,29b ろ過水量調整弁
30 液体流入管
30a 液体流入孔
31 液体流出管
31a 液体流出孔
32 空気導入微孔
35 電導度計
Claims (7)
- ろ過部に配設されたろ過膜で部分ろ過を行う循環型の浄水装置であって、
原水が貯留される原水タンクと、前記原水タンクと前記ろ過部を接続し前記原水タンクから前記ろ過部に前記原水を供給する原水供給ポンプ及び原水供給弁を有する原水供給ラインと、前記原水供給ラインの前記原水供給ポンプより上流側と前記ろ過部を接続し前記ろ過部で濃縮された濃縮水を循環させる濃縮水循環ラインと、前記ろ過部に接続され前記ろ過部でろ過されたろ過水を排出するろ過水排出弁を有するろ過水排出ラインと、前記ろ過水排出ラインから排出されるろ過水を貯留するろ過水タンクと、前記濃縮水循環ラインから分岐して前記濃縮水を前記原水タンクに排出する濃縮水排出弁を有する濃縮水排出ラインと、前記濃縮水排出ラインの前記濃縮水排出弁より下流側に配設され前記原水タンク内をバブリングする原水側気泡発生部と、前記ろ過水排出ラインの前記ろ過水排出弁より上流側から分岐して前記濃縮水循環ラインの前記濃縮水排出ラインとの分岐位置より下流側で前記濃縮水循環ラインに接続されて前記ろ過水を洗浄水として供給するろ過水供給弁を有する洗浄用ろ過水供給ラインと、を備えたことを特徴とする浄水装置。 - 前記洗浄用ろ過水供給ラインの前記ろ過水供給弁より下流側に配設された切替弁と、前記ろ過水供給弁と前記切替弁の間で前記洗浄用ろ過水供給ラインから分岐して前記原水タンクに接続された排水ラインと、を備えたことを特徴とする請求項1に記載の浄水装置。
- 前記ろ過水排出ラインの前記ろ過水排出弁より上流側と前記ろ過水タンクを接続し、前記ろ過水を循環させるろ過水循環ポンプを有するろ過水循環ラインを備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の浄水装置。
- 前記洗浄用ろ過水供給ラインの前記ろ過水供給弁より下流側から分岐して前記ろ過水タンクに接続され前記ろ過水タンク内をバブリングするろ過水側気泡発生部を有するろ過水バブリング用ラインを備えたことを特徴とする請求項3に記載の浄水装置。
- 前記原水側気泡発生部及び前記ろ過水側気泡発生部が、筒状の液体流入管と、前記液体流入管の下流側に連設され前記液体流入管の内径より大きな内径を有する筒状の液体流出管と、前記液体流出管の上流側の周壁に穿設され前記液体流出管と連通する複数の空気導入微孔と、を備えたことを特徴とする請求項4に記載の浄水装置。
- 前記ろ過部が、並列に配設された性能の異なる2以上のろ過膜と、各々の前記ろ過膜のろ過側と前記ろ過水排出ラインを接続する合流管と、各々の前記合流管に配設されたろ過水量調整弁と、を備え、前記ろ過水排出ラインに電導度計が配設されたことを特徴とする請求項1乃至5の内いずれか1項に記載の浄水装置。
- 前記ろ過部が、並列に配設された性能の異なる2つの前記ろ過膜の原水側同士を接続する原水側接続管と、前記原水側接続管に配設された開閉弁と、を備えたことを特徴とする請求項6に記載の浄水装置。
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