JP2006289329A - 給配水システムとその装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 部分膜濾過装置の流入側一次水(原水)を供給するに際し、膜面通過水を系外流路とする管路を設け、透過水側二次水系管路と相俟って夫々に制御可能な少なくとも1ケの水栓を配置する事を特徴とする二元給配水システムとその装置を基本とし普段の精密濾過膜或いは限外濾過膜による透過水の使用状態を長期間可能な如くする為に一次側膜面通過水を充分に活用する。
使用中に、透過膜が閉塞すると透過側二次水出力圧と流入側一次水受入圧にて派生する差圧の上昇に基づき、透過水側バルブの差圧スイッチにより閉じ、一次側膜面通過水を多く使用して膜面の詰りを解消した後、透過水側バルブを開き膜透過水の供給を再開可能にする。
また、採用する濾過膜としては分画分子量5万以上50万以下の限外濾過膜フィルターを使用するが、好ましくは阻止孔径0.2μm以下の精密濾過過膜フィルターを使用する。
【選択図】 図1
Description
しかし、それらに使用される膜フィルターはいずれもフィルターが目詰まりした場合にフィルターカートリッジを取り替える使い捨てタイプである。一方、中大規模に仕分けされる浄水では、膜フィルターの目詰まり具合を濾過流量或いは濾過差圧を感知し逆洗操作を手動或いは自動で行なっている。
この手法によれば、逆圧加圧ポンプ、空気バブリング装置、逆洗水排出とすすぎ工程等が必要となり、結果として装置の煩雑化或いはエネルギー損失等必ずしも実用的ではない。
これらを回避する手法として、水濾過装置の構成を部分濾過即ちクロスフロー濾過機構を組み込む方式が採用される場合もあり、循環ポンプ、循環タンクの設営が必要となる上、フラッシング、濃縮水の排出等煩雑な工程を伴いエネルギーロス、水回収率低下等の欠点が指摘されている。
しかしながら、この提案の方式では目詰まりを惹起し易い上、逆浸透膜の洗浄をコントロールする方法が未解決で実用的ではない。
一方、濾過水と未処理水を同時に使用する際に、果たして高圧を要する逆浸透膜の濾過機構が安定に作動できるのか否か等技術的に検討を要する。
以上に説明したように現状では、いずれの方法に於いても使用中に濾過膜表面を自動的に洗浄し、ほぼ恒久的ないしは長期間にわたって濾過膜の交換なしに膜濾過装置を実用的に使用する事は出来ない。
即ち、従来膜濾過方式によって浄水処理を行なう場合には、濾過水を一旦濾過水槽に貯留し、使用点への蛇口に接続する一方、循環水として膜濾過系内にも循環させていた。
更に、一定の時点を決め濾過水槽からの透過水を逆通させて逆通水洗浄或いは循環水側を高い膜面流速でフラッシング洗浄した後排水する方法が一般的に採用されてきた。
この事は、濾過膜面を通過する際に膜面を洗浄する効果を奏しているもので、膜透過水と相俟って交互に使用することにより膜面洗浄の機会が多くなる効果を示している点に気付いた。この結果より推考して、特別な逆通水或いは逆圧通水洗浄及び/又は高流束循環水によるフラッシング洗浄よりも、濾過膜表面を正常に保ち長期間に亘って安定した浄水効果を得ることが出来る方向を見出した。
このヒントに基づき、鋭意検討を加えこの交互使用に一定の条件を設定することにより、この用水処理方法を確実に実行出来る事を見出し本発明に至った。
又、透過側二次水出力圧と流入側一次水受入圧にて派生する差圧に基づき開閉する如く設定した二次水側バルブを配置する事により、透過水の通水を制御する事が出来る。
上記制御に際し、該差圧により作動した透過側二次水の通水停止をチェックタイマーにより差圧監視を介して解除する如く設定する事も出来る。
以上に示した差圧に基づきバルブ開閉及び/又はタイマー作動時に作動表示を行う事も出来る。
一方、透過側二次水出力圧と流入側一次水受入圧原水入り口の圧力にて派生する差圧に基づき定めた検出幅にて作動する昇圧ポンプを擁し、膜濾過の開始及び停止を管路内の圧力差に連動して作動せしめる如く設定する事も出来る。
本発明に云う濾過膜とは、通常の水道水圧即ち200から500Kpa程度で、常温において充分に水が透過する精密濾過膜、限外濾過膜等が好ましい。
即ち、ブースターポンプの補助を受けるケースを含め、1MPa以下の差圧下、常温で流束50L/m2/hr以上、好ましくは差圧100KPa下で流束が20L/m2/hr以上の濾過膜を使用する。この仕様範囲外では、通常の生活用浄水を1以上の蛇口から使用するとすれば頻繁に濾過膜の閉塞が発生する。
濾過膜の形状として、特に分画分子量が小さい限外濾過膜では、非対称膜でスキン層即ち分離・分画膜部が薄く或いは細かくクレープしたのもが好ましいが、これは本発明を限定するものではない。
膜フィルターモジュールの形式としては、中空糸膜モジュール、スパイラルモジュール、管状フィルターモジュール等如何なるものであっても良い。又、分離膜を構成する素材は無機材料、金属、合金、金属酸化物とその焼結体(セラミックス)、ガラス、炭素質、高分子有機材料であるセルローズ、再生セルローズ、セルローズ誘導体、セルロース有機酸エステル、酢酸セルロース、セルロースエステル、ポリエチレン・ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフロロエチレン、ポリビニールアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリアクリル酸とその誘導体、ポリエーテル、ポリフェニルエーテル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリアミド及びその誘導体、ポリイミド等が挙げられる。
本発明に云う差圧スイッチとは、例えば二つの異なった圧力を受けるブルドン管と一個のマイクロスイッチを併用して組み立てられ予め設定した差圧値になった時電気回路を開閉させるものである。
本発明の装置に流入する一次水は、上記のように上水道水、工業用水道水、地下水、伏流水、表流水などが用いられるが、膜面通過水を使用する雑用水が飲料水基準に適合することが必要である場合は、原水は少なくとも飲料水として認められる基準を満たすものでなければならない。
本発明に云う水位センサーは、例えば、液面の上昇・下降をフロートが検知してスイッチ作動を行ういわゆるフロートスイッチを指す。即ち,この場合受水槽の一定の下限液面検出位置を定め,本器をセットしておき液面の下降によりフロートが下降し,アームの末端にあるマグネットが上水道の給水管の開閉バルブ接点を開とするものである。本フロートスイッチはステム内部にリードスイッチが封入されており、フロート内のマグネット磁力により、スイッチが動作する。
本発明に云う開閉バルブは、差圧スイッチからの信号により開閉するもの、タイマーで開閉するものの2種がその目的により使い分けられている。そしてそれらは必要により制御器を介して作動する。
上記の何れの方法或いはシステムは装置に組み立てる事が可能である。
本発明の流入側一次水として対象と出来る原水としては、地下水、伏流水、表流水、工業用水道水、水道水などが挙げられる。
即ち、従来の部分膜濾過方式によって浄水処理を行なう場合には、濾過水を一旦濾過水槽に貯留し、使用点への蛇口に接続する一方、循環水として膜濾過系内にも循環させていた。更に、一定の時点を決め濾過水槽からの濾過水を逆通させて逆通水洗浄或いは循環水側を高い膜面流速でフラッシング洗浄した後排水する方法が一般的に採用されてきた。
本発明の方法によれば、これらのケアーを一切気にすることなく普段の使用状態にて常時濾過膜を清浄に保持するものである。
図1は本発明の基本思想を示すフローチャートである。ポンプで加圧された流入側一次水(原水)が部分膜濾過装置に導入され、膜面通過水と膜透過水が得られる模式図である。即ち、ポンプで加圧された流入側一次水(以下原水と略す場合もある)(8)が部分膜濾過装置(13)に導入される。導入された原水は濾過膜(1)の表面を通って膜面通過水側管路(4)に移動し使用点の1ケ以上の蛇口(6)に圧入される。一方、分離膜(1)を透過した濾過水、透過水は透過水側管路(3)を通って使用点の蛇口(7)に満たされる。
この状態で蛇口(7)を開くと膜透過水即ち浄化水が飲用、調理用他の生活用上水として供給される。他方蛇口(6)を開くと膜ろ過されない原水がそのまま供給されこれは散水用、トイレ水などの雑用水として使用される。この状態を本発明では「二元給配水」と称する。一人の人間が一日に必要とする水は上記の上水と雑用水からなり、その比率はおよそ1対10乃至1対30の間にあるといわれている。
意外にもこの機序で安定した二元給配水状態が確保され、特別な膜洗浄工程を必要とせず部分膜濾過装置による浄水処理が安定して長時間持続することを本発明者らは確認した。本発明では、このシステムをさらに安定したものにする為の工夫を提案することにある。
即ち、蛇口(7)を開け放して透過水側の浄水を連続して使用し、蛇口(6)を殆ど使用しない状態があった場合の濾過膜保護の手段を提供することにある。
即ち、透過水側の管路(3)の水圧測定点(a)と流入水側管路の水圧測定点(b)間の差圧スイッチ(9)、この差圧スイッチ(9)の信号に直結して開閉する透過水側管路開閉バルブ(12)、(a)点と開閉バルブ(12)の間に設けられタイマーで作動する放出バルブ(10)を有する透過水側管路水圧測定用分岐管路(11)を設けた上記二元給水装置である。
図3は、部分膜濾過装置の膜面通過水の系外給水と、膜透過水を水道水の受水槽接続した給水方法を示した模式図である。
即ち、部分膜濾過装置の膜面通過水出口側に給水栓(6)を有する管路を直結させ、更に膜透過水出口側を水道水の受水槽(14)に管路接続してなる二元給水配方法を示している。
本システムにおいても差圧スイッチ(9)、開閉バルブ(12)及び放出バルブ(10)を有する透過水側管路水圧測定用分岐管路(11)を設置し、濾過膜の急激な閉塞による事故に備えておくことが好ましい。
即ち、部分膜濾過装置の膜面通過水出口側に給水栓(6)を有する管路を直結させ、透過水出口側を水道水の受水槽(14)に管路接続してなる二元給配水方法において、濾過水出口近傍(a)と原水入り口(b)間に差圧スイッチ(9)を配置する。該差圧スイッチ(9)の信号により開閉するバルブ(12)を濾過水出口の圧力検出点(a)より下流の管路に設けてなる水処理システムによる給水方法において、受水槽(14)に、上水道給水管(15)の開閉バルブ(20)に信号を送る水位センサー(16)を設け、バルブ(12)が閉じ部分膜濾過装置からの流入が停止したり、受水槽(14)への水処理システム(5)からの供給が追いつかなくなり受水槽(14)の水位が予め設定した水位以下になった場合、該受水槽(14)に上水道給水管(15)のバルブ(20)が開き上水道から受水槽(14)に給水される方法を示している。
図5は、透過水側の管路と流入水側管路の夫々に水圧測定点を設け、その差圧に基づき透過水のバルブを停止し、且つ信号灯(17)を点滅させる模式図を示す。
即ち、部分膜濾過装置(13)の膜面通過水(5)の出口及び、透過水(2)の出口をそれぞれ給水栓を有する管路に直結させてなる二元給水システムにおいて、透過水(2)の出口近傍(a)と流入水入り口近傍(b)間の差圧スイッチ(9)の信号により点滅する信号灯(17)を濾過水給水栓の近傍に設置し、濾過膜の閉塞時に警告を発するようになし、この時点で水栓7を閉じて使用を停止する。
その後、水栓(6)の雑用水即ち膜面通過水のみを使用し続け膜面が洗浄され、水栓(7)を開いても差圧スイッチ(9)からの信号で信号灯が点灯しないことを確認して水栓(7)の透過水を使用する。信号灯(17)は異常を知らせるブザーであっても良い。
通常は、該ブースターポンプ(18)による膜濾過を行なうが、(a)(b)間の差圧が一定値以上になった場合にはブースターポンプ(18)を停止し、上水道水圧または工業用水道水圧で水栓(6)からの膜面通過水の供給のみを行うものである。
以下、実施例により更に本発明を説明する。
この浄水装置の透過水側出口を管路で延長し、3つの浄化水用水栓(蛇口)管路に直結した。一方、膜面通過水出口(本例では一方通行とし、循環していない)も管路で延長し6つの雑用水用水栓(蛇口)管路に直結した。
このシステムでは(a)(b)間の差圧が300KPaを超えた場合、透過水側管路開閉バルブが閉じるように設定した。
次いで、雑用水側蛇口を閉じ浄化水蛇口からの放水量が1時間4.0m3になるように原水入り口側の定流量弁を調整した。この状態で連続通水したところ、34時間後に透過水側管路開閉バルブが自動的に閉じ水処理装置は運転を停止した。
続いて、雑用水側の蛇口3つを全開し、1時間に10m3の連続放水を行ったところ、6時間後に透過水側管路開閉バルブが自動的に開き、浄化水蛇口から放水可能になった。
この試験運転を経て、更に本システムを引き続き浄化水と雑用水の交互使用の形態で、1年間以上の連続通水を行なったところ、安定した浄化水及び雑用水が得られた。又、得られた浄化水は定期的な水質試験にて水道水質基準50項目を全て満足した。
この処理装置の原水出口側に雑用水用給水栓(蛇口)を有する管路に直結し、濾過水(透過水)出口側に水道水の受水槽管路を接続した。一方、水道水の受水槽には当然に水道水給水管が接続され、この受水槽の中に上水道給水管の開閉バルブ制御用信号を送る水位センサーを設けた。
この水処理システムで日量2,000m3の生活用水(飲用水、雑用水併せて)を必要とする事業所の給水を1年以上行っているが、殆ど水道水の使用を必要とせず(保安用に時々上水道水の供給を行なう程度)安定して運転が続いている。
2 分離膜モジュールの膜透過水(透過水とも言う)側
3 分離膜モジュールの透過水管路
4 膜面通過水側管路
5 分離膜モジュールの膜面通過水側
6 膜面通過水側管路に直結した蛇口(水栓)
7 透過水管路に直結した蛇口(水栓)
8 水圧を有する流入水入り口
9 差圧スイッチ
10 タイマーで作動する系外排出用透過水側管路圧力測定用バルブ
11 排出用透過水側管路圧力測定用管路
12 透過水側管路開閉元バルブ
13 部分膜濾過装置
14 水道受水槽
15 上水道管
16 水位センサー
17 信号灯
18 ブースターポンプ
19 上水道水
20 上水道管開閉バルブ
21 定流量弁
a 透過水側管路圧力測定部
b 膜面通過水側管路圧力測定部
Claims (10)
- 部分膜濾過装置の流入側一次水を供給するに際し、膜面通過水を系外流路とする管路を設け、透過側二次水系管路と相俟って夫々に制御可能な少なくとも1ケの水栓を配置する事を特徴とする二元給配水システム。
- 該制御作動時に、警報を含む作動を表示することを特徴とする請求項1記載の二元給配水システム。
- 透過側二次水出力圧と流入側一次水受入圧にて派生する差圧に基づき開閉する如く設定した二次水側バルブを配置する事を特徴とする請求項1ないし2記載の二元給配水システム。
- 上記制御に際し、該差圧により作動した透過側二次水の通水停止を、チェックタイマーにより差圧監視を介し解除する如く設定する事を特徴とする請求項3記載の二元給配水システム。
- 該部分膜濾過装置よりの透過側二次水受水槽に水位センサーを設け、流入が予め設定した水位以下の場合、該受水槽に上水道などからの飲料水給水を行う事を特徴とする請求項1ないし4記載の二元給配水システム。
- 該差圧に基づきバルブ開閉及び/又はタイマー作動時に作動表示を行う事を特徴とする請求項4記載の二元給配水システム。
- 透過側二次水出力圧と流入側一次水受入圧原水入り口の圧力にて派生する差圧に基づき定めた検出幅にて作動するブースターポンプを擁し、膜ろ過の開始及び停止を管路内の圧力差に連動して作動せしめる如く設定する事を特徴とする請求項3ないし6記載の二元給配水システム。
- 濾過膜として分画分子量5万以上50万以下の限外濾過膜フィルターを使用する事を特徴とする請求項1なし7記載の二元給配水システム。
- 濾過膜として阻止孔径0.2μm以下の精密濾過過膜フィルターを使用する事を特徴とする請求項1ないし8記載の二元給配水システム。
- 請求項1ないし9記載のシステムのいずれか一つを採用する装置。
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