JP2008161807A - ろ過装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用後のろ過カートリッジの再生がろ過現場で行え、速やかにろ過膜としてリサイクル活用することができるろ過装置を提供する。
【解決手段】蒸気または熱水を使用する負荷５１から排出された温水（原水）を貯留する温水タンク３に接続されて、温水タンク３内の温水をろ過したのち、温水タンク３に戻すろ過装置１である。ろ過膜４２を内蔵したろ過カートリッジ４０と、ろ過膜４２の再生および中和を行う再生溶液１８Ａ，１８Ｂを有し、使用後のろ過カートリッジ４０を収納して再生および中和を行う再生器１０とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、蒸気または熱水を使用する負荷から排出された温水を貯留する温水タンクの外部に取り付けて使用され、温水タンクからの温水をろ過したのち、再び、温水タンクに戻すろ過装置に関する。

従来、ボイラ設備のような蒸気生成手段から排出される温水は、高い熱エネルギを保有する有効資源として温水タンクに回収・貯留されたのち、再び、循環させてボイラ設備で使われる。このようなボイラ設備を長く使用していると、ボイラ内部で鉄さびのような異物が発生し、ボイラの寿命を短くする。このため、通常、ボイラに防錆剤を添加し、ボイラからの鉄さびの発生を抑制している。しかし、防錆剤を添加すると、回収した温水は食品衛生上の立場から食器洗いや食品処理用水として使えない。また、防錆剤を添加しなければ、回収される温水中への鉄さびの混入は避けられず、ボイラ寿命に影響を及ぼす。

このようなことから、ボイラから回収した温水中に防錆剤を添加することなくボイラからの鉄さびのような異物を速やかに取り除け、かつ防錆剤を使用しないことで前記温水を食器洗いや食品処理用水として利用することのできる温水処理法として、例えば温水タンクに回収された温水をろ過膜でろ過して鉄さびのような異物を除去し、再び、温水タンクへ戻すようにした温水ろ過方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００６−４３５０７号公報

ところが、前記ろ過膜を使った温水のろ過方法によれば、一定量の温水をろ過膜でろ過すると、鉄さびのような異物がろ過膜に目詰まりし、ろ過膜のろ過性能が短期間で低下する。また、ろ過性能を回復させるためのろ過膜の再生は、温水のろ過現場から遠く離れた再生工場で行うため、ろ過膜のリサイクル活用が迅速かつ効率的になされない。さらに、自動再生機能を付与したろ過装置は高価で大きなスペースをとり、保守のための負担も大きいものであった。

そこで、本発明は、急激な目詰まりによるろ過不良が発生した際、ろ過膜の再生がろ過現場で行え、速やかにろ過膜としてリサイクル活用することができるろ過装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るろ過装置は、蒸気または熱水を使用する負荷から排出された温水を貯留する温水タンクの外部に設けられて、前記温水タンク内の温水をろ過したのち、前記温水タンクに戻すろ過装置であって、ろ過膜を内蔵したろ過カートリッジと、前記ろ過膜の再生および中和を行う再生溶液を有し、使用後の前記ろ過カートリッジを収納して再生および中和を行う再生器とを有する。

この構成によれば、蒸気または熱水を使用する負荷から排出された温水をろ過処理するに際し、ろ過カートリッジに内蔵されたろ過膜に目詰まりした鉄さびのような異物がろ過装置に付設された再生器の再生溶液により、ろ過現場でろ過膜が再生および中和されることで取り除かれ、ろ過カートリッジが再使用可能になる。また、ろ過膜の再生・中和により、ろ過膜が中性となるから、その後の簡単な洗浄のみですぐにろ過を行うことができ、急な目詰まりによる運転停止時間を大幅に短縮できる。したがって、ろ過カートリッジを離れた再生工場に輸送する必要がなくなり、ろ過膜の再生・中和の作業効率が向上する。

本発明の好ましい実施形態では、さらに、前記温水からなる原水を前記ろ過カートリッジに導入する導入通路と、ろ過カートリッジ内の原水を排出するドレン通路と、ろ過カートリッジからのろ過水を前記温水タンクに戻す回収通路と、前記回収通路とろ過カートリッジの原水側とを接続する充水通路とを有する。

この構成によれば、導入通路から原水がろ過カートリッジに導入され、ろ過カートリッジ内に充水されることにより、原水が前記ろ過カートリッジでろ過され、回収通路を経て温水タンクに戻される。また、充水により溢れた原水は、充水通路により前記回収通路のろ過水と合流して温水タンクに戻され、外部には排出されない。ろ過を長時間停止する場合のみ、ろ過カートリッジ内の原水はドレン通路を経て外部に排出される。このように、充水工程において温水が廃棄されることがなくなり、温水の利用効率が高い。

本発明において、さらに、前記ろ過カートリッジ内の原水を排出するドレン通路と、前記ろ過カートリッジのろ過水側から原水側に向けて空気を供給し、前記ドレン通路から排出させる逆流空気供給通路とを有する。この構成によれば、供給空気の空気圧によってろ過カートリッジ内の原水が勢いよく逆流して前記空気とともにドレン通路から排出される。このとき、ろ過カートリッジのろ過膜に付着する鉄さびのような異物が取り除かれて前記原水とともにドレン通路から排出される。したがって、ろ過カートリッジに内蔵されたろ過膜の目詰まりが解消し、ろ過カートリッジの寿命が延びる。また、逆洗には、温水ではなく空気を使用するので、温水が無駄に消費されることがなく、温水の熱エネルギが有効に活用できる。

本発明において、前記再生器は前記ろ過カートリッジを収納して再生を行う再生チャンバと、再生後のろ過カートリッジを収納して中和を行う中和チャンバとを有する。このように、再生用と中和用のチャンバをそれぞれ独立した別体のものとしたことで、ろ過カートリッジは再生チャンバで鉄さびのような異物が取り除かれて再生されたのち、中和チャンバで確実に中和される。

本発明において、より好ましくは、前記ろ過カートリッジのろ過膜は分画粒子径が１〜１０μｍである。分画粒子径が１μｍ未満では鉄さびの除去効率は高いが通水抵抗が大きく、１０μｍを超えると通水抵抗は小さくなるが鉄さびの除去効率が低下する。鉄さび除去率は分画粒子径が２．５μｍの場合、９５％であり、これよりも分画粒子径が大きくなると、鉄さび除去率が急激に低下するが、装置の経済性を考慮すると、１０μｍ程度まで利用できる。このように、ろ過膜の分画粒子径を１〜１０μｍとしたことで、温水中の鉄さびを最も効率よく除去でき、通水抵抗が小さく、大流量のろ過が可能となってろ過効率の向上をはかることができ、その結果、装置の小型化が実現される。

本発明に係るろ過装置によれば、蒸気または熱水を使用する負荷から排出された温水をろ過処理するに際し、ろ過カートリッジのろ過膜に目詰まりした鉄さびのような異物が再生器の再生溶液により、ろ過装置自体の中でろ過されて取除かれ、再生および中和されるので、ろ過膜の再生・中和の作業効率が向上する。また、ろ過膜の再生・中和により、ろ過膜が中性となるから、その後の簡単な洗浄のみですぐにろ過を行うことができ、急な目詰まりによる運転停止時間を大幅に短縮できる。したがって、ろ過カートリッジを離れた再生工場に輸送する必要がなくなり、ろ過膜の再生・中和の作業効率が向上する。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係るろ過装置の斜視図である。同図に示すように、ろ過装置１は、温水を貯留する温水タンク３の外部、例えばその近傍に設置され、温水タンク３に配管で接続される。ろ過装置１は縦長のほぼ直方体の形状であり、板材からなる収納ボックス２により、上部、前部および両側部が覆われている。収納ボックス２の下部には基台７１を介して４つの支持足７２が取り付けられている。収納ボックス２の前面２ａには操作パネル５と、第１および第２圧力計６，７とが装着されている。収納ボックス２の後部には、縦長の円筒状のろ過チャンバ４が配置され、一側面にブラケット９を介して、縦長の筒形の再生チャンバ１０Ａおよび中和チャンバ１０Ｂからなる再生器１０が取り付けられている。

図２はろ過装置１の内部の配管構造を示す。同図に示すように、ろ過チャンバ４の下方には、図１に示す温水タンク３からの温水（原水）をろ過装置１側に取り入れる図示しない配管に接続される手動の開閉バルブ１１が配置され、この開閉バルブ１１の下流に原水ポンプＰ１が接続されている。原水ポンプＰ１は入口配管２１により、垂直に配置されたろ過チャンバ４の下部側方に接続されている。入口配管２１には手動の開閉バルブ１３と、自動の原水入口バルブＡＶ１とが接続されている。このように構成される原水取入配管系統により、温水タンク３からの原水はろ過装置１に取り込まれ、ろ過チャンバ４によってろ過処理される。ろ過処理された清浄なろ過水は、ろ過チャンバ４の出口配管２２に接続された自動の温水出口バルブＡＶ２および手動の開閉バルブ１４を通して温水タンク３へ戻される。

入口配管２１には原水入口バルブＡＶ１の下流側で自動の第１ドレンバルブＡＶ３を介してドレン配管２３が接続され、このドレン配管２３の先端が収納ボックス２の後側に開口したドレン排出口８に接続されている。前記ろ過チャンバ４の上部には二又の配管２４を介して第２ドレンバルブＡＶ４および充水バルブＡＶ５が接続され、この第２ドレンバルブＡＶ４の先端に、下方に延びる柔軟なドレンホース２５が接続され、このドレンホース２５の先端が前記ドレン排出口８に接続されている。

前記充水バルブＡＶ５には、下方に延びる柔軟な充水ホース２６が接続され、この充水ホース２６の先端が出口配管２２における自動の温水出口バルブＡＶ２と開閉バルブ１４の間に接続され、温水出口バルブＡＶ２を通って導出されるろ過水と合流する。

ろ過チャンバ４の出口配管２２には、自動の空気導入バルブＡＶ６が取り付けられ、この空気導入バルブＡＶ６の下部に空気供給用チューブ２７が接続され、このチューブ２７の先端が収納ボックス２の側部下方に設けた空気供給口１２に接続され、この空気供給口１２を介して、後述するように加圧空気が送り込まれ、ろ過チャンバ４内のろ過膜４２を空気逆洗できるようになっている。また、入口配管２１における原水ポンプＰ１と自動の原水入口バルブＡＶ１の間に入口圧検出センサ２８が接続され、この入口圧検出センサ２８が、検出圧力を表示する第１圧力計６に接続されている。出口配管２２における自動の温水出口バルブＡＶ２と開閉バルブ１４との間に出口圧検出センサ２９が接続され、この出口圧検出センサ２９が、検出圧力を表示する第２圧力計７に接続されている。

図３はろ過チャンバ４の分解斜視図を示す。同図に示すように、ろ過チャンバ４は、上端が開口した円筒状本体４ａの内部にろ過カートリッジ４０を収納し、上部開口４ａａをシール用のОリング３１を備えたキャップ４ｂで閉塞している。ろ過カートリッジ４０は、筒形ケース４１の内部に中空糸膜からなる多数のろ過膜４２を収納したものである。ここで、前記ろ過膜４２としては中空糸膜のほかに平膜も使用できる。この実施形態では、中空糸膜の分画粒子径が２〜３μｍである。ろ過膜４２の分画粒子径を２〜３μｍとしたことで、通水抵抗が小さく、大流量のろ過が可能となってろ過効率の向上をはかることができ、これによって、装置が小型化される。

本発明で使用される中空糸膜によるろ過の方式としては、外圧全ろ過、外圧循環ろ過、内圧循環ろ過などが挙げられ、所望の処理条件や処理性能に応じて適宜選択することができる。膜寿命の点では、分離膜表面の洗浄を同時に行うことのできる循環方式が好ましく、設備の単純さ、設置コスト、運転コストの点では全ろ過方式が好ましい。

上下端が開口した筒形ケース４１の下部には、前記本体４ａ内にろ過カートリッジ４０を収納して嵌合孔３３に嵌合したとき、嵌合孔３３との間のシール性を確保するため、Оリング３４が装着されている。前記ケース４ａの上部側面（収納ボックス２の他側方側）には二又の配管２４（図２）と接続するための接続管４６が設けられ、下部側面（前記他側方側）には入口配管２１（図２）に接続するための接続管４７が設けられ、下端面には出口配管２２（図２）に接続するための接続管４８が設けられている。

図１の再生器１０は、使用後のろ過カートリッジ４０を収納して再生を行う再生チャンバ１０Ａと、再生後のろ過カートリッジ４０を収納して中和を行う中和チャンバ１０Ｂとが、収納ボックス２の一側面に並んで配置されている。これらのチャンバ１０Ａ，１０Ｂは、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、円筒状となっており、その中に、再生する場合や中和する場合にろ過カートリッジ４０を装填し、その上部開口がそれぞれキャップ１０Ａａ，１０Ｂａで閉塞できるようになっている。再生チャンバ１０Ａには、ろ過カートリッジ４０に内蔵されたろ過膜４２の再生を行う再生溶液として所定濃度のシュウ酸（またはクエン酸）１８Ａが入れられ、中和チャンバ１０Ｂには、再生されたろ過膜４２の中和を行う中和溶液として所定濃度の重曹１８Ｂが収容されている。

図５に示すように、収納ボックス２の後側は開放されており、ろ過チャンバ４および配管、バルブ類が露出している。この後側からろ過装置１に、温水タンク３との接続配管が連結される。

図６は温水タンク３とろ過装置１を接続する配管概略構成図を示す。温水タンク３の温水はボイラ５０に供給されて蒸気または熱水となり、負荷５１に供給される。負荷５１を出た温水は温水タンク３に戻る。温水タンク３からの温水である原水は導入通路６１を通ってろ過カートリッジ４０の下部に側方から導入される。導入通路６１には、上流側から順に、前述した原水ポンプＰ１、自動の原水入口バルブＡＶ１が設けられている。導入通路６１における開閉弁１１よりも下流側が前記入口配管２１（図２）により形成されている。ろ過水はろ過カートリッジ４０の下部から回収通路６２を通って温水タンク３に回収される。回収通路６２には上流から順に前記温水出口バルブＡＶ２と開閉バルブ１４が設けられており、回収通路６２における開閉バルブ１４よりも上流側が前記出口配管２２（図２）により形成されている。

導入通路６１の原水入口バルブＡＶ１の下流側に前記第１ドレンホース２３（図２）により形成された第１のドレン通路６３が接続されており、この第１のドレン通路６３に第１ドレンバルブＡＶ３が設けられている。ろ過カートリッジ４０の上部側方と、回収通路６２における温水出口バルブＡＶ２と開閉バルブ１４の間とが、充水通路６４により接続されており、この充水通路６４に自動の充水バルブＡＶ５が設けられている。充水通路６４の充水バルブＡＶ５の上流側に第２のドレン通路６５が接続され、この第２のドレン通路６５に第２ドレンバルブＡＶ４が設けられている。充水通路６４の充水バルブＡＶ５の下流側には、ドレン排出時に充水通路６４に大気中の空気を導入するための通路開放バルブＡＶ７が接続されている。回収通路６２の温水出口バルブＡＶ２の上流側に空気供給用チューブ２７（図２）からなる空気導入用の逆洗通路６７が接続され、この逆洗通路６７に空気導入バルブＡＶ６が設けられている。

ろ過の工程表を図７に示す。まず、充水工程では、図６の自動の原水入口バルブＡＶ１および充水バルブＡＶ５を開弁し、他のすべてのバルブを閉弁し、原水ポンプＰ１を作動して原水を温水タンク３からろ過カートリッジ４０に供給する。このとき、充水バルブＡＶ５から原水を溢れさせる。これにより、ろ過カートリッジ４０への充水が完了する。充水は例えば数秒間で完了する。この場合、必要十分以上の充水時間を設定しておけば、ろ過流量を変更しても充水時間の調整変更の手間はなくなる。

続いて、ろ過工程では、原水ポンプＰ１の作動を継続し、原水入口バルブＡＶ１および温水出口バルブＡＶ２のみを開弁し、他のすべてのバルブを閉弁する。これにより、原水のろ過がろ過カートリッジ４０で行われ、ろ過水は回収通路６２を経て温水タンク３に戻される。充水により充水バルブＡＶ５から溢れた原水も充水通路６４を経て前記回収通路６２と合流し、ろ過水とともに回収通路６２を経て温水タンク３に戻される。このように、充水により溢れたろ過水が外部に排出されないので、温水の利用効率が高い。

前記ろ過工程が一定時間継続されると、ろ過カートリッジ４０に内蔵されたろ過膜４２が原水に含まれる鉄さびのような異物で目詰まりし、ろ過性能が低下する。例えば３０分に１度程度、逆洗によりろ過膜４２の目詰まりを取り除く。このための逆洗準備として、原水ポンプＰ１の作動を停止し、原水入口バルブＡＶ１，温水出口バルブＡＶ２のみを開弁し、他のすべてのバルブを閉弁する。これにより、ろ過カートリッジ４０内、導入通路６１における原水ポンプＰ１の下流側、およびドレン通路６５に、原水が残る。

前記逆洗準備が完了してから、自動の第２ドレンバルブＡＶ４，空気導入バルブＡＶ６のみを開弁し、その他バルブのすべてを閉弁した条件下で、コンプレッサＰ２からの加圧空気Ａを、流量調整弁６９および前記空気導入バルブＡＶ６を経てろ過カートリッジ４０内に送り込む。これにより、ろ過カートリッジ４０のろ過膜４２に目詰まりしていた鉄さびのような異物を洗い落し、自動の第２ドレンバルブＡＶ４を経て外部に排出する。つづくドレン工程において、第１ドレンバルブＡＶ３、第２ドレンバルブＡＶ４および通路開放バルブＡＶ７のみを開弁することにより、ろ過カートリッジ４０内、ドレン通路６５および導入通路６１に残った原水を外部にドレンとして排出する。この結果、ろ過カートリッジ４０の目詰まりは解消し、以降、充水工程に戻り、同様の反復操作が繰り返される。

この逆洗後の充水工程おいて、前記ろ過カートリッジ４０に温水を充填する場合、ろ過カートリッジ４０内の逆洗時の残留空気をろ過カートリッジ４０内から完全に追い出すために、従来、逆洗を行う度に必要以上の温水を前記ろ過カートリッジ４０に送り込んでいたために、温水がドレンとして排出されていたが、この点、本発明の場合、ろ過カートリッジ４０の原水側と、ろ過カートリッジ４０からのろ過水を温水タンク３に戻す回収回路６２とをバイパスさせているので、前記充水時の温水が温水タンク３に回収されて、温水のロスをゼロにすることができる。

以上の工程は制御回路７０に内蔵されたスケジューリングにしたがって実行される。このとき、自動の各バルブＡＶ１〜ＡＶ６，原水ポンプＰ１，コンプレッサＰ２が制御回路７０により開閉および駆動が制御される。入口圧検出センサ２８、出口圧検出センサ２９で検出された圧力信号は制御回路７０に入力され、これらの圧力が許容範囲外であるとき、制御回路７０がろ過装置１の運転を停止する。

前記ろ過操作の反復によっても、ろ過カートリッジ４０の目詰まりが解消する見込みがない場合には、ろ過装置１から前記ろ過カートリッジ４０を取り外して新しいものと交換し、取り外した使用後のろ過カートリッジ４０を図３の再生チャンバ１０Ａ内に一定時間、例えば３０分間収納する。この再生チャンバ１０Ａ内の再生溶液であるシュウ酸（またはクエン酸）により、目詰まりの原因である鉄さびのような異物が取り除かれる。その後、再生チャンバ１０Ａ内からろ過カートリッジ４０を取り出し、これを図３の中和チャンバ１０Ｂ内に一定時間、例えば５分間、収納する。これにより、ろ過カートリッジ４０に付着した酸成分は中和される。

このようして、再生チャンバ１０Ａおよび中和チャンバ１０Ｂで処理したろ過カートリッジ４０は、ろ過装置１に戻してろ過運転を開始する前に、例えば温水を入れた別の容器に入れることにより、温水による洗浄を行う。中和後のろ過カートリッジ４０をろ過チャンバ４に入れて再使用したとき、温水のＰＨ変化に影響を及ぼさないから、温水用途が拡大する。また、ろ過装置１に再生器１０である再生チャンバ１０Ａと中和チャンバ１０Ｂが一体的に付設されているので、ろ過現場でろ過膜４２の再生・中和が可能となる。これにより、ろ過カートリッジ４０のリサイクル活用が迅速に行える。さらに、ろ過チャンバ４が収納ボックス２の上面に露出し、再生チャンバ１０Ａおよび中和チャンバ１０Ｂが収納ボックス２の側方に露出しているので、これらのキャップ４ａ，１０Ａａ，１０Ｂａの開閉操作が容易である。

使用後の再生チャンバ１０Ａ内のシュウ酸（またはクエン酸）のような再生溶液と、使用後の中和チャンバ１０Ｂ内の重曹のような中和溶液とは、バケツのような容器の中に一緒に投入してよく撹拌することで完全に中和反応させてから廃棄する。

なお、逆洗行程は、空気の代わりにろ過水をろ過カートリッジ４０に逆流させる方法でもよいが、空気逆洗の場合は、逆洗に用いたろ過水がドレン通路から廃棄されて、温水の熱エネルギが失われることがないので、好ましい。

本発明の一実施形態に係るろ過装置の斜視図である。 ろ過装置の内部配管構造を示す斜視図である。 ろ過カートリッジの分解斜視図である。 （Ａ）は再生チャンバの斜視図、（Ｂ）は中和チャンバの斜視図である。 ろ過装置の背面図である。 本発明の一実施形態に係るろ過装置を用いたろ過システムを示す概略構成図である。 本発明の一実施形態に係るろ過装置を用いたろ過システムの工程表である。

符号の説明

１ ろ過装置
３ 温水タンク
４ ろ過チャンバ
１０ 再生器
１０Ａ 再生チャンバ
１０Ｂ 中和チャンバ
１８Ａ 再生溶液
１８Ｂ 中和溶液
４０ ろ過カートリッジ
６１ 導入通路
６２ 回収通路
６４ 充水通路
６５ ドレン通路
Ｐ１ 原水ポンプ
Ｐ２ コンプレッサ

Claims (5)

1. 蒸気または熱水を使用する負荷から排出された温水を貯留する温水タンクに接続されて、前記温水タンク内の温水をろ過したのち、前記温水タンクに戻すろ過装置であって、
   ろ過膜を内蔵したろ過カートリッジと、
   前記ろ過膜の再生および中和を行う再生溶液を有し、使用後の前記ろ過カートリッジを収納して再生および中和を行う再生器と、
   を備えたろ過装置。
2. 請求項１において、さらに、
   前記温水からなる原水を前記ろ過カートリッジに導入する導入通路と、
   前記ろ過カートリッジ内の原水を排出するドレン通路と、
   前記ろ過カートリッジからのろ過水を前記温水タンクに戻す回収通路と、
   前記回収通路とろ過カートリッジの原水側とを接続する充水通路と、
   を備えたろ過装置。
3. 請求項１において、さらに、
   前記ろ過カートリッジ内の原水を排出するドレン通路と、
   前記ろ過カートリッジのろ過水側から原水側に向けて空気を供給し、前記ドレン通路から排出させる逆流空気供給通路と、
   を備えたろ過装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項において、前記再生器は、前記ろ過カートリッジを収納して再生を行う再生チャンバと、再生後のろ過カートリッジを収納して中和を行う中和チャンバとを有するろ過装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項において、前記ろ過カートリッジのろ過膜は分画粒子径が１〜１０μｍであるろ過装置。

Images