JP2010119936A - 水浄化システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】濁水に凝集剤を投入して攪拌する装置(5)と、該攪拌する装置(5)の下流側に設けられて凝集した異物(スラグ)を濾過する第1の濾過装置(7)と、第1の濾過装置(7)の下流側に設けられた複数の濾過装置(8、11)と、制御装置(40)とを有し、第1の濾過装置(7)はフィルター(73)及び該濾過装置(7)におけるフィルターよりも上流側の領域の圧力を計測する圧力計測装置(23)を有しており、制御装置(40)は、圧力計測装置(23)で計測された圧力がしきい値を越えた場合に、第1の濾過装置(7)のフィルター(73)を交換する旨を報知する機能を備えている。
【選択図】図1
Description
しかし、河川や溜池等の水(濁水)には、各種異物が混入しており、衛生上の見地から、そのままでは飲料に供することはできない。
河川や溜池等の水(濁水)を人間の飲料水として必要な程度まで浄化するシステムは、従来から存在しているが、従来のシステムは巨大で且つ重量が大きく、ヘリコプターの搬送能力を遥かに超えている。そのため、陸の孤島化した被災地に、重量が大きい水浄化システムを搬送することは不可能であった。
係る状況を考慮して、軽量で、調達及び取り扱いが容易であり、浄化能力が高く、消費電力が少ない水の浄化システムが要請されているが、現時点では係る要請に応えることが出来る浄化システムは提案されていない。
しかし、係る従来技術(特許文献1)は、凝集剤を添加することにより濁水中に生じたスラグ(異物或いはその塊)を除去するための技術が開示されておらず、当該濁水を飲用可能なレベルまで浄化することは困難である。
ここで本発明の水浄化システムは、前記攪拌する装置(反応攪拌槽5)の下流側に凝集剤を投入されて攪拌された濁水を送り出すポンプ(6:スラリーポンプ、チューブポンプ)を備えているのが好ましい。
また、前記攪拌する装置(反応攪拌槽5)に投入される凝集剤としては、粘性を持たない吸着凝集剤が望ましい。
そして本発明によれば、駆動するのは上述したポンプ(6)や、濁水に凝集剤を投入して(投入機4)攪拌する装置(反応攪拌槽5)であるため、その駆動源である電動モータ、その他の機器の駆動源は電力消費量が少ない。そのため、本発明の水浄化システムの駆動電力を、例えば、太陽光発電や風力発電等の、いわゆる「クリーンエネルギー」で賄うことが可能である。そのため、地震の被災地のようにライフラインが寸断された地域であっても、本発明の水浄化システムを作動させることが可能である。
また本発明によれば、大重量の機器の使用が必要ではないため、システム全体を小型化、軽量化することが出来る。したがって、ペイ・ロードが小さいヘリコプター等で本発明のシステム全体を移動することが出来るので、道路が寸断されて車両による通行が不可能となってしまった被災地であっても、本発明に係る水浄化システムを搬送することが可能である。
これに対して本発明によれば、当該領域の圧力がしきい値を越えた場合に、第1の濾過装置(7)のフィルター(73)を交換する旨を報知する様に構成されているので、第1の濾過装置(7)を分解して、内蔵されたフィルター(73)が目詰まりをしているか否かを作業員が点検作業をする必要が無い。当該フィルター(73)が目詰まりをして交換の時機が来ると、フィルター(73)を交換する旨が自動的に報知される。
その結果、フィルター(73)の破損や、第1の濾過装置(7)上流の機器の破損が防止されると共に、高価なフィルター(特に、目の細かいバグフィルター73)の寿命を長期化させて、その分だけ運転コストを低減することが出来る。
そして、攪拌及び停止を繰り返すことにより、凝集し切れなかった異物が、次回の攪拌と停止のサイクルの間に凝集されるので、濁水中の異物が十分に凝集される。
その結果、濁水中の異物(汚物や土砂等)を完全に凝集して、除去することが出来る。
図1において、全体を符号100で示す水浄化システムは、河川や溜池等から飲料水として浄化するべき濁水(原水)を取り入れる投入口1と、投入口1から供給される濁水を大雑把に濾過するための粗取り槽2とを備えている。
それに加えて水浄化システム100は、原水槽3、吸着凝集剤定量投入機(以下、「凝集剤投入機」と言う)4、反応撹拌槽5、スラリーポンプ6、第1の濾過装置である細取り槽7を有している。
さらに、水浄化システム100は、第2の濾過装置である濾過水槽8、濾過水貯留槽9、日常生活水槽10、第3の濾過装置である浄化フィルター槽11、浄化水タンク12、消毒液タンク(以下、「塩素タンク」と言う)13、上水槽14を有している。
ここで、水浄化システム100は、太陽光発電装置32や、風力発電装置34等の発電装置と、蓄電変換装置36と、制御盤40を備えている。
太陽光発電装置32や、風力発電装置34によって発電された電力は、蓄電変換装置36に蓄電され、必要に応じて上記駆動源に供給されるように、制御盤40が制御する様に構成されている。
原水槽3における第1のポンプP1の吐出側は、流量計21を介装したラインL1によって反応撹拌槽5に接続されている。換言すれば、原水槽3に貯留された原水は、ラインL1を介して反応撹拌槽5に送られる。
反応撹拌槽5とスラリーポンプ6とはラインL2によって接続され、スラリーポンプ6と細取り槽7とはラインL3で接続されている。
ラインL1における符号V1で示す開閉弁は、ユニット50の各々に連通する様にラインL1を複数本に分配するための分配器としての作用を奏する部材に交換可能である。
なお、ユニット50を1つのみ設けることも可能である。その場合は、開閉弁V1が分配器としての作用を奏する必要はなくなる。
また、反応撹拌槽5における処理はバッチ処理である。そのため、他の機器における単位時間あたりの処理量に比較して、バッチ処理を行なっている反応撹拌槽5における単位時間あたりの処理量が少なく、システム100全体の処理効率を低下させる恐れがある。
これに対して、上述したように、凝集剤投入機4、反応撹拌槽5、細取り槽7を有するユニット50を複数備え、複数のユニット50を並列に配置すれば、反応撹拌槽5においてバッチ処理を行なったとしても、システム100全体の処理効率が低下することは防止される。
濾過水貯留槽9における第3のポンプP3の吐出側と日常生活水槽10とは、開閉弁V2を介装したラインL6によって接続されている。
ラインL6は、分岐点Bで、開閉弁V3を介装したラインL7と分岐している。ラインL7は浄化フィルター槽11に連通している。
ラインL9において、ポンプP4とラインミキサ24との間の領域には、第2の流量計25が介装されている。
塩素タンク13とラインミキサ24とはラインL10で接続されており、ラインL10にはポンプP5が介装されている。
ラインL9に介装した第2の流量計25と、ライン10のポンプP5とは連動している。そして、流量計25で計測されたラインL9を流過する水量に対応して、ポンプP5により、ラインL9に投入する塩素量をコントロールしている。
図1において、投入口1は粗取り槽2の上方に設けられ、投入口1から原水が粗取り槽2に落下する。原水を粗取り槽2に供給するに際しては、例えばバケツ等を用いた手作業で行なっても良いし、或いは、図示しない原水汲み上げ用のポンプを用いても良い。原水汲み上げ用のポンプを用いる場合には、粗取り槽2の水位(原水の水位)が上限に達した時点で原水汲み上げ用のポンプを停止し、粗取り槽2の水位が下限に達した時点で原水汲み上げ用のポンプの運転を再開する様に構成することが出来る。
粗取り槽2は、例えば1mm以下のメッシュのバグフィルター21(目が微細なフィルター)を備え、代表寸法が1mm以上の異物(例えば、ごみや、樹木の枝、葉等)を除去している。
原水槽3は、底部に設けた排出用のポンプ(第1のポンプ)P1と、第1の水位計LS1を備えている。なお、処理するべき濁水を、投入口1及び粗取り槽2を経由せずに、直接、原水槽3に投入することも可能である。
反応撹拌槽5は、電動モータによって駆動する撹拌機22と、第2の水位計LS2を備えている。
ここで、凝集剤投入機4で反応撹拌機5に投入される凝集剤としては、粘性を持たない吸着凝集剤を選択することが望ましい。粘性を有する凝集剤を原水に投入すると、フロッグ(異物)が粘性を有してしまい、細取り槽7のバグフィルターに粘着して、除去が困難となってしまう。それに対して、吸着凝集剤により凝集したフロッグ(異物)であれば、細取り槽7のバグフィルターから除去することが容易であり、当該バグフィルターの再利用が可能となるからである。
また、凝集剤投入機4は第1の流量計21と連動しており、流量計21で計測されたラインL1を流過する原水の量に対応した量の吸着凝集剤が、反応撹拌機5に投入されるように構成されている。
撹拌および停止の詳細にはついては、図3及び図4を参照して後述する。
図1の例では、スラリーポンプ6は、反応撹拌槽5の水位計LS2が上限で作動し、下限で停止するようにするのが好ましい。
ここで、図2を参照して後述するように、後述する細取り槽7のバグフィルターの清掃(目詰まりの解消)時の取り外しに備え、圧力センサ23の圧力値がしきい値以上になった場合には、スラリーポンプ6を逆転して、細取り槽7内の水(より詳細には、バグフィルター23で濾過されていない原水或いは濁水)をラインL2側に戻す操作が為される。
細取り槽7のバグフィルター23から濾過水槽8側の領域に、バグフィルター23で濾過されていない未処理水(微細な異物を包含する)を流入させないためである。
細取り槽7のバグフィルター73において、スラリーポンプ6の吐出圧により、フロッグ(異物)は押圧されて、脱水される。
細取り槽7の蓋74の上方には、圧力センサ23が介装されている。この圧力センサ23で計測された圧力の値が所定値(例えば、5kg/cm2)以上となった場合、バグフィルター73を交換するために、図示しない警報手段によって警報が発せられるように構成されている。
図示しない警報手段は、例えば音声警報装置、或いは光学的な警報装置(点滅ランプ)等である。
原水の異物濃度が例えば10000ppmの場合、ラインL4を流れる水(細取り槽7で処理された水)の異物濃度は5ppm〜7ppmまでに減少する。
濾過水槽8は、フィルター81と、槽内底部の第2のポンプP2(排出用ポンプ)と、第4の水位計LS4を備えている。
濾過水槽8は細取り槽7とは異なり、パンチングメタル等の補強用部材は設けていない。濾過水槽8のフィルター81には、スラリーポンプ6の吐出圧が作用しないからである。
図示はされていないが、濾過水槽8を細取り槽7と一体化することも可能である。
濾過水貯留槽9の底部には、排出用の第3のポンプP3が設けられている。ポンプP3により濾過水貯留槽9から排出された水は、その一部はラインL6を経由して日常生活水槽10に流入し、残りはラインL7を経由して浄化フィルター槽11に流入する。
日常生活水槽10は、いわゆる中水を蓄える目的で設けられている。ここで、中水を飲料に用いることは適当ではないが、風呂水、洗濯水等としては中水を使用することが出来る。
なお、浄化フィルター槽11における浄化フィルターの種類、材質には特に限定はない。
浄化フィルター槽11では、例えば異物濃度10000ppmの原水が、異物濃度1ppm〜5ppm程度(発明者による実験では1.87ppm)までに浄化される。
浄化水タンク12は、底部に設けた第4のポンプP4(排出用のポンプ)と、第4の水位計LS5とを備えている。
ここで、ラインミキサ24によってライン中の水に添加・混合される塩素の量は、流量計25で計測された浄化水タンク12から圧送された水の流量に基づいて、制御盤40が決定する。そして、決定された量の塩素を供給するように、制御盤40はポンプP5を制御する。
なお、図示の実施形態では、殺菌剤として塩素を選択しているが、殺菌剤は塩素に限定されるものではない。
粗取り槽2では、目の粗いフィルター21によって、大きな異物(代表寸法が1mm以上の異物)を除去する。
粗取り槽2で大きなごみが除去された濁水は、一旦、原水槽3に溜められる。
反応撹拌槽5で吸着凝集剤が投入されて、攪拌、混合された濁水は、スラリーポンプ6によって細取り槽7に圧送される。
細取り槽7において、フロッグ状態の微粒子がバグフィルター73によって除去される。
そして、濾過水槽8内の水が所定量以上、例えば、水位計LS4で計測された水位が上限値に達すると、ポンプP3が起動して、濾過水貯留槽9に送り出す。
処理水は、濾過水貯留槽9から、ラインL6経由で日常生活水槽10に圧送され、ラインL7経由で浄化フィルター槽11に圧送される。
浄化フィルター槽11に圧送された水は、例えば活性炭、光酸化オゾン等のフィルター部材によって、浄化され、一旦、浄化水タンク12に貯留される。
水位センサLS5によって計測された浄化水タンク12の水位が所定レベル以上になれば、ラインL9を介して浄化水タンク12の水を上水槽14に圧送する。
ラインL9を流過する際に、ラインミキサ24によって塩素が添加・混合されて滅菌される。そして、上水槽14に貯留された水は、浄化処理及び滅菌処理が完了して、飲料に適した水として用いられる。
図2のステップS1において、スラリーポンプ6を稼動して、細取り槽7で微細な異物を除去するべく、処理水を濾過する。
細取り槽7で処理水を濾過するに際して、圧力センサ23により、バグフィルター73の上流側(ラインL3側)の圧力を計測する(ステップS2)。そして、圧力センサ23の計測値が所定値(しきい値)以上になったか否かを判断する(ステップS3)。
ステップS4において、警報は所定時間(例えば10秒)続くが、この警報の解除は、図示しない警報解除スイッチを押すことによって行われる。
ここで、スラリーポンプ6がインバータモータで駆動されるタイプであれば、正回転と逆回転の切替が容易であるので、好適である。
スラリーポンプ6と細取り槽7の間の水を抜くだけであれば、スラリーポンプ6が付加するべき水頭は低くても良いので、逆回転時にパワーダウンすることにより、その分だけエネルギの浪費を抑制することが出来る。そのため、省エネルギの見地からも、インバータモータで駆動されるスラリーポンプが好適である。
ここで所定時間とは、細取り槽7内のバグフィルター73よりも上流側の水を反応撹拌槽5側に戻すのに十分な時間である。すなわち、所定時間が経過すれば、バグフィルター73よりも上流側に残留する異物を含む水が、濾過されずに、下流側(濾過水槽8側)に流れ込んでしまうことが回避されるのである。
ステップS5で所定時間が経過したなら(ステップS5がYES)、ステップS6に進む。
交換されたバグフィルター(異物により目が詰まってしまったバグフィルター)は、清浄等により目詰まりを解消し、再利用するのが好ましい。
バグフィルターを交換したならばステップS1以降を繰り返す。ここで、ステップS4でシステム100の水処理運転を停止している場合には、バグフィルター73の交換が完了した時点で、システム100の水処理運転を再開する。
図2を参照して説明したように、バグフィルター73の交換時期を自動的に報知することが出来るので、高価なバグフィルター(特に、目の細かいバグフィルター73)の破損を防止して、長寿化させるのみならず、細取り槽7上流の機器の破損が防止されるので、運転コストを低減することが出来る。
図3では、反応攪拌槽5における処理の各工程3A〜3Gが表示されており、係る工程3A〜3Gは図4を参照して詳述されている。
図3の工程3A及び図4のステップS11において、原水を反応撹拌槽5に流入せしめる。原水が反応撹拌槽5へ流入するのと同時に、凝集剤投入機4及び撹拌機22を起動する(図4のステップS12)。
そして反応撹拌槽5の水位が水位計LS2の上限に到達したか否かを判定し(図4のステップS13)、水位が上限に達したなら(図4のステップS13がYES)図4のステップS14に進み、原水の流入と凝集剤の投入を停止して、攪拌のみを行なう。係る攪拌は、所定時間が経過するまで行なわれる(ステップS15がYES、ステップS16)。すなわち、原水の流入と凝集剤の投入を停止したならば(ステップS14)、攪拌機22による攪拌のみを行なった状態で所定時間(15秒)が経過したか否かを判断する(ステップS15)。そして、所定時間が経過したならば(ステップS15がYES)、攪拌を停止する(ステップS16:1回目停止状態)。
図4のステップS17では、攪拌を停止(原水の流入と吸着剤の投入も停止)から所定時間(例えば15秒)が経過したか否かを判断する。そして、当該所定時間(15秒)が経過するまで、攪拌(及び原水の流入と吸着剤の投入)が停止した状態で待機する(ステップS17がNOのループ)。
図4のステップS17で所定時間(15秒)が経過したならば(ステップS17がYES)、ステップS18に進み、凝集剤投入機4及び撹拌機22を再起動する。そしてステップS19に進む。
ステップS19では、所定時間(例えば10秒)が経過したか否かを判断する。所定時間(10秒)が経過したならば(ステップS19がYES)、ステップS20に進み、凝集剤投入機4を停止して、攪拌のみを行なう。そして、ステップS21に進む。
所定時間(15秒)が経過したなら(ステップS21がYES)、撹拌機22を停止する(ステップS22)。
図4において、ステップS23では、撹拌機22を停止してから所定時間(例えば15秒)が経過したか否かを判断する(ステップS23がNOのループ)。
2回目の撹拌停止に際して、1回目及び2回目の攪拌に際して凝集反応しなかった異物の微粒子も、その大部分が凝集してフロッグ状態となる。但し、2回目の撹拌停止においても、上澄みには若干の濁りが残っている。
図4のステップS23で所定時間(15秒)が経過したなら(ステップS23がYES)、ステップS24に進み、凝集剤投入機4及び撹拌機22を起動する(3回目の撹拌)。そしてステップS25に進む。
ステップS25では、所定時間(例えば10秒)が経過したか否かを判断する。所定時間(例えば10秒)が経過したなら(ステップS25がYES)、ステップS26に進み、凝集剤投入機4を停止して、攪拌機22による攪拌のみを行なう。そしてステップS27に進む。
図4のステップS28で攪拌機を停止したならば、ステップS29で、撹拌機22を停止してから所定時間(例えば15秒)が経過したか否かを判断する。
ステップS29で、撹拌機22(及び凝集剤投入機4)が停止している状態(ステップS29がNOのループ)においては、第1回目〜第3回目の撹拌で凝集しなかった異物の微粒子も全て凝集し、大きなフロッグ状態となって沈殿する。そして、係るフロッグは、第1回目〜第3回目の停止により安定し、崩れ難い状態となっている。
なお、3回目の停止状態では、上澄みは目視上、濁りが無くなっている。
図4のステップS29において、所定時間(15秒)が経過すれば(ステップS29がYES)、フロッグ状態となった異物が反応撹拌槽5内に残留しないように撹拌を行いながら(ステップS30)、スラリーポンプ6によって、処理水を細取り槽7に圧送する(ステップS31)。
スラリーポンプ6による圧送を行ないつつ、反応撹拌槽5内の処理水のレベルが下限まで減少したか否かを判断し(ステップS32)、反応撹拌槽5内のレベルが下限に達したならば(ステップS32がYES)、スラリーポンプ6による圧送を停止して(ステップS33)、ステップS11以降を繰り返す(図4の「リターン」)。
細取り槽7の蓋74には、下流側(図5では下方)に突出する二つの円筒状の突出部741、742が同心に配置されている。そして、上流側(反応撹拌槽5側:図5では上方)から濁水が供給される濁水供給管75が取り付けられている。
濁水供給管75は、図5では示していない上流側が、図1で示すようにT字管(分岐管)となっており、T字管の1つの分岐部に圧力センサ23が設けられている。図2を参照して上述したように、係る圧力センサ23の計測値により、バグフィルター73の交換の要不要が判断される。
なお、上流側から濁水供給管75を介して供給される濁水は、吸着凝集剤が投入され、撹拌された状態である。
パンチングメタル72の内周側72iには、バグフィルター73を配置している。ここで、パンチングメタル72は、バグフィルター73の破損防止のために設けられており、補強材として作用する。
バグフィルター73の上流側(図3では上方)は、パンチングメタル72の上流側縁部72aで折り返されている。そして、バグフィルター73の縁部における枠体73aは、パンチングメタル72の上流側(図3では上方)縁部72aよりも、下流側(図3では下方)に位置している。
また、前記二つの円筒状の突出部741、742と、蓋74とで囲まれた領域には、U字状の第3のシール材78が、U字の開口側が下流側(図3の下方)に向かう様に配置されている。そして、バグフィルター73の上流側(図3の上方)端部近傍の領域は、このU字状のシール材78によって挟持されて保持されている。
なお、図示の実施形態では、平板状の2枚のシール材76、77を設けているが、平板状の1枚のシールに置換しても良い。
したがって、ペイ・ロードが小さいヘリコプター等で移動することが出来るので、道路が寸断されて車両による通行が不可能となってしまった被災地であっても、図示の実施形態に係る水浄化システムを搬送することが可能である。
また、細取り槽7を分解して、点検作業をしなくても、バグフィルター73の交換が必要か否かを容易に判断することが出来る。
そして、攪拌及び停止を繰り返すことにより、凝集し切れなかった異物が、次回の攪拌と停止のサイクルの間に凝集されるので、濁水中の異物が十分に凝集される。
その結果、濁水中の異物(汚物や土砂等)を完全に凝集して、除去することが出来る。
2・・・粗取り槽
3・・・原水槽
4・・・吸着凝集剤定量投入機/凝集剤投入機
5・・・撹拌する装置/反応撹拌槽
6・・・スラリーポンプ
7・・・第1の濾過装置/細取り槽
8・・・濾過水槽
9・・・濾過水貯留槽
10・・・日常生活水槽
11・・・浄化フィルター槽
12・・・浄化水タンク
13・・・消毒液タンク/塩素タンク
14・・・上水槽
21・・・第1の流量計
22・・・撹拌機
23・・・圧力センサ
24・・・ラインミキサ
25・・・第2の流量計
32・・・太陽光発電装置
34・・・風力発電装置
36・・・蓄電変換装置
40・・・制御盤
Claims (3)
- 濁水に凝集剤を投入して攪拌する装置(5)と、該攪拌する装置(5)の下流側に設けられて凝集した異物を濾過する第1の濾過装置(7)と、第1の濾過装置(7)の下流側に設けられた複数の濾過装置(8、11)と、制御装置(40)とを有し、第1の濾過装置(7)はフィルター(73)及び該濾過装置(7)におけるフィルター(73)よりも上流側の領域の圧力を計測する圧力計測装置(23)を有しており、制御装置(40)は、圧力計測装置(23)で計測された圧力がしきい値を越えた場合に、第1の濾過装置(7)のフィルター(73)を交換する旨を報知する機能を備えていることを特徴とする水浄化システム。
- 前記制御装置(40)は、前記攪拌する装置(5)内に濁水を供給し、装置(5)内に貯留された濁水に凝集剤を投入しつつ所定時間攪拌し、凝集剤の投入と攪拌とを所定時間停止し、該攪拌及び停止を複数回繰り返した後に、凝集剤が投入されて攪拌された濁水を下流側に向かって送り出す機能を有している請求項1の水浄化システム。
- 前記第1の濾過装置(7)は、本体部(70)と蓋(74)とを有し、蓋(74)には下流側に突出し、径の異なる二つの円筒状の突出部(741、742)が同芯に配置されて設けられるとともに、上流側から供給される濁水が流れる濁水供給管(75)が取り付けられ、前記本体部(70)は上流側端部にフランジ(71f)を設けたケーシング(71)と多孔材(72)とを有し、多孔材(72)の内周側にフィルター(73)を配置し、フィルター(73)の上流側を多孔材(72)の上流側縁部(72a)で折り返し、以って、フィルター(73)の縁部における枠体(73a)は多孔材(72)の上流側縁部(72a)よりも下流側に位置しており、ケーシング(71)のフランジ(71f)と蓋(74)の外周側との間には平板状のシール材(76、77)が介装されており、前記二つの円筒状の突出部(741、742)と蓋(74)とで囲まれた領域には、別途設けられたU字状の第3のシール材(78)がU字の開口側を下方に向けて介装されており、前記フィルター(73)の上流側の領域は、前記U字状のシール材(78)に挟持されるように保持されている請求項1、2の何れかの水浄化システム。
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- 2008-11-18 JP JP2008294552A patent/JP5190884B2/ja not_active Expired - Fee Related
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