JP2011072957A - 浄水システム - Google Patents

Abstract

【課題】サイクロン型遠心分離装置を用いての、懸濁物質の更なる除去が可能な手段の提供。
【解決手段】液体流路Ｐと、前記液体流路の流方向に対し磁力を印加可能な磁力部材が配されている活水器１と、前記活水器の上流及び下流に位置し、液体中に含まれる懸濁物質を分離する第一サイクロン型遠心分離装置及び第二サイクロン型遠心分離装置と、を有する浄水システムＳ１。また、活水器の上流には液体中の鉄をじょきょする除鉄装置４が、第二サイクロン型遠心分離器の下流に消毒液を供給する消毒薬生成装置６が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、河川水、井戸水、工業用水、海水、湖沼等の水を浄化する浄水システムに関し、フィルタを用いずにより多くの懸濁物質を除去可能な浄水システムに関する。

河川水、井戸水、工業用水等の浄化において、当該水に含まれる懸濁物質を除去することが必要とされる。従来、当該懸濁物はフィルタにより除去されてきたが、特許文献１では、サイクロン型遠心分離装置を用いて当該懸濁物を除去する手法が提案されている。当該サイクロン型遠心分離装置は、液体を所定流速で渦巻きを発生させて当該流体中に含まれる懸濁物質を遠心力により外側に移動させて分離する。

特開２００５−１３１６２５号公報

ここで、表１、図１５及び図１６は、特許文献１に係るサイクロン型遠心分離装置の懸濁物質の除去性能を示したデータである。表１に示すように、サイクロン型遠心分離処理を施すと、懸濁物質量が概ね半減する。更に、残った懸濁物質の粒度分布に関しても、特許文献１に係るサイクロン型遠心分離装置を適用する前のサンプルの粒度分布（図１５参照）と比較すれば明らかなように、特許文献１に係るサイクロン型遠心分離装置を適用することにより、粒子径が２０μｍ以上のものが殆ど除去されることが分かる（図１６参照）。

このような極めて優れた分離性能を有するサイクロン型遠心分離装置ではあるが、昨今では懸濁物質を更に低減させたいという要求もある。ここで、サイクロン型遠心分離装置で複数回処理することも考えられるが、表２に示すように複数回実施しても除去量は殆ど変わらないことが確認されている。そこで、本発明は、サイクロン型遠心分離装置を用いての、懸濁物質の更なる除去が可能な手段を提供することを目的とする。

本発明（１）は、
液体流路（液体流路Ｐ）と、
前記液体流路（液体流路Ｐ）に対して磁力を印加可能な磁力部材（好適には、液体流路に対してほぼ垂直に磁力を発する磁力部材）が配されている活水器（活水器１）と、
前記活水器（活水器１）の上流及び下流に位置し、液体中に含まれる懸濁物質を分離する第一サイクロン型遠心分離装置（第一サイクロン型遠心分離装置２−１）及び第二サイクロン型遠心分離装置（第二サイクロン型遠心分離装置２−２）と、を有する浄水システム（浄水システムＳ１）である。

本発明（２）は、前記活水器（活水器１）の上流に、液体中の鉄を除去する除鉄装置（除鉄装置４）を有する、前記発明（１）の浄水システム（浄水システムＳ１）である。

本発明（３）は、前記第二サイクロン型遠心分離装置（第二サイクロン型遠心分離装置２−２）の下流に、前記液体流路（液体流路Ｐ）に消毒薬を供給する消毒薬生成装置（殺菌装置）を有する、前記発明（１）又は（２）の浄水システム（浄水システムＳ１）である。

本発明（１）によれば、サイクロン型遠心分離装置とサイクロン型遠心分離装置との間に磁力を印加可能な磁力部材を配することにより、まず大きな粒子を最初のサイクロン型遠心分離装置で除去し、次に磁力部材で残った懸濁物質を含む液に磁場を加えることにより粒子の安定化を図り更にサイクロン型遠心分離装置で除去するよう構成されているので、サイクロン型遠心分離のみを何度行っても除去できなかった小さい粒子をも除去できるという除去向上効果を奏する。

本発明（２）によれば、前記効果に加え、前記活水器の上流に液体中の鉄を除去する除鉄装置が備えられているので、液体中の鉄により活水性能が低減してしまうことを抑制することが可能になるという効果を奏する。

本発明（３）によれば、前記効果に加え、第二サイクロン型遠心分離装置の下流に、前記液体流路に消毒薬を供給する消毒薬生成装置が備えられているので、懸濁物質が除去された後の液体（典型的には水）を、雑菌の存在が問題となる用途に使用することが可能になるという効果を奏する。

図１は、本最良形態に係る浄水システムＳ１の概念構成図である。 図２は、本最良形態の第一の態様に係る活水器の概略図である。 図３は、本最良形態の第二の態様に係る活水器の概略図である。 図４は、本最良形態の第二の態様に係る活水器の変形例である。 図５は、本最良形態の第三の態様に係る活水器の概略図である。 図６は、本最良形態の第三の態様に係る活水器の変形例である。 図７は、本最良形態の第四の態様に係る活水器の概略図である。 図８は、本最良形態の第四の態様に係る活水器の概略図である。 図９は、本最良形態の第四の態様に係る活水器の概略図である。 図１０は、本最良形態の第四の態様に係る活水器の概略図である。 図１１は、本最良形態の第四の態様に係る活水器の概略図である。 図１２は、本最良形態に係るサイクロン型遠心分離装置の断面図である。 図１３は、本最良形態に係るサイクロン型遠心分離装置の平面図である。 図１４は、本最良形態に係るサイクロン型遠心分離装置の、図１２のａ−ａ’線に沿う断面図である。 図１５は、サイクロン型遠心分離装置を適用する前のサンプルの粒度分布である。 図１６は、サイクロン型遠心分離装置（活水器無し）を適用した後のサンプルの粒度分布である。 図１７は、サイクロン型遠心分離装置（活水器有り）を適用した後のサンプルの粒度分布である。

以下、図面を参照しながら、本発明における最良形態について説明する。尚、本最良形態は、あくまで本発明の浄水システムの一例に過ぎず、当該形態に何ら限定されるものではない。

図１は、本最良形態に係る浄水システムＳ１の概念構成図である。本最良形態に係る浄水システムＳ１は、液体流路Ｐと、活水器１と、前記活水器１の上流及び下流に位置する第一サイクロン型遠心分離装置２−１及び第二サイクロン型遠心分離装置２−２と、を有する。任意で、更に、除鉄装置４や消毒生成装置６を有していてもよい。尚、当該装置の配置は、特に限定されないが、例えば、図１の第一段に示すように、上流から、第一サイクロン型遠心分離装置２−１、除鉄装置４、活水器１、第二サイクロン型遠心分離装置２−２、消毒生成装置６の順に配置することができる。その他の配置として、図１の第二段に示すような除鉄装置４／第一サイクロン型遠心分離装置２−１／活水器１／第二サイクロン型遠心分離装置２−２／消毒生成装置６、図１の第三段に示すような消毒生成装置６／除鉄装置４／第一サイクロン型遠心分離装置２−１／活水器１／第二サイクロン型遠心分離装置２−２、図１の第四段に示すような消毒生成装置６／除鉄装置４／第一サイクロン型遠心分離装置２−１／活水器１／第二サイクロン型遠心分離装置２−２／除鉄装置４、を挙げることができる（ポンプは遠心分離装置に内蔵）。以下、本最良形態に係る各構成について詳細に説明する。

《活水器》
本最良形態において使用する活水器１は、液体流路Ｐの流方向に対しほぼ垂直に磁力を発する磁力部材が配されている。ここで、本最良形態において使用する活水器１は、液体流路Ｐに対して、単極若しくは多極の磁石のユニットや単極若しくは多極の磁石のユニットに遠赤外線を発生する石を配置する若しくは塗布したものからなる。以下、本最良形態に係る活水器に使用する磁石等、磁力を発する磁力部材の具体的態様について説明する。図２は、第一の態様に係る活水器の概略図である。これは、液体が流れる任意の場所に単極の磁石を取り付ける方法である。ここで、図２において、矢印は処理対象の液体の流れる方向を表しており、「Ｎ」は磁石のＮ極、「Ｓ」は磁石のＳ極を示す（以下、同様とする）。第一の態様に係る活水器は、流路の流れ方向に対して垂直に磁力を印加できるように、一組の磁石が流路を挟んでＮ極とＳ極を対向させて配置されている。

続いて活水器１の第二の態様について図３に示す。これは、多極の磁石のユニットを液体流路に沿って複数取り付ける方法である。図３に示すとおり、隣り合う磁石ユニットはＮ極とＳ極とを交互に取り付けることが望ましい。

図４は、第二の態様の変形例である。この例においては、多極の磁石のユニットを液体流路に沿って複数取り付ける方法であるが、隣り合う磁石ユニットは磁石の配列が同じである点が、図３にかかる取り付け方法と異なる。

図５は、本最良形態に係る活水器の第三の態様である。これは、第一、第二の実施態様とは異なり、磁力と共に遠赤外線が処理液に適用される。図５に示すように、磁石に並列して遠赤外線を発生させる石（Ｆで示す）を設置する。尚、遠赤外線は、液体にかかる分子に吸収されることにより、エネルギーを与え、共振共鳴反応を起こさせることによって分子を振動させる。このように、遠赤外線は、分子を高エネルギー状態に励起し、磁力の効果を受けやすくする作用がある。

図６は、第三の態様の変形例である。この例においては、図５の態様のものとは異なり、遠赤外線を発生する粉末（ハッチング部分）を磁石に適用する。遠赤外線粉末の適用方法は、塗布、貼り付けその他適宜の手段でこれを行う。これにより、図５の態様のものと同等の効果を発揮させる。

本最良形態に係る活水器の第四の態様を図７ないし図１１に示す。第四の態様は、第二の態様と第三の態様を組み合わせたものである。つまり、第二の態様のように磁石を複数液体流路Ｐに沿って配置するとともに、第三の態様に基づいて（これに限定されない）、遠赤外線粉末や遠赤外線石を液体流路に沿って配置する。

図７は、複数の磁石がＮ極、Ｓ極交互になるように配列し、かつ、遠赤外線石を並列に配置したものである。

図８は、複数の磁石がＮ極、Ｓ極交互になるように配列し、かつ、遠赤外線粉末を適用したものである。適用の態様としては、塗布、貼り付けその他の適宜な手段で構わない。

図９は、複数の磁石がＮ極同士、Ｓ極同士並ぶように配列し、かつ、遠赤外線石を並列に配置したものである。

図１０は、複数の磁石がＮ極同士、Ｓ極同士並ぶように配列し、かつ、遠赤外線粉末を適用したものである。適用の態様としては、塗布、貼り付けその他の適宜な手段で構わない。図１１は図８と図１０の双方の特徴をあわせもつように工夫し配置したものである。

第一ないし第四の実施態様は、いずれもそれぞれの図にあるように磁束や遠赤外線が液体の流れる方向に対して好ましくはほぼ直角に横切るように取り付ける。

磁力部材としての磁石の配置について説明を加えれば、単極の磁石のみ場合は磁石のＮ極とＳ極を一組管を挟み込むように向い合せに配置し、また多極の場合は片側がＮ極Ｓ極Ｎ極Ｓ極Ｎ極・・・と交互に並べ向側はＳ極Ｎ極Ｓ極Ｎ極Ｓ極・・・といったように配置（図３・図７・図８・図１１）したり、Ｎ極Ｎ極Ｎ極Ｎ極Ｎ極・・・とＳ極Ｓ極Ｓ極Ｓ極Ｓ極・・・といったような配置（図４・図９・図１０・図１１）が考えられる。後者にかかる配置は、磁石を一定の間隔をあけて配置する事で同極どうしの磁力の反発による磁束密度の増加の効果を狙っている。磁石同士の間隔として好ましいのは、図４及び図１１に示すように、磁石の厚みをLとすると、理論上は（１／６）Ｌが最適となる。しかし、実用的には（１／１２）Ｌないし（１／２）Ｌの範囲で十分であり、磁石同士の反発により磁束密度は最大で３倍程度になることがわかった。

各実施態様において、管の中心の磁束密度は略５００〜５０００ガウスであれば本発明の効果を発揮することができる。管の中心の磁束密度は、周知の方法で測定可能である。そのような周知の方法の一つとしては、例えば、ガウスメーターを管の中心に配置するという方法が挙げられる。より好ましくは、１０００〜４０００ガウス程度、さらに好ましくは２０００〜３０００ガウスが好ましいと考える。このような磁束密度は、水の物理的特性を最も変化させる磁力である。

また、本発明を水に適用する場合は、遠赤外線の波長としては５〜２５マイクロメートルであれば本発明の効果を発揮することができる。より好ましくは、６〜１８マイクロメートル、一層好ましくは８〜１４マイクロメートルが望ましい。この帯域の波長が水分子に吸収されやすく、水分子を共振させエネルギーの高い状態をつくり出すことができる。

液体として水以外の液体を用いる場合には、好ましい遠赤外線波長帯域は異なる。つまり、使用する液体分子の固有振動数に合わせて、液体分子に吸収され、分子が共振共鳴反応を起こす波長（共振波長）を有する遠赤外線石等を選ぶ必要がある。採用した遠赤外線石等にかかる遠赤外線の波長は、共振波長に対して±１０％程度のずれがある場合及びその１／Ｎ（Ｎは自然数）であっても本発明の効果を実現できる。媒体（液体、気体）の流速は０．０１ｍ／ｓｅｃ．から１０ｍ／ｓｅｃ．であれば本発明の効果を発揮することができる。より好ましくは１ｍ／ｓｅｃ．から５ｍ／ｓｅｃ．さらには２ｍ／ｓｅｃ．から４ｍ／ｓｅｃ．が好ましいと考える。

本発明によれば、管の中心の磁束密度が２０００〜３０００ガウスになるように配置した多極の磁石に対し、トルマリンやブラックシリカなど８〜１４マイクロメートルの遠赤外線を発生させる物質をパウダー状にして磁石に塗布する方法が最適な実施例の一つである。

本最良形態に係る活水器に用いることのできる磁力部材としては、磁石が挙げられ、より具体的には、例えば、サマリウムコバルト磁石、ネオジムボロン磁石、アルニコ磁石、プラセオジム磁石、ストロンチウムフェライト磁石、バリウムフェライト磁石、その他希土類系磁石、フェライト系磁石があげられる。また、本発明に用いることのできる遠赤外線発生物質として、例えば、トルマリン、ブラックシリカ、ゼオライト、タルク、セラミックス全般、組成の一部にＳｉＯ_２を持っている物質などが挙げられる。尚、本最良形態では永久磁石のみを挙げたが、磁力を印加可能である限り電磁石であってもよい。

《サイクロン型遠心分離装置》
本最良形態に係る第一サイクロン型遠心分離装置２−１及び第二サイクロン型遠心分離装置２−２について説明する。尚、これらは共通の構造であるので、両者を区別することなく説明することとする。本最良形態に係るサイクロン型遠心分離装置２の一例を、図１２〜１４に示す。図１２はサイクロン型遠心分離装置の断面図、図１３はサイクロン型遠心分離装置の平面図、図１４は図１２のａ−ａ’線に沿う断面図である。本最良形態に係るサイクロン型遠心分離装置２は、密閉筒体２２に鉛直方向にサイクロン部２３と粒子捕集部２４とを有し、この密閉筒体２２はＳＵＳ、アルミニウム等の金属で形成され強度がある。

サイクロン部２３は、上下２段のテーパ部２３ａ，２３ｂを有し、下部のテーパ部２３ｂは連通孔２５を介して粒子捕集部２４に連通している。このサイクロン部２３で液体吐出通路２１０から懸濁物質を含む液体を供給して所定流速で渦巻きを生じさせ、遠心状態で懸濁物質を外側へ移動させて液体流出通路２１１から不純物を分離した流体を排出し、渦巻きを減速させて分離された不純物を沈降させる。尚、サイクロン型遠心分離装置は、好適には内部にポンプを備えており、当該ポンプを作動させて液体をサイクロン部に導入するよう構成されている。

このサイクロン部２３で沈降する分離された懸濁物質は、連通孔２５を通して粒子捕集部２４に落下して溜る。粒子捕集部２４は、下部の排出孔２４ａにドレンバルブ２６が接続され、このドレンバルブ２６によって粒子捕集部２４に溜る不純物のドレンが排出される。

本最良形態に係るサイクロン型遠心分離装置２は、液体吐出通路２１０を複数箇所に配置し、この複数箇所の液体吐出通路２１０の周囲に連通して形成した液圧室２１２と、液圧室２１２に懸濁物質を含む液体を導入する液体導入通路２１３とを有する。複数箇所の液体吐出通路２１０は、オリフィスリング２１４に形成され、このオリフィスリング２１４は懸濁物質を含む液体を導入する液体導入通路２１３を有する導入管部２２０の内部に配置され、この導入管部２２０とオリフィスリング２１４との間に、液体吐出通路２１０に連通する液圧室２１２を形成する。

この実施の形態では、導入管部２２０が、サイクロン部２３の鉛直方向の上部に、上方を開口して形成され、液体吐出通路２１０を有する液体流入部２２０ａで構成され、この液体流入部２２０ａの開口を液体流出通路２１１を有する蓋体２２０ｂで塞ぎ、液体流入部２２０ａと蓋体２２０ｂとの間でオリフィスリング２１４を着脱可能に支持する。この液体流入部２２０ａの環状溝２２０ａ１にパッキン２３０が係合され、蓋体２２０ｂの環状溝２２０ｂ１にパッキン２３１が係合され、パッキン２３０とパッキン２３１との間に、オリフィスリング２１４が液密に支持されている。オリフィスリング２１４は交換可能に設けられている。

このオリフィスリング２１４と蓋体２２０ｂの液体流出通路２１１を形成する円筒部２２０ｂ２との間に、サイクロン部２３の上段テーパ部２３ａに連通する導入室２１９が形成される。複数箇所の液体吐出通路２１０から流体である液体が導入室２１９に供給されて渦流となって上段テーパ部２３ａに入るようになっている。

当該サイクロン型遠心分離装置２の液体流入通路２１３から液体が液圧室２１２に導入され、この液圧室２１２から複数箇所の液体吐出通路２１０によって液体をサイクロン部２３の上段のテーパ部２３ａに供給され、所定流速で渦巻きを生じさせる。この上段のテーパ部２３ａから下段のテーパ部２３ｂに所定流速で渦巻きを生じ遠心状態となり、その作用により不純物が外側へ、懸濁物質が取り除かれた流体が軸芯方向から液体流出通路２１１方向へ上昇して流れていく。この渦巻きを上段のテーパ部２３ａから下段のテーパ部２３ｂで減速させることで、微細物が沈降して連通孔２５に導かれて順次下側の粒子捕集部２４に入り、微細物が粒子捕集部２４に沈殿する。

本最良形態に係るサイクロン型遠心分離装置２では、液体吐出通路２１０を増加させることで処理流量を増加できる。また、液圧室２１２によって複数箇所の液体吐出通路２１０の供給圧力が均一になり、乱れのない整流された液体の渦巻きを得ることができ、結果として流速が上がり分離粒径の細小化が可能で分離精度が向上する。また、液圧室２１２によって１箇所の液体導入通路２１３に接続した配管２４１から処理流量を増加でき、配管を複数設ける必要がなく、小型で配置スペースの確保が容易である。

また、導入管部２２０の内部に、液体吐出通路２１０を複数箇所に形成したオリフィスリング２１４を配置することで、導入管部２２０とオリフィスリング２１４との間に、液体吐出通路２１０に連通する液圧室２１２を簡単に形成することができる。

《消毒生成装置》
消毒生成装置としては、滅菌又は殺菌効果がある装置であれば特に限定されず、例えば、電解水殺菌装置、オゾン殺菌装置、紫外線殺菌装置等の一般の殺菌装置が使用可能である。

《その他の任意構成》
本最良形態において除鉄装置４としては、公知の除鉄装置を使用することが可能であるが、例えば、特開２００８−２２１０６２号公報等に記載されている濾過式除鉄装置、特開２００６−３２６４４７号公法、特開２００６−６１８３４号公報、特開平９−５７１４８号公報等に記載されている永久磁石式除鉄装置を用いることが可能である。

《適用可能な処理対象液》
本システムが適用可能な液は、特に限定されないが好適には水である。特に、工業用水、河川水、井戸水、海水、湖沼中水等に好適に適用される。

図１に示す浄水システム（活水器：サンダーＪｒ、株式会社富士計器製；サイクロン型遠心分離装置、ＦＩＬＳＴＡＲ：ＫＳ１５、株式会社ｉｎｄｕｓｔｒｉａ製）の懸濁物質除去性能を確認するため、懸濁物質を含有するサンプル水を当該除去システムに適用した後における、サンプル水の懸濁物質の濃度とサンプル水中における粒度分布について試験した。
《サンプル水》
サンプル水として自動車工場からの工業用水を使用した。
《処理条件》
ポンプを作動させてサンプル水の流速で２ｍ／ｓでシステム内に導いた。また、活水器１における流路中心部での磁力を２０００〜３０００ガウスに設定した。
《測定結果》
表３は、未処理のサンプル水での懸濁物質濃度、活水器の無いシステムで処理した際の懸濁物質濃度及び活水器を有するシステムで処理した際の懸濁物質濃度の測定値である。この表から分かるように、活水器の無いサイクロン型遠心分離装置のみでも未処理の場合と比較すると懸濁物質濃度は半減したが、活水器を有する場合には活水器を有しない場合と比較して更に３０％懸濁物質を低減させることができた。また、透過率についても、活水器を有する場合には活水器を有しない場合と比較して数％向上させることができた。

更に、図１５は、サイクロン型遠心分離装置を適用する前のサンプルの粒度分布である。当該図から分かるように、平均粒径が１００μｍ付近の懸濁物質が多く存在していた。他方、図１６は、サイクロン型遠心分離装置（活水器無し）を適用した後のサンプルの粒度分布である。当該図から分かるように、１００μｍ付近の懸濁物質は全く存在しておらず、１０μｍ以上の懸濁物質の量も相対的に低減した。更に、図１７は、サイクロン型遠心分離装置（活水器有り）を適用した後のサンプルの粒度分布である。当該図から分かるように、図１６の場合と比較しても１０μｍ以上の懸濁物質の量が更に低減した。

本最良形態に係る浄水システムは、河川水、井戸水、工業用水の浄水システムに利用可能である。

Ｓ１：浄水システム
Ｐ：液体流路
１：活水器
２：サイクロン型遠心分離装置
４：除鉄装置
６：消毒生成装置

Claims (3)

1. 液体流路と、
   前記液体流路の流方向に対し磁力を印加可能な磁力部材が配されている活水器と、
   前記活水器の上流及び下流に位置し、液体中に含まれる懸濁物質を分離する第一サイクロン型遠心分離装置及び第二サイクロン型遠心分離装置と、を有する浄水システム。
2. 前記活水器の上流に、液体中の鉄を除去する除鉄装置を有する、請求項１記載の浄水システム。
3. 前記第二サイクロン型遠心分離装置の下流に、前記液体流路に消毒薬を供給する消毒薬生成装置を有する、請求項１又は２記載の浄水システム。

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