JP2014057926A - 浄水装置および浄水の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】膜モジュールを備える浄水装置およびこれを用いた浄水の製造方法において、逆洗浄効率を高める技術を提供する。
【解決手段】本発明の浄水装置は、原水供給路と、原水供給路に配置され、原水を送液する原水供給手段と、前記原水供給路を少なくとも二以上に分岐する複数の原水分岐路と、前記複数の原水分岐路に配置され、原水を浄化する複数の膜モジュールと、前記複数の膜モジュールが備える原水を浄化する膜手段の上流側に接続する排出路と、前記複数の膜モジュールの下流側に接続する複数の浄水分岐路と、前記複数の浄水分岐路が合流する浄水路とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、浄水装置および浄水の製造方法に関するものである。
近年、水道水から残留塩素（次亜塩素酸）、カビ臭、濁り、微生物等を除去することを目的とした小型浄水器が広く普及している。これらの浄水器には、水道水中の残留塩素、異味や異臭を取り除く活性炭、セラミックフィルタや、濁質や微生物を取り除く精密濾過膜、中空糸膜等が用いられていた。このような浄水器を住居等に設ける場合、台所の蛇口やシンク下に設置されることが多く、水道水を飲用や調理用に適するように浄化していた。
一方で、ビルやホテルなどの建物内の全域で浄化した水道水を使用したい、あるいは井戸水を浄化して建物内の全域で使用したいといったニーズが存在したが、全ての浄水の使用場所にそれぞれ浄水器を設置するのは煩雑である。そこで、建物へ水道水等を導入する入口に大型の浄水装置を取り付けて、水道水をまとめて浄化して建物全体に給水する浄水システムも普及し始めている。これらの大型浄水装置も、小型浄水器と同様に活性炭、セラミックフィルタ、精密濾過膜などで構成され、これらを通過させることにより水道水中の残留塩素や濁質等を取り除き、建物内にある複数の浄水の使用場所へ浄水を供給する。
このような大型浄水装置に関するものとしては、膜モジュールを使用する濾過装置が知られている（例えば、特許文献１〜３）。特許文献１には、複数の膜モジュールと、前記膜モジュールそれぞれの１次側に原液を導入する導入ラインと、前記膜モジュールそれぞれの２次側に接続されると共に、前記膜モジュールによって濾過された濾過液を排出する濾過液排出ラインと、を備え、逆洗時には、逆洗対象となる前記膜モジュールに連絡する前記導入ラインの流路は閉鎖される濾過装置において、前記導入ラインに設けられると共に、所定流量の原液を前記膜モジュールに供給する原液供給ポンプと、前記濾過液排出ラインに設けられると共に、前記濾過液を圧送する濾過液圧送ポンプと、前記濾過液排出ラインの前記濾過液圧送ポンプよりも下流側と前記膜モジュールそれぞれの２次側とを連絡すると共に、逆洗時に逆洗対象となる前記膜モジュールとの間で流路が開放されて前記濾過液が逆洗液として流動する逆洗ラインと、前記膜モジュールそれぞれの１次側に接続されると共に、逆洗時に逆洗対象となる前記膜モジュールからの流路が開放されて前記膜モジュールを透過した前記逆洗液が排出される洗浄液排出ラインと、前記濾過液圧送ポンプの吸い込み側における前記濾過液の圧力を検出する圧検出手段と、前記圧検出手段で検出された圧力に基づいて前記濾過液圧送ポンプの駆動を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする濾過装置が開示されている。
特許文献２には、透過水ラインを共通とした複数の膜モジュールを備えてなる膜分離装置の運転方法において、一部の膜モジュールにて逆洗を行うときに他の膜モジュールの透過水をその吐出圧によって逆洗対象膜モジュールの二次側に供給し、次いでこの二次側に加圧気体を供給することを特徴とする膜分離装置の運転方法が開示されている。
特許文献３には、複数の膜モジュールを備える膜濾過装置において、逆洗を行う膜モジュールに、他の膜モジュールから得られる膜透過水を直接通液して逆洗するように通液路を切り替える通液路切替機構と、各膜モジュールに加圧空気を供給するためのコンプレッサ及び空気配管とを備え、逆洗を行う膜モジュールへの原水の導入を停止し、代りにコンプレッサからの加圧空気を該逆洗を行う膜モジュールの１次側に導入すると共に、他の膜モジュールの透過水を該逆洗を行う膜モジュールの２次側に導入して逆洗を行うか、或いは、逆洗を行う膜モジュールの２次側に加圧空気を供給し、逆洗水中に混合して気液混合流体で逆洗を行うように構成されている膜濾過装置であって、原水槽に原水主配管が接続され、この原水主配管から原水枝配管が分岐しており、各原水枝配管の末端側が各膜モジュールの原水導入口に接続され、各原水枝配管に開閉バルブが設けられ、各膜モジュールの濃縮水流出口は、配管を介して三方バルブの流入ポートに接続され、該三方バルブはそれぞれ２個の流出ポートを備えており、そのうちの一方の流出ポートにそれぞれ濃縮水循環用の枝配管が接続され、これらの濃縮水枝配管は濃縮水主配管に接続されており、前記三方バルブの他方の流出ポートにはそれぞれ逆洗排水排出用の枝配管の一端が接続され、該枝配管の他端は逆洗排水排出用の主配管に接続されており、前記膜モジュールの透過水流出口には、それぞれ透過水取出用の枝配管の一端が接続されており、該枝配管の他端は透過水取出用の主配管に接続されており、前記原水枝配管の各開閉バルブと各膜モジュールとの間の部分に対し空気枝配管の末端側が接続され、各空気枝配管の上流端側は空気主配管に接続され、この空気主配管はコンプレッサに接続されていることを特徴とする膜濾過装置が開示されている。
特開２０１１−１７７６５３号公報 特開２００１−１９０９３５号公報 特許第４１７８１７８号公報
濾過手段として膜モジュールを使用する濾過装置を継続的に使用していると、膜モジュールが備える濾過膜に異物が目詰まりして、濾過効率が低下する。濾過装置の膜モジュールの濾過効率を低下させないためには、膜モジュールを逆洗浄する必要があるが、従来技術の濾過装置では、逆洗浄効率が十分であるとは言えない。また、ビルやホテルなどの建物に濾過装置を設置するためには、濾過装置を小型化することが求められている。
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであって、逆洗浄効率が高い新規な浄水装置、および、これを用いた浄水の製造方法を提供することを課題とする。また、本発明は、マンション、ビルなどの建物全域に浄水を供給する大型浄水装置の小型化をさらなる課題とする。
本発明の浄水装置は、原水供給路と、原水供給路に配置され、原水を送液する原水供給手段と、前記原水供給路を少なくとも二以上に分岐する複数の原水分岐路と、前記複数の原水分岐路に配置され、原水を浄化する複数の膜モジュールと、前記複数の膜モジュールが備える原水を浄化する膜手段の上流側に接続する排出路と、前記複数の膜モジュールの下流側に接続する複数の浄水分岐路と、前記複数の浄水分岐路が合流する浄水路とを備えることを特徴とする。
前記排出路には、排出路を開閉する排出弁が備えられ、前記原水分岐路には、原水分岐路の流路を開閉する流入弁が備えられていることが好ましい。
前記膜モジュールは、原水が供給される原水領域と、原水を浄化する膜手段と、前記膜手段によって浄化した浄水が流出する浄水領域とを備え、前記排出路が、前記膜モジュールの原水領域に接続していることが好ましい。前記膜手段としては、例えば、精密濾過膜または限外濾過膜を挙げることができる。また、前記排出路は、原水分岐路の流路を開閉する流入弁の下流側の原水分岐路に接続していてもよい。
本発明の浄水装置は、原水の水圧を脈動させるように、前記原水供給手段を制御するインバーター制御部を有することが好ましい。前記浄水分岐路には、マイクロバブル発生手段を備える流路が並列に形成されていることが好ましい。
本発明の浄水装置は、原水槽と、前記原水槽に薬液を供給する手段を備えることが好ましい。
本発明の浄水の製造方法は、通常濾過運転時には、少なくとも第一膜モジュールと第二膜モジュールとを有する複数の膜モジュールに原水を並列に供給して、原水を複数の膜モジュールで濾過することにより浄水を製造し、逆洗浄運転時には、第一膜モジュールまたは第二膜モジュールの一方に、原水の水圧を脈動させながら原水を供給して濾過し、得られた浄水の少なくとも一部を、逆洗水として、他方の膜モジュールの下流側から上流側に逆流させて、他方の膜モジュールを逆洗浄することを特徴とする。
逆洗浄運転時には、第一膜モジュールに、原水の水圧を脈動させながら原水を供給して濾過し、得られた浄水の少なくとも一部を、逆洗水として、第二膜モジュールの下流側から上流側に逆流させて、第二膜モジュールを逆洗浄し、さらに、第二膜モジュールに、原水の水圧を脈動させながら原水を供給して濾過し、得られた浄水の少なくとも一部を、逆洗水として、第一膜モジュールの下流側から上流側に逆流させて、第一膜モジュールを逆洗浄することが好ましい。
また、逆洗浄運転時において、原水の水圧の最小圧力値Ｐｍｉｎに対する最大圧力値Ｐｍａｘの比（Ｐｍａｘ／Ｐｍｉｘ）を、１．３以上、２．５以下になるように、原水を脈動させることが好ましい。
本発明の浄水の製造方法には、本発明の浄水装置を好適に用いることができる。
本発明によれば、逆洗浄効率が高い浄水装置が得られる。本発明の浄水装置は、小型化が可能である。本発明の浄水の製造方法によれば、衛生に優れる浄水を安定的に提供することができる。
本発明の一実施形態の浄水装置を模式的に示す図である。 本発明の別の実施形態の浄水装置を模式的に示す図である。 本発明のさらに別の実施形態の浄水装置を模式的に示す図である。 マイクロバブル発生装置である流体吐出管構造体の分解斜視図である。 マイクロバブル発生装置である流体吐出管構造体の斜視図である。 マイクロバブル発生装置である流体吐出管構造体の縦断面図である。 フリップフロップ現象発生用軸体の規則性をもった多数の各ひし形凸部を示す説明図である。 フリップフロップ現象発生用軸体の一ひし形凸部を示す説明図である。 螺旋羽根本体に形成される螺旋羽根の説明図である。 実施形態の浄水装置の通常濾過運転時の通水状態を示す図である。 実施形態の浄水装置の逆洗浄運転時の通水状態を示す図である。 膜モジュールに供給される原水の圧力変化を示すグラフである。 実施形態の浄水装置の逆洗浄運転時の通水状態を示す図である。 本発明の一実施形態の浄水装置の正面図である。 図１４の浄水装置の右側面図である。 図１４の浄水装置の左側面図である。 図１４の浄水装置の背面図である。 図１４の浄水装置の平面図である。 図１４の浄水装置の底面図である。 図１４の浄水装置のフロー図である。
（１）浄水装置
まず、本発明の浄水装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の浄水装置の構成を模式的に示す図である。本発明の浄水装置１は、原水供給路３と、原水供給路３に配置され、原水を送液する原水供給手段Ｐ１と、前記原水供給路３を少なくとも二以上に分岐する複数の原水分岐路５Ａ，５Ｂと、前記複数の原水分岐路５Ａ，５Ｂに配置され、原水を浄化する複数の膜モジュール９Ａ，９Ｂと、前記膜モジュール９Ａ，９Ｂが備える原水を浄化する膜手段９ｃの上流側に接続する排出路７Ａ，７Ｂと、前記複数の膜モジュール９Ａ，９Ｂの下流側に接続する複数の浄水分岐路１１Ａ，１１Ｂと、前記複数の浄水分岐路１１Ａ，１１Ｂが合流する浄水路１３とを備えることを特徴とする。なお、本発明において、原水が供給される側（図１において左側）を上流側とし、浄水が排出される側（図１において右側）を下流側と称する。
原水供給路３は、水道水、井戸水などの浄化処理の対象となる原水を供給するものである。原水供給路３は、マンション、アパート、ビル、ホテル、複数の戸建て住宅などの建物に供給される水道本管に直接接続していてもよいし、あるいは、水道本管から水道水を貯蔵する原水槽に接続していてもよい。原水供給路３は、所定の管径を有する管路によって構成されている。原水供給路３は、原水供給路３を開閉するための流入弁（第１バルブＶ１）を備えることが好ましい。流入弁は、例えば、逆止弁としてもよい。
原水供給路３には、原水を送液するための原水供給手段Ｐ１が配置されている。原水供給手段Ｐ１としては、例えば、縦型多段渦巻きポンプ、横型多段渦巻きポンプ、容積型のポンプなどを挙げることができる。これらの中でも、原水を安定的に加圧して送液するという理由から、原水供給手段Ｐ１としては、縦型多段渦巻きポンプを用いることが好ましい。
原水供給路３の下流端は、分岐点４において、原水供給路３を複数に分岐する原水分岐路５Ａ、５Ｂの上流端に接続している。原水分岐路５Ａ、５Ｂは、所定の管径を有する管路によって構成される。原水分岐路５Ａ，５Ｂはそれぞれ、原水分岐路５Ａ，５Ｂを開閉するための流入弁（第２バルブＶ２と第３バルブＶ３）を備える。原水分岐路５Ａ，５Ｂの下流端は、原水を浄化する膜モジュール９Ａ，９Ｂに接続している。
膜モジュール９Ａ、９Ｂは、原水中の微粒子や濁質などの異物を除去して、原水を浄化し、浄水を排出する。前記膜モジュール９Ａ，９Ｂは、原水を浄化する膜手段９ｃと、前記膜手段９ｃを収納する略円筒状の容器９ｄとを備える。前記膜モジュール９Ａ，９Ｂは、前記略円筒状の容器９ｄの内部において、原水を浄化する膜手段９ｃを挟んで、原水が供給される原水領域９ｅと、前記膜手段によって浄化された浄水が流入する浄水領域９ｆとを備えることが好ましい。
前記膜モジュール９Ａ，９Ｂが備える膜手段９ｃとしては、例えば、逆浸透膜（ＲＯ膜）、ナノ濾過膜（ＮＦ膜）、精密濾過膜（ＭＦ膜）、限外濾過膜（ＵＦ膜）などの濾過膜を挙げることができる。逆浸透膜（ＲＯ膜）は、濾過する際の通水圧力が高くなるために、原水供給手段Ｐ１を高性能化、あるいは、大型化する必要がある。また、動作時の電力コストも高くなる場合があり、捨て水が必要なために、水使用量のコストも高くなる。そのため、比較的低圧で低コストで原水を濾過させることができるという観点から、膜モジュールが備える膜手段９ｃとしては、ナノ濾過膜（ＮＦ膜）、精密濾過膜（ＭＦ膜）、限外濾過膜（ＵＦ膜）が好ましく、精密濾過膜（ＭＦ膜）、限外濾過膜（ＵＦ膜）がより好ましく、限外濾過膜（ＵＦ膜）がさらに好ましい。前記膜モジュール９Ａ、９Ｂは、外圧式または内圧式のいずれであってもよく、好ましくは、内圧式である。
前記膜モジュール９Ａ，９Ｂは、原水流入口９ｇと、浄水排出口９ｈとを備え、さらに、濃縮水を排出するための濃縮水排出口９ｉとを備える。原水流入口９ｇと濃縮水排出口９ｉとは、膜モジュール９Ａ，９Ｂの原水領域９ｅに接続し、浄水排出口９ｈは、膜モジュール９Ａ，９Ｂの浄水領域９ｆに接続している。
本発明の浄水装置は、膜モジュールが備える膜手段９ｃの上流側に接続する排出路を有する。前記排出路は、主に膜モジュールを逆洗浄したときの逆洗浄水を排出するための流路である。前記排出路は、膜モジュール９Ａ，９Ｂが備える膜手段９ｃの上流側に接続していればよく、例えば、膜モジュール９Ａ，９Ｂの原水領域９ｅに接続する態様、原水分岐路５Ａ，５Ｂに接続する態様、あるいは、膜モジュール９Ａ，９Ｂの原水領域９ｅ、および、原水分岐路５Ａ，５Ｂの両方に接続する態様などを挙げることができる。
図１に示した態様では、膜モジュール９Ａ，９Ｂの濃縮水排出口９ｉに、排出路７Ａ、７Ｂの一方端が接続されている。排出路７Ａ、７Ｂは、所定の管径を有する管路から構成され、それぞれの流路を開閉するための弁（第４バルブＶ４、および第５バルブＶ５）を備えることが好ましい。排出路７Ａ，７Ｂは、さらに合流してもよい。
図２には、排出路を設ける態様の変形例を示した。図２に示した態様の浄水装置１は、膜モジュール９Ａ，９Ｂの原水領域９ｅに接続する排出路７Ａ，７Ｂ、および、原水分岐路５Ａ，５Ｂに接続する排出路１５Ａ,１５Ｂを備える。斯かる態様では、排出路７Ａ，７Ｂまたは排出路１５Ａ，１５Ｂのいずれからも逆洗浄水を排出することができる。排出路１５Ａ、１５Ｂはそれぞれ、所定の管径を有する管路によって構成され、排出路を開閉するための排出弁（第６バルブＶ６および第７バルブＶ７）を備える。排出路１５Ａ、１５Ｂはそれぞれ、原水分岐路５Ａ，５Ｂの流入弁（第２バルブＶ２および第３バルブＶ３）の下流側で、原水分岐路５Ａ、５Ｂに接続している。
前記膜モジュール９Ａ、９Ｂの下流側には、浄水分岐路１１Ａ，１１Ｂの上流端が接続されている。浄水分岐路１１Ａ,１１Ｂは、膜モジュール９Ａ，９Ｂの浄水排出口９ｈに接続している。浄水分岐路１１Ａ、１１Ｂの下流側は、合流点１７で接続し、複数の膜モジュールに接続する浄水分岐路１１Ａ，１１Ｂが連通するように形成されている。浄水分岐路１１Ａ、１１Ｂが連通することによって、一方の膜モジュールから排出された浄水を、他方の膜モジュールに逆流させることができる。
原水分岐路５Ａ，５Ｂには、原水分岐路内を流れる原水の圧力を測定する圧力計１４Ａ，１４Ｂが備えられていることが好ましい。また、浄水分岐路１１Ａ，１１Ｂには、浄水分岐路内を流れる浄水の圧力を測定する圧力計１６Ａ，１６Ｂが備えられていることが好ましい。
前記浄水分岐路１１Ａ，１１Ｂの合流点１７には、浄水路１３が接続している。前記浄水路１３には、浄水路１３を開閉するための弁（第８バルブＶ８）が設けられている。前記浄水路１３は、所定の管径を有する管路で構成されている。浄水路１３には浄水を排出するための浄水排出路１９が設けられていることが好ましい。浄水排出路１９は、所定の管径を有する管路によって構成され、浄水排出路１９を開閉するための弁（第９バルブＶ９）を備える。
図１、２の実施形態では、膜モジュールとして、第一膜モジュールと第二膜モジュールとを有する形態に基づいて説明したが、膜モジュールは、２以上であれば特に限定されない。例えば、第一膜モジュールと第二膜モジュールとからなる１対の膜モジュールセットを複数有する態様を挙げることができる。本発明の浄水装置が、第一膜モジュールと第二膜モジュールとからなる１対の膜モジュールセットを複数有することにより、原水の処理量を大きくすることができる。
図１、２の実施形態では、濾過状態にある１つの膜モジュールから得られた浄水を、逆洗浄対象となる別の１つの膜モジュールの逆洗水として使用するように構成されている。すなわち、濾過状態の膜モジュールと逆洗対象の膜モジュールとの数の比が、１：１となっている。しかし、濾過状態にある複数の膜モジュールから得られた浄水を合流させて、逆洗対象となる１つの膜モジュールの逆洗水として使用するように構成してもよいし、濾過状態にある１つの膜モジュールから得られた浄水を分岐させて、逆洗対象となる複数の膜モジュールの逆洗水として使用するように構成してもよい。しかしながら、濾過状態の膜モジュール：逆洗対象の膜モジュール＝多：１の場合には、逆洗水の圧力が高くなりすぎて、逆洗対象の膜モジュールが備える濾過膜を損傷するおそれがある。一方、濾過状態の膜モジュール：逆洗対象の膜モジュール＝１：多の場合には、逆洗水の圧力が低下するので、逆洗浄効率が低下するおそれがある。従って、濾過状態の膜モジュールと逆洗対象の膜モジュールとの数の比は、１：１とすることが好ましい。
本発明の浄水装置１は、制御手段２１を備えることが好ましい。制御手段２１は、例えば、インバーター制御部２３、バルブ制御部２５、膜差圧演算部２７、表示器２９、手動スイッチ３１、タイマー３３などを有していることが好ましい。
本発明の浄水装置１は、原水供給手段Ｐ１を制御するインバーター制御部２３を有することが特に好ましい。原水供給手段Ｐ１をインバーターで制御して、原水供給手段が供給する原水の水圧を制御することが好ましい。インバーター制御部２３は、例えば、通常濾過運転時には、原水の圧力がほぼ一定となるように原水供給手段Ｐ１を制御し、逆洗浄運転時には、原水の圧力が脈動するように原水供給手段Ｐ１を制御する。
膜差圧演算部２３は、圧力計１４Ａ，１４Ｂ，１６Ａ，１６Ｂの計測値を受信し、膜モジュール９Ａ，９Ｂ前後の圧力差を演算する。膜差圧演算部２３は、例えば、前記圧力差のデータに応じて、バルブ制御部２５に、通常濾過運転または逆洗浄運転を行うように、バルブの切り替えを指示する。
バルブ制御部２５は、手動スイッチ操作データ、膜差圧演算部が供給する膜差圧データ、タイマーが供給する時間データなどに基づいて、バルブの開閉を行う。バルブ制御部と各バルブは、有線または無線で接続されていることが好ましい。
タイマーは、例えば、通常濾過運転の時間および逆洗浄運転の時間を計測し、それぞれの運転時間が所定時間に達した場合には、バルブ制御部２５に、通常濾過運転または逆洗浄運転を行うように、バルブの切り替えを指示することができる。
表示器は、例えば、圧力計から受信した圧力値、および、膜差圧、現在の運転工程などを表示することができる。
図３には、本発明の浄水装置の別の実施形態を示した。本発明の浄水装置１は、浄水または原水に、薬液を供給する手段を備えることも好ましい。薬液を供給する手段としては、例えば、薬液タンクと薬液を供給するためのポンプを挙げることができる。例えば、本発明の浄水装置１は、原水槽３５と、前記原水槽３５に、造核剤、凝集剤、または、ｐＨ調整剤などの薬液を供給するための薬液タンク３７と、前記薬液を原水槽３５に供給するためのポンプＰ３とを有することが好ましい。斯かる構成とすることにより、原水槽３５において、原水中に含まれる電荷を帯びた金属イオン、ヒ素、フッ素、シリカ、塩素などの不純物を凝集させることができる。得られた凝集物は、原水とともに膜モジュールに供給されて、膜手段によって異物として除去される。本発明の浄水装置１は、薬液タンクを複数備えても良い。特に、造核剤または凝集剤を貯蔵する薬液タンクと、ｐＨ調整剤を貯蔵する薬液タンクとを備えることが好ましい。斯かる構成により、造核剤または凝集剤の作用効率が高いｐＨ領域への調整が容易になる。
また、本発明の浄水装置１は、浄水に、次亜塩素酸、次亜塩素酸ナトリウムなどの薬液を添加するための薬液タンク４１および、薬液を送液するためのポンプＰ２を有することが好ましい。図３では、本発明の浄水装置１によって得られた浄水が、受水槽４５に供給されるように図示されているが、受水槽４５は、必ずしも必要ではない。
原水槽３５および受水槽４５が、レベル計Ｌ１，Ｌ２を備えることも好ましい。例えば、レベル計Ｌ１が計測する原水槽３５の水位データに基づいて、原水が一定量処理されたときに、バルブ制御部２５が、通常濾過運転と逆洗浄運転を切り替えるように、バルブの切り替えを指示するようにしてよい。
図３に示すように、本発明の浄水装置１は、浄水分岐路１１Ａ，１１Ｂに並列にマイクロバブル発生装置４７Ａ，４７Ｂを備えることも好ましい。斯かる構成とすることにより、逆洗浄運転時に、逆洗水にマイクロバブルを混入させることができる。マイクロバブル発生装置４７Ａ，４７Ｂは、例えば、三方バルブ４９Ａ,４９Ｂと所定の管径を有する管路４８Ａ，４８Ｂを介して、浄水分岐路１１Ａ，１１Ｂに並列に接続されている。三方バルフ４９Ａ，４９Ｂを用いることによって、浄水分岐路１１Ａ，１１Ｂのみに逆洗水を逆流させる場合、浄水分岐路１１Ａ，１１Ｂとマイクロバブル発生装置４７Ａ，４７Ｂに並列に逆洗水を逆流させる場合、マイクロバブル発生装置４７Ａ，４７Ｂのみに逆洗水を逆流させる場合などを選択することができる。マイクロバブル発生装置を備える構成として、図３に示したような構成を採用することにより、装置の小型化やコストを低減することができる。一方、マイクロバブルの供給量の制御範囲の拡大や、供給量の精度を向上する場合には、マイクロバブル発生装置４７Ａ，４７Ｂに、別の水供給流路から水の供給を行い、マイクロバブル発生装置４７Ａ，４７Ｂから導出されるマイクロバブル入りの逆洗水を、マイクロバブル発生装置４７Ａ，４７Ｂから浄水分岐路１１Ａ、１１Ｂをつなぐ流路を通して供給するようにしても良い。
マイクロバブルを発生させる方式としては、例えば、細孔方式、加圧溶解方式、超音波方式、気液混合・剪断方式、超高速旋回方式、フリップフロップ現象発生方式などを挙げることができる。これらの中でも、本発明の浄水装置１に設置しやすいという理由から、超高速旋回方式、フリップフロップ現象発生方式などを採用することが好ましい。
本発明の浄水装置１に使用するマイクロバブル発生装置としては、例えば、特許第３８３５５４３号に開示されているような流体吐出環構造体が好ましい。この流体吐出環構造体は、筒本体と、この筒本体の一端部に設ける貫通孔を有する入口側接続部材と、筒本体の他端部に設ける貫通孔を有する吐出側接続部材と、外周に螺旋羽根を有して上記筒本体の入口側接続部材寄りに内蔵する螺旋羽根本体と、上記筒本体の吐出側接続部材寄りに内蔵するフリップフロップ現象発生用軸体とからなり、かつ、上記フリップフロップ現象発生用軸体は、一端部を截頭円錐形に形成するとともに他端部を円錐形に形成し、この両端部の間である軸部の外周面に多数のひし形凸部を所定の規則性を持って形成したものであることを特徴とする。
図４〜図９は流体吐出管構造体１０１に関する図であり、図４は流体吐出管構造体の分解斜視図、図５は流体吐出管構造体の斜視図、図６は流体吐出管構造体の縦断面図、図７はフリップフロップ現象発生用軸体の規則性を持った多数の各ひし形凸部を示す説明図、図８はフリップフロップ現象発生用軸体の一ひし形凸部を示す説明図、図９は螺旋羽根本体に形成される螺旋羽根の説明図である。
図４〜図６に示すように上記流体吐出管構造体１０１は、筒本体１０２と、貫通孔１０３を有する入口側接続部材１０４と、貫通孔１０５を有する吐出側接続部材１０６と、螺旋羽根本体１０７と、フリップフロップ現象発生用軸体１０８とによって構成されている。
より具体的に説明すると、上記筒本体１０２（図４、図６参照）は、所定の径と長さに形成された真直な円筒の金属管であって、両端部の内周面に入口側接続部材１０４並びに吐出側接続部材１０６をねじ合わせて取り付けできる雌ねじ１０９、１１０を形成したものである。
また、この貫通孔１０３を有する入口側接続部材１０４（図４、図６参照）は、略中央に形成したフランジ部１１１と、このフランジ部１１１の片側に形成した六角形状のナット部１１２と、上記筒本体１０２の雌ねじ１０９にねじ合わせできる雄ねじ１１３を有して上記フランジ部１１１のもう一方の片側に形成した筒部１１４とからなる。フランジ部１１１の内側にはテーパ部１１５が形成されている。ナット部１１２側の貫通孔１０３ａの径は、筒部１１４の貫通孔１０３ｂの径より小さく、上記テーパ部１１５は、貫通孔１０３ａと貫通孔１０３ｂとの間に位置して貫通孔１０３ａ側から貫通孔１０３ｂ側に径を漸次拡大するように形成されている。
筒部１１４の内周面には、テーパ部１１５寄りの内径をその他の内径より僅かに小さく形成して段差部１１４ａが形成されている。この筒部１１４の端１１４ｂから段差部１１４ａまでの長さは、後述する螺旋羽根本体１０７の全長に等しく、螺旋羽根本体１０７を筒部１１４内に収納した時に、螺旋羽根本体１０７の端１０７ａは段差部１１４ａに当たって係止され、また、螺旋羽根本体１０７の端１０７ｂは筒部１１４の端１１４ｂと面一になる。そして螺旋羽根本体１０７を筒部１１４内に収納した時には、螺旋羽根本体１０７の端１０７ａからテーパ部１１５の小径端１１５ａまでの間に、空間部１２９が形成される。また、上記ナット部１１２は、内周面に雌ねじ１１６を有し、他の配管をねじ込み接続できるようにしてある。
貫通孔１０５を有する吐出側接続部材１０６（図４、図６参照）は、一端寄りに形成したフランジ部１１７と、このフランジ部１１７の片側に形成した六角形状のナット部１１８と、フランジ部１１７のもう一方の片側に上記筒本体１０２の雌ねじ１１０にねじ合わせできる雄ねじ１１９を有する筒部１２０とからなる。この筒部１２０の内側には、テーパ部１２１が形成されている。ナット部１１８側の貫通孔１０５ａの径は筒部１２０の貫通孔１０５ｂの径より小さい。テーパ部１２１は、筒部１２０の中間部から端まで径を漸次拡大した截頭円錐孔形状に形成してある。ナット部１１８は、内周面に雌ねじ１２２を有し、他の配管をねじ込み接続できるようにしてある。
螺旋羽根本体１０７（図４、図６参照）は、収納時に筒本体１０２の内周面に近接する位の外径からなる金属製の短い円柱部材を加工したものであって、横断面円形の軸部１２３と、３枚の螺旋状の羽根１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃとから成る。各羽根１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃは、それぞれの端部１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃ位置を軸部１２３の円周方向に１２０度づつずらして位置させ、軸部１２３の一端から他端まで外周面に所定間隔を以って反時計回りに螺旋状に形成してある。
この各羽根１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃは、図９に示すように平面視した場合に軸部１２３の外周面に図上の水平線１２６に対して７５°乃至７６°の角度で上記したように螺旋状に形成されている。各羽根１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃの間隔である溝幅は８ｍｍに、また、各羽根１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃの厚さは２ｍｍに、さらに各羽根１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃの外端１２７から軸部１２３の外周面１２８までの深さは９ｍｍに形成してある。また各羽根１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃの両端部１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃは、刃状に鋭角に形成してある。
フリップフロップ現象発生用軸体１０８（図４、図６〜図８参照）は、収納時に筒本体１０２の内周面に近接する位の外径で、筒本体１０２の長さの約４／５の長さの金属製の円柱部材を加工したものであって、横断面円形の軸部１３０の外周面１３１に多数のひし形凸部１３２を所定の規則性を持って形成してある。
すなわち、このフリップフロップ現象発生用軸体１０８は、筒本体１０２内に収納したときに螺旋羽根本体１０７側に位置する一端部１３４ａを截頭円錐形に形成するとともに、吐出側接続部材１０６側に位置する他端部１３４ｂを円錐形に形成してある。上記他端部１３４ｂは、頂部１３４ｃを６０°に形成して吐出側接続部材１０６のテーパ部１２１内に位置し、テーパ部１２１の傾斜内面１２１ａと一定の間隔を以って対向するようにしてある。
また、このフリップフロップ現象発生用軸体１０８の軸部１３０の外周面１３１には、所定の規則性を持った多数のひし形凸部１３２が形成してある。各ひし形凸部１３２は、円柱部材を研削加工して上記外周面１３１から外方に突出するように形成されている。
すなわち、各ひし形凸部１３２（図７参照）は、円柱部材の長手方向に対して９０°の方向（円周方向）に一定間隔をもった複数のライン１３６と、上記長手方向に対して６０°（または６２°）の角度をもった一定間隔毎のライン１３７とを交差させ、ライン１３６とライン１３６の間をひとつ飛び毎に研削するとともに、斜めのライン１３７とライン１３７の間をひとつ飛び毎に研削し、上下（円周方向）、左右（軸部１３０の長手方向）にひとつ飛び毎に、軸部１３０の外周面１３１から突出するように形成してある。
このようにして各ひし形凸部１３２を形成することによって、多数のひし形凸部１３２が、両端部１３４ａ，１３４ｂの間である軸部１３０の外周面１３１に所定の規則性を持って並んでいる。
このように筒本体１０２と、入口側接続部材１０４と、吐出側接続部材１０６と、螺旋羽根本体１０７と、フリップフロップ現象発生用軸体１０８とによって構成される流体吐出管構造体１０１（図４〜図６参照）は、筒本体１０２の一端部に吐出側接続部材１０６をねじ込んで取り付け、この筒本体１０２の中に他端からフリップフロップ現象発生用軸体１０８の円錐形の他端部１３４ｂを挿入し、次に螺旋羽根本体１０７を挿入し、最後に入口側接続部材１０４を筒本体１０２の一端部にねじ込んで取り付ける。
このときフリップフロップ現象発生用軸体１０８の截頭円錐形の一端部の先端１３３（図６参照）は、螺旋羽根本体１０７の片面（一端１０７ｂ）に当接する。螺旋羽根本体１０７は、フリップフロップ現象発生用軸体１０８と入口側接続部材１０４の段差部１１４ａとで挟まれて筒本体１０２内に収納されることになる。
浄水が流体吐出管構造体１０１を通過する際の流れについて説明すると、入口側接続部材１０４（図４参照）の貫通孔１０３から流入した浄水は、螺旋羽根本体１０７の平坦な端１０７ａに当る。
浄水は、螺旋羽根本体１０７の反時計回りに形成された各羽根１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃの間を通過していく。この時、浄水は、各羽根１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃによって強烈な竜巻流となってフリップフロップ現象発生用軸体１０８の截頭円錐形の一端部１３４ａに送り込まれる。そして、浄水は軸部１３０の外周面１３１に形成された所定の規則性を持った多数のひし形凸部１３２の間（複数の流路）に送り込まれる。
規則性を持った多数の各ひし形凸部１３２の間（複数の流路）を通過する浄水は、乱流となり無数の微小な渦を発生させるフリップフロップ現象（フリップフロップ現象とは、流体の流れる方向が周期的に交互に方向変換して流れる現象）を起こしながらフリップフロップ現象発生用軸体１０８の他端部１３４ｂ側に流動していく。この円錐形の他端部１３４ｂに流れ込んだ浄水は、吐出側接続部材１０６との隙間空間の広さによる上記フリップフロップ現象以上の竜巻流の発生によってフリップフロップ現象はかき消されるが、コアンダ効果（流体を壁面に沿って流した場合に、流体と壁面の間の圧力低下によって流体が壁面に吸い寄せられる現象）を増幅させて、からみ付き現象を誘発させ吐出側接続部材１０６の貫通孔１０５から吐出される。
本発明の浄水装置は、マンション、アパート、ビル、ホテル、複数の戸建てなどの建物に供給しうる大型の浄水装置である。本発明の浄水装置の浄水の供給量は、供給先の数や水使用量に応じて適宜設定する。例えば１００戸から２００戸のマンション１棟に１個の浄水装置を設置する場合を想定すると、本発明の浄水装置の浄水の供給量は、３０００Ｌ／時以上が好ましく、４０００Ｌ／時以上がより好ましく、５０００Ｌ／時以上がさらに好ましく、８０００Ｌ／時以下が好ましく、７０００Ｌ／時以下がより好ましく、６０００Ｌ／時以下がさらに好ましい。
（２）本発明の浄水の製造方法
次に、本発明の浄水の製造方法について説明する。本発明の浄水の製造方法は、通常濾過運転時には、少なくとも第一膜モジュールと第二膜モジュールとを有する複数の膜モジュールに原水を並列に供給して、原水を複数の膜モジュールで濾過することにより浄水を製造し、逆洗浄運転時には、第一膜モジュールまたは第二膜モジュールの一方に、原水の水圧を脈動させながら原水を供給して濾過し、得られた浄水の少なくとも一部を、逆洗水として、他方の膜モジュールの下流側から上流側に逆流させて、他方の膜モジュールを逆洗浄することを特徴とする。
本発明の製造方法のより好ましい態様では、逆洗浄運転時には、第一膜モジュールに、原水の水圧を脈動させながら原水を供給して濾過し、得られた浄水の少なくとも一部を、逆洗水として、第二膜モジュールの下流側から上流側に逆流させて、第二膜モジュールを逆洗浄し、さらに、第二膜モジュールに、原水の水圧を脈動させながら原水を供給して濾過し、得られた浄水の少なくとも一部を、逆洗水として、第一膜モジュールの下流側から上流側に逆流させて、第一膜モジュールを逆洗浄する。
まず、通常濾過運転工程について図面を参照しながら説明する。図１０は、通常濾過運転時における本発明の浄化装置１の通水状態を示す図である。図１０に示すように、通常濾過運転時には、第１〜第３バルブＶ１〜Ｖ３、第８バルブＶ８を解放し、第４〜第５バルブＶ４〜Ｖ５、および、第９バルブＶ９を閉鎖する。これにより、原水供給路３、原水分岐路５Ａ，５Ｂと、浄水分岐路１１Ａ，１１Ｂと、浄水路１３とが、膜モジュール９Ａ，９Ｂを介して連通した原水処理ラインが形成される。バルブの開閉操作は、バルブ制御部による自動制御でもよいし、手動で制御してもよい。
原水供給手段Ｐ１は、原水を加圧して原水供給路に送液する。原水の圧力は、使用する膜モジュールの許容圧力に応じて、適宜設定されることが好ましい。例えば、限外濾過膜（ＵＦ膜）及び精密濾過膜（ＭＦ膜）の場合、許容圧力は、約０．３５ＭＰａ程度であり、加圧された原水の圧力Ｐｆは、０．２ＭＰａ以上が好ましく、０．２５ＭＰａ以上がより好ましく、０．２８ＭＰａ以上がさらに好ましく、０．３５ＭＰａ以下が好ましく、０．３２ＭＰａ以下がより好ましく、０．３０ＭＰａ以下がさらに好ましい。加圧された原水の圧力Ｐｆが、許容圧力を超えると、濾過膜が損傷しやすくなる。また、加圧された原水の圧力Ｐｆが低すぎると、原水の流量が少なくなってしまうからである。なお、逆洗浄運転時とは異なり、通常濾過運転時においては、原水の圧力Ｐｆは、ほぼ一定であることが好ましい。
原水は、分岐点４で分岐して、原水分岐路５Ａ，５Ｂを通って、第一および第二膜モジュール９Ａ，９Ｂに供給される。原水は、第一および第二膜モジュール９Ａ，９Ｂで濾過される。原水に含まれる異物や濁質などが、膜モジュールで除去される。原水を第一および第二膜モジュール９Ａ，９Ｂで濾過する際には、第４および第５バルブＶ４，Ｖ５を解放して、濃縮水を、排出路７Ａ，７Ｂから排出しながら濾過するクロスフロー方式を採用してもよい。また、第４及び第５バルブＶ４，Ｖ５を閉鎖して、原水を濾過するデッドエンド方式を採用してもよい。デッドエンド方式を採用する場合には、膜モジュール９Ａ，９Ｂ内の溜まり部に異物が蓄積していくことになるので、時折、第４及び第５バルブＶ４，Ｖ５を解放して、異物を排出することが好ましい。
第一および第二膜モジュール９Ａ，９Ｂから排出された浄水はそれぞれ、浄水分岐路１１Ａ，１１Ｂを通って合流点１７で合流し、浄水路１３に流出する。
浄水には、必要に応じて薬液を加えてもよい。図３に示したように、薬液は、薬液タンク４１からポンプＰ２を介して、浄水路１３に流れる浄水に供給される。前記薬液としては、特に限定されないが、例えば、次亜塩素酸、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸水溶液などを挙げることができる。これらの中でも、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を用いることが好ましい。次亜塩素酸ナトリウムを添加することにより、水中で次亜塩素酸イオンに電離するとともに、その一部が水と反応して、次亜塩素酸となる。これらの殺菌力によって浄水装置から吐出される浄水において、例えば、本発明の浄水装置から各使用箇所までの配管における菌の繁殖を防止することができ、使用者が飲用などに用いるまでの浄水の安全性を維持することができる。
次亜塩素酸ナトリウムを浄水に添加する場合、殺菌力と二次浄水装置での塩素除去効率などとの関係を考慮して、得られる浄水中の塩素濃度は、０．３ｍｇ／Ｌ以上が好ましく、０．４ｍｇ／Ｌ以上がより好ましく、０．５ｍｇ／Ｌ以上がさらに好ましく、０．８ｍｇ／Ｌ以下が好ましく、０．７ｍｇ／Ｌ以下がより好ましい。このように浄水中に塩素を含有させることにより、原水が塩素を含む水道水の場合に、本発明の浄水装置で不純物を除去する工程で塩素を除去した場合でも、当該装置から流出する浄水に塩素を含有させることができ、また、塩素を含まない水を原水として用いた場合にも、塩素を添加することができ、衛生に優れたものとなる。
また、原水に造核剤、凝集剤またはｐＨ調整剤を添加してから、膜モジュールで濾過することも好ましい。原水に、造核剤、凝集剤またはｐＨ調整剤などを添加することにより、原水中に含まれる電荷を帯びた金属イオン、ヒ素、フッ素、シリカ、塩素などの不純物を凝集させることができる。得られた凝集物は、大粒子径化し、沈殿または濾過による除去が容易になる。造核剤を用いる場合はイオンレベルで結合するという作用効果があり、水中の微小な金属イオンを残存少なく凝集できる。一方、凝集剤を用いる場合は、高濁度に不純物が含まれる場合には、不純物を効率よく大量に凝集して除去できるという利点があるものの、微小な金属イオンは除去しきれない。よって、ヒ素や鉛、鉄などの重金属が水中でイオンとして存在する場合には造核剤を用いるのがよく、また水中の不純物の粒子を大量に除去する場合は凝集剤を使用するのが良い。前記造核剤としては、例えば、水酸化第二鉄コロイド溶液を用いることができる。ｐＨ調整剤としては、酸性側からアルカリ側へ調整する場合は水酸化ナトリウムなどを使用することでき、またアルカリ側から酸性側へ調整する場合は希塩酸や炭酸などを使用することができる。また、前記凝集剤としては、例えば、一般にＰＡＣと呼称されるポリ塩化アルミニウムや、一般に硫酸バンドと呼称される硫酸アルミニウムを用いる事ができる。造核剤や凝集剤などの薬液は、例えば、図３に示したように薬液タンク３７からポンプＰ３を介して原水供給路３の上流側に設けた原水槽３５に添加するようにしてもよいし、原水供給路３に流れる原水に直接添加してもよい。
次に、逆洗浄運転工程について、図面を参照しながら説明する。逆洗浄運転時には、第一膜モジュールまたは第二膜モジュールの一方に、原水の水圧を脈動させながら原水を供給して濾過し、得られた浄水の少なくとも一部を、逆洗水として、他方の膜モジュールの下流側から上流側に逆流させて、他方の膜モジュールを逆洗浄する。
以下、図１１を参照しながら、第一膜モジュールを濾過状態として運転し、第二膜モジュールを逆洗する場合について、具体的に説明する。第一膜モジュールを濾過状態とし、第二膜モジュールを逆洗状態とするには、第１、第２バルブＶ１、Ｖ２、第５バルブＶ５、第８バルブＶ８を解放し、第３、第４バルブＶ３、Ｖ４、第９バルブＶ９を閉鎖する。バルブの開閉操作は、バルブ制御部による自動制御でもよいし、手動で制御してもよい。このバルブ操作により、原水供給路３と、原水分岐路５Ａと、浄水分岐路１１Ａと、浄水路１３とが、膜モジュール９Ａを介して連通した原水処理ラインが形成される。また、浄水分岐路１１Ｂと、排出路７Ｂとが、第二膜モジュール９Ｂを介して連通した逆洗ラインが形成される。
第一膜モジュール９Ａから排出された浄水の少なくとも一部は、逆洗水として、浄水分岐路１１Ｂを逆流して、第二膜モジュール９Ｂの下流側の浄水排出口９ｈから第二膜モジュール９Ｂに侵入する。第二膜モジュール９Ｂ内に侵入した逆洗水は、第二膜モジュール９Ｂ内に配置された膜手段９ｃを透過して、上流側の濃縮水排出口９ｉから、排出路７Ｂへと流出する。この際、第二膜モジュール９Ｂの膜手段９ｃに付着している異物が遊離し、逆洗水とともに、排出路７Ｂへと流出する。逆洗水と第二膜モジュール９Ｂに付着していた異物は、濃縮水排出口９ｉに接続する排出路７Ｂから浄水装置外に排出される。
また、第一膜モジュール９Ａから排出された浄水の残部は、浄水路１３に流出する。これにより、第二膜モジュール９Ｂを逆洗浄しながらも、一定量の浄水を排出し続けることができる。なお、第８バルブＶ８を閉じて、第一膜モジュール９Ａから排出された浄水の全部を逆洗水としてもよい。
前記では、逆洗ラインとして、浄水分岐路１１Ｂと、第二膜モジュール９Ｂ、排出路７Ｂが連通したラインを採用したが、例えば、図２で示した態様のように、浄水分岐路１１Ｂと、原水分岐路５Ｂと、排出路１５Ｂとが、第二膜モジュール９Ｂを介して連通したラインを採用してもよい。
逆洗浄運転時では、原水供給手段Ｐ１は、原水の水圧を脈動させながら、第一膜モジュール９Ａに原水を供給する。原水の水圧を脈動させながら、第一膜モジュール９Ａに原水を供給することにより、第一膜モジュール９Ａから排出される浄水、すなわち逆洗水の水圧が脈動するので、第二膜モジュール９Ｂの逆洗浄効率が高くなるからである。原水の水圧を脈動させる方法としては、例えば、原料供給手段Ｐ１の回転数をインバーター制御部２３により連続的に変化させることが好ましい。
図１２は、通常濾過運転時、及び、逆洗浄運転時の原水の圧力変化を模式的に示すグラフである。Ｔ０の領域は、通常濾過運転時の原水の圧力Ｐｆを表し、Ｔ１の領域は、逆洗浄運転時の原水の圧力変化を示している。図１２から明らかなように、通常濾過運転時には、原水の圧力Ｐｆをほぼ一定とし、逆洗浄運転時には、原水の圧力を脈動させることが好ましい。なお、通常濾過運転と逆洗浄運転とを、タイマーで交互に切り替えて、定期的に膜モジュールを逆洗浄するようにする場合、通常濾過運転の時間Ｔ０は、長いほど好ましく、例えば、原水の水質や、原水処理量などに応じて適宜設定すればよい。従って、通常濾過運転の時間Ｔ０は、数分、数時間〜数日という範囲で変化する場合がある。一方、逆洗浄運転時の時間Ｔ１は、浄水化効率を高めるという観点から、短いほど好ましい。逆洗浄運転時の時間Ｔ１は、０．５分間〜２０分間が好ましく、１分間〜１０分間がより好ましく、５分間〜７分間程度がさらに好ましい。
逆洗浄運転時の原水の圧力は、脈動させることが好ましい。原水の圧力が脈動するとは、周期的あるいは非周期的に、原水の圧力が変化することを意味する。逆洗浄運転時の原水の圧力は、周期的に高圧と低圧に変化させることがより好ましく、高圧と低圧との間を連続的に変化させることがさらに好ましい。
逆洗浄運転時の原水の圧力としては、例えば、図１２（ａ）に示したようにサインカーブを描くように変化させる態様を挙げることができる。高圧と低圧との間を連続的に変化させることにより、濾過膜に対する圧力増減の負担を低減することができる。図１２（ａ）では、逆洗浄運転時の原水の圧力を、サインカーブを描くように変化させる態様を示したが、例えば、図１２（ｂ）に示したように、最初の圧力変化を大きくして、圧力変化の大きさが減衰していくように変化させてもよい。逆洗浄時の異物の除去には、最初の圧力増減による影響が大きいと考えられるからである。
また、逆洗浄運転時の原水の圧力は、例えば、図１２（ｃ）に示すように、最大圧力値Ｐｍａｘと最小圧力値Ｐｍｉｎとの間を直線的に増減するようにして、周期的に高圧と低圧に変化させるようにしてもよい。また、図１２（ｄ）に示したように、最大圧力値Ｐｍａｘから最小圧力値Ｐｍｉｎまで圧力を直線的に低下させた後、最小圧力値Ｐｍｉｎを所定時間維持し、最小圧力値Ｐｍｉｎから最大圧力値Ｐｍａｘまで圧力を直線的に増加させ、最大圧力値Ｐｍａｘを所定時間維持させて、周期的に高圧と低圧に変化させるようにしてもよい。
逆洗浄運転時の原水の圧力を脈動させる場合、最小圧力値Ｐｍｉｎに対する最大圧力値Ｐｍａｘの比（Ｐｍａｘ／Ｐｍｉｘ）は、１．３以上が好ましく、１．５以上がより好ましく、２．５以下が好ましく、２．３以下がより好ましく、２．０以下がさらに好ましい。比（Ｐｍａｘ／Ｐｍｉｘ）の値が下限以上であれば、圧力差が大きくなり、逆洗浄能力が高くなる。また、比（Ｐｍａｘ／Ｐｍｉｘ）の値が上限以下であれば、原水の圧力差による濾過膜の損傷が起こりにくくなる。
また、最大圧力値Ｐｍａｘは、膜モジュールが備える濾過膜の許容圧力に応じて適宜設定すればよい。例えば、濾過膜として、限外濾過膜または精密濾過膜を用いる場合、最大圧力値Ｐｍａｘは、０．１５ＭＰａ以上が好ましく、０．１７ＭＰａ以上がより好ましく、０．１８ＭＰａ以上が特に好ましく、０．２５ＭＰａ以下が好ましく、０．２０ＭＰａ以下がより好ましく、０．１９ＭＰａ以下が特に好ましい。最大圧力値Ｐｍａｘが大きくなりすぎると、膜モジュールの濾過膜が損傷するおそれがある。また、最大圧力値Ｐｍａｘが小さくなりすぎると、最大圧力値Ｐｍａｘと最小圧力値Ｐｍｉｎとの差が小さくなり、逆洗浄効果が小さくなるおそれがある。
例えば、濾過膜として、限外濾過膜または精密濾過膜を用いる場合、最小圧力値Ｐｍｉｎは、０．１０ＭＰａ以上が好ましく、０．１２ＭＰａ以上がより好ましく、０．１３ＭＰａ以上が特に好ましく、０．２０ＭＰａ以下が好ましく、０．１５ＭＰａ以下がより好ましく、０．１４ＭＰａ以下が特に好ましい。最小圧力値Ｐｍｉｎが大きくなりすぎると、最大圧力値Ｐｍａｘと最小圧力値Ｐｍｉｎとの差が小さくなり、逆洗浄効果が小さくなるおそれがある。また、最小圧力値Ｐｍｉｎが小さくなりすぎると、膜の抵抗によって、逆洗浄効果が低下する場合がある。
原水の水圧を周期的に変化させる周波数（ｆ）としては、例えば、５サイクル／分以上が好ましく、７サイクル／分以上がより好ましく、１０サイクル／分以上がさらに好ましく、２０サイクル／分以下が好ましく、１５サイクル／分以下がより好ましく、１２サイクル／分以下がさらに好ましい。周波数が大きくなりすぎると、圧力の増減が激しく、膜モジュールの濾過膜が損傷する場合がある。また、周波数が小さくなりすぎると、圧力の増減が少な過ぎ、逆洗浄効果が低下するおそれがある。
また、周波数（ｆ）（サイクル／分）の逆数は、１サイクルが行われる周期（Ｔ）（分）を意味する。本発明では、最小圧力値Ｐｍｉｎに対する最大圧力値Ｐｍａｘの比（Ｐｍａｘ／Ｐｍｉｎ）を周期（Ｔ）（分）で乗じた値［（Ｐｍａｘ／Ｐｍｉｎ）・Ｔ］（単位：分）が、３以上が好ましく、５以上がより好ましく、７以上がさらに好ましく、２０以下が好ましく、１５以下がより好ましく、１０以下がさらに好ましい。［（Ｐｍａｘ／Ｐｍｉｎ）・Ｔ］の値が大きくなりすぎると、圧力変化の度合いが急激になり、濾過膜が損傷しやすくなる。また、［（Ｐｍａｘ／Ｐｍｉｎ）・Ｔ］の値が小さくなりすぎると、逆洗浄効果が不十分となる場合がある。
次に、図１３を参照しながら、第二膜モジュール９Ｂを濾過状態として運転し、第一膜モジュール９Ａを逆洗する場合について説明する。第二膜モジュール９Ｂを濾過状態として運転し、第一膜モジュール９Ａを逆洗状態とするには、第１、第３バルブＶ１、Ｖ３、第４バルブＶ４、第８バルブＶ８を解放し、第２バルブＶ２、第５バルブＶ５、第９バルブＶ９を閉鎖して、同様の操作を行えばよい。バルブの開閉操作は、バルブ制御部による自動制御でもよいし、手動で制御してもよい。このバルブ操作により、原水供給路３と、原水分岐路５Ｂと、浄水分岐路１１Ｂと、浄水路１３とが、第二膜モジュール９Ｂを介して連通した原水処理ラインが形成する。また、浄水分岐路１１Ａと、排出路７Ａとが、第一膜モジュール９Ａを介して連通した逆洗ラインを形成する。
前記では、逆洗ラインとして、浄水分岐路１１Ａと、排出路７Ａとが、第一膜モジュール９Ａを介して連通した逆洗ラインを採用したが、例えば、図２に示した態様のように、逆洗ラインとして、浄水分岐路１１Ａと、原水分岐路５Ａと、排出路１５Ａとが、第一膜モジュール９Ａを介して連通したラインを採用してもよい。
本発明の浄水の製造方法では、下記（１）〜（３）の運転を適宜切り替えながら行うことが好ましい。
（１）第一膜モジュールと第二膜モジュールの両方で原水を濾過する通常濾過運転
（２）第一膜モジュールを濾過状態とし、第二膜モジュールを逆洗状態とする逆洗浄運転
（３）第二膜モジュールを濾過状態とし、第一膜モジュールを逆洗状態とする逆洗浄運転
運転の切り替えは、例えば、手動スイッチ操作データ、膜差圧演算部が供給する差圧データ、タイマーが供給する時間データ等に基づいて行うことが好ましい。
通常濾過運転の運転時間Ｔ０は、原水の水質や、処理速度などに応じて適宜設定すればよい。従って、通常濾過運転の時間Ｔ０は、数分、数時間〜数日という範囲で変化する場合がある。第一膜モジュール９Ａを濾過状態とし、第二膜モジュール９Ｂを逆洗状態とする逆洗浄運転の時間Ｔ１ａは、３０秒以上が好ましく、１分以上がより好ましく、５分以上が特に好ましく、２０分以下が好ましく、１０分以下がより好ましく、７分以下が特に好ましい。第二膜モジュール９Ｂを濾過状態とし、第一膜モジュール９Ａを逆洗状態とする逆洗浄運転の時間Ｔ１ｂは、３０秒以上が好ましく、１分以上がより好ましく、５分以上が特に好ましく、２０分以下が好ましく、１０分以下がより好ましく、７分以下が特に好ましい。
本発明の浄水の製造方法では、膜モジュールを洗浄する逆洗水にマイクロバブルを混入させることも好ましい。逆洗水に混入されたマイクロバブルは、濾過膜を透過する際に、濾過膜に振動を与える。その結果、濾過膜に付着している異物が遊離して、逆洗浄効率が高くなる。マイクロバブルとは、発生時に気泡の直径が１０μｍ〜数十マイクロメートル以下の微細な気泡である。なお、発生時としているのは、マイクロバブルが収縮してマイクロナノバブルに変化する場合があるからである。マイクロナノバブルとは、気泡の直径が、数百ナノメートル〜１０μｍ未満の微細な気泡である。
逆洗浄効果を高めるためには、マイクロバブル（マイクロナノバブルを含む）の体積平均粒子径は、５００μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がより好ましく、１０μｍ以下がさらに好ましい。マイクロバブル（マイクロナノバブルを含む）の体積平均粒子径の下限は、特に限定されないが、１ｎｍが好ましく、１０ｎｍがより好ましく、１００ｎｍがさらに好ましい。マイクロバブル（マイクロナノバブルを含む）の体積平均粒子径が小さくなりすぎると、発生コストが高くなり、逆洗浄効果も飽和する傾向がある。また、全気泡に占める粒子径が５００μｍ以下、１ｎｍ以上のマイクロバブル（マイクロナノバブルを含む）の割合は、５０体積％以上が好ましく、７０体積％以上がより好ましく、９０体積％以上がさらに好ましい。なお、マイクロバブル（マイクロナノバブルを含む）の粒子径および体積平均粒子径は、マイクロバブル発生装置の出口での粒子径及び体積平均粒子径である。
発生させるマイクロバブル（マイクロナノバブルを含む）の合計体積Ｖ１のマイクロバブルが混入された逆洗液の体積Ｖ２に対する比（Ｖ１／Ｖ２）は、特に限定されないが、０．０１以上が好ましく、０．０５以上がより好ましく、０．１以上がさらに好ましく、０．５以下が好ましく、０．３以下がより好ましく、０．２以下がさらに好ましい。前記比が小さくなりすぎると、逆洗浄効率を高める効果が小さくなる。前記比が大きくなりすぎると、逆洗水の割合が少なくなりすぎて、却って逆洗浄効率が低下する場合がある。また、マイクロバブルを発生するコストも高くなる。
［浄水装置］
図１４〜図２０には、本発明の一実施形態に係る浄水装置を示した。図１４は、本発明の一実施形態に係る浄水装置の正面図である。図１５は、図１４の右側面図であり、図１６は、図１４の左側面図であり、図１７は、図１４の背面図であり、図１８は、図１４の平面図であり、図１９は、図１４の底面図である。図２０には、図１４〜図１９の浄水装置のフロー図を示した。なお、本発明の浄水装置は、前記図面に図示した形態に限定されるものではない。
浄水装置１は、原水供給路３と、原水供給路３に配置され、原水を送液する原水供給手段Ｐ１と、前記原水供給路３を少なくとも二以上に分岐する複数の原水分岐路５Ａ，５Ｂと、前記複数の原水分岐路５Ａ，５Ｂに配置され、原水を浄化する複数の膜モジュール９Ａ，９Ｂと、前記膜モジュールが備える原水を浄化する膜手段の上流側に接続する排出路７Ａ，７Ｂと、前記複数の膜モジュールの下流側に接続する複数の浄水分岐路１１Ａ，１１Ｂと、前記複数の浄水分岐路１１Ａ，１１Ｂが合流する浄水路１３とを備える。
図１４〜図１９に示したように、浄水装置１を構成する各構成部材は、幅１４００ｍｍ×奥行き１０００ｍｍ×高さ１９８５ｍｍの架台に収納され、ユニット化されている。
図１６に示したように、原水供給口４０は、浄水装置１の背面側で左側面下方に配置されている。原水供給口４０は、水道本管に直接結合してもよいし、水道本管から水道水を貯蔵する原水槽に接続してもよい。原水は、原水供給手段Ｐ１としてのポンプにより、送液される。原水供給路３は、図１７に示すように、原水供給手段Ｐ１の吐出口から、斜め上方へと向かい、所定の高さで背面側から前面側に折れ曲がるように配置されている。所定高さにおいて、背面側から前側へと向かう原水供給路３には、逆洗水の逆流を防止するための逆止弁が設けられている。また、原水供給路３は、図１４および図１９に示すように、浄水装置１の前面側で下方へと向かい、底部において前面側から背面側へと折れ曲がるように配置されている。図１９に示すように、前面側から背面側へと向かう原水供給路３の部分に、原水分岐路５Ａ、５Ｂが接続している。原水供給路５Ａ，５Ｂはそれぞれ、流路を開閉する流入弁（エアバルブ）Ｖ２，Ｖ３を備える。
図１４〜図１５に示したように、浄水装置１は、原水供給路５Ａ，５Ｂにそれぞれ接続する２本の膜モジュール９Ａと、２本の膜モジュール９Ｂとを有する。膜モジュール９Ａ，９Ｂは、略円筒状の形状を有する。前記膜モジュール９Ａ，９Ｂは、原水流入口９ｇで原水分岐路５Ａ，５Ｂに接続し、濃縮水排出口９ｉで排出路７Ａ，７Ｂに接続し、浄水排出口９ｈで、浄水分岐路１１Ａ，１１Ｂに接続している。通常濾過運転時には、２本の膜モジュール９Ａと２本の膜モジュール９Ｂの両方に原水を供給して濾過することができる。図１７に示すように、膜モジュール９Ａ，９Ｂによって浄化された浄水は、膜モジュール９Ａ、９Ｂの下流側に接続する浄水分岐路１１Ａ,１１Ｂに排出される。図１６および図１７で示すように、浄水分岐路１１Ａ,１１Ｂは、合流地点１７で合流し、浄水路１３を形成している。浄水は、左側面の上側に配置された浄水吐出口４２から吐出される。
逆洗浄運転時には、２本の膜モジュール９Ａ、または、２本の膜モジュール９Ｂの一方に、原水を供給して濾過し、得られた浄水を逆洗水として、他方の膜モジュールに供給する。逆洗水は、排出路７Ａ，７Ｂから排出する。排出路７Ａ，７Ｂはそれぞれ、膜モジュール９Ａ，９Ｂの原水領域に接続し、流路を開閉するための流入弁（エアバルブ）Ｖ４，Ｖ５を備える。図１６及び図１７に示したように、排出路７Ａと排出路７Ｂは、合流して排出路７Ｃに接続している。逆洗水は、排出路７Ｃの端部である排出口４８から排出される。
流路の開閉に使用する流入弁としては、コンプレッサーＣからの圧縮空気によって開閉が制御されるエアバルブを使用している。制御部２１は、ソレノイドバルブを有するエアバルブ制御部を備え、各エアバルブの開閉を制御する。
図１９に示すように、原水供給路３の下流端は、第１０バルブＶ１０を介して、排水路４４に接続している。排水路４４は、膜モジュールの膜手段を交換するときに、膜モジュール内の水を排水するためのものである。排水路４４は、排出路７Ｃと合流している。第２、第３、第１０バルブＶ２，Ｖ３、Ｖ１０を開けることにより、膜モジュール内の水を排出口４８から排水することができる。
浄水装置１は、原水または浄水に薬液を添加するための薬液タンク４６を備えても良い。薬液タンク４６の薬剤としては、原水に添加する凝集剤、ｐＨ調整剤などが好ましい。
本発明の浄水装置は、小型であり、逆洗条効率が高い。本発明の浄水装置は、マンション、ビルなどの建物全域に浄水を供給する浄水装置として好適である。
１：浄水装置、３：原水供給路、５Ａ，５Ｂ：原水分岐路、７Ａ，７Ｂ：排出路、９Ａ，９Ｂ：膜モジュール、１１Ａ，１１Ｂ：浄水分岐路、１３：浄水路、Ｐ１：原水供給手段、１８：圧力計

Claims (12)

  1. 原水供給路と、
    原水供給路に配置され、原水を送液する原水供給手段と、
    前記原水供給路を少なくとも二以上に分岐する複数の原水分岐路と、
    前記複数の原水分岐路に配置され、原水を浄化する複数の膜モジュールと、
    前記複数の膜モジュールが備える原水を浄化する膜手段の上流側に接続する排出路と、
    前記複数の膜モジュールの下流側に接続する複数の浄水分岐路と、
    前記複数の浄水分岐路が合流する浄水路とを備えることを特徴とする浄水装置。
  2. 前記排出路には、排出路を開閉する排出弁が備えられ、前記原水分岐路には、原水分岐路の流路を開閉する流入弁が備えられている請求項１に記載の浄水装置。
  3. 前記膜モジュールは、原水が供給される原水領域と、原水を浄化する膜手段と、前記膜手段によって浄化された浄水が流出する浄水領域とを備え、前記排出路が原水領域に接続している請求項１または２に記載の浄水装置。
  4. 前記排出路が、原水分岐路の流路を開閉する流入弁の下流側の原水分岐路に接続している請求項１または２に記載の浄水装置。
  5. 前記原水の水圧を脈動させるように、前記原水供給手段を制御するインバーター制御部を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の浄水装置。
  6. 前記浄水分岐路には、マイクロバブル発生手段を備える流路が並列に形成されている請求項１〜５のいずれか一項に浄水装置。
  7. 前記膜モジュールは、膜手段として、精密濾過膜または限外濾過膜を備えるものである請求項１〜６のいずれか一項に記載の浄水装置。
  8. 原水槽と、原水槽に薬液を供給する手段を備える請求項１〜７のいずれか一項に記載の浄水装置。
  9. 通常濾過運転時には、少なくとも第一膜モジュールと第二膜モジュールとを有する複数の膜モジュールに、原水を並列に供給して、原水を複数の膜モジュールで濾過することにより浄水を製造し、
    逆洗浄運転時には、第一膜モジュールまたは第二膜モジュールの一方に、原水の水圧を脈動させながら原水を供給して濾過し、得られた浄水の少なくとも一部を、逆洗水として、他方の膜モジュールの下流側から上流側に逆流させて、他方の膜モジュールを逆洗浄することを特徴とする浄水の製造方法。
  10. 逆洗浄運転時には、第一膜モジュールに、原水の水圧を脈動させながら原水を供給して濾過し、得られた浄水の少なくとも一部を、逆洗水として、第二膜モジュールの下流側から上流側に逆流させて、第二膜モジュールを逆洗浄し、さらに、第二膜モジュールに、原水の水圧を脈動させながら原水を供給して濾過し、得られた浄水の少なくとも一部を、逆洗水として、第一膜モジュールの下流側から上流側に逆流させて、第一膜モジュールを逆洗浄する請求項９に記載の浄水の製造方法。
  11. 逆洗浄運転時において、原水の水圧の最小圧力値Ｐｍｉｎに対する最大圧力値Ｐｍａｘの比（Ｐｍａｘ／Ｐｍｉｘ）が、１．３以上、２．５以下になるように、原水を脈動させる請求項９または１０に記載の浄水の製造方法。
  12. 請求項１〜８のいずれかの浄水装置を用いて浄水を製造する請求項９〜１２のいずれか一項に記載の浄水の製造方法。
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