JP2014076428A - 浄水装置 - Google Patents

Abstract

【課題】RO膜エレメントの交換時期を4年〜7年に1回と、従来と比べてメンテナンスコストを極端に下げ、装置の信頼性を向上させた浄水装置を提供する。
【解決手段】ポンプで吸い上げた原水を濾過する前濾過装置と、該前濾過装置を通過した水を濾過する陽イオン交換樹脂層を有する濾過器と、該陽イオン交換樹脂を有する濾過器を通過した水を、ポンプで加圧して濾過する逆浸透膜濾過装置とを具備し、陽イオン交換樹脂によってシリカ、カルシウム等を除去することによってRO膜の寿命を著しく延ばした。
【選択図】 図４

Description

この発明は、汚染された原水から放射性物質、細菌、有機物、無機物等の汚染物を除去する浄水装置に係り、詳記すれば、浄水装置のRO膜の寿命を著しく長持ちさせるようにした浄水装置に関する。

世界各地では、地球温暖化による気候変動、森林の乱開発、災害及び干ばつなどの影響による水不足が深刻化している。

国連の統計によると、不衛生な水が原因で毎年1800万人の子供達が死亡し、2025年までには、30億人の人が水不足に直面する恐れがあると言われている。

従って、世界各地では、安全な飲料水をどう確保するかが大きな課題となっている。海水とか河川水から飲料水とする浄水装置として、RO膜を使用した浄水装置が知られている。
RO膜を使用した浄水装置は、放射性物質、細菌、海水中の金属イオン、塩素イオン等を除去できることが知られている。

しかしながら、現状の海水の淡水化装置は、RO膜エレメントを1年から最大2年程度で交換している。

本発明者等は、その原因を鋭意研究の結果、シリカやカルシウムを含む硬水の水をRO膜に高圧で連続的に当て続けると、RO膜エレメントの表面にSiO_２（シリカ）やカルシウム等が高圧で押し付けられて張り付き、その結果濾過機能が劣化し、装置の海水淡水化機能が１／３、１／２と下がり、目的とする量の飲料水が取れなくなるからであることを突き止めた。

また、一般に前濾過装置としては、砂濾過装置が使用されているが、これは装置が大型になるだけでなく、逆洗浄水の量を非常に多く必要とするが、逆洗浄水は、製造した飲料水を使用するから、浄水能力が極端に下がり、利用価値化が低下する。

この発明のうち請求項１に記載の発明は、RO膜エレメントの交換時期を4年〜7年に1回と極めて少なくし、従来と比べてメンテナンスコストを極端に下げ、装置の信頼性を向上させた浄水装置を提供することを目的とする。

また請求項６に記載の発明は、上記目的に加えて、逆洗浄水が少量で済み、しかも小型化が可能な浄水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本発明者等は鋭意研究の結果、原水を前濾過した水を、陽イオン交換樹脂を通過させて軟水とすることにより、シリカやカルシウム分の大部分が除去されるので、RO膜に付着するシリカやカルシウム等が少なくなるから、RO膜エレメントの寿命が極端に長くなることを見出し、本発明に到達した。

即ち本発明は、ポンプで吸い上げた原水を濾過する前濾過装置と、該前濾過装置を通過した水を濾過する陽イオン交換樹脂層を有する濾過器と、該陽イオン交換樹脂層を有する濾過器を通過した水を、ポンプで加圧して濾過する逆浸透膜濾過装置と、を具備することを特徴とする。

前記原水は、硬水であるのが好ましい（請求項２）。前記陽イオン交換樹脂層の入口と出口側には、活性炭が充填されているのが好ましい（請求項３）。塩素を除去し、RO膜の寿命の低下を防止できるからである。

前記陽イオン交換樹脂層を有する筒状体と、該筒状体の入口と出口側に連結した活性炭が充填された筒状体とは、着脱し得るように連結するのが好ましい（請求項４）。活性炭を収容した袋状体を、煮沸することにより、活性炭を容易に再生できるからである。

前記陽イオン交換樹脂層を有する濾過器には、塩水を陽イオン交換樹脂層に供給する塩収容用容器を連結し、塩水の排出口が形成されるようにし、前記塩収容用容器には、生成した浄水を該容器に供給し得る流路を設けるのが好ましい（請求項５）。このように構成することにより、陽イオン交換樹脂を容易に再生することができる。

前記前濾過装置は、スプリング濾過器とするのが好ましい（請求項６）。砂濾過器を使用した場合と比べて、逆洗浄水の量が非常に少なくて済むから浄水能力が著しく高まることと、装置が小型化されるからである。

なお、このスプリング濾過器は、従来細菌を濾過する目的で使用されていたものであり、汚染水の濾過には全く使用されていなかった。

前記陽イオン交換樹脂を充填した容器と前記スプリング濾過器との間には、更に濾過器を設けるのが、得られた飲料水の透明度が向上し、RO膜の寿命の低下を防止できることから好ましい（請求項７）。FI値（透明度）4以下とした水をRO膜に導入することにより、RO膜の寿命の低下を効果的に防止できる。

前記逆浸透膜濾過装置を加圧するポンプの回転軸に固定したプーリーと前記原水を吸い上げるポンプの回転軸に固定したプーリーとは、同一のモーター若しくはエンジンの回転軸に固定したプーリーに、それぞれベルトで連結するのが、起動装置を1台にできることから好ましい（請求項８）。

前記逆浸透膜濾過装置を加圧するポンプと前記原水を吸い上げるポンプとは、一方のポンプの回転軸を同一のモーター若しくはエンジンの回転軸と連結一体化し、前記逆浸透膜濾過装置を加圧するポンプの回転軸に固定したプーリーと前記原水を吸い上げるポンプの回転軸に固定したプーリーとをベルトで連結しても良い（請求項９）。

前記逆浸透膜装置で濾過された浄水は、給水タンクに貯蔵され、給水タンクから飲料水として取り出すのが好ましい（請求項１０）。

前記逆浸透膜装置は複数とし、第1の逆浸透膜装置の濃縮水を第2の逆浸透膜装置で濾過するように構成するのが、水の処理量が大きくなることから好ましい（請求項１１）。

本発明のうち請求項１に記載の発明によれば、水を軟水化することにより、RO膜表面に付着するシリカやカルシウムの量を大幅に減少できるから、RO膜を4年〜7年に1回の交換で済むという著しくRO膜の交換寿命を向上させることができ、装置の信頼性を向上させることができる。

また請求項６に記載の発明によれば、上記利点に加えて、浄水能力が大幅に向上し、装置が小型化する利点が得られる。

本発明の浄水装置のフロー図である。 取水ポンプと高圧ポンプをモーターで駆動する状態を示す平面図である。 本発明の陽イオン交換樹脂を内装した濾過器の断面図である。 本発明の他の実施例を示すフロー図である。

１ 自給式ポンプ（取水ポンプ）
６ スプリング濾過器（スプリングフィルター）
７ 筒型フィルター（カートリッジフィルター）
８ 陽イオン交換樹脂を内装した筒型濾過器
９，９´ 活性炭層
１０ 陽イオン交換樹脂層
１１ 高圧ポンプ
１２，１４，１５ 逆浸透膜装置
１６ 移送ポンプ
１７ 飲料水取出し口
１８ ミネラル容器
１９ 高圧に加圧するポンプのプーリー
２０ 原水を吸い上げるポンプのプーリー
２１ 起動モーター若しくはエンジン
２２ 起動モーターのプーリー
３３ 再生用の塩を入れる容器
３７，３７´ ３方切換弁
３９ 差圧警報計（差圧計）
４１ ストップ弁
４２ 洗浄水配管
４５ 電磁弁
４６ 制御盤（制御装置）
５０ 圧力調整弁
５１ レベル検出器
５２ 飲料水取出し弁
５４ キャスター

以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。

本発明に使用する原水としては、海水、河川水、井戸水、地下水、プール水、汽水等のあらゆる汚染水が挙げられる。硬水が特にRO膜を劣化させるので、硬水を使用するのが特に好ましい。

図１に示すように、自給式ポンプ１の先端が下方垂直に屈曲したホース２の先端入口に、フート弁３を介して５０μのフィルター４が取着されている。この自給式ポンプ１は、河川又は海水が、ホース２先端より８ｍ下にある場合でも吸い上げができる。このようにすれば、井戸水等もポンプを使用しないで汲み上げることができる。

吸い上げられた水は、ホース２、パイプ５を通って、スプリング濾過器６に導入される。スプリング濾過器６を通過した水は、０．２μの筒型フィルター７を通過して、図2に示す陽イオン交換樹脂１０を内装した筒型濾過器８に導入する。上記実施例では、スプリング濾過器６を通過させることにより、水は濁度２０となり、これを筒型フィルター７に通過させることにより、水は濁度２となり、更に筒型濾過器８に通過させることにより、水は濁度０．３となりFI値４以下となった。RO膜に導入する水のFI値を４以下とすることにより、RO膜の寿命を大幅に向上させることができる。

図３に示すように、筒型濾過器８の活性炭層９と、イオン交換樹脂層１０と活性炭層９´を通過することにより、シリカ、カルシウム等を除去し、硬水から軟水に変化した。この軟水は、カルシウム、シリカ等の大部分は除去されていた。

軟水を、高圧ポンプ１１で高圧にして第1の逆浸透膜装置１２で濾過する。濾過した水は、給水タンク１３に流入する。第1の逆浸透膜装置１２の濃縮水を第2の逆浸透膜装置１４で濾過する。濾過した水は、給水タンク１３に流入する。第２の逆浸透膜装置１４の濃縮水を第３の逆浸透膜装置１５で濾過する。濾過した水は、給水タンク１３に流入する。このように濃縮水を更に濾過することによって、浄水能力を大幅に向上させることができる。

逆浸透膜装置は、図４に示すように、RO膜ケーシングにRO膜エレメントを内装したものである。

給水タンク１３の水は、移送ポンプ１６によって、飲料水取出し口１７から、飲料水として取り出す。
給水タンク１３と飲料水取出口１７の間には、ミネラル容器１８が配設されている。このミネラル容器１８に例えば麦飯石を入れておけば、ミネラル水として取り出すことができる。軟水をそのまま飲用に供する場合は、ミネラル容器１８は、勿論不要である。

本発明に使用するスプリング濾過器６は、細菌を濾取する濾過器として市販されている。汚水を濾過する濾過器としては、使用されていない。数ミクロン〜数十ミクロンの大きさの突起が付いたフラットバーをヘリカル式に筒状に巻いて濾材を形成し、この濾材を筒状体に内装した濾過器である。フラットバーとフラットバーとの隙間が数ミクロン〜数十ミクロンの濾過器である。上記実施例では、１０ミクロンの濾過器を使用した。硬水は、このフラットバーとフラットバーとの隙間を通過して濾過され、筒状濾材中に流入し、上昇して次の筒状フィルター７に送られる。

前記高圧に加圧するポンプ１１の回転軸に固定したプーリー１９と前記原水を吸い上げるポンプの回転軸に固定したプーリー２０とは、同一のモーター若しくはエンジン（起動モーター若しくはエンジン）２１の回転軸に固定したプーリー２２にベルト２３，２３´でそれぞれ連結されている。従って、1台の起動装置２１で、高圧ポンプ１１と自給式ポンプ１の両方を駆動させることができる。

図２に示すように、電源供給駆動モーターと高圧ポンプ本体の回転軸とを連結して一体化し、該回転軸に設けたプーリーと取水ポンプ本体に設けたプーリーとを連動ベルトで連結しても良い。電源供給駆動モーターの回転軸を取水ポンプ本体の回転軸に連結して一体化し、同様に両方のプーリーを連動ベルトで連結しても良い。

図３に示すように、筒型濾過器８は、下部の活性炭９を充填した筒状体２４と中央の陽イオン交換樹脂１０を充填した筒状体２５とが、両筒状体に形成したフランジ部をクランプ２６で着脱自在に連結されている。取り外しハンドル２７を回転させることにより、両者を分離させることができる。中央のイオン交換樹脂１０を充填した筒状体２５と上部の活性炭９´を内装した筒状体２８とが、同様に両筒状体に形成したフランジ部をクランプ２６で着脱自在に連結されている。尚、陽イオン交換樹脂１０、活性炭９及び活性炭９´は、袋状体に内装されている。

下部の筒状体２４の下端部は細いパイプ状に形成され、活性炭層９の上端と下端とを網状シート２９，２９で挟持している。

中央の筒状体２５の陽イオン交換樹脂層１０は、上下の網状シート２９，２９で挟持されている。

上部の筒状体２８の上端部は。細いパイプ状に形成され、活性炭層９´下端には網状シート１１が敷設され、活性炭層９´上端と間隔づけてパイプ状部に網状シート２９´が開口を塞ぐように設けられている。

上部の筒状体２８の細いパイプ状部下端には、開口３０が形成され、該開口３０にはパイプ３１が連結され、パイプ３１先端は、上方に向けて垂直に折曲し、先端は、弁３２によって再生用の塩を入れる容器３３に連結している。

下部の筒状体の細いパイプ状部先端には、開口３４が形成され、該開口３４にはパイプ３５が連結され、パイプ３５先端は、下方に向けて垂直に折曲し、先端には、弁３６が連結され、弁３６を開くことによって、再生水出口が形成されるようになっている。

筒型濾過器８の原水入口側のパイプと出口側のパイプには、ストップ弁４１，４１が取着されている。装置の運転時は、両ストップ弁４１，４１は手動で開とし、イオン交換樹脂の再生時は、手動で閉とする。

開口が再生用の塩を入れる容器３３に近接する洗浄水配管４２から分枝したパイプ４３のストップ弁４１を開くと、洗浄水配管４２内は、圧力が低下し、圧力スイッチ４４がこれを検知し、移送ポンプ１６が自動起動し、給水タンク１３の水を洗浄水配管４２から分枝したパイプ４３に送って、容器３３に流入する。それからストップ弁４１を閉じると、洗浄水配管４２内は圧力が上昇し、圧力スイッチ４４がこれを検知し、移送ポンプ１６が自動停止する。

図３の弁３２（図１及び図４のストップ弁４１）を開いて食塩水を陽イオン交換樹脂層１０に導入し、そのまま２時間程度保持して再生処理を行う。次いで、図３の排水管の弁３６（図１及び図４のストップ弁４１）を開いて食塩水を排水除去し、パイプ４３のストップ弁４１を開いて給水タンク１３からの水を容器３３に1時間程度流し、イオン交換樹脂に付着した食塩を除去する。このようにすることによって、イオン交換樹脂を完全に再生することができる。

パイプ５とスプリング濾過器６入口とは、３方切換弁３７によって連結され、スプリング濾過器６出口と筒型フィルター７とを連結するパイプ３８及び給水タンク１３の水を移送ポンプ１６で送って逆洗する洗浄水配管４２とは、３方切換弁３７´によって連結されている。

運転時は、パイプ５とスプリング濾過器６とが連通し、スプリング濾過器６と筒型フィルターに連結するパイプ３８とが連通するように、３方切換弁３７，３７´で自動的に切り替えている。

逆洗時は、スプリング濾過器６下端は、排水パイプ４０と連通し、スプリング濾過器６上端は、給水タンクの水を移送ポンプ１６で送って逆洗する洗浄水配管４２に連通するように、３方切換弁３７，３７´で自動的に切り替えている。逆洗に使用する水は、１回につき５リットル程度で十分である。

スプリングフィルター６にごみが所定量付着すると、差圧警報計（差圧計）３９が働き、スプリングフィルター６の入口と出口にセットしている３方切換弁が入口側３７は廃液配管４０に連通し、出口側３７´は、洗浄水配管４２に連通するように自動的に動作する。このようになると、洗浄水配管４２内は、圧力が低下し、圧力スイッチ４４がこれを検知し、移送ポンプ１６が自動起動し、洗浄水がスプリングフィルター６の筒状濾材の内側に流れ、筒状濾材のスプリングを伸ばして洗浄水が内から外に吹き出し、スプリングに付着しているごみを吹き飛ばす。同時に電磁弁４５も開となり、不純物は、廃液配管４０に送り込まれる。動作時間はタイマーで５秒程度動作させ、５秒程度後には運転状態に復帰する。装置の運転は停止させない。

制御盤４６の中には、ポンプの回転制御が自由に変えられるインバーターが含まれているので、電源が５０サイクルの地域でも６０サイクルの地域でも自由に使用することができる。

次に、本発明の装置の使用方法を図４に示すフロー図で説明する。

制御装置４６のポンプ起動スイッチをオンにすると、取水ポンプ１と高圧ポンプ１１が起動する。ホース２先端のフィルター４からフート弁３を通って、海水等が取水ポンプ１の吸引力で吸い込まれる。

取水ポンプ１の吐出口からパイプを通って、スプリングフィルター６に海水が送り込まれる。１０ミクロンから２０ミクロンのスプリングフィルター６を使用すれば、１０ミクロンから２０ミクロン以上の大きさのごみ等を捕捉する。

スプリングフィルター６を通過した水は、パイプ３８を通ってカートリッジフイルター７に導入される。１ミクロンのカートリッジフイルター７を使用しているので１ミクロン以上の大きさのゴミ等を捕捉する。

カートリッジフイルター７を通過した清水は、硬水であるが、パイプ４７を通って、活性炭９、陽イオン交換樹脂１０、活性炭９´と順次積層した筒型濾過器８を通過することによって、シリカ、カルシウム等を除去して軟水になる。

筒型濾過器８を通過した清水は、前記したように第１の逆浸透膜装置１２、第２の逆浸透膜装置１４及び第３の逆浸透膜装置１５で濾過し、濾過した水は飲料水タンク１７に流入する。第３の逆浸透膜装置１５を通過した濃縮水は、廃液として、廃液配管４８に送り出される。逆浸透膜装置では、ナトリウムイオン、病原菌及び放射性物質等を除去する。

濃縮水の出口には、圧力調整弁５０が設けられている。圧力指示計（圧力計）４９を見ながら、手動で圧力調整弁４８で濃縮水の排出量を制御し、高圧ポンプ１１の圧力を所定の値（５．５Mpa）に制御している。逆浸透膜装置の入口側のパイプにも圧力指示計４９´が設けられているが、これは入口側の圧力を見るものである。

飲料水タンク１７には、レベル検出器５１がセットされている。レベル検出器５１によって満タンになったことを検知すると、ポンプ１，１１を自動停止させ、装置の運転が停止する。水位が所定の位置に下がれば、レベル検出器５１によってこれを検知し、ポンプ１，１１を自動起動させ、装置の運転を再開する。

飲料水取出し弁５２を開けると、圧力が低下し、圧力スイッチ４４がこれを検知し、移送ポンプ１６が自動起動し、飲料水出口１７から水が流出する。飲料水取出し弁５２を閉めると圧力が上がり、圧力スイッチ４４がこれを検知し、移送ポンプ１６が自動停止する。

前記したように、スプリングフィルター６は、運転中に自動洗浄するが、カートリッジフィルター７は、月に１回程度点検し、汚れが目立つ程度であれば、取り外し、洗剤でクリーニングして、元に復帰させるとよい。イオン交換樹脂は、月に１回程度機能を再生させるとよい。
図１では、カートリッジフィルター７を通過した清水が通るパイプ４７に、図４では、スプリングフィルター６を通過した水が通るパイプ３８に、流量を計る流量計５３が取り付けられている。これは、水の殺菌剤を注入する場合に、流量から注入量を決めるためのものである。

飲料水タンク１３と移送ポンプ１６との間のパイプには、ストップ弁４１が設けられている。これは、通常は開となっており、飲料水タンクを洗浄する場合に閉として、ドレン弁から洗浄水を排出するために設けられている。

上記実施例で製造した装置は、長さ１７００ｍｍ、幅７７０ｍｍ、高さ１２００ｍｍでキャスター５４が付いているので、自由に移動させることができる。遠方に移動させるには、小型トラックを使用すればよい。

本発明は、海水等の硬水からセシウムやカルシウム等を除去して軟水とするので、RO膜にはセシウムやカルシウム等の付着物を極めて少なくできることから、高価なRO膜の使用寿命が著しく向上する。この結果、その利用が期待される。

Claims (11)

1. ポンプで吸い上げた原水を濾過する前濾過装置と、該前濾過装置を通過した水を濾過する陽イオン交換樹脂層を有する濾過器と、該陽イオン交換樹脂層を有する濾過器を通過した水を、ポンプで加圧して濾過する逆浸透膜濾過装置と、を具備することを特徴とする浄水装置。
2. 前記水は、硬水である請求項1記載の浄水装置。
3. 前記陽イオン交換樹脂層の入口と出口側には、活性炭が充填されている請求項1又は２記載の浄水装置。
4. 前記陽イオン交換樹脂層を有する筒状体と、該筒状体の入口と出口側に連結した活性炭が充填された筒状体とを、着脱し得るように連結する請求項１〜３のいずれかに記載の浄水装置。
5. 前記陽イオン交換樹脂層を有する濾過器には、塩水を陽イオン交換樹脂層に供給する塩収容用容器を連結し、塩水の排出口が形成されるようにし、前記塩収容用容器には、生成した浄水を該容器に供給し得る流路を設ける請求項１〜４のいずれかに記載の浄水装置。
6. 前記前濾過装置は、スプリング濾過器である請求項１〜５のいずれかに記載の浄水装置。
7. 前記陽イオン交換樹脂を充填した濾過器と前記スプリング濾過器との間には、更に濾過器を設ける請求項１〜６のいずれかに記載の浄水装置。
8. 前記加圧するポンプの回転軸に固定したプーリーと前記原水を吸い上げるポンプの回転軸に固定したプーリーとは、同一のモーター若しくはエンジンの回転軸に回転軸に固定したプーリーに、それぞれベルトで連結する請求項１〜７のいずれかに記載の浄水装置。
9. 前記逆浸透膜濾過装置を加圧するポンプと前記原水を吸い上げるポンプとは、一方のポンプの回転軸が同一のモーター若しくはエンジンの回転軸と連結し、前記逆浸透膜濾過装置を加圧するポンプの回転軸に固定したプーリーと前記原水を吸い上げるポンプの回転軸に固定したプーリーとをベルトで連結する請求項１〜７のいずれかに記載の浄水装置。
10. 前記逆浸透膜装置で濾過された浄水は、給水タンクに貯蔵され、給水タンクから飲料水として取り出す請求項１〜９のいずれかに記載の浄水装置。
11. 前記逆浸透膜装置は複数とし、第1の逆浸透膜装置の濃縮水を第2の逆浸透膜装置で濾過する請求項１〜１０のいずれかに記載の浄水装置。
    
    
    
    

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