JP2017131798A - 水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】井戸水等の浄化に使用される水処理装置において、電力制御を必要としない手段で薬剤を最適な量で投入することを目的とする。【解決手段】水処理装置１は、電動式ポンプ３からろ過装置４へ送水する配管２の上流部と下流部をつなぐバイパス管５と、バイパス管への導入水量を制御する流量制御部６と、バイパス管内の被処理水へ薬剤を投入する薬剤投入部７とを有し、前記流量制御部６は配管２内流量に応じてバイパス管５内への導入水量が制御される構成であり、前記薬剤投入部７はバイパス管５内の被処理水へ一定量の薬剤を投入する構成により、電力制御を必要としない手段で薬剤を最適な量で投入することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、小規模施設用の水処理装置であって、井水、河川水、雨水、水道水等の中に含まれる濁質成分の除去などにより水の浄化を行う水処理装置に関するものである。

下水、各種廃水、用水、海水など各種原水を浄化する水浄化装置としてろ過装置が上げられる。ろ過には、ろ材として砂、繊維、膜等が使用されており、原水中の濁質成分とろ材間で発生するふるい効果や吸着効果により、原水中の濁質成分が除去される。より効果的な水浄化のために、従来、この種のろ過装置は、原水中へ薬剤添加が一般的に行われており、水処理の浄化性能向上、及びろ過時間の短縮に効果的である。（例えば、特許文献１参照）
添加する薬剤は、原水中に含まれている微細な粒子を凝集させるための凝集剤、溶解成分を不溶化するための酸化剤等の前処理用薬剤がある。

以下、その水浄化装置について図８を参照しながら説明する。

図８に示すように、水処理装置１０１は配管１０２と電動式ポンプ１０３、攪拌槽１０４、ろ過槽１０５を備え、薬剤保存部１０６に保存されている薬剤が薬剤添加手段１０７により攪拌槽１０４へ添加される。

また、この種の水処理装置には薬剤の添加量が被処理水の状態に応じて調整されているものがある。薬剤添加手段１０７は、攪拌槽内の水の状態を計測する測定部１０８より得られた情報を制御部１０９に伝達し、攪拌槽１０４へ添加する薬剤量を調整する機構を備えている。

特開２０１５−７３９４２号公報

このような従来の水処理装置においては、測定した被処理水の状態は、電気的に制御部へ伝達され、薬剤注入ポンプなどで薬剤添加量を調整する構成となっており、電気的な制御機構や設置のための電気配線を必要とするので、水処理装置の製造コストが高くなるという課題を有していた。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、高度な測定装置を必要とせず、被処理水の状態を測定し、薬剤の添加量を調整する水処理装置を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明に係る水処理装置は、電動式ポンプからろ過装置へ送水する配管の上流部と下流部をつなぐバイパス管と、バイパス管への導入水量を制御する流量制御部と、バイパス管内の被処理水へ薬剤を投入する薬剤投入部とを有し、前記流量制御部は配管内流量に応じてバイパス管内への導入水量が制御される構成であり、前記薬剤投入部はバイパス管内の被処理水へ一定量の薬剤を投入する構成としたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、電動式ポンプからろ過装置へ送水する配管の上流部と下流部をつなぐバイパス管と、バイパス管への導入水量を制御する流量制御部とバイパス管内の被処理水へ薬剤を投入する薬剤投入部とを有し、前記薬剤投入部は、バイパス管と接続され、前記流量制御部は配管内流量に応じてバイパス管内への導入水量を制御し、前記薬剤投入部は前記薬剤投入部から排出する被処理水の薬剤濃度を一定にする構成にしたことにより、配管内流量に応じた量の被処理水がバイパス管内に導入され、導入された被処理水は薬剤投入部にて薬剤濃度が一定の状態で排出され、配管内へ戻り、配管内を流れる被処理水と混合されるので、電力制御を必要としない手段で、薬剤を最適な量で投入することができるという効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１の水処理装置を示す模式図 本発明の実施の形態２の水処理装置の薬剤投入部周辺を示す模式図 本発明の実施の形態３の水処理装置の薬剤投入部周辺を示す模式図 本発明の実施の形態４の水処理装置の薬剤投入部周辺を示す模式図 本発明の実施の形態５の水処理装置の流量制御部を示す模式図 本発明の実施の形態６の水処理装置の流量制御部を示す模式図 本発明の実施の形態７の水処理装置の薬剤投入部周辺を示す模式図 従来の水処理装置を示す模式図

本発明に係る水処理装置は、電動式ポンプからろ過装置へ送水する配管の上流部と下流部をつなぐバイパス管と、バイパス管への導入水量を制御する流量制御部とバイパス管内の被処理水へ薬剤を投入する薬剤投入部とを有し、前記薬剤投入部は、バイパス管と接続され、前記流量制御部は配管内流量に応じてバイパス管内への導入水量を制御し、前記薬剤投入部は前記薬剤投入部から排出する被処理水の薬剤濃度を一定にする構成を有する。これにより配管内流量に応じた量の被処理水がバイパス管内に導入され、導入された被処理水は薬剤投入部にて薬剤濃度が一定の状態で排出され、配管内へ戻り、配管内を流れる被処理水と混合されるので、配管内の処理水流量によらず、電力制御を必要としない手段で薬剤を最適な量で投入することができるという効果を奏する。

また、前記薬剤投入部は薬剤投入部に流入する被処理水に対して飽和溶解量以上の固体薬剤を保持し、固体薬剤と被処理水を混合し、被処理水の薬剤濃度を飽和濃度にする構成にしてもよい。これにより、被処理水を薬剤投入部へ導入することで薬剤が飽和濃度まで溶解し、前記薬剤投入部から排出する被処理水の薬剤濃度は一定となり、配管内を流れる被処理水と混合されるので、複雑な薬剤投入量制御を必要としない、簡便な構成でバイパス管内の薬剤濃度を一定に保つことができるという効果を奏する。

また、前記固体薬剤を固定しており、被処理水と薬剤との接触面積が飽和溶解接触面積以上である構成にしてもよい。これにより、運転開始当初の接触面積で薬剤溶解が長時間持続することが可能となるので、飽和濃度まで溶解するための薬剤補充頻度を低減することができるという効果を奏する。

また、前記薬剤投入部は、被処理水の流出入により固体薬剤を流動し、薬剤が飽和溶解量以上投入されている構成にしてもよい。これにより、空間内で薬剤が流動することによる攪拌効果で薬剤の溶解が促進され、前記薬剤投入部での滞留時間を短縮することが可能となるので、薬剤投入部の体積を小さくすることができるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１に示すように、水処理装置１は井戸または貯水槽に接続された配管２に繋がる電動式ポンプ３と、電動式ポンプ３の下流に接続されるろ過装置４を備えている。電動式ポンプ３からろ過装置４へ送水する配管２上には、薬剤投入部７より上流の上流部と薬剤投入部７より下流の下流部をつなぐバイパス管５と、配管２とバイパス管５の上流側接続部にバイパス管５内へ導入される水量を制御する流量制御部６と、バイパス管５内へ導入された被処理水へ薬剤を投入する薬剤投入部７を有している。

このような構成によれば、配管２の薬剤投入部７より上流の上流部と薬剤投入部７より下流の下流部をつなぐバイパス管５と、バイパス管５への導入水量を制御する流量制御部６とバイパス管５内の被処理水へ薬剤を投入する薬剤投入部７とを有することにより、配管２内流量に応じた量の被処理水がバイパス管５内に導入され、導入された被処理水は薬剤投入部７内にて薬剤が投入され、一定の薬剤濃度となった後に配管２内へ戻る構成となる。このため、配管２内の処理水流量によらず、電力制御を必要としない手段で薬剤を最適な量で投入することができる。

水処理装置を構成するろ過装置４はろ材８を内部に封入している容器であり、ろ材８は砂、繊維、フィルターなど、ろ過による水浄化用途において一般的に使用されるろ材であればこれに限らない。

水処理時には、電動式ポンプ３により原水がろ過装置４内へ導入される。ろ過装置４内へは流量調整弁９により導入される原水量が調整される。原水はろ材８間を通過する際に、原水中の濁質成分がろ材８表面へ吸着することで水が浄化され、浄化された処理水はろ過装置下流側配管を通って水処理装置１の外へ排出される。この時、微細な粒子やイオン物質はろ材８表面へ吸着しにくく浄化が困難な場合があるため、ろ過前に薬剤を添加することで高い浄化効果を得ることができる。ろ過での浄化効果を高めるために添加される薬剤として、凝集剤、酸化材が使用される。凝集剤は微細粒子を凝集させてろ材への吸着を容易にさせるために添加され、凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、硫酸バンド、ポリシリカ鉄（ＰＳＩ）などが使用されるが、前記効果を発揮するものであればこれらに限らない。酸化剤はイオン物質を不溶化し、ろ材への吸着を容易にさせるために添加され、酸化剤としては、次亜塩素酸ナトリウム、塩素、オゾンなどが使用されるが、前記効果を発揮するものであればこれらに限らない。

各構成要素の接続は、それぞれを直接接続するか、あるいは配管２を介して行う方法の、いずれかに限定されないが、各構成要素の配置や操作性を考慮して接続方法を決めることが好ましい。また、配管２の途中に必要に応じて、バルブや分岐、エルボなどの部材を設置してもよい。

用いられる配管２は、電動式ポンプ３の水圧に耐えられる材質、構造であればよいが、耐久性、加工のしやすさから、例えば、塩化ビニル樹脂や鋼管、あるいはこれらの複合材料を用いた直管が使用できる。なお、呼び径は損失水頭が低くなるよう大きい方が好ましく、例えば１５から５０ミリメートルのもので、厚みは１から５ミリメートル程度のものが好ましい。

電動式ポンプ３は、井戸あるいは貯水槽から地下水を吸い上げ吐出するために電動機で駆動するポンプであって、例えば渦巻きポンプ、ジェットポンプ、カスケードポンプなどの遠心ポンプや、軸流ポンプ、斜流ポンプなどがある。一般家庭に用いる場合、井戸の深さは、浅井戸であれば１０メートルから２０メートル程度、深井戸であれば２０メートルから３０メートル以上吸い上げる必要があり、後段の配管やろ過装置の損失水頭を考慮すると、２０メートル以上の揚程があるものがよく、渦巻きポンプやジェットポンプなどの遠心ポンプがより好ましい。

また、ポンプは電源スイッチで運転を操作する非自動式ポンプまたは、圧力ろ過装置および圧力スイッチを備えて所定の圧力以下になると自動で動作する自動式ポンプがあり、本発明の水処理装置１にはいずれのポンプも使用することができる。電動式ポンプ３で吐出する流量は、例えば５リットルから５０リットル毎秒程度であるが、一般家庭用であれば５リットルから１５リットル毎秒程度が得られるような揚程と流量の特性をもつようなものが好ましい。

（実施の形態２）
図２は実施の形態１の図１におけるバイパス管５、流量制御部６、薬剤投入部７周辺の詳細な構造を示す。

図２において、図１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図２において薬剤投入部７は、バイパス管５と接続され、バイパス管５の上流から導入された被処理水が一定時間滞留する空間からなる。前記薬剤投入部７内に前処理用の薬剤である固体薬剤１０が内封されており、被処理水が薬剤投入部７での滞留中に固体薬剤１０が飽和濃度まで溶解する構成となっている。上記構成において、バイパス管５内へ導入された被処理水を薬剤投入部７へ導入することで固体薬剤１０が飽和濃度まで溶解し、前記薬剤投入部７から排出する被処理水の薬剤濃度は一定となり、配管２内を流れる被処理水と混合されるので、複雑な薬剤投入量制御を必要としない、簡便な構成でバイパス管５内の薬剤濃度を一定に保つことができる。

固体薬剤１０は溶解速度が速く、飽和濃度が低いものが好ましく、例えば、次亜塩素酸カルシウムや塩素化イソシアヌル酸などが上げられるが、前記構成を達成するものであればこれらに限らない。

（実施の形態３）
図３は実施の形態１の図１におけるバイパス管５、流量制御部６、薬剤投入部７周辺の詳細な構造を示す。

上記構成において、薬剤投入部７には固体薬剤１０が固定された状態で内封されており、固体薬剤１０は滞留時間内に飽和濃度まで薬剤の溶解が完了するよう、固体薬剤１０と被処理水の接触面積が飽和溶解接触面積以上となっている。ここで、前記飽和溶解接触面積は前記滞留時間と固体薬剤１０の種類により決定するものであり、滞留時間は水処理装置１の処理量と薬剤投入部７の空間体積により決定される。この滞留時間と固体薬剤１０の種類の組合せにより飽和溶解接触面積が定まるため、水処理装置設計の際にはあらかじめ算出しておくことが必要である。

上記構成において、運転開始当初の接触面積で薬剤溶解が長時間持続することが可能となるので、飽和濃度まで溶解するために必要な薬剤量の補充頻度を低減することができる。
接触面積が規定値以上となる構成としては、例えば、固体薬剤１０の比表面積を大きくする方法であり、固体薬剤１０の比表面積を大きくする固定方法としては、図３に示すように、水溶性高分子などの担持剤と薬剤を混合して薬剤投入部内の壁面全体に溶解可能な状態でコーティングして固定する構成などが挙げられるが、前記効果を達成する構成であればこれに限らない。

（実施の形態４）
図４は実施の形態１の図１におけるバイパス管５、流量制御部６、薬剤投入部７周辺の詳細な構造を示す。

上記構成において、薬剤投入部７には固体薬剤１０が薬剤投入部７内で流動する状態で内封されている。固体薬剤１０は水溶性高分子などの担持剤と薬剤を混合して球状に成型された薬剤であり、薬剤投入部７内で流動されることにより溶解が促進される。

また、被処理水が薬剤投入部７での滞留中に固体薬剤１０が飽和濃度まで溶解する構成である。

固体薬剤１０は滞留時間内に飽和濃度まで薬剤の溶解が完了するよう、固体薬剤１０の投入量が飽和溶解投入量以上となる構成となっている。ここで、前記飽和溶解投入量は前記滞留時間と固体薬剤１０種類により決定するものであり、滞留時間は水処理装置１の処理量と薬剤投入部７の空間体積により決定されるため、水処理装置１設計の際にはあらかじめ算出しておくことが必要である。

上記構成において、空間内で固体薬剤１０が流動することによる攪拌効果が薬剤の溶解を促進し、前記薬剤投入部での滞留時間を短縮することが可能となるので、薬剤投入部７の体積を小さくすることができる。固体薬剤１０が固定されていない構成として、例えば、粒状等の固体薬剤が薬剤投入部に封入されて、バイパス管５に導入された被処理水が薬剤投入部７の下方より導入することで、薬剤投入部７の下方に堆積している固体薬剤１０が水流により流動する構成などが挙げられるが、前記効果を達成する構成であればこれに限らない。

（実施の形態５）
図５は実施の形態１の図１における流量制御部６の詳細な構造を示す。

流量制御部６は、配管２内を流れる被処理水の水流による力を受ける作用部１１と、作用部１１に連動して配管２とバイパス管５との導通口の開閉を行う開口弁１２、作用部１１の受ける力の大きさに応じて伸縮する弾性体１３から構成され、開口弁１２は弾性体１３の伸縮により移動する構成である。このような構成によれば、被処理水の流量により作用部１１が受ける力の大小を、開口弁１２の移動量に変換することができる。このため、電力制御を必要としない簡易な構造でバイパス管内への被処理水流入量を制御することができる。

ここで、被処理水の水流による力とは、流体中に設置した構造物と流体との流体力学的相互作用であり、流体中の構造物である作用部１１が流体としての被処理水から受ける抵抗力である。

（実施の形態６）
図６は実施の形態１の図１における流量制御部６の詳細な構造を示す。

図６において流量制御部６は、配管２内の流量に応じて回転する流量検知歯車１４と、前記流量検知歯車１４の回転に連動して回転する流量伝達歯車１５と、前記流量伝達歯車１５の回転に連動して回転する流量制御歯車１６により構成されており、配管２とバイパス管５は流量伝達歯車１５と流量制御歯車１６により仕切られている。配管２からバイパス管５への被処理水の導入は流量制御歯車１６により行われている。流量検知歯車１４は被処理水の流れにより矢印Ａの方向に回転し、流量制御歯車１６は矢印Ｂの方向に回転する。

この構成によれば、配管２からバイパス管５へ導入される被処理水は、前記流量制御歯車１６の歯の間に満たされ、流量制御歯車１６の歯車の回転とともにバイパス管５の外壁１７に沿って移動しバイパス管５へ運ばれる。前記流量制御歯車１６の回転数は流量伝達歯車１５の回転数により制御され、前記流量伝達歯車１５の回転数は流量検知歯車１４により制御される。前記流量検知歯車１４の回転数は配管２内の被処理水流量によって決定されるため、配管２内の流量に応じてバイパス管５へ導入する被処理水流量を制御することが可能となる。このため、流量制御歯車１６の歯の間の空間体積を変更することでバイパス管５へ導入する被処理水量を変更することができ、薬剤の種類の変更に伴うバイパス管５へ導入する被処理水の比率変更時には、歯の間の空間体積が異なる流量検知歯車１４、流量伝達歯車１５、流量制御歯車１６部へ交換することで変更を行うことが可能となる。

（実施の形態７）
図７は図１におけるバイパス管５、流量制御部６、薬剤投入部７周辺の詳細な構造を示す。

図７において、流量制御部６と薬剤投入部７の間のバイパス管５中に逆止弁１８を設置している。この構成により、バイパス管５内へ導入された被処理水の逆流を防ぐことが可能となるため、バイパス管５内の流入水量が安定し、正確な薬剤添加を行うことができる。

本発明に係る水処理装置は、電力制御を必要としない手段で薬剤を最適な量で投入することができるものであるので、井戸水や貯留水の浄化に使用される家庭用水処理装置等として有用である。

１ 水処理装置
２ 配管
３ 電動式ポンプ
４ ろ過装置
５ バイパス管
６ 流量制御部
７ 薬剤投入部
８ ろ材
９ 流量調整弁
１０ 固体薬剤
１１ 作用部
１２ 開口弁
１３ 弾性体
１４ 流量検知歯車
１５ 流量伝達歯車
１６ 流量制御歯車
１７ 外壁
１８ 逆止弁

Claims (6)

1. 水に含まれる濁質成分を除去するための水処理装置において、井戸または貯水槽から水を吸引して吐出するための電動式ポンプと、ろ材を内封したろ過装置と、電動式ポンプからろ過装置へ送水する配管と、前記配管から分流するバイパス管と、前記配管から前記バイパス管への導入水量を制御する流量制御部と、前記バイパス管内の被処理水へ薬剤を投入し、前記配管に戻す薬剤投入部とを有し、前記薬剤投入部は、バイパス管と接続され、前記流量制御部は前記配管内流量に応じて前記バイパス管内への導入水量を制御し、前記薬剤投入部から排出する被処理水の薬剤濃度を一定にする水処理装置。
2. 前記薬剤投入部は、前記薬剤投入部に流入する被処理水に対して飽和溶解量以上の固体薬剤を保持し、前記固体薬剤と被処理水を混合し、被処理水の薬剤濃度を飽和濃度にすることを特徴とする、請求項１の水処理装置。
3. 前記薬剤投入部は、前記固体薬剤を固定し、被処理水と薬剤との接触面積が飽和溶解接触面積以上である、請求項２の水処理装置。
4. 前記薬剤投入部は、被処理水の流出入により固体薬剤を流動し、薬剤が飽和溶解投入量以上投入されている、請求項２の水処理装置。
5. 前記流量制御部は、前記配管内を流れる被処理水の水流による力を受ける作用部と、前記作用部に連動して前記配管と前記バイパス管との導通口の開閉を行う開口弁を有し、配管内の被処理水流量に応じた前記開口弁の開度で前記配管から前記バイパス管内への導入水量を制御する、請求項１から４のいずれか一項に記載の水処理装置。
6. 前記流量制御部は、前記配管内の流量に応じて回転する流量検知歯車と、前記流量検知歯車の回転に連動して回転する流量伝達歯車と、前記流量伝達歯車の回転に連動して回転する流量制御歯車により構成され、前記流量制御歯車の回転数に基づいて前記配管から前記バイパス管内への導入水量を制御する、請求項１から４のいずれか一項に記載の水処理装置。