JP2019025418A

JP2019025418A - 水処理装置

Info

Publication number: JP2019025418A
Application number: JP2017147429A
Authority: JP
Inventors: 慶信嶋山; Yoshinobu Ahimayama; 稲本　吉宏; Yoshihiro Inamoto; 吉宏稲本; 和大齋藤; Kazuhiro Saito
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2019-02-21

Abstract

【課題】逆洗浄時に、常に最適な強度の脈動を自動発生させて効率良く逆洗浄を行う水処理装置を提供することを目的とする。【解決手段】濾過により水を浄化する水処理装置１であって、水処理装置１は、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３と、粒状濾材５を内包した濾過部６と、電動式ポンプ３と濾過部６を接続する原水流入配管４と、濾過部６で濾過した処理水を得るための処理水配管１０と、濾材の逆洗浄時に逆洗浄水を排出する逆洗浄水排水配管１１と、電動式ポンプ３と連動して動作する水流検出手段１２とを有し、水流検出手段１２は、逆洗浄水排水配管１１途中に備えられ、逆洗浄時に電動式ポンプ３が、水流検出手段１２で検出された水流が上限値を上回ると停止、下限値を下回ると起動する動作を行うことにより、逆洗浄水に脈動を与えることで、逆洗浄の効果を高めることを実現する水処理装置１を得られる。【選択図】図１

Description

本発明は、主として一般家庭や小規模施設等に設置し、物理濾過によって水の浄化を行う水処理装置に関するものである。

従来、この種の水処理装置は、浄水場や工場をはじめとして広く使用されており、主に原水中の濁質成分をはじめとした不純物を除去する目的で使用されるが、不純物を捕捉すると徐々に目詰まりし、圧損上昇や、水処理装置後段への不純物の流出など、様々な問題が生じる。

そこで一般的な再生手段として、濾過方向と逆の方向に原水を通水し捕捉された不純物を系外へ排出する逆洗浄が利用されているが、逆洗浄時の水流が一定で単調だと、洗浄による濾材の撹拌にむらが生じ、濾材に付着した不純物が洗浄しきれずに濾過槽内に残留してしまうことがある。そのため逆洗浄効果が最大限得られず、逆洗浄後すぐに目詰まりを生じてしまう。この問題を解決する手段として、従来の水処理装置では、逆洗浄時にユーザーに対して逆洗浄水流のＯＮ、ＯＦＦを繰り返し手動で行ってもらい、逆洗浄水流を脈動させて濾材の洗浄効率を高める手段がとられることがあるが、ユーザーの対応忘れや、手間がかかってしまうという課題を有していた。そこで、水処理装置内の経路に指定した時間により開・閉切り換えが行われる自動弁を設けて、逆洗浄水を小刻みに、複数回、連続的に繰り返して逆流させる手段がとられてきた（例えば、特許文献１参照）。

以下、その水処理装置について図３を参照しながら説明する。

図３に示すように、従来の水処理装置１０１は、原水を圧送する加圧ポンプ１０２、２台の粒状濾材を内包した濾過器１０３、１０４、原水供給ライン１０５、濾過水取り出しライン１０６および逆洗水排出ライン１０７から構成される。２台の濾過器と、前記原水供給ライン１０５または逆洗水排出ライン１０７との切り替えを行うライン切替手段として、三方弁１０８、１０９が各濾過器１０３、１０４ごとに配設されている。また、前記濾過水取り出しライン１０６は、各濾過器１０３、１０４からの合流部分より下流にライン閉鎖手段としての二方弁１１０が配設されている。

濾過工程では、三方弁１０８、１０９がａ側に開、二方弁１１０が開となって、加圧ポンプ１０２よって供給される原水が各濾過器１０３、１０４を通過する際に濾過され、濾過水が濾過水取り出しライン１０６から取り出される。

一方、逆洗浄工程は各濾過器１０３、１０４ごとに行われ、一方の濾過器を逆洗浄する際は、他方の濾過器によって濾過された濾過水が逆洗浄水として使用されるようになっている。濾過器１０３の逆洗浄を行う場合は、三方弁１０９がａ側に開、三方弁１０８がｂ側に開、二方弁１１０が閉となり、二方弁１１０によって閉鎖された前記濾過水取り出しライン１０６が、逆洗水供給ラインとして使用される。従って、加圧ポンプ１０２によって供給される原水は、濾過器１０４にのみ供給され、該濾過器１０４から得られる濾過水が逆洗浄水として前記濾過水取り出しライン１０６を通って、濾過器１０３に供給される。

ここで濾過器１０３を脈動した水流で逆洗浄するために、三方弁１０８はｂ側に開のままで、二方弁１１０を閉から開にする。これによって濾過器１０４からの濾過水は、圧力損失の高い濾過器１０３には流入せずに、圧力損失の低い濾過水取り出しライン１０６か
ら外部に取り出される。この間、濾過器１０３には逆洗浄水が供給されず、水流が停止する。次に二方弁１１０を開から閉にすることによって、再び濾過器１０４の濾過水は濾過器１０３に供給されて、濾過器１０３内を逆洗する。この二方弁１１０の自動開・閉切り替えを繰り返し行うことによって、逆洗浄水が脈動し、濾過器１０３内の粒状濾材を効率よく洗浄できる。

特開平１０−２７７５３９号公報

しかしこのような従来の逆洗浄を行う水処理装置においては、指定した時間により自動弁の開・閉切り換えが行われて、逆洗浄水を小刻みに、複数回、連続的に繰り返して逆流させる構成となっていた。そのため、逆洗浄前の濾過時に大量の汚れを濾材で捕捉していて、逆洗浄抵抗が大きくなってしまった場合には、濾材の洗浄に最適な流量に到達しない脈動となり、逆洗浄が不十分になる課題だけでなく、設置する場所の配管径に応じてその都度、最適な逆洗浄時間を設定しなければならない課題を有していた。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、どんな濾材の逆洗浄抵抗、水処理装置に接続した配管径の状況でも、常に最適な強度の脈動を自動発生させて効率良く逆洗浄を行う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、
濾過により水を浄化する水処理装置であって、前記水処理装置は、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、粒状濾材を内包した濾過部と、前記電動式ポンプと前記濾過部を接続する原水流入配管と、前記濾過部で濾過した処理水を得るための処理水配管と濾材の逆洗浄時に逆洗浄水を排出する逆洗浄水排水配管と前記電動式ポンプと連動して動作する水流検出手段とを有し、前記水流検出手段は、前記逆洗浄水排水配管途中に備えられ、逆洗浄時に前記電動式ポンプが、前記水流検出手段で検出された水流が上限値を上回ると停止、下限値を下回ると起動する動作を行うことにより、逆洗浄水に脈動を与えることを特徴としており、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、濾過により水を浄化する水処理装置であって、前記水処理装置は、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、粒状濾材を内包した濾過部と、前記電動式ポンプと前記濾過部を接続する原水流入配管と、前記濾過部で濾過した処理水を得るための処理水配管と濾材の逆洗浄時に逆洗浄水を排出する逆洗浄水排水配管と前記電動式ポンプと連動して動作する水流検出手段とを有し、前記水流検出手段は、前記逆洗浄水排水配管途中に備えられ、逆洗浄時に前記電動式ポンプが、前記水流検出手段で検出された水流が上限値を上回ると停止、下限値を下回ると起動する動作を行うものである。この構成により、逆洗浄水に脈動を与えることを特徴とした構成にしたことにより、どんな濾材の逆洗抵抗、水処理装置の水源への設置状況でも、常に濾過部内を水が流れた状態で、逆洗浄に最適な水量の脈動を発生させることが可能で、濾材がむらなく撹拌されて逆洗浄効率を向上させる効果を得ることができる。

本発明の水処理装置の構成を示す模式図逆洗浄水の水量変化と電動式ポンプ電源のＯＮ、ＯＦＦを示す図従来の水処理装置の構成を示す模式図

本発明に係る水処理装置は、濾過により水を浄化する水処理装置であって、前記水処理装置は、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、粒状濾材を内包した濾過部と、前記電動式ポンプと前記濾過部を接続する原水流入配管と、前記濾過部で濾過した処理水を得るための処理水配管と、濾材の逆洗浄時に逆洗浄水を排出する逆洗浄水排水配管と、前記逆洗浄水排水配管を流れる水流の状態を検出する水流検出手段と、前記水流検出手段の信号によって前記電動式ポンプの制御を行う制御部を有する。これにより、逆洗浄時に、水流に脈動を自動発生することができるため、濾材をむらなく撹拌されて、効率良く逆洗浄を行う効果を奏する。

また、本発明に係る水処理装置の制御部は、逆洗浄時に、水流検出手段で検出された水流が上限値を上回ると停止、下限値を下回ると起動する動作を行う構成にしてもよい。これにより、逆洗浄前の濾過時に粒状濾材が大量の汚れを捕捉していて、逆洗浄抵抗が大きくなってしまった状況でも、常に、逆洗浄に最適な水量の脈動を発生させることが可能であり、濾材がむらなく撹拌されるため、逆洗浄効率を向上させる効果を奏する。

また、本発明に係る水処理装置の水流検出手段は、逆洗浄水排水配管を流れる流量を検出するという構成にしてもよい。これにより、水処理装置がどのような水源に設置されても、逆洗浄時に脈動する水流の強さは同じになる効果を奏する。

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、井戸または貯水槽へ蓄えた原水を水源として、原水に含まれる金属イオンや濁質成分を除去するものである。

濾過処理は、切替バルブ２を濾過処理位置に切り替えることで行われる。濾過処理の際、原水は、まず電動式ポンプ３で吸い上げられ、原水流入配管４を流れて、粒状濾材５を内包した濾過部６に流入する。次に、上部ストレーナー７通過した後、粒状濾材５の上側から下側に通過し、この際に濁質成分が粒状濾材５の濾過作用により除去される。最後に、下部ストレーナー８に流入した後、導出管９の内側を通過して、処理水配管１０より処理水が得られる。

逆洗浄処理は、粒状濾材５が目詰りしたときに、切替バルブ２を濾過処理位置から逆洗浄処理位置に切り替えることで行われる。逆洗浄処理の際、原水は、まず電動式ポンプ３で吸い上げられ、原水流入配管４を流れ、濾過部６の導出管９の内側に流入する。次に、下部ストレーナー８を通過した後に、粒状濾材５の下側から上側に抜け、その際に粒状濾材５を撹拌・展開することで、粒状濾材５に堆積した濁質成分が剥離される。最後に、逆洗浄水は、上部ストレーナー７を通過した後に、逆洗浄水排水配管１１から装置系外へと排水される。

濾過部６は、粒状濾材５を内部に収納するとともに、中央部に底部へ向けて伸びた導出管９と、導出管９の上部および下部に上部ストレーナー７と下部ストレーナー８とを有する。導出管９は、濾過処理の際に濾過水を下方から上方に排出するためのものであり、水頭損失が少なく、閉塞しにくいような管であればよい。例えば直径が２０ミリメートル以上の直管などが使用できる。材質は腐食しにくいものがよく、例えば樹脂、金属などが好ましい。

上部ストレーナー７と下部ストレーナー８は、濾過部６内の粒状濾材５が導出管９から外部へ流出することを防止するためにそれぞれ配置したものである。すなわち、上部ストレーナー７は、導出管９の上端部に設置して逆洗浄処理の際に粒状濾材５が濾過部６から流出しないようにするものである。下部ストレーナー８は、導出管９の下端部に設置して濾過処理の際に粒状濾材５が濾過部６から流出しないようにするためのものである。上部ストレーナー７と下部ストレーナー８は、メッシュ状、スリット状などの形状で、粒状濾材５よりも開口幅が小さく０．３から１ミリメートルの細孔か隙間を持つものが使用できる。材質は、導出管９と同様に腐食しにくいものがよく、例えば樹脂、金属などが好ましい。

上記のような水処理装置１において、処理水を得るための濾過部に内包されている粒状濾材５は、水処理装置１の性能を発揮するための最も基本となる部材である。粒状濾材５は、粒子径約１０マイクロメートル以上の粗大粒子や凝集物を捕捉して除去し、地下水の濁度を低減することを目的としているが、粒状濾材５に吸着するような表面電位を持つ粒子や、原水中のイオン等の存在状態によっては粒子径約１〜１０マイクロメートルの粒子や色度も除去可能となる。粒状濾材５には、濾過砂をはじめ、ペレット状の繊維濾材等、除去対象物に適した濾材を用いることができる。粒状濾材５の材質は、例えば、砂、アンスラサイト、ガーネット、セラミックス、粒状活性炭、オキシ水酸化鉄、マンガン砂など、水中で沈降し、圧力で変形しにくい硬度をもつものであればよい。粒子径は、例えば０．３ミリメートルから５．０ミリメートル、均等係数１．２から２．０などのものを用いるとよい。

また、粒状濾材５は材質によって比重が異なり、例えば砂であればおよそ２．５から２．７グラム毎立方センチメートル、アンスラサイトであれば、１．４から１．８グラム毎立方センチメートル、ガーネットであれば３．８から４．１グラム毎立方センチメートルである。複数の種類の濾材を混合して使用する複層濾過法は、このような比重の違いを利用し、濾過を行う層としてサイズの異なる粒子を小さい粒子から順に下から積層する方法である。複層濾過法では、比重が大きくサイズが小さい粒子と、比重が小さくサイズが大きい粒子を混合して多層構造にするのが一般的である。複層濾過法は、単一の種類の濾材を用いるのに比べて、単位体積あたりの濾過効率が高く、一方で損失水頭が低く抑えられるなどのメリットがあるため好ましい。粒状濾材としては、例えば、ガーネットの０．３ミリメートルと、砂の０．６ミリメートル、アンスラサイトの１．０ミリメートルのものを、２：１：１で混合して使用するが、濁質の粒子特性に応じて混合比率や粒子径を調整することが望ましい。粒状濾材５の充填量は濾過性能と耐久性、損失水頭などを考慮して決定することが好ましい。粒状濾材５を増やすと、除去性能や濁質の保持量が増加し、洗浄までの間隔を延ばす事ができて洗浄頻度を減らす事ができる。一方、損失水頭が上昇するため、流量が減少するなどの不具合が生じる場合がある。

また、前記粒状濾材５を内包する濾過部６の耐圧は使用する電動式ポンプ３の最高出力揚程以上の能力があることが好ましい。濾過部６の素材としては、金属、樹脂、あるいはガラス繊維で強化した樹脂などが好適である。そして、濾過部６は、水に接するだけでなく、井戸が設けられた屋外に設置して使用する場合があるため、十分な耐水性、耐候性を有することが要求される。耐水性、耐候性は、材質や肉厚、あるいはコーティングなどの複合素材によって確保することができる。濾過部６の大きさは、逆洗浄の際に粒状濾材が展開するスペースを考慮して、内部に入れる粒状濾材５の総量の約１．５から２．０倍程度の容積を確保できることが好ましい。また、形状は、圧力に対する耐久性が高い円筒型や球型、楕円球型などが好ましいが、容器を肉厚などで強化して耐久性が確保できれば直方体や立方体などの角型容器を使用することもできる。

原水流入配管４、処理水配管１０、及び逆洗浄水排水配管１１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や配管継手が使用できる。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、井戸水または貯水槽へ蓄えた水を吸い上げ、吐出する電動機で駆動するポンプであって、例えば、渦巻きポンプ、タービンポンプなどの遠心ポンプや、渦流ポンプ（カスケードポンプ）、ジェットポンプ、軸流ポンプ、斜流ポンプなどがある。一般家庭で用いる場合、井戸の深さは、浅井戸であれば５メートルから１０メートル程度、深井戸であれば１０メートルから３０メートル以上吸い上げる必要があり、後段の配管や水処理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、渦流ポンプやジェットポンプなどがより好ましい。電動式ポンプで吐出する流量は、例えば５リットルから５０リットル毎分程度であるが、一般家庭用であれば５リットルから１５リットル毎分程度の流量特性をもつものがより好ましい。

また、本発明の水処理装置１に備えられる電動式ポンプ３は、圧力タンクおよび圧力スイッチを備えて所定の圧力以下で動作し、所定の圧力以上で停止するする自動式ポンプが好ましく、さらにその圧力範囲は、逆洗浄時に脈動を起こす水流の上限値・下限値よりも広い圧力範囲でなければならない。

ここで、本発明における特徴的な部分について説明する。

逆洗浄時、電動式ポンプ３は、逆洗浄水排水配管１１の途中に備えられた水流検出手段１２で検出される水流が上限値を超えると停止、下限値を下回ると起動する動作を行うことにより、水流に脈動を与える。逆洗浄時は、濾過時に比べて、水流によって粒状濾材５の層厚が濾過部６内で膨張する。言い換えると、逆洗浄の水流は、下方から上方へと流れ、粒状濾材５を押し上げることになる。従って、見かけ上、粒状濾材５の層厚が増す、すなわち、膨張することになる。そして、粒状濾材５の層厚が膨張した逆洗浄時には、粒状濾材５の間に間隙ができ、粒状濾材５の間につまっている濁質成分が水流で押し流される。従って、この時の粒状濾材５の膨張率が濾材の洗浄効率に大きく影響する。一般に、１３０〜１２０％ぐらいの膨張率を与える水量が、経験的に濾材にたまった濁質成分を排除するのに必要な最小洗浄水量を与える条件であり、例えば、砂の有効径が０．５〜０．６ｍｍ程度の通常の砂層では、約６０ｃｍ／ｍｉｎの逆洗浄流速があればこの膨張率が得られる。本発明の電動式ポンプ３は、水流検出手段１２で検出される水流が、上限値は粒状濾材５の膨張率が１５０〜１４０％、下限値は粒状濾材５の膨張率が１３０〜１２０％になるような水流を設定して動作させることが好ましい。このように逆洗浄水が脈動することで、粒状濾材５の膨張率が１３０〜１２０％の一定水流で逆洗浄を行った場合に排出しきれなかった濁質成分も、粒状濾材５の膨張率が１５０〜１４０％の強い水流が与えられることで、装置系外へと排水することができる。本発明の逆洗浄水の脈動発生機構では、逆洗浄前の濾過時に粒状濾材５が大量の汚れを捕捉していて、逆洗浄抵抗が大きくなってしまった状況でも、常に濾過部６内を水が流れた状態で、逆洗浄に最適な水量の脈動を発生させることが可能であり、濾材がむらなく撹拌されるため、逆洗浄効率を向上させる効果を得ることができる。さらに、脈動する逆洗浄水の流量は、水処理装置１が、どのような水源へ設置されても同じになるよう、本発明の水処理装置１に備える逆洗浄水排水配管１１の径は統一することが好ましい。なお、逆洗浄の時間は、７〜１０分間程度続けることが好ましい。

本発明のような逆洗浄水の脈動において、逆洗浄水排水配管１１から取り出される逆洗浄水の排水量Ｑと、電動式ポンプ３電源のＯＮ、ＯＦＦの時間変化は図２のように変化する。また、本発明による、逆洗浄水の脈動発生の場合、配管を弁で開・閉して脈動を発生
させる機構と異なり、常に濾過部内を逆洗浄水が流れた状態で、逆洗浄に最適な水量の脈動を発生させることが可能であるため、高い逆洗浄効果を得ることができる。

本発明に係る水処理装置は、常に濾過部内を水が流れた状態で、逆洗浄に最適な水量の脈動を発生させることで、濾材をむらなく撹拌させて逆洗浄効率を向上させる効果を得ることができるものであるので、井戸水または貯水槽へ蓄えた水の浄化を行う水処理装置として有用である。

１水処理装置
２切替バルブ
３電動式ポンプ
４原水流入配管
５粒状濾材
６濾過部
７上部ストレーナー
８下部ストレーナー
９導出管
１０処理水配管
１１逆洗浄水排水配管
１２水流検出手段

Claims

濾過により水を浄化する水処理装置であって、
前記水処理装置は、
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、
粒状濾材を内包した濾過部と、
前記電動式ポンプと前記濾過部を接続する原水流入配管と、
前記濾過部で濾過した処理水を得るための処理水配管と
濾材の逆洗浄時に逆洗浄水を排出する逆洗浄水排水配管と、
前記逆洗浄水排水配管を流れる水流の状態を検出する水流検出手段と、
前記水流検出手段の信号によって前記電動式ポンプの制御を行う制御部を有した水処理装置。
前記制御部は、逆洗浄時に、前記水流検出手段で検出された水流が上限値を上回ると停止、下限値を下回ると起動する動作を行う請求項１記載の水処理装置。
前記水流検出手段は、前記逆洗浄水排水配管を流れる流量を検出する請求項１または２記載の水処理装置。