JP2023136258A - 水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 メンテナンス性が考慮された水処理装置の一例を開示する。【解決手段】 水処理装置１０では、第１ろ過槽１１から流出する一次処理水は、金属イオンが除去された水となり、第２ろ過槽１２から流出する二次処理水は、一次処理水から酸化剤が除去された水となる。そして、当該水処理装置１０では、注入機構１６から二次処理水に滅菌に必要な量の酸化剤が注入される。このとき、注入機構１６は、同時に、金属イオンを除去するに必要な酸化剤を原水に注入する。したがって、水処理装置１０を管理する作業者は、１つの薬液槽１５に薬液を補充するのみで、薬液の補充が完了する。このため、作業者の管理負担が大幅に軽減され得る。【選択図】 図２

Description

本開示は、井戸水等の原水に含まれる金属イオンを除去し、かつ、当該原水を滅菌するための水処理装置に関する。

井戸水に溶存している鉄イオン等の金属イオンを除去する手法として、特許文献１には、酸化剤（例えば、次亜塩素酸ナトリウム）を井戸水に注入し、この酸化処理により粒子が大きくなった不溶性の水酸化第二鉄をろ過材で補足する旨が記載されている。

また、井戸水に含まれるマンガンイオンを除去する手法として、特許文献１には、ろ過材がもたらす自触媒作用により接触酸化され、水和二酸化マンガンとしてろ過材に凝着させるとともに、ろ過材表面の水和二酸化マンガンを、次亜塩素酸ナトリウムにより、常に活性化させておく旨も記載されている。

特開２００８－１３２４３１号公報

しかし、金属イオンを除去するために井戸水に注入される酸化剤の濃度は、滅菌用として飲料水に注入されている酸化剤の濃度に比べて高くする必要がある。このため、金属イオン除去後の井戸水をそのまま飲料水として用いることはできない。

したがって、井戸水を飲料水として用いるには、金属イオン除去後の井戸水に含まれる酸化剤の濃度を滅菌に適した濃度とする必要がある。本開示は、当該点に鑑みた水処理装置の一例を開示する。

原水に含まれる金属イオンを除去し、かつ、当該原水を滅菌する水処理装置は、例えば、以下の構成要件のうち少なくとも１つを備えることが望ましい。

すなわち、当該構成要件は、酸化剤が注入された原水をろ過し、金属イオンを除去する第１ろ過槽（１１）と、第１ろ過槽（１１）から流出した水から酸化剤を除去する第２ろ過槽（１２）と、液体の酸化剤が貯留される１つの薬液槽（１５）と、薬液槽（１５）に貯留されている酸化剤を、第１ろ過槽（１１）に流入する原水、及び第２ろ過槽（１２）から流出した水に注入する注入機構（１６）とである。

これにより、当該水処理装置では、第１ろ過槽（１１）から流出する水（以下、一次処理水という。）は、金属イオンが除去された水となる。第２ろ過槽（１２）から流出する水（以下、二次処理水という。）は、一次処理水から酸化剤が除去された水となる。

しかし、二次処理水には、滅菌に必要な酸化剤が含まれていないので、注入機構（１６）から二次処理水に滅菌に必要な量の酸化剤が注入される。このとき、注入機構（１６）は、同時に、金属イオンを除去するに必要な酸化剤を原水に注入する。

つまり、当該水処理装置では、１つの薬液槽（１５）から原水及び二次処理水に薬液が注入される。したがって、水処理装置を管理する作業者は、１つの薬液槽（１５）に薬液を補充するのみで、薬液の補充が完了する。このため、作業者の管理負担が大幅に軽減され得る。

因みに、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的構成等との対応関係を示す一例であり、本開示は上記括弧内の符号に示された具体的構成等に限定されない。

第１実施形態に係る給水システムを示す図である。 第１実施形態に係る水処理装置を示す図である。 第１実施形態に係る薬液注入装置を示す図である。 第１実施形態に係る薬液分配調整器を示す図である。

以下の「発明の実施形態」は、本開示の技術的範囲に属する実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的構成や構造等に限定されない。

なお、各図に付された方向を示す矢印及び斜線等は、各図相互の関係及び各部材又は部位の形状を理解し易くするために記載されたものである。したがって、本開示に示された発明は、各図に付された方向に限定されない。斜線が付された図は、必ずしも断面図を示すものではない。

少なくとも符号が付されて説明された部材又は部位は、「１つの」等の断りがされた場合を除き、少なくとも１つ設けられている。つまり、「１つの」等の断りがない場合には、当該部材は２以上設けられていてもよい。本開示に示された給水システムは、少なくとも符号が付されて説明された部材又は部位等の構成要素、並びに図示された構造部位を備える。

（第１実施形態）
＜１．給水システム（図１参照）＞
本実施形態は、井戸水を飲料水として供給可能するための給水システムに本開示に係る水処理装置の一例が適用されたものである。給水システム１は、井戸水ポンプ２、処理水槽３、給水ポンプ４、洗浄用ポンプ（逆洗ポンプともいう。）５及び水処理装置１０等を少なくとも備える。

井戸水ポンプ２は、井戸水を汲み上げて水処理装置１０に供給する。処理水槽３は、水処理装置１０から供給される処理水を貯留する受水槽である。給水ポンプ４は、処理水槽３に貯留されている処理水を水の需要者に送水するポンプである。

洗浄用ポンプ５は、水処理装置１０のろ過槽１３を洗浄するためのポンプである。当該洗浄用ポンプ５は、ろ過槽１３に処理水を通常時とは逆向きに送水することにより、ろ過槽１３を洗浄する。

なお、通常時とは、井戸水（以下、原水という。）をろ過することをいう。バルブＳＶ１～ＳＶ３は、洗浄時と通常時とで水の流れを切り替えるためのバルブである。各バルブＳＶ１～ＳＶ３は、洗浄用ポンプ５の作動と連動して流路を切り替える。

＜２．水処理装置＞
＜２．１ 水処理装置の概要＞
水処理装置１０とは、原水に含まれる金属イオンを除去し、かつ、当該原水を滅菌するための装置である。水処理装置１０は、図２に示されるように、第１ろ過槽１１、第２ろ過槽１２及び薬液注入装置１４等を少なくとも備える。

＜第１ろ過槽＞
第１ろ過槽１１は、金属イオン（例えば、鉄イオン及びマンガンイオン）を除去するためのろ過槽である。具体的には、第１ろ過槽１１のろ過材充填部には、セラミック系粒子等にて構成されたろ過材が充填されている。

水処理装置１０では、鉄イオン除去のために、第１ろ過槽１１に流入する前の原水に酸化剤（例えば、次亜塩素酸ナトリウム）を注入する。そして、ろ過材は、酸化剤による酸化処理により、粒子が大きくなった不溶性の水酸化第二鉄を補足する。

また、マンガンイオンは、ろ過材がもたらす自触媒作用により接触酸化され、水和二酸化マンガンとしてろ過材に凝着される。このとき、ろ過材表面の水和二酸化マンガンは、次亜塩素酸ナトリウムにより、常に活性化される。

＜第２ろ過槽＞
第２ろ過槽１２は、第１ろ過槽１１から流出した水（以下、一次処理水という。）から酸化剤を除去する。すなわち、第１ろ過槽１１では、金属イオンを確実に除去するため、多くの酸化剤が原水に注入される。

このため、一次処理水は、一般的に、飲料水として用いるには酸化剤の濃度が高すぎる。第２ろ過槽１２のろ過材充填部には、活性炭等のろ過材が充填されている。当該ろ過材は、一次処理水から酸化剤を凝着除去する。このため、第２ろ過槽１２から流出する水（以下、二次処理水という。）には、酸化剤が殆ど含まれていない。

＜ろ過槽＞
本実施形態では、第１ろ過槽１１と第２ろ過槽１２とは、第１ろ過槽１１が第２ろ過槽１２の上部に位置した状態で一体化されて１つのろ過槽１３が構成されている。そして、ろ過槽１３には、第１ろ過槽１１と第２ろ過槽１２とを仕切る仕切材１３Ａが設けられている。

仕切材１３Ａには、連通部１３Ｂ及びフィルタ１３Ｃ等が設けられている。連通部１３Ｂは、第１ろ過槽１１と第２ろ過槽１２とを連通させる通路である。フィルタ１３Ｃは、ろ過材や砂利等が一次処理水と共に第２ろ過槽１２に進入することを規制する。なお、当該砂利は、仕切材１３Ａと第１ろ過槽１１のろ過材充填部との間に充填されている。

第１ろ過槽１１を構成する第１筒部１１Ａと第２ろ過槽１２を構成する第２筒部１２Ａとは、ボルト等の締結具により分離可能に一体化されている。そして、仕切材１３Ａは、ろ過槽１３に着脱自在に固定されている。

具体的には、仕切材１３Ａは、第１筒部１１Ａの締結用フランジ部と第２筒部１２Ａの締結用フランジ部とにより挟まれた状態で、第１筒部１１Ａと第２筒部１２Ａと共にボルトにて締結固定されている。

ろ過槽１３のうち、第２ろ過槽１２のろ過材充填部と仕切材１３Ａとの間には中間排出部１３Ｄが設けられている。中間排出部１３Ｄは、第１ろ過槽１１を流出し、かつ、第２ろ過槽１２に流入する前の水、つまり一次処理水を排出するための排出部である。

中間排出部１３Ｄには、手動式の開閉バルブ（図示せず。）が設けられている。開閉バルブは、作業者等により操作される。作業者とは、例えば、水処理装置１０の維持及び管理を行う者等である。

なお、第２ろ過槽１２のろ過材充填部より下側には、砂利が充填されている。当該砂利が充填された部位には、最終排出部１３Ｅ及びフィルタ１３Ｆが設けられている。最終排出部１３Ｅは、二次処理水をろ過槽から流出させる部位である。フィルタ１３Ｆは、ろ過材や砂利等が二次処理水と共にろ過槽１３から流出することを規制する。

＜薬液注入装置＞
薬液注入装置１４は、第１ろ過槽１１に流入する原水、及び第２ろ過槽１２から流出した二次処理水に酸化剤を注入する装置である。薬液注入装置１４は、薬液槽１５及び注入機構１６等を少なくとも備える。

薬液槽１５は、液体の酸化剤が貯留される。なお、薬液槽１５内には、ボールタップ等のフロートスイッチ１５Ａ（図１）が設けられている。フロートスイッチ１５Ａは、薬液槽１５内の薬液が所定量以下となったときに、その旨の信号等を発信する。

注入機構１６は、薬液槽１５に貯留されている酸化剤を、第１ろ過槽１１に流入する原水、及び第２ろ過槽１２から流出した水（二次処理水）に注入する。つまり、注入機構１６は、酸化剤を１つの薬液槽１５から原水及び二次処理水に注入する。

注入機構１６は、図３に示されるように、ポンプ１７、薬液分配調整器１８及び制御部１９等を少なくとも備える。なお、井戸水ポンプ２により送水される井戸水は、連結管２０を介して送水される。

ポンプ１７は、薬液槽１５に貯留されている薬液を送り出す。本実施形態に係るポンプ１７は、１回の作動時に定量の薬液を送り出す容積式ポンプ（例えば、特開２００５－９８１３６号公報に記載のポンプと同形式のポンプ）である。

当該ポンプ１７の作動及び停止は、制御部１９により制御される。すなわち、本実施形態に係る薬液注入装置１４は流量センサ１９Ａも備える。流量センサ１９Ａは、連結管２０内を流通する流水の流量を連続的に検出可能なセンサである。

連結管２０は、ろ過槽１３から流出した二次処理水が流通する管である。当該連結管２０から流出した水は、処理水槽３に供給される。そして、薬液注入装置１４は、連結管２０内を流通する二次処理水に薬液を注入する。

流量センサ１９Ａの検出信号は、制御部１９に入力されている。そして、制御部１９は、流量センサ１９Ａの検出流量の増大応じてポンプ１７への通電周波数を増大させ、当該検出流量の減少に応じて通電周波数を減少させる。

なお、本実施形態に係る制御部１９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータにて構成されている。上記の通電周波数を制御するためのソフトウェアは、ＲＯＭ等の不揮発性記憶部に予め組み込まれている。

薬液分配調整器１８は、ポンプ１７から吐き出された薬液を分配するとともに、分配された薬液の一方を第１ろ過槽１１に流入する原水に注入し、分配された薬液の他方を連結管２０内を流通する二次処理水に注入する。

＜薬液分配調整器の構造＞
薬液分配調整器１８は、図４に示されるように、バルブボディ１８Ａ及び弁体１８Ｂ等を有して構成されている。バルブボディ１８Ａには、薬液の流路として第１注入路１８Ｃ及び第２注入路１８Ｄが設けられている。

第１注入路１８Ｃは、ポンプ１７の吐出し側から連結管２０側に至る流路である。なお、第２注入路１８Ｄは、第１注入路１８Ｃの途中（本実施形態では、略９０度屈曲した部位）から分岐して第１ろ過槽１１側に至る流路である。

弁体１８Ｂは、第１注入路１８Ｃの連通状態を調節する弁体である。本実施形態に係る弁体１８Ｂは、紙面左右方向に変位することにより、第１注入路１８Ｃの開口面積を増減させる。

具体的には、弁体１８Ｂが紙面左側に変位すると、開口面積が大きくなり、弁体１８Ｂが紙面右側に変位すると、開口面積が小さくなる。そして、作業者は、例えば、ポンプ１７が所定周波数で駆動されたときに、連結管２０に注入される薬液量が所定量となるように開口面積を調節する。

＜３．本実施形態に係る水処理装置の特徴＞
本実施形態に係る水処理装置１０では、一次処理水は金属イオンが除去された水となり、二次処理水は、一次処理水から酸化剤が除去された水となる。しかし、二次処理水には、滅菌に必要な酸化剤が含まれていない。

そして、当該水処理装置１０では、注入機構１６から二次処理水に滅菌に必要な酸化剤が注入される。このとき、注入機構１６は、同時に、金属イオンを除去するに必要な酸化剤を原水に注入する。

つまり、当該水処理装置１０では、１つの薬液槽１５から原水及び二次処理水に薬液が注入される。したがって、水処理装置１０を管理する作業者は、１つの薬液槽１５に薬液を補充するのみで、薬液の補充が完了する。このため、作業者の管理負担が大幅に軽減され得る。

また、作業者は、中間排出部１３Ｄから採取した一次処理水を検査することにより、原水に注入される酸化剤が適切な量であるか否かを検査できる。そして、例えば、原水への注入量が不足していると判断された場合には、作業者は、原水への注入量が増加するように、薬液分配調整器１８での薬液分配比率、つまり開口面積を調節する。

また、当該水処理装置１０では、第１ろ過槽１１と第２ろ過槽１２とを仕切る仕切材１３Ａを備え、当該仕切材１３Ａがろ過槽１３に着脱自在に固定されている。これにより、ろ過槽１３を容易にメンテナンスすることが可能となる。

すなわち、図２に示されるように、第１筒部１１Ａと第２筒部１２Ａとは、ボルトにて分解可能に締結固定されている。したがって、第１筒部１１Ａと仕切材１３Ａと締結したまま、仕切材１３Ａより上部、つまり第１ろ過槽１１を第２ろ過槽１２から分離できる。

そして、第１ろ過槽１１を第２ろ過槽１２から分離した状態で仕切材１３Ａが取り外されると、砂利が落下排出される。第１筒部１１Ａの蓋部１１Ｂ及び第２筒部１２Ａの蓋１２Ｂが取り外されると、ろ過材が筒部１１Ａ、１２Ａから排出される。

本実施形態に係る水処理装置１０では、第１ろ過槽１１と第２ろ過槽１２とは、第１ろ過槽１１が第２ろ過槽１２の上部に位置した状態で一体化されて１つのろ過槽が構成されている。これにより、第１ろ過槽１１と第２ろ過槽１２とが並列的に並んで設置された構成に比べて、ろ過槽の設置スペースが小さくなる。

さらに、本実施形態に係る水処理装置１０では、原水及び二次処理水に薬液を１つの注入機構１６により分配注入する。これにより、原水用の注入機構及び二次処理水用の注入機構がそれぞれ設けられた構成に比べて、水処理装置１０の設置スペースが小さくなる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、１つの注入機構にて薬液を分配して二次処理水及び原水に注入する構成であった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、１つの薬液槽１５、二次処理水用の注入機構、及び原水用の注入機構を備える薬液注入装置にて構成されていてもよい。

上述の実施形態では、第１ろ過槽１１が第２ろ過槽１２の上部に位置した状態で一体化されて１つのろ過槽が構成されていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、第１ろ過槽１１と第２ろ過槽１２とが並列的に並んで設置された構成であってもよい。

上述の実施形態では、一次処理水を排出可能な中間排出部１３Ｄを備えていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、中間排出部１３Ｄが廃止された構成であってもよい。

上述の実施形態では、第１ろ過槽１１と第２ろ過槽１２とを仕切る仕切材１３Ａを備え、当該仕切材１３Ａがろ過槽１３に着脱自在に固定されていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、仕切材１３Ａが廃止された構成、又は仕切材１３Ａが第１筒部１１Ａ又は第２筒部１２Ａに一体化された構成であってよい。

さらに、本開示は、上述の実施形態に記載された開示の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されない。したがって、上述した複数の実施形態のうち少なくとも２つの実施形態が組み合わせられた構成、又は上述の実施形態において、図示された構成要件もしくは符号を付して説明された構成要件のうちいずれかが廃止された構成であってもよい。

１… 給水システム ２…井戸水ポンプ ３… 処理水槽 ４…給水ポンプ
５… 洗浄用ポンプ １０…水処理装置 １１… 第１ろ過槽
１２… 第２ろ過槽 １３…ろ過槽 １３Ａ… 仕切材
１３Ｂ… 連通部 １３Ｄ…中間排出部 １４… 薬液注入装置
１５… 薬液槽 １６…注入機構 １７… ポンプ
１８… 薬液分配調整器 １９…制御部 ２０… 連結管

Claims (4)

1. 原水に含まれる金属イオンを除去し、かつ、当該原水を滅菌する水処理装置において、
   酸化剤が注入された原水をろ過し、金属イオンを除去する第１ろ過槽と、
   前記第１ろ過槽から流出した水から酸化剤を除去する第２ろ過槽と、
   液体の酸化剤が貯留される１つの薬液槽と、
   前記薬液槽に貯留されている酸化剤を、前記第１ろ過槽に流入する原水、及び前記第２ろ過槽から流出した水に注入する注入機構と
   を備える水処理装置。
2. 前記第１ろ過槽と前記第２ろ過槽とは、当該第１ろ過槽が当該第２ろ過槽の上部に位置した状態で一体化されて１つのろ過槽が構成されている請求項１に記載の水処理装置。
3. 前記第１ろ過槽と前記第２ろ過槽とを仕切る仕切材を備え、
   前記仕切材には、前記第１ろ過槽と前記第２ろ過槽とを連通させる連通部が設けられ、
   さらに、前記仕切材は、前記ろ過槽に着脱自在に固定されている請求項２に記載の水処理装置。
4. 前記第１ろ過槽を流出し、かつ、前記第２ろ過槽に流入する前の水を排出可能な中間排出部を備える請求項２又は３に記載の水処理装置。

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