JP4039869B2

JP4039869B2 - 水処理装置

Info

Publication number: JP4039869B2
Application number: JP2002067424A
Authority: JP
Inventors: 稔岸; 達哉廣田; 要藏河村; 宗明杉本; 吉宏稲本; 直樹広; 基樹河内
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2002-03-12
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2022-03-12
Also published as: JP2003260467A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水中に含まれる懸濁物を除去したり、あるいは水を滅菌したりするための水処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
例えば屋内外に設置された水泳プールや公衆浴場の浴槽などの水槽においては、その透明度と水質を維持するために定期的に、ポリ塩化アルミニウムや硫酸バンドなどの凝集剤を注入して、有機物などの懸濁物を凝集させたのち、ろ過器でろ過して除去する必要がある。
しかしこの方法では、凝集剤を定期的に補充しなければならず、手間がかかる上、ランニングコストが高くつくという問題があった。
【０００３】
また、例えば農業用排水やクリーニング工場、コインランドリーの排水、ガソリンスタンドの洗車装置の排水などは、そのまま下水に流すと、水中に含まれる有機物などの懸濁物が、河川や湖沼、海洋などの水質を悪化させて、いわゆるＢＯＤ（生化学的酸素要求量）を高めたり、あるいは下水処理場の処理能力に多大な負担をかけたりするおそれがある。
したがってこれらの排水についても、懸濁物を除去したのちに排水することが求められる。排水中の懸濁物を除去する方法としては、微生物の生分解作用を利用した方法が一般的である。
【０００４】
しかしこの方法を実施するには広い敷地が必要である上、微生物の機能は、特に気温によって左右され、季節ごとに一定しないため、処理の効率が安定しないという問題があった。
【０００６】
この発明の目的は、水に含まれる懸濁物を、凝集剤や微生物などを使用せずに効率よく除去するための水処理装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項１記載の発明は、水を流通させるための水路と、
この水路の途中に配設した、
・電極対を有し、水路を流れる水を、当該電極対に直流電圧を印加することで電解処理して、水中に含まれる懸濁物を凝集させるための電解処理手段、および
・凝集した懸濁物を捕集して水から除去するためのろ過器と、
上記電極対に直流電圧を印加するための制御手段と、
を備え、
更に、水路の途中に、電解処理手段とろ過器とを通過させて懸濁物を除去した水に対して、電気化学反応によって酸化態窒素を還元することで脱窒素処理を行う脱窒素処理手段を配設したことを特徴とする水処理装置である。
【０００８】
請求項１の構成では、制御手段から電解処理手段の電極対に直流電荷を印加して、水路を流れる水を電気分解すると、電極対のうちアノード側の電極の表面ならびにその近傍で活性酸素（Ｏ₂ ^-）やオゾン（Ｏ₃）を発生させることができる。そしてこの活性酸素やオゾンの働きによって水中の微細な懸濁物を凝集させて、当該電解処理手段の下流側に配設したろ過器によって捕集させることで、水から除去することができる。
【０００９】
したがって請求項１の構成によれば、水に含まれる懸濁物を、凝集剤や微生物などを使用せずに、電極対に直流電圧を印加するだけで、効率よく除去することが可能となる。
【００１５】
また、亜硝酸イオン、硝酸イオンなどの酸化態窒素は従来、脱窒素菌等の生体触媒を用いた生化学反応によって除去していたが、やはり生化学反応ゆえに、その機能が、特に気温によって左右され、季節ごとに一定しないという問題があった。
【００１６】
これに対し請求項１の構成では、かかる酸化態窒素を、生体触媒を用いずに、電気化学反応によって、効率よく除去することが可能となる。
すなわち電極対のうちカソード側の電極として、真鍮などの、電気化学反応によって酸化態窒素を還元する機能を有する材料からなる電極を、またアノード側の電極として白金−イリジウム電極などを、それぞれ用いて、例えば水道水などの塩素を含む水を電解処理すると、下記の電気化学反応を生じて、酸化態窒素を窒素ガスに変換して除去することができる。
【００１７】
（カソード側）
ＮＯ₃ ^-＋６Ｈ₂Ｏ＋８ｅ^-→ＮＨ₃＋９ＯＨ^-
（アノード側）
２Ｃｌ^-→Ｃｌ₂＋２ｅ^-
Ｈ₂Ｏ＋Ｃｌ₂⇔ＨＣｌＯ＋Ｈ⁺＋Ｃｌ^-
（アノード側＋カソード側）
２ＮＨ₃＋３ＨＣｌＯ→Ｎ₂↑＋３ＨＣｌ＋３Ｈ₂Ｏ
水処理装置は、前述したように水泳プールや公衆浴場の浴槽などの水槽において、その透明度と水質を維持するために用いることができる。具体的な構成としては、水路を、プール等の水槽から水を取り込んで、電解処理手段とろ過器とを通過させて懸濁物を除去したのち、上記水槽に還流させるように、水槽に接続すればよい。これにより、例えばプール等の営業時間中に、水槽の水を継続的に、あるいは断続的に処理して、その透明度と水質を維持することなどが可能となる。
【００１８】
また、水処理装置は、やはり前述したように農業用排水やクリーニング工場、コインランドリーの排水、ガソリンスタンドの洗車装置の排水などを処理するために用いることもできる。これにより、河川や湖沼、海洋などの水質を悪化させたり、あるいは下水処理場の処理能力に負担をかけたりすることなしに、上記設備からの排水を行うことが可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１(a)は、この発明の一実施形態にかかる水処理装置１を、例えば水泳プールや浴場の浴槽などの水槽２０に設置した構造を簡略化して示す図である。
この例の水処理装置１は、図中に一点鎖線の矢印で示すように、水槽２０から水Ｗを取り込んで処理したのち、水槽２０に還流させるための水路１０ａを有するとともに、この水路１０ａ上に順に、循環ポンプＰ１、電解処理手段１１、ろ過器１２、および熱交換器１３を配設したものである。
【００２７】
また水路１０ａの、熱交換器１３の下流側の位置には、水を滅菌する作用を有する滅菌液を、滅菌液供給部１４から、定量ポンプＰ２の働きによって、図中に実線の矢印で示すように、合流点Ｊ１を通して水路１０ａに供給するための供給水路１０ｂを接続している。
上記のうち電解処理手段１１は、図１(b)に示すように、水路１０ａを構成する配管の一部となる管路部材（フランジ付きパイプ）１１ａの管路１１ｂ中に、電極対を構成する２枚の平板状の電極１１ｃ、１１ｄを互いに平行に、しかも管路１１ｂの内壁面と接触しないように組み込むことで構成している。この理由は前記のとおりである。
【００２８】
また、図中に一点鎖線で示すように電極１１ｃ、１１ｄには、それぞれ管路１１ｂの内外を繋ぐ配線１１ｅ、１１ｆを接続する。
そして図示しない制御手段から、この配線１１ｅ、１１ｆを通して、両電極１１ｃ、１１ｄ間に直流電圧を印加すると、管路１１ｂ内を通る水の電解処理によって発生したオゾンによって、水に含まれる懸濁物を凝集させることができる。電極１１ｃ、１１ｄとしては、直流電圧を印加した際に、アノード側でオゾンを発生させることのできる種々の電極を用いることができる。特に前記のように極性を逆転させながら懸濁物の凝集を行う場合は、電極１１ｃ、１１ｄをともに、アノード側とされた際にオゾンを発生させる機能を有する電極にて形成するのが好ましい。かかる電極としては、例えばチタニウム（Ｔｉ）製の基板の表面全面に金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金−イリジウム（Ｐｔ−Ｉｒ）などの貴金属の薄膜を、めっき法や焼成処理によってコーティングしたものなどをあげることができる。
【００２９】
フィルター１２としては、例えば砂ろ過用フィルター、膜式フィルター、天然あるいは化学繊維製の不織布などが使用できる。
熱交換器１３は、水槽２０が、例えば温水プールや浴場の浴槽などである場合に、水路１０ａを流れる水を温めて、水槽２０内の水温を一定に保つために用いる。したがって水槽２０が屋外の水泳プールや、あるいは浴場の冷水浴用の浴槽などである場合は、熱交換器１３を省略してもよい。
【００３０】
滅菌液供給部１４としては、例えば滅菌液として次亜塩素酸塩の水溶液を貯留しておくタンクがあげられる他、食塩水などの水溶液を、先に述べた反応機構によって電解処理して、次亜塩素酸などの、滅菌作用を有する成分を含む水溶液を生成させる電解槽を採用することもできる。
図２(a)は、図１(a)の水処理装置１の、電気的な構成を示すブロック図である。
【００３１】
図に見るように水処理装置１は、電極１１ｃ、１１ｄに通電制御しつつ、装置を構成する各部を作動させる制御手段としての制御部３０を備えている。
制御部３０内には、各種動作のタイミングを規定するためのタイマ３１と、各種動作の基準となる初期値などを登録したメモリ３２とを設けている。
制御部３０は、タイマ３１によって規定したタイミング、並びにメモリ３２に記録した初期値などに基づいて種々の演算を行い、それに基づいて制御信号をドライバ３３へ与える。そしてドライバ３３は、与えられる信号に基づいて電極１１ｃ、１１ｄへの通電制御を行い、かつポンプＰ１、Ｐ２の駆動制御を行う。
【００３２】
このうち、電極１１ｃ、１１ｄに印加する直流電圧の逆転制御の流れを図２(b)に示す。
図２(b)に示すようにステップＳＰ１で水処理装置１の運転を開始すると、制御部３０は、まず図示していないが循環ポンプＰ１の運転を開始して、水路１０ａ内に水を循環させ、かつステップＳＰ２でタイマ３１をリセット（Ｔ＝０）して計時を開始するとともに、ステップＳＰ３で電極１１ｃ、１１ｄ間に直流電圧を印加して電解を開始する。
【００３３】
次にステップＳＰ４で、装置の運転終了が選択されたか否かを確認し、運転続行であれば、ステップＳＰ５に進んでタイマ３１の計時Ｔがメモリ３２に記録された設定時間Ｔ₁に達したか否かを判定する。
そしてＴ＝Ｔ₁になるまでこの状態を維持しつつ運転を続け、Ｔ＝Ｔ₁に達した時点でステップＳＰ６に進んで、電極１１ｃ、１１ｄへの直流電圧の印加を停止したのち、逆転器を作動させるなどして、当該電極１１ｃ、１１ｄに印加する直流電圧の極性を逆転させる。
【００３４】
このあと、ステップＳＰ２に戻って、ステップＳＰ４で、装置の運転終了が選択されたことを確認するまで、ステップＳＰ２〜ＳＰ６を繰り返す。
これにより、メモリ３２に記録された設定時間Ｔ₁ごとに定期的に、電極１１ｃ、１１ｄ間に印加する直流電圧の極性を逆転させて、一方の電極の極端な消耗を防止しながら、水路１０ａを通る水を電解処理して、水中に含まれる懸濁物を凝集させ、かつ凝集させた懸濁物をろ過器で捕集して水から除去する操作を継続的に行って、水槽２０の水が濁ったり、水質が低下したりするのを防止することが可能となる。
【００３５】
そしてステップＳＰ４で、装置の運転終了が選択されたことを確認すると、制御部３０は、ステップＳＰ７に進んで電極１１ｃ、１１ｄへの直流電圧の印加を停止し、また図示していないが循環ポンプＰ１を停止して装置の運転を終了する（ステップＳＰ８）。
なお上記例において、電極１１ｃ、１１ｄ間に印加する直流電圧の極性を逆転させる設定時間Ｔ₁の具体的な数値は特に限定されない。ただし設定時間Ｔ₁があまりに短すぎると、電極１１ｃ、１１ｄのうちアノード側の電極の表面に、懸濁物を十分に凝集できない間に極性が逆転することになるため、懸濁物を、水中から十分に除去できないおそれがある。よって設定時間Ｔ₁は、およそ１分間以上であるのが好ましい。
【００３６】
なお電解処理手段１１としては、例えば図４(b)に示すように、管路部材（フランジ付きパイプ）１１ａの管路１１ｂ中に、平板状の電極１１ｇを１枚だけ、管路１１ｂの内壁面と接触しないように組み込み、管路部材１１ａそれ自体をもう一方の電極として、この両者で電極対を構成したものを用いることもできる。この場合、図中に一点鎖線で示すように電極１１ｇには、管路１１ｂの内外を繋ぐ配線１１ｈを接続し、管路部材１１ａには配線１１ｉを接続する。
【００３７】
そして図示しない制御手段から、この配線１１ｈ、１１ｉを通して、電極１１ｇと管路部材１１ａとの間に直流電圧を印加すると、管路１１ｂ内を通る水の電解処理によって発生したオゾンによって、水に含まれる懸濁物を凝集させることができる。
なお電極１１ｇとしては、前記と同様のものを用いることができる。また管路部材１１ａの、管路１１ｂの内壁面を、電極１１ｇと同様の、チタニウム基板上に貴金属のコート層を形成した構造物で被覆すると、前述した極性を逆転させながらの電解処理を行うことができる。
【００３８】
図３は、この発明の他の実施形態にかかる水処理装置１を、例えば農業用排水やクリーニング工場、コインランドリーの排水、ガソリンスタンドの洗車装置の排水などの排水処理用として用いる構造を簡略化して示す図である。
この例の水処理装置１は、図中に実線の矢印で示すように、上記各施設などからの排水を一時的に蓄えておくための水槽２１から水Ｗを取り込んで処理したのち、下水Ｄに排水するための水路１０ｃを有するとともに、この水路１０ｃ上に順に、排水ポンプＰ３、電解処理手段１１、ろ過器１２、および脱窒素処理手段１５を配設したものである。
【００３９】
上記のうち電解処理手段１１、およびろ過器１２としては、先の図１(a)の例で説明したのと同様のものを使用することができる。すなわち電解処理手段１１としては、図１(b)や図４(b)のものなどを好適に使用することができる。電解処理手段１１の電極対に印加する直流電圧の極性を一定時間ごとに逆転させながら電解処理を行うのが好ましいことも同様である。
脱窒素処理手段１５としては、前述したように電気化学反応によって酸化態窒素を還元する機能を有するカソード側の電極と、白金−イリジウム電極などのアノード側の電極とを用いて水を電解処理することによって、前述した電気化学反応により、酸化態窒素を窒素ガスに変換して除去できる、種々の構成の装置を用いることができる。
【００４０】
このうちカソード側の電極を形成する材料としては、前記真鍮の他、銅、亜鉛などの１１族もしくは１２族の元素を含む導電体や、１１族もしくは１２族の元素を導電体に被覆した複合体などを用いることもできる。
一方、アノード側の電極としては、白金−イリジウム電極の他、前述した電解処理手段１１の説明で例示した各種の電極を用いることができる。
図の例の水処理装置１の、電気的な構成は、先の図２(a)とほぼ同様である。図中の循環ポンプＰ１を排水ポンプＰ３に置き換え、また定量ポンプＰ２を省略するとともに、脱窒素処理手段１５を追加すればよい。
【００４１】
また図の例の水処理装置１のうち、制御部３０による、電極１１ｃ、１１ｄに印加する直流電圧の逆転制御の流れも、図２(b)に示したとおりである。
水処理装置１の運転を開始すると、制御部３０は、まず排水ポンプＰ３を駆動して、水槽２１中の水を、水路１０ｃを通して下水Ｄに連続的に排水しながら、また図２(b)に示した流れに沿って設定時間Ｔ₁ごとに電極１１ｃ、１１ｄに印加する直流電圧の極性を逆転させながら、電解処理手段１１において電解処理を行って、水中に含まれる懸濁物を凝集させる。
【００４２】
そして凝集した懸濁物をろ過器１２で捕集して水から除去したのち、脱窒素処理手段１５において、電気化学反応によって酸化態窒素を還元することで脱窒素処理をする。
これにより、懸濁物や酸化態窒素が除去されたきれいな水を、下水Ｄに排水することができる。
また、例えば水槽２１に、水位の上限と下限とを検知するセンサなどを設けておき、設備からの排水が水槽２１に蓄えられて、その水位が上限に達したことを一方のセンサで検知した際に水処理装置１を駆動させて、上記の行程で水を処理しながら下水Ｄに排水し、それによって水槽２１の水位が低下して下限に達したことをもう一方のセンサで検知した際に水処理装置１を停止させるようにすると、排水の自動的な処理が可能となる。
【００４３】
図４(a)は、この発明のさらに他の実施形態にかかる水処理装置１を、ビルやマンションなどの屋上に設置した飲料水用の給水タンク２２に接続して、水の滅菌に使用する構造を簡略化して示す図である。
この例の水処理装置１は、図中に一点鎖線の矢印で示すように、給水タンク２２から水Ｗを取り込んで処理したのち、給水タンク２２に還流させるための水路１０ｄを有するとともに、この水路１０ａ上に順に、弁Ｖ１、循環ポンプＰ４、電解処理手段１１、ガス抜き弁Ｖ２、および弁Ｖ３を配設したものである。
【００４４】
また水路１０ｄの、循環ポンプＰ４と電解処理手段１１との間の位置には、分岐点Ｊ２で水路１０ｄから分岐し、水中の残留塩素濃度を測定するための残留塩素センサＳ１を経て、電解処理手段１１とガス抜き弁Ｖ２との間の合流点Ｊ３で再び水路１０ｄと合流する分岐水路１０ｅを接続している。
なお図において符号２２ａは、給水源から給水タンク２２への配管、２２ｂは給水タンク２２からビルやマンション内の各室などへの配管、２２ｃは弁である。
【００４５】
上記のうち弁Ｖ１、Ｖ３は、例えば水処理装置１の設置時やメンテナンス時などに両弁Ｖ１、Ｖ３をともに閉じておくことで、給水タンク２の運転を続けながら、これらの作業をするために用いる。作業終了後は、両弁Ｖ１、Ｖ３をともに開いておく。
また、ガス抜き弁Ｖ２は平常時には閉じておき、定期的に開いて、水路１０ｄ内に溜まったガスを抜くために用いる。それゆえガス抜き弁Ｖ２は、水路１０ｄ中の最高位置に配置するのが好ましい。
【００４６】
電解処理手段１１としては、図４(b)や図１(b)のものなどを好適に使用することができる。かかる電解処理手段１１は、水が鉛直方向下方から流入して鉛直方向上方に流出するようにすべく、図４(a)(b)に示すように、管路部材１１ａ内の管路１１ｂを鉛直方向に向けて配設する。この理由は先に述べたとおりである。
図５(b)のうち実線の部分は、図４(a)の水処理装置１の、電気的な構成を示すブロック図である。
【００４７】
図に見るように水処理装置１は、電極１１ｇと、もう一方の電極としての管路部材１１ａに通電制御しつつ、装置を構成する各部を作動させる制御手段としての制御部３０を備えている。
残留塩素センサＳ１の出力は、制御部３０へ与えられる。制御部３０内には、各種動作のタイミングを規定するためのタイマ３１と、各種動作の基準となる初期値などを登録したメモリ３２とを設けている。
【００４８】
制御部３０は、残留塩素センサＳ１の出力、タイマ３１によって規定したタイミング、並びにメモリ３２に記録した初期値などに基づいて種々の演算を行い、それに基づいて制御信号をドライバ３３へ与える。そしてドライバ３３は、与えられる信号に基づいて電極１１ｇ、１１ａへの通電制御を行い、かつ循環ポンプＰ４の駆動制御を行う。
水処理装置１の運転を開始すると、制御部３０は、まず循環ポンプＰ４を駆動して、給水タンク２２内の水Ｗを、図４(a)中に一点鎖線の矢印で示すように水路１０ｄを通して、また同図中に二点鎖線の矢印で示すように分岐水路１０ｅを通して、それぞれ循環させながら、残留塩素センサＳ１によって、当該水の残留塩素濃度を継続的に、あるいは定期的に計測する。
【００４９】
その結果、残留塩素濃度がメモリ３２に記録した規定値以上である場合はこの状態を維持するが、規定値未満になると、電解処理手段１１において電解処理を行って、次亜塩素酸などの成分を発生させ、それによって水を滅菌する。
そして残留塩素センサＳ１で測定した残留塩素濃度が規定値未満である間は電解処理による水の滅菌を続け、規定値以上になると電解処理を停止して、残留塩素センサＳ１によって水の残留塩素濃度を継続的、または定期的に計測する初期状態に戻る。
【００５０】
これにより、菌類や藻類などの繁殖を防止して、給水タンク２２内の水を常時、きれいな状態に維持することができる。
図５(a)は、ガス抜き弁Ｖ２を省略したこと意外は上記と同様の構成の水処理装置１を給水タンク２２に組み込んだ、飲料水用の給水装置ＷＳの構造を簡略化して示す図である。
先の、図４(a)の例との相違点は、給水タンク２２の、水面の上限位置より上方である天板に、排気手段として、排気口２２ｄとファンＦとを配設した点にある。
【００５１】
その電気的な構成も、図５(b)に二点鎖線で示したようにファンＦを追加したこと以外は同様である。
水処理装置１の運転を開始すると、制御部３０は、前記と同じ手順により、残留塩素センサＳ１による残留塩素濃度の測定結果に基づいて、電解処理手段１１による水の電解処理を断続させて、水を滅菌する。
また制御部３０は、電解処理手段１１による水の電解処理を開始すると、それと同時に、あるいは前後してファンＦの運転を開始する。そして、電解処理によって発生し、気泡となって、水路１０ｄを通して給水タンク２２内に到達したのち、水面へ浮上したガスを、排気口２２ｄを通して、当該給水タンク２２の外へ排気させる。
【００５２】
そして制御部３０は、電解処理手段１１による水の電解処理を停止すると、その後、一定時間が経過するまでファンＦの運転を続けたのち、その運転を停止して、残留塩素センサＳ１によって水の残留塩素濃度を継続的、または定期的に計測する初期状態に戻る。
電解処理を停止した後もしばらくの間、ファンＦの運転を続けるのは、ガスが、気泡として電解処理手段１１から給水タンク２２内に到達したのち、水面へ浮上するまでに時間がかかるためである。
【００５３】
この発明は、以上で説明した実施形態に限定されるものでなく、各請求項記載の範囲内において、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】同図(a)は、この発明の一実施形態にかかる水処理装置を、例えば水泳プールや浴場の浴槽などの水槽に設置した構造を簡略化して示す図、同図(b)は、上記水処理装置に用いる電解処理手段の一例を示す斜視図である。
【図２】同図(a)は、図１(a)の例の水処理装置の、電気的な構成を示すブロック図、同図(b)は、制御部により行われる制御のうち、電解処理時の、直流電圧の逆転制御の流れを示すフローチャートである。
【図３】この発明の他の実施形態にかかる水処理装置を、例えば農業用排水やクリーニング工場、コインランドリーの排水、ガソリンスタンドの洗車装置の排水などの排水処理用として用いる構造を簡略化して示す図である。
【図４】同図(a)は、この発明のさらに他の実施形態にかかる水処理装置を、ビルやマンションなどの屋上に設置した飲料水用の給水タンクに接続して、水の滅菌に使用する構造を簡略化して示す図、同図(b)は、上記水処理装置に用いる電解処理手段の一例を示す斜視図である。
【図５】同図(a)は、水処理装置を組み込んだ、この発明の飲料水用の給水装置の構造を簡略化して示す図、同図(b)は、図４(a)、図５(a)の例の水処理装置の、電気的な構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１水処理装置
１０ａ、１０ｃ、１０ｄ水路
１１電解処理手段
１２ろ過器
２２給水タンク
Ｐ１、Ｐ４循環ポンプ
Ｐ３排水ポンプ
ＷＳ給水装置

Claims

水を流通させるための水路と、
この水路の途中に配設した、
・電極対を有し、水路を流れる水を、当該電極対に直流電圧を印加することで電解処理して、水中に含まれる懸濁物を凝集させるための電解処理手段、および
・凝集した懸濁物を捕集して水から除去するためのろ過器と、
上記電極対に直流電圧を印加するための制御手段と、
を備え、
更に・水路の途中に、電解処理手段とろ過器とを通過させて懸濁物を除去した水に対して、電気化学反応によって酸化態窒素を還元することで脱窒素処理を行う脱窒素処理手段を配設したことを特徴とする水処理装置。