JP4969071B2

JP4969071B2 - 浄水装置

Info

Publication number: JP4969071B2
Application number: JP2005251752A
Authority: JP
Inventors: 敏男松村; 憙右佐津
Original assignee: 坂本精器株式会社
Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2005-08-31
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2025-08-31
Also published as: JP2007061748A

Description

本願発明は、河川の水、湖沼の水、池の水、堀の水、井戸水、防火水槽の水、プールの水のような非上水を原水として、これを飲用可能な状態や洗濯用又は風呂用等の生活用水として使用可能な状態に浄化する浄水装置に関するものである。

震災等の災害によって水道が断水した場合、飲料水や生活用水を確保することは極めて重要なことである。そこで、河川の水や池の水のような非上水を飲用可能な状態に浄化する装置が提案されている。その一例として、特許文献１には、河川等から水を汲み上げる吸水装置、濾過ユニット、殺菌装置等の部材一式を手押し式の台車（ワゴン）に搭載することが記載されている。この特許文献１の浄化装置はどこにでも移動できるため、機動性に優れている。

水の浄化は多義的であり、「浄化」という言葉には幾つかの側面がある。すなわち、異物（固形物）の除去、滅菌（殺菌）、化学物質（例えばトリハロメタン）や臭い成分の除去といった側面であり、目的に応じて様々な濾過材・方法が使用されている。例えば、異物の除去には各種フィルターが使用され、滅菌・殺菌には塩素やオゾン、紫外線等が使用され、臭いの除去には活性炭が使用されている。

異物の除去や滅菌を同時に行える浄化用素材（濾材）として逆浸透膜と毛管濾過膜（中空糸濾過膜）が知られている。前者の逆浸透膜を使用した浄水装置が例えば特許文献２に記載されており、後者の毛管濾過膜を使用した濾過モジュールの例が特許文献３に記載されている。
特開平９−２２０５５８号公報特開２００２−１６６２７４号公報特開２０００−２４６０６６号公報

特許文献１の浄水装置は可搬式であるため、固定式に比べると機動性は優れている。しかし、浄水装置はある程度の重量があるため、例えば地震の被災時に河川の水を浄化する場合であると、家屋の倒壊によって道路が人しか通れない状態になっていたり土手が崩壊していたりすることにより、浄水装置を河川の近くまで運べない場合があり、このため、災害時に能力を発揮できない虞があった。

また、特許文献１の浄水装置は、河川等の水をホースで吸引するものであるため、ａ：川等の水深が浅いと汲み上げできない場合がある、ｂ：吸引量の増減が激しいため濾過性能が不均一になりやすい、ｃ：河川等の水深が浅いと水に空気が混入して、濾過材に水が急激に衝突する水撃作用が生じて耐久性が低下する虞がある、といった問題が懸念される。

本願発明は、このような現状を解消することを課題とするものである。

本願発明に係る浄水装置は、原水を流し込む注入口を設けた原水タンクと、原水を加圧して通過させることによって当該原水を浄化する濾過ユニットと、前記濾過ユニットの入力ポートと前記原水タンクとを接続する送水管路と、前記原水タンク内の原水を加圧して濾過ユニットに送るために前記送水管路に設けたポンプと、前記濾過ユニットから排出された浄化水を取り出す出水管路とを備えている。
更に、本願発明では、ａ）これらの部材は台車に搭載されていて移動自在である、ｂ）前記ポンプは直流電源で駆動される、前記電動式水中ポンプは前記送水管路の始端に接続されて原水タンク内に浸漬されている、ｃ）前記出水管路と原水タンクとがオーバーフロー管で接続されており、濾過ユニットからの排出された浄化水の量が取り出し量より多いときには浄化水は前記オーバーフロー管を介して原水タンクに戻る、という構成を有する。

更に本願発明は、前記出水管路には浄化水が溜まる補助タンクを設けており、この補助タンクの下端には開閉弁を有する浄化水の取り出し管が接続されて上下中途部には前記オーバーフロー管が接続されており、更に、前記出水管路のうち前記補助タンクより上流の部位と前記オーバーフロー管とがバイパス管路で接続されており、このため、前記出水管路は前記補助タンクより上流の部位において主管路と前記バイパス管路とに分岐しており、かつ、前記主管路及びパイパス管路は三方弁又は四方弁を介して分岐しており、浄化水が前記補助タンクを通ることなくオーバーフロー管に流れることが可能になっている。

本願発明の浄水装置は、原水は原水タンクに溜められてからポンプで吸引されるため、単位時間当たりの吸引量が一定していると共に空気の入り込みも防止でき、このため安定した運転を確保できると共に、濾過ユニットの耐久性も高い。また、濾過ユニットは原水に加圧して通すことによって濾過する方式であるため、原水を能率良く浄化することができ、このため災害時の浄化装置として特に好適である。

そして、原水タンクには、注入口から例えばポリタンクやバケツに汲んだ原水を流し込むことができるため、河川等の原水を人手でしか汲み上げできない場合でも浄化水を確保することができる。このため、災害時用の浄水装置として極めて有益である。また、本願の浄水装置を避難所や広場、公園のような中心地に設置しておき、周辺エリアの住民が集まってきて浄化水をポリタンクで持ち帰るといった使用方法も可能であり、この面からも、緊急時用の浄水装置として使い勝手が優れている。

なお、本願発明の浄水装置を使用する場合、池の水をホースで引いてきて原水タンクに流し込んだり、防災用貯水タンクに設けている蛇口から原水を原水タンクに流し込むといったことも可能であり、このような多彩な使用方法を選択できるのも本願発明の利点の一つである。

本願発明において、濾過ユニットの濾過材として毛管状素材で構成された濾過膜を使用すると、比較的低い圧力で原水を効率良く浄化できるため好適である。また、送水用のポンプは原水タンクの外側に配置することも可能であるが、実施形態のように水中ポンプを使用すると、単位時間当たりの送水量がより均一になるため安定性に優れており、また、本願発明ではポンプの動力源は直流電源であるバッテリーを使用することができ、このためエンジンによる駆動に比べて騒音の発生を著しく抑制できる利点がある（水中ポンプを使用すると、静粛性はいっそう高い。）。更に、本願発明では、浄水装置の全体を台車に搭載してユニット化しているため、必要なところに簡単に移動できる利点がある。
更に本願発明ではオーバーフロー管を設けているため、浄化水が更に濾過ユニットに通り得るため浄化度が著しくアップされ、このため、浄化度（純度）の高い飲料水を簡単に得ることができる。かつ、バイパス管路の水には圧力が作用しているため、小径のオーバーフロー管であっても水を確実に戻すことができる利点がある。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

(1).構造の説明
図１はブロック図であり、この図に示すように、浄水装置１は、１つの原水タンク２と２本の濾過ユニット３とを備えている。原水タンク２には、フィルター４を備えた注入口５が上向きに開口しており、ポリタンクＴやバケツで原水を注入できる。なお、注入口５は漏斗状に形成しても良いし、また、原水タンク２の全体又は大部分を上向きに開口させても良い。

原水タンク２には開閉弁付きのドレンパイプ６を接続している。原水タンク２には、原水に浸漬した状態で水中ポンプ７が配置されており、水中ポンプ７から１本の集合送水管８が延びている。集合送水管８には、手動式の第１開閉弁９と圧力計１０とを設けている。

濾過ユニット３は細長い外観であり、円筒状の本体１１とその両端のヘッダー１２とを備えている。一方のヘッダー１２には横向きの入水ポート１３が設けられ、他方のヘッダー１２には横向きの洗浄用出水ポート１４が設けられ、更に、両ヘッダー１２には濾過ユニット３の中心線上に位置した浄水用出水ポート１５が設けられている。

集合送水管８は途中の個所で２本に枝分かれしており、枝分かれてした分岐送水管１６は、それぞれ濾過ユニット３の入水ポート１３に接続されている。分岐送水管１６にはそれぞれ手動式の第２開閉弁１７を設けている。

両濾過ユニット３における２つの浄水用出水ポート１５にはそれぞれ第１出水管１８が接続されている。第１出水管１８は１本の第２出水管１９に集合している。更に、両濾過ユニット３における第２出水管１９はそれぞれ第３開閉弁２２を介して１本の第３出水管２０に集合している。第３出水管２０は一次水取り出し管２５ａと二次水管路２５ｂとに分岐しており、一次水取り出し管２５ａには第４開閉弁２３を設けている。

また、二次水管路２５ｂは、三方弁２３′によって主管路２５ｃとパイパス管路２５ｄとに分岐しており、主管路２５ｃは補助タンク２１に開放している。また、補助タンク２１の下面には、第５開閉弁（蛇口）２４を備えた二次水取り出し管２５ｅが接続されている。従って、出水管１８，１９，２０と各取り出し管２５ａ〜２５ｃ及び補助タンク１で出水管路が構成されている。また、補助タンク２１の上下中途高さ位置にはオーバーフロー管２６が接続されており、オーバーフロー管２６の先端は原水タンク２の内部に入り込んでおり、更に、前記バイパス管路２５ｄはオーバーフロー管２６に接続されている。

濾過ユニット３の洗浄用出水ポート１５にはそれぞれ第１排水管２７が接続されており、２本の第１排水管２７は１本の第２排水管２８に集合している。第１排水管２７にはそれぞれ第６開閉弁２９を設けている。

水中ポンプ７は直流モータで駆動されるようになっており、そこで、浄水装置１は、水中ポンプ７の動力源となるバッテリー３１を備えている。浄水装置１の電気系統には外部からの電力源として交流電源が使用可能であり、このため、電源用ケーブル３２を設けている。交流電源は整流器（充電器）３３によって直流に変換される。

電気系統は操作盤３４を備えており、操作盤３４のスイッチ操作によって水中ポンプ７がＯＮ・ＯＦＦされる。また、原水タンク２には、液面が水中ポンプ７の高さ近くまで下がるとこれを検知する下限水位センサー３５を設けており、下限水位センサー３５がＯＮになると水中ポンプ７の駆動を停止する制御態様になっている。バッテリー３１で駆動せずに、交流電源を整流して使用することも可能である。各種施設に常設している装置の場合は、このような運転態様が主になり、また、災害時用の装置であっても、電気が復旧したら、外部からの交流電源を電源にすることで長時間にわたって使用し続けることができる。

浄水装置１は、更に、ストッカータンク５０を設けており、ストッカータンク５０に溜まった原水は、補助ポンプ５１によって原水タンク２に流れる。また、補助ポンプ５１には、先端にストレーナー５２を設けたホース５３が接続されており、ストッカータンク５０の原水はこのホース５３から吸引される。ホース５３は例えば１０〜２０ｍの長さとすることが可能であり、従って、例えば河川やプールの水を汲み上げて原水タンク２に取り込むことができる。原水タンク２には上限水位センサー５４を設けており、この上限水位センサー５４がＯＮになると補助ポンプ５１はＯＦＦになる。補助ポンプ５１も直流電源で駆動される。

図２では浄水装置１の大雑把な側面図を示している。すなわち、本実施形態の浄水装置１はキャスター（車輪）３６を有する台車３７に搭載されて全体がユニット化されている。濾過ユニット３は水平状に配置されており、上部に露出している。これは、開閉弁の操作を行いやすくするため、及び、濾過ユニット３の点検や交換の便宜のためである。

(2).濾過ユニットの構造例
図３では濾過ユニット３の構造を模式的に示している。この濾過ユニット３は特許文献３に記載したものと基本的には同じであり、円筒状の本体１１と、その両端に固定したヘッダー１２と、中心線に沿って延びる状態で両ヘッダー１２に接続されたインナーパイプ３８とを備えており、本体１１とインナーパイプ３８との間の空間に、本体１１の内面に密着してインナーパイプ３８との間には第１空間３９が空いている第１濾過膜（濾過層）４０と、本体１１との間には第２空間４１が空いてインナーパイプ３８には密着している第２濾過膜４２とが軸方向に間隔を空けた状態で配置されている。

第２濾過膜４２と本体１１の内面との間には水の通過を許容する状態で複数個のスペーサ４３が配置されている。また、インナーパイプ３８のうち第２濾過膜４２と重なった部位には多数の小穴が空いている。本例では第１濾過膜４０と第２濾過膜４２とは１つずつしか配置していないが、複数ずつ配置しても良い。また、濾過膜４０，４２は軸方向に延びる無数の細い中空糸群（毛管糸群）で構成されている。

原水が入水ポート１３から本体１１の内部に入ると、原水は最終的には第２濾過膜４２を通過してインナーパイプ３８から排出されるが、第１空間３９及び第２空間４１に等しい圧力が作用していることにより、原水は第１濾過膜４０も透過していき、このため、原水は両濾過膜４０，４２によって濾過作用（異物や微生物を補集する作用）を受けて浄水される。

(3).システムのフロー
既述の説明と重複する部分もあるが、浄水装置１の稼働システムをまとめて述べると次のとおりである（図１参照）。

本実施形態の浄水装置１は、２本の濾過ユニット３を両方使用する場合と片方だけ使用する場合とを選択できる。２本の濾過ユニット３を使用する場合は、２つの第６開閉弁２９をそれぞれ閉じて、第１〜第３の開閉弁９，１７，２２は開いておく。第４開閉弁２３及び第５開閉弁２４は必要に応じて開閉する。この状態では、２つの濾過ユニット３が稼働するので、浄水能力は大きくなる。

一方の濾過ユニット３しか使用しない場合は、使用しない濾過ユニット３の第２開閉弁１７と第３開閉弁２２とを閉じたら良い。本実施形態のように複数の濾過ユニット３を設けて運転形態を選択できるようにすると、需要に応じて浄水の生成量を増減できる利点がある。

両方の濾過ユニット３を使用する場合でも片方の濾過ユニット３を使用する場合でも、浄化水の生成量が取り出し量よりも大きい場合（すなわち第４開閉弁２３を閉じている時間が長い場合）は、浄化水は原水タンク２に環流する。

一次水取り出し管路２５ａは第３出水管２０と同じ程度の内径に設定されており、三方弁２３′を完全に閉じて第４開閉弁２３を全開すると、濾過ユニット３の浄水能力をフルに発揮させて大量の浄化水を得ることができる。他方、二次水取管路２５ｅは一次水取り出し管路２５ａよりも小径になっており（例えば１８リットル入りポリタンクに流し込み得る蛇口（２４）を取付けできるようにするためである）、第３開閉弁２３を閉じて三方弁２３′を空けると、浄化水の一部は補助タンク２１に向かい、一部はオーバーフロー管２６を介して原水タンク２に戻る。そして、第５開閉弁２４を空けることによっても浄化水を取り出すことができる。

この場合、第４開閉弁２３を閉じた状態では、例え、第５開閉弁２４を開いていても浄化水の一部は原水タンク２に戻って濾過ユニット３に循環する。このため、水は繰り返し濾過ユニット３に通って浄化度が著しくアップされ、このため、浄化度（純度）の高い飲料水を簡単に得ることができる。

本例では、浄化水が通る主管路２５ｃは補助タンク２１に開放されているだけであり、従って、主管路２５ｃからの水は自然流下によって補助タンク２１に流れ込むに過ぎず、このため、仮にバイパス管路２５ｄがないとオーバーフロー管２６を相当に太くしたり樋状に形成したりする必要がある。これに対してバイパス管路２５ｄを設けると、バイパス管路２５ｄの水には圧力が作用しているため、小径のオーバーフロー管２６であっても水を確実に戻すことができる利点がある。なお、バイパス管路２５ｄの水が補助タンク２１に流れ込むのを防止するためには逆止弁を設けたらよい。

なお、第３開閉弁２３と第４開閉弁２４との両方を閉じた状態で運転することも可能であり、この場合は、全ての水は濾過ユニット３に繰り返し通るので、浄化度はいっそうアップする。第３開閉弁２３と三方弁２３′とを併用することに代えて、四方弁を使用することも可能である。

浄水装置１を使用し続けていると、濾過膜４０，４２への異物の付着量が増えて浄水効率が悪くなる。そこで、濾過膜４０，４２はある程度に汚れたら（目詰まりしたら）洗浄してやる必要がある。その場合は、第３開閉弁２２を閉じて第６開閉弁２９を空けた状態で両濾過ユニット３に原水を送水する。すると、両濾過ユニット３に溜まっていた異物は排水管２８から系外に放出される。排水は例えば側溝Ｓに流すことができる。

(4).集合部の構造例
図１に一点鎖線で囲って示すように、本例では、１本の管が２本に分岐したり２本の管が１本に集合したりする分岐集合部４５がある。このような分岐集合部４５はＴ型の継手を使用して構成することも可能であるが、図４では継手ブロック４６を使用して分岐集合部を構成した例を示している。そして、継手ブロック４６にはドリルで空けた穴を塞ぐセンタープラグ４７とサイドプラグ４８を設けているが、例えばセンタープラグ４７を抜き取ることにより、継手ブロック４６の内部に薬剤類を流し込むことが可能となる。

従って、例えば、濾過ユニット３の洗浄工程において、第１排水管２７と第２排水管２８とを接続している継手ブロック４６に殺菌剤のような排水を無害化する薬剤を注入するといったことを行える（この場合は、センタープラグ４７を上向きにする必要がある。）。

(5).その他
本願発明は上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、濾過ユニットは毛管状素材を使用したものには限らない。また、濾過ユニットは１つだけ設けても良いし、逆に３つ以上設けても良い。原水タンクも複数設けることが可能である。本願発明の浄水装置の用途は災害時用に限定されるものではなく、例えばプールの水の浄化、風呂水の浄化、養殖池の水の浄化、一般廃水の浄化、工業用水の浄化、食品工場用の水の浄化など様々の用途に使用できる。

本願発明の実施形態に浄水装置のブロック図である。浄水装置の外観の概略側面図である。濾過ユニットの構造の一例を示す図である。管の集合分岐部の一例を示す断面図である。

１浄水装置
２原水タンク
３濾過ユニット
５注入口
７水中ポンプ
８，１６送水管（送水管路）
１８，１９，２０出水管（出水管路）
２１補助タンク
２３′ 三方弁
２４補助タンクに接続した取り出し管に設けた開閉弁（蛇口）
２５取り出し管（出水管路）
２５ｃ主管路
２５ｄバイパス管路
２５ｅオーバーフロー管に接続した取り出し管
２６オーバーフロー管
３１バッテリー

Claims

原水を流し込む注入口を設けた原水タンクと、原水を加圧して通過させることによって当該原水を浄化する濾過ユニットと、前記濾過ユニットの入力ポートと前記原水タンクとを接続する送水管路と、前記原水タンク内の原水を加圧して濾過ユニットに送るために前記送水管路に設けたポンプと、前記濾過ユニットから排出された浄化水を取り出す出水管路とを備えており、
ａ）これらの部材は台車に搭載されていて移動自在である、
ｂ）前記ポンプは直流電源で駆動される、
ｃ）前記出水管路と原水タンクとがオーバーフロー管で接続されており、濾過ユニットからの排出された浄化水の量が取り出し量より多いときには浄化水は前記オーバーフロー管を介して原水タンクに戻る、
という構成であって、
前記出水管路には浄化水が溜まる補助タンクを設けており、この補助タンクの下端には開閉弁を有する浄化水の取り出し管が接続されて上下中途部には前記オーバーフロー管が接続されており、更に、前記出水管路のうち前記補助タンクより上流の部位と前記オーバーフロー管とがバイパス管路で接続されており、このため、前記出水管路は前記補助タンクより上流の部位において主管路と前記バイパス管路とに分岐しており、かつ、前記主管路及びパイパス管路は三方弁又は四方弁を介して分岐しており、浄化水が前記補助タンクを通ることなくオーバーフロー管に流れることが可能になっている、
浄水装置。