JP5044485B2 - 水処理システム - Google Patents

Description

この発明は、井戸、河川もしくは池等の水源から汲み出した水または雨水などの浄化を行う水処理システムに関する。

従来より、井戸、河川もしくは池等の水源から汲み出した水または雨水などを浄化し、生活用水として使用したいという要望がある。特に、水道設備のインフラが十分に整っていない地域にとっては、井水や河川の水を浄化して生活用水に利用したいという要望が高い。かかる要望に応えられる水浄化装置の一例は、たとえば特許文献１に開示されている。
特開２００８−１２５１１号公報

特許文献１に記載の水浄化装置においては、圧力センサ１１が、ポンプ５からフィルタ８９までの間を流れる水の圧力を検知することにより、フィルタ８９の目詰まり状態を管理することができる構成となっている。（特許文献１の段落［０１９４］参照）
ところで、フィルタの目詰まりを供給される水の圧力により検知する場合、供給水路が複数ある場合や水路に設けられた移送用ポンプの状態等によってはフィルタの目詰まりを適切に検出できない場合があることが判明した。

この発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであり、濾過器を含む水浄化ユニットを備えた水処理システムにおいて、濾過器の目詰まりを適切に判別することのできる水処理システムを提供することを主たる目的とする。
この発明は、また、濾過器の目詰まりを正しく検出し、水の浄化性能を良好な状態に保ちつつ、メンテナンスフリーで長期間稼働させることのできる水処理システムを提供することを他の目的とする。

請求項１記載の発明は、水を溜めるための貯水タンクと、水浄化ユニットと、水源の水を前記水浄化ユニットを経由させて浄化し、前記貯水タンクへ供給するための給水路と、前記貯水タンクに溜められた水を取り出し、前記水浄化ユニットを経由させて浄化し、前記貯水タンクへ戻すための循環水路とを備え、前記水浄化ユニットは、水を移送するための水移送装置と、前記水移送装置により移送される水を通過させ、通過の際に水に含まれる不純物を濾過するための濾過器と、前記濾過器で濾過された水にオゾンを混入するためのオゾン処理装置と、前記濾過器へ移送される水の圧力を検出するための圧力検出器とを含み、前記給水路を通って水源の水が前記水浄化ユニットに与えられる際には、前記圧力検出器が相対的に高い第１目詰まり圧を検出したことに応じて、前記濾過器が目詰まりと判別し、前記循環水路を通って前記貯水タンクの水が前記水浄化ユニットに与えられる際には、前記圧力検出器が相対的に低い第２目詰まり圧を検出したことに応じて、前記濾過器が目詰まりと判別する目詰まり制御手段を設けたことを特徴とする、水処理システムである。

請求項２記載の発明は、前記目詰まり制御手段は、前記給水路を通って水源の水が前記水浄化ユニットへ与えられる際には、前記圧力検出器が前記第２目詰まり圧を検出しても、前記濾過器が目詰まりとは判別しないことを特徴とする、請求項１記載の水処理システムである。
請求項３記載の発明は、前記目詰まり制御手段は、前記圧力検出器が前記第１目詰まり圧または第２目詰まり圧を検出し、その検出状態が一定時間継続したか、または、検出状態が所定回数になったときに、前記濾過器が目詰まりであると判別し、目詰まり報知を行うことを特徴とする、請求項１または２記載の水処理システムである。

請求項４記載の発明は、前記目詰まり制御手段は目詰まりと判別したことに応答して、前記水移送装置を停止させることを特徴とする、請求項３記載の水処理システムである。

請求項１記載の発明によれば、目詰まり制御手段は、水浄化ユニットへ与えられる水の種類によって、濾過器が目詰まりであると判別する判別レベルを変える。
すなわち、水源の水が水浄化ユニットに与えられる際には、圧力検出器が相対的に高い第１目詰まり圧を検出したときに、濾過器が目詰まりであると判別する。一方、水浄化ユニットに与えられる水が、１度浄化されて貯水タンクに溜められた水であり、循環させて再濾過する水の場合（すなわち再濾過水の場合）には、圧力検出器が相対的に低い第２目詰まり圧を検出したときに、濾過器が目詰まりであると判別する。

このような構成により、水源の水を濾過する場合に、汲み上げポンプ等の供給圧が加わって、濾過器に供給する水の圧力が相対的に高くなっても、濾過器が目詰まりしたと誤判別されない。
一方、貯水タンクの水を取り出して再濾過する場合には、循環ポンプにより定量移送がされる。このため、圧力検出器の圧力が相対的に低い第２目詰まり圧になったときには、濾過器の目詰まりがかなり進行していると推測されるから、目詰まりを正しく判別するようにして、適切な時期での濾過器のメンテナンスや交換を行えるようにした。

つまり、水源の水を濾過する際には、不必要に濾過器の目詰まりを判別せず、水源の水の一次濾過をスムーズに行わせ、一方、貯水タンクの水を再濾過する際には、濾過器の目詰まりを適切に判別して、濾過不良が生じない構成とした。
請求項２記載の発明によれば、圧力検出器が第２目詰まり圧を検出しても、濾過器が目詰まりであるとは判別されないので、請求項１記載の発明と同様、水源の水に対する濾過が不必要に中断されることがなく、水源の水を適切に濾過することができる。

請求項３記載の発明によれば、濾過器の目詰まり判別は、圧力検出器が瞬間的に目詰まり圧を検出した際に行われるのではなく、圧力検出器が一定時間継続して目詰まり圧を検出するか、目詰まり圧の検出状態が複数回現れた場合に目詰まり判別をすることにしたので、エラー信号に騙されず、目詰まりを正しく判別できる。
請求項４記載の発明によれば、目詰まりを判別したときには、移送装置を停止させ、水浄化ユニット（濾過器）への水の供給を停止させるので、濾過不良を防止できる。

以下には、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をする。
図１は、この発明の一実施形態に係る水処理システムの全体構成を示すブロック図である。
この実施形態に係る水処理システム１０には、貯水タンク１１および水浄化ユニット１２が含まれている。また、水源（たとえば井戸、河川、池、雨水貯蔵プール等）の水を汲み上げるための第１水路１３、第１水路１３により汲み上げられた水を水浄化ユニット１２へ供給するための第２水路１４、水浄化ユニット１２で浄化された水を貯水タンク１１へ移送するための第３水路１５、および、貯水タンク１１に溜められた水を取り出し第２水路１４を通じて水浄化ユニット１２へ供給するための第４水路１６という４つの主水路が備えられている。

そして、第１水路１３、第２水路１４および第３水路１５により、水源の水を水浄化ユニット１２を経由させて浄化し、貯水タンク１１へ供給するための給水路が構成されている。つまり、この実施形態では、水源から汲み上げられる水（原水）は、第１水路１３および第２水路１４を通って水浄化ユニット１２へ与えられ、水浄化ユニット１２において浄化され（１次濾過され）、その浄化された水が第３水路１５を通って貯水タンク１１へ供給される構成となっている。従って、貯水タンク１１に溜められた水は、必ず、水浄化ユニット１２を経由して浄化されるため、貯水タンク１１内に全く浄化されていない原水が混じることはない。

また、第４水路１６、第２水路１２および第３水路１５により、貯水タンク１１に溜められた水を取り出し、水浄化ユニット１２を経由させて浄化し、貯水タンク１１へ戻すための循環水路が構成されている。
第１水路１３の一端（流出端）と第２水路１４の一端（流入端）と第４水路１６の一端（流出端）とは、チーズと称される連結部材１７により相互に連通接続されている。

第１水路１３にはたとえば水の流れる方向に順に汲み上げポンプ１８、減圧弁１９および圧力調整用バルブ２０が介在されている。汲み上げポンプ１８により水源の水が汲み上げられ、第１水路１３から第２水路１４へと移送される。
なお水源が、たとえば水道の場合には、汲み上げポンプ１８を電磁弁に代えた構成とすることができる。つまり、水道インフラが整っていない地域では、主として井戸、河川、池等が水源となり、その水を汲み上げる必要がある。しかし、水道インフラが整っているが、その水をさらに浄化する必要がある地域等においては、水道を水源とし、その水道の水が第１水路１３および第２水路１４を通して水浄化ユニット１２へ与えられる。かかる場合、第１水路１３の汲み上げポンプ１８は、電磁弁で置換することが可能である。

第２水路１４には、水の流れる方向に沿って運転時に開かれる第１ボールバルブ２１および圧力計２２が介在されている。第３水路１５には、水の流れる方向に沿って、運転時に開かれる第２ボールバルブ２３が介在されている。第４水路１６には水の逆流を防止するための逆止弁２４が、たとえばチーズ１７により接続された接続端近傍に介在されている。

水浄化ユニット１２には、水を移送するための水移送装置としての循環ポンプ２５と、循環ポンプ２５で移送される水を通過させて通過の際に水に含まれる不純物を濾過するための濾過器２６と、濾過器２６で濾過された水にオゾンを混入するためのオゾン処理装置２７と、濾過器２６へ移送される水の圧力を検出するための圧力センサ２８とが備えられている。

第２水路１４を通って水浄化ユニット１２へ与えられる水は、循環ポンプ２５により定量移送され、濾過器２６へ与えられる。濾過器２６は、たとえば砂フィルタと活性炭フィルタとの２段構成フィルタが採用されており、通過する水に含まれる不純物を濾過する。この濾過器２６の濾材（フィルタ）は、浄化する水の性質等によって適切なものを用いればよい。

循環ポンプ２５から濾過器２６へ移送される水の水路２９および濾過器２６で濾過された後の水をオゾン処理装置２７へ送る水の水路３０には、それぞれ、運転時には閉じられ、運転停止時には開かれる排水バルブ３１を介して排水ホース３２が接続されている。この構成により、運転停止時に、水浄化ユニット１２内に水が残留することがなく、水垢などの付着を抑えて、水浄化ユニット１２を清潔に維持することができる。

オゾン処理装置２７には、濾過器２６から流出する水を案内する水路３０に接続された水路３３と、水路３３内に介在されたエゼクタ３４と、オゾンを発生させるためのオゾン発生器としてのオゾナイザー３５とが含まれており、オゾナイザー３５で発生されるオゾンは気体配管（空気配管）３６を通ってエゼクタ３４へ与えられる。そしてエゼクタ３４において、水路３３を通過する水に対してオゾン（オゾンを含む空気）が混入される。

エゼクタ３４における気液混合（気体であるオゾンと液体である水との混合）は、水の通過に伴い負圧が生じ、その負圧を利用して水中に空気が取り込まれて混入される作用を利用している。
オゾン処理装置２７におけるエゼクタ３４で気液混合が行われる際に、水の流速の低下や装置の一時停止等によりエゼクタ３４から漏洩する水がある場合は、受け皿３７で受けられ、漏洩した水は排水ホース３８を通って水浄化ユニット１２の外へ排出される。

貯水タンク１１には、第３水路１５が接続された流入ポート３９、オーバーフロー管４０が接続されたオーバーフロー用ポート４１、給水栓に接続される第１流出ポート４２および第４水路１６が接続された第２流出ポート４３が備えられている。また、貯水タンク１１には水位センサ４４が備えられており、貯水タンク１１内に溜まった水が下限水位またはそれ以下であるか、上限水位（満水位）であるかが検出できる。

この実施形態に係る水処理システム１０には、オゾン処理装置２７に関連して操作・制御部４５が備えられており、操作・制御部４５は、水処理システム１０に含まれる検出器や電気部品等と接続されている。
図２は、操作・制御部４５およびそれに接続された部品を表わす電気的なブロック図である。

操作・制御部４５には、前述した水位センサ４４、圧力センサ２８からの信号が与えられる。操作・制御部４５では、これらの信号を参酌し、オゾナイザー３５、循環ポンプ２５、第１ボールバルブ２１、第２ボールバルブ２３、排水バルブ３１および汲み上げポンプ１８の駆動を制御する。操作・制御部４５は、さらに、濾過器２６が目詰まりを生じた場合には、それを知らせるべく、目詰まり報知器４６を動作させる。目詰まり報知器４６は、たとえば目詰まり報知ランプや目詰まり報知ブザー等で構成することができる。

また、操作・制御部４５には、メモリとしてのテーブル４５１が備えられている。テーブル４５１には、第１目詰まり圧Ｐ１および第２目詰まり圧Ｐ２（但し、Ｐ１＞Ｐ２）が設定されている。
図３、図４および図５は、図２に示す操作・制御部４５により実行される制御動作を表わすフローチャートである。

操作・制御部４５では、図３に示す浄化運転制御が行われる。浄化運転制御では、まず、水位センサ４４により貯水タンク１１の水位が検知され、貯水タンク１１に溜まった水が下限水位以下か否かの判別がされる（ステップＳ１）。下限水位以下では、貯水タンク１１に水を追加供給する必要があるので、給水浄化運転が行われる（ステップＳ２）。
一方、貯水タンク１１の水位が下限水位以下でない場合には、上限水位以上か否かの判別がされる（ステップＳ３）。そして水位センサ４４による検出水位が上限水位以上である場合、すなわち貯水タンク１１に水が満たされている場合には、貯水タンク１１の水を汲み出して浄化して戻すという循環浄化運転が行われる（ステップＳ４）。

図４は、図３のステップＳ２で行われる給水浄化運転の制御内容を表わすフローチャートである。
図４を参照して、給水浄化運転が開始されると、第１ボールバルブ２１および第２ボールバルブ２３が開かれ、排水バルブ３１が閉じられる（ステップＳ１１）。そして汲み上げポンプ１８がオンされる（ステップＳ１２）。これにより水源の水が汲み上げられる。さらに水浄化ユニット１２内の循環ポンプ２５がオンされる（ステップＳ１３）。その後、一定時間（たとえば１０秒）経過後にオゾナイザー３５がオンされる（ステップＳ１４）。

汲み上げポンプ１８および循環ポンプ２５がオフ時に、オゾン供給用の気体配管３６に介在された逆止弁３６１、３６２に異物詰まりなどの異常があった場合には、オゾナイザー３５に水が侵入することがある。オゾナイザー３５に水が侵入した状態でオゾナイザー３５がオンにしないように、循環ポンプ２５のオン後で侵入した水がエゼクタ３４により吸い込まれて完全になくなる時間（たとえば１０秒）だけ経過した後に、オゾナイザー３５がオンされるように安全面が考慮された処理動作が行われる。

なお、図１では、２つの逆止弁３６１、３６２が気体配管３６に介在されているが、逆止弁は１つであってもよい。
また、オゾナイザー３５に水漏れセンサを設け、水が侵入していないのを確認してからオゾナイザー３５をオンにする構成にしてもよい。
その後、圧力センサ２８によりフィルタ２６に供給される水の水圧が検出され、検出水圧が予め定める圧力Ｐ１か否かの判別がされる（ステップＳ１５）。この圧力Ｐ１は、テーブル４５１に予めストアされた第１目詰まり圧であり、相対的に高い圧力である。なお、圧力センサ２８は、圧力Ｐ１を検出する前に圧力Ｐ２を検出することになる（Ｐ１＞Ｐ２なので）が、圧力センサ２８による圧力Ｐ２の検出は、この処理においては無視される。

濾過器２６が目詰まりをしていなければ、ステップＳ１５の判断は否定され、処理はリターンする。
一方、圧力センサ２８の検出圧力が第１目詰まり圧Ｐ１以上になったことが判別されると（ステップＳ１５でＹＥＳ）、操作・制御部４５は目詰まり報知器４６を用いて目詰まり報知を行う（ステップＳ１６）。具体的には、たとえば目詰まりランプを点灯または点滅させたり、目詰まりブザーを鳴動させること等により報知が行われる。

そして、オゾナイザー３５がオフされ、汲み上げポンプ１８がオフされ、循環ポンプ２５がオフされ、第１ボールバルブ２１および第２ボールバルブ２３が閉じられて、排水バルブ３１が開かれる（ステップＳ１７）。
その後は、管理者によるフィルタ交換等が行われ、装置が再動作されることになる。
このように、給水浄化運転では、目詰まり報知は、圧力センサ２８の検出圧力が予め定める相対的に高い第１目詰まり圧Ｐ１以上になったときに行われる。これにより、濾過器２６が実質的に目詰まりしていないにもかかわらず、目詰まりであると誤検知されることを防止できる。

図５は、循環浄化運転における制御処理の内容を表わすフローチャートである。
図５を参照して、循環浄化運転がスタートすると、循環浄化するか否かの判別がされる（ステップＳ２１）。
循環浄化すると判別されると、第１ボールバルブ２１および第２ボールバルブ２３が開かれ、排水バルブ３１が閉じられる（ステップＳ２２）。また、循環ポンプ２５がオンされる（ステップＳ２３）。さらに、オゾナイザー３５がオンされる（ステップＳ２４）。この場合も、循環ポンプ２５のオンから、一定時間、たとえば１０秒間遅れてオゾナイザー３５がオンされる構成とするのが望ましい。

これにより、貯水タンク１１に溜まった水は第４水路１６および第２水路１４を通って水浄化ユニット１２へ与えられ、浄化された後、第３水路１５を通って貯水タンク１１へ戻されるように循環される。
操作・制御部４５では、循環浄化中に、圧力センサ２８の検出圧力に基づいて濾過器２６の目詰まりを判別する。すなわち、圧力センサ２８の検出圧力が予め定める相対的に低い第２目詰まり圧Ｐ２（Ｐ２＜Ｐ１）以上になったか否かの判別がされる（ステップ２５）。

濾過器２６が目詰まりをしていない場合には、ステップＳ２５の判別は否定され、処理はリターンする。
一方、ステップ２５において、圧力センサ２８が相対的に低い第２目詰まり圧Ｐ２以上の圧力を検出した場合は、濾過器２６の濾材が目詰まりをしている可能性が高いので、濾材（フィルタ）の交換やメンテナンスを知らせるために、目詰まり報知が行われる（ステップＳ２６）。そして、オゾナイザー３５がオフされ、循環ポンプ２５がオフされ、第１ボールバルブ２１および第２ボールバルブ２３が閉じられて、排水バルブ３１が開かれる（ステップＳ２７）。

このように装置が停止されるので、管理者によるフィルタ交換等を待つことになる。
ステップＳ２１において、循環浄化しない場合、たとえば貯水タンク１１に水が満たされてはいるが、一定時間の循環浄化が既に終わったときや、循環浄化を停止する旨の信号が与えられているときには、循環ポンプ２５がオフされ（ステップＳ２８）、オゾナイザー３５がオフされ（ステップＳ２９）、処理はリターンする。

図６に、水処理システム１０の給水浄化運転および循環浄化運転のタイムチャートの一例を示す。
水処理システム１０は、循環浄化運転の運転態様を、「ＬＯＷ」「ＭＩＤ」「ＨＩＧＨ」と３つのコースに切り換え可能にされている。
貯水タンク１１に水が溜まっていない運転初期には、汲み上げポンプ１８および循環ポンプ２５が駆動され、オゾナイザー３５が駆動されて、給水浄化運転が行われる。給水浄化運転は、コースの切り換えにかかわらず、いずれのコースにおいても同様に行われる。

次いで、貯水タンク１１に水が満たされると、貯水タンク１１の水位が上限水位から下限水位になるまでの間は、循環浄化運転が行われる。循環浄化運転の内容は、上述したように、３つのコースのいずれかに切り換え可能である。
運転コースが「ＬＯＷ」の場合は、循環浄化運転は、循環ポンプ２５およびオゾナイザー３５が２時間連続オンされ、その後、４５分オフ、１５分オンが繰り返される。

運転コースが「ＭＩＤ」の場合は、循環浄化運転は、まず４時間連続して循環ポンプ２５およびオゾナイザー３５がオンされ、その後３０分のオフおよび３０分のオンの繰り返しとなる。
運転コースが「ＨＩＧＨ」の場合は、循環浄化運転は、常時、循環ポンプ２５およびオゾナイザー３５がオンとなる。

そして、いずれの運転コースの場合も、水位センサ４４によって貯水タンク１１の水位が下限水位になることにより循環浄化運転は一旦終了する。そして、給水浄化運転に切り換わり、貯水タンク１１が上限水位になるまで給水浄化運転が行われる。給水浄化運転では、前述したように、汲み上げポンプ１８および循環ポンプ２５がオンされ、かつ、オゾナイザー３５がオンされる。

なお、水処理システム１０の電源がオフされた状態では、給水浄化運転も循環浄化運転も行われない。
この実施形態においては、濾過器２６の目詰まりを濾過器２６に与えられる水の水圧により判別するものとし、その水圧を検知する圧力センサ２８の検出圧力が、水源の水を汲み上げて浄化する場合と、貯水タンク１１の水を循環させて浄化する場合とで異ならせた。この結果、実際に濾過器２６が目詰まりをしていないにもかかわらず、目詰まりをしたとの誤検知がされることがなく、濾過器２６の目詰まりを正しく検出し、誤って装置を停止させたり、濾過器のメンテナンスを報知したりするといった不具合を無くすることができる。

図４に示すフローチャートのステップＳ１５における圧力センサ２８が圧力Ｐ１以上を検出したか否かの判断、および、図５に示すフローチャートのステップＳ２５における圧力センサ２８が圧力Ｐ２以上を検出したか否かの判断は、いずれも、圧力センサ２８が瞬間的に圧力Ｐ１または圧力Ｐ２を検出したことにより判断を肯定するのではなく、圧力センサ２８の検出圧力が一定時間継続されたり、一定回数得られたりしたことにより、判断を肯定するのが好ましい。圧力センサ２８がエラー出力を出した場合、そのようなエラー信号を除去できるからである。

この発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。

この発明の一実施形態に係る水処理システムの全体構成を示すブロック図である。 操作・制御部４５およびそれに接続された部品を表わす電気的なブロック図である。 浄化運転制御動作を示すフローチャートである。 給水浄化運転の制御内容を示すフローチャートである。 循環浄化運転の制御内容を示すフローチャートである。 水処理システム１０における給水浄化運転および循環浄化運転の内容の一例を示すタイムチャートである。

符号の説明

１０ 水処理システム
１１ 貯水タンク
１２ 水浄化ユニット
１３ 第１水路
１４ 第２水路
１５ 第３水路
１６ 第４水路
２５ 循環ポンプ
２６ 濾過器
２７ オゾン処理装置
２８ 圧力センサ
３４ エゼクタ
３５ オゾナイザー
４５ 操作・制御部
４６ 目詰まり報知器

Claims (4)

1. 水を溜めるための貯水タンクと、
   水浄化ユニットと、
   水源の水を前記水浄化ユニットを経由させて浄化し、前記貯水タンクへ供給するための給水路と、
   前記貯水タンクに溜められた水を取り出し、前記水浄化ユニットを経由させて浄化し、前記貯水タンクへ戻すための循環水路とを備え、
   前記水浄化ユニットは、
   水を移送するための水移送装置と、
   前記水移送装置により移送される水を通過させ、通過の際に水に含まれる不純物を濾過するための濾過器と、
   前記濾過器で濾過された水にオゾンを混入するためのオゾン処理装置と、
   前記濾過器へ移送される水の圧力を検出するための圧力検出器とを含み、
   前記給水路を通って水源の水が前記水浄化ユニットに与えられる際には、前記圧力検出器が相対的に高い第１目詰まり圧を検出したことに応じて、前記濾過器が目詰まりと判別し、前記循環水路を通って前記貯水タンクの水が前記水浄化ユニットに与えられる際には、前記圧力検出器が相対的に低い第２目詰まり圧を検出したことに応じて、前記濾過器が目詰まりと判別する目詰まり制御手段を設けたことを特徴とする、水処理システム。
2. 前記目詰まり制御手段は、前記給水路を通って水源の水が前記水浄化ユニットへ与えられる際には、前記圧力検出器が前記第２目詰まり圧を検出しても、前記濾過器が目詰まりとは判別しないことを特徴とする、請求項１記載の水処理システム。
3. 前記目詰まり制御手段は、前記圧力検出器が前記第１目詰まり圧または第２目詰まり圧を検出し、その検出状態が一定時間継続したか、または、検出状態が所定回数になったときに、前記濾過器が目詰まりであると判別し、目詰まり報知を行うことを特徴とする、請求項１または２記載の水処理システム。
4. 前記目詰まり制御手段は目詰まりと判別したことに応答して、前記水移送装置を停止させることを特徴とする、請求項３記載の水処理システム。

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