JP5358169B2 - 浄水装置 - Google Patents

Description

本発明は、井戸などの水源から取水した原水に含まれる鉄やマンガンなどの不純物を除去して浄化する浄水装置に関する。

この種の浄水装置は、井戸水に含まれる鉄・マンガンイオンなどを除去するとともに、除菌するためにセラミック製ろ過砂や、その表面に二酸化マンガンをコーティングした除マンガン用ろ過材などを内部に充填したろ過槽を使用して、井戸水を飲用水として利用できるようにしている。

また、ろ過槽の１次側には、除菌・酸化剤としての次亜塩素酸ナトリウムを注入する塩素注入装置を設置している。塩素注入装置は、次亜塩素酸ナトリウムを貯留しておく薬液槽と液位計、ろ過流量を検出するための磁石付き回転翼を有する流量比例注入用の流量検出部、ろ過流量に比例した一定量の次亜塩素酸ナトリウムを注入するダイヤフラムポンプ、原水が通過する配管及び薬液注入部などから構成されている（例えば、特許文献１参照。）。

そして、塩素注入装置により注入された次亜塩素酸により、原水に含まれる鉄イオンを酸化して不溶性の水酸化第二鉄にすることにより、ろ過材にて捕捉している。

また、原水中のマンガンイオンは、次亜塩素酸によって酸化・析出することはなく、ろ過槽内部のマンガンコーティングろ過材の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することが知られている。

ろ過材表面の水和二酸化マンガンは、残留している次亜塩素酸によって常に活性化されており、原水に適正な濃度の次亜塩素酸ナトリウムを注入することが極めて重要である。

一般的な除鉄、除マンガン装置は、鉄製の円筒状ろ過槽上部に流入口を設け、内部には上方に吐出ロを有する散水管が接続されている。下部には複数のスリット状の孔を有する樹脂製のフィルターが接続された連結管が設けられ、連結管はろ過槽底部の接続口に接続され、接続口は外部へ突出した連結管が接続されている。

また、ろ過槽の流入側にろ過経路と逆洗排水経路を切り替える逆洗排水用の３方弁を接続し、ろ過槽の流出側にろ過・逆洗切替用の３方弁を接続している。さらに、上記のろ過・逆洗切替用の３方弁の２次側に逆洗直後の汚濁水を排出する洗浄排水弁を設けている。これら３個の３方弁により「ろ過・処理水逆洗・洗浄運転」を行っている。

また、高濃度の鉄・マンガンを除去する場合、逆洗水自体が高濃度の汚濁水のため、逆洗運転によるろ過材の再生能力が低下してしまう。

これを防止するために、２次側の処理水を貯留する受水槽から逆洗ポンプで取水してろ過槽へ送水するといつた、処理水により逆洗する方式が従来より採用されている。

次亜塩素酸ナトリウムは、不安定な気化性液体であり、保存温度(３０℃以上では顕著)や、紫外線などにより自己分解し、下記の化学式のように主に酸素ガスを発生して、有効塩素濃度が低下していくことが知られている。２ＮａＣｌＯ→２ＮａＣｌ＋Ｏ_２
特開２００３−１６４７１０号公報

しかしながら、従来においては、上記した注入装置に使用されているダイヤフラムポンプは、小型で装置内に組込みやすく、そのポンプ特性は精密注入に適しているが、薬液槽、吸込管、ダイヤフラムポンプのケーシングの内部に酸素ガスの気泡が発生すると、この気泡を排出するのが困難で、いわゆる「ガスロック」と呼ばれる注入不良を起こす虞れがあった。

これらの問題は、原水の鉄・マンガン濃度が高い場合やアンモニアが存在する場合など、薬液槽に貯留する薬液に１２％原液を使用したり、注入濃度を高く設定する必要がある場合に顕著であった。

本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、酸化剤の供給経路内に発生する酸素ガスの気泡を容易に排出して酸化剤を良好に注入できるようにした浄水装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、原水を供給する原水ポンプと、この原水ポンプによって供給される原水を流入させて前記原水に含まれる不純物を除去するろ過槽と、このろ過槽の一次側に設けられる注入部、及びこの注入部に注入管を介して接続される注入ポンプを有し、前記注入ポンプの作動により前記原水に含まれる不純物を酸化させるための薬液を注入する注入手段と、前記ろ過槽の二次側に接続され、前記ろ過槽でろ過された浄化水、或いは前記ろ過槽を洗浄した洗浄水を流す配管と、この配管から排出される浄化水を収容する処理水槽と、前記配管の中途部に設けられ、開放することにより前記配管内を流れる前記洗浄水を前記配管の中途部から排水させる洗浄排水弁と、外気温度を検出する温度検出部と、この温度検出部が設定温度より高い温度を検出した時刻に前記原水ポンプの運転を停止させて前記洗浄排水弁を開放させ、前記ろ過槽内の圧力が大気圧程度まで低下する時間が経過したのち前記注入ポンプを強制的に作動させて滞留ガス排出運転を前記注入ポンプのケーシング内の滞留ガスが排気されるまでの間行なうように制御する制御手段とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、酸化剤の供給経路内に発生する酸素ガスの気泡を容易に排出して酸化剤を良好に注入できるようにした浄水装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態である浄水装置の通水径路を示す構成図である。

図中１は水源としての井戸で、この井戸１には水中ポンプ２が投入されている。水中ポンプ２の吐出口２ａには流通路としての通水管３を介してろ過槽６が接続されている。

ろ過槽６の内部にはアンスラサイトやろ過砂、表面に二酸化マンガンをコーティングしたセラミック製のろ過砂などのろ過材１１が一定の高さの層をなして収容されている。さらに、ろ過槽６内の下部側には、スリット状の孔を有する樹脂製のフィルタ１４が設けられている。また、ろ過槽６の側面下部には流出管１５を介して貯留槽としての処理水槽１７が接続され、流出管１５の中途部には洗浄水を排出するための洗浄排水弁３４が設けられている。

処理水槽１７の下部側には、給水管１９を介して給水設備（図示しない）が接続され、給水管１９の中途部には給水ポンプ２２が設けられている。さらに、処理水槽１７の下部側には、通水管２３を介してろ過槽６の下部部側が接続され、通水管２３の中途部には逆洗ポンプ２４が設けられている。

一方、上記したろ過槽６の近傍には、注入ポンプとしてのダイヤフラムポンプ５ａ、薬液槽５ｂを備える注入手段としての注入装置５が設けられ、ろ過槽６の一次側には薬液注入部９、及び逆洗弁３３が設けられている。注入装置５内のダイヤフラムポンプ５ａと薬液注入部９とは、注入管としての薬液供給管２５を介して接続されている。

ろ過槽６の二次側には流量検出手段としての流量検出部８が設けられている。流量検出部８は磁石付き回転翼（図示せず）を備え、この磁石付き回転翼が流出管１５内を流通する水量に応じて回転し、その回転に応じて前記磁石の移動で生じるパルスを読み取って流量を検出するようになっている。

そして、この流量検出部８により検出された流量に応じた量の薬液が薬液注入部９から通水管３内を流通する原水に注入されるようになっている。なお、流量検出部８は、ろ過槽の流入側に設けるものであってもよい。

また、注入装置５の近傍には外気温度を検出する温度検出手段としての温度検出部２８が設けられている。

図２は上記した浄水装置の制御系２６を示すブロック図である。

上記した流量検出部８、及び温度検出部２８は検出回路を介して制御手段としての制御部３２に接続され、さらに、制御部３２にはろ過運転の開始ボタン２９が接続されている。

また、制御部３２には制御回路を介して上記した注入装置５のダイヤフラムポンプ５ａ，原水ポンプとしての水中ポンプ２、給水ポンプ２２、逆洗ポンプ２４、及び逆洗弁３３、さらに洗浄排水弁３４が接続されている。制御部３２には操作ボタン３２ａが設けられている。

制御部３２は、一定時間もしくは、任意に設定された時刻に、水中ポンプ２への「強制停止信号」を出力したあと、洗浄排水弁３４を開放して注入装置５のダイヤフラムポンプ５ａを強制的に作動させてポンプケーシング内部や配管内に滞留するガスを排出するための滞留ガス排出運転を行なうように制御するようになっている。

また、制御部３２は、ろ過運転時には流量検出部８からの検出信号に基づいて注入装置５へ注入速度信号を出力し、上記した滞留ガス排出運転時には、注入装置５を最大注入速度で運転するように制御するようになっている。

また、制御部３２は、温度検出部２８が一定温度(例えば２５℃)、若しくは、任意に設定された気温より高い温度を一定時間(例えば１時間)継続して検出した場合には、滞留ガス排出運転を行なうように制御するようになっている。

さらに、制御部３２は、流量検出部８からの検出信号に基づいて、一定時間の間、ろ過運転がなく、注入装置５の運転が停止されていると判断した場合には、滞留ガス排出運転を行なうように制御するようになっている。

また、制御部３２は、温度検出部２８の検出温度が一定温度(例えば３℃)以下である場合には、夜間の一定時刻(例えば:ＡＭ０)、或いは、任意に設定された時刻(例えば：ＰＭ９、ＡＭ０、ＡＭ３)に、逆洗弁３３を開放して逆洗運転を行なったのち、洗浄排水弁３４を開放して洗浄運転を行なうように制御するようになっている。

また、制御部３２は、操作ボタン３２ａが押圧操作されると、洗浄排水弁３４を開放し、ろ過槽６内部の水を自動的に排水し、一定時間経過後(例えば３分)、もしくは再度、操作ボタン３２ａが操作されるのに基づいて洗浄排水弁３４を閉塞して、通常のろ過運転に戻すように制御するようになている。

なお、制御部３２において、電源ＯＮ時に自動的に上記の洗浄運転に移行して、一定時間経過後にろ過運転に戻るようにしてもよい。

次に、上記した浄水装置の作用について説明する。

（浄化運転）
浄化運転時には、ろ過運転開始ボタン２９が操作されるのに基づいて制御部３２により、水中ポンプ２が駆動され、井戸１の原水（井戸水）が汲み上げられる。この原水は通水管３を介してろ過槽６内に送られ、ろ過材１１を通過する。これにより原水中に含まれる鉄やマンガンなどの不純成分が捕捉除去され、清澄な浄化水となってろ過槽６の内底部に至る。浄化された浄化水はフィルタ１４を通して流出管１５内に流出され、この流出管１５を介して処理水槽１７に送られる。処理水槽１７内に収容された浄化水は給水ポンプ２２の駆動により給水管１９を介して給水設備（図示しない）に送られ、各種の用途に使用される。

この浄化運転時には、ろ過槽６から流出管１５に流出される浄化水の流量が流量検出部８によって検出される。この検出情報は送信回路を介して制御部３２に送信され、制御部３２はその検出流量値に応じた量の薬液を注入装置５から注入するようにダイヤフラムポンプ５ａの駆動を制御する。この注入された薬液（酸化剤）はろ過槽６内に送り込まれる。この浄化運転が継続されると、ろ過材１１に鉄やマンガンなどの不純成分が徐々に蓄積され、所定量以上蓄積されると、正常にろ過できなくなるため、浄化運転から逆洗運転に切替えられる。不純成分が所定量以上蓄積されたか否かの判断は、制御部３２によって行なわれ、不純成分が所定量以上蓄積された場合には、浄化運転から逆洗運転に切替えられる。

（逆洗運転）
逆洗運転時には、制御部３２により水中ポンプ２の運転が停止され、逆洗弁３３が開放されて逆洗ポンプ２４が運転される。この逆洗ポンプ２４の運転により処理水槽１７内の浄化済みの清澄水が通水管２３を介してろ過槽６に送られる。この清澄水は、フィルタ１４を介してろ過槽６の内底部に噴出される。噴出された清澄水は、ろ過材１１の下層から上層に向って流通して逆洗弁３３から排出される。

この逆洗運転時には、清澄水が浄化運転時とは逆にろ過材１１の下層から上層に向って逆流するように流通し、その清澄水でろ過材１１がすすがれ、不純成分のほとんどが分離除去される。そして清澄水は、不純成分を含むことにより汚水となり、この汚水が逆洗弁３３から捨て水として外部に排出され、所定の廃棄部に廃棄される。

この逆洗運転は、制御部３２による制御により所定時間行なわれて終了するが、この逆洗運転の直後には、ろ過槽６内に汚濁水が残留しているため、洗浄運転に切替えられる。

（洗浄運転）
洗浄運転時には、制御部３２により逆洗ポンプ２４の運転が停止されて洗浄排水弁３４が開放され、水中ポンプ２が運転される。水中ポンプ２の駆動により井戸水がろ過槽６に送られる。この井戸水は、フィルタ１４を介してろ過槽６の内底部に流されたのち、流出管１５に流されて洗浄排水弁３４から排出される。

ところで、上記した注入装置５のダイヤフラムポンプ５ａは、小型で装置内に組込み易く、そのポンプ特性は精密注入に適しているが、薬液槽５ｂ、吸込管、ダイヤフラムポンプ５ａのケーシングの内部に酸素ガスの気泡が発生すると、この気泡を排出するのが困難となり、いわゆる「ガスロック」と呼ばれる注入不良を起こす虞れがある。

この問題は、原水の鉄・マンガン濃度が高い場合やアンモニアが存在する場合など、薬液槽５ｂに貯留する薬液に１２％原液を使用したり、注入濃度を高く設定する必要がある場合に顕著であった。

そこで、この実施の形態では、温度検出部２８が設定温度より高い温度を検出した時刻に、制御部３２により、水中ポンプ２への「強制停止信号」を出力したあと、洗浄排水弁３４を開放して流出管１５内の圧力が十分に低下するまで時間（例えば３０秒）が経過したのち、注入装置５のダイヤフラムポンプ５ａを強制的に、滞留ガスを十分に排出できる時間（例えば３０秒）運転する（滞留ガス排出運転）。このときには、洗浄排水弁３４の開放によりろ過槽６の内部と薬液注入部９の圧力とが大気圧程度まで低下され、ダイヤフラムポンプ５ａのケーシング内部の圧力も大気圧程度に低下されるため、酸素ガスの気泡が圧縮されることなく、ポンプケーシング内部や配管内から排出されることになる。

また、制御部３２は、上記したろ過運転時には、流量検出部８からの検出信号に基づいて注入装置５への注入速度信号を出力し、上記した滞留ガス排出運転時には、注入装置５を最大注入速度で運転する。これにより、滞留ガスを排出する時間を短縮することができる。

一方、上記した薬液槽５ｂ、吸込管、ダイヤフラムポンプ５ａのケーシング内部の酸素ガスの気泡発生量は外気温が高いほど多くなり、ガスロックも発生し易くなる。

そこで、この実施の形態では、温度検出部２８からの検出信号が酸化剤が分解、気化しやすくなる温度(例えば２５℃)、もしくは任意に設定された温度より高い状態が一定時間(例えば１時間)継続するのに基づいて、制御部３２は上記した滞留ガス排出運転を強制的に行なってダイヤフラムポンプ５ａの吸込配管内部などに発生した酸素ガスを吸引し排出する。

さらに、制御部３２は、流量検出部８からの検出信号に基づいて、一定時間の間、ろ過運転がなく、注入装置５が停止していると判断した場合には、薬液槽５ｂや注入部９などに気泡が発生している虞があるため、上記した滞留ガス排出運転を強制的に行なってダイヤフラムポンプ５ａの吸込配管内部などに発生した酸素ガスを吸引し排出する。

また、制御部３２は、温度検出部２８からの検出温度（または配管温度）が、３℃以下であり、かつ夜間の時刻(例えば:ＡＭ０)、或いは、任意に設定された時刻(例えば：ＰＭ９、ＡＭ０、ＡＭ３)に、逆洗弁３３を開放して逆洗運転を行なったのち、逆洗弁３３を閉塞して洗浄排水弁３４を開放し水中ポンプ２を作動させて洗浄運転を行なう。これにより、暖かい井戸水が通水され、ろ過槽６、電動弁、配管などを保温することができる。

また、初期通水時には、ろ過槽６内部のろ過材１１から大量の微粒子粉末が発生するが、このときには、制御部３２の操作ボタン３２ａを押圧操作する。これにより、洗浄排水弁３４が開放され、ろ過槽６内部の水が自動的に排水される。そして、一定時間経過後(例えば３分)、もしくは再度、操作ボタン３２ａが押圧操作された時点で、洗浄排水弁３４が閉塞され、通常のろ過運転に戻される。

なお、初期通水時には、電源ＯＮと同時に洗浄排水弁３４が開放してろ過槽６内部の水を自動的に排水して一定時間経過後に通常のろ過運転に戻るようにしてもよい。

上記したように、この実施の形態によれば、制御部３２により、一定時間もしくは、任意に設定された時刻に、水中ポンプ２への「強制停止信号」を出力したあと、洗浄排水弁３４を開放してダイヤフラムポンプ５ａのケーシング内部の圧力を大気圧程度にしてから、ダイヤフラムポンプ５ａを運転するため、酸素ガスがケーシング内部で圧縮されることがなく、容易に排出することができ、いわゆる「ガスロック」と呼ばれる注入不良を確実に防止できる。

また、ろ過運転時には、制御部３２により、流量検出部８からの検出信号に基づいて、注入装置５への注入速度信号を出力し、上記したダイヤフラムポンプ５ａの強制運転時には、注入装置５を最大注入速度で運転するため、注入装置５の流量比例制御及び、滞留ガス排出運転を一元的に制御することが可能である。

また、一定(例えば２５℃)、若しくは、任意に設定された気温より高い状態が一定時間(例えば１時間)、継続した場合には、ダイヤフラムポンプ５ａのケーシング内部の圧力を大気圧程度にして、強制的に注入装置５のダイヤフラムポンプ５ａを運転するため、外気温が高くて酸素ガスの発生量が増大しても、ガスロックの発生を確実に防止できる。

さらに、一定時間の間、ろ過運転がなく注入装置５が停止していた場合にも、注入装置５を強制的に運転するため、ダイヤフラムポンプ５ａの吸込配管内部などに発生した酸素ガスを吸引し排出することができ、ガスロックの発生を確実に防止できる。

また、夜間の一定時刻(例えば：ＡＭ０)、或いは、任意に設定された時刻(例えば：ＰＭ９、ＡＭ０、ＡＭ３)に、逆洗運転と洗浄運転を行って暖かい井戸水を通水してろ過槽、電動弁、配管などを保温するため、電気ヒータを用いた場合のように煩雑な作業を必要とすることがないとともに、経済的である。

なお、この逆洗・洗浄運転は、通常の逆洗・洗浄運転と同じであるため、通常の逆洗運転のために設定された時刻と一致しても問題はなく、凍結防止運転の必要のない温暖な時期には動作しないため、断水が頻繁になることもない。

ろ過装置６の初期通水時には、洗浄排水弁３４を開いてろ過槽６内部の水を自動的に排水したのち、洗浄排水弁３４を閉塞して通常のろ過運転に戻すため、ろ過槽６内部のろ過材１１から発生する大量の微粒子粉末を洗浄排水弁３４より排出することができ、微粒子粉末が２次側に流出するといった重大事故を防止することができる。

なお、この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。

本発明の一実施の形態である浄水装置を示す概略的構成図。 図１の浄水装置の制御系を示すブロック図。

符号の説明

２…水中ポンプ（原水ポンプ）、５ａ…ダイヤフラムポンプ（注入ポンプ）、５…注入装置（注入手段）、６…ろ過槽、８…流量検出部、９…注入部、２５…薬液供給管（注入管）、２８…温度検出部、３３…逆洗弁、３２ａ…操作ボタン、３２…制御部（制御手段）、３４…洗浄排水弁。

Claims (6)

1. 原水を供給する原水ポンプと、
   この原水ポンプによって供給される原水を流入させて前記原水に含まれる不純物を除去するろ過槽と、
   このろ過槽の一次側に設けられる注入部、及びこの注入部に注入管を介して接続される注入ポンプを有し、前記注入ポンプの作動により前記原水に含まれる不純物を酸化させるための薬液を注入する注入手段と、
   前記ろ過槽の二次側に接続され、前記ろ過槽でろ過された浄化水、或いは前記ろ過槽を洗浄した洗浄水を流す配管と、
   この配管から排出される浄化水を収容する処理水槽と、
   前記配管の中途部に設けられ、開放することにより前記配管内を流れる前記洗浄水を前記配管の中途部から排水させる洗浄排水弁と、
   外気温度を検出する温度検出部と、
   この温度検出部が設定温度より高い温度を検出した時刻に前記原水ポンプの運転を停止させて前記洗浄排水弁を開放させ、前記ろ過槽内の圧力が大気圧程度まで低下する時間が経過したのち前記注入ポンプを強制的に作動させて滞留ガス排出運転を前記注入ポンプのケーシング内の滞留ガスが排気されるまでの間行なうように制御する制御手段と
   を具備することを特徴とする浄水装置。
2. 前記ろ過槽の一次側、若しくは二次側に流量検出部を設け、
   前記制御手段は、前記流量検出部からの検出信号に基づいて前記注入ポンプによる薬液の注入速度を制御し、前記滞留ガス排出運転時には、前記薬液の注入速度を前記注入ポンプの定格の最大注入速度として制御し、滞留ガスの排出時間を短縮したことを特徴とする請求項１記載の浄水装置。
3. 前記制御手段は、前記温度検出部によって検出される気温が前記薬液が分解、気化する温度より高い状態が一定時間継続するのに基づいて前記滞留ガス排出運転を行なうように制御することを特徴とする請求項１または２記載の浄水装置。
4. 前記制御手段は、前記流量検出部の検出信号に基づいて一定時間、前記注入ポンプの運転が停止していると判断した場合には、前記滞留ガス排出運転を行なうように制御することを特徴とする請求項２記載の浄水装置。
5. 逆洗運転用の逆洗弁を備え、
   前記制御手段は、前記温度検出部の検出温度が３℃以下であり、かつ夜間の時刻に、前記逆洗弁を開放して逆洗運転させたのち、前記洗浄排水弁を開放して洗浄運転を行なって前記原水を通水するように制御することを特徴とする請求項３記載の浄水装置。
6. 前記制御部は操作ボタンを有し、初期運転時に前記操作ボタンが操作されることにより、前記洗浄排水弁を開放して前記ろ過槽内部から流出されてくる微粒子粉末を含んだ水を前記配管の中途部から排水し、一定時間経過後、若しくは再度、前記操作ボタンが操作されることにより、通常のろ過運転に戻すように制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の浄水装置。

Images