WO2022004143A1

WO2022004143A1 - 水処理装置および圧力調整弁

Info

Publication number: WO2022004143A1
Application number: PCT/JP2021/018056
Authority: WO
Inventors: 崇榊原; 美咲佐岡; 和大齋藤
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2021-05-12
Publication date: 2022-01-06

Abstract

本開示の水処理装置は、濾材を内包し、原水を濾過して処理水を吐出する濾過部と、濾過部に接続され、濾過部に原水を流入させる原水流入配管と、原水流入配管に設けられ、原水流入配管の経路内において原水に薬剤を添加する薬剤供給部と、濾過部に接続され、濾過部から濾過後の処理水を取り出す浄水吐出配管と、原水のうち薬剤供給部に供給されない原水を排水する余剰排水管と、を備える。原水流入配管には、供給された原水を薬剤供給部よりも上流側の原料流入配管および余剰排水管に分岐するバイパス排水分岐部が設けられる。余剰排水管には、余剰排水管に流れる原水の流量を調整する流量調整部（９１）が設けられる。

Description

水処理装置および圧力調整弁

　本開示は、濾過と薬剤添加とによって水を浄化する水処理装置に関するものである。

　従来、水処理装置における酸化剤の供給には、固体の酸化剤を水に接触させる薬剤供給装置が用いられている。例えば、井戸水を浄水処理する場合には、固体の次亜塩素酸カルシウムを徐々に溶かす薬剤供給装置を用いて、浄水処理対象となる原水を酸化させることが可能である。

　定量ポンプにより原水に薬剤を注入するシステム、もしくは流量に関わらず一定量の薬剤を原水に溶出させる薬剤供給装置においては、原水の流量が増加した際において、薬剤の濃度が低下する。

　図８は、従来の固形薬剤供給装置の一例を示す。図８に示す通り、固形薬剤供給装置９０１は、取水口９０２から原水を流入させて水溶性固形薬剤９０３に原水を接触させる構成である。固形薬剤供給装置９０１は、取水口９０２から流入した原水の流量が一定の範囲内で増えた際に、薬剤接触相９０４内の水位が上昇することにより、原水に接触させる水溶性固形薬剤９０３の量を増加させることが可能である。この機構により、原水の流量が上昇した際も薬剤の溶出量が上昇し、薬剤の濃度低下を抑えることが可能である（例えば、特許文献１参照）。

実公昭５８－４９８３６号公報

　このような従来の水処理装置においては、原水への薬剤の添加量を調整し、所望の濃度の薬液を得る必要がある。特に、簡単な構成によって所望の濃度の薬液が得られることが望まれている。

　そこで本開示は、水処理装置内部において、固形薬剤供給装置に過剰な水流および圧力がかかることを抑制することにより、薬剤を浸す原水の水圧および水流を制限し、所望の濃度の薬液を得ることができる水処理装置を提供することを目的としている。

　本開示に係る水処理装置は、濾材を内包し、原水を濾過して処理水を吐出する濾過部と、濾過部に接続され、濾過部に原水を流入させる原水流入配管と、原水流入配管に設けられ、原水流入配管の経路内において原水に薬剤を添加する薬剤供給部と、濾過部に接続され、濾過部から濾過後の処理水を取り出す浄水吐出配管と、原水のうち薬剤供給部に供給されない原水を排水する余剰排水管と、を備える。原水流入配管には、供給された原水を薬剤供給部よりも上流側の原料流入配管および余剰排水管に分岐するバイパス排水分岐部が設けられる。余剰排水管には、余剰排水管に流れる原水の流量を調整する流量調整部が設けられる。

　また、本開示に係る圧力調整弁は、開閉弁と、開閉弁に接続され、前記開閉弁に液体を流入させる流入管と、開閉弁に接続され、開閉弁から液体を流出させる流出管と、を備える。流入管の流路断面積Ｓ１は、前記流出管の流路断面積Ｓ２よりも大きい。開閉弁は、液体の圧力が所定の値を超えた時に開くように構成される。

　本開示に係る水処理装置によれば、バイパス排水分岐部において余剰排水管に原水を分岐し、原水流入配管から薬剤供給部に流入する原水の流量を調整することにより、所望の水量または水圧にて原水を固形薬剤に供給でき、所望の濃度の薬液を得ることができる。また、本開示に係る圧力調整弁によれば、開閉弁を流れる原水の流量を抑制でき、圧力調整弁における急激な圧力低下を抑制することができる。

図１は、本開示の実施の形態１の水処理装置の全体構成の概略図である。図２は、同水処理装置の内部構造斜視図である。図３は、同水処理装置の薬剤供給部を示す斜視図である。図４は、同水処理装置の薬剤供給部の断面図である。図５は、同水処理装置の高圧時における濾過処理時の水の流れを示す概略図である。図６は、同水処理装置の流量調整部の通常時における構成の断面図である。図７は、同水処理装置の流量調整部の高圧時における構成の断面図である。図８は、従来の水処理装置の構成を示す模式図である。

　以下、本開示の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

　（実施の形態１）
　本実施の形態に係る水処理装置１は、井戸水または貯水槽に蓄えた水を原水とし、この原水に含まれる金属イオンおよび濁質成分などを除去する濾過処理と、濾過処理によって系内（水処理装置１内）に蓄積された金属イオンの凝集物および濁質成分を系外（水処理装置１外）へ排出する逆洗処理を行う。

　なお、説明の都合上、以下では、次のように記載する場合がある。

　すなわち、水処理装置１内の水の流れの上流側を単に「上流側」と記載し、水処理装置１内の水の流れの下流側を単に「下流側」と記載する場合がある。また、図２に示すように水処理装置１が設置された状態での垂直方向を上下方向として「上側」、「下側」と記載する場合がある。また同様に、図２に示すように水処理装置１が設置された状態での垂直方向を上下方向として、水処理装置１の上側の面を「上面」と記載する場合がある。

　図１は、本実施の形態の水処理装置１の全体構成を示すとともに、濾過処理時における水の流れを示した概略図である。図２は、水処理装置１の配管構造を示す斜視図である。

　図１、２に示すように、水処理装置１は、濾材を内包し、原水を濾過して処理水を吐出する濾過部２と、原水に対して薬剤を添加する薬剤供給部３とを有する。濾過部２および薬剤供給部３は、後述するように配管で接続されて構成される。

　濾過部２は、原水から金属イオンおよび濁質成分などを除去し、原水を浄化する。原水中の金属イオンは、後述するように凝集させて固形物として濾過部２に捕捉される。濾過部２は、いわば、水処理装置１の心臓部である。原水から除去した金属イオンの凝集物および濁質成分などは、濾過部２に溜まる。濾過部２に対して原水を逆流させることで濾過部２に溜まった汚れを排出する運転（逆洗運転）を行った後、濾過部２に対して濾過方向に原水を流す運転（リンス処理）を行うことにより、濾過部２に溜まった汚れを除去し、濾過部２を綺麗に保つことができる。これにより、濾過部２を繰り返し使用することが可能である。

　濾過部２には、濾過部２に原水を流入させる（原水を送る側）配管である原水流入配管１０と、濾過部２で浄化された水を濾過部２から送出、すなわち濾過部２から濾過後の処理水を取り出す配管である浄水吐出配管２０と、逆洗運転により汚れを排出する配管である逆洗ドレン管４０と、リンス処理により原水を排出する配管であるリンスドレン管２７とが接続されている。浄化された水（処理水）は、水処理装置１の外部に設けられる浄水タンクなどに貯められ、生活水などに使われる。

　水処理装置１に対しては、原水流入配管１０の入口側（濾過部２が設けられる側の反対側）に接続された電動ポンプ４によって原水が原水流入配管１０に送られる。なお、電動ポンプ４を使用する代わりに、貯水槽を高所に設け、貯水槽と水処理装置１との高低差によって原水を水処理装置１に送る方法でもよい。また、地域などで共同運営している水道水を直接接続してもよい。本実施の形態では、井戸、貯水槽および水道などに加え、原水を送り出す装置類を含めて水源と定義する。

　電動ポンプ４は、井戸水または貯水槽に蓄えた水を吸い上げて吐出する、電動機で駆動するポンプである。電動ポンプ４は、例えば、渦巻きポンプもしくはタービンポンプなどの遠心ポンプ、渦流ポンプ（カスケードポンプ）、ジェットポンプ、軸流ポンプ、または、斜流ポンプなどが用いられる。また、井戸水位が低い場合は、吸い上げ型のポンプではなく、サブマーシブルポンプなどの水中ポンプを用いても良い。一般家庭で用いる場合、井戸の深さは、浅井戸であれば１メートルから１０メートル程度、深井戸であれば１０メートル以上の深さから水を吸い上げる必要がある。下流側に設けられた配管および水処理装置の損失水頭などを考慮すると、電動ポンプ４は２０メートル以上の揚程があるものがよく、渦流ポンプまたはジェットポンプなどが好ましい。電動式ポンプで吐出する流量は、例えば５リットルから１００リットル毎分程度であるが、一般家庭用であれば５リットルから５０リットル毎分程度の流量特性をもつものが好ましい。

　原水流入配管１０および浄水吐出配管２０は、電動ポンプ４の水圧に耐えられる材質および構造であればよい。具体的には、耐久性および加工のしやすさから、例えば、塩化ビニル樹脂もしくは鋼管、または、これらの複合材料を用いた直管および配管継手が使用できる。なお、原水流入配管１０および浄水吐出配管２０の呼び径は、損失水頭が低くなるよう大きい方が好ましく、例えば呼び径は１３ミリメートルから５０ミリメートル、厚みは１ミリメートルから５ミリメートル程度のものが好ましい。電動ポンプ４の最大圧に耐えうる部材選定が困難な場合は、電動ポンプ４と水処理装置１との間に減圧弁、調圧弁または逃し弁などを取り付けても良い。

　薬剤供給部３は、原水流入配管１０の経路内に設けられている。薬剤供給部３は、原水に対して酸化剤を添加する。これにより、原水に含まれる金属イオンは水に難溶な物質として凝集し、濾過部２において捕集されやすくなる。

　（濾過部）
　濾過部２は、内部に濾材が充填（内包）されており、原水を通過させて浄化、すなわち濾過する。濾材は、上層には活性炭が設けられ、中層にはマンガン砂が設けられ、下層には砂利が設けられた３層により構成されている。本実施の形態の濾過部２は、上層および中層を中心に濾過の作用が働く。一方、最下層には活性炭およびマンガン砂よりも比較的粒径の大きい砂利層が設けられている。これにより、最下層における水の流れを良くするとともに、下部から濾材が流出することを抑制できる。なお、濾材は、除去したい対象物質に合わせて２種類から６種類程度選定し、充填するとよい。上記以外の濾材としては、一般的な濾過砂やゼオライトなどを用いてもよい。このような構成により、濾過部２の入口から原水を流入させ、出口からは浄化された水が排出される。

　（薬剤供給部）
　次に、薬剤供給部３について、図２、図３および図４用いて説明する。図３は、水処理装置１の薬剤供給部３を示す斜視図である。図４は、薬剤供給部３の断面図である。

　薬剤供給部３は、上述のとおり、薬剤供給部３の内部に設けられた薬剤を原水に添加することによって、原水に含まれる金属イオンの凝集を促進し、濾過部２において金属イオンを捕捉しやすくする。図２に示すように、薬剤供給部３は、水処理装置１の最上部に配置されている。すなわち、薬剤供給部３は、原水流入配管１０において、原水入口１１から上方に向けて立ち上がった配管の上部に備えられている。また、原水流入配管１０において、薬剤供給部３の出口からの配管（流出路３４）は、下方に伸びた後、分岐部１３を経て、濾過部２に接続されている。

　薬剤供給部３は、流入路３１、薬剤路３２、バイパス路３３および流出路３４を有している。流入路３１は、原水流入配管１０に接続され、原水を薬剤供給部３に流入させる。薬剤路３２は、流入路３１から分岐しており、薬剤供給部３に設けられた薬剤を溶かす経路である。バイパス路３３は、流入路３１から分岐し、薬液を必要な濃度（所望の濃度）に調整するために設けられている。流出路３４は、薬剤路３２およびバイパス路３３と合流し、原水流入配管１０に接続され、原水流入配管１０に薬剤の含まれた原水を送り出す。

　図４に示すように、薬剤路３２は、分岐後、鉛直方向に立ち上がる噴出管５２と、噴出管５２の上部で薬剤に接触し、薬剤を溶出させる薬剤載置部５３と、噴出管５２の外周であって、筐体５１の内部を構成する回収部５４とにより構成される。噴出管５２は、小径の管路であり、上部に薬剤載置部５３を備える。噴出管５２は、下部の径が相対的に小さく、噴出管５２の上部には薬剤載置部５３が設けられている。これにより、原水を所望の流量で薬剤と接触させることができる。薬剤載置部５３は、原水の流量に対して所望の濃度の薬液が得られるように、予め設定された薬剤の量（数）を設置可能とする大きさであることが好ましい。

　原水に薬剤を溶かすことで生成された薬液は、回収部５４に流出する。回収部５４において、薬液は、筐体５１の下部に貯まり、その後、回収開口５５から流出路３４に流出する。本実施の形態の薬剤供給部３は、噴出管５２の径を小さくし、筐体５１の内壁面との距離を確保しているため、筐体５１内に流下した薬液の液面は、筐体５１の高さに対して、１／２程度またはそれ以下に設定される。薬液が所望の深さで筐体５１内に貯まることによって、流出路３４において原水と混合する薬液の割合が調整されている。そして、薬剤供給部３への原水の流入量を所定の範囲内にし、薬剤供給部３内の薬液の液面を所望の高さにすることによって、薬剤供給部３から流出する原水の薬剤濃度を所望の範囲内に調整することができる。

　また、薬剤供給部３への原水の流入量を所定の範囲内にするためには、筐体５１内に空気を確保することが必要である。そのため、薬剤供給部３の下流側に設置された空気補給弁４３から空気を取り込み、逆洗ドレン管４０を経由し、薬剤供給部３に空気を供給できる構成となっている。また、筐体５１内において薬剤の液面を所望の高さにするためには、水処理装置１の運転時に供給される原水の圧力を調整する方法もある。具体的には、薬剤供給部３内の圧力が上昇した際に、後述の流量調整部９１により原水逃がし量を調整することで、薬剤供給部３内の圧力を所望の範囲内に調整することが出来る。

　薬剤載置部５３には、固形薬剤、すなわち水溶性固形薬剤６０が備えられている。水溶性固形薬剤６０には、タブレット形状または顆粒状の薬剤を用いてもよい。水溶性固形薬剤６０にタブレット形状または顆粒状の薬剤を用いた場合、水溶性固形薬剤６０の表面積を大きくでき、薬液の濃度を安定して保つことができる。水溶性固形薬剤６０は、タブレット形状の場合には直径３０ｍｍ、高さ１０～２０ｍｍのものを使用してもよい。また、水溶性固形薬剤６０は、顆粒状の場合には、直径５ｍｍから１５ｍｍのものを使用してもよい。水溶性固形薬剤６０の大きさが小さい場合、隣り合った薬剤が同時に水に接触することで薬剤同士が固着する。薬剤同士が固着すると、固着した薬剤のうち下部だけが水に接触するため所望の濃度の薬液が得られなくなる場合がある。あるいは、水溶性固形薬剤６０の大きさが大きい場合、噴出管５２から供給される水との接触面積が大きくなることで所望の濃度の薬液が得られなくなる。そのため、所望の濃度の薬液を供給するため、上述の大きさの水溶性固形薬剤６０を用いている。

　また、水溶性固形薬剤６０は、上述のように、原水に含まれる金属イオンを酸化して水に難溶な凝集物を生成する働きをする（性質を有する）。水溶性固形薬剤６０として種々の酸化剤を用いることができ、求められる水浄化性能に応じて、例えば、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）などの無機凝集剤、あるいは、キトサンなどの高分子凝集剤を使用しても良い。原水に対して薬剤を添加する場合には、水溶性固形薬剤６０は水に溶けやすいものが好ましい。また、水溶性固形薬剤６０は、水処理装置１の停止中または逆洗処理中など薬剤供給部３において原水に対する薬剤の添加を中断しているときには、固形形状を保持し、薬剤載置部５３から流れ出さないものが好ましい。本実施の形態では、水溶性固形薬剤６０としてトリクロロイソシアヌル酸が用いられる。

　薬剤供給部３の各部材は、薬剤と長時間接する可能性がある。したがって、薬剤供給部３の各部材には、例えば、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）またはＰＰ（ポリプロピレン）など薬剤に対する反応性が低い素材が用いられる。一方、噴出管５２には薬剤載置部５３を支えるための強度が必要である。薬剤に対する反応性を考慮すると、噴出管５２の材質は、ＰＰより強度がある塩化ビニルまたはＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）などが用いられることが好ましい。噴出管５２の外径は、基台５１ａおよび上部カバー５１ｂの内径の４分の１以下に設定される。上述のように、噴出管５２の外側には、載置部出口５８から排出された薬剤供給後の原水（薬液）を一時貯留する空間（回収部５４）が設けられている。これにより、筐体５１内の原水の水位が急激に上昇した場合であっても、筐体５１内の原水が薬剤載置部５３まで到達することが抑制される。例えば、基台５１ａの内径が１３０ｍｍの場合、噴出管５２には、外径２５～４０ｍｍ程度の塩化ビニル管などを使用するとよい。

　（配管構成）
　本実施の形態の水処理装置１は、濾過部２において原水を濾過し浄水（処理水）として取り出す機能、および、濾過部２で捕集された粒状物質（よごれ、濁質成分または金属凝集物など）を逆洗によって系外へ排出する機能を有している。次に、水処理装置１内の配管構成と、濾過処理および逆洗処理における水の流れを説明する。

　図１に示すように、原水流入配管１０は、濾過処理時において、水源側の原水入口１１から薬剤供給部３を経由して濾過部２に原水を供給するように接続されている。原水流入配管１０の経路内であって、薬剤供給部３よりも上流側には、バイパス排水分岐部９０が設けられている。バイパス排水分岐部９０の下流側には、流量調整部９１が設けられている。流量調整部９１は、原水流入配管１０を流れる水量を調節する。

　浄水吐出配管２０は、濾過処理時において、濾過部２から水処理装置１の浄水出口２１に処理水を供給するように接続されている。

　以下、図１を用いて、逆洗処理時の水の流れを説明する。逆洗処理時には、濾過処理時に対して、濾過部２内の水の流れが逆になる。従って、逆洗処理時には、濾過部２では、浄水吐出配管２０側から濾過部２に水を送り、原水流入配管１０側から水が排出される。本実施の形態における水処理装置１は、水源（電動ポンプ４）をひとつにして、濾過処理および逆洗処理を行うことができる。従って、逆洗処理時に濾過部２において原水を浄水吐出配管２０側から流すようにするため、原水流入配管１０と浄水吐出配管２０とを接続する逆洗送水管８０が設けられている。

　ここで、原水流入配管１０において、薬剤供給部３と濾過部２との間には、逆洗処理時に濾過部２から流出する逆洗ドレンを排出する逆洗ドレン管４０と原水流入配管１０との分岐部１３が第一の分岐部として設けられている。また、逆洗送水管８０と原水流入配管１０との接続部において、逆洗送水管８０と原水流入配管１０との分岐部１２が第二の分岐部として設けられている。逆洗送水管８０と浄水吐出配管２０との接続部において、逆洗送水管８０と浄水吐出配管２０との分岐部２２が第三の分岐部として設けられている。

　上述した配管構成において、濾過処理時には、以下のように水が流れる。

　［濾過処理時の流路］
　原水入口１１→（原水流入配管１０）→分岐部１２→薬剤供給部３→分岐部１３→濾過部２→（浄水吐出配管２０）→分岐部２２→浄水出口２１
　なお、浄水吐出配管２０の経路内には、逆止弁６２（図２参照）が設けられている。一般に、浄水出口２１から取り出された浄水は、高所に設けられた浄水タンクに供給される場合が多い。逆止弁６２は、高所に設けられた浄水タンクからの浄水の逆流を抑制し、濾過部２内への水の逆流入を抑制する。

　一方、上述した配管構成において、逆洗処理時には、以下のように水が流れる。

　［逆洗処理時の流路］
　原水入口１１→（原水流入配管１０）→分岐部１２→（逆洗送水管８０）→分岐部２２→（浄水吐出配管２０）→濾過部２→（原水流入配管１０）→分岐部１３→（逆洗ドレン管４０）→逆洗ドレン口４１
　濾過処理および逆洗処理において、上述した水の流れとなるように、分岐部１２、分岐部１３および分岐部２２の連通方向を切り替える開閉バルブが設けられている。

　本実施の形態の水処理装置１では、４個の開閉バルブ（例えば、二方弁）により、上記切り替えを実施している。すなわち、逆洗送水管８０に設けられた逆洗送水バルブ８１と、原水流入配管１０において分岐部１２と薬剤供給部３との間に設けられた薬剤供給バルブ１４と、浄水吐出配管２０において分岐部２２と浄水出口２１との間に設けられた浄水取出バルブ２３と、逆洗ドレン管４０に設けられた逆洗バルブ４２との開閉の組み合わせによって、濾過処理および逆洗処理の水の流れが切り替えられている。

　濾過処理時には、薬剤供給バルブ１４と浄水取出バルブ２３とを開放し、逆洗送水バルブ８１と逆洗バルブ４２とを閉鎖する。すなわち、分岐部１２では、原水入口１１と薬剤供給部３を連通させる。分岐部１３では、薬剤供給部３と濾過部２とを連通させる。分岐部２２では、濾過部２と浄水出口２１とを連通させる。

　一方、逆洗処理時には、薬剤供給バルブ１４と浄水取出バルブ２３とを閉鎖し、逆洗送水バルブ８１と逆洗バルブ４２とを開放する。すなわち、分岐部１２では、原水入口１１と逆洗送水管８０とを連通させる。分岐部１３では、濾過部２の原水流入配管１０との接続側と逆洗ドレン口４１とを連通させる。分岐部２２では、濾過部２の浄水吐出配管２０との接続側と逆洗送水管８０とを連通させる。

　すなわち、薬剤供給バルブ１４と逆洗送水バルブ８１とによって、分岐部１２の連通方向を切り替えている。また、浄水取出バルブ２３と逆洗バルブ４２とによって、水の取り出し口を決定している（切り替えている）。

　また、逆洗処理を行う際、水処理装置１を流れる水には大きな流量が必要となる。すなわち、逆洗処理時に水処理装置１を流れる水の流量は、濾過処理時に水処理装置１を流れる水の流量よりも大きく設定されている。そのため、濾過処理時に通過する配管の一部に絞り部を設けることによって、濾過処理時における水の流量を抑制している。具体的には、浄水吐出配管２０のうち、分岐部２２の下流側には絞り部２４が設けられている。絞り部２４と電動ポンプ４との組み合わせによって、濾過処理時の水の流量が所望の設計値となるよう調整される。

　一方、逆洗処理時の配管には、絞り部２４のような径を小さくした部分が設けられていない。したがって、逆洗処理時に水処理装置１を流れる水の流量を、濾過処理時に水処理装置１を流れる水の流量よりも大きくでき、逆洗処理を効率的に行うことができる。すなわち、逆洗処理時のみに用いる配管、例えば逆洗送水管８０および逆洗ドレン管４０の最小径部は、絞り部２４の開口よりも大きく設定されている。

　なお、本実施の形態の水処理装置１は、逆洗処理時に配管内に残った異物を排出するためのリンス処理を行うことができる。リンス処理について、図１を用いて説明する。

　リンス処理を行うための配管は、浄水吐出配管２０において、分岐部２６と、リンスドレン管２７と、リンスドレンバルブ２８とを備えている。分岐部２６は、浄水吐出配管２０において、分岐部２２と浄水出口２１との間に設けられている。そして、分岐部２６は、浄水吐出配管２０を、分岐部２６の下流側の浄水吐出配管２０とリンスドレン管２７とに分岐している。リンスドレンバルブ２８は、リンスドレン管２７を開閉する。リンスドレンバルブ２８が開放されたとき、浄水吐出配管２０を流れてきた水は、リンスドレン管２７を経由してリンスドレン口２９へと流れる。濾過処理および逆洗処理時には、リンスドレンバルブ２８は閉鎖されている。

　リンス処理時は、薬剤供給バルブ１４は開放され、浄水取出バルブ２３は閉鎖され、逆洗送水バルブ８１と逆洗バルブ４２とは閉鎖される。さらに、リンスドレンバルブ２８は開放される。このようなバルブ操作によって、リンス処理時には、以下のように水が流れる。

　［リンス処理時の流路］
　原水入口１１→（原水流入配管１０）→分岐部１２→薬剤供給部３→分岐部１３→濾過部２→（浄水吐出配管２０）→分岐部２２→（絞り部２４）→分岐部２６→リンスドレン口２９
　逆洗処理が終わった後、濾過部２内、あるいは、水処理装置１の配管内には、濾過部２の逆洗によって洗い出された異物が残っている。そのため、リンス処理によって、異物を水処理装置１の外部に排出することができる。

　また、本実施の形態の水処理装置１には、絞り部２４を迂回する直接排水管７０と、直接排水管７０を開閉する直接排水バルブ７１とが設けられている。絞り部２４は、配管の径を小さくした部分であり、異物が詰まり易い。そのため、異物を排出する逆洗処理時には、直接排水バルブ７１を開放することにより、最小径部となる絞り部２４を迂回して直接排水管７０に水を流すことができる。

　また、原水の汚れ度合によっては、供給された原水を濾過部２に通さずに排水したほうが良い場合がある。このような場合にも、直接排水バルブ７１を開放してもよい。例えば、原水として井戸水を用いる場合などにおいて、水処理装置１の設置直後の場合には、貯まった井戸水の汚れ度合が大きく、井戸水の濾過処理（濾過部２を通す）をすると、所望の浄化性能が得られず、異物を含んだ水が浄水出口２１から流出する。そのため、水処理装置１の設置直後の初期の原水は、濾過部２にて濾過せず、そのまま排水してもよい。すなわち、逆洗送水バルブ８１およびリンスドレンバルブ２８を開放し、薬剤供給バルブ１４および浄水取出バルブ２３を閉鎖することによって、系内に取り入れた原水を濾過部２および薬剤供給部３を通さずに直接排水することができる。この場合、直接排水バルブ７１を開放してもよい。

　また、逆洗送水バルブ８１および浄水取出バルブ２３を開放し、薬剤供給バルブ１４およびリンスドレンバルブ２８を閉鎖することによって、系内に取り入れた原水を濾過部２および薬剤供給部３を通さずに直接取り出すこともできる。

　次に、バイパス排水分岐部９０について説明する。本実施の形態の水処理装置１では、上述のとおり、原水流入配管１０の経路内には、薬剤供給部３の上流側で原水の流れを二分する、バイパス排水分岐部９０が設けられている。バイパス排水分岐部９０は、一方を原水流入配管１０を経由して濾過部２に接続し、他方を流量調整部９１を経由して余剰排水管９２に接続している。換言すると、バイパス排水分岐部９０は、原水流入配管１０に設けられ、供給された原水を薬剤供給部よりも上流側の原水流入配管および余剰排水管９２に分岐する。

　余剰排水管９２には、余剰排水管９２に流れる原水の流量を調整する流量調整部９１が設けられている。流量調整部９１は、上流側から所定の圧力以上の原水が流れ込んだ場合に、流量調整部９１の内部の弁機構を開放して余剰排水管９２の下流側へ原水を排水する。

　濾過処理時に流れる原水は、予め設定された流量を越えて水処理装置１に流入する場合がある。すなわち、濾過処理時には電動ポンプ４から送水された原水が水処理装置１に供給されるが、電動ポンプ４の水源の変化など、環境の変化により電動ポンプ４から供給される原水の水圧が高くなることがある。例えば、井戸から水を揚水している場合、大雨によって井戸水位が上昇すると、電動ポンプ４への負荷が減少する。この場合、電動ポンプ４が水処理装置１に高圧の原水を供給することにより、薬剤供給部３の内部の水位が上昇し、規定濃度以上の薬剤が溶出することがある。

　このように、原水流入配管１０に高い圧力がかかった場合、図５に示す通り、流量調整部９１は、原水を余剰排水管９２側に流すことにより、流入する原水の圧力上昇を回避する。図５は、水処理装置１の高圧時における濾過処理時の水の流れを示す概略図である。つまり、水処理装置１に高水圧の原水が供給された際、上述した濾過処理時の流れに加え、原水流入配管１０内のバイパス排水分岐部９０で分流された余剰原水、すなわち供給された原水のうち薬剤供給部３に供給されない原水が、流量調整部９１を経由し、余剰排水管９２を通り逆洗ドレン口４１に排水される。このように、バイパス排水分岐部９０において原水を分岐することにより、薬剤供給部３および濾過部２への原水の水量を所望の範囲内に抑えることができる。

　バイパス排水分岐部９０による分岐によって、以下のように、主流路と排水流路とに原水が分岐して流れる。

　［主流路］
　原水入口１１→（原水流入配管１０）→分岐部１２→バイパス排水分岐部９０→薬剤供給部３→分岐部１３→濾過部２→（浄水吐出配管２０）→分岐部２２→浄水出口２１
　［排水流路］
　原水入口１１→（原水流入配管１０）→分岐部１２→バイパス排水分岐部９０→流量調整部９１→余剰排水管９２→（逆洗ドレン管４０）→逆洗ドレン口４１
　このように、排水経路では、外的影響により余剰に供給された原水が排出され、主流路では、供給された原水が濾過部２によって浄化された後、浄水タンクに供給される。

　なお、本実施の形態では、余剰排水管９２と逆洗ドレン口４１とを接続しているが、余剰排水管９２から水処理装置１の系外に余剰原水を直接排水してもよい。また、本実施の形態では、バイパス排水分岐部９０を原水流入配管１０内に設けたが、これに限定されない。水処理装置１の内部配管であればいずれの配管であっても、バイパス排水分岐部９０を接続することにより配管圧力を低下させることが出来るため、圧力を直接的に減少させたい配管にバイパス排水分岐部９０を接続しても良い。例えば、余剰排水管９２は、分岐部１２の前段（上流側）、または、薬剤供給バルブ１４の後段（下流側）に設けられてもよい。

　次に、流量調整部９１について図６を用いて説明する。図６は、流量調整部９１の通常時における構成の断面図である。

　上述した通り、流量調整部９１は、余剰排水管９２に設けられ、バイパス排水分岐部９０から分流した余剰原水の流量を調整する。これにより、流量調整部９１は、薬剤供給部３および濾過部２に流入する原水の流量を調整する。

　流量調整部９１は、調整部土台９３と、調整部土台９３の上部に取り付けられた調整部蓋９４と、調整部土台９３と調整部蓋９４との間に挟まれたダイヤフラム９５とを有している。

　ダイヤフラム９５は、弁体９７に固定されており、通常は、弁座９８にばね９６の反力によって押さえつけられることによって、流路を閉じるように構成されている。ばね９６の下面は、弁体９７に接しており、ばね９６の上面は、調整部蓋９４に接している。流入管９９に原水が供給され、流入管９９内の圧力が上昇すると、流入管９９に流入した原水により弁体９７が押し上げられ、流入管９９と流出管１００とが連通接続されて流路が開通する。これにより、流入管９９に供給された余剰の原水は、余剰排水管９２から排出される。このように、流量調整部９１に流入した余剰原水が余剰排水管９２に排水されることにより、水処理装置１の圧力を低下させることができる。

　ダイヤフラム９５は、水処理装置１の流路上に設けられている。したがって、ダイヤフラム９５には、フッ素ゴムまたはシリコンゴムなど、薬剤耐性を有するゴム材が選定されてもよい。また、ばね９６には、ばね定数が０．５Ｎ／ｍｍ－２０Ｎ／ｍｍ程度のものが選定されてもよい。

　ここで、流入管９９の流路断面積の最も小さい箇所を流入管９９ａとし、その断面積をＳ１とする。また、流出管１００の流路断面積の最も小さい箇所を流出管１００ａとし、その断面積をＳ２とする。後述のように、流出管１００ａの流路断面積Ｓ２を流入管９９ａの流路断面積Ｓ１より小さく構成するとよい。

　次に、流量調整部９１の構成について、図６および図７を用いて説明する。図７は、流量調整部９１の高圧時における構成の断面図である。

　流量調整部９１は、排出流路を開閉する開閉弁１１０と、バイパス排水分岐部９０から開閉弁１１０に余剰原水を流入させる流入管９９と、開閉弁１１０から余剰排水管９２に余剰原水を流出させる流出管１００とを有している。

　開閉弁１１０は、調整部土台９３と、調整部土台９３の上部に取り付けられた調整部蓋９４と、調整部土台９３と調整部蓋９４との間に設けられた弁機構とを有している。開閉弁１１０の弁機構は、ダイヤフラム９５と、ばね９６と、弁体９７と、弁座９８とを有している。

　ダイヤフラム９５は、調整部土台９３と調整部蓋９４との間に挟まれて固定されている。弁座９８は、調整部土台９３に設けられ、ダイヤフラム９５を挟んで弁体９７と対向して設けられている。弁体９７は、調整部土台９３と調整部蓋９４との間で摺動可能に設けられている。図６、図７において、弁体９７は、調整部蓋９４内部を上下方向に摺動する。ばね９６は、ダイヤフラム９５の上部に設けられた弁体９７に付勢し、ダイヤフラム９５を弁座９８に押さえつけるように設けられている。そして、後述するように、ダイヤフラム９５に大きな圧力がかかると、その圧力により弁体９７が押し上げられ、弁内流路１１１が開き、流入管９９と流出管１００とが連通接続される。このように、開閉弁１１０は、弁内流路１１１の開閉を行う二方弁となっている。すなわち、開閉弁１１０は、ダイヤフラム９５を有し、ダイヤフラム９５によって弁内流路１１１を開閉する二方弁である。

　上述のとおり、ダイヤフラム９５は、弁体９７に固定されており、図６に示すように、通常時は弁座９８にばね９６の反力によって押さえつけられ、弁内流路１１１を塞いで流路を閉じている。ばね９６の下面は、弁体９７に接し、ばね９６の上面は、調整部蓋９４に接している。そして、図７に示すように、流入管９９内の圧力Ｐｉｎが上昇すると、弁体９７が押し上げられ、弁内流路１１１が開放される。その結果、流入管９９と流出管１００とが弁内流路１１１を介して連通接続され、流路が開通する。これにより、流入管９９に流入した余剰原水は、余剰排水管９２から排出される。このように、流量調整部９１に流入した余剰原水が余剰排水管９２に排水されることにより、水処理装置１の圧力が低下する。弁体９７は、圧力Ｐｉｎが所定の値Ｐｓを超えると開放され、圧力Ｐｉｎが所定の値Ｐｓと等しいまたは所定の値Ｐｓよりも低い場合には閉鎖した状態である。また、弁体９７が開放状態から閉鎖するには、圧力Ｐｉｎが所定の値Ｐｓよりも低い圧力Ｐｓｌとなる必要がある。

　ここで、流入管９９の流路断面積の最小値をＳ１とし、流出管１００の流路断面積の最小値をＳ２とする。なお、流入管９９および流出管１００の断面は、円形でなくてもよく、流体が流通する形状であればよい。

　本実施の形態において、流出管１００の流路断面積Ｓ２は、流入管９９の流路断面積Ｓ１よりも小さい構造とする。前述のとおり、流入管９９内の圧力Ｐｉｎが上昇すると、ダイヤフラム９５および弁体９７が押し上げられて排水流路が開通し、弁内流路１１１に水が流れ込む。そして、弁内流路１１１内に圧力Ｐｆが発生し、流入管９９内の圧力Ｐｉｎは低下する。その後、弁内流路１１１を通過した水が流出管１００から余剰排水管９２に流出することにより、弁内流路１１１に発生した圧力Ｐｆは低下する。ただし、弁内流路１１１内の圧力Ｐｆは、弁内流路１１１の上流側である流入管９９内の圧力Ｐｉｎ以下である。このとき、弁体９７を押し上げる力は、弁内流路１１１内の圧力Ｐｆである。

　ここで、例えば、流出管１００の流路断面積Ｓ２が流入管９９の流路断面積Ｓ１以上である場合、流入管９９から弁内流路１１１に流入した水は即座に流出管１００から流出するため、流入管９９内の圧力Ｐｉｎは急激に低下する。流入管９９内の圧力Ｐｉｎが急激に低下すると、弁内流路１１１内の圧力Ｐｆも低下する。したがって、弁体９７を押し上げる力が低下し、場合によっては排水流路が閉塞する。排水流路が閉塞すると、再び流入管９９内の圧力Ｐｉｎが上昇し、排水流路が開通する。このように、排水流路の開閉を繰り返すハンチングを引き起こすおそれがある。

　本実施の形態では、前述のとおり、流出管１００の流路断面積Ｓ２を流入管９９の流路断面積Ｓ１より小さく構成している。そのため、排水流路の開通時に流出管１００から流出する水の流量を、流出管１００の流路断面積Ｓ２を流入管９９の流路断面積Ｓ１以上とした場合よりも小さく抑えることができる。したがって、流入管９９内および弁内流路１１１内の急激な圧力低下を抑制できる。すなわち、弁体９７を押し上げる際の圧力Ｐｉｎと、弁内流路１１１が開通して弁体９７が押し上げられている状態で弁体９７にかかる圧力Ｐｆとの差が小さくなる。そして、弁体９７を押し上げた状態で保持するために必要な弁内流路１１１内の圧力Ｐｆを維持することができる。従って、弁体９７のハンチングを抑制し、流量調整部９１の動作を安定させることができる。

　また、弁内流路１１１とダイヤフラム９５とが接する面積が大きいほど、相対的に小さい圧力Ｐｆで弁体９７を保持することができる。このため、排水流路が閉塞する場合における、弁内流路１１１内の圧力Ｐｆおよび流入管９９内の圧力Ｐｉｎを小さくすることができる。すなわち、ハンチングが発生する圧力を下げ、ハンチングを発生しにくくすることができる。

　また、流出管１００の流路断面積Ｓ２を小さくすることにより、流出管１００の損失水頭が大きくなり、流量調整部９１全体の損失水頭が大きくなる。そのため、排水流路の開通時にバイパス排水分岐部９０において流量調整部９１に流入する余剰原水の流量を抑制することができる。すなわち、バイパス排水分岐部９０において、薬剤供給部３および濾過部２に供給される水の流量が過少になることが抑制され、薬剤供給部３および濾過部２に供給される水の流量を所望の範囲内に調整することができる。

　また、電動ポンプ４の性能によっては、低圧時に吐出する水の流量が大きい仕様のものがある。そのような電動ポンプ４を使用すると、流量調整部９１により余剰な圧力を逃がした状態においても、薬剤供給部３および濾過部２側に流れる水の流量が所望の範囲を超える場合がある。このような場合において、図１に示すように、原水流入配管１０内における分岐部１２の上流側に絞り部（図示せず）を設けてもよい。このような構成によれば、原水流入配管１０に流入する水の流量を抑制することができ、低圧時に吐出する水の流量が大きい仕様の電動ポンプ４を使用した場合においても、濾過処理時および逆洗処理時の水の流量を所望の範囲に制御することができる。そして、電動ポンプ４として使用可能なポンプの性能範囲を拡大することができる。なお、絞り部は、分岐部１２の上流側であれば、水処理装置１の外部配管に配置してもよい。例えば、電動ポンプ４と原水入口１１の間に絞り部を設けてもよい。

　上記のように、流量調整部９１の作用により高圧時の水の流量を調整し、絞り部の作用により低圧時の水の流量を調整することができる。すなわち、水源の変化など、環境の変化により電動ポンプ４から供給される水圧が変動しても、薬剤供給部３および濾過部２へ流入する水の流量を所望の範囲内に調整することができる。

　本開示にかかる水処理装置は、逆洗処理に十分量の清浄な逆洗水を供給可能であり、従来品と比較し省スペースで設置可能な水処理装置であるため、井戸水および貯留水などの浄化に使用される家庭用小型水処理装置などとして有用である。

　１　水処理装置
　２　濾過部
　３　薬剤供給部
　４　電動ポンプ
　１０　原水流入配管
　１１　原水入口
　１２　分岐部
　１３　分岐部
　１４　薬剤供給バルブ
　２０　浄水吐出配管
　２１　浄水出口
　２２　分岐部
　２３　浄水取出バルブ
　２４　絞り部
　２６　分岐部
　２７　リンスドレン管
　２８　リンスドレンバルブ
　２９　リンスドレン口
　３１　流入路
　３２　薬剤路
　３３　バイパス路
　３４　流出路
　４０　逆洗ドレン管
　４１　逆洗ドレン口
　４２　逆洗バルブ
　４３　空気補給弁
　５１　筐体
　５１ａ　基台
　５１ｂ　上部カバー
　５２　噴出管
　５３　薬剤載置部
　５４　回収部
　５５　回収開口
　５８　載置部出口
　６０　水溶性固形薬剤
　６２　逆止弁
　７０　直接排水管
　７１　直接排水バルブ
　８０　逆洗送水管
　８１　逆洗送水バルブ
　９０　バイパス排水分岐部
　９１　流量調整部
　９２　余剰排水管
　９３　調整部土台
　９４　調整部蓋
　９５　ダイヤフラム
　９６　ばね
　９７　弁体
　９８　弁座
　９９、９９ａ　流入管
　１００、１００ａ　流出管
　１１０　開閉弁
　１１１　弁内流路
　９０１　固形薬剤供給装置
　９０２　取水口
　９０３　水溶性固形薬剤
　９０４　薬剤接触相

Claims

濾材を内包し、原水を濾過して処理水を吐出する濾過部と、
前記濾過部に接続され、前記濾過部に前記原水を流入させる原水流入配管と、
前記原水流入配管に設けられ、前記原水流入配管の経路内において前記原水に対して薬剤を添加する薬剤供給部と、
前記濾過部に接続され、前記濾過部から濾過後の前記処理水を取り出す浄水吐出配管と、
前記原水のうち前記薬剤供給部に供給されない原水を排水する余剰排水管と、を備え、
前記原水流入配管には、供給された前記原水を前記薬剤供給部よりも上流側の前記原水流入配管および前記余剰排水管に分岐するバイパス排水分岐部が設けられ、
前記余剰排水管には、前記余剰排水管に流れる前記原水の流量を調整する流量調整部が設けられた、水処理装置。
前記流量調整部は、開閉弁と、前記バイパス排水分岐部から前記開閉弁に前記原水を流入させる流入管と、前記開閉弁から前記余剰排水管に前記原水を流出させる流出管と、を有し、
前記流入管の流路断面積は、前記流出管の流路断面積よりも大きい、請求項１記載の水処理装置。
前記開閉弁は、ダイヤフラムを有し、前記ダイヤフラムによって流路を開閉する二方弁である、請求項１または２記載の水処理装置。
前記バイパス排水分岐部の上流側の前記原水流入配管に絞り部が設けられた、請求項１から３に記載の水処理装置。
開閉弁と、
前記開閉弁に接続され、前記開閉弁に液体を流入させる流入管と、
前記開閉弁に接続され、前記開閉弁から液体を流出させる流出管と、を備え、
前記流入管の流路断面積は、前記流出管の流路断面積よりも大きく、
前記開閉弁は、前記液体の圧力が所定の値を超えた時に開くように構成された、圧力調整弁。
前記開閉弁は、ダイヤフラムを有し、前記ダイヤフラムによって流路を開閉する二方弁である、請求項５記載の圧力調整弁。