(57)【要約】【課題】水流に旋回成分を付与することで充分な逆洗効率を実現し、省スペース設置可能な水処理装置を提供することを目的とする。【解決手段】水に含まれる濁質成分を除去するための水処理装置１において、井戸または貯水槽から水を吸引して吐出するための電動式ポンプ３と、タンク１２に内封された粒状濾材１３とを備え、タンク１２には、水流に旋回成分を加える旋回流付与部材１４が備えられており、粒状濾材１３と旋回流付与部材１４が効率良く接触することで、より効率良く粒状濾材１３表面に捕捉された原水中の不純物を剥離して、逆洗浄の効果を高めることを実現する水処理装置を得られる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水に含まれる濁質成分を除去するための水処理装置であって、井戸または貯水槽から水を吸引して吐出するための電動式ポンプと、粒状濾材を内包した濾過槽とを備え、前記濾過槽内には、水流に旋回成分を付与する静翼状の旋回流生成部材が備えられており、前記濾過槽内を上から下へ水が流れる濾過運転と、前記濾過槽内を下から上へ水が流れる逆洗浄運転とを備える構成とした水処理装置。
【請求項２】
前記旋回流生成部材は、前記逆洗浄運転時に水流により変動した前記粒状濾材の最上端面と前記旋回流生成部材の下端が接触する位置関係で設置された請求項１記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として一般家庭や小規模施設等に設置し、物理濾過によって水の浄化を行う小型の水処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
粒状濾材を用いた水処理装置は、浄水場や工場をはじめとして広く使用されており、一種類の濾材のみを用いる単層濾過及び濾過砂とアンスラサイト等、比重の異なる複数の濾材を用いる複層濾過がある。このような水処理装置は主に原水中の濁質成分をはじめとした不純物を除去する目的で使用されるが、一般的なフィルタと同様に不純物を捕捉すると徐々に目詰まりし、圧損上昇や水路の形成による水処理装置後段への不純物の流出など、様々な問題が生じる要因となる。
【０００３】
そこで、一般的な再生手段として濾過方向と逆の方向に原水を通水し捕捉された不純物を系外へ排出する逆洗浄が利用されているが、原水が濁質成分を多く含むような環境下で使用する場合、逆洗をしても原水中の濁質成分が濾過槽内に残留してしまうため、逆洗効果が最大限得られず逆洗後すぐに目詰まりを生じてしまう。この問題を解決する手段として、従来の水処理装置では処理水貯槽を設置して処理水を貯水しておき、逆洗時は貯水された処理水を使用するという手段がとられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
以下、その水処理装置について図５を見ながら説明する。
【０００５】
水処理装置は、貯水槽１０１から原水ポンプ１０２で濾過槽１０３へ原水を送液し、濾過槽１０３内の濾材１０４で濾過された処理水は濾過水貯槽１０５に貯水され、濾過水として使用される一方、濾材１０４を逆洗する時には逆洗ポンプ１０６により濾過水貯槽１０５から濾過水を濾過槽１０３に送液し、逆洗を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５３５１４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながらこのような従来の水処理装置では濾材の洗浄のために一度に大量の逆洗水を使用するため、大型の逆洗水用タンクが必要となり、濾過水貯水槽を大型化することで対応している。しかし、逆洗用途を前提とした大型の濾過水貯水槽を備えることで水処理装置の占有面積が増大するという課題を有している。そのため設置スペースが確保しにくい一般家庭や小規模施設においては実用的ではない。
【０００８】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、逆洗浄の効率向上のために大型の濾過水貯水槽といった構成の追加をすることなく、貯水のために設置するタンクは濾材の混入された濾過タンクのみという、省スペース設置可能でかつ充分な逆洗浄効率を実現することの出来る水処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そして、この目的を達成するために、本発明は、水に含まれる濁質成分を除去するための水処理装置であって、井戸または貯水槽から水を吸引して吐出するための電動式ポンプと、粒状濾材を内包した濾過槽とを備え、前記濾過槽内には、水流に旋回成分を付与する静翼状の旋回流生成部材が備えられており、前記濾過槽内を上から下へ水が流れる濾過運転と、前記濾過槽内を下から上へ水が流れる洗浄運転とを備える構成とすることを特徴としたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、水に含まれる濁質成分を除去するための水処理装置であって、井戸または貯水槽から水を吸引して吐出するための電動式ポンプと、粒状濾材を内包した濾過槽とを備え、前記濾過槽内には、水流に旋回成分を付与する静翼状の旋回流生成部材が備えられており、前記濾過槽内を上から下へ水が流れる濾過運転と、前記濾過槽内を下から上へ水が流れる洗浄運転とを備える構成としたものであり、これにより、濾過槽内の粒状濾材を逆洗用の大型のタンク無しの構成で効率良く洗浄することが可能となり、装置の省スペース化および濾材交換頻度の長寿命化を実現するという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１の水処理装置の構成を示す模式図
【図２】同濾過運転時の装置の挙動と水の流れを示す模式図
【図３】同逆洗浄運転時の装置の挙動と水の流れを示す模式図
【図４】同逆洗浄運転時の粒状濾材の高さ位置を示す模式図
【図５】従来の水処理装置の構成を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の請求項１記載の水処理装置は、水に含まれる濁質成分を除去するための水処理装置であって、井戸または貯水槽から水を吸引して吐出するための電動式ポンプと、粒状濾材を内包した濾過槽とを備え、前記濾過槽内には、水流に旋回成分を付与する静翼状の旋回流生成部材が備えられており、前記濾過槽内を上から下へ水が流れる濾過運転と、前記濾過槽内を下から上へ水が流れる逆洗浄運転とを備える構成を有する。
【００１３】
これにより、洗浄運転時に水流に旋回成分が付与されることで、粒状濾材もそれに伴い旋回成分を持ちながら移動する。これにより、粒状濾材同士が摩擦で擦り合わさる挙動を示すことで、粒状濾材表面に付着し粗大化した濁質成分を粉砕することで微細化し、水流に伴って下から上へと移動し、濾過槽外へ効率良く排出されるという効果を奏する。
【００１４】
また、請求項２記載の水処理装置は、前記旋回流生成部材は、前記逆洗浄運転時に水流により変動した前記粒状濾材の最上端面と前記旋回流生成部材の下端が接触する位置関係で設置された構成を有する。
【００１５】
これにより、逆洗浄運転において旋回成分を持ちながら濾過槽内を水流による影響で少し高さ位置を上方に変移させながら旋回する粒状濾材の、最も汚染物質が堆積している最上端面と、旋回流生成部材の下端が接触することで、摩擦や衝撃により粗大化汚染物質は次第に微細化され、微細化された汚染物質は水流に伴って下から上へと移動し、濾過槽外へ効率良く排出されるという効果を奏する。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１に示すように、水処理装置１は、濾過装置４を備え、井戸または貯水槽に接続された流入通路２から吸い上げた原水を濾過して浄水として浄水供給バルブ１０から取り出すものである。また、濾過装置４の内部を逆洗浄した水を洗浄水排出バルブ１１から排出するものである。
【００１８】
すなわち、水処理装置１は、流入通路２に繋がる電動式ポンプ３と、流路を濾過側と逆洗浄側に選択的に切り替える切り替え可能な切替バルブ５と、切り替え可能な切替バルブ５の直後に接続される濾過装置４と、濾過装置４に接続した浄水供給バルブ１０と洗浄水排出バルブ１１を有している。
【００１９】
濾過装置４には、浄水を取り出す際の通路と逆洗浄をする際の通路とが備えられている。
【００２０】
浄水を取り出す際の通路は、切り替え可能な切替バルブ５の下流の一方に接続されて、濾過装置４で濾過を行う際に濾過装置４に原水を供給する浄水上流通路６と、濾過装置４の下流側に接続されて浄水供給バルブ１０へ浄水を供給する浄水下流通路７とを有している。
【００２１】
また、逆洗浄をする際の通路は、切り替え可能な切替バルブ５の下流の他方に接続されて、濾過装置４を逆洗浄する際に濾過装置４に原水を供給する洗浄上流通路８と、濾過装置４の下流に接続されて、洗浄水排出バルブ１１へ逆洗浄後の水を排出する洗浄下流通路９とを有している。
【００２２】
なお、電動式ポンプ３は切替バルブ５に、配水通路１６を介して接続している。
【００２３】
流入通路２、浄水上流通路６、浄水下流通路７、洗浄上流通路８、洗浄下流通路９、および配水通路１６は、それぞれ水の通路となっている。
【００２４】
水処理装置１を構成する上記各通路は、直接接続した通路には限定されないが、各構成要素の配置や操作性を考慮して接続方法を決めることが好ましい。また、通路の途中に必要に応じて、バルブや分岐、エルボなどの部材を設置してもよい。
【００２５】
通路に用いられる配管は、ポンプの水圧に耐えられる材質、構造であればよいが、耐久性、加工のしやすさから、例えば、塩化ビニル樹脂や鋼管、あるいはこれらの複合材料を用いた直管が使用できる。なお、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１５から５０ミリメートルのもので、厚みは１から５ミリメートル程度のものが好ましい。
【００２６】
電動式ポンプ３は、井戸あるいは貯水槽から原水である地下水を吸い上げ、吐出する電動機で駆動するポンプであって、例えば渦巻きポンプ、ジェットポンプ、カスケードポンプなどの遠心ポンプや、軸流ポンプ、斜流ポンプなどがある。一般家庭に用いる場合、井戸の深さは、浅井戸であれば１０メートルから２０メートル程度、深井戸であれば２０メートルから３０メートル以上吸い上げる必要があり、後段の配管や濾過装置の損失水頭を考慮すると、２０メートル以上の揚程があるものがよく、渦巻きポンプやジェットポンプなどの遠心ポンプがより好ましい。
【００２７】
また、ポンプは電源スイッチで運転を操作する非自動式ポンプか、圧力タンクおよび圧力スイッチを備えて所定の圧力以下で動作する自動式ポンプがあり、本実施の形態の水処理装置１にはいずれのポンプも使用することができる。電動式ポンプ３で吐出する流量は、例えば５リットルから５０リットル毎秒程度であるが、一般家庭用であれば５リットルから１５リットル毎秒程度が得られるような揚程と流量の特性をもつようなものが好ましい。
【００２８】
電動式ポンプ３の下流側に接続される濾過装置４は、原水に含まれる粗大粒子や凝集物、砂塵など、直径１マイクロメートル以上の濁質成分を除去するための濾過装置であり、濾材の表面に汚れが堆積しやすいため、定期的に濾材を洗浄して汚れを系外に排出して繰り返し使用できる構成を用いることが好ましい。
【００２９】
濾過装置４は、ポンプの水圧に耐えられる圧力容器であるタンク１２と、タンク１２に内封された粒状濾材１３と、上下方向に直進する水流に対して旋回成分のエネルギーを与える翼形状の旋回流付与部材１４とその軸部となるタンク軸部１５からなる。タンク軸部１５は、タンク内において、上下方向に軸を合わせて配置している。
【００３０】
また、タンク１２上部にはメンテナンス用の着脱可能なタンク開口部（図示しない）が存在する。タンク開口部は、タンク１２内部のメンテナンスが行いやすく、密閉性が保たれるために、構造は、例えばねじ式などで、Ｏリングやゴムなどのパッキンで水密性を保つようにすることが好ましい。
【００３１】
タンク１２は、電動式ポンプ３の出口側近くに設置するため、耐圧は電動式ポンプ３の最高出力揚程以上の能力があることが好ましく、素材としては、金属、樹脂、あるいはガラス繊維で強化した樹脂などが好適である。これらは、水に接するだけでなく、井戸がある屋外に設置して使用する場合があるため、十分な耐水性、耐候性を有することが要求され、材質や肉厚、あるいはコーティングなどの複合素材によって実現することが考えられる。タンク１２の形状は、圧力に耐久性が高い円筒型や球型、楕円球型などが好ましいが、設置しやすさを考慮して肉厚などが確保できれば直方体や立方体などの角型容器でもよい。
【００３２】
粒状濾材１３は、水処理装置１の性能を発揮するための最も基本となる部材である。粒状濾材１３は、粒子径約１０マイクロメートル以上の粗大粒子や凝集物を捕捉して除去し、地下水の濁度を低減することを目的としているが、粒状濾材１３に吸着するような表面電位を持つ粒子や、原水中のイオン等の存在状態によっては粒子径約１〜１０マイクロメートルの粒子や色度も除去可能となる。粒状濾材１３には、濾過砂をはじめ、ペレット状の繊維濾材等、除去対象物に適した濾材を用いることができる。粒状濾材１３の材質は、例えば、砂、アンスラサイト、ガーネット、セラミックス、粒状活性炭、オキシ水酸化鉄、マンガン砂など、水中で沈降し、圧力で変形しにくい硬度をもつものであればよい。粒子径は、例えば０．３ミリメートルから５．０ミリメートル、均等係数１．２から２．０などのものを用いるとよい。
【００３３】
また、粒状濾材１３は材質によって比重が異なり、例えば砂であればおよそ２．５から２．７グラム毎立方センチメートル、アンスラサイトであれば、１．４から１．８グラム毎立方センチメートル、ガーネットであれば３．８から４．１グラム毎立方センチメートルである。複数の種類の濾材を混合して使用する複層濾過法は、このような比重の違いを利用し、濾過を行う層としてサイズの異なる粒子を小さい粒子から順に下から積層する方法である。複層濾過法では、比重が大きくサイズが小さい粒子と、比重が小さくサイズが大きい粒子を混合して多層構造にするのが一般的である。複層濾過法は、単一の種類の濾材を用いるのに比べて、単位体積あたりの濾過効率が高く、一方で損失水頭が低く抑えられるなどのメリットがあるため好ましい。粒状濾材１３としては、例えば、ガーネットの０．３ミリメートルと、砂の０．６ミリメートル、アンスラサイトの１．０ミリメートルのものを、２：１：１で混合して使用するが、濁質の粒子特性に応じて混合比率や粒子径を調整することが望ましい。
【００３４】
粒状濾材１３の充填量は濾過性能と耐久性、損失水頭などを考慮して決定することが好ましい。粒状濾材１３を増やすと、濁質成分の保持量が増加するので除去性能が向上し、洗浄までの間隔を延ばす事ができて洗浄頻度を減らす事ができる。一方、損失水頭が上昇するため、流量が減少するなどの不具合が生じる場合がある。
【００３５】
なお、濾過装置４の濾過性能、通水量が設計通りに動作するようにするためには、電動式ポンプ３と濾過装置４は、可能な限り近接して配置することがよい。また、浄水上流通路６と洗浄上流通路８と配水通路１６は、配管長さを短くすることが好ましい。
【００３６】
上記構成において、以下、水処理装置１の濾過運転時、及び逆洗浄運転時の動作について説明する。
【００３７】
図２に濾過運転時の動作を示す。濾過運転時には切替バルブ５を操作することで、電動式ポンプ３を動力として、井戸より汲み上げられた水が、浄水上流通路６、濾過装置４、浄水下流通路７、浄水供給バルブ１０の順に通過する。この際、濾過装置４を通過する原水の流れは、タンク１２内を上から下方向へと進むものである。浄水上流通路６から供給された原水は、タンク１２に内封された粒状濾材１３を通過する際に、原水中の不純物である濁質や色度の原因となる粒状物質や汚染物質が粒状濾材１３表面で捕捉されることで浄化することができる。浄化された原水、すなわち浄水は、浄水供給バルブ１０から取り出すことができる。
【００３８】
次に、図３に逆洗浄運転時の動作を示す。逆洗浄運転時には、切替バルブ５を操作することで、電動式ポンプ３を動力として、井戸より汲み上げられた水が、洗浄上流通路８、濾過装置４、洗浄下流通路９、洗浄水排出バルブ１１の順に通過する。この際、濾過装置４を通過する水の流れはタンク１２内を下から上へと進むものであり、タンク１２に内封された粒状濾材１３を通過する際に、濾過運転時に粒状濾材１３の表面に捕捉された原水中の不純物である濁質や色度の原因となる粒状物質や汚染物質を、水流の効果により剥離させ、洗浄水排出バルブ１１から、水流と共に装置外部へと排出することができる。
【００３９】
さて、逆洗浄運転時には水は下から上へと流れており、この流れの影響を受けて、タンク１２内の粒状濾材１３は、静止時もしくは濾過運転時よりも最上面が高い場所に位置する。すなわち、粒状濾材１３の構成様相は粗の状態となり、粒状濾材１３自体に動きが生じて、それら自体がすり合わさる摩擦、もしくは水流と粒状濾材１３の接触を起こす。このとき、粒状濾材１３表面に捕捉された原水中の不純物である濁質や色度の原因となる粒状物質や汚染物質は、剥離され、タンク１２の外へ排出される。
【００４０】
本実施の形態では、タンク１２内に旋回流付与部材１４を設けて水流に旋回成分を加えていることで、粒状濾材１３同士の摩擦および水流と粒状濾材１３の接触を積極的に発生させて、粒状濾材１３からの粒状物質や汚染物質の剥離効果を高めることが出来る。
【００４１】
さらに、濾過運転時に最も粒状物質や汚染物質の補足が活発で蓄積し易いのは粒状濾材１３の最上面であることに着目して、旋回流付与部材１４を配置することで、逆洗浄をする時間を短くすることができる。
【００４２】
すなわち、図４に示すように、旋回流付与部材１４は、逆洗浄運転時に水流の影響を受けて位置の変化した粒状濾材１３の最上面と旋回流付与部材１４の下面が接する位置に設けている。これにより、旋回成分を持った水流と共に移動する粒状濾材１３と静止している旋回流付与部材１４が衝突することで、より効率的に粒状濾材１３表面に捕捉された原水中の不純物である濁質や色度の原因となる粒状物質や汚染物質を剥離することが可能となる。
【００４３】
以上のように、逆洗浄運転用の逆洗水を貯水せずとも、充分な逆洗効率を実現することが可能となり、水処理装置１の省スペース化を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明にかかる     水処理装置は、充分な能力での逆洗を実現しながらも、従来品と比較し省スペース設置可能な水処理装置であるため、井戸水や貯留水の浄化に使用される家庭用小型水処理装置等として有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１    水処理装置
２    流入通路
３    電動式ポンプ
４    濾過装置
５    切替バルブ
６    浄水上流通路
７    浄水下流通路
８    洗浄上流通路
９    洗浄下流通路
１０    浄水供給バルブ
１１    洗浄水排出バルブ
１２    タンク
１３    粒状濾材
１４    旋回流付与部材
１５    タンク軸部
１６    配水通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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