(57)【要約】【課題】本発明は、電力の消費が低減され且つ比較的安定した品質の処理水を供給可能な水処理装置を提供することを課題としている。【解決手段】鉄を含む原水を浄化処理して農業用水とする水処理装置であって、前記原水に塩素系酸化剤を添加して混合液とする添加装置と、ろ過材を有し前記混合液に含まれる前記鉄を酸化し且つ前記ろ過材によって捕捉するろ過処理部とを備え、前記添加装置が、前記原水の水圧によって駆動し且つ前記原水の流量に応じて前記塩素系酸化剤の添加量が変動するように構成された、水処理装置。【選択図】図１
2022002825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄を含む原水を浄化処理して農業用水とする水処理装置であって、
前記原水に塩素系酸化剤を添加して混合液とする添加装置と、ろ過材を有し前記混合液に含まれる前記鉄を酸化し且つ前記ろ過材によって捕捉するろ過処理部とを備え、
前記添加装置が、前記原水の水圧によって駆動し且つ前記原水の流量に応じて前記塩素系酸化剤の添加量が変動するように構成された、水処理装置。
【請求項２】
活性炭を有し前記ろ過処理部から移送される一次処理水を前記活性炭によって浄化処理する活性炭処理部をさらに備えた、請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記ろ過処理部は、前記混合液を前記ろ過材に上方から下方に向かって通過させるように設置されており、
前記ろ過材は、前記鉄を酸化しつつ捕捉する第１のろ過材と、前記第１のろ過材よりも粒度が小さく且つ密度が大きい第２のろ過材とを含み、前記第１のろ過材が上方に配され且つ前記第２のろ過材が下方に配された積層構造を有する、請求項２に記載の水処理装置。
【請求項４】
鉄を含む原水を浄化処理して農業用水とする水処理方法であって、
前記原水に塩素系酸化剤を添加して混合液とする混合工程と、
前記混合液に含まれる前記鉄を酸化し且つろ過材によって捕捉するろ過処理工程と、を備え、
前記混合工程では、前記原水の水圧によって駆動し且つ前記原水の流量に応じて前記塩素系酸化剤の添加量が変動するように構成された添加装置を用いて前記原水に前記塩素系酸化剤を添加する、水処理方法。
【請求項５】
前記ろ過処理工程から移送される一次処理水を活性炭によって浄化処理する活性炭処理工程をさらに備える、請求項４に記載の水処理方法。
【請求項６】
前記ろ過処理工程では、前記混合液を前記ろ過材に上方から下方に向かって通過させ、
前記ろ過材は、前記鉄を酸化しつつ捕捉する第１のろ過材と、前記第１のろ過材よりも粒度が小さく且つ密度が大きい第２のろ過材とを含み、前記第１のろ過材が上方に配され且つ前記第２のろ過材が下方に配された積層構造を有する、請求項５に記載の水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置に関し、より具体的には、鉄を含む原水を浄化処理して農業用水とする水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、農業用水の原水として、地下水や井戸水などが利用されている。また、通常、このような原水は鉄やマンガンを含むため、農地ではこれらを除去するための水処理装置が使用されている。
【０００３】
一般的に、該水処理装置は、原水に含まれる鉄を酸化剤などで不溶性の鉄化合物に酸化し、該鉄化合物をろ過材により捕捉するように構成されている。より具体的には、前記水処理装置は、前記原水に酸化剤としての塩素系酸化剤を添加して混合液とするための薬注ポンプと、ろ過材を有し前記混合液に含まれる前記鉄を酸化し且つ前記ろ過材によって捕捉する処理部とを備えている。
【０００４】
また、特許文献１では、前記処理部で処理された処理水に含まれる塩素分の濃度に基づいて前記薬注ポンプが添加する前記塩素系酸化剤の添加量を決定する制御部を有する水処理装置が提案されている。この水処理装置によれば、制御部が処理水に含まれる塩素分の濃度に基づいて塩素系酸化剤の添加量を決定するため、余分な塩素系酸化剤の添加が抑制され、処理水の塩素分濃度が低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１９−１０３９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、農地では、水処理装置を駆動するために必要な電力の低減が求められている。
しかしながら、特許文献１記載の水処理装置は、処理水の塩素分濃度が低減されることで安定した品質の処理水を供給可能ではあるものの、制御部によって薬注ポンプを制御する構成であるため、少なくとも薬注ポンプや制御部を駆動させるための電力が必要になるという問題点を有している。
【０００７】
上記問題点に鑑み、本発明は、電力の消費が低減され且つ比較的安定した品質の処理水を供給可能な水処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る水処理装置は、
鉄を含む原水を浄化処理して農業用水とする水処理装置であって、
前記原水に塩素系酸化剤を添加して混合液とする添加装置と、ろ過材を有し前記混合液に含まれる前記鉄を酸化し且つ前記ろ過材によって捕捉するろ過処理部とを備え、
前記添加装置が、前記原水の水圧によって駆動し且つ前記原水の流量に応じて前記塩素系酸化剤の添加量が変動するように構成されている。
【０００９】
斯かる構成によれば、鉄が酸化されて生成する鉄化合物がろ過材により捕捉されるためろ過処理部において鉄が除去される。また、添加装置が原水の水圧によって駆動するため、電力の消費が低減される。さらに、原水の流量に変化が生じた場合等であっても、該添加装置が原水の流量に応じて前記塩素系酸化剤の添加量が変動するように構成されているため、比較的安定した品質の処理水を供給可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る水処理装置は、好ましくは、
活性炭を有し前記ろ過処理部から移送される一次処理水を前記活性炭によって浄化処理する活性炭処理部をさらに備えている。
【００１１】
本発明者は、前記添加装置が前記原水の流量に応じて前記塩素系酸化剤の添加量が変動するように構成されているため、原水に含まれる鉄濃度が雨水などによって低下した場合等には、鉄に対する前記塩素系酸化剤の添加量が過剰になり、処理水の塩素分濃度が上昇してしまうことがあるという知見を得た。
このような塩素分濃度の上昇に対して、上記構成によれば、原水の鉄濃度に対する前記塩素系酸化剤の添加量が過剰になって一次処理水の塩素分濃度が上昇した場合であっても、余分な塩素分が活性炭処理部の活性炭に吸着されるため、処理水の塩素分濃度が低減される。
【００１２】
また、本発明に係る水処理装置は、好ましくは、
前記ろ過処理部は、前記混合液を前記ろ過材に上方から下方に向かって通過させるように設置されており、
前記ろ過材は、前記鉄を酸化しつつ捕捉する第１のろ過材と、前記第１のろ過材よりも粒度が小さく且つ密度が大きい第２のろ過材とを含み、前記第１のろ過材が上方に配され且つ前記第２のろ過材が下方に配された積層構造を有する。
【００１３】
本発明者は、さらに、鉄を酸化しつつ捕捉するろ過材のみでは、鉄化合物が完全に捕捉されずに活性炭処理部に流入することによって、該鉄化合物が活性炭を被覆してしまい、活性炭の塩素分の吸着能を低下させるという知見を得た。
このような活性炭の吸着能の低下に対して、上記構成によれば、第１のろ過材よりも下方に配された比較的粒度の小さい第２のろ過材が、第１のろ過材を通過した鉄化合物を捕捉することによって、該鉄化合物の活性炭処理部への侵入を防止するため、活性炭の吸着能の低下が抑制される。また、鉄化合物の付着によってろ過材の捕捉性能が低下した場合、通常、下方から上方に向かってろ過処理部に水を供給し、堆積物を舞い上げるようにして洗浄するいわゆる逆洗浄が採用されるが、上記構成によれば、第２のろ過材の密度が第１のろ過材の密度よりも大きいため、逆洗浄後もろ過材の積層構造が維持される。従って、より安定した品質の処理水を供給することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上の通り、本発明によれば、電力の消費が低減され且つ比較的安定した品質の処理水を供給可能な水処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、一実施形態に係る水処理装置の概略図である。
【図２Ａ】図２Ａは、添加装置の内部を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、添加装置の駆動機構を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る水処理装置ついて説明する。
【００１７】
本実施形態に係る水処理装置１は、農地、とりわけ農業用ハウスの内側又は外側近傍に設置されて、地下水などの原水Ａを浄化処理して農業用水とするために用いられる。通常、原水Ａは鉄やマンガンなどを１０ｐｐｍ程度含んでいるため、水処理装置１はこれらを除去可能に構成されたものとなっている。
【００１８】
図１に示されるように、水処理装置１は、原水Ａを汲み上げる給水ポンプ１０と、給水ポンプ１０によって汲み上げられた原水Ａに塩素系酸化剤Ｈを添加して混合液Ｂとする添加装置１００と、ろ過材２２を有し混合液Ｂに含まれる鉄を酸化し且つろ過材２２によって捕捉するろ過処理部２０と、活性炭３２を有しろ過処理部２０から移送される一次処理水Ｃを活性炭３２によって浄化処理する活性炭処理部３０とを備えている。また、本実施形態の水処理装置１は、活性炭処理部３０で浄化処理された処理水Ｄを貯留する貯留タンク４０と、貯留タンク４０に貯留された処理水Ｄを排出する排出ポンプ５０とを備えている。
【００１９】
なお、本実施形態の水処理装置１では、給水ポンプ１０、ろ過処理部２０、活性炭処理部３０、貯留タンク４０、及び排出ポンプ５０が地面に設置されているものとする。よって、以下では、地面から離れる方向を上方、地面に近付く方向を下方、これらを合わせて上下方向などと称することがある。
【００２０】
給水ポンプ１０が供給する原水Ａの量は、０．２Ｌ／分以上であることが好ましい。これによって、農業用水として十分な量の処理水Ｄが確保され得る。また、給水ポンプ１０が供給する原水Ａの量は、５０Ｌ／分以下であることが好ましい。これによって、混合液Ｂ又は一次処理水Ｃがろ過材２２又は活性炭３２により十分に処理され得る。
【００２１】
給水ポンプ１０は、原水Ａを吸い込む吸込部１１と、原水Ａを吐出する吐出部１２とを有している。吸込部１１は、配管６１を介して原水Ａの水源に接続されている。また、吐出部１２は、配管６２を介して添加装置１００に流体的に接続されている。
【００２２】
添加装置１００は、電力を必要とせず、原水Ａの水圧によって駆動するように構成されている。
【００２３】
また、添加装置１００は、原水Ａの流量に応じて塩素系酸化剤Ｈの添加量が変動するように構成されている。すなわち、添加装置１００は、混合液Ｂにおける塩素系酸化剤Ｈの濃度が維持されるように、原水Ａの流量に応じて変動する量の塩素系酸化剤Ｈを添加するように構成されている。鉄やマンガンを効率的に酸化しつつ、余分な塩素分の処理水Ｄへの混入を抑制する上で、添加装置１００は、混合液Ｂにおける塩素系酸化剤Ｈの濃度が好ましくは０．０６〜０．１５質量％、より好ましくは０．０８〜０．１質量％に維持されるように原水Ａに塩素系酸化剤Ｈを添加するように構成されている。
【００２４】
このような添加装置１００としては、例えば、特表２０１８−５３０７０３号公報に記載の“可逆式定量ポンプ”や特表２０１９−５２７８２５号公報に記載の“比例計量ポンプ”などが好ましい。市販の添加装置１００としては、ＤＯＳＡＴＲＯＮ社の製品である“ドサトロン”が好ましい。
【００２５】
塩素系酸化剤Ｈは、添加装置１００による添加が可能なように、水溶液の形態で用いられる。このため、塩素系酸化剤Ｈとしては、次亜塩素酸や次亜塩素酸塩が好ましく、水に対する溶解度が比較的高い次亜塩素酸ナトリウムが特に好ましい。次亜塩素酸ナトリウム水溶液は、３〜１５質量％（有効塩素濃度３０〜１７８ｇ／Ｌ）の濃度のものが使用され得る。給水ポンプ１０が汲み上げる原水Ａの上記量を勘案すると、該濃度は６〜１５質量％（有効塩素濃度約６０〜１７８ｇ／Ｌ）であることが好ましい。この場合、添加装置１００は、上記のような性能の給水ポンプ１０により供給される原水Ａの流量に対して１／１００〜１／２００の量の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を添加するように構成されていることが好ましい。
【００２６】
添加装置１００は、塩素系酸化剤Ｈに対する耐性が付与されるという観点から、少なくとも塩素系酸化剤Ｈが接触し得る部品がフッ素系樹脂によって構成されていることが好ましい。かかるフッ素系樹脂としては、特に限定されないが、ポリフッ化ビニリデン樹脂が好ましい。
【００２７】
添加装置１００は、配管６３を介して、ろ過処理部２０に流体的に接続されている。なお、添加装置１００の駆動機構の詳細については後述する。
【００２８】
ろ過処理部２０は、混合液Ｂをろ過材２２に上方から下方に向かって通過させるように設置されている。
【００２９】
ろ過材２２は、原水Ａに含まれる鉄やマンガンを酸化しつつ捕捉する第１のろ過材２２１と、第１のろ過材２２１よりも有効径（粒度）が小さく且つ密度が大きい第２のろ過材２２２とを含んでいる。また、ろ過材２２は、第１のろ過材２２１が上方に配され且つ第２のろ過材２２２が下方に配された積層構造を有している。
【００３０】
第１のろ過材２２１としては、粒子状の芯材の表面が二酸化マンガンで被覆されたろ過材が好ましく用いられ得る。かかるろ過材は、鉄やマンガンを付着させつつこれらを触媒的に酸化して鉄化合物やマンガン化合物とする、いわゆる接触酸化を行うものである。該ろ過材は、例えば、前記芯材が二酸化マンガン水溶液に浸漬され水分が加熱乾燥されることによって得られる。また、前記芯材としては、砂、アンスラサイト、ガーネット、ゼオライト、シャモット、セラミックスなどの前記加熱温度に耐え得るものが挙げられる。
このような第１のろ過材２２１としては、例えば、フェロライトやマンガン砂（株式会社トーケミ製）が使用可能である。
【００３１】
第１のろ過材２２１の粒度は、通常０．３ｍｍ以上であり、０．６ｍｍ以上であることが好ましい。また、第１のろ過材２２１の粒度は、通常２．３ｍｍ以下であり、２．０ｍｍ以下であることが好ましい。なお、前記粒度は、顕微鏡観察などによってろ過材を拡大観察し、任意に選択される１００個の粒子の最大径を測定し、これらの平均値を算出することによって求めることができる。
【００３２】
また、第１のろ過材２２１の密度は、通常０．６５〜１．２ｇ／ｃｍ３であり、１．０〜１．２ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。なお、本明細書において、密度とは、ＪＷＷＡ  Ａ１０３：２００６に記載された試験方法に準拠して測定される値を意味するものとする。
【００３３】
第２のろ過材２２２は、前記鉄化合物や前記マンガン化合物を物理的に捕捉するろ過材であることが好ましい。すなわち、第２のろ過材２２２は、これを構成する粒子間の空隙に前記鉄化合物や前記マンガン化合物を配することによって捕捉するろ過材である。第２のろ過材２２２としては、例えば、アンスラサイト、珪砂、ガーネット、セラミックなどが挙げられる。また、第２のろ過材２２２は、第１のろ過材２２１よりも粒度（有効径）が小さく且つ密度が大きいことが好ましい。フェロライトのような第１のろ過材２２１は、前記鉄化合物や前記マンガン化合物を触媒的に吸着させる化学的な捕捉性能には優れているが、前記鉄化合物などに対する物理的な捕捉性能に優れているとはいい難い。このため、第１のろ過材２２１が捕捉しきれなかった前記鉄化合物や前記マンガン化合物が、第１のろ過材２２１を通過するおそれがある。これに対して、アンスラサイトなどの第２のろ過材２２２は、物理的な捕捉性能に優れているため、第１のろ過材２２１を通過した前記鉄化合物などを捕捉することができる。また、活性炭３２は、通常、第１のろ過材２２１や第２のろ過材２２２よりも粒度が小さいため、活性炭処理部３０に前記鉄化合物や前記マンガン化合物が流入すると、活性炭３２上に前記鉄化合物などの被膜が形成されて閉塞してしまい、活性炭処理部３０における一次処理水Ｃの処理速度が低下するおそれがある。これに対して、第２のろ過材２２２が前記鉄化合物を捕捉することによって、上記のような活性炭３２の閉塞が抑制される。
【００３４】
第２のろ過材２２２の有効径は、通常０．７〜４．０ｍｍであり、０．８〜１．２ｍｍであることが好ましい。また、第２のろ過材２２２の均等係数は、１．４以下であることが好ましい。これによって、前記鉄化合物や前記マンガン化合物をより確実に物理的に捕捉することができる。
【００３５】
第２のろ過材２２２の粒度は、通常０．７ｍｍ以上であり、０．８ｍｍ以上であることが好ましい。また、第２のろ過材２２２の粒度は、通常４．０ｍｍ以下であり、１．２ｍｍ以下であることが好ましい。また、第２のろ過材２２２の密度は、通常１．４０〜１．６９ｇ／ｃｍ３であり、１．４２〜１．４６ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。なお、第２のろ過材２２２の粒度及び密度は、第１のろ過材２２１と同様にして測定することができる。
【００３６】
ろ過材２２によって混合液Ｂが効率的に処理されるように、第１のろ過材２２１の充填量は３０〜６０Ｌ／ｍ２であり、第２のろ過材２２２の充填量は２０〜４０Ｌ／ｍ２であることが好ましい。
【００３７】
なお、ろ過材２２の前記積層構造に関して、第１のろ過材２２１と第２のろ過材２２２とが完全に二層に分離している必要はなく、上層を構成する第１のろ過材２２１の一部が第２のろ過材２２２が構成する下層に含まれていてもよい。また、下層を構成する第２のろ過材２２２の一部が第１のろ過材２２１が構成する上層に含まれていてもよい。
【００３８】
ろ過処理部２０は、ろ過材２２を収容するための収容空間が形成されたろ過処理槽２１を有している。上記量の原水Ａをろ過材２２によって効率的に浄化処理可能なように、ろ過処理槽２１の収容空間の容積は１００〜２００Ｌであることが好ましい。
【００３９】
ろ過処理槽２１は、ろ過材２２を載置しつつ混合液Ｂを通過させるろ過材載置部２３と、ろ過材載置部２３の上方側に配されておりろ過材２２の上方側から混合液Ｂを導入する導入部２４と、ろ過材載置部２３の下方側に配されておりろ過材２２によって浄化処理された一次処理水Ｃを排出する排出部２５とを有している。
【００４０】
ろ過材載置部２３は、ろ過材２２を載置する載置面部と、一次処理水Ｃを通過させる複数の開口部とを有している。
【００４１】
導入部２４は、ろ過処理槽２１における収容空間の外部と内部とを連通させるように延びる管状に形成されている。また、導入部２４の内部側の端部は上方に開口している。これによって、ろ過処理槽２１に導入される混合液Ｂによりろ過材２２の表面が乱されることが抑制される。
【００４２】
排出部２５は、配管６４を介して、活性炭処理部３０に流体的に接続されている。
【００４３】
活性炭処理部３０は、一次処理水Ｃを活性炭３２に上方から下方に向かって通過させるように設置されている。
【００４４】
活性炭３２としては、鉱物などを原料とする鉱物性活性炭よりも油分の含有量の少ない、ヤシガラなどを原料とする植物性活性炭が好ましい。また、塩素分を効率よく吸着させる上で、活性炭３２のヨウ素吸着性能は、９５０〜１１００ｍｇ／ｇであることが好ましい。また、水圧によって活性炭が破砕されて処理水Ｄに混入しないように、活性炭３２の硬さは９５以上であることが好ましい。なお、前記ヨウ素吸着性能及び前記硬さは、ＪＷＷＡ  Ａ１１４：２００４に記載された測定方法に準拠して測定される値を意味するものとする。
【００４５】
活性炭３２によって一次処理水Ｃが効率的に処理されるように、活性炭３２の充填量は５０〜１００Ｌ／ｍ２であることが好ましい。
【００４６】
活性炭処理部３０は、活性炭３２を収容するための収容空間が形成された活性炭処理槽３１を有している。一次処理水Ｃを活性炭３２によって効率的に浄化処理可能なように、活性炭処理槽３１の収容空間の容積は、１００〜２００Ｌであることが好ましい。
【００４７】
本実施形態では、活性炭処理槽３１は、ろ過処理槽２１と同様に構成されている。すなわち、活性炭処理槽３１は、活性炭３２を載置しつつ一次処理水Ｃを通過させる活性炭載置部３３と、活性炭載置部３３の上方側に配されており活性炭３２の上方側から一次処理水Ｃを導入する導入部３４と、活性炭載置部３３の下方側に配されており活性炭３２によって浄化処理された処理水Ｄを排出する排出部３５とを有している。
【００４８】
活性炭載置部３３は、活性炭３２を載置する載置面部と、処理水Ｄを通過させる複数の開口部とを有している。
【００４９】
導入部３４は、活性炭処理槽３１の収容空間の外部と内部とを連通させるように延びる管状に形成されている。また、導入部３４の内部側の端部は上方に開口している。これによって、活性炭処理槽３１へ導入される一次処理水Ｃにより活性炭３２の表面が乱されることが抑制される。
【００５０】
排出部３５は、配管６５を介して、貯留タンク４０に接続されている。
【００５１】
本実施形態の水処理装置１は、給水ポンプ１０によってもたらされる原水Ａの水圧のみによって、添加装置１００の駆動や、ろ過処理部２０からの一次処理水Ｃの排出や、活性炭処理部３０から処理水Ｄの排出が可能となっている。すなわち、水処理装置１は、通常運転時、給水ポンプ１０の入口から配管６５の出口までの流路の間に、外部と連通して圧損を生じさせるような開口が形成されないように構成されている。
【００５２】
貯留タンク４０の容量は、１０００〜１００００Ｌであることが好ましい。これによって、農地での灌水に十分なものとなり得る。また、逆洗浄に処理水Ｄが用いられる場合、逆洗浄にも十分なものとなり得る。
【００５３】
貯留タンク４０は、配管６６を介して、排出ポンプ５０に流体的に接続されている。
【００５４】
排出ポンプ５０は、処理水Ｄを吸い込む吸込部５１と、処理水Ｄを吐出する吐出部５２とを有している。吸込部５１は、上記のように、配管６６を介して貯留タンク４０に流体的に接続されている。また、吐出部５２は、配管６７を介して外部に処理水Ｄを吐出するようになっているとともに、配管６７から分岐した配管６８を介してろ過処理部２０に接続されている。さらに、配管６８は、ろ過処理部２０の排出部２５に接続されている。これによって、ろ過材２２の下方から上方へ処理水Ｄを供給することが可能となり、すなわち、ろ過材２２の処理水Ｄによる逆洗浄が可能となる。
【００５５】
排出ポンプ５０は、ろ過材２２の効率的な逆洗浄を可能とするために、９０Ｌ／分以上の処理水Ｄを排出可能であることが好ましい。
【００５６】
上記の他、本実施形態の水処理装置１は、配管６３から分岐しておりろ過処理部２０を外部と連通させる配管６９を有している。また、水処理装置１は、配管６９に設けられたバルブ７１と、配管６８に設けられたバルブ７２と、配管６４に設けられたバルブ７３と、配管６７に設けられたバルブ７４とを有している。これによって、処理水Ｄの農業用水としての使用から逆洗浄時の洗浄水としての使用の切り替えが容易となる。
【００５７】
次に、添加装置１００の構成の一例として、特表２０１８−５３０７０３号公報に記載された構成を詳細に説明する。
【００５８】
図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、添加装置１００は、上端が閉塞した円筒状のシリンダー部１１０と、シリンダー部１１０内を摺動可能に配されたピストン部１２０とを備え、原水Ａの水圧によってピストン部１２０が上下方向に摺動することで、シリンダー部１１０内に塩素系酸化剤Ｈを吸い上げ、原水Ａに塩素系酸化剤Ｈを添加して混合液Ｂを調製可能に構成されている。
【００５９】
シリンダー部１１０は、上端が閉塞した円筒状のシリンダー本体１１１と、塩素系酸化剤Ｈをシリンダー本体１１１に導入するための導管１１２であってシリンダー本体１１１の他端から下方に直線状に延びる第１の導管１１２とを有している。第１の導管１１２の内径は、シリンダー本体１１１の内径よりも小さく形成されている。また、第１の導管１１２は、管状のチューブなどによって、塩素系酸化剤Ｈを収容する容器８０に接続されている。
また、ピストン部１２０は、上側が開放した凹状の中空部１２１を有しておりシリンダー本体１１１内を摺動するピストン本体１２２と、ピストン本体１２２の下部にロッド１２７を介して接続されたプランジャ１２３であって第１の導管１１２内を摺動するプランジャ１２３とを有している。プランジャ１２３は、第１の導管１１２内の塩素系酸化剤Ｈがプランジャ１２３の上方へ導かれた状態で上方へ移動することによって、第３のチャンバ１３３（後述）に塩素系酸化剤Ｈを移動させる。また、プランジャ１２３は、第１の導管１１２内における移動距離を調節可能に構成されており、これによって、第３のチャンバ１３３への塩素系酸化剤Ｈの導入量を調節可能となっている。
このような構成によって、添加装置１００は、原水Ａの水圧によってピストン部１２０が上方へ摺動すると（プランジャ１２３が第１の導管１１２内を摺動すると）、第１の導管１１２を介してシリンダー本体１１１内に容器８０から塩素系酸化剤Ｈが導入されるようになっている。
【００６０】
次に、添加装置１００が原水Ａの水圧によって駆動する構成について説明する。
【００６１】
シリンダー部１１０は、シリンダー本体１１１の内部に、第１の導管１１２に連通しており、シリンダー本体１１１の内径よりも外径が小さく且つ第１の導管１１２の内径よりも内径が小さい円筒状の内部シリンダー１１３を有している。内部シリンダー１１３は、シリンダー本体１１１の下端から上方に向かって延びており、且つ、シリンダー本体１１１の上部との間に間隔を形成するように配されている。また、シリンダー部１１０は、シリンダー本体１１１から外側に向かって延びる導管１１４であって原水Ａを導入するための第２の導管１１４と、内部シリンダー１１３から径方向の外側に向かって延びる導管１１５であって混合液Ｂを排出するための第３の導管１１５とを有している。第２の導管１１４と第３の導管１１５とは、それぞれの中心軸が同一直線上に延びるように配されている。
一方、ピストン本体１２２は、シリンダー本体１１１の内側表面に密着してシリンダー本体１１１内を摺動する拡径部１２４と、内部シリンダー１１３の内側表面に密着して内部シリンダー１１３内を摺動する縮径部１２５とを有している。
このような構成によって、添加装置１００は、シリンダー本体１１１と内部シリンダー１１３とピストン本体１２２との間に形成された第１のチャンバ１３１、シリンダー本体１１１とピストン本体１２２の拡径部１２４との間に形成された第２のチャンバ１３２、及び、ピストン本体１２２の縮径部１２５と内部シリンダー１１３との間に形成された第３のチャンバ１３３を有するものとなる。
【００６２】
また、ピストン本体１２２の拡径部１２４には、第１のチャンバ１３１と第２のチャンバ１３２とを連通させる第１の連通口１４１が形成されている。また、ピストン本体１２２の中空部１２１の底部１２６には、第２のチャンバ１３２と第３のチャンバ１３３とを連通させる第２の連通口１４２が形成されている。
これによって、第１のチャンバ１３１は、第２の導管１１４から原水Ａを受け入れ可能となり、第２のチャンバ１３２は、第１のチャンバ１３１から原水Ａを受け入れ可能となり、第３のチャンバ１３３は、第２のチャンバ１３２から原水Ａを受け入れ可能となる。
【００６３】
さらに、ピストン本体１２２には、第１の連通口１４１及び第２の連通口１４２のそれぞれを開閉させるための第１の弁１４３及び第２の弁１４４が連結されている。第１の弁１４３は、第１のチャンバ１３１内に配されており、下方から上方に向かって移動することで第１の連通口１４１を下方から閉塞するように（又は、下方に移動することで第１の連通口１４１を開放するように）上下方向に移動可能となっている。また、第２の弁１４４は、第２のチャンバ１３２内に配されており、上方から下方に向かって移動することで第２の連通口１４２を上方から閉塞するように（又は、上方に移動することで第２の連通口１４２を開放するように）上下方向に移動可能となっている。なお、第１の弁１４３及び第２の弁１４４は、これらを駆動させるための後述する弁駆動機構１５０によって、上下方向に移動可能となっている。
【００６４】
次に、添加装置１００が有する弁駆動機構１５０について説明する。
【００６５】
弁駆動機構１５０は、ピストン本体１２２における中空部１２１の底部１２６を上下方向に貫通しつつ中空部１２１に固定された棒状体１５１であってピストン本体１２２の摺動とともに上下方向に移動可能な棒状体１５１と、第１の弁１４３及び第２の弁１４４を支持する弁支持体１５２と、棒状体１５１及び弁支持体１５２を連結する連結部１５３であって棒状体１５１の上下方向における移動を弁支持体１５２の移動に関連付けるＵ字状の連結部１５３とを備えている。
【００６６】
棒状体１５１は、上向への移動に伴って上側の端部がシリンダー本体１１１内に設けられた上側停止部１１６（本実施形態ではシリンダー本体１１１の上面部）に当接し、且つ、下方への移動に伴って下側の端部が下側停止部１１７に当接するように配されている。
【００６７】
図２Ａに示されるように、連結部１５３は、水平方向（上下方向の直交方向）に沿って延びる基端部１５３１と、基端部１５３１の両端から互いに並行するように延びる第１の接続部１５３２及び第２の接続部１５３３とを有しており、第１の接続部１５３２の先端部が棒状体１５１に接続されており、第２の接続部１５３３の基端部が弁支持体１５２に接続されている。また、第１の接続部１５３２の先端部がビス留めなどで棒状体１５１に接続されることによって、連結部１５３は、該ビスを回転軸として回転可能となっている。
これによって、第１の接続部１５３２の先端部が上方へ移動するとともに第２の接続部１５３３の基端部が下方へ移動することで、弁支持体１５２が棒状体１５１に対して下方へ移動する。また、第１の接続部１５３２の先端部が下方へ移動するとともに第２の接続部１５３３の基端部が上方へ移動することで、弁支持体１５２が棒状体１５１に対して上方へ移動する。
【００６８】
また、弁駆動機構１５０は、棒状体１５１及び連結部１５３（具体的には基端部１５３１）を接続する弾性部材１５４であって上方又は下方に向かって湾曲し得る長さを有する弾性部材１５４を備えている。また、弾性部材１５４は、第１の接続部１５３２と第２の接続部１５３３との間に形成された隙間を通過可能な幅を有しており、該通過によって、上方に向かって湾曲した状態から下方に向かって湾曲した状態に変形可能となっている。
【００６９】
これらの構成によって、まず、棒状体１５１が上方に移動して、棒状体１５１がシリンダー本体１１１の上側停止部１１６に当接すると、棒状体１５１の上方への移動が停止し且つ弁支持体１５２の上方への移動は継続するため、上方に湾曲した弾性部材１５４を介して連結部１５３（基端部１５３１）が上方から下方に向かって付勢される。上方から付勢された連結部１５３は、前記ビスを回転軸として下方に回転し、これに伴って、弁支持体１５２も下方へ移動する。これによって、第１の弁１４３及び第２の弁１４４も下方に移動するため、第１の弁１４３が開状態となり、且つ、第２の弁１４４が閉状態となる。また、このとき、連結部１５３の第１の接続部１５３２と第２の接続部１５３３との間に弾性部材１５４が通過可能な前記隙間があることによって、弾性部材１５４が連結部１５３を付勢しつつ該隙間を通過して反転すること（下方に湾曲した状態に変化すること）が可能となる。
次に、棒状体１５１が下方に移動して、棒状体１５１がシリンダー本体１１１の下側停止部１１７に当接すると、棒状体１５１の下方への移動が停止し且つ弁支持体１５２の下方への移動は継続するため、下方に湾曲した弾性部材１５４を介して連結部１５３（基端部１５３１）が下方から上方に向かって付勢される。下方から付勢された連結部１５３は、前記ビスを回転軸として上方に回転し、これに伴って、弁支持体１５２も上方へ移動する。これによって、第１の弁１４３及び第２の弁１４４も上方に移動するため、第１の弁１４３が閉状態となり、且つ、第２の弁１４４が開状態となる。このとき、上記と同様にして、弾性部材１５４が上方に湾曲した状態へ反転する。
【００７０】
上記のような構成によって、以下のようにして、添加装置１００は、原水Ａの水圧で連続して駆動するものとなる。
【００７１】
まず、添加装置１００は、第１の連通口１４１が閉状態であり且つ第２の連通口１４２が開状態である第１の状態と、第１の連通口１４１が開状態であり且つ第２の連通口１４２が閉状態である第２の状態とを取り得る。
【００７２】
そして、第１の状態では、第１のチャンバ１３１に供給された原水Ａの水圧がピストン本体１２２の下方から加わることによって、ピストン部１２０全体が上方へ摺動する。これに伴い、第２のチャンバ１３２内の原水Ａ（駆動初期は空気）が第２の連通口１４２を介して第３のチャンバ１３３に供給され、且つ、第１の導管１１２を介してプランジャ１２３によって吸い上げられた塩素系酸化剤Ｈが第３のチャンバ１３３に供給される。また、このとき、第３のチャンバ１３３において、原水Ａに塩素系酸化剤Ｈが混合された混合液Ｂが調製される。
【００７３】
また、第２の状態では、原水Ａが第１の連通口１４１を介して第１のチャンバ１３１から第２のチャンバ１３２に供給される。このとき、ピストン本体１２２が拡径部１２４と縮径部１２５とを有するため、拡径部１２４と縮径部１２５との受圧面積比に応じて、第１のチャンバ１３１と第２のチャンバ１３２との間に下向きの差圧が生じ、該差圧によってピストン部１２０全体が下方へ摺動する。これに伴い、第３の導管１１５を介して第３のチャンバ１３３から原水Ａが排出される。
以上の構成によって、原水Ａの流量に応じて変動した量の塩素系酸化剤Ｈを原水Ａに添加することができる。
【００７４】
次に、本実施形態の水処理装置１の動作について説明する。
【００７５】
本実施形態の水処理装置１では、給水ポンプ１０により添加装置１００に供給された原水Ａに、添加装置１００により塩素系酸化剤Ｈが添加され、混合液Ｂとされる。混合液Ｂは、ろ過処理槽２１の導入部２４を介してろ過処理槽２１内に供給され、ろ過材２２により鉄が酸化されつつ除去されて一次処理水Ｃとされ、排出部２５から排出される。一次処理水Ｃは、活性炭処理槽３１の導入部３４を介して活性炭処理槽３１内に供給され、活性炭３２に塩素分が吸着されて処理水Ｄとされ、排出部３５から排出される。処理水Ｄは、貯留タンク４０に一次的に貯留され、農業用水として使用される。処理水Ｄの農業用水としての使用時には、バルブ７２が閉状態とされ、バルブ７４が開状態とされる。
【００７６】
通常の原水Ａが上記のような浄化処理を経て得られる処理水Ｄは、鉄及びマンガンそれぞれの濃度が１ｐｐｍ以下となり得、より具体的には、鉄の濃度が０．０５ｐｐｍ以下となり且つマンガンの濃度が０．５ｐｐｍ以下となり得る。また、処理水Ｄの塩素分濃度は０．２ｐｐｍ以下となり得る。すなわち、上記構成によれば、処理水Ｄが、農業用水に適した品質となり得る。なお、前記塩素分としては、原水Ａに含まれる塩化物イオン、及び塩素系酸化剤Ｈに由来する塩素や塩酸などが挙げられる。
【００７７】
また、上記構成の水処理装置１は、処理水Ｄを用いたろ過材２２の逆洗浄が可能となっており、それによって、ろ過材２２に付着した鉄化合物などを除去可能となっている。逆洗浄時には、バルブ７１により配管６９が外部に連通した状態にされ、バルブ７２が開状態とされ、且つ、バルブ７３及びバルブ７４が閉状態とされる。この状態で、排出ポンプ５０が駆動されると、洗浄水としての処理水Ｄが配管６８を介してろ過処理部２０に導入され、ろ過材２２を下方から上方に向かって通過し、配管６９を介して外部に排出される。
【００７８】
逆洗浄は、通常、ろ過材２２の容量の１０〜２０倍の容量の洗浄水をろ過処理部２０に供給することにより行われる。また、逆洗浄の洗浄水としては、上記のように処理水Ｄの使用が好ましいが、原水Ａが使用されてもよい。この場合、原水Ａの鉄濃度は、５ｐｐｍ未満であることが好ましい。
【００７９】
次に、水処理装置１を用いた水処理方法Ｐの一実施形態について説明する。
【００８０】
水処理方法Ｐは、添加装置１００を用いて原水Ａに塩素系酸化剤Ｈを添加して混合液Ｂとする混合工程Ｐ１と、ろ過処理部２０によって混合液Ｂに含まれる鉄を酸化し且つろ過材２２によって捕捉することで混合液Ｂを一次処理水Ｃとするろ過処理工程Ｐ２と、活性炭処理部３０によって一次処理水Ｃを活性炭３２によって浄化処理することで処理水Ｄとする活性炭処理工程Ｐ３とを備える。
【００８１】
混合工程Ｐ１では、給水ポンプ１０によって原水Ａを添加装置１００に供給することによって添加装置１００を駆動させる。また、添加装置１００におけるプランジャ１２３の第１の導管１１２内における移動距離を調節することによって、混合液Ｂにおける塩素系酸化剤Ｈの濃度が好ましくは０．０６〜０．１５質量％、より好ましくは０．０８〜０．１質量％に維持されるように原水Ａに塩素系酸化剤Ｈを添加する。
【００８２】
本実施形態のろ過処理工程Ｐ２では、ろ過材２２として、第１のろ過材２２１が上方に配され且つ第２のろ過材２２２が下方に配された積層構造を有するものを用いる。ろ過処理工程Ｐ２では、第１のろ過材２２１に混合液Ｂに含まれる鉄やマンガンを酸化して鉄化合物やマンガン化合物を生成させつつこれらの化合物を第１のろ過材２２１に付着させる。また、第１のろ過材２２１に付着しきらずに第１のろ過材２２１を通過し得る前記鉄化合物や前記マンガン化合物を第２のろ過材２２２によって捕捉する。
【００８３】
ろ過材２２によるろ過処理、特に、第１のろ過材２２１による鉄やマンガンの酸化処理が効率的に進行するように、容量１Ｌあたりの第１のろ過材２２１に通過させる単位時間あたりの混合液Ｂの量（すなわち流速）は、５０Ｌ／分以下であることが好ましい。
【００８４】
活性炭処理工程Ｐ３では、一次処理水Ｃに含まれる塩素分を活性炭３２に吸着させる。
【００８５】
活性炭３２による吸着処理が効率的に行われるように、容量１Ｌあたりの活性炭３２に通過させる単位時間あたりの一次処理水Ｃの量（すなわち流速）は、５０Ｌ／分以下であることが好ましい。
【００８６】
上記のように、添加装置１００が受け入れ可能な原水Ａの量を考慮すると、給水ポンプ１０の原水Ａの供給量を５０Ｌ／分以下に設定することが好ましいが、このような供給量に設定することによって、ろ過処理工程Ｐ２及び活性炭処理工程Ｐ３において混合液Ｂ及び一次処理水Ｃが効率的に処理されるような上記流速となり得る。すなわち、水処理装置１を用いた本実施形態の水処理方法Ｐでは、給水ポンプ１０の原水Ａの供給量を５０Ｌ／分以下に設定することによって、添加装置１００に対する原水Ａの供給量が適度な値になるとともに、混合液Ｂ及び一次処理水Ｃの流速が上記のような好ましい値となることによって、処理水Ｄが農業用水として十分な品質になり得る。
【００８７】
なお、本発明に係る水処理装置は、上記実施形態の構成に限定されるものではない。また、本発明に係る水処理装置は、上記した作用効果により限定されるものでもない。本発明に係る水処理装置は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１：水処理装置、
１０：給水ポンプ、１１：吸込部、１２：吐出部、
２０：ろ過処理部、２１：ろ過処理槽、
２２：ろ過材、２２１：第１のろ過材、２２２：第２のろ過材、
２３：ろ過材載置部、２４：導入部、２５：排出部、
３０：活性炭処理部、３１：活性炭処理槽、３２：活性炭、
３３：活性炭載置部、３４：導入部、３５：排出部、
４０：貯留タンク、
５０：排出ポンプ、５１：吸込部、５２：吐出部、
６１〜６９：配管、
７１〜７４：バルブ、８０：容器、
１００：添加装置、
１１０：シリンダー部、１１１：シリンダー本体、１１２：第１の導管、
１１３：内部シリンダー、１１４：第２の導管、１１５：第３の導管、
１１６：上側停止部、１１７：下側停止部、
１２０：ピストン部、１２１：中空部、１２２：ピストン本体、
１２３：プランジャ、１２４：拡径部、１２５：縮径部、１２６：底部、１２７：ロッド、
１３１：第１のチャンバ、１３２：第２のチャンバ、１３３：第３のチャンバ、
１４１：第１の連通口、１４２：第２の連通口、１４３：第１の弁、１４４：第２の弁、
１５０：弁駆動機構、１５１：棒状体、１５２：弁支持体、
１５３：連結部、１５３１：基端部、１５３２：第１の接続部、１５３３：第２の接続部、１５４：弾性部材、
Ａ：原水、Ｂ：混合液、Ｃ：一次処理水、Ｄ：処理水、Ｈ：塩素系酸化剤
【図１】
2022002825.tif 000003
【図２Ａ】
2022002825.tif 000004
【図２Ｂ】
2022002825.tif 000005