(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱塩装置の前段に濁質除去装置を設置して成る純水製造装置であって、上記の濁質除去装置は、下向流形式で原水が供給され且つ上向流形式で洗浄水が供給される濁質除去装置であって、塔（１）の頂部にはバルブ付の原水供給配管と洗浄廃水排出配管とが設けられ、塔（１）の底部にはバルブ付の処理水排出配管と洗浄水供給配管と空気供給配管とが設けられ、塔内部には上部支持体（２）と下部支持体（３）とが配置され、上部支持体（２）と下部支持体（３）との間には芯紐および当該芯紐の周側に突設された濁質捕捉材から成る複数の濾材（４）が当該濾材の端部の上部吊り紐（７）と下部吊り紐（８）とによって懸垂状態で固定され、濾材（４）の芯紐ならびに上部吊り紐（７）及び下部吊り紐（８）は流水方向に沿って屈曲変形可能に構成され、上部支持体（２）と下部支持体（３）との間の距離（ＬＡ）、濾材（４）の長さ（ＬＢ）、上部吊り紐（７）の長さ（Ｌｂ１）、下部吊り紐（８）の長さ（Ｌｂ２）の関係が以下に規定する式（１）〜（３）を満足する濁質除去装置であることを特徴とする純水製造装置。
【数１】
ＬＡ＜（Ｌｂ１＋ＬＢ＋Ｌｂ２）            （１）
ＬＢ＜ＬＡ                                （２）
（ＬＢ＋Ｌｂ２）＜ＬＡ＜（ＬＢ＋Ｌｂ１）    （３）
【請求項２】
脱塩装置がイオン交換樹脂塔である請求項１に記載の純水製造装置。
【請求項３】
脱塩装置が電気透析装置である請求項１に記載の純水製造装置。
【請求項４】
脱塩装置が逆浸透膜モジュールである請求項１に記載の純水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、純水製造装置に関し、詳しくは、各種の脱塩装置の前段に繊維状の濾材を使用した特定構造の濁質除去装置を設置した純水製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許第２９４０６４８号公報には、イオン交換樹脂塔から成る脱塩装置の前段に、逆浸透膜モジュール、限外濾過膜装置またはマイクロフィルターから成る膜分離装置を設置した純水製造装置が提案されている。斯かる提案によれば、原水中の濁質のために従来必要であったイオン交換樹脂塔の逆洗工程を無くして樹脂の再生時間を短縮し、また、イオン交換樹脂塔の上方に設けられる空間部（フリーボード）を無くしてイオン交換樹脂塔を小さく且つシンプルにすることが出来る。
【０００３】
しかしながら、上記の提案に係る純水製造装置の場合は、特に高濁度原水を通水した際に短時間で膜分離装置の閉塞が起こり、長時間に亘り安定運転を行なうことが出来ない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、その目的は、イオン交換樹脂塔から成る脱塩装置を備えた純水製造装置であって、イオン交換樹脂塔の逆洗工程をなくして樹脂の再生時間を短縮し、また、イオン交換樹脂塔の上方に設けられる空間部（フリーボード）をなくしてイオン交換樹脂塔を小さく且つシンプルにすることが出来、しかも、高濁度原水を通水しても長時間に亘り安定運転を行なうことが出来る様に改良された純水製造装置を提供することにある。また、本発明の目的は、イオン交換樹脂塔以外の脱塩装置を備えた純水製造装置であって、上記と同様に長時間に亘り安定運転を行なうことが出来る様に改良された純水製造装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の要旨は、脱塩装置の前段に濁質除去装置を設置して成る純水製造装置であって、上記の濁質除去装置は、下向流形式で原水が供給され且つ上向流形式で洗浄水が供給される濁質除去装置であって、塔（１）の頂部にはバルブ付の原水供給配管と洗浄廃水排出配管とが設けられ、塔（１）の底部にはバルブ付の処理水排出配管と洗浄水供給配管と空気供給配管とが設けられ、塔内部には上部支持体（２）と下部支持体（３）とが配置され、上部支持体（２）と下部支持体（３）との間には芯紐および当該芯紐の周側に突設された濁質捕捉材から成る複数の濾材（４）が当該濾材の端部の上部吊り紐（７）と下部吊り紐（８）とによって懸垂状態で固定され、濾材（４）の芯紐ならびに上部吊り紐（７）及び下部吊り紐（８）は流水方向に沿って屈曲変形可能に構成され、上部支持体（２）と下部支持体（３）との間の距離（ＬＡ）、濾材（４）の長さ（ＬＢ）、上部吊り紐（７）の長さ（Ｌｂ１）、下部吊り紐（８）の長さ（Ｌｂ２）の関係が以下に規定する式（１）〜（３）を満足する濁質除去装置であることを特徴とする純水製造装置に存する。
【０００６】
【数２】
ＬＡ＜（Ｌｂ１＋ＬＢ＋Ｌｂ２）            （１）
ＬＢ＜ＬＡ                                （２）
（ＬＢ＋Ｌｂ２）＜ＬＡ＜（ＬＢ＋Ｌｂ１）    （３）
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の純水製造装置に使用される濁質除去装置（Ａ）の好ましい一例の模式的説明図であり、図１（ａ）は原水処理運転の説明図であり、図１（ｂ）は洗浄運転の説明図である。図２は、本発明の純水製造装置に使用されるイオン交換樹脂塔から成る脱塩装置の一例の概念的説明図である。図３は、本発明の純水製造装置に使用される電気透析装置の一例の概念的説明図である。図４は、本発明の純水製造装置に使用される逆浸透膜モジュールの一例の概念的説明図である。
【０００８】
先ず、図１に示す濁質除去装置（Ａ）について説明する。この濁質除去装置は、下向流形式で原水が供給され且つ上向流形式で洗浄水が供給される濁質除去装置である。従って、塔（１）の頂部にはバルブ付の原水供給配管と洗浄廃水排出配管とが設けられ、塔（１）の底部にはバルブ付の処理水排出配管と洗浄水供給配管と空気供給配管とが設けられている。図１に示す装置においては、原水処理運転および洗浄運転で使用される配管は共通しており、バルブ操作によって通水方向が変更される。
【０００９】
すなわち、原水処理運転の場合、バルブ（６１）及び（６２）のみが開状態とされ、濁質を含む原水は、バルブ（６１）から配管（５１）を経由して塔（１）内に供給される。この際、濾材（４）は後述する様に圧密状態を呈し、原水に同伴された濁質は濾材（４）によって捕捉される。濁質を含まない処理水は、配管（５２）を経由してバルブ（６２）から排出され、そして、後述の図２に示す処理水槽（９）に貯留される。
【００１０】
一方、洗浄運転の場合、原水処理運転時に開状態であったバルブ（６１）及び（６２）が閉止され、洗浄水は、バルブ（６４）から配管（５２）を経由して塔（１）内に供給される。一方、空気は、バルブ（６３）から配管（５３）を経由して塔（１）内に供給される。濾材（４）は後述する様に圧密状態を解除し、濾材（４）から濁質が除去される。空気のバブリング作用により、濾材（４）が振動させられ、濾材（４）に付着した濁質の剥離が促進される。濁質を含む洗浄水は、配管（５１）を経由してバルブ（６５）から排出される。
【００１１】
塔内部には上部支持体（２）と下部支持体（３）とが配置され、上部支持体（２）と下部支持体（３）との間には複数の濾材（４）が当該濾材の端部の上部吊り紐（７）と下部吊り紐（８）とによって懸垂状態で固定されている。
【００１２】
上部支持体（２）及び下部支持体（３）の構造は、通水を妨げず且つ吊り紐（７）及び（８）によって濾材（４）を固定し得る構造である限り、特に制限されず、例えば、格子構造、目皿構造、編目構造などを適宜採用し得る。
【００１３】
濾材（４）は、芯紐および当該芯紐の周側に突設された濁質捕捉材から成る。
濾材（４）の芯紐ならびに上部吊り紐（７）及び下部吊り紐（８）は流水方向に沿って屈曲変形可能に構成される。斯かる構成は、素材の種類、形態、太さ等の選択によって達成される。
【００１４】
上記の各要素は、通常、ポリエステル、ナイロン、ポリ塩化ビニリデン等の合成樹脂素材にて構成される。また、上記の各紐は、組み、撚り、編み、織り、束ね、くけ又は裁断の各加工で得られた各種の紐の他、十分な強度を有する限り、単糸（モノフィラメント）も使用することが出来る。また、濾材（４）の濁質捕捉材の形状は、通常フィルム小片または糸状とされる。濾材（４）の一例としては、撚り加工された芯紐の周側に無数の糸状濁質捕捉材を放射状に突設した濾材が挙げられる。斯かる濾材は、特開平８−２９９７０７号に記載されて公知である。なお、濾材（４）の芯紐が長く濁質捕捉材の突設範囲の両端から突出している場合は、両端突出部の芯紐を上部吊り紐（７）及び下部吊り紐（８）として使用することが出来る。
【００１５】
濁質除去装置（Ａ）において、上部支持体（２）と下部支持体（３）との間の距離（ＬＡ）、濾材（４）の長さ（ＬＢ）、上部吊り紐（７）の長さ（Ｌｂ１）、下部吊り紐（８）の長さ（Ｌｂ２）が以下に規定する式（１）〜（３）を満足する必要がある。
【００１６】
【数３】
ＬＡ＜（Ｌｂ１＋ＬＢ＋Ｌｂ２）            （１）
ＬＢ＜ＬＡ                                （２）
（ＬＢ＋Ｌｂ２）＜ＬＡ＜（ＬＢ＋Ｌｂ１）    （３）
【００１７】
すなわち、濁質除去装置（Ａ）において、式（１）に示す様に、濾材（４）と上部支持体（２）と下部支持体（３）の合計長さ（Ｌｂ１＋ＬＢ＋Ｌｂ２）は、上部支持体（２）と下部支持体（３）との間の距離（ＬＡ）より長い。従って、上記の各要素の何れかは塔（１）内に弛んだ状態で存在する。
【００１８】
また、式（２）に示す様に、上部支持体（２）と下部支持体（３）との間の距離（ＬＡ）は、濾材（４）の長さ（ＬＢ）より長い。従って、上部支持体（２）と下部支持体（３）との間には流水方向に沿って濾材（４）が存在しない領域が形成されている。換言れば、流水方向に沿って濾材（４）の可動範囲が形成されている。なお、図１の模式的説明図では濾材（４）同士の間に隙間が存在しているが、実際は濾材（４）同士の間に隙間はなく、複数の濾材（４）は密状態となる様に懸垂され、従って、複数の濾材（４）の全体は、流水方向（上下方向）に沿ってのみ移動する。
【００１９】
更に、式（３）に示す様に、濾材（４）と上部吊り紐（７）との合計長さ（ＬＢ＋Ｌｂ１）は、濾材（４）と下部吊り紐（８）との合計長さ（ＬＢ＋Ｌｂ２）より長い。従って、下向流形式で原水が供給される原水処理運転時においては、図１（ａ）に示す様に、濾材（４）は下部支持体（３）に当接して下部吊り紐（８）と共に塔底部近傍で圧密され、上向流形式で洗浄水が供給される洗浄運転時においては、図１（ｂ）に示す様に、濾材（４）は上部支持体（２）に当接せずに下部吊り紐（８）と共に塔内の上方に伸長した状態となる。
【００２０】
以上の結果、濁質除去装置（Ａ）においては、原水処理運転時における濾材の圧密状態と洗浄運転時における濾材の圧密状態の解除とにより、濾材による濁質の捕捉と排出とが効率的に行われる。
【００２１】
濁質除去装置（Ａ）において、前記の各要素は以下に規定する式（１’）〜（３’）を満足するのが好ましい。式（１’）〜（３’）中の各要素の大小関係の数値は、装置の経済性を考慮して決定された値である。
【００２２】
【数４】
１．０１×ＬＡ＜（Ｌｂ１＋ＬＢ＋Ｌｂ２）＜２．００×ＬＡ        （１’）
１．０１×ＬＢ＜ＬＡ＜１．５０×ＬＢ                            （２’）
１．０１×（ＬＢ＋Ｌｂ２）＜ＬＡ＜１．０１×（ＬＢ＋Ｌｂ１）    （３’）
【００２３】
濁質除去装置（Ａ）の前記した各要素の寸法は次の通りである。すなわち、上部支持体（２）と下部支持体（３）との間の距離（ＬＡ）は１００〜４００ｃｍ、濾材（４）の長さ（ＬＢ）は７０〜３００ｃｍ、上部吊り紐（７）の長さ（Ｌｂ１）は１０〜２５０ｃｍ、下部吊り紐（８）の長さ（Ｌｂ２）は５〜２０ｃｍ、塔（１）の直径は２０〜３６０ｃｍである。
【００２４】
次に、図２に示すイオン交換樹脂塔から成る脱塩装置について説明する。この脱塩装置は、カチオン交換塔（Ｂ）及びアニオン交換塔（Ｄ）の間に好ましい態様として脱炭酸塔（Ｃ）を配置して構成されている。
【００２５】
カチオン交換塔（Ｂ）には、例えば、三菱化学社製「ダイヤイオンＳＫ１Ｂ」（Ｎａ型）等の公知の陽イオン交換樹脂が充填され、アニオン交換塔（Ｄ）には、例えば、三菱化学社製「ダイヤイオンＳＡ１０Ａ」（Ｃｌ型）等の公知の陰イオン交換樹脂が充填される。脱炭酸塔（Ｃ）は、下部から空気を吹き込み、陽イオン交換された酸性水中に含まれるＨＣＯ3-をＣＯ2として除去することにより、アニオン交換塔（Ｄ）における陰イオン交換樹脂のイオン負荷を減らす。
【００２６】
前述の濁質除去装置（Ａ）で処理された濁質を含まない処理水は、配管（５２）を経由してバルブ（６２）から排出され、処理水槽（９）に貯留された後、ポンプ（１０）により配管（５４）を経由してカチオン交換塔（Ｂ）に供給され、配管（５５）を経由して脱炭酸塔（Ｃ）に供給され、ポンプ（１１）により配管（５６）を経由してアニオン交換塔（Ｄ）に供給され、配管（５７）を経由して処理水槽（１２）に貯留される。
【００２７】
本発明の純水製造装置の脱塩装置は電気透析装置であってもよい。電気透析装置は、電気再生式純水製造装置とも呼ばれる。斯かる電気再生式純水製造装置はとして、本出願人により提案された、特開平３−２２４６８８号公報、同４−２５０８８２号公報、同５−６４７８６号公報、同７−２３６８８９号公報、同９−２４３７４号公報などがある。
【００２８】
上記の電気再生式純水製造装置（電気透析装置）は、基本的には、陽極と陰極との間に複数の陰イオン交換膜と陽イオン交換膜とを交互に配列することにより脱塩部と濃縮部とを交互に構成した構造を有する。好適には、イオン交換樹脂やイオン交換繊維などのイオン交換充填物を脱塩部に収容した構造を有する。そして、被処理水を通水しつつ電流を印可して電気透析を行う。
【００２９】
市販の電気透析装置としては、フィルタープレス型のフレーム式、渦巻き型のスパイラル式などがあり、具体的には、クリスト社製「セプトロンＳＭ２」等が挙げられる。「セプトロンＳＭ２」は、再生型の強酸性陽イオン交換樹脂および強塩基性陰イオン交換樹脂の混合床を脱塩部に収容して成る構造のスパイラル式の電気透析装置である。
【００３０】
図３に示す電気透析装置（Ｅ）は、便宜上、簡略化されており、電極室（１３）及び（１４）との間に１組の脱塩室（１５）及び濃縮室（１６）のみが示されている。前述の濁質除去装置（Ａ）で処理された濁質を含まない処理水は、配管（５２）を経由してバルブ（６２）から排出され、処理水槽（９）に貯留された後、ポンプ（１０）により配管（５４）を経由し、分岐された配管（５８）から各部に供給される。そして、電気透析により高度に脱塩された脱塩室（１５）の脱塩水（処理水）は配管（５９）から、濃縮室（１６）の濃縮水は配管（６０）から、それぞれ取り出される。また、各電極室（１３）及び（１４）の排水は配管（６１）から取り出される。
【００３１】
また、本発明の純水製造装置の脱塩装置は逆浸透膜モジュールであってもよい。逆浸透膜モジュールは、純水製造分野において広く使用されており、本発明においては、何れの種類の逆浸透膜モジュールをも使用し得る。例えば、膜の素材としては、酢酸セルロース系、ポリアミド系、架橋ポリアミン系、架橋ポリエーテル系、スルホン化ポリスルホン等がある。また、膜のエレメント構造としては、スパイラル型、中空糸型、チューブラー型などがある。本発明においては、市販の逆浸透膜モジュールを適宜選択して使用することが出来る。
【００３２】
図４に示す逆浸透膜モジュール（Ｆ）は、基本的には、逆浸透膜（１７）によって区分された供給水部（１８）と透過水部（１９）から成る。前述の濁質除去装置（Ａ）で処理された濁質を含まない処理水は、配管（５２）を経由してバルブ（６２）から排出され、処理水槽（９）に貯留された後、ポンプ（１０）により配管（５４）を経由し、逆浸透膜モジュール（Ｆ）に供給される。そして、脱塩された透過水（被処理水）は配管（６２）から、濃縮水は配管（６３）から、それぞれ取り出される。
【００３３】
本発明の純水製造装置の特徴は、脱塩装置の前段に繊維状濾材の圧密状態によって濁質の捕捉が行われる特定構造の濁質除去装置を設置して成る点にある。斯かる濁質除去装置によれば、濁度３００度程度の高濁度原水から脱塩装置に要求される濁度２度以下の供給水を得ることが出来、しかも、膜分離装置の場合の様に短時間で閉塞が起こることもなく、長時間に亘り安定運転を行なうことが出来る。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、イオン交換樹脂塔から成る脱塩装置を備えた純水製造装置であって、イオン交換樹脂塔の逆洗工程をなくして樹脂の再生時間を短縮し、また、イオン交換樹脂塔の上方に設けられる空間部（フリーボード）をなくしてイオン交換樹脂塔を小さく且つシンプルにすることが出来、しかも、高濁度原水を通水しても長時間に亘り安定運転を行なうことが出来る様に改良された純水製造装置が提供される。また、本発明によれば、イオン交換樹脂塔以外の脱塩装置を備えた純水製造装置であって、上記と同様に長時間に亘り安定運転を行なうことが出来る様に改良された純水製造装置が提供される。よって、本発明の工業的価値は顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図１】濁質除去装置の好ましい一例の模式的説明図
【図２】イオン交換樹脂塔から成る脱塩装置の一例の概念的説明図
【図３】電気透析装置の一例の概念的説明図
【図４】逆浸透膜モジュールの一例の概念的説明図
【符号の説明】
Ａ：濁質除去装置
Ｂ：カチオン交換塔
Ｃ：脱炭酸塔
Ｄ：アニオン交換塔
Ｅ：電気透析装置
Ｆ：逆浸透膜モジュール
１：塔
２：上部支持体
３：下部支持体
４：濾材
５１〜６３：配管
６１〜６５：バルブ
７：上部吊り紐
８：下部吊り紐
９：処理水槽
１０：ポンプ
１１：ポンプ
１２：処理水槽
１３：電極室
１４：電極室
１５：脱塩室
１６：濃縮室
１７：逆浸透膜
１８：供給水部
１９：透過水部
【図１】
0004649790.tif 000002
【図２】
0004649790.tif 000003
【図３】
0004649790.tif 000004
【図４】
0004649790.tif 000005