(57)【要約】【課題】濾材を洗浄する場合に、濾材と水流の挙動を適切に設定することで洗浄の効果を確実に得る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、濾材ケース１３に内封された濾材１４と、濾材ケース１３を収めたタンク１２を備え、濾材ケース１３には、水流により旋回するための静翼部２０が備えられており、静翼部２０の軸方向とタンク１２内水流方向は同方向となるように配置され、静翼部２０の翼間の最大隙間は、濾材１４の最小直径よりも狭く、タンク１２内を上から下へ水が流れる濾過運転と、タンク１２内を下から上へ水が流れる洗浄運転を実施できる構成とした。【選択図】図１
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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と、濾材ケースに内封された繊維濾材と、前記濾材ケースを収めたタンクを備え、前記濾材ケースには、水流により旋回するための静翼部が備えられており、前記静翼部の軸方向と前記タンク内水流方向は同方向となるように配置され、
前記静翼部の翼間の最大隙間は、前記繊維濾材の最小直径よりも狭く、前記タンク内を上から下へ水が流れる濾過運転と、前記タンク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水処理装置。
【請求項２】
前記濾材ケースの外面と、タンクの内面にそれぞれ突起部が備えられており、濾過運転時にはこれら突起部がかみ合う濾材ケース構成とした請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】
洗浄運転時には、前記濾材ケース内の前記繊維濾材の攪拌度合いを高める為に、前記電動式ポンプの運転出力を調整する制御を搭載する構成とした請求項１もしくは２に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小規模施設用の水処理装置であって、井水、河川水、雨水、水道水等（被処理水）の中に含まれる濁質成分の除去などにより水の浄化を行う水処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の水処理装置は、目詰まりが生じた濾材を洗浄する逆洗機能を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、その水処理装置について説明する。
【０００４】
図７に示すように、水処理装置１００は濾過槽１０１と、濾過槽１０１内に透水性の受け板１０２と押え板１０３を備え、その間に線材束の小球状の濾材１０４を層状に挿入し、且つ押え板１０３を駆動装置１０５により上下移動させることで濾材１０４の洗浄を行うことになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３１１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来の水処理装置においては、濾材の洗浄のために駆動装置の追加が必要となるため、装置が複雑になるという課題があった。また、駆動装置による上下方向の移動のみでは線材束の内部まで入り込んだ汚れに対しては充分な洗浄効果を得られるものではなく、濾材の洗浄の際にはこの動作を複数回繰り返さなければならず、手間と時間を要する洗浄になるという課題を有していた。
【０００７】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、効率良く濾材の洗浄ができ、且つ洗浄のために大掛かりな設備の追加をすることのない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】
【０００８】
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と、濾材ケースに内封された繊維濾材と、濾材ケースを収めたタンクとを備え、前記濾材ケースには、水流により旋回するための静翼部が備えられており、前記静翼部の軸方向と前記タンク内水流方向は同方向となるように配置され、前記静翼部の翼間の最大隙間は、前記繊維濾材の最小直径よりも狭く、前記タンク内を上から下へ水が流れる濾過運転と、前記タンク内を下から上へ水が流れる洗浄運転を備える構成であ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】
【０００９】
以上のように、本発明は、洗浄運転の際に下方から上方へと向かう略鉛直方向の水流と、回転する濾材ケース内の繊維濾材が略垂直方向に衝突することで、繊維間に存在する濁質成分を効果的に洗浄することが出来るため、繊維濾材の効果再生のための洗浄時間を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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】同濾過装置の構成を示す模式図
【図３】同濾材ケースの構成を示す模式図
【図４】同濾過運転時の装置の挙動と水の流れを示す模式図
【図５】同洗浄運転時の装置の挙動と水の流れを示す模式図
【図６】同濾過装置の汚れと逆洗による再生を示すグラフ
【図７】従来の水処理装置を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の水処理装置は、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と、濾材ケースに内封された繊維濾材と、濾材ケースを収めたタンクとを備え、前記濾材ケースには、水流により旋回するための静翼部が備えられており、前記静翼部の軸方向と前記タンク内水流方向は同方向となるように配置され、前記静翼部の翼間の最大隙間は、前記繊維濾材の最小直径よりも狭く、前記タンク内を上から下へ水が流れる濾過運転と、前記タンク内を下から上へ水が流れる洗浄運転を備えるという構成を有する。これにより、洗浄運転の際に下方から上方へと向かう略鉛直方向の水流と、回転する濾材ケース内の繊維濾材が略垂直方向に衝突することで、繊維間に存在する濁質成分を効果的に洗浄することが出来るため、繊維濾材の効果再生のための洗浄時間を短縮することが可能となるという効果を奏する。
【００１２】
また、前記濾材ケースの外面と、タンクの内面にそれぞれ突起形状が備えられており、濾過運転時にはこれら突起部がかみ合うことで前記濾材ケースの旋回運動を抑制することのできるという構成を有する。これにより、濾過運転の際には濾材ケースを旋回させずに固定することが出来るため、遠心力により繊維濾材が周囲に集まってしまうことを防ぎ、水流通下部においての濾材の厚みの分布を平均化することが可能となるという効果を奏する。
また、前記洗浄運転時には、前記濾材ケース内の前記繊維濾材の攪拌度合いを高める為に、前記電動式ポンプの運転出力を調整する制御を搭載するという構成を有する。これにより、洗浄運転の際に繊維濾材が旋回挙動と停止挙動を繰り返すため、繊維濾材自体の形状変化も繰り返し行われるため、繊維間に存在する濁質成分を効果的に洗浄することが出来るため、繊維濾材の効果再生のための洗浄時間を短縮することが可能となるという効果を奏する。
【００１３】
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。
【００１４】
（実施の形態１）
図１に示すように、水処理装置１は、井戸または貯水槽に接続された配管２に繋がる電動式ポンプ３と、直後に接続される濾過装置４とを有し、濾過と逆洗浄とを選択的に切替可能な切替バルブ５を備え、切替バルブ５を介して接続された、濾過装置４で濾過を行う際に濾過装置４に水を供給する通路であり、濾過装置４の上流に備えられた浄水上流通路６と、濾過装置４の下流に備えられた浄水下流通路７、また濾過装置４を逆洗浄する際に濾過装置４に水を供給する通路であり、濾過装置４の上流に備えられた洗浄上流通路８と、濾過装置４の下流に備えられた洗浄下流通路９から構成される。
【００１５】
ここで、浄水下流通路７には浄水供給バルブ１０が設けられ、洗浄下流通路９には、洗浄水排出バルブ１１がそれぞれ設けられている。
【００１６】
各構成要素の接続は、それぞれを直接接続するか、あるいは配管２を介して行い、いずれか特に限定されないが、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、配管２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。
【００１７】
用いられる配管２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。
【００１８】
電動式ポンプ３は、井戸あるいは貯水槽から地下水を吸い上げ、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。
【００１９】
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自動で動作する自動式ポンプがあり、本発明の水処理装置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。
【００２０】
電動式ポンプ３の直後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。
【００２１】
図２には濾過装置４の内部構成を示す。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の中に入れて使用する濾材ケース１３とその濾材ケース１３に内封された複数個の濾材１４、また回転体である濾材ケース１３の軸部となる、タンク軸部１５からなる。また、タンク１２の内面下部にはタンク内固定突起１６が、タンク軸部１５の上端には上方固定部１７が、濾材ケース１３の外面には濾材ケース回転防止突起１８がそれぞれ備えられている。また、濾過装置４のタンク１２上部にはメンテナンス用の着脱可能なタンク開口部１９が存在する。タンク開口部１９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。
【００２２】
また、濾材ケース１３は図３に示すように、水流に対して直交する両端部に、直進成分である水流を回転エネルギーへと変える静翼部２０、タンク軸部１５が差込まれ回転軸となる濾材ケース中心開口２１と、メッシュ状、スリット状などの形状で、濾材直径よりも小さな径の細孔か隙間で構成された周囲の囲い部とで構成されている。ここで、静翼部２０において軸に対して垂直な平面状の隣り合わせとなる静翼同士の翼間の大きさ、すなわち最大隙間ｘは、濾材１４一つあたりの最小直径ｄよりも狭い隙間で構成されているため、この静翼部２０が濾材１４の流出を防止するフィルタとしての役割も果たす。また、濾材ケース１３の内面には長さ約１０ｍｍの濾材固定突起２２が複数個存在しており、濾材１４が水流によって移動しそうになるとき、この濾材固定突起２２に引っかかってその場に留まることができる。濾過運転時また洗浄運転時における濾過装置４内部の濾材ケース１３および濾材１４の挙動に関しては、後述することとする。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
タンク１２の中に入れる濾材１４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り、直径１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、地下水の濁度および色度を低減することを目的としている。濾材１４には、本実施の形態においては繊維状、スポンジ状あるいは不織布などの、一般的な砂等に比べて空隙率が大きく、比表面積も大きい、比重が小さい材質を使用した。形体としては特に拘るものではなく、例えば単糸繊度が５０デニール以下程度のフィラメントを５０〜１０００本程度集合させた糸条を１００〜５００本集合させて集束し、この集束部から５０〜３００ｍｍを残して切断してなる繊維集合体としての形体や、５〜３０ｍｍ程度の短繊維、長繊維またはプラスチックの発泡により内部の空隙が格子状に支えられた空間を持つものでも良い。必要なのは、濾材の一つ一つは高い空隙率を持つもので、且つそれらを濾材ケース１３内に複数個内封した際には水の流通方向に対して充分に隙間を埋めることが可能な形状であることである。また、この濾材１４における最小直径ｄの考え方であるが、水流の圧力が加わった際の圧縮した状態における濾材１４の形状で決めることとする。つまり、５００ｍｍ程度の繊維長を持つ繊維の集合体であるとしても、集束された中心における集合部程度まで圧縮される可能性があるため、実際には最小直径は１０ｍｍ程度となる。
【００２７】
濾材１４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。濾材１４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。
【００２８】
濾材１４がタンク１２から流出することを防止するためには、タンク１２とその下流の配管の間に濾材流出防止フィルタを設けた方がよい。濾材流出防止フィルタとしては、メッシュ状、スリット状などの形状で、濾材ケース１３に設けられた開口よりも、明らかに小さな径の細孔か隙間を持つものが使用できる。材質は腐食されにくいステンレスなどの金属や樹脂が好適である。また、メンテナンスがしやすいよう着脱可能な構造とするとよい。
【００２９】
なお、電動式ポンプ３および濾過装置４の接続は、直接、または配管２を介して行う。そのため、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、可能な限り近接して配置することがよい。また、配管を間に介して接続する場合にも、配管長さを短くする事が好ましい。
【００３０】
図４には濾過運転時の様子を示す。
【００３１】
濾過運転時にはまず、電動式ポンプ３を動かして井戸または貯水槽より、配管２を介して地下水を吸い上げる。吸上げられた地下水は、切替バルブ５によって浄水上流通路６に誘導され、その後タンク１２へと入り、タンク１２内を濾材ケース１３を介し濾過されながら上から下へと流通し、タンク１２を出た濾過後の地下水は、浄水下流通路７を通って供給される。この際、浄水下流通路７に設けられた浄水供給バルブ１０は開放され、洗浄下流通路９に設けられた洗浄水排出バルブ１１は閉塞された状態となっている。ここで、タンク１２内の濾材ケース１３の挙動を更に詳しく示す。濾材ケース１３は、濾材ケース１３に備えられた濾材ケース中心開口２１に、タンク１２に備えられたタンク軸部１５が挿入された状態で保持されているため、上下方向には固定されておらず、水流の影響を受けて上下どちらかに可動する状態で固定される。濾過運転時には上から下へと地下水が流通するため、濾材ケース１３はタンク１２内下部で固定されることとなる。この際、タンク１２内面下部位置にはタンク内固定突起１６が備えられており、水流によって濾材ケース１３が下方向へと移動した際には、このタンク内固定突起１６に濾材ケース１３の下面が接触して、高さ方向が決まる。濾材ケース１３には水流を回転エネルギーへと変える静翼部２０が設けられているため、濾材ケース１３は水流の影響を受けて回転方向へと旋回しようとするが、この際、タンク１２内面下部位置に設けられたタンク内固定突起１６と、濾材ケース１３の外面に設けられた濾材ケース回転防止突起１８が接触することで、濾材ケース１３の回転挙動は抑制され、濾材ケース１３は静止した状態となる。濾過運転時には、濾材ケース１３内の下方において複数の濾材１４が均一の厚さに敷き詰められた状態で水を流すことで効率良く水に含まれる濁質成分を除去することができる。本実施の形態のように濾材１４が回転挙動を示さないことで、濾材ケース１３内の濾材１４は偏ることなく均一の厚さに敷き詰められるため都合が良い。
【００３２】
図５には洗浄運転の様子を示す。
【００３３】
洗浄運転時にはまず、電動式ポンプ３を動かして井戸または貯水槽より、配管２を介して地下水を吸い上げる。吸上げられた地下水は、切替バルブ５によって洗浄上流通路８に誘導され、その後タンク１２へと入り、タンク１２内を濾材ケース１３を介し、濾材１４攪拌しながら下から上へと流通し、タンク１２を出た後の地下水は、洗浄下流通路９を通って排出される。この際、浄水下流通路７に設けられた浄水供給バルブ１０は閉塞され、洗浄下流通路９に設けられた洗浄水排出バルブ１１は開放された状態となっている。ここで、タンク１２内の濾材ケース１３の挙動を更に詳しく示す。濾材ケース１３は、濾材ケース１３に備えられた濾材ケース中心開口２１に、タンク１２に備えられたタンク軸部１５が挿入された状態で保持されているため、上下方向には固定されておらず、水流の影響を受けて上下どちらかに可動した状態で固定される。洗浄運転時には下から上へと地下水が流通するため、濾材ケース１３はタンク１２内上部で固定されることとなる。水流によって濾材ケース１３が上方向へと移動した際には、タンク１２内のタンク軸部１５の上端に備えられた上方固定部１７に濾材ケース１３が接触して、高さ方向が決まる。また、濾材ケース１３には水流を回転エネルギーへと変える静翼部２０が設けられているため、濾材ケース１３は水流の影響を受けてタンク軸部１５を中心に回転する。この際、タンク１２内面下部位置に設けられたタンク内固定突起１６と、濾材ケース１３の外面に設けられた濾材ケース回転防止突起１８には上下方向に隙間が生じるため、濾材ケース１３の回転運動を阻害することはない。従来、濾材１４の洗浄を行う際には、濾材１４と水流を効率良く接触させる、もしくはバブリングなどの機械的手段の付与が選択されていたが、本実施の形態の構成とすることで、濾材ケース１３が回転する際に、濾材１４が濾材ケース１３内面に存在する複数個の濾材固定突起２２に引っかかるため、濾材ケース１３の動きに合わせ内封された濾材１４もタンク１２の内部で回転し、更に濾材１４の回転移動方向に直交する方向から水流が接触することで、効率の良い洗浄が行われることになる。濾材１４がタンク１２の内部の水流により、濾材ケース１３内部の上部側に移動すると、濾材ケース１３の上部に存在する複数個の濾材固定突起２２に引っかかるため、濾材ケース１３の動きに合わせ内封された濾材１４もタンク１２の内部で回転する。
【００３４】
さらには、洗浄運転時に電動式ポンプ３の運転出力を調整する制御を搭載することによって、洗浄の効率を更に高めることが可能となる。例えば、洗浄運転時の電動式ポンプ３の運転を周期的に運転と停止を繰り返す制御とすることで、濾材ケース１３に内封された濾材１４の挙動は、電動式ポンプ３の運転時には水流による上昇と、濾材ケース１３の回転による旋回運動を行い、電動式ポンプ３の停止時には水中を自重で落下することとなる。この挙動を繰り返すことで、複数の濾材１４が攪拌され、複数の濾材１４の各々の位置関係が変わるため、水流と接触する面に当たる濾材１４も変化していくため、効率の良い洗浄となる。ここでは、運転と停止を繰り返す制御としたが必ずしもこれによるものではなく、電動式ポンプ３の出力を調整できる機構を備えているのであれば、運転に周期的に強弱を与える制御としても、その作用に差異は生じない。
【００３５】
なお、電動式ポンプ３の出力を調整する方式としては、シーケンス制御やマイコン制御など、ポンプ運転時に必要とされる流量を可変する制御方式を用いればよく、本実施の形態の洗浄運転時に特有な制御方式を必要とするものではない。
【００３６】
なお、図６に水処理装置１を使用することで濾材１４に堆積した汚れの量と、水処理装置１の運転時間の関係を示す。濾過運転時には、運転時間の経過とともに濾材１４に濁質成分が蓄積されるので汚れの量が増加する。洗浄運転時には濾材１４から濁質成分が除去されるので汚れの量が低減する。なお、洗浄運転時に洗浄下流通路からの濁質成分の排出がなくなった時点を濾過装置４の浄化性能が再生されたとみなし、洗浄運転を終了する。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明にかかる水処理装置は、簡易的な構成で効率良く濾材の洗浄を行うことができるので、井戸水や貯留水の浄化に使用される家庭用水処理装置等として有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１    水処理装置
２    配管
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  濾材ケース
１４  濾材
１５  タンク軸部
１６  タンク内固定突起
１７  上方固定部
１８  濾材ケース回転防止突起
１９  タンク開口部
２０  静翼部
２１  濾材ケース中心開口
２２  濾材固定突起
【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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【図６】
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【図７】
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