JP7329728B2 - 水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、濾過によって水を浄化する水処理装置、および水処理装置に用いる薬剤供給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。

定量ポンプで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溶出させる薬剤供給装置においては、流量・圧力が増加した際において薬剤濃度が低下する。

図１３に示す通り、固形薬剤供給装置１０１においては、取水口１０２から原水を流入させて水溶性固形薬剤１０３に原水を接触させる、流量が増えた際に薬剤接触相１０４内の水位が上昇し、接触させる水溶性固形薬剤１０３の量が増加させることが可能である。本機構により、流量が上昇した際も薬剤溶出量が上昇し、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）。 以下、その水処理装置について図１３を用いて説明する。

実開昭５８－５９８６号公報

このような従来の固形薬剤供給装置においては、長期に使用した場合、固体の酸化剤が壁面に固着し、薬剤が原水と接触する位置まで下がってこなくなり、原水に薬剤が供給できなくなるという課題を有していた。例えば、急激な流路の変更、ポンプの動作点が変わることにより、薬剤接触相に流入する流量が一時的に上昇し薬剤接触相の上端に達すると、接触相内の酸化剤が固着し、上層の薬剤が原水と薬剤の接触位置まで降下しないというものであった。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、長期に使用した場合にも薬剤濃度を安定させることが可能な見次処理装置を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明に係る水処理装置は、
濾材を内包した濾過部と、
濾過部に原水を流入させる原水流入配管と、
前記原水流入配管の経路内で薬剤を添加する薬剤供給部と、
前記濾過部から濾過後の処理水を取り出す浄水吐出配管とを有し、
前記薬剤供給部内の薬剤載置場所は、前記濾過部、前記原水流入配管、前記浄水吐出配管よりも鉛直方向に高い位置に配置し、
前記原水流入配管の経路内であって、前記薬剤供給部と前記濾過部との間に逆洗ドレン配管の第一分岐部を設け、
前記逆洗ドレン配管は、前記第一分岐部から下方に延伸し、
前記第一分岐部は、
濾過処理時には、前記薬剤供給部と前記濾過部とを連通させ、
逆洗処理時には、前記逆洗ドレン配管と前記濾過部とを連通させたという構成により、所期の目的を達成する。

本発明によれば、薬剤供給部の薬剤載置場所は、他の配管、濾過部よりも高い位置に設けられているので、上部には空気が満たされる状態となっている。そのため、薬剤供給部内の固体の薬剤は、運転中は薬剤の下部のみが水に浸され、停止中には薬剤供給部から水がぬけて薬剤の固着を抑制し、安定して所望の濃度の薬液が得られるという効果がある。

本発明の実施の形態１の水処理装置の全体構成の概略図 同水処理装置の内部構造斜視図 同水処理装置の濾過部の内部を示す断面図 同水処理装置の濾過処理時の水の流れを示す概略図 同水処理装置の逆処理時の水の流れを示す概略図 同水処理装置のリンス処理時の水の流れを示す概略図 同水処理装置の薬剤供給部を示す斜視図 同水処理装置の薬剤供給部の断面図 同水処理装置の薬剤供給部の要部の（ａ）断面図、（ｂ）拡大断面図 同水処理装置に用いられる補給弁の断面図 同水処理装置の内部構造側面図 同水処理装置の外装斜視図 従来の水処理装置の構成を示す模式図

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。

（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や濁質成分を除去する濾過処理と、濾過処理によって系内に蓄積された金属イオンの凝集物、濁質成分を系外へ排出する逆洗処理を行うものである。

図１～３に示すように、水処理装置１は、濾材２ａを内包した濾過部２と、原水に対して薬剤を添加する薬剤供給部３を有し、濾過部２、薬剤供給部３を後述するように配管で接続して構成される。濾過部２は、原水から金属イオンや濁質成分を除去し、原水を浄化するものであり、いわば、水処理装置１の心臓部である。この濾過部２に対して、原水を送る側の配管を原水流入配管１０とし、濾過部２で浄化された水を濾過部２から送出する配管を浄水吐出配管２０とする。浄化された水は、浄水タンクなどに貯められ、必要な時に生活水として使われることになる。

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の反対側）に接続された電動ポンプ４によって原水が送られる。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、水道等に加え、原水を送り出す装置類を含めて水源とする。

電動ポンプ４は、井戸水または貯水槽へ蓄えた水を吸い上げ、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、タービンポンプなどの遠心ポンプや、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、斜流ポンプなどが用いられる。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メートルから３０メートル以上吸い上げる必要がある。後段の配管や水処理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、渦流ポンプやジェットポンプなどがより好ましい。電動式ポンプで吐出する流量は、例えば５リットルから５０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１５
リットル毎分程度の流量特性をもつものがより好ましい。

原水流入配管１０、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、構造であればよい。具体的には、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や配管継手が使用できる。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１３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。

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。詳しくは、後述するが、薬剤供給部３は、原水に対して酸化剤を添加し、原水に含まれる金属イオンを水に難溶な物質として凝集させ、濾過部２において捕集しやすくする働きをする。

（濾過部）
図３に示すように、濾過部２は、タンク２ｂと、タンク２ｂの内部に充填された濾材２ａと、タンク２ｂに配管を接続する分配栓２ｃと、濾過後の浄水を取り出す導出管２ｄを有している。本実施の形態におけるタンク２ｂは、略円筒状の容器であって、底部は椀状に構成されている（椀状でなくてもよい）分配栓２ｃは、タンク２ｂの頂部に備えられ、濾過部２の内外を連通している。分配栓２ｃの内部側には吐水口と導出管接続口が設けられ、導出管接続口と浄水吐出配管２０とが連通し、原水流入配管１０と吐水口とが連通している。分配栓２ｃの外部側には、２つの管が水平方向に延出され、それぞれ、原水流入配管１０、浄水吐出配管２０と接続されている。本実施の形態では、分配栓２ｃから外方向に延出した２つの管は、略一直線上に配置され、分配栓２ｃの中心から反対方向に延出している。

導出管２ｄは、タンク２ｂ内部において、略鉛直になるように配置され、上端を分配栓２ｃの導出管接続口に接続し、下端は、タンク２ｂの底面近傍で開放端となっている。導出管２ｄは、濾過処理の際に濾過水を下方から上方に排出するためのものであり、水頭損失が少なく、閉塞しにくいような管であればよい。例えば直径が２０ミリメートル以上の直管などが使用できる。材質は腐食しにくいものがよく、例えば樹脂、金属などが好ましい。なお、詳しくは後述するが、導出管２ｄの下端には、下部ストレーナ２ｅが取り付けられており、導出管２ｄ内に濾材２ａなどが入り込まないようになっている。

上述のように、分配栓２ｃに設けられた吐水口と原水流入配管１０とが連通している。

吐水口からは濾過部２内に原水が流入することになる。吐水口には、上部ストレーナ２
ｆが開口を覆うように設けられている。上部ストレーナ２ｆは、後述する逆洗処理において、濾材２ａを濾過部２外へ排出しないようにしている。

上部ストレーナ２ｆと下部ストレーナ２ｅは、濾過部２内の濾材２ａが濾過部２から外部へ流出することを防止するためにそれぞれ配置したものである。すなわち、上部ストレーナ２ｆは、吐水口を覆うように設置して逆洗処理の際に濾材２ａが濾過部２から流出しないようにするものである。下部ストレーナ２ｅは、導出管２ｄの下端部の開口を覆うように設置して濾過処理の際に濾材２ａが濾過部２から流出しないようにするためのものである。上部ストレーナ２ｆ、下部ストレーナ２ｅは、メッシュ状、スリット状などの形状で、濾材２ａよりも開口幅が小さく０．３から１ミリメートルの細孔か隙間を持つものが使用できる。材質は、導出管２ｄと同様に腐食しにくいものがよく、例えば樹脂、金属などが好ましい。

濾過部２に内包されている濾材２ａ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。濾材２ａ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、原水の濁度を低減することを目的としている。濾材２ａによって、濾材２ａ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。

濾材２ａとしては、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ものを用いることができる。濾材２ａ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。

また、濾材２ａ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。濾材２ａ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２ａを増やすと、除去性能や濁質の保持量が増加し、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。

本実施の形態においては、濾材２ａは、上層として活性炭、中層にはマンガン砂、下層には砂利を用いた３層で構成されている。本実施の形態の濾過部２は、上層、中層を中心に上述の濾過の作用が働く。一方、最下層に比較的粒径の大きい砂利層では、下部ストレーナ２ｅに至るまでの水の流れを良くするとともに、下部ストレーナ２ｅから濾材２ａが流出しないように下部ストレーナ２ｅにマンガン砂、活性炭が到達しないよう、覆う役割も果たしている。また、後述する逆洗処理の場合には、下部ストレーナ２ｅから噴出する逆洗用の水が、中層・上層に流れやすくするため、最下層で整流を行っている。

また、濾材２ａを内包する濾過部２の耐圧は使用する電動ポンプ４の最高出力揚程以上の能力があることが好ましい。濾過部２の素材としては、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。そして、濾過部２は、水に接するだけでなく、井戸が設けられた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る。耐水性、耐候性は、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確保することができる。濾過部２の大きさは、逆洗浄の際に濾材２ａが展開するスペースを考慮して、内部に入れる濾材２ａの総量の約１．５から３倍程度の容積を確保できることが好ましい。また、形状は、圧力に対する耐久性が高い円筒型や球型、楕円球型などが好ましいが、容器を肉厚などで強化して耐久性が確保できれば直方体や立方体などの角型容器を使用することもできる。

（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、浄水として取り出すほかに、濾過部２で捕集された粒状物質（よごれ、濁質成分、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、逆洗処理における水の流れを説明する。

図４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となっている。図４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へと接続するものである。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へと接続するものである。

一方、図５は、逆洗処理時の水の流れを示したものである。図５に示すように、逆洗処理時には、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へ水を送り、原水流入配管１０側から水を出す。本実施の形態による水処理装置１は、水源（電動ポンプ４）をひとつにして、濾過処理、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の原水流入配管１０との接続部を第二の分岐部として分岐部１２とする。逆洗送水管８０と浄水吐出配管２０との接続部を第三の分岐部として分岐部２２とする。

このような配管構成において、濾過処理時には、以下のように水が流れることになる（図４）。
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を設けている。浄水出口２１から取り出した浄水は、高所に設けた浄水タンクへと配管接続される場合が多い。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制止し、濾過部２内への水の逆流入を防ぐものである。

一方、逆洗処理時には、以下のように水が流れることになる（図５）。
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、逆洗処理において、上記水の流れとなるように、分岐部１２、分岐部１３、分岐部２２での連通方向を切り替えるための開閉バルブが設けられている。本実施の形態で用いる開閉バルブは、同じ種類の手動弁を用い、開放する場合には、取っ手の長手方向を配管と平行にし、閉鎖する場合には、取っ手の長手方向を配管と直交する向きにする。以下では、取っ手の方向とは、取っ手の長手方向のことをいうものとする。

本実施の形態の水処理装置１では、４個の開閉バルブ（二方弁）で上記切り替えを実現している。すなわち、逆洗送水管８０に設けた逆洗送水バルブ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との間に設けた浄水取出バルブ２３と、逆洗ドレン管４０に設けた逆洗バルブ４２の開閉の組み合わせによって濾過処理、逆洗処理の水の流れを切り替えている。

濾過処理時には、薬剤供給バルブ１４と浄水取出バルブ２３を開放し、逆洗送水バルブ８１と逆洗バルブ４２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、分岐部１３では、薬剤供給部３と濾過部２とを連通させ、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を閉鎖し、逆洗送水バルブ８１と逆洗バルブ４２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、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、分岐部２２では、逆洗送水管８０と濾過部２の浄水吐出配管２０との接続側を連通させる。

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によって水の取り出し口を決定している。このように、本実施の形態では、二方弁を用い、構造の複雑な三方弁を使用せずに配管経路の切り替えを行っている。従って、配管の詰まりの抑制ができるとともに、装置にかかるコストを抑えることができる。

また、本実施の形態では、逆洗送水バルブ８１、逆洗バルブ４２は送水方向を鉛直にして配置され、薬剤供給バルブ１４、浄水取出バルブ２３は送水方向を水平にして配置される。このような配置により、濾過処理時には、逆洗送水バルブ８１、逆洗バルブ４２、薬剤供給バルブ１４、浄水取出バルブ２３の取っ手は全て水平方向に向けることになる。また、逆洗処理時には、逆洗送水バルブ８１、逆洗バルブ４２、薬剤供給バルブ１４、浄水取出バルブ２３の取っ手は全て鉛直方向に向けることになり、見た目もよく、ユーザーにとって運転状態がわかり易いというメリットがある。

また、逆洗処理を行う際には、大きな流量を必要とする。すなわち、逆洗処理時の流量よりも濾過処理時の流量を小さくしている。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、濾過処理時における流量を抑えるようにしている。具体的には、浄水吐出配管２０のうち、分岐部２２の下流側で絞り部２４が設けられている。この絞り部２４と電動ポンプ４との組み合わせによって、濾過処理時の流量を所望の設計値にしている。

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ないので、濾過処理時よりも大きな流量を確保し、逆洗処理を効率的に行うことができる。すなわち、逆洗時のみに用いる配管、逆洗送水管８０、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なっている。

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。このリンス処理について、図６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からリンスドレン管２７を分岐している。リンスドレンバルブ２８は、リンスドレン管２７の開閉を行い、開放したときに浄水吐出配管２０を流れてきた水をリンスドレン口２９へと流すものである。濾過処理、逆洗処理時には、リンスドレンバルブ２８は閉鎖である。

リンス処理は、薬剤供給バルブ１４を開放し、浄水取出バルブ２３を閉鎖し、逆洗送水バルブ８１と逆洗バルブ４２を閉鎖する。さらに、リンスドレンバルブ２８を開放する。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ことになる。
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直後には、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では、絞り部２４を迂回する直接排水管７０と直接排水管７０の開閉を行う直接排水バルブ７１を設けている。絞り部２４は、配管径を小さくした部分であるので、異物が詰まり易くなっている。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を開放し、最小径部となる絞り部２４を迂回して流すとよい。

また、原水の汚れ度合によっては、濾過部２を通さず、そのまま排水したほうが良い場合がある。このような場合に、直接排水バルブ７１を開放するとよい。例えば、原水として井戸水用いる場合などにおいて、水処理装置１の設置直後は貯まった井戸水の汚れ度合が大きく、そのまま濾過処理（濾過部２を通す）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から流出することになる。そのため、設置直後の初期の原水は濾過せずそのまま排水するとよい。すなわち、逆洗送水バルブ８１、リンスドレンバルブ２８を開放し、薬剤供給バルブ１４、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、薬剤供給部３を通さずに直接排水することができる。この場合にも、直接排水バルブ７１を開放するとよい。

また、逆洗送水バルブ８１、浄水取出バルブ２３を開放し、薬剤供給バルブ１４、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、薬剤供給部３を通さずに直接取り出すこともできる。

（濾過、逆洗作用）
上記の構成によって、本実施の形態の水処理装置１における濾過処理、逆洗処理について説明する（図２～図５）。

上述のように、濾過処理時には、薬剤供給バルブ１４と浄水取出バルブ２３を開放し、逆洗送水バルブ８１と逆洗バルブ４２を閉鎖する。そして、電動ポンプ４を運転すると、原水流入配管１０内を送られる原水は、薬剤供給部３で薬剤を添加され、濾過部２に流入する。そして、原水は、上部ストレーナ２ｆを通過した後、濾材２ａの上側から下側に通過し、この際に濁質成分が濾材２ａの濾過作用により除去される。最後に、下部ストレーナ２ｅに流入した後、導出管２ｄの内側を通過して、濾過部２を出て、浄水吐出配管２０より処理水が得られる。

濾過部２内部では、まず上層の活性炭層で懸濁物質が補足されるとともに、金属イオンの凝集が促進される。中層のマンガン砂層では、主として上層で凝集された金属イオンの凝集物が補足されるのである。

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を閉鎖し、逆洗送水バルブ８１と逆洗バルブ４２を開放する。そして、電動ポンプ４を運転すると、原水は、分岐部１２から逆洗送水管８０を経て浄水吐出配管２０を逆流して濾過部２へ流入する。濾過部２では原水は導出管２ｄ内を下方に向けて流れ、下部ストレーナからタンク２ｂ内へと浸入する。タンク２ｂ内で原水は、下から上へと流れる。その際、上層の活性炭を撹拌・展開することで、濾材２ａで捕集された懸濁物質、凝集物を濾材２ａから剥離させ、原水流入配管１０の接続口から濾過部２の系外へと排出するのである。

（薬剤供給部）
次に、薬剤供給部３について、図２、図７、図８を用いて説明する。

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、薬剤供給部３の出口（薬液出口３２）からの配管は、下方に伸びた後、分岐部１３を経て濾過部２へと接続されている。詳しくは後述するが、薬剤供給部３は、流入路３１、薬剤路３２、バイパス路３３、流出路３４を有している。流入路３１は、原水流入配管１０と接続され、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、薬剤を溶かすものである。バイパス路３３は、同じく流入路３１から分岐し、薬液を必要な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、バイパス路３３と合流し、再び原水流入配管１０に接続し、原水流入配管１０に薬剤の含まれた原水を送り出すことになる。

薬剤路３２は、筒状の筐体５１を有した薬剤部５０の内部に形成されている。筐体５１は、下部に設けた椀状の基台５１ａと、基台５１ａを覆う上部カバー５１ｂとを有している。さらに詳しくは、筐体５１は、上部にむけて径の小さくなる円錐台形状を有している。基台５１ａには、流入路３１、バイパス路３３、流出路３４が接続され、基台５１ａの内部で分岐（分岐部３５）している。分岐部３５では、流入路３１から流入した原水を、薬剤路３２、流出路３４、バイパス路３３に分岐している。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の内部となる回収部５４とで構成される。薬剤路３２で作られた薬液（薬剤を含んだ原水）は、回収部５４と流出路３４とを連通する回収開口５５から流出路３４へと送られる。

噴出管５２の上部、すなわち、薬剤載置部５３における噴出管５２の外径は、下部より対して大きな径を有し、所望の量の薬剤を保有することができるようになっている。また、噴出管５２の下部の外径を小さくすることによって回収部５４の水平断面積を確保している。

バイパス路３３は、分岐部３５で分岐した後、原水のままの状態で流出路３４の出口側で合流する（合流部３６）。

流出路３４を流れる原水は、分岐部３５で分岐後、薬剤路３２で作られた薬液と回収開口５５で合流する。さらに流出路３４の下流では、合流部３６でバイパス路３３と合流し、所望の濃度の薬液となって薬剤供給部３から送出される。

すなわち、薬剤供給部３に流入した原水は、分岐部３５において、薬剤路３２、バイパス路３３、流出路３４に分岐される。この分岐によって薬剤路３２に流れる流量を調整し、後述する薬剤と原水との接触量を調整している。従って、薬剤路３２で薬剤と接触した原水は所望の濃度の薬液となる。次に、薬剤路３２を経由した原水は、回収開口５５で流出路３４を流れる原水と合流する。分岐部３５で所望の割合で分岐された流出路３４の原水は、同じく所望の濃度と流量で調整された薬剤路３２の薬液と回収開口５５で合流し、所望の濃度の薬液となるのである。なお、合流部３６でバイパス路３３を流れる原水と合流することになっているが、合流部３６後の薬剤の濃度を確認して、バイパス路３３の流量を調整するとよい。

噴出管５２は小径の管路で上部に薬剤載置部５３を備えて立設されている。噴出管５２は、筐体５１の内部で薬剤載置部５３を支えていることになる。これにより、薬剤載置部５３は、筐体５１の中央より高い位置に固定される。薬剤載置部５３は、上部が開口した皿状、あるいは、箱状となっている。薬剤載置部５３の底部は、開口が設けられ、噴出管５２と接続し、噴出管５２と薬剤載置部５３内部を連通している。薬剤載置部５３の高さにおける噴出管５２の水平方向の径は、噴出管５２の下部の径よりも大きくなっている。まず、噴出管５２の下部の径を小さくし、薬剤載置部５３を噴出管５２の上部に設けるこ
とによって、原水を所望の流量で薬剤と接触させることを実現している。薬剤載置部５３は、原水の流量に対し、所望の濃度の薬液が得られるよう、置く薬剤の量（数）を確保するための大きさとなる。

薬剤を溶かした薬液は、薬剤載置部５３の側方であって、噴出管５２の側面に設けられた載置部出口５８から筐体５１内部、すなわち、回収部５４へ流出する。回収部５４において、薬剤を溶かした薬液は、筐体５１の下部（基台５１ａ）に貯まり、その後、回収開口５５から流出路３４へと流れだす。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あるので、筐体５１内に流下した薬剤の溶けた原水は、液面を筐体５１の高さに対し、１／２程度、あるいはそれ以下にすることができている。薬液は所望の深さで筐体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割合が調整されている。

また、運転状態において、筐体５１内に薬液が充満すると、薬剤載置部５３に置いた薬剤の溶出量が大きくなり、所望の濃度の薬液が得られなくなる。あるいは、薬剤が溶けてなくなってしまうことがある。そのため、筐体５１内での液面は低く抑えることが必要となる。

薬剤載置部５３には、固形薬剤、すなわち水溶性固形薬剤６０を備えている。水溶性固形薬剤６０としては、タブレットや顆粒状のものを用いることがよい。なぜなら、水溶性固形薬剤６０の表面積が大きくでき安定した溶剤濃度を保つことができるからである。タブレットであれば、直径３０ｍｍ、高さ１０～２０ｍｍのもの、顆粒状であれば直径５ｍｍから１５ｍｍのものを使用するとよい。水溶性固形薬剤６０の大きさが小さい場合には、隣り合った薬剤が同時に水に接触して薬剤同士が固着してしまう。固着すると、薬剤の下部だけが水に接触して所望の濃度の薬液が得られなくなるということがある。あるいは、水溶性固形薬剤６０の大きさが小さい場合には、噴出管５２から供給される水との接触面積が大きくなって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。

本実施の形態では、薬剤載置部５３は、錠剤の水溶性固形薬剤６０を上下方向に保持できるよう、ガイド（図示せず）が設けられている。すなわち、ガイドは、縦方向に長いレール形状を有し、２本のレール間に水溶性固形薬剤６０を投入することによって、水溶性固形薬剤６０を上下方向に積んだように保持される。そのため、水溶性固形薬剤６０は下方から原水に溶け出すことになり、所望の濃度の薬液が得られる。

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。水溶性固形薬剤６０としては、種々の酸化剤を用いることができるが、運転中、すなわち、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よい。また、停止中、あるいは逆洗処理中、すなわち、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よい。本実施の形態では、トリクロロイソシアヌル酸を用いている。

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のでＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＰＰ（ポリプロピレン）など薬剤に対する反応性が低い素材を選ぶとよい。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なので、薬剤に対する相性を考慮すると、噴出管５２の材質はＰＰより強度がある塩化ビニルやＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）などを選択することが好ましい。噴出管５２の外径は、基台５１ａの内径の４分の１以下に抑えるとよい。上述のように、噴出管５２の外側に載置部出口５８から排出された薬剤供給後の溶液を一時貯留する空間（回収部５４）を設けることができ、筐体５１内の水位が急激に上昇し薬剤
載置部５３まで到達することを抑制できるからである。例えば、基台５１ａの内径が１３０ｍｍの場合、外径２５～４０ｍｍ程度の塩ビ管などを使用するとよい。すなわち、筐体５１の内径に対し、噴出管５２の外径を１／３以下にするとよい。このように、噴出管５２の外径を小さくすることによって回収部５４における水平断面積、すなわち、回収部５４に貯まる薬液水面の面積を大きく確保することができる。従って、回収部５４に貯まる薬液の液面高さを低く抑え、結果として薬剤の溶出量を適切に設定でき、所望の濃度の薬液が得られるのである。なお、本実施の形態では、上部カバー５１ｂを円錐台形状とし、基台５１ａを有底の略円筒としていて、基台５１ａの内径が筐体５１の最大内径となっている。

また、噴出管５２は、噴出管５２の内部を上下に仕切る仕切り板５６を備えている。仕切り板５６上に薬剤載置部５３が設けられ、薬剤載置部５３上に水溶性固形薬剤６０が置かれることになる。仕切り板５６には、噴出管５２から送られる原水が流入する載置部入口５７が設けられている。載置部入口５７は、仕切り板５６の中央部近傍に設けられているが、中心でなくてもよい。また、仕切り板５６は、すり鉢状に外周部を高く、載置部入口５７近傍を低くしてある。載置部入口５７は、仕切り板５６の中央部を網状にして形成してもよい。あるいは、仕切り板５６の中央部を囲むように形成された少なくとも１つのドーナツ状のスリット、あるいは、複数の小孔群であってもよい。また、噴出管５２の側面には、溶けた薬剤を含んだ原水が流出する載置部出口５８を有している。載置部出口５８は、仕切り板５６の外周部の頂部よりも高い位置に設けられている。そして、水溶性固形薬剤６０は、仕切り板５６上であって、径方向には、載置部入口５７と載置部出口５８の間に配置されることになる。

このような構成によれば、すり鉢状になった仕切り板５６上には、中央寄りに水溶性固形薬剤６０が配置される。そして、噴出管５２から送られる原水は、載置部入口５７から浸入し、中央寄りに置かれた水溶性固形薬剤６０と接触、水溶性固形薬剤６０を溶かして薬液となる。薬剤の溶け込んだ原水は、上方に上昇し、載置部出口５８から薬剤供給部３の筐体５１内へと流出する。このとき、水溶性固形薬剤６０は、径方向にも上下方向にも載置部入口５７と載置部出口５８の間に配置されているので、原水に必ず接触し、薬液となって載置部出口５８から流出する。また、所定の流量に対し、水溶性固形薬剤６０の接触度合を確保し、所望の濃度範囲の薬液とすることができる。

また、上記構成によれば、載置部出口５８よりも上部の水溶性固形薬剤６０に水分を含ませることを防止できるので、水溶性固形薬剤６０同士の固着、壁面への固着を防ぐこと
が可能である。固着を防ぐことができるので、下層の水溶性固形薬剤６０が溶出して無
くなった場合には、上部の固形薬剤が重力によって降下し、下部に水溶性固形薬剤６０を供給させることができる。つまり、水溶性固形薬剤６０と原水を継続的に接触させることが可能である。そして、薬剤供給装置を長期に使用した場合にも薬剤濃度を安定させることが可能となる。

また、噴出管５２、薬剤載置部５３の外壁面は、載置部出口５８よりも下方において、外壁面の任意の位置から鉛直下方に降ろした直線と外壁面との成す角（図９における角度α）は０～４５度であることが望ましい。外壁面を急角度で絞らないことによって、載置部出口５８から流出する原水は、噴出管５２、薬剤載置部５３の外壁面を伝って流下し、筐体５１内で貯まった原水（薬液）と静かに混合する。そのため、液面で水泡ができにくくなる。

一方、薬剤を含んだ原水が、噴出管５２、薬剤載置部５３の外壁面から離れて空中に流れ出る場合には、筐体５１内で貯まった原水（薬液）と混合する際に水泡を作ることになる。水泡は、筐体５１内に充満して、見かけ上の水位を上昇させることになる。あるいは
、できた水泡が薬液とともに流出路３４から排出されるため、筐体５１内の空気が減少、結果として回収部５４における水位が上昇する。すなわち、上昇した水位によって水溶性固形薬剤６０に水が浸かることになり、結果として薬剤を過度に溶かし、所望の濃度の薬液が得られなくなってしまう。これに対し、本実施の形態では、載置部出口５８から流出する原水は、噴出管５２、薬剤載置部５３の外壁面を伝って流下させ、筐体５１内で水泡を作らないようにしている。

また、薬剤路３２（噴出管５２）、バイパス路３３、流出路３４には、分岐部３５の直後（下流側）に絞り部が設けられている。この絞り部は、薬剤路３２、バイパス路３３、流出路３４に流れる原水の配分を調整し、薬剤供給部３から流出する原水の薬剤の濃度を所望の濃度にするために設けられている。なお、バイパス路３３には、開閉バルブ３３ａが設けられており、バイパス路３３を閉じることも可能となっている。これらの絞り部は、流出路３４に設けた絞り部の開口面積は、他の薬剤路３２（噴出管５２）、バイパス路３３に設けた絞り部の開口面積よりも大きくしてある。薬剤供給部３から流出する薬液の濃度を所望の範囲にすることができる。

また、薬剤供給部３の筐体５１は、基台５１ａから上部カバー５１ｂを外すことができるようになっている。薬剤供給部３には、汚れた原水が流入するので定期的なメンテナンスが必要となっている。そのため、上部カバー５１ｂを外し、内部の清掃が可能なようになっている。さらに、噴出管５２は、分岐部３５で取り外すことが可能になっている。上述のように、薬剤路３２（噴出管５２）、バイパス路３３、流出路３４は、分岐部３５の下流側にそれぞれ絞りが設けられており、長期間の使用によっては、絞り部に異物が付着することが考えられる。そのため、噴出管５２を分岐部３５部分で取り外し、配管内の清掃を可能にしている。

上部カバー５１ｂは、一部あるいは全部を透明にするとよい。上部カバー５１ｂを透明にすることによって、内部に水溶性固形薬剤６０の存在を確認でき、必要な場合には補給することができる。特に、筐体５１内で薬液の液面よりも上方となる上部カバー５１ｂの上部を透明にするとよい。また、上部カバー５１ｂの天面を水溶性固形薬剤６０の補給口とし、この補給口を透明にするとよい。また、上述のとおり、水溶性固形薬剤６０はガイドに支持されて並んで配置されるので、外部から投入量の確認が容易となる。

薬剤供給部３の筐体５１内は、汚れを含んだ原水が流入するので内部が汚れることになる。しかし、上述のとおり、運転中には、筐体５１の内部の水面は筐体５１の１／２以下の高さとなるように設計されている。また、載置部出口５８は、薬剤載置部５３の側面に設けられている。そのため、筐体５１の天面付近には原水は到達しないので、補給口付近は汚れにくい構造となっている。すなわち、補給口を透明とすることによって、薬剤載置部５３の水溶性固形薬剤６０を視認しやすくなる。

（空気補給弁）
ここで、逆洗処理時における特別な構成と、作用について説明する。

上述のとおり、逆洗ドレン管４０は、分岐部１３から逆洗ドレン口４１を配管したものである。この逆洗ドレン管４０の経路途中であって、逆洗バルブ４２の下流側には、空気補給弁４３が設けられている。空気補給弁４３は、一方を逆洗ドレン管４０に接続し、他方を大気側に開放したものである。空気補給弁４３は、逆止弁構造となっており、大気側からの流入を可能とし、逆洗ドレン管４０側からの流出はできないようになっている。また、空気補給弁４３は、逆洗ドレン管４０から上方に立ち上がったところに弁構造部分が設けられている。

このような構造において、空気補給弁４３の作用を説明する。

濾過処理時には、逆洗バルブ４２が閉鎖され、逆洗バルブ４２よりも下流側の逆洗ドレン管４０内には空気が充満している。そして、逆洗処理に切り替えた際には、逆洗ドレン管４０内の空気は、上方へと移動し、薬剤供給部３内に空気を供給することになる。薬剤供給部３内に空気が充満することにより、水溶性固形薬剤６０は、原水に浸かった状態ではなく、空気にさらされる。従って、水溶性固形薬剤６０が無駄に溶け出すこともなく、また、溶けて固着することを防止することができる。

一方、逆洗ドレン管４０内は、逆洗処理を行うため、ドレン水が流れ、ドレン水で満たされる。逆洗処理が終わると、逆洗ドレン管４０内に向けて空気補給弁４３から空気が送られることになる。従って、逆洗処理以外の時には、逆洗ドレン管４０内に空気が充満し、次の逆洗処理の時に薬剤供給部３へ空気を送ることができる。

なお、空気補給弁４３を逆洗ドレン管４０に対し、逆洗ドレン管４０の分岐点から上方に立ち上げて設けたことにより、空気補給弁４３内を空気で満たした状態にして、水の浸入を抑える構造となっている。すなわち、汚れた水から空気補給弁４３を守り、空気補給を確実に行うことができるようになっている。

また、本実施の形態では、空気補給弁４３を逆止弁としたが、空気を逆洗ドレン管４０内に送ることができれば他の種類の弁でもよい。例えば、手動弁を用い、逆洗処理が終了した時点で逆洗ドレン管４０内に空気を送る方法、逆洗ドレン管４０の経路内に水抜き穴と栓を設け、逆洗処理が終了した時点で栓を抜き、逆洗ドレン管４０内の水を抜き、空気を満たす方法でもよい。

（濾過部配置）
濾過部２に充填された濾材２ａは、逆洗したとしても長期間の使用により性能が劣化する。そのため、濾過部２は定期的なメンテナンスが必要になる。濾過部２をメンテナンスするため、本実施の形態の水処理装置１は、濾過部２を取り外すことが可能になっている。

図１１に示すように、濾過部２を所定の方向から見た時、配管類（原水流入配管１０、浄水吐出配管２０、逆洗送水管８０、逆洗ドレン管４０など）、薬剤供給部３は、濾過部２と分離されて配置されている。すなわち、濾過部２と原水流入配管１０、浄水吐出配管２０との接続部に設けた接続接手１５を開放したとき、濾過部２は一方向およびその反対方向にスライドして移動が可能となる。図１１では紙面に対し垂直方向に移動が可能となる。そのために、接続接手１５の相手側の接続面は、濾過部２の移動する一方向に平行に設けている。接続接手１５としては、原水流入配管１０側に設けられた流入側接手、浄水吐出配管２０側に設けられた流出側接手を有しており、この２つの接続接手１５の接続によって濾過部２は本体内の配管と接続される。

また、図１２にしめすように、本実施の形態の水処理装置１は、配管類を保護するため、外郭をパネルで覆って筐体を構成している。上述のとおり、濾過部２は一方向とその反対方向に移動が可能なので、外郭パネルのうち、濾過部２に対して一方向とその対向面のパネルを点検パネル６１としている。濾過部２のメンテナンスの際には、点検パネルのうち両方もしくはどちらか一方を外すことによって行うことができる。

このように、濾過部２は、１つの点検パネル６１、あるいは、対向して２か所に設けた点検パネル６１側に向けて平行移動が可能になり、少ない点検スペースで濾過部２のメンテナンスが可能となる。

なお、本実施の形態では、濾過部２を一方向とその反対方向に移動可能としたが、一方向のみとしてもよい。その場合には、接続接手の相手側（反濾過部２側）の接続面は、一方向側に向けてもよい。すなわち、接続接手１５と対向する配管側の接続面が、濾過部２の移動する一方向に向いている、あるいは、接続接手１５の接続面が、濾過部２の移動する一方向に平行に配置されていればよい。このような配置によれば、濾過部２は、少なくとも前記一方向に向けて移動が可能となる。

本発明にかかる水処理装置は、逆洗に十分量の清浄な逆洗水を供給可能で、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。

１ 水処理装置
２ 濾過部
２ａ 濾材
２ｂ タンク
２ｃ 接続バルブ
２ｄ 導出管
２ｅ 下部ストレーナ
２ｆ 上部ストレーナ
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
１５ 接続接手
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
３３ａ 開閉バルブ
３４ 流出路
３５ 分岐部
３６ 合流部
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
５０ 薬剤部
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
５６ 仕切り板
５７ 載置部入口
５８ 載置部出口
６０ 水溶性固形薬剤
６１ 点検パネル
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

Claims (5)

1. 濾材を内包した濾過部と、
   濾過部に原水を流入させる原水流入配管と、
   前記原水流入配管の経路内で薬剤を添加する薬剤供給部と、
   前記濾過部から濾過後の処理水を取り出す浄水吐出配管とを有し、
   前記薬剤供給部内の薬剤載置場所は、前記濾過部、前記原水流入配管、前記浄水吐出配管よりも鉛直方向に高い位置に配置し、
   前記原水流入配管の経路内であって、前記薬剤供給部と前記濾過部との間に逆洗ドレン配管の第一分岐部を設け、
   前記逆洗ドレン配管は、前記第一分岐部から下方に延伸し、
   前記第一分岐部は、
   濾過処理時には、前記薬剤供給部と前記濾過部とを連通させ、
   逆洗処理時には、前記逆洗ドレン配管と前記濾過部とを連通させる水処理装置。
2. 前記逆洗ドレン配管の経路内に、一端を大気中に開放し、大気側から配管内への流入を行う空気補給弁を設けた請求項１記載の水処理装置。
3. 前記空気補給弁は、大気側からの流入のみが可能な逆止弁とした請求項２記載の水処理装置。
4. 前記逆洗ドレン配管における前記空気補給弁への分岐点から前記薬剤供給部までの配管経路における水平高さは、前記分岐点で最も低く、前記薬剤供給部の流出口に向けて高くなるようにした請求項２または３記載の水処理装置。
5. 前記空気補給弁は、前記分岐点よりも高い位置に設けた請求項４記載の水処理装置。
   

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