特開 2021-142464 水処理方法及び水処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-142464(P2021-142464A)

(43)【公開日】2021年9月24日

(54)【発明の名称】水処理方法及び水処理装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/44 20060101AFI20210827BHJP

   C02F 1/00 20060101ALI20210827BHJP

   C02F 1/50 20060101ALI20210827BHJP

   C02F 1/72 20060101ALI20210827BHJP

   A23K 10/00 20160101ALI20210827BHJP

   A01K 13/00 20060101ALI20210827BHJP

【ＦＩ】

   C02F1/44 D

   C02F1/00 F

   C02F1/50 510A

   C02F1/50 520B

   C02F1/50 531N

   C02F1/50 531L

   C02F1/50 532C

   C02F1/50 532B

   C02F1/50 540B

   C02F1/50 560E

   C02F1/72 Z

   A23K10/00

   A01K13/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2020-41664(P2020-41664)

(22)【出願日】2020年3月11日

(71)【出願人】

【識別番号】596136316

【氏名又は名称】三菱ケミカルアクア・ソリューションズ株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504136568

【氏名又は名称】国立大学法人広島大学

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100152146

【弁理士】

【氏名又は名称】伏見 俊介

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(72)【発明者】

【氏名】中原 禎仁

(72)【発明者】

【氏名】杉野 利久

(72)【発明者】

【氏名】金田一 智規

【テーマコード（参考）】

2B150

4D006

4D050

【Ｆターム（参考）】

2B150AA01

2B150AB02

2B150AB03

2B150AE13

2B150AE18

2B150AE26

2B150BC03

2B150BC06

4D006GA03

4D006GA06

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4D006JA57A

4D006KA02

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4D006KD01

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4D006MA01

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4D050AA02

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4D050BB06

4D050BD06

4D050CA06

4D050CA09

4D050CA13

4D050CA15

4D050CA16

(57)【要約】

【課題】栄養成分を含む水を効率よく、かつ安価に家畜に供給できる水処理方法及び水処理装置の提供。
【解決手段】被処理水を処理水と、前記処理水よりもシリカ濃度が高い濃縮水とに分離し、前記濃縮水を飲用水として家畜Ｃに供給する、水処理方法、及び被処理水を処理水と、前記処理水よりもシリカ濃度が高い濃縮水とに分離する分離手段２０と、前記濃縮水を飲用水として家畜Ｃに供給する供給手段３０とを備える、水処理装置１。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被処理水を処理水と、前記処理水よりもシリカ濃度が高い濃縮水とに分離し、前記濃縮水を飲用水として家畜に供給する、水処理方法。

【請求項2】

前記被処理水が地下水である、請求項１に記載の水処理方法。

【請求項3】

分離前の前記被処理水からマンガンを除去しておく、請求項１又は２に記載の水処理方法。

【請求項4】

前記濃縮水にｐＨ調整剤を添加する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の水処理方法。

【請求項5】

前記処理水を散布水として家畜に散布する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の水処理方法。

【請求項6】

前記散布水がドライミストである、請求項５に記載の水処理方法。

【請求項7】

前記処理水に消臭剤及び殺菌剤の少なくとも一方を添加する、請求項５又は６に記載の水処理方法。

【請求項8】

前記被処理水を膜分離により前記処理水と前記濃縮水とに分離する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の水処理方法。

【請求項9】

前記膜分離に用いられる膜が逆浸透膜である、請求項８に記載の水処理方法。

【請求項10】

被処理水を処理水と、前記処理水よりもシリカ濃度が高い濃縮水とに分離する分離手段と、前記濃縮水を飲用水として家畜に供給する供給手段とを備える、水処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水処理方法及び水処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

地下水や表流水等の原水（被処理水）を水道水水質基準となるように、種々の水処理が行われている。例えば、逆浸透膜、精密ろ過膜、限外ろ過膜等の分離膜を用いて被処理水を処理水と濃縮水とに分離し、処理水を飲用水として用いることが広く知られている。これら分離膜は、水中の塩類の効率的な除去、金属成分やシリカ成分の除去に関して効率的であり、良好な水質の軟水を製造することができる（例えば、特許文献１）。通常、濃縮水は下水などに放流されて処分される。
また、従来、水道水と同程度の水質の水を家畜用の飲用水として用いている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−７２８６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、被処理水を浄化しすぎると、被処理水中に存在する、家畜にとって有用な栄養成分も除去しすぎてしまう。そのため、被処理水を処理水と濃縮水とに分離した後に、得られた処理水に栄養成分を添加したものを飲用水として家畜に供給しており、効率が悪かった。
本発明は、栄養成分を含む水を効率よく、かつ安価に家畜に供給できる水処理方法及び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】

【0005】

本発明は、下記の態様を有する。
［１］ 被処理水を処理水と、前記処理水よりもシリカ濃度が高い濃縮水とに分離し、前記濃縮水を飲用水として家畜に供給する、水処理方法。
［２］ 前記被処理水が地下水である、前記［１］の水処理方法。
［３］ 分離前の前記被処理水からマンガンを除去しておく、前記［１］又は［２］の水処理方法。
［４］ 前記濃縮水にｐＨ調整剤を添加する、前記［１］〜［３］のいずれか１つの水処理方法。
［５］ 前記処理水を散布水として家畜に散布する、前記［１］〜［４］のいずれか１つの水処理方法。
［６］ 前記散布水がドライミストである、前記［５］の水処理方法。
［７］ 前記処理水に消臭剤及び殺菌剤の少なくとも一方を添加する、前記［５］又は［６］の水処理方法。
［８］ 前記被処理水を膜分離により前記処理水と前記濃縮水とに分離する、前記［１］〜［７］のいずれか１つの水処理方法。
［９］ 前記膜分離に用いられる膜が逆浸透膜である、前記［８］の水処理方法。
［１０］ 被処理水を処理水と、前記処理水よりもシリカ濃度が高い濃縮水とに分離する分離手段と、前記濃縮水を飲用水として家畜に供給する供給手段とを備える、水処理装置。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、栄養成分を含む水を効率よく、かつ安価に家畜に供給できる水処理方法及び水処理装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の第一の態様の水処理装置の一例を模式的に示す概略図である。

【図2】散布手段の他の例を部分的に示す図である。

【図3】本発明の第二の態様の水処理装置の一例を模式的に示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本発明に係る水処理方法及び水処理装置の一実施形態を挙げ、図１〜３を適宜参照しながら詳述する。
なお、以下の説明で用いる各図面は、その特徴をわかりやすくするために、便宜上、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等は実際とは異なる場合がある。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
また、図２、３において、図１と同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。

【0009】

＜第一の態様＞
（水処理装置）
図１に本発明の第一の態様の水処理装置の一例を模式的に示す。
図１に示す水処理装置１は、井戸等の水源１００と、水源１００から汲み上げられた被処理水（原水）である地下水を貯留する原水槽１０と、被処理水を処理水と濃縮水とに分離する分離手段２０と、濃縮水を飲用水として家畜に供給する供給手段３０と、処理水を散布水として家畜に散布する散布手段４０とを備える。

【0010】

水処理装置１は、さらに、水源１００から汲み上げられた被処理水を原水槽１０に供給する原水供給流路１１と、原水供給流路１１の始端に設けられた汲み上げポンプ１１ａと、原水槽１０の被処理水を分離手段２０に送液する原水流路１２と、原水流路１２の途中に設けられたポンプ１２ａと、濃縮水にｐＨ調整剤を添加する第一の添加手段５０と、処理水に消臭剤及び殺菌剤の少なくとも一方を添加する第二の添加手段６０と、散布手段４０に空気を供給する空気供給手段７０と、被処理水の一部を散布手段４０に直接供給するバイパス手段８０とを備える。
なお、ポンプや後述の電磁弁、流量計等は、これらの動作を制御する制御部（図示略）に電気的に接続されている。

【0011】

この例の原水流路１２は、ポンプ１２ａを挟んで第一の原水流路１２１と第二の原水流路１２２とで構成されている。第一の原水流路１２１はポンプ１２ａよりも上流側、すなわち原水槽１０側である。第二の原水流路１２２はポンプ１２ａよりも下流側、すなわち分離手段２０側である。本明細書において、第二の原水流路１２２を「加圧水供給流路」ともいう。

【0012】

分離手段２０は、被処理水を、処理水と、処理水よりもシリカ濃度が高い濃縮水とに分離する手段である。
この例の分離手段２０は、逆浸透膜モジュール２１である。
逆浸透膜モジュール２１は、逆浸透膜を備え、導入された被処理水を、逆浸透膜を透過した処理水と逆浸透膜を透過しない濃縮水とに分離するものであればよい。
逆浸透膜には、ナノろ過膜が包含される。
逆浸透膜の形態としては、スパイラル膜、中空糸膜、管状膜、平膜等が挙げられる。逆浸透膜の形態としては特に限定されないが、低コスト化の観点から、スパイラル膜を用いることが好ましい。
逆浸透膜の材質としては特に限定されないが、ポリアミド、酢酸セルロース等が挙げられる。

【0013】

逆浸透膜モジュール２１としては、例えば、スパイラル型逆浸透膜エレメントの１個以上を、ベッセル等の耐圧容器に収納したものが挙げられる。スパイラル型逆浸透膜エレメントとしては、例えば、集水管のまわりに逆浸透膜を巻き回したものを円筒状のケーシングに収納し、ケーシングの両端面にテレスコープ防止部材を取り付けたものが挙げられる。

【0014】

供給手段３０は、濃縮水を飲用水として家畜に供給する手段である。
この例の供給手段３０は、分離手段２０で得られた濃縮水を貯留する受水槽３１と、濃縮水を分離手段２０から受水槽３１へ供給する濃縮水供給流路３２と、濃縮水供給流路３２の途中から分岐し、第一の原水流路１２１の途中に合流することによって濃縮水の一部を第一の原水流路１２１に返送する返送流路３３と、濃縮水供給流路３２の開閉を行い、濃縮水の圧力を調整する２つの電磁弁３４と、各電磁弁３４に接続された流量計３５と、返送流路３３の開閉を行い、第一の原水流路１２１に返送される濃縮水の圧力を調整する電磁弁３６と、電磁弁３６に接続された流量計３７とを備える。

【0015】

散布手段４０は、処理水を散布水として家畜に散布する手段であり、家畜Ｃの上部に設置される。
この例の散布手段４０は、複数のノズルヘッダー４１と、各ノズルヘッダー４１に設けられた噴射ノズル４２と、処理水を分離手段２０からノズルヘッダー４１へ供給する処理水供給流路４３と、処理水供給流路４３の途中に設けられたポンプ４３ａと、処理水供給流路４３の開閉を行い、処理水の圧力を調整する電磁弁４４と、電磁弁４４に接続された流量計４５とを備える。

【0016】

この例の処理水供給流路４３は、ポンプ４３ａを挟んで第一の処理水供給流路４３１と第二の処理水供給流路４３２とで構成されている。第一の処理水供給流路４３１はポンプ４３ａよりも上流側、すなわち分離手段２０側である。第二の処理水供給流路４３２はポンプ４３ａよりも下流側、すなわちノズルヘッダー４１側である。

【0017】

この例のノズルヘッダー４１は、主管４１ａと主管４１ａの途中で下向きに枝分かれした分岐管４１ｂとからなる。複数のノズルヘッダー４１のうち、最下流、すなわち分離手段２０から最も離れた場所に位置するノズルヘッダー４１の主管４１ａは、一端が開口され、他端が閉塞されている。残りのノズルヘッダー４１の主管４１ａは、両端が開口されている。
噴射ノズル４２は、各ノズルヘッダー４１の分岐管４１ｂの下端に設けられている。
噴射ノズル４２としては、ドライミストノズル等が挙げられる。

【0018】

第一の添加手段５０は、濃縮水にｐＨ調整剤を添加する手段である。
この例の第一の添加手段５０は、ｐＨ調整剤を収容する第一の収容タンク５１と、ｐＨ調整剤を濃縮水供給流路３２に供給する第一の薬剤供給流路５２と、第一の薬剤供給流路５２の途中に設けられたポンプ５２ａとを備える。
本実施形態においては、第一の薬剤供給流路５２は濃縮水供給流路３２の途中で合流しており、濃縮水供給流路３２中で濃縮水にｐＨ調整剤が供給されるようになっている。

【0019】

第二の添加手段６０は、処理水に消臭剤及び殺菌剤の少なくとも一方を添加する手段である。
この例の第二の添加手段６０は、消臭剤を収容する第二の収容タンク６１と、消臭剤を第一の処理水供給流路４３１に供給する第二の薬剤供給流路６２と、第二の薬剤供給流路６２の途中に設けられたポンプ６２ａと、殺菌剤を収容する第三の収容タンク６３と、殺菌剤を第一の処理水供給流路４３１に供給する第三の薬剤供給流路６４と、第三の薬剤供給流路６４の途中に設けられたポンプ６４ａとを備える。
本実施形態においては、第二の薬剤供給流路６２は第一の処理水供給流路４３１の途中で合流しており、第一の処理水供給流路４３１中で処理水に消臭剤が供給されるようになっている。また、第三の薬剤供給流路６４は第一の処理水供給流路４３１の途中で合流しており、第一の処理水供給流路４３１中で処理水に殺菌剤が供給されるようになっている。

【0020】

空気供給手段７０は、散布手段４０に空気を供給する手段である。
この例の空気供給手段７０は、コンプレッサ７１と、コンプレッサ７１から吐出された空気を一旦貯留する空気タンク７２と、空気をノズルヘッダー４１に供給する空気供給流路７３と、空気タンク７２内のドレンを排出する排出流路７４とを備える。
本実施形態においては、空気供給流路７３は途中で分岐して各ノズルヘッダー４１に合流しており、各ノズルヘッダー４１中で処理水に空気が供給され、処理水をミスト状に散布できるようになっている。

【0021】

バイパス手段８０は、被処理水の一部を分離手段２０を通過させることなく散布手段４０に直接供給する手段である。
この例のバイパス手段８０は、第二の原水流路１２２と第一の処理水供給流路４３１とをつなぐバイパス流路８１と、バイパス流路８１の開閉を行い、散布手段４０に供給される被処理水の圧力を調整する電磁弁８２と、電磁弁８２に接続された流量計８３とを備える。

【0022】

この例のバイパス流路８１は、電磁弁８２を挟んで第一のバイパス流路８１１と第二のバイパス流路８１２とで構成されている。第一のバイパス流路８１１は電磁弁８２よりも上流側であり、一端が第二の原水流路１２２に接続され、他端が電磁弁８２に接続されている。第二のバイパス流路８１２は電磁弁８２よりも下流側であり、一端が電磁弁８２に接続され、他端が第一の処理水供給流路４３１に接続されている。本明細書において、バイパス流路８１を「加圧水分岐流路」ともいう。

【0023】

第一のバイパス流路８１１は、ポンプ１２ａにて加圧され第二の原水流路１２２内を流れる被処理水の一部を分流させる流路である。第二の原水流路１２２から分岐して第一のバイパス流路８１１内を流れる被処理水の流量は電磁弁８２により決定される。被処理水の一部は、第一のバイパス流路８１１及び第二のバイパス流路８１２を経て第一の処理水供給流路４３１に供給される。

【0024】

（水処理方法）
水処理装置１を用いた水処理方法の一例について説明する。
まず、汲み上げポンプ１１ａを駆動させて水源１００から被処理水を汲み上げる。汲み上げられた被処理水は、原水供給流路１１を通って原水槽１０に供給される。
電磁弁３４及び電磁弁４４を開き、ポンプ１２ａ及びポンプ４３ａを駆動させることによって、原水槽１０の被処理水が、原水流路１２を通って分離手段２０の逆浸透膜モジュール２１に供給される。
逆浸透膜モジュール２１に導入された被処理水は、逆浸透膜を透過した処理水と、逆浸透膜を透過しない濃縮水とに分離される。逆浸透膜により被処理水中のシリカが濃縮処理されるため、濃縮水のシリカ濃度は、処理水のシリカ濃度よりも高い。被処理水がカルシウムを含む場合は、逆浸透膜によりカルシウムも濃縮処理されるため、濃縮水のカルシウム濃度も、処理水のカルシウム濃度よりも高くなる。

【0025】

被処理水は、濃縮水が処理水よりも多く得られるように分離されるのが好ましい。濃縮水が処理水よりも多く得られるように被処理水を分離するには、電磁弁３４に接続された流量計３５及び電磁弁４４に接続された流量計４５をモニタリングしながら、逆浸透膜に対する被処理水の圧力や水量をポンプ１２ａ及びポンプ４３ａにて調節すればよい。
濃縮水と処理水の比率は、家畜Ｃの種類に応じて決定すればよい。例えば、家畜Ｃが牛の場合、逆浸透膜モジュール２１の良好かつ安定的な運転の観点から、濃縮水と処理水が質量比で濃縮水：処理水＝３：１〜７：１となるように被処理水を処理水と濃縮水とに分離するのが好ましい。濃縮水と処理水の比率は濃縮水：処理水＝４：１〜６：１がより好ましい。

【0026】

逆浸透膜モジュール２１で得られた濃縮水は、濃縮水供給流路３２を通って受水槽３１に供給される。必要に応じて、電磁弁３６を開くことによって、濃縮水の一部が返送流路３３を通って第一の原水流路１２１に返送されてもよい。
受水槽３１に供給された濃縮水は飲用水として家畜Ｃに供給される。
家畜Ｃとしては特に限定されず、牛、豚、羊、馬、鶏などが挙げられる。図示例の家畜Ｃは牛である。

【0027】

ところで、家畜の消化器系においては、体内での微生物活動が重要であり、多くの微生物群は一般的には中性域であることが好適であるとされている。その一方で、消化液や微生物反応などによる飼料の分解物の多くは酸性を示す傾向にあり、微生物活動に好適なｐＨ領域から外れることがある。
よって、第一の添加手段５０によってｐＨ調整剤を濃縮水に供給し、ｐＨ調整剤が供給された濃縮水を家畜Ｃに供給することが好ましい。ｐＨ調整剤は、ポンプ５２ａを駆動させることによって、第一の薬剤供給流路５２を通って濃縮水供給流路３２に供給される。
ｐＨ調整剤は、濃縮水の２５℃におけるｐＨが６．５〜８．５となるように濃縮水に供給されることが好ましく、ｐＨ調整剤の供給量はポンプ５２ａによって調節できる。濃縮水の２５℃におけるｐＨは７．０〜８．０がより好ましい。濃縮水のｐＨが、上記下限値以上であれば家畜Ｃが胃酸過多になるのを抑制でき、上記上限値以下であれば家畜Ｃの胃への影響が少ない。
ｐＨ調整剤としては、例えば炭酸水素ナトリウム、水酸化ナトリウムなどが挙げられる。濃縮水を酸性化する場合は、ｐＨ調整剤として塩酸、クエン酸などを用いてもよい。これらの中でも取り扱いが容易である観点から炭酸水素ナトリウムが好ましい。

【0028】

逆浸透膜モジュール２１で得られた処理水は、処理水供給流路４３を通って各ノズルヘッダー４１に供給される。
さらに、電磁弁８２を開いて、第二の原水流路１２２内を流れる被処理水の一部をバイパス流路８１を介して第一の処理水供給流路４３１に供給する。分離手段２０から第一の処理水供給流路４３１に供給される処理水と、バイパス流路８１を介して第一の処理水供給流路４３１に供給される被処理水との割合は、被処理水の水質及び受水槽３１の要求水質などから決定される。例えば受水槽３１に供給される濃縮水の濃度を確保する観点では、処理水１００質量部に対して被処理水の割合は５０質量部以下が好ましく、２０質量部以下がより好ましく、１０質量部以下がさらに好ましく、５質量部以下が特に好ましい。

【0029】

各ノズルヘッダー４１に供給された処理水は、散布水として噴射ノズル４２から家畜Ｃに散布される。処理水が家畜Ｃに散布されることで、家畜Ｃの体温を下げることができる。

【0030】

本実施形態において、散布水はドライミストである。すなわち、処理水をドライミストにして家畜Ｃへ散布する。処理水をドライミストにして家畜Ｃへ散布すれば、床面が水で濡れて家畜Ｃが滑ったり転倒したりすることを防止できる。
ここで、「ドライミスト」とは、水を微細な粒子にして噴射することにより形成される霧のことである。ドライミストが蒸発する際の気化熱の吸収を利用して、ドライミストが付着した局所を冷却することができる。
ドライミストの平均粒子径は、素早く蒸発し、ドライミストが付着した箇所が濡れにくい観点から、１〜５０μｍが好ましく、１〜３０μｍがより好ましい。

【0031】

処理水をドライミストにするには、空気供給手段７０から空気を処理水に供給し、処理水と空気とを衝突させればよい。
空気は、コンプレッサ７１を駆動させることによって、空気供給流路７３を通って各ノズルヘッダー４１に供給される。空気の供給量はコンプレッサ７１によって調節でき、圧力が高いほど平均粒子径が小さいドライミストが得られる。
空気タンク７２内のドレンを排出流路７４から定期的に排出することが好ましい。
また、家畜Ｃの近辺に送風ファン（図示略）を設置して、家畜Ｃに風を吹き付けることが好ましい。処理水をドライミストにして家畜Ｃへ散布する際に風を家畜Ｃに吹き付ければ、処理水の気化を促進できる。

【0032】

処理水を家畜Ｃへ散布する際には、第二の添加手段６０によって消臭剤及び殺菌剤の少なくとも一方を処理水に供給することが好ましい。消臭剤が供給された処理水を家畜Ｃへ散布することで、悪臭を低減できる。また、殺菌剤が供給された処理水を家畜Ｃへ散布することで、空気浮遊菌などの細菌を殺菌できる。

【0033】

消臭剤を処理水に供給する場合、消臭剤は、ポンプ６２ａを駆動させることによって、第二の薬剤供給流路６２を通って第一の処理水供給流路４３１に供給される。消臭剤の供給量はポンプ６２ａによって調節できる。
消臭剤としては、例えば二酸化塩素、次亜塩素酸、臭素酸、各種芳香剤、銀などの金属イオン系材料などが挙げられる。これらの中でも安価であり、かつ劣化しにくい観点から二酸化塩素、次亜塩素酸が好ましく、二酸化塩素がより好ましい。

【0034】

殺菌剤を処理水に供給する場合、殺菌剤は、ポンプ６４ａを駆動させることによって、第三の薬剤供給流路６４を通って第一の処理水供給流路４３１に供給される。殺菌剤の供給量はポンプ６４ａによって調節できる。
殺菌剤としては、例えば二酸化塩素、次亜塩素酸、臭素酸、アルコール類、各種有機系農薬類などが挙げられる。これらの中でも安価であり、取り扱いが容易である観点から二酸化塩素、次亜塩素酸が好ましく、持続性にも優れる点で二酸化塩素がより好ましい。

【0035】

（作用効果）
上述したように、従来、被処理水を水道水水質基準となるように処理水と濃縮水とに分離し、処理水を人間用や家畜用の飲用水として用いる一方で、濃縮水は下水などに放流して処分していたが、被処理水を浄化しすぎると、被処理水中に存在する、家畜にとって有用な栄養成分も除去しすぎてしまう。そのため、処理水に栄養成分を添加したものを飲用水として家畜に供給したり、飼料に栄養成分を添加して家畜に供給したりしていた。このように、従来法では、栄養成分を被処理水から除去し廃棄する一方、飲用水や飼料に栄養成分を混合させる等の無駄が生じており、効率が悪い。また、例えば気温が高くなると、一般的に家畜は飼料の摂取量が減少するため、安定的な栄養成分の供給が困難となる傾向にある。

【0036】

しかし、本発明の第一の態様の水処理装置及び水処理方法では、被処理水を処理水と、処理水よりもシリカ濃度が高い濃縮水とに分離し、得られた濃縮水を家畜に供給する。被処理水中のシリカは家畜にとって有用な栄養成分であり、本発明ではシリカ濃度の高い濃縮水を家畜に供給するので、本発明の第一の態様の水処理装置及び水処理方法によれば、栄養成分を含む水を効率よく、かつ安価に家畜に供給できる。
このように、本発明によれば、被処理水中に存在する、家畜にとって有用な栄養成分を廃棄することなく家畜に供給できるので、従来の無駄を削減できる。また、気温が高くなると家畜は水分を通常より多く摂取することから、本発明によれば栄養成分の補給にも適しており、極めて効率的かつ効果的に栄養成分を家畜に供給できる。

【0037】

（他の態様）
本発明の第一の態様の水処理装置及び水処理方法は、上述した実施形態に限定されない。
第一の態様では被処理水が地下水であるが、被処理水は地下水に限定されず、例えば河川水や沢水などの表流水、或いはこれを水処理した水道水などであってもよい。ただし、地下水は表流水と比較しミネラル成分が多く溶解されていることから、被処理水に地下水を用いて濃縮水を得ることは、家畜への栄養成分を効率よく供給できる点で好ましい。
また、第一の態様では水源から汲み上げた被処理水を原水槽に一旦貯留しているが、水源から汲み上げた被処理水を直接、分離手段に供給してもよい。

【0038】

第一の態様では処理水を散布水として家畜に散布しているが、処理水を家畜に散布することなく下水などに放流して処分してもよい。ただし、処理水を散布水として用いることは、飼料の消費量のみならず飲用水の補給量も安定する傾向にある点で好ましい。特に気温が高くなると家畜の体温も上昇するが、処理水を散布水として用いれば体温の上昇を抑えることができる。加えて、被処理水を余すことなく利用できるので、水資源を有効活用できる。
また、第一の態様では処理水をドライミストにして家畜に散布しているが、例えば処理水をシャワーやホースで散布してもよい。ただし、散布水がドライミストであることは、床面が水で濡れて家畜が滑ったり転倒したりすることを防止できる点で好ましい。
さらに、第一の態様では処理水に消臭剤及び殺菌剤の少なくとも一方を添加したものを家畜に散布しているが、これらの薬剤は処理水に添加しなくてもよい。ただし、消臭剤を処理水に添加して家畜に散布することは悪臭を低減できる点で好ましく、殺菌剤を処理水に添加して家畜に散布することは空気浮遊菌などの細菌を殺菌できる点で好ましい。

【0039】

なお、第一の態様の水処理装置では、図１に示すように１つのノズルヘッダー４１に対して１つの噴射ノズル４２が設けられているが、例えば図２に示すように、１つのノズルヘッダー４１に対して複数の噴射ノズル４２が設けられていてもよい。図２に示す散布手段４０では、各ノズルヘッダー４１の分岐管４１ｂの下端に分岐ヘッダー４６が設けられている。分岐ヘッダー４６の周囲には、複数のフレキホース４７が取り付けられている。フレキホース４７の先端には、噴射ノズル４２が取り付けられている。フレキホース４７により噴射ノズル４２を任意の方向に配置することができる。これにより、１つのノズルヘッダー４１から広範囲の場所に処理水を散布したり、特定の場所に目掛けて処理水を散布したりできる。

【0040】

また、第一の態様の水処理装置では、図１に示すように処理水供給流路４３から供給された処理水は、並列に配置されたノズルヘッダー４１に順次供給されるが、例えばノズルヘッダー４１の個数が多くなった場合、空気供給流路７３と同様に第二の処理水供給流路４３２は途中で分岐して、各ノズルヘッダー４１に合流していてもよい。すなわち、処理水は第二の処理水供給流路４３２の途中で分流して各ノズルヘッダー４１に供給されてもよい。処理水を分流して各ノズルヘッダー４１に供給する方法は、ノズルヘッダーの数が５個以上の場合に採用することが好ましく、１０個以上の場合に採用することがより好ましい。

【0041】

第一の態様では濃縮水にｐＨ調整剤を添加しているが、ｐＨ調整剤は添加しなくてもよい。ただし、ｐＨ調整剤を濃縮水に添加して家畜に供給することは、家畜の体内での微生物活動を活性化できる点で好ましい。

【0042】

第一の態様では膜分離により被処理水を処理水と濃縮水とに分離しているが、分離方法は膜分離に限定されず、例えば蒸発法、電気式分離法などであってもよい。ただし、低コストの観点では、膜分離により被処理水を処理水と濃縮水とに分離するのが好ましい。
また、第一の態様では逆浸透膜を用いて被処理水を処理水と濃縮水とに膜分離しているが、膜分離に用いられる膜は逆浸透膜に限定されず、例えば限外ろ過膜、精密ろ過膜などであってもよい。ただし、膜分離に逆浸透膜を用いることは、シリカ等の高度な分離が可能となる点で好ましい。加えて、処理水をドライミストにして散布する場合、膜分離に逆浸透膜を用いることは、噴射ノズルの閉塞を防止できる点でも好ましい。

【0043】

第一の態様の水処理装置では、図１に示すようにバイパス手段８０により被処理水の一部を散布手段４０に直接供給しているが、被処理水の一部を散布手段４０に直接供給しなくてもよい。ただし、バイパス手段８０により被処理水の一部を散布手段４０に直接供給することは、以下の点で好ましい。通常、散布手段４０に一定の量の処理水を供給する場合、逆浸透膜モジュール２１の処理量が決定される。バイパス手段８０により被処理水の一部を散布手段４０に直接供給することにより、分離手段２０にて処理される処理水の水量を低くすることが可能となり、分離手段２０のコストダウン（サイズダウン）が図れる。

【0044】

第一の態様では、必要に応じて濃縮水に栄養成分を添加して家畜に供給してもよい。栄養成分としては、シリカ、カルシウム、微量必須ミネラル類などが挙げられる。
また、第一の態様では濃縮水の一部を第一の原水流路に返送しているが、濃縮水の一部を第一の原水流路に返送しなくてもよい。

【0045】

＜第二の態様＞
（水処理装置）
図３に本発明の第二の態様の水処理装置の一例を模式的に示す。
第二の態様の水処理装置２は、原水槽１０と分離手段２０との間に、被処理水からマンガンを除去する除去手段９０を設けたこと以外は第一の態様の水処理装置と同様である。
すなわち、図３に示す水処理装置２は、井戸等の水源１００と、水源１００から汲み上げられた被処理水（原水）である地下水を貯留する原水槽１０と、被処理水を処理水と濃縮水とに分離する分離手段２０と、濃縮水を飲用水として家畜に供給する供給手段３０と、処理水を散布水として家畜に散布する散布手段４０と、分離前の被処理水からマンガンを除去する除去手段９０とを備える。

【0046】

水処理装置２は、さらに、水源１００から汲み上げられた被処理水を原水槽１０に供給する原水供給流路１１と、原水供給流路１１の始端に設けられた汲み上げポンプ１１ａと、原水槽１０の被処理水を除去手段９０に送液する前段の原水流路１３と、前段の原水流路１３の途中に設けられたポンプ１３ａと、除去手段９０にてマンガンが除去された被処理水を分離手段２０に送液する後段の原水流路１４と、後段の原水流路１４の途中に設けられたポンプ１４ａと、濃縮水にｐＨ調整剤を添加する第一の添加手段５０と、処理水に消臭剤及び殺菌剤の少なくとも一方を添加する第二の添加手段６０と、散布手段４０に空気を供給する空気供給手段７０と、被処理水の一部を散布手段４０に直接供給するバイパス手段８０とを備える。

【0047】

この例の後段の原水流路１４は、ポンプ１４ａを挟んで第三の原水流路１４１と第四の原水流路１４２とで構成されている。第三の原水流路１４１はポンプ１４ａよりも上流側、すなわち原水槽１０側である。第四の原水流路１４２はポンプ１４ａよりも下流側、すなわち分離手段２０側である。本明細書において、第四の原水流路１４２を「加圧水供給流路」ともいう。

【0048】

分離手段２０、供給手段３０、散布手段４０、第一の添加手段５０、第二の添加手段６０、空気供給手段７０及びバイパス手段８０は第一の態様と同じであるため、これらの説明は省略する。
なお、図１に示す水処理装置１では、返送流路３３は第一の原水流路１２１の途中に合流しているが、図３に示す水処理装置２では、返送流路３３は第三の原水流路１４１の途中に合流している。

【0049】

除去手段９０は、分離前の被処理水からマンガンを除去する手段である。
この例の除去手段９０は、酸化剤を収容する第四の収容タンク９１と、酸化剤を原水槽１０に供給する第四の薬剤供給流路９２と、第四の薬剤供給流路９２の途中に設けられたポンプ９２ａと、凝集剤を収容する第五の収容タンク９３と、凝集剤を原水槽１０に供給する第五の薬剤供給流路９４と、第五の薬剤供給流路９４の途中に設けられたポンプ９４ａと、酸化剤及び凝集剤が添加された被処理水をろ過処理する砂ろ過塔９５とを備える。

【0050】

砂ろ過塔９５は、原水槽１０から供給された被処理水をろ過し、被処理水中のマンガンを除去するものである。
砂ろ過塔９５には、砂が充填されている。砂としては、ろ過砂、ろ過砂利、マンガン砂、二酸化マンガン粒等が挙げられる。

【0051】

（水処理方法）
水処理装置２を用いた水処理方法の一例について説明する。
まず、汲み上げポンプ１１ａを駆動させて水源１００から被処理水を汲み上げる。汲み上げられた被処理水は、原水供給流路１１を通って原水槽１０に供給される。
被処理水には、家畜Ｃにとって飲用に適さない物質であるマンガンが含まれていることがある。そのような場合には、被処理水を分離手段２０で処理する前に、除去手段９０にて被処理水からマンガンを除去しておくことが好ましい。
具体的には、まず、酸化剤を原水槽１０中の被処理水に添加する。被処理水に酸化剤を添加することで、被処理中のマンガンと酸化剤とが反応して水酸化物や酸化物を形成する。被処理水中に鉄やヒ素が含まれている場合は、鉄やヒ素も酸化剤と反応する。酸化剤の供給量はポンプ９２ａによって調節できる。
酸化剤としては、コスト、反応速度、非金属酸化剤、流通性の観点から次亜塩素酸ナトリウムが用いられる。

【0052】

次いで、凝集剤を原水槽１０中の被処理水に添加する。酸化剤が添加された被処理水に凝集剤をさらに添加することで、マンガン又はマンガンの水酸化物や酸化物が凝集し、凝集フロックを形成する。被処理水中に鉄やヒ素が含まれている場合は、鉄やヒ素又はこれらの水酸化物や酸化物も凝集して凝集フロックを形成する。凝集剤の供給量はポンプ９４ａによって調節できる。
凝集剤としては、例えばポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、硫酸アルミニウム（硫酸バンド）、有機高分子凝集剤、有機凝結剤などが挙げられる。これらの中でも凝集効果やコストの観点からポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウムが好ましく、ポリ塩化アルミニウムがより好ましい。

【0053】

次いで、ポンプ１３ａを駆動させることによって、酸化剤及び凝集剤が添加された被処理水が、前段の原水流路１３を通って砂ろ過塔９５に供給される。
被処理水が砂ろ過塔９５を通過することにより被処理水がろ過され、被処理水中のマンガンが除去される。被処理水中に鉄やヒ素が含まれている場合は、鉄やヒ素も除去される。
砂ろ過塔９５を通過した被処理水中のマンガンの濃度は、０．０５ｍｇ／Ｌ以下が好ましい。また、砂ろ過塔９５を通過した被処理水中のヒ素の濃度は、０．０１ｍｇ／Ｌ以下が好ましい。砂ろ過塔９５を通過した被処理水中のマンガンやヒ素の濃度は、酸化剤や凝集剤の添加量によって制御できる。一回の処理で被処理水中のマンガンを除去しきれない場合は、砂ろ過塔９５を通過した被処理水を原水槽１０又は前段の原水流路１３に返送して、繰り返しろ過処理を行ってもよい。
また、砂ろ過塔９５を被処理水が通過することで、被処理水中のゴミ等も除去される。
なお、砂ろ過塔９５を被処理水が通過しても、被処理水中のシリカは除去されにくい。被処理水がカルシウムを含む場合、砂ろ過塔９５を被処理水が通過しても、被処理水中のカルシウムは除去されにくい。

【0054】

引き続き、砂ろ過塔９５を通過し、マンガンが除去された被処理水を分離手段２０にて処理する。
具体的には、電磁弁３４及び電磁弁４４を開き、ポンプ１４ａ及びポンプ４３ａを駆動させることによって、砂ろ過塔９５を通過した被処理水が、後段の原水流路１４を通って分離手段２０の逆浸透膜モジュール２１に供給される。これ以降の処理は第一の態様と同様であるため、説明を省略する。

【0055】

（作用効果）
本発明の第二の態様の水処理装置及び水処理方法によれば、第一の態様の水処理装置及び水処理方法と同様、栄養成分を含む水を効率よく、かつ安価に家畜に供給できる。
しかも、被処理水にマンガン等の家畜にとって飲用に適さない物質が含まれている場合、本発明の第二の態様の水処理装置及び水処理方法であれば、被処理水を処理水と濃縮水とに分離する前に、被処理水からマンガンを除去しておくので、家畜にとってより適した飲用水を供給できる。

【0056】

（他の態様）
本発明の第二の態様の水処理装置及び水処理方法は、上述した実施形態に限定されない。
なお、第二の態様において、第一の態様と共通部分についての他の態様は第一の態様と同様であるため、説明を省略する。

【0057】

第二の態様では原水槽中の被処理水に酸化剤を添加して、被処理水中のマンガンと酸化剤とを反応させているが、被処理水に空気をバブリングまたは圧入してマンガンを空気酸化してもよい。
また、第二の態様では被処理水中のマンガンをフロック化した後に、被処理水を砂ろ過塔に通過させてマンガンを除去しているが、マンガンの除去方法は砂ろ過塔を用いた方法に限定されない。例えば、活性炭等の吸着剤を用いた吸着法によりマンガンを除去してもよい。さらに、砂ろ過塔と分離手段との間に、吸着剤を充填した吸着塔を設け、砂ろ過塔を通過した被処理水を吸着塔でさらにろ過処理してもよい。

【0058】

上述したように、被処理水中に鉄が含まれる場合、除去手段により鉄も除去される。除去された鉄はそのまま廃棄されてもよいし、飲用水や散布水に混ぜてもよい。

【符号の説明】

【0059】

１，２ 水処理装置
１０ 原水槽
１１ 原水供給流路
１１ａ 汲み上げポンプ
１２ 原水流路
１２１ 第一の原水流路
１２２ 第二の原水流路
１２ａ，１３ａ，１４ａ，４３ａ，５２ａ，６２ａ，６４ａ，９２ａ，９４ａ ポンプ
１３ 前段の原水流路
１４ 後段の原水流路
１４１ 第三の原水流路
１４２ 第四の原水流路
２０ 分離手段
２１ 逆浸透膜モジュール
３０ 供給手段
３１ 受水槽
３２ 濃縮水供給流路
３３ 返送流路
３４，３６，４４，８２ 電磁弁
３５，３７，４５，８３ 流量計
４０ 散布手段
４１ ノズルヘッダー
４１ａ 主管
４１ｂ 分岐管
４２ 噴射ノズル
４３ 処理水供給流路
４６ 分岐ヘッダー
４７ フレキホース
５０ 第一の添加手段
５１ 第一の収容タンク
５２ 第一の薬剤供給流路
６０ 第二の添加手段
６１ 第二の収容タンク
６２ 第二の薬剤供給流路
６３ 第三の収容タンク
６４ 第三の薬剤供給流路
７０ 空気供給手段
７１ コンプレッサ
７２ 空気タンク
７３ 空気供給流路
７４ 排出流路
８０ バイパス手段
８１ バイパス流路
８１１ 第一のバイパス流路
８１２ 第二のバイパス流路
９０ 除去手段
９１ 第四の収容タンク
９２ 第四の薬剤供給流路
９３ 第五の収容タンク
９４ 第五の薬剤供給流路
９５ 砂ろ過塔
１００ 水源
Ｃ 家畜

【図1】

【図2】

【図3】