特開 2024-118701 水処理システム

(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】P2024118701

(43)【公開日】2024-09-02

(54)【発明の名称】水処理システム

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/44 20230101AFI20240826BHJP

   B01D 61/48 20060101ALI20240826BHJP

   B01D 65/02 20060101ALI20240826BHJP

   C02F 1/469 20230101ALI20240826BHJP

【ＦＩ】

C02F1/44 H

B01D61/48

B01D65/02 500

C02F1/44 A

C02F1/469

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023025130

(22)【出願日】2023-02-21

(71)【出願人】

【識別番号】000175272

【氏名又は名称】三浦工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126000

【弁理士】

【氏名又は名称】岩池 満

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 竜太

(72)【発明者】

【氏名】山岡 信也

【テーマコード（参考）】

4D006

4D061

【Ｆターム（参考）】

4D006GA17

4D006HA47

4D006JA30A

4D006JA57Z

4D006KA02

4D006KA52

4D006KA55

4D006KA57

4D006KA63

4D006KB11

4D006KB12

4D006KC24

4D006KD19

4D006KE09P

4D006KE09Q

4D006KE16P

4D006KE16Q

4D006MA03

4D006MA13

4D006MA14

4D006PA01

4D006PB06

4D061DA03

4D061DB13

4D061EA09

4D061EB01

4D061EB04

4D061EB13

4D061EB17

4D061EB19

4D061EB37

4D061EB39

4D061FA06

4D061FA08

4D061FA09

4D061GA09

4D061GA30

4D061GC05

4D061GC20

(57)【要約】

【課題】熱水殺菌を短時間で終了できる水処理システムを提供すること。
【解決手段】原水タンク１１、原水ポンプ１２、前処理装置１４、供給制御弁１５および純水装置１６がこの順番に配設される水処理ライン１０と、水処理ライン１０の前処理装置１４と供給制御弁１５の間から分岐し、原水タンク１１に至る前処理装置側還流ライン３０と、水処理ライン１０の純水装置１６の下流側から分岐し、水を加圧する還流ラインポンプ４１および水を加熱する加熱装置４２が配設され、水処理ライン１０の供給制御弁１５と純水装置１６の間に至る純水装置側還流ライン４０と、純水装置側還流ライン４０から分岐し、水を系外に排出する１以上の純水装置側排水ライン６１，６２と、純水装置１６に供給される水の温度が予め設定されるパターンで変化するよう供給制御弁１５および加熱装置４２を制御する制御装置７０と、を備える、水処理システム１。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

原水タンク、原水ポンプ、前処理装置、制御弁および純水装置がこの順番に配設される水処理ラインと、
前記水処理ラインの前記前処理装置と前記制御弁の間から分岐し、前記原水タンクに至る前処理装置側還流ラインと、
前記水処理ラインの前記純水装置の下流側から分岐し、水を加圧する還流ラインポンプおよび水を加熱する加熱装置が配設され、前記水処理ラインの前記制御弁と前記純水装置の間に至る純水装置側還流ラインと、
前記純水装置側還流ラインから分岐し、水を系外に排出する１以上の純水装置側排水ラインと、
前記純水装置に供給される水の温度が予め設定されるパターンで変化するよう前記制御弁および前記加熱装置を制御する制御装置と、
を備える、水処理システム。

【請求項2】

前記原水タンクに殺菌剤を含有する原水を供給する原水供給ラインと、
前記前処理装置側還流ラインから分岐し、水を系外に排出する前処理装置側排水ラインと、をさらに備え、
前記制御装置は、前記純水装置の熱水殺菌の後に、前記前処理装置側排水ラインに水を排出させるとともに、前記原水供給ラインに原水を供給させる、請求項１に記載の水処理システム。

【請求項3】

前記純水装置側排水ラインは、前記純水装置側還流ラインの前記還流ラインポンプおよび前記加熱装置よりも上流側から分岐する第１純水装置側排水ラインと、前記純水装置側還流ラインの前記還流ラインポンプおよび前記加熱装置よりも下流側から分岐する第２純水装置側排水ラインと、を含む、請求項１または２に記載の水処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水処理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

原水中の殺菌剤を不活化する活性炭濾過装置等の前処理装置と、逆浸透膜を用いて水中の不純物を膜分離する逆浸透膜装置と、を備える水処理システムが利用されている。このような水処理システムを用いて医薬品、食品等の製造用水を製造する場合、水処理システムにおいて微生物が繁殖することを防止するために、水処理システムに熱水を通水して装置内の殺菌を行うことが知られている。

【0003】

一般的には、タンク内で水を加熱して水処理システムを殺菌するための熱水を製造するが、熱水を製造するためのエネルギーを節約するために、熱交換器等のインラインで水を加熱して熱水を生成する加熱装置と水処理システムとの間で熱水を循環させる技術も知られている。例えば特許文献１には、直列に接続された不活化装置（前処理装置）、逆浸透膜装置およびＥＤＩ装置と、熱交換器との間で熱水を循環させる循環系を形成することで、タンクを使用せずに熱水殺菌を行い得る装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５４５９７０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

前処理装置は、保水量が大きく、供給する水の温度変化に対する流出する水の温度変化の応答性が低い場合が少なくない。このため、特許文献１の構成では、前処理装置に供給する水の温度を上昇させてから逆浸透膜装置およびＥＤＩ装置の温度が上昇するまでに遅れが生じる。また、特に逆浸透膜は急激な温度変化に弱いため、温度変化率を例えば２℃／ｍｉｎ程度に制限する必要がある。逆浸透膜装置における水温の変化率が大きくなり過ぎないようにするためには、前処理装置の熱応答性の低さを考慮して、前処理装置に供給する水の温度変化率を十分に小さくすることが必要となる。この結果、特許文献１の構成では、熱水殺菌に要する時間が長くなる。また温度変化を確実に行うためには、逆浸透膜側に対して水の供給量に過不足が生じないように制御することが同時に求められる。

【0006】

このため、本発明は、熱水殺菌を短時間に、かつ水温変化を確実に行うための水の安定供給が可能な水処理システム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】

【0007】

本発明の一態様に係る水処理システムは、原水タンク、原水ポンプ、前処理装置、制御弁および純水装置がこの順番に配設される水処理ラインと、前記水処理ラインの前記前処理装置と前記制御弁の間から分岐し、前記原水タンクに至る前処理装置側還流ラインと、前記水処理ラインの前記純水装置の下流側から分岐し、水を加圧する還流ラインポンプおよび水を加熱する加熱装置が配設され、前記水処理ラインの前記制御弁と前記純水装置の間に至る純水装置側還流ラインと、前記純水装置側還流ラインから分岐し、水を系外に排出する１以上の純水装置側排水ラインと、前記純水装置に供給される水の温度が予め設定されるパターンで変化するよう前記制御弁および前記加熱装置を制御する制御装置と、を備える。

【0008】

上述の水処理システムは、前記原水タンクに殺菌剤を含有する原水を供給する原水供給ラインと、前記濾過装置側還流ラインから分岐し、水を系外に排出する濾過装置側排水ラインと、をさらに備え、前記制御装置は、前記純水装置の熱水殺菌の後に、前記濾過装置側排水ラインに水を排出させるとともに、前記原水供給ラインに原水を供給させてもよい。

【0009】

上述の水処理システムにおいて、前記純水装置側排水ラインは、前記純水装置側還流ラインの前記還流ラインポンプおよび前記加熱装置よりも上流側から分岐する第１純水装置側排水ラインと、前記純水装置側還流ラインの前記還流ラインポンプおよび前記加熱装置よりも下流側から分岐する第２純水装置側排水ラインと、を含んでもよい。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、水処理システムの熱水殺菌を短時間で終了できるとともに、水温変化を確実に行うための水の安定供給が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態に係る水処理システムの構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る水処理システム１の構成を示すブロック図である。

【0013】

水処理システム１は、水処理ライン１０と、原水供給ライン２０と、前処理装置側還流ライン３０と、純水装置側還流ライン４０と、前処理装置側排水ライン５０と、純水装置側排水ライン（第１純水装置側排水ライン６１および第２純水装置側排水ライン６２）と、制御装置７０と、を備える。本実施形態の水処理システム１は、原水から純水を得るシステムである。

【0014】

水処理ライン１０には、原水タンク１１、原水ポンプ１２、原水加熱装置１３、前処理装置１４、供給制御弁１５および純水装置１６がこの順番に配設される。原水タンク１１は、原水を貯留する容器である。原水ポンプ１２は、原水タンク１１から原水を圧送する。原水ポンプ１２としては、例えば渦巻きポンプ等の水量変化を許容する遠心ポンプが好適に用いられる。また、原水ポンプ１２は、運転状態に応じて回転数を制御できるよう構成されることが好ましい。原水加熱装置１３は、前処理装置１４を熱水殺菌する際に、原水を加熱する。原水加熱装置１３としては、原水と蒸気等の熱媒との間で熱交換する熱交換機が好適に用いられる。原水加熱装置１３の加熱量、例えば原水加熱装置１３に供給される熱媒の流量は、水処理ライン１０の原水加熱装置１３と前処理装置１４の間に設けられる温度センサ１７の検出値に応じて調整され得る。前処理装置１４は、原水を前処理することにより、純水装置１６で連続処理可能な中間処理水を得る。前処理装置１４は、典型的には活性炭濾過装置であるが、膜濾過装置、イオン交換装置等であってもよい。前処理装置１４は、純水装置１６よりも短時間で熱水殺菌することができる装置が想定される。また、水処理ライン１０には、複数の前処理装置１４が直列または並列に設けられてもよい。供給制御弁１５は、水処理システム１の熱水殺菌の際に、純水装置１６に供給される水の温度を調節するために前処理装置１４から純水装置１６に供給される水の流量を調整する。供給制御弁１５は、水処理ライン１０の供給制御弁１５と純水装置１６の間に設けられる温度センサ１８の検出値に応じて制御され得る。純水装置１６は、中間処理水から不純物を除去した純水と、不純物を高濃度に含む濃縮水と、に分離する。具体的には、純水装置１６としては、イオン交換膜によって区画された空間に充填されたイオン交換体によって中間処理水中のイオンを吸着するとともに、イオン交換膜を介してイオン交換体に直流電流を印加することによってイオン交換体が吸着したイオンをイオン交換膜を通して排出するイオン交換体を再生するＥＤＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ：電気脱イオン）装置が用いられ得る。

【0015】

原水供給ライン２０は、原水タンクに原水を供給する。原水供給ライン２０は、例えばボールタップ、水位に応じて制御されるバルブ等の原水タンク１１の水位を一定範囲内に保つ手段を有することが好ましい。また、原水供給ライン２０は、例えば塩素等の殺菌剤を含有する原水を供給することが好ましい。つまり、水処理システム１に供給される原水としては、例えば市水等の殺菌処理された水が好適に用いられる。これにより、前処理装置１４の熱水殺菌の後に、原水タンク１１に貯留される水を熱水殺菌のための循環により殺菌剤が除去された水から殺菌剤を含有する原水に置換することができるので、菌の繁殖を抑制できる。

【0016】

前処理装置側還流ライン３０は、水処理ライン１０の前処理装置１４と供給制御弁１５の間から分岐し、原水タンク１１に至る。前処理装置側還流ライン３０は、前処理装置１４を熱水殺菌する際に、水処理ライン１０の一部とともに、原水タンク１１、原水ポンプ１２、原水加熱装置１３および前処理装置１４を含、熱水が循環する循環流路を形成する。前処理装置側還流ライン３０は、供給制御弁１５が完全に閉鎖された場合でも原水ポンプ１２の吐出流量を一定以上に保ち、締切運転による原水ポンプ１２の過熱やキャビテーション、前処理装置１４への原水の供給圧力の異常上昇等の問題を防止する。また、前処理装置側還流ライン３０は、供給制御弁１５からの純水装置１６への給水を担保するために、水処理ライン１０の圧力を一定以上に保持する調節弁３１を有することが好ましい。

【0017】

純水装置側還流ライン４０は、水処理ライン１０の純水装置１６の下流側から分岐し、水処理ライン１０の供給制御弁１５と純水装置１６の間に至る。純水装置側還流ライン４０は、純水装置１６を熱水殺菌する際に、水処理ライン１０の一部とともに、純水装置１６を含み、熱水が循環する循環流路を形成する。純水装置側還流ライン４０には、水処理ライン１０から流出した水を加圧する還流ラインポンプ４１と、水を加熱する純水装置側加熱装置４２と、が配設される。還流ラインポンプ４１としては、原水ポンプ１２と同様の遠心ポンプを用いることができる。純水装置側加熱装置４２としては、原水加熱装置１３と同様の熱交換器を用いることができる。

【0018】

前処理装置側排水ライン５０は、前処理装置側還流ライン３０から分岐し、水を系外に排出する。前処理装置側排水ライン５０は、前処理装置側還流ライン３０の調節弁３１よりも上流側から分岐し、前処理装置側排出弁５１を有する構成とされ得る。前処理装置側排出弁５１は、前処理装置１４に供給される水の温度を低下させるために開放される。前処理装置側排出弁５１を開放すれば、前処理装置側還流ライン３０から原水タンク１１に還流される水量が減少し、原水タンク１１に原水供給ライン２０から新たな原水が供給されるため、前処理装置１４に供給される水の温度が低下する。

【0019】

純水装置側排水ライン６１，６２は、純水装置側還流ライン４０から分岐し、水を系外に排出する。より詳しくは、第１純水装置側排水ライン６１は、純水装置側還流ライン４０の還流ラインポンプ４１および加熱装置４２よりも上流側から分岐する。一方、第２純水装置側排水ライン６２は、純水装置側還流ライン４０の還流ラインポンプ４１および純水装置側加熱装置４２よりも下流側から分岐する。第１純水装置側排水ライン６１は、圧力制御弁６３を有する構成とされ得る。圧力制御弁６３は、純水装置側還流ライン４０の還流ラインポンプ４１の上流側に設けられる圧力センサ４３の検出値を一定に保つよう制御され得る。第２純水装置側排水ライン６２は、純水装置側排水弁６４を有する構成とされ得る。純水装置側排水弁６４は、純水装置１６に供給される水の温度を低下させるために開放される。供給制御弁１５を開放すると、先に温度低下している上流側の水が純水装置１６を含む循環流路に導入されることにより、純水装置１６に供給される水の温度が低下する。このとき、純水装置側排水弁６４が開放されていれば、純水装置１６を含む循環流路の容量を超える水が第２純水装置側排水ライン６２から排出される。このように、純水装置１６を加熱するときには第１純水装置側排水ライン６１から水を排出し、純水装置１６を冷却するときには第２純水装置側排水ライン６２から水を排出するよう構成することで、加熱と冷却とを独立して最適化できるので、純水装置１６を含む循環流路の水温を効率よく調節できる。

【0020】

制御装置７０は、前処理装置１４に供給される温度が予め設定されるパターンで変化するよう原水加熱装置１３および前処理装置側排出弁５１を制御する。さらに、制御装置７０は、純水装置１６に供給される水の温度が予め設定されるパターンで変化するよう、供給制御弁１５、純水装置側加熱装置４２および純水装置側排水弁６４を制御する。

【0021】

水処理システム１は、前処理装置１４を通過した水を前処理装置側還流ライン３０を介して還流させる前処理装置１４を含む循環流路と、純水装置１６を通過した水を純水装置側還流ライン４０を介して還流させる純水装置１６を含む循環流路と、を形成し、それぞれの循環流路の温度を独立して制御することで、前処理装置１４を迅速に熱水殺菌するとともに、純水装置１６を最適な温度変化率で熱水殺菌できる。

【0022】

熱水殺菌は、通過する水の温度を所定の速度で上昇させる昇温工程と、通過する水の温度を所定の温度に所定の時間だけ保持する殺菌工程と、通過する水の温度を所定の速度で降下させる降温工程とからなる。水処理システム１では、前処理装置１４の熱応答性が低く水温調節、純水装置１６のイオン交換膜が急激な温度変化に弱いことが想定される。しかしながら、水処理システム１は、２つの循環流路を形成することで、前処理装置１４の熱水殺菌を、純水装置１６によって昇温速度および降温速度を制限されずに迅速に行うことができる。また、水処理システム１は、純水装置１６の殺菌においては、前処理装置１４の影響を排除して高精度の温度制御を行うことができるので、純水装置１６の昇温速度および降温速度の設定値の安全率を小さくし、比較的短時間で純水装置１６の殺菌を行うこともできる。また、水処理システム１では、前処理装置１４の熱水殺菌を迅速に終えることができるため、純水装置１６の降温工程において、先に降温工程を終えて水温が一定の温度まで低下している前処理装置１４側の循環流路内の水を純水装置１６側の循環流路に導入することにより、純水装置１６を通過する水の温度を適切に降下させられる。つまり、純水装置１６の降温工程においては、前処理装置側還流ラインが前記純水装置の下流側の位置で分岐することにより、供給制御弁の直前の位置まで、純水装置を冷却するために十分な冷却水の水量と水圧の確保ができていることで、供給制御弁１５の開度調整により、前処理装置１４を含む循環流路から純水装置１６を含む循環流路に流入する水の量を高い応答性を持ち、なおかつ水量不足にて冷却水の供給不足となることなく制御可能となるため、純水装置１６を含む循環流路の水温を適切に制御できる。また、前処理装置１４を含む循環流路を形成することにより、供給制御弁１５を全閉状態としても原水ポンプ１２が締切運転とならないので原水ポンプ１２のオーバーヒート、キャビテーション等の不具合を防止できるとともに、供給制御弁１５の開度が急峻に変更されてもウォーターハンマーが発生しないので過度の圧力変化による設備の破損を防止できる。

【0023】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更および変形が可能である。例として、前処理装置と供給制御弁の間にプレフィルタを設け、純水装置に熱水を通水するときには、純水装置とプレフィルタとを含む循環流路を形成するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0024】

１ 水処理システム
１０ 水処理ライン
１１ 原水タンク
１２ 原水ポンプ
１３ 原水加熱装置
１４ 前処理装置
１５ 供給制御弁
１６ 純水装置
１７ 温度センサ
１８ 温度センサ
２０ 原水供給ライン
３０ 前処理装置側還流ライン
３１ 調節弁
４０ 純水装置側還流ライン
４１ 還流ラインポンプ
４２ 純水装置側加熱装置
４３ 圧力センサ
５０ 前処理装置側排水ライン
５１ 前処理装置側排出弁
６１ 第１純水装置側排水ライン
６２ 第２純水装置側排水ライン
６３ 圧力制御弁
６４ 純水装置側排水弁
７０ 制御装置

【図1】