特許 7592294 水浄化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-22

(45)【発行日】2024-12-02

(54)【発明の名称】水浄化装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/44 20230101AFI20241125BHJP

   C02F 1/461 20230101ALI20241125BHJP

   C02F 1/76 20230101ALI20241125BHJP

   B01D 61/58 20060101ALI20241125BHJP

   B01D 61/02 20060101ALI20241125BHJP

   B01D 61/08 20060101ALI20241125BHJP

【ＦＩ】

C02F1/44 A

C02F1/44 H

C02F1/461 Z

C02F1/76 Z

B01D61/58

B01D61/02 500

B01D61/08

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2021004205

(22)【出願日】2021-01-14

(65)【公開番号】P2022108954

(43)【公開日】2022-07-27

【審査請求日】2023-06-29

(73)【特許権者】

【識別番号】399130304

【氏名又は名称】ゼオライト株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100197642

【弁理士】

【氏名又は名称】南瀬 透

(74)【代理人】

【識別番号】100099508

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 久

(74)【代理人】

【識別番号】100182567

【弁理士】

【氏名又は名称】遠坂 啓太

(74)【代理人】

【識別番号】100219483

【弁理士】

【氏名又は名称】宇野 智也

(72)【発明者】

【氏名】嶋村 謙志

【審査官】片山 真紀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１７６９６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０３９９９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１２２９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００７１６８２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】韓国登録特許第１０－０８７４２６９（ＫＲ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ１／４４、４６、７６

Ｂ０１Ｄ６１／００－７１／８２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

原水として井戸水をＲＯ膜により浄化した処理水を浄水として生成するＲＯ処理部と、
前記ＲＯ処理部により不純物が濃縮された濃縮水をＮＦ膜により浄化した処理水を生成するＮＦ膜装置と、
前記ＮＦ膜装置からの処理水を電気分解して次亜塩素酸を生成して前記原水に添加する電解装置とを備え、
前記ＲＯ処理部は、複数台のＲＯ膜装置を備えており、
前記複数台のＲＯ膜装置からのそれぞれの処理水が浄水となると共に、ＲＯ膜装置からの濃縮水が次のＲＯ膜装置の被処理水となり、最後のＲＯ膜装置からの濃縮水が前記ＮＦ膜装置へ送水される水浄化装置。

【請求項2】

前記複数台のＲＯ膜装置からの処理水が貯留され、貯留された処理水が浄水として送水される処理水槽が設けられた請求項１記載の水浄化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、井戸水を浄化して浄水を供給する水浄化装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

井戸水を原水として汲み上げ、ＲＯ膜装置でのＲＯ（Reverse Osmosis）膜（逆浸透膜）を通過させることで浄化した浄水を飲料水として供給することが行われている。井戸水には、鉄分やマンガン成分が含まれており、これらを含む井戸水をＲＯ膜に通すと、ＲＯ膜が目詰まりすることから、これらを除去する必要がある。

【0003】

そこで、井戸水から鉄分とかマンガン成分を取り除くために、酸化剤、例えば、次亜塩素酸ソーダが投入される。
この次亜塩素酸ソーダについて、製鉄、鉄鋼、非鉄金属、機械、金属加工、めっき、塗装、セメント、石油等の工場からの排水、食品工場や製紙工場等からの排水、埋立浸出水、下水、し尿、畜産糞尿、厨房排水等を被処理水とするものではあるが、特許文献１に、ＲＯ膜装置からの濃縮水から次亜塩素酸を発生させ、被処理水に投入する従来の装置が知られている。

【0004】

特許文献１に記載の水処理方法および水処理システムには、被処理水を前処理槽に導入する工程と、前処理槽から流出した前処理水を生物反応槽に導入して生物処理水を得る工程と、生物処理水を濃縮手段によって濃縮し、濃縮水を得る工程と、濃縮水を酸化手段に導入して酸化処理することにより酸化分解水を得る工程と、酸化分解水を前処理槽に返送して被処理水と接触させる工程とを有するというものである。
この特許文献１の水処理システムでは、濃縮水の移送路に電解装置が設けられており、濃縮水を電解装置で電気分解することにより、次亜塩素酸などの酸化剤を生成することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１４－１８０６２８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、この特許文献１に記載の水処理方法および水処理システムを井戸水に適用して、ＲＯ膜装置からの濃縮水を電解装置にて電気分解を行うと、井戸水に含まれる不純物が濃縮されて電極に付着するため、塩酸等による清掃が必要となるので、生成を中断しなければならない。

【0007】

そこで本発明は、電解装置を用いて次亜塩素酸を発生して原水に添加することで、コストを抑制しつつ、電解装置でのメンテナンスの回数を抑え、次亜塩素酸を連続的に発生させることが可能な水浄化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】

本発明の水浄化装置は、原水として井戸水をＲＯ膜により浄化した処理水を浄水として生成するＲＯ処理部と、前記ＲＯ処理部により不純物が濃縮された濃縮水をＮＦ膜により浄化した処理水を生成するＮＦ膜装置と、前記ＮＦ膜装置からの処理水を電気分解して次亜塩素酸を生成して前記原水に添加する電解装置とを備えたことを特徴としたものである。

【0009】

本発明の水浄化装置によれば、電解装置の電極に付着する不純物は、ＮＦ膜装置により除去されるが、塩化物イオンは１価のイオンであるためＮＦ膜装置を通過させることができる。従って、電解装置の電極に不純物を付着させることを抑制しつつ、次亜塩素酸を電気分解により生成することができる。

【0010】

前記ＲＯ処理部は、複数台のＲＯ膜装置を備え、前記複数台のＲＯ膜装置からのそれぞれの処理水が浄水となると共に、ＲＯ膜装置からの濃縮水が次のＲＯ膜装置の被処理水となり、最後のＲＯ膜装置からの濃縮水が前記ＮＦ膜装置へ送水されるものとすることができる。このようにＲＯ処理部が複数台のＲＯ膜装置から生成されていることで、ＲＯ膜装置から濃縮水として捨てられる井戸水を少なくすることができると共に、電解装置にて電気分解される濃縮水に含まれる塩化物イオンを濃縮することができる。

【0011】

前記複数台のＲＯ膜装置からの処理水が貯留され、貯留された処理水が浄水として送水される処理水槽が設けられたものとすることができる。被処理水として濃縮水を浄化したそれぞれのＲＯ膜装置からの処理水は、処理水槽に貯留され、混合される。最初のＲＯ膜装置では、ほとんどの不純物が取り除かれ純水に近い水となるので、このまま提供先に送水すると配管への腐食が大きい。しかし、それぞれのＲＯ膜装置からの処理水が、一度、処理水槽に貯留されるので、最初のＲＯ膜装置からの原水を浄化した処理水と、濃縮水を浄化する２段目以降のＲＯ膜装置からの処理水と混合されることで、適度に不純物が混合された処理水とすることができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明の水浄化装置によれば、電解装置の電極に不純物を付着させることを抑制しつつ、次亜塩素酸を電気分解により生成することができるので、電解装置を用いて次亜塩素酸を発生して原水に添加することで、コストを抑制しつつ、電解装置でのメンテナンスの回数を抑え、次亜塩素酸を連続的に発生させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施の形態に係る水浄化装置の構成を示す図である。

【図2】（Ａ）および（Ｂ）は、井戸水とＮＦ処理水との成分を測定して、ＮＦ膜装置による除去率を測定した結果を示す表である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の実施の形態に係る水浄化装置を図面に基づいて説明する。
図１に示す水浄化装置１は、井戸から汲み上げた井戸水を浄化した浄水を飲料水として供給するものである。
水浄化装置１は、井戸から水中ポンプＰ１により汲み上げた井戸水を原水として貯留する原水槽２を備えている。原水槽２には、ろ過処理部３が接続されている。

【0015】

ろ過処理部３は、送水ポンプＰ２と、第１ろ過装置３１と、第２ろ過装置３２と、ろ過水槽３３とを備えている。
第１ろ過装置３１は、井戸水に含まれる鉄分やマンガン成分を除去する除鉄除マンガンろ過装置とすることができる。また、第１ろ過装置３１に接続された第２ろ過装置３２は、活性炭によるろ過装置とすることができる。第２ろ過装置３２に接続されたろ過水槽３３には、第２ろ過装置３２からのろ過水が貯留される。

【0016】

ろ過水槽３３には、ＲＯ処理部４が接続されている。
ＲＯ処理部４は、送水ポンプＰ３，Ｐ４と、第１ＲＯ膜装置４１と、第１濃縮水槽４２と、第２ＲＯ膜装置４３と、処理水槽４４と、第２濃縮水槽４５とを備えている。

【0017】

第１ＲＯ膜装置４１および第２ＲＯ膜装置４３には、ＲＯ膜による逆浸透膜を通過した処理水（第１ＲＯ処理水，第２ＲＯ処理水）が貯留される処理水槽４４が接続されている。第１ＲＯ膜装置４１には、ＲＯ膜を通過できなかった濃縮水（第１ＲＯ濃縮水）を貯留する第１濃縮水槽４２が接続されている。第１濃縮水槽４２には、送水ポンプＰ４を介して第２ＲＯ膜装置４３が接続されている。
第２ＲＯ膜装置４３には、濃縮水（第２ＲＯ濃縮水）が貯留される第２濃縮水槽４５が接続されている。
第２濃縮水槽４５には、ＮＦ処理部５が接続されている。

【0018】

ＮＦ処理部５は、送水ポンプＰ５と、ＮＦ膜装置５１と、ＮＦ処理水槽５２とを備えている。
ＮＦ膜装置５１には、ＮＦ（Nano Filtration）膜による逆浸透膜を通過した処理水（ＮＦ処理水）が貯留されるＮＦ処理水槽５２が接続されている。
ＮＦ処理水槽５２には、電解処理部６が接続されている。

【0019】

電解処理部６は、送水ポンプＰ６と、電解装置６１を備えている。
電解装置６１は、ＮＦ膜装置５１からの処理水の電気分解により次亜塩素酸を発生させ、電解液を送水する機能を有する。電解装置６１は、例えば、デノラ・ペルメレック社製の無隔膜電解装置が使用できる。
電解装置６１には、原水槽２が接続されている。

【0020】

以上のように構成された本発明の実施の形態に係る水浄化装置について、図面に基づいて説明する。
まず、井戸から水中ポンプＰ１により汲み上げられた井戸水は、原水槽２に原水として貯留される。

【0021】

原水槽２に貯留された原水は、まず、送水ポンプＰ２により第１ろ過装置３１に送水される。第１ろ過装置３１を除鉄除マンガンろ過装置とすることで、第１ろ過装置３１では、井戸水に含まれる鉄分およびマンガン成分をできるだけ除去する。そうすることで、第１ＲＯ膜装置４１での負担を軽減することができる。

【0022】

第１ろ過装置３１によりろ過されたろ過水は、第２ろ過装置３２にて、活性炭の脱臭効果および脱色効果により浄化される。第２ろ過装置３２によりろ過されたろ過水は、ろ過水槽３３に貯留される。
ろ過水槽３３から送水ポンプＰ３により、第１ＲＯ膜装置４１のＲＯ膜の浸透圧以上の圧力で圧送されたろ過水は、まず、第１ＲＯ膜装置４１でのＲＯ膜により不純物が除去される。そして、第１ＲＯ膜装置４１により生成された処理水（第１ＲＯ処理水）が処理水槽４４へ送水される。

【0023】

また、第１ＲＯ膜装置４１からの不純物が濃縮された濃縮水は、第１濃縮水槽４２へ送水される。第１濃縮水槽４２の貯留された濃縮水は、被処理水として、第２ＲＯ膜装置４３のＲＯ膜の浸透圧以上の圧力で圧送する送水ポンプＰ４により第２ＲＯ膜装置４３に送水される。

【0024】

第２ＲＯ膜装置４３では、第１濃縮水槽４２から、送水ポンプＰ４が送水ポンプＰ３より高い圧力で送水された濃縮水を浄化して処理水（第２ＲＯ処理水）が生成され、処理水槽４４へ送水される。
送水ポンプＰ４が送水ポンプＰ３より高い圧力で濃縮水が被処理水として送水されるため、第２ＲＯ膜装置４３は、高い逆浸透圧により被処理水（第１ＲＯ膜装置４１の濃縮水）を浄化することができる。

【0025】

処理水槽４４に貯留された処理水は、浄水として飲料系統に飲料水として送水される。
飲料水は、第１ＲＯ膜装置４１からの第１ＲＯ処理水だけでなく、第１ＲＯ膜装置４１からの第１ＲＯ濃縮水も、被処理水として第２ＲＯ膜装置４３により浄化されることで、第２ＲＯ処理水が飲料水として送水されるので、捨てられる井戸水を抑えることができる。

【0026】

また、第１ＲＯ濃縮水を浄化した第２ＲＯ膜装置４３からの第２ＲＯ処理水も、第１ＲＯ膜装置４１からの第１ＲＯ処理水と一緒に処理水槽４４に貯留される。そのため、処理水槽４４にて、純水に近い第１ＲＯ処理水と、第１ＲＯ処理水より不純物が多く含まれた第２ＲＯ処理水とが混合されるので、適度に不純物が混合した処理水とすることができる。従って、飲料系統への配管への腐食を軽減することができ、水位測定用の電極棒などによる通電も可能である。

【0027】

ＲＯ膜は、２ナノメートル以下であり、水分子より数倍大きい孔径を有しており、水分子以外はほぼ通過が阻止される。従って、第１ＲＯ膜装置４１により浄化することで、また、第１ＲＯ膜装置４１から不純物が濃縮された濃縮水を被処理水として第２ＲＯ膜装置４３により浄化することで、井戸水を純粋な飲料水（浄水）として供給することができる。

【0028】

第２ＲＯ膜装置４３からの第２ＲＯ濃縮水は、第２濃縮水槽４５へ送水される。
第２濃縮水槽４５からの濃縮水は、送水ポンプＰ５によりＮＦ膜装置５１により不純物が除去される。第１ＲＯ膜装置４１，第２ＲＯ膜装置４３のＲＯ膜は全ての電解質を分離するが、ＮＦ膜装置５１のＮＦ膜は、１価イオンは選択的に通過させるが、２価のイオンや色素成分などの有価物を阻止する機能を有する。

【0029】

従って、ＮＦ膜装置５１では、１価イオンである塩化物イオンの大部分は通過させるが、２価イオンとなるカルシウム成分やシリカ成分などの大部分が除去される。カルシウム成分やシリカ成分などが除去された処理水は、ＮＦ処理水槽５２に送水され、貯留される。

【0030】

ＮＦ処理水槽５２から送水ポンプＰ６により送水された処理水は、電解装置６１へ送水される。電解装置６１では、ＮＦ膜装置５１からの処理水が電気分解される。処理水には、塩化物イオンは残っているが、ＮＦ膜装置５１によりカルシウム成分やシリカ成分などが除去されている。従って、電解装置６１にて電気分解したときに、カルシウム成分やシリカ成分などの不純物が電極に付着しないので、電極の清掃の回数を低減することができる。また、電解装置６１の陽極には、塩化物イオンによる次亜塩素酸を発生させることができる。

【0031】

電解装置６１に発生した次亜塩素酸は、次亜塩素酸ソーダの水溶液となって原水槽２へ添加される。これにより、原水槽２に貯留された原水から、鉄分およびマンガン成分が酸化され、送水ポンプＰ２により第１ろ過装置３１へ送水される。

【0032】

このように、水浄化装置１は、電解装置６１を用いて次亜塩素酸を発生することでコストを抑制しつつ、電解装置６１でのメンテナンスの発生回数を抑えることで、次亜塩素酸を連続的に発生させることが可能である。

【0033】

また、ＮＦ膜装置５１への濃縮水は、第１ＲＯ膜装置４１からの濃縮水を、更に第２ＲＯ膜装置４３によって濃縮されたものであるため、塩化物イオンの含有濃度を向上させることができる。従って、電解装置６１により効率よく次亜塩素酸を生成することができる。

【0034】

（実施例）
図１に示す水浄化装置１により井戸水の浄化を行い、２台のＲＯ膜装置（第１ＲＯ膜装置４１，第２ＲＯ膜装置４３）からの濃縮水を、ＮＦ膜装置を通したときの除去率を測定した。ＮＦ膜装置は東レ社製のＴＭ６２０Ｎ－４００を使用した。また、測定は、２回行った。

【0035】

測定した結果を、図２（Ａ）および同図（Ｂ）に示す。
図２（Ａ）からも判るように、採水日が２０１９年１月１８日では、塩化物イオンが井戸水では５３ｍｇ／Ｌ含まれていたが、ＮＦ膜装置を通すと４９ｍｇ／Ｌとなった。従って、除去率は７．５％であり、大部分はＮＦ膜装置を通過したことを示している。

【0036】

カルシウム硬度は、井戸水では１２０ｍｇ／Ｌ含まれていたが、ＮＦ膜装置を通すと１０．５ｍｇ／Ｌとなった。従って、除去率は９１．３％であり、大部分はＮＦ膜装置により除去されたことを示している。

【0037】

また、図２（Ｂ）からも判るように、採水日が２０１９年１月３０日では、塩化物イオンが井戸水では６４ｍｇ／Ｌ含まれていたが、ＮＦ膜装置を通すと４２．５ｍｇ／Ｌとなった。従って、除去率は３３．６％であり、大部分はＮＦ膜装置を通過したことを示している。

【0038】

カルシウム硬度は、井戸水では１３７ｍｇ／Ｌ含まれていたが、ＮＦ膜装置を通すと１２ｍｇ／Ｌとなった。従って、除去率は９１．２％であり、大部分はＮＦ膜装置により除去されたことを示している。

【0039】

この測定からも、ＲＯ処理部４からの濃縮水（第２ＲＯ濃縮水）をＮＦ膜装置に通過させることで、次亜塩素酸を生成するための塩化物イオンを通過させ、電解装置６１の電極に付着して清掃が必要となる不純物は大部分が除去できることが判った。

【0040】

本実施の形態では、ＲＯ処理部４が２台のＲＯ膜装置（第１ＲＯ膜装置４１，第２ＲＯ膜装置４３）を備えていたが、３台以上でも、それぞれの処理水を浄水とすると共に、濃縮水が次のＲＯ膜装置の被処理水とするように接続し、最後のＲＯ膜装置からの濃縮水がＮＦ膜装置５１へ送水するように構成することができる。

【産業上の利用可能性】

【0041】

本発明の水浄化装置は、井戸水の浄化に好適であり、特に、塩分を含む井戸水を飲料に用いる際に最適である。

【符号の説明】

【0042】

１ 水浄化装置
２ 原水槽
３ ろ過処理部
３１ 第１ろ過装置
３２ 第２ろ過装置
３３ ろ過水槽
４ ＲＯ処理部
４１ 第１ＲＯ膜装置
４２ 第１濃縮水槽
４３ 第２ＲＯ膜装置
４４ 処理水槽
４５ 第２濃縮水槽
５ ＮＦ処理部
５１ ＮＦ膜装置
５２ ＮＦ処理水槽
６ 電解処理部
６１ 電解装置
Ｐ１ 水中ポンプ
Ｐ２～Ｐ６ 送水ポンプ

【図1】

【図2】