JPH04290597A - 水処理設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は生活排水の再生・循環シ
ステムに係り、特に、地上のみならず、宇宙船や宇宙ス
テーションなどの閉鎖空間系でかつ無重力状態下でも用
いられる水処理設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、地上における排水を浄化し再利用
する水処理設備は、「用水廃水便覧」丸善、１３９〜１
４２頁に示される様に、物理・化学処理（中和、沈澱、
凝集、ふるい分け、沈降、浮遊等）、生物処理（活性汚
泥法、生物酸化池法等）により排水を清水と汚泥に分離
し、さらに清水は溶存物処理（中和、沈降、凝結、泡沫
分離、イオン交換、吸着、膜分離、蒸発、酸化等）を行
うことで、また汚泥は汚泥処理（脱水、乾燥、燃焼）を
行うことで処理する。これらの処理にはいろいろな方法
があるが、脱水操作では遠心分離、濾過分離、自然脱水
が、また、乾燥操作では加熱乾燥法が、さらに、沈降お
よび浮遊分離では重力を用いた密度差による分離が行わ
れている。ここで、沈降分離、脱水操作、乾燥操作に関
する従来の装置構造は、「用水廃水便覧」丸善、１７７
〜１８０頁、４５５〜４６１頁、４９２〜４９６頁や「
化学工学便覧」丸善、４４１〜４５０頁に示されている
。

【０００３】また、宇宙空間における水処理システムと
しては、特開昭６２−１９２９９号公報にあるように、
膜を用いた分離法を主体として水処理システムが提案さ
れている。特に、宇宙空間における飲料水の生成には、
相変化させることが必須であることから、上記公報では
、疎水性多孔質膜を用いた膜蒸留法（サーモパーベーパ
レーション法）によるシステムを提案している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の地上におけ
る水処理設備では、重力を利用した沈降、沈澱、浮遊操
作が含まれているのに加えて、分離した不純物（固体）
の取り出し方も掻き取り操作で行うなど、宇宙空間の様
な無重力空間での使用には向かない。

【０００５】また、宇宙空間での使用を目的とした前記
公報に示された如き膜分離中心のシステムでは、膜蒸留
の結果生じた濃縮水の処理について具体的な方法は提示
されておらず、完全な水リサイクルシステムを構成させ
るための該濃縮水からの不純物分離に問題点があった。

【０００６】本発明の目的は、地上のみならず、宇宙空
間の様な無重力状態下においても操作可能で、かつ濃縮
水を不純物と水に完全に分離できる水処理設備を提供す
ることにあり、他の目的は、分離した上記の水をリサイ
クルできる水処理設備を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】水処理装置からの濃縮水
を晶析装置にて霧化と共に温ガスに直接接触させて気化
させることにより、該濃縮水中に含まれる不純物を粒子
状固形物としてガス中に浮遊させ、これをフィルタによ
り除去することで、濃縮水中の不純物と水分を完全に分
離する。また、上記の結果として蒸発した水分を含むガ
スは、除湿装置において疎水性多孔質膜を介して又は直
接的に吸収液と接触させることにより該吸収液に水分を
吸収させるか、もしくは、水分を冷却凝縮させて水滴と
した後に疎水性多孔質膜によりガスと水滴を分離させる
ことにより、ガスと水を回収する。回収したガスと水は
、夫々、前記水処理装置と晶析装置へリサイクルされる
。

【０００８】

【作用】本発明における晶析装置では、濃縮水中に含ま
れる不純物と水とを完全に分離するために、濃縮水を霧
化させ、同時に温ガスにより気化させる。この結果、濃
縮水中の不純物は析出して微粒子状態になり、ガスと微
粒子の混合流れが出来る。このガスと微粒子は、フィル
タ等を用いることにより、容易に分離でき、したがって
、濃縮水中の不純物を完全に分離することが可能になる
。

【０００９】さらに、前記気化の結果としてガスの中に
含まれる水分の回収は、次の２つの手段のどれかで行わ
れる。１つの手段は、この水分を含むガスを水分を吸収
し易い水溶液（吸収液）と直接接触させるか、又は、ガ
スは通すが液体は通さない性質を有する疎水性多孔質膜
を介して接触させることにより、ガス中の水分を吸収液
中に移動させ、さらに、この結果として濃度の薄くなっ
た吸収液を、温度が低く、吸収液の持つ水蒸気圧よりも
低い水蒸気圧を持つ水と疎水性多孔質膜を介して接触さ
せることにより、吸収液から水に水分を吸収させること
で、１００％水分を回収する。もう１つの手段は、細い
チューブの外側を冷却し、内側に前記水分を含むガスを
流すことで、チューブ内側に水分を凝縮させ、水滴とガ
スの混合流を形成させ、疎水性多孔質膜のチューブの内
側にその混合流を導き、ガスのみをチューブの外側に取
り出すことでガス中の水分とガスとを完全に分離するこ
とができる。このガスは晶析装置へ戻し、水は水処理装
置へ戻す。

【００１０】以上の操作を行うことにより、地上のみな
らず、重力の無い宇宙空間においても完全な水の循環系
を作ることができる。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明に係る水処理設備の実施例を
示す。本装置は水処理装置１０１、晶析装置１０２、除
湿装置１０３で構成される。晶析装置１０２はガス加熱
器１０４、晶析部１１５、フィルタ１１１で構成される
。晶析部１１５はノズル１０８を設けたセルの形をして
いる。閉鎖空間系からの排水１０５はまず従来と同様の
水処理装置１０１に送られる。水処理装置１０１にて処
理されて発生した濃縮水１０６は、ガス加熱器１０４に
て加温されたガス（例えば空気）１０７とともに晶析部
１１５においてノズル１０８にて霧化され水滴１０９に
なるとともに気化し、不純物は微粒子１１０となる。 気化した水蒸気を含んで高湿度となったガスと微粒子１
１０の混合流れは、フィルタ１１１により濾過され、微
粒子１１０のみがフィルタ１１１に捕捉される。フィル
タ１１１を通過したガス（水蒸気を含んでいる）１１２
は除湿装置１０３に送られる。除湿装置１０３で分離さ
れた水分１１４は再度水処理装置１０１に戻されるか又
はそのまま処理水１１６として用いられる。また除湿装
置１０３で分離された乾燥したガス１１３は再利用され
るべくガス加熱器１０４に送られる。本実施例によれば
、従来の水処理装置１０１に晶析装置１０２と除湿装置
１０３を取り付けたことにより、水処理装置１０１で得
られた濃縮水から不純物と水分を完全に分離除去するこ
とが可能となると共に、分離除去した水を再度リサイク
ルすることが可能である。

【００１２】なお、本実施例では晶析装置１０２と除湿
装置１０３は濃縮水の処理にしか用いていないが、膜蒸
留と同様に蒸留水の生成部として用いることも可能であ
る。

【００１３】図２は、図１に示した実施例を、水処理装
置１０１についてはより詳細に、晶析装置１０２につい
ては簡略に、図示したものである。水処理装置１０１は
、フィルタ２０１、逆浸透膜器２０２、活性炭器２０３
、殺菌灯器２０４、膜蒸留器２０５から構成されている
。この水処理部１０１に加えて晶析装置１０２、除湿装
置１０３が設けられている。晶析装置１０２は図１にお
ける晶析装置１０２と同じである。閉鎖空間からの排水
２０８はフィルタ２０１、逆浸透膜器２０２、活性炭器
２０３、殺菌灯器２０４により連続的に処理されること
でシャワー等に使用可能な生活用水２０９となる。更に
この生成水２０９の一部２１０は膜蒸留器２０５で処理
される。この膜蒸留器２０５は、疎水性多孔質膜２０６
の一方の側（原水側）に上記の水２１０が循環的に流れ
、他方の側には冷却水が流れているものであり、原水側
から他方の側へ水蒸気のみが膜２０６を透過し、そこで
該水蒸気は冷却水で冷却されて凝縮して純度の良い水２
１１（これは飲料水として使用可能）となり、他方、原
水側では不純物濃度が高くなった濃縮水が出来る。

【００１４】上記の水処理装置１０１においては、逆浸
透膜器２０２と膜蒸留器２０５から濃縮水２１２，２１
３が夫々発生する。この濃縮水２１２，２１３は晶析装
置１０２に送られ、不純物の固形物２１４と高湿度ガス
１１２に分離される。分離された固形物２１４（すなわ
ち図１のフィルタ１１１に捕捉された微粒子１１０）は
そのまま貯蔵されて適当な時期にフィルタ交換により排
出され、他方、高湿度ガス１１２はさらに除湿装置１０
３に送られて、乾燥ガス１１３と水１１４に分離される
。この乾燥ガス１１３は再利用のため晶析装置１０２に
戻され、他方、生成した水１１４は再度逆浸透膜器２０
２もしくは膜蒸留器２０５の原水側に戻されるかもしく
はそのまま処理水１１６として用いられる。

【００１５】図３は、前記晶析装置１０２における出側
のフィルタ１１１の構造の一例を示す断面図である。本
フィルタは高湿度ガスと微粒子が流れる円筒形の流路に
フランジ３０２，３０３により円筒形のフィルタエレメ
ント３０１が固定されている。流れの上流から来る高湿
度ガスと微粒子はフィルタエレメント３０１によって濾
過され、微粒子はフィルタエレメント３０１に捕捉され
、高湿度ガスのみがフィルタエレメント３０１を通過す
る。本フィルタの構成によれば、捕捉された微粒子量が
増大したらフィルタエレメント３０１のみを交換可能で
ある。なお、本例では円筒形のフィルタエレメントが１
個しか示されていないが、複数個のフィルタエレメント
を取り付ければ、さらに効果は増大する。

【００１６】図４は前記晶析装置１０２における出側の
フィルタ１１１の他の例を示す断面図である。本フィル
タは平型のフィルタエレメント４０１，４０２，４０３
，４０４，４０５を複数枚重ねたものであり、流れの上
流側のフィルタエレメント４０１が目詰まりを起こした
ら、フィルタエレメント４０１を取り除き、次のフィル
タエレメント４０２を連続的に使用していく。本例によ
れば、複数枚のフィルタエレメントを直列に設置するこ
とで、フィルタエレメントの交換時期を長くできるとと
もに、フィルタエレメントを横に引き出して簡単に交換
することができる。

【００１７】図５は前記晶析装置１０２における出側の
フィルタ１１１の更に他の例を示す。本フィルタのフィ
ルタエレメント５０１はロール状に巻かれた形をしてお
り、使用中のフィルタエレメント５０１の部分に微粒子
が詰まったらロールを巻くことにより新しいフィルタエ
レメントの部分に交換することができる。なお、図４お
よび図５に示すようなフィルタエレメントの面が平型の
フィルタでは、フィルタエレメント上に微粒子を固定化
する際、乾燥しきった微粒子では付着性に欠けることか
ら、図５に部分拡大図として示すように、ガスの温度と
流量をコントロールすることで、粘着性のある少し湿っ
た微粒子５０２を形成させることも必要である。

【００１８】図６は前記晶析装置１０２における構造の
他の例を示す。本例では、前記１つのフィルタ１１１の
代りに少なくとも２個以上のフィルタ６０１，６０２を
並列に設置することで、１つのフィルタ６０１が詰まっ
た場合にバルブ６０３により別のフィルタ６０２に流れ
を切換え、詰まったフィルタ６０１を交換する間、別の
フィルタ６０２を用いて装置を連続的に運転可能にした
ものである。さらに、本実施例では、濃縮水１０６のノ
ズルと温ガス１０７のノズルを別としているが、図１に
示した様な１つのノズル１０８の場合と作用は変わりは
無い。

【００１９】なお、図３、４、５、６において、フィル
タの交換時期は、フィルタ前後の圧力損失を測定し、一
定値を越えた段階において交換することが望ましい。

【００２０】図７は、前記図１、図２における除湿装置
１０３の一例をブロック線図で示したものである。本装
置は疎水性多孔質膜７０５，７０５を夫々有する２つの
セル７０１，７０２とそのセル間に水蒸気を吸収し易い
吸収液７０６（例えば臭化リチウム水溶液）を循環させ
るポンプ７０３とを備えている。晶析装置１０２からの
高湿度ガス１１２は疎水性多孔質膜７０５に接しながら
セル７０１の片側を流れる。セル７０１の反対側には水
蒸気圧の低い吸収液７０６が流れており、高湿度ガス中
に含まれる水分は、疎水性多孔質膜７０５を介して吸収
液７０６に吸収される。したがって、セル７０１より出
るガス１１３は水分が除去された乾燥ガスとなり、再度
晶析部１０２に送られる。セル７０１にて水分を吸収し
た吸収液７０６はポンプ７０３により他方のセル７０２
に送られる。セル７０２の反対側には吸収液７０６の持
つ水蒸気圧よりも低い水蒸気圧を持つ冷却水７０８が流
れており、セル７０２では吸収液７０６から発生した水
蒸気が冷却水７０８に吸収されて前記水１１４となる。 この様な操作を連続的に行うことにより、晶析装置１０
２からの高湿度ガス中の水分を除去することができる。 なお、本例では、吸収液７０６のラインにはポンプ７０
３しか設置していないが、セル７０１からセル７０２へ
吸収液を送る流路に加熱器、逆にセル７０２からセル７
０１へ吸収液を送る流路に冷却器を設けることにより、
膜７０５を透過する水蒸気の移動速度を増大させること
ができる。

【００２１】図８は前記除湿装置１０３の他の例を示し
たものである。本除湿装置は冷却部８０１、気液分離部
８０２とから構成される。晶析装置１０２からの高湿度
ガス１１２は、まず冷却部８０１のチューブ内に送られ
て冷却され、含まれる水分はチューブ内壁に凝縮する。 この凝縮水とガスはガスの流れの作用でそのまま気液分
離部８０２に送られる。気液分離部８０２は疎水性多孔
質膜のチューブ８０４により構成され、ガスのみが疎水
性多孔質膜８０４を通過することによって水１１４とガ
ス１１３が分離される。分離された乾燥ガス１１３はガ
ス出口８０５より、また、水１１４は水出口８０６より
それぞれ放出される。この様な操作を連続的に行うこと
により、高湿度ガス中の水分を除去することができる。

【００２２】なお、図７、図８に示した装置は晶析装置
からの高湿度ガスの除湿ばかりでなく、宇宙船や宇宙ス
テーション内の空気の除湿にも十分利用することができ
る。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、地上だけでなく、宇宙
空間等の無重力状態下においても、重力を利用すること
なく濃縮水を不純物と水分に完全に分離することができ
、完全なリサイクル系の構成が容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る水処理設備の実施例の構成図

【図
２】上記水処理設備をその水処理装置についてより詳細
に示した構成図

【図３】本発明における晶析装置に用いるフィルタの一
例を示す断面図

【図４】同じくフィルタの他の一例を示す断面図

【図５
】同じくフィルタの更に他の例を示す断面図

【図６】本
発明における晶析装置の構造の他の一例を示す図

【図７】本発明における除湿装置の一例を示す図

【図８
】同じく除湿装置の他の一例を示す図

【符号の説明】

１０１…水処理装置　　　　　　　　　　　　　　　　
１０２…晶析装置１０３…除湿装置　　　　　　　　　
　　　　　　　　　１０４…ガス加熱器

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　濃縮された不純物を含有する濃縮水を
   霧化して温ガスと接触させて気化させることにより上記
   不純物が粒子状固形物として浮遊している高湿度ガスを
   生ぜしめる晶析部と、該晶析部で生じた上記粒子状固形
   物を上記高湿度ガスより分離するフィルタと、を有する
   晶析装置を含むことを特徴とする水処理設備。
2. 【請求項２】　　前記粒子状固形物を分離した後の前記
   高湿度ガスを水分と乾燥ガスとに分離する除湿装置を備
   えたことを特徴とする請求項１記載の水処理設備。
3. 【請求項３】　　前記濃縮水は前記晶析装置以外の水処
   理装置からの濃縮水であり、前記除湿装置で分離された
   水分は再度該水処理装置の原水として、また前記除湿装
   置で分離された乾燥ガスは前記晶析装置での温ガスとし
   てリサイクルする様に構成したことを特徴とする請求項
   ２記載の水処理設備。
4. 【請求項４】　　前記晶析装置の晶析部は、セルと、該
   セル中に設けられ、前記濃縮水を前記温ガスと共に噴霧
   するノズル、又は、前記濃縮水を噴霧するノズルおよび
   該ノズルの近傍にあって前記温ガスを噴射するノズルと
   、からなることを特徴とする請求項１，２又は３記載の
   水処理設備。
5. 【請求項５】　　前記晶析装置のフィルタが、少なくと
   も２個以上並列もしくは直列に設置されていることを特
   徴とする請求項１，２，３又は４記載の水処理設備。
6. 【請求項６】　　前記除湿装置は、前記高湿度ガスを吸
   湿性の水溶液と直接または疎水性多孔質膜を介して接触
   させることにより該ガス中の水分を該水溶液に吸収させ
   る様に構成されていることを特徴とする請求項２又は３
   記載の水処理設備。
7. 【請求項７】　　前記除湿装置は、前記高湿度ガス中の
   水分を吸収した後の前記水溶液を、該水溶液よりも水蒸
   気圧の低い水もしくはガスと直接もしくは疎水性多孔質
   膜を介して接触させて該水溶液から水分を除去する様に
   構成されていることを特徴とする請求項６記載の水処理
   設備。
8. 【請求項８】　　前記の除湿装置は前記高湿度ガスを冷
   却して該ガス中の水分を凝縮させる手段と、該凝縮水と
   ガスを疎水性多孔質膜を用いて分離する手段とからなる
   ことを特徴とする請求項２又は３記載の水処理設備。