(57)【要約】【課題】            汚染水の流量を確実に制御することができると共に、現地で発電することができるコンパクトな浄水装置を提供すること。【解決手段】        汚染物質除去槽１に設けられた吸着材を用いて汚染水の汚染物質を吸着するものであって、光を電気に変換する太陽電池３と、当該太陽電池３が変換した電気を蓄える蓄電池４との少なくとも一方から、汚染水を流すための直流ポンプ２に流す電気を制御して、直流ポンプ２が流す汚染水の流量を調節するコントローラ５を備える。【選択図】          図１
2020019000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染物質除去槽に設けられた吸着材を用いて汚染水の汚染物質を吸着する浄水装置であって、
光を電気に変換する太陽電池と、当該太陽電池が変換した電気を蓄える蓄電池との少なくとも一方から、前記汚染水を流すための直流ポンプに流す電気を制御して、前記直流ポンプが流す汚染水の流量を調節するコントローラを備えたことを特徴とする浄水装置。
【請求項２】
水に含まれる汚染物質の量を検出する検出センサを具備することを特徴とする請求項１記載の浄水装置。
【請求項３】
前記コントローラは、当該検出センサが検出した情報に基づいて、前記汚染物質除去槽を通過した水に含まれる前記汚染物質の量が予め定めた所定量以下となるように前記汚染物質除去槽を流れる前記汚染水の流量を調節するものであることを特徴とする請求項２記載の浄水装置。
【請求項４】
前記汚染物質除去槽は、
前記汚染水と固形物を分離する固液分離部と、
前記固液分離部で分離した汚染水が含有する汚染物質を前記吸着材で除去する汚染物質除去部と、
を具備することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の浄水装置。
【請求項５】
前記吸着材は、層状複水酸化物であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の浄水装置。
【請求項６】
前記汚染物質はヒ素であり、
前記層状複水酸化物は、結晶子サイズが２０ｎｍ以下であって、構造式がMg2+1-xAl3+x(OH)2(An-)x/n・mH2O（ここで、An-はｎ価の陰イオン、０＜ｘ＜１、ｍ＞０）で表されるものであり、
前記コントローラは、前記汚染物質除去槽を流れる前記汚染水の空間速度（ＳＶ）を１０以下に調節するものであることを特徴とする請求項５記載の浄水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、浄水装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヒ素、フッ素、ホウ素、セレン、六価クロム、亜硝酸イオン等、土壌や地下水に溶解した有害物質が、動植物や人間の健康等に重大な影響を及ぼすことが問題となっている。この問題を解決するために、土壌中の地下水をポンプによって揚水し、この地下水中に溶解した有害物質を層状復水酸化物やゼオライト、イオン交換樹脂等の吸着材12を用いて除去した後、その水を利用したり、土壌に戻して土壌中の有害物質を低減させたりしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２６１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、浄水装置は、吸着材に対して汚染水の流量が多過ぎると汚染物質を所定の目標値以下に低減することができない。逆に、汚染水の流量が少なすぎると汚染水の処理量が減少する。したがって、吸着材に接触させる汚染水の流量を適切に調節する必要であった。
【０００５】
また、浄水装置は、山間部や発展途上国のように、ポンプに使用する電気を簡単には供給できない場所がある。また、このような場所では、運搬等を考慮して、浄水装置をなるべくコンパクトにする方が好ましい。
【０００６】
そこで本発明は、汚染水の流量を確実に制御することができると共に、現地で発電することができるコンパクトな浄水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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の浄水装置は、汚染物質除去槽に設けられた吸着材を用いて汚染水の汚染物質を吸着するものであって、光を電気に変換する太陽電池と、当該太陽電池が変換した電気を蓄える蓄電池との少なくとも一方から、前記汚染水を流すための直流ポンプに流す電気を制御して、前記直流ポンプが流す汚染水の流量を調節するコントローラを備えたことを特徴とする。
【０００８】
この場合、水に含まれる汚染物質の量を検出する検出センサを具備する方が好ましい。また、前記コントローラは、当該検出センサが検出した情報に基づいて、前記汚染物質除去槽を通過した水に含まれる前記汚染物質の量が予め定めた所定量以下となるように前記汚染物質除去槽を流れる前記汚染水の流量を調節するものである方が好ましい。
【０００９】
また、前記汚染物質除去槽は、前記汚染水と固形物を分離する固液分離部と、前記固液分離部で分離した汚染水が含有する汚染物質を前記吸着材で除去する汚染物質除去部11と、で構成することができる。
【００１０】
また、前記吸着材は、層状複水酸化物を用いることができる。また、前記汚染物質がヒ素であり、前記層状複水酸化物が、結晶子サイズが２０ｎｍ以下であって、構造式がMg2+1-xAl3+x(OH)2(An-)x/n・mH2O（ここで、An-はｎ価の陰イオン、０＜ｘ＜１、ｍ＞０）で表されるものであれば、前記コントローラは、前記汚染物質除去槽を流れる前記汚染水の空間速度（ＳＶ）を１０以下に調節するものを用いることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、直流ポンプは、直流モータの回転数の制御が容易であるため、吸着材に接触させる汚染水の流量を適切に調節することができる。また、直流ポンプは低電圧でも動作するため小型化が容易であり、浄水装置をコンパクトにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の浄水装置を示す図である。
【図２】本発明に係る汚染物質除去槽を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の浄水装置は、図１に示すように、汚染物質除去槽１に設けられた吸着材を用いて汚染水の汚染物質を吸着するものであって、光を電気に変換する太陽電池３と、当該太陽電池３が変換した電気を蓄える蓄電池４との少なくとも一方から、汚染水を流すための直流ポンプ２に流す電気を制御して、直流ポンプ２が流す汚染水の流量を調節するコントローラ５を備える。
【００１４】
ここで、汚染物質とは、人体や動物に有害な物質を意味し、例えば、ヒ素、フッ素、ホウ素、セレン、六価クロム、亜硝酸イオン、その他の陰イオン系の有害物質や、カドミウムや鉛等の陽イオン系の有害物質、ヨウ素131、セシウム134、セシウム１３７、ストロンチウム９０、プルトニウム２３９等の放射性物質等を挙げられる。また、汚染水とは、これらの有害物質により汚染された水を意味する。
【００１５】
汚染物質除去槽１は、汚染物質を除去する為のものであり、図２に示すように、少なくとも汚染物質除去部11を有する。また、固液分離部15等のその他の機能を有するパートを更に有していても良い。
【００１６】
汚染物質除去部11は、吸着材12を用いて、汚染水が含有する汚染物質を吸着することにより除去するものである。吸着材12としては、汚染水が含有する汚染物質を吸着することができればどのようなものでも良いが、例えば、層状複水酸化物やゼオライト、活性炭、イオン交換樹脂等を用いることができる。また、吸着材12は１種類でも複数種類でも良く、除去したい汚染物質によって適宜選択して配置すれば良い。図２は、吸着材12として活性炭12Ａ、層状複水酸化物12Ｂ、活性炭12Ｃを用いた場合を示している。
【００１７】
層状複水酸化物とは、一般式がM2+1-xM3+x（OH）2（An-）x/n・mH2O（ここで、M2+は２価の金属イオン、M3+は３価の金属イオン、An-はｎ価の陰イオン、０＜ｘ＜１、ｍ＞０）で表される不定比化合物であり、ハイドロタルサイト様化合物と呼ばれることもある。２価の金属イオン（M2+）としては、例えば、Mg2+、Fe2+、Zn2+、Ca2+、Li2+、Ni2+、Co2+、Cu2+等が挙げられる。また、３価の金属イオン（M3+）としては、例えば、Al3+、Fe3+、Cr3+、Mn3+等が挙げられる。また、陰イオン（An-）としては、例えば、ClO4-、CO32-、HCO3-、PO43-、SO42-、SiO44-、OH-、Cl-、NO2-、NO3-等が挙げられる。なお、層状複水酸化物は、結晶子サイズが２０ｎｍ以下であると吸着能力等が高く好ましい。
【００１８】
層状復水酸化物の具体例としては、例えば、構造式がMg2+1-xAl3+x(OH)2(An-)x/n・mH2O（ここで、An-はｎ価の陰イオン、０＜ｘ＜１、ｍ＞０）で表されるものや、Mg2+1-xFe3+x(OH)2(An-)x/n・mH2O（Mg-Fe型）や、Fe2+1-xFe3+x(OH)2(An-)x/n・mH2O（Fe-Fe型）で表されるものがある。
【００１９】
層状複水酸化物は、層状複水酸化物の粉末、層状複水酸化物成形体又は層状複水酸化物粒状体の中から、用途に応じて任意に選択して用いることができる。
【００２０】
ゼオライトとは、結晶中に０．４ｎｍ〜２ｎｍ程度の微細孔を持つ結晶性アルミノケイ酸塩の総称であり、Ｓｉ−Ｏ四面体とＡｌ−Ｏ四面体とが頂点のＯ原子を共有した三次元ネットワーク構造をもつ複合酸化物である。
【００２１】
ゼオライトの具体例としては、ＺＳＭ−５型ゼオライト、フォージャサイト型ゼオライト、モルデナイト型ゼオライト、Ｌ型ゼオライト、Ａ型ゼオライト、Ｘ型ゼオライト、Ｙ型ゼオライトなどが挙げられる。また、クリノブチライト、モルデナイトや合成ゼオライト等のゼオライト様化合物も、ゼオライトと同等の機能を有するものであり、本発明の吸着材12として用いることができる。
【００２２】
活性炭は、炭素を主な成分とし、特定の物質を吸着することができる多孔質の物質である。表面が非極性の性質を持つため、水のような極性分子は吸着力が低く、細孔より小さな粒状の有機物を選択的に吸着することができる。
【００２３】
イオン交換樹脂とは、分子構造の一部にイオン交換基として電離する構造をもつ合成樹脂の一種である。イオン基の性質により、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂がある。
【００２４】
また、汚染物質除去槽１は、汚染水と固形物を分離する固液分離部15を有していても良い。この場合、汚染水は、まず初めに固液分離部15に供給され、汚染水と固形物に分離され、その後、固液分離部15を通過した水が汚染物質除去部11の吸着材12に供給される。そして、汚染物質除去部11の吸着材12により、供給された汚染水に含まれる汚染物質が除去される。
【００２５】
固液分離部15は、液体と固形物を分離できればどのようなものでも良いが、例えば、フィルタを用いるろ過方式のものや、遠心分離方式のものなどがある。また、固液分離部15は、汚染物質除去部11に配置される吸着材12の汚染物質吸着能を低下させる固形物を除去できるものの方が好ましい。例えば、井戸水は空気中に暴露され酸化することによって錆水となるが、当該錆水に含まれる鉄とヒ素の共沈物は、汚染物質除去部11の機能を低下させる。したがって、このような固形物は、汚染物質除去部11に供給する前に除去する方が好ましい。
【００２６】
また、固液分離部15は、汚染水から鉄、ヒ素、マンガンのいずれか１以上を析出させる触媒としての機能を有する濾過フィルタからなるものであるほうが好ましい。当該触媒機能により、例えば吸着材12の汚染物質吸着能を低下させる物質を固液分離部15において効果的に排除することができる。したがって、汚染物質除去部11による汚染物質の除去を効率良く行うことができる。濾過フィルタとしては、セラミックフィルタ等の無機性フィルタや、ポリプロピレンフィルタ、紙フィルタ等が挙げられる。この場合、フィルタの構造としては、糸巻きフィルタや樹脂成型フィルタ等のデプスフィルタ（深層濾過型）や、プリーツフィルタやメンブレンフィルタ等のサーフェスフィルタ（表面濾過型）を用いることができる。
【００２７】
本発明の汚染物質除去槽１は、汚染水の種類に応じてその構成を変更すれば良い。例えば、錆水を浄水する場合は、汚染物質除去部11及び固液分離部15を具備する装置とすれば良い。これにより、固液分離部15でスラッジが除去された後に、汚染物質除去部11での汚染物質の除去がなされるため、優れた汚染物質の除去効果が得られる。一方で、錆等の固形物を含まない汚染水を浄水する場合は、汚染物質除去部11のみを有する装置とすれば良い。
【００２８】
汚染物質除去槽１を通過した水は、例えば、高架水槽８で貯水しておき、各家９等の必要な場所に供給すれば良い。
【００２９】
直流ポンプ２は、直流モータの回転を利用して、井戸や貯水槽等の水源から汚染水を汚染物質除去槽１に流すためのものである。直流ポンプ２は、直流モータの回転数の制御が容易であるため扱いやすく、吸着材12に接触させる汚染水の流量を適切に調節することができる。また、交流ポンプのように別途流量調節手段を必要としないというメリットもある。また、直流ポンプ２は、太陽電池３によって発電した直流電力をロスなくそのまま利用することができる。更に、直流ポンプ２は、低電圧で動作するため装置を小型化できると共に、低価格にすることができる。
【００３０】
太陽電池３は、太陽光を、直流ポンプ２を駆動するための電気に変換するためのものである。これにより、山間部や発展途上国のように、ポンプに使用する電気を簡単には供給できない場所でも太陽光を直流電力に変換し利用することができる。太陽電池３としては、従来から知られているものを用いればよい。
【００３１】
蓄電池４は、太陽電池３が変換した電気を蓄えるためのものである。蓄電池４は、太陽電池３と直流ポンプ２の間に接続される。蓄電池４としてはどのようなものでも良いが、例えば、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、ＮＡＳ電池等がある。これらは、コスト、容量、容積等を考え、用途に応じて選択すれば良い。一例を挙げると、直流ポンプ２の吐出量や、太陽電池３の発電量や、蓄電池４の蓄電容量などは、汚染物質除去槽１の容量などから決定すればよい。例えば、汚染物質除去槽１の容量が４０KL〜４００KLとした場合に、吸着剤１２の占める容量が１０％〜８０％、好ましくは６０％〜８０％となっている。言い換えると、吸着剤１２が４ｋｇ〜３２０Kg、好ましくは３２ｋｇ〜３２０Kg含有されている。本実施の形態においては、吸着剤１２の含有量に応じて直流ポンプ２の吐出量が設定されており、コントローラ５は、含有されている吸着剤１２に接触する汚染水の流量を制御している。本実施の形態において、直流ポンプ２の吐出量は２L／min〜３０L／min程度である。また、太陽電池３の発電量は０．９Kw〜３Kw程度であり、蓄電池４の蓄電容量は３０Kw〜３００ｋｗ程度となる。なお、太陽電池３を構成する１枚の太陽電池セルの発電量は、１８５ｗから２６５ｗ程度なので、１枚の太陽電池セルの発電量や太陽電池セルの枚数を調節することにより上述の発電量を得るようにすればよい。また、太陽電池３の一日当たりの稼働時間が２時間〜１０時間で上述の発電量を得るように太陽電池セルの枚数を設定することが望ましい。
【００３２】
コントローラ５は、太陽電池３および／又は蓄電池４から直流ポンプ２に流す電気を制御して、直流ポンプ２が流す汚染水の流量を調節するためのものである。コントローラ５は、汚染水の流量を吸着剤１２の含有量に応じて、予め設定された値に調節すれば良い。この場合、汚染水の流量を常に一定にする方法や、積算流量に基づいて吸着材12の吸着能力を予想し変動させる方法等がある。また、コントローラ５は、太陽電池３で変換した電力が直流ポンプ２を駆動させるのに必要な電力を上回る時は、余剰電力を蓄電池４に蓄える。逆に、太陽電池３で変換した電力が直流ポンプ２を駆動させるのに必要な電力を下回る時は、蓄電池４に電力が蓄えられていれば、不足分の電力を蓄電池４から利用する。なお、太陽電池３で変換した電力が直流ポンプ２を駆動させるのに必要な電力を下回ると共に、蓄電池４にも電力が蓄えられていない場合、染物質除去槽に流す汚染水の流量は低下するが、浄水装置の処理量が減少するだけであり特に問題はない。
【００３３】
また、本発明の浄水装置は水に含まれる汚染物質の量を検出する検出センサ６を有してもよい。ここで、水とは、汚染物質を含む汚染水や、当該汚染水から汚染物質を除去した後の水を意味する。したがって、検出センサ６は、汚染物質除去槽１に流す汚染水の汚染物質を検出するものでも良いし、汚染物質除去槽１を通過した水の汚染物質を検出するものでも良いし、その両方を検出するものでも良い。検出センサ６としてはどのようなものを用いても良いが、検出したい汚染物質の種類や数に応じて決めればよい。
【００３４】
浄水装置が検出センサ６を有する場合には、コントローラ５は、当該検出センサ６が検出した情報に基づいて、汚染物質除去槽１を通過した水に含まれる汚染物質の量が予め定めた所定量以下となるように汚染物質除去槽１を流れる汚染水の流量を調節することができる。予め定める所定量としては、例えば飲料水について、世界保健機関（ＷＨＯ）が定めた基準値や、各国が定めた基準値を用いることができる。表１にＷＨＯ、日本、バングラデシュが飲料水に関して定めた主な汚染物質の基準値を示す。
【００３５】
【表１】
2020019000.tif 000003
【００３６】
例えば、汚染物質がヒ素であり、層状複水酸化物が、結晶子サイズが２０ｎｍ以下であって、構造式がMg2+1-xAl3+x(OH)2(An-)x/n・mH2O（ここで、An-はｎ価の陰イオン、０＜ｘ＜１、ｍ＞０）で表されるものである場合、コントローラ５は、汚染物質除去槽を流れる汚染水の空間速度（ＳＶ）を１０以下、好ましくは４以下に調節することで、汚染水に含まれるヒ素の量を世界保健機関（ＷＨＯ）が定める基準値である0.01ｍｇ／Ｌ以下とすることができる。
【００３７】
また、本発明の浄水装置は、図示しないが、直流ポンプ２が汚染物質除去槽１に流す汚染水の流量を検出する流量検出センサを有していても良い。この場合、コントローラ５は、当該流量検出センサが検出した情報に基づいて、直流ポンプ２に流す電気を制御して、直流ポンプ２が流す汚染水の流量を調節することができる。一例を挙げると、直流ポンプ２の電圧を制御して、汚染水の流量が少ない場合には電圧を上げて直流ポンプ２の回転数を上げればよく、汚染水の流量が多い場合には電圧を下げて直流ポンプ２の回転数を上げればよい。例えば、直流ポンプ２に与える電圧が４８Vの場合、±１５％程度の範囲である４０．８V〜５５．２Vの範囲で電圧を調整するようにしてもよく、±１０％程度の範囲である４３．２V〜５４．８Vの範囲で電圧を調整するようにしてもよく、±５％程度の範囲である４５．６V〜５０．４Vの範囲で電圧を調整するようにしてもよい。
【００３８】
また、本発明の浄水装置は、図示しないが、汚染物質除去槽１に流す汚染水の流量を調節するための流量調節手段を更に有していても良い。この場合、コントローラ５は、検出センサ６や流量検出センサや圧力検出センサが検出した情報に基づいて、流量調節手段を制御して、汚染物質除去槽１に流す汚染水の流量を調節することができる。流量調節手段は、汚染物質除去槽１に流す汚染水の流量を調節できればどのようなものでも良いが、例えば流量調節バルブを用いることができる。
上述した実施の形態によれば、太陽電池によって現地で太陽光を直流電力に変換し利用することができる。また、直流ポンプを用いるため、太陽電池によって発電した直流電力をロスなくそのまま利用することができる。更に、直流ポンプは、直流モータの回転数の制御が容易であるため、吸着材に接触させる汚染水の流量を適切に調節することができる。また、直流ポンプは低電圧でも動作するため小型化が容易であり、浄水装置をコンパクトにすることができる。
【００３９】
実施例
本発明の浄水装置を用いてヒ素を世界保健機関（ＷＨＯ）が定める基準値以下にするための空間速度（ＳＶ）を調べた。ここで、空間速度（ＳＶ）とは、単位時間当たりに吸着材の体積の何倍相当分の水を処理しているかを表すものである。浄水装置に通す汚染水に含まれるヒ素の量は、0.5(mg/L)とした。また、浄水装置に用いる吸着材としては、結晶子サイズが２０ｎｍ以下であって、構造式がMg2+1-xAl3+x(OH)2(An-)x/n・mH2O（ここで、An-はｎ価の陰イオン、０＜ｘ＜１、ｍ＞０）で表される層状複水酸化物を用いた。
その結果、汚染物質除去槽１を流れる汚染水の空間速度（ＳＶ）を１０に調節すれば、ヒ素の量を0.01ｍｇ／Ｌ以下とすることができることがわかった。
【符号の説明】
【００４０】
１  汚染物質除去槽
２  直流ポンプ
３  太陽電池
４  蓄電池
５  コントローラ
６  検出センサ
11  汚染物質除去部
12  吸着材
15  固液分離部
【図１】
2020019000.tif 000004
【図２】
2020019000.tif 000005