(57)【要約】【課題】大災害が発生した非常緊急時に身近に存在する原水を濾過して飲料水として供給する非常時用飲料水供給設備を提供する。【解決手段】原水を取水する取水配管と、ヘアーキャッチャーと、非常用電源装置で駆動する循環ポンプと、濾過装置と、貯水槽を配管で直列に繋いで構成する。濾過装置は濾過容器内に隔壁を設けて水平方向に第１、第２濾過室に分ける。各濾過室の下部に網を張った濾材支持パネルを取り付け、その上に濾材を充填して櫓材層を形成する。第１濾過室の下部空間を入側配管により循環ポンプに接続し、入側配管から入れた原水は第１濾過室を上昇通過させ、隔壁を越えて第２濾過室に入れ、第２濾過室を下降通過させた後、出側配管を通って貯水槽に流出させる。櫓材として粒状天然沸石を活性化処理した加工沸石を使用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
災害発生時に身近に存在する原水から飲料水を生成して供給する非常時用飲料水供給システムであって、
原水を取水する取水配管と、原水中の毛髪や微細なゴミを捕集するヘアーキャッチャーと、非常用電源装置で駆動される循環ポンプと、濾過装置と、貯水槽とを配管で直列に繋いで構成され、
前記濾過装置は濾過容器内が隔壁により水平方向に第１濾過室と第２濾過室に分離され、各濾過室の下部には濾過容器底面との間に網を張った濾材支持パネルが取り付けられ、該濾材支持パネルの上部空間には濾材を充填して櫓材層が形成され、第１濾過室の濾材支持パネルの下部空間は濾過容器底面を貫く入側配管により前記循環ポンプに接続され、入側配管を通して供給された原水は第１濾過室の櫓材層を上昇通過した後、前記隔壁を越えて第２濾過室に入り、第２濾過室の櫓材層を下降通過した後、濾過容器底面を貫く出側配管を通って貯水槽に流出するように構成されていることを特徴とする非常時用飲料水供給システム。
【請求項２】
請求項１に記載の非常時用飲料水供給システムにおいて、前記濾材として粉砕した天然沸石を酸の水溶液に浸漬し、次いでアルカリ水溶液で中和処理して不純物を分解除去し、次いで酸化剤または還元剤の水溶液に浸漬して表面を活性化させ、次いで洗浄、乾燥、加熱して焼結させたものの中から粒子状のものを選別してなる濾材を使用することを特徴とする非常時用飲料水供給システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の非常時用飲料水供給システムを使用し、前記濾過装置に流入させる原水に次亜塩素酸ナトリウムを５〜１５ｍｇ／ｌ、ポリ塩化アルミニウムを５〜１５ｍｇ／ｌ加え、濾過装置を通過後には次亜塩素酸イオンが１ｍｇ／ｌ以上残留するように処理して飲料水供給を行なうことを特徴とする非常時用飲料水供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大震災、大水害、原発事故等による非常緊急時に身近に存在するプールの水等の原水を濾過し、飲料水としての水質基準を満たす水を生成して供給する非常時用飲料水供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
大地震、大水害は社会インフラに大きな被害を与える。水道施設や電力供給システムが被害を受けた場合は、住民への飲料水供給が広域、長時間にわたり停止する。また、異常天候による渇水の場合は、飲料水供給に使用する設備は稼働可能でも原水不足で飲料水供給は停止する。更に、原発事故により放射能汚染が広域に生じた場合は、水道設備、電力供給設備が稼働可能で、河川や貯水池からの原水確保も可能でも、原水が放射能に汚染されている心配から飲料水を供給できない事態が生ずる。こうした非常事態に備え、地方自治体などには非常時に安全な飲料水を地域住民に大量に供給できる非常時用飲料水供給システムを予め整備しておくことが求められる。
【０００３】
非常時の飲料水供給方法としては、タンクローリーで飲料水を運ぶ方法もあるが被災地が広域の場合は遠方からの輸送となり、被災日数が長い場合は作業に困難が伴う。対策として身近な河川、貯水池、プール等にある原水を濾過装置を使用して濾過・浄化して飲料水として供給する飲料水供給システムが各種提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。しかし、従来の濾過装置を使用した飲料水供給システムは、濾過装置の濾過精度が十分とはいえず、十分に清澄な飲料水を供給できるとは言い難い。また、原水に複数の有害金属が含まれている場合には、それぞれの有害金属に対応した複数の濾過装置の設置を必要とした。更に、原水が放射能で汚染されている場合にはその除去性能に疑問があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−２５４５５２号公報
【特許文献２】特開２００４−４４３５１号公報
【特許文献３】特開２００５−３１３１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来技術のこうした問題点を解決するためになされたもので、その課題は大災害が発生した非常緊急時に身近に存在するプールの水等の原水を濾過し、飲料水としての水質基準を満たす水を生成して供給する非常時用飲料水供給システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、災害発生時に身近に存在する原水から飲料水を生成して供給する非常時用飲料水供給システムであって、原水を取水する取水配管と、原水中の毛髪や微細なゴミを捕集するヘアーキャッチャーと、非常用電源装置で駆動される循環ポンプと、濾過装置と、貯水槽とを配管で直列に繋いで構成され、濾過装置は濾過容器内が隔壁により水平方向に第１濾過室と第２濾過室に分離され、各濾過室の下部には濾過容器底面との間に網を張った濾材支持パネルが取り付けられ、該濾材支持パネルの上部空間には濾材を充填して櫓材層が形成され、第１濾過室の濾材支持パネルの下部空間は濾過容器底面を貫く入側配管により循環ポンプに接続され、入側配管を通して供給された原水は第１濾過室の櫓材層を上昇通過した後、隔壁を越えて第２濾過室に入り、第２濾過室の櫓材層を下降通過した後、濾過容器底面を貫く出側配管を通って貯水槽に流出するように構成されていることを特徴とする非常時用飲料水供給システムである。
【０００７】
このような構成によれば、電力インフラが機能しなくなった大災害時でも非常用電源装置により直ぐに稼働させて住民に飲料水を供給できる。原水は濾過容器内で２つの櫓材層を一方では下から上へ、他方では上から下へと通過し、一つの濾過容器内で２回、櫓材層を通過するため２基の濾過装置を直列に繋ぐより装置がコンパクトになる。また、二つの櫓材層を通過する原水の流れ方向が上下逆にしてあるため、最初の櫓材層では流動層が形成され、２番目に通過する櫓材層は絞まったとなることから２種類の異なる浄化作用が働いて水質浄化が促進される。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の非常時用飲料水供給システムにおいて、濾材として粉砕した天然沸石を酸の水溶液に浸漬し、次いでアルカリ水溶液で中和処理して不純物を分解除去し、次いで酸化剤または還元剤の水溶液に浸漬して表面を活性化させ、次いで洗浄、乾燥、加熱して焼結させたものの中から粒子状のものを選別してなる濾材を使用することを特徴とする非常時用飲料水供給システムである。
【０００９】
このようにして調製した濾材は非常に大きい表面積をもつ多孔質体となるため、原水中の有害・汚染物質を表面に凝集、吸着させて除去する能力が大幅に高まる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の非常時用飲料水供給システムを使用し、濾過装置に流入させる原水に次亜塩素酸ナトリウムを５〜１５ｍｇ／ｌ、ポリ塩化アルミニウムを５〜１５ｍｇ／ｌ加え、濾過装置を通過後には次亜塩素酸イオンが１ｍｇ／ｌ以上残留するように処理して飲料水供給を行なうことを特徴とする非常時用飲料水供給方法である。
【００１１】
このような処理によれば、原水中の有害・汚染物質は次亜塩素酸ナトリウムとポリ塩化アルミニウムによる中和処理により水酸化アルミニウムと有害・汚染物質のコロイド状粒子物質となる。そして、活性化された加工沸石の表面で凝集され、凝集物は加工沸石の多孔質の表面に効率的に吸着されて除去される。また、本方法による濾過では同一の濾過処理で他種類の有害・汚染物質を同時に除去できる。従って、従来の濾過方法のように有害・汚染物質の種類に応じた濾過装置、濾過方法を採用する必要がない利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る非常時用飲料水供給システムの構成図である。
【図２】濾過装置の断面図である。
【図３】濾過装置の他の実施形態である。
【図４】薬剤で調整した加工沸石の電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る非常時用飲料水供給システムの一実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明に係る非常時用飲料水供給システム１の構成図である。非常時用飲料水供給システム１は、水源２から原水を取水するための取水配管３、ヘアーキャッチャー４、非常用電源装置５により駆動される循環ポンプ６、濾過装置７、貯水槽８を配管で直列に繋ぎ、循環ポンプ６と濾過装置７との間の配管に薬剤注入装置９を接続して構成される。
【００１４】
水源２は飲料水となる原水を取水するための水源で、プール、河川、貯水池等を利用できる。災害による非常時に住民に飲料水を供給することを考えれば、年間を通して水が張られている市中の学校や市営のプールが好ましい。プールには常時、多量の水が蓄えられているので、自治体の全学区のプールの水を飲料水化できれば、生命維持に必要な水量を一人当たり２・／日として全住民に１０日分程度の飲料水を供給できる。本システム１を構成する装置はそれほど大型ではないので、それらのプール近くに設置しても大した邪魔にはならない。
【００１５】
原水は水源２に取り付けた取水配管３を通して循環ポンプ６で取水される。本システム１は大災害により水道インフラ、電力供給インフラが共に機能しなくなったときのためのシステムであるため、循環ポンプ６に必要な電力は非常用電源装置５より供給する。大災害時には燃料オイルの入手が困難になることが予想されるため、非常用電源装置５としては燃料オイルを必要とする発電機ではなく、太陽光発電パネルと蓄電池を組み合わせた電源装置を採用するのが好ましい。蓄電池は非常時に直ぐに電力供給できるように平時に商用電源によって十分に充電しておく。
【００１６】
水源２から取水さした水は、最初にヘアーキャッチャー４を通過させて原水中の毛髪や微細なゴミを捕集・除去する。次に原水の浄化に必要な薬剤を加え、濾過装置７に導入して濾過し、有害物質を除去して飲料に適した水質にして飲料用の貯水槽８に供給する。本システム１はこの濾過装置７の構成と、その濾過装置７に使用する濾材、及びその濾材を活性化させると共に原水にも薬剤を投入して効率良く浄化する浄化方法に特徴がある。
【００１７】
図２はその濾過装置７の断面図である。図２では濾過容器１０を上部に開閉蓋を有する円筒状容器としているが円筒状には限られない。濾過装置７は内部に垂直な仕切り隔壁１１を取り付けて、水平方向に第１濾過室１２と第２濾過室１３の２室に分離してある。各濾過室の下部には原水の濾過に必要な濾材１５を支持する濾材支持パネル１６が取り付けてある。濾材支持パネル１６の取り付けにより、各濾過室は上部と下部の２つの空間に分けられている。濾材支持パネル１６には、原水は通過させるが粒子状の濾材１５は通過させない網目の網１７が張り付けてある。各濾過室の濾材支持パネル１６の上部空間には、濾材１５を充填して櫓材層が形成されている。
【００１８】
第１濾過室１２の濾材支持パネル１６の下部空間は、濾過容器１０の底面を貫く入側配管１９により循環ポンプ６の出側に繋がっている。第２濾過室１３の濾材支持パネル１６の下部空間は、濾過容器１０の底面を貫く出側配管２０により貯水槽８に繋がっている。循環ポンプ６から吐出された原水は入側配管１９を通って第１濾過室１２の下部空間に入り、濾材支持パネル１６に張られた網１７を通過して下部空間の櫓材層２１に入る。櫓材層２１を下から上に通過した後、隔壁１１を乗り越えて第２濾過室１３に入る。第２濾過室１３では櫓材層２２を上から下に通過し、濾材支持パネル１６の網１７を通過して下部空間に入り、出側配管２０を通って貯水槽８に流出する。
【００１９】
第１濾過室１２では、原水は櫓材層２１を下から上に通過する。これにより櫓材層２１では濾材１５の粒子が流動化して流動層が形成される。流動層が形成されると固体である濾材１５の粒子と流体である原水との接触面積が非常に大きくなり、粒子と流体との相対速度も大きくなって水質浄化反応が急速に進む。原水に含まれる微細ゴミは、流動化した櫓材層２１では捕捉されずに通過する。
【００２０】
第１濾過室１２の櫓材層２１を下から上に通過した原水は隔壁１１を越えて第２濾過室１３に入り、第２濾過室１３の櫓材層２２を上から下に通過する。原水が上から下に通過するため櫓材層２２は絞まった状態となるため、第１濾過室１２では捕捉されなかった微細ゴミは効率よく捕捉される。更に、原水は狭くなった濾材１５の粒子間を通過することで水質浄化反応も進む。
【００２１】
このように本実施形態の濾過装置７では、一つの濾過容器１０内で原水は２つの櫓材層２１、２２を一方では下から上へ、他方では上から下へと通過する。一つの濾過容器１０内で２回、櫓材層を通過させるため、２基の濾過装置を直列に繋ぐより装置がコンパクトになる。また、櫓材層２１、２２を通過する原水の流れ方向が上下逆にしてあり、櫓材層２１では流動層が形成され、櫓材層２２は絞まった状態の濾過層が形成されることから２種類の異なる浄化作用が働いて水質浄化が促進される。
【００２２】
本システム１のもう一つの特徴は浄化に使用する濾材１５、及びそれを前記システム１に採用して原水を飲料に適した水質に浄化する浄化方法にある。原水からの有害物質の除去には凝集沈澱法が一般的に採用される。しかし、この方法では浄化に時間がかかる上、設備が大型になる。本システム１は天然沸石を粉砕、薬剤処理して多孔質細孔を表面に形成させた加工沸石を使用する浄化方法を採用する。原水に薬剤を投入して原水中の有害・汚染物質をコロイド状粒子物質に変え、それを多孔質細孔を形成させた加工沸石の表面で凝集、吸着させて除去する。
【００２３】
加工沸石は次のようにして調製する。先ず、天然沸石を粉砕して粒状とする。それを酸の水溶液を用いて浸漬処理し、天然沸石中の無機不純物質、有機不純物質を分解させる。次にアルカリ水溶液で中和し、洗浄して不純物を除去する。必要に応じて水で洗浄を行なう。次いで酸化剤又は還元剤の水溶液に処理した沸石を浸漬し、洗浄した後、乾燥させる。次に乾燥させた粒状の沸石を加熱焼成して焼結させ、焼結した沸石から粒状のものを選別する。選別する粒子は粒子径１〜５ｍｍのものが好ましい。粒子が大きすぎると逆洗の際に浮き上がらず、付着した有害・汚染物質が除去されにくい。逆に粒子が細かすぎると逆洗の際に逆洗水と共に流失してしまう。このようにして調製した加工沸石は比重が０．８〜１．２で、１ｇ当たり１５０〜２００ｍ2 の非常に大きい表面積をもつ多孔質体となる。図４はこのようにして調製した加工沸石の電子顕微鏡写真である。その主成分は酸化珪素、酸化アルミニウムで、他に酸化マンガン、酸化チタン、酸化鉄を微量含有する。
【００２４】
本システム１ではこのようにして調製した加工沸石を用い、次のようにして有害・汚染物質を含む原水から飲料に適した水質の飲料水を生成する。最初に前記粒状の加工沸石を濾過装置７内の第１、第２濾過室１２、１３に濾材として投入する。次に、酸化剤およびアルカリの水溶液を順次注入する。酸化剤の分解により発生する発生期の酸素により、加工沸石の多孔質の細孔内部表面に電荷、活性点が発生し、加工沸石は活性化された状態となる。
【００２５】
循環ポンプ６から送出された原水には、濾過装置７への導入前に薬剤注入装置９により原水１リットル当たり次亜塩素酸ナトリウム５〜１５ｍｇ、ポリ塩化アルミニウムを５〜１５ｍｇ加え、原水中の有害・汚染物質を中和処理する。有害・汚染物質の多い原水の場合には更に酸化剤を同時に加える。そして、入側配管１９を通して濾過装置７の第１濾過室１２の下部空間に注入する。注入された原水は濾材支持パネル１６の網目を抜け、櫓材層２１を上昇通過する。原水が下から上に通過することにより櫓材層２１は流動化される。櫓材層２１を通過した原水は第２濾過室１３の櫓材層２２を上から下に通過し、濾材支持パネル１６の網目を抜けて下部空間に入る。そして出側配管２０から排出されて貯水槽８に貯水される。
【００２６】
次亜塩素酸ナトリウムとポリ塩化アルミニウムによる中和処理により生成した水酸化アルミニウムと有害・汚染物質のコロイド状粒子物質は、活性化された加工沸石の表面で凝集し、凝集物は加工沸石の多孔質の表面に吸着されて除去される。櫓材層２１、２２を通過して有害・汚染物質を除去した水には酸化剤を必要量（例えば、次亜塩素酸ナトリウムについては塩素イオン１ｍｇ／ｌ以上）残存させる。酸化剤が必要以上残存していないと加工沸石の表面が活性化されず、電荷、活性点が発生しないためである。残存する酸化剤の量は薬剤注入装置９により投入する次亜塩素酸ナトリウムの量で調整する。加工沸石の表面に吸着された有害・汚染物質の凝集体は、洗浄水を逆流させる等の一般的な方法で加工沸石を洗浄することにより表面より除去して加工沸石を再生させる。
【００２７】
次に本システム１により有害・汚染物質を含む汚水を濾過処理した実験例を説明する。表１は、砒素を含むため水道水の水質基準に適合しなかった井戸水を濾過処理した実験結果である。実験は井戸水に次亜塩素酸ナトリウム１０ｍｇ／ｌ、ポリ塩化アルミニウム１０ｍｇ／ｌを加え、加工沸石を使用した濾過装置７を通過させた。濾過装置７を通過した浄化後の水には次亜塩素酸イオンが１ｍｇ／ｌ以上残存するように次亜塩素酸ナトリウムの投入量を調整した。その結果、原水に０．０２３ｍｇ／ｌ含まれていた砒素は、濾過後には０．００１ｍｇ／ｌ未満に低下した。水道水中に含まれる砒素の水質基準は０．０１ｍｇ／ｌ以下であり、その水質基準を十分に満たす飲料水が得られた。
【００２８】
砒素は井戸水等の地下水には亜砒酸として存在する。亜砒酸の除去は塩化第二鉄と反応させて亜砒酸第二鉄とした上で凝集沈澱させるのが一般的である。しかし、この方法では砒素の濃度を０．０６〜０．０３ｍｇ／ｌ程度にしか下げることができず、水道水の水質基準値０．０１ｍｇ／ｌ以下を達成することは困難である。実験により本システム１が砒素の除去に有効であることが確認された。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
表２、表３は、フッ素を含むため水道水の水質基準に適合しなかった井戸水を濾過処理した二つの実験結果である。この場合も井戸水には次亜塩素酸ナトリウム１０ｍｇ／ｌ、ポリ塩化アルミニウム１０ｍｇ／ｌを加えて加工沸石を使用した濾過装置７を通過させた。濾過装置７を通過した後の浄化水には、次亜塩素酸イオンが１ｍｇ／ｌ以上残存するように次亜塩素酸ナトリウムの投入量を調整した。いずれの実験の場合も濾過後の水のフッ素濃度は０．０８ｍｇ／ｌ未満となり、飲料水としてのフッ素の水質基準０．８ｍｇ／ｌ以下を十分に下回ることが確認された。
【００３１】
水に含まれるフッ素イオンの除去は、塩化カルシウムなどを加えて水に溶けないフッ化カルシウム（蛍石）として凝集沈殿させる方法が一般的である。しかし、この方法で処理した処理水にはフッ化カルシウム化合物が５ｍｇ／ｌ前後残り、その除去が非常に困難である。本システム１による濾過ではそうした物質も残らず、水道水についてのフッ素の水質基準を大幅に下回る飲料水が得られることが確認された。
【００３２】
【表２】
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【表３】
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【００３３】
表４は、原水中の一般細菌の除去効果を確認するために行なった実験結果である。一般細菌は塩素イオンにより殺菌できるが菌体まで除去することは困難である。実験では一般細菌が混入しているため飲料水として不適合な井戸水を原水とし、次亜塩素酸ナトリウム約１０ｍｇ／ｌ、ポリ塩化アルミニウム約１０ｍｇ／ｌを加え、加工沸石を使用した濾過装置７を通過させた。濾過装置７を通過した浄化後の水には、次亜塩素酸イオンが１ｍｇ／ｌ以上残存するように次亜塩素酸ナトリウムの投入量を調整した。
【００３４】
処理後の水には一般細菌、大腸菌群は検出されず、細菌類についての水道水の水質基準を満たす飲料水が得られた。なお、この実験では他の水道水の水質基準についての分析を行ったのでその結果も表４に示した。
【００３５】
【表４】
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【００３６】
上記実験例に示したように本システム１は砒素、フッ素、一般細菌を効果的に除去できる他、他の実験により銅イオン、鉛イオン、鉄、マンガン、亜鉛、水銀、バナジウム、セレン、燐、クロム、カドミウム等の金属、更には、放射性セシウムをも効果的に除去できることが確認されている。しかも、これら多種類の有害金属・汚染物質の除去が同一の処理方法により可能であり、除去する有害金属・汚染物質の種類により処理方法を変える必要がないことが確認されている。
【００３７】
以上説明したように、本発明の非常時用飲料水供給システム１は原水に含まれる有害・汚染物質、更には一般細菌類の除去に優れた効果を発揮する。本システム１を使用することによりプール、河川、池等の原水から飲料水としての水質基準を満たす水を得ることができる。更に、本システム１は非常用電源装置５を備えるため電力インフラが機能しなくなった場合にも直ぐに稼働させることができるため、大災害時における住民への飲料水供給設備として優れた効果を発揮する。
【００３８】
（変形実施形態）前記実施形態では図２に示したようには、濾過装置７内には垂直な仕切り隔壁１１を取り付けて水平方向に第１濾過室１２と第２濾過室１３の２室を設けた。このような垂直仕切り隔壁に代えて図３に示すように、円筒状隔壁１１ａを設けて径方向に第１濾過室１２と第２濾過室１３の２室を設けてもよい。入側配管１９は第１濾過室１２の底部に当たる濾過容器１０の底面を貫いて、出側配管２０は第２濾過室１３の底部に当たる濾過容器１０の底面を貫いて設ける。入側配管１９から流入した原水は第１濾過室１２を上昇通過した後、円筒状隔壁１１ａを乗り越えて第２濾過室１３に入り、第２濾過室１３を下降通過した後、出側配管２０から流出して貯水槽８に流れる。このような構成にしても前記実施形態の濾過装置７と同様の濾過効果が得られる。
【符号の説明】
【００３９】
図面中、１は非常時用飲料水供給システム、３は取水配管、４はヘアーキャッチャー、５は非常用電源装置、６は循環ポンプ、７は濾過装置、８は貯水槽、１０は濾過容器、１１、11aは隔壁、１２は第１濾過室、１３は第２濾過室、１５は濾材、１６は濾材支持パネル、１７は網、１９は入側配管、２０は出側配管、２１、２２は櫓材層を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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