(57)【要約】【課題】既存の水道施設にあまり手を加えることなく、残留塩素濃度が十分に高い安全な水道水を需要者に供給することができる上水貯留槽用浄水流出装置と上水貯留槽用浄水管理システムを提供すること。【解決手段】原水を浄水する浄水ユニット１２から流入管１４を介して上水貯留槽１３に水を供給し、当該貯留槽１３の底部１５側に設けた流出管２４を介して上水を流出させる上水貯留槽用浄水流出装置１１において、前記流入管２４に接続した導水管１６を前記貯留槽１３の底部１５側に向けて臨ませ、かつ、前記導水管１６の先端部２９の吐出部３０を前記流出管２４の近傍位置に配設して前記貯留槽内１３の水が撹拌されないようにして前記貯留槽内１３の水の残留塩素濃度を維持させるようにしたことを特徴とする上水貯留槽用浄水流出装置１１である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を浄水する浄水ユニットから流入管を介して上水貯留槽に水を供給し、当該貯留槽の底部側に設けた流出管を介して浄水を流出させる上水貯留槽用浄水流出装置において、前記流入管に接続した導水管を前記貯留槽の底部側に向けて臨ませ、かつ、前記導水管の先端部の吐出部を前記流出管の近傍位置に配設して前記貯留槽内の水が撹拌されないようにして前記貯留槽内の水の残留塩素濃度を維持させるようにしたことを特徴とする上水貯留槽用浄水流出装置。
【請求項２】
前記導水管の下端部に略水平方向に吐出管を接続し、この吐出管の吐出部と前記流出管の流出部の設置距離を前記貯留槽の水深の３分の１程度以下の近傍に配設して吐出管から吐出した新鮮な水を前記流出管から流出させるようにした請求項１に記載の上水貯留槽用浄水流出装置。
【請求項３】
前記流入管と前記導水管をＴ型継手を介して接続し、このＴ型継手の上部に開口部を設けて逆流防止機能と水頭圧で前記貯留槽内に水を静かに供給した請求項１に記載の上水貯留槽用浄水流出装置。
【請求項４】
前記導水管の口径を前記流入管の口径よりも大きくし、または、前記吐出管を拡大させて複数の穴から水を通過させて流速を減速させるようにして前記貯留槽内の水を撹拌しないようにした請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の上水貯留槽用浄水流出装置。
【請求項５】
前記導水管の先端を下向き斜めに切断した吐出部として前記貯水槽内の水を減速させるようにした請求項１乃至３の何れか１項に記載の上水貯留槽用浄水流出装置。
【請求項６】
原水を浄水する浄水ユニットから貯留槽内に水を供給し、この貯留槽には、Ｌ−Ｈ間の水位を測定する水位計と塩素濃度を維持した水を流出する流出管を設けた上水貯留槽用浄水管理システムにおいて、
前記水位計のＬ−Ｈ間の変動回数（Ｎ回）と、Ｌ−Ｈ間の水位差に相当する水量（Ｑ）により、前記貯留槽に流入した水の総追加水量（Ｑ×Ｎ）を算出し、前記貯留槽の残留塩素濃度を維持するために必要な最低流入水量（Ａ）と比較して、前記総追加水量（Ｑ×Ｎ）が、前記最低流入水量（Ａ）より少なかった場合は、不足水量を次回に強制処理して前記貯留槽内の残留塩素濃度を維持管理するようにしたことを特徴とする上水貯留槽用浄水管理システム。
【請求項７】
前記水位計で前記貯留槽の水位が満水位を検出しても前記浄水ユニットを作動させて前記貯留内の上部の古い水をオーバーフロー排出させた請求項６に記載の上水貯留槽用浄水管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上水貯留槽内の水の残留塩素濃度を維持することができる上水貯留槽用浄水流出装置と上水貯留槽用浄水管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、過疎化等により小規模集落の人口が減少し、既設の水処理施設等のおける建設時の設計水量に対して極端に使用量が減少したため、配水池等の上水貯留槽内に長期間水が滞留することで、残留塩素濃度が低下し衛生性を維持できなくなるなどの問題が生じている。
【０００３】
一般的に、小規模な水道事業者の施設では、図８に示すように、原水を濾過した後に塩素を投入して消毒した水を流入管１により配水池等の上水貯留槽２の上部から落とし込みにより流入させ、槽下部から流出管３により流出させて需要者に供給している。この上水貯留水槽内の水の残留塩素濃度は時間経過とともに低下し、また、水温が高いほど低下し易くなる。
【０００４】
このため、上水貯留槽の容量に対して水の使用量が少ない場合には、上水貯留水槽内に水が滞留する時間が長くなることにより、残留塩素濃度が低下した水が需要者に供給されるおそれがあり、水温が上昇する夏期において特に問題となる。
【０００５】
上水貯留槽内の水の残留塩素濃度を水道法の規定に従って管理するため、従来から、人手により定期的に上水貯留槽の水を排出して残留塩素濃度の高い新鮮な水と入れ替えることにより、上水貯留槽内の水の残留塩素濃度を維持する作業や、上水貯留槽内の貯水量を使用量に見合った量で管理することにより水の長期滞留を防止し、上水貯留槽内の残留塩素濃度が低下することを防止するなどの対応がなされている。上水貯留槽内の水の残留塩素濃度は、水の使用量の変動や、季節変動による水温変化などで変化するため、人手による定期的な水の入れ替えでは迅速な対応が難しいだけでなく、作業も非常に手間がかかるものとなる。
【０００６】
また、図９のように、ポンプ４、残留塩素計５、残留塩素調節設備６を設け、自動的に上水貯留槽２内の水の残留塩素濃度を計測し、残留塩素濃度が低下している場合には塩素を供給して残留塩素濃度を調整する方法も行われているが、自動的に残留塩素濃度を調整する装置は高額であり、費用負担が大きくなる。
【０００７】
飲料水などの生活用水は必要不可欠であることから、日常生活における飲料水等の必要性は議論の余地はなく、水道の普及区域においては今後も水道水を安定供給することが求められている。一方で、前述したような従来の方法による水道施設の維持管理には、多くの人手を要したり、高額な設備を要したりするため、特に過疎化の進んだ地域の場合には、ごく少数の需要者のために水道施設に多大な費用をかけることは費用対効果の面から困難であり、また現実的ではない。    
【０００８】
過疎化の進んだ地域においては、既設の水道用の水処理施設等の建設時の設計水量に対し、現在の水使用量は極端に減少しており、配水池等の上水貯留槽内での水の滞留時間が長くなっている。前述したように、上水貯留水槽内の水の残留塩素濃度は、時間の経過に伴って低下するが、上水貯留槽の貯水容量に対し水の使用量が少ない場合には、上水貯留水槽内の水の滞留時間が長くなり、残留塩素濃度が低下した衛生上の問題がある水が需要者に供給される恐れがあり、特に水温が上昇する夏期には大きな問題となる。
【０００９】
この上水貯留槽内の水の残留塩素濃度が低下する問題の対策として、上水貯留槽の貯水量を水の使用量に見合った容量に削減することにより、上水貯留槽内における水の滞留時間を短縮し、供給される水道水の残留塩素濃度が基準値を下回らないようにすることが考えられる。しかしながら、水道事業者には、「毎分１ｍ３以上で、かつ、連続４０分以上の給水能力を有する（貯水量が４０ｍ３以上）」消防水利を設置することが求められているため、過疎化の進んだ地域の小規模水道施設であっても、上水貯留槽の最小貯水量を前記基準に適合させる必要がある。
【００１０】
また、上水貯留槽の貯水量を前記基準よりも少ない現在の使用量に合わせて維持管理した場合、火災発生時の消火用水量が不足するだけでなく、火災以外の理由で突発的に水使用量が増加した際には対応が困難になるので、水道水の安定供給を目的とする水道事業の目的からも適切ではない。
【００１１】
このような小規模施設における上水貯留槽内の水の残留塩素濃度を維持するものとして、特許文献１には、上水貯水槽内の残留塩素濃度を常時観測し、残留濃度が低下した場合には上水貯水槽内の水を排出して残留塩素濃度が高い新鮮な上水に入れ替え、上水貯水槽内残留塩素濃度を自動的に管理する上水貯水槽が開示されている。
【００１２】
また、特許文献２には、貯水槽内部の流入管の端部に一部オーバーラップした状態で直列状に大口径管を備え、流入水と貯留水との間で熱交換を行うとともに、流入管から流出する水の流れで貯留水を大口径管へ連行して混同することにより、貯水部内で水の温度差による成層領域の形成を防止し、水の置換効率を向上させる貯水槽が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平１０−１３１２４４号公報
【特許文献２】特開平１１−３５０５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１の上水貯水槽で過疎化の進んだ地域の小規模集落における水道の残留塩素濃度を維持しようとすると、残留濃度が低下した貯留水を比較的短時間で排出して新規な上水と入れ替えることになるので、この入れ替えの間も水道機能を維持するためには、浄水ユニットが高い上水供給能力を有することが必要となり、既存の浄水ユニットの更新などによる経済的負担が生じる問題がある。
【００１５】
また、特許文献２の貯水槽では略連続して貯水槽に上水を供給する必要があるため、この貯水槽で過疎化の進んだ地域の小規模集落における水道の残留塩素濃度を維持しようとすると、使用量を超える上水を略連続して貯水槽に供給するとともに、余剰分の上水を貯水槽から排出する必要があるので、既存の浄水ユニットの更新や浄水経費の増加による経済的負担が生じる問題がある。
【００１６】
本発明は以上の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、既存の水道施設にあまり手を加えることなく、残留塩素濃度が十分に高い安全な水道水を需要者に供給することができる上水貯留槽用浄水流出装置と上水貯留槽用浄水管理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】
【００１７】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、原水を浄水する浄水ユニットから流入管を介して上水貯留槽に水を供給し、当該貯留槽の底部側に設けた流出管を介して浄水を流出させる上水貯留槽用浄水流出装置において、前記流入管に接続した導水管を前記貯留槽の底部側に向けて臨ませ、かつ、前記導水管の先端部の吐出部を前記流出管の近傍位置に配設して前記貯留槽内の水が撹拌されないようにして前記貯留槽内の水の残留塩素濃度を維持させるようにしたことを特徴とする上水貯留槽用浄水流出装置である。
【００１８】
請求項２に係る発明は、前記導水管の下端部に略水平方向に吐出管を接続し、この吐出管の吐出部と前記流出管の流出部の設置距離を前記貯留槽の水深の３分の１程度以下の近傍に配設して吐出管から吐出した新鮮な水を前記流出管から流出させるようにした上水貯留槽用浄水流出装置である。
【００１９】
請求項３に係る発明は、前記流入管と前記導水管をＴ型継手を介して接続し、このＴ型継手の上部に開口部を設けて逆流防止機能と水頭圧で前記貯留槽内に水を静かに供給した上水貯留槽用浄水流出装置である。
【００２０】
請求項４に係る発明は、前記導水管の口径を前記流入管の口径よりも大きくし、または、前記吐出管を拡大させて複数の穴から水を通過させて流速を減速させるようにして前記貯留槽内の水を撹拌しないようにした上水貯留槽用浄水流出装置である。
【００２１】
請求項５に係る発明は、前記導水管の先端を下向き斜めに切断した吐出部として前記貯水槽内の水を減速させるようにした上水貯留槽用浄水流出装置である。
【００２２】
請求項６に係る発明は、原水を浄水する浄水ユニットから貯留槽内に水を供給し、この貯留槽には、Ｌ−Ｈ間の水位を測定する水位計と塩素濃度を維持した水を流出する流出管を設けた上水貯留槽用浄水管理システムにおいて、前記水位計のＬ−Ｈ間の変動回数（Ｎ回）と、Ｌ−Ｈ間の水位差に相当する水量（Ｑ）により、前記貯留槽に流入した水の総追加水量（Ｑ×Ｎ）を算出し、前記貯留槽の残留塩素濃度を維持するために必要な最低流入水量（Ａ）と比較して、前記総追加水量（Ｑ×Ｎ）が、前記最低流入水量（Ａ）より少なかった場合は、不足水量を次回に強制処理して前記貯留槽内の残留塩素濃度を維持管理するようにしたことを特徴とする上水貯留槽用浄水管理システムである。
【００２３】
請求項７に係る発明は、前記水位計で前記貯留槽の水位が満水位を検出しても前記浄水ユニットを作動させて前記貯留内の上部の古い水をオーバーフロー排出させた上水貯留槽用浄水管理システムである。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１に係る発明によると、浄水ユニットから残留塩素濃度の高い上水（以下、「新鮮な水」という。）を供給する流入管に接続した導水管を上水貯留槽の底部側に向けて臨ませ、かつ、導水管の先端部の吐出部をその上水貯留槽の底部側に設けた流出管の近傍位置に配設し、上水貯留槽内の水が撹拌されないように静かに上水貯留槽内に供給するので、上水貯留槽に供給された新鮮な水は流出管の近傍に供給されるとともに、上水貯留槽内に滞留している残留塩素濃度が低下した上水（以下、「古い水」という。）の下側に新鮮な水の層を形成するので、流出管から新鮮な水を優先的に供給することができる。
【００２５】
また、既存の浄水貯留槽に対しては、流入管に接続した導水管を上水貯留槽の底部側に向けて臨ませ、かつ、導水管の先端部の吐出部をその上水貯留槽の底部側に設けた流出管の近傍位置に配設するだけで、他に一切手を加える必要がないので、既存の上水貯留槽を簡単かつ安価に改修することができる。
【００２６】
請求項２に係る発明によると、導水管の下端部に吐出管を略水平方向に接続し、この吐出管の吐出部と流出管の流出部の設置距離を上水貯留槽の水深の３分の１程度以下の近傍に配設しているので、吐出管の吐出部から吐出される新鮮な水を上水貯留槽の底部に確実に供給することができるとともに、流出管の吐出部を流出管の近傍に配置することができる。また、上水貯留槽の底に土やゴミが沈殿していたとしても、吐出管の吐出部が略水平方向に接続されているため、吐出管の吐出部から吐出される新鮮な水によりこれらを巻き上げることがない。
【００２７】
請求項３に係る発明によると、Ｔ型継手の上部に開口部を設けているので、上水貯留槽内に貯留されている水が何らかの原因によって浄水ユニットに逆流することがない。また、浄水ユニット内のポンプが新鮮な水を供給するために加える圧力がこの開口部により開放されるので、Ｔ型継手を介して導水管に流れ込む新鮮な水は、Ｔ型継手の設置位置と上水貯留槽内の水面との高低差に起因する水頭圧のみにより上水貯留槽の底部に静かに送水されるので、導水管の吐出部から上水貯留槽内に供給される新鮮な水は、上水貯留槽内の水を撹拌することなく、上水貯留槽の底部に新鮮な水の層を形成することができる。
【００２８】
請求項４に係る発明によると、導水管の口径を流入管の口径よりも大きくして導水管の流路面積を増加させ、導水管を流れる新鮮な水の流速を低下させているため、導水管の吐出部から、上水貯留槽内の水を撹拌することなく、新鮮な水を上水貯留槽に供給することができる。また、導水管の下端部に接続した吐出管を拡大させて複数の穴から新鮮な水を上水貯留槽に供給することによっても、吐出管から吐出される新鮮な水の流速を低下させ、上水貯留槽内の水を撹拌することなく、上水貯留槽に供給することができる。
【００２９】
請求項５に係る発明によると、導水管の先端を下向き斜めに切断して吐出部を形成しているので、吐出部の流路面積が増加したことにより、吐出部を流れる出る新鮮な水の流速を低下させるので、上水貯留槽内の水を撹拌することなく、新鮮な水を上水貯留槽に供給することができる。また、導水管を下向き斜めに切断したことにより、吐出部から流出する新鮮な水は、上水貯留槽の底部に向かって吐出されるので、上水貯留槽の底部に新鮮な水の層を形成し易くなる。
【００３０】
請求項６に係る発明によると、任意の時間間隔の制御周期を設定し、ある制御周期における総追加水量がその上水貯留槽の残留塩素濃度を維持するために必要な最低流入水量よりも不足していた場合には、その次の制御周期に移行すると同時に、その不足分を浄水ユニットで強制的に浄水処理して上水貯留槽に供給するので、上水貯留槽の残留塩素濃度を維持するために必要な最低流入水量を確保して、上水留槽内の残留塩素濃度を維持管理することができる。
【００３１】
また、既存の制御部を有する浄水ユニットと上水貯留槽に対しては、浄水ユニットの制御部のプログラムの一部を変更するのみで、上水貯留槽に対しては、水位計に簡単な改修を施すのみで、他に一切手を加えることなく、簡単かつ安価に上水貯留槽用浄水管理システムに改修することができる。
【００３２】
請求項7に係る発明によると、上水貯留槽の水位計が満水位を検出しても浄水ユニットで浄水処理を継続して上水貯留槽に新鮮な水を供給することにより、上水貯留槽の底部に新鮮な水の層を形成するとともに、上水貯留槽上部の古い水を押し上げて上水貯留槽外にオーバーフロー排出させるので、上水貯留槽内に確実に強制処理した新鮮な水を留まらせることができ、上水貯留槽の残留塩素濃度を維持するために必要な最低流入水量を確保し、上水留槽内の残留塩素濃度を維持管理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のおける上水貯留槽用浄水流出装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】（ａ）水平方向に曲げた導入管の先端部に設けた吐出管、（ｂ）水平方向に曲げた導入管の先端部を下側斜めにカットして形成した吐出部を示す模式断面図である。
【図３】本発明のおける上水貯留槽用浄水流出装置の他の実施形態を示す模式図である。
【図４】本発明のおける上水貯留槽用浄水流出装置の更に他の実施形態を示す模式図である。
【図５】本発明のおける上水貯留槽用浄水管理システムの実施形態を示す模式図である。
【図６】本発明のおける上水貯留槽用浄水管理システムの残留塩素濃度を維持する制御方法を説明する図である。
【図７】本発明のおける上水貯留槽用浄水管理システムの制御方法を示すフローチャートである。
【図８】従来の小規模な水道事業者の配水池を示す模式図である。
【図９】従来の残留塩素濃度を自動的に調整する装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に、本発明における上水貯留槽用浄水流出装置と上水貯留槽用浄水管理システムについて図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の上水貯留槽用浄水流出装置の一実施形態の模式図である。上水貯留槽用浄水流出装置１１は、原水を浄水処理する浄水ユニット１２と、浄水ユニット１２で浄水処理された新鮮な水を貯留する上水貯留槽１３と、浄水ユニット１２と前記上水貯留槽１３を結び、前記浄水ユニット１２から前記上水貯留槽１３に浄水処理された新鮮な水を供給する流入管１４と、前記流入管１４に接続し、前記貯留槽１３の底部１５側に向けて臨ませた導水管１６とから構成されている。
【００３５】
浄水ユニット１２は、図示しない取水ポンプが水源から取水した原水を濾過、消毒する浄水処理を行い、新鮮な水を上水貯留槽１３に供給する装置であり、図１に示すように、制御盤１７、流量計１８、濾過装置１９、消毒用塩素注入装置２０とから構成されている。また、浄水ユニット１２はユニット化されているため、搬送、据え付けを簡単に行うことができる。
【００３６】
制御盤１７は、図示しない演算部と操作表示部を備えている。演算部は、前述した取水ポンプ及び消毒用塩素注入装置２０の作動を制御するとともに、流量計１８からの信号に基づき浄水ユニット１２に供給された原水の水量を計算し、また上水貯留槽１３が備える後述する水位計の信号に基づき上水貯留槽１３に供給した水量を計算する。操作表示部は、浄水ユニット１２の作動条件を任意に設定すること、及び作動状況を表示させることができる。
【００３７】
流量計１８は、浄水ユニット１２に流入する原水の体積流量（ｍ３／ｈ）を計測し、計測データを連続的に制御盤１７の演算部に送る。演算部ではこのデータを積分することにより、浄水ユニット１２に供給された原水の水量（ｍ３）を計算することができる。
【００３８】
濾過装置１９は、原水中に含まれるゴミ、耐塩素性微生物及び細菌類を濾過分離する。本実施例では、濾過性能、コンパクト性、耐久性及び耐薬品性に優れるとともに、取扱いが容易なことから、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）製の中空糸膜モジュールを使用して濾過装置を構成した。
【００３９】
消毒塩素注入装置２０は、濾過された原水に所定量の塩素（次亜塩素酸ナトリウム）を注入して殺菌、消毒し、最終的に浄化された新鮮な水を生成する。消毒塩素注入装置２０は、制御盤１７の制御を受け、前述の取水ポンプと連動して作動し、濾過装置１９を通過した原水に連続的に所定量の塩素を注入する。なお、塩素注入量は、制御盤１７により任意の量に設定することができる。
【００４０】
濾過装置１９、消毒塩素注入装置２０により原水を浄水処理して生成された新鮮な水は、浄水ユニット１２に接続された流入管１４を介して上水貯留槽１３に送られる。
【００４１】
上水貯留槽１３は、前記浄水ユニット１２から供給される上水を貯留して需要者に供給する容器であり、貯留する水の水位を検出する水位計２１と、前記水位計２１の上限水位検出部２１ａよりも上方に取水口２２が開口したオーバーフロー排出管２３と、貯留した上水を需要者に供給する流出管２４と、底部にドレイン排水管２５を備えている。
【００４２】
水位計２１は、上限水位検出部２１ａ、下限水位検出部２１ｂ及び渇水位検出部２１ｃを備えており、上水貯留槽１３内の水面２６が上限水位（Ｈ）、下限水位（Ｌ）、渇水位（ＬＬ）に達したことを検知し、検知信号を制御盤１７の演算部に送る。
【００４３】
オーバーフロー排水管２３は、水位計２１の上限水位検出部２１ａよりも上部に開口した取水口２２を備え、上水貯留槽１３に貯留される上水の水面２６がその取水口２２を超えた場合に、超えた分の上水を上水貯留槽１３外に排出する。
【００４４】
流出管２４は、上水貯留槽１３に貯留された上水を需要者に供給するために取り出す管路であり、上水貯留槽１３の底部１５近くに設けられ、その先端には給水管が接続されている。
【００４５】
ドレイン排水管２５は、上水貯留槽１３の最底部に設けられており、上水貯留槽１３内の清掃や点検を行う際に内部に貯留された水を完全に上水貯留槽１３外に排出するために使用する。
【００４６】
導水管１６は、浄水ユニット１２と上水貯留槽１３を結ぶ流入管１４にＴ型継手２８を介して接続され、上水貯留槽１３の底部１５側に向けて臨ませ、その先端部２９の吐出部３０を流出管２４の近傍位置に配設している。このため、導水管１６の吐出部３０から上水貯留槽１３内に供給された新鮮な水は、流出管２４の流出部３１周りに新鮮な水の塊を形成するので、流出管２４から上水貯留槽１３内の新鮮な水を優先的に供給することができる。
【００４７】
また、導水管１６の口径を流入管１４の口径よりも大きくして導水管１６の流路面積を増加させ、導水管１６を流れる新鮮な水の流速を低下させるようにしている。本実施例では、流水管１４のサイズ２５Ａに対し、導水管１６にサイズ５０Ａの管を使用した。
【００４８】
このＴ型継手２８の上部には、開口部２８ａを設け、逆流防止機能を持たせるとともに、浄水ユニット１２内のポンプが新鮮な水を供給するために加える圧力が、この開口部により開放されるようにしている。このため、Ｔ型継手２８を介して導水管１６に流れ込む新鮮な水は、Ｔ型継手２８の設置位置と上水貯留槽内の水面２６との高低差３２に起因する水頭圧のみにより上水貯留槽１３の底部１５に向かって静かに送水されることになる。
【００４９】
導水管１６の下端部３３の水平方向に吐出管３４を接続し、この吐出管３４の吐出部３５と流出管２４の流出部３１の設置距離３６を上水貯留槽１３の水深の３分の１程度以下の近傍に配設し、吐出管３４から吐出した新鮮な水の塊を流出管２４の流出部３１の周囲に形成させ、流出管２４から流出させるようにしている。この位置で水平方向に吐出管３４を設けることにより、導水管１６から新鮮な水を前方に押し出すように連続的に上水貯留槽１３の底部１５側に供給することができる。また、新鮮な水は水平方向に流入するため、例え、上水貯留槽１３の底部１５に泥やゴミ等が堆積していても、導水管１６から供給される新鮮な水によりこれらを巻き上げることがない。
【００５０】
水平方向に向けて接続した吐出管３４の先端は、図２（ａ）に示すように、流出方向に向かって拡大させて流路面積が増加する漏斗状に形成し、吐出部３５に複数の小穴３７が開孔した板３８を設けている。これにより、吐出管３４で新鮮な水の流速を大きく減速させた（０．１ｍ／ｓ以下）後に複数の小穴３７から分散させて浄水貯留槽１３内に供給することができる。
【００５１】
なお、図２（ｂ）に示すように、導水管１６の先端を下向き斜めに切断し、導水管１６の流路面積よりも広い面積を有する吐出部３０を形成することによっても、前述の漏斗状の吐出管３４を取り付けた場合とほぼ同様の効果を得ることができ、また、また、導水管１６を下向き斜めに切断したことにより、吐出部３０から流出する新鮮な水は、上水貯留槽１３の底部１５に向かって吐出されるので、上水貯留槽１３の底部１５側に新鮮な水の層を形成し易くなる効果もある。
【００５２】
次に、以上のように構成された上水貯留槽用浄水流出装置１１の作用を以下に詳細に説明する。
浄水ユニット１２の制御盤１７により制御される図示しない取水ポンプにより水源から取水された原水は、浄水ユニット１２に供給され、流量計１８により流量が計測された後、濾過装置１９で水中に含まれるゴミ、耐塩素性微生物及び細菌類が濾過分離される。濾過処理された後に浄水ユニット１２内を流れる処理水には、消毒用塩素注入装置２０から適量の塩素（次亜塩素酸ナトリウム）が注入されて殺菌・消毒が行われ、最終的に原水を浄水処理した上水（新鮮な水）となる。      
【００５３】
この新鮮な水は、浄水ユニット１２に接続された流入管１４を介して上水貯留槽１３へと送水され、流入管１４にＴ型継手２８を介して接続された導水管１６により上水槽貯留槽１３内に供給される。
【００５４】
このＴ型継手２８の上部には、開口部２８ａが設けられているので、何らかの原因により導水管１６から流入管１４に向けて水が逆流することがない。また、浄水ユニット１２内のポンプが新鮮な水を供給するために加える圧力がこの開口部２８ａにより開放されるため、Ｔ型継手２８を介して導水管１６に流れ込む新鮮な水は、Ｔ型継手２８の設置位置と上水貯留槽内の水面２６との高低差３２に起因する水頭圧のみにより上水貯留槽１３の底部１５側に向かって静かに送水されることになる。
【００５５】
これに加え、流入管１４に接続された導水管１６の径は、流入管１４の径よりも大きいため、導水管１６を流れる新鮮な水の流速は、さらに減速されて上水貯留槽１３の底部１５に向かって静かに送水される。
【００５６】
導水管１６は、上水貯留槽１３の上部から底部に向かって垂直に延伸しているが、底部１５との距離が槽内の水深の３分の１程度以下の付近で導水管１６の下端部３３の水平方向に向けて吐出管３４を接続し、吐出管３４の吐出部３５からさらに流速を減速させた（０．１ｍ／ｓ以下）新鮮な水を上水貯留槽１３内に供給する。
【００５７】
このように、新鮮な水は流速を極めて低下させてから上水貯留槽１３内の流出管２４の近傍位置に供給されるため、新鮮な水の流れが上水貯留槽１３内に貯留されている古い水を撹拌することで新鮮な水と古い水が混合することがなく、流出管１４の流出部３１の周囲に新鮮な水の塊を形成するとともに、連続的かつ広範囲に上水貯留槽１３の底部１５側に新鮮な水の層を形成する。
【００５８】
一般的に、水源地から取水して浄水処理した直後の新鮮な水の水温は、上水貯留槽１３内に滞留している古い水の水温よりも低いため、上水貯留槽１３に供給された新鮮な水の比重は上水貯留槽１３内に滞留している古い水の比重より大きい。このため、導水管１６から低い流速で上水貯留槽１３内の古い水を撹拌しないように供給された新鮮な水は、貯留上水貯留槽１３内の古い水を撹拌して混合することなく新鮮な水の塊を形成して上水貯留槽１３の底部１５に沈み込み、新鮮な水が滞留する領域を上水貯留槽１３の底部１５側に形成することになる。
【００５９】
このため、水道の需要者には、上水貯留槽１３の底部１５に設けられている流出管２４を介し、上水貯留槽１３の底部１５側に形成された新鮮な水の領域から優先的に新鮮な水を供給することができる。
【００６０】
また、浄水ユニット１２からの新鮮な水の供給が続くと、上水貯留槽１３に供給された新鮮な水の量が増加し、上水貯留槽１３の底部１５側に形成された新鮮な水の領域の厚みが増加し、その上に形成されている古い水の領域全体を押し上げることになる。古い水の領域の水面が上昇して上限水位（Ｈ）に達すると、水位計２１の上限水位検知部２１ａがそれを検知し、信号を浄水ユニット１２の制御盤１７に検知信号を送る。制御盤１７は、この検知信号により取水ポンプ、消毒用塩素注入装置２０の作動を停止させて浄水ユニット１２の運転を停止し、浄水処理を停止する。
【００６１】
上水貯留槽１３の底部１５側に形成された新鮮な水の領域から新鮮な水が需要者に供給されると、新鮮な水の領域の厚みは減少するので、その上に形成されている古い水の領域全体が降下することになる。上水貯留槽１３に貯留された上水の水面２６が降下して下限水位（Ｌ）に達すると、水位計２１の下限水位検知部２１ｂがそれを検知し、検知信号を浄水ユニット１２の制御盤１７に送る。制御盤１７は、この検知信号により取水ポンプ、消毒用塩素注入装置２０を作動させて浄水ユニット１２の運転を開始し、浄水処理を再開する。
【００６２】
以上説明したように、上水貯留槽用浄水流出装置１１は、原水を浄化処理した水温の低い新鮮な水を、上水貯留槽１３内に滞留する古い水を撹拌しない低い流速で上水貯留槽１３の底部１５側に供給することができるように構成されている。そのため、上水貯留槽１３に供給された新鮮な水は、古い水と混合することなく新鮮な水の塊を形成して上水貯留槽１３の底部１５側に沈み込み、上水貯留槽１３の底部１５側に新鮮な水が滞留する領域を形成するので、流出管２４から優先的に新鮮な水を供給することができる。
【００６３】
すなわち、本発明における上水貯留槽用浄水流出装置は、浄水処理した残留塩素濃度が高い新鮮な水を上水貯留槽に供給する際に、上水貯留槽内の古い水を撹拌して混合し、内部の水の残留塩素濃度を均一化することによって残留塩素濃度が低下した水が供給されることを防止するのではなく、浄水処理した残留塩素濃度が高い新鮮な水を上水貯留槽内の古い水を撹拌しないような低速で上水貯留槽に供給することにより、上水貯留槽の上部側に残留塩素濃度が低下した古い水の領域、底部側に残留塩素濃度が高い新鮮な水の領域を形成させ、流出管からの供給は底部側の残留塩素濃度が高い新鮮な水の領域から行われるようにすることにより、水道の需要者に残留塩素濃度が低下した古い水が供給されることを防止するようにしている。  
【００６４】
次に、本発明における上水貯留槽用浄水流出装置の他の実施形態、及び更に他の実施形態を説明する。他の実施形態、及び更に他の実施形態では、浄水ユニット１２は前記実施形態と同一なので、前記実施形態と異なる上水貯留槽１３の部分についてのみ図面に基づいて説明する。なお、共通する構造、部品を示す番号については、前記実施形態と同じ番号を使用する。  
【００６５】
図３に示す他の実施形態では、上水貯留槽１３内に上部と下部を隔てる板状部材４１を配置し、導水管１６をこの板状部材４１に複数設けた連通孔４２のなかの一つを挿通させ、その先端部２９の吐出部３０を流出管２４の近傍位置に配設している。
【００６６】
浄水ユニット１２から供給され、導水管１６内で減速された新鮮な水は、上水貯留槽１３内を上部と下部を隔てる板状部材４１の下方で吐出される。吐出された新鮮な水は、流速が低いため、上水貯留槽１３内の古い水を撹拌することなく新鮮な水の塊を形成し、板状部材４１の下方に存在する古い水を板状部材４１の連通孔４２を通過させて板状部材４１の上方へ押し上げる。最終的には、板状部材４１の上方には古い水の領域を、板状部材４１の下方には新鮮な水の領域を形成するので、流出管２４から新鮮な水を給水することができる。
【００６７】
この他の実施形態では、古い水の領域と新鮮な水の領域の間が、連通孔４２を有するとはいえ板状部材４１で隔てられているので、新鮮な水の古い水の領域への拡散が起こりにくいメリットがある。
【００６８】
図４に示すさらに他の実施形態では、上水貯留槽１３の底部１５に流出管２４を覆うサブタンク４５を設け、導水管１６をこのサブタンク４５内に延伸させている。また、サブタンク４５を構成する板材には複数の開口部４６が設けられているため、上水貯留槽１３内の水はこの開口部４６を通過してサブタンク４５の内部と外部の間を自由に移動することができる。また、水位計２１の渇水位検出部２１ｃは、サブタンク４５の上方近傍に位置するように配置されている。
【００６９】
浄水ユニット１２から供給され、導水管１６内で減速された新鮮な水は、サブタンク４５内に延伸している導水管１６の先端部２９の吐出部３０から吐出される。サブタンク４５内に吐出された新鮮な水は、流速が低いため、サブタンク４５内の古い水を撹拌することなく新鮮な水の塊を形成し、サブタンク４５内に存在する古い水をサブタンク４５の開口部４６を通過させてサブタンク４５外に押し出す。最終的にはサブタンク４５内には新鮮な水の領域を、サブタンク４５外部には古い水の領域を形成するので、流出管２４からはサブタンク４５内の新鮮な水を供給することができる。
【００７０】
この更に他の実施形態では、新鮮な水の領域をサブタンク４５内に形成すれば足りるので、上水貯留槽１３の容量の割には使用量が少ない場合に、不必要に浄水処理能力が高い浄水ユニット１２を使用しないで済むメリットがある。また、古い水の領域と新鮮な水の領域が、開口部４６を有するとはいえサブタンク４５で隔てられているので、新鮮な水の古い水の領域への拡散が起こりにくいメリットもある。
【００７１】
次に、本発明における上水貯留槽用浄水管理システムについて説明する。
図５は、本発明の上水貯留槽用浄水管理システムの一実施形態の模式図である。上水貯留槽用浄水管理システム５１は、図１に示す上水貯留槽用浄水流出装置と同様に構成されているので、共通する構造、部品を示す番号については、図１の上水貯留槽用浄水流出装置と同じ番号を使用し、説明を省略する。
【００７２】
本発明における上水貯留槽用浄水管理システムは、通常、上水貯留槽内の水位変動（Ｌ−Ｈ水位変動）により自動的に運転と停止を繰り返し、上水貯留槽内に所要の容量の上水を貯留する制御（水位制御）を行っている。
【００７３】
しかしながら、このように制御するだけでは、上水貯留槽の容量に対して水の使用量が少ない場合には、貯留部に供給された新鮮な水の滞留時間が長くなり、時間経過に伴って上水貯留槽の内部で新鮮な水が徐々に古い水の領域に拡散するため、次第に上水貯留槽に貯留された上水全体の残留塩素濃度が平均化されるとともに低下してしまう。
【００７４】
このような不具合を防止するため、本発明における上水貯留槽用浄水管理システムにおいては、定期的に一定量の新鮮な水を貯留部に供給して古い水を外部に排出するとともに、貯留部の下部に新鮮な水が滞留する領域を形成させる制御（強制処理）を行うようにしている。
【００７５】
具体的には、先ず強制処理の判断を行う制御周期（例えば、２４時間）を決定し、これを強制処理の実施周期とする。次に、先に設定した強制処理を行う制御周期にわたり、上水貯留槽１３内の上水の残留塩素濃度を維持するために必要な新鮮な水の最低流入水量Ａ（ｍ３）を求める。なお、このＡの値は水温、気温により変化するので、季節毎に実際に上水貯留槽に貯留された上水の残留塩素濃度の変化を測定し、その結果から設定する必要がある。
【００７６】
浄水ユニット１２の制御盤１７の操作表示部により前記制御周期及び前記最低流入水量Ａを入力し、入力した制御周期が経過する毎に、制御盤１７でその制御周期における水位変動（Ｌ−Ｈ水位変動）の回数Ｎをカウントする。次に、Ｌ−Ｈ水位間の水位差５２に相当する水量Ｑ（ｍ３）から、上水貯留槽１３に供給された新鮮な水の総追加水量であるＱ×Ｎ（ｍ３）を求める。
【００７７】
この総追加水量（Ｑ×Ｎ）と残留塩素濃度を維持するのに必要な最低流入水量（Ａ）と比較し、総追加水量（Ｑ×Ｎ）が残留塩素濃度を維持するのに必要な最低流入水量（Ａ）より少なかった場合には、その不足分（Ａ−Ｑ×Ｎ）を計算する。
【００７８】
そして、次の制御周期が開始された直後に、浄水ユニット１２によりその不足分（Ａ−Ｑ×Ｎ）を追加処理し、上水貯留槽１３に供給する強制処理を実施する。なお、強制処理した水量は、浄水ユニット１２の流量計１８の計測値（ｍ３／ｈ）を制御盤１７で積分することにより求めることができる。
【００７９】
図５に示すように、この強制処理においては、前記不足分が浄水ユニット１２で浄水処理されて上水貯留槽１３に供給され、上水貯留槽１３の底部１５側に新鮮な水の領域を形成するため、古い水の領域は押し上げられてオーバーフロー排水管２３の開口部２２に流入し、オーバーフロー排水管２３を介して上水貯留槽１３の外部に排出される。このとき、この開口部２２は、水位計２１の上限水位検出部２１ａよりも上方に設けられているため、上限水位検出部２１ａは水面２６が上限水位に達した信号を発するが、強制処理においては、制御盤１７はこの信号を無視し、浄水ユニット１２の浄水処理量が前記不足分に達するまで強制処理を継続する。
【００８０】
この強制処理により、上水貯留槽１３には直前の制御周期において不足していた新鮮な水が供給されるので、上水貯留槽１３には残留塩素濃度を維持するのに必要な最低流入水量（Ａ）が供給されたことになる。
【００８１】
図６により、水位制御と強制処理による制御方法を詳しく説明する。図６は、実在する小規模水道施設を利用して取得したデータに基づき作成したものである。この施設で使用されている浄水ユニットの浄水処理能力は一日当たり１５ｍ３である。また、実績として、上水貯留槽へ供給する新鮮な水の量を一日当たり７ｍ３とすると、この水道施設の給水管路末端の蛇口から供給される水道水の残留塩素濃度を０．２ｍｇ／Ｌに維持することができたので、この供給量を基準とし、残留塩素濃度を維持するのに必要な最低流入水量（Ａ）を７ｍ３とした。
【００８２】
図６において、縦軸は上水貯留槽１３への上水の供給水量、横軸は時間を示し、時間経過に伴う供給水量の変化を表している。なお、横軸は、制御周期（２４時間）毎に区切り、各制御周期を明確にしている。また、水平な一点鎖線は、供給水量が残留塩素濃度を維持するのに必要な最低流入水量である７ｍ３を示す線である。グラフの斜線部分は、上水貯留槽１３内の水面２６が下限水位２１ｂに達した後、浄水ユニット１２が浄水処理を行って新鮮な水を供給していることを示す部分であり、グラフの水平部分は上水貯留槽１３内の水面２６が上限水位２１ａに達した後に下限水位２１ｂに達していないため、浄水ユニット１２が浄水処理を停止していることを示している。
【００８３】
第１制御周期では水道水の使用量が少なかったため、水位制御では、新鮮な水が４ｍ３しか上水貯留槽１３に供給されておらず、残留塩素濃度を維持するのに必要な最低流入水量である７ｍ３に対して３ｍ３が不足している。このため、第２制御周期が開始されると直ちに強制処理に移行し、この不足する３ｍ３分を浄水処理して上水貯留槽１３に供給し、その後通常の水位制御へと移行する。
【００８４】
第２制御周期においても水道水の使用量が少なかったため、強制処理分を含めても新鮮な水が５ｍ３しか上水貯留槽１３に供給されておらず、残留塩素濃度を維持するのに必要な最低流入水量である７ｍ３に対して２ｍ３が不足している。このため、第３制御周期が開始されると直ちに強制処理に移行し、この不足する２ｍ３分を浄水ユニット１２で浄水処理して上水貯留槽１３に供給し、その後通常の水位制御へと移行する。
【００８５】
第３制御周期においては水道水の使用量が多かったため、強制処理分を含めて９ｍ３の新鮮な水が上水貯留槽１３に供給されており、残留塩素濃度を維持するのに必要な最低流入水量である７ｍ３を超過している。このため、第４制御周期に移行しても強制処理は行われず、水位制御のみが行われる。
【００８６】
なお、ある制御周期において、上水貯留槽１３内の水面２６が渇水位（ＬＬ）まで低下したことを水位計２１の渇水位検出部２１ｃが検出した場合には、この渇水位（ＬＬ）は、上水貯留槽１３の水面２６が吐出管３４の上方近傍まで低下した水位であり、上水貯留槽１３内に貯留されていた上水の大部分が使用され、上水貯留槽１３内の上水は略新鮮な水だけになっていることを示している。
【００８７】
また、この場合、渇水位（ＬＬ）から上限水位（Ｈ）まで上水を供給するのに時間がかかることから、Ｌ−Ｈ間の水位変動回数Ｎは少なくカウントされるので、新鮮な水の総追加水量が実際よりも少なく演算されることになり、次の制御周期において不足水量を補う強制処理が行われることになる。このような不必要な強制処理を行う不合理を避けるため、渇水水位（ＬＬ）を検知した制御周期の次の制御周期においては、強制処理を行わないようにしている。
【００８８】
次に、図７に示すフローチャートにより、本発明における浄水機構の制御の流れを説明する。フローチャートに向かって左側は水位制御のフローを、向かって右側は強制処理のフローを示している。
【００８９】
制御がスタートした後、ステップ１０１において、制御時間Ｔ、浄水処理回数数Ｎ及び渇水位到達回数Ｍの初期化が行われた後、ステップ１０２において計時か開始され、浄水機構の制御が開始される。
【００９０】
ステップ１０３においては、制御時間が設定した制御周期時間（例えば、２４時間）を経過したか否かが判断され、経過していない場合には、ステップ１０４において、上水貯留槽１３内の水位２６が下限水位（Ｌ）に達したか否かが判断される。下限水位（Ｌ）に達した場合にはステップ１０５に進むが、達していない場合には、ステップ１０３に戻る。
【００９１】
ステップ１０５では上水貯留槽１３内の水位２６が渇水位（ＬＬ）に達したか否かが判断される。渇水位（ＬＬ）に達していない場合にはステップ１０７に進み、達した場合にはステップ１０６で渇水位（ＬＬ）に達したことを示す渇水位到達回数Ｍがカウントされた後にステップ１０７に進む。
【００９２】
ステップ１０７では、浄水ユニット１２による浄水処理が開始され、ステップ１０８において、上水貯留槽１３内の水位２６が上限水位（Ｈ）に達したか否かが判断される。上限水位（Ｈ）に達した場合にはステップ１０９に進み、浄水ユニット１２での浄水処理が停止され、達していない場合には、上限水位（Ｈ）に達するまで浄水処理が継続される。
【００９３】
ステップ１０９で浄水ユニット１２による浄水処理を停止して後は、ステップ１１０で浄水処理回数（Ｎ）をカウントした後、ステップ１０３に戻り、制御時間が設定した制御周期を経過しするまでこのフロー（水位制御）を繰り返す。
【００９４】
ステップ１０３において、制御時間が制御周期を経過したと判断された場合には、ステップ１１１において、渇水位到達回数Ｍ＝０であるか否かが判断される。Ｍ≠０の場合には、今回の制御周期において上水貯留槽１３内の水位２６が渇水位（ＬＬ）に達したことを示しているので、Ｎの値に係わらず強制処理を行うことなくステップ１０１に戻り、次の制御周期に移行する。Ｍ＝０の場合には、上水貯留槽１３内の水位２６が渇水位（ＬＬ）に達していないことを示すので、ステップ１１２において総追加水量（Ｑ×Ｎ）を計算し、ステップ１１３において、総追加水量が最低流入水量Ａを超えているか否かが判断される。
【００９５】
ステップ１１３で総追加水量が最低流入水量Ａを超えていた場合にはステップ１０１に戻り、次の制御周期に移行する。超えていなかった場合には、強制処理が必要となるため、ステップ１１４において、最低流入水量Ａの不足分（Ａ−Ｑ×Ｎ）を計算した後、ステップ１１５において、制御時間Ｔ、浄水処理回数数Ｎ及び渇水位到達回数Ｍの初期化が行われた後、ステップ１１６において計時か開始され、次の制御周期に移行し、ステップ１１７に進む。
【００９６】
ステップ１１７では、浄水ユニット１２による強制処理が開始され、ステップ１１８において強制処理した水量が不足分に達したか否かが判断される。強制処理した水量が不足分に達しない場合には、達するまで強制処理を継続する。強制処理した水量が不足分に達した場合には、ステップ１１９で強制処理を終了してステップ１０３に進み、水位制御に移行し、その制御周期が終了するまで水位制御を継続する。
【００９７】
以上のとおり、本発明における上水貯留槽用浄水管理システムは、自動的に制御されるので、人手を掛けることなく、残留塩素濃度が十分に高い安全な水を需要者供給することができる。
【００９８】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る上水貯留槽用浄水流出装置と上水貯留槽用浄水管理システムによれば、既存の制御部を有する浄水ユニットと上水貯留槽に対し、浄水ユニットの制御部のプログラムの一部を変更し、上水貯留槽の水位計に簡単な改修を施すのみで、他に一切手を加えることなく、簡単かつ安価に残留塩素濃度が十分に高く安全な水道水を自動的に供給することができるので、過疎化等により人口が減少した小規模集落の水道施設において、その利用価値は極めて大きいものがある。
【符号の説明】
【００９９】
１１  上水貯留槽用浄水流出装置
１２  浄水ユニット
１３  上水貯留槽
１４  流入管
１６  導水管
２１  水位計
２４  流出管
２８  Ｔ型継手
３４  吐出管
５２  上水貯留槽用浄水管理システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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