(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理水を通過させて汚染物質を吸着濾過する吸着槽は頂部の給水口および逆洗排水口と外周下方の集水口を開口し、内部は上部と下部に処理水層として所定の空間を設けた濾過材層とし、前記上部の処理水層の前記給水口に複数のノズルから異なる角度で前記吸着槽の内径全面に放射する散水管を挿着し、前記下部の処理水層は前記集水口に連通するとともに、下部の処理水層には軸方向に細孔を開口した集水管を設け、前記細孔を底面に向けて前記集水口に連通した地下水浄化装置。
【請求項２】
吸着槽にＪＩＳオープン普通ドラム缶を用い、頂部の天蓋に前記逆洗排水口および前記天蓋の中央に前記給水口をそれぞれ開口した請求項１記載の地下水浄化装置。
【請求項３】
処理水を通過させる揚水ポンプの動力源として、自然エネルギーを利用する太陽電池ならびに風力発電装置と、充放電制御器を介して前記太陽電池ならびに前記風力発電装置が発生する電力を貯蔵する蓄電池を設けた請求項１記載の地下水浄化装置。
【請求項４】
自然エネルギー源の太陽電池ならびに風力発電装置が発生する電力を用いて前記集水口から排出される処理済の水を酸素と水素に電気分解する電解装置と、前記電解装置が発生した水素と空気中の酸素を反応させて電気エネルギーを発生する燃料電池を備えた請求項１記載の地下水浄化装置。
【請求項５】
電解装置が発生した酸素ならびに水素をそれぞれ貯蔵する酸素貯蔵器と水素貯蔵器を備えた請求項４記載の地下水浄化装置。
【請求項６】
太陽電池ならびに風力発電装置が発生する電力の気象条件による低下時には、水の電気分解に商用電源の深夜電力を用いる制御回路を設けた請求項４記載の地下水浄化装置。
【請求項７】
非常時に水素貯蔵器の水素を燃料電池に用いる制御回路を設けた請求項４記載の地下水浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学物質等によって汚染された地下水を汲み出し浄化する水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の水処理装置としては特開平１０−３２８６５５号公報に示されたものがある。すなわち、汚染物質によって汚染された地下水はポンプによって吸引され、タワー内部に落下させてファンによる上昇気流で気化しやすい成分を蒸発させてタンクに貯留する。タンク内では水に浮遊する吸着材によって主として油脂類を吸着除去して後、浄化槽で最終の浄化をするというものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の水処理装置では、化学物質の他に鉱油等も除去され処理能力も大であるが、大型の設備となり設備費ならびに運転費もそれなりにかさみ、局所的な汚染が目立ち随所、随時の対応が必要な現状において設置面積および費用上の困難があるという課題があり、汚染物質の除去効率が良く、かつ設置、維持運転が簡易で諸費用が低廉なものが要求されている。
【０００４】
また、地下水の浄化を必要とする場所には、一般的に工場撤去の更地や空き地、および稼動停止された廃工場に類するところもあり、基本的には電力の自己供給と、無人での２４時間運転が要求されている。
【０００５】
本発明はこのような従来の課題を解決するもので、揮発性有機化合物の除去を主体とした簡素な構成で除去効率を高め、設備費および運転費も低額な地下水浄化装置を提供することを目的とする。
【０００６】
また、自然エネルギーと燃料電池の併用で更なる省エネルギーを図り、電力自給による僻地での独立運転も可能とする地下水浄化装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の地下水浄化装置は上記目的を達成するために、処理水を通過させて汚染物質を吸着濾過する吸着槽は頂部の給水口および逆洗排水口と外周下方の集水口を開口し、内部は上部と下部に処理水層として所定の空間を設けた濾過材層とし、前記上部の処理水層の前記給水口に複数のノズルから異なる角度で前記吸着槽の内径全面に放射する散水管を挿着し、前記下部の処理水層は前記集水口に連通するとともに、下部の処理水層には軸方向に細孔を開口した集水管を設け、前記細孔を底面に向けて前記集水口に連通した構成とする。
【０００８】
本発明によれば、処理水は給水口の散水管から濾過材層の全面に散水され流下し浄化され、下部処理水層の集水管を経て集水口から排出する。そして集水口から清浄水を圧入すると集水管の細孔で濾過材層の底面全体に逆流し微細な汚染物を逆洗排水口から洗い流すことができる。
【００１０】
また他の手段は、吸着槽にＪＩＳオープン普通ドラム缶を用い、頂部の天蓋に前記逆洗排水口および前記天蓋の中央に前記給水口をそれぞれ開口した構成としたものである。
【００１１】
そして本発明によれば、ドラム缶の頂部の天蓋にある既設の口金二箇所の内、一箇所を逆洗排水口として流用でき、主要構造体に市場規格品を用いることで設備費も低額にできる。
【００１２】
また他の手段は、処理水を通過させる揚水ポンプの動力源として、自然エネルギーを利用する太陽電池ならびに風力発電装置と、充放電制御器を介して前記太陽電池ならびに前記風力発電装置が発生する電力を貯蔵する蓄電池を設けたものである。
【００１３】
本発明によれば、自然エネルギーの太陽電池と風力発電装置で動力源の複合を行い、商用電源の負担を軽減できる地下水浄化装置が得られる。
【００１４】
また他の手段は、自然エネルギー源の太陽電池ならびに風力発電装置が発生する電力を用いて前記集水口から排出される処理済の水を酸素と水素に電気分解する電解装置と、前記電解装置が発生した水素と空気中の酸素を反応させて電気エネルギーを発生する燃料電池を備えたものである。
【００１５】
そして本発明によれば、気象条件による発電の変動を、集水口から排出される処理済の水を酸素と水素に電気分解する電解装置と、燃料電池によって補足することで電力供給の安定化ができ、電力の自己供給により独立運転が可能となる地下水浄化装置が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、汚染物質を吸着濾過する吸着槽は頂部の給水口および逆洗排水口と外周下方の集水口を開口し、内部は上部と下部に処理水層として所定の空間を設けた濾過材層とし、前記上部の処理水層の前記給水口に複数のノズルから異なる角度で前記吸着槽の内径全面に放射する散水管を挿着し、下部の処理水層に軸方向に設けた細孔を有する集水管の細孔を底面に向けて集水口に連通したものであり、処理水は給水口の散水管から濾過材層の全面に散水され流下し浄化され、下部処理水層の集水管を経て集水口から排出する。そして集水口から清浄水を圧入すると集水管の細孔で濾過材層の底面全体に逆流し微細な汚染物を逆洗排水口から洗い流すことができる。
【００１７】
また、吸着槽にＪＩＳオープン普通ドラム缶を用い、頂部の天蓋に前記逆洗排水口および前記天蓋の中央に前記給水口をそれぞれ開口したものであり、市販の規格部材を追加工することで装置の主体を形成することができる。
【００１８】
本発明は、太陽電池に併せて風力発電装置を設け、これらの発電電力の所要量以外を貯蔵する蓄電池を設けたものであり、自然エネルギー源調達手段を複合化して出力を平準すると共に、余力を蓄積することで供給の安定化ができる。
【００２２】
また、太陽電池ならびに風力発電装置が発生する電力を用いて、集水口から排出される処理済の水を酸素と水素に電気分解する電解装置により、発生した水素と空気中の酸素を反応させて電気エネルギーを発生する燃料電池を設けたものであり、商用電源の得られ無い所での電源の供給安定を保護する。
【００２３】
また、電解装置が発生した酸素ならびに水素をそれぞれ貯蔵する酸素貯蔵器と水素貯蔵器を設けたものであり、主要燃料切れによる燃料電池の停止を防止する。
【００２４】
また、太陽電池ならびに風力発電装置が発生する電力の気象条件による低下時には、水の電気分解に商用電源の深夜電力を用いる制御回路を設けたものであり、商用電源の有効利用による電源負荷の平準化ができる。
【００２５】
また、非常時に水素貯蔵器の水素を燃料電池に用いる制御回路を設けたものであり、主要燃料切れによる燃料電池の停止を防止する。
【００２７】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００２８】
【実施例】
（実施例１）
図１ないし図９に示すように、地下水を浄化する円筒缶状の吸着槽１は、その頂部に設けた給水口２に揚水ポンプ３を介して地中に打ち込まれた吸水管（図示無し）と流入配管４により接続され、外周下方の集水口５から下流側の排出配管６に連通する。吸着槽１はオープンＳＵＳドラムの１種缶を缶体７として用い、胴回りの輪帯は不要で加工工程を省略する分費用が節減できる。頂部の天蓋８はボルト式のバンド８Ａにより取外し自在で既設の口金二箇所の内、一箇所を逆洗排水口９とし、中央部へ別途に前記の給水口２を開口し、内側に複数のノズルから異なる角度で缶体７の内径５６７ｍｍ全面へ放射する散水管１０を挿着する。そして缶体７の内部には底面と所定の間隔を置いて平行に井桁状の格子１２を固定し、ＳＵＳネット１３を展着したＳＵＳのパンチングメタルシートである濾材受板１４を載設して、上方に活性炭を充填した活性炭層１５と、下方の下部処理水層１１とする。活性炭層１５の表面は天蓋８との間に上部処理水層１６として、散水管１０による散水効果を発揮できる所定空間を設ける。缶体７の外周の下部には内部の下部処理水層１１に連通する集水口５と活性炭層１５の底部に連通する活性炭抜取口１７を設けている。下部処理水層１１には、外周の軸方向に細孔１８を設け一端を閉塞した筒状の集水管１９の開口端を集水口５に嵌着して連通する。このとき細孔１８は底面を向いて固定される。流入配管４の経路は揚水ポンプ３の上流に逆止弁２０、砂濾し器２１、ストレーナ２２を設け、下流にはフィルタ２３から三方ボール弁２４Ａ、２４Ｂを経て給水口２へ連通する。さらに三方ボール弁２４Ｂは逆洗排水口９へ連通する逆洗排出配管２６Ａ、２６Ｂに連通する。また、下流の排出配管６の途中から採水管２７を分岐して、その先端にボール弁２８とホースニップル２９を設けている。そして要所に水流監視用の計器を設けており、圧力計３０Ａは給水口２へ、圧力計３０Ｂは流入配管４へ、圧力計３０Ｃは逆洗排水口９へ、流量計３１をフィルタ２３の下流側へ設けている。制御盤３２は電源と地下水の水位変動による揚水ポンプ３の起動停止の自動切替操作を行うものである。
【００２９】
上記構成において、揚水ポンプ３を運転し、汚染地下水を流入配管４から導入するとストレーナ２２で比較的粗大な塊である夾雑物を濾し取り、次に砂濾し器２１で粉粒状のものを除去し、揚水ポンプ３を通過し、フィルタ２３で粒状の鉄分を捕集し、三方ボール弁２４Ａ、２４Ｂを経て給水口２へ流れ、散水管１０の複数のノズルから異なる角度で噴出することで活性炭層１５の表面に均等に水勢がかかり、層の全面を均等に流下して揮発性有機化合物を主体とする汚染物質が効率的に吸着される。このとき０．４ｋｇｆ／ｃｍ2の水圧で、注水量は４Ｌ／ｍｉｎとなり、上部処理水層１６は満水状態となっているが、散水管１０からの噴出が処理水を撹拌し活性炭層１５の表面に微細な不純物が沈殿滞留しない。活性炭層１５を通過して下部処理水層１１に流下してきた汚染物質除去済みの処理水は一旦底面に当たり、缶体７の底面中心部に位置して下向きに開口している集水管１９の細孔１８へ寄せ集められるように入り、活性炭層１５の下層における偏流を起こすこと無く集水口５から排出配管６を通り流出し、地下へ戻すなり、水質に応じた再利用ができる。処理水は所定の時期に浄化状態の検査を行うが、採水管２７のボール弁２８を開けることで集水口５からの処理水の流れを止めることなく試料水を随時採取することができる。そして、比較するための浄化前の試料水は流入配管４の三方ボール弁２４Ａの下流側の通常は閉止しているボール弁（図示無し）を開けることで同様に処理水の流れを止めることなく採取できる。活性炭が汚染物質で飽和状態にあると判定されると活性炭抜取口１７を開けて活性炭を流し出し、天蓋８を外して新しい活性炭を充填する。処理水の中に微細な不純物がまじり活性炭層１５の全体に浸透滞積して、処理水の流れが悪くなり処理能力が所定より低下した場合は、排出配管６の採水管２７の分岐より下流側に設けたボール弁（図示無し）を閉止しておき、採水管２７のボール弁２８を開放しホースニップル２９と上水道口をホースで繋ぎ水道水を注入する。水道水は３〜４ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で集水口５から集水管１９へ入り、細孔１８から噴出して缶体７の底面に突き当たり、広がりながら全面に上へ噴き上がり活性炭層１５を逆流し、吸着汚染物質を洗い流して逆洗排水口９から逆洗排出配管２６Ａを通り、三方ボール弁２４Ｂで切替えられた逆洗排出配管２６Ｂから排出される。流量計３１は所定の流量を確認し、各圧力計は各部分における処理水の圧力差によって停滞や減少を監視する。
【００３０】
このように市場規格品のドラム缶を用いた吸着槽と揚水ポンプを低圧の配管で１．２平方米程度の枠体に組込み電源の制御盤も備えることで、必要に応じて容易に移動し地下水の浄化をすることができる。
【００３１】
（実施例２）
図１０に示すものは、処理水を通過させる揚水ポンプを直流電動機で駆動する揚水ポンプ３ａとして、この動力源を自然エネルギーならびに化学エネルギーによる発電を利用する地下水浄化装置である。すなわち、自然エネルギーの太陽電池３３ならびに風力発電装置３４を設け、発生する電力は充放電調節器３５を介して直流電力として貯蔵する蓄電池３６と電力変換器３７に接続する。このとき風力発電機は通常交流であるから整流器を用いる。化学エネルギーの燃料電池３８は直流電力として電力変換器３７に接続する。また、電力変換器３７には商用電源３９が接続されている。リン酸型の燃料電池３８の燃料は、地下水浄化装置で処理済の水を排出する排出配管６から切替弁４０によって送水管４１を分岐し、液送ポンプ４２で取水したものを電解装置４３で水素と酸素に電気分解し、それぞれ水素貯蔵器４４と酸素貯蔵器４５に送る。水素貯蔵器４４は直接に燃料電池３８へ連通している。酸素貯蔵器４５は切替弁４６を介して燃料電池３８へ連通する。切替弁４６にはエアコンプレッサ４７が空気配管４８によって接続されている。
【００３２】
制御装置４９は、図１１に示すように制御演算装置５０によって利用可能エネルギー状況検出手段５１からの電力状況データを比較手段５２で比較し、利用エネルギー決定・駆動手段５３で選択し駆動するものである。また、排出配管６に汚染物質濃度自動検出器５４と、自動停止弁５５を設け、制御盤３２によって汚染物質の検出濃度が規定値以上の場合には揚水を停止するものとしている。
【００３３】
上記構成において、電力変換器３７に太陽電池３３、風力発電装置３４および燃料電池３８の直流電力と、商用電源３９の交流電力を集約し、揚水ポンプ３ａ、電解装置４３および液送ポンプ４２には直流電力を、エアコンプレッサ４７には交流電力を必要に応じて変換して供給する。昼夜を問わず風があれば発生する風力発電装置３４の直流電力と太陽電池３３の直流電力に併せることで、自然エネルギーによる電力が増加し、商用電源３９の省エネルギーを向上するものである。電解装置４３が電気分解した水は、水素２、酸素１の割合で生成するので燃料電池３８で消費する酸素は、非常時に備え通常エアコンプレッサ４７で供給される空気中の酸素を用いる。利用エネルギー決定・駆動手段５３における選択は自然エネルギーを優先させ燃料電池３８および商用電源３９は補助的に使用する。また、電解装置４３は商用電源３９の使用料の低廉な深夜電力を用いる制御を行い、商用電源３９の経済的負担を軽減と、各負担電力の平準化ができる。本実施例の揚水ポンプ３ａは駆動を直流電動機とすることで２４時間連続使用に適した省エネルギー運転ができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の実施例から明らかなように本発明によれば、汚染物質を吸着濾過する濾過材層の上下に処理水層を設けることで、処理水は散水管によって濾材面に平均して注水され、濾過後の排出も集水管で均等に排出されるから濾過材層の中は偏流が無く、汚染物質の吸着効率が向上されるという効果のある地下水浄化装置を提供できる。
【００３５】
また、逆洗排水口を設けることで集水管から洗浄水を逆注入し、濾過材層の中を平均した洗浄水流によって微細な不純物の沈殿滞留による汚染物質の吸着能力の低下が防止できるという効果のある地下水浄化装置を提供できる。
【００３６】
また、主要構造体である吸着槽に市場規格品を用い、小型簡便で設備費および維持・運転費も低額にできるという効果のある地下水浄化装置を提供できる。
【００３７】
また、太陽電池ならびに風力発電装置による自然エネルギーの電力と、大規模な場所と装置を要しない化学エネルギーによる燃料電池の電力利用により、商用電源の引込みがない場所においても電力の自己供給により独立運転ができ、設置運転の自由性が大であると共に商用電源の省エネルギーを行い、地球環境の防止と浄化促進ができるという効果のある地下水浄化装置を提供できる。
【００３８】
また、商用電源の停電等非常事態においても水素貯蔵器と酸素貯蔵器から燃料を供給でき、燃料電池の駆動を続けることで電力供給の維持ができるという効果のある地下水浄化装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の地下水浄化装置を示す要部側断面図
【図２】同地下水浄化装置を示す平面図
【図３】同濾過槽のＡ矢視平断面図
【図４】同集水管のＢ矢視図
【図５】同濾過槽の放射水流を示す図
【図６】同集水管の集水流を示す側面説明図
【図７】同集水管の集水流を示す正面説明図
【図８】同集水管の逆洗水流を示す側面説明図
【図９】同集水管の逆洗水流を示す正面説明図
【図１０】同自然および化学のエネルギーによる電力供給構成図
【図１１】同制御演算装置の説明図
【符号の説明】
１    吸着槽
２    給水口
３、３ａ    揚水ポンプ
４    流入配管
５    集水口
６    排出配管
７    缶体
８    天蓋
９    逆洗排水口
１０  散水管
１１  下部処理水層
１２  格子
１３  ＳＵＳネット
１４  濾材受板
１５  活性炭層
１６  上部処理水層
１７  活性炭抜取口
１８  細孔
１９  集水管
２４Ａ、２４Ｂ  三方ボール弁
３３  太陽電池
３４  風力発電装置
３５  充放電調節器
３６  蓄電池
３７  電力変換器
３８  燃料電池
３９  商用電源
４０、４６  切替弁
４１  送水管
４２  液送ポンプ
４３  電解装置
４４  水素貯蔵器
４５  酸素貯蔵器
４７  エアコンプレッサ
４８  空気配管
４９  制御装置
５０  制御演算装置
５１  エネルギー状況検出手段
５２  比較手段
５３  利用エネルギー決定・駆動手段
５４  汚染物質濃度自動検出器
５５  自動停止弁
【図１】
0004818521.tif 000002
【図２】
0004818521.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004818521.tif 000005
【図５】
0004818521.tif 000006
【図６】
0004818521.tif 000007
【図７】
0004818521.tif 000008
【図８】
0004818521.tif 000009
【図９】
0004818521.tif 000010
【図１０】
0004818521.tif 000011
【図１１】
0004818521.tif 000012