JP2003305463A - 水道水等の浄化システムおよび浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水道水内に不純物が混入された時又はもと
もと不純物が混入している水道水を浄化するシステム
で、特に有害な微生物が混入されている時、これを殺
菌、無害化する。 【解決手段】 濾過・沈殿処理部と紫外線照射部と検
出・監視部とよりなり、濾過・沈殿処理部にて無機物の
除去、紫外線照射部にての紫外線照射による殺菌や微生
物の無害化を行なうシステムで、検出・監視部にて主と
して微生物の有無の検出を行ないそれにもとづく警報お
よび水道水供給の停止、更に紫外線照射部での殺菌力の
強化等を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は水道水等の浄化シス
テムおよび浄化装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】わが国は、水資源に恵まれ水質も良好で
あり、良好な生活水を簡単に利用し得る。 【０００３】しかし例えば、紛争地域等の劣悪な環境下
にて生活する者にとっては、生物的・生化学的に安全な
生活水を確保すること、しかも簡便な方法にて得られる
ことが極めて重要である。 【０００４】このような、環境の良くない地域において
も、ゴミ、砂等の除去は、比較的容易であるとしても、
細菌類等の微生物の除去は容易ではない。したがって、
飲料水等は、沸騰の後に利用する等の手段がとられてい
る。 【０００５】このように、世界各地には紛争地域に関係
なく、有害な細菌類に汚染されている水を生活水として
利用する地域も存在する。 【０００６】また、ヨーロッパやアジアでも、そのまま
飲むのは好ましくない水道水がある。 【０００７】またわが国においても、災害時等において
地域的・一時的とはいえ、生活水として適している高純
度の水が不足することがおこり得る。 【０００８】また、日本のような生物学・生化学的に安
全な生活水や医療水が容易に得られる地域や国において
も、いわゆるバイオテロ等により安全と考えられている
水道水等の生活水（飲料水）に有害な細菌等の微生物が
混入されるおそれがある。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、水道水を浄
化し殺菌して安全な水道水の利用が可能な水道水の浄化
システムおよび水道水の浄化装置を提供するものであ
る。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明の水道水浄化シス
テムおよび装置は、濾過・沈殿処理部と紫外線照射部と
検出・監視部とを備えており、濾過・沈殿処理部、紫外
線照射部による無機物質等の除去および有害な微生物の
殺菌等による無害化を行なうもので、検出・監視部が波
長２００ｎｍ又は４００ｎｍの紫外線を用いた有害な微
生物の検出を行なうようにしたことを特徴とするもので
ある。 【００１１】この本発明の水道水浄化システムは、濾過
・沈殿処理部により鉱物質等を濾過又は沈殿させること
により除去し、更に有害な微生物が混入している場合
は、それを紫外線照射部における紫外線の照射によって
無害化して飲料水等に使用しても安全な水道水になし得
る。また、検出・監視部において、有害な微生物が確認
された時に、警報を発することにより注意を喚起すると
共に水道水の供給を停止し、紫外線の照射量を大にして
より強力な殺菌を行なうようにし得る。 【００１２】ここで、本発明の水道水浄化システムにお
ける特徴は、検出・監視システムにおける有害な微生物
の検出のために波長２００ｎｍ又は２６０ｎｍ、あるい
は４００ｎｍの紫外線を用いた点にある。これら波長の
光を用いることにより、微生物の検出を精度良く行なう
ことが可能である。 【００１３】特に、検出に用いられる波長として２００
ｎｍを採用すれば、微生物の検出感度が大幅に増大する
と共に、微生物よりの有害な分泌物の検出も可能にな
る。 【００１４】これにより、一層安全な水道水の確保、供
給が可能になる。 【００１５】 【発明の実施の形態】次に本発明の水道水の浄化システ
ムおよび装置の実施の形態について述べる。 【００１６】図１は本発明の浄化システムの概略図で、
１は濾過・沈殿処理部、２は紫外線照射部、３は検出・
監視部で、水道水は図において１、２、３の順に流れる
ようにする。 【００１７】ここで、濾過・沈殿処理部は、フィルター
等を通すことにより無機質等の不純物が含まれている場
合にこれを除去するためのものである。この濾過・沈殿
処理部は、細菌用のロールフィルターとステンレスメッ
シュとよりなる。しかし、水質の悪い地域の場合、無機
質や菌等の除去作用の強いフィルターを配置することが
望ましい。一例として、前記特許出願の発明に記載する
複合フィルタを配置することが考えられる。 【００１８】この複合フィルタは、図７に示す構成で、
４１は織物よりなる第１の層の除塵フィルタ、４２は第
２の層で陽イオン交換樹脂層、４３はステンレズスチー
ルメッシュ、４４は第３の層である活性炭層、４５はス
テンレススチールメッシュ、３６は第４の層である不織
布よりなる除菌フィルタである。 【００１９】この複合フィルタのうち第１の層４１は、
微粒子状物質のうち、０．０１〜１ｍｍの粒子径の粒子
を除去するためのものである。 【００２０】また第２の層４２は、ウイルス類の不活性
化を可能にする。 【００２１】また、第３の層４４は、サリン等の有毒な
化学物質を吸着除去するためのものである。また、脱臭
作用も有する。 【００２２】更に第４の層４５は、第１の層にて除去し
得なかった微粒子等を除去するためのものである。また
水質の悪い国、地域等により前記不純物を多く含む水道
水の場合は、硫酸アルミニウム、高分子凝集剤等を加え
ることにより凝集・沈殿させる。紫外線照射部において
は、流れる水道水に例えば波長２５４ｎｍの紫外線を照
射するもので、これにより水道水中含まれている細菌類
を含む有害な微生物の殺菌を行なう。これにより仮に水
道水中に有害な微生物が含まれていても、紫外線の照射
によって殺菌し、これを無害化し、飲料水等に利用し得
るようにする。検出・監視部３は、１、２を通った水道
水中に有害な微生物およびその死骸更にそれら分泌物等
が存在するか否かを検出するものである。そして、この
検出・監視部による有害な微生物およびその死骸更にそ
れら分泌物等が検出された場合、警報を発して知らせる
と同時に（１）点灯する紫外線照射ランプの数を増やす
等照射量を増大する、（２）水道水の流れを遮断して水
道水の利用を停止する、（３）水道水を紫外線照射部２
へ戻し再度紫外線の照射を行なうか、水道水を循環させ
て紫外線照射による殺菌を行ない無害化する、等の手段
をとる。 【００２３】本発明の発明者は、東邦大学医学部との共
同研究を含めて長年にわたり紫外線による殺菌効果の研
究を行ない、それによる現在までに蓄積してきた多くの
微生物に対する紫外線抵抗性の特性をもとに創意検討し
た結果、例えば飲料水等に含まれる微生物の殺菌が紫外
線の照射により可能であり、または混入された微生物を
感染レベルよりも大幅に低下させることが可能であるこ
とを見出した。 【００２４】微生物は、細菌類と真菌類の二つに大別さ
れる。これらのうち、細菌類は、グラム染色に対する陽
性、陰性、胞子形成の有無等や生理特性により分類され
る。 【００２５】これら微生物に対する紫外線抵抗性は、一
般的に真菌類の方が細菌類よりも大である。また、細菌
類には、芽胞菌類、枯草菌、炭疽菌等が紫外線抵抗性が
大である。 【００２６】しかし、いずれの微生物も直径１０ｃｍの
ペトリ皿の培地全面を覆っている菌叢の９０％を殺菌す
るのにそれ程高い照射度は必要なく、最も抵抗性の高い
黒カビ（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ）であっ
てもたかだか１３２ｍＷ・ｓｅｃ／ｃｍ²であってそれ
程高くなく、通常の小型の紫外線灯で容易に到達可能な
照度である。一方、細菌類は、サルシニア菌（Ｓａｒｃ
ｉｎａ ｌｅｔｅａ）が１９．７ｍＷ・ｓｅｃ／ｃｍ²
と例外的に高い値である。また、Ｂａｃｉｌｌｕｓ属も
比較的高い紫外線抵抗性を持っており、それでも最高値
が枯草菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ）のｓ
ｐｏｒｅ（芽胞）の１２．０ｍＷ・ｓｅｃ／ｃｍ²、枯
草菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ）、炭疽菌
（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ａｎｔｈｒａｃｉｓ）では、夫々
７．１、４．５ｍＷ・ｓｅｃ／ｃｍ²である。したがっ
て、容器内のすべての個所の照度が２０ｍＷ・ｓｅｃ／
ｃｍ²であるならば、対象物の表面に塗布・付着された
微生物は完全に殺菌される。 【００２７】このような微生物の紫外線による殺菌作用
のうち、構造、性質の異なる様々な種類の微生物に対し
最も殺菌作用の強いのは、ＵＶーＣ領域の紫外線であ
り、その波長域は、２００ｎｍ〜２８０ｎｍであり、特
に波長２５４ｎｍの紫外線が殺菌作用が強い。 【００２８】即ち、炭疽菌のように、その菌体の内部に
芽胞を有する細菌類は、例えば院内感染の原因とされる
細菌であるメチシリン耐性ぶどう状菌（Ｍｅｔｈｉｃｉ
ｌｌｉｎ Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏ
ｃｃｕｓ Ａｕｒｏｕｓ，ＭＲＳＡ．）よりも紫外線抵
抗性はやや高いが、それでも照度１０ｍＷ・ｓｅｃ／ｃ
ｍ²で１０〜２０秒間でほぼ完全に殺菌されることを確
認している。 【００２９】ここで、本発明の浄化システムは、検出・
監視部に特徴を有する。即ち、この検出・監視部は、水
道水の流路中又はバイパスした流路中に波長２００ｎ
ｍ、２６０ｎｍ、４００ｎｍのうちのいずれかの光（紫
外線）特に波長２００ｎｍの光を用い、微生物による吸
収をその吸光度を測定することにより精度が極めて高い
測定を可能にした点にある。 【００３０】また、本発明の発明者は、炭疽菌を含む各
種細菌類その他の有毒な微生物は、アルブミンを含むこ
とに、そしてこのアルブミン特有の紫外域での波長の吸
収を利用することにより、前記有害な微生物の検出を正
確に検出し得ることに着目した。 【００３１】図４は、アルブミン水溶液の紫外域におけ
る吸収スペクトルを示す図である。この図において
（Ａ）は測定に用いたセル自体の吸光度で、セル自体の
清浄度のチェックのための測定結果、（Ｂ）はアルブミ
ンの含有量が１４ｐｐｍ（１．４×１０^-5 ｇ／ｍ
ｌ）、（Ｃ）はアルブミンの含有量が２．８ｐｐｍ
（２．８×１０^-6 ｇ／ｍｌ）、（Ｄ）はアルブミンの
含有量が０．２８ｐｐｍ（２．８×１０^-7 ｇ／ｍｌ）
の水溶液における測定結果である。尚、横軸は波長で単
位はｎｍ、縦軸は吸光度である。 【００３２】この測定結果から明らかなように、アルブ
ミンは、波長２００ｎｍにおいて大きな吸収を示し、ま
た２６０ｎｍ、４００ｎｍにおいても僅かな吸収を示
す。 【００３３】以上の測定結果からもわかるように、波長
２００ｎｍ、２６０ｎｍ、４００ｎｍの波長の紫外線を
用い、前記吸光度を測定することによって、有害微生物
を極めて正確に検出し得る。特に波長２００ｎｍの紫外
線を用いての検出がこの波長における吸光度が高いため
望ましい。 【００３４】しかし、２００ｎｍの紫外線を用いた場
合、感度が極めて高いため、水道水中に含まれている微
生物が極めて微量であって飲料水として用いても全く無
害である場合であってもそれを検出する。そのため吸光
度のレベルを設定することにより、完全に無害の場合に
は、水道水の供給を停止することのないようにすること
が望ましい。 【００３５】また、検出に使用する波長を感度のあまり
よくない（吸光度が小である）波長の２６０ｎｍ、４０
０ｎｍとの間で適宜切り換えて測定を行なうようにして
もよい。 【００３６】本発明のシステム中、濾過・沈殿処理部１
および紫外線照射部２については、前述の本発明者が発
明した特許出願中の発明と同一原理にもとづくものであ
る。この原理にもとづく、フィルターや凝集剤を用いて
の凝集沈殿による除去と紫外線による殺菌を行なっての
水道水を浄化する作用に加え、前記構成の検出・監視部
３による有害微生物の有無の高精度の監視により、極め
て安全な水道水の供給が可能になる。 【００３７】次に本発明の浄化システムにおいて用いる
検出・監視部３の一例を示す。 【００３８】図２は浄化システム中の検出・監視部３の
配置例を示す。この図２において、１０は図１における
浄化システムにおける濾過・沈殿処理部１、紫外線照射
部を通った後の水道水の流路、２０は検出・監視部３を
配置するためのバイパス路で、この図のように、流路１
０の浄化・沈殿処理部１と紫外線照射部２を通って浄化
された水をこのバイパス路２０に導くようにすることが
好ましい。そしてこのバイパス路２０中に検出・監視部
３が配置されている。 【００３９】図３は、検出・監視部の構成の一例を示す
概略図で、３１は重水素放電管で２００ｎｍ〜４００ｎ
ｍの波長域の紫外線を発する。３２は重水素放電管３１
よりの光を平行光にするための凹面鏡、３３は重水素放
電管３１よりの光を例えば２００ｎｍ、２６０ｎｍ、４
００ｎｍのいずれかの光のみを得るためのフィルター
（干渉フィルター）又は回折格子を用いた分光装置、３
４は高速回転する半円形チョッパー、３５は試料水３５
ａと超純水３５ｂの石英製セル、３６は集光レンズ、３
７はフォトマルチプライヤー等の検出器である。 【００４０】図３に示す検出装置は、光源３１として重
水素放電管が用いられている。この放電管３１より発す
る光は、波長が２００ｎｍ〜４００ｎｍの領域である。
この重水素放電管３１よりの光（紫外線）は、凹面鏡３
２により平行光束となり、例えば２００ｎｍの光のみを
透過する干渉フィルター３３を通って単一波長（２００
ｎｍ）の光束となる。続いてチョッパー３４により、図
面上側半分と下側半分とを交互に透過する。これにより
石英製セル３５のうちの試料水３５ａと超純水３５ｂと
を交互に透過し、集光レンズ３６により検出器３７上に
達する。この検出器３７よりの交互の出力値である試料
水の吸光度Ｉおよび超純水の吸光度Ｉ ₀をもとに次の式
により吸光度Ａが検出される。 【００４１】Ａ＝Ｉ／Ｉ₀ ここで、Ａの適切な値を選ぶことにより、その値を境界
値として微生物等に汚染されているか否かの判断ができ
る。 【００４２】検出に用いる波長としては、前述の図４を
もとに述べた理由から２００ｎｍ、２６０ｎｍ、４００
ｎｍの紫外線が用いられる。 【００４３】波長が２００ｎｍの紫外線を用いて測定し
た場合、蛋白質（アルブミン）が０．５ｐｐｍの時のＡ
の値は、約０．０５０である。このＡ＝０．０５０とす
ると感度が良すぎるため２００ｎｍでＡ＝０．３００が
適当である。 【００４４】このように、本発明における検出・監視部
は、光源の波長２００ｎｍ、２６０ｎｍ、４００ｎｍの
いずれかを用い、用いる波長に応じて適切なＡな値を設
定し、このＡの値を境界値として微生物の有無の判断を
行なうことにより、水道水の安全性の正確な判定が可能
になり、紫外線照射部の紫外線量のコントロールにより
安全な水道水の利用が可能になる。 【００４５】次に、本発明の水道水浄化装置の実施の形
態について述べる。 【００４６】図５は、本発明の水道水浄化装置の断面
図、図６は図４のＸーＸ方向断面図である。この装置
は、濾過・沈殿処理部１と紫外線照射部２とを一体化し
たものである。 【００４７】この装置のうち、濾過・沈殿処理部１は、
流入槽１２を有し、紫外線照射部２との境界にステンレ
スメッシュ１３、ロールフィルター１４、フィルターロ
ーラーが配置されている。また必要に応じ、前述のよう
に硫化アルミニウム、高分子凝集剤による沈殿、あるい
は各種フィルターを組み合わせた複合フィルター例えば
図７に示す複合フィルターを用いることにより、物理的
に除去可能な無機物等を除去する。 【００４８】また、紫外線照射部２は、複数の壁２２を
図示するように配置し、流入口１１より入り沈殿・凝集
部１を通った水道水を出口２５へ導く。また２３は紫外
線ランプで、前述のように、例えば、波長２５４ｎｍの
紫外線を発する。図３に示すように、壁２２により変え
られる水道水の流れに沿って、多数の紫外線ランプを配
置し、これにより十分な殺菌効果が得られるような構成
にしている。 【００４９】この装置によれば、入口１１より流入した
水道水は、図５に示す矢印のように流れ濾過・沈殿処理
部１により、無機質等が除かれ、その後、紫外線照射部
２における紫外線の照射によって、水道水中に含まれる
有害微生物は殺菌されて無害化された上で出口２５より
流れ出る。 【００５０】ここで、わが国等では、水道水の水質は比
較的良好であり、有害な微生物の吸入はまれであり、ま
た混入された場合も微量であることがほとんどである。
したがって、数多くの紫外線ランプによる照射は不必要
である。したがってすべての紫外線ランプを点灯する必
要はない。少ない紫外線ランプのみを点灯すればよい。
そして、前述のように、この装置の濾過・沈殿処理部１
および紫外線照射部２を通り、出口２５より出た水道水
を、本発明の浄化システムにおいて述べた、検出・監視
部３における監視の結果、異常が発生した時に、つまり
有害な微生物を検出した時にすべての紫外線ランプを点
灯して完全な殺菌を行なうようにすればよい。また、検
出・監視部３の有害物質の検出量に応じて紫外線の点灯
量を増やしてもよい。 【００５１】この紫外線照射部２における紫外線ランプ
の数や正常な状態における点灯する紫外線の数は、通常
使用されている水道水の汚れの程度等により適宜選択す
ればよい。 【００５２】図５に示す水道水浄化装置において、装置
をステンレス製にすることにより、特に紫外線照射部２
をステンレス製にすることにより、紫外線ランプ２３よ
り発する紫外線はステンレスの壁面にて反射を繰り返す
ことにより、殺菌効果を増大させ得る。また、紫外線照
射部２の水道水の通路となる壁面を紫外線を反射する面
とすることによっても同様に殺菌効果を増大させ得る。 【００５３】さらに紫外線照射部２に配置する紫外線ラ
ンプ２３の出力を大にすることにより、有害な菌の殺
菌、無害化のほかウイルスを不活性化することが可能で
ある。 【００５４】以上述べた本発明の水道水の浄化システム
および装置において用いられる検出・監視部３は、水道
水が沈殿処理部１、紫外線照射部２に流入する前に配置
してもよい。しかし、水道水が汚染されている時には常
に警報が発せられること、また沈殿処理部１、紫外線照
射部２を通った後の水道水の安全状況を確認し得ない等
の理由から、前述のように沈殿処理部１、紫外線照射部
２を通った後の水道水を監視することが好ましい。 【００５５】 【発明の効果】本発明の水道水浄化システム装置によれ
ば、安全な水道水の供給と利用が可能になる。特に有害
微生物の監視部を設けることにより、水道水の安全性の
チェックを正確に行ない得るため、有害物を含む水道水
の供給を阻止することが可能になる。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明の浄化システムの概略図 【図２】 浄化システム中の検出・監視部の配置例 【図３】 検出・監視部の構成の概略図 【図４】 アルブミンの紫外線波長域（２００ｎｍ〜４
００ｎｍ）における吸光度を示す図 【図５】 本発明の水道水浄化装置の断面図 【図６】 図５におけるＸ−Ｘ方向の断面図 【図７】 本発明の浄化装置で用いる複合フィルタの一
例を示す図 【符号の説明】 １ 濾過・沈殿処理部 ２ 紫外線照射部 ３ 検出・監視部

フロントページの続き (72)発明者 古橋 正吉 東京都大田区下丸子２−24−10 多摩川ハ イム２−702 Ｆターム(参考） 4D037 AA02 AB03 BA18 BB02 CA02 CA06

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 濾過・沈殿処理部と、紫外線照射部
   と、検出・監視部とを備え、水道水等を濾過・沈殿処理
   部にて無機質等を除去し、続いて紫外線照射部における
   紫外線照射により有害な微生物を無害化し、検出・監視
   部において、有害な微生物の検出・監視を行ない安全性
   が確認された上で安全な水道水等を供給するシステム
   で、検出・監視部が波長２００ｎｍ、２６０ｎｍ、４０
   ０ｎｍのいずれかの紫外線を用いて有害な微生物を検出
   するようにしたことを特徴とする水道水等の浄化システ
   ム。