JP6771250B1

JP6771250B1 - 浄水システム

Info

Publication number: JP6771250B1
Application number: JP2020067268A
Authority: JP
Inventors: 和寿岡本
Original assignee: Daiken Co Ltd
Current assignee: Daiken Co Ltd
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2020-10-21
Anticipated expiration: 2040-04-03
Also published as: WO2021201217A1; JP2021159895A

Abstract

【課題】浄水の効率を高めることに適した浄水システム等を提案する。【解決手段】浄水システム１は、水を浄化する。浄水システム１は、第１貯水タンク７と、第２貯水タンク１９と、第１貯水タンク７と第２貯水タンク１９を連結する連結部１７を備える。第１貯水タンク７には、流水部３の水が流入して、下に移動する。第１貯水タンク７において、第１浄化部１３は、下に移動する水を、例えば単粒度砕石の層を利用して浄化する。第１貯水タンク７において下に移動した水は、連結部１７により上に移動して、第２貯水タンク１９に流入する。第２貯水タンク１９に流入した水は、下に移動する。第２貯水タンク１９において、第２浄化部２５は、下に移動する水を、例えば単粒度砕石の層を利用して浄化する。第２浄化部２５において浄化された水は、貯水部５に排出される。【選択図】図１

Description

本願発明は、水を浄化する浄水システムに関する。

出願人は、例えば特許文献１にあるように、雨水などを貯水するときに、単粒度砕石の砕石層を利用して浄化することを提案した。

特許第６１９０９９２号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術では、単一の砕石層を利用するため、水は、基本的に上から下へと移動するものであった。

そこで、本願発明は、単一の砕石層を利用することに比べて浄水の効率を高めることに適した浄水システム等を提案することを目的とする。

本願発明の第１の観点は、水を浄化する浄水システムであって、前段貯水タンクと、中段貯水タンクと、後段貯水タンクと、前記前段貯水タンクと前記中段貯水タンクを連結する前段連結部と、前記中段貯水タンクと前記後段貯水タンクを連結する後段連結部を備え、前記前段貯水タンクは、流入した水を排出する前段排水部を備え、前記中段貯水タンクは、水が流入する中段給水部と、前記中段給水部に流入した水を浄化する中段浄化部と、前記中段浄化部により浄化された水を排出する中段排水部を備え、前記後段貯水タンクは、水が流入する後段給水部を備え、前記前段連結部は、前記前段排水部から排出された水を前記中段給水部に流入させ、前記後段連結部は、前記中段排水部から排出された水を前記後段排水部に流入させ、前記中段給水部が前記前段排水部及び／若しくは前記後段給水部よりも上に位置し、並びに／又は、前記中段排水部から排出される水の流れを阻害する水流阻害部を備えて、前記前段排水部から流出した水を前記前段排水部よりも上に移動させる。

本願発明の第２の観点は、第１の観点の浄水システムであって、前記中段浄化部は、単粒度砕石の層を含み、前記中段浄化部は、前記中段給水部に流入して前記中段排水部から排出される水の流れを利用して緩速ろ過により水を浄化する。

本願発明の第３の観点は、第１又は第２の観点の浄水システムであって、前記中段貯水タンクは、前記中段給水部に流入した水を拡散する中段拡散部を備える。

本願発明の第４の観点は、第３の観点の浄水システムであって、前記中段給水部は、前記中段浄化部の上面よりも上に位置し、前記中段拡散部は、前記中段給水部から流入した水を前記中段浄化部の上面に拡散する。

本願発明の第５の観点は、第１から第４のいずれかの観点の浄水システムであって、前記中段貯水タンクは、中段溢水排水部を備え、前記中段溢水排水部は、前記中段排水部及び前記中段浄化部の上面よりも上に位置して、当該中段溢水排水部よりも上にある水を前記中段貯水タンクの外に排出する。

本願発明の各観点によれば、複数の貯水タンクを利用して水を上に移動させて、貯水タンクにおける浄化部を全体的に利用して浄化することができる。

（ａ）本願発明の実施の形態に係る浄水システムの構成の一例を示すブロック図と、（ｂ）貯水タンクの構成の一例を示すブロック図と、（ｃ）本願発明の実施の形態に係る浄水システムの構成の他の一例を示すブロック図である。従来の技術と、本願発明との違いについて説明するための図である。貯水タンクの一例で、ローリータンクを示す。

以下では、図面を参照して、本願発明の実施例について説明する。なお、本願発明は、この実施例に限定されるものではない。

図１は、本願発明の実施の形態に係る浄水システムの構成の一例を示す図である。

図１（ａ）は、本願発明の実施の形態に係る浄水システムの構成の一例を示すブロック図である。図１（ａ）を参照して、浄水システム１は、供給部３と、Ｎ個（Ｎは３以上の自然数）の貯水タンク５_p（ｐはＮ以下の自然数）と、連結部７_q（ｑはＮ−１以下の自然数）と、貯水部９を備える。

貯水タンク５_pは、給水部１１_pと、拡散部１３_pと、浄化部１５_pと、排水部１７_pを備える。給水部１１_pは、浄化部１５_pの上面よりも上にあり、貯水タンクの外から内に水が流入する。拡散部１３_pは、浄化部１５_pの上面よりも上に位置し、給水部１１_pに流入した水を浄化部１５_pの上面に拡散する。浄化部１５_pは、単粒度砕石の層を含み、拡散部１３_pにより上面に拡散された水が下に移動することなどにより生じる水の流れを利用して水を浄化する。排水部１７_pは、浄化部１５_pにより浄化された水を貯水タンクの外に排出する。

連結部７_qは、中空の管構造であり、貯水タンク５_qと貯水タンク５_q+1を連結し、中空の管構造を利用して貯水タンク５_qの排水部１７_qから排出された水を貯水タンク５_q+1の給水部１１_q+1に流入させる。

供給部３は、継続して水が供給されているものである。供給部３は、例えば、湧水や池や河川などを利用して実現することができる。貯水タンク５₁の給水部１１₁には、供給部３からの水が流入する。例えば、供給部３には継続して水が供給されており、水面の高さは、ほぼ一定とすることができる。供給部３の水面よりも低い位置に給水部１１₁を設置することにより、動力を必要とすることなく重力により、継続して水を流入させることができる。

貯水タンク５_i-1（ｉは２以上Ｎ−１以下の自然数）（本願発明の「前段貯水タンク」の一例）と、貯水タンク５_i（本願発明の「中段貯水タンク」の一例）と、貯水タンク５_i+1（本願発明の「後段貯水タンク」の一例）と、連結部７_i-1（本願発明の「前段連結部貯水タンク」の一例）と、連結部７_i（本願発明の「前段貯水タンク」の一例）により、貯水タンク５_pの相互関係について説明する。

貯水タンク５_i-1と貯水タンク５_iと貯水タンク５_i+1は、階段状に設置されている。貯水タンク５_i-1は貯水タンク５_iよりも高く、貯水タンク５_i+1は貯水タンク５_iよりも低い。給水部１１_i（本願発明の「中段給水部」の一例）は、排水部１７_i-1（本願発明の「前段排水部」の一例）よりも上に位置する。そのため、貯水タンク５_i-1に一定の水量（例えば、貯水タンク５_i-1の水面が、給水部１１_iの位置や連結部７_i-1の最も高い位置となる水量）が貯水された状態で、貯水タンク５_i-1から貯水タンク５_iに水が流れる。給水部１１_iは、給水部１１_i+1（本願発明の「後段給水部」の一例）よりも上に位置する。そのため、貯水タンク５_iでは、給水部１１_iよりも下の水位で給水部１１_iから溢れずに、貯水タンク５_iから貯水タンク５_i+1に水が流れる。

貯水タンク５_i-1と貯水タンク５_iと貯水タンク５_i+1を階段状に設置して、貯水タンク５の間で水が上方に移動するために、水の流れが緩やかになる。そのため、各貯水タンク５_pでの浄化は、貯水タンク５₁から貯水タンク５_Nへの水の流れ及び各貯水タンク５_pにおける水の流れを利用して緩速ろ過により実現することができる。

貯水タンク５_Nの排水部１７_Nから貯水部９に浄化された水が排出される。利用者は、貯水部９に貯水された水を使用することができる。

このように、複数の貯水タンク５_pを階段状に配置して、供給部３の水は、動力を必要とすることなく、各貯水タンク５_pで浄化されて貯水部９へと流れる。

なお、一部の構成を変更してもよく、例えば拡散部１３は拡散の必要がなければ省略してもよい。

図１（ｂ）は、貯水タンクの構成の一例を示すブロック図である。貯水タンク６１は、給水部６３と、拡散部６５と、表面層部６７と、砕石部６９と、排水部７１を備える。

給水部６３は、図１（ａ）の給水部１１_pに対応する。

拡散部６５は、図１（ａ）の拡散部１３_pに対応する。拡散部６５は、例えば水を分岐させる管（Ｔ字管など）などを利用して実現することができる。例えば、送水口から流入した水を直線状の分岐管部で分岐させるＴ字管で、送水口を上にして給水部６３に接続し、直線状の分岐管部を下にし、直線状の分岐管部の下部分に複数の穴７３₁〜７３₄をあける。給水部６３に流入した水は、Ｔ字管によって分岐して水平方向に広がり、複数の穴７３₁〜７３₄から流れ出る。これにより、拡散部６５は、給水部６３に流入した水を、表面層部６７の上面に拡散することができる。

表面層部６７と砕石部６９を併せたものが、図１（ａ）の浄化部１５_pに対応する。表面層部６７は、例えば、発泡廃ガラス材、木炭、軽石などの層である。砕石部６９は、砕石（例えば、単粒度砕石（特に単流度砕石４号）など）の層である。表面層部６７の上面に到達した水は、下に移動して砕石部６９の上面に到達する。砕石部６９の上面に到達した水は、下に移動して砕石部６９の下面に到達する。砕石部６９では、砕石が充填されているために表面積が増大している。砕石部６９の砕石の表面には、微生物が生存している。そのため、砕石の表面に存在する微生物による浄化が有効に機能する環境にある。ここで、水の浄化とは、水質が変更して、基準値を満たす（少なくとも同等になる）ことである。水質の変更とは、例えば、一般細菌数、ｐＨ値、硝酸態窒素、亜硝酸態窒素、鉄（その化合物）、塩酸化イオン、硬度（カルシウム・マグネシウム等）、有機物（ＴＯＣ）、味、臭気、色度、濁度などの一部又は全部が変更することである。砕石の表面に生存する微生物により、水を浄化することができる。そして、取水により生じる砕石層における水の流れを利用して、浄水環境を継続して維持し、砕石の表面に存在する微生物による浄化を継続して行うことが可能である。（特許文献１参照）。なお、本願発明において、表面層部６７を省略してもよい。

排水部７１は、砕石部６９により浄化された水を排水する。図１（ａ）の排水部１７_pに対応する。

図１（ｃ）は、本願発明の実施の形態に係る浄水システムの構成の他の一例を示すブロック図である。図１（ｃ）を参照して、浄水システム３１は、供給部３３と、Ｍ個（Ｍは３以上の自然数）の貯水タンク３５_r（ｒはＭ以下の自然数）と、連結部３７_s（ｓはＭ−１以下の自然数）と、溢水連結部５５_sと、貯水部３９と、溢水貯水部５９を備える。

貯水タンク３５₁は、給水部４１₁と、拡散部４３₁と、浄化部４５₁と、排水部４７₁と、溢水排水部５１₁を備える。貯水タンク３５₁は、図１（ａ）の貯水タンク５の構成に溢水排水部５１₁を設けた構成としている。

給水部４１₁は、浄化部４５₁の上面よりも上にあり、供給部３３から貯水タンク３５₁の内に水が流入する。供給部３３は、例えば降雨による雨水を屋根で集めて樋により集められたもののように、水が断続的に供給されるものである。拡散部４３₁は、浄化部４５₁の上面よりも上に位置し、給水部４１₁に流入した水を浄化部４５₁の上面に拡散する。浄化部４５₁は、単粒度砕石の層を含み、拡散部４３₁により上面に拡散された水が下に移動することなどにより生じる水の流れを利用して水を浄化する。排水部４７₁は、浄化部４５₁により浄化された水を貯水タンク３５₁の外に排出する。

溢水排水部５１₁は、排水部４７₁（及び／又は浄化部４５₁）よりも上に位置する。降雨量が多く、供給部３３から多くの水が流入した場合、貯水タンク３５₁内に貯水された水の水面が溢水排水部５１₁の高さを超える場合がある。このような場合に、溢水排水部５１₁は、超えた高さにある水を貯水タンク３５₁の外に排出する。

なお、貯水タンク３５₁は、貯水タンク３５₂，…，３５_Mと同様な構成としたり、例えば拡散部４３₁を設けないようにしたりしてもよい。

２以上Ｍ以下のｒに対して、貯水タンク３５_rは、給水部４１_rと、浄化部４５_rと、排水部４７_rと、溢水給水部５３_rと、溢水排水部５１_rを備える。

給水部４１_r及び排水部４７_rは、浄化部４５_rの上面よりも下にある。この例では、給水部４１_rと排水部４７_rは同じ高さとしているが、高さが違ってもよい。給水部４１_rは、貯水タンクの外から内に水が流入する。浄化部４５_rは、単粒度砕石の層を含み、給水部４１_rから流入した水の流れを利用して水を浄化する。排水部４７_rは、浄化部４５_rにより浄化された水を貯水タンクの外に排出する。

溢水給水部５３_r及び溢水排水部５１_rは、給水部４１_r及び排水部４７_r（並びに／又は浄化部４５_r）よりも上に位置する。溢水給水部５３_rには、溢水排水部５１_r-1から排出された溢水が流入する。貯水タンク３５_r内に貯水された水の水面が溢水排水部５１_rの高さを超えると、溢水排水部５１_rは、超えた高さにある水を貯水タンク３５_rの外に排出する。

Ｍ−１以下の自然数ｓに対して、連結部３７_sは、中空の管構造である。貯水タンク３５_sと貯水タンク３５_s+1を連結し、中空の管構造を利用して貯水タンク３５_sの排水部４７_sから排出された水を貯水タンク３５_s+1の給水部４１_s+1に流入させる。連結部３７_sは、水流阻害部４９_sを備える。水流阻害部４９_sは、排水部４７_sから給水部４１_s+1への水の流れを阻害する。水流阻害部４９_sは、例えばカートリッジ式の流量調整器であり、透水材（不織布・透水マット・発泡軽量資材など）を利用して実現することができる。なお、排水部４７_Mから排出される水の流れを阻害する水流阻害部を設けてもよい。

溢水連結部５５_sは、中空の管構造である。貯水タンク３５_sと貯水タンク３５_s+1を連結し、中空の管構造を利用して貯水タンク３５_sの溢水排水部５１_sから排出された溢水を貯水タンク３５_s+1の溢水給水部５３_s+1に流入させる。

貯水タンク３５_Mの排水部４７_Mから貯水部３９に浄化された水が排出される。利用者は、貯水部３９に貯水された水を使用することができる。また、溢水貯水部５９には、溢水排水部５１_Mから溢水が排出される。

貯水タンク３５_rの相互関係について、貯水タンク３５_j-1（ｊは２以上Ｍ−１以下の自然数）（本願発明の「前段貯水タンク」の一例）と、貯水タンク３５_j（本願発明の「中段貯水タンク」の一例）と、貯水タンク３５_j+1（本願発明の「後段貯水タンク」の一例）と、連結部３７_j-1（本願発明の「前段連結部」の一例）と、連結部３７_j（本願発明の「後段連結部」の一例）と、溢水連結部５５_j-1と、溢水連結部５５_jにより説明する。

貯水タンク３５_j-1と貯水タンク３５_jと貯水タンク３５_j+1は、同じ高さに設置されている。連結部３７_j-1は、排水部４７_j-1（本願発明の「前段排水部」の一例）から排出された水を給水部４１_j（本願発明の「中段排水部」の一例）に供給する。連結部３７_jは、排水部４７_j（本願発明の「中段排水部」の一例）から排出された水を給水部４１_j+1（本願発明の「中段排水部」の一例）に流入する。連結部３７_jは、排水部４７_j（本願発明の「後段排水部」の一例）から排出された水を給水部４１_j+1（本願発明の「後段給水部」の一例）に流入する。連結部３７_jは、水流阻害部４９_j（本願発明の「水流阻害部」の一例）を備える。そのため、給水部４１_j（本願発明の「中段給水部」の一例）から流入した水は貯水タンク３５_j-1に溜まり、貯水タンク３５_j-1に貯水された水の水面は、排水部４７_jよりも高い位置になる。すなわち、給水部４１_jから流入した水は、貯水タンク３５_j-1において上下動をして排水部４７_jから排出されることになる。水流阻害部４９_sにより水の上下動が生じ、水の流れが緩やかになる。そのため、各貯水タンク３５_qでの浄化は、貯水タンク３５₁から貯水タンク３５_Mへの水の流れ及び各貯水タンク３５_Mにおける水の流れを利用して緩速ろ過を実現することができる。

このように、複数の貯水タンク３５_qを配置して、供給部３３の水は、動力を必要とすることなく、各貯水タンク３５_qで浄化されて貯水部３９へと流れる。

また、供給部３３から供給される水が増加した場合に、貯水タンク３５_q内に貯水された水が増加することがある。貯水タンク３５_j-1において溢水排水部５１_j-1の高さを超えた水は、溢水排水部５１_j-1から貯水タンク３５_j-1の外に排出される。溢水連結部５５_j-1は、溢水排水部５１_j-1から排出された溢水を溢水給水部５３_jに流入する。浄化部４５_jには、浄化部４５により浄化された水が存在し、かつ、浄化部４５の上面よりも上のスペースに比較して浄化部４５では水は流れにくいため、基本的に、流入した溢水の多くは、溢水排水部５１_jの高さを超えて溢水排水部５１_jから貯水タンク３５_jの外に排出される。溢水連結部５５_jは、溢水排水部５１_jから排出された溢水を溢水給水部５３_j+1に流入する。

図２を参照して、特許文献１記載の技術と、本願発明との違いについて具体的に説明する。

図２（ａ）を参照して、特許文献１記載の技術では、砕石層８１に雨水などが浸透するが、砕石層８１は単一の構造であるため、雨水などが砕石層８１の上面に到達すると、基本的に、砕石層８１の中で下に移動し、砕石層８１の最も低い個所８３に集まる。集まった水を、ポンプなどを利用して取水することにより、砕石層８１の中で水の流れが生じる。これにより、水の流れを利用した浄化を実現することができる。

図２（ｂ）及び（ｃ）を参照して、本願発明では多段構造とする。

図２（ｂ）を参照して、階段状に徐々に低くなる多段構造とする。第１段浄化部（砕石層）に拡散して流入した水は、その下面へと移動する。第１段浄化部の下面に移動した水は、水圧を利用して上昇して、第２段浄化部の上面に拡散して流入する。第２段浄化部に拡散して流入した水は、その下面へと移動する。以降も同様に、上に移動して流入した水は、拡散（すなわち水平に広がって）して浄化されて外部に排出される。連結部により水を上に移動させて、各浄化部の上から下までを全体的に使用することができる。これにより、ポンプなどの動力を必要とせずに、水の流れを利用した緩速ろ過を実現することができる。

図２（ｃ）を参照して、同じ高さの多段構造とする。第１段浄化部に拡散して流入した水は、その下面へと移動する。第１段浄化部の下面に移動した水は、第２段浄化部に流入する。第２段浄化部に流入した水は、水流阻害部により排出されにくく、溜まる状態となる。ここで、貯水タンク内で水の上下動が生じ、浄化部の上から下までを全体的に使用することができる。以降も同様に、上下動を利用して浄化された水は外部に排出される。これにより、ポンプなどの動力を必要とせずに、水の流れを利用した緩速ろ過を実現することができる。

図３（ａ）〜（ｃ）は、貯水タンクの一例で、ローリータンクを示す図である。（ａ）正面図、（ｂ）平面図、及び、（ｃ）左側面図である。符号９１は、通常使用されるタンクへの給水口であるが、今回は使用しない。符号９３は、捻込式マンホールであり、内部の汚濁状況等の管理及び点検に利用することができる。符号９２は、捻込式マンホール９３に設けた給水部である。供給部や前段の貯水タンクからの水は、給水部９２から流入する。符号９５は、排水口（キャップ付き）であり、ここから、次（後段、下流）のタンクの給水部にパイプで接合する。これより下流にあるタンクの接合は上記の繰り返しとなる。図３（ｄ）〜（ｆ）は、タンク内に配置するパイプの一例を示す。図３（ｄ）〜（ｆ）は、それぞれ、図３（ａ）〜（ｃ）に対応する。破線は、タンクの構成を示す。実線は、タンク内に配置するパイプの一例を示す。給水部９２の下に、下が閉じた筒状のパイプ９７を配置する。５つのパイプ９９₁〜９９₅を、パイプ９７の側面から放射状に配置する。パイプ９９₁〜９９₅には、例えば全周囲に５ミリ程度の穴をあける。これにより、流入した水を砕石上部に広く散布する機能を実現することができる。水はこのパイプ配置によって広範囲に分散して落下するので、タンクの一箇所から分散させるより砕石に接触する接触面積が増加するとともに接触時間が長くなる。水の浄化の程度は、砕石に接触する面積と接触時間の長さに比例し、砕石に接触する面積が大きく接触時間が長いほど、水の浄化は進むといわれている。

なお、貯水タンクを流れる水に、砕石の表面に生存する微生物による浄化を活性化する活性剤を含ませてもよい。

１，３１浄水システム、３，３３供給部、５，３５，６１貯水タンク、７，３７連結部、９，３９貯水部、１１，４１，６３給水部、１３，４３，６５拡散部、１５，４５浄化部、１７，４７，７１排水部、４９水流阻害部、５１溢水排水部、５３溢水給水部、５５溢水連結部、５９溢水貯水部、６７表面層部、６９砕石部、７３穴、８１砕石層、８３砕石層８１の最も低い個所、９１給水口、９２給水部、９３捻込式マンホール、９５排水部、９７，９９パイプ

Claims

雨水を浄化する浄水システムであって、
前段貯水タンクと、中段貯水タンクと、後段貯水タンクと、前記前段貯水タンクと前記中段貯水タンクを連結する前段連結部と、前記中段貯水タンクと前記後段貯水タンクを連結する後段連結部を備え、
前記前段貯水タンクは、流入した水を排出する前段排水部を備え、
前記中段貯水タンクは、水が流入する中段給水部と、前記中段給水部に流入した水を浄化する中段浄化部と、前記中段浄化部により浄化された水を排出する中段排水部を備え、
前記後段貯水タンクは、水が流入する後段給水部を備え、
前記前段連結部は、前記前段排水部から排出された水を前記中段給水部に流入させ、
前記後段連結部は、前記中段排水部から排出された水を前記後段給水部に流入させ、
前記後段連結部は、前記中段排水部から排出される水の流れを阻害する水流阻害部を備えて、前記中段貯水タンクにおいて水を前記中段排水部及び前記後段給水部よりも上にも存在させ、
前記中段浄化部は、単粒度砕石の層を含み、
前記中段浄化部は、前記中段給水部に流入して前記中段排水部から排出される水の流れを利用して緩速ろ過により水を浄化する、浄水システム。
前記中段貯水タンクは、前記中段給水部に流入した水を拡散する中段拡散部を備える、請求項１に記載の浄水システム。
前記中段給水部は、前記中段浄化部の上面よりも上に位置し、
前記中段拡散部は、前記中段給水部から流入した水を前記中段浄化部の上面に拡散する、請求項２記載の浄水システム。
前記中段貯水タンクは、中段溢水排水部を備え、
前記中段溢水排水部は、前記中段排水部及び前記中段浄化部の上面よりも上に位置して、当該中段溢水排水部よりも上にある水を前記中段貯水タンクの外に排出する、請求項１から３のいずれかに記載の浄水システム。