JP6876509B2

JP6876509B2 - 水道水の配送システム及び、水道水の配送方法

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Publication number: JP6876509B2
Application number: JP2017094286A
Authority: JP
Inventors: 清二美和; 基弘大澤; 勝広水城; 久宗栗原
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-05-10
Filing date: 2017-05-10
Publication date: 2021-05-26
Anticipated expiration: 2037-05-10
Also published as: JP2018190301A

Description

本発明は、水道水を配送する水道水の配送システム及び、水道水の配送方法に関する。

水道の普及率が97.7％（平成26年）に到達した現在、高度経済成長期に、水道の普及率が急速に伸びた時代に投入した水道資産（浄水池・配水池・管路）の更新時期が到来している。特に水道施設更新投資額の6割は水道水を送水するための送配水施設（管路）が占めていて、その更新事業に莫大なコストが掛るため、水道事業者はその費用の捻出に頭を痛めている。

従来の水道管路の多くは、耐震性が低く、震災時の安定給水に課題が有り、施設の整備から耐震性などを有する管路に更新することが事業者の負担となる事から、全国の耐震性適合率のある管路は、36％（平成24年）にとどまっている。

一方、少子高齢化・人口減少で水道水の需要が減少傾向にあり、水道料金収入の減少が顕著となる中、地方の集落の過疎化が進み、給水地域が広く小世帯に分散し、管路更新耐震化にコストをかけても収益性がより悪化が進むため、費用対効果が見込めないだけでなく、維持管理費の負担が増大している。

また、水道行政を支えてきた経験豊富な職員が退所し、市町村合併後、管理区域拡大によって過疎地域の管理体制が脆弱になった。特に、水道未普及区域や小規模水道施設（簡易水道施設・専用水道施設・飲料水供給施設等）への水道水供給には、管路や施設の耐震化更新費用及び維持管理費にかかるコストが水道事業者には大きな負担となっている。そこで、給水車による水道水の供給が考えられる。

一般的に、給水車は、非特許文献1で示すように、災害時等の何らかの水道水が水道網から供給できない場合にのみ利用される。

ウィキペディア、"給水車"、［online］、［平成２９年１月２９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%B5%A6%E6%B0%B4%E8%BB%8A＞

しかしながら、人口減少が進む過疎地域の小規模水道施設の管路は、インフラを整備する予算の減少から、その代替として、給水車による安全な水道水の配送供給システムの必要性が生じていると言えよう。現在、給水車による水道水の給水は、震災や事故による断水等の緊急時にのみ行われている。しかし、緊急時だけなく、年間を通して浄水場もしくは別系統の配水池から小規模集落の配水池もしくは受水槽に、新鮮で安全な水道水を給水車によって配送供給するシステムが必要ではないかということに発明者らは着目した。

加えて、一般的に水道水は、浄水場で浄水処理された処理水を塩素処理し、浄水池から送水管によって高所に建設した各配水池に送水し、各配水池から遠方の配水池や直接各家庭に配水・給水している。

ここで、過疎集落には、いくつかの配水池を経由して送水されるケースが多く、人口減少による使用給水量の減少も重なり、管路内に滞留する時間が長く、安全の確保に必要な残留塩素が管路内で消費され配水池や受水槽もしくは各家庭の給水栓で必要な残留塩素が検出されないことが多々ある。そのために管路に滞留している水道水を管末で定期的に排水し、残留塩素を維持した水道水を確保している。したがって、安全な水道水を管路で提供することは、過疎地域にとって困難になってきていると言える。

本発明は、水道水の管路インフラに代替し、かつ、安全な水を提供することが可能な水道水配送システムを提供することを目的とする。

本発明では、以下のような解決手段を提供する。

本発明は、水道施設への管路送水の代替として、水道水を配送する水道水配送システムであって、
給水車と通信可能に接続された運用管理サーバが、
配水池又は受水槽に設置された水位計、配水流量計、配水残留塩素計の少なくとも一つのデータを受信するデータ受信手段と、
前記受信したデータから、前記配水池又は受水槽の残存水量を予測する残存水量予測手段と、
前記予測に応じて、前記給水車に予定給水量及び給水時間を通知する給水通知手段と、を備えることで、浄水場又は別系統の配水池から積載した指定水量の水道水を指定時間に指定場所に給水車に配送させる水道水配送システムを提供する。

本発明によれば、水道水の管路インフラに代替し、かつ、安全な水を提供することが可能な給水車による水道水配送システムを提供することが可能となる。さらに本発明で、水道水の供給を行うことにより、人口減少が顕著な集落への耐震化による管路更新事業費及び維持管理費の削減だけでなく、今まで困難であった残留塩素の適切な管理を行うことにより、安全な水環境を確保できる。

図１は、水道水配送システム１の構成と機能ブロックを示す図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図を参照しながら説明する。なお、これはあくまでも一例であって、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではない。

［水道水配送システムの構成］
図１に基づいて、水道水配送システム１のシステム構成について説明する。図１は、本発明の好適な実施形態である水道水配送システム１のシステム構成を示す図である。水道水配送システム１は、配送先である配水池１０、受水槽２０、給水を管理する運行管理サーバ１００、水道水を運ぶ給水車５０から構成される。給水車５０は、適宜、浄水場２００から水道水を取得して、配水池１０、受水槽２０に配送する。

配水池１０には、配水池１０の水位を示す水位計１１、配水池１０の配水流量計１２、配水池１０内の水道水の残留塩素を計測する配水残留塩素計１４を備える。

受水槽２０にも同様に、受水槽２０の水位を示す水位計２１、受水槽２０の配水流量計２２、受水槽２０内の水道水の残留塩素を計測する配水残留塩素計２４を備える。

配水池１０、受水槽２０のいずれも、それぞれの計器で計測したデータは、通信可能に接続された運行管理サーバ１００に送信される。

運行管理サーバ１００は、水道水配送システム１を運用する管理者が操作するコンピュータであって、上述のように配水池１０、受水槽２０のそれぞれの計器に加えて、給水車５０の計器とも無線にて通信可能に接続されており、各データの送受信が可能である。

運行管理サーバ１００は、制御部として、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）等を備え、通信部として、外部の計器と通信可能にするためのデバイス、例えば、有線・無線ＬＡＮに接続可能なデバイスや、ＩＥＥＥ８０２．１１に準拠したＷｉＦｉ（ＷｉｒｅｌｅｓｓＦｉｄｅｌｉｔｙ）対応デバイスやＵＳＢやＨＤＭＩ（登録商標）等の有線接続対応デバイス等を備える。

運行管理サーバ１００において、制御部が所定のプログラムを読み込むことにより、通信部及びその他のハードウェアと協働して、データを受信するデータ受信手段１０１、残存水量を予測する残存水量予測手段１０２、給水車に通知を行う給水通知手段１０３を実現する。

給水車５０は、運行管理サーバ１００と通信可能なコンピュータを備える。ここで、給水車５０のコンピュータとは、タブレットやスマートフォンなどの携帯可能なコンピュータ端末であってよいし、給水車５０に備え付けられたコンピュータであってよい。

給水車５０は、給水タンク内の水道水の塩素濃度を計測する残留塩素計５１、塩水電解で塩素を供給する電解装置５３を備える。給水車５０は、外部と通信可能なコンピュータを備え、このコンピュータは、運行管理サーバ１００と同様にＣＰＵ等を備えるが、制御部が所定のプログラムを読み込むことにより、通信部及びその他のハードウェアと協働して、濃度演算手段５２を実現する。

［水道水の配送手順について］
次に、具体的な水道水の配送手順について説明する。最初に、運行管理サーバ１００のデータ受信手段１０１は、それぞれの集落に位置する配水池１０又は受水槽２０に設置された水位計１１，２１、配水流量計１２，２２、配水残留塩素計１４，２４から、水位、水道水の使用量、残存塩素濃度のデータを受信する。このデータ送受信は、一定時間毎に定期的に行われる。

そして、残存水量予測手段１０２が、受信したデータに応じて、送信先の配水池１０又は受水槽２０の残存水量を時間毎に予測する。この予測した残存水量に応じて、運行管理サーバ１００は、水道水の補給時間と補給給水量を予測し、この予測結果から、給水通知手段１０３が、給水車５０に、給水を行う浄水場等の場所、給水する予定給水量と給水時間及び、対象となる配水池１０又は受水槽２０を通知する。これにより、浄水場又は別系統の配水池から積載した指定水量の水道水を指定時間に指定場所に給水車５０を配送させることが可能となる。

これに応じて、給水車５０は、水道水の配送を始めるが、給水車５０内の残留塩素を確保することが課題となる。そこで、給水車５０に残留塩素計５１と電荷装置５３を設け、給水する配水池１０又は受水槽２０の残留塩素濃度と、現在の給水タンク内の残留塩素濃度を比較して、濃度が不足している場合は、電解装置５３が、塩水分解を行うことによって次亜塩素酸を給水タンク内に添加して、不足分の残留塩素濃度を満たす。

［残留塩素の確保について］
残留塩素の確保は、給水栓で0.1mg/ｌ以上検出することが水道法で定められ義務付けられている。小規模水道施設への管路による送水は、少子高齢化とともに人口減少集落が多く、使用水量の減少に伴って浄水場２００から集落の配水池１０や受水槽２０に水道水が届くまでに数日掛ることもあり、送水管内滞留している間に残留塩素が消費されてしまうケースが多々ある。そのために、水道事業所の職員が各集落の管末から管路に滞留している水道水を排水する作業を行うなどして残留塩素の確保に苦心している。

水道水配送システム１の給水車５０で水道水を配送途中でも、振動や振れによって給水タンク内の水道水が撹拌されて残留塩素が低下したり、配水池１０や受水槽２０でも滞留している間に、季節により残留塩素が大幅に消費される場合がある。安全な水道水の条件は、配水池１０及び受水槽２０の残留塩素濃度を、管末の給水栓で遊離残留塩素濃度として0.1mg/ｌ以上検出するように管理することである。

そこで、水道水の配送に使用する給水車５０には、残留塩素計と電解装置を設置して、配送する水道水の残留塩素濃度を測定し、運行管理サーバ１００から指令された目的残留塩素よりも不足した場合は、その不足分を電解装置５３で塩水を電解して生成した次亜塩素酸を添加して目的の残留塩素を確保して所定の配水池１０もしくは受水槽２０に配送給水する。生成次亜塩素酸の添加量の演算は次式により決定する。

ｑＣｌ＝Ｑ×（Ｃｌｍ−Ｃｌｇ）×１００／Ｃｌｎ
ｑＣｌ：注入する生成次亜塩素酸の量（cc/回）
Ｑ：運送する水道水量（m³）
Ｃｌｍ：目的とする残留塩素濃度（mg/l）
Ｃｌｇ：配送する水道水の測定残留塩素濃度(mg/l）
Ｃｌｎ：電解装置で生成した次亜塩素酸濃度（％）

上記式で、
（１）注入する生成次亜塩素酸の量ｑＣｌ（cc/回）は、電解装置５３の電解槽の塩水容量で決まり固定となる。
（２）運送する水道水量Ｑ（m³）も給水車５０に積載する時点で決定する。
（３）目的残留塩素Ｃｌｍ（mg/l）は、運行管理サーバ１００からの指示で決まる。
（４）配送する水道水の残留塩素濃度Ｃｌｇ（mg/l）は、給水車５０に設置した残留塩素計で常時測定している。
（５）目的残留塩素を確保するための添加塩素量（g）は、電解装置５３で生成した次亜塩素酸濃度Ｃｌｎ（％）を調整することでできる。

ゆえに、（１）、（２）、（３）、（４）項の値を入力すれば生成次亜塩素酸濃度（mg/l）が求められる。
Ｃｌｎ＝Ｑ×（Ｃｌｍ−Ｃｌｇ）×１００／ｑＣｌ
によって上式にて添加に必要な生成次亜塩素酸濃度（％）が決定できる。

生成次亜塩素酸濃度は、電解する塩水濃度（％）、電解電圧（ＤＣ２４Ｖ）と電解電流（Ａ）が一定であれば、電解時間（ｍｉｎ）に比例するので、不足残留塩素の添加量は、電解装置５３の電解時間によって制御することができる。

電解に使用する電源は、ＤＣ２４Ｖであり、給水車５０に搭載されたバッテリーから兼用するか、もしくは別途専用バッテリーを装備する。

一例として、一般的に末端の給水栓で遊離残留塩素を0.1mg/l以上検出するには、配水池１０での残留塩素は0.5mg/l程度確保することが望ましい。給水車５０で水道水を運送する過程で、振動や撹拌によって消費される残留塩素を0.5mg/l最大と見込んだ場合の生成次亜塩素酸濃度と容量を決定する。

先に述べたように、生成次亜塩素酸濃度と電解時間の関係で比例関係が安定している領域は、電解開始から10から30分で、塩水濃度により生成次亜塩素酸濃度が異なるが、1から5％の範囲では1000mg/l〜8000mg/lの次亜塩素酸濃度が生成可能である。一方、給水車５０で10ｔの水道水を運送し、最大0.5mg/lの不足残留塩素を添加する場合の塩素量は、10t×0.5mg/l=5gである。電解装置５３の電解槽の容量を、2000ccから5000ccと想定すると5gの塩素量を確保する為には、
A. 2000ccでは、5÷2000=0.0025=2500mg/l（0.25%）
B. 5000ccでは、5÷5000=0.001=1000mg/l（0.1%）
の生成次亜塩素酸濃度の添加が必要である。

一方、塩水電解で生成可能な次亜塩素酸濃度は、実証実験の結果1％塩水の場合30分で2500mg/lの濃度、3％塩水は15分で2500mg/lの濃度の次亜塩素酸が生成可能である。

上述したシステムにおける手段、機能は、コンピュータ（ＣＰＵ、情報処理装置、各種端末を含む）が、所定のプログラムを読み込んで、実行することによって実現される。プログラムは、例えば、コンピュータからネットワーク経由で提供される（ＳａａＳ：ソフトウェア・アズ・アサービス）形態であってもよいし、フレキシブルディスク、ＣＤ（ＣＤ−ＲＯＭなど）、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭなど）、ブルーレイ等のコンピュータ読取可能な記録媒体に記録された形態で提供されてもよい。この場合、コンピュータはその記録媒体からプログラムを読み取って内部記憶装置又は外部記憶装置に転送し記憶して実行する。また、そのプログラムを、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク等の記憶装置（記録媒体）に予め記録しておき、その記憶装置から通信回線を介してコンピュータに提供するようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述したこれらの実施形態に限るものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

１水道水配送システム、１０配水池、２０受水槽、５０給水車、１００運用管理サーバ、２００浄水場

Claims

水道施設への管路送水の代替として、水道水を配送する水道水配送システムであって、
給水車と通信可能に接続された運用管理サーバが、
配水池又は受水槽に設置された水位計、配水流量計、配水残留塩素計の少なくとも一つのデータを受信するデータ受信手段と、
前記受信したデータから、前記配水池又は受水槽の残存水量を予測する残存水量予測手段と、
前記予測に応じて、前記給水車に予定給水量及び給水時間を通知する給水通知手段と、を備えることで、浄水場又は別系統の配水池から積載した指定水量の水道水を指定時間に指定場所に給水車に配送させる水道水配送システム。
請求項１に記載の水道水配送システムであって、
前記給水車は、給水タンク内に残留塩素計を備え、
前記給水する配水池又は受水槽の残留塩素濃度と、前記残留塩素計で計測した給水タンク内の水道水の残留塩素濃度とを比較し、不足した残留塩素濃度を演算する濃度演算手段と、
塩水電解を行うことによって生成された次亜塩素酸を適量添加して、不足分の残留塩素濃度を満たす電解装置と、備える水道水配送システム。