JP7195553B2 - 飲料水供給システム - Google Patents

Description

本発明は、平常時には勿論、特に災害等の発生時（以下、発災時という。）に水道、電気、ガス等の社会インフラがダウン（遮断）したとき、適切な飲料水を需要者に適切に供給できる飲料水供給システムに関する。

従来から、雨水、河川水、湖沼水を含む天然水、或は水道水、排水、廃水を原水とし、その原水から例えば有機物や雑菌等を一次ろ過して原料水を作り、その原料水にミネラル分の付与や陰イオンを含有させる等の二次ろ過処理をして上質の飲料水を生成する飲料水供給システムが特許文献１～３により知られている。

公知の飲料水供給システムでは、発災時に電力や常用水道などの社会インフラがダウンすると、生成システム自体が機能を喪失し飲料水の生成、供給ができないという問題がある。また天然水や排水・廃水では上質な飲料水を生成しにくいという問題もある。

特許６１６４６８４号公報 特許３０１４９９８号公報 実用新案登録第３０２７１６９号公報

本発明は、平常時には水道水や天然水によって上質な飲料水を生成して提供し、発災時に常用上水道や電力がダウンしても、天然水を含む排水や廃水を原水として適切な飲料水を生成して供給できる飲料水供給システムを提供することを、課題とする。

上記課題を解決することを目的としてなされた本発明の飲料水供給システムは、
水道水又は水道水を雨水等の天然水に加えた第一原水と、前記第一原水を排水又は廃水に加えた第二原水とを、夫々に貯蔵する第一原水タンクと第二原水タンクを備える原水受入れユニットと、
前記第一原水と第二原水とを夫々にろ過して第一ろ過水と第二ろ過水にする２つのフィルタと前記２つのフィルタに前記第一原水と第二原水を夫々に送り込む２つの原水供給ポンプと前記２つのフィルタの下流に設けた液面制御弁を備える２系統のフィルトリングユニットと、
前記２系統のフィルトリングユニットで夫々に形成される第一ろ過水と第二ろ過水とを、第一原料水と第二原料水として貯める２基の原料水タンクを備え、前記第一原料水と第二原料水を、夫々単独に又は混合して浄水機構に送り込み、当該浄水機構で浄化して飲料水を生成する浄水化ユニットであって、前記浄水機構が原料水の送り込みポンプ、切換弁、ろ過材槽、及び流量制御弁を備える浄水化ユニットと、
前記浄水化ユニットから送出される飲料水を受入れて貯留する飲料水タンクと、この飲料水タンクに接続されてタンク内の飲料水を供給先に送出する飲料水の送出ポンプと流量制御弁と流量計を有する飲料水送出系とを備えた飲料水送出ユニットとを備えている。

上記飲料水供給システムでは、前記原水供給ポンプ、原料水送込みポンプ、飲料水送出ポンプ、及び各制御弁は、再生エネルギ発電を含む従来系統に拠らない発電機構の出力、又はその発電機構に接続された蓄電池の出力を電源として駆動制御し、
平常時には、前記飲料水タンクの飲料水を、随意の消費用として適宜の消費先に向け供給し、発災時には、前記消費先への送出を一時停止する一方で、飲料水タンクの飲料水を１基以上の移動タンクに供給して積載するか、又は／及び１基以上のペットボトル充填装置に供給してペットボトルに充填し、被災地等の飲料水を必要とする場所へ前記移動タンク、又は／及びペットボトルを搬入することを特徴とする。

本発明飲料水供給システムにおいて、前記フィルトリングユニットは、そのフィルタの出口側に流量制御弁を備えており、この流量制御弁が前記原水タンクが備える液面センサの出力に基づいて制御されるように設置されている。

浄水化ユニットの浄水機構は、複数層になったろ過構造（浄水機構）をカートリッジ式で備えており、浄水機構は、上流側にろ過水の供給ポンプを備え、下流側に流量計とこの流量計に連繋する制御弁を備えている。この浄水化ユニットは、その浄水機構の出口側に、インライン流量計とこの流量計の出力に基づいて制御されると共に、前記飲料水タンクの液面センサの出力に基づいても制御される制御弁を備えている。

さらに、飲料水送水ユニットの２基の飲料水タンクは、夫々に飲料水送出ポンプと制御弁と流量計とをインライン上に備える２つの送出系に接続されている。夫々の送出系の制御弁は、流量計の出力に基づいて制御される流量制御弁として機能する。そして、前記２つの送出系は、流量計の下流で切換部を介して一つの系統に統合され飲料水の送出をする。

２基の飲料水タンクを含む２つの飲料水送出系において、一方の送出系には、飲料水の送出量で制御される制御弁を備える戻りバイパス系を付加している。

戻りバイパス系は、この飲料水送出ユニットにおける前記流量計より下流と前記飲料水タンクの手前の間に捜入される。

本発明飲料水供給システムは、水道水、天然水、排水、廃水を原水として、平常時には上質の飲用水を生成し供給し、また上水道や電力が遮断した発災時には必要な飲料水を生成して飲料水タンクの移動やペットボトルに詰めた形で供給することができる。

本発明飲料水供給システムの一例における系統のブロック図。 図１の飲料水供給システムに用いている浄水機構の一例の模式的な構造。

次に、図を参照して本発明飲料水供給システムについて説明する。

本発明の飲料水供給システムで用いる原水は、スラッジや有害物質を含まない排水、工場等から排出されるスラッジを含むが有害物質を含まない廃水、汚泥等の泥水を含む雨や河川水や湖沼水などの有害物質を含まない天然水、及び一般の水道水である。

本発明飲料水供給システムを形成する系統において、流量は流量計ＦＴにより検知し、流量制御弁ＦＲＣによって制御する。圧力は、圧力検知器ＰＴによって検知し、圧力制御弁ＰＲＣによって制御する。液面は、液面検知器ＬＴによって検知し、液面制御弁ＬＲＣによって制御する。なお、流量計などの計測器による計測表示やアラームと人手の操作の組合せによって前記の各制御弁を手動運転することもできる。
本発明において、各センサや検出器、流量計等の計測器、各制御弁や切換弁、ポンプ等の動作駆動源は本発明飲料水供給システムが備える蓄電池を電源とする。これにより本発明飲料水供給システムは平常時、発災時に拘わりなく、常時、運転・動作可能である。

本発明飲料水供給システムにおいて、使用する原水には第一原水と第二原水がある。第一原水は水道水、又は水道水と天然水の混合水であり、第二原水は、天然水、又は天然水に排水や廃水を混ぜた混合水、或は汚染度や水質が所定レベル以上の廃水や排水である。天然水は河川水、湖沼水、雨水である。以下、単に「原水」と言うときは二つの原水を含み、個々の原水は「第一原水」と「第二原水」で使い分ける。
２種類の原水は、パイプラインやタンク車で第一原水タンク３と第二原水タンクに搬入され貯えられるか、又は供給ポンプ１，２で第一原水タンク３と第二原水タンク４に貯えられる。

供給ポンプ１，２のポンプ型式には遠心型やオープンインペラー型があるが、後者の方が好ましい。ポンプの駆動型式には、電動型、内燃エンジン型のほか、手動式もあるが、実施例では電動型である。

上記のようにして供給される原水は、第一原水タンク３と第二原水タンク４に貯められるが、その貯留量は、本発明の飲料水供給システムで生成する飲料水を、平常時には勿論、電力、上水道がダウンした発災時でも安定に供給できるレベルを維持するため、例えば平常時の見込み需要量（消費量）の少なくとも３日分～７日分程度を賄える量であることが望ましい。

２つの原水タンク３と４の形態は、貯留量が少ない場合は横型又は縦型の四角形タンクで足りるが、大容量の場合には円形の縦型タンクが用いられる。原水タンク３，４の貯留量の制御は、液面を一定に保持するために設置される液面計ＬＧを供給ポンプ１，２と排出ポンプ５，６に連繋させてこれらの供給ポンプ１，２と排出ポンプ５，６を制御することにより行われる。
図１の例では、２台の原水の供給ポンプ１，２と２基の原水タンク３，４によって水道水を主体とする第一原水とそれ以外の第二原水による２系統の原水供給ユニットＧｕを形成している。本発明で原水供給ユニットが２系統であるのは、発災時に上水道系が遮断した場合であっても飲料水の供給を確保するためである。

原水タンク３，４の排出側には、第一原水と第二原水の夫々の前処理段階として２系統のフィルトリングユニットＦｕが配置されている。２系統のフィルトリングユニットＦｕは、排出ポンプ５，６とフィルタ７，８と、液面制御弁ＬＲＣと、原水タンク３，４に設けた液面検知器ＬＴとを備える。第一原水と第二原水の原水タンク３，４の排出側に夫々に配置されている２系統のフィルトリングユニットＦｕは、夫々の液面制御弁ＬＲＣの下流において、次のろ過水タンク９と９１に夫々に接続されている。

原水タンク３，４から夫々に排出ポンプ５，６によって送出される第一原水と第二原水は、フィルタ７，８によって夫々の原水に含まれている泥分や、デブリス等を除去する。フィルタ７，８のろ過材としては、ペーパーフィルタ、焼結金属材などが用いられる。なお、ろ過材の交換は、例えばフィルタ７，８の上流と下流の差圧を計測しておき、差圧が予め設置する閾値を超えたときにろ過材交換を行う。

２系統のフィルトリングユニットＦｕを通過して泥水やデブリス等が除去された第一原水と第二原水の夫々のろ過水は、夫々にろ過水タンク９と９１に送給されて一時的に貯留される。

ろ過水タンク９と９１の容量は、本発明の飲料水供給システムの飲料水生成容量（処理能力）によって決まる。一般的な考えとしては、平常時は勿論、上水道がダウンした発災時においてもシステムの安定運転と飲料水の安定供給を考慮して、飲料水需要量の少なくても３日分～３０日分を賄える量が適切と考えられる。

なお、ろ過水タンク９と９１の型式や大きさは、原水タンク１，２の場合と同様の基準で選定すればよい。第二ろ過水タンク９１にろ過されて入る第二原水は天然水や排水、廃水を含むため水質や貯留量に自然や排水発生元の影響を受けやすい。そのため本発明では、第一原水のろ過水をバイパスルート９２で第二原水のろ過水に混合できるようにしている。混合のタイミングはバイパス９２の切換弁９３によって制御する。

ろ過水タンク９と９１には液面検知器ＬＴが配置されており、この液面検知器ＬＴが、次に説明する浄水化ユニットＣｕの供給ポンプ１０、１０１（この供給ポンプ１０、１０１は、ろ過水タンク９、９１の排出ポンプでもある。）に連繋されて、供給ポンプ１０、１０１の動作が制御される。なお、ろ過水タンク９、９１のろ過水の給排動作における流量、圧力、液面は、夫々に監視され必要な制御がなされている。ろ過水供給ポンプ１０，１０１の下流は、切換弁１１０によって合流と独立流が切換え選択できるようになっている。切換弁１１０の切換は、平常時と発災時においてなされる。例えば平常時には第一ろ過水、又は第一ろ過水と第二ろ過水を次の浄水機構１１に送り、発災時には第二ろ過水を浄水機構１１に送ることが考えられる。

浄水化ユニットＣｕは、このユニットＣｕの浄水機構１１で第一ろ過水と第二ろ過水が飲料水になる。浄水化ユニットＣｕは、前記の供給ポンプ１０、１０１と、切換弁１１０と、一例として多層に配置されるろ過材を主体としてカートリッジ式に形成される浄化機構１１と、インライン流量計１２と、後述する飲料水タンク１３，１４に対する液面制御弁ＬＲＣを兼ねる流量計制御弁ＦＲＣとを備えて構成されている。

浄水機構１１は、一例として図２に示すように複数種類のろ過材を複数段に配置した構造を備えている。図２に模式的に示したろ過構造は、１次ろ過部１１１，２次ろ過部１１２，３次ろ過部１１３，４次ろ過部１１４が流路的に直列配置され、切換弁１１０を経由してろ過水供給ポンプ１０，１０１から供給される第一ろ過水と第二ろ過水が、順次、１次ろ過部１１１から４次ろ過部１１４までを通過することによって浄化され、飲料水に生成される。
ここで第一ろ過水は、水道水が主体であるから浄水機構１１を通過すると元の水道水より上質の飲料水に生成され、また原水に廃水、廃水を含んでいた第二ろ過水でも浄水機構１１によって完ぺきな飲料水に生成されるから、特に第二ろ過水による飲料水は上水道が長期に亘って遮断されて第一ろ過水が使用できない発災時における飲料水として好適である。

浄水機構１１において一次ろ過部１１１のろ過材としては、活性炭ｋと麦飯石ｂが上下で層をなして１次ろ過槽１１１ｆに充填され、２次ろ過槽１１２ｆには、ろ過材としてサンゴ石ｓが充填され、３次ろ過槽１１３ｆには、ろ過材として活性炭ｋと貴陽石ｙが上，下で層をなして充填されている。

１次ろ過槽１１１ｆには、手前側にろ過水の導入口１１１ａが形成され、下流側に送出口１１１ｂが形成されている。導入口１１１ａから導入されるろ過水は、活性炭ｋと麦飯石ｂによるろ過作用を受けて２次ろ過槽１１２ｆに送られる。送り込まれるろ過水は、２次ろ過槽１１２ｆのサンゴ石ｓの中を通って更にろ過作用を受け、３次ろ過槽１１３ｆに送られる。３次ろ過槽１１３ｆでは、上下で層をなす活性炭ｋと貴陽石ｙの層を通ってろ過作用を受けて送出口１１３ｂに到達する。

３次ろ過槽１１３ｆを通ってろ過されたろ過水は、送出口１１３ｂから４次ろ過槽１１４ｆにその導入口１１４ａから導入され、導入されたろ過水は、４次ろ過槽１１４ｆの抗菌活性炭ｋと中空系膜ｆによるろ過層を通って送出口１１４ｂから飲料水として飲料水タンク１３，１４に向けて送り出される。
ここで前記の１次～３次の各ろ過槽に装填されている活性炭ｋ、麦飯石ｂ、サンゴ石ｓ、貴陽石ｙによるろ過材は、各ろ過槽を通過する水に対しカルキやカビ臭や残留塩素やトリハロメタンを殆んど除去するほか、飲用したとき体内酵素を活性化させ、体内のダイオキシン等の有害物質を溶出させる機能を付与する作用がある。４次ろ過槽１１４ｆの中空糸膜ｆは、ろ過水のミクロの汚れを除去する。

上記の１次ろ過層１１１ｆから３次ろ過槽１１１３ｆは、夫々をカートリッジ形態に形成して浄水機構１１を構成するケーシング（ろ過容器）に着脱式に装着することができる。また各ろ過槽１１１ｆ～１１４ｆの導入口１１１ａ～１１４ａには、導入されるろ過水がろ過材に対して均等に流れ込むように、例えば流速で回転する旋回型の整流体や非回転タイプの整流体（いずれも図示せず）を設けるとよい。

前記浄水化ユニットＣｕでの処理によって、第一ろ過水はより上質の飲料水としての価値が付加され、原水に廃水，排水を含んでいた第二ろ過水は、ほぼ完ぺきな飲料水に加工されるから、平常時又は発災時に、平常時の消費先、又は発災時に上水道がダウンして飲料水を必要とする地域等へ供給される。本発明飲料水供給システムにおいて、この役割の担うのが図１の飲料水送出ユニットＷｕである。

図１の例では、浄水化ユニットＣｕのろ過水の送出側は、流量制御弁ＦＲＣの下流で２系統に分岐されて飲料水タンク１３と１４に接続されている。分岐された２つのろ過水の送出系では、飲料水タンク１３と１４の手前に、開閉弁１３ａと１３ｂを備えている。

２基の飲料水タンク１３，１４は、両方とも浄水化ユニットＣｕで飲料できる水に浄化された水、即ち飲料水を貯留する。ここで、２基の飲料水タンク１３，１４は、１基のタンクを浄化水の受入れ用の予備タンクとして、もう１基のタンクを送水用タンクとして運用すると、本発明飲料水供給システムの利便性が向上する。この点については、後に説明する。

２基の飲料水タンク１３と１４は、夫々に、飲料水タンク１３，１４の飲料水を消費先（需要先）に送り出す送出ポンプ１５，１６と、夫々の流量制御弁ＦＲＣと、インライン流量計１７，１８とを夫々に備えており、２系統の飲料水送出ユニットＷｕを形成する。この飲料水送出ユニットＷｕの流量制御弁ＦＲＣは、前記流量計１７，１８の検出値に基づいて制御され、夫々の送出系を流れる飲料水の量を制御する。

前記２系統の飲料水の送出ユニットＷｕは、流量計１７，１８の下流に配置した系統切換弁１９によって、飲料水タンク１３と１４の、個々の送出系か、又は２つの送出系を統合した送出系に切替可能に構成されている。本発明では、系統切換弁１９の下流に送出先切換弁２０を配備し、この切換弁２０の切換作用で平常時の送出先２１と非常時（発災時）の送出先２２とを切換えるようにしている。

例えば、平常時には、飲料水タンク１３に貯まっている飲料水が、系統切換弁１９を経由して送出先切換弁２０の切換で平常時の送出先２１に送出されている。平常時におけるもう一つの飲料水タンク１４は、浄水化ユニットＣｕからの飲料水を貯めておく受入れタンクとしての機能を持たせている。

一方、発災時を含む非常時には、まず系統切換弁１９を２つの送出系を一系統に統合する側に切替えて飲料水の大量の緊急需要に対応できるように準備する。次いで送出先切換弁２０を発災時の送出先２２に切換える。このあと発災時の送出先２２に配置した切換弁２３を切換操作し、この切換弁２３の下流に配置される移動タンク２３ａとボトル充填装置２３ｂに、飲料水タンク１３と１４の飲料水が供給されるように構成されている。ここで系統切換弁１９の平常時から発災時への切替は、手動でもよいが自動切換えが望ましい。自動切換えとしては、一例として既設の上水道系統に遮断の有無を検知するセンサを設けておき、このセンサが上水道遮断を検知した信号を、系統切換弁１９と送出先切換弁２０の自動切換動作のトリガーとすることで自動切換えをすることができる。

本発明の２系統の飲料水送出ユニットＷｕにおいて、一方の飲料水タンク１３―送出ポンプ１５―インライン流量計１７による一の送出系と、他方の飲料水タンク１４―送出ポンプ１６―インライン流量計１８による他の送出系には、以下のバイパス流路の構成が付加されているが、バイパス流路は本発明に不可欠のものではない。

浄水化ユニットＣｕからのろ過水（飲料水）の送出側は、流量制御弁ＦＲＣの下流で２系統に分岐されて飲料水タンク１３と１４に接続されている。分岐された２つのろ過水の送出系は飲料水タンク１３と１４の手前に、開閉弁１３ａと１３ｂを備えている。

分岐された２つのろ過水の送出系は、前記開閉弁１３ａと１３ｂの下流において、飲料水タンク１３，１４に接続される手前に、結合バイパス２５を配置し、この結合バイパス２５によって２つのろ過水の送出系が再び結合された形の流路形態に形成している

結合バイパス２５には、飲料水タンク１３の送出側が流量計１７の下流で分岐されて送出される飲料水がタンク１３，１４に戻るための戻りバイパス２４が接続されている。

戻りバイパス２４には、流量制御弁ＦＲＣ２４ａが配置されており、この流量制御弁ＦＲＣ２４ａが、送出先切換弁２０の下流に配置されている流量計２４ｂで検知する送水量に基づいて制御され、タンク１３又は１４から送出される飲料水をタンク１３、１４に戻すようになっている。

なお、飲料水送出ユニットＷｕにおける２基の送出ポンプ１５と１６には、供給先に対する送水量又は送水圧を一定に保つために、可変運転できるポンプを用いることが好ましい。このポンプ１５，１６としては一般的に遠心型が選択されるが、システムの規模によって他の型式のポンプを用いてもよい。

本発明システムにおいて、平常時の送出系２１から定量送水を行う場合、送出系２１に流量計又は圧力計を配置し、平常時の送水流量又は送水圧を常時又は適宜サンプリングタイムで検知し、所定量又は所定圧を超える場合、超える分を戻りバイパス２４から飲料水タンク１３，１４の入り口側に戻して、平常時の送出系２１の送出流量
又は送出圧を一定になるように制御できるようにしている。

本発明飲料水供給システムは以上の通りであるから、水道水や天然水は言うに及ばず、排水や廃水であっても、平常時、発災時いずれの場合においても上質な飲料水を安定に供給することができる。

１，２ 原水の供給ポンプ
３，４ 原水タンク
５，６ 原水の送出ポンプ
７，８ フィルタ
９ ろ過水タンク
１０ ろ過水の送出ポンプ
１１ 浄水化機構
１２ 流量計
１３，１４ 飲料水タンク
１５，１６ 飲料水の送出ポンプ
１７，１８ 流量計
１９ ろ過水の結合バイパス
２０ 飲料水の戻りバイパス
２１ 飲料水の送出口
ＬＴ 液面発信機
ＬＲＣ 液面制御弁
ＰＴ 流量計（又は圧力計）
Ｇｕ 原水供給ユニット
Ｆｕ フィルとリングユニット
Ｃｕ 浄水化ユニット
Ｗｕ 飲料水供給ユニット

飲料水供給システム ２．２６

Claims (2)

1. 水道水又は水道水を雨水等の天然水に加えた第一原水と、天然水又は天然水を排水又は廃水に加えた混合水、或は汚染度や水質が所定レベル以上の廃水や排水による第二原水とを、夫々に貯蔵する第一原水タンクと第二原水タンクを備える原水受入れユニット、
   前記第一原水と第二原水とを夫々にろ過して第一ろ過水と第二ろ過水にする２つのフィルタと前記２つのフィルタに前記第一原水と第二原水を夫々に送り込む２つの原水供給ポンプと前記２つのフィルタの下流に設けた液面制御弁を備える２系統のフィルトリングユニット、
   前記２系統のフィルトリングユニットで夫々に形成される第一ろ過水と第二ろ過水とを、第一原料水と第二原料水として貯める２基の原料水タンクを備え、前記第一原料水と第二原料水を、夫々単独に又は混合して浄水機構に送り込み、当該浄水機構で浄化して飲料水を生成する浄水化ユニットであって、前記浄水機構が原料水の送り込みポンプ、切換弁、ろ過材槽、及び流量制御弁を備える浄水化ユニット、
   前記浄水化ユニットから送出される飲料水を受入れて貯留する飲料水タンクと、この飲料水タンクに接続されてタンク内の飲料水を供給先に送出する飲料水の送出ポンプと流量制御弁と流量計を有する飲料水供給系とを備えた飲料水送出ユニット、
   を備えている飲料水供給システムであって、
   前記原水供給ポンプ、原料水送込みポンプ、飲料水送出ポンプ、及び各制御弁は、再生エネルギ発電を含む発電機構、又はその発電機構に接続された蓄電池の出力を電源として駆動制御し、
   前記飲料水送出ユニットは、２基の飲料水タンクを備え、前記浄水化ユニットから送出される飲料水が２系統に分岐して前記２基の飲料水タンクに送り込まれ、２基の飲料水タンクの飲料水は、夫々の飲料水タンクが備える飲料水送出系に切換弁を介して接続され、
   前記切換弁は、上水道の遮断を検知した信号、又は上水道の遮断を示す信号をトリガーとして平常時と発災時の自動切換動作をして、
   前記飲料水タンクの飲料水を、平常時には随意消費用に適宜の消費先に供給し、発災時には前記随意消費を一時停止して１基以上の移動タンクに積載するか、又は／及び１基以上のペットボトル充填装置に供給してペットボトルに充填し、被災地等の飲料水を必要とする場所へ前記移動タンク、又は／及びペットボトルを搬入するようにしたことを特徴とする飲料水供給システム。
2. 浄水化ユニットのろ過材槽は、ろ過材として活性炭、麦飯石、サンゴ石、貴陽石を用い、各ろ過材をカセット式の複層構造で配置し、前記ろ過材をカセット単位で交換するようにした請求項１の飲料水供給システム。

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