JP5487927B2 - 中水、上水の製造監視システム - Google Patents

Description

本発明は、雨水などの環境淡水を集水して中水および／または上水を製造する際の監視システムに関するものである。

雨水を集めて浄化して利用するシステムは種々開発されている。

例えば、特許文献１には、公園等の広い区域に降った雨水を集めて放水する放水経路の途中に、雨水抽出経路を接続して浄化し、これを利用する雨水利用システムが開示されている。

特許文献２には、屋根などに降った雨水を集めて下の貯水槽に落し、これを浄化する雨水回収処理装置が開示されている。

また、特許文献３には、雨水を各戸から集めるとともに地域に発生する排熱を組み合わせて中水とそれを加熱した温水を供給する複合装置が開示されている。

特許文献４には、雨水や河川、池、生活廃水などを集めて浄化し、中水または上水を製造する装置が開示されている。

これらの装置には水位センサーは設けられているが、特に製造監視システムは設けられていない。

特開２００５−３５０８６７号公報 特開平１０ −２１６７３４号公報 特開２００２−２０６７６５号公報 特開平 ９ −２３４４９６号公報

ところで、雨水等の環境淡水から上水や中水を製造する装置においては、配管や貯槽内に藻類、微生物等の生物が繁殖しやすく、これが、上水や中水の製造においてトラブルになる。一方、海水の淡水化には逆浸透膜が使用されている。本発明者らは、この逆浸透膜を雨水等の浄化に使用することを検討中である。海水の淡水化においては、膜に破断が生じると電気伝導度が大きく変化するので、これを容易に検知できる。しかしながら、雨水はもともと電気伝導度が低いため、これを測定しても破断による電気伝導度の変化が小さく、検知は容易ではない。

本発明者らは、雨水等の環境淡水の利用において、これらのトラブルを容易に確実に検知しうる手段を開発するべく種々検討の結果、滅菌剤の使用量に着目するに至った。すなわち、処理水には、滅菌や水質の維持のために、次亜塩素酸ナトリウムなどの残留性のある滅菌剤が使用されるが、この滅菌剤は、水の汚れ具合が高いと使用量が増大する。そこで、この滅菌剤の使用量を追跡して、ある一定の水準値を越えた場合に異常が発生したと判断するのである。

本発明は、このような着想のもとになされたものであり、環境淡水を集水して中水および／または上水を製造するシステムにおいて、単位時間当たりの処理水量を測定する手段と、滅菌処理工程で添加する塩素系滅菌剤の単位時間当たりの添加量を測定する手段と、処理水貯槽における処理水の残留塩素濃度を測定する手段を設け、これらを測定することにより単位処理水量あたりの塩素系滅菌剤の使用量を求め、この使用量が一定値を越えたときに異常事態が発生したと判断する、中水および／または上水の製造監視システムを提供するものである。

本発明により、雨水等の環境淡水から上水や中水を製造する際の異常事態の発生を確実に検知でき、上水や中水を安定して製造できる。

本発明の監視システムの一例を説明する上水および中水の製造フローを示す系統図である。 正常な水と汚れた水について単位処理水量当たりの塩素系減菌剤の使用量と残留塩素濃度の関係を示すグラフである。 雨水を集水して浄化するフローを示す系統図である。

本発明が適用される環境淡水とは、雨水、河川水、湖沼水等である。

本発明で利用される雨水は、各戸の屋根や路面等から集められるものである。集水手段は特に限定されず、各戸の屋根や路面に降った雨水を排水路や配管を利用して雨水貯槽に集めてもよく、その間に適宜中継貯槽を設けてもよい。例えば、図３に示すように、各戸に雨水タンクを設けて、その一部を各戸で灌漑用等に利用し、残部を集めてもよい。

集水した雨水は、上水のみを製造してもよく、中水のみを製造してもよい。上水および中水の製造方法は、前述の特許文献に記載されている。

集水した雨水から中水と上水の両方を製造する際に、中水基準まで処理する方法は、流入水質、要求処理水質に応じて最適な方法を選択する必要がある。通常、中水の使用目的はトイレ用水や灌漑用水であるので、要求水質はそれほど厳しくはない。国内における代表的一例を挙げれば、ｐＨ値…５．８以上８．６以下、 臭気…異常でないこと、外観…ほぼ無色透明、大腸菌…検出されないこと、濁度…２度以下（ただし便器洗浄水は、濁度の基準はない。）、残留塩素基準…遊離残留塩素は０．１ｐｐｍ（結合残留塩素の場合は０．４ｐｐｍ）を保持、などである。

雨水を流入水とした場合ミクロフィルター（ＭＦ）膜での濾過と塩素滅菌でほとんどの場合は要求水質を満足できる。その他、凝集処理、沈澱処理、ｐＨ調整、イオン交換、逆浸透膜法、オゾン処理法、紫外線照射法、活性炭吸着法などを適宜組み合わせて使用する。

中水から上水を製造する方法は、前記特許文献の方法を用いてもよいが、上水の製造に逆浸透膜処理を利用することもできる。その際、中水と飲料水の比率は、地域の要求に応じて定められる。

逆浸透膜装置は公知の装置を用いればよく、運転条件は、逆浸透法の原水の水質と、処理水である上水の要求水質と、本発明の根幹である逆浸透膜処理における濃縮水の満足すべき水質条件から決定すればよい。海水淡水化の場合の使用する膜の種類によってある程度異なるが、回収率は６０％程度、濃縮率は２．５倍程度になる。回収率および濃縮率が制限される理由は、さらに濃縮率を高くしようとした場合には、原液の濃度が上昇し、正浸透圧が上昇し逆浸透膜処理に必要となる加圧圧力が上昇し、動力効率が上昇することと、原液の濃度が上昇し、膜表面への膜閉塞物質付着が懸念されること、などによるものである。しかしながら、雨水を処理して得た中水を原水とした場合には、塩類濃度が非常に小さいため、海水淡水化の場合に比べて非常に大きい回収率での運転と装置の小型化が可能になる。たとえば、このため、塩排除率が小さい代わりにエネルギー消費も小さく、細菌やウイルスさらには農薬のような化学成分の除去が可能な種類の逆浸透膜の使用が可能となるというメリットがある。

逆浸透膜の透過液は、塩素添加等による滅菌処理をし、その外、必要により、ミネラル添加などを行って飲料水として供給する。

一方、濃縮液は、中水ラインへ返送する。返送先は、中水処理の上流側、中水処理中、中水処理後の中水貯槽までの間、あるいは、中水貯槽からの中水供給ラインの途中のいずれでもよい。中水処理の上流側への返送は、濃縮率が非常に高くても希釈されて、またさらに中水処理が施されるため、中水として全く問題のない水質になる利点がある。中水処理の段階、特に滅菌処理の上流側への返送も可能である。この場合でも、他の中水による希釈効果が得られ、返送された濃縮液による中水水質への影響はごくわずかとなるというメリットがある他、返送水は滅菌処理が施され、安全性の高い中水を確実に供給できるというメリットや、滅菌処理より上流側の処理には影響を及ぼさないため、滅菌処理より上流側の処理装置を大型化する必要もない。中水処理後の中水貯槽までの間への返送も、大量の中水で希釈されるため特に問題を生じない。この場合には、滅菌処理装置より下流側への返送となるため、中水貯層での残留塩素濃度が所定の値となるように、滅菌装置での塩素系滅菌剤の添加量を調整すればよい。この塩素系滅菌剤の添加量の調整の方法としては、水質、水量が安定している場合には、経験的に決めることが出来、さらに、中水貯槽に残留塩素濃度測定装置を設け、その値から調整することも出来る。必要に応じて、中水貯槽にも塩素系滅菌剤を投入できるようにしておけばよい。一方、中水供給ラインへの返送は、局部的に濃度が高くなるおそれがあるので、濃縮液の品質管理が必要になる場合がある。

本発明においては、このような、中水および／または上水を製造するシステムにおいて、単位時間当たりの処理水量を測定する手段と、滅菌処理工程で添加する塩素系滅菌剤の単位時間当たりの添加量を測定する手段と、処理水貯槽における処理水の残留塩素濃度を測定する手段を設ける。

処理水量を測定する手段は、例えば、配管の途中に流速計（流量計）を設けて単位時間当りの流量を求めたり、水位計（液面計）水位の減少を測定したりすることができる。測定位置は、処理ラインの何処でもよい。

滅菌処理工程で、添加する塩素系滅菌剤の添加量を測定する手段も、塩素系滅菌剤のタンクに水位計（液面計）を設けて単位時間当りの液面の低下量を求めたり、塩素系滅菌剤のタンクからの供給配管の途中に流速計（流量計）を設けて単位時間当りの流量を求めたり、あるいは塩素系滅菌剤の供給ポンプの流速とポンプの動作時間から求めたり、さらには塩素系滅菌剤の供給ポンプ自体に積算供給量を記録できるタイプのものを使用することができる。

処理水貯槽、すなわち上水貯槽や中水貯槽における上水や中水の残留塩素濃度を測定する手段は、処理水貯槽に残留塩素濃度計を設ければよい。

単位処理水量当たりの塩素系滅菌剤の使用量は、処理水中の残留塩素濃度が設定値になるように調整されるから、上記の測定によって、単位処理水量当りの塩素系滅菌剤の使用量を求めることができる。

そして、この単位処理水量当たりの塩素系滅菌剤の使用量が一定値を越えたときに異常事態が発生したと判断するのである。この一定値は、正常運転時の使用量の変動幅を測定し、例えば、使用量が正常時の変動幅の例えば１．５倍を越えたときに異常事態が発生したと判断するのである。尚、本発明において、異常事態が発生したとの判断は監視システムが自動的に行う。

この異常事態発生の判断には、塩素系滅菌剤の使用量ばかりでなく、電気伝導度やｐＨも測定して、それらを総合判断することもできる。例えば電気伝導度も併せて上昇した場合には逆浸透膜の破断と判断し、電気伝導度が変わらなかった場合には生物発生の可能性が高いと判断するのである。ｐＨは、処理プロセスにおいて大きく変動することはない。この値が大きく変動した場合には、ｐＨ測定装置を含むｐＨ調整装置あるいはｐＨ調整用の薬剤添加装置の異常の可能性が高いと判断する。

そして、これらの異常事態が発生した場合には、それぞれに応じて対処する。逆浸透膜の破断の場合には膜の交換であり、生物発生の場合には洗浄と殺菌などである。これらに対処するために、逆浸透膜装置や処理水系を複数設けて切り替えられるようにしておくことが好ましい。

本発明の一実施態様である監視システムを図１を参照して説明する。

図３のようにして集められた雨水をその貯槽から中水処理装置に送り、そこで流入水質、要求処理水質に応じて最適な方法で処理が行われる。雨水を流入水とした場合ＭＦ膜での濾過と塩素滅菌でほとんどの場合は要求水質を満足できる。その他、凝集処理、沈澱処理、ｐＨ調整、イオン交換、逆浸透膜法、オゾン処理法、紫外線照射法、活性炭吸着法などを適宜組み合わせて使用する。

中水処理が行われた水は、配管の途中に次亜塩素酸ナトリウム水溶液タンクからの配管を接続して次亜塩素酸ナトリウムの添加を行い、この添加量を配管の途中に設けた流量計で測定する。次亜塩素酸ナトリウムを添加した中水は中水貯槽に入れ、そこで残留塩素濃度を残留塩素濃度計で測定して残留塩素濃度が一定になるよう使用量が制御される。こうして、中水貯槽に入った単位中水量当りの次亜塩素酸ナトリウム使用量が求められる。この単位処理水量当たりの次亜塩素酸ナトリウムの使用量は図２に模式的に示すように、正常な水と汚れた水では異なる。そこで、この使用量を連続的あるいは断続的に求めて変動幅を求め、単位処理水量当たりの使用量が通常時に対して例えば１．５倍を越えたときに異常事態が起こったと判断するのである。単位処理水量当たりの次亜塩素酸ナトリウム要求量は、水質、水温によっても異なったものとなるので、通常時の添加量は継続的に把握し、特に、数分間から数週間といった短期間での大きな変化を検出すればよい。

図１では、中水貯槽から一部を引抜いて飲料水処理を行っており、そこでも同様に、次亜塩素酸ナトリウムの添加量と残留塩素濃度を測定し、同様にして異常事態の発生を判断する。

本発明のシステムは、環境淡水から上水や中水製造の異常事態発生を確実に検知できるのでそれらの製造に利用できる。

Claims (4)

1. 環境淡水を集水して中水および／または上水を製造するシステムにおいて、単位時間当たりの処理水量を測定する手段と、滅菌処理工程で添加する塩素系滅菌剤の単位時間当たりの添加量を測定する手段と、処理水貯槽における処理水の残留塩素濃度を測定する手段を設け、これらを測定することにより単位処理水量当たりの塩素系滅菌剤の使用量を求め、この使用量が一定値を越えたときに異常事態が発生したと判断する、中水および／または上水の製造監視システム。
2. 環境淡水が雨水である請求項１記載の監視システム。
3. さらに、環境淡水と中水および／または上水の電気伝導度も測定する請求項１記載の監視システム。
4. さらに、環境淡水と中水および／または上水のｐＨも測定する請求項１又は３記載の監視システム。

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