JP3728665B2

JP3728665B2 - 水道水等の浄化システムおよび浄化装置

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Publication number: JP3728665B2
Application number: JP2002114666A
Authority: JP
Inventors: 昌利飯田; 征助高島; 良介村山; 正吉古橋
Original assignee: 株式会社飯田建設
Priority date: 2002-04-17
Filing date: 2002-04-17
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2022-04-17
Also published as: JP2003305463A

Description

【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２００ｎｍ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（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓｎｉｇｅｒ）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（Ｓａｒｃｉｎａｌｅｔｅａ）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（Ｂａｃｉｌｌｕｓｓｕｂｔｉｌｉｓ）のｓｐｏｒｅ（芽胞）の１２．０ｍＷ・ｓｅｃ／ｃｍ²、枯草菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓｓｕｂｔｉｌｉｓ）、炭疽菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓａｎｔｈｒａｃｉｓ）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（ＭｅｔｈｉｃｉｌｌｉｎＲｅｓｉｓｔａｎｔＳｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓＡｕｒｏｕｓ，ＭＲＳＡ．）よりも紫外線抵抗性はやや高いが、それでも照度１０ｍＷ・ｓｅｃ／ｃｍ²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２００ｎｍ、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／ｍｌ）、（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、４００ｎｍ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１０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〜４００ｎｍ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、４００ｎｍ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、３４は高速回転する半円形チョッパー、３５は試料水３５ａと超純水３５ｂの石英製セル、３６は集光レンズ、３７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３２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（２００ｎｍ）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Ｉ₀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、４００ｎｍ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〜４００ｎｍ）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

Claims

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のいずれかの紫外線の吸光度を測定することによっ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。