JP4818521B2 - 地下水浄化装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学物質等によって汚染された地下水を汲み出し浄化する水処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の水処理装置としては特開平10−328655号公報に示されたものがある。すなわち、汚染物質によって汚染された地下水はポンプによって吸引され、タワー内部に落下させてファンによる上昇気流で気化しやすい成分を蒸発させてタンクに貯留する。タンク内では水に浮遊する吸着材によって主として油脂類を吸着除去して後、浄化槽で最終の浄化をするというものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の水処理装置では、化学物質の他に鉱油等も除去され処理能力も大であるが、大型の設備となり設備費ならびに運転費もそれなりにかさみ、局所的な汚染が目立ち随所、随時の対応が必要な現状において設置面積および費用上の困難があるという課題があり、汚染物質の除去効率が良く、かつ設置、維持運転が簡易で諸費用が低廉なものが要求されている。
【0004】
また、地下水の浄化を必要とする場所には、一般的に工場撤去の更地や空き地、および稼動停止された廃工場に類するところもあり、基本的には電力の自己供給と、無人での24時間運転が要求されている。
【0005】
本発明はこのような従来の課題を解決するもので、揮発性有機化合物の除去を主体とした簡素な構成で除去効率を高め、設備費および運転費も低額な地下水浄化装置を提供することを目的とする。
【0006】
また、自然エネルギーと燃料電池の併用で更なる省エネルギーを図り、電力自給による僻地での独立運転も可能とする地下水浄化装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の地下水浄化装置は上記目的を達成するために、処理水を通過させて汚染物質を吸着濾過する吸着槽は頂部の給水口および逆洗排水口と外周下方の集水口を開口し、内部は上部と下部に処理水層として所定の空間を設けた濾過材層とし、前記上部の処理水層の前記給水口に複数のノズルから異なる角度で前記吸着槽の内径全面に放射する散水管を挿着し、前記下部の処理水層は前記集水口に連通するとともに、下部の処理水層には軸方向に細孔を開口した集水管を設け、前記細孔を底面に向けて前記集水口に連通した構成とする。
【0008】
本発明によれば、処理水は給水口の散水管から濾過材層の全面に散水され流下し浄化され、下部処理水層の集水管を経て集水口から排出する。そして集水口から清浄水を圧入すると集水管の細孔で濾過材層の底面全体に逆流し微細な汚染物を逆洗排水口から洗い流すことができる。
【0010】
また他の手段は、吸着槽にJISオープン普通ドラム缶を用い、頂部の天蓋に前記逆洗排水口および前記天蓋の中央に前記給水口をそれぞれ開口した構成としたものである。
【0011】
そして本発明によれば、ドラム缶の頂部の天蓋にある既設の口金二箇所の内、一箇所を逆洗排水口として流用でき、主要構造体に市場規格品を用いることで設備費も低額にできる。
【0012】
また他の手段は、処理水を通過させる揚水ポンプの動力源として、自然エネルギーを利用する太陽電池ならびに風力発電装置と、充放電制御器を介して前記太陽電池ならびに前記風力発電装置が発生する電力を貯蔵する蓄電池を設けたものである。
【0013】
本発明によれば、自然エネルギーの太陽電池と風力発電装置で動力源の複合を行い、商用電源の負担を軽減できる地下水浄化装置が得られる。
【0014】
また他の手段は、自然エネルギー源の太陽電池ならびに風力発電装置が発生する電力を用いて前記集水口から排出される処理済の水を酸素と水素に電気分解する電解装置と、前記電解装置が発生した水素と空気中の酸素を反応させて電気エネルギーを発生する燃料電池を備えたものである。
【0015】
そして本発明によれば、気象条件による発電の変動を、集水口から排出される処理済の水を酸素と水素に電気分解する電解装置と、燃料電池によって補足することで電力供給の安定化ができ、電力の自己供給により独立運転が可能となる地下水浄化装置が得られる。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明は、汚染物質を吸着濾過する吸着槽は頂部の給水口および逆洗排水口と外周下方の集水口を開口し、内部は上部と下部に処理水層として所定の空間を設けた濾過材層とし、前記上部の処理水層の前記給水口に複数のノズルから異なる角度で前記吸着槽の内径全面に放射する散水管を挿着し、下部の処理水層に軸方向に設けた細孔を有する集水管の細孔を底面に向けて集水口に連通したものであり、処理水は給水口の散水管から濾過材層の全面に散水され流下し浄化され、下部処理水層の集水管を経て集水口から排出する。そして集水口から清浄水を圧入すると集水管の細孔で濾過材層の底面全体に逆流し微細な汚染物を逆洗排水口から洗い流すことができる。
【0017】
また、吸着槽にJISオープン普通ドラム缶を用い、頂部の天蓋に前記逆洗排水口および前記天蓋の中央に前記給水口をそれぞれ開口したものであり、市販の規格部材を追加工することで装置の主体を形成することができる。
【0018】
本発明は、太陽電池に併せて風力発電装置を設け、これらの発電電力の所要量以外を貯蔵する蓄電池を設けたものであり、自然エネルギー源調達手段を複合化して出力を平準すると共に、余力を蓄積することで供給の安定化ができる。
【0022】
また、太陽電池ならびに風力発電装置が発生する電力を用いて、集水口から排出される処理済の水を酸素と水素に電気分解する電解装置により、発生した水素と空気中の酸素を反応させて電気エネルギーを発生する燃料電池を設けたものであり、商用電源の得られ無い所での電源の供給安定を保護する。
【0023】
また、電解装置が発生した酸素ならびに水素をそれぞれ貯蔵する酸素貯蔵器と水素貯蔵器を設けたものであり、主要燃料切れによる燃料電池の停止を防止する。
【0024】
また、太陽電池ならびに風力発電装置が発生する電力の気象条件による低下時には、水の電気分解に商用電源の深夜電力を用いる制御回路を設けたものであり、商用電源の有効利用による電源負荷の平準化ができる。
【0025】
また、非常時に水素貯蔵器の水素を燃料電池に用いる制御回路を設けたものであり、主要燃料切れによる燃料電池の停止を防止する。
【0027】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【0028】
【実施例】
(実施例1)
図1ないし図9に示すように、地下水を浄化する円筒缶状の吸着槽1は、その頂部に設けた給水口2に揚水ポンプ3を介して地中に打ち込まれた吸水管(図示無し)と流入配管4により接続され、外周下方の集水口5から下流側の排出配管6に連通する。吸着槽1はオープンSUSドラムの1種缶を缶体7として用い、胴回りの輪帯は不要で加工工程を省略する分費用が節減できる。頂部の天蓋8はボルト式のバンド8Aにより取外し自在で既設の口金二箇所の内、一箇所を逆洗排水口9とし、中央部へ別途に前記の給水口2を開口し、内側に複数のノズルから異なる角度で缶体7の内径567mm全面へ放射する散水管10を挿着する。そして缶体7の内部には底面と所定の間隔を置いて平行に井桁状の格子12を固定し、SUSネット13を展着したSUSのパンチングメタルシートである濾材受板14を載設して、上方に活性炭を充填した活性炭層15と、下方の下部処理水層11とする。活性炭層15の表面は天蓋8との間に上部処理水層16として、散水管10による散水効果を発揮できる所定空間を設ける。缶体7の外周の下部には内部の下部処理水層11に連通する集水口5と活性炭層15の底部に連通する活性炭抜取口17を設けている。下部処理水層11には、外周の軸方向に細孔18を設け一端を閉塞した筒状の集水管19の開口端を集水口5に嵌着して連通する。このとき細孔18は底面を向いて固定される。流入配管4の経路は揚水ポンプ3の上流に逆止弁20、砂濾し器21、ストレーナ22を設け、下流にはフィルタ23から三方ボール弁24A、24Bを経て給水口2へ連通する。さらに三方ボール弁24Bは逆洗排水口9へ連通する逆洗排出配管26A、26Bに連通する。また、下流の排出配管6の途中から採水管27を分岐して、その先端にボール弁28とホースニップル29を設けている。そして要所に水流監視用の計器を設けており、圧力計30Aは給水口2へ、圧力計30Bは流入配管4へ、圧力計30Cは逆洗排水口9へ、流量計31をフィルタ23の下流側へ設けている。制御盤32は電源と地下水の水位変動による揚水ポンプ3の起動停止の自動切替操作を行うものである。
【0029】
上記構成において、揚水ポンプ3を運転し、汚染地下水を流入配管4から導入するとストレーナ22で比較的粗大な塊である夾雑物を濾し取り、次に砂濾し器21で粉粒状のものを除去し、揚水ポンプ3を通過し、フィルタ23で粒状の鉄分を捕集し、三方ボール弁24A、24Bを経て給水口2へ流れ、散水管10の複数のノズルから異なる角度で噴出することで活性炭層15の表面に均等に水勢がかかり、層の全面を均等に流下して揮発性有機化合物を主体とする汚染物質が効率的に吸着される。このとき0.4kgf/cm2の水圧で、注水量は4L/minとなり、上部処理水層16は満水状態となっているが、散水管10からの噴出が処理水を撹拌し活性炭層15の表面に微細な不純物が沈殿滞留しない。活性炭層15を通過して下部処理水層11に流下してきた汚染物質除去済みの処理水は一旦底面に当たり、缶体7の底面中心部に位置して下向きに開口している集水管19の細孔18へ寄せ集められるように入り、活性炭層15の下層における偏流を起こすこと無く集水口5から排出配管6を通り流出し、地下へ戻すなり、水質に応じた再利用ができる。処理水は所定の時期に浄化状態の検査を行うが、採水管27のボール弁28を開けることで集水口5からの処理水の流れを止めることなく試料水を随時採取することができる。そして、比較するための浄化前の試料水は流入配管4の三方ボール弁24Aの下流側の通常は閉止しているボール弁(図示無し)を開けることで同様に処理水の流れを止めることなく採取できる。活性炭が汚染物質で飽和状態にあると判定されると活性炭抜取口17を開けて活性炭を流し出し、天蓋8を外して新しい活性炭を充填する。処理水の中に微細な不純物がまじり活性炭層15の全体に浸透滞積して、処理水の流れが悪くなり処理能力が所定より低下した場合は、排出配管6の採水管27の分岐より下流側に設けたボール弁(図示無し)を閉止しておき、採水管27のボール弁28を開放しホースニップル29と上水道口をホースで繋ぎ水道水を注入する。水道水は3〜4kgf/cm2の圧力で集水口5から集水管19へ入り、細孔18から噴出して缶体7の底面に突き当たり、広がりながら全面に上へ噴き上がり活性炭層15を逆流し、吸着汚染物質を洗い流して逆洗排水口9から逆洗排出配管26Aを通り、三方ボール弁24Bで切替えられた逆洗排出配管26Bから排出される。流量計31は所定の流量を確認し、各圧力計は各部分における処理水の圧力差によって停滞や減少を監視する。
【0030】
このように市場規格品のドラム缶を用いた吸着槽と揚水ポンプを低圧の配管で1.2平方米程度の枠体に組込み電源の制御盤も備えることで、必要に応じて容易に移動し地下水の浄化をすることができる。
【0031】
(実施例2)
図10に示すものは、処理水を通過させる揚水ポンプを直流電動機で駆動する揚水ポンプ3aとして、この動力源を自然エネルギーならびに化学エネルギーによる発電を利用する地下水浄化装置である。すなわち、自然エネルギーの太陽電池33ならびに風力発電装置34を設け、発生する電力は充放電調節器35を介して直流電力として貯蔵する蓄電池36と電力変換器37に接続する。このとき風力発電機は通常交流であるから整流器を用いる。化学エネルギーの燃料電池38は直流電力として電力変換器37に接続する。また、電力変換器37には商用電源39が接続されている。リン酸型の燃料電池38の燃料は、地下水浄化装置で処理済の水を排出する排出配管6から切替弁40によって送水管41を分岐し、液送ポンプ42で取水したものを電解装置43で水素と酸素に電気分解し、それぞれ水素貯蔵器44と酸素貯蔵器45に送る。水素貯蔵器44は直接に燃料電池38へ連通している。酸素貯蔵器45は切替弁46を介して燃料電池38へ連通する。切替弁46にはエアコンプレッサ47が空気配管48によって接続されている。
【0032】
制御装置49は、図11に示すように制御演算装置50によって利用可能エネルギー状況検出手段51からの電力状況データを比較手段52で比較し、利用エネルギー決定・駆動手段53で選択し駆動するものである。また、排出配管6に汚染物質濃度自動検出器54と、自動停止弁55を設け、制御盤32によって汚染物質の検出濃度が規定値以上の場合には揚水を停止するものとしている。
【0033】
上記構成において、電力変換器37に太陽電池33、風力発電装置34および燃料電池38の直流電力と、商用電源39の交流電力を集約し、揚水ポンプ3a、電解装置43および液送ポンプ42には直流電力を、エアコンプレッサ47には交流電力を必要に応じて変換して供給する。昼夜を問わず風があれば発生する風力発電装置34の直流電力と太陽電池33の直流電力に併せることで、自然エネルギーによる電力が増加し、商用電源39の省エネルギーを向上するものである。電解装置43が電気分解した水は、水素2、酸素1の割合で生成するので燃料電池38で消費する酸素は、非常時に備え通常エアコンプレッサ47で供給される空気中の酸素を用いる。利用エネルギー決定・駆動手段53における選択は自然エネルギーを優先させ燃料電池38および商用電源39は補助的に使用する。また、電解装置43は商用電源39の使用料の低廉な深夜電力を用いる制御を行い、商用電源39の経済的負担を軽減と、各負担電力の平準化ができる。本実施例の揚水ポンプ3aは駆動を直流電動機とすることで24時間連続使用に適した省エネルギー運転ができる。
【0034】
【発明の効果】
以上の実施例から明らかなように本発明によれば、汚染物質を吸着濾過する濾過材層の上下に処理水層を設けることで、処理水は散水管によって濾材面に平均して注水され、濾過後の排出も集水管で均等に排出されるから濾過材層の中は偏流が無く、汚染物質の吸着効率が向上されるという効果のある地下水浄化装置を提供できる。
【0035】
また、逆洗排水口を設けることで集水管から洗浄水を逆注入し、濾過材層の中を平均した洗浄水流によって微細な不純物の沈殿滞留による汚染物質の吸着能力の低下が防止できるという効果のある地下水浄化装置を提供できる。
【0036】
また、主要構造体である吸着槽に市場規格品を用い、小型簡便で設備費および維持・運転費も低額にできるという効果のある地下水浄化装置を提供できる。
【0037】
また、太陽電池ならびに風力発電装置による自然エネルギーの電力と、大規模な場所と装置を要しない化学エネルギーによる燃料電池の電力利用により、商用電源の引込みがない場所においても電力の自己供給により独立運転ができ、設置運転の自由性が大であると共に商用電源の省エネルギーを行い、地球環境の防止と浄化促進ができるという効果のある地下水浄化装置を提供できる。
【0038】
また、商用電源の停電等非常事態においても水素貯蔵器と酸素貯蔵器から燃料を供給でき、燃料電池の駆動を続けることで電力供給の維持ができるという効果のある地下水浄化装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の地下水浄化装置を示す要部側断面図
【図2】同地下水浄化装置を示す平面図
【図3】同濾過槽のA矢視平断面図
【図4】同集水管のB矢視図
【図5】同濾過槽の放射水流を示す図
【図6】同集水管の集水流を示す側面説明図
【図7】同集水管の集水流を示す正面説明図
【図8】同集水管の逆洗水流を示す側面説明図
【図9】同集水管の逆洗水流を示す正面説明図
【図10】同自然および化学のエネルギーによる電力供給構成図
【図11】同制御演算装置の説明図
【符号の説明】
1 吸着槽
2 給水口
3、3a 揚水ポンプ
4 流入配管
5 集水口
6 排出配管
7 缶体
8 天蓋
9 逆洗排水口
10 散水管
11 下部処理水層
12 格子
13 SUSネット
14 濾材受板
15 活性炭層
16 上部処理水層
17 活性炭抜取口
18 細孔
19 集水管
24A、24B 三方ボール弁
33 太陽電池
34 風力発電装置
35 充放電調節器
36 蓄電池
37 電力変換器
38 燃料電池
39 商用電源
40、46 切替弁
41 送水管
42 液送ポンプ
43 電解装置
44 水素貯蔵器
45 酸素貯蔵器
47 エアコンプレッサ
48 空気配管
49 制御装置
50 制御演算装置
51 エネルギー状況検出手段
52 比較手段
53 利用エネルギー決定・駆動手段
54 汚染物質濃度自動検出器
55 自動停止弁
Claims (7)
- 処理水を通過させて汚染物質を吸着濾過する吸着槽は頂部の給水口および逆洗排水口と外周下方の集水口を開口し、内部は上部と下部に処理水層として所定の空間を設けた濾過材層とし、前記上部の処理水層の前記給水口に複数のノズルから異なる角度で前記吸着槽の内径全面に放射する散水管を挿着し、前記下部の処理水層は前記集水口に連通するとともに、下部の処理水層には軸方向に細孔を開口した集水管を設け、前記細孔を底面に向けて前記集水口に連通した地下水浄化装置。
- 吸着槽にJISオープン普通ドラム缶を用い、頂部の天蓋に前記逆洗排水口および前記天蓋の中央に前記給水口をそれぞれ開口した請求項1記載の地下水浄化装置。
- 処理水を通過させる揚水ポンプの動力源として、自然エネルギーを利用する太陽電池ならびに風力発電装置と、充放電制御器を介して前記太陽電池ならびに前記風力発電装置が発生する電力を貯蔵する蓄電池を設けた請求項1記載の地下水浄化装置。
- 自然エネルギー源の太陽電池ならびに風力発電装置が発生する電力を用いて前記集水口から排出される処理済の水を酸素と水素に電気分解する電解装置と、前記電解装置が発生した水素と空気中の酸素を反応させて電気エネルギーを発生する燃料電池を備えた請求項1記載の地下水浄化装置。
- 電解装置が発生した酸素ならびに水素をそれぞれ貯蔵する酸素貯蔵器と水素貯蔵器を備えた請求項4記載の地下水浄化装置。
- 太陽電池ならびに風力発電装置が発生する電力の気象条件による低下時には、水の電気分解に商用電源の深夜電力を用いる制御回路を設けた請求項4記載の地下水浄化装置。
- 非常時に水素貯蔵器の水素を燃料電池に用いる制御回路を設けた請求項4記載の地下水浄化装置。
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