JP7278562B2 - 雨水活用システム - Google Patents
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Description
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、雨水を貯留・管理し、安定的に維持しつつ、緊急の際に使用できるためのシステムを提供することである。
こうして、上記目的を達成するための発明に係る雨水活用システムは、雨水のゴミを取り除くフィルターと、このフィルターによって処理された雨水を受け入れて貯留するタンクと、このタンクの水を汲み出して移送するポンプと、このポンプで送られた水を送る浄化路と、この浄化路を通った水を浄化処理する浄化装置とが設けられたものであって、前記浄化装置によって処理された処理水を前記タンクに移送する移送路と、ポンプで移送された水をタンクから外方に導出する導出路とが設けられていることを特徴とする。
また、上記発明において、前記浄化装置には、より高速で水を処理する高速浄化器と、より低速で水を処理する低速浄化器との二種類の浄化器が設けられており、前記高速浄化器には、微生物付着用のろ材を、前記低速浄化器には、有機物付着用のろ材を備えることが好ましい。ろ材としては、PVA、活性炭、限外ろ過膜、セラミックス、発泡ガラス、不織布などを用いることができる。
なお、ポンプは、複数台のものを設けることもできる。
上記発明において、前記タンクには貯留水量を検出する貯水センサが、前記移送路には水量を検出する移送水量検出センサが、前記導出路には外方に導出された水量を検出する導出量検出センサが、それぞれ設けられており、この雨水活用システムには、当該システムが設けられている場所から離れた遠隔地において、前記各センサからの信号を受信可能な受信装置が設けられていることが好ましい。
このような構成とすれば、タンクへの貯留水量や循環量を遠隔地において監視できる。
このようにすれば、タンクに貯留された雨水は、浄化装置で処理された後に、再度タンクに貯留される。このように、雨水は単に貯留しただけではなく、貯留中に何度も浄化処理されることになるので、雨水を長期間に渡って生活用水として利用できる水質に維持した状態とできる。
なお、タンクの貯留水は、貯留可能な最大の量に対して、30%~50%程度の量を保持しておくことが好ましい。
また、上記発明において、前記タンクは、前記タンク貯留工程及び第二のタンク貯留工程に使用する第一のタンクと、当該第一のタンクにおける所定の高さ位置から溢れた水が移送されると共に前記ポンプによる送液が行なわれる第二のタンクとに分けて設けられていることが好ましい。
また、上記発明において、前記浄化装置には、より高速で水を処理する高速浄化器と、より低速で水を処理する低速浄化器との二種類の浄化器が設けられており、前記高速浄化器では好気的な微生物の浄化が、前記低速浄化器では有機物の浄化が行われることが好ましい。このとき、低速浄化器への水の流速と高速浄化器への水の流速の比率は、1:5~10の範囲で設定することが好ましい。
また、上記発明において、前記タンクの貯留水量、前記第二のタンク貯留工程を実施するときの水の送液量、前記貯留水使用工程を実施するときの水の使用量をそれぞれ検出する検出工程、及び検出されたデータを遠方に伝える伝達工程を設けることが好ましい。
このようにすれば、雨水の貯留水量や循環量を遠方にて把握・管理できる。
なお、上記発明において、ポンプは、一台のみを設けて、浄化工程と貯留水使用工程の両方に用いることもできるし、複数台を設けて、各工程の実施に専用に設けることもできる。但し、一台のみを設けることで、全体の構成を簡略化できる。また、一台のみのポンプとする場合には、浄化工程を実施するときの送水をタイマーと電磁弁を用いて、所定の時間だけ実施するようにできる。
また、次のような効果を得ることができる。
(1)雨水を貯留しておき、長期間に渡って、生活用水・農業用水・洗車用水などに利用できる。このとき、植物への散水やトイレの洗浄水に利用する場合はタンクからの水をそのまま使用し、車の洗車用水やシャワー・お風呂・手洗い水などの生活用水に利用する場合は高性能フィルターを通して利用することができる。
(2)各センサを設けることにより、タンク内の貯留水量、タンクと浄化装置との間を循環する水量、外方に導出して使用した水量を遠隔監視できるので、使い出の良いシステムとなる。
<試験例>
本実施形態の雨水活用システムを評価するために、雨水の保存条件を変化させて、実地試験によって各方法による雨水の保存性能を評価した。
1.試験方法
発明者が所属する会社の屋根(約50平方メートル程度)に降った雨水について、樋を経由して流れたものを回収し、3個のタンク(φ760mm×H1240mmの円筒形(容量約500L)、SUS304製)に分けて貯留した。
雨水を原水槽に貯留した後、これをタンク1~タンク3に均等量に分けて貯留した。これを7日間に渡って、下記方法で貯留した。
タンク1:雨水を貯留したままとした。
タンク2:ポンプを用いて循環させた。ポンプとして、エーハイム水陸1250 28W、10L/min-1.25mを用いた。
タンク3:ポンプを用いて循環させつつ、循環路の途中に浄化装置(浄化器)を用いた。ポンプとして、エーハイム水陸1250 28W、10L/min-1.25mを用いた。また、浄化装置として、エーハイム2210を用いた。浄化装置に用いた浄化器として、より高速で水を処理する高速浄化器(容量1L×2個)と、より低速で水を処理する低速浄化器(容量1L×1個)との二種類の浄化器を設けた。このうち、高速浄化器には微生物付着用のろ材を、低速浄化器には有機物付着用のろ材が備えられているものを用いた。また、低速浄化器への流速と高速浄化器への流速の比率は、1:5~10の範囲とした。
実験開始日の2日前に降った雨水(約500L)をタンク1に100L、タンク2及びタンク3に200Lずつ分配した(各タンクについては貯留したままとした)。実験開始日に降った雨水(約880L)をタンク1に360L、タンク2及びタンク3に260Lずつ分配・追加した。こうして、各タンクに約460Lずつの雨水を貯留した後、実験を開始した。
7日目に実験1を終了した。
実験1が終了した後、そのまま引き続いてタンク1~タンク3を用いた実験2を実施した。実際の雨水利用を考慮して、1日あたりに約70Lの貯留水を毎日抜き出した(但し、土、日、祭日は休みとした)。実験期間中に雨が降ったときには、雨水を均等にタンク1~タンク3に追加・貯留した。具体的には、実験1の開始から12日目に約170Lずつの雨水を、15日目に約170Lずつの雨水を、19日目に約45Lずつの雨水を、20日目に約100Lずつの雨水を、25日目に約170Lずつの雨水を、それぞれ各タンクに追加した。
タンクが空になったときは、貯留水の抜き出しを止める条件とした(但し、実際には、タンクが空になる前に次の雨が降ったため空にはならなかった)。
(3)実験1,2において、各タンクに貯留した雨水について、試験開始日、7日目、13日目及び20日目に、pH、色度、濁度、一般細菌、大腸菌、亜硝酸態窒素、亜硝酸態窒素および硝酸態窒素、塩化物イオン、有機物(TOC)、臭気及び残留塩素を測定した。
また、実験期間中に各タンクの槽内状況(固形物の堆積、壁面の状態)およびろ材の状態(色、汚泥)を目視にて観察すると共に写真撮影を行った。
試験は、9月8日~10月5日にかけて行った。雨水の平均的な温度は、28℃~30℃であった。試験開始からの各タンクの貯留水量の推移を図1に示した。
(1)実験1の結果
試験開始前と7日目の分析結果を表1に、色度及び濁度の変化を図2に示した。
図2に示すように、タンク3では、色度及び濁度が他のタンクに比べて、大幅に小さくなったことから、浄化装置(二種類の浄化器)を用いた効果が大きいことが分かった。
(2)実験2の結果
試験開始から7日目、13日目及び20日目の分析結果を表2に示した。
試験開始から13日目にタンク内部の様子を観察したところ、タンク1は明らかに透明感が低下し、淀んでいたのに比べ、タンク3ではスッキリとしており透明感が強かった(図3を参照)。また、タンク2,3では、タンク1に比べて、臭気が強いように感じられた。これは、ポンプで循環させている水が水面に落ちるときに、臭気がタンク内に拡散するためであると考えられた。
このように、雨水を貯留した水について、浄化装置を用いて、ポンプで循環させた場合には、水質を良好に維持できることが分かった。
次に、図4~図6を参照しつつ、本実施形態の雨水活用システム1(以下、単に「システム1」という)の構成について説明する。図4には、実際のシステム(のプレタイプ)を屋根の下方に設置した状態を示す写真図である。
本実施形態のシステム1は、100平方メートル~500平方メートル程度の面積を備えた屋根4に降る雨水に対応するものである。システム1には、二基のタンク2,3が設けられている。このうち、図5の右側に示す第一のタンク2は、屋根4に降った雨水が樋5を通じて流れ込む。また、図示左側の第二のタンク3には、第一のタンク2に所定量以上の雨水が溜まったときに、オーバーフローした貯留水8が移動してくる。
各タンク2,3は、同じ大きさのものであり、最大容量がそれぞれ約5トン程度とされている。第一のタンク2において、樋5からの雨水が流れ込むところには、雨水のゴミを取り除くフィルター6が設けられている。このフィルター6は、大きなゴミ(樋5に溜まった枯葉など)を取り除くものであり、数ミリメートル程度の方形状のメッシュを備えたステンレス製のものやプラスチック製のものを用いることができる。
また、第一のタンク2の下端には、貯留水8の量を検出する貯水センサ12が設けられている。この貯水センサ12はコンピュータ13に連結されている。
また、第一のタンク2の上端付近には、後述する浄化装置14によって浄化された水が移送される移送路15が連結されている。移送路15の開口は、第一のタンク2の下端付近に設置されている。
また、第一のタンク2と第二のタンク3との間には、雨水導出路7が設けられている。雨水導出路7は、タンク2,3の高さ方向において、下から約7分目程度の高さ位置に設置されている。第一のタンク2の貯留水8の量が所定の最低貯留量(本実施形態では、約4トン程度)を超えると、雨水導出路7を通じて、貯留水8がオーバーフローして、第二のタンク3に流れ込むようになっている。
第二のタンク3において、第一のタンク2が設けられている側とは逆側には、下部にポンプ18が設けられている。ポンプ18は、第二のタンク3の貯留水9を汲み出し、浄化路19A,19Bを通じて浄化器22,23に送液すると共に、導出路21を通じてシステム1の外方に導出する。このポンプ18は、後述のタイマー27による電磁弁28の開閉のタイミングと一致して駆動・停止するように設定されている。
また、調整バルブ26は、浄化路19Bにおいて、低速浄化器23の上流に設けられている。浄化路19A,19Bが枝分かれする前の地点には、タイマー27によって作動する電磁弁28が設けられている。タイマー27は、24時間式のものであり、一日のうち所定の時間だけ電磁弁28を開放し、浄化路19A,19Bに貯留水9を流すようになっている。本実施形態では、一日に3~4回の駆動と停止を繰り返し、貯留水8,9を循環させるようになっている。調整バルブ20,26は、各浄化器22,23への流速の比率を変化できるように設けられている。低速浄化器23への水の流速と高速浄化器22への水の流速の比率は、1:5~10の範囲で設定されている。
また、浄化路19A,19Bにおいて、浄化器22,23の下流側には、雨水を第二のタンク3に移送する移送路31A,31B,15が設けられている。各移送路31A,31Bには、水量を検出する移送水量検出センサ32A,32Bが設けられている。各センサ32A,32Bは、コンピュータ13に連結されている。また、移送路31A,31Bの下流側は、一本の移送路15に連結され、その他端側は、第一のタンク2の下端付近に設置されている。
浄化器22,23について、2種類の流速で浄化するメリットとして、次のような効果がある。
(1)流速の速い浄化と遅い浄化により、雨水中の浮遊物の除去率を高められる。
(2)流速の速い浄化では好気的な微生物の付着、流速の遅い浄化では嫌気的な微生物の付着し、雨水に溶けている有機物の高度な浄化処理ができる。
(3)流速の速い浄化に微生物の担持性が高いろ材、遅い浄化に脱臭・脱色の能力が高いろ材を使用することでより高度な処理ができる。
コンピュータ13は、システム1の制御を行うと共に、各センサ12,17,32A,32B,33による検出データを取り込んで、遠隔地に設けられた別のコンピュータ34(本発明における「受信装置」に該当する)との間で互いに信号の送受信を行えるようになっている。
次に、上記のように構成されたシステム1の駆動状態について、図7~図11を参照しつつ説明する。
1.雨水及び貯留水の動き
まず、図7を参照しつつ、システム1における雨水及び貯留水の流れについて説明する。屋根4に降った雨は、樋5を伝って、下方に流れる(S100)。樋5を伝った雨水は、フィルター6を通して、第一のタンク2に流入し(S110)、第一のタンク2に貯留される(S120:タンク貯留工程)。第一のタンク2内の貯留水8が、最低貯留水量(雨水導出路7の高さ位置)を超えると、貯留水8が雨水導出路7を通じて、第二のタンク3に流入する(S130:タンク貯留工程)。
第二のタンク3に貯留した貯留水9(S140)は、ポンプ18の駆動によって、浄化装置14に流入し(S150)、浄化装置14によって処理される(浄化工程)。その後、移送路15を通して、第一のタンク2に再度流入する(S160,S120:第二のタンク貯留工程)。こうして、第一のタンク2、第二のタンク3及び浄化装置14という貯留水のループができる。
一方、貯留水9を使用する際には、第二のタンク3に貯留した貯留水(S140)をポンプ18の駆動によって、導出路21を通して、開閉バルブ30から外方に導出される(貯留水使用工程)。
このように、貯留水8,9を循環させつつ浄化処理(循環浄化)することによって、次のような効果を奏する。
(1)全体のタンクの容量を小さくできる。
(2)新しく流入する雨水がない場合でも、災害用に使用するための貯留水8,9の腐る可能性を低くできる。
(3)循環浄化した貯留水8,9をタンク2,3に送水するときに空気に触れるので酸素補給できる。
(4)シャワーやふろ用の水を活用するための限外浄化膜(浄化器24)の目詰まりがしにくくなる。
図8に示すように、雨が降ると(S200においてYES)、樋5を通して雨水が第一のタンク2に流入する(S210)。ここで、第一のタンク2の貯留水量が最低貯留水量を超えた場合(S220においてYES)には、貯留水8が雨水導出路7を介して、第二のタンク3に移送されて貯留水9となる(S230)。
なお、雨が降っていない場合においても(S200においてNO)、所定の時間毎にポンプ18の駆動によって、浄化装置14を通じて貯留水9が第一のタンク2に流入してくる。この場合にも、第一のタンク2の貯留水量が最低貯留水量を超える場合(S220においてYES)があり得る。
図9には、所定の時間毎(例えば、一日に3または4回の浄化処理を行う場合)に、タイマー27でポンプ18を駆動させる場合の貯留水の流れを示した。このとき、全貯留水8,9が、少なくとも一日に一回転以上は、浄化装置14による浄化処理を行う程度の流量としている。
所定の時間が来ると(S300においてYES)、ポンプ18の駆動を行い、第二のタンク3に貯留した貯留水9を浄化装置14に送液する(S310)。浄化装置14では、二種類の浄化器22,23によって、処理速度を異ならせながら、貯留水9の浄化処理が行われる(S320)。浄化処理後の貯留水9は、移送路15を通じて、再度第一のタンク2に導入される(S330)。
図10には、貯留水9をシステム1の外方に取り出すときの操作概要を示した。
導出路21の開放端側にある開閉バルブ30が開かれると(S400においてYES)、ポンプ18を駆動することで、導出路21を介して、第二のタンク3の貯留水9が導出口35を通じて外方に導出される(S410)。
また、開閉バルブ30が閉止されると、ポンプ18への給電が停止され、ポンプの駆動が止まることで、導出口35から水の導出が完了する(S430)。
図11には、システム1と遠隔地のコンピュータ34との間の信号の伝達概要を示した。なお、遠隔地とは、システム1が見える程度の範囲(例えば、数百メートル程度)でも良いし、離島に設置したシステム1を別の都市で監理する程度の範囲(例えば、数十キロ~数百キロ程度)でも良い。信号の伝達を行う送信ラインとしては、有線LAN、無線LAN、電話線、無線などを介して行うことができる。
システム1に設けられた各センサ12,17,32A,32B,33は、それぞれ貯留水量・送液量・外部への導出量を検出する(検出工程)。これらのデータは、適当な時間間隔(例えば、数秒、数分、数十分程度の任意の設定間隔)を隔てて、コンピュータ13によって処理され、保存される(S500)。次いで、各測定データを含む信号を送信ラインを通じて、遠隔地にある別のコンピュータ34に送信する(S510:伝達工程)。一方、別のコンピュータ34では、システム1の監視と管理が行われている。コンピュータ34から、各センサ12,17,32A,32B,33による測定を終了する信号を送った場合(S520においてYES)には、処理が完了する。
各センサ12,17,32A,32B,33を設けることにより、タンク2,3内の貯留水量、タンク3と浄化装置14との間を循環する水量、外方に導出して使用した水量を遠隔監視できるので、使い出の良いシステムとなった。
Claims (1)
- 雨水のゴミを取り除くフィルターと、このフィルターによって処理された雨水を受け入れて貯留するタンクと、このタンクの水を汲み出して移送するポンプと、このポンプで送られた水を送る浄化路と、この浄化路を通った水を浄化する浄化装置とが設けられたものであって、前記浄化装置によって処理された処理水を前記タンクに移送する移送路と、前記ポンプで移送された前記浄化装置によって処理された処理水を前記タンクから外方に導出する導出路とが設けられており、前記浄化装置には、より高速で水を処理する高速浄化器と、より低速で水を処理する低速浄化器との二種類の浄化器が設けられており、前記高速浄化器には微生物付着用のろ材を、前記低速浄化器には有機物付着用のろ材をそれぞれ備え、前記ろ材は、PVA、活性炭、限外ろ過膜、セラミックス、発泡ガラス及び不織布からなる群から選択される少なくとも一つであり、
前記タンクは、雨水及び処理水を受け入れる第一のタンクと、この第一のタンクに貯留した水が所定の最低貯留量以上となったときにオーバーフローした量の水を移動させて貯留する第二のタンクとが設けられており、前記浄化装置は、前記第二のタンクからポンプで移送された水を処理するようになっていると共に、前記第一のタンクには、最下部において沈澱したゴミを外方に導出する沈澱物導出口と、この沈澱物導出口よりも上方であって、前記最低貯留量以上となったときに水を前記第二のタンクに導出する雨水導出路とが設けられており、前記第一のタンクには、前記沈澱物導出口と前記雨水導出路との間位置において、停電時であっても当該第一のタンクに貯留した水を外方に導出可能な緊急時導出ラインが設けられている雨水活用システム。
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