飲料水貯水槽の計画

読書時間 6 議事録

更新日 - 2025年12月10日

飲料水貯水槽の計画には、望ましい飲料水の水質と揚水能力をできるだけ少ない労力で達成するためには、いくつかの物理的要因を考慮する必要がある。.

水の分析と限界値

まず、各水源の実験室分析を実施し、水の値を適用される規制値と比較することで、必要に応じて規制値を遵守するための具体的な措置を講じることができるようにしなければならない：

• アクリルアミド 0.10 μg/l
• アンチモン 10 μg/l
• ヒ素 10 μg/l
• ベンゼン 1.0 μg/l
• ベンゾ(a)ピレン 0.010 μg/l
• ビスフェノールA 2.5 μg/l
• ホウ素 1.5 mg/l
• 臭素酸塩 10 μg/l
• カドミウム 5.0 μg/l
• 塩素酸塩 0.25 mg/l
• 亜塩素酸塩 0.25 mg/l
• クロム 25 μg/l
• 銅 2.0 mg/l
• シアン化物 50 μg/l
• 1,2-ジクロロエタン 3.0 μg/l
• エピクロロヒドリン 0.10 μg/l
• フッ化物 1.5 mg/l
• ハロ酢酸（HAAs） 60 μg/l
• 鉛 5 μg/l
• 水銀 1.0 μg/l
• ミクロシスチン-LR 1.0 μg/l
• ニッケル 20 μg/l
• 硝酸塩 50 mg/l
• 亜硝酸塩 0.50 mg/l
• 農薬 0.10 μg/l
• 総農薬 0.50 μg/l
• PFAS 合計 0.50 μg/l
• PFASの合計 0.10 μg/l
• 多環芳香族炭化水素 0.10 μg/l
• セレン 20 μg/l
• テトラクロロエテンおよびトリクロロエテン 10 μg/l
• 総トリハロメタン 100 μg/l
• ウラン 30 μg/l
• 塩化ビニル 0.50 μg/l

水の硬度

水の硬度は、水中の炭酸カルシウム（CaCO₃）の含有量を表す。 mmol/l, ppm または mg/l (1mmol/l＝1ppm/l＝1mg/l）国際単位系SIによるアルカリ土類イオン(国際ユニットシステムドイツ硬度1 °dHは0.1783 mml/lに相当）。.

• 軟水→8.4 °dH未満、1.5 mmoll未満に相当する。
• ミディアム -> 8.4 ...14 °dH、1.5 ... に相当。2.5 mmol/l
• 硬水→14°dH以上、2.5mmol/l以上に相当する。

水の硬度は、特にパイプや水に濡れた表面の石灰沈着に反映され、石灰質の多い、つまり硬度の高い水ほど、より多くの洗剤を消費することになる。.

軟水化

軟水化には2つの方法がある： 

• イオン交換体 (ここで、水はナトリウムイオンで飽和した樹脂フィルターに通され、水中に溶けているカルシウムイオンとマグネシウムイオンが樹脂のナトリウムイオンと交換される）。.
  流量にもよるが、イオン交換体は遅かれ早かれカルシウムイオンとマグネシウムイオンで飽和し、高濃度の一般的な塩溶液（NaCl）ですすいで再生しなければならない。その後、カルシウムイオンとマグネシウムイオンを再び吸収し、それに応じてナトリウムイオンを放出することができます。.
  処理能力にもよるが、このようなシステムでは1年間に大量の量が必要となる。 EN973タイプ 純度99.5 %以上の高純度塩。.
  欠点は、水がナトリウムで濃縮されることで、「減塩」飲料水という考えを打ち消すことになる。同様に、再生塩とそれに付随するメンテナンス・コストにも定期的な費用がかかる。.
• 逆浸透膜, は、0.00001 µmの微細なフィルター孔に高圧で水を圧入することによって製造される。しかし欠点は、出来上がった水にミネラルが含まれなくなることである。.
  デメリットは、浸透膜（フィルターカートリッジ）に定期的にかかる費用と、逆浸透の際に生成される「水」の費用である。.
• 蒸留, その結果、ミネラル分を含まない水となり、人間の健康にとって逆効果となる。.
  さらに不利な点は、エネルギー消費が大きいことだ。.
• 種子の結晶化, これは、触媒（カルシウムイオンと炭酸イオンが結合して結晶化する、特別にコーティングされたセラミックまたはポリマーのビーズで満たされている）が、石灰沈着の原因となる方解石を、もはや付着しない針状のアラゴナイト結晶に変換するものである。.
  この水には、アラゴナイト結晶の形をした「石灰」を含むすべてのミネラルが含まれている）。.
  この水は生物によって十分に利用される。.
  このような装置の耐用年数は、流量と寸法にもよるが、10年以上である。水道メーターの後、生活用水の主供給管にループ状に接続される。.
  

シード結晶化技術

水の硬度は以下のどの技術でも変わらない。しかし、CaCO₃ はすでに安定した微細なマイクロ結晶または非常に微細なナノ結晶に結合している。.

TAC

テンプレートアシスト結晶化 - 結晶核の担体は、樹脂や造粒物などの固体媒体である。炭酸カルシウムの結晶は、水が流れるとこの上に形成され、すぐに媒体から剥離し、水と一緒に流される。.
NACプロセスではナノ結晶よりも微結晶の形成に時間がかかるため、低流量に最適。.

ナック

核生成アシスト結晶化 - は基本的にTACプロセスと同じだが、ここでは微結晶の代わりにナノ結晶が生成される。つまり、粒子の数は多くなり、結晶は小さくなる。.
これは、高流量が必要な場合に有利で、媒体との接触時間が短くなり、システムによりTACプロセスよりも結晶形成が速くなる。.

MAC

メディアアシスト結晶化 - は、TACとNACの両プロセスを1つの包括的な用語にまとめたものである。MACという用語は通常、通常のTAC/NACプロセス技術とは異なる独自の技術が使用されている場合に使用される。.

種子晶析システムのサプライヤー

つまり、どのメーカーが製品の機能を主張するだけでなく、独立したテストセンターや研究機関による証明書によってその機能を証明しているのかを見極めることが重要である。.

上述したように、流れる水の接触時間は機能的に重要であるため、個々の製品のデータシートはこの基準に関して個別に評価され、システム全体はそれに応じて適合されなければならない。.

ここでは、以下のメーカーが積極的に目立っている：

• スケールストップ - support@scalestopplus.com
  を独自にテストした。 アリゾナ州立大学 とDVGW（2013年のW512）が99%の有効性を証明している。
• ウォーターテック - info@watertechgroup.com
  製品広告 スケールセーフ 99.9％の有効性
• アクオン・ピュア - info@aqon-pure.com
  の2つの研究で、そのシステムの有効性を証明している。 ホーエンシュタイン・イノベーション社 とGSA(リンク1, リンク2, リンク3)
• ワッツ - info@wattsindustries.it
  という名前で製品シリーズを提供している。 ワンフロー オン
• クリスタル・ウォッシュ - clean@crystalwash.fr
  は1回に限られる。 88...からの効果仕様97 % DVGW-W512によって一般的に認識されているTACプロセスの効率性を指す。
  

ソースの収量

既存または計画的な井戸掘削の場合、時間単位で採水される地下水の量を計算する上で、流量と採水量というパラメータは、他のパラメータとともに初歩的なものである。計算を含む説明は、このサイトに非常に分かりやすく掲載されています。 ウェブサイト.

河川からの取水は多くの場合、認可の対象となり、量的にも制限される。.

供給ポンプの選択

深井戸ポンプは、8～90メートルの深さから地下水を汲み上げるために使用されます。汲み上げ揚程とポンプ揚程（吸込揚程）を足した揚程が総揚程となることに留意する必要があります。.

申し込み例:

ポンプ深度（サクションストレーナー）20m＋最高汲み上げ地点30m＝50mが深井戸ポンプの全揚程である。.

しかし、純粋な高低差に加え、配管経路の摩擦損失（配管や継手などの粗さ＝動水頭）も考慮しなければならない。ポンプを選定する際には、これらを適宜追加する必要があります。.

ポンプ能力を3000 l/hとすると（Q = 3/3600 m³/s = 0.00083333333333333 m³/(例：DN65 (D = 0.0752)のPE/HDPEパイプ、粗さε = 1.5 µm = 1.5 × 10-⁶ m、水の動粘度≈ 1-10^-6 m²/s、密度ρ = 1000 kg/m³ 流速g = 9.81 m/s², また、継手などの等価物を考慮すると、パイプ長200mの1.2倍、240mに相当し、克服すべき高低差はH_s 平均重力加速度g = 9.81 m/sで50 m（静的揚程² (定数として）、以下の計算結果となる：

• 断面 DN65
  A = ( π・D² ) : 4 = ( π ⋅ 0,0752 ² ) : 4 = 0,004417865 m²
• 流速
  v = Q : A = 0.00083333333333333 m³/s : 0,004417865 m² = 0.1886280807 m/s
• レイノルズ数 (特性数、低い=層流、高い=乱流)
  Re = υD : v = ( 0.1886280807015056 ・ 0.0752 ) ：( 1⋅10-6 m²/s ) = 14147.10605261292 m²/s
• パイプ摩擦係数 (スワミージャイン）
  f = 0.25 : [ log₁₀ ( ε : ( 3.7・D ))+ ( 5,74 :レ^0,9 ) ) ]²
  f = 0.25 : [ log₁₀ ( 5,405405405405405 × 10^-6 + 0,000728728 ) ]²
  f = 0.25 : [ log₁₀ ( 0,0007341334054054 ) ]²
  f = 0,25 : [ -3,134490 ]²
  f = 0,25 : 9,825866 = 0,028256663933258565
• パイプの摩擦損失 (ダーシー・ワイスバッハ)
  h_f  = f・（ L : D ）・（ v² : 2g )
  h_f  = f ⋅ ( 240 : 0,075 ) ⋅ ( 0,1886280807015056² : 2 ⋅ 9,81 )
  h_f  = f ・ ( 3200 ) ・ ( 0.001813634 m )
  h_f  = 0,028256663933258565 ⋅ 5,803629 = ≈ 0,1639776104 m
• 等価成形損失
  L（パイプの長さ）の代わりにL_eq (10mセット）
  h_eq = f・（ L_eq : D )⋅ ( v² 2g ) =≈0.0068324004 m
• 総頭数
  H_ない = H_s + h_f  + h_eq
  H_ない = 50.0 m + 0.1639776104 m + 0.0068324004 m = ≈50.1708100 m
• ポンプ出口圧力
  p = ρgH_ない
  p = 1000・9.81・50.1708100108 = 492175.6462064206 Pa
  p = 492175,6462064206 Pa : 10,000 = 4.921756462064206 bar
• 油圧ポンプ容量
  P_h = ρgQH_ない
  P_h = 1000 ⋅ 9,81 ⋅ 0,0008333333333333333 ⋅ 50,1708100108 = 410,1463718386839 W
• 電気モーター出力 P_モーター 効率η = 0.65
  P_モーター= Ph : η
  P_モーター= 410,1463718386839 : 0,65 = 630,9944182133598 W

公称では、約630Wのポンプが必要な電力を供給する。実際には、安全予備として80％増の1.1kW程度と想定される。.

バルブ

ネットワーク内の各貯水槽が個別に分離可能である場合（メンテナンス作業や漏水時に理にかなっている）、各貯水槽にシャットオフ弁と逆流防止弁、フラッシュ弁またはドレン弁が必要である。.

モーター駆動のバルブは、手動（緊急）作動のオプションを持つべきである。.

全てのコンポーネントは、飲料水に関する WRAS/DVGW の要求事項（EPDM シートと NBR ダイアフラム）に従って設計されなければなりません。操作部接続用取付フランジは ISO5211、モーターフランジは ISO5211 F05/F07 に準拠した設計が必要です。.

リーク率は クラスVI これは、絶対（気泡のない）気密性、すなわち漏れ率がゼロであることを意味します。(PTFE)/EPDMシートのバルブは全てこの要件を満たしています。.
メタルシートはクラスIVにのみ適合：テスト圧力下で10ml/minのリーク率が許容される。.

アクチュエータをAC230Vで作動させるか、DC24V（バッテリー）で作動させるかは、公共電源が故障した場合でも自動運転が可能であることが要求されるかどうかで決まる。.
風雨にさらされるシステムの電気部品はすべて、以下の規格に適合していなければならない。 IP65 (防塵性、噴流水に対する保護) IP67 (防塵、短時間浸漬に対する保護）。.

モータライズド・バルブにはリミットスイッチが必要で、理想的には 0 ～ 10 V または 4 ～ 20 mA で制御されます。20 mA で制御する必要があります。.

レベル測定

レベル監視には超音波センサーと圧力センサーが適しています。貯水槽の底に設置される圧力センサーは常に水にさらされますが、超音波測定は非接触です。センサーは貯水槽の蓋の上または下に設置されるため、すぐにアクセスできます。.

工業用超音波センサーは、4～20 mAの電流を出力します。この電圧はマイクロコントローラーで評価され、リットル、立方メートル、パーセンテージに変換された測定値として表示されます。.

しかし、超音波センサーの価格はレンジの拡大に伴って上昇しており、4桁ユーロ台に達している。測定距離2.2メートルまでのセンサーは、およそ1,000万ユーロで販売されている。 200ユーロ, 予算オーバーにならないようにするには、貯水槽の深さを2メートル程度に制限する必要がある。.