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浄水器は、微細な物理的バリア、化学プロセス、または生物学的プロセスを用いて水の汚染度を低減することで、不純物を除去します。浄水器は、農業用水、飲料水、工業用水、公共および民間の水族館、池やプールの安全な利用など、さまざまな目的に合わせて、水を浄化します。
フィルターは、ふるい分け、吸着、イオン交換、バイオフィルムなどのプロセスを利用して、水から不要な物質を除去します。ふるいやスクリーンとは異なり、フィルターは硝酸塩やクリプトスポリジウムなどの細菌など、水が通過する穴よりもはるかに小さい粒子を除去する可能性があります。[ 1 ]
ろ過方法の中でも、注目すべき例としては、水から固形物や浮遊物を分離するために使用される沈殿法[ 2 ]や、一般的には沸騰した水を布に通して不要な残留物を捕捉する活性炭処理法[ 3 ]などがある。さらに、機械を使用して水を多段式ろ過水槽に移送することで脱塩と浄化を行う方法も用いられている。この技術は、都市全体に水を供給するなど、より大規模な水のろ過を目的としている[ 2 ]。
これら3つの方法は、数世紀前に遡る歴史を持ち、今日用いられている多くの現代的なろ過方法の基礎となっているため、特に重要である。
自治体やその他の大規模処理システムで使用される浄水フィルターの種類には、メディアフィルター、スクリーンフィルター、ディスクフィルター、緩速砂ろ過床、急速砂ろ過器、布フィルター[ 4 ]、藻類スクラバーなどの生物フィルター[ 5 ]などがあります。
家庭用浄水器には、活性炭ろ過用の粒状活性炭フィルター、深層フィルター、金属合金フィルター、微多孔性セラミックフィルター、カーボンブロック樹脂、精密ろ過膜、限外ろ過膜などがあります。複数のろ過方式を組み合わせたフィルターもあります。例えば、多重バリアシステムなどが挙げられます。少量の飲料水には、ポット型浄水器が使用できます。ケトルの中には、主に水垢の蓄積を軽減するためにフィルターが内蔵されているものもあります。
ハイカー[ 6 ] 、人道支援団体、軍隊が浄水器を使用しています。これらの浄水器は通常、小型で持ち運びやすく軽量（ 1～2ポンド（0.45～0.91kg ）以下）です。通常、手動ポンプで水をろ過しますが、サイフォン式ドリップシステムで水を強制的に通すものや、水筒に組み込まれているものもあります。汚れた水は、スクリーンフィルター付きの柔軟なシリコンチューブを通して特殊なフィルターに送られ、容器に溜まります。これらのフィルターは、病気を引き起こす可能性のある細菌、原虫、微生物嚢子を除去する働きをします。フィルターには交換または洗浄が必要な細かいメッシュが付いている場合があり、セラミック浄水器は不純物で目詰まりした場合は外側を研磨する必要があります。
これらの浄水器は、A型肝炎ウイルスやロタウイルスなどのウイルスを除去したり殺したりする、水を消毒する装置や錠剤と混同してはいけません。
セラミックフィルターは、水ろ過の低コストソリューションであり、最も古いろ過方法の1つであるにもかかわらず広く使用されています。[ 7 ]これらのフィルターは、家庭内だけでなく、さまざまなプロセスで産業工学（高温フィルターとして）でも使用されています。[ 8 ]
日常的な水の使用に用いられる従来のセラミックフィルター（キャンドル型フィルターと呼ばれる）は、重力と中央のキャンドルを利用してろ過を行うため、ろ過プロセスに非常に長い時間がかかる。
水磨きという用語は、水から小さな（通常は顕微鏡レベルの）粒子状物質を除去するプロセス、または非常に低濃度の溶解物質を除去するプロセス全般を指すことがあります。プロセスとその意味は、状況によって異なります。水槽用フィルターの製造業者は、ナイロンまたはポリエステルパッド内に「微粒子」を捕捉することでフィルターが水磨きを行うと主張するかもしれません。同様に、化学技術者は、磁性粒子層に溶液を通すことで溶液から磁性樹脂を除去することをこの用語で表すことがあります。[ 9 ]この意味では、水磨きは単に家全体の浄水システムの別の用語にすぎません。水磨きは、水再生プラントでも大規模に行われています。[ 10 ]
証拠によれば、エジプトは浮遊固形物除去にミョウバンを使用した最初期の文明の一つであった。[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]紀元前1100年以前、ミノア人は砂フィルター、沈殿槽、セラミックフィルターを使用して水源から沈殿物を取り除いていた。[ 13 ]スシュルタ・サンヒターなどの初期のサンスクリット語文献には、煮沸、日光照射、砂や砂利によるろ過などの技術が記載されている。[ 14 ] [ 15 ]古代ギリシャでは、ヒポクラテスがきれいな水の使用を提唱し、ヒポクラテスの袖として知られる布フィルターを考案した。[ 16 ] [ 17 ]中国では、水の安全性を向上させるために水を沸騰させることが一般的な習慣となった。[ 18 ] [ 19 ] 約2000年前、マヤ文明は石英とゼオライト鉱物を含むろ過システムを使用していた。[ 20 ] [ 21 ]後にペルシャの技術者アル・カラジは著書『隠された水の抽出』の中で水のろ過方法について記述した。[ 22 ]
顕微鏡が発明されるまで、微生物の存在は知られていませんでした。顕微鏡が発明され、微生物と病気の関係が明らかになるまでには200年以上が経過しました。19世紀半ばには、コレラが汚染された水によって伝染することが証明されました。19世紀後半には、ルイ・パスツールの粒子病原体説によって、微生物と病気の因果関係が最終的に確立されました。ろ過は18世紀に水浄化法として確立され、最初の都市型浄水場は1832年にスコットランドに建設されました。しかし、当時は水の美的価値が重要視され、効果的な水質基準は19世紀後半まで存在しませんでした。[ 23 ]
19世紀から20世紀にかけて、家庭用水生産用の浄水器は、一般的に緩速砂ろ過器と急速砂ろ過器（機械式ろ過器、アメリカ式ろ過器とも呼ばれる）に分けられました。1800年以前にも小規模な浄水システムは数多く存在しましたが、スコットランドのペイズリーは、町全体にろ過水が供給された最初の都市として一般的に知られています。ペイズリーのろ過器は1804年に稼働を開始し、初期の緩速砂ろ過器の一種でした。1800年代を通じて、イギリスとヨーロッパ大陸で数百の緩速砂ろ過器が建設されました。マサチューセッツ州ローレンスでは、水道水の汚水汚染による腸チフスの流行が続いたため、1893年に断続式の緩速砂ろ過器が建設され、稼働しました。 [ 24 ]最初の連続運転式緩速砂ろ過器は、1897 年にニューヨーク州オールバニー市のためにアレン・ヘイゼンによって設計された。 [ 25 ]水ろ過の最も包括的な歴史は、 1948 年にモーゼス・N・ベイカーによって出版され、1981 年に再版された。[ 24 ]
1800年代、機械式ろ過は、ろ過工程の前に硫酸アルミニウムを添加することに依存する工業プロセスでした。機械式ろ過のろ過速度は、通常、緩速砂ろ過よりも60倍以上速く、そのため、必要な土地面積が大幅に少なくて済みました。米国で最初の近代的な機械式ろ過プラントは、ニュージャージー州リトルフォールズにイーストジャージー水道会社のために建設されました。ジョージ・W・フラーがプラントの設計と建設の監督を行い、1902年に稼働を開始しました。[ 26 ] 1924年、ジョン・R・ベイリスは、膨張中にフィルター材に水のジェットを噴射するノズル付きのパイプで構成される固定グリッド逆洗補助システムを開発しました。[ 27 ]
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