JP2010194454A - 地下水酸化防止装置及び地下水酸化防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】揚水前の地下水中に酸化鉄が生成され、井戸内の揚水ポンプ及び揚水用の配管などに付着して、揚水効率の悪化や閉塞などの不具合が発生する虞を回避できる地下水酸化防止装置及び地下水酸化防止方法の提供。
【解決手段】地下水酸化防止装置１は、井戸１０の地下水２０中に配置されている有機物としての、植物繊維を含有している木材４０を備え、木材４０が、井戸１０の地下水２０の酸化還元電位をマイナス側に変化させる還元力を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、地下水に含まれる鉄分の酸化を抑制する地下水酸化防止装置及びそれを用いた地下水酸化防止方法に関する。

地下水中の鉄分と酸素とが結合して酸化鉄を生成することを抑制するために、揚水した地下水を濾過する濾過装置と、濾過された地下水に含まれる溶存酸素を除去する脱気装置とを有する水処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−３４１３４号公報

上記水処理装置は、複雑な構成の濾過装置及び脱気装置の他に、揚水した地下水を一時的に貯留するチャンバーなどが備えられていることから、設置に多額の費用を要するとともに、揚水井戸（以下、井戸という）の周囲にこれらの設置スペースが必要である。
このことから、上記水処理装置は、狭隘な場所における設置が困難という問題がある。

また、上記水処理装置は、井戸内に貯留されている揚水前の地下水については、濾過及び脱気がされないことから、貯留が長引けば、漸次地下水中の鉄分と酸素とが結合して、酸化鉄が生成され得る。
これにより、上記水処理装置は、酸化鉄が井戸内の揚水ポンプ及び揚水用の配管などに付着して、揚水効率の悪化や閉塞などの不具合が発生する虞がある。

本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかる地下水酸化防止装置は、少なくとも一部が井戸の地下水中に配置されている有機物を備え、前記有機物が、前記地下水の酸化還元電位をマイナス側に変化させる還元力を有することを特徴とする。

これによれば、地下水酸化防止装置は、井戸の地下水中に地下水の酸化還元電位をマイナス側に変化させる還元力を有する有機物を備えている。
このことから、地下水酸化防止装置は、有機物の還元力（還元作用）により地下水中の酸素が消費されることで、地下水中の酸素が減少する。
これにより、地下水酸化防止装置は、地下水中の鉄分と酸素とが結合して酸化鉄を生成することを抑制できる。
したがって、地下水酸化防止装置は、特許文献１の水処理装置のような、揚水前の地下水中に酸化鉄が生成され、井戸内の揚水ポンプ及び揚水用の配管などに付着して、揚水効率の悪化や閉塞などの不具合が発生する虞を回避できる。

また、地下水酸化防止装置は、例えば、井戸の中に揚水ポンプと有機物とを備えた簡素な構成が可能であることから、複雑な構成の濾過装置及び脱気装置などが必要な従来の水処理装置と比較して、設置費用が小額で済むとともに、狭隘な場所にも設置できる。

［適用例２］上記適用例にかかる地下水酸化防止装置は、前記有機物が、植物繊維または動物繊維を含有していることが好ましい。

これによれば、地下水酸化防止装置は、有機物が、植物繊維または動物繊維を含有していることから、例えば、木材、鰹節などの安全且つ安価で容易に入手できる素材を、有機物として用いることができる。

［適用例３］上記適用例にかかる地下水酸化防止装置は、前記有機物が、前記井戸の前記地下水を揚水する揚水部の上方に配置されていることが好ましい。

これによれば、地下水酸化防止装置は、有機物が、井戸の地下水を揚水する揚水部の上方に配置されている。
地下水酸化防止装置は、発明者らの実験によれば、有機物より下方へ行くに従い地下水の酸化還元電位が、よりマイナス側に変化する結果が得られている。
このことから、地下水酸化防止装置は、井戸の地下水を揚水する揚水部の上方に有機物を配置することで、酸化還元電位が、よりマイナス側に変化した地下水（より酸素が減少した地下水）を揚水部から揚水できる。

［適用例４］本適用例にかかる地下水酸化防止方法は、少なくとも一部が井戸の地下水中に配置されている有機物を備えた、地下水酸化防止装置を用いた地下水酸化防止方法であって、前記有機物の、前記地下水の酸化還元電位をマイナス側に変化させる還元力を用いて、前記地下水中の鉄分の酸化を抑制することを特徴とする。

これによれば、地下水酸化防止方法は、有機物の、地下水の酸化還元電位をマイナス側に変化させる還元力を用いて、地下水中の鉄分の酸化を抑制することから、酸化鉄の生成を抑制できる。

本実施形態の地下水酸化防止装置の概略構成を示す模式断面図。

以下、地下水酸化防止装置及び地下水酸化防止方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
（実施形態）
図１は、本実施形態の地下水酸化防止装置の概略構成を示す模式断面図である。

図１に示すように、地下水酸化防止装置１は、地中に掘られた井戸１０と、井戸１０の地下水２０を揚水する揚水部としての揚水ポンプ３０と、地下水２０中に配置されている有機物としての、植物繊維を含有している木材４０と、井戸１０の上端を覆う蓋体５０などから構成されている。

井戸１０は、地上側である上端が開口された略円筒状の揚水用保護管１１を備えている。揚水用保護管１１には、底部１２から地下水２０の自然水位近傍までの範囲に亘って、地下水が浸透する図示しない複数の穴が形成されている。
これにより、地下水酸化防止装置１は、井戸１０の揚水用保護管１１内に、地下水２０が漸次浸透し貯留される。

揚水用保護管１１内には、複数の水位センサー１３，１４が地下水２０の所定の水位に応じた位置に設置されている。
例えば、水位センサー１３は、地下水２０の揚水開始の水位２１の位置に設置され、水位センサー１４は、地下水２０の揚水停止の水位２２の位置に設置されている。
地下水酸化防止装置１は、各水位センサー１３，１４が地下水２０の水位を検知することで、揚水ポンプ３０による揚水を制御することが可能な構成となっている。
これにより、地下水２０は、上記揚水開始の水位２１から揚水停止の水位２２までの間で揚水される。
なお、これらの水位センサー１３，１４は、設置されていなくてもよい。この場合には、地下水２０の水位に応じて手動で揚水ポンプ３０の運転開始及び運転停止が行われる。

揚水ポンプ３０は、揚水用保護管１１内の底部１２近傍に配置されている。揚水ポンプ３０には、蓋体５０を貫通し、揚水された地下水２０を図示しない地上の処理設備などに導く揚水用の配管としての揚水パイプ３１が接続されている。

井戸１０の上端を覆う蓋体５０には、揚水ポンプ３０の図示しない付帯装置などが配置されている。これにより、地下水酸化防止装置１は、コンパクトに構成されている。
また、地下水酸化防止装置１は、蓋体５０、揚水パイプ３１などが地下部分に収容され、その上部が着脱可能な鉄板６０などにより地上面７０と同じ高さで覆われている。
なお、蓋体５０、揚水パイプ３１などは、上記構成に限定するものではなく、地上部分に配置されていてもよい。

木材４０には、例えば、ゴムの木、木苛（もっか）の木などの間伐材を加工した小片が用いられている。
木材４０は、井戸１０の地下水２０の水面と、井戸１０の底部１２近傍に配置された揚水ポンプ３０との間に配置されている。
詳述すると、木材４０は、揚水ポンプ３０の上方であって、地下水２０の揚水停止の水位２２より下方の位置で、交換可能なように紐などを用いて揚水パイプ３１に取り付けられている。これにより、木材４０は、常時水没していることになる。なお、木材４０には、錘などにより荷重を加えて、浮き防止を図ってもよい。
なお、木材４０の大きさは、井戸１０の形状、貯留されている地下水２０の容量などにより適宜設定される。また、木材４０は、一部が水面から露出していてもよい。また、木材４０は、揚水用保護管１１の内壁に取り付けられていてもよい。

ここで、地下水酸化防止装置１を用いた地下水酸化防止方法について説明する。
木材４０は、地下水２０の酸化還元電位をマイナス側に変化させる還元力を有する。地下水酸化防止方法は、木材４０の還元力による還元作用を用いて、地下水２０中の鉄分の酸化を抑制する。

発明者らの実験によれば、ゴムの木を用いた木材４０の浸漬により、地下水２０の酸化還元電位が、当初の−１１ｍＶから、数日間の間に−１７０ｍＶまでマイナス側に変化した結果が得られている。なお、この値は、１００日以上持続することが確認されている。
また、発明者らの実験によれば、木材４０より下方へ行くに従い、地下水２０の酸化還元電位が、よりマイナス側に変化する結果が得られている。

なお、有機物を木材４０に代えて、動物繊維を含有している例えば、鰹節にした場合にも、地下水２０の酸化還元電位が、当初の＋１４２ｍＶから、−２１１ｍＶまでマイナス側に変化した結果が得られている。
また、木材４０と同様に、鰹節より下方へ行くに従い、地下水２０の酸化還元電位が、よりマイナス側に変化する結果が得られている。

地下水酸化防止装置１においては、木材４０の有機成分が地下水２０中の酸素と結合する還元作用によって、地下水２０中の酸素が消費される（酸化還元電位がマイナス側に変化する）ことから、地下水２０中の鉄分と結合する酸素が減少し、鉄分の酸化が抑制される。
加えて、酸素が減少した地下水２０中では、嫌気性微生物が活性化することにより、鉄分である鉄イオンの酸化反応が抑制される。
したがって、地下水酸化防止方法は、地下水２０中の鉄分の酸化を抑制することから、酸化鉄の生成を抑制できる。

なお、木材４０は、還元作用を維持するために、酸化還元電位の値などによって適宜交換される。また、木材４０は、地下水２０中に複数配置されていてもよい。

上述したように、本実施形態の地下水酸化防止装置１は、井戸１０の地下水２０中に、地下水２０の酸化還元電位をマイナス側に変化させる還元力を有する木材４０を備えている。
このことから、地下水酸化防止装置１は、木材４０の還元作用により地下水２０の酸化還元電位がマイナス側に変化することで、地下水２０中の鉄分と酸素とが結合して酸化鉄を生成することを抑制する。

したがって、地下水酸化防止装置１は、揚水前の地下水２０中に酸化鉄が生成され、井戸１０内の揚水ポンプ３０及び揚水パイプ３１などに付着して、揚水効率の悪化や閉塞などの不具合が発生する虞を回避できる。

また、地下水酸化防止装置１は、井戸１０の中に揚水ポンプ３０と木材４０とを備えた簡素な構成であることから、複雑な構成の濾過装置及び脱気装置などが必要な従来の水処理装置と比較して、設置費用が小額で済むとともに、狭隘な場所にも設置できる。

また、地下水酸化防止装置１は、蓋体５０、揚水パイプ３１などが地下部分に収容され、その上部が着脱可能な鉄板６０などにより地上面７０と同じ高さで覆われている。
これにより、地下水酸化防止装置１は、地上部分のスペースを例えば、通路の一部、駐車場の一部にするなど有効に利用できる。

また、地下水酸化防止装置１は、有機物として間伐材などを加工した木材４０を用いていることから、安全性が高く環境汚染を回避できるとともに、有機物を安価に且つ容易に入手できる。

また、地下水酸化防止装置１は、木材４０が、井戸１０の地下水２０の水面と、井戸１０の底部１２近傍に配置された揚水ポンプ３０との間に配置されている。
このことから、地下水酸化防止装置１は、揚水ポンプ３０の上方に木材４０を配置することで、酸化還元電位が、よりマイナス側に変化した地下水（より酸素が減少した地下水）２０を揚水できる。

また、地下水酸化防止装置１は、木材４０が、交換可能なように揚水パイプ３１に取り付けられていることから、還元力が弱まった場合でも、新しい木材４０と交換することにより、容易に還元力を回復できる。

また、地下水酸化防止装置１は、酸化還元電位の値を測定することにより、地下水２０中の鉄分の酸化状態が把握できる。
このことから、地下水酸化防止装置１は、地下水２０の揚水作業において、従来の流量測定、差圧測定に、酸化還元電位測定を加えることにより、揚水パイプ３１内などを目視確認することなく、揚水効率や揚水ポンプ３０、揚水パイプ３１の閉塞の程度などの管理が精度よく行える。

また、地下水酸化防止方法は、地下水酸化防止装置１により、地下水２０の酸化還元電位をマイナス側に変化させる木材４０の還元力を用いて、地下水２０中の鉄分の酸化を抑制することから、酸化鉄の生成を抑制できる。

なお、上述した実験結果から、地下水酸化防止装置１は、木材４０に代えて動物繊維を含有している鰹節を有機物として用いた場合でも、同様の効果が得られる。
また、動物繊維を含有している有機物に関しては、例えば、ビーフジャーキー（乾燥させた牛肉）などでも同様の効果が見込まれる。
なお、地下水酸化防止装置１は、木材４０と鰹節などを一緒に用いてもよい。これによれば、地下水酸化防止装置１は、地下水２０の酸化還元電位のマイナス側への変化が促進されるとともに、還元力が長期間に亘って持続することが見込まれる。

なお、地下水酸化防止装置１は、揚水部としての図示しない揚水口が揚水用保護管１１内の底部１２近傍に配置され、揚水口と連通する揚水ポンプ３０が、揚水口から離れた、例えば、木材４０の上方の位置に配置されていてもよい。

１…地下水酸化防止装置、１０…井戸、１１…揚水用保護管、１２…底部、１３，１４…水位センサー、２０…地下水、２１…揚水開始の水位、２２…揚水停止の水位、３０…揚水部としての揚水ポンプ、３１…揚水パイプ、４０…有機物としての木材、５０…蓋体、６０…鉄板、７０…地上面。

Claims (4)

1. 少なくとも一部が井戸の地下水中に配置されている有機物を備え、
   前記有機物が、前記地下水の酸化還元電位をマイナス側に変化させる還元力を有することを特徴とする地下水酸化防止装置。
2. 請求項１に記載の地下水酸化防止装置において、前記有機物が、植物繊維または動物繊維を含有していることを特徴とする地下水酸化防止装置。
3. 請求項１または２に記載の地下水酸化防止装置において、前記有機物が、前記井戸の前記地下水を揚水する揚水部の上方に配置されていることを特徴とする地下水酸化防止装置。
4. 少なくとも一部が井戸の地下水中に配置されている有機物を備えた、地下水酸化防止装置を用いた地下水酸化防止方法であって、
   前記有機物の、前記地下水の酸化還元電位をマイナス側に変化させる還元力を用いて、前記地下水中の鉄分の酸化を抑制することを特徴とする地下水酸化防止方法。

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