JP2014069162A

JP2014069162A - 汚染地下水の浄化処理システム

Info

Publication number: JP2014069162A
Application number: JP2012219232A
Authority: JP
Inventors: Haruo Fujishiro; 春雄藤城; Michiya Suzuki; 道哉鈴木; Yukari Inada; ゆかり稲田; Chie Yamamoto; 千絵山本
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2012-10-01
Filing date: 2012-10-01
Publication date: 2014-04-21

Abstract

【課題】ＶＯＣによる汚染地下水を浄化処理するための合理的で有効適切な浄化処理システムを提供する。
【解決手段】処理対象の地下水を揚水井６から汲み上げて曝気槽３において曝気処理することによりＶＯＣを除去する浄化処理設備１と、浄化処理設備に付設された熱回収設備を備える。熱回収設備は、地下水との熱交換により地中熱を熱回収して冷暖房等の熱源として利用するヒートポンプ１１からなる。揚水井から汲み上げた地下水を、熱回収設備としてのヒートポンプ１１において熱回収した後に曝気槽３に供給して効率的に浄化処理を行う経路と、曝気槽３により浄化処理した後にヒートポンプ１１に供給して熱回収を行う経路のいずれか一方を選択可能に構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は汚染地下水の浄化技術に関わり、特にＶＯＣ（揮発性有機化合物）による汚染地下水を効率的に処理することが可能な浄化処理システムに関する。

周知のように、ＶＯＣにより汚染された地下水を浄化するための処理設備としては、たとえば特許文献１に示されるように汚染地下水を揚水井により汲み上げて処理する方法が一般的である。
図２はこの種の浄化処理設備１の概略構成を示すものである。これは、原水槽２、曝気槽３、活性炭処理塔４、放流水槽５を備えて、揚水井６から揚水ポンプ７により汲み上げた汚染地下水を原水槽２から曝気槽３に供給してそこで曝気処理を行うことによりＶＯＣを揮散せしめ、揮散せしめたＶＯＣを活性炭処理塔４において吸着するとともに、浄化した地下水を放流水槽５から下水等に放流することを基本とするものである。

特開２０１０−７５８８７号公報

この種の浄化処理設備１を設置し運営し維持管理するためには多大なランニングコストを必要とし、特に電力消費量はかなり大きなものとなるから、電力の安定供給について不安がある昨今では夏期においては稼働を停止せざるを得ないことも懸念される。
そのような事情から、この種の浄化処理設備を設置し運営するに当たっては十分な節電対策や省エネルギー化のための対策が必要とされ、それを可能とする合理的で有効適切な浄化処理システムの開発が望まれているのが実状である。

上記事情に鑑み、本発明はＶＯＣにより汚染された地下水を浄化処理するための汚染地下水の浄化処理システムであって、処理対象の地下水を揚水井から汲み上げて曝気槽において曝気処理することによりＶＯＣを除去する浄化処理設備と、前記浄化処理設備に付設された熱回収設備とを備え、前記熱回収設備は、地下水との熱交換により地中熱を熱回収して冷暖房等の熱源として利用するヒートポンプからなり、前記揚水井から汲み上げた地下水を、前記熱回収設備において熱回収した後に前記曝気槽に供給して浄化処理を行う経路と、前記曝気槽により浄化処理した後に前記熱回収設備に供給して熱回収を行う経路のいずれか一方を選択可能に構成してなることを特徴とする。

本発明によれば、ＶＯＣによる汚染地下水を浄化するための処理設備に対して、自然エネルギーとしての地中熱を有効利用するための熱回収設備としてのヒートポンプを付加したことにより、汚染地下水を支障なく処理し得ることはもとより、夏期においては従来よりも汚染地下水の水温が高くなるため効率的な浄化処理が可能となる。
特に、従来一般的な浄化処理設備においては何ら利用されることなく無駄に捨てられていた地下水の熱エネルギーを冷暖房等の熱源として有効利用することが可能となることから、冷暖房等の運転費を軽減することができ、温室効果ガスの削減および環境保全にも貢献し得るものである。

本発明の実施形態である浄化処理システムの概略構成図であって、（ａ）は夏期における運転状況を示す図、（ｂ）は冬期における運転状況を示す図である。従来一般的な浄化処理設備の概略構成図である。

図１は本発明の汚染地下水の浄化処理システム１０の実施形態を示す概略構成図であって、（ａ）は夏期における運転状況を示す図、（ｂ）は冬期における運転状況を示す図である。
本実施形態の浄化処理システム１０は、基本的には図２に示した従来一般的な浄化処理設備１（すなわち、浄化処理するべき地下水を揚水井６から汲み上げて曝気槽３により曝気処理することでＶＯＣを除去する構成の浄化処理設備１）の基本構成を踏襲して、それに熱回収設備としてのヒートポンプ１１を付設したものである（従来と共通の構成要素については同一符号を付してある）。

本実施形態の浄化処理システム１０は、処理対象の汚染地下水または処理後の浄化した地下水から熱回収を行って空調（冷暖房や給湯）等のための熱源として利用することにより、本浄化処理システム１０の運営に当たって浄化の効率の向上と省エネルギー化を実現し得るものである。

周知のように、地下水の水温は年間を通じて大きく変化せず、大気温に比べて夏期においては冷たく、冬期においては温かいという熱的特性を有しているものである。
特に、地表面下１０ｍ程度よりも以深から揚水した地下水の水温は年間を通してたとえば本州などでは１７℃程度と安定していることから、そのような地中熱を冷暖房や給湯等の熱源として利用することは従来より広く行われている。

本発明の浄化処理システム１０において処理するべき対象の汚染地下水も、通常の地下水と同様にそのような熱的特性を有していることには変わりがないことから、本発明の浄化処理システム１０は汚染地下水を処理するのみならずその地中熱を年間を通じて有効に利用することを主眼とする。

すなわち、本実施形態の浄化処理システム１０においては、図１に示すように従来の浄化処理設備１に対して熱回収設備としての水熱源型（水冷式）のヒートポンプ１１を付設し、夏期においては（ａ）に示すように浄化処理設備１に供給するべき地下水（処理前地下水）をヒートポンプ１１に供給してから浄化処理設備１に供給して処理するようにし、また冬期においては（ｂ）に示すように浄化処理設備１により浄化した地下水（処理後地下水）をヒートポンプ１１に供給してから放流するようにし、それにより年間を通じて地中熱をヒートポンプ１１により回収して冷暖房等の熱源として利用するようにしている。

そして、そのために本実施形態の浄化処理システム１０では、揚水井６から揚水ポンプ７により汲み上げた地下水を、ヒートポンプ１１において熱回収した後に曝気槽３に供給して浄化処理を行う経路と、曝気槽３により浄化処理した後にヒートポンプ１１に供給して熱回収を行う経路のいずれか一方を選択可能に構成している。
具体的には、揚水井６から汲み上げた地下水（処理前地下水）を浄化処理設備１に送水するための配管経路の途中に、処理前地下水をヒートポンプ１１に対して供給してから浄化処理設備１に供給するための第１バイパス管１２を接続している。
また、曝気槽３から放流水槽５に至る配管経路の途中に、放流するべき地下水（処理後地下水）を上記の第１バイパス管１２を介してヒートポンプ１１に対して供給してから放流水槽５に供給するための第２バイパス管１３を設けている。
さらに、それら第１バイパス管１２、第２バイパス管１３の接続点の要所には、季節ごとに配管経路を切り換えるための３台の第１バルブ１４と、４台の第２バルブ１５を設けている。

上記構成のもとに、本実施形態の浄化処理システム１０では地下水に対する浄化処理を年間を通して効率的に行い得るとともに、それと同時に年間を通して地下水から効率的に熱回収を行って冷暖房等に有効に利用することが可能である。

すなわち、夏期においては図１（ａ）に示すように３台の第１バルブ１４を開、４台の第２バルブ１５を閉とすることにより、地下水は揚水井６からまず第１バイパス管１２によりヒートポンプ１１に供給されてから浄化処理設備１に供給されるようになっている。
この場合、大気温に比較して低温となっている地下水をヒートポンプ１１において熱交換することにより熱回収を行う（具体的には、低温の地下水を放熱源として利用して、凝縮器において冷媒から地下水への放熱を行う）ことにより冷水ないし冷風が調製され、それを冷房等に有効に利用することができる。
それに伴い、地下水は水温が上昇して原水槽２を経て曝気槽３に供給されてそこで曝気されることになり、そのため地下水をそのままの水温で曝気する場合に比較してＶＯＣの揮散が生じやすくなり、そのため処理効率を向上させることが可能である。

また、冬期においては図１（ｂ）に示すように４台の第２バルブ１５を開、３台の第１バルブ１４を閉とすることにより、揚水井６からの地下水を従来と同様にまず浄化処理設備１に供給し、原水槽２を経て曝気槽３において曝気処理を行う。これは、先にヒートポンプ１１において熱交換を行う場合、地下水の水温が下がり、その結果、曝気槽３でのＶＯＣの回収効率が低下することになるのを防ぐためである。
そして、曝気槽３において曝気処理がなされた後の地下水を第２バイパス管１３および第１バイパス管１２を通してヒートポンプ１１に供給し、そこで熱交換により熱回収を行う（具体的には、地下水を採熱源として利用して、蒸発器において冷媒により地下水からの採熱を行う）ことにより温水ないし温風が調製され、それを暖房や給湯等に有効に利用することができる。
それに伴い、地下水は水温が低下するものの従来と同様に放流水槽５を経て下水等へ支障なく放流される。

以上のように、本実施形態の浄化処理システム１０によれば、ＶＯＣにより汚染された地下水を浄化処理するための従来一般的な浄化処理設備１に対して熱回収設備としてのヒートポンプ１１を付設することにより、汚染地下水を支障なく処理し得ることはもとより、夏期においては従来よりも効率的な浄化処理が可能となるし、それに加えて地中熱を空調等の熱源として有効に利用し得て省エネルギーに十分に寄与し得るものである。
すなわち本発明は、地下水汚染対策として設置される従来一般的な浄化処理設備１に対して、自然エネルギーとしての地中熱を有効利用するための地下水利用システムを有機的に統合したことにより、従来一般的な浄化処理設備１においては何ら利用されることなく無駄に捨てられていた地下水の熱エネルギーを有効利用することを可能としたものであり、その結果として夏期における浄化処理効率を向上させることが可能となり、年間で見た時の冷暖房等の運転費を軽減することができ、温室効果ガスの削減および環境保全にも貢献し得るものである。

さらに換言すれば、本発明は地下水を揚水してその熱エネルギーを利用するための地中熱利用システムに対して、汚染地下水を浄化するための浄化処理設備１を組み合わせたシステムであるともいえる。
その観点からいえば、従来は地中熱水利用システムと汚染地下水浄化システムで地下水を汲み上げるための揚水井ないしボーリング孔を別個に設置するために多大のコストを要するものであったが、本発明の浄化処理システムでは汚染地下水を揚水するために設けられる揚水井６を地中熱水利用システムにも利用できるので、地中熱水利用システムと汚染地下水浄化システムを別個に設置する場合に比べて揚水井やボーリング孔の設置本数を削減することができ、大幅なコストダウンが可能であって極めて合理的であり有効なものである。

なお、本発明の浄化処理システム１０において取り扱う汚染地下水には汚染物質であるＶＯＣが含まれているのであるから、それが系外に不用意に拡散したり、人畜に対して不用意に接触してしまうことのないように十分に留意すべきである。
また、汚染地下水の水質によってヒートポンプ１１の熱交換器に対してスケール等の問題が生じることが懸念される場合には、事前に十分な水質分析を行って必要な対策を講じれば良い。

以上で本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態はあくまで好適な一例であって本発明は上記実施形態に限定されるものでは勿論なく、本発明の浄化処理システム全体の具体的な構成や具体的な運転パターン等の諸元、仕様については、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜の設計的変更や応用が可能であることは当然であり、地下水の温度条件や処理水量その他の諸条件に応じて最適運転を行い得るように構成すれば良い。

１浄化処理設備
２原水槽
３曝気槽
４活性炭処理塔
５放流水槽
６揚水井
７揚水ポンプ
１０浄化処理システム
１１ヒートポンプ（熱回収設備）
１２第１バイパス管
１３第２バイパス管
１４第１バルブ
１５第２バルブ

Claims

ＶＯＣにより汚染された地下水を浄化処理するための汚染地下水の浄化処理システムであって、
処理対象の地下水を揚水井から汲み上げて曝気槽において曝気処理することによりＶＯＣを除去する浄化処理設備と、前記浄化処理設備に付設された熱回収設備とを備え、
前記熱回収設備は、地下水との熱交換により地中熱を熱回収して冷暖房等の熱源として利用するヒートポンプからなり、
前記揚水井から汲み上げた地下水を、前記熱回収設備において熱回収した後に前記曝気槽に供給して浄化処理を行う経路と、前記曝気槽により浄化処理した後に前記熱回収設備に供給して熱回収を行う経路のいずれか一方を選択可能に構成してなることを特徴とする汚染地下水の浄化処理システム。