JP2014188482A - 地下水浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特に局所的な場所での地下水浄化装置では、処理槽の容量が少ないため、破過が生じやすく、また吸着材の交換は容易でないという課題があった。
【解決手段】揚水ポンプと、上部には給水口が設けられ、下部には排水口が設けられ、前記給水口は前記揚水ポンプの送水口と連通された処理槽と、前記処理槽中に配設され、吸着材が充填され、前記吸着材の撹拌手段を有するカートリッジで構成されたろ過層を有することを特徴とする地下水浄化装置は、カートリッジ容器に吸着材が詰められるので交換しやすく、またカートリッジを回転させる若しくは吸着材を撹拌することで吸着材の再配置を行えるので破過に至るまでの時間を長くすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は土壌に滲みこんだ化学物質によって汚染された地下水を汲み上げて浄化する地下水浄化装置に関するものである。

地下水が化学物質等で汚染されている場合は、これを汲み上げて浄化する必要がある。従来この種の地下水の水処理では、有機塩素化合物、油脂、鉱油、鉄粉その他の物質が含まれている場合がある。このような物質が含まれている場合は、浄化処理を円滑に行うことができなかった。そこで、処理水を一度タンク内に貯留し、吸着材に油脂等の成分を吸着除去させる技術がある（特許文献１）。

しかしながら、このような装置は、大型の設備となり、設備への投資および運転費用も高くなるという課題があった。実際の現場では、局所的な汚染箇所の浄化を行う必要がある。そのため、より小型で設置も容易であり、運転費用も安価な水処理装置が望まれた。そこで、特許文献２では、吸着槽にＪＩＳオープン普通ドラム缶を用い、地下から汲み上げた被処理水を吸着槽中のろ過槽でろ過する地下水浄化装置が提案された（特許文献２）。

この地下水浄化装置は、比較的小型で、設置が容易であるという利点がある。その他、給水口と逆洗排水口が別々に吸着槽の頂部に設けられており、ろ過層を逆洗する際に、微細な不純物は汚染物質が給水口の目詰まりや、二次汚染を回避できるという効果がある。したがって、局所的な汚染された地下水の浄化という目的にあった地下水浄化装置であるとされている。

特開平１０−３２８６５５号公報 特開２００１−３５３４８５号公報（特許第４８１８５２１号公報）

上記のように、特許文献２の地下水浄化装置は、現場での地下水の浄化に、基本的には好適であるものの、装置全体が小型であるため、処理量が少ないという課題がある。特に、吸着槽を大きく構成されていないため、吸着槽中のろ過層の容量もそれほど大きくない。したがって、汚染された地下水の処理という観点では、少ない処理量で破過してしまう。

また、ろ過層の容量が少ないとはいえ、１名の作業員で取り換えるにしてはろ過層は大きい。すなわち、破過したろ過層の交換が容易でないという課題もあった。

本発明は、上記の課題に鑑みて想到されたものであり、局所的な地下水の浄化処理が必要となる現場で使い易くしかも、メンテナンスしやすい地下水浄化装置を提供するものである。

より具体的に本発明の地下水浄化装置は、
揚水ポンプと、
上部には給水口が設けられ、下部には排水口が設けられ、前記給水口は前記揚水ポンプの送水口と連通された処理槽と、
前記処理槽中に配設され、吸着材が充填され、前記吸着材の撹拌手段を有するカートリッジで構成されたろ過層を有することを特徴とする。

本発明の地下水浄化装置は、ろ過層中の吸着材に振動を与える若しくは、撹拌する撹拌手段を設けるので、吸着材中のろ過のパスが一定にならず、分散させることができる。そのため、ろ過層が破過し、交換しなければならなくなるまでの処理量（浄化する被処理水の量）を多くすることができる。

また、ろ過層をカートリッジで構成することとしたので、交換が容易となる。したがって、ろ過層を交換する際の人手が少なくて済み、交換時間を短くすることができるという効果を得られる。

本発明に係る地下水浄化装置の構成を示す図である。 地下水浄化装置の処理槽の構成を示す図である。 集水管を示す図である。 カートリッジの構成を示す図である。 浄化処理を行う際の処理槽内の被処理水の流れを示す図である。 カートリッジ内の吸着材に振動を与えている様子を示す図である。 カートリッジの交換手順を示す図である。 他のカートリッジの構成を示す図である。 他のカートリッジの構成を示す図である。 他の撹拌手段を示す図である。

以下本発明に係る地下水浄化装置の構成を示す。なお、以下の説明は本発明の１実施形態を例示するものであり、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、変更することができる。

（実施の形態１）
図１に本実施の形態に係る地下水浄化装置の構成を示す。地下水浄化装置１は、揚水ポンプ１０、処理槽１２を含む。また、処理槽１２の下方には、集水管１８が配設されてもよい。また、処理槽１２には、キレート剤タンク１４が接続されてもよい。

揚水ポンプ１０は、地下から地下水を汲み上げるポンプである。揚水ポンプ１０には、吸水口１０ｉｎと送水口１０ｏｕｔが設けられている。吸水口１０ｉｎには、吸水管２１が接続され、その先端が地下の帯水層（図示せず）等に挿入される。送水口１０ｏｕｔには送水管２２が接続される。送水管２２は処理槽１２の給水口１２ｉｎに接続される。

処理槽１２は、ドラム缶ほどの容積を有する容器であり、ＪＩＳオープンドラム缶を用いてもよい。上部は蓋１２ｔで塞がれる。蓋１２ｔには、給水口１２ｉｎが設けられている。また、逆洗用排水口１３が設けられてもよい。逆洗用排水口１３には、逆洗排水配管２５が連結される。なお、逆洗排水配管２５には、吸出ポンプ（図示せず）を連結してもよい。

処理槽１２の下方の側面には、排水口１２ｏｕｔが設けられている。処理槽１２中で化学物質等を吸着された被処理水は、排水口１２ｏｕｔから排出される。また、排水口１２ｏｕｔには、排水管２３が接続されてもよい。排水管２３の出水口２３ｏｕｔは、処理槽１２の底面１２ｂから所定の高さ２３ｈに設けられる。これは後述するように処理槽１２内の水位を調節するためである。

また、排水管２３には、キレート剤タンク１４が設けられていてもよい。キレート剤タンク１４中には、樹脂や布などの固定相上にキレート剤を配置した金属捕獲手段が設けられている。ここで、捕獲の対象とする金属はプラチナ、白金といった貴金属や鉛、鉄、銅といった重金属および遷移金属である。

図２に処理槽１２の拡大図を示す。処理槽１２内は、底面１２ｂから所定の高さｈｂの部分に受け用フランジ１２ｈｂが設けられる。そして受け用フランジ１２ｈｂにろ過層１６が支持される。したがって、処理槽１２の下部には、空間が形成される。この空間を下部空間１２ｄｒと呼ぶ。

図３を参照して、下部空間１２ｄｒには、排水口１２ｏｕｔと一端１８ａが接続される集水管１８が設けられてもよい。集水管１８は軸方向に長尺孔１８ｈが設けられ、排水口１２ｏｕｔに接続されていない他端１８ｂは閉じられた管である。この長尺孔１８ｈは集水管１８が処理槽１２に取り付けられた際には、処理槽１２の底面１２ｂを向く。図３に、集水管１８の側面図（ａ）と低面図（ｂ）を示す。

再度図２を参照して、長尺孔１８ｈは、地下水浄化装置１が通常使用される際は、集水孔として利用される。すなわち、ろ過層１６を通過してきた被処理水は、処理槽１２の下部空間１２ｄｒに溜まり、長尺孔１８ｈから処理槽１２外に排出される。

一方、ろ過層１６を逆洗する際は、排水口１２ｏｕｔから流入する洗浄水が一度処理槽１２の底面１２ｂに当たってからろ過層１６を上昇する。そのため逆洗用の洗浄水の上昇ルートが分散されるために、ろ過層１６の底面部全域に渡って洗浄水が行きわたる。すなわち、ろ過層１６全体を隈なく逆洗することができる。

ろ過層１６は処理槽１２の内壁１２ｉｗに沿った形状を有し、活性炭やゼオライト等の多孔質吸着物質（以後単に「吸着材」と呼ぶ。）が充填されている。ろ過層１６の高さ１６ｈは、処理槽１２の高さ１２ｈより低く、受け用フランジ１２ｈｂで支持された状態で、処理槽１２の蓋１２ｔとの間に空間が形成される。この空間を上部空間１２ｕｒと呼ぶ。

ろ過層１６は、吸着材が充填されたカートリッジ３０が連結されて形成されている。これらのカートリッジ３０は軸心３０ｃ同士で連結されている。最上部のカートリッジ３０の軸心３０ｃには、処理槽１２の蓋１２ｔを貫通する操作軸３２が設けられている。操作軸３２の端部には操作ハンドル３２ａが備えられている。

図４にろ過層１６の構成を示す。ろ過層１６は、複数のカートリッジ３０で構成されている。各カートリッジ３０には、吸着材が充填されている。また、カートリッジ３０は、上面３０ｕと下面３０ｄが通水可能に形成されている。すなわち、カートリッジ３０は、吸着材を保持したまま、被処理水を通過させることができる。なお、上面３０ｕおよび下面３０ｄはカートリッジ３０毎にある。

また、カートリッジ３０の中央には、軸心３０ｃが設けられている。なお、軸心３０ｃには、操作軸３２が接続される（図２参照）。図４（ｂ）にはカートリッジ３０の側面断面図を示す。図４（ｂ）を参照して、軸心３０ｃの先端は、カートリッジ３０の上面３０ｕおよび下面３０ｄから突出して設けられる。上面３０ｕ側で突出している軸心３０ｃを上側軸心３０ｃｕと呼び、下面３０ｄ側で突出している軸心３０ｃを下側軸心３０ｃｄと呼ぶ。軸心３０ｃはカートリッジ３０と一体として構成されている。すなわち、軸心３０ｃを回転させれば、カートリッジ３０も回転する。また、上側軸心３０ｃｕを回転させると、下側軸心３０ｃｄも回転する。

上側軸心３０ｃｕの先端には、ネジ山（雄ネジ）３０ｃｂが形成されており、下側軸心３０ｃｄの先端には、雌ネジ３０ｃｎが形成されている。したがって、カートリッジ３０同士は、軸心３０ｃの雄ネジ３０ｃｂと雌ネジ３０ｃｎで螺嵌させることができる。つまり、複数のカートリッジ３０を連結して、ろ過層１６を構成することができる。このようにカートリッジ３０を上下で連結することをカートリッジ３０を縦に連結するという。

また、これらのカートリッジ３０は、操作軸３２（図２参照）とも連結されることとなる。したがって、処理槽１２内に収納された際に、操作軸３２を回転させることで、処理槽１２内でカートリッジ３０を回転させることができる。

カートリッジ３０の上面３０ｕの周縁にはパッキング３１が配設される。パッキング３１は、可撓性の樹脂等で形成され、カートリッジ３０に配設された状態でパッキング３１の外径３１Ｄは、処理槽１２の内径１２Ｄ（図４（ａ）参照）よりわずかに大きく形成される。したがって、カートリッジ３０が処理槽１２に挿着された際には、パッキング３１がカートリッジ３０の側面３０ｓと、処理槽１２の内壁１２ｉｗ（図４（ａ）参照）の間を塞ぎ、被処理水はカートリッジ３０の側面３０ｓと処理槽１２の内壁１２ｉｗの隙間から漏れることはない。

以上のように構成された地下水処理装置１の動作について処理槽１２を拡大した図５を参照して説明する。揚水ポンプ１０（図１参照）に電力が供給されると、揚水ポンプ１０は地下水を汲み上げ、送水口１０ｏｕｔ（図１参照）から処理槽１２に送水する。汲み上げられた地下水（被処理水）は、処理槽１２の給水口１２ｉｎから処理槽１２の上部空間１２ｕｒに供給される。

被処理水の水面は上部空間１２ｕｒ内にあってよい。すなわち、最上部のカートリッジ３０の上面３０ｕは被処理水に浸ってしまってもよい。ろ過層１６に被処理水を連続的に供給するためである。

被処理水は、上部空間１２ｕｒからろ過層１６の複数のカートリッジ３０を通過する。カートリッジ３０を通過する際には、吸着材に曝されるため、被処理水中の不純物や化学物質は、吸着材で吸着される。従って、ろ過層１６を通過した被処理水は、浄化され、下部空間１２ｄｒに落下する。下部空間１２ｄｒの（浄化された）被処理水は、処理槽１２の排水口１２ｏｕｔから排水される。

また、吸着材で吸着されなかった重金属や貴金属イオンなどは、キレート剤タンク１４内のキレート剤で捕獲される。結果、出水口２３ｏｕｔから排出される被処理水は、浄化された被処理水となる。

ろ過層１６では、上部から徐々に破過が始まる。すなわち、上方のカートリッジ３０から、吸着材の吸着力が飽和してくる。すると、ろ過層１６全体の浄化能力が低下する。結果、排水口１２ｏｕｔからの排水中に化学物質等の残量が多くなってくる。しかし、この時生じる破過は、ろ過層１６の上部全ての吸着材の吸着能力が飽和しているとは限らない。カートリッジ３０中の吸着材はランダムに配置されているので、被処理水の通過し易いパスが形成されている。したがって、このパスから外れた吸着材は、まだ吸着力を保持したままになっている。

図６を参照する。そこで、排水口１２ｏｕｔ若しくは出水口２３ｏｕｔから排出される排水の化学物質等の濃度が所定以上になったら、ろ過層１６のカートリッジ３０の軸心３０ｃを、操作軸３２を介して回転させ、カートリッジ３０中の吸着材をかき回し、配列を変更する。このように、カートリッジ３０に振動を与えることで、吸着材の配置が換わり、被処理水の新たな通過パスが形成され、浄化能力はある程度回復する。この操作を「吸着材の再配置」と呼ぶ。「吸着材の再配置」を行うために処理槽１２に設けられた手段を撹拌手段と呼ぶ。

吸着材の再配置は、排水口１２ｏｕｔ若しくは出水口２３ｏｕｔからの排水中の化学物質の濃度を計測し、所定の濃度以上になったところで行うのが望ましい。しかし、所定の時間毎に行っても良い。

被処理水の浄化作業を継続すれば、吸着材には化学物質などが吸着するので、吸着材の再配置を行っても、いずれ破過は起こりうる。この際は、吸着材自体を交換する必要がある。ここで破過は最上段のカートリッジ３０から生じるので、最上段のカートリッジ３０から交換する。新たなカートリッジ３０に交換する際に、上から何段目までのカートリッジ３０を交換するかは、カートリッジ３０の高さ３０ｈと使用状態に依存する。ここでは最上段のカートリッジ３０を交換するとして説明を続ける。

図７には、その際の手順を示す。揚水ポンプ１０は停止させ、配水管２３の出水口２３ｏｕｔの高さ２３ｈは、最下段のカートリッジ３０の下面３０ｄ（図４（ｂ）参照）より下げておく。処理槽１２の蓋１２ｔを開ける。そして、カートリッジ３０を処理槽１２から引き上げる（図７（ａ））。

カートリッジ３０は複数個が連結されて処理槽１２中に収納されている。次に最下段のカートリッジ３０の下に新しいカートリッジ３０ｎｅｗを連結する（図７（ｂ））。そして、最上段のカートリッジ３０と次段のカートリッジ３０の連結を緩めておく。その状態で、カートリッジ３０を処理槽１２中に戻す（図７（ｃ））。そして、最上段のカートリッジ３０を取り外す（図７（ｄ））。

以上のように、吸着材をカートリッジ３０単位に収納しておくと、吸着材の交換も容易になる。これは、実際の作業現場では、有用な効果となる。

なお、ここでは吸着材の交換について説明を行ったが、被処理水中に異物が多いなどの事情がある場合は、逆洗を行っても良い。逆洗は、図５と逆の操作を行う。すなわち、排水口１２ｏｕｔから洗浄用の水を送水し、逆洗用排水口１３から排水する。この際処理槽１２の給水口１２ｉｎを塞いでおくと、二次汚染が防止できるので望ましい。

（実施の形態２）
図８に、本実施の形態に係る地下水浄化装置２のろ過層１６と処理槽１２の一部を示す。それ以外の部分は、地下水浄化装置１と同じ構成であり、説明を省略する。地下水浄化装置２では、処理槽１２中に収納される吸着材のカートリッジ５０の形状が異なる。カートリッジ５０は、ろ過層１６を縦割りにした形状に形成される。

ここでは、円筒形状であるろ過層１６を縦に４分割したカートリッジ５０を示す。したがって、１つのカートリッジ５０の断面は、扇形状である。それぞれのカートリッジ５０は、径方向の辺５０ｒ同士で連結される。このようにカートリッジ５０を同一平面内で連結することを、横に連結すると呼ぶ。

カートリッジ５０は、内部に吸着材保持したまま、上面５０ｕと下面５０ｄは被処理水が透過可能に形成される。カートリッジ５０の円弧部分には、パッキング５１が設けられている。処理槽１２の内壁１２ｉｗとの間の隙間を塞ぐためである。また、隣接するカートリッジ５０との接続辺部にも隙間を塞ぐためのパッキング（図示せず）が設けられてもよい。なお、パッキング５１は別部品であってもよい。

地下水浄化装置２では、吸着材の再配置は、実施の形態１と同じように、カートリッジ５０を処理槽１２内で回転させる方法で行ってよい。言い換えると、撹拌手段は、カートリッジ５０を回転させることができる構成である。なお、カートリッジ５０は、ろ過層１６の高さ方向に形成されるので、上面５０ｕ側と下面５０ｄ側の吸着材を入れ替える若しくは、上面５０ｕ側から順に吸着材を入れ替えるということは実施の形態１の場合ほど簡単ではない。しかし、吸着材の交換は、吸着材カートリッジ形状の容器に充填しているので、簡便に行える。

（実施の形態３）
図９に、本実施の形態に係る地下水浄化装置３のろ過層１６と処理槽１２の一部を示す。それ以外の部分は、地下水浄化装置１と同じ構成であり、説明を省略する。地下水浄化装３では、カートリッジ６０がろ過層１６にそのまま装着される形状に形成される。すなわち、本実施の形態では、カートリッジ６０は、１つの処理槽１２（ろ過層１６）に対して１つのカートリッジで構成される。カートリッジ６０の上面６０ｕの周縁には、パッキング６１が設けられる。処理槽１２の内壁１２ｉｗとの隙間を塞ぐためである。

吸着材の再配置は、実施の形態１と同様にカートリッジ６０を回転させることで行う。つまり、撹拌手段は、カートリッジ６０を回転させることができる構成である。地下水浄化装置３は、破過が生じるカートリッジ６０の上面６０ｕ側から細かく吸着材を交換するのは実施の形態１ほど容易ではない。しかし、吸着材をカートリッジ形状の容器に充填しているので、吸着材の交換自体は容易に行える。

（実施の形態４）
図１０に本実施の形態に係る地下水浄化装置４のろ過層１６と処理槽１２を示す。実施の形態１と同じ部分については、同じ符号をつけ、説明を省略する。本実施の形態では撹拌手段として、カートリッジ３０の軸心３０ｃに、撹拌棒３０ｇが設けられている。また、操作軸３２が軸心３０ｃに接続された際に、操作軸３２が回転すると、カートリッジ３０全体が回転するのではなく、軸心３０ｃだけが回転する。

すなわち、撹拌棒３０ｇがカートリッジ３０中で回転することで、カートリッジ３０中の吸着材が撹拌される。この撹拌手段によって各カートリッジ３０中の吸着材の破過を遅らせることができる。また、この撹拌棒３０ｇは、実施の形態２、３に示した地下水浄化装置２および３に適用してもよい。なお、実施の形態２で示した地下水浄化装置２では、各カートリッジ５０内に設けられた撹拌棒３０ｇは９０度以下の回転で、吸着材を撹拌する。

本発明は、汚染された地下水を浄化する地下水浄化装置に好適に利用することができる。

１ 地下水浄化装置
１０ 揚水ポンプ
１０ｉｎ 吸水口
１０ｏｕｔ 送水口
１２ 処理槽
１２ｈ （処理槽の）高さ
１２ｂ （処理槽の）底面
１２ｉｎ （処理槽の）給水口
１２ｏｕｔ （処理槽の）排水口
１２ｔ （処理槽の）蓋
１２ｉｗ （処理槽の）内壁
１２ｈｂ 受け用フランジ
ｈｂ （底面から受け用フランジまでの）高さ
１２ｕｒ 上部空間
１２ｄｒ 下部空間
１２Ｄ （処理槽の）内径
１３ 逆洗用排水口
１４ キレート剤タンク
１６ ろ過層
１６ｈ （ろ過層の）高さ
１８ 集水管
１８ａ （集水管の）一端
１８ｂ （集水管の）他端
１８ｈ 長尺孔
１８ｉｎ 送気口
２１ 吸水管
２２ 送水管
２３ 排水管
２３ｏｕｔ 出水口
２３ｈ （処理槽の底面から出水口までの）高さ
２５ 逆洗排水配管
３０ カートリッジ
３０ｕ （カートリッジの）上面
３０ｄ （カートリッジの）下面
３０ｃ （カートリッジの）軸心
３０ｈ （カートリッジの）高さ
３０ｃｕ 上側軸心
３０ｃｄ 下側軸心
３０ｃｂ ネジ山（雄ネジ）
３０ｃｎ 雌ネジ
３０ｓ （カートリッジの）側面
３１ パッキング
３１Ｄ （パッキングの）外径
３２ 操作軸
３２ａ 操作ハンドル
５０ カートリッジ
５１ （カートリッジ５０の円弧部分の）パッキング
６０ カートリッジ
６１ （カートリッジ６０の円弧部分の）パッキング

Claims (6)

1. 揚水ポンプと、
   上部には給水口が設けられ、下部には排水口が設けられ、前記給水口は前記揚水ポンプの送水口と連通された処理槽と、
   前記処理槽中に配設され、吸着材が充填され、前記吸着材の撹拌手段を有するカートリッジで構成されたろ過層を有することを特徴とする地下水浄化装置。
2. 前記処理槽において、前記ろ過層の下方に下部空間が設けられ、
   軸方向に長尺孔を有する集水管が前記長尺孔を下方に向けて配設されたことを特徴とする請求項１に記載された地下水浄化装置。
3. 前記カートリッジの周縁には、前記カートリッジより外形が大きなパッキングを設けたことを特徴とする請求項１または２の何れかの請求項に記載された地下水浄化装置。
4. 前記カートリッジは、前記ろ過層より薄く、前記ろ過層は複数の前記カートリッジを縦に連結して構成されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかの請求項に記載された地下水浄化装置。
5. 前記カートリッジは、前記ろ過層と同じ高さで、前記ろ過層は複数の前記カートリッジを横に連結して構成されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかの請求項に記載された地下水浄化装置。
6. 前記カートリッジは、前記ろ過層と同じ高さで、前記ろ過層は１つの前記カートリッジで構成されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかの請求項に記載された地下水浄化装置。