JP2017000940A - 地下水の処理方法および地下水の処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストかつコンパクトに地下水中の重炭酸イオンを低減できる地下水の処理方法および地下水の処理装置の提供。
【解決手段】地下水Ｗに酸を添加し、酸が添加された地下水Ｗ中の二酸化炭素を水槽１４内で除去する、地下水Ｗの処理方法、および地下水Ｗに酸を添加する添加手段１３と、酸が添加された地下水Ｗ中の二酸化炭素を除去するための水槽１４とを備えた、地下水の処理装置１０。
【選択図】図１

Description

本発明は、地下水の処理方法および地下水の処理装置に関する。

地下水は、重炭酸イオンを多く含み、アルカリ度が高い場合が多い。
このような地下水を水道水などとして供給する場合、地下水中に含まれるカルシウムイオンと重炭酸イオンとが結合してスケール（炭酸カルシウム等）が生成し、空調機の冷却塔、食洗機、配管等でスケール障害を引き起こすことがあった。

そこで、スケール障害を抑制するために、逆浸透膜装置等を備えた浄水処理装置を用いて地下水中の重炭酸イオンやカルシウムイオン等を除去する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１０−１５５１８２号公報

しかしながら、逆浸透膜装置は装置自体が高価であり、かつ濃縮水を常時排出するため、水道水などとして供給される水量が減ってしまう。
また、逆浸透膜装置を設置するスペースが必要となるため、浄水処理装置が大型化してしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、低コストかつコンパクトに地下水中の重炭酸イオンを低減できる地下水の処理方法および地下水の処理装置を提供することを課題とする。

本発明は以下の態様を有する。
［１］ 地下水に酸を添加し、酸が添加された地下水中の二酸化炭素を水槽内で除去する、地下水の処理方法。
［２］ 前記二酸化炭素の除去が、酸が添加された地下水のシャワリングによりなされる、［１］に記載の地下水の処理方法。
［３］ 前記二酸化炭素の除去が、水槽内での地下水の曝気によりなされる、［１］に記載の地下水の処理方法。
［４］ 前記二酸化炭素の除去が、酸が添加された地下水のシャワリングと、水槽内での地下水の曝気との併用によりなされる、［１］に記載の地下水の処理方法。
［５］ 前記水槽内への地下水の供給と、地下水への酸の添加と、水槽内での地下水の曝気とを連動させる、［３］または［４］に記載の地下水の処理方法。
［６］ 前記水槽内の水位が、満水時の水位の４０〜７５％である、［２］〜［５］のいずれか１つに記載の地下水の処理方法。

［７］ 地下水に酸を添加する添加手段と、酸が添加された地下水中の二酸化炭素を除去するための水槽とを備えた、地下水の処理装置。
［８］ 前記水槽に、酸が添加された地下水をシャワリングして二酸化炭素を除去するシャワリング手段をさらに備えた、［７］に記載の地下水の処理装置。
［９］ 前記水槽内の地下水を曝気して二酸化炭素を除去する曝気手段をさらに備えた、［７］に記載の地下水の処理装置。
［１０］ 前記水槽に、酸が添加された地下水をシャワリングして二酸化炭素を除去するシャワリング手段と、水槽内の地下水を曝気して二酸化炭素を除去する曝気手段とをさらに備えた、［７］に記載の地下水の処理装置。
［１１］ 前記水槽内への地下水の供給と、地下水への酸の添加と、水槽内での地下水の曝気とが連動している、［９］または［１０］に記載の地下水の処理装置。

本発明の地下水の処理方法および地下水の処理装置によれば、低コストかつコンパクトに地下水中の重炭酸イオンを低減できる。

本発明の第一の態様の地下水の処理装置の一例を示す概略図である。 本発明の第一の態様の地下水の処理装置の他の例を示す概略図である。 本発明の第二の態様の地下水の処理装置の一例を示す概略図である。 本発明の第三の態様の地下水の処理装置の一例を示す概略図である。 本発明の第四の態様の地下水の処理装置の一例を示す概略図である。

以下、図面を参照して本発明を詳しく説明する。
なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
また、図２〜５において、図１と同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。

「地下水の処理装置」
＜第一の態様＞
図１に本発明の第一の態様の地下水の処理装置の一例を示す。
図１に示す地下水の処理装置１０は、井戸１１から地下水Ｗを汲み上げる揚水手段１２と、地下水Ｗに酸を添加する添加手段１３と、酸が添加された地下水Ｗ中の二酸化炭素を除去するための水槽１４と、二酸化炭素が除去された地下水Ｗを水槽１４から引き抜く引き抜き手段１５とを具備する。

揚水手段１２は、井戸１１から地下水Ｗを汲み上げるものであり、地下水Ｗを汲み上げる揚水ポンプ１２ａと、揚水管１２ｂとを備える。
この例の揚水管１２ｂの一端は揚水ポンプ１２ａに接続され、水槽１４内まで伸びている。

添加手段１３は、地下水Ｗに酸を添加するものであり、酸を貯留する酸貯留タンク１３ｃと、酸注入管１３ｂと、酸注入管１３ｂの途中に設けられた、酸貯留タンク１３ｃから酸を送り出す酸注入ポンプ１３ａとを備える。
酸注入管１３ｂの一端は酸注入ポンプ１３ａを介して酸貯留タンク１３ｃに接続されている。また、酸注入管１３ｂの他端は揚水管１２ｂの途中で、該揚水管１２ｂに合流している。

酸としては、地下水のｐＨを低下させるものであれば特に制限されないが、例えば硫酸、塩酸、硝酸等の無機酸；ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄等の無機凝集剤などが挙げられる。
ただし、図１に示すように酸注入管１３ｂを揚水管１２ｂの途中で合流させ、揚水管１２ｂ中で地下水Ｗに酸を添加し、酸が添加された状態の地下水Ｗを揚水管１２ｂの他端から水槽１４に供給（滴下）する場合、酸として無機凝集剤を用いるとフロックが生成して揚水管１２ｂを閉塞させるおそれがある。よって、このような場合には、酸として無機酸を用いることが好ましく、その中でも特に、取扱性に優れる点で硫酸が好ましい。

水槽１４は、酸が添加された地下水Ｗを収容するものであり、水槽１４内にて地下水Ｗ中の二酸化炭素が除去される。

引き抜き手段１５は、二酸化炭素が除去された地下水Ｗを水槽１４から引き抜くものであり、地下水Ｗを水槽１４から引き抜く引き抜きポンプ１５ａと、引き抜き管１５ｂとを備える。
引き抜き管１５ｂの一端は引き抜きポンプ１５ａを介して水槽１４に接続されている。

以下、図１に示す地下水の処理装置１０を用いた地下水の処理方法の一例について説明する。
まず、揚水ポンプ１２ａを作動させて井戸１１から地下水Ｗを汲み上げる。汲み上げられた地下水Ｗは揚水管１２ｂを通って水槽１４内へと供給される。
一方、酸注入ポンプ１３ａを作動させて酸貯留タンク１３ｃから酸注入管１３ｂへ酸を送り出す。揚水管１２ｂと酸注入管１３ｂとの合流点において、地下水Ｗに酸を添加し、酸が添加された地下水Ｗを揚水管１２ｂの他端から水槽１４に供給する。
次いで、水槽１４内において酸が添加された地下水Ｗ中の二酸化炭素を除去する。具体的には、水槽１４内で酸が添加された地下水Ｗを放置する。すると地下水Ｗ中の二酸化炭素が大気中へ放出され、地下水Ｗから二酸化炭素が除去される。
次いで、引き抜きポンプ１５ａを作動させて、二酸化炭素が除去された地下水Ｗを水槽１４から引き抜き、回収する。回収された地下水Ｗは、重炭酸イオンが低減されているので、スケールが生成しにくく、水道水などとして供給したときにスケール障害が起こりにくい。
ここで、重炭酸イオンが低減された地下水が得られる理由を以下に説明する。

地下水Ｗなどの水中に溶存する重炭酸イオン（ＨＣＯ_３ ⁻）は、下記式に示すようにｐＨによって形態が変化し、二酸化炭素（ＣＯ_２）に変化する。
ＨＣＯ_３ ⁻ ＋ Ｈ^＋ ⇔ ＣＯ_２ ＋Ｈ_２Ｏ

この反応は可逆反応であり、反応系のｐＨが低いと（すなわち、Ｈ^＋が過多であると）平衡反応は右側に移動し、地下水Ｗの二酸化炭素の割合が増える。この二酸化炭素を除去すると平衡反応が左側に移動し、地下水Ｗの重炭酸イオンの割合が増え、地下水ＷのｐＨが上昇する。

そこで、本発明では、地下水Ｗに酸を添加して地下水のｐＨを下げることで、積極的に平衡反応を右側に移動させる、すなわち地下水Ｗ中の重炭酸イオンを二酸化炭素へと変化させ、生成した二酸化炭素を除去する。なお、二酸化炭素はガス状であるため、水槽１４内で地下水Ｗを放置することで自然に二酸化炭素が地下水Ｗから大気中に放出する。このように地下水Ｗに酸を添加して二酸化炭素を除去することで、結果的に地下水Ｗ中の重炭酸イオンの割合が減少し、重炭酸イオンが低減された地下水Ｗが得られる。

地下水Ｗへの酸の添加量は、地下水Ｗ中の重炭酸イオンの割合が十分に低減されるまでの間は、二酸化炭素を除去しても平衡反応が右側に移動する量であれば特に制限されないが、１８℃における地下水のｐＨが４〜８となるように地下水に酸を添加することが好ましく、より好ましくは地下水のｐＨが６〜８となる量である。

水槽１４内への地下水Ｗの供給と、地下水Ｗへの酸の添加とは連動していることが好ましい。すなわち、揚水ポンプ１２ａと酸注入ポンプ１３ａの運転を連動させ、揚水ポンプ１２ａを停止して井戸１１からの地下水Ｗの汲み上げを止めたら、酸注入ポンプ１３ａを停止して酸貯留タンク１３ｃから酸注入管１３ｂへ酸を送り出すのを止めることが好ましい。水槽１４内への地下水Ｗの供給と、地下水Ｗへの酸の添加とを連動させることで、地下水Ｗが水槽１４内へ供給されないときは、地下水Ｗへの酸の添加も止められるので、酸が無駄に使用されるのを防ぐことができる。

以上説明した本発明の第一の態様の地下水の処理装置、および該地下水の処理装置を用いた地下水の処理方法によれば、水槽に添加手段を組み込むという簡易な装置で地下水中の重炭酸イオンを低減できる。しかも逆浸透膜装置を使用する必要がないので、低コストかつコンパクトに地下水を処理できる。加えて、濃縮水が排出されないので、汲み上げた地下水の水量を維持したまま水道水等へ地下水を供給できる。

なお、図１に示す地下水の処理装置１０では、地下水Ｗを水槽１４内へ供給する前に酸を地下水Ｗへ添加しているが（すなわち、酸が添加された状態の地下水Ｗを水槽１４内へ供給しているが）、例えば図２に示すように、地下水Ｗと酸とを別々に水槽１４内へ供給してもよい。
また、図１、２に示す地下水の処理装置１０では、井戸１１から汲み上げた地下水Ｗに酸を添加しているが、井戸１１から汲み上げる前に、すなわち井戸１１内にて地下水Ｗに酸を添加してもよい。ただし、井戸１１内にて地下水Ｗに酸を添加する場合、井戸１１内の全ての地下水ＷのｐＨを所望の値となるように調整するためには、大量の酸が必要となる。図１、２に示す地下水の処理装置１０であれば、井戸１１から汲み上げた地下水Ｗだけに酸を添加すればよく、井戸１１内にて地下水Ｗに酸を添加する場合に比べて酸の使用量を減らすことができる。

＜第二の態様＞
図３に本発明の第二の態様の地下水の処理装置の一例を示す。
図３に示す地下水の処理装置１０は、井戸１１から地下水Ｗを汲み上げる揚水手段１２と、地下水Ｗに酸を添加する添加手段１３と、酸が添加された地下水Ｗ中の二酸化炭素を除去するための水槽１４と、水槽１４に酸が添加された地下水Ｗをシャワリングするシャワリング手段１６と、二酸化炭素が除去された地下水Ｗを水槽１４から引き抜く引き抜き手段１５とを具備する。

揚水手段１２、添加手段１３、水槽１４、引き抜き手段１５については第一の態様の地下水の処理装置と同じであるため、これらの説明を省略する。

シャワリング手段１６は、水槽１４に酸が添加された地下水Ｗをシャワリング（噴出）するものである。
シャワリング手段１６は、スプレーノズル１６ａからなり、揚水管１２ｂの他端に接続されている。
この例のスプレーノズル１６ａは、長手方向に垂直な断面が円形の円管からなり、その周壁の下部には酸が添加された地下水Ｗを噴出するためのノズル口１６ｂが複数、スプレーノズル１６ａの長手方向に沿って下向きに一列に形成されている。
ここで、「周壁の下部」とは、スプレーノズル１６ａをその長手方向が略水平となるように配置した際に、スプレーノズル１６ａの軸線よりも下側に位置する部分の周壁である。

シャワリング手段１６は、水槽１４の上部に設置されている。具体的には、水槽１４の開口部１４ａからスプレーノズル１６ａのノズル口１６ｂまでの距離が、水槽１４の深さの２０％以下となる位置にシャワリング手段１６が設置されていることが好ましく、より好ましくは１５％以下となる位置である。

以下、図３に示す地下水の処理装置１０を用いた地下水の処理方法の一例について説明する。
まず、揚水ポンプ１２ａを作動させて井戸１１から地下水Ｗを汲み上げる。汲み上げられた地下水Ｗは揚水管１２ｂを通って水槽１４内へと供給される。
一方、酸注入ポンプ１３ａを作動させて酸貯留タンク１３ｃから酸注入管１３ｂへ酸を送り出し、揚水管１２ｂと酸注入管１３ｂとの合流点において、地下水Ｗに酸を添加する。シャワリング手段１６のスプレーノズル１６ａやノズル口１６ｂの閉塞を防止する観点から、酸としては上述した無機酸が好ましい。
次いで、揚水管１２ｂの他端に接続されたシャワリング手段１６から、酸が添加された地下水Ｗを水槽１４へシャワリングすることで、酸が添加された地下水Ｗ中の二酸化炭素を除去する。
次いで、引き抜きポンプ１５ａを作動させて、二酸化炭素が除去された地下水Ｗを水槽１４から引き抜き、回収する。回収された地下水Ｗは、重炭酸イオンが低減されているので、スケールが生成しにくく、水道水などとして供給したときにスケール障害が起こりにくい。

上述したように、地下水Ｗに酸を添加して地下水のｐＨを下げると、地下水Ｗ中の重炭酸イオンが二酸化炭素へと変化する。酸が添加された地下水Ｗ中には重炭酸イオンから変化した二酸化炭素が多く含まれているので、この酸が添加された地下水Ｗをシャワリングすることにより空気との接触効率が高まり、二酸化炭素が地下水Ｗから大気中に放出しやすくなる。酸が添加された地下水Ｗのシャワリングは、酸が添加された地下水Ｗを放置する場合よりも効率よく短時間で二酸化炭素を大気中へ放出でき、酸が添加された地下水Ｗから二酸化炭素を効率よく除去でき、重炭酸イオンがより低減された地下水Ｗが得られる。

水槽１４内への地下水Ｗの供給（酸が添加された地下水のシャワリング）と、地下水Ｗへの酸の添加とは連動していることが好ましい。すなわち、揚水ポンプ１２ａと酸注入ポンプ１３ａの運転を連動させ、揚水ポンプ１２ａを停止して井戸１１からの地下水Ｗの汲み上げを止めたら、酸注入ポンプ１３ａを停止して酸貯留タンク１３ｃから酸注入管１３ｂへ酸を送り出すのを止めることが好ましい。なお、地下水Ｗの汲み上げを止めることで、酸が添加された地下水のシャワリングも停止する。

水槽１４内への地下水の供給は、水槽１４内の水位が満水時の水位（すなわち、水槽１４の深さ）の７５％以下となるように酸が添加された地下水Ｗをシャワリングすることが好ましく、より好ましくは７０％以下である。水槽１４内の水位が満水時の水位の７５％以下であれば、スプレーノズル１６ａのノズル口１６ｂから水面までの距離を十分に確保できる。シャワリングを利用した地下水Ｗからの二酸化炭素の放出は、スプレーノズル１６ａから噴出した地下水Ｗが水面に到達するまでの間に行われる。よって、ノズル口１６ｂから水面までの距離を十分に確保できれば、十分なシャワリング効果が得られる。
水槽１４内の水位の下限値については特に制限されないが、水槽１４内の水位が低すぎると一度に処理できる地下水の量が少なくなる。よって、地下水の処理効率を考慮すると、水槽１４内の水位は満水時の４０％以上が好ましく、５０％以上がより好ましい。

以上説明した本発明の第二の態様の地下水の処理装置、および該地下水の処理装置を用いた地下水の処理方法によれば、水槽に添加手段およびシャワリング手段を組み込むという簡易な装置で地下水中の重炭酸イオンを低減できる。第二の態様では地下水中の二酸化炭素の除去をシャワリングにより行うので、効率よく短時間で二酸化炭素を除去でき、重炭酸イオンがより低減された地下水が得られる。しかも逆浸透膜装置を使用する必要がないので、低コストかつコンパクトに地下水を処理できる。加えて、濃縮水が排出されないので、汲み上げた地下水の水量を維持したまま水道水等へ地下水を供給できる。

なお、図３に示す地下水の処理装置１０では、井戸１１から汲み上げた地下水Ｗに酸を添加しているが、井戸１１から汲み上げる前に、すなわち井戸１１内にて地下水Ｗに酸を添加してもよい。
また、図３に示す地下水の処理装置１０では、シャワリング手段１６は水槽１４の中に設置されているが、シャワリング手段１６は水槽１４の外に設置されていてもよい。ただし、シャワリング手段１６が水槽１４の外に設置されていると、シャワリング手段１６から噴出した地下水Ｗが水槽１４の周囲へ飛散することがある。周囲への地下水Ｗの飛散防止の観点から、シャワリング手段１６は水槽１４の中に設置されていることが好ましい。

＜第三の態様＞
図４に本発明の第三の態様の地下水の処理装置の一例を示す。
図４に示す地下水の処理装置１０は、井戸１１から地下水Ｗを汲み上げる揚水手段１２と、地下水Ｗに酸を添加する添加手段１３と、酸が添加された地下水Ｗ中の二酸化炭素を除去するための水槽１４と、水槽１４内の地下水Ｗを曝気する曝気手段１７と、二酸化炭素が除去された地下水Ｗを水槽１４から引き抜く引き抜き手段１５とを具備する。

揚水手段１２、添加手段１３、水槽１４、引き抜き手段１５については第一の態様の地下水の処理装置と同じであるため、これらの説明を省略する。

曝気手段１７は、酸が添加された地下水Ｗを水槽１４内で曝気するものである。
この例の曝気手段１７は、水槽１４内の底部近傍に略水平に配置され散気管１７ｃと、散気管１７ｃに気体を送気するブロワ１７ａと、ブロワから送気された気体を散気管１７ｃへ供給する気体供給管１７ｂとを備える。
気体供給管１７ｂの一端はブロワ１７ａに接続され、他端は散気管１７ｃに接続されている。
この例の散気管１７ｃは、長手方向に垂直な断面が円形の円管からなり、その周壁の上部には気体を噴出するための円形の散気孔１７ｄが複数、散気管１７ｃの長手方向に沿って一列に形成されている。
ここで「周壁の上部」とは、散気管１７ｃをその長手方向が略水平となるように配置した際に、散気管１７ｃの軸線よりも上側に位置する部分の周壁である。

散気管１７ｃに供給される気体としては空気が一般的であるが、空気以外の気体（例えば酸素、窒素、アルゴンなど）を用いてもよい。
散気管１７ｃに供給される気体の風量は、水槽１４の容量が置換される量であれば制限されないが、水槽容量に対して毎分あたり５％以上の風量であることが好ましい。風量が上記下限値以上であれば、散気孔１７ｄに与える散気圧力を均一化でき、その結果、より均一に散気することができる。また、散気孔１７ｄの目詰まりも防止できる。

以下、図４に示す地下水の処理装置１０を用いた地下水の処理方法の一例について説明する。
まず、揚水ポンプ１２ａを作動させて井戸１１から地下水Ｗを汲み上げる。汲み上げられた地下水Ｗは揚水管１２ｂを通って水槽１４内へと供給される。
一方、酸注入ポンプ１３ａを作動させて酸貯留タンク１３ｃから酸注入管１３ｂへ酸を送り出す。揚水管１２ｂと酸注入管１３ｂとの合流点において、地下水Ｗに酸を添加し、酸が添加された地下水Ｗを揚水管１２ｂから水槽１４に供給する。曝気手段１７の散気管１７ｃや散気孔１７ｄの閉塞を防止する観点から、酸としては上述した無機酸が好ましい。
次いで、ブロワ１７ａを作動させて散気管１７ｃに気体を供給し、酸が添加された地下水Ｗを水槽１４内にて曝気することで、酸が添加された地下水Ｗ中の二酸化炭素を除去する。
次いで、引き抜きポンプ１５ａを作動させて、二酸化炭素が除去された地下水Ｗを水槽１４から引き抜き、回収する。回収された地下水Ｗは、重炭酸イオンが低減されているので、スケールが生成しにくく、水道水などとして供給したときにスケール障害が起こりにくい。

上述したように、地下水Ｗに酸を添加して地下水のｐＨを下げると、地下水Ｗ中の重炭酸イオンが二酸化炭素へと変化する。酸が添加された地下水Ｗ中には重炭酸イオンから変化した二酸化炭素が多く含まれているので、この酸が添加された地下水Ｗを水槽１４内にて曝気することにより、二酸化炭素が地下水Ｗから大気中に放出しやすくなる。酸が添加された地下水Ｗの曝気は、酸が添加された地下水Ｗを放置する場合よりも効率よく短時間で二酸化炭素を大気中へ放出でき、酸が添加された地下水Ｗから二酸化炭素を効率よく除去でき、重炭酸イオンがより低減された地下水Ｗが得られる。

水槽１４内への地下水Ｗの供給と、地下水Ｗへの酸の添加と、水槽１４内での地下水Ｗの曝気とは連動していることが好ましい。すなわち、揚水ポンプ１２ａと酸注入ポンプ１３ａとブロワ１７ａの運転を連動させ、揚水ポンプ１２ａを停止して井戸１１からの地下水Ｗの汲み上げを止めたら、酸注入ポンプ１３ａを停止して酸貯留タンク１３ｃから酸注入管１３ｂへ酸を送り出すのを止め、かつ、ブロワ１７ａを停止して散気管１７ｃへ気体を供給するのを止めることが好ましい。水槽１４内への地下水Ｗの供給と、地下水Ｗへの酸の添加と、水槽１４内での地下水Ｗの曝気とを連動させることで、地下水Ｗが水槽１４内へ供給されないときは、地下水Ｗへの酸の添加や地下水Ｗの曝気も止められるので、酸が無駄に使用されるのを防いだり、電力消費量を抑えたりすることができる。

水槽１４内への地下水の供給は、水槽１４内の水位が満水時の水位（すなわち、水槽１４の深さ）の４０％以上となる量が好ましく、より好ましくは５０％以上である。水槽１４内の水位が満水時の水位の４０％以上であれば、曝気効果が十分に得られるため、地下水Ｗから二酸化炭素を十分に放出できる。また、水槽１４内の水位が低すぎると一度に処理できる地下水の量が少なくなるが、水槽１４内の水位が満水時の４０％以上であれば、地下水の処理効率を良好に維持できる。
水槽１４内の水位の上限値については特に制限されず、水槽１４内の水位は満水時の１００％であってもよい。ただし、水槽１４内の水位が満水時の１００％で曝気すると地下水Ｗが水槽１４の周囲に飛散することがある。周囲への地下水Ｗの飛散防止の観点から、水槽１４内の水位は満水時の７５％以下が好ましい。

以上説明した本発明の第三の態様の地下水の処理装置、および該地下水の処理装置を用いた地下水の処理方法によれば、水槽に添加手段および曝気手段を組み込むという簡易な装置で地下水中の重炭酸イオンを低減できる。第三の態様では地下水中の二酸化炭素の除去を曝気により行うので、効率よく短時間で二酸化炭素を除去でき、重炭酸イオンがより低減された地下水が得られる。しかも逆浸透膜装置を使用する必要がないので、低コストかつコンパクトに地下水を処理できる。加えて、濃縮水が排出されないので、汲み上げた地下水の水量を維持したまま水道水等へ地下水を供給できる。

なお、図４に示す地下水の処理装置１０では、地下水Ｗを水槽１４内へ供給する前に酸を地下水Ｗへ添加しているが、地下水Ｗと酸とを別々に水槽１４内へ供給してもよい。
また、図４に示す地下水の処理装置１０では、井戸１１から汲み上げた地下水Ｗに酸を添加しているが、井戸１１から汲み上げる前に、すなわち井戸１１内にて地下水Ｗに酸を添加してもよい。

＜第四の態様＞
図５に本発明の第四の態様の地下水の処理装置の一例を示す。
図５に示す地下水の処理装置１０は、井戸１１から地下水Ｗを汲み上げる揚水手段１２と、地下水Ｗに酸を添加する添加手段１３と、酸が添加された地下水Ｗ中の二酸化炭素を除去するための水槽１４と、水槽１４に酸が添加された地下水Ｗをシャワリングするシャワリング手段１６と、水槽１４内の地下水Ｗを曝気する曝気手段１７と、二酸化炭素が除去された地下水Ｗを水槽１４から引き抜く引き抜き手段１５とを具備する。

揚水手段１２、添加手段１３、水槽１４、引き抜き手段１５については第一の態様の地下水の処理装置と同じであるため、これらの説明を省略する。
また、シャワリング手段１６については第二の態様の地下水の処理装置と同じであり、曝気手段１７については第三の態様の地下水の処理装置と同じであるため、これらの説明を省略する。

以下、図５に示す地下水の処理装置１０を用いた地下水の処理方法の一例について説明する。
まず、揚水ポンプ１２ａを作動させて井戸１１から地下水Ｗを汲み上げる。汲み上げられた地下水Ｗは揚水管１２ｂを通って水槽１４内へと供給される。
一方、酸注入ポンプ１３ａを作動させて酸貯留タンク１３ｃから酸注入管１３ｂへ酸を送り出し、揚水管１２ｂと酸注入管１３ｂとの合流点において、地下水Ｗに酸を添加する。シャワリング手段１６のスプレーノズル１６ａやノズル口１６ｂ、曝気手段１７の散気管１７ｃや散気孔１７ｄの閉塞を防止する観点から、酸としては上述した無機酸が好ましい。
次いで、揚水管１２ｂの他端に接続されたシャワリング手段１６から、酸が添加された地下水Ｗを水槽１４へシャワリングすることで、酸が添加された地下水Ｗ中の二酸化炭素を除去する。
さらに、ブロワ１７ａを作動させて散気管１７ｃに気体を供給し、酸が添加された地下水Ｗを水槽１４内にて曝気することでも、酸が添加された地下水Ｗ中の二酸化炭素を除去する。
次いで、引き抜きポンプ１５ａを作動させて、二酸化炭素が除去された地下水Ｗを水槽１４から引き抜き、回収する。回収された地下水Ｗは、重炭酸イオンが低減されているので、スケールが生成しにくく、水道水などとして供給したときにスケール障害が起こりにくい。

上述したように、地下水Ｗに酸を添加して地下水のｐＨを下げると、地下水Ｗ中の重炭酸イオンが二酸化炭素へと変化する。酸が添加された地下水Ｗ中には重炭酸イオンから変化した二酸化炭素が多く含まれているので、この酸が添加された地下水Ｗをシャワリングすることにより空気との接触効率が高まり、二酸化炭素が地下水Ｗから大気中に放出しやすくなる。加えて、酸が添加された地下水Ｗを水槽１４内にて曝気することにより、二酸化炭素が地下水Ｗから大気中にさらに放出しやすくなる。酸が添加された地下水Ｗのシャワリングおよび曝気の併用は、酸が添加された地下水Ｗを放置する場合や、シャワリングまたは曝気の単独使用よりも、さらに効率よく、より短時間で二酸化炭素を大気中へ放出でき、酸が添加された地下水Ｗから二酸化炭素をさらに効率よく除去でき、重炭酸イオンがさらに低減された地下水Ｗが得られる。

水槽１４内への地下水Ｗの供給（酸が添加された地下水のシャワリング）と、地下水Ｗへの酸の添加と、水槽１４内での地下水Ｗの曝気とは連動していることが好ましい。すなわち、揚水ポンプ１２ａと酸注入ポンプ１３ａとブロワ１７ａの運転を連動させ、揚水ポンプ１２ａを停止して井戸１１からの地下水Ｗの汲み上げを止めたら、酸注入ポンプ１３ａを停止して酸貯留タンク１３ｃから酸注入管１３ｂへ酸を送り出すのを止め、かつ、ブロワ１７ａを停止して散気管１７ｃへ気体を供給するのを止めることが好ましい。なお、地下水Ｗの汲み上げを止めることで、酸が添加された地下水のシャワリングも停止する。

水槽１４内への地下水の供給は、水槽１４内の水位が満水時の水位（すなわち、水槽１４の深さ）の４０〜７５％となるように酸が添加された地下水Ｗをシャワリングすることが好ましく、より好ましくは５０〜７０％である。水槽１４内の水位が満水時の水位の４０％以上であれば、曝気効果が十分に得られるため、地下水Ｗから二酸化炭素を十分に放出できる。また、水槽１４内の水位が低すぎると一度に処理できる地下水の量が少なくなるが、水槽１４内の水位が満水時の４０％以上であれば、地下水の処理効率を良好に維持できる。一方、水槽１４内の水位が満水時の水位の７５％以下であれば、スプレーノズル１６ａのノズル口１６ｂから水面までの距離を十分に確保できる。シャワリングを利用した地下水Ｗからの二酸化炭素の放出は、スプレーノズル１６ａから噴出した地下水Ｗが水面に到達するまでの間に行われる。よって、ノズル口１６ｂから水面までの距離を十分に確保できれば、十分なシャワリング効果が得られる。また、より短時間で地下水Ｗの曝気をして地下水Ｗ中の二酸化炭素を除去することができる。

以上説明した本発明の第四の態様の地下水の処理装置、および該地下水の処理装置を用いた地下水の処理方法によれば、水槽に添加手段、シャワリング手段および曝気手段を組み込むという簡易な装置で地下水中の重炭酸イオンを低減できる。第四の態様では地下水中の二酸化炭素の除去をシャワリングと曝気の併用により行うので、より効率よく短時間で二酸化炭素を除去でき、重炭酸イオンがさらに低減された地下水が得られる。しかも逆浸透膜装置を使用する必要がないので、低コストかつコンパクトに地下水を処理できる。加えて、濃縮水が排出されないので、汲み上げた地下水の水量を維持したまま水道水等へ地下水を供給できる。

なお、図５に示す地下水の処理装置１０では、井戸１１から汲み上げた地下水Ｗに酸を添加しているが、井戸１１から汲み上げる前に、すなわち井戸１１内にて地下水Ｗに酸を添加してもよい。
また、図５に示す地下水の処理装置１０では、シャワリング手段１６は水槽１４の中に設置されているが、シャワリング手段１６は水槽１４の外に設置されていてもよい。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

「実施例１」
図５に示す地下水の処理装置１０を用いて、以下のようにして地下水Ｗを処理した。
まず、揚水ポンプ１２ａを作動させて、水槽（縦１００ｃｍ、横１００ｃｍ、深さ２００ｃｍ）１４への地下水Ｗの供給量が７５００Ｌ／ｈとなるように、井戸１１から地下水Ｗを汲み上げた。汲み上げられた地下水Ｗは揚水管１２ｂを通って酸注入管１３ｂへと合流した。
一方、酸注入ポンプ１３ａを作動させて、１８℃における地下水ＷのｐＨが約６．８となるに流量を調整しながら、硫酸が貯留された酸貯留タンク１３ｃから酸注入管１３ｂへ酸（硫酸）を送り出し、揚水管１２ｂと酸注入管１３ｂとの合流点において、地下水Ｗに酸を添加した。
次いで、水槽１４の開口部１４ａからスプレーノズル１６ａのノズル口１６ｂまでの距離が、水槽１４の深さの１５％となる位置に設置されたシャワリング手段１６から、酸が添加された地下水Ｗを水槽１４へシャワリングして、酸が添加された地下水Ｗ中の二酸化炭素を除去した。
さらに、ブロワ１７ａを作動させて、風量が４００Ｌ／ｍｉｎとなるように散気管１７ｃに空気を供給し、酸が添加された地下水Ｗを水槽１４内にて１０分間曝気して、酸が添加された地下水Ｗ中の二酸化炭素を除去した。
次いで、引き抜きポンプ１５ａを作動させて、二酸化炭素が除去された地下水（処理済みの地下水）Ｗを水槽１４から引き抜き、回収した。

井戸から汲み上げた直後の地下水Ｗ中の重炭酸イオン濃度を測定したところ、２６８ｍｇ／Ｌであった。
一方、回収した、処理済みの地下水Ｗ中の重炭酸イオン濃度を測定したところ、１３４ｍｇ／Ｌであり、重炭酸イオンを５０％除去できた。また、処理済みの地下水ＷのｐＨを１８℃にて測定したところ、約７．２であった。
よって、本発明であれば、逆浸透膜装置を使用することなく、低コストかつコンパクトに地下水中の重炭酸イオンを低減できるといえる。

１０ 地下水の処理装置
１１ 井戸
１２ 揚水手段
１２ａ 揚水ポンプ
１２ｂ 揚水管
１３ 添加手段
１３ａ 酸注入ポンプ
１３ｂ 酸注入管
１３ｃ 酸貯留タンク
１４ 水槽
１４ａ 開口部
１５ 引き抜き手段
１５ａ 引き抜きポンプ
１５ｂ 引き抜き管
１６ シャワリング手段
１６ａ スプレーノズル
１６ｂ ノズル口
１７ 曝気手段
１７ａ ブロワ
１７ｂ 気体供給管
１７ｃ 散気管
１７ｄ 散気孔
Ｗ 地下水

Claims (11)

1. 地下水に酸を添加し、酸が添加された地下水中の二酸化炭素を水槽内で除去する、地下水の処理方法。
2. 前記二酸化炭素の除去が、酸が添加された地下水のシャワリングによりなされる、請求項１に記載の地下水の処理方法。
3. 前記二酸化炭素の除去が、水槽内での地下水の曝気によりなされる、請求項１に記載の地下水の処理方法。
4. 前記二酸化炭素の除去が、酸が添加された地下水のシャワリングと、水槽内での地下水の曝気との併用によりなされる、請求項１に記載の地下水の処理方法。
5. 前記水槽内への地下水の供給と、地下水への酸の添加と、水槽内での地下水の曝気とを連動させる、請求項３または４に記載の地下水の処理方法。
6. 前記水槽内の水位が、満水時の水位の４０〜７５％である、請求項２〜５のいずれか一項に記載の地下水の処理方法。
7. 地下水に酸を添加する添加手段と、酸が添加された地下水中の二酸化炭素を除去するための水槽とを備えた、地下水の処理装置。
8. 前記水槽に、酸が添加された地下水をシャワリングして二酸化炭素を除去するシャワリング手段をさらに備えた、請求項７に記載の地下水の処理装置。
9. 前記水槽内の地下水を曝気して二酸化炭素を除去する曝気手段をさらに備えた、請求項７に記載の地下水の処理装置。
10. 前記水槽に、酸が添加された地下水をシャワリングして二酸化炭素を除去するシャワリング手段と、水槽内の地下水を曝気して二酸化炭素を除去する曝気手段とをさらに備えた、請求項７に記載の地下水の処理装置。
11. 前記水槽内への地下水の供給と、地下水への酸の添加と、水槽内での地下水の曝気とが連動している、請求項９または１０に記載の地下水の処理装置。

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