JP2019070297A - リチャージシステム及びリチャージ工法 - Google Patents

Abstract

【課題】揚水した地下水中の不純物を化学物質を用いることなく除去することを可能にするリチャージシステム及びリチャージ工法を提供する。【解決手段】地上で対象水Ｗ１と酸素を含む気体Ｓとを接触させ、対象水Ｗ１中の溶存物質を酸化させて不溶性物質にし、該対象水Ｗ２をろ過装置７でろ過して対象水Ｗ２中の不溶性物質を除去し、不溶性物質を除去処理した後の対象水Ｗ４を注水井戸６から地中に注水する。【選択図】図１

Description

本発明は、掘削工事等で用いられるリチャージ工法のシステム及びリチャージ工法に関する。

一般に、地下掘削工事においては、掘削工事部分の水分を適度に抑えるため、掘削前に予め掘削部分の地下水を地表近くに汲み上げ、地下水位を低下させた状態で掘削を行うケースが多い。このとき、地下水放流量を削減するとともに、現場周辺の水位低下による影響を低減するために、汲み上げた地下水を再び地中に戻すリチャージ工法が多用されている。

一方、従来のリチャージ工法においては、注水井戸（リチャージウェル）のスクリーン近傍の地盤の目詰まり現象が発生しやすく、注水井戸の通水性能／注水性能を長期にわたって維持することが難しい。このため、地表に汲み上げた地下水に含まれる目詰まり物質を取り除くための種々の技術が提案、実用化されている。

例えば、特許文献１には、筒状の中空管体と、中空管体内の中心部に設けられた筒状のフィルター部とを備えた目詰まり防止装置（リチャージシステム）が開示されている。

この目詰まり防止装置では、中空管体の内周とフィルター部の外周との間に環状空間を形成し、環状空間内に、工事発生水、雨水や地下水等が含まれた排出水を接線方向から水平線に対して下方を向くような旋回流が起こるように導入する。このとき、遠心力と重力差とにより排出水中の重量の大きな異物が落下するとともに重量の小さい異物が上方に浮上し、これら異物をフィルター部でろ過して除去することができる。

しかしながら、上記の目詰まり防止装置は粘土粒子等の浮遊物質（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ ｓｏｌｉｄｓ：ＳＳ）成分の除去を主な目的としたものであるため、この目詰まり防止装置を用いたとしてもリチャージ工法の目詰まり現象の発生を十分に抑えることが難しい。

また、注水井戸の通水性能を回復させるために、リチャージを中止して時間をかけて注水井戸の逆洗を行った場合でも、注水井戸近傍の地盤が目詰まりしていると、通水性能を初期の状態まで回復させることが難しい。

これに対し、本願の発明者ら／出願人は、鋭意検討を行い、注水井戸付近の地盤の目詰まりが土粒子等のＳＳ成分の他に、地下水（排出水）に含まれる鉄成分が大きく関与していることを突き止め、例えば注水井戸の注水部（スクリーン）近傍に三価鉄が到達すること防止するための地下水の処理方法を発明し、既に特許出願を行っている（特願２０１６−０７５４１７）。

具体的には、リチャージウェルの目詰まりの原因となる鉄分を酸化剤（次亜塩素酸ナトリウムなど）にて酸化させて固形物とした後にフィルターで除去し、未反応の酸化剤を還元剤（チオ硫酸ナトリウムなど）で取り除く。

また、本願の発明者ら／出願人は、バネ式フィルターの表面にプリコート材を付着させ、このバネ式フィルター及びプリコート材で地下水をろ過することにより、精密なろ過を高速、且つ低圧で実現できるとともに三価鉄等を好適に除去できることを見出している。

特許第４３７９０８６号公報

ここで、酸化剤（次亜塩素酸ナトリウムなど）や還元剤（チオ硫酸ナトリウムなど）の化学物質は無害であり、地下水の水質に影響を与えないことを確認しているが、化学物質を使わないで上記と同等の性能を実施できれば「水循環に優しい工法」にすることができる。このため、化学物質を使用せずに上記同様の作用効果を得られる手法が望まれている。

本発明は、上記事情に鑑み、揚水した地下水中の不純物を化学物質を用いることなく除去することを可能にするリチャージシステム及びリチャージ工法を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明のリチャージシステムは、対象水を一時的に貯留する原水タンクと、対象水と酸素を含む気体とを接触させる酸化処理手段と、前記酸化処理手段で処理した後の対象水をろ過装置でろ過して対象水中の不溶性物質を除去する除去処理手段と、前記除去処理手段で処理した後の対象水を地中に注水するための注水井戸とを備えていることを特徴とする。

また、本発明のリチャージシステムにおいては、前記除去処理手段で処理した後の対象水を脱気処理する脱気処理手段を備えていることが望ましい。

本発明のリチャージ工法は、地上で対象水と酸素を含む気体とを接触させ、対象水中の溶存物質を酸化させて不溶性物質にし、該対象水をろ過装置でろ過して対象水中の不溶性物質を除去し、前記不溶性物質を除去処理した後の対象水を注水井戸から地中に注水することを特徴とする。

また、本発明のリチャージ工法においては、ろ過装置でろ過した後の対象水を脱気処理することが望ましい。

本発明のリチャージシステム及びリチャージ工法によれば、酸化剤や還元剤などの化学物質を用いることなく目詰りを防止でき、「水循環に優しい工法」を実現することが可能になる。また、薬剤管理の手間を省くことができ、さらに、下水道への放流と比較すると、大幅に経済性の向上も図ることが可能になる。

本発明の一実施形態に係るリチャージシステム（リチャージ工法）を示す図である。

以下、図１を参照し、本発明の一実施形態に係るリチャージシステム及びリチャージ工法について説明する。

はじめに、本実施形態は、例えば、掘削工事等を行う現場に設置され、揚水井戸によって地中の帯水層内から地下水を揚水して地下水位を制御するとともに、汲み上げた地下水を所望の位置に設置した注水井戸（リチャージウェル）に導き、この注水井戸から地中に注水して戻すリチャージ工法、及びリチャージ工法のシステムに関するものである。
なお、本発明は、リチャージ工法が適用可能であれば、地盤の構造や揚水位置、注水位置を特に限定する必要はない。

また、本実施形態のリチャージシステム及びリチャージ工法においては、例えば、揚水した地下水に酸化剤を添加し、この本発明における対象水の地下水に溶存する二価鉄を酸化させて不溶性／難溶性の三価鉄とし、この三価鉄（不溶性物質）を地下水からろ過して除去した後に地下水を地中に戻すように構成されている。

具体的に、本実施形態のリチャージシステムＡは、図１に示すように、本実施形態の対象水である地下水を揚水するための揚水井戸（不図示）と、揚水井戸から汲み上げた地下水Ｗ１を一時的に貯留する原水タンク１と、原水タンク１に貯留した地下水Ｗ１中の鉄分等を酸化させるための酸化処理手段３と、酸化処理手段３で処理された地下水Ｗ２を原水タンク１から導入し、地下水Ｗ２中に存在するＳＳ成分等を除去する除去処理手段４と、除去処理手段４で処理した後の地下水Ｗ３を脱気処理する脱気処理手段５と、脱気処理手段５で処理した後の地下水Ｗ４を地中の帯水層に注水して返送するための注水井戸６とを備えて構成されている。

揚水井戸は、地中の帯水層から地下水Ｗ１を地上に汲み上げるための設備であり、例えば、土留めによって区画された掘削領域内に設けられたディープウェルを備えて構成されている。また、揚水井戸は、地下水位以深の帯水層内に配設されるスクリーン（集水部）を備え、このスクリーンを通じて地下水Ｗ１を内部に流入させ、集水可能に構成されている。

原水タンク１は、地下水Ｗ１中の鉄分等を酸化処理するために地下水Ｗ１を一時的に貯留するためのものであり、例えば地下水Ｗ１に溶存した二価鉄などを強制的に空気（酸素）に触れさせて不溶性／難溶性の三価鉄などに変化させるための酸化処理手段３を備えている。

本実施形態の酸化処理手段３としては、例えば、空気（酸素を含む気体）Ｓを地下水Ｗ１中に噴出、放出させるエアレーション手段（散気装置、曝気装置など）や、マイクロバブル／ナノバブルＳを発生させて地下水Ｗ１中に放出／滞留させる微細気泡発生手段等を用いればよい。

なお、揚水過程でディープウェル内、配管内に酸素を含む気体Ｓを供給して酸化処理を行うように酸化処理手段３を設けて構成してもよい。また、強制空気酸化（エアレーション、マイクロバブル）などでなく、自然空気酸化で処理するようにしてもよい。

除去処理手段４は、原水タンク１の貯留部１ａから送られた地下水Ｗ２中のＳＳ成分（不溶性物質）や、酸化処理手段３によって酸化された鉄及びマンガンをはじめとする不溶性／難溶性の酸化金属（不溶性物質）を除去するための設備であり、バネ式ろ過器を有するろ過装置７を備えて構成されている。

バネ式ろ過器は、例えば、非常にさびにくい材質からなるステンレス（ＳＵＳ）を、特殊な線の形状に加工し、固いバネ線材をコイル状に巻いたバネ式フィルターの表面にプリコート材を付着させ、このプリコート材の堆積層（プリコート層）をフィルターとして地下水をろ過するように構成したものである。

また、バネ式フィルターを伸縮／弾性変形させるだけで、バネ式フィルターの表面に付着したプリコート材を剥落させて除去することができる。すなわち、地下水Ｗ２中のＳＳ成分や三価鉄等の酸化金属といった除去残留物をろ過して捕捉した段階でプリコート材を剥落させることにより、除去残留物をプリコート材ごと一緒に分離して回収できるように構成されている。

このようなバネ式ろ過器は、例えば、特開平８−１９６８２１号公報に開示されている液体ろ過フィルターエレメントや特許１８２２３１７号公報等に開示されているバネ式フィルターろ過装置等を挙げることができ、特に優れた自浄効果、逆洗再生機能を有している。

なお、上記のバネ式フィルターは、従来、排水（濁水）処理を主な目的として用いられているが、ろ過処理にあたり、最初の段階でバネ式フィルターにコーティングするプリコート材（ろ過助剤）を適切に選択することにより、バネ式フィルターでろ過される粒子径（ろ過精度）を定めることができ、精密なろ過を高速、且つ低圧で実現することができる。このような自浄効果を利用し、三価鉄が含まれる水をバネ式フィルターでろ過することで、三価鉄などを好適に除去することができる。すなわち、バネ式ろ過器には凝集剤等の添加物が不要である。

脱気処理手段５は、酸化処理手段３によって強制的に供給され、地下水中に溶存した気体（酸素）を除去するためのものであり、特にその構成を限定する必要はないが、例えば、真空ポンプによる吸引力を利用して溶存気体を除去するように構成した機械式の脱泡装置等が挙げられる。

注水井戸６は、リチャージウェル、すなわち、地下水Ｗ４を帯水層内に注水ための公知の注水設備である。注水井戸６は、地下水位以深の地盤（帯水層）内に埋設されたスクリーン（注水部）６ａを備え、スクリーン６ａから注水井戸６内の地下水Ｗ４を帯水層内に注入できるように構成されている。また、注水井戸６の上端に蓋が取り付けられ、注水井戸６は密閉されている。

そして、上記構成からなる本実施形態のリチャージシステムＡにおいては、揚水井戸から揚水された地下水Ｗ１を酸化処理手段３で酸素を含む気体と接触させ、地下水Ｗ１中の二価鉄（やマンガン）などを酸化し、三価鉄などとして析出させる。

析出された三価鉄やマンガン等の酸化金属を粘土粒子等のＳＳ成分とともに除去処理手段４でろ過し地下水Ｗ２から除去する。これにより、除去処理手段４によって地下水Ｗ２に含まれる目詰まり起因成分を除去することができる。

これにより、揚水井戸から揚水された地下水Ｗ１を注水井戸４付近の地盤Ｇの目詰まりの原因となる成分を除去して良好な状態にすることで、本実施形態のリチャージシステムＡ及びリチャージ工法によれば、地盤Ｇや注水井戸４のスクリーン４ａの目詰まりを防止し通水性能を良好に保持しつつ、汲み上げた地下水Ｗ１を地盤Ｇ中に戻すことができる。

一方、空気酸化で二価鉄（やマンガン）を酸化し、三価鉄として析出させる場合、還元状態の地下水Ｗ３に空気Ｓが溶解することで、地下水Ｗ３そのものが酸化還元電位（ＯＲＰ）高い状態に変化するケースも考えられる。このため、この状態の地下水Ｗ３をリチャージするとリチャージした帯水層の地下水Ｗ１中の鉄分がリチャージ水と反応して酸化・析出し目詰まりの原因となることが予測される。

これを防ぐために、本実施形態のリチャージシステムＡ及びリチャージ工法では、地下水Ｗ３中の空気（酸素）Ｓを脱気処理手段５で連続的に脱気し、脱気処理した地下水Ｗ４を注水井戸６から地盤Ｇ中に戻す。

したがって、本実施形態のリチャージシステムＡ及びリチャージ工法によれば、酸化剤や還元剤などの化学物質を用いることなく目詰りを防止でき、「水循環に優しい工法」を実現することが可能になる。また、薬剤管理の手間を省くことができ、さらに、下水道への放流と比較するとその経済効果は高く、経済性の向上も図ることが可能になる。

以上、本発明に係るリチャージシステム及びリチャージ工法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 原水タンク
３ 酸化処理手段
４ 除去処理手段
５ 脱気処理手段
６ 注水井戸
６ａ スクリーン
７ ろ過装置
Ａ リチャージシステム
Ｇ 地盤
Ｗ１〜Ｗ４ 地下水（対象水）

Claims (4)

1. 対象水を一時的に貯留する原水タンクと、
   対象水と酸素を含む気体とを接触させる酸化処理手段と、
   前記酸化処理手段で処理した後の対象水をろ過装置でろ過して対象水中の不溶性物質を除去する除去処理手段と、
   前記除去処理手段で処理した後の対象水を地中に注水するための注水井戸とを備えていることを特徴とするリチャージシステム。
2. 請求項１記載のリチャージシステムにおいて、
   前記除去処理手段で処理した後の対象水を脱気処理する脱気処理手段を備えていることを特徴とするリチャージシステム。
3. 地上で対象水と酸素を含む気体とを接触させ、対象水中の溶存物質を酸化させて不溶性物質にし、
   該対象水をろ過装置でろ過して対象水中の不溶性物質を除去し、
   前記不溶性物質を除去処理した後の対象水を注水井戸から地中に注水することを特徴とするリチャージ工法。
4. 請求項３記載のリチャージ工法において、
   ろ過装置でろ過した後の対象水を脱気処理することを特徴とするリチャージ工法。

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