JP3455860B2 - 目詰まり発生防止型注水装置 - Google Patents

目詰まり発生防止型注水装置

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JP3455860B2 JP28770294A JP28770294A JP3455860B2 JP 3455860 B2 JP3455860 B2 JP 3455860B2 JP 28770294 A JP28770294 A JP 28770294A JP 28770294 A JP28770294 A JP 28770294A JP 3455860 B2 JP3455860 B2 JP 3455860B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、揚水等の水質を浄化し
て注水井戸に注水する目詰まり発生防止型注水装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】地盤掘削に際しては、地下水利用障害
(井戸枯渇等)や水位低下に伴う地盤沈下を防止すると
いった地下水環境保全が重要になっている。このため、
地盤掘削に伴う揚水を注水井戸を用いて地盤に還元し、
地下水環境保全を行う試みがなされている。例えば建設
工事に際しては、水位低下は工事個所に限定し、周辺は
注水井戸よりリチャージを行って水位低下を防止するこ
とが行われている。また、工事完成後、水位低下部分の
地下水位回復のため、注水井戸を用いた復水工法が実施
されるケースが増えてきている。
【0003】しかし、従来の注水の事例では、地盤また
は注水井戸内において頻繁に目詰まりを起こす場合が多
い。注水井戸の目詰まりは、注水井戸内部やストレーナ
近傍の堆積物による注水能力の低下と、周辺地盤の透水
性低下の2通りがある。前者の主な要因は、注入水中の
懸濁物の堆積、有機性懸濁物で増殖した微生物の堆積
等、この外に溶解鉄イオンやマンガンイオン等の重金属
イオンから生成した水酸化物や酸化物などによる場合が
あり、これらは、注入水の水質に関係している。また、
後者の要因は、注入水による砂粒子の配列変化、注入水
と地下水の化学変化による溶解性沈殿物の形成がある
が、注入水と地下水の化学変化も注入水の水質に関係し
ている。
【0004】これら注水井戸の目詰まりは、注水能力の
低下を招くため、目詰まりの発生を抑え、あるいは除去
対策を実施することが望まれる。上記目詰まり発生の要
因のうち、砂粒子の配列変化の防止は、事前揚水による
砂粒子の細粒分除去や地盤に応じた注水圧の設定で対応
可能であるので、その他の注入水の水質に起因した要因
を克服することにより、目詰まりの発生を防止できる。
しかし、従来は、目詰まりの発生を極力抑えるため、注
入水の日光照射防止、脱気、温度管理、濾過処理等を行
っていたが、確実には目詰まりの発生を防止できなかっ
た。特に、重金属イオンに対しては、従来酸化物の形成
を防止するため、注入水を空気と遮断する考えがあるが
現実的には無理であり、また、有機物に対処するため、
温度管理等も利用されているが、根本的な対策ではない
ため、目詰まりの発生を防止することが困難であった。
このため、注水井戸の目詰まり対策は、目詰まりの除去
対策が中心になり、各種の目詰まり除去対策を実施せざ
るを得ないという問題が生じている。目詰まり除去対策
の代表的なものには、注水井戸の逆洗浄(揚水による洗
浄)がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の注
水井戸の逆洗浄等による目詰まり除去対策では、注水を
停止して逆洗浄を行い、しかも頻繁に行われることが多
いため注水能率は低下するという問題がある。また、目
詰まり除去対策を実施しても注水能力の回復が十分でな
い場合もある。また、逆洗浄を実施することを前提にし
ているため、井戸構造としてフィルター層の設置が必要
であり、井戸径が大きくなると共に、施工方法も複雑で
あり、井戸のさく井コストも高くなるという問題もあ
る。
【0006】本発明は、上記の課題を解決するものであ
って、目詰まりの発生を防止し、簡単な施工、注水管理
で効率的な注水が可能な目詰まり発生防止型注水装置を
提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】そのために本発明は、揚
水等の水質を浄化して注水井戸に注水する目詰まり発生
防止型注水装置であって、沈殿により砂や比較的大きい
懸濁物等を除去することによって水質改善を行う処理装
置、濾過膜を使って小さい沈殿物や不純物を除去するこ
とによって水質改善を行う処理装置を多段に設け、該多
段の処理装置に揚水等を通水して水質を浄化するように
構成したことを特徴とし、さらに、処理装置として、精
密濾過膜からなる水質改善装置と超精密濾過膜または限
外濾過膜からなる水質改善装置、注入水に塩素系の薬品
添加を行う薬品添加槽を備えたことを特徴とするもので
ある。
【0008】また、前処理として、重金属イオンを強制
的に酸化させる強制酸化装置や重金属イオンの水酸化物
等を除去する酸化物濾過装置を有し、さらには各種の重
金属を吸着させる重金属吸着装置を併用した重金属イオ
ン処理装置を配置し、あるいは活性炭による有機物処理
を基本とする有機物除去装置を配置したことを特徴とす
るものである。
【0009】
【作用】本発明の目詰まり発生防止型注水装置では、沈
殿により砂や比較的大きい懸濁物等を除去することによ
って水質改善を行う処理装置、濾過膜を使って小さい沈
殿物や不純物を除去することによって水質改善を行う処
理装置を多段に設け、該多段の処理装置に揚水等を通水
して水質を浄化するように構成したので、地盤や注水井
戸の目詰まりが発生しないレベルに注入水を浄化するこ
とができる。さらには、前処理として、重金属イオンを
強制的に酸化させる強制酸化装置や重金属イオンの水酸
化物等を除去する酸化物濾過装置を有し、さらには各種
の重金属を吸着させる重金属吸着装置を併用した重金属
イオン処理装置を配置し、あるいは活性炭による有機物
処理を基本とする有機物除去装置を配置したので、重金
属イオンや有機物も有効に除去し注入水を浄化すること
ができる。したがって、揚水等の注入水の水質に起因し
た目詰まり発生を防止することができ、従来の目詰まり
除去対策が不要になり、フィルター層の設置が不要にな
るので、注水井戸構造を簡素化することができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。図1は本発明に係る目詰まり発生防止型注水装
置の1実施例を示す図であり、1は一次処理装置、2は
二次処理装置、3は三次処理装置、4は薬品添加槽、5
は注水井戸、6、7は送水ポンプを示す。
【0011】図1において、一次処理装置1は、揚水中
にある1mm程度の砂や比較的大きい懸濁物等を沈殿に
より除去して水質の改善を行う前処理用装置である。二
次処理装置2は、精密濾過膜からなる水質改善装置であ
り、1μm程度の懸濁物まで除去するものである。三次
処理装置3は、超精密濾過膜又は限外濾過膜からなる最
終的な水質改善装置であり、0.001μm程度の懸濁
物を除去するものである。本発明は、このように地盤掘
削に伴う揚水・排水を送水ポンプ6、7により一次処理
装置1、二次処理装置2、三次処理装置3に通水して水
質を浄化し、これを注水井戸5の注入水として用いるも
のである。これら多段の処理装置を使った水質浄化の処
理により、水質に起因した注水井戸内や地盤における目
詰まり要因を除去することができる。なお、薬品添加槽
4は、上記各処理装置により水質浄化された注入水に塩
素系の薬品を添加し、微生物の増殖に対して更に要因除
去を徹底するものであり、必要に応じて設置するもので
ある。
【0012】一方、注水井戸5は、注入水に対し上記各
処理装置を用いて水質浄化を行い、水質に起因した目詰
まり要因を除去するため、逆洗浄等の目詰まり除去対策
が不要になり、従来ケーシングやスクリーンの外側に充
填していた豆砂利等のフィルター層を省略することがで
きる。したがって、注水井戸5は、孔壁保護を目的とし
たストレーナやスクリーンのみの簡素な構造に改良する
ことができる。さらに、この改良により注水井戸5の孔
径の大幅な縮小が可能になる。このように孔径の縮小と
フィルター層の省略により、注水井戸5の製作コストも
大幅に低減できる。
【0013】図2は本発明に係る目詰まり発生防止型注
水装置の他の実施例を示す図、図3は重金属イオン処理
装置の構成例を示す図であり、図中、11は重金属イオ
ン処理装置、12は強制酸化装置、13は濾過装置を示
す。
【0014】上記実施例のように超精密濾過膜又は限外
濾過膜からなる最終的な水質改善装置として三次処理装
置3を使用した構成であっても、重金属イオンは、その
大きさが極めて小さいため、注入水中の重金属イオンが
充分に除去できない場合もある。このような重金属イオ
ンを含む注入水の場合にも、三次処理装置3を逆浸透膜
による水質改善装置に設定すれば対処可能であるが、限
外濾過膜等の装置に比べて送水ポンプの加圧が大にな
り、装置全体が大きくなると共に、装置コストも高くな
る。そこで、重金属を含むイオンの注入水の場合には、
重金属イオンを強制的に酸化させて大きくすることによ
り、二次処理装置2、三次処理装置3の上流側で除去
し、限外濾過膜等での目詰まり防止が可能な水質改善を
行える簡易な装置を示したのが図2である。
【0015】図2に示す実施例は、一次処理装置1と二
次処理装置2との間に重金属イオン処理装置11を追加
配置したものであり、重金属イオン処理装置11は、図
3に示すように重金属イオンの強制酸化装置12と重金
属酸化物を濾過する10μm程度の濾過装置13からな
る。強制酸化装置12は、一次処理装置1を通水後の処
理水をオゾン曝気する装置または過酸化水素H2 2
の酸化剤混合装置であり、この装置で酸化された重金属
イオンの水酸化物等は予備フィルターである濾過装置1
3で除去可能である。したがって、目詰まりの重大な発
生要因となる鉄イオンやマンガンイオン等は、酸化しや
すいため除去が可能になり、その他の懸濁物等を二次処
理装置2、三次処理装置3で除去することにより、注入
水中の水質に起因した目詰まり要因の除去が可能にな
る。
【0016】図4は本発明に係る目詰まり発生防止型注
水装置のさらに他の実施例を示す図であり、15は重金
属吸着装置を示す。
【0017】上記のように重金属イオンを強制的に酸化
させて溶解度積の小さい水酸化物や酸化物として沈殿さ
せることにより、二次処理装置2、三次処理装置3の上
流側で除去する構成の場合であっても、鉄イオンやマン
ガンイオン等のように酸化しやすいものは対象可能であ
るが、酸化反応が鈍いイオンに対しては、充分な除去が
できない恐れがある。そこで、強制酸化法にさらに各種
の重金属を吸着させる処理装置を併用した構成を採用し
たのが図4である。図4に示す重金属イオン処理装置
は、強制酸化装置12と酸化物を濾過する10μm程度
の予備フィルターの濾過装置13及び金属イオン吸着除
去装置15からなる。重金属吸着装置15は、析出しな
かったものに対処するものであり、イオン交換樹脂法ま
たはキレート樹脂法を適用した装置であり、イオン交換
樹脂は、直接重金属イオンと反応して吸着し、また、キ
レート樹脂は、三次元網目構造をもつ樹脂母体に金属イ
オンと錯化合物を形成するキレート形成基を導入したも
ので、重金属イオンを極めて低濃度まで吸着除去が可能
である。したがって、目詰まりの発生要因となる多種の
重金属イオンを確実に除去することが可能になり、その
他の懸濁物等を二次処理装置2、三次処理装置3で除去
することにより、注入水中の水質に起因した目詰まり要
因の除去が可能になる。
【0018】図5は本発明に係る目詰まり発生防止型注
水装置のさらに他の実施例を示す図であり、21は有機
物除去装置を示す。
【0019】上記の各実施例を採用することにより、目
詰まりが発生しないレベルに注入水を浄化することは可
能であるが、除去物の負荷が大きい場合は、前処理を行
って二次処理装置2、三次処理装置3の負荷を軽減する
ことも合理的である。特に、有機性の懸濁物は、微生物
の増殖による目詰まり発生の要因となるため高度な除去
が必要であり、負荷が大きい場合には前処理が望まし
い。そこで、有機性懸濁物の前処理装置を二次処理装置
2、三次処理装置3の上流側に配置した例を示したのが
図5である。図5において、有機物除去装置21は、一
次処理装置1と二次処理装置2との間に配置され、活性
炭による有機物処理を基本とするが、極めて有機物の負
荷が大きい場合にはには生物活性炭による処理を行うも
のである。生物活性炭は、好気性条件下で空気を送るこ
とで、有機物を処理可能である。このように有機物の負
荷が大きい場合には、前処理し他の懸濁物等を二次処理
装置2、三次処理装置3等で除去すれば、注入水中の水
質に起因した目詰まり要因の除去が可能になる。
【0020】予備フィルターとしての重金属イオン処理
装置11の濾過装置13、二次処理装置2と三次処理装
置3の膜濾過装置は、例えばそれぞれの膜濾過装置の半
分を注入水の濾過に使用し、残りの半分を自動洗浄に用
いて一定時間毎に切り換えるように構成することによ
り、注水稼働時に膜濾過機能の回復を目的とした自動洗
浄が可能である。しかも、注入水量の低下または注入水
圧の上昇した場合にのみ、濾過膜のカセットを交換する
ことで対処できるので、注水管理が非常に簡単になる。
【0021】なお、本発明は、上記の実施例に限定され
るものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記
の実施例では、地盤掘削に伴う揚水・排水を注水井戸か
ら地盤に還元する装置で説明したが、注水井戸を用いる
他の分野にも同様に適用できることはいうまでもない。
また、一次処理装置、二次処理装置、三次処理装置、薬
品添加槽を備えた構成を示したが、薬品添加槽の設置を
省いてもよいし、二次処理装置、三次処理装置をまとめ
て設置してもよい。
【0022】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、多段の処理装置に通水して注入水の水質浄化
を行うので、目詰まりの発生そのものを防止することが
でき、注水を中断することなく効率的な注水が可能にな
ると共に、注水管理も簡単になる。また、目詰まり除去
対策が不要になるため、注水井戸の構造が簡単になり、
井戸径も小さくすることができる。そのため、施工方法
も簡単になり、井戸のさく井コストも大幅に下げること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る目詰まり発生防止型注水装置の
1実施例を示す図である。
【図2】 本発明に係る目詰まり発生防止型注水装置の
他の実施例を示す図である。
【図3】 重金属イオン処理装置の構成例を示す図であ
る。
【図4】 本発明に係る目詰まり発生防止型注水装置の
さらに他の実施例を示す図である。
【図5】 本発明に係る目詰まり発生防止型注水装置の
さらに他の実施例を示す図である。
【符号の説明】
1…一次処理装置、2…二次処理装置、3…三次処理装
置、4…薬品添加槽、5…注水井戸、6、7…送水ポン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C02F 1/52 C02F 1/52 B E21B 43/00 E21B 43/00 B (72)発明者 宮下 国一郎 東京都港区芝浦一丁目2番3号清水建設 株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−49870(JP,A) 特開 平6−99191(JP,A) 特開 平7−216942(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C02F 9/00 502 C02F 1/44 C02F 1/52 E21B 43/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 揚水等の水質を浄化して注水井戸に注水
    する目詰まり発生防止型注水装置であって、沈殿により
    砂や比較的大きい懸濁物等を除去することによって水質
    改善を行う処理装置、濾過膜を使って小さい沈殿物や不
    純物を除去することによって水質改善を行う処理装置を
    多段に設け、該多段の処理装置に揚水等を通水して水質
    を浄化するように構成したことを特徴とする目詰まり発
    生防止型注水装置。
  2. 【請求項2】 処理装置として、精密濾過膜からなる水
    質改善装置と超精密濾過膜または限外濾過膜からなる水
    質改善装置を備えたことを特徴とする請求項1記載の目
    詰まり発生防止型注水装置。
  3. 【請求項3】 処理装置として、注入水に塩素系の薬品
    添加を行う薬品添加槽を備えたことを特徴とする請求項
    1記載の目詰まり発生防止型注水装置。
  4. 【請求項4】 前処理として、重金属イオンを強制的に
    酸化させる強制酸化装置や重金属イオンの水酸化物等を
    除去する酸化物濾過装置を有する重金属イオン処理装置
    を配置したことを特徴とする請求項1記載の目詰まり発
    生防止型注水装置。
  5. 【請求項5】 各種の重金属を吸着させる重金属吸着装
    置を併用したことを特徴とする請求項4記載の目詰まり
    発生防止型注水装置。
  6. 【請求項6】 前処理として、活性炭による有機物処理
    を基本とする有機物除去装置を配置したことを特徴とす
    る請求項1記載の目詰まり発生防止型注水装置。
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