JP3720470B2 - 水処理装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、山留め工事等において汲み上げた地下水を地下に還元するリチャージ工法に使用される水処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図10に示すように、地下水位L1が掘削底L2より高い現場での山留め工事では、掘削面をドライにするため、揚水井70を設け多量に地下水を揚水している。そのため、地下水の放流先を確保する必要ある。しかし、下水道に放流する場合は、下水道の使用コストが増大し、また、地下水位の低下によって、周辺地盤の沈下や井戸の枯渇等を招く恐れもある。
【0003】
そこで、近年、汲み上げた地下水を元の地下に還元するリチャージ工法(復水工法)が採用されるようになっている。このリチャージ工法では、地下水位を低下させる範囲を掘削範囲に限定し、汲み上げた地下水を復水井72へ戻してやり、上述したような不都合を解消するものである。
【0004】
ところが、復水中に含まれる懸濁粒子(細粒土分、酸化鉄、バクテリア等)によって、復水井72の間隙が目詰まりを起こし、汲み上げた地下水を長期間、連続して地下に戻すことができない。
【0005】
このような問題を解決するため、複数のろ過装置を設け、揚水に含まれる汚染物質や不純物を順に回収して復水する工法がある(特開平6−322796号公報参照)。
【0006】
しかし、この工法は、特殊なフィルターで段階的に懸濁粒子を除去するだけで、復水中に残留した鉄分と空気とが接触して酸化鉄となり、復水井を目詰まりさせる恐れがある。
【0007】
一方、次亜塩素酸ナトリウム等で地下水を事前に酸化させて鉄イオン等を補足し、これを酸化物としてろ過する方法もある(特開平4−235792号公報参照)。しかし、この方法では、地下水中に含まれる酸化物を全てろ過する必要があるため、大規模で精密なろ過装置が必要となってくる。さらに、次亜塩素酸ナトリウム等を連続して投入する必要があり、コストの面で問題がある。
【0008】
そこで、地下水に含まれる鉄分と空気とが結合して酸化鉄が生成されることを防止するため、地下水に空気が混入しないようにして空気分離装置へ送水し、この空気分離装置で、混入した空気を分離して放出する方法も提案されている(特公平8−26537号公報)。
【0009】
しかし、この方法は、地下水に混入した空気を分離するだけで、地下水に溶存する酸素を脱気することができない。このため、復水井へ還元したとき、鉄分が溶存酸素と結合して酸化鉄が生成され、復水井を目詰まりさせることがある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は係る事実を考慮し、ランニングコストがかからず、復水井の間隙の目詰まりを起こすことなく、汲み上げた地下水を長期間、連続して地下に戻すことができる水処置装置を提供することを課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明では、揚水井から揚水管で揚水された地下水が、ろ過装置へ送水される前に、第1貯水槽で地下水を貯水するようになっている。この第1貯水槽が、沈砂槽の役目を果たすので、ろ過装置の負担が軽減される。また、ろ過装置に送る地下水の水圧を一定にすることで、地下水が効率良くろ過される。次に、第1貯水槽から送水された地下水は、ろ過装置でろ過され、地下水に含まれる懸濁粒子が除去される。さらに、このろ過水を脱気装置へ送水すると、ろ過水中の溶存酸素や混入した空気が除去される。
【0012】
このように、揚水された地下水の懸濁粒子を除去することによって、復水井の間隙が目詰まりすることを防止できる。また、ろ過水中の溶存酸素や混入した空気を除去することで、鉄分が酸素と結合して酸化せず、復水される地下水中に酸化鉄等の混濁物質が生成されない。また、脱気する前に地下水をろ過するので、懸濁粒子によって脱気装置のフィルタが目詰まりすることがなくなる。
【0013】
さらに、復水する地下水には、溶存酸素が含まれていないので、復水井の間隙に含まれる鉄分と反応して、復水井内で酸化鉄を生成することもない。
【0014】
請求項2に記載の発明では、請求項1と同様の構成を有し同様に作用する。但し、本請求項は、ろ過装置と脱気装置との間に、第2貯水槽が設けられており、ろ過された地下水が貯水される。この第2貯水槽で脱気装置へ送る水量が調節され、ろ過水が効率良く脱気されると共に、揚水と復水とのバランスを計ることができる。
【0015】
請求項3に記載の発明では、第1貯水槽に、遮断材が配設され、貯水槽内の空気と水とを遮断するようになっている。
このため、揚水され復水されるまで、地下水は外気と遮断され、空気の混入が抑制される。
【0016】
請求項4に記載の発明では、第1貯水槽及び第2貯水槽に、遮断材が配設され、貯水槽内の空気と水とを遮断するようになっている。
【0017】
このため、揚水され復水されるまで、地下水は外気と遮断され、空気の混入が抑制される。
請求項5に記載の発明では、脱気装置によって、ろ過された地下水に含まれる溶存酸素が1ppmレベルになるまで除去される。
【0018】
【発明の実施の形態】
図1に示すように、本形態に係る水処理装置10では、先端に揚水ポンプ12が取付けられた揚水管14が揚水井16の中に挿入されている。揚水井16は、掘削底L2より深く穿設されており、地下水位L1を掘削底L2より下げる働きをしている。
【0019】
また、揚水管14の吐出口はチャンバー18に接続されており、揚水ポンプ12を作動させることによって、揚水井16内の地下水が汲み上げられ、チャンバー18に貯水される。これによって、掘削底L2がドライとなって、掘削土砂の搬出が容易になり、また、パイピングやボイリングを防止できる。
【0020】
図2に示すように、チャンバー18は、酸化鉄の発生を防止するため、錆の発生がないカーボンファイバー等で気密構造となるように成形されており、揚水管14が側壁20(砂Sの溜を考慮して底壁22より所定の長さ高い位置)へ連結されている。また、対面する側壁24には、揚水管14の接続部と同一レベルに送水管26が接続されている。このチャンバー18によって、地下水に含まれる細粒土分が沈積され、上澄みの地下水が送水管26へ送られる。
【0021】
また、チャンバー18に貯水された地下水の水面には、水位の変化によって上下する遮断膜28が浮かべられている。この遮断膜28は、布等の補強層で補強されたゴムチューブ28Aを加硫接着して1枚のシートに成形したものである。これによって、チャンバー18に貯水された地下水が、チャンバー18内の空気と遮断されるので、空気が混入せず、また、酸化鉄の発生を抑制できる。なお、遮断膜28に換えて、水面にピンポン玉のような球状の浮き体を浮かべてもよい。
【0022】
さらに、図3に示すように、ゴム製の袋体80をチャンバー18内に配設して、揚水管14及び送水管24を接続するようにしてもよい。これによって、袋体80が貯水される地下水の量に対応して収縮し、空気と水を完全に遮断することができる。
【0023】
一方、図1に示すように、送水管26は高速ろ過装置30に接続されており、送水ポンプ32によって、チャンバー18内の地下水が一定の水圧で高速ろ過装置30へ送水される。
【0024】
図4に示すように、この高速ろ過装置30は、有底円筒状のタンク32を備えている。このタンク32の上部には、送水管26が貫通している。送水管26は上方へ屈曲されており、吐出口には円筒型のフィルター34が取付けられている。このフィルーター34によって粗い塵が除去される。
【0025】
タンク32の中央部には、ろ材層36が配置されている。このろ材層36は、短柱状の繊維ろ材38を多数充填することにより構成されている。この繊維ろ材38は、図5に示すように、熱可塑性の短繊維を束状にして、表面の繊維及び内部の繊維の一部を融着固定して紐状とし、所定の長さに切断したものである。このようなろ材層36によって、数μm以上の懸濁粒子が捕捉される。
【0026】
また、ろ材層36の下方には、円板状の多孔板40が配置されており、この上に砂利層42が形成されている。さらに、砂利層42の中には、エアパイプ44が埋設されており、タンク32の底からエアを吹き出して、エアによって生じた水流によって繊維ろ材38に付着した汚れを攪拌洗浄するようになっている。
【0027】
さらに、タンク32の底には、送水管46が接続されていおり、ろ材層36及び砂利槽42を透過した清涼な地下水をチャンバー48へ送水するようになっている。
【0028】
一方、チャンバー48は、上述したチャンバー18と同じ構成であり、水量を調整して送水ポンプ50で送水管52を通じて、内部灌流方式の脱気装置54へ地下水を送るようになっている。
【0029】
図6に示すように、脱気装置54には、限外ろ過膜としての中空糸56が束になって、筒状のケーシング58内へ装填されている。この中空糸56は、ポリスルホン、ポリアクトロニトリル等の高分子合成材料で作られており、分離する対象粒子が数μmオーダーとなっている。
【0030】
また、ケーシング58の外周面には排気管60が突設されており、図示しない吸引ポンプに連結されて、中空糸56の外周面を真空状態としている。
【0031】
ここで、高速ろ過装置30でろ過された地下水を中空糸56へ圧送すると、図7に示すように、水分子Hと酸素分子Oが中空糸膜56Aによって分離される。そして、脱酸素水(溶存酸素が1ppmレベルとなっている)のみが復水管62を通じて復水井64へ復水される。なお、限外ろ過膜としては、中空糸56だけでなく、多孔性高分子膜であれば、素材は特定されない。
【0032】
また、図8及び図9には、他の例として外部灌流方式の脱気装置82が示されている。この脱気装置82のケーシング84の外周面には排気管86が突設されており、図示しない吸引ポンプに連結されて、中空糸を簾状に繋いだ中空簾88の外周面を真空状態としている。
【0033】
この中空簾88は、送水管52に接続される有孔管90の孔部90Aを巻き込んでいる。また、中空簾88の長手方向の両端は、樹脂層92で封止されている。
【0034】
そして、高速ろ過装置30でろ過された地下水を有孔管90へ圧送すると、孔部90Aから地下水が流れ込み、巻き込んである中空簾88の外周面を通過する間に、溶存酸素が除去され、脱酸素水が排水管94から流出するようになっている。
【0035】
次に、本形態に係る水処置装置の作用を説明する。
先ず、揚水井16から汲み上げた地下水をチャンバー18に貯水して、地下水に含まれる砂等の細粒土分を沈積させる。次に、上澄みの地下水を送水ポンプ32を駆動して送水管26を通じて、高速ろ過装置30へ送る。
【0036】
高速ろ過装置30では、フィルター34によって塵が除去され、散水された地下水は、ろ材層36の上層に滞留した後、水頭差によって、ろ材層36及び砂利層42を透過していく。この過程で、数μm以上の懸濁粒子が除去される。なお、このろ材層36は、多数の繊維ろ材38によって構成されているので、短時間で効率良くろ過することができる。
【0037】
このようにして、ろ過された地下水は、送水管46を通じて、チャンバー48へ送られる。チャンバー48では、汲み上げた地下水と復水井64へ復水する水量のバランスを図りながら、送水ポンプ50で脱気装置54へ送る。
【0038】
脱気装置54に送られた地下水は、溶存酸素が1ppmレベルになるまで脱気され、復水管62を通じて復水井64へ自然流下される。
【0039】
このように、汲み上げた地下水の懸濁物質、溶存酸素を除去することによって、復水井の空隙が目詰まりすることを防止できる。また、積極的に溶存酸素を除去し、脱酸素水を復水井64へ復水するので、復水井64内の鉄分と結合して酸化鉄を生成することがない。
【0040】
なお、本形態では、チャンバー48及び送水ポンプ50を配置したが、これらを省略して、高速ろ過装置30から地下水を自然流下させて水処理してもよい。
【0041】
【発明の効果】
本発明は上記構成としたので、ランニングコストがかからず、復水井の間隙が目詰まりを起こすことなく、揚水井から汲み上げた地下水を長期間、連続して復水井へ戻すことができる。このため、揚水した地下水を全て地下に還元できるので、特に大規模地下工事において、コストダウンを図ることができる。また、地下水の酸化により下水道施設が影響を受けることもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本形態に係る水処理装置を示す概念図である。
【図2】本形態に係る水処理装置のチャンバーを示す断面図である。
【図3】他のチャンバーを示す断面図である。
【図4】本形態に係る水処理装置の高速ろ過装置を示す断面図である。
【図5】高速ろ過装置のろ過材を構成する繊維ろ材を示した斜視図である。
【図6】本形態に係る水処理装置の脱気装置を示す斜視図である。
【図7】脱気装置の限外ろ過状態を示した概念図である。
【図8】他の脱気装置を示す断面図である。
【図9】他の脱気装置を示す概念図である。
【図10】リチャージ工法を示した概念図である。
【符号の説明】
18 チャンバー(第1貯水槽)
28 遮断膜(遮断材)
30 高速ろ過装置(ろ過装置)
48 チャンバー(第2貯水槽)
54 脱気装置
80 袋体(遮断材)
82 脱気装置

Claims (5)

  1. 揚水井から揚水管で地下水を揚水し、復水管を通じて地下水を復水井へ復水するリチャージ工法に用いられ、
    ろ過装置により前記揚水管で揚水された地下水をろ過し、脱気装置で、前記ろ過された地下水に含まれる溶存酸素を除去し、
    前記ろ過装置へ地下水を送水する前に地下水を貯水すると共に、沈砂槽の役割を兼ねる第1貯水槽を設けたことを特徴とする水処理装置。
  2. 揚水井から揚水管で地下水を揚水し、復水管を通じて地下水を復水井へ復水するリチャージ工法に用いられ、
    ろ過装置により前記揚水管で揚水された地下水をろ過し、脱気装置で、前記ろ過された地下水に含まれる溶存酸素を除去し、
    前記ろ過装置へ地下水を送水する前に地下水を貯水すると共に、沈砂槽の役割を兼ねる第1貯水槽を設け、
    前記ろ過装置と前記脱気装置との間に、ろ過された地下水を貯水する第2貯水槽を設けたことを特徴とする水処理装置。
  3. 前記第1貯水槽に、貯水槽内の空気と地下水を遮断する遮断材を配設したことを特徴とする請求項1に記載の水処理装置。
  4. 前記第1貯水槽及び前記第2貯水槽に、貯水槽内の空気と地下水を遮断する遮断材を配設したことを特徴とする請求項2に記載の水処理装置。
  5. 前記脱気装置は、溶存酸素が1ppmレベルになるまで除去することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の水処理装置。
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