JP6675639B2

JP6675639B2 - 地下水リチャージシステム

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Publication number: JP6675639B2
Application number: JP2016075419A
Authority: JP
Inventors: 石川　明; 明石川; 貞美芹澤; 田▲崎▼　雅晴; 雅晴田▲崎▼
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2016-04-04
Filing date: 2016-04-04
Publication date: 2020-04-01
Anticipated expiration: 2036-04-04
Also published as: JP2017186772A

Description

本発明は、地下水リチャージシステムに関する。

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が行われる。この際、下水放流量の削減や現場周辺の水位低下による影響を低減するために、揚水した地下水を再び地中に戻すリチャージ工法が採用される場合がある。

ところが、従来のリチャージ工法及び地下水の処理方法では、リチャージウェル（注水井戸）のスクリーン近傍の地盤の目詰まり現象が発生し易く、リチャージウェルの注水性能を長期にわたり維持することが困難であった。

そこで、掘削前に予め掘削部分から地表近くに汲み上げた地下水に含まれる目詰まり物質を地表で取り除くための種々の技術が提案されている。
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（地下水）を、環状空間に、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。遠心力と重力差とにより排出水中の重量の大きな異物は下方に落下するとともに、重量の小さい異物は上方に浮上し、かつ、フィルター部を透過することで、排出水中の固形分は濾過される。そうして、フィルター部の内周側から濾過後の処理水が取り出される。

特許第４３７９０８６号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示されている目詰まり防止装置は、粘土粒子等の浮遊物質（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄｓｏｌｉｄｓ：以後、ＳＳとする）成分の除去を主な目的としたものであるため、目詰まり現象の発生を根本的に抑えることができないという問題があった。また、リチャージウェル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リチャージウェルの逆洗をしても、リチャージウェル近傍の地盤が目詰まりしてしまうために初期の注水性能まで回復することは困難であった。

本発明者は、鋭意検討を行った結果、リチャージウェル付近の地盤の目詰まりの原因は粘土粒子等のＳＳ成分の他に、鉄が顕著に寄与していることを突き止めた。通常、地下水中の鉄は二価の形態（二価鉄）で存在しているが、従来のリチャージシステムで行われているように、密閉配管内を通って地表に汲み上げられても、ディープウェル（揚水井戸）やリチャージウェル内部で僅かな空気に触れれば、三価の形態（三価鉄、即ち不溶価性鉄）に変わる。特に、三価鉄は、低濃度であっても、注水側の地盤及びリチャージウェルのスクリーンおよびフィルター材に顕著な目詰まりを引き起こす。本発明者は、こうしたリチャージウェルの注水部近傍に三価鉄が到達するのを防止するための地下水リチャージシステムの構成について検討し、本発明を完成させるに至った。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、リチャージシステムの通水性能を保持し、注水井戸付近の地盤の目詰まりを防止することができる地下水リチャージシステムを提供する。

本発明に係る地下水リチャージシステムは、揚水した地下水を地盤内へ注水するリチャージ工法を行うための地下水リチャージシステムであって、前記地下水を揚水するための密閉された揚水井戸と、前記揚水井戸から揚水された前記地下水を導入し、該地下水中に存在する浮遊物質成分及び酸化金属を除去する除去部と、前記除去部で処理された前記地下水に該地下水の酸化還元電位が所定値以下になるまで還元剤を添加する還元剤添加部と、前記還元剤が添加された前記地下水を前記地盤内へ注水するための注水井戸と、を備え、前記揚水井戸から揚水された前記地下水を密閉された通水管を介して前記注水井戸に導き、前記還元剤添加部は、前記除去部で処理された前記地下水に前記還元剤を添加する還元剤添加装置と、前記還元剤添加装置によって前記還元剤が添加される前の前記地下水の酸化還元電位を検知し、検知した前記酸化還元電位を前記還元剤添加装置にフィードバックする第一還元電位検知部、及び、前記還元剤添加装置によって前記還元剤が添加された後の前記地下水の酸化還元電位を検知し、検知した前記酸化還元電位を前記還元剤添加装置にフィードバックする第二還元電位検知部の少なくとも何れか一方と、を備え、前記第一還元電位検知部及び前記第二還元電位検知部の少なくとも何れか一方からフィードバックされた情報に基づいて前記還元剤添加量を調節可能に構成されている。

上述の構成によれば、揚水井戸から揚水された地下水が密閉された通水管を介してろ過部に導入される。密閉された通水管内でも僅かに混入された空気等があれば、地下水中の二価鉄は酸化され、三価鉄が析出される。この際に、地盤の目詰まりに鉄よりも影響力が少ないものの影響を及ぼし得るマンガンも水和二酸化マンガンとして析出され得る。僅かに析出した三価鉄等の酸化金属は、粘土粒子等のＳＳ成分と共に除去部を通ることで地下水から除去される。即ち、除去部によって地下水中の目詰まり起因成分が除去される。そして、除去部で処理された地下水には、その酸化還元電位が所定値以下になるまで還元剤添加部によって還元剤が添加され、地下水は充分に還元される。従って、揚水井戸から揚水された地下水は注水井戸付近の地盤の目詰まりの原因となる成分が除去され、還元状態となるため、この地下水を注水井戸から地盤内に注水しても、注水井戸のフィルター等や注水井戸付近の地盤の目詰まりが略発生しなくなる。
なお、上述の所定値とは、注水井戸によって地盤内に注水した際に地盤の目詰まりを良好に防止し得る地下水中の酸化剤の残存許容量を示す酸化還元電位であるが、運用に当っては完全に酸化力を失わせる量である。
また、上述の構成によれば、第一酸化剤検知部及び第二酸化剤検知部の少なくとも一方によって地下水の酸化還元電位が検知され、還元剤添加装置にフィードバックされることにより、還元剤の過剰添加又は添加不足が抑えられ、地下水が効率良く、地盤内に注水した際に目詰まりを良好に防止し得る還元状態になる。

上述の地下水リチャージシステムでは、前記所定値は、２００ｍＶ以下であってもよい。

上述の構成によれば、還元剤添加部によって還元剤が添加された地下水は、既存の構成を備えた注水井戸から地盤内に注水されても、注水井戸付近の地盤の目詰まりを充分且つ良好に防止し得る状態となる。

上述の地下水リチャージシステムでは、前記揚水井戸の水位は、前記地下水の揚水位置より高くなるように構成されていてもよい。

上述の構成によれば、揚水井戸において、地下水の揚水時の空気混入及び空気混入による地下水の酸化、地下水中の二価鉄の酸化がより確実に抑えられる。

上述の地下水リチャージシステムでは、前記除去部は、バネ式ろ過器から構成されていてもよい。

上述の構成によれば、揚水井戸から揚水された地下水は、バネ式ろ過器によってろ過されるため、地下水で析出した僅かな三価鉄等の酸化金属がバネ式ろ過器のバネ式フィルターに捕捉され、目詰まりを生じても、バネ式ろ過器に逆洗用エアーが付加され、圧力が制御されることで、容易且つ略自動的に、三価鉄等の酸化金属やＳＳ成分も除去及び排出される。従って、自浄効果に優れ、メンテナンスの負担が少ない地下水リチャージシステムが得られる。

本発明の地下水リチャージシステムによれば、揚水井戸から揚水された地下水に含まれ、注水井戸のフィルターや注水井戸付近の地盤の目詰まりの根本的な原因となる二価鉄をできる限り酸化させずに密閉された通水管内を通水し、それでも僅かに析出した三価鉄をろ過部によって除去すると共に、還元剤添加部によって地下水を還元状態にする。従って、揚水井戸から揚水された地下水を地盤内に注水した際に地盤の目詰まりを良好に防止し得る還元状態にすることができる。これにより、地下水リチャージシステムの通水性能を良好に保持し、地盤の目詰まりを防止することができる。

本発明に係る地下水リチャージシステムの一実施形態を示す概略図（部分断面図）である。地下水リチャージシステムの揚水井戸の要部を示す側面図であって、（ａ）は一般的な揚水井戸に関するものであり、（ｂ）は図１に示す地下水リチャージシステムの揚水井戸に関するものである。三価鉄の濃度を調整した水を一定の水頭差で通水したカラム試験を行った際の試験装置の構成を示す模式図である。三価鉄の濃度を調整した水を一定の水頭差で通水したカラム試験を行った際の測定結果を示すグラフである。図１に示す地下水リチャージシステムのろ過部のバネ式ろ過器に用いられるバネ式フィルターにおける運転の様子を示す概略図であって、（ａ）は通常運転（リチャージ運転）時の様子を示す図であり、（ｂ）は逆洗運転時の様子を示す図である。図１に示す地下水リチャージシステムのろ過部のバネ式ろ過器に用いられるバネ式フィルターによるろ過性能の一例を示すグラフである。本発明に係る地下水リチャージシステムの変形例を示す概略図である。

以下、本発明に係る地下水リチャージシステムの一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる図面は模式的なものであり、長さ、幅及び厚みの比率等は実際のものと同一とは限らず、適宜変更することができる。

図１は、本実施形態の地下水リチャージシステム１１の構成を示す概略図である。
図１に示すように、地下水リチャージシステム１１は、掘削工事等を行う現場に設置されるものであり、揚水井戸１によって、帯水層（地盤）Ｓ２内から揚水した地下水Ｗを注水井戸２へ導き、注水井戸２から帯水層（地盤）Ｓ３内に注水するリチャージ工法を行うためのシステムである。

図１に例示する地盤は、地表面Ｇから深さ方向Ｊに沿って帯水層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，…と粘土層Ｃ１，Ｃ２，…が交互に繰り返される構造を備えている。なお、リチャージ工法を適用可能であれば、地盤の構造や揚水位置及び注水位置は、特に限定されない。

図１に示すように、地下水リチャージシステム１１は、地下水Ｗを揚水するための揚水井戸１と、揚水井戸１から揚水された地下水Ｗを導入し、地下水Ｗ中に存在する浮遊物質成分及び酸化金属を除去する除去部２０と、除去部２０で処理された地下水Ｗに地下水Ｗの酸化還元電位が所定値以下になるまで還元剤Ｒｅを添加する還元剤添加部１４と、還元剤Ｒｅが添加された地下水Ｗを帯水層（地盤）Ｓ３内へ注水するための注水井戸２と、を備え、揚水井戸１から揚水された地下水Ｗを密閉された揚水管（通水管）８Ａ及び通水管８Ｂ，８Ｃ，８Ｄを介して注水井戸２に導くシステムである。

揚水井戸１は、帯水層Ｓ２内の地下水Ｗを汲み上げるための公知の排水設備であり、具体的には、土留めＤ，Ｄによって区画された掘削領域Ｘ内に設置されたディープウェル（所謂、深井戸）からなる。揚水井戸１の下端部付近には、地下水位以深の地盤（図１では、帯水層Ｓ２）内に埋設されたスクリーン１ａが形成されており、スクリーン１ａから地盤内の地下水Ｗが流入して揚水井戸１内に地下水Ｗが貯まる。また、揚水井戸１の上端には蓋が取り付けられており、蓋によって揚水井戸１の上端は密閉されており、揚水井戸１は密閉構造になっている。

揚水井戸１から揚水された地下水Ｗには、鉄が二価の状態で、即ち溶解性を有する二価鉄として存在している。地下水Ｗ中の二価鉄は、揚水される過程、その後の処理がなされる途中で僅かにでも空気等に触れると、三価鉄に変化する。本実施形態の地下水リチャージシステム１１では、揚水後から除去部２０で処理されるまでの過程で地下水Ｗに溶存している二価鉄の酸化及び析出を極力抑えることが重要である。そして、地下水Ｗ中の二価鉄の酸化及び析出を抑えることは、地下水Ｗの二価鉄の濃度が高い程、重要である。

図２（ａ）は、一般的な揚水井戸において地下水を揚水する際の様子を示しており、図２（ｂ）は地下水リチャージシステム１１の揚水井戸１において地下水Ｗを揚水する際の様子を示している。なお、図２（ａ），（ｂ）では、スクリーン１ａは省略する。一般的な揚水井戸では、揚水ポンプＰ１の吸水口（揚水位置）Ｐａが揚水井戸１内の空気環境に露出されるか否かのぎりぎりまで地下水Ｗを吸い上げる。そうすると、図２（ａ）に示すように、吸水口Ｐａが揚水井戸１内の空気環境に露出し、吸水口Ｐａから地下水だけではなく空気も一緒に吸い上げられ、地下水Ｗの酸化及び地下水Ｗ中の二価鉄の酸化が促進されていた。
従って、地下水リチャージシステム１１の揚水井戸１では、井戸内の水位が揚水ポンプＰ１の吸水口Ｐａよりも高く保たれている。また、地下水Ｗの酸化及び地下水Ｗ中の二価鉄の酸化をより確実に防止する観点から、揚水井戸１内には予め、ヘリウム、窒素、アルゴン等の不活性気体が封入されていることが好ましい。不活性気体は特に限定されないが、コスト等の点から、窒素が好適である。

図３は、三価鉄の濃度を調整した水を一定の水頭差Ｈ（即ち、図３に示すＨ）で通水したカラム試験を行った際の試験装置の構成を示す模式図である。図３に示す試験装置において、カラム５０の内径Ｄは、３０ｍｍとした。底部に地盤内の土を想定した豊浦砂Ｓを入れ、水槽５２において撹拌しつつ三価鉄の濃度を調整した水ＷＦ´をカラム５０に通水した。通水初期の水ＷＦの通水速度は１５ｍＬ／ｍｉｎから１６ｍＬ／ｍｉｎとした。カラムSを透過した水ＷＦは、水槽５４に導入した。水槽５４には、一定の水頭差Ｈを保持するために、水槽５４において所定の位置より上位の地下水ＷＦを排出する機構と、排出された地下水ＷＦを溜める水槽５６を付設した。

図４は、三価鉄の濃度を０．０５ｍｇ／Ｌから１０ｍｇ／Ｌまでグラフ内に記載した数値のように変化させ、前述のカラム試験を行った際の測定結果を示すグラフである。実験に用いた水道水（鉄およびその化合物の濃度は０．０１ｍｇ／Ｌから０．０２ｍｇ／Ｌ）を用いて前述のカラム試験を行った際の測定結果も併せて示す。グラフの横軸は、カラム５０への通水の経過時間を示し、グラフの縦軸は、カラム５０から水槽５４への通過水ＷＦの量を示す。豊浦砂Ｓが目詰まりしなければ、グラフにおいて、カラム５０への通水の経過時間とカラム５０へ通水した水ＷＦの量との関係が線形（図３に示す（線形）の直線）となる。図３に示すように、水中の三価鉄の濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以上であると、短時間で豊浦砂Ｓに目詰まりが生じて、通水量（即ち、注水量）が維持できなくなることがわかる。
従って、地下水リチャージシステム１０において、地下水Ｗが注水井戸付近の地盤の目詰まりを充分且つ良好に防止し得る状態となるためには、地下水Ｗ中の三価鉄の濃度は少なくとも０．１ｍｇ／Ｌより小さく、好ましくは０．０５ｍｇ／Ｌより小さく、より好ましくは、０．０１ｍｇ／Ｌより小さいことが重要である。

図１に示すように、揚水井戸１と除去部２０の間は、密閉された揚水管８Ａによって連通されている。揚水管８Ａの一端は、揚水井戸１の上端から揚水井戸１内に挿入されており、揚水管８Ａの他端は、除去部２０の導入口に接続されている。揚水井戸１内に挿入された揚水管８Ａの一端は、揚水井戸１内に配置された揚水ポンプＰ１の吐出口に接続されており、揚水ポンプＰ１によって、揚水井戸１内の地下水Ｗが揚水管８Ａ内を通って除去部２０内に圧送される。

除去部２０は、揚水管８Ａ内を通ってろ過部２０内に圧送された地下水Ｗを導入し、地下水Ｗ中のＳＳ成分や、密閉された環境下で揚水されても僅かに混入した空気によって析出した地下水Ｗ中の鉄及びマンガンをはじめとする酸化金属（即ち、三価鉄等）を除去するための設備であり、バネ式ろ過器から構成される装置を備えている。具体的にバネ式ろ過器としては、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に例示される装置が挙げられる。バネ式ろ過器は、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、この固いバネ線材をコイル状に巻いたバネ式フィルターにプリコート材を付着させた後、プリコート材に付着した残留物をプリコート材ごと一緒に落とすという構想に基づいている。このようなバネ式ろ過器は、特に優れた自浄効果、逆洗再生機能を有しており、メンテナンスを略不要とする等、本発明における地下水Ｗのろ過に好適な特徴や条件を備えている。

除去部２０のバネ式ろ過器に用いられている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（即ち、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（即ち、ろ過精度）を定めることができる。また、精密なろ過を高速且つ低圧で実現することができる。

また、除去部２０のバネ式ろ過器には、凝集剤等の添加物は不要である。
図５（ａ）は、除去部２０のバネ式ろ過器のバネ式フィルターにおける通常運転（リチャージ運転）時の様子を示す概略図であり、図５（ｂ）は、バネ式フィルターの目詰まり成分を除去するための逆洗運転時の様子を示す概略図である。通常運転時は、図５（ａ）に示すように、ＳＳ成分や酸化金属を含む地下水Ｗがバネ式ろ過器に導入され、バネ式ろ過器の導出口から、ろ過された地下水Ｗが流出する。バネ式フィルターの自浄効果としては、図５（ｂ）に示すように、バネ式フィルターにＳＳ成分や、鉄及びマンガンをはじめとする酸化金属（即ち、三価鉄等）が目詰まりし、ろ過効率が所定の効率より落ちた時点で、除去部２０のバネ式ろ過器の導出側に接続され、密閉された注水管８ｂ（図１参照）等を介して逆洗用エアーが圧入されることでバネ式フィルターの内側から外側への圧力が自動的に付加及び制御される。これにより、所謂、逆洗が行われ、バネ式フィルターに捕捉された目詰まり成分は、濃縮液として図１に不図示の排水管等を介して回収及び廃棄可能とされている。

図６は、除去部２０のバネ式ろ過器に用いられるバネ式フィルターとして、バネ式フィルターろ過装置（製造元：株式会社モノベエンジニアリング）を用いた場合のバネ式フィルターによるろ過性能の一例を示すグラフである。このろ過性能の測定では、バネ式フィルターのバネ一本あたりへの流量は１Ｌ／ｍｉｎで一定にし、通水中の三価鉄の濃度は２ｍｇ/Ｌとなるようにした。このような条件の下で、バネ式ろ過器内の圧力変化を測定した。また、プレコート材としては、シリカ＃６００Ｈ（平均粒径：３８μｍ、通過率：２．２ｄａｒｃｙ、製造元：中央シリカ株式会社）を使用した。

図６に示すように、バネ式ろ過器の内圧が２００ｋＰａに達した時点で洗浄を行うと仮定すると、プレコート材としてシリカ＃６００Ｈを用いた場合は、約６０分に１回洗浄する（即ち、１日に２４回洗浄することに相当する）ことになる。このような洗浄頻度は処理対象の水中のＳＳ成分や三価鉄の濃度に依存するが、洗浄頻度から考えてもわかるように、人力に頼る除去資材又はろ過資材の洗浄や交換では、処理対象の水を、バネ式フィルターを用いた場合と同程度に地盤が目詰まりしないようなＳＳ成分や三価鉄の濃度に保つことは難しい。なお、上述のプリコート材を用いた場合、ろ過後の水に含まれる三価鉄の濃度は０．０５ｍｇ／Ｌ以下となった。このろ過後の水を図３に示すカラム試験装置で通水した結果、図４において「処理水」で示すように、水道水と同程度でほとんど目詰まりしないことがわかった。このことからも、バネ式フィルターでろ過した水は目詰まりの原因物質が良好に除去され、長期の注水が可能な水質になっていることがわかる。

なお、除去部２０の構成は、上述したバネ式ろ過器に限定されず、除去部２０に導入された地下水Ｗに含まれるＳＳ成分及び析出した三価鉄等の産科金属を除去できる能力を有するものであれば、特に限定されない。例えば、除去部２０は、フィルタープレス、ベルトプレス、バックフィルター、遠心分離機、砂ろ過器等の何れかであってもよい。

図１に示すように、除去部２０とろ過水タンク３２との間は、密閉された通水管８Ｂによって連通されている。通水管８Ｂの一端は、ろ過部２０の導出部に接続されており、通水管８Ｂの他端は、ろ過水タンク３２の内部に開放されている。ろ過部２０でろ過された地下水Ｗは、通水管８Ｂ内を通ってろ過水タンク３２の内部に供給される。

ろ過水タンク３２は、除去部２０でろ過された地下水Ｗを収容すると共に所定の位置から導出することができるように構成されている。また、ろ過水タンク３２の上端には蓋が取り付けられており、蓋によってろ過水タンク３２の上端は密閉されており、ろ過水タンク３２は密閉構造になっている。なお、ろ過水タンク３２は、前述のように密閉可能に構成されていれば特に限定されず、公知の地下水用タンク等を適用することができる。

ろ過水タンク３２の内部には、通水管８Ｂの他端に加え、密閉された還元剤供給管８ｃの一端が配置されている。還元剤供給管８ｃの他端は、還元剤添加部１４の還元剤添加装置１５の還元剤排出口に接続されており、ろ過部２０でろ過されてろ過水タンク３２に収容された地下水Ｗに対して、還元剤供給管８ｃを介して還元剤添加部１４から還元剤Ｒｅが供給可能とされている。

還元剤添加部１４は、ろ過部２０でろ過（処理）された地下水Ｗを還元状態にするための構成である。本実施形態では、還元剤添加部１４は、ろ過部２０でろ過されてろ過水タンク３２に収容された地下水Ｗに還元剤Ｒｅを添加する還元剤添加装置１５と、還元剤添加装置１５によって還元剤Ｒｅが添加される前の地下水Ｗの酸化還元電位を検知し、検知した酸化還元電位を還元剤添加装置１５にフィードバックする第一還元電位検知部２６、及び、還元剤添加装置１５によって還元剤Ｒｅが添加された後の地下水Ｗの酸化還元電位を検知し、検知した酸化還元電位を還元剤添加装置１５にフィードバックする第二還元電位検知部２７の少なくとも何れか一方と、を備えている。そして、還元剤添加部１４は、第一還元電位検知部２６及び第二還元電位検知部２７の少なくとも何れか一方からフィードバックされた情報に基づいて還元剤Ｒｅの添加量を調節可能に構成されている。

還元剤添加装置１５は、密閉された還元剤供給管８ｃの他端に還元剤Ｒｅを排出可能であれば、特に限定されない。
還元剤添加部１４の還元剤添加装置１５から供給される還元剤Ｒｅは、地下水Ｗを還元可能な物質を含むものであれば、特に限定されない。このような物質としては、例えばチオ硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、水硫化ナトリウム等が挙げられる。チオ硫酸ナトリウムは、観賞魚の脱塩素用材料として利用されるなど安全性が高い物質であるため、好適である。

第一還元電位検知部２６は、除去部２０で処理された後に通水管８Ｂ内を流れる地下水Ｗの一部を導入し、導入した地下水Ｗの酸化還元電位を検知可能であれば、特に限定されない。通水管８Ｂには、必要に応じて、地下水Ｗの一部を第一還元電位検知部２６に導入するための揚水ポンプＰ２が設けられている。検知された地下水Ｗの酸化還元電位は還元剤添加装置１５に直接フィードバックされ、フィードバックされた情報に基づいて還元剤添加装置１５（還元剤添加部１４）における還元剤Ｒｅの供給量（添加量）が調節されてもよい。本実施形態では、第一還元電位検知部２６によって検知された地下水Ｗの酸化還元電位は、信号Ｓ２６として制御部３０に送られる。

第二還元電位検知部２７は、還元剤添加装置１５から還元剤Ｒｅが供給され、ろ過水タンク３２から密閉された通水管８Ｃに導出された地下水Ｗの一部を導入し、導入した地下水Ｗの酸化還元電位を検知可能であれば、特に限定されない。通水管８Ｃには、必要に応じて、地下水Ｗの一部を第二還元電位検知部２７に導入するための揚水ポンプＰ３が設けられている。検知された地下水Ｗの酸化還元電位は還元剤添加装置１５に直接フィードバックされ、フィードバックされた情報に基づいて還元剤添加装置１５（還元剤添加部１４）における還元剤Ｒｅの供給量（添加量）が調節されてもよい。本実施形態では、第二還元電位検知部２７によって検知された地下水Ｗの酸化還元電位も信号Ｓ２７として制御部３０に送られる。

還元剤添加部１４は、第一還元電位検知部２６及び第二還元電位検知部２７の少なくとも一方を備えているが、注水井戸２に供給される地下水Ｗの酸化還元電位を所定値以下にして地下水Ｗをより確実に還元状態にすると共に、地下水Ｗに対する還元剤Ｒｅの過剰添加及び添加不足を確実に防ぐためには、第一還元電位検知部２６及び第二還元電位検知部２７の両方が設けられていることが好ましい。なお、第一還元電位検知部２６及び第二還元電位検知部２７は、一体化されていてもよく、互いに共有して一つの検知部として構成されていてもよい。

第一還元電位検知部２６及び第二還元電位検知部２７としては、例えば、ＯＲＰ（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ−ＲｅｄｕｃｔｉｏｎＰｏｔｅｎｔｉａｌ：酸化還元電位）センサー、溶存酸素センサー等が挙げられる。構成が簡易で設置もし易い点から、第一還元電位検知部２６及び第二還元電位検知部２７としては、ＯＲＰセンサーが好ましい。ＯＲＰセンサーを用いる際には、地下水Ｗ中に共存する酸化体と還元体との間の平衡状態によって定まる電位であるＯＲＰが適宜設定される。地下水Ｗが注水井戸付近の帯水層（地盤）Ｓ３の目詰まりを充分且つ良好に防止し得る状態として、還元剤を添加した後には地下水Ｗ中に酸化剤が残存しないことが好ましく、第一酸化剤検知部２６及び第二酸化剤検知部２７のＯＲＰセンサーにより測定される酸化還元電位は少なくとも２００ｍＶ以下であり、好ましくは１００ｍＶ以下であり、より好ましくは０ｍＶ以下であることが好ましい。

なお、除去部２０で処理された地下水Ｗ中のＳＳ成分の残量は、図示していない濁度計等を用いて測定可能である。地下水Ｗが地盤内に注水された際に地盤の目詰まりを良好に防止し得る点から、例えば、除去部２０で処理された地下水Ｗ中のＳＳ成分の濃度は１ｍｇ／Ｌより少ない状態であることが確認されることが好ましい。

本実施形態の地下水リチャージシステム１１は、制御部３０を備えている。制御部３０は、第一還元電位検知部２６及び第二還元電位検知部２７からフィードバックされた信号（情報）Ｓ２６，Ｓ２７に基づいて還元剤添加装置１５における還元剤Ｒｅの供給量（添加量）を適度に設定し、還元剤添加装置１５に信号Ｓ１５として送る機能を有する。
制御部３０を構成するものとしては、例えばコンピュータが挙げられるが、上述した機能を有していれば、特に限定されない。

なお、制御部３０は、還元剤Ｒｅが添加された後にろ過水タンク３２から導出された地下水Ｗの酸化還元電位が上述した所定値より大きいことを第二還元電位検知部２７のフィードバックから検知した場合は、地下水Ｗのろ過水タンク３２からの導出を中止する機能を有していることが好ましい。
即ち、制御部３０は、制御プログラム等が内蔵されたコンピュータで構成されていることが好ましい。前述の制御プログラムは、コンピュータに、第二還元電位検知部２７で検知された地下水Ｗの酸化還元電位を取り込む手順と、地下水Ｗの酸化還元電位が予め設定した閾値（所定値）以下であれば、ろ過水タンク３２の導出口と通水管８Ｃとを連通状態にする手順と、地下水Ｗの酸化還元電位が閾値を超えていれば、ろ過水タンク３２の導出口と通水管８Ｃとを非連通状態にする手順と、を実行させるように構成されていることが好ましい。

ろ過水タンク３２と注水井戸２との間は、密閉された通水管８Ｃ及び通水管８Ｃの途中から分岐し、密閉された通水管８Ｄによって連通されている。通水管８Ｃの一端は、ろ過水タンク３２の導出口に接続されており、通水管８Ｃの他端は、注水井戸２のうち注水井戸２Ｂの所定水位より深部内に開放されている。通水管８Ｃの一端側には、地下水Ｗと地下水Ｗに添加された還元剤Ｒｅとを混合するための攪拌装置２４が設けられている。攪拌装置２４としては、例えば小型で簡易な構成からなるスタティックミキサー等を用いることができるが、地下水Ｗと還元剤Ｒｅとを混合可能であれば、特に限定されない。

通水管８Ｄの一端は、通水管８Ｃの途中に接続されており、通水管８Ｄの他端は、注水井戸２のうち注水井戸２Ａの所定水位より深部内に開放されている。ろ過水タンク３２から導出され、酸化還元電位が所定値以下とされた地下水Ｗは、通水管８Ｃ，８Ｄ内を通って注水井戸２Ａ，２Ｂに供給される。

注水井戸２は、前述のように二つの注水井戸２Ａ，２Ｂを備えている。但し、注水井戸２が備える井戸数は特に限定されない。
注水井戸２Ａ，２Ｂは、還元状態の地下水Ｗを帯水層Ｓ３内に注水ための公知の注水設備（所謂、リチャージウェル）であり、具体的には、掘削領域Ｘの外に設置された井戸からなる。注水井戸２Ａ，２Ｂには、地下水位以深の地盤（図１では、帯水層Ｓ３）内に埋設されたスクリーン２ａが形成されており、スクリーン２ａから注水井戸２Ａ，２Ｂ内の地下水Ｗが流出して帯水層Ｓ３内に地下水Ｗが注入される。また、注水井戸２の上端には蓋が取り付けられており、蓋によって注水井戸２の上端は密閉されており、注水井戸２は密閉構造になっている。

以上説明したように、本実施形態の地下水リチャージシステム１１では、揚水井戸１から揚水された地下水Ｗが密閉された揚水管８Ａを介して除去部２０に導入される。密閉された揚水井戸１及び揚水管８Ａ内でも僅かに混入された空気等があれば、地下水Ｗ中の二価鉄は酸化され、三価鉄が析出される。析出された三価鉄やマンガン等の酸化金属は、粘土粒子等のＳＳ成分と共に除去部２０を通すことで地下水Ｗから除去することができる。即ち、除去部２０によって地下水Ｗ中の目詰まり起因成分を除去することができる。そして、除去部２０でろ過された地下水Ｗには、その酸化還元電位が所定値以下になるまで還元剤添加部１４によって還元剤Ｒｅが添加され、地下水Ｗは充分に還元される。従って、揚水井戸１から揚水された地下水Ｗを注水井戸２付近の地盤の目詰まりの原因となる成分が除去され、還元された状態とすることができるため、地下水Ｗを注水井戸２から地盤内に注水しても、注水井戸２のフィルター等や注水井戸２付近の地盤の目詰まりを長期にわたり防止することができる。
上述した作用効果により、本実施形態の地下水リチャージシステム１１は、従来、注水側の地盤や注水井戸に設けられたスクリーンやフィルターの目詰まりの頻度が高くなる地下水Ｗ、即ち、二価鉄を比較的多く含む地下水Ｗに対しても対応することができる。

本実施形態の地下水リチャージシステム１１によれば、地下水の酸化還元電位の所定値を２００ｍＶ以下とすることで、還元剤添加部１４によって還元剤Ｒｅが添加された地下水Ｗは、既存の構成を備えた注水井戸２から地盤内に注水しても、注水井戸２付近の地盤の目詰まりを充分且つ良好に防止し得る状態となる。

上述の構成によれば、揚水井戸１内の水位が地下水Ｗの揚水位置である揚水ポンプＰ１の吸水口Ｐａより高くなるように構成されていることで、地下水Ｗの揚水時の空気混入及び空気混入による地下水Ｗの酸化及び地下水Ｗ中の二価鉄の酸化をより確実に抑えることができる。

上述の構成では、揚水井戸１から揚水された地下水Ｗは、バネ式ろ過器によってろ過されるため、地下水Ｗで析出した僅かな三価鉄やマンガン等の酸化金属がバネ式ろ過器のバネ式フィルターに捕捉され、目詰まりを生じても、バネ式ろ過器に逆洗用エアーが付加され、圧力が制御される。従って、上述の構成によれば、三価鉄やマンガン等の酸化金属及びＳＳ成分を容易、且つ略自動的に除去及び排出することができる。従って、自浄効果に優れ、メンテナンスの負担が少ない地下水リチャージシステム１１を構築することができる。また、地下水リチャージシステム１１の性能を容易に高く保持することができる。
また、本実施形態の地下水リチャージシステム１１によれば、地下水Ｗに溶存している二価鉄の酸化及び析出を極力抑え、バネ式ろ過器の逆洗運転の頻度をより少なくし、逆洗運転に必要な費用（例えば、プレコート材、逆洗用動力、濃縮物処理等にかかる費用）を抑えることができる。即ち、従来の排水処理用のフィルター等を用いる地下水リチャージシステムに比べて、バネ式ろ過器を用いた地下水リチャージシステム１１によって、ランニングコストを格段に抑えることができる。

また、本実施形態の地下水リチャージシステム１１によれば、第一還元電位検知部２６及び第二還元電位検知部２７の少なくとも一方によって地下水Ｗの酸化還元電位を検知し、還元剤添加装置１５にフィードバックすることにより、還元剤Ｒｅの過剰添加又は添加不足を抑え、地下水Ｗを効率良く、地盤内に注水した際に目詰まりを良好に防止し得る還元状態にすることができる。第一還元電位検知部２６及び第二還元電位検知部２７の両方を用いることで、地下水Ｗをより効率良く、地盤内に注水した際に目詰まりを良好に防止し得る還元状態にすることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変更が可能である。

例えば、上述の実施形態では、地下水Ｗの水質はリチャージ工法の実施前にある程度把握可能であることをふまえ、図７に示すように、揚水井戸１から揚水された地下水Ｗに対して、前述の水質から算出される一定量の還元剤を添加してもよい。これにより、揚水後から除去部２０でろ過される前までの地下水Ｗの酸化及び三価鉄の析出をより確実に防止し、バネ式ろ過器の逆洗頻度も抑えることができる。

また、例えば揚水井戸１から揚水された地下水Ｗの状態を観察するために、揚水された地下水Ｗが一旦、密閉されたノッチタンク等に収容されても構わない。

１揚水井戸
２，２Ａ，２Ｂ注水井戸
１１地下水リチャージシステム
１４還元剤添加部
２０除去部
２６第一還元電位検知部
２７第二還元電位検知部
Ｒｅ還元剤
Ｗ地下水

Claims

揚水した地下水を地盤内へ注水するリチャージ工法を行うための地下水リチャージシステムであって、
前記地下水を揚水するための密閉された揚水井戸と、
前記揚水井戸から揚水された前記地下水を導入し、該地下水中に存在する浮遊物質成分及び酸化金属を除去する除去部と、
前記除去部で処理された前記地下水に該地下水の酸化還元電位が所定値以下になるまで還元剤を添加する還元剤添加部と、
前記還元剤が添加された前記地下水を前記地盤内へ注水するための注水井戸と、
を備え、
前記揚水井戸から揚水された前記地下水を密閉された通水管を介して前記注水井戸に導き、
前記還元剤添加部は、
前記除去部で処理された前記地下水に前記還元剤を添加する還元剤添加装置と、
前記還元剤添加装置によって前記還元剤が添加される前の前記地下水の酸化還元電位を検知し、検知した前記酸化還元電位を前記還元剤添加装置にフィードバックする第一還元電位検知部、及び、前記還元剤添加装置によって前記還元剤が添加された後の前記地下水の酸化還元電位を検知し、検知した前記酸化還元電位を前記還元剤添加装置にフィードバックする第二還元電位検知部の少なくとも何れか一方と、
を備え、
前記第一還元電位検知部及び前記第二還元電位検知部の少なくとも何れか一方からフィードバックされた情報に基づいて前記還元剤添加量を調節可能に構成されている地下水リチャージシステム。
前記所定値は、２００ｍＶ以下である請求項１に記載の地下水リチャージシステム。
前記揚水井戸の水位は、前記地下水の揚水位置より高くなるように構成されている請求項１又は請求項２に記載の地下水リチャージシステム。
前記除去部は、バネ式ろ過器から構成されている請求項１から請求項３の何れか一項に記載の地下水リチャージシステム。