JP7129216B2 - 地下水処理システム - Google Patents

Description

本発明は、地下水を汲み上げて処理するシステムに関し、特に地下水に含まれる鉄分の酸化の防止に関する。

原子力発電施設では、建屋周囲の地下水位を制御し建屋内に地下水が流入しないよう何重にも井戸を設置し、常時井戸から地下水を汲み上げ、この汲み上げた地下水をタンクに一時的に貯留し、他の施設に送出している。
ところで、地下水には二価鉄等の鉄分が含まれており、井戸に入り込んで空気に触れた時に酸化される。この酸化鉄は不溶性であり、井戸内のポンプや揚水管及びタンクに付着するため、ポンプや揚水管及びタンクを頻繁に清掃する必要がある。

後記の特許文献１は、井戸に空気より重いアルゴンガスを供給し、このアルゴンガスが井戸に溜まった地下水の水面を覆うことにより、地下水が空気と触れるのを回避し、これにより井戸での地下水の鉄分の酸化を防止している。

特許５３３８０６４号公報

特許文献１は、井戸での地下水中の鉄分の酸化を防止することを提案しているが、原子力発電施設や化学プラント施設のように地下水を処理するシステムにおいて、地下水を処理する工程での地下水中の鉄分の酸化防止を提案していない。そのため、この地下水処理部における設備への酸化鉄の付着を防止する技術の開発が求められている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、地下水汲み上げ部と、上記地下水汲み上げ部で吸い上げられた地下水を処理する地下水処理部とを備えた地下水処理システムにおいて、上記地下水汲み上げ部は、井戸と、井戸に溜まった地下水を汲み上げる汲上ポンプと、上記井戸にアルゴンガスを供給する第１アルゴンガス供給手段と、を有し、上記地下水処理部は、上記地下水汲み上げ部から送られてくる地下水から不純物を除去する処理槽と、上記処理槽の水を送り出す送出ポンプと、上記処理槽にアルゴンガスを供給する第２アルゴンガス供給手段と、を有することを特徴とする。
上記構成によれば、アルゴンガスにより、地下水汲み上げ部の井戸に溜まった地下水のみならず、地下水処理部の処理槽内の地下水が空気に触れるのを防止でき、地下水中の鉄分の酸化を防止できるので、地下水汲み上げ部および地下水処理部の設備への酸化鉄の付着を防止でき、これら設備の更新や清掃の負担を軽減することができる。

上記井戸は大気圧にしてもよいし、上記井戸を密閉して上記井戸全体にアルゴンガスが封入されるようにしてもよい。井戸全体にアルゴンガスを封入すれば、井戸の地下水が空気に触れるのをより一層確実に防止でき、鉄分の酸化を防止できる。

好ましくは、上記第１アルゴンガス供給手段は、アルゴンガス源と、上記アルゴンガス源からのアルゴンガスを上記井戸に供給する第１ガス供給管と、上記第１ガス供給管に設けられた第１ガス弁と、上記井戸において上記井戸に蓄えられている地下水の水面より上方に配置された第１酸素濃度センサと、を有する。
上記構成によれば、第１酸素濃度センサからの酸素濃度情報により井戸内でのアルゴンガスの充填状況を把握できる。

好ましくは、上記第１アルゴンガス供給手段は、さらに第１制御手段を有し、この第１制御手段は、上記第１酸素濃度センサで閾値以上の酸素を検出した時に、上記第１ガス弁を開いて上記井戸にアルゴンガスを補充する。
上記構成によれば、井戸に自動的にアルゴンガスの補充を行なうことができる。

好ましくは、上記井戸は密閉されており、上記第１アルゴンガス供給手段は、さらに上記第１ガス供給管または上記井戸内に配置されたガス圧センサを有し、上記第１制御手段は、上記ガス圧センサの圧力が所定圧力を下回った時に、上記第１ガス弁を開いて上記井戸にアルゴンガスを補充する。
上記構成によれば、第１酸素濃度センサの情報のみならずガス圧センサの情報を用いることにより、密閉された井戸全体にアルゴンガスが充満するように、確実かつ自動的にアルゴンガスを補充することができる。

好ましくは、上記地下水処理部の上記処理槽は密閉されており、上記第２アルゴンガス供給手段は、上記処理槽の上部空間に連なるとともに上記処理槽の上方に配置されたバッファタンクを有し、このバッファタンク内にアルゴンガスを供給することにより、上記処理槽の上記上部空間の全体がアルゴンガスにより満たされている。
上記構成によれば、バッファタンクを用いることにより処理槽の上部空間全体をアルゴンガスで満たすことができ、処理槽内の地下水が空気に触れるのをより一層確実に防止することができる。

好ましくは、上記第２アルゴンガス供給手段はさらに、アルゴンガス源と、上記アルゴンガス源からのアルゴンガスを上記バッファタンクに供給する第２ガス供給管と、上記第２ガス供給管に設けられた第２ガス弁と、上記バッファタンク内において所定高さに配置された第２酸素濃度センサと、第２制御手段と、を有し、この第２制御手段は、上記第２酸素濃度センサで閾値以上の酸素を検出した時に、上記第２ガス弁を開いて上記バッファタンクにアルゴンガスを補充する。
上記構成によれば、バッファタンクへ自動的にアルゴンガスを補充することができる。

好ましくは、さらに、上記地下水処理部からの地下水を蓄える地下水貯留部を備え、上記地下水貯留部は、タンクと、上記タンクにアルゴンガスを供給する第３アルゴンガス供給手段と、を有する。
上記構成によれば、地下水貯留部でもタンク内の地下水が空気に触れるのを防止でき、地下水中の鉄分の酸化を防止できるので、地下水貯留部の設備への酸化鉄の付着を防止でき、この設備の更新や清掃の負担を軽減することができる。

好ましくは、上記第３アルゴンガス供給手段は、アルゴンガス源と、上記アルゴンガス源からのアルゴンガスを上記タンクに供給する第３ガス供給管と、上記第３ガス供給管に設けられた第３ガス弁と、上記タンク内において所定高さに配置された第３酸素濃度センサと、第３制御手段と、を有しており、上記第３制御手段は、上記第３酸素濃度センサで閾値以上の酸素を検出した時に、上記第３ガス弁を開いて上記タンクにアルゴンガスを補充する。
上記構成によれば、タンクへ自動的にアルゴンガスを補充することができる。

本発明によれば、地下水汲み上げ部および地下水処理部の設備への酸化鉄の付着を防止でき、これら設備の更新や清掃の負担を軽減することができる。

本発明の第１実施形態をなす地下水処理システムの概略図である。 同システムにおける地下水汲み上げ部の構造を示す概略断面図である。 本発明の第２実施形態をなす地下水汲み上げ部の構造を示す概略断面図である。

以下、本発明の第１実施形態に係る地下水処理システムについて図１、図２を参照しながら説明する。本システムは、例えば原子力発電施設の周囲に配置された地下水汲み上げ部１と、地下水汲み上げ部１に連なる地下水処理部５と、地下水処理部５に連なる地下水貯留部７とを備えている。図１において、地下水汲み上げ部１と地下水処理部５と地下水貯留部７は１つずつ連なるように示しているが、実際には、共通の地下貯留部７に対して複数の地下水処理部５が連なり、各地下水処理部５には複数の地下水汲み上げ部１が連なっている。

図２に示すように、地下水汲み上げ部１は、井戸１０を備えている。本実施形態の井戸１０は、鋼製の管を地中に形成された縦穴に埋設することにより構成されている。この管は、底板部とこの底板部の周縁に連なる管部により構成された下部管１１と、地上近傍に配置された上部管１２と、下部管１１と上部管１２とを連ねるメッシュ管からなる透水管１３（ストレーナ部）により構成されている。上記透水管１３から地下水が井戸１０内に入り込むようになっている。

地上には台座１５が設置され、この台座１５の開口に上記井戸１０の上部管１２の上端部が挿入されている。台座１５には後述する汲上ポンプ２１を支持するためのベース板１６が載置されている。このベース板１６の上面にはハウジング１７が固定されている。

上記井戸１０には揚水管２０が挿入されている。揚水管２０の下端には汲上ポンプ２１が連結されている。汲上ポンプ２１は下部管１３内に配置されており、ワイヤ（図示しない）を介してベース板１６に固定されている。
揚水管２０の上端はハウジング１７内において流量計２２を介して導出管２３に接続されている。導出管２３はハウジング１７を貫通して外部に導出されている。導出管２３には電磁弁からなる水弁２４が設けられている。
上記井戸１０の下部管１３内には、井戸１０内の水位を検出する水位センサ２５が配置されている。

地下水汲み上げ部１はさらに、アルゴンガス供給手段３０（第１アルゴンガス供給手段）を有している。アルゴンガス供給手段３０は、上記井戸１０の近傍に配置されたアルゴンガスボンベ３１（アルゴンガス源）と、このアルゴンガスボンベ３１のアルゴンガスを井戸１０内に供給するガス供給管３２（第１ガス供給管）とを有している。

ガス供給管３２はハウジング１７を貫通する水平管部と井戸１０内に挿入される垂直管部を有している。この垂直管部の下端の位置は特に制約はないが、井戸１０に溜まった地下水の水面より上方に位置しており、本実施形態では、上部管１２内に位置している。ガス供給管３２には電磁弁からなるガス弁３３（第１ガス弁）が設けられている。

アルゴンガス供給手段３０はさらに、井戸１０に配置された酸素濃度センサ３４（第１酸素濃度センサ）と、コントローラ３５（第１制御手段）とを有している。酸素濃度センサ３４の位置は、井戸１０に溜まった地下水の水面より十分に高い位置にあり、本実施形態では上部管１２内に位置している。

後述するように、コントローラ３５は、酸素濃度センサ３４の情報に基づきガス弁３３を制御する。さらにコントローラ３５は、水位センサ２５、流量計２２の情報に基づいて汲上ポンプ２１および水弁２４を制御する。

次に、図１を参照しながら地下水処理部５について説明する。地下水処理部５は、密閉された処理槽５０とアルゴンガス供給手段６０（第２アルゴンガス供給手段）を有している。

処理槽５０は、地下水から不純物を除去するためのものであり、３つの仕切り５１，５２，５３により仕切られている。
処理槽５０において、仕切り５１に仕切られた上流部には、地下水汲み上げ部１の導出管２３に接続された管５４から地下水が流入する。仕切り５１は、砂等の重い物質の移動を遮り、水や流体をその上端から通過させる。
仕切り５２は、仕切５１，５３の上端より低い位置に流通部５２ａを有し、この流通部５２ａから地下水だけを通過させ、油等の水より軽い流体の通過を遮る。
仕切り５３は，さらに水より重い細かい粒子の移動を遮り、地下水を通過させる。

処理槽５０において、仕切り５３で仕切られた下流部には、送出ポンプ５５が配置されており、水処理槽５０の水がこの送出ポンプ５５から導出管５６を経て後述の地下水貯留部７へ送られるようになっている。なお、送出ポンプ５５は、導出部５６の中途部に設けられて処理槽５０の外に配置されていてもよい。

アルゴンガス供給手段６０は、処理槽５０の密閉された上部空間５０ａに連通管６２を介して連なり処理槽５０の上方に配置されたバッファタンク６１と、アルゴンガスボンベ６３（アルゴンガス源）と、アルゴンガスボンベ６３のアルゴンガスをバッファタンク６１に供給するガス供給管６４（第２ガス供給管）と、ガス供給管６４に設けられた電磁弁からなるガス弁６５（第２ガス弁）と、バッファタンク６１内において所定高さに配置された酸素濃度センサ６６（第２酸素濃度センサ）と、コントローラ６７（第２制御手段）と、を有している。

バッファタンク６１の上端は完全に密閉されておらず、内部は大気圧状態にある。
後述するように、コントローラ６７は、酸素濃度センサ６６の情報に基づきガス弁６５を制御するとともに、処理槽５０内の水位センサ（図示しない）の情報に基づき送出ポンプ５５を制御する。

地下水貯留部７は、タンク７０と、アルゴンガス供給手段８０（第３アルゴンガス供給手段）とを備えている。
タンク７０には地下水処理部５の導出管５６に接続された管７１を介して地下水が送られてくる。タンク７０の天板にはベント部が設けられており、内部は大気圧状態にある。

アルゴンガス供給手段８０は、アルゴンガスボンベ８１（アルゴンガス源）と、アルゴンガスボンベ８１のアルゴンガスをタンク７０に供給するガス供給管８２（第３ガス供給管）と、ガス供給管８２に設けられた電磁弁からなるガス弁８３（第３ガス弁）と、タンク７０内において所定高さに配置された酸素濃度センサ８４（第３酸素濃度センサ）と、コントローラ８５（第３制御手段）と、を有している。

上記構成をなす地下水処理システムの作用を詳述する。
地下水汲み上げ部１において、コントローラ３５は、井戸１０内に設置された水位センサ２１を監視し、井戸１０の水位が所定レベルまで上昇した時に汲上ポンプ２１を駆動する。これにより井戸１０内の地下水は揚水管２０を通って汲み上げられ、導出管２３および管５４を経て、地下水処理部５の処理槽５０へと送られる。この汲上ポンプ２１の駆動により水位が他の所定レベルまで下がった時に汲上ポンプ２１を停止する。このようにして井戸１０の水位は、汲上ポンプ２１より高い所定範囲内に維持される。
なお、汲上ポンプ２１を駆動しているにも拘わらず流量計２２が所定以上の流量を計測しなかった場合には、コントローラ３５は揚水管２０等に詰まりが生じていると判断して水弁２４を閉じるとともに汲上ポンプ２１を停止する。

処理槽５０で前述したように不純物を除去された地下水は、処理槽５０の水位が所定レベルまで上昇した時に、コントローラ６７は送出ポンプ５０を駆動する。これにより、処理槽５０内の地下水は、導出管５６および管７１を経てタンク７０に蓄えられる。

次に、地下水汲み上げ部１、地下水処理部５、地下水貯留部７でのアルゴンガス供給について詳述する。
地下水汲み上げ部１では、コントローラ３５が井戸１０内に配置された酸素濃度センサ３４の酸素濃度情報を監視しており、酸素濃度がゼロに近い閾値に達した時には、ガス弁３３を開いてアルゴンガスボンベ３１からのアルゴンガスを井戸１０内に供給する。
アルゴンガスは空気より重いので、酸素濃度センサ３４で酸素を検出した時には、アルゴンガスの量が酸素濃度センサ３４より若干下のレベルまで低下している。そこで、アルゴンガスを酸素濃度センサ３４より上方のレベルになるまで補充するのである。

上記のようにして、アルゴンガスは水面から少なくとも酸素濃度センサ３４のレベルまで充満した状態を維持でき、地下水の鉄分が大気中の酸素と接触して酸化されるのを確実に防止することができる。
その結果、汲み上げポンプ２１、揚水管２０、導出管２３等の設備に酸化鉄が付着してその機能が損なわれるのを防止することができ、これら設備の更新、清掃の負担を軽減できる。

地下水処理部５では、コントローラ６７は、バッファタンク６１内の酸素濃度センサ６６を監視し、酸素濃度センサ６６がゼロに近い閾値の酸素を検出した時には、ガス弁６５を開き、アルゴンガスボンベ６３のアルゴンガスをバッファタンク６１に供給する。その結果、アルゴンガスは、処理槽５０の上部空間５０ａ全体に充満し、バッファタンク６１において少なくとも酸素濃度センサ６６のレベルまで充満した状態を維持できる。

送出ポンプ５５の駆動により処理槽５０の水位が下がった時には、処理槽５０の上部空間５０ａにバッファタンク６１からアルゴンガスが補充され、水位が上昇した時には上部空間５０ａのアルゴンガスがバッファタンク６１に逃げる。このようにして、密閉された上部空間５０ａには常時アルゴンガスが充満しており、処理槽５０の地下水が大気と接触して酸化されるのを確実に防止することができる。
その結果、処理槽５０、送出ポンプ５５、導出管５６等の設備に酸化鉄が付着してその機能が損なわれるのを防止することができ、これら設備の更新、清掃の負担を軽減できる。

なお、処理槽５０の上部空間５０ａは仕切り５２により上流側空間部と下流側空間部に区分けされるが、両空間部は仕切り５２の上端近傍に形成された穴または処理槽５０の天板に接続されたバイパス管（いずれも図示せず）により連通状態にあり、アルゴンガスの供給に支障はない。連通管６２を二股にして処理槽５０の両空間部に接続することにより、両空間部とバッファタンク６１を連通させてもよい。

地下水貯留部７でも、コントローラ８５が酸素濃度センサ８４を監視し、酸素濃度センサ８４がゼロに近い閾値の酸素濃度を検出した時には、ガス弁８３を開いてアルゴンガスボンベ８１からアルゴンガスをタンク７０に補充する。これにより、タンク７０に貯留された地下水が大気に触れることはなく地下水中の鉄分が酸化するのを確実に防止することができる。その結果、タンク７０やドレン管（図示しない）等の設備に酸化鉄が付着してその機能が損なわれるのを防止することができる。

タンク７０の貯留水が酸素濃度センサ８４に近いレベルに達した時には、満杯と判断してタンク７０の貯留を停止する。この場合、ドレン管を介して貯留水を排出するか、地下水処理部５を他の新たなタンクに接続し直す。

次に、本発明の第２実施形態について図３を参照しながら説明する。この実施形態において第１実施形態に対応する構成部には同番号を付してその詳細な説明を省略する。
第２実施形態では、地下水汲み上げ部１の井戸１０が密閉されている。詳述すると、台座１５とベース板１６との間にはシール用の環状パッキン４１が介在されている。また、揚水管２０の上端部には閉塞板２６が固定されており、この閉塞板２６とベース板１６との間にもシール用の環状パッキン４２が介在されており、これによりベース板１６において揚水管２０を通すための中央の穴を塞いでいる。ガス供給管３２の垂直管部はベース板１６を気密に貫通し、酸素濃度センサ３４の信号線もベース板１６を気密に貫通し、水位センサ２５もベース板１６又は閉塞板２６を気密に貫通している。

ガス供給管３２の垂直管部には分岐管３６が接続されており、この分岐管３６には手動の常開弁３７とガス圧センサ３８が先端に向かって順に設けられている。
第２実施形態では、密閉された井戸１０全体にアルゴンガスが満たされるようになっている。

コントローラ３５は第１実施形態と同様の制御の他に、次の制御を実行する。すなわち、ガス圧センサ３８で検出される井戸１０内の気圧が所定レベルを下回った時には、ガス弁３３を開いて井戸１０内にアルゴンガスを補充する。これにより、井戸１０内は大気圧より高い圧力でアルゴンガスが充満した状態を維持できる。その結果、より一層確実に井戸１０内の地下水を空気から遮断することができる。

本発明は、前記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において種々の改変をなすことができる。
例えば、地下水汲み上げ部１において、作業者が酸素濃度センサ３４の酸素濃度を見てガス弁２４を手動操作してもよい。同様に、地下水処理部５のガス弁６５や地下水貯留部７のガス弁８３を手動操作してもよい。
個別のアルゴンガスボンベ３１、６３，８１を用いる代わりに、共通のアルゴンガス源を用いてもよい。個別のコントローラ３５，６７，８５を用いる代わりに共通のコントローラを用いてもよい。
地下水処理部５や地下水貯留部７は、地下に設置してもよい。

地下水中の鉄分の量が多い場合には、井戸１０の地下水の水面をフロートカバー（シートや発泡スチロール等）で覆ったり、薬剤で水面を被覆することにより、地下水をより確実に空気から遮断してもよい。
水位センサには水圧式の他、超音波式、フロート式のセンサを用いてもよい。

本発明は、地下水処理システムに適用することができる。

１ 地下水汲み上げ部
５ 地下水処理部
７ 地下水貯留部
１０ 井戸
２１ 汲上ポンプ
３０ アルゴンガス供給手段（第１アルゴンガス供給手段）
３１ アルゴンガスボンベ（アルゴンガス源）
３２ ガス供給管（第１ガス供給管）
３３ ガス弁（第１ガス弁）
３４ 酸素濃度センサ（第１酸素濃度センサ）
３５ コントローラ（第１制御手段）
５０ 処理槽
５５ 送出ポンプ
６０ アルゴンガス供給手段（第２アルゴンガス供給手段）
６１ バッファタンク
６３ アルゴンガスボンベ（アルゴンガス源）
６４ ガス供給管（第２ガス供給管）
６５ ガス弁（第２ガス弁）
６６ 酸素濃度センサ（第２酸素濃度センサ）
６７ コントローラ６７（第２制御手段）
７０ タンク
８０ アルゴンガス供給手段（第３アルゴンガス供給手段）
８１ アルゴンガスボンベ（アルゴンガス源）
８２ ガス供給管（第３ガス供給管）
８３ ガス弁（第３ガス弁）
８４ 酸素濃度センサ（第３酸素濃度センサ）
８５ コントローラ（第３制御手段）

Claims (4)

1. 地下水汲み上げ部と、上記地下水汲み上げ部で吸い上げられた地下水を処理する地下水処理部とを備えた地下水処理システムにおいて、
   上記地下水汲み上げ部は、井戸と、井戸に溜まった地下水を汲み上げる汲上ポンプと、上記井戸にアルゴンガスを供給する第１アルゴンガス供給手段と、を有し、
   上記地下水処理部は、上記地下水汲み上げ部から送られてくる地下水から不純物を除去する処理槽と、上記処理槽の水を送り出す送出ポンプと、上記処理槽にアルゴンガスを供給する第２アルゴンガス供給手段と、を有し、
   上記地下水処理部の上記処理槽は密閉されており、
   上記第２アルゴンガス供給手段は、上記処理槽の上部空間に連なるとともに上記処理槽の上方に配置されたバッファタンクを有し、このバッファタンク内にアルゴンガスを供給することにより、上記処理槽の上記上部空間の全体がアルゴンガスにより満たされていることを特徴とする地下水処理システム。
2. 上記第２アルゴンガス供給手段はさらに、アルゴンガス源と、上記アルゴンガス源からのアルゴンガスを上記バッファタンクに供給する第２ガス供給管と、上記第２ガス供給管に設けられた第２ガス弁と、上記バッファタンク内において所定高さに配置された第２酸素濃度センサと、第２制御手段と、を有し、この第２制御手段は、上記第２酸素濃度センサで閾値以上の酸素を検出した時に、上記第２ガス弁を開いて上記バッファタンクにアルゴンガスを補充することを特徴とする請求項１に記載の地下水処理システム。
3. 共通の地下水貯留部と、上記地下水貯留部に連なる複数の地下水処理部と、上記複数の地下水処理部の各々に連なる複数の地下水汲み上げ部と、を備え
   上記地下水汲み上げ部の各々は、密閉された井戸と、井戸に溜まった地下水を汲み上げる汲上ポンプと、上記井戸にアルゴンガスを供給する第１アルゴンガス供給手段と、を有し、
   上記地下水処理部の各々は、上記複数の地下水汲み上げ部から送られてくる地下水から不純物を除去する密閉された処理槽と、上記処理槽の水を送り出す送出ポンプと、上記処理槽にアルゴンガスを供給する第２アルゴンガス供給手段と、を有し、
   上記地下水貯留部は、上記複数の地下水処理部からの地下水を蓄えるタンクと、上記タンクにアルゴンガスを供給する第３アルゴンガス供給手段と、を有することを特徴とする地下水処理システム。
4. 上記第１アルゴンガス供給手段は、アルゴンガス源と、上記アルゴンガス源からのアルゴンガスを上記井戸に供給する第１ガス供給管と、上記第１ガス供給管に設けられた第１ガス弁と、上記井戸において上記井戸に蓄えられている地下水の水面より上方に配置された第１酸素濃度センサと、上記第１ガス供給管または上記井戸内に配置されたガス圧センサと、第１制御手段を有し、
   上記第１制御手段は、上記第１酸素濃度センサで閾値以上の酸素を検出した時に、上記第１ガス弁を開いて上記井戸にアルゴンガスを補充し、上記ガス圧センサの圧力が所定圧力を下回った時に、上記第１ガス弁を開いて上記井戸にアルゴンガスを補充し、
   上記第３アルゴンガス供給手段は、アルゴンガス源と、上記アルゴンガス源からのアルゴンガスを上記タンクに供給する第３ガス供給管と、上記第３ガス供給管に設けられた第３ガス弁と、上記タンク内において所定高さに配置された第３酸素濃度センサと、第３制御手段と、を有しており、
   上記第３制御手段は、上記第３酸素濃度センサで閾値以上の酸素を検出した時に、上記第３ガス弁を開いて上記タンクにアルゴンガスを補充することを特徴とする請求項３に記載の地下水処理システム。

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