JPH09131583A

JPH09131583A - 目詰まり発生防止型注水装置

Info

Publication number: JPH09131583A
Application number: JP29073495A
Authority: JP
Inventors: Hironori Momota; 田博宣百; Fumiaki Hirano; 野文昭平; Nobumasa Kumamoto; 本進誠熊
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 1995-11-09
Filing date: 1995-11-09
Publication date: 1997-05-20

Abstract

(57)【要約】【目的】低コスト、コンパクトな構成で目詰まりの発
生を防止し、簡単な施工、注水管理で効率的な注水を可
能とする。【構成】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、重金属イオン酸
化装置ａで水中の重金属イオンを強制的に酸化物や水酸
化物に化学変化させた後、懸濁物前処理装置ｂ、膜濾過
装置ｃで水中の懸濁物や不純物を分離、除去し、有機物
・微生物処理装置ｄで有機物・微生物を処理する。前記
懸濁物や不純物の分離、除去の前処理として比較的大き
い懸濁物の分離を行い、前記有機物・微生物の処理とし
て、有機物の酸化分解による処理と微生物の殺菌処理を
行う。

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、地下水利用障害（井
戸の枯渇等）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、注
水井戸を用いて地盤掘削に伴う揚水を地盤に還元し、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、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を行うケースが
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】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するものであって、低コスト、コンパクトな構成で
目詰まりの発生を防止し、簡単な施工、注水管理で効率
的な注水を可能とすることである。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、水中の重金属イオンを
強制的に酸化物や水酸化物に化学変化させた後水中の懸
濁物や不純物を分離、除去し、有機物・微生物を処理す
ることを特徴とするものである。さらに、前記懸濁物や
不純物の分離、除去の前処理として比較的大きい懸濁物
の分離を行い、前記有機物・微生物の処理として、有機
物の酸化分解による処理と微生物の殺菌処理を行うこと
を特徴とするものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
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実施の形態を示す図であり、ａは重
金属イオン酸化装置、ｂは懸濁物前処理装置、ｃは膜濾
過装置、ｄは有機物・微生物処理装置、ｅは注水井戸を
示す。

【０００８】図１において、重金属イオン酸化装置ａ
は、オゾン曝気や酸化剤を添加して揚水中の重金属イオ
ンを強制的に重金属酸化物や水酸化物に化学変化させる
ものである。懸濁物前処理装置ｂは、次の膜濾過装置ｃ
の負荷を軽減する目的で設置したものであり１００μｍ
程度までの比較的大きい懸濁物の分離処理が可能な装置
である。具体的な方法としては、渦流分離方式（例えば
日本ラバル株式会社製のラバル式分離装置）や１００μ
ｍ程度の懸濁物の分離が可能な一般フィルタを採用する
ことができる。膜濾過装置ｃは、超精密濾過膜または限
外濾過膜からなる濾過膜装置で、１μｍ〜０．００１μ
ｍ程度の小さな懸濁物や不純物を除去するものである。
これら重金属イオン酸化装置ａ、懸濁物前処理装置ｂ、
膜濾過装置ｃに揚水を通水することにより、大きさが極
めて小さい有機物以外の懸濁物や不純物が除去される。
しかし、有機物に起因した目詰まりは微生物増殖が原因
であるため、有機物・微生物処理装置ｄは、このような
微生物をほぼ完全に処理（殺菌処理）すると共に、栄養
源となる有機物の処理（酸化分解処理）を行うものであ
る。具体的な方法は、酸化剤の定量添加方式またはオゾ
ン曝気等である。ここで、有機物除去方法として、逆浸
透膜を利用してもよいが、これを用いると、さらに前処
理装置を追加することが必要になると共に、逆浸透膜の
コストも高く装置全体のコストアップにつながる。その
ため、逆浸透膜を用いない形式で有機物・微生物処理装
置ｄを設定した方がコストの低減を図ることができる。

【０００９】注水井戸ｅ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ｅ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ｅ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ｅの製作コストも大幅に
低減できる。

【００１０】なお、図示していないが、揚水〜注水まで
の各装置間には、必要に応じて送水ポンプが設置され
る。また、重金属イオンが低濃度で目詰まりに影響がな
い場合には重金属イオン酸化装置ａを省いてもよいし、
有機物が低濃度で目詰まりに影響がない場合には有機物
・微生物処理装置ｄを省いてもよい。上記のように、重
金属イオン酸化装置ａ、懸濁物前処理装置ｂ、膜濾過装
置ｃ、有機物・微生物処理装置ｄに揚水を通水すること
により、注入水中の目詰まり要因を除去し、注水井での
目詰まり発生を確実に防止できるので、注水井では、逆
洗浄等が不要になる。そのため、ケーシングやスクリー
ンの外側のフィルタ層を省くことができ、注水井の孔径
を大幅に小さくでき、注水井戸のさく井コストも大幅に
低減できる。さらに、膜濾過装置は、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り、注水
管理が非常に簡単になる。

【００１１】上記実施の形態では、高い処理能力の一次
処理装置で懸濁物を処理することにより、次段の濾過装
置を簡素化すると共に、有機物処理を安価な方式にして
コンパクト化を図ったが、次に、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
るように構成した他の実施の形態を説明する。なお、こ
れらは、目詰まり要因となる注入水中の不純物を完全に
除去できるが、装置のコストが比較的に高いものにな
り、また、有機物除去装置として活性炭を用いるもので
は、前処理装置であるにもかかわらず、コストも高く専
有面積もかなり大きくなる。

【００１２】図２は本発明に係る目詰まり発生防止型注
水装置の他の実施の形態を示す図であり、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。

【００１３】図２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。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。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。

【００１４】図３は本発明に係る目詰まり発生防止型注
水装置の実施のさらに他の形態を示す図、図４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。

【００１５】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３である。

【００１６】図３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
４に示すように重金属イオンの強制酸化装置１２と重金
属酸化物や水酸化物を濾過する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
Ｈ₂Ｏ₂等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１３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。

【００１７】図５は重金属イオン処理装置の他の構成例
を示す図であり、１５は重金属吸着装置を示す。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５であ
る。図５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２乃至図５で説明した構成では、一次処
理装置１が図１に示した懸濁物前処理装置ｂに対応し、
強制酸化装置１２が重金属イオン酸化装置ａに対応する
ものである。懸濁物前処理装置ｂは、さらに前処理能力
を高めた１００μｍ程度の懸濁物まで処理可能な装置を
採用したものである。酸化物に対処するため、図４に示
す構成では専用の濾過装置１３を設けているが、図１に
示す構成では懸濁物前処理装置ｂ、膜濾過装置ｃで他の
不純物と共に除去する考え方を採用している。これらの
構成は、二次処理装置２、三次処理装置３と濾過膜を多
段に配置しているので、装置のコストが比較的に高いも
のとなる。

【００１９】図６は本発明に係る目詰まり発生防止型注
水装置の実施のさらに他の形態を示す図であり、２１は
有機物除去装置を示す。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６である。図６において、有機物除去装置２
１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。し
かし、有機物除去装置２１として活性炭を用いた場合
は、前処理装置であるにもかかわらず三次処理装置と同
程度のコストがかかると共に、同装置の専有面積がかな
り大きくなる。

【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】以上のいずれの実施の形態も、注入水の水
質を浄化して目詰まりの発生要因を除去する考え方は同
じであるが、図１に示した形態は、図２乃至図６に示し
た形態を簡素化して低コスト化と装置のコンパクト化を
図ったものである。図１に示す形態では、一次処理装置
の処理能力を向上させ、二次、三次処理装置による多段
の濾過膜装置を一段の濾過膜装置に簡素化すると共に、
有機物処理を活性炭方式から安価な方式に変えたもので
ある。

【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、重金属イオン処理装置と有機物・微生物処理
装置の簡素化、および前処理装置の機能向上を図って高
精度の濾過膜装置を一段構造としたので、注入水の浄化
機能をほぼ維持した条件下で装置の簡素化を図り、コス
トの低減とコンパクト化を可能とした。しかも、本発明
により目詰まり除去対策が不要となるため、注水井は簡
単な構造で井戸径も小さくすることができるため、施工
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
実施の形態を示す図である。

【図２】本発明に係る目詰まり発生防止型注水装置の
実施の他の形態を示す図である。

【図３】本発明に係る目詰まり発生防止型注水装置の
実施のさらに他の形態を示す図である。

【図４】重金属イオン処理装置の構成例を示す図であ
る。

【図５】重金属イオン処理装置の他の構成例を示す図
である。

【図６】本発明に係る目詰まり発生防止型注水装置の
実施のさらに他の形態を示す図である。

【符号の説明】

ａ…重金属イオン酸化装置、ｂ…懸濁物前処理装置、ｃ
…膜濾過装置、ｄ…有機物・微生物処理装置、ｅ…注水
井戸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０２Ｆ 1/76 Ｃ０２Ｆ 1/76 Ａ 1/78 1/78 Ｅ２１Ｂ 21/00 Ｅ２１Ｂ 21/00 37/00 37/00

Claims

【特許請求の範囲】

【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、水中の重金
属イオンを強制的に酸化物や水酸化物に化学変化させた
後水中の懸濁物や不純物を分離、除去し、有機物・微生
物を処理することを特徴とする目詰まり発生防止型注水
装置。
【請求項２】前記懸濁物や不純物の分離、除去の前処
理として比較的大きい懸濁物の分離を行うことを特徴と
する請求項１記載の目詰まり発生防止型注水装置。
【請求項３】前記有機物・微生物の処理として、有機
物の酸化分解による処理と微生物の殺菌処理を行うこと
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。