(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【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
【図１】
0003720470.tif 000002
【図２】
0003720470.tif 000003
【図３】
0003720470.tif 000004
【図４】
0003720470.tif 000005
【図５】
0003720470.tif 000006
【図６】
0003720470.tif 000007
【図７】
0003720470.tif 000008
【図８】
0003720470.tif 000009
【図９】
0003720470.tif 000010
【図１０】
0003720470.tif 000011