(57)【要約】【課題】最適なろ過装置の仕様等の設定を的確に行うことを可能にしたリチャージ工法を提供する。【解決手段】表面にプリコート材を付着させてプリコート層を形成したバネ式フィルター１１を用いて対象水Ｗ１をろ過して対象水Ｗ１中の不溶性物質を除去し、不溶性物質を除去処理した後の対象水Ｗ２を注水井戸４から地中に注水するリチャージ工法であって、ろ過処理と注水井戸４の逆洗のサイクルを繰り返してリチャージを行うようにするとともに、予め、バネ式フィルターの総表面積−１サイクルのろ過時間−バネ式フィルターの本数／長さ−対象水の鉄濃度の関係を作成しておき、該バネ式フィルターの総表面積−１サイクルのろ過時間−バネ式フィルターの本数／長さ−対象水の鉄濃度の関係に基づいて、サイクルタイムと対象水Ｗ１の処理流量を設定するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にプリコート材を付着させてプリコート層を形成したバネ式フィルターを用いて対象水をろ過して対象水中の不溶性物質を除去し、前記不溶性物質を除去処理した後の対象水を注水井戸から地中に注水するリチャージ工法であって、
ろ過処理と前記注水井戸の逆洗のサイクルを繰り返してリチャージを行うようにするとともに、予め、バネ式フィルターの総表面積−１サイクルのろ過時間−バネ式フィルターの本数／長さ−対象水の鉄濃度の関係を作成しておき、
該バネ式フィルターの総表面積−１サイクルのろ過時間−バネ式フィルターの本数／長さ−対象水の鉄濃度の関係に基づいて、サイクルタイムと対象水の処理流量を設定するようにしたことを特徴とするリチャージ工法。
【請求項２】
請求項１記載のリチャージ工法において、
計画処理流量とバネ式フィルターの総表面積を仮設定するとともに対象水の鉄濃度を測定し、
前記バネ式フィルターの総表面積−１サイクルのろ過時間−バネ式フィルターの本数／長さ−対象水の鉄濃度の関係から前記バネ式フィルター及び前記プリコート材を備えてなるろ過装置の仕様を定め、
仕様を定めたろ過装置を用い、逆洗時間と逆洗のサイクルタイムをそれぞれ段階的に増減させた際の処理流量を求め、前記処理流量が収束したときのサイクルタイムと処理流量を採用することを特徴とするリチャージ工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削工事等で用いられるリチャージ工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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を行うケースが多い。このとき、地下水放流量を削減するとともに、現場周辺の水位低下による影響を低減するために、汲み上げた地下水を再び地中に戻すリチャージ工法が多用されている。
【０００３】
一方、従来のリチャージ工法においては、注水井戸（リチャージウェル）のスクリーン近傍の地盤の目詰まり現象が発生しやすく、注水井戸の通水性能／注水性能を長期にわたって維持することが難しい。このため、地表に汲み上げた地下水に含まれる目詰まり物質を取り除くための種々の技術が提案、実用化されている。
【０００４】
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。
【０００５】
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を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。このとき、遠心力と重力差とにより排出水中の重量の大きな異物が落下するとともに重量の小さい異物が上方に浮上し、これら異物をフィルター部でろ過して除去することができる。
【０００６】
しかしながら、上記の目詰まり防止装置は粘土粒子等の浮遊物質（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  ｓｏｌｉｄｓ：ＳＳ）成分の除去を主な目的としたものであるため、この目詰まり防止装置を用いたとしてもリチャージ工法の目詰まり現象の発生を十分に抑えることが難しい。
【０００７】
また、注水井戸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注水井戸の逆洗を行った場合でも、注水井戸近傍の地盤が目詰まりしていると、通水性能を初期の状態まで回復させることが難しい。
【０００８】
これに対し、本願の発明者ら／出願人は、鋭意検討を行い、注水井戸付近の地盤の目詰まりが土粒子等のＳＳ成分の他に、地下水（排出水）に含まれる鉄成分が大きく関与していることを突き止め、例えば注水井戸の注水部（スクリーン）近傍に三価鉄が到達すること防止するための地下水の処理方法を発明し、既に特許出願を行っている（特願２０１６−０７５４１７）。
【０００９】
また、本願の発明者ら／出願人は、バネ式フィルターの表面に、例えば珪藻土などを原料として製造したプリコート材を付着させ、このバネ式フィルター及びプリコート材からなるバネ式ろ過装置で地下水をろ過することにより、精密なろ過を高速、且つ低圧で実現できるとともに三価鉄等を好適に除去できることを見出している。
【００１０】
さらに、バネ式フィルター１１の表面にプリコート材１２を付着させる際には、例えば、図６に示すように、紛体のプリコート材１２を所定の水を貯留した下方のプリコートタンク１３に助剤供給タンク（ホッパー）１４の投入口から定量落下させて供給して混合撹拌する。そして、プリコート材１２が均等に分散／混合したプリコート液Ｓをプリコートタンク１３からろ過装置１６のバネ式フィルター１１でろ過し、バネ式フィルター１１の表面にプリコート層１７を形成するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第４３７９０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、例えば上記のように地下水中の鉄分を酸化させ、ろ過装置のバネ式フィルターでろ過した後にリチャージする場合において、最適な条件設定（ろ過装置の仕様の設定）手法が明確になっていない。
【００１３】
すなわち、バネ式ろ過装置においては、小さい粒径のプリコート材を用いればろ過精度はよくなるが、反面、プリコート材の透過率が小さくバネ式フィルターを収容する容器の内圧が上がり易くなるため、逆洗による洗浄頻度を多くする必要が生じる。一方、大きな粒径のプリコート材を用いると、ろ過対象の酸化鉄などがフィルターを通過してしまう。
【００１４】
このため、従来、予備実験を行うなどして所望のろ過性能を確保できているかを確認しているのが現状で、地下水のリチャージを目的とした最適なろ過装置の仕様等の設定をより的確に行える手法が強く望まれていた。
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑み、最適なろ過装置の仕様等の設定を的確に行うことを可能にしたリチャージ工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１７】
本発明のリチャージ工法は、表面にプリコート材を付着させてプリコート層を形成したバネ式フィルターを用いて対象水をろ過して対象水中の不溶性物質を除去し、前記不溶性物質を除去処理した後の対象水を注水井戸から地中に注水するリチャージ工法であって、ろ過処理と前記注水井戸の逆洗のサイクルを繰り返してリチャージを行うようにするとともに、予め、バネ式フィルターの総表面積−１サイクルのろ過時間−バネ式フィルターの本数／長さ−対象水の鉄濃度の関係を作成しておき、該バネ式フィルターの総表面積−１サイクルのろ過時間−バネ式フィルターの本数／長さ−対象水の鉄濃度の関係に基づいて、サイクルタイムと対象水の処理流量を設定するようにしたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明のリチャージ工法においては、計画処理流量とバネ式フィルターの総表面積を仮設定するとともに対象水の鉄濃度を測定し、前記バネ式フィルターの総表面積−１サイクルのろ過時間−バネ式フィルターの本数／長さ−対象水の鉄濃度の関係から前記バネ式フィルター及び前記プリコート材を備えてなるろ過装置の仕様を定め、仕様を定めたろ過装置を用い、逆洗時間と逆洗のサイクルタイムをそれぞれ段階的に増減させた際の処理流量を求め、前記処理流量が収束したときのサイクルタイムと処理流量を採用することが望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のリチャージ工法においては、バネ式フィルターの総表面積−１サイクルのろ過時間−バネ式フィルターの本数／長さ−対象水の鉄濃度の関係の設計チャートを予め作成しておき、この設計チャートを用いることで、対象水の水質（鉄分濃度）と処理流量に応じたろ過装置の仕様、バネ式フィルターの仕様を設置／決定することができる。
【００２０】
よって、本発明のリチャージ工法によれば、最適なろ過装置の仕様等の設定をより的確に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係るリチャージシステムを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るリチャージ工法のサイクルを示す図である。
【図３】プリコート材の違いによるバネ式フィルター１本あたりの通水量と１サイクルの時間の関係を示す図である。
【図４】バネ式フィルターの総表面積−１サイクルのろ過時間−バネ式フィルターの本数／長さ−対象水の鉄濃度の関係を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るリチャージ工法において、サイクルタイム、処理流量を設定する方法を示すフロー図である。
【図６】バネ式フィルターの表面にプリコート層を形成する方法の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図１から図６を参照し、本発明の一実施形態に係るリチャージ工法（バネ式ろ過装置のろ過性能設定方法）について説明する。
【００２３】
はじめに、本実施形態は、本発明に係るバネ式ろ過装置が例えば掘削工事等を行う現場に設置され、揚水井戸によって地中の帯水層内から地下水を揚水して地下水位を制御するとともに、汲み上げた地下水を所望の位置に設置した注水井戸（リチャージウェル）に導き、この注水井戸から地中に注水して戻すリチャージ工法で用いるものとして説明を行う。
【００２４】
本実施形態のリチャージシステムは、例えば、揚水した地下水に酸化剤を添加し、この本発明における対象水の地下水に溶存する二価鉄を酸化させて不溶性／難溶性の三価鉄とし、この三価鉄（不溶性物質）を地下水からろ過して除去した後に地下水を地中に戻すように構成されている。
【００２５】
具体的に、本実施形態のリチャージシステムＡは、図１に示すように、本実施形態の対象水である地下水を揚水するための揚水井戸（不図示）と、揚水井戸から汲み上げた地下水Ｗ１に酸化剤Ｐを添加する酸化剤添加手段１と、酸化剤Ｐを添加した後の地下水Ｗ１を一時的に貯留する原水タンク２と、原水タンク２から地下水Ｗ１を導入し、地下水Ｗ１中に存在するＳＳ成分等を除去する除去処理手段３と、除去処理手段３で処理した後の地下水Ｗ２を地中の帯水層に注水して返送するための注水井戸４とを備えて構成されている。
【００２６】
揚水井戸は、地中の帯水層から地下水を地上に汲み上げるための設備であり、例えば、土留めによって区画された掘削領域内に設けられたディープウェルを備えて構成されている。また、揚水井戸は、地下水位以深の帯水層内に配設されるスクリーン（集水部）を備え、このスクリーンを通じて地下水を内部に流入させ、集水可能に構成されている。
【００２７】
ここで、揚水井戸から揚水した地下水Ｗ１には一般に鉄が二価鉄として溶存しており、この地下水Ｗ１中に溶存した二価鉄が空気（酸素）に触れると不溶性／難溶性の三価鉄に変化する。このため、本実施形態のリチャージシステムＡでは、揚水井戸から酸化剤添加手段１までの間を揚水管で接続し、揚水井戸から地上に汲み上げた地下水Ｗ１が空気に触れることを防止し、地下水Ｗ１中の二価鉄が三価鉄に変化しないように構成されている。
【００２８】
酸化剤添加手段１は、揚水管で送られた地下水Ｗ１に酸化剤Ｐを添加し、主に、地下水Ｗ１中に溶存する二価鉄を三価鉄に酸化させるためのものであり、地下水Ｗ１に酸化剤Ｐを添加／供給するための酸化剤供給装置と、酸化剤Ｐを添加した地下水Ｗ１を撹拌する撹拌装置（混合装置）５とを備えている。なお、酸化剤添加手段１は、地下水Ｗ１に酸化剤Ｐを供給することが可能であれば、特にその構成を限定する必要はない。
【００２９】
酸化剤添加手段１で供給する酸化剤Ｐは、地下水Ｗ１に一般的に含有されている二価鉄を酸化させて三価鉄を析出させることができれば特に限定を必要としないが、例えば、この酸化剤Ｐとしては、次亜塩素酸ナトリウム、過酸化水素、塩素酸ナトリウム、オゾン、塩素等を挙げることができる。
【００３０】
また、鉄と同様、マンガンも目詰まりを引き起こすことが本願の発明者らによって確認されているため、酸化剤Ｐは、二価鉄だけでなく、地下水Ｗ１に溶存するマンガンも酸化し、水和二酸化マンガンなどとして析出させることが可能な物質を含むことが好ましい。
【００３１】
撹拌装置（混合装置）５は、スタティックミキサー等であり、酸化剤Ｐを添加した地下水Ｗ１が流通するとともに地下水Ｗ１と酸化剤Ｐを混合可能に構成されている。なお、地下水Ｗ１と酸化剤Ｐとを所望の状態に混合可能であれば、特にその構成（混合方法）を限定する必要はない。
【００３２】
除去処理手段３は、原水タンク２から送られた地下水Ｗ１中のＳＳ成分（不溶性物質）や、酸化剤Ｐによって酸化された鉄及びマンガンをはじめとする不溶性／難溶性の酸化金属（不溶性物質）を除去するための設備であり、ろ過装置１６を備えて構成されている。
【００３３】
本実施形態のろ過装置１６は、バネ式ろ過装置であり、例えば、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、固いバネ線材をコイル状の略円筒状を呈するように巻いたバネ式フィルター１１と、バネ式フィルター１１の表面／外周面の全体を被覆するように付着させたプリコート材１２とを備えて構成されている（図６参照）。
【００３４】
また、このバネ式ろ過装置１６は、プリコート材１２を付着させたバネ式フィルター１１を密閉容器内に設置し、本実施形態のろ過対象である地下水Ｗ１を容器内に供給するとともにバネ式フィルター１１及びプリコート材１２の外側から加圧することにより、プリコート材１２の堆積層（プリコート層１７）をフィルターとして地下水Ｗ１をろ過し、ろ過した後の地下水Ｗ２を略円筒状で管状のバネ式フィルター１１の内部を通じて容器外に回収するように構成されている。なお、本実施形態のバネ式ろ過装置１６は、１つの容器内に複数のバネ式フィルター１１を収容して構成されている。
【００３５】
さらに、バネ式フィルター１１を伸縮／弾性変形させるだけで、バネ式フィルター１１の表面に付着したプリコート材１２を剥落させて除去することができる。すなわち、地下水Ｗ１中のＳＳ成分や三価鉄等の酸化金属といった除去残留物をろ過して捕捉した段階でプリコート材１２を剥落させることにより、除去残留物をプリコート材１２ごと一緒に分離して回収できるように構成されている。
【００３６】
このようなバネ式ろ過装置１６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を挙げることができ、特に優れた自浄効果、逆洗再生機能を有している。
【００３７】
注水井戸４は、リチャージウェル、すなわち、地下水を帯水層内に注水ための公知の注水設備である。注水井戸４は、地下水位以深の地盤（帯水層）内に埋設されたスクリーン（注水部）４ａを備え、スクリーン４ａから注水井戸４内の地下水Ｗ２が帯水層内に注入できるように構成されている。また、注水井戸４の上端に蓋が取り付けられ、注水井戸４は密閉されている。
【００３８】
そして、上記構成からなる本実施形態のリチャージシステムＡを用いたリチャージ工法においては、揚水井戸から揚水された地下水Ｗ１に酸化剤添加手段１で酸化剤Ｐが添加され、地下水Ｗ１中の二価鉄（やマンガン）を酸化し、三価鉄として析出させる。
【００３９】
析出された三価鉄やマンガン等の酸化金属、粘土粒子等のＳＳ成分などの不溶性物質を除去処理手段３でろ過し地下水Ｗ１から除去する。これにより、除去処理手段３によって地下水Ｗ１に含まれる目詰まり起因成分を除去することができる。
【００４０】
揚水井戸から揚水された地下水Ｗ１を注水井戸４付近の地盤Ｇの目詰まりの原因となる成分を除去して良好な状態にすることで、本実施形態のリチャージシステムＡ及びリチャージ工法によれば、地盤Ｇや注水井戸４のスクリーン４ａの目詰まりを防止し通水性能を良好に保持しつつ、汲み上げた地下水Ｗ１を地盤Ｇ中に戻すことができる。
【００４１】
ここで、上記のように地下水Ｗ１中のＳＳ成分や鉄などを効果的に除去処理手段３のろ過装置１６で除去する。このため、ろ過装置１６を逆洗などしてメンテナンスすることが必要になる。
【００４２】
また、ろ過時間をｔ、逆洗時間を△ｔとした場合、本実施形態のリチャージシステムＡ及びリチャージ工法でリチャージを行うサイクルは図２のように表すことができ、逆洗時間△ｔを加味したシステム全体として平均処理流量Ｑで流すための処理流量をＱ’とすると、Ｑ’は下記の式（１）となる。
【００４３】
【数１】
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【００４４】
さらに、本願の発明者らは、１本のバネ式フィルター１１を容器の内部に設置し、容器内にプリコート液Ｓを供給するとともにバネ式フィルター１１でろ過し、バネ式フィルター１１の表面に所定量のプリコート材１２を付着させ、一定流量で地下水Ｗ１をろ過する実験を行った。この実験によって、図３に示すように、２種類のプリコート材（中央シリカ株式会社製  プリコート材（６００Ｈ）／中央シリカ株式会社製  プリコート材（６４５））を用いた場合に対し、それぞれ、バネ式フィルター１本あたりの通水量と、１サイクルの時間（例えばバネ式フィルター１１が格納されている容器の内圧が２００ｋＰａに達するまでの時間）の関係を求めた。
【００４５】
この図３に示す通り、２種類のプリコート材のいずれにおいても、バネ式フィルター１本あたりの通水量と１サイクルの時間との間に相関があることが確認された。また、図３に示す通り、インバーターで一定流量となるように自動制御して実現場で地下水を通水した場合においても室内実験と同様の結果になることを確認した。
【００４６】
そして、これら室内外の実験によって、バネ式フィルター１１の透過抵抗は単位表面積に付着する鉄分の絶対量で決まり、プリコート材（６００Ｈ）の場合にはバネ式フィルター１１の単位面積あたり１．３〜１．５ｍｇ／ｃｍ２の鉄分が付着すると、プリコート材（６４５）の場合にはバネ式フィルター１１の単位面積あたり２．７〜２．９ｍｇ／ｃｍ２の鉄分が付着すると、それぞれバネ式フィルター１１を格納する容器内圧が２００ｋＰａに達するという知見を得ることができた。
【００４７】
なお、ここで用いたバネ式フィルター１１の仕様は、直径φ=１５ｍｍ、長さＬ＝４００ｍｍ、スリット幅６０μｍであり、逆洗時に上部を通じて内部から逆圧を作用させると、内圧によって２〜３μｍ伸びるものである。また、プリコート材（６００Ｈ）は、透過率２．２ｄａｒｃｙ、平均粒径３８μｍ、かさ密度０．３７ｇ／ｃｍ３、土粒子密度２．３ｇ／ｃｍ３であり、プリコート材（６４５）は、透過率５．０ｄａｒｃｙ、平均粒径７０μｍ、かさ密度０．３７ｇ／ｃｍ３、土粒子密度２．３ｇ／ｃｍ３である。
【００４８】
次に、表１はバネ式フィルター１１を通過した処理水（Ｗ２）中の鉄分濃度を調べた結果を示している。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
この表１の通り、処理流量によって鉄分濃度に違いが認められ、プリコート材（中央シリカ株式会社製：６００Ｈ）、通水量１Ｌ／ｍｉｎ、バネ式フィルター１本で鉄分濃度０．０５ｍｇ／Ｌ以下となることが確認された。以上の結果から、１サイクルのろ過時間を延ばすにはバネ式フィルター１１の本数、バネ長を増やしてバネ式フィルター１１の総表面積を増やすことが有効であると言える。
【００５１】
これを踏まえ、本実施形態のリチャージ工法では、複数の平均処理流量（計画処理流量）ごとに、図４に示すような地下水Ｗ１の鉄分濃度に応じたバネ式フィルター１１の総表面積（ｃｍ２）と１サイクルのろ過時間（ｍｉｎ）の関係、すなわち、バネ式フィルターの総表面積−１サイクルのろ過時間−バネ式フィルターの本数／長さ−対象水の鉄濃度の関係を作成しておく。
【００５２】
そして、本実施形態のリチャージ工法では、図５に示すように、平均処理流量（計画処理流量）Ｑを決め、揚水する地下水（対象水）Ｗ１の鉄濃度などの水質を確認し、予め作成した図４のようなバネ式フィルターの総表面積−１サイクルのろ過時間−バネ式フィルターの本数／長さ−対象水の鉄濃度の関係からバネ式フィルター１１の本数などのろ過装置１６の仕様を定める。
【００５３】
さらに、仕様を定めたろ過装置１６を用い、逆洗時間と逆洗のサイクルタイムをそれぞれ段階的に増減させた際の処理流量Ｑ’を求め、この処理流量Ｑ’の収束状況を確認し、処理流量Ｑ’の収束が極力小さくなるサイクルタイムｔ＋△ｔ、処理流量Ｑ’を求める。
【００５４】
本実施形態のリチャージ工法においては、このようにして処理流量Ｑ’の収束が極力小さくなるようにすれば、効率的且つ効果的な処理を実現できる最適なサイクルタイムｔ＋△ｔ、処理流量Ｑ’を設定／決定することができる。
【００５５】
したがって、本実施形態のリチャージ工法においては、図４に示すようなバネ式フィルターの総表面積−１サイクルのろ過時間−バネ式フィルターの本数／長さ−対象水の鉄濃度の関係の設計チャートを予め作成しておき、この設計チャートを用いることで、地下水Ｗ１の水質（鉄分濃度）と処理流量に応じたろ過装置１６の仕様、バネ式フィルター１１の仕様を設置／決定することができる。
【００５６】
よって、本実施形態のリチャージ工法によれば、最適なろ過装置の仕様等の設定をより的確に行うことが可能になる。
【００５７】
以上、本発明に係るリチャージ工法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の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で適宜変更可能である。
【００５８】
本実施形態では、掘削工事等を行う現場に揚水井戸を設置し、揚水井戸から汲み上げた地下水Ｗ１を処理して注水井戸４から地中の帯水層に戻すものとして説明を行ったが、本発明は、例えば、汚染した地下水を地上に汲み上げて浄化処理した後に地中に戻したり、地上で排水などの水を処理し、地中に注水する際に適用してもよく、特にその用途を限定する必要はない。
【符号の説明】
【００５９】
１      酸化剤添加手段
２      原水タンク
３      除去処理手段
４      注水井戸
４ａ    スクリーン
５      撹拌装置（混合装置）
１１    バネ式フィルター
１２    プリコート材
１３    プリコートタンク
１４    助剤供給タンク（ホッパー）
１６    ろ過装置
１７    プリコート層
Ａ      リチャージシステム
Ｇ      地盤
Ｐ      酸化剤
Ｓ      プリコート液
Ｗ１    地下水（対象水）
Ｗ２    処理後の地下水
【図１】
2018197472.tif 000005
【図２】
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【図３】
2018197472.tif 000007
【図４】
2018197472.tif 000008
【図５】
2018197472.tif 000009
【図６】
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