(57)【要約】【課題】より簡便な方法で除鉄処理を行うことが可能な地下水の処理方法及びその処理装置、もしくは前記地下水の処理方法により処理された地下水を含有する消雪液を提供する。【解決手段】茶葉由来のポリフェノール及び／又はその誘導体を添加して前記地下水の前記溶存鉄を析出させる析出処理工程を有する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶存鉄を含有する地下水の処理方法であって、
茶葉由来のポリフェノール及び／又はその誘導体を添加して前記地下水中の前記溶存鉄を析出させる析出処理工程を有する地下水の処理方法。
【請求項２】
前記ポリフェノール及び／又はその誘導体は、タンニン類、カテキン類、及びこれらの誘導体の少なくとも１種を含有する水溶液である請求項１に記載の地下水の処理方法。
【請求項３】
前記ポリフェノール及び／又はその誘導体は、タンニン類を含有する水溶液である請求項１又は２に記載の地下水の処理方法。
【請求項４】
前記タンニン類の含有量は、０．０１質量％から５質量％である請求項２又は３に記載の地下水の処理方法。
【請求項５】
溶存鉄を含有する地下水の処理装置であって、
前記地下水を貯留する第一貯留槽と、前記地下水の処理液を貯留する処理液貯留槽と、前記第一貯留槽から汲み上げられた前記地下水中の前記溶存鉄を析出させる析出処理を行う析出槽と、前記析出処理された地下水を貯留する第二貯留槽と、を有することを特徴とする地下水の処理装置。
【請求項６】
前記第一貯留槽は、前記地下水を無酸素状態で貯留するものである請求項５に記載の地下水の処理装置。
【請求項７】
請求項１から４いずれかに記載の方法により処理された地下水を含有する消雪液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶存鉄を含有する地下水の処理方法及びその処理装置、もしくは前記地下水の処理方法により処理された地下水を含有する消雪液に関する。
【背景技術】
【０００２】
積雪地帯では、消雪方法の一つとして地下水を散水する方法が多く用いられている（特許文献１参照）。溶存鉄の多い地下水を散水して消雪する場合、地下水中に溶存する二価、三価の鉄イオンが空気中の酸素により酸化され、水酸化鉄(ＩＩＩ)から最終的に酸化鉄となるため、時間の経過と共に散水した場所に析出して茶褐色化、黒褐色化になる問題が生じている。
この問題を解決するために、様々な除鉄方法が検討されている。例えば、曝気法によって酸化鉄を生成させ、急速ろ過する方法や、次亜塩素酸や塩素等の酸化剤を添加して水酸化鉄(ＩＩＩ)の沈殿を生成させ、更に凝集剤を添加して急速ろ過法する方法が挙げられる。また、特許文献１には、汲み上げた地下水を塩素殺菌処理し、殺菌処理された水に遠赤外線処理を施して不純物を取り除く方法が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−１４０５３５号公報
【特許文献２】特開２００１−３２１７７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の地下水の除鉄方法は、装置も大掛かりなものとなってしまうため、コスト高になってしまう。また、地下水の処理に時間がかかるため効率がよくない。
以上の課題に鑑み、本発明ではより簡便な方法で除鉄処理を行うことが可能な地下水の処理方法及びその処理装置、もしくは前記地下水の処理方法により処理された地下水を含有する消雪液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】
【０００４】
本発明者らは、茶葉由来のポリフェノール及び／又はその誘導体が、鉄イオンと常温で選択的に反応してキレート化合物を生成することを見出し、本発明を完成するに至った。本発明は具体的には以下のものを提供する。
【０００５】
（１）  溶存鉄を含有する地下水の処理方法であって、茶葉由来のポリフェノール及び／又はその誘導体を添加して前記地下水の前記溶存鉄を析出させる析出処理工程を有する地下水の処理方法。
【０００６】
（１）の発明は、地下水に茶葉由来のポリフェノール及び／又はその誘導体を添加して溶存鉄を析出させる析出処理工程を有する。ポリフェノールは鉄イオンと常温で選択的に反応し、キレート化合物の沈殿物を生成させる。析出処理工程において、上記の反応を利用してキレート化合物を生成させることによって、地下水に溶存している溶存鉄を除去することが可能となる。従って、従来用いられていた除鉄方法よりも、より簡便に地下水を処理することが可能となる。
また、溶存鉄を析出させるための物質として、茶葉由来のポリフェノール及び／又はその誘導体以外の物質（化学物質）を使用する必要がないため、地下水のｐＨが殆ど変化せず、環境への影響は少ない。
【０００７】
（２）  前記ポリフェノール及び／又はその誘導体は、タンニン類、カテキン類、及びこれらの誘導体の少なくとも１種を含有する水溶液である（１）に記載の地下水の処理方法。
【０００８】
（２）の発明によれば、タンニン類、カテキン類、及びこれらの誘導体は、鉄イオンとより選択的に反応する。そのため、溶存鉄をより効率よく除去することが可能となる。また、溶存鉄を多く含有する地下水が有する特有の臭い（金気臭さ）をマスキングすることも可能となる。
【０００９】
（３）前記ポリフェノール及び／又はその誘導体は、タンニン類を含有する水溶液である請求項１又は２に記載の地下水の処理方法。
【００１０】
（２）、（３）の発明によれば、タンニン類、カテキン類、及びこれらの誘導体、特にタンニン類は、鉄イオンとより選択的に反応する。そのため、溶存鉄をより効率よく除去することが可能となる。また、溶存鉄を多く含有する地下水が有する特有の臭い（金気臭さ）をマスキングすることも可能となる。
【００１１】
（４）  前記タンニン類の含有量は、０．０１質量％から５質量％である（２）又は（３）に記載の地下水の処理方法。
【００１２】
（４）の発明によれば、タンニン類の含有量を上記の範囲とすることによって地下水の溶存鉄を、更に効率よく除去することが可能となる。
【００１３】
（５）  溶存鉄を含有する地下水の処理装置であって、前記地下水を貯留する第一貯留槽と、前記地下水の処理液を貯留する処理液貯留槽と、前記第一貯留槽から汲み上げられた前記地下水中の前記溶存鉄を析出させる析出処理工程を行う析出槽と、前記析出処理工程された地下水を貯留する第二貯留槽と、を有する地下水の処理装置。
【００１４】
（５）の発明に係る処理装置は、第一貯留槽と、処理液貯留槽と、析出槽と、第二貯留槽と、を有する。析出処理は析出槽のみで行われ、他の設備を必要としない。そのため、装置が大掛かりになることなく、簡便な形態で地下水の処理を効率よく行うことが可能となる。また、（５）の処理装置は、地下水の温度を変化させることなく処理することが可能であるため、処理された地下水はそのまま消雪液として用いることが可能である。
【００１５】
（６）  前記第一貯留槽は、前記地下水を無酸素状態で貯留するものである（５）に記載の地下水の処理装置。
【００１６】
（６）の処理装置に係る第一貯留槽は、地下水を無酸素状態で貯留するものである。鉄イオンは、空気中の酸素に触れると、酸化反応によって白色の水酸化鉄（ＩＩ）から水酸化鉄（ＩＩＩ）になり沈殿泥となる。沈殿泥が生じた地下水は、ポリフェノール等との反応性が低下してしまうおそれがある。そのため、第一貯留槽で地下水を無酸素状態で貯留することにより、析出槽で溶存鉄をポリフェノール等と、効率よく反応させることが可能となる。
【００１７】
（７）  （１）から（４）いずれかに記載の方法により処理された地下水を含有する消雪液。
【００１８】
（７）の消雪液は、除鉄処理が施されたものであるため、散水しても道路や屋根等の変色が殆ど生じない。また、処理を行う際に有機溶剤等を使用していないため、散水しても環境への影響はなく、環境に安全な消雪液を提供することが可能となる。また、地下水の保有温度（１０℃〜１５℃）を変化させることがないため、そのまま消雪液として利用することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、より簡便な方法で、かつ、環境に安全な方法で除鉄処理を行うことが可能な地下水の処理方法及びその処理装置、もしくは前記地下水の処理方法により処理された地下水を含有する消雪液を提供すること可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態の記載に限られるものではない。
【００２１】
［地下水の処理方法］
本発明に係る地下水の処理方法は、茶葉由来のポリフェノール及び／又はその誘導体を添加して前記地下水の前記溶存鉄を析出させる析出処理工程を有する。地下水に、所定量の茶葉由来のポリフェノール及び／又はその誘導体を添加すると、鉄イオンと選択的に反応し、キレート化合物の沈殿物が生成する。
なお本発明に係る処理方法の対象となる地下水は、鉄分を０．１ｐｐｍ以上、望ましくは０．２ｐｐｍ以上含有する地下水である。
【００２２】
ここで、「茶葉由来のポリフェノール及び／又はその誘導体」とは、カテキン類、プロアントシアニジン類、タンニン類等の一次ポリフェノール、テアシネンシン類、テアフラビン類等の二次ポリフェノール及びこれらの誘導体等が挙げられる。中でも、鉄イオンとの反応性の高さの観点や、地下水特有の金臭さを消臭する観点から、タンニン類、カテキン類、及びこれらの誘導体であることが好ましい。
なお、「茶葉由来のポリフェノール及び／又はその誘導体」を採取する茶葉の種類は特に問われるものではなく、発酵茶（半発酵茶を含む）を用いても不発酵茶を用いてもよい。発酵茶としては、紅茶、烏龍茶等が挙げられ、不発酵茶としては、緑茶、番茶、ほうじ茶等が挙げられる。
【００２３】
上記「茶葉由来のポリフェノール及び／又はその誘導体」の添加量は、地下水中の溶存鉄の量によって異なるが、０．０１質量％から５質量％であることが好ましい。茶葉由来のポリフェノール及び／又はその誘導体の中でも、タンニン類は溶存鉄を効率よく析出させることが可能であることから、タンニン類が０．０１質量％から５質量％となるように上記茶葉由来のポリフェノール及び／又はその誘導体を調製することが好ましい
【００２４】
また、上記「茶葉由来のポリフェノール及び／又はその誘導体」としては、茶葉の粉末、茶葉の抽出液（熱水抽出液、温水抽出液、冷水抽出液）、市販のポリフェノール製剤等をそのまま用いることが可能であるが、水溶液に調製することが好ましい。また、茶飲料を工業的に製造した後に廃棄物として出る茶葉の抽出液を用いてもよい。
【００２５】
析出処理工程における析出時間は、処理をする地下水の量によって異なるが、１Ｌ当たり５秒から９０分であり、１０分から６０分であることが好ましく、２０分から４０分であることが更に好ましい。
また、この析出処理工程において、溶存鉄の析出を効率よく行うために、地下水と茶葉由来のポリフェノール及び／又はその誘導体とを撹拌してもよい。
【００２６】
なお、本発明に係る地下水の処理方法を用いて地下水を飲料に供する場合には、除鉄処理を施した後に更に高度な精製を行うことが好ましい。
【００２７】
［地下水の処理装置］
本発明に係る地下水の処理装置は、地下水を貯留する第一貯留槽と、前記地下水の処理液を貯留する処理液貯留槽と、前記貯留槽から汲み上げられた前記地下水中の前記溶存鉄を析出させる析出処理工程を行う析出槽と、前記析出処理工程された地下水を貯留する第二貯留槽と、を有する。
【００２８】
図１は、本発明に係る地下水の処理装置１の第一の実施形態を示した図である。第一貯留槽１０では、くみ上げられた地下水を一時的に貯留する。この第一貯留槽１０には、汲み上げられた地下水からゴミを取り除くための濾過槽が設けられていてもよい。また、この第一貯留槽１０は、溶存鉄が酸化反応によって白色の水酸化鉄（ＩＩ）から水酸化鉄（ＩＩＩ）になり沈殿泥となることを防止するために、無酸素下で貯留可能な形態を有していることが好ましい。また、後述する井戸のように、地中に設けられる形態であってもよい。
処理液貯留槽２０は、茶葉由来のポリフェノール及び／又はその誘導体を含有する処理液を一時的に貯留するものである。そして、前記第一貯留槽１０に貯留された地下水、及び処理液貯留槽２０に貯留された処理液は、配管１１，２１を伝ってそれぞれ析出槽３０に送り込まれる。なお、地下水と処理液の量は、それぞれの配管１１，２１に設けられた調節弁３２にて調整される。
【００２９】
析出槽３０では、溶存鉄の析出を行う。この析出槽３０は、溶存鉄の析出を効率よく行うために、地下水と処理液を撹拌する撹拌手段を有していてもよい。撹拌手段としては、例えば、撹拌翼が挙げられる。また、析出槽３０には、析出された溶存鉄を排出するための排出弁３３が設けられている。なお、析出槽３０には、析出された溶存鉄と、除鉄処理された地下水とを分離するための濾過槽が設けられていてもよい。
そして、除鉄処理が施された地下水はポンプ３４により、第二貯留槽４０に移送される。
【００３０】
図２は、本発明に係る地下水の処理装置１Ａの第二の実施形態を示した図である。本実施形態における、第一貯留槽１０Ａは井戸である。この井戸は、直径１０ｃｍ〜５０ｃｍであり、後述する第二貯留槽４０Ａと並列に掘られているものである。井戸を並列に掘ることによって、処理された地下水を他方の井戸に戻す（還流する）ことが可能となるため、地下水の水位の変動による地盤沈下を防止することが可能となる。なお、処理された地下水は、地下浸透マス（図示せず）を通して第二貯留槽４０Ａへ還流させてもよい。
【００３１】
第一貯留槽１０Ａに設けられた配管１１と、処理液貯留槽２０に設けられた配管２１は、Ｔ字パイプ１２で一直線状に繋がれる。このように配管１１と２１を一直線状に繋ぎ、一つの配管３１に纏めることによって、析出槽３０Ａに設けられた揚水ポンプの動力のみで地下水と処理液を同時に析出槽３０Ａに移送することが可能となる。また、装置全体の構造を単純なものとすることが可能である。
処理液の流量は、配管２１に設けられた複数のバルブ２１０で調整することが可能である。このバルブ２１１の一つを空気の吸い込み用のバルブとして、空気の吸い込みを防止してもよい。
【００３２】
析出槽３０Ａには上述のように、揚水ポンプ（図示せず）が設けられている以外は、第一実施形態と同様である。この揚水ポンプによって地下水と処理液を同時に移送することが可能となる。
除鉄処理が施された地下水は、第一実施形態と同様に、ポンプ３４により、第二貯留槽４０Ａに移送される。この第二貯留槽４０Ａは、第一貯留槽１０Ａと並列に掘った井戸であっても、第一実施形態のようなタンクであってもよいが、第一貯留槽１０Ａと並列に掘った井戸であることが好ましい。
なお、析出槽３０Ａと配管３１の間に液体整流器（図示せず）を設けてもよい。これによって、処理前の地下水と、処理液との接触を向上させることが可能となる。
【００３３】
［消雪液の製造］
上述のような方法によって処理された地下水は、道路や屋根、駐車場等の積雪を消雪するための消雪液として使用することが可能である。この消雪液は、除鉄処理が施された地下水をそのまま、或いは加温して使用することが可能である。また、必要に応じて防食剤や防腐剤等を添加してもよい。
消雪液中の残留溶存鉄分量の定量は、消雪設備から排出された消雪液の上澄みを、ｏ−フェナントロリン比色法により行われる。この方法により検出された鉄及び／又は二価鉄イオン濃度が０．２ｐｐｍ以下であれば、十分な除鉄が行われていると判定してよい。
【００３４】
［その他］
本発明に係る地下水の処理方法は、鉄分の多い温泉水の除鉄にも有効である。温泉水は通常の地下水よりも高温であるため、鉄分の分離が容易に行われる。また、通常用いられている温泉水の除鉄方法（設備）に比べ、低コストで、かつ簡単な設備で行うことが可能となる。
【実施例】
【００３５】
以下本発明を、実施例を用いてより具体的に説明する。
［実施例１〜４］
まず、揚水ポンプから吐出された井戸水を最大流量（３０Ｌ／ｍｉｎ程度）で約１分以上放流し、共栓付き５００ｍｌ容のポリ壜にオーバーフローさせながら採水し、空気が入らないように素早く密栓し、採水温度と同じ冷暗所に保存した。なお、実験は採水後４時間以内に行うようにした。
【００３６】
次いで、市販の緑茶を使用して下記の手順により茶葉抽出液を調製した。
市販の緑茶風乾物を乳鉢で粉砕した。この粉砕物５ｇを精秤して、５００ｍｌのビーカーに入れ、予め８０℃に加熱した脱塩水４００ｍｌを注ぎ、湯煎鍋中で約３０分抽出（抽出温度９０±５℃）して、吸引ろ過した。ろ液を冷却後、５００ｍｌメスフラスコにてメスアップした。得られた１％の抽出液を「１番抽出液（実施例１）」とし、これを正確に１０倍に希釈した０．１％溶液を「基準液」とした。
次いで、ろ紙上の残渣を５００ｍｌのビーカーに移し採り、前述と同様の方法で計四回の抽出を繰り返し、それぞれ「２番抽出液（実施例２）」、「３番抽出液（実施例３）」、「４番抽出液（実施例４）」とし、抽出回数による除鉄処理能力（力価）の違いを比較検討した。
【００３７】
２００ｍｌビーカーに上記の井戸水を採水し、井戸水５０ｍｌに対し、上記基準液を０ｍｌ〜５．０ｍｌまで０．５ｍｌ間隔で１１区分に分けて滴下し、湯煎鍋上で加温後（約７０℃）放冷し、生成した沈殿をろ過し、ろ液の残留鉄イオンについて下記表１に示される三種類の呈色試薬で検出した。
【表１】
2008119606.tif 000002
【００３８】
これより、井戸水５０ｍｌに対して、基準液の２．５ｍｌを添加したときに鉄イオンの沈殿が最大となることがわかった。なお、この時の井戸水中の全鉄分は８．５８７５ｍｇ／Ｌであった。
【００３９】
次いで、実施例１〜４に係る抽出液の力価の算出を行った。
力価は、井戸水５０ｍｌに抽出液を添加して生成する鉄コロイド量が最大になる抽出液量をもって算出した。
なお、力価の比較は、抽出回数によって有効成分の濃度差が大きく、抽出液の添加量に大きな差を生じ、誤差の原因になるため、抽出液の添加量が１〜１０ｍｌ以内になるように抽出原液の希釈倍数を予め測定した結果、実施例１に係る抽出液は基準液のように１０倍に希釈し、実施例２に係る抽出原液は５倍に希釈し、実施例３及び実施例４に係る抽出原液は原液のままとした。各抽出原液の力価は、沈殿生成範囲の添加量平均値を希釈倍数で除し、井戸水１Ｌ当たりの換算値で表した。その結果は下記のようになった。
実施例１（１０倍希釈）：２．５／１０×１０００／５０≒５ｍｌ／Ｌ（１番抽出原液）
実施例２（５倍希釈）：７．０／５×１０００／５０≒２８ｍｌ／Ｌ（２番抽出原液）
実施例３（抽出原液）：６．０／１×１０００／５０≒１２０ｍｌ／Ｌ（３番抽出原液）
実施例４（殆ど沈殿の生成能力なし）
【００４０】
以上の結果から力価（Ｆ）を求めると実施例１Ｆ１＝１．００００とすると、実施例２Ｆ２＝０．１７８６、実施例３Ｆ３＝０．０４１７となった。
【００４１】
［実施例５〜８］
次いでほうじ茶及び紅茶を、実施例１及び３と同様の方法で１番抽出原液及び３番抽出原液を製造し、実施例１〜４と同様の方法で力価を算出した。その結果を表２に示す。
なお、ほうじ茶の１番抽出原液を実施例５、３番抽出原液を実施例６、紅茶の１番抽出原液を実施例７、３番抽出原液を実施例８とする。
【表２】
2008119606.tif 000003
【００４２】
以上の実験結果より、本発明に係る地下水の処理方法では、茶葉の抽出液の添加量が一定範囲で加温処理によって生成した不溶性の沈殿泥のろ過によって地下水中より除鉄することができることが示された。添加量が少ない場合は、井戸水中の硫化水素から生成した硫黄コロイドとタンニン鉄コロイドの一部が共沈していることもわかった。また茶葉の抽出有効成分は力価から比較して三番抽出でほぼ１００％抽出され（一番抽出で８２％、二・三番抽出で約１８％）、製茶法の違いによる差は殆ど認められなかった。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る地下水の処理装置の第一実施形態を示す図である。
【図２】本発明に係る地下水の処理装置の第二実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１、１Ａ    処理装置
１０、１０Ａ    第一貯留槽
１１、２１、３１    配管
１２    Ｔ字パイプ
２０    処理液貯留槽
２１０    バルブ
３０、３０Ａ    析出槽
３２    調節弁
３３    排出弁
３４    ポンプ
４０、４０Ａ    第二貯留槽
【図１】
2008119606.tif 000004
【図２】
2008119606.tif 000005