(57)【要約】【課題】地下水から鉄分や重炭酸塩の化合物の除去が行なえる地下水処理方法及び装置を提供することを課題とする。【解決手段】鉄分、重炭酸塩の化合物のうち少なくとも一方を含む地下水にオゾンを混合するオゾン混合手段１と、該オゾン混合手段１でオゾンが混合された地下水を磁化処理する磁化処理手段１１と、磁化処理した地下水を撹拌する撹拌手段２１とで構成し、オゾンの酸化力により、鉄分、重炭酸塩の化合物の酸化を促進し、磁化処理を行なうことで、地下水のポテンシャルエネルギーを高め、鉄分の場合はマグネタイト、重炭酸塩、例えば、重炭酸カルシウムの場合は、炭酸カルシウムを生成する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄分、重炭酸塩の化合物のうち少なくとも一方を含む地下水にオゾンを混合し、
オゾンが混合された地下水を磁化処理する、
ことを特徴とする地下水処理方法。
【請求項２】
前記オゾンがオゾンガスの場合、
磁化処理した地下水を撹拌することを特徴とする請求項１記載の地下水処理方法。
【請求項３】
鉄分、重炭酸塩の化合物のうち少なくとも一方を含む地下水にオゾンを混合するオゾン混合手段と、
該オゾン混合手段でオゾンが混合された地下水を磁化処理する磁化処理手段と、
を有することを特徴とする地下水処理装置。
【請求項４】
前記オゾンがオゾンガスの場合、
磁化処理した地下水を撹拌する撹拌手段、
を有することを特徴とする請求項３記載の地下水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄分、重炭酸塩の化合物のうち少なくとも一方を含む地下水から鉄分または重炭酸塩の化合物を除去する地下水処理方法、及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、水道の赤水対策や、水道管の防錆のために、磁化処理が用いられている。
【０００３】
この磁化処理の原理を説明する。
【０００４】
水道管が鉄管の場合、鉄分が水中の水酸イオンによって徐々に酸化溶出し、水酸化第一鉄となる。
【０００５】
Ｆｅ＋＋＋２ＯＨ−　→　Ｆｅ（ＯＨ）２　　　　（１）
水酸化第一鉄は、水中の溶存酸素と反応し、水酸化第二鉄に変わる。
【０００６】
２Ｆｅ（ＯＨ）２＋Ｏ２＋Ｈ２Ｏ　→　２Ｆｅ（ＯＨ）３　　　　（２）
（２）式の右辺のＦｅ（ＯＨ）３（水酸化第二鉄）は、いわゆる赤錆とよばれるもので、鉄バクテリアなどが繁殖しやすい環境となる。一般にこの赤錆が配管の目詰まりや赤水の原因となっている。
【０００７】
一方、磁化処理とは、永久磁石または電磁石によって比較的強い磁界を設け、流体をこの磁界中を通すことを言う。そして、フレミングの法則によって、流体が磁界を横切る方向と磁界の方向とに直角の方向に電流が流れる。
【０００８】
水道管に磁化処理を行なう場合、電流を取り出す電極はなく、水やその他のイオンの電子にエネルギーが与えられ、自由電子が増え、ポテンシャルエネルギー（活性度）が上がり、反応速度が上がる。
【０００９】
よって、水酸化第一鉄と水酸化第二鉄は、以下の反応によってマグネタイト（磁鉄鉱）に変化する。
【００１０】
Ｆｅ（ＯＨ）２＋２Ｆｅ（ＯＨ）３　→　Ｆｅ３Ｏ４＋４Ｈ２Ｏ　　　　（３）
マグネタイトは、２価と３価の鉄イオンが酸素と結合したもので、このままで安定した状態を保ち、赤水がなくなり、水道管が腐食することを防止する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
一方、地下水（井戸水）は、長いこと地下にあって、空気に触れることが少なく、また地下水中の金属イオンなどと結びついて酸化物として消費されるために、溶存酸素が少ない。
【００１２】
特に深井戸（基本的に空気と触れることの無い十分な深さ）においては、溶存酸素は殆ど無く、逆に炭酸ガスが多く含まれている。このような条件の下では、鉄は水酸化第一鉄ではなく、重炭酸第一鉄（Ｆｅ（ＨＣＯ３）２）となっている。重炭酸第一鉄は水のｐｈにも影響を受け、ｐｈが７以下の場合は鉄分の殆どがこの形で存在し、無色透明の地下水となっている。
【００１３】
地下水を揚水したときは、無色透明で、しばらく空気に曝すと次第ににごり始め赤褐色になるのは、この重炭酸第一鉄の２価の鉄イオンが酸化され、水酸化第二鉄に変化するためである。
【００１４】
２Ｆｅ（ＨＣＯ３）２＋Ｏ２＋Ｈ２Ｏ→２Ｆｅ（ＯＨ）３＋４ＣＯ２　　　　　（４）
（４）式は重炭酸第一鉄が水酸化第二鉄に変化する反応式である。この式が示すように、空気に曝すことで、空気中の酸素を取り込み、水酸化第二鉄と炭酸ガスを空気中に放出する。
【００１５】
浅い井戸の場合、揚水した地下水がすでに黄色や褐色などの色がついていることがあるが、これは深井戸と異なり、雨水や河川水など十分空気に触れた後地下に浸透しまだ溶存酸素が失われる前に地下水として揚水される場合が多いため、炭酸ガスが少なく、まだ溶存酸素が多く含まれているので、水酸化第一鉄から水酸化第二鉄となり、地下水中に褐色の微粒子が浮遊しているからである。
【００１６】
ここで、地下水を磁化処理した場合、地下水が無色透明であるかすでに着色しているかによって、その効果が異なる。特に、重炭酸第一鉄の場合、溶存酸素が少ないことから、磁化処理を行っても、水酸化第二鉄のように３価の鉄イオンが少ないので、マグネタイトを構成させることが難しい。
【００１７】
また、浅い井戸の場合は、深井戸からの揚水に比べて溶存酸素が含まれているので、ある程度の磁化処理の効果があるものの、十分ではない。
【００１８】
地下水を農業用に使用する場合、鉄分そのものは作物の生育に悪影響をおよぼすことはないが、鉄分が含まれていると配管や水栓、スプリンクラーなどの目詰まりの原因となる。
【００１９】
また、寒冷地などで、ビニール栽培を行っている場合、地下水を冬季の暖房の一助とするためにビニールの上から地下水をかけることがあるが、ビニールが鉄分の赤錆によって着色してしまい、温室の効果が損なわれてしまう問題点がある。
【００２０】
これらの問題点のため、コスト高となる水道水や農業用水を利用している。
【００２１】
又、地下水に、重炭酸マンガン、重炭酸カルシウム、重炭酸ナトリウム等の重炭酸塩の化合物が含まれている場合でも、配管や水栓、スプリンクラーなどの目詰まりの原因となる。
【００２２】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その課題は、地下水から鉄分や重炭酸塩の化合物の除去が行なえる地下水処理方法及び装置を提供することにある。
【００２３】
尚、本願出願人は、先行技術文献を調査したが、地下水のような溶存酸素量が少ない水の磁化処理に関する技術文献情報を見出せなかった。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する請求項１記載の発明は、鉄分、重炭酸塩の化合物のうち少なくとも一方を含む地下水にオゾンを混合し、オゾンが混合された地下水を磁化処理する、ことを特徴とする地下水処理方法である。
【００２５】
地下水にオゾンを混合することにより、オゾンの酸化力により、鉄分、重炭酸塩の化合物の酸化が促進される。
【００２６】
そして、磁化処理を行なうことで、地下水のポテンシャルエネルギーが高められ、鉄分の場合はマグネタイトが、重炭酸塩、例えば、重炭酸カルシウムの場合は、炭酸カルシウムが生成され、フィルタ等を用いて容易に除去できる。
【００２７】
又、オゾンを混合することにより、鉄バクテリアが繁殖しづらくなり、磁化処理することにより水酸化第二鉄の水和性が向上するので、配管内部やノズルなどに水酸化第二鉄が付着しづらくなる。よって、たとえマグネタイトまで生成されなくても、配管や水栓、スプリンクラーなどの目詰まりを防止できる。
【００２８】
更に、地下水にオゾンを混合することにより、地下水に殺菌力が加わり、農業分野などでは、農薬の低減化を図ることもできる。
【００２９】
ここでオゾンと、鉄分、重炭酸化合物との反応速度を高める観点より、オゾンはオゾン水の形態で混合するのが望ましい。
【００３０】
請求項２記載の発明は、前記オゾンがオゾンガスの場合、磁化処理した地下水を撹拌することを特徴とする請求項１記載の地下水処理方法である。
【００３１】
オゾンとしてオゾンガスを用いた場合、オゾン水を用いた場合に比べ、地下水内の鉄分、重炭酸化合物の反応速度が遅くなるが、磁化処理した地下水を撹拌することで、オゾンと、鉄分、重炭酸化合物との充分な反応を得ることができる。
【００３２】
請求項３記載の発明は、鉄分、重炭酸塩の化合物のうち少なくとも一方を含む地下水にオゾンを混合するオゾン混合手段と、該オゾン混合手段でオゾンが混合された地下水を磁化処理する磁化処理手段と、を有することを特徴とする地下水処理装置である。
【００３３】
オゾン混合手段で地下水にオゾンを混合することにより、オゾンの酸化力により鉄分、重炭酸塩の化合物の酸化が促進される。
【００３４】
そして、磁化処理手段で磁化処理を行なうことで、地下水のポテンシャルエネルギーが高められ、鉄分の場合はマグネタイトが、重炭酸塩、例えば、重炭酸カルシウムの場合は、炭酸カルシウムが生成され、フィルタ等を用いて容易に除去できる。
【００３５】
又、オゾンを混合することにより、鉄バクテリアが繁殖しづらくなり、磁化処理することにより水酸化第二鉄の水和性が向上するので、配管内部やノズルなどに水酸化第二鉄が付着しづらくなる。よって、たとえマグネタイトまで生成されなくても、配管や水栓、スプリンクラーなどの目詰まりを防止できる。
【００３６】
更に、地下水にオゾンを混合することにより、地下水に殺菌力が加わり、農業分野などでは、農薬の低減化を図ることもできる。
【００３７】
ここでオゾンと、鉄分、重炭酸化合物との反応速度を高める観点より、オゾンはオゾン水の形態で混合するのが望ましい
請求項４記載の発明は、前記オゾンがオゾンガスの場合、磁化処理した地下水を撹拌する撹拌手段、
を有することを特徴とする請求項３記載の地下水処理装置である。
【００３８】
オゾンとしてオゾンガスを用いた場合、オゾン水を用いた場合に比べ、地下水内の鉄分、重炭酸化合物の反応速度が遅くなるが、撹拌手段で磁化処理した地下水を撹拌することで、オゾンと、鉄分、重炭酸化合物との充分な反応を得ることができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
次に図面を用いて本発明の実施の形態例を説明する。本実施の形態例は、鉄分を含んだ地下水の処理装置である。図１は、実施の形態例の地下水処理装置の構成図である。
【００４０】
最初に、メインラインＡを説明する。メインラインＡの最初には、オゾン混合手段１が設けられる。オゾン混合手段１は、エアポンプ３と、エアポンプ３から吐出された空気をオゾンガスとするオゾナイザー５と、地下水とオゾナイザー５からのオゾンガスとを混合する混合器７とからなっている。地下水は第１逆止弁９を介して混合器７に至るようになっている。
【００４１】
オゾン混合手段１に続いて、オゾン混合手段１でオゾンが混合された地下水を磁化処理する磁化処理手段１１である磁化処理装置１３が設けられている。尚、オゾン混合手段１と磁化処理手段１１とは、できるだけ近づけて配置することが望ましい。
【００４２】
磁化処理手段１１に続いて、磁化処理された地下水を撹拌する撹拌手段２１が配置される。撹拌手段２１は、撹拌タンク２３と、排気弁２５と、撹拌タンク２３の下部に溜まったドレインを外部に放出するドレイン弁２７とから構成される。
【００４３】
撹拌手段２１に続いて、沈砂タンク３１、ろ過フィルタ４１、ドレイン弁５３を有する貯水タンク５１の順に設けられる。
【００４４】
そして、貯水タンク５１に貯留された地下水は給水ポンプ６１によりくみ出され、活性炭吸着層７１を介して処理水として供給される。
【００４５】
又、メインラインＡのろ過フィルタ４１と貯水タンク５１との間には、第１弁（電動弁）８３が設けられ、メインラインＡの沈砂タンク３１とろ過フィルタ４１との間には、第３逆止弁８５が設けられている。
【００４６】
本実施の形態例では、貯水タンク５１に貯留された地下水を循環ポンプ５５にて戻す循環ラインＢと、循環ラインＢから分かれる逆洗浄ラインＣとが設けられている。循環ラインＢの終端側は第２逆止弁８１を介して、メインラインの第１逆止弁９とオゾン混合手段１との間に接続されている。
【００４７】
逆洗浄ラインＣは、第２弁（電動弁）８７を介して、メインラインＡのろ過フィルタ４１と第１弁８３との間に接続されている。そして、メインラインＡの第３逆止弁８５とろ過フィルタ４１との間から枝分かれし、第３弁（電動弁）８９を介して外部に開放されている。
【００４８】
次に、上記構成の装置の動作を説明する。
【００４９】
鉄分を含んだ地下水は、オゾン混合手段１でオゾンガスが混合され、磁化処理手段１１で磁化処理がなされ、地下水のポテンシャルエネルギーが高められる。
【００５０】
本実施の形態例の装置はオゾンガスを用いているので、鉄分の反応が遅いが、撹拌手段２１で撹拌されることにより、オゾンと、鉄分との充分な反応を得ることができる
そして、沈砂タンク３１で水酸化第二鉄までなった鉄分や地下水内の砂等が沈下することにより除去され、ろ過フィルタ４１で鉄分が除去され、貯水タンク５１に貯留される。
【００５１】
貯水タンク５１に一旦貯留された地下水は、実際に利用されるまでの間、再び循環ポンプ５５によって循環ラインＢを介して、オゾン混合手段１へ戻され、まだ水酸化第一鉄や重炭酸第一鉄の状態で残っている鉄分を水酸化第二鉄になるまで反応させるようにしている。
【００５２】
このようにすることにより、貯水タンク５１では、徐々にマグネタイトが形成される。
【００５３】
尚、撹拌タンク２３のドレイン弁２７を開けることで、撹拌タンク２３の底部に溜まった水酸化第二鉄までなった鉄分や地下水内の砂を外部に放出できる。又、沈砂タンク３１のドレイン弁３３を開けることで、沈砂タンク３１の底部に溜まった水酸化第二鉄までなった鉄分や地下水内の砂を外部に放出できる。
【００５４】
第１弁８３を閉め、第２弁８７を開け、第３弁８９を開け、循環ポンプ５５を駆動することで、ろ過フィルタ４１の逆洗浄が行なえる。
【００５５】
このような構成によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）地下水にオゾン混合手段１でオゾンを混合することにより、オゾンの酸化力により、地下水内の鉄分の化合物の酸化が促進される。
【００５６】
そして、磁化処理手段１１で磁化処理を行なうことで、地下水のポテンシャルエネルギーが高められ、マグネタイトが生成され、フィルタ等を用いて容易に除去できる。
【００５７】
オゾンとしてオゾンガスを用いた場合、オゾン水を用いた場合に比べ、地下水内の鉄分の反応速度が遅くなるが、撹拌手段２１で磁化処理した地下水を撹拌することで、オゾンと、鉄分、重炭酸化合物との充分な反応を得ることができる。
（２）地下水にオゾンを混合することにより、鉄バクテリアが繁殖しづらくなり、磁化処理することにより水酸化第二鉄の水和性が向上するので、配管内部やノズルなどに水酸化第二鉄が付着しづらくなる。よって、たとえマグネタイトまで生成されなくても、配管や水栓、スプリンクラーなどの目詰まりを防止できる。
（３）地下水にオゾンを混合することにより、地下水に殺菌力が加わり、農業分野などでは、農薬の低減化を図ることもできる。
【００５８】
尚、本発明は、上記実施の形態例に限定するものではない。上記実施の形態例で用いた地下水は鉄分を有するものであったが、他に、重炭酸塩などの化合物を構成する金属類についても、鉄同様の効果が得られる。
【００５９】
たとえば、重炭酸カルシウムの場合、本発明の装置にて、磁化処理にて炭酸カルシウムに、さらにオゾン処理にて水酸化カルシウムとして水中に析出させ、活性炭吸着やろ過処理にてこれを除去することができる。
【００６０】
【実施例】
本願発明者は、２ヶ月程度で配管や水栓、スプリンクラーなどが目詰まりを起こす地下水に、実施の形態例の構成の地下水処理装置を取り付け、約１年間実験を行ない、以下のような効果を得ることができた。
（１）装置設置時点で、スプリンクラーは、既にいくつか目詰まりを起こしていたが、新たに目詰まりを起こした個所はない。
（２）既に目詰まりを起こしていた穴（吐出口）のいくつかは、回復（目詰まりが解消）したものもある。
（３）装置を設置する前は、スプリンクラー下部の土壌が鉄分で赤くなっていたが、現在は、土壌本来の色である。
【００６１】
【発明の効果】
以上述べたように請求項１記載の本発明によれば、　地下水にオゾンを混合することにより、オゾンの酸化力により、鉄分、重炭酸塩の化合物の酸化が促進される。
【００６２】
そして、磁化処理を行なうことで、地下水のポテンシャルエネルギーが高められ、鉄分の場合はマグネタイトが、重炭酸塩、例えば、重炭酸カルシウムの場合は、炭酸カルシウムが生成され、フィルタ等を用いて容易に除去できる。
【００６３】
又、オゾンを混合することにより、鉄バクテリアが繁殖しづらくなり、磁化処理することにより水酸化第二鉄の水和性が向上するので、配管内部やノズルなどに水酸化第二鉄が付着しづらくなる。よって、たとえマグネタイトまで生成されなくても、配管や水栓、スプリンクラーなどの目詰まりを防止できる。
【００６４】
更に、地下水にオゾンを混合することにより、地下水に殺菌力が加わり、農業分野などでは、農薬の低減化を図ることもできる。
【００６５】
請求項２記載の発明によれば、オゾンとしてオゾンガスを用いた場合、オゾン水を用いた場合に比べ、地下水内の鉄分、重炭酸化合物の反応速度が遅くなるが、磁化処理した地下水を撹拌することで、オゾンと、鉄分、重炭酸化合物との充分な反応を得ることができる。
【００６６】
請求項３記載の発明によれば、オゾン混合手段で地下水にオゾンを混合することにより、オゾンの酸化力により鉄分、重炭酸塩の化合物の酸化が促進される。
【００６７】
そして、磁化処理手段で磁化処理を行なうことで、地下水のポテンシャルエネルギーが高められ、鉄分の場合はマグネタイトが、重炭酸塩、例えば、重炭酸カルシウムの場合は、炭酸カルシウムが生成され、フィルタ等を用いて容易に除去できる。
【００６８】
又、オゾンを混合することにより、鉄バクテリアが繁殖しづらくなり、磁化処理することにより水酸化第二鉄の水和性が向上するので、配管内部やノズルなどに水酸化第二鉄が付着しづらくなる。よって、たとえマグネタイトまで生成されなくても、配管や水栓、スプリンクラーなどの目詰まりを防止できる。
【００６９】
更に、地下水にオゾンを混合することにより、地下水に殺菌力が加わり、農業分野などでは、農薬の低減化を図ることもできる。
【００７０】
請求項４記載の発明によれば、オゾンとしてオゾンガスを用いた場合、オゾン水を用いた場合に比べ、地下水内の鉄分、重炭酸化合物の反応速度が遅くなるが、撹拌手段で磁化処理した地下水を撹拌することで、オゾンと、鉄分、重炭酸化合物との充分な反応を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態例の地下水処理装置の構成図である。
【符号の説明】
１　オゾン混合手段
１１　磁化処理手段
２１　撹拌手段
【図１】
2004097875.tif 000003