(57)【要約】【課題】井戸水脈同時多段採水配水システム及びその装置の提供。【解決手段】採水可帯水層として複数乃至多段水脈を備えた採水井戸に於いて、少なくとも二段の採水域を設けて個々に採水し、次いで直接配水するか或いは必要に応じ処理を施した後、配水することを特徴とする井戸水同時多段採水配水システム及びその装置である。この時、該複数乃至多段水脈よりの夫々の採水井戸より得られた原水の水質を制御して得た製水を供給するか或いは市水の供給により、予め定めた採水目的井戸の不測事態に対応し代替供給体制を備えることが出来る。本発明の多段井戸よりの給水装置を形成するには、夫々の採水域に対応してなる異型管体より構成される井戸管と此れに収容され各水帯域を隔離封着せるポンプケーシングを用いて井戸水同時多段採水配水装置を製作可能である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
採水可帯水層として複数乃至多段水脈を備えた採水井戸に於いて、少なくとも二段の採水域を設けて個々に採水し、次いで直接配水するか或いは必要に応じ処理を施した後、配水することを特徴とする井戸水同時多段採水配水システム。
【請求項２】
該採水域で少なくとも一段の飲料水適質可域及び／又は不適質域から同時に採水することを特徴とする請求項１記載の井戸水同時多段採水配水システム。
【請求項３】
該採水域より個々に採水するに際し、特定部取水ストレーナー機能を設けた井戸管を採用することを特徴とする請求項１ないし２記載の井戸水同時多段採水配水システム。
【請求項４】
該複数乃至多段水脈よりの夫々の採水井戸より得られた原水の水質を制御して得た製水を供給するか或いは市水の供給により、予め定めた採水目的井戸の不測事態に対応し代替供給体制を備えることを特徴とする請求項１ないし３記載井戸水同時多段採水配水システム。
【請求項５】
上記請求項１ないし４に記載の各システムを用いるに際し、夫々の採水域に対応してなる異型管体より構成される井戸管を採用することを特徴とする井戸水同時多段採水配水装置。
【請求項６】
上記請求項１ないし４に記載の各システムを用いるに際し、夫々の採水域に対応してなる異型管体より構成される井戸管と且つ此れに収容され各水帯域を隔離封着せるポンプケーシングよりなることを特徴とする井戸水同時多段採水配水装置。
【請求項７】
上記請求項５ないし６に記載の各装置に於いて、夫々の採水域に対応してなる異型管体より構成される井戸管であって、且つ該管体内部に少なくとも１ケの周縁嵌着部を設け、此れに予め揚水管を挿入し固着した収着可能な内部遮水プレートを封着せしめることを特徴とする井戸水同時多段採水配水装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、採水可帯水層として複数乃至多段水脈を有する少なくとも一本の井戸より、目的別の水質を有する用水を同一或いは複数の水帯より得る、資源水の有効利用に関する新規な常時採水配水システム及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建設工事などでの湧水対策として、複数の井戸を掘り揚水を行うディープウエル工法、或いは比較的浅い地層の水位を対象とするウエルポイント工法など土木工事などで仮設工事手段として慣用されている。
一方、同様な目的とするが揚水コスト軽減などの面で複数の帯水層より層別揚水の装置として、特開平７−６２６９６号公報には、従来この分野ではフィルターやスクリーンが泥水などの細粒度分の付着による目詰まりなどに対するメンテナンス手段で対策面からの改良方法が提案されている。
【０００３】
一方、地下水のサンプリング方法として、単一井戸の複数の帯水層から選択的にサンプリングする施工法が特開平９−４１８６９号公報に発表されている。
この公報によれば、地下水の水質調査において従来深度の異なる帯水層からのサンプリングが多大の手間を要したが、この提案によればこれを容易にするために採水ケーシングの改良を施した内容である。
更に、地下水の汚染調査、地下水の保有熱エネルギーの調査並びに地盤掘削工事に伴う地下水処理などを目的として、地中に存在する複数の帯水層から地下水を個別に揚水する装置で、その中で採水時の遮水機構にも工夫が施された提案として、特開平１０−２５９７９７号公報に報じられている。
【０００４】
以上に例示を交え説明したとおり、これらはいずれも複数の地下水帯水層からの採水例を示しているものの、その目的は地下水の調査か土木工事絡みの揚水を対象としての提案であり、本発明はその目的及び構成並びに着眼点において基本的に異なる分野である。
即ち、本発明は水需要の多様化の時代、省エネ・省資源の見地から地下水を有効に活用するために、少なくとも１本の元井戸が保持する複数の地下水帯水層から目的を異にする利用水分野を開拓し、これを有効に資源として活用する新規な配水システム及びその装置に関するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、このような観点から上記目的を達成するため鋭意研究し、各用水の要求水質を検討し、例えば飲料水用水分野、中水用水分野、緑化・庭園用水分野と定めて、各帯水層からの用途分野別採水を第一の目的とするものである。即ち、飲料水用水分野としては水質的に有利な地下深度１５０〜２００ｍに存在する深層水帯の地下水、中水用水分野としては地下深度１００〜１２０ｍに存在する中間層水帯の地下水、緑化・庭園用水としては地下深度５０〜８０ｍに存在する表流水帯の地下水などが基本的には夫々好ましいことを突き止めた。
【０００６】
本発明の第二の目的は、上記の通り地下深度が異なれば地下水の水帯により有効採水量が異なり且つ水質も変動するが、適宜な方策による水処理を施し目標とする水質に改善することにより、使用目的範囲を拡大する事が出来る。また、同時に自己バックアップ体制を構築する事が可能となる。
即ち、これら夫々の地下水帯水層より得られる各種の地下水の中で、例えば適切な水処理手段を施す事により飲料水レベルにグレードアップする事により、少なくとも一つの同一起点で採水可能な複数の原水を活用して、自己バックアップ体制を構築出来る利点がある。
この様な目標の基に条件を取り入れ、且つ夫々の配水システムの基幹として組み込み、総合的な検討を全うした後に本願発明を完成した。
【０００７】
即ち、本発明の要旨とするところは、採水可帯水層として複数乃至多段水脈を備えた採水井戸に於いて、少なくとも二段の採水域を設けて個々に採水し、次いで直接配水するか或いは必要に応じ処理を施した後、配水することを特徴とする井戸水同時多段採水配水システム及びその装置にある。
【０００８】
また、上記採水域で少なくとも一段の飲料水適質可域及び／又は不適質域から同時に採水することを特徴とし、更には該採水域より個々に採水するに際し、特定部取水ストレーナー機能を設けた井戸管を採用することを特徴とする井戸水同時多段採水配水システムとするものである。
一方、上記複数乃至多段水脈よりの夫々の採水井戸より得られる原水は、水質に応じ適切な処理を施す事により他の目的の供給水に代替して供給可能であり、予め代替供給体制に設営した市水の供給とも相俟って、予め定めた目的採水井戸の不測事態に対応出来る緊急配水体制を備えることも本発明の特徴である。
【０００９】
本発明に於いて、採水可帯水層として複数乃至多段水脈を備えた採水井戸とは、対象となる採水可能な帯水層が存在する事が重要である。このために、予め地下深度のボーリング地質調査を行い、少なくとも電気検層器などによる探査で透水層と遮水層が明確に確認出来る事を前提とする。
通常の場合、水源として活用出来る地層の確認には、探査対象地点にてボーリングを行い地質調査と各深度における地質の比抵抗値（Ω・ｍ）を測定して作成したボーリング地質柱状図により採水可能な帯水層を類推することになる。
【００１０】
本発明で飲料水適質可域とは、対象とする採水可帯水層より採水した水質でそのまま飲用適質の水質が具備されている原水もあるが、何らかの水処理を施す事により飲用適質となる原水も存在する。本発明では、この様な飲用適質可の原水が採水出来る場合には何れも本発明の対象となる。
これと併行して、飲用適質可でない原水に於いては飲用不適質域の原水として飲用目的外の用水として活用するものである。更に、水処理を施さない飲用適質可原水についても、同様に飲用不適質な分野の用水として活用する事が出来る。
【００１１】
また本発明に於いては、複数乃至多段水脈よりの夫々の採水井戸より得られた原水水質を制御して得た製水を、当初の目的分野以外の用水に援用する事が出来る。この事は、言い換えれば例えば本来適当な水処理を施せば飲用適質可水と出来る採水原水であれば、例えば緊急時には処理水として目的以外である飲料水分野の用水に振り向ける事が出来る。
この様に、一本の採水井戸に於いても多段の有効水脈を活用することにより、水質面特に飲料水の分野で同一の井戸管内の採水範囲内で自己バックアップ体制を完備出来る点に本発明の特徴の一つがある。
【００１２】
本発明で、飲用適質可能な採水原水より飲料水を製水するには各種方式が採用されるがその代表例を示すと、微細孔濾過膜を主体とした濾材を組み込んだ精密濾過フィルターを採用した濾過装置により対処できる点に本発明の特徴の一つがある。
本発明で、飲用適質可能な採水原水より飲料水を製水するには各種方式が採用されるがその代表例を示すと、微細孔濾過膜を主体とした濾材を組み込んだ精密濾過フィルターを採用した濾過装置により対処できる。
具体的には、濾過膜の代表として有機膜ではポリスルホン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリルなどの素材を使用し、０．０５ないし０．３ミクロンの微細孔を有する各種中空糸膜やメンブレン膜などで構成されたフィルターユニットを対象とする事が出来る。
更に、必要に応じ低圧水銀ランプなどによる紫外線照射、オゾンや二酸化塩素による殺菌などの手段と併用することも可能で、場合により活性炭吸着システムを設けることも本願の対象となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以上に述べた本発明の井戸水脈同時多段採水並びに配水システムを、その代表構成例を図１乃至図５に示す手順を参照しながら以下の如く説明する。
図１は、地中に掘削したボーリング孔に異型井戸管を埋設した断面図の全体像と周辺地層模式図を示している。本図面に示すとおり、予め取得した調査ボーリ
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ングマシーンにて地下深度１３０ｍ（Ｌ４）のボーリング孔（Ｈ）を確保した。
これに層別取水を目的として、夫々の部分井戸管径として段階的に最上部内径
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（Ｔ３）鉄管とし、予め調査した各層長に調整加工し管体異型部に接合テーパー加工を施した。
一方、予め異型管体各部に装着する揚水管を挿入し固着した内部遮水プレート（図３に示すＫ１、Ｋ２）を収納可能とする為に、必要な付帯加工を管体内部に施した夫々の異径管体部分（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）を逐次嵌着溶接で接続固定し、本発明の異径ケーシング（Ｃ）を構成した。
【００１４】
図１に於いて、符号アは第１水帯部、イは第２水帯部、ウは第３水帯部の夫々独立の水帯部を示す。
異径ケーシング（Ｃ）の周辺は、遮水処置とし第１水帯部深度方向に漸次第３水帯部に掛け地面表層埋め戻し部（１−０’）、遮水埋め戻し部として主としてベントナイト材を使用して第１遮水加工（１−１’）、第２遮水加工（１−２’）、第３遮水加工（１−３’）を施している。
また、透水処置としては砂利埋め戻しとし、第１透水加工（２−１’）、第２透水加工（２−２’）、第３透水加工（２−３’）を施した。
【００１５】
又、図１に於いて示される記号は、地表面（ＧＬ）表層部（１−０）、第１遮水層（１−１）、第２遮水層（１−２）、第３遮水層（１−３）を示し、帯水層としては第１帯水層（２−１）、第２帯水層（２−２）、第３帯水層（２−３）、第４帯水層（２−４）を夫々示している。
更に、図１に於いて、地下深度方向に第１層目の遮水層（１−１）は地下約４０ｍ（Ｌ１）に位置し、層の厚さは約６ｍ、第２層目の遮水層（１−２）は地下約７６ｍ（Ｌ２）に位置し、厚の厚さは約１０ｍ、第３層目の遮水層（１−３）地下約１１４ｍに位置し、層の厚さは約１６ｍを示した。
同図で異型ケーシング（Ｃ）のＣ１部（ア）はストレーナ（Ｇ１）を通じ帯水層（２−１）内の自由水にて充満される。Ｃ２部（イ）及びＣ３部（ウ）には夫々のストレーナ（Ｇ２及びＧ３）を通じ帯水層（２−２及び２−３）内の被圧水にて充満される。
【００１６】
図２は、揚水ポンプケーシングとポンプの設置施工断面図と周辺地層模式図を示す。
図２では、遮水シール盤（Ｋ１及びＫ２）に井戸管（Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３）を挿入し、異型ケーシング（Ｃ）との間隙を水管シール剤（Ｓ１及びＳ２）にて内管部を処置した。
この各異径管体部分（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）には夫々導入水口としてストレーナー（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３）を設け、夫々各井戸管内に水中ポンプ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）を設営した。
かくして、１本の井戸より夫々独立の三段にわたる取水域としてア、イ、ウを形成した。
【００１７】
この設定で、夫々の各水域にて採水される用水を、本実施例で以下に示す５図で説明する通り、アは深度５０ｍ深度水帯より無濾過の散水用水とし、ウは１００ｍ深度水帯より前濾過処理を施した後に中水用水とし、ウは１５０ｍ深度水帯より高度処理後飲料用水に活用する事が出来た。
図３は、本発明の実施例で、異型ケーシング（Ｃ）内に挿入する３本の各揚水ポンプケーシングをセットした状態の斜視図を示したものである。同図に於いて、３本の揚水ポンプケーシングは、第１水帯部の揚水ポンプケーシング（Ｎ１）、第２揚水ポンプケーシング（Ｎ２）、第３揚水ポンプケーシング（Ｎ３）でこれらのケーシングを束ねたものを示している。
【００１８】
図４の（イ）図は、第３図に於けるＩ−Ｉ’断面図を示し、（ロ）図は第３図に於けるＩＩ−ＩＩ’断面図を示す。
図３に於いて示される部分図は、揚水ケーシングを予め遮水シール盤（Ｋ１、Ｋ２）に固定してプレハブ機材としたものである。
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図５は本発明の実施例で、（イ）図は第１水帯部（ア）の深度５０ｍ深度水帯より散水用水を得る為に原水を無濾過にて使用する例、（ロ）図は第２水帯部（イ）１００ｍ深度水帯より中水用水を得る為に前濾過処理を施して使用する例を示したものである。
（ハ）図は、第３水帯部（ウ）１５０ｍ深度水帯より飲料用水を得る為に高度処理を施して使用する例を示したものである。
【００１９】
図５に於いて、ケーシング（Ｃ）内の各水帯部に設置した井戸ポンプ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）により揚水された原水ａ、ｂ、ｃは、夫々一旦原水バルブ（Ｖ）にて調整した後、用途目的に応じて（イ）、（ロ）、（ハ）に示す模式図にある如く水処理或いは無処理にて夫々に適応する水質である製水ａ’、ｂ’、ｃ’を得た。
図５で、Ｃは異型ケーシング、Ｖは原水バルブ、Ｐ１は第１水帯部井戸ポンプ、Ｐ２は第２水帯部井戸ポンプ、Ｐ３は第３水帯部井戸ポンプを示している。Ｐ５、Ｐ６はいずれも原水ポンプを示し、Ｐ４、Ｐ７、Ｐ８は夫々配水ポンプを示している。
また、５図に於いて３０は原水槽、３１は濾過塔、３２は膜濾過装置、３３は濾過水槽、３４は滅菌剤注入器を夫々指称している。
上記の設営に基ずき、此れを活用して以下の通り本発明を実施した。
【００２０】
【実施例】
実施例１
図２に示す夫々の井戸ポンプＰ１に５．５ＫＷの水中ポンプ、Ｐ２に５．５ＫＷの水中ポンプ、Ｐ３に５．５ＫＷの水中ポンプを取り付け、夫々毎分１００Ｌ／分、１００Ｌ／分、８０Ｌ／分にて夫々の井戸原水を汲み上げた。いずれも外見では透明な原水が得られている。図５のフローシートに示すシステムに従い、いずれの工程にも２００リットルの薬品タンクに１２％の次亜塩素酸ソーダ溶液を用意し、１６Ｗの薬品注入ポンプにて夫々の原水ポンプに連動して滅菌剤が注入されるようにセットされている。
第１水帯の原水以外は、滅菌処理と併行して水処理を施した。従って、第１水帯部（ア）の原水は、井戸ポンプ（Ｐ１）にて汲み上げた後原水槽に受け１．５ＫＷの配水ポンプ（Ｐ４）にて送水した。
【００２１】
又、第２水帯部（イ）の原水は、井戸ポンプ（Ｐ２）にて汲み上げた後原水槽に受け、更に１．５ＫＷの原水ポンプ（Ｐ５）にて砂濾過槽に移送して濾過処理後、処理水槽に導入し１．５ＫＷの配水ポンプ（Ｐ７）にて送水した。この状態にて連続２４時間運転を行い処理前後のサンプル水を採取した。
更に、第３水帯部（ウ）の原水は、井戸ポンプ（Ｐ３）にて汲み上げた後原水槽に受け、更に１．５ＫＷの原水ポンプ（Ｐ６）にて砂濾過槽並びに膜処理装置に移送して連続的に粗濾過及び精密高度濾過処理後、処理水槽に導入し１．５ＫＷの配水ポンプ（Ｐ８）にて送水した。
この状態にていずれも連続２４時間運転を行い、第１水帯部を除き原水処理前後のサンプル水を採取し夫々サンプル水を分析した結果を下記の表１に示した。
【００２２】
【表１】
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上記表１に於いて、＊５２０は第１水帯（５０ｍ）域の汲み上げ時の原水水質を示したものであるが、原水槽にて滅菌処理を施した後の一般細菌は０を示した。
【００２３】
表１の結果から、本発明の第１の目的とする飲料水用水分野、中水用水分野、緑化・庭園用水が１本の井戸水で達成出来る事、しかも例えば飲料水分野の水質の給水に於いても、同一井戸の複数水帯域よりの採水により交互に代替可能であることをも確認する事が出来た。
これらの実態は１本の井戸により、本発明の第２の目的とする緊急時のバックアップ体制を組める可能性を示している点で十分に達成可能であり、更には従来行われていない水資源を有効に活用出来る点で極めて有用な発明である。
【００２４】
本発明の第一の特徴は、省エネ省資源にして小スペースながら大量の多目的井戸水の供給が可能となる点にあり、従来では行われていない１本の井戸にて数本の井戸に匹敵する利点がある。
更に、第二の特徴として同一系内にて互いの原水水質を予め検討し、代替可能な処理体制を構築する事により緊急時にも有用な自己バックアップが可能となる点である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、新規な井戸水供給システムに関するもので、１本の基井戸にて複数の帯水域を設け、夫々独立に採水し必要に応じ水処理を施し配水するものである。
この方式により、複数の目的別需要に対応出来る点に特徴を有する。例えば、飲料水と散水用とか、中水用と散水用など原水の水質により設定出来、必要に応じ適切な水処理を施し上位の水質に改善し供給する事が可能となる。
また、同一井戸からの供給水間で水質のコントロール範囲内で当初の目的外の用途に変更可能となれば緊急時のバックアップ体制が可能となる。
天然資源としての井戸水を有効に活用出来る点で極めて有用な発明である。
従って、本発明の効用は工業的に極めて著大であるものと確信する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例で、地中に掘削したボーリング孔に異型井戸管を埋設した断面図の全体像と周辺地層模式図を示したものである。
【図２】本発明の実施例で、揚水ポンプケーシングとポンプの設置施工断面図と周辺地層模式図を示したものである。
【図３】本発明の実施例で、異型ケーシング内に挿入する３本の各揚水ポンプケーシングをセットした状態の斜視図を示したものである。
【図４】イ図は、第３図に於けるＩ−Ｉ’断面図を示し、ロ図は第３図に於けるＩＩ−ＩＩ’断面図を示す。
【図５】本発明の実施例で、イ図は５０ｍ深度水帯より散水用水を得る為に原水を無濾過にて使用する例、ロ図は１００ｍ深度水帯より中水用水を得る為に前濾過処理を施して使用する例を示し、ハ図は、１５０ｍ深度水帯より飲料用水を得る為に高度処理を施して使用する例を示したフローシートである。
【符号の説明】
ａ、ｂ、ｃ  原水
ａ’、ｂ’、ｃ’  製水
Ｃ  異型ケーシング
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３  異径管体部分
Ｄ  掘削径
ＧＬ  地表面
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３  ストレーナー
Ｈ  ボーリング孔
Ｋ１、Ｋ２  遮水シール盤
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４  地下深度
Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３  揚水ポンプケーシング
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３  井戸ポンプ
Ｐ５、Ｐ６  原水ポンプ
Ｐ４、Ｐ７、Ｐ８  配水ポンプ
Ｓ１、Ｓ２  水管シール剤
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３  鉄製井戸管径
ｔ  ポンプケーシング径
Ｖ  原水バルブ
１−０  表層部
１−０’  表層埋め戻し部
１−１、１−２、１−３  遮水層
１−１’、１−２’、１−３’  遮水加工
２−１、２−２、２−３、２−４  帯水層
２−１’、２−２’、２−３’、２−４’  透水加工
３０  原水槽
３１  濾過塔
３２  濾過装置
３３  濾過水槽
３４  滅菌剤注入器
ア  第１水帯部
イ  第２水帯部
ウ  第３水帯部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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