(57)【要約】【課題】  海底トンネル等の地下構造物において、該地下構造物を流れる排水中に含有する塩化物イオン等の鋼材劣化促進物を除去する。【解決手段】  海底トンネル１に設けられる排水溝１ａの途中位置である位置Ｄから汲み上げた漏水から蒸留装置５によって蒸留して水に含まれる塩化物イオン等の鋼材劣化促進物を分離回収し、該分離した水は排水流路中の前記汲み取り位置よりも上流の位置Ｃに還流して排水の希釈をする一方、濃縮した塩化物イオン等の鋼材劣化促進物は蒸留装置５から取り出して除去する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材劣化促進物を含有する水が排水として流れる構造物において、前記排水流路を流れる漏水の汲み取ったものを蒸留する蒸留装置を設けて鋼材劣化促進物を水から分離回収し、該分離した水は排水流路中に還流し、濃縮した鋼材劣化促進物は蒸留装置から取り出して除去するようにしたことを特徴とする排水中の鋼材劣化促進物の除去方法。
【請求項２】
鋼材劣化促進物を含有する水が排水として流れる構造物において、前記排水流路を流れる漏水の汲み取ったものを逆浸透圧処理する逆浸透膜装置を設けて鋼材劣化促進物を水から分離回収し、該分離した水は排水流路中に還流し、濃縮した鋼材劣化促進物は逆浸透膜装置から回収するようにしたことを特徴とする排水中の鋼材劣化促進物の除去方法。
【請求項３】
請求項１または２において、水の排水流路中への還流は、蒸留装置または逆浸透膜装置の漏水汲み取り位置よりも上流側であることを特徴とする排水中の鋼材劣化促進物の除去方法。
【請求項４】
請求項１において、蒸留して得た水蒸気の冷却を、汲み取られた排水で行うようにしたことを特徴とする排水中の鋼材劣化促進物の除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば海底トンネル等の構造物に設けられ、鋼材劣化の促進物である塩化物イオン等の鋼材劣化促進物を含む水（水溶液）が流れる排水流路での鋼材劣化促進物の除去方法の技術分野に属するものである。
【背景技術】
【０００２】
こんにち、地下水面や海面より低い位置にトンネルやボックスカルバート等の地下構造物を築造することが頻繁に行われ、このような地下構造物に鋼材が露出する状態で設けられることがある。そしてこのような鋼材のなかには、例えば地下水に海水を含有する漏水（以下「海水含有漏水」という。）が継続的（定常的）に付着するものがあり、このような場合、鋼材は、漏水含有物である海水が付着することにより、さらに詳しくは、海水中の塩化物イオンの付着により劣化（腐食）していくことになる。そして塩化物イオンのような鋼材劣化促進物を含む水が鋼材に付着した場合における腐食の電気化学的な仕組みは次のものと考えられる。まず鋼材が腐食するには、酸化剤である溶存酸素の付着溶液中での存在が前提で、該存在する溶存酸素により水が付着している部分の鋼材の表面に電気的な偏りが生じ、付着している水によって電子が輸送され、これにより鉄イオン（鉄（ＩＩ）イオン（Ｆｅ２＋）や鉄（ＩＩＩ）イオン（Ｆｅ３＋））が鋼材表面に生成する。ここで付着水に多量の塩化物イオンが溶解していると、該塩化物イオンが前記生成した鉄イオンに配位して鉄のクロロコンプレックスを生成することになって水に溶けにくい鉄の水酸化物の生成を妨害する。鉄のクロロコンプレックスは水に溶け易く、かつ、水中に安定に存在することから、前記生成した鉄のクロロコンプレックスは付着水に溶け出していくことになり、この結果、鋼材は、鉄の水酸化物による表面被覆がなされて保護されるようなことがなく、常に新鮮な腐食表面が腐食環境中に暴露され続けることになる。そして通常の環境下では漏水中には溶存酸素が十分に存在していることから、結果的に、漏水に曝露され続ける鋼材は、前記生成した鉄のクロロコンプレックスが継続的（連続的）に漏水中に溶け出すことになってやせ細り状態で腐食し、劣化が進行していくことになる。
このような鋼材劣化を抑制するためには鋼材劣化促進物である塩化物イオンを除去すればよく、このようなものして、例えばイオン交換樹脂を用いて塩化物イオンを除去するものが知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平８−２１５６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところがイオン交換樹脂を用いる場合、イオン交換樹脂を頻繁（ほとんど毎日）に交換し、再生する必要があり、この際、塩酸と水酸化ナトリウムの供給設備が必要になって装置自体が大型化するという問題があり、ここに本発明の解決すべき課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、鋼材劣化促進物を含有する水が排水として流れる構造物において、前記排水流路を流れる漏水の汲み取ったものを蒸留する蒸留装置を設けて鋼材劣化促進物を水から分離回収し、該分離した水は排水流路中に還流し、濃縮した鋼材劣化促進物は蒸留装置から取り出して除去するようにしたことを特徴とする排水中の鋼材劣化促進物の除去方法である。
請求項２の発明は、鋼材劣化促進物を含有する水が排水として流れる構造物において、前記排水流路を流れる漏水の汲み取ったものを逆浸透圧処理する逆浸透膜装置を設けて鋼材劣化促進物を水から分離回収し、該分離した水は排水流路中に還流し、濃縮した鋼材劣化促進物は逆浸透膜装置から回収するようにしたことを特徴とする排水中の鋼材劣化促進物の除去方法である。
請求項３の発明は、請求項１または２において、水の排水流路中への還流は、蒸留装置または逆浸透膜装置の漏水汲み取り位置よりも上流側であることを特徴とする排水中の鋼材劣化促進物の除去方法である。
請求項４の発明は、請求項１において、蒸留して得た水蒸気の冷却を、汲み取られた排水で行うようにしたことを特徴とする排水中の海水成分の除去方法である。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１の発明、あるいは請求項２の発明にすることで、塩化物イオンのような鋼材劣化促進物を排水から簡単に除去することができて、鋼材の劣化を抑制できることになる。しかも回収した水を排水に還流することで、排水中の鋼材劣化成分の絶対濃度を低くできて、劣化促進を抑制することになる。
請求項３の発明にすることで、排水の汲み取り位置より上流側から該排水を希釈できることになって鋼材の腐食低減を確実に達成できることになる。
請求項４の発明にすることで、蒸気となった水の冷却を、汲み取る排水を有効に利用して冷却できる一方、蒸留すべく汲み取った水の温度を高めることができてエネルギー効率が向上し、コストダウンが達成できることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
次に、本発明の第一の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は既存の海底トンネルの概略縦断面図であって、該海底トンネルは、本坑１および作業坑２を有し、そのうちの本坑１は、陸地にトンネル出入口が設けられ、トンネルの中間に向かうほど深くなるようにしてトンネル途中にこう配変更点を有する略Ｖ字形の傾斜構造で築造されている。これに対して作業抗２は、前記本坑１の最深位置をこう配変更点として坑口に至るほど深くなるよう傾斜した略逆Ｖ字形に築造され、そして各坑口側の地上位置においてたて坑３および４が築造されている。前記本坑１および作業坑２には漏水を排出するための排水溝１ａがそれぞれ設けられている。
【０００７】
図１に示す本坑１の位置Ａは、排水溝１ａを流れる排水の塩化物イオンの濃度が、それよりも出入口側の排水に対して急激に濃くなった位置で、海水含有漏水が排水溝１ａに流れ始める位置であると認められるものであり、また位置Ｂは、前述したこう配変更点、位置Ｃは位置Ａと位置Ｂとの中間位置である。そして、前記位置Ａ、ＢおよびＣでの排水溝１ａを流れる漏水の流量（ｍ３  ｄａｙ−１：メートルの３乗  日のマイナス１乗）を三角ぜき法にて測定した。さらに位置Ｃおよび位置Ｂでの漏水中の塩化物イオンの濃度を測定したところ、５３０μｇ  ｍＬ−１（マイクログラム  ミリリットルのマイナス１乗）、３２００μｇ  ｍＬ−１であった。そして地下水にもともと含まれる塩化物イオンは僅かであることから無視し、また漏水中の塩化物イオンは全て海水由来物であると仮定し、前記測定結果から、位置Ｃおよび位置Ｂを通過する１日あたりの塩化物イオンの総流下量はそれぞれ１１４×１０６ｇ（グラム）と８０３×１０６ｇであることが算出され、トンネル深部ほど塩化物イオンの量が多いことが確認された。
【０００８】
そこで本実施の形態では位置ＢおよびＣの中間位置Ｄに蒸留装置５を設けたが、該蒸留装置５は、図２に示すごとく、漏水（排水）を貯留する貯留タンク６、ヒーター７ａを有して漏水の蒸留をする蒸留タンク７、トラップした水を貯留するトラップ水タンク８、そして蒸留残渣である濃縮液を貯留する濃縮液貯留タンク９とを備えて構成されるが、これらは次のような配管構成となっている。
【０００９】
まず、前記中間位置Ｄの排水溝１ａを流れる漏水（必要に応じて一部、全部の何れの漏水でも良い）はポンプ１０ａが設けられた配管１０を経由して貯留タンク６に供給されて貯留され、該貯留された漏水はポンプ１１ａが設けられた配管１１を経由して蒸留タンク７に供給されるようになっている。
一方、前記蒸留タンク７で蒸発した蒸気は配管１２を経由して貯留タンク６に設けた冷却器（ラジエーター）１３内に供給される。そして冷却器１３に供給された蒸気は前記貯留した漏水によって冷却され、トラップされた水は、ポンプ１４ａが設けられた配管１４を経由してトラップ水タンク８に供給されて貯留し、該貯留したトラップ水は、第四ポンプ１５ａが設けられた配管１５を経由して位置Ｃに運ばれ、ここで排水溝１ａに還流される。なお、冷却器１３は配管１３ａを経由して外気（トンネル内の空気でも良い）に通じている。尚、冷却器１３において、１３ｂは水のトラップパン、１３ｃは空気溜りである。
【００１０】
また、前記蒸留タンク７には蒸留残渣として海水成分が濃縮されるが、該濃縮したものは結晶が析出する前に、ポンプ１６ａが設けられた配管１６を経由して残渣タンク９に供給されて貯留し、該貯留した残渣はポンプ１７ａが設けられた配管１７を経由して外部（作業坑２の排水溝であっても良い）に排出される。尚、１６ｂは配管１６のポンプ１６ａより上手側に設けられる開閉弁であって、残渣を排出するときのみ開放するものである。
【００１１】
叙述の如く構成された本発明の第一の実施の形態において、本坑１における前記中間位置Ｄの排水溝１ａを流れる漏水は、一旦、貯留タンク６に貯留されたものが蒸留タンク７に供給され、ここで蒸留処理を施されることになる。従って、位置Ｄよりも下流側では塩化物イオンの絶対量が低減した漏水が流れることになる。
そして蒸発タンク７において蒸発して水蒸気となった水分は、前記貯留タンク６で冷却されて水となってトラップタンク８にトラップされ、該トラップされた塩化物イオンの除去されたほとんど蒸留水に近い水が位置Ｃに還流される。
【００１２】
この結果、位置Ｃ以下における漏水は、前記蒸留処理を受けた水が供給混合されることになって塩化物イオンの相対濃度が低減したものとなる。しかも蒸留処理によりほとんど純水に近くなったトラップ水は排水溝１ａに還流されるが、該還流位置が、蒸留のため漏水を汲み取る位置Ｄ（位置ＢとＣとのあいだの位置）よりも上流側の位置Ｃであるため、漏水は、該位置Ｃから下流側のものが希釈されることになって、鋼材の劣化促進を抑制する。
【００１３】
しかもこのものでは、前記蒸留した水蒸気の冷却を、排水溝１ａから汲み上げ貯留した漏水を有効に利用して行うため、専用の冷却装置が不要となって施設の簡略化、コストの削減が図れるばかりでなく、これから蒸留タンク７に供給されようとする貯留タンク６内の漏水を予備的に暖めることにもなって、蒸留タンク７における蒸留コストの削減も図れることになる。
【００１４】
次に、前記位置ＢとＣとの中間位置Ｄに逆浸透圧装置１８を設けた第二の実施の形態について説明する。逆浸透圧装置１８は、図３に示すごとく一対の逆浸透膜モジュール１９および２０を有するものであるが、さらに位置Ｄの排水溝１ａから汲み取った漏水を貯留する貯留タンク２１、漏水をろ過するろ過装置２２、該ろ過した漏水を前記逆浸透膜モジュール１９および２０に至る後述する配管の何れか一方に切換える二方向の切換え弁２３、各逆浸透膜モジュール１９および２０に漏水を高圧で送る高圧ポンプ２４および２５、逆浸透膜モジュール１９および２０により逆浸透圧処理されて得た水を貯留する被処理水貯留タンク２６、逆浸透膜モジュールにより濃縮処理された濃縮液を貯留する濃縮液貯留タンク２７、逆浸透膜モジュール１９および２０の洗浄液が貯留される洗浄液タンク２８、逆浸透膜モジュールを洗浄処理した洗浄処理済液を貯留する洗浄処理済液タンク２８ａとを備えて構成されるが、これらは次のような配管構成となっている。尚、図３は、一方の逆浸透膜モジュール１９にて漏水の逆浸透圧処理をし、他方の逆浸透膜モジュール２０では該モジュールを洗浄する回路として記載されている。
【００１５】
まず、位置Ｄの排水溝１ａを流れる漏水は、ポンプ２９ａを設けた配管を経由して貯留タンク２１に貯留され、該貯留された漏水は、ポンプ３０ａを設けた配管３０を経由してろ過装置２２に供給されて夾雑物（ゴミ等）が除去され、配管３１を経由して切換え器２３に供給される。切換え器２３は、該供給された漏水を逆浸透膜モジュール１９および２０に至る配管３２および３３の何れか一方に供給切換えができるものである。配管３２および３３には二方向の切換え器３２ａおよび３３ａ、高圧ポンプ２４および２５が下流側に向けて順次配設されるが、該切換え器３２ａおよび３３ａは、前記切換え器２３からの漏水を高圧ポンプ２４および２５側に供給するか、洗浄液タンク２８からの洗浄水を高圧ポンプ２４および２５側に供給するかの選択切換えができるようになっている。
【００１６】
さらに逆浸透膜モジュール１９および２０は、逆浸透膜１９ａおよび２０ａを透過（通過）した透過液が排出される配管３６および３７と、逆浸透膜１９ａおよび２０ａを透過しない非透過液が排出される配管３８および３９とがそれぞれ接続されるが、これら各配管３６、３７、３８および３９には二方向の切換え器３６ａ、３７ａ、３８ａおよび３９ａが設けられている。前記切換え器３６ａおよび３７ａは、透過液を被処理水貯留タンク２６に供給するか、洗浄処理済液タンク２８ａに供給するかの選択切換えをするものに設定され、切換え器３８ａおよび３９ａは非透過液を濃縮液貯留タンク２７に供給するか洗浄処理液タンク２８ａに供給するかの選択切換えをするものに設定されている。そしてさらに被処理水貯留タンク２６に貯留された被処理水は配管４０に設けたポンプ４０ａにより位置Ｃに供給排出される一方、濃縮液貯留タンク２７に貯留された濃縮液は、配管４１に設けたポンプ４１ａにより外部（作業坑に設けられる排水溝でもよい）に排出されるようになっている。因みに、洗浄処理済液タンク２８ａの洗浄液が繰り返し使用できるものであれば、洗浄液貯留タンク２８に還流できるように配管し、繰り返し使用ができなくなった段階で外部排出するように構成することができる。
【００１７】
叙述の如く構成された本発明の第二の実施の形態において、トンネル１内の位置Ｄで汲み取られた漏水は、逆浸透膜モジュール１９または２０を通過する際に逆浸透圧作用を受けて水（殆ど純水）と海水成分が濃縮した濃縮液とに分離され、該分離された水は回収されて前記汲み取り位置Ｄよりも上流側である位置Ｃに供給排水される一方、濃縮液は外部に排出されることになる。
【００１８】
この結果、位置Ｄよりも下流側においては塩化物イオンの絶対量が低減した漏水となって流れ、これよりも上流側である位置Ｃ以下においては、前記逆浸透圧処理を受けて回収された水が混合することになって塩化物イオンの相対濃度が低下する。ため、漏水は、該位置Ｃから下流側のものが希釈されることになって、鋼材の劣化促進を抑制する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】海底トンネルの概略断面図である。
【図２】海底トンネルに設けた蒸留装置の概略回路図である。
【図３】海底トンネルに設けた逆浸透装置の概略回路図である。
【符号の説明】
【００２０】
１    本坑
１ａ  排水溝
２    作業坑
５    蒸留装置
６    漏水貯留タンク
７    蒸留装置
１３    冷却器
１８    逆浸透圧装置
１９および２０  逆浸透膜モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005334704.tif 000005