(57)【要約】【課題】  漏水中に海水を含有する海底トンネルのように、鋼材の劣化促進成分である塩化物イオンを含有する漏水が鋼材に付着するような環境下において、鋼材の劣化促進を抑制するため、排水から塩化物イオンを効率よく簡単に除去する技術を提供しようとすること。【解決手段】  海水を含有する漏水が流れる海底トンネルの排水溝に、硝酸銀水溶液を滴下し、排水に含有する塩化物イオンを塩化銀として結晶化させて塩化物イオンを除去するようにし、これによって鋼材の劣化促進を抑制する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩化物イオンを含有する水が排水として流れる構造物において、前記排水流路中に脱塩化物イオン剤を供給して塩化物イオンを除去するようにしたことを特徴とする排水中の塩化物イオンの除去方法。
【請求項２】
塩化物イオンを含有する水が排水として流れる構造物において、前記排水流路に脱塩化物イオン剤を供給する手段を設けたことを特徴とする排水中の塩化物イオンの除去装置。
【請求項３】
請求項１または２において、構造物が海底トンネルである場合、供給する脱塩化物イオン剤の量は、トンネル最深位置での塩化物イオンの量に基づいて決定されるものであることを特徴とする排水中の塩化物イオンの除去方法または除去装置。
【請求項４】
請求項３において、トンネル最深位置は、トンネル内に設けられたこう配変更位置であることを特徴とする排水中の塩化物イオンの除去方法または除去装置。
【請求項５】
請求項３または４において、脱塩化物イオン剤の供給位置は、海水を含有する地下水が最初に漏出する位置に基づいて決定されるものであることを特徴とする排水中の塩化物イオンの除去方法または除去装置。
【請求項６】
請求項３、４または５において、脱塩化物イオン剤の供給は、複数箇所に分散して行うことを特徴とする排水中の塩化物イオンの除去方法または除去装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかにおいて、脱塩化物イオン剤の供給を、排水流路中の塩化物イオンの濃度に基づいて調整するようにしたことを特徴とする排水中の塩化物イオンの除去方法または除去装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れかにおいて、脱塩化物イオン剤は銀（Ｉ）イオンであることを特徴とする塩化物イオンの除去方法または除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底トンネル等の構造物に設けられ、海水等の鋼材劣化の促進物である塩化物イオンを含有する水（水溶液）が流れる排水流路での塩化物イオンの除去方法または除去装置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＋）、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、塩化物イオンを含有する水が排水として流れる構造物において、前記排水流路中に脱塩化物イオン剤を供給して塩化物イオンを除去するようにしたことを特徴とする排水中の塩化物イオンの除去方法である。
請求項２の発明は、塩化物イオンを含有する水が排水として流れる構造物において、前記排水流路に脱塩化物イオン剤を供給する手段を設けたことを特徴とする排水中の塩化物イオンの除去装置である。
そしてこのようにすることで、鋼材の劣化促進物である塩化物イオンを排水から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。
請求項３の発明は、請求項１または２において、構造物が海底トンネルである場合、供給する脱塩化物イオン剤の量は、トンネル最深位置での塩化物イオンの量に基づいて決定されるものであることを特徴とする排水中の塩化物イオンの除去方法または除去装置であり、このようにすることで、トンネル内に設けられる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の発明は、請求項３において、トンネル最深位置は、トンネル内に設けられたこう配変更位置であることを特徴とする排水中の塩化物イオンの除去方法または除去装置である。
請求項５の発明は、請求項３または４において、脱塩化物イオン剤の供給位置は、海水を含有する地下水が最初に漏出する位置に基づいて決定されるものであることを特徴とする排水中の塩化物イオンの除去方法または除去装置であり、このようにすることで、トンネルの塩化物イオンが漏出する部位に設けられる鋼材の腐食低減を図れることになる。
請求項６の発明は、請求項３、４または５において、脱塩化物イオン剤の供給は、複数箇所に分散して行うことを特徴とする排水中の塩化物イオンの除去方法または除去装置であり、このようにすることで、海底トンネルが長い場合において脱塩化物イオン剤の損失を回避できる。
請求項７の発明は、請求項１乃至６の何れかにおいて脱塩化物イオン剤の供給を、塩化物イオンの濃度に基づいて調整をするようにしたことを特徴とする排水中の塩化物イオンの除去方法または除去装置であり、このようにすることで、排水流路を流れる塩化物イオンの濃度が変化するところにおいても塩化物イオンを安定して除去することができる。
請求項８の発明は、請求項１乃至７の何れかにおいて、脱塩化物イオン剤は銀（Ｉ）イオンであることを特徴とする塩化物イオンの除去方法または除去装置であり、このようにすることで、脱塩化物イオン剤を用意に入手できると共に、効率の良い塩化物イオンの除去ができることになる。
【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、鋼材の劣化促進物である塩化物イオンを排水から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。
請求項３の発明にすることで、トンネル内に設けられる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、トンネル内に設けられたこう配変更位置までので排水中の塩化物イオンの除去をすることができる。
請求項５の発明にすることで、トンネルの塩化物イオンが漏出する部位に設けられる鋼材の腐食低減を図れることになる。
請求項６の発明にすることで、海底トンネルが長い場合において脱塩化物イオン剤の損失を回避できる。
請求項７の発明にすることで、排水流路を流れる塩化物イオンの濃度が変化するところにおいても塩化物イオンを安定して除去することができる。
請求項８の発明にすることで、脱塩化物イオン剤を用意に入手できると共に、効率の良い塩化物イオンの除去ができることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明は、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に実施することができる。
この様な地下構造物には漏水が排水となって流れるものがあり、このような漏水には地下水と海水とが混合していることが多い。そして、漏水中の海水分流量は、海水が海底下から地下構造物へしみ込む速度が一定であることから変化がほとんどない。ところで、塩化物イオンの海水中での濃度はおよそ１１０００ｐｐｍであり、地下構造物では、前記海水が地下水によって希釈された海水含有漏水となって漏出することになるが、このような海水を含有する漏水（以下「海水含有漏水」という。）が排水溝（本発明の「排水流路」に相当する。）を流れる海底トンネルのようなところでは、トンネル内を通過する車両により海水含有漏水が巻き上げられたりしてトンネル内に設けられる鋼材に付着し、鋼材の劣化（やせ細り）を促進する。
この鋼材の劣化速度は、海水含有漏水中の塩化物イオンの累積濃度（累積流量）と一定の関係が有ることが本発明の発明者が観測した結果、判明しており、そこで、海水含有漏水から塩化物イオンを除去すれば鋼材の劣化が抑制され、鋼材の寿命を延長することができるのではないかと予測した。塩化物イオンを除去する脱塩化物イオン剤としては、塩化物イオンとイオン結合して不溶性の結晶を生成するもの、つまり水に対する溶解度積が小さい安定した結晶（沈澱）を生じるものであり、その代表的なものとしては銀（Ｉ）イオン（Ａｇ＋）がある。銀（Ｉ）イオンは、例えば硝酸銀（ＡｇＮＯ３）として簡単に入手することができ、これを水に溶かして硝酸銀水溶液とし、排水溝に滴下する等して排水溝内に供給される。
銀（Ｉ）イオンと塩化物イオンとが反応すると塩化銀（ＡｇＣｌ）が生成するが、塩化銀の溶解度積定数（Ｋｓｐ）はおよそ１×１０−１０ときわめて小さく、この結果、鋼材の劣化促進物である塩化物イオンは塩化銀の結晶となることで漏水中からほとんど除去することができる。
脱塩化物イオン剤の排水溝への供給手段としては、硝酸銀水溶液の点滴装置を排水溝に設けるか、定期的に銀塩フレークを散布する等により定量的に供給すればよく、また、供給量としては、排水溝の最終位置（最深位置）での塩化物イオン量と当量になるよう脱塩化物イオン剤を供給することで、１００％の塩化物イオンの除去が理論的にはできるが、鋼材の劣化を抑制すればよいことから、必ずしも１００％の除去ではなく、例えば半減する量であっても良い。また逆に、脱塩化物イオンの途中での損失を考慮して１００％を超える量の脱塩化物イオン剤を供給しても良い。
【０００７】
例えば海底トンネルに設けられる排水溝に本発明を実施する場合、海底トンネルの最深位置はこう配変更点であり、そこで予めこう配変更点の塩化物イオンの量を測定し、これに見合った量の脱塩化物イオン剤を供給するように決定できるが、この供給位置としては、排水溝が海底トンネル出入口から水が流れている場合には該出入口でもよいが、海底トンネルでは陸地部分もあり、そこで海水含有漏水が最初にトンネルに漏水する位置に基づいて決定することができる。
さらにこの場合に、脱塩化物イオン剤の供給位置は１箇所に限るものではなく、何箇所かに分散して脱塩化物イオン剤を供給するようにしてもよい。
【０００８】
また本発明は、地殻変動等により海水含有量が変化したような場合にも対応して実施できる。この場合、脱塩化物イオン剤の供給装置を供給量が調整できるものとし、該供給量を、塩化物イオンの測定濃度に対応して調整できる構成にすればよい。そしてこの調整は、測定される濃度に対応して自動的にできるものとすることで、より効率の良い塩化物イオンの除去ができる。
【実施例】
【０００９】
次に、図面を用いて本発明の実施例について説明する。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がそれぞれ設けられている。
【００１０】
図２に示す本坑１の位置Ａは、排水溝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。
【００１１】
そして、位置Ａに脱塩化物イオン剤である硝酸銀水溶液の供給装置５を設けたが、供給装置５は電動式の水流ポンプを採用した。硝酸銀水溶液は６０重量％の濃度とし、その滴下量は、位置Ｂでの前記１日あたりの塩化物イオンの総量に相当する量を１日かけて滴下し、これを連続して行った。硝酸銀水溶液を供給した後、位置Ｂにおいて継続して塩化物イオンの濃度を測定したところ、前記硝酸銀水溶液を供給してから速やかに塩化物イオンの濃度が低下していき、１週間後には塩化物イオンの濃度が２０μｇ  ｍＬ−１となってほぼ安定化した。
この結果から、排水溝に脱塩化物イオン剤である硝酸銀水溶液を供給することで、その下流側での塩化物イオンの濃度を低減することができ、鋼材の劣化を抑制できることが確認される。
また、前記実験例において生成した塩化銀は、全体としては少量であるため漏水が濃い白濁状態になるまでは至らず、漏水は極微乳白色を呈する程度であった。そこでこれを作業坑２の最終端に沈澱槽を設け、あるいはポンプで地上まで吸い上げたところに沈澱槽を設けて沈澱させ、回収するようにしてもよい。また、塩化銀の生成量が多い場合には、排水溝の適宜位置にフィルターを設ける等して塩化銀を回収するようにしてもよく、このようにすることで、塩化銀が排水溝に詰まることを回避できることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】海底トンネルの概略断面図である。
【図２】位置Ｂでの鋼材の劣化度合いと塩化物イオンの累積濃度との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００１３】
１    本坑
２    作業坑
５    滴下装置
【図１】
2005040713.tif 000003
【図２】
2005040713.tif 000004