特許 7325289 排水中和装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-03

(45)【発行日】2023-08-14

(54)【発明の名称】排水中和装置

(51)【国際特許分類】

   E21F 16/00 20060101AFI20230804BHJP

   C02F 1/66 20230101ALI20230804BHJP

   B01D 53/92 20060101ALI20230804BHJP

【ＦＩ】

E21F16/00 ZAB

C02F1/66 510R

C02F1/66 522C

B01D53/92 215

B01D53/92 224

C02F1/66 530C

C02F1/66 530D

B01D53/92 331

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019182931

(22)【出願日】2019-10-03

(65)【公開番号】P2021059847

(43)【公開日】2021-04-15

【審査請求日】2022-07-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000198307

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ建材工業

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(74)【代理人】

【識別番号】100188891

【弁理士】

【氏名又は名称】丹野 拓人

(72)【発明者】

【氏名】若林 正憲

(72)【発明者】

【氏名】武藤 香穂

(72)【発明者】

【氏名】金子 研一

【審査官】湯本 照基

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－２１９８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０７７５６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０３６９９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３０１７１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１４９２８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２７１４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２８１０７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｆ １６／００

Ｃ０２Ｆ １／６６

Ｂ０１Ｄ ５３／９２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トンネルの外部または内部で生じるアルカリ性の排水が流れる排水管と、
トンネル内で発生する酸性の排気ガスを回収する送風管と、
を備え、
前記送風管の一部は前記排水管中に配設されていると共に、前記排水管の排水内に配設された前記送風管には前記排気ガスを排水中に吐出させる開口部が設けられていることを特徴とする排水中和装置。

【請求項2】

トンネルの外部または内部で生じるアルカリ性の排水が流れる排水管と、
トンネル内で発生する酸性の排気ガスを回収する送風管と、
前記トンネルを外れた位置に設けられ、前記排水管に接続されていて前記排水が溜められる貯留槽と、
を備え、
前記送風管の一部は前記貯留槽の排水内に設置されていて前記排気ガスを排水中に吐出させる開口部が設けられていることを特徴とする排水中和装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えばトンネル壁面やその周囲の岩盤等から流れるアルカリ性の排水を中和するための排水中和装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば道路トンネルの施工中において、コンクリートの洗い水からなる排水はアルカリ性を呈している。この排水をそのまま河川等に放出すると魚類や植物等の生態系に悪影響を与えることがある。そのため、トンネル施工中に生じるコンクリートの洗い水に対して希硫酸（Ｈ_２ＳＯ_２、Ｈ_２ＳＯ_４）等を滴下処理して中和することで生態系に対する影響を抑制して、排水を河川や海等に放流している。

【0003】

トンネル工事が終わり、道路トンネルに供用したトンネル内の排水は、通常なんの処理もしないが、アルカリ性を呈することがある。これは、道路トンネル周囲の岩盤が石灰質に富んでいる場合に石灰質が地下水に浸み込むことで起こり得る。
例えば、図５に示す道路トンネル１００では、トンネル壁面のアーチ部１０１の外面に防水シートが設置されており、このアーチ部１０１に沿って石灰質が溶け込んだアルカリ性の地下水等が下方に流れ落ちている場合がある。この地下水は道路トンネル１００内の路面１０２の下側に誘導されて排水路１０３に集められ、路面１０２に沿って下流側に排水される。

【0004】

なお、排水の処理方法として、例えば特許文献１に記載された方法が開示されている。この排水処理方法では、窒素含有排水を硝化槽に貯留すると共に、この硝化槽に酸素ガスを供給して排水中の特定成分をＮＯｘに酸化処理している。しかも、硝化槽内の液相中の溶存酸素濃度が設定値に維持されるように、硝化槽の排気ガスの酸素濃度が所定範囲に維持されるよう酸素ガス供給量を制御している。しかし、アルカリ性の排水を中和する制御については開示されていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１３－２０２５４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、一部の道路トンネルでは排水路１０３を流れるアルカリ性の排水をトンネル出口でシャワー状に散布することで排水のｐＨを下げることを試みているが、その効果は十分ではない。
また、工事終了後の道路トンネル等において、排水路１０３を流れるアルカリ性の排水に対して希硫酸等を散布することで排水中のｐＨを下げて中和することで解決できるが、長期間に亘ると設備費や維持管理の費用が増大するという問題がある。

【0007】

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、トンネルで発生するアルカリ性の排水を低コストで中和できるようにした排水中和装置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】

【0008】

本発明による排水中和装置は、トンネルの外部または内部で生じるアルカリ性の排水が流れる排水管と、トンネル内で発生する酸性の排気ガスを回収する送風管と、を備え、送風管の一部は排水管中に配設されていると共に、排水管の排水内に配設された送風管には排気ガスを排水中に吐出させる開口部が設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、トンネルの外部または内部で生じるアルカリ性の排水が排水管内を流れ、トンネル内を走行する車両等の排気ガスを送風管で回収して排水管の排水中に配設された一部の送風管の開口部から排水中に吐出することで、酸性の排気ガスが排水と反応して酸化され、アルカリ性の排水と混合されることで中和させることができる。そのため、排気ガスで中和した排水を河川や海等に流しても生態系に与える影響を抑制できる。

【0009】

本発明による排水中和装置は、トンネルの外部または内部で生じるアルカリ性の排水が流れる排水管と、トンネル内で発生する酸性の排気ガスを回収する送風管と、排水管に接続されていて排水が溜められる貯留槽と、を備え、送風管の一部は貯留槽の排水内に設置されていて排気ガスを排水中に吐出させる開口部が設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、トンネルの外部または内部で生じるアルカリ性の排水が排水管を介して貯留槽に送り込まれて貯留されると共に、トンネル内を走行する車両等の排気ガスを送風管で回収して貯留槽の排水中に配設された一部の送風管の開口部から排水中に吐出することで、酸性の排気ガスが排水と反応して酸化され、アルカリ性の排水と混合されることで中和させることができる。そのため、排気ガスで中和した排水を河川や海等に流しても生態系に与える影響を抑制できる。

【0010】

また、送風管の開口部は、排水管内で送風管の排気ガス送り方向に所定間隔で配設された複数の穴であってもよい。
排水管における排水の流れ方向に沿って配設された送風管の複数の穴から順次排気ガスを排水中に送り込むことで、酸性の排気ガスが排水と順次反応して酸化され、アルカリ性の排水と混合されて中和される。

【発明の効果】

【0011】

本発明による排水中和装置は、トンネルの内外等で生じるアルカリ性の排水中に送風管で回収された排気ガスを吐出させることで排水を中和することができる。しかも、トンネル内を走行する車両から排出される排気ガスを回収してアルカリ性の排水に接触させて中和するため、処理コストが低廉で維持管理が容易である。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第一実施形態による道路トンネルに設けた排水中和装置の構成図である。

【図2】図１に示す排水中和装置のトンネル長手方向に直交する断面図である。

【図3】図２に示す中央排水管内に送風管が配設された部分の拡大断面図である。

【図4】第二実施形態による排水中和装置の構成図である。

【図5】従来のトンネルにおける地下水の集水経路を示す要部断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の各実施形態による排水中和装置について添付図面により説明する。
図１乃至図３は本発明の第一実施形態による排水中和装置１を示すものである。図１に示す道路トンネル２の軸方向断面図において、道路トンネル２の底部に設けた車両通行用の路面３の下側には中央排水管４が配設されている。図２に示す道路トンネル２は底部の水平な路面３の上側周囲が略アーチ状の側壁５とされており、側壁５は岩盤に吹き付けたコンクリートとセントルと呼ばれる型枠に打ち込まれたコンクリートの壁とで構築されている。
側壁５の岩盤側の外周面には図示を省略した防水シートが設置されている。この岩盤は例えば石灰質に富んだアルカリ性の特性を有している。岩盤に浸み込んだ地下水は石灰質の成分を含んでアルカリ性の排水として側壁５の防水シートに到達してアーチ状の側壁５に沿って上方から下方に流れ落ちる。また、道路トンネル２の側壁５の内面に漏洩してコンクリート上を流れる地下水等もアルカリ性を呈しており、後述する集水管８等から中央排水管４内に流れ込むことがある。

【0014】

道路トンネル２の底部の路面３の下側には中央排水管４を敷設する断面略台形状の排水路７が道路トンネル２の長手方向に形成されている。アーチ状の側壁５の防水シート上を流れる排水はその底部の路面３の両側部で集水管８によって導水させられ、排水路７内の中央排水管４内に集水させられる。集水管８は中央排水管４の長手方向に所定間隔を開けて設置されて、それぞれ中央排水管４に連結されている。

【0015】

また、道路トンネル２内には、側壁５の路面３に対向する天井側には走行する車両の排気ガスを回収するための集塵機１０が例えば２台設置されている。各集塵機１０はフレーム１１内に設置され、フレーム１１は集塵機１０と反対側部分に送風管１２が配設されている。車両の排気ガス中にはＳＯｘ(硫黄酸化物)やＮＯｘ(窒素酸化物)等の各種酸化物が含まれており、これらＳＯｘやＮＯｘを含む排気ガスは集塵機１０を介して送風管１２内に回収される。なお、集塵機１０の数は車両の通行量や排水中のアルカリ成分の含有量等に応じて適宜設定できる。
この送風管１２は、集塵機１０の近傍では側壁５内の天井に沿って延びており、更にアーチ状の側壁５の内面に沿って湾曲して下方に延びて底部の路面３を貫通して排水路７内の中央排水管４内に貫通している。なお、送風管１２にはブロワーや送風機等を設置して強制的に中央排水管４側に排気ガスを送り込んでもよい。

【0016】

この送風管１２の一部は、中央排水管４内では中央排水管４の延在方向に沿って配設され、例えば道路トンネル２の出口の外側で中央排水管４を外れて路面３上に延びて開口が大気に開放されている。或いは、送風管１２は中央排水管４の内部で端部が閉鎖されていてもよい。送風管１２の中央排水管４内に配設された部分を排水内送風管部１２ａで示すものとする。
中央排水管４内に設けられた送風管１２の排水内送風管部１２ａには、図３に示すように開口部として周方向に複数（図では６個）の穴１４が開いている。しかも、これらの穴１４は排水内送風管部１２ａの長手方向に所定間隔を開けて複数列配設されている。

【0017】

そのため、排気ガスは排水内送風管部１２ａの穴１４から排水中に吐出され、排水中のＳＯｘやＮＯｘは排水と反応して酸化する。そして、アルカリ性を呈している中央排水管４中の排水は酸化した排水と混合することで中和される。
この原理について説明すると次のようになる。例えば、排気ガスとして排出されたＳＯ_２(二酸化硫黄)は水にとけ込んで酸化が進行する。ＳＯ_２が水にとけ込むと次のように３種の化学種が生じる。
ＳＯ_２＋Ｈ_２Ｏ → ＳＯ_２・Ｈ_２Ｏ
ＳＯ_２・Ｈ_２Ｏ → Ｈ^＋＋ＨＳＯ_３ ^－
ＨＳＯ_３ ^－ → Ｈ^＋＋ＳＯ_３ ^２－
４価の硫黄は，水溶液中のＯＨ、Ｏ_２、Ｏ_３、Ｈ_２Ｏ_２によって酸化され、ＳＯ_４ ^２－になる。

【0018】

本第一実施形態による排水中和装置１は上述した構成を有しており、次にその作用について説明する。
図１及び図２において、道路トンネル２の外部で地下水が石灰質の岩盤中を流れて石灰質を含み、アルカリ性の排水として道路トンネル２の側壁５の外側の防水シート上を下方に流れる。この排水は底部の路面３の周辺で集水管８によって集水させられて排水路７内の中央排水管４内に送り込まれ、中央排水管４を下流側に流れる。

【0019】

一方、道路トンネル２内では走行する車両から排出された排気ガスが側壁５内の天井側に流れて集塵機１０によって回収される。集塵機１０で回収された排気ガスは送風管１２を通して搬送されて道路トンネル２内から中央排水管４内に流れ、排水内送風管部１２ａで穴１４を通して中央排水管４内の排水中に散気される。そして、この排気ガスに含まれる酸性のＮＯｘやＳＯｘは排水中の水分と反応して酸化される。中央排水管４内でアルカリ性を呈する排水が酸化された排水と混合されて中和される。中和された排水は配管や下水等を通して河川や海に排出される。これにより、排水は河川や海等に生息する魚類や植物等の生態系に悪影響を与えることがない。

【0020】

上述したように、本第一実施形態による排水中和装置１によれば、石灰質等を含んでアルカリ性を有する排水を道路トンネル２内で生成する排気ガス中のＮＯｘやＳＯｘと中和することができるため、河川や海等に流入しても魚類や植物等の生態系に悪影響を与えない。
しかも、アルカリ性を有する排水の中和に際して、道路トンネル２内の排気ガスに含まれるＮＯｘやＳＯｘと中和するため希硫酸の散布等が必要なく、中和用の素材や設備、労務費等のランニングコストがかからないので維持管理費を低廉にすることができる。

【0021】

以上、本発明の第一実施形態による排水中和装置１について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜の変更や置換等が可能であり、これらはいずれも本発明に含まれる。以下に、本発明の他の実施形態や変形例等について説明するが、上述の実施形態と同一または同様な部分、部材には同一の符号を用いて説明を省略する。

【0022】

図４は本発明の第二実施形態による排水中和装置１Ａを示すものである。
上述した第一実施形態による排水中和装置１を道路トンネル２の使用中に施工するのはかなり困難であり、車両の通行止め等の処置と、道路トンネル２内の路面３の舗装の剥がしによる排水路７の施工と集水管８及び中央排水管４の敷設及び送風管１２の設置等が必要になる。そのため、本第二実施形態では、使用中の道路トンネル２の通行止めや中央排水管４及び送風管１２の設置等をできるだけ短期間にして低コストで行えるようにした排水中和装置１Ａについて説明する。

【0023】

図４に示す排水中和装置１Ａにおいて、道路トンネル２内での底部の路面３の下側に排水路７及び中央排水管４が設置されている。この中央排水管４に交差する方向にバイパス排水管１８の一端が接続され、他端側は道路トンネル２の側部に延ばして道路トンネル２を外れた位置に設けた貯留槽として例えばノッチタンク２０に接続されている。この場合、バイパス排水管１８には排水をノッチタンク２０に送り出すポンプＰ等を設置している。
なお、排水を貯留するための貯留槽はノッチタンクに限定されることなく、各種の貯留タンクや排水管等を採用できる。

【0024】

一方、道路トンネル２の側壁５の天井側に設けた集塵機１０を有するフレーム１１に送風管１２の一端を接続し、他端側は側壁５を貫通してノッチタンク２０に貯留された排水の水面下に設置する。送風管１２には、ノッチタンク２０内でその底面に沿って延びる排水内送風管部１２ａの部分に穴１４が配設されている。この穴１４は排水内送風管部１２ａの全周に所定間隔で配列し且つその長手方向に所定間隔で設けてもよい。或いは、穴１４は排水内送風管部１２ａの上側及び側面の周方向に複数個設け且つその長手方向に所定間隔で設けてもよい。

【0025】

排水内送風管部１２ａにおける穴１４の配列がいずれの構成であっても、穴１４から排出される排気ガスが排水の表面に上昇するまでの間に排気ガス中のＮＯｘやＳＯｘが排水と反応して酸化させる。しかも、ノッチタンク２０内に貯留されたアルカリ性を呈する排水は酸化された排水と混合されることで中和される。なお、ノッチタンク２０内でアルカリ性を有する排水と排気ガスで酸化された排水との混合を進めるために攪拌羽根等の攪拌部材を設けてもよい。

【0026】

従って、本第二実施形態による排水中和装置１Ａにおいても、第一実施形態による排水中和装置１と同様な作用効果を奏することができる。
また、上述した各実施形態では、道路トンネル２で生じるアルカリ性の排水の排水中和装置１について説明したが、本発明は道路トンネル２に限定されることなく、その他のトンネルにも適用できる。
なお、中央排水管４は排水管に含まれ、送風管１２の穴１４は開口部に含まれる。

【符号の説明】

【0027】

１ 排水中和装置
２ 道路トンネル
３ 路面
４ 中央排水管
５ 側壁
７ 排水路
１０ 集塵機
１２ 送風管
１２ａ 排水内送風管部
１４ 穴

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】