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JPH05154475A - 重金属含有地下水浄化法及び装置 - Google Patents

重金属含有地下水浄化法及び装置

Info

Publication number
JPH05154475A
JPH05154475A JP3288749A JP28874991A JPH05154475A JP H05154475 A JPH05154475 A JP H05154475A JP 3288749 A JP3288749 A JP 3288749A JP 28874991 A JP28874991 A JP 28874991A JP H05154475 A JPH05154475 A JP H05154475A
Authority
JP
Japan
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siphon
inner pipe
groundwater
pipe
ion exchanger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3288749A
Other languages
English (en)
Inventor
Bernd Hundenborn
フデンボルン ベルント
Hubert Theissen
タイセン フベルト
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Santeku Ing Fuyuru Zanier GmbH
Santeku Ing Fuyuru Zanierungusutetsuhinorogien GmbH
Santec GmbH
Original Assignee
Santeku Ing Fuyuru Zanier GmbH
Santeku Ing Fuyuru Zanierungusutetsuhinorogien GmbH
Santec GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Santeku Ing Fuyuru Zanier GmbH, Santeku Ing Fuyuru Zanierungusutetsuhinorogien GmbH, Santec GmbH filed Critical Santeku Ing Fuyuru Zanier GmbH
Publication of JPH05154475A publication Critical patent/JPH05154475A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/469—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J47/00—Ion-exchange processes in general; Apparatus therefor
    • B01J47/02—Column or bed processes
    • B01J47/06—Column or bed processes during which the ion-exchange material is subjected to a physical treatment, e.g. heat, electric current, irradiation or vibration
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
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    • C02F2103/06—Contaminated groundwater or leachate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F2301/02—Fluid flow conditions
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  • Water Treatment By Sorption (AREA)
  • Prevention Of Electric Corrosion (AREA)
  • Removal Of Specific Substances (AREA)
  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 地下水中に存在する重金属イオンを地中に挿
入したイオン交換器に通すことによりその場で重金属イ
オンを除去する方法及び装置。 【構成】 加圧ガスを地下水面より下の領域に導入し、
地下水面を局部的に上昇させ、地下水の循環流を生じさ
せ、その流れの一部に電位を適用し、地下水流からの重
金属イオンをイオン交換器で捕捉することからなる地下
水浄化法。地下水面より下の点まで達する下端を有し、
上部に排出流開口を有する縦穴パイプ及びその内部にあ
るイオン交換器挿入体からなり、前記イオン交換器挿入
体は、溢流間隙を有する内側パイプ、その下端のガス吹
込み器、内側パイプの周りに夫々同心的に間を開けて配
置された内管部材及び外管部材、内側パイプと内管部材
との間及び内管部材と外管部材との間の通路内に支持さ
れたイオン交換物質、イオン交換物質及び地下水流へ電
圧を印加する機構を有する地下水浄化装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、重金属を含有する地下
水をその場で浄化する方法及びその方法を実施するため
の装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】イオン化状態の重金属が地下に存在し、
地下水を適当に配置されたイオン交換器に流通させた時
にそこから除去することができることは知られている。
【０００３】〔発明の開示〕本発明の目的は、上記イオ
ン交換過程で起きる問題を解決するための操作方法及び
装置を与えることである。本発明の方法及び装置におい
て、地下水をほぼ層状の流れとしてイオン交換器に流通
させる。対応する電圧勾配を印加すると、重金属イオン
はイオン交換体の方へ誘導される。イオン交換体は、そ
の帯電イオンよりも重金属イオンに対して一層大きな親
和力を有することを特徴とする。その結果、イオン交換
体に達した重金属イオンはそれに捕捉される。イオン交
換器は規則的な時間間隔で置換することができ、且つ
（又は）外部で再生することができる。
【０００４】〔詳細な記述〕本発明の更に詳細な点、利
点及び特徴は、次の詳細な記述及び図面から明らかにな
るであろうが、図面を参照して本文中に特に記述されて
いない細部についての開示を行う。図１は地面に沈め、
地表12から幾らか突出した縦穴パイプ10を示しており、
その下端は密封されており、地下水面14の遥か下まで侵
入している。
【０００５】縦穴パイプ10の内側は、高さを調節するこ
とができ、その中に挿入されたイオン交換器挿入体16と
同心的になっている。イオン交換器挿入体16は内側パイ
プ18を有し、それは挿入体取付具20によって同心的位置
に保持されており、その取付具は縦穴パイプ10を上から
封鎖している（下で更に説明する膨張可能な密封材によ
っても封鎖されている）。内側パイプの上端は排出円錐
部22によって密封されており、その下端にはガス吹込み
器（gasifier）24を有し、そのガス吹込み器は汚染重金
属を除去する浄化縦穴の領域内に圧力増加の結果として
最高位地下水26を生じさせ、最高位地下水領域内の地下
水面は図に示されているように自然の地下水面14より上
になっている。
【０００６】この目的のため、適当な新しいガスをガス
供給管28によってガス吹込み器24へ供給する。用いられ
るガスは単に空気でもよい。それによって気泡30が内側
パイプ18内をガス吹込み器24から上へ上昇し、そこに入
っている水を伴い、それによって最高位地下水26を生ず
る。ガス吹込み器24の下にはスラッジトラップ32が存在
し、それにはケーブル線33によって必要な電気エネルギ
ーが供給されている。
【０００７】内側パイプ18はその下端の所でガス吹込み
器の外側へ開いている。これは、矢印36で示したよう
に、内側パイプ内の上方への流れにより地下水に渦巻き
効果を及ぼす結果になる。そのため地下水36は、対応す
る孔35で、縦穴パイプ10の下方領域にイオン交換器挿入
体の下端の下に位置する孔35を通って流れ、それらの孔
は予備フィルター34を表している。縦穴パイプ10は、地
下水の上方への流れのための予備フィルター34としての
機能を果たすだけではない。イオン交換器挿入体16の流
出開口と同じ高さの所に排出流開口も設けられており、
それによって地下水面14より上の最高位地下水は地中へ
流れて戻って行くことができる。縦穴パイプ10とイオン
交換器挿入体16の外側壁との間に、図に示すやり方で膨
張可能な密封材40が配置されており、イオン交換器挿入
体16を中心に維持し、汚染重金属除去過程の効果を幾ら
か低下させることがある副次的流れを防ぐ。
【０００８】図１から分かるが、図３から一層よく分か
るように、内側パイプ18は、最高位地下水26の領域内に
溢流間隙42の形の溢流開口を有する。流れの挙動を一層
よく理解できるように、イオン交換器挿入体の構造を次
に一層詳細に説明することにする。内側パイプ18は内管
部材44によって同心的に囲まれている。内管部材は円状
蓋45によって内側パイプの外壁に結合されている。内管
部材44の円筒状の壁はそこからイオン交換器挿入体16の
閉じた床まで伸びており、隔離部材52によって内側パイ
プの外壁から支持されている。最後にそれに対応して、
内管部材44は内側パイプよりも大きな直径を示してい
る。内管部材44は外管部材46によって取り囲まれてお
り、その外管部材は円状底板47によって底の所で内側パ
イプ18に接続されているが、上端は開いている。外管部
材46の上端は、内側パイプ18の溢流間隙42と縦穴パイプ
10の排出流開口38との間の領域中に存在している。外管
部材46の直径は、外管部材46と内管部材44との間の流動
断面が、内側パイプ18と内管部材44との間の流動断面に
等しくなるように都合よく選択的されている。このこと
は、外管部材46と内管部材44との直径の差が、内管部材
44と内側パイプ18との直径の差よりも幾らか小さいこと
を意味している。
【０００９】イオン交換器挿入体16の構造についての上
記説明は、内側パイプ18から最高位地下水26の領域中の
イオン交換器挿入体16中へ溢流する水は（矢印Ｃ参
照）、一種のサイホンによって実際のイオン交換器50を
通って殆ど層流として流れて行くことを示している（図
３）。流動路が長いことにより重金属イオンを極めて効
果的に除去することができる。層流は矢印54及び56（図
２）により示されている。
【００１０】図３はイオン交換器の構造を詳細に示して
いる。図に示したように、電流線48によって電圧勾配ｕ
をイオン交換器50に印加する。このために外管部材46と
内側パイプ18は同じ電位にし、内管部材44は対電極とし
て働くようにする。イオン交換を行わせるため、この対
電極をイオン交換物質で取り巻き、そのイオン交換物質
を非導電性材料からなる同心円状の孔のあいた板51によ
ってこの電極領域中に固定する。用いられたイオン交換
物質は、最初にそのイオン交換物質中に存在する帯電イ
オンよりも重金属イオンに対して一層大きな親和力を持
たなければならない。電圧勾配は重金属イオンをイオン
交換物質の方へ移動させる。重金属イオンは有孔板51の
孔を容易に通過することができるが、孔の直径はイオン
交換物質の粒径よりも小さい。従って、後者はそこに保
持される。
【００１１】更に特別な詳細な点に付いて次に記述す
る。サイホンによる水の流速をｖ（ｍ／ｓ）とし、サイ
ホンの高さ（外管部材46の上端から内管部材44の下端ま
での距離）をｈ（ｍ）とすると、サイホン中の重金属イ
オンの平均滞留時間はｔ＝ｈ／ｖ（ｓ）である。この予
め定められた滞留時間中に唯一つのイオンが最大電極間
距離ｂ（内管部材44から内側パイプ18までの距離、又は
外管部材46から内管部材44までの距離）を通って確実に
移動できるためには、印加電圧勾配は、移動速度をｗ
（ｍ2 ／Ｖｓ) として、Δｕ＝ｂ／ｔｗ（Ｖ／ｍ）でな
ければならない。その場合、滞留時間ｔ内に全ての重金
属イオンがイオン交換物質50中に移動し、そこに保持さ
れるものと推定される。
【００１２】この種の電圧勾配を用いて装置を連続的に
操作すると、電極の対電位は上昇することがある。これ
を防ぐため間欠的な操作が望ましい。従って、Δｕ′＝
ｎΔｕのように、ｕに対する上で求めた閾値の数倍に増
大させるようなやり方で交互的に操作することができ
る。移動速度がｎ倍増大するように、電圧を〔（ｎ−
１）／ｎ〕ｔ期間の間切って置くことができる。その切
った時間中、対電位は低下するであろう。それにも拘わ
らずイオン交換物質の重金属イオンに対する親和力は、
重金属イオンが電圧を切っている時間中に流れる水の中
へ拡散して戻るのを防ぐであろう。
【００１３】イオン交換器50のエネルギー供給は、非常
に僅かな流れしか出来ないように設計されている。それ
によって電極での重金属の分離を防ぐ。このようにして
イオン交換器挿入体16は、その取り替えができるように
装置に取付けられているが、容易に再生することができ
る。
【００１４】操作条件は、重金属汚染の与えられた種
類、水の伝導度、及びそのｐＨ値に適合するようにする
ことができることは分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】地中に挿入した本発明の汚染重金属除去用縦穴
の概略的断面図である。
【図２】図１の円Ａの中の部分の拡大図である。
【図３】図１の円Ｂの部分の拡大図である。
【符号の説明】
10 縦穴パイプ 12 地表 14 地下水面 16 イオン交換器挿入体 18 内側パイプ 24 ガス吹込み器 26 最高位地下水 38 排出流開口 42 溢流間隙 44 内管部材 46 外管部材 50 イオン交換器 52 隔離部材

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 重金属を含有する地下水をその場で浄化
    する方法において、 加圧ガスを地下水面より下の地下領域に導入し、ガス吹
    込み領域中の地下水面を局部的に上昇させ、地下水の循
    環流を生じさせ、 地下水の循環から生じた地下水流の一部に電位を適用
    し、そして電位の影響下で地下水流から移動してきた重
    金属イオンをイオン交換器で捕捉する、ことからなる地
    下水浄化法。
  2. 【請求項２】 電位の適用が、地下水流に対し斜めの方
    向に電圧勾配を印加することからなる請求項１に記載の
    方法。
  3. 【請求項３】 電圧勾配を連続的に印加することを更に
    含む請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記電圧勾配を予め定められた多段階で
    上昇させ、そして前記電圧勾配を間欠的に適用すること
    を更に含む請求項２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 重金属を含有する地下水をその場で浄化
    するための装置において、 下端を有し、その下端が地下水面より下の点へ伸びるよ
    うに地下へ差し込むことができる縦穴パイプ、 前記縦穴パイプ内にあって、地下水面より下の点へ伸び
    るイオン交換器挿入体で、内側パイプ、 前記内側パイプの周りに同心的に間を開けて配置された
    内管部材、 前記内管部材の周りに同心的に間隔を開けて配置された
    外管部材で、前記内側パイプと前記内管部材及び外管部
    材とがサイホン機構を形成し、前記内管部材は地下水の
    流れのための中間的隔壁であり、地下水は前記内側パイ
    プと前記隔壁との間の空間、及び前記隔壁と前記外管部
    材との間の空間を通って流れ、 前記内側パイプの下端に配置されたガス吹込み部材、 前記ガス吹込み部材へガスを供給するための機構で、前
    記内側パイプ内に上方へのガスの流れを生じさせ、前記
    内側パイプ内の前記地下水を前記地下水面より上の上縁
    を有する最高位地下水まで上昇させるためのガス供給機
    構、 前記内側パイプから前記サイホン機構へ地下水を供給す
    るための前記最高位地下水の上縁に隣接した前記内側パ
    イプを通る溢流間隙、 前記サイホン機構から地下水を地下へ戻すための前記外
    管部材の上端に隣接した前記縦穴パイプを通る排出流開
    口、 前記隔壁上のイオン交換体機構、及び前記隔壁と、前記
    内側パイプ及び外管部材の少なくとも一方との間に電圧
    勾配（Δｕ）を、前記サイホン機構を通る前記地下水流
    に対し斜めの方向に印加して、前記地下水流中の重金属
    イオンを前記イオン交換体機構の方へ移動させ、そこで
    捕捉させるための機構、を有するイオン交換器挿入体、
    を具えた地下水浄化用装置。
  6. 【請求項６】 イオン交換器挿入体が、外側縦穴パイプ
    内に取り外し可能に取付けられており、その取り替え及
    び外部での再生を行うことができる請求項５に記載の装
    置。
  7. 【請求項７】 外側縦穴パイプとイオン交換器挿入体と
    の間に配置され、前記挿入体を前記外側縦穴パイプ内の
    横に支持するための膨張可能なシールを更に有する請求
    項５に記載の装置。
  8. 【請求項８】 外側縦穴パイプとイオン交換器挿入体と
    の間に配置され、前記挿入体を前記外側縦穴パイプ内の
    横に支持するための膨張可能なシールを更に有する請求
    項６に記載の装置。
  9. 【請求項９】 サイホンの下方部分にある内側パイプと
    外管部材との間の密封サイホン床部材、 前記密封床部材上に配置され、前記内側パイプと隔壁と
    の間の空間から、前記隔壁と前記外管部材との間の空間
    へ地下水流を180 °偏向させるための下方環状空間を与
    えるための前記隔壁の下方端、 前記内側パイプ中の溢流開口より上で終わっている前記
    隔壁の上端、 地下水面の上で、最高位地下水の上縁より下にある縦穴
    パイプ中の排出流開口に隣接した外管部材の上方開口
    端、及び前記隔壁と、前記内側パイプ及び前記外管部材
    の少なくとも一方との間にある隔離部材、を更に具えて
    いる請求項５に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 サイホンの下方部分にある内側パイプ
    と外管部材との間の密封サイホン床部材、 前記密封床部材上に配置され、前記内側パイプと隔壁と
    の間の空間から、前記隔壁と前記外管部材との間の空間
    へ地下水流を180 °偏向させるための下方環状空間を与
    えるための前記隔壁の下方端、 前記内側パイプ中の溢流開口上で終わっている前記隔壁
    上の上端、 地下水面より上で、最高位地下水の上縁より下にある縦
    穴パイプ中の排出流開口に隣接した外管部材の上方開口
    端、及び前記隔壁と、前記内側パイプ及び前記外管部材
    の少なくとも一方との間にある隔離部材、を更に具えて
    いる請求項６に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 サイホンの下方部分にある内側パイプ
    と外管部材との間の密封サイホン床部材、 前記密封床部材上に配置され、前記内側パイプと隔壁と
    の間の空間から、前記隔壁と前記外管部材との間の空間
    へ地下水流を180 °偏向させるための下方環状空間を与
    えるための前記隔壁の下方端、 前記内側パイプ中の溢流開口より上で終わっている前記
    隔壁の上端、 地下水面より上で、最高位地下水の上縁より下にある縦
    穴パイプ中の排出流開口に隣接した外管部材の上方開口
    端、及び前記隔壁と、前記内側パイプ及び前記外管部材
    の少なくとも一方との間にある隔離部材、を更に具えて
    いる請求項７に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 サイホンの下方部分にある内側パイプ
    と外管部材との間の密封サイホン床部材、 前記密封床部材上に配置され、前記内側パイプと隔壁と
    の間の空間から、前記隔壁と前記外管部材との間の空間
    へ地下水流を180 °偏向させるための下方環状空間を与
    えるための前記隔壁の下方端、 前記内側パイプ中の溢流開口より上で終わっている前記
    隔壁の上端、 地下水面より上で、最高位地下水の上縁より下にある縦
    穴パイプ中の排出流開口に隣接した外管部材の上方開口
    端、及び前記隔壁と、前記内側パイプ及び前記外管部材
    の少なくとも一方との間にある隔離部材、を更に具えて
    いる請求項８に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 イオン交換体機構が、イオン交換体、
    及び前記イオン交換体を隔壁に固定する有孔壁部材を有
    する請求項５に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 イオン交換体機構が、イオン交換体、
    及び前記イオン交換体を隔壁に固定する有孔壁部材を有
    する請求項６に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 イオン交換体機構が、イオン交換体、
    及び前記イオン交換体を隔壁に固定する有孔壁部材を有
    する請求項11に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 電圧勾配が式： Δｕ＞ｂ／ｔｗ （Ｖ／ｍ） 〔式中、ｂ＝隔壁と、外管部材及び内側パイプの少なく
    とも一方との間の、サイホン中の地下水流の方向に対し
    斜めの距離（ｍ）、 ｗ＝重金属イオンの移動速度（ｍ2 ／Ｖｓ) 、 ｔ＝ｈ／ｖ＝サイホン中の重金属イオンの平均滞留時間
    （ｓ）、 ｈ＝サイホンの高さ（ｍ）、及び ｖ＝サイホン中の地下水流の速度（ｍ／ｓ）〕 を満足する請求項５に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 電圧勾配が式： Δｕ＞ｂ／ｔｗ （Ｖ／ｍ） 〔式中、ｂ＝隔壁と、外管部材及び内側パイプの少なく
    とも一方との間の、サイホン中の地下水流（ｍ）の方向
    に対し斜めの距離、 ｗ＝重金属イオンの移動速度（ｍ2 ／Ｖｓ) 、 ｔ＝ｈ／ｖ＝サイホン中の重金属イオンの平均滞留時間
    （ｓ）、 ｈ＝サイホンの高さ（ｍ）、及び ｖ＝サイホン中の地下水流の速度（ｍ／ｓ）〕 を満足する請求項６に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 電圧勾配が式： Δｕ＞ｂ／ｔｗ （Ｖ／ｍ） 〔式中、ｂ＝隔壁と、外管部材及び内側パイプの少なく
    とも一方との間の、サイホン中の地下水流の方向に対し
    斜めの距離（ｍ）、 ｗ＝重金属イオンの移動速度（ｍ2 ／Ｖｓ) 、 ｔ＝ｈ／ｖ＝サイホン中の重金属イオンの平均滞留時間
    （ｓ）、 ｈ＝サイホンの高さ（ｍ）、及び ｖ＝サイホン中の地下水流の速度（ｍ／ｓ）〕 を満足する請求項７に記載の装置。
  19. 【請求項１９】 電圧勾配が式： Δｕ＞ｂ／ｔｗ （Ｖ／ｍ） 〔式中、ｂ＝隔壁と、外管部材及び内側パイプの少なく
    とも一方との間の、サイホン中の地下水流の方向に対し
    斜めの距離（ｍ）、 ｗ＝重金属イオンの移動速度（ｍ2 ／Ｖｓ) 、 ｔ＝ｈ／ｖ＝サイホン中の重金属イオンの平均滞留時間
    （ｓ）、 ｈ＝サイホンの高さ（ｍ）、及び ｖ＝サイホン中の地下水流の速度（ｍ／ｓ）〕 を満足する請求項12に記載の装置。
  20. 【請求項２０】 式： Δｕ′＝ｎΔｕ （式中、ｎ＝増加係数）に従い電圧勾配を最小値（Δ
    ｕ）の倍数（Δｕ′）に増大させる手段、及び前記電圧
    勾配をイオン交換体機構の所で間欠的に印加するための
    手段、を更に具えた請求項16に記載の装置。
JP3288749A 1990-11-05 1991-11-05 重金属含有地下水浄化法及び装置 Pending JPH05154475A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE40351106 1990-11-05
DE4035110A DE4035110A1 (de) 1990-11-05 1990-11-05 Verfahren und anlage zum in-situ-dekontaminieren von mit schwermetallen belastetem grundwasser

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05154475A true JPH05154475A (ja) 1993-06-22

Family

ID=6417655

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3288749A Pending JPH05154475A (ja) 1990-11-05 1991-11-05 重金属含有地下水浄化法及び装置

Country Status (9)

Country Link
US (1) US5256264A (ja)
EP (1) EP0484636B1 (ja)
JP (1) JPH05154475A (ja)
AT (1) ATE96695T1 (ja)
DE (2) DE4035110A1 (ja)
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