JP2004202331A

JP2004202331A - 無機汚泥の濃縮粒状化処理方法

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Publication number: JP2004202331A
Application number: JP2002373328A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nishimura; 宏之西村; Nobuo Kato; 信雄加藤; Yuichi Oi; 雄一大井; Minoru Suzuki; 実鈴木
Original assignee: Telnite Co Ltd
Current assignee: Telnite Co Ltd
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2022-12-25
Also published as: JP4162483B2

Abstract

【課題】粘土分や粘着物質を含む無機汚泥を処理して再利用可能な粒状改良土とすること。
【解決手段】粘土分や粘着物質を含む無機汚泥を対象とし、これに予め無機塩類を加え撹拌したのち、流動性を失わない範囲で加熱濃縮して含水比を低下させる前工程と、濃縮物に有機高分子物質を加えて混合する後工程の２つの工程を組み合わせることで、再利用可能な粒状改良土をつくる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、土木工事やボーリング工事、浚渫工事などから発生する粘土分や粘着物質を含む無機汚泥を処理し、粒状の改良土を得る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、土木工事やボーリング工事、浚渫工事などから発生する汚泥を処理するにあたっては、これを天日乾燥するか、セメントまたはセメント系固化材で固めるか、古紙やポリマー（有機高分子物質）を用いて流動性を失わせるか、凝集剤を加えて、凝集処理したのち脱水する方法がもっぱら用いられてきた。
天日乾燥は、広い処理ヤードが必要であり、乾燥が完結するまで１年〜数年という長期間を要する。固化材による固化処理は、減量化が望めない上、大量の固化材で処理したものは土としての性質を失うため、再利用の途が限定される。さらに凝集処理してから脱水する脱水処理は、処理コストが高く、処理能力を高めることに困難であるなどの欠点がある。
【０００３】
無機汚泥を有機高分子物質と混合して粒状化改良土を得ることは、特公６−３１５１４において提案されている。しかし、この方法で処理できる汚泥は、含水比が、砂質系で６０％以下、粘土系で１２０％以下のものであり、それ以上の含水比では、粒状改良土を得ることはできない。そこで、汚泥に予め、吸水性の高い回収古紙や木材加工品を加えて見かけ上の含水比を低下させ、それから有機高分子物質と混合して粒状化改良土とする方法が提案されている（特開２０００−２５４６９９）。しかし、この方法によると、水が吸水材に吸収固定されているだけであるから、処理物の密度が小さく、強度も弱く、再利用の途が限定され、処理コストも高い。
【０００４】
また、含水比を低下させる有力な手段として、汚泥に熱を加えて水分を蒸発除去させる方法がある。この方法は簡単であるが産業界で採用されていない。その理由は、無機汚泥が粘土分や粘着物質を含む場合、熱を加えて水分を蒸発させる過程で、汚泥に含まれる粘土粒子等の微細物質や粘着物質等が加熱装置の壁面に付着固化し、間接加熱方式の場合、とりわけ伝熱面に付着固化し、蒸発効率を著しく低下させる。また、加熱工程において、汚泥が液状から固体状に移る境界で、急激に内容物が乾燥機の内壁に張り付く現象が生じるためである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、高含水率のスラリーの水分を低下させていく場合、とくに、粉末の粒度が微粉末の領域にある場合や、粉末物質が粘着物質を含む場合には、どろどろ（Ｓｌｕｒｒｙ域）、ネバネバ（Ｃａｐｉｌｌａｒｙ域）、パサパサ（Ｆｕｎｉｃｕｌａｒ域又はＰｅｎｄｕｌａｒ域）という過程を経ることが知られている。建設汚泥やボーリング汚泥は、多くの微粉末を含んでおり、また、ベントナイトや水溶性高分子などの粘着物質を含むことが多いから、乾燥を進めるうち、必ず、このネバネバ（Ｃａｐｉｌｌａｒｙ域）の過程を通過する。このとき、汚泥が濃縮乾燥機の内壁に張り付く現象がおき、乾燥の続行を不可能にする。本発明者らは、この張り付き現象を回避し、効率良く水分を蒸発させる方法について、鋭意、研究を進め、本発明に至ったものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、粘土分や粘着物質を含む無機汚泥に予め無機塩類を加え撹拌したのち、流動性を失わない範囲で出来る限り高濃度まで加熱濃縮して含水比を低下させる前工程と、濃縮物に有機高分子物質を加えて混合し粒状化改良土を得る後工程の２つの工程を組み合わせることからなる。
上記汚泥は、粘土分や粘着物質を含み、かつ比較的水分の多いもので、例えば、含水比５０〜８００％のものである。「粘土分」とは、例えばベントナイトや０．００２ｍｍ以下の土粒子をいう。また「粘着物質」とは、例えばカルボキシメチルセルローズ、グアガム、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミドの部分加水分解物などをいう。これら「粘土分」と「粘着物質」が０．１〜２０％含まれている汚泥がおおむね対象となる。
「無機塩類」は、例えば硫酸ばん土やポリ塩化アルミニウムであり、「有機高分子物質」は、例えば、ポリアクリルアミドやポリアクリル酸ナトリウムが好ましい。
「流動性を失わない範囲」とは、汚泥がポンプで輸送できる液体の状態、又は、容器に入れて傾けたとき液面がすみやかに水平となる液体の状態を示す範囲をいう。数値的には、円筒フローコーンによるフロー値が１２〜３０ｃｍの範囲に入る状態を指す。ここで円筒フローコーンによるフロー値とは、モルタルのコンシステンシー測定法として広く知られている値で、径５０ｃｍ程度の水平な鉄板の上に内径８ｃｍ、高さ８ｃｍの円筒を置き、この中に検体を満たした後、円筒を静かに持ち上げ、その時の検体の広がり（直径）を測定し、ｃｍを持って表わす値である。そのときの含水比は、例えば３０〜６０％である。
上記各工程においては、撹拌手段と加熱手段のみを用い、脱水機などは用いない。
【０００７】
本発明の工程を図１から図３に示す。図１が基本工程であり、図２、図３はその応用である。
まず、前工程の加熱濃縮工程について説明する。図１において加熱濃縮工程に先立ち、予め無機塩類を加える。その主な目的は、無機塩類の作用により、汚泥中に含まれる粘土（ベントナイトを含む）等のコロイドがもつ電荷を中和し、凝集状態に置くこと、および、粘着物質を凝集させて粘着性を失わせることにより濃縮工程での装置内部への張り付きを防止することである。
汚泥に凝集作用をもつ無機塩類を添加することは、汚泥を脱水処理する前工程として日常的に行われる。しかし、加熱濃縮時の装置への付着防止を目的にして無機塩類を添加することはこれまで提案されていない。また、脱水を目的にする場合と違って大きなフロックをつくる必要がないから、無機塩類の添加量が少なくて良い。
好ましい無機塩類の添加量は、水を除いた汚泥１００重量部に対して、２〜２０重量部が好ましい。とくに４〜１０重量部が好ましい。
【０００８】
建設汚泥やボーリング汚泥のように粘土分や粘着物質を含む汚泥の場合、上述のように、加熱すると、液状から固体状に移る境界付近で、急激に、内容物が乾燥機の内壁に張り付く現象が観察される。そこで発明者らは、加熱を、流動性が失われない範囲（液状から固体状に移る境界より前の段階）に留めることでこの問題を解決した。すなわち、「乾燥」するまで加熱はせず、「濃縮」と呼ばれる範囲で加熱を打切った。
【０００９】
次に、濃縮液に高分子物質を加え粒状化土を得る後工程について説明する。図１において濃縮物に有機高分子を加え撹拌すると、有機高分子は、濃縮物から急速に水分を吸収するから、濃縮物は液状から固体状に姿を変え、撹拌力で粒状になる。
好ましい有機高分子物質の添加量は、水を除いた汚泥１００重量部に対して、０．０５〜０．４５重量部が好ましい。とくに０．１５〜０．３重量部が好ましい。
図２は、含水比が高めの汚泥を対象とする場合を示す。この場合、濃縮物に有機高分子を加え撹拌しても、有機高分子の粘着性が残り、団子状の固形物は出来るが粒状化しない。同じ含水比でも、汚泥中のソリッドが粘士系主体では自由水が少ないのに対し、汚泥中のソリッドが砂質系主体の場合、自由水が多く、やはり、濃縮物に有機高分子を加え撹拌しても、有機高分子の粘着性が残り、団子状の固形物は出来るが粒状化しない。このような場合、助剤として無機塩類を加える。すると、有機高分子の粘着性が失われ、ただちに、見掛け上、川砂に近い形の粒状の改良土が得られる。上記無機塩の添加量は水を除いた汚泥１００重量部に対して１．５〜２０重量部が好ましい。
【００１０】
図３は、粒状改良土に高い強度が要求される場合や、汚泥に有害な物質が含まれ、それを固定化する必要がある場合を示す。この場合、濃縮操作の前または後、あるいは、有機高分子物質を混合する前または後に、セメント、セメント系固化材、生石灰、石灰系固化材、石膏を含む固化材のうちのひとつ以上を加え、１〜７日間程度、養生する。養生は、大気下、自然養生によって行われるのが一般的であるが、水中養生や加熱養生によっても良い。これにより、得られる改良土の性状、とくに強度が著しく向上する。
上記固化材の添加量は、水を除いた汚泥１００重量部に対して２．０〜２０重量部が好ましい。
最終製品の性状を整えるため、得られた粒状改良土をほぐす装置（例えば解砕機）や、粒径を揃える装置（例えば振動篩やトロンメル）を通しても良い。
【００１１】
本発明の対象となる汚泥は、主に、建設基礎工事、たとえば、連続壁や杭、シールド、推進工事から発生する汚泥や、石油、地熱、温泉、用水、調査ボーリングなどに伴って排出される汚泥で、水分が高く、液状を呈しているものである。これらに類似している性状のものであれば、浚渫底泥、沈殿池沈降物などにも適用できる。いずれの場合も、「含水比」が５０〜８００のもので、「粘土分」が０〜２０％、「粘着物質」が０〜５％含まれるものである。
【００１２】
本発明で用いる濃縮装置は、加熱容器外面にスチームジャケットを有し、内部に汚泥を撹拌できる羽根を有するパッチ式あるいは連続式で、縦型または横型のものである。その他、同様の装置で羽根の内部にもスチームが通るようにしたもの、内部を加熱された多数のチューブ上に被濃縮液を降らして濃縮するものなど、効率よく加熱濃縮できる装置であれば、機種を問わない。装置内部は、常圧でも負圧（真空を含む）でも良い。市販品のうちの代表的なものとして、(株)オカドラのサイクロンドライヤーや東芝機械(株)のリサイクル乾燥機などがある。
粒状化装置は、濃縮液と高分子物質を良く混合することができ、かつ、処理物に回転運動を与え、粒状化を促す機能を有するものであれば、機種を問わない。市販品のうちの代表的なものとして、太平洋機工（株）のターボミキサー、（株）マツボーのレディゲミキサー、（株）三井三池製作所のヘンシェルミキサーなどがある。
加熱機構を備えた混合、粒状化装置を用いて、前工程と後工程をひとつの装置で行ってもよい。
得られた粒状改良土は、造成用土壌、裏込め材などとして活用できる。
【００１３】
【実施例】
本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
容量１リットルの金属製容器にリボンヒーターを巻き付け、かつ、縦型撹拌機をセットして、実験用加熱濃縮装置を製作した。この装置に、含水比４１５％の連続壁工事からの廃泥水を６００ｍｌとり、硫酸ばん土液（Ａｌ₂０₃８%水溶液)４ｍｌを加え、加熱濃縮を開始した。１５分経過後、１００℃に達し、５０分経過後、容量が１４５ｍｌになり、液がどろどろになったところで濃縮を停止し、内容物を篠原製作所製ソイルミキサーに移し、ソイルミキサーで、中アニオン性のポリアクリルアミド粉末（分子量１２００万）を０．５ｇを加え、２分間撹拌したところ、きれいな粒状改良土を得ることができた。粒度分布と含水比を表１に示す。
【００１４】
（実施例２）
実施例１と同じ加熱濃縮装置に含水比２００％の石油ボーリング廃泥水を６００ｍｌとり、硫酸ばん土液（Ａ１₂０₃８％水溶液）６ｍｌを加え、濃縮を開始した。１５分経過後、１００℃に達し、４０分経過後、容量が２００ｍｌになり、液がどろどろになったところで濃縮を停止し、内容物をソイルミキサーに移した。ソイルミキサーで、中アニオン性のポリアクリルアミド粉末（分子量１２００万）を０．４ｇ加え、３分間撹拌したところ、液状の内容物は大きな塊状の固体に変った。これに、ポリ塩化アルミニウム溶液（Ａ１₂０₃１０％）２０ｍｌを加え３０秒間撹拌したところ、塊がくずれ、きれいな粒状改良土を得ることができた。粒度分布と含水比を表１に示す。
【００１５】
（実施例３）
実施例１と同じ加熱濃縮装置に含水比２００％の石油ボーリング廃泥水を６００ｍｌとり、硫酸ばん土液（Ａ１₂０₃８％）６ｍｌを加え、濃縮を開始した。１５分経過後、１００℃に達し、４０分経過後、容量が２００ｍｌになり、液がどろどろになったところで濃縮を停止し、内容物をソイルミキサーに移した。ソイルミキサーで、まず、Ｂ種高炉セメント２０グラムを添加、１分間撹拌し、次に中アニオン性のポリアクリルアミド粉末（分子量１２００万）を０．４ｇ加え３分間撹拌したところ、液状の内容物は大きな塊状の固体に変った。これに、ポリ塩化アルミニウム溶液（Ａ１₂０₃１０％）２５ｍｌを加え３０秒間撹拌したところ、塊がくずれ、きれいな粒状改良土を得ることができた。粒度分布と含水比を表１に、大気中、室温の条件下で、７日間養生後の強度を表２に示す。
【００１６】
（実施例４）
実施例１と同じ加熱濃縮装置に含水比２００％の石油ボーリング廃泥水を６００ｍｌとり、始めにポリ塩化アルミニウム液（Ａ１₂０₃１０％）６ｍｌを加え、濃縮を開始した。１５分後、１００℃に達し、４０分経過後、容量が２００ｍｌになり、液がどろどろになったところで濃縮を停止し、内容物をソイルミキサーに移した。ソイルミキサーで、ポリアクリル酸ナトリウム粉末（分子量８００万）を０．６ｇ加え、３分間撹拌したところ、液状の内容物は大きな塊状の固体に変わった。これに、ポリ塩化アルミニウム溶液２０ｍｌ（Ａ１₂０₃１０％）を加え３０秒間撹拌したところ、塊がくずれ、きれいな粒状改良土を得ることができた。粒度分布と含水比を表１に示す。
【００１７】
（実施例５）
（株）オカドラのサイクロンドライヤー（直径５００ｍｍ、高さ５５０ｍｍ）に含水比５００％の石油ボーリング廃泥水を１８リットルとり、始めに硫酸ばん土液（Ａ１₂０₃８％）５０ｍｌを加え、濃縮を開始した。１１分後、１００℃に達し、２６分経過後、容量が２．５リットルになり、液がどろどろになったところで濃縮を停止し、内容物を５リットル容量のソイルミキサーに移した。ソイルミキサーで、中アニオンのポリアクリルアミド粉末（分子量１２００万）を５グラム加え、３分間撹拌したところ、液状の内容物は大きな塊状の固体に変わった。これに、ポリ塩化アルミニウム溶液（Ａ１₂０₃１０％）２５０ｍｌを加え３０秒間撹拌したところ、塊がくずれ、きれいな粒状改良土を得ることができた。粒度分布と含水比を表１に示す。
【００１８】
【表１】

【００１９】
【表２】

【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、汚泥が加熱乾燥機の内壁に張り付く現象を回避し、効率良く水分を蒸発させて、再利用可能な粒状改良土を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の処理方法を示す工程図である。
【図２】図１に示す方法の変形例を示す工程図である。
【図３】図１に示す方法の、さらに別の変形例を示す工程図である。

Claims

粘土分や粘着物質を含む無機汚泥に予め無機塩類を加え撹拌したのち、流動性を失わない範囲で出来るだけ高濃度まで加熱濃縮して含水比を低下させる工程と、得られた濃縮物に有機高分子物質を加えて混合し粒状化改良土を得る工程を含むことを特徴とする汚泥の濃縮粒状化処理方法。
濃縮物に有機高分子物質を加えて混合し粒状化改良土を得るにあたり、無機塩類を併用して、川砂に近い形の粒状化処理土を得ることを特徴とする請求項１記載の無機汚泥の濃縮粒状化処理方法。
加熱濃縮の前または後、または、濃縮物に有機高分子物質を加えて混合する前または後に、セメント、セメント系固化材、生石灰、石灰系固化材、石膏を含む固化材のうち少くとも１種を加えて養生し、高い強度の粒状化処理土を得ることを特徴とする請求項１または２記載の無機汚泥の濃縮粒状化処理方法。
無機塩類が、２価または３価の金属塩またはそれを含有する無機物質であることを特徴とする請求項１または２記載の無機汚泥の濃縮粒状化処理方法。