JP2005087895A - 汚泥処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】 システムの輸送や配置の便宜を図る。
【解決手段】 混合機１、混合機１に凝集材を供給する凝集材供給装置３を有する混合ブロック２００と、処理すべき高含水比の汚泥から夾雑物を除去する夾雑物除去装置１０、および夾雑物が除去された汚泥を混合機に供給する汚泥供給装置９を有する汚泥供給ブロック１００と、混合機１に吸水材としての古紙を供給するベルトコンベア２を有する古紙供給ブロック３００とを備え、汚泥と古紙とを混合機１で混合攪拌することで、汚泥の見かけ上の含水比を低下させるとともに、更に凝集材を加えて混合攪拌することで団粒化する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、建設工事等で発生する含水比の高い汚泥を処理する汚泥処理装置に関する。

縦穴掘削機等による基礎工事、管推進機による推進工事、シールド工事、浚渫工事のような建設工事等で発生する高含水比の汚泥に対し、改質処理を施すことによって強度の高い一般建設残土と同等の土砂に改質して再利用するための技術開発が進められている。その技術開発のひとつとして、特に含水比の高い汚泥に吸水材と凝集材とを添加、攪拌することで、汚泥を団粒化する汚泥造粒処理装置の開発が試みられている。団粒化された土砂生成物は、植生用土砂や、建設現場の埋め戻し材として再利用することができる他、粒状土砂生成物の強度を高めることで路盤材としても再利用でき、処理した汚泥の付加価値を高め、かつその用途を拡大することができる。

例えば特許文献１，２には、吸水材を含水比の高い汚泥に添加し、汚泥の自由水を吸水するとともに、吸水後の汚泥に凝集材を添加、攪拌して汚泥を改質する処理方法が記載されている。特許文献１の処理方法では、高含水比の汚泥を鋼鉄製角タンクに入れるとともに、新聞紙等を細かく裁断した古紙を同タンクにばらまいた後、バックホウ等の重機でよく攪拌し、次いで水溶性高分子粉末の添加材を凝集材として加えて更に重機で攪拌する。上記作業によって汚泥が団粒化したら、重機でダンプに移し、搬出する。また、重機による攪拌に代えて、ミキサーによるバッチ処理あるいは連続処理でもよい旨が記載されている。

また特許文献２の装置では、多軸攪拌機と、攪拌機に汚泥や吸水材，凝集材などを供給する手段とを有し、攪拌機でこれらを攪拌混合して汚泥を改質する。また、夾雑物除去装置で汚泥中の夾雑物を除去する旨の記載がある。

特開２０００−２８８５８９号公報 特開２００２−３３６６７１号公報

上述した特許文献１のものは、単に汚泥処理の方法を開示するのみで具体的な装置構成は記載されていない。また特許文献２の汚泥処理システムは、システム全体を輸送トラックやクローラ式走行装置に搭載できる程度の小規模なものを想定しており、より処理効率の高い大型のシステムとしたときに輸送や配置の問題が生ずる。
本発明の目的は、輸送や配置の便宜を図った大規模な汚泥処理システムを提供することにある。

本発明は、汚泥に古紙および凝集材を加え、攪拌、混合することでその性状を改質する汚泥処理システムに適用される。そして、混合機および該混合機に凝集材を供給する凝集材供給装置を有する混合ブロックと、処理すべき高含水比の汚泥から夾雑物を除去する夾雑物除去装置、および夾雑物が除去された汚泥を混合機に供給する汚泥供給装置を有する汚泥供給ブロックと、混合機に吸水材としての古紙を供給するベルトコンベアを有する古紙供給ブロックと、混合機で改質された土砂を排出する排出用ベルトコンベアとを備える。
請求項２の発明は、土砂を細粒化するための助材を前記混合機に供給する助材供給装置を混合ブロックに更に設けたものである。
請求項３の発明は、土砂を固化するための固化材を混合機に供給する固化材供給装置を混合ブロックに更に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の汚泥処理システム。
請求項４の発明は、混合機に複数の攪拌羽根を設け、攪拌される汚泥の流れ方向を変えられるように各攪拌羽根の取付角度を可変としたものである。
請求項５の発明は、上記排出用ベルトコンベアと古紙供給ブロックとを混合ブロックの同一側に設けたものである。
請求項６の発明は、混合機の底部に土砂を排出して排出用ベルトコンベアに導くための開口を設けるとともに、開口を開閉するスライド式の開閉扉と、閉位置にある開閉扉の先端下面と接触する止水部材と、開閉扉の閉塞に伴ってその前端下面を止水部材に押圧するテーパー部材とを備えたものである。
請求項７の発明は、混合機に汚泥と古紙とを同時に供給するようにしたものである。
請求項８の発明は、混合ブロック，汚泥供給ブロック，古紙供給ブロックおよび排出用ベルトコンベアを、それぞれ１台の輸送トラックで輸送可能な大きさおよび形状としたものである。

本発明に係る汚泥処理システムによれば、システムを混合ブロック，汚泥供給ブロック，古紙供給ブロックおよび排出用ベルトコンベアに分けたので、大規模な汚泥処理システムであっても輸送に便利であり、かつ設置や撤去が簡単に行える。

図１〜図２２により本発明の一実施の形態を説明する。
本実施形態における汚泥処理システムは、建設現場などでで発生した高含水比の汚泥に対し、その見かけ上の含水比を低下させるとともに団粒化することで、汚泥を再利用可能な土砂に改質するものである。これを実現するために本システムは、図１〜図７に示すように、汚泥供給ブロック１００と、古紙供給ブロック２００と、混合ブロック３００と、土砂を排出するためのベルトコンベア７とを有するバッチ処理システムとされる。

＜汚泥供給ブロック１００＞
汚泥供給ブロック１００は、処理すべき汚泥を混合ブロック３００に供給するもので、汚泥槽１１，夾雑物除去用の振動スクリーン１０，汚泥供給用ポンプ９とを有する。建設現場等で発生した高含水比の汚泥Ｓは、図１、図４に示すようにいったん汚泥貯留槽１３に貯められ、ここから汚泥槽１１に投入されるが、汚泥中にはゴミ、瓦礫、鉄片、空缶などの異物や、ポンプ９では搬送できない大きさの礫など（以下、総称して夾雑物Ｇ）が含まれている。そこで、汚泥槽１１の上部に振動スクリーン１０を取り付け、その上に汚泥Ｓを投下するようにすることで、汚泥中の夾雑物Ｇは振動スクリーン１０により篩われ、汚泥およびポンプ９で搬送可能な大きさの小礫が汚泥槽１１に貯められる。

ポンプ９は、例えばチューブポンプなどの汚泥供給ポンプが用いられ、吸込配管９ｃは汚泥槽１１に、吐出配管９ｂは後述する混合機１の汚泥投入配管１ｋに接続される。ポンプ９で汚泥槽１１から吸い込んだ汚泥は、吐出配管９ｂを経て混合機１に投入される。ポンプ９の電動機はインバータ制御などにより回転数を制御され、その回転数に応じて汚泥Ｓの吐出量が制御される。回転数は図示しない制御盤などで設定可能とされる。なお、チューブポンプに代えて例えばスクリュコンベアなどを用いても汚泥の定量供給が可能である。

＜古紙供給ブロック２００＞
古紙供給ブロック２００は、吸水材としての古紙のブロックを混合機１に供給するためのもので、架台２ｃ（図７）上に載せられたベルトコンベア２ａと、ベルトコンベア２ａ上の古紙を覆う飛散防止カバー２ｂとを有する。古紙は、特開２０００−２８８５８９号公報に記載されているように、新聞紙等を２０ｍｍ四方以下に細かく裁断したものが望ましい。細かく裁断した古紙を、輸送のために一辺８０ｃｍ〜１００ｃｍ程度の立方体ブロックに圧縮成型し梱包したものが市販されており、梱包されたままの古紙１６ａが作業台１５Ａに仮置きされる。作業者は、作業台１５Ａ上において古紙の梱包を解き、ベルトコンベア２ａに載せる。ベルトコンベア２ａの先端は混合機１の上方に位置しており、ベルトコンベア２ａの作動により古紙が順次混合機１に投入される。

＜混合ブロック３００＞
混合ブロック３００は、上記混合機１と、凝集材供給装置３と、固化材供給装置４と、助材供給装置５とを有し、これらは架台１９上に設置される。１５Ｂは作業台である。混合機１は、汚泥と古紙や凝集材，固化材を混合し攪拌するためのもので、例えばパドル式の多軸混合機が用いられる。

図８，図９に詳細を示すように、混合機１は、汚泥や土砂が供給されるケーシング１ａと、ケーシング１ａ内に設けられた一対の回転軸１ｂと、各回転軸１ｂに取り付けられる複数の攪拌羽根１ｃと、回転軸１ｂを回転駆動する一対の駆動装置１ｈとを有する。ケーシング１ａの上方には汚泥投入配管１ｋが設けられ、この汚泥投入配管１ｋに上記ポンプ９側の汚泥配管９ｂが接続される。

一対の回転軸１ｂは、軸受１ｄ，１ｅを介して両端を回転可能に支持される。両回転軸１ｂはそれぞれに取り付けたタイミングギア１ｉで互いに連結されており、同期して回転される。１ｆ，１ｇは、ケーシング１ａ内の土砂や汚泥が漏出しないようシールする軸シールである。一対の回転軸１ｂを回転させると、ケーシング１ａ内の土砂が複数の攪拌羽根１ｃによって攪拌されつつ移動する。

図１３〜図１６に示すように、攪拌羽根１ｃの軸１ｘは回転軸１ｂのボス部１ｙに挿入され、軸１ｘとボス１ｙとがボルト１ｚで固定されている。各ボス１ｙの孔１ｗは９０度位相をずらして２箇所設けられているため、攪拌羽根１ｃを２通りの角度（図１３，図１５）で取り付けることができる。回転軸１ｂが図１４の矢印Ｒｐ方向に回転した場合、図１３の取付方では土砂はＬ方向に流れ、図１５の取付方ではＲ方向に流れる。土砂の流れる方向は、回転軸１ｂの回転方向と攪拌羽根の取付角度αにより変更可能である。図９の例では、ケーシング１ａ内の土砂がケーシング１ａの中央底部に設けた土砂排出口１ｊに向けて移動するように各攪拌羽根１ｃの取付角度が決められている。

図１０〜図１２に示すように、土砂排出口１ｊの開口形状は矩形でその３方向が側面部材１ｑで囲われ、１側面が開放されている。側面部材１ｑの上に上部材１ｎが、下に下部材１ｍがあり、これら部材１ｎ，１ｍの中央部が開口１ｊとなっている。開放された１側面側には止水シール１ｒを収容するシールケース１ｓが取り付けられている。

土砂排出口１ｊはゲート装置１８で開閉される。ゲート装置１８は、ジャッキ１８ａとゲート板１８ｂとから成り、ゲート板１８ｂの先端は土砂を剪断し易いようにテーパー１８ｃが形成されている。ゲート板１８ｂは、ジャッキ１８ａの前後摺動によりその軸方向に摺動し、土砂排出口１ｊの開放側面側から止水シール１ｒを貫通して挿入され、開口部を閉塞する。ゲート板１８ｂと下部材１ｍとの面接触および止水シール１ｒとで止水がなされる。面接触の接触圧を高めるために、排出口１ｊの一端部にはテーパー面を有する複数のピース１ｐが設けられ、ゲート板１８ｂがストロークエンドに達したとき、その先端テーパー１８ｃがピース１ｐのテーパー面に押し付けられる。このとき、テーパー分力によってゲート板１８ｂは下部材１ｍに押し付けられ、止水が確実となる。

図１７は凝集材供給装置３を示している。凝集材供給装置３は、凝集材Ｐを混合機１に供給するためのもので、凝集材Ｐが貯留されるホッパ３ａと、その底部に取り付けられたスクリュコンベア式の搬送機とから成る。凝集材Ｐは、汚泥の粒子を架橋吸着などによって結合し凝集するためのもので、粉末でも液体でもよいが、ここでは粉末を用いるものとする。上述した搬送機は、駆動部３１ａと、ケーシング３１ｂと、スクリュ３１ｃと、排出部３１ｄとから成り、スクリュ３１ｃは駆動部３１ａにより回転駆動され、凝集材ホッパ３ａ内に貯留された凝集材Ｐを排出部３１ｄ側に搬送し、混合機１に供給する。スクリュコンベアの電動機はインバータ制御などにより回転数が制御され、吐出量が制御される。回転数は架台１９上の制御盤１４で設定される。

凝集材供給装置３に隣接して設けられた固化材供給装置４は、固化材を混合機１に供給するためのもので、凝集材供給装置３と同様の固化材ホッパと搬送機とから成る。固化材は、例えば生石灰やセメントであり、土砂が強度を必要とするとき添加する。

助材供給装置５は容積型ポンプにて構成され、その吸込側の配管５ａが助材タンク６に、吐出側の配管５ｂが混合機１に接続されている。助材は、凝集材Ｐの添加によって団粒化された土砂を細粒化するためのもので、ここでは液体を用いるものとする。不図示の駆動装置で助材供給装置５を駆動すると、駆動装置の回転数に応じた容量の助材Ｌをタンク６から吸い込んで吐出し、混合機１ａに所定量だけ投入する。助材が粉体の場合は凝集材供給装置３のようなスクリュ式であってもよい。

土砂排出用のベルトコンベア７は、図６に示すように一端が混合機１の土砂排出口１ｊの真下に配置している。また、本実施形態においては、他端を搬出トラック１７の架台上に位置するよう配置している。排出土砂Ｍは、ベルトコンベア７で搬送されトラック１７の荷台に積み込まれる。ここで、本実施形態では、図１の如くベルトコンベア７を混合ブロック３００に対して古紙供給ブロック２００と同一側に設置したので、システムの全長を短くできる。

以上のように構成された汚泥処理システムによる汚泥処理（バッチ処理）の手順を説明する。
処理すべき汚泥は、汚泥発生現場から不図示の汚泥輸送車あるいは搬送装置などで運ばれ、汚泥貯留槽１３にいったん貯留される。貯留された汚泥Ｓは、重機１２などで掬い上げられ、振動スクリーン１０の上に投下される。汚泥中の夾雑物は振動スクリーン１０にて篩われ、汚泥およびポンプ９で搬送可能な大きさの小礫がスクリーン１０を透過して汚泥槽１１に貯留される。なお、汚泥貯留槽１３を用いず、汚泥を直接振動スクリーン１０上に投入してもよい。ポンプ９を駆動すると、上述したように汚泥槽１１内の汚泥が吸い上げられて混合機１に供給される。

また古紙１６ａを混合機１に供給するにあたり、複数の古紙のブロックが梱包を解かれてベルトコンベアに２ａに載置されており、ベルトコンベア２ａの作動により古紙１６ａが順次混合機１に投入される。飛散防止カバー２ｂが設けられているため、コンベア２ａ上の古紙が風等で飛散することはない。古紙の投入量は、１回の攪拌処理における汚泥の量に見合った量とされるが、汚泥の含水比が高いほど多くする必要がある。混合機１の回転軸１ｂの回転により汚泥と古紙とが攪拌、混合され、古紙は解きほぐされて汚泥の自由水を吸水する。これにより汚泥の見かけ上の含水比が低下する。

ここで、古紙の投入タイミングであるが、混合機１の回転軸１ｂが回転している状態で汚泥と古紙とを同時に投入することで、投入時間および攪拌時間をともに短縮することができる。以下、攪拌時間の短縮について詳述する。

汚泥に投入した古紙が原型を留めたまま残っていると、処理後の土砂を再利用する際に古紙が土砂表面に表出し、あたかも紙片が散在したような様相を呈し好ましくないため、古紙は汚泥中において原型を留めないほどに繊維状に分解されることが望ましい。しかし、古紙の塊は当初圧縮されているため、大きな塊の状態で汚泥中に投入した場合にほぐれにくく、完全に解きほぐすには多大な時間がかかり、作業効率を著しく低下させる。また、古紙をより細かく解砕してから汚泥中に投入すればほぐれ易くなるが、解砕装置が必要となりコストアップとなる。

そこで、古紙と汚泥とを同時に投入すれば、汚泥の量が少ない状態で古紙が投入されることになるから、古紙の汚泥中の移動（浮沈および水平移動）はかなり制限された状態になる。したがって、図２３に示すように攪拌羽根１ｃの回転力Ｆを直接受けた古紙の塊１６ｃは、汚泥中を逃げることなく解砕され易い。そして、解砕された古紙が汚泥と混ざり合うことで強度を増し、より強固に古紙を支持して移動を抑制するため、後から投入された古紙も解砕され易く、以て攪拌時間を短くできる。もし汚泥の量が多い状態で古紙が投入されると、古紙は汚泥中を移動し易くなるから、図２４に示すように、攪拌羽根１ｃの力Ｆを受けた古紙の塊１６ｃは汚泥中を逃げてしまい、解砕されにくい。このため攪拌に要する時間が長く必要となる。
このように古紙と汚泥とを同時に投入することで、高価な解砕装置を用いることなく古紙を短時間で確実に分解でき、経済的である。ただし、この同時投入は発明の必須要件ではなく、汚泥投入後に古紙を投入してもよい。

古紙の投入、攪拌によって見かけ上の含水比が低下した汚泥に対し、次に凝集材Ｐを添加する。すなわち、凝集材供給装置３の搬送機を駆動することで、ホッパ３ａ内の凝集材Ｐを設定量だけ混合機１に投入する。投入された凝集材Ｐは混合機１内で攪拌され、汚泥と混ざり合う。凝集材の添加により汚泥は団粒化し、大きな土砂の塊状となる。同様にして助材供給装置４により助材が供給され、攪拌、混合される。助材の添加により、団粒化した汚泥（土砂）はほぐされ細粒化し、見かけ上はパサパサした一般残土状となる。したがって、土砂のハンドリングや、トラックに積載しての輸送が可能となる。

このようにして改質された土砂は、例えば植生用土砂として用いるならばこのままでよいが、路盤材として用いるような場合は強度が足らず、固化材供給装置４により固化材を更に添加し攪拌する。

土砂の排出にあたっては、混合機１を作動させたままゲート板１８ｂを駆動し、土砂排出口１ｊを開放する。上述したように、攪拌羽根１ｃは土砂を排出口１ｊに向けて移送するよう取付角度が設定されているので、土砂は排出口１ｊから順次排出され、土砂排出用ベルトコンベア７上に落下し、土砂排出用コンベア７により搬出トラック１７に積載される。

次に、汚泥処理システムの輸送について説明する。
汚泥処理システムは、輸送に便利なように分割構造となってる。図１９は、混合機１，凝集材供給装置３，固化材供給装置４，制御盤１４，助材供給装置５，助材タンク６から成る混合ブロック２００を輸送トラック２０に積載した例を示している。図２０は、汚泥供給用ポンプ９，振動スクリーン１０，汚泥槽１１をから成る汚泥供給ブロック１００を輸送トラック２１に積載した例を示している。図２１は、古紙供給ブロック３００および階段類を輸送トラック２２に積載した例を示している。図２２は、土砂排出用ベルトコンベア７と混合機１の架台１９を輸送トラック２３に積載した例を示している。

図１８は混合機１の攪拌羽根１ｃの取付角度が図９と異なる例を示す。この取付角度によれば、一方の軸１ｂ側と他方の軸１ｂ側とで土砂の流れが逆方向（Ｌ方向，Ｒ方向）となる。したがって、土砂はケーシング内を攪拌されつつ環流することになる。この環流方式の場合、土砂を中央に集める流し方（図９）より均一に攪拌できる。環流する土砂は排出口を通過するため、一部の土砂がここで排出される。

一実施形態における汚泥処理システムの全体構成図。 図１のII方向から見た図。 図２のIII方向から見た図。 図１のIV方向から見た図。 図２のＶ方向から見た図。 図２のVI方向から見た図。 図２のVII方向から見た図。 混合機を図１のVIII方向から見た図。 図８のIX−IX線から見た図。 混合機の土砂排出機構を説明する図。 混合機の開口を開閉する機構を説明する図。 図１１のXII−XII線から見た図。 混合機の攪拌羽根の角度と土砂の流れ方向を説明する図。 図１３のXIV−XIV線断面図。 拌羽根の角度と土砂の流れ方向を説明する図で、図１３とは攪拌羽根の角度が異なる例を示す。 図１４のXVI−XVI線断面図。 図２のXVII−XVII線断面を示す凝集材供給装置の拡大図。 図９に相当する図で、攪拌羽根の取付角度を変えることで環流式とした例を示す。 混合ブロックの輸送例を示す図。 汚泥供給ブロックの輸送例を示す図。 古紙供給ブロックの輸送例を示す図。 土砂排出用コンベアの輸送例を示す図。 汚泥と古紙との攪拌を説明する図で、汚泥と古紙とを同時投入した場合を示す。 図２３と同様の図で、汚泥を投入した後に古紙を投入した場合を示す。

符号の説明

１ 混合機
１ａ ケーシング
１ｂ 攪拌軸
１ｃ 攪拌羽根
１ｊ 土砂排出口
１ｐ ピース
１ｒ 止水シール
２ｂ 飛散防止カバー
３ 凝集材供給装置
４ 固化材供給装置
５ 助材供給装置
７ 排出用コンベア
９ 汚泥供給用ポンプ
１０ 振動スクリーン
１１ 汚泥槽
１３ 汚泥貯留槽
１４ 制御盤
１５Ａ，１５Ｂ 作業台
１７ 搬出トラック
１８ ゲート装置
１８ａ ジャッキ
１８ｂ ゲート板
１８ｃ テーパー
１９ 架台
２０〜２３ 輸送トラック
１００ 汚泥供給ブロック
２００ 古紙供給ブロック
３００ 混合ブロック

Claims (8)

1. 汚泥に古紙および凝集材を加え、攪拌、混合することでその性状を改質する汚泥処理システムにおいて、
   混合機および該混合機に凝集材を供給する凝集材供給装置を有する混合ブロックと、
   処理すべき高含水比の汚泥から夾雑物を除去する夾雑物除去装置、および夾雑物が除去された汚泥を前記混合機に供給する汚泥供給装置を有する汚泥供給ブロックと、
   前記混合機に吸水材としての古紙を供給するベルトコンベアを有する古紙供給ブロックと、
   前記混合機で改質された土砂を排出する排出用ベルトコンベアとから成る汚泥処理システム。
2. 前記混合ブロックは、前記土砂を細粒化するための助材を前記混合機に供給する助材供給装置を更に有することを特徴とする請求項１に記載の汚泥処理システム。
3. 前記混合ブロックは、前記土砂を固化するための固化材を前記混合機に供給する固化材供給装置を更に有することを特徴とする請求項１または２に記載の汚泥処理システム。
4. 前記混合機は汚泥を攪拌する複数の攪拌羽根を有し、攪拌される汚泥の流れ方向を変えられるように各攪拌羽根の取付角度が可変とされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の汚泥処理システム。
5. 前記排出用ベルトコンベアと前記古紙供給ブロックとを前記混合ブロックの同一側に設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の汚泥処理システム。
6. 前記混合機の底部に土砂を排出して前記排出用ベルトコンベアに導くための開口を設けるとともに、該開口を開閉するスライド式の開閉扉と、閉位置にある開閉扉の先端下面と接触する止水部材と、前記開閉扉の閉塞に伴ってその前端下面を前記止水部材に押圧するテーパー部材とを備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の汚泥処理システム。
7. 前記混合機に前記汚泥と前記古紙とを同時に供給するようにしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の汚泥処理システム。
8. 前記混合ブロック，汚泥供給ブロック，古紙供給ブロックおよび排出用ベルトコンベアは、それぞれ１台の輸送トラックで輸送可能な大きさおよび形状とされることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の汚泥処理システム。
   

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