JP2006000692A

JP2006000692A - 浚渫土等の脱水・固化処理工法

Info

Publication number: JP2006000692A
Application number: JP2004176640A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Hidaka; 厚日高; Susumu Oyama; 将大山; Takashi Koyama; 孝小山
Original assignee: Konoike Construction Co Ltd
Current assignee: Konoike Construction Co Ltd
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2004-06-15
Publication date: 2006-01-05

Abstract

【課題】処理時間の大幅な短縮を可能とし、さらに脱水ケーキの高強度化、富栄養化物質の濾水への流出及び脱水ケーキからの再溶出を低減することができる浚渫土等の脱水・固化処理工法を提供すること。
【解決手段】浚渫土等を凝集剤により凝集処理し、濃縮した処理土に対して、酸化マグネシウムを添加・混合することにより、浚渫土等の脱水処理と、脱水後に作製される脱水ケーキの固化処理を、脱水機による脱水処理工程のみで同時に行う。
【選択図】なし

Description

本発明は、浚渫土や泥水等（本明細書において、「浚渫土等」という。）の減容化のための脱水機による脱水処理工法と、脱水処理により作製される脱水ケーキの固結及び強度増加のための固化処理工法に関し、処理時間の大幅な短縮を可能とし、さらに脱水ケーキの高強度化、富栄養化物質であるリン化合物や窒素化合物等（本明細書において、単に、「富栄養化物質」という。）の濾水への流出及び脱水ケーキからの再溶出を低減することができる浚渫土等の脱水・固化処理工法に関するものである。

湖沼等の閉鎖性水域において、水質改善や底質の除去による機能回復や、底質等に含まれる富栄養化物質を除去することは極めて重要である。
この浚渫による底質等の除去においては、浚渫土の処理として、凝集剤等を添加して凝集沈殿により濃縮し、フィルタープレス等の脱水機を用いた脱水処理が行われ、脱水ケーキとして減容化されるが、脱水処理により大量に作製される脱水ケーキについては、再利用（リサイクル）や処分先が大きな課題となる。

そこで、脱水ケーキの再利用（リサイクル）や処分方法として、地盤材料としての再利用や底泥覆砂代替などの湖底還元が考えられている。
しかしながら、脱水ケーキは細粒分が主体であることや、脱水処理されたとはいえ依然として高含水比（概ね含水比が８０％以上）であること、さらに、そもそも脱水機による脱水処理は単なる物理的処理（含水量の低減、密度の増加等による強度増加）であるため、試料自体の変化（含水比等）や周囲の自然環境（気中、水中、水際等）によって、その性状（例えば、再泥化の度合い）が安定せず、乾湿繰り返しや吸水による再泥化が懸念されるため、有効な脱水ケーキの再利用（リサイクル）や処分方法として確立したものがないのが現状であった。

この場合、特に、脱水ケーキが再泥化してしまうと、リサイクル材料としての機能が果たせなくなるばかりでなく、せっかく不溶化した富栄養化物質が再溶出してしまうおそれがある。
よって、脱水ケーキの再利用については十分な検討が必要となり、再利用先についてもある程度限定されてしまうのが実状である。
そのため、脱水ケーキの再利用先の拡大のためには、脱水ケーキの化学的な改良により、改良土の再泥化の可能性や、それに伴う再溶出の可能性を物理的処理に比べ低減する必要が生じる。

そこで、脱水処理により作製された脱水ケーキの高強度化のための改良方法として、脱水ケーキとセメントや石灰等の固化材を添加・混合（脱水処理後の改良）する方法が一般的に用いられているが、改良工程が増えることになり、また均一な混合が困難なため、改良後の品質にばらつきが生じる等の問題が生じている。
一方、脱水処理前の泥水にセメントや石灰等の固化材を添加・混合すれば、工程を増やすこともなく、また均一な混合が可能で、処理後の脱水ケーキも強度が発現することは容易に推察されるが、固化材による配管・ポンプ等の閉塞や、濾布の目詰まり等の悪影響を及ぼす可能性が高く、また、処理水（濾水）等も高いアルカリ性を示すことから、適用は困難であることが考えられる。

本発明は、上記実状に鑑み、フィルタープレス等の脱水機に使用しても、配管やポンプ等の閉塞や、濾布に悪影響をもたらすことない固化材（酸化マグネシウム及び助剤）を用いることで、固化材の前添加を可能とし、脱水処理と固化処理を脱水処理の１つの工程で同時に行うことを実現する。
また、固化材を前添加することにより、濃縮した処理土と固化材の均一な混合を可能とし、脱水ケーキの品質にばらつきがほとんど生じず、さらに、脱水時間の短縮及び脱水処理により作製される脱水ケーキ等を化学的改良により長期間にわたって固結するとともに、高強度化をも可能とし、さらに富栄養化物質の再溶出を低減することが可能な浚渫土等の脱水・固化処理工法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の浚渫土等の脱水・固化処理工法は、浚渫土等の脱水処理と、脱水後に作製される脱水ケーキの固化処理を、脱水機による脱水処理工程のみで同時に行うことを特徴とする。

この場合において、浚渫土等を凝集剤により凝集処理し、濃縮した処理土に対して、酸化マグネシウムを添加・混合することができる。

また、７００〜１０００℃で焼成され、粉末度４０００ｃｍ^２／ｇ以上に調整された酸化マグネシウムを用いることができる。

また、酸化マグネシウムに、脱水ケーキの強度を増加するため及び／又は富栄養化物質の吸着・固定を促進するための助剤を加えることができる。

本発明の浚渫土等の脱水・固化処理工法によれば、富栄養化物質を含んだ高含水比状態の底泥、底質などの脱水処理過程で排出される脱水ケーキ等を長期間にわたって固結するとともに、富栄養化物質の再溶出を大幅に低減することが可能となる。
また、固化材を、脱水処理前の濃縮した処理土に前添加することにより、濃縮した処理土と固化材の均一な混合を可能としているため、作製された脱水ケーキの品質にばらつきがほとんど生じない。
よって、本発明の浚渫土等の脱水・固化処理工法では、高品質の脱水ケーキ等の作製が実現され、脱水ケーキ等を道路路体用盛土、河川堤防、土地造成などの地盤材料や底泥覆砂代替などの湖底還元等に再利用（リサイクル）することが可能となり、脱水ケーキのリサイクル率を大幅に向上させることが可能となる。
さらに、本発明の浚渫土等の脱水・固化処理工法においては、脱水処理と固化処理を脱水機による脱水処理の１つの工程で同時に行えること、また脱水処理時間自体も大幅に短縮できることから、従来技術における固化処理の工程が一切不要になり、非常に短時間で効率的に脱水処理と固化処理を行うことができるため、比較的低コストで処理することが可能である。

また、浚渫土等を凝集剤により凝集処理し、濃縮した処理土に対して、酸化マグネシウムを添加・混合することにより、脱水機等の配管やポンプ等の閉塞や、濾布の目詰まり等を防止することができる。

また、７００〜１０００℃で焼成され、粉末度４０００ｃｍ^２／ｇ以上に調整された酸化マグネシウムを用いることにより、脱水ケーキ等を長期間にわたって一層強固に固結するとともに、富栄養化物質に対する溶出低減を一層効果的に行うことができる。

また、酸化マグネシウムに、脱水ケーキの強度を増加するため及び／又は富栄養化物質の吸着・固定を促進するための助剤を加えることにより、固結後の強度増加させたり、富栄養化物質の吸着・固定を促進させることができる。

以下、本発明の浚渫土等の脱水・固化処理工法の実施の形態を説明する。

本発明の脱水・固化処理工法は、浚渫土を凝集剤等により凝集処理し、濃縮した処理土に対して、７００〜１０００℃で焼成され、粉末度４０００ｃｍ^２／ｇ以上に調整された酸化マグネシウムを用い、また、酸化マグネシウムに、脱水ケーキの強度増加や富栄養化物質の吸着・固定の促進を目的とした助剤を加えた材料を用いる。
そして、浚渫土等の脱水処理及び固化処理を、脱水機による脱水処理工程のみで同時に行うことにより、脱水時間の短縮、処理後の脱水ケーキ等の長期間にわたる固結及び高強度化、富栄養化物質の再溶出低減をも可能としている。

＜酸化マグネシウム＞
酸化マグネシウムには、低温焼成品と高温焼成品とがあり、本発明の目的を達成するためには、低温焼成品を用いると効果的である。高温焼成品を用いると、脱水ケーキの固結効果や、富栄養化物質に対する溶出低減効果が著しく低下することがある。
酸化マグネシウムの粉末度は、４０００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましく、４０００ｃｍ^２／ｇ未満の粉末度のものを用いると、脱水ケーキの固結効果や、富栄養化物質に対する溶出低減効果が著しく低下することがある。
酸化マグネシウムは、対象となる浚渫土の乾燥土重量比として、１〜４０ｗｔ％添加することが望ましい。

＜助剤＞
助剤には、脱水ケーキの固結後の強度増加や富栄養化物質の吸着・固定を促進させることを目的として用いる。
助剤として、例えば、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、ポリ硫酸第二鉄、塩化第一鉄、塩化第二鉄、ポリ塩化第二鉄、重合ケイ酸塩化鉄（III）、リン酸、第一リン酸ナトリウム、重過リン酸カルシウム、過リン酸カルシウム、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、シリカ、パーライト、ゼオライト、製鋼スラグ等を用いることができ、これらの助剤は、単独又は必要に応じて二種以上混合して用いることができる。

＜助剤の添加量＞
助剤を用いる場合は、酸化マグネシウムと助剤の比を質量比で５：９５〜９５：５の間で使用することが好ましい。

＜材料の添加方法＞
本発明の脱水・固化処理工法における浚渫土等と酸化マグネシウム（及び助剤）との添加・混合方法は、浚渫土等を凝集剤及びｐＨ調整剤により凝集沈殿処理した濃縮した処理土に対して行う。酸化マグネシウム（及び助剤）の添加形態は、粉体又は水を添加したスラリー状とする。

＜脱水処理方法＞
本発明の脱水・固化処理工法における酸化マグネシウム（及び助剤）を添加・混合した濃縮した処理土は、脱水機を用いて脱水処理する。脱水機としては、特に限定するものではないが、例えば、フィルタープレスを用いることができる。

次に、本発明の浚渫土等の脱水・固化処理工法を、浚渫土を用いた室内脱水試験の実施例に基づきさらに詳細に説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例によって制限されるものではない。
室内脱水試験の試験要領は以下のとおりである。
（１）添加材料
凝集剤（及び中和剤）として、ポリ塩化アルミニウム及び消石灰を添加した。また、固化材として粉末度４０００ｃｍ^２／ｇの低温焼成酸化マグネシウムを用いた。添加量は、浚渫底泥中の乾土量に対して、ポリ塩化アルミニウムを１０ｗｔ％、消石灰を２ｗｔ％、酸化マグネシウムを１０ｗｔ％添加した。
（２）添加・脱水処理
ポリ塩化アルミニウム及び消石灰を添加して凝集沈殿処理を行った後、固化材を添加して混合した処理土について、室内脱水機を用いて脱水処理を行った。
（３）供試体作製
セメント系固化材による安定処理土の試験方法（セメント協会法；ＣＡＪＳＬ−０１−１９９０）に準じて供試体を作製した。
（４）供試体養生
気中養生においては、供試体を型枠から脱型後２０℃で密封養生した。また、水中養生においては、供試体を型枠から脱型後２０℃の水中に完全に水浸させ養生した。
（５）一軸圧縮試験
供試体を養生後、材令２８日で土の一軸圧縮試験（ＪＩＳＡ１２１６）を行い、一軸圧縮強度を測定した。
（６）溶出試験
一軸圧縮試験後（気中養生）の破壊供試体を用いて、土壌溶出試験（平成３年環境庁告示第４６号に示された方法）に準拠した方法により溶出試験を行った。

生活排水による水質汚染が問題となっている沼から採取した浚渫底泥（含泥率７．５％、全窒素含有量２９０ｍｇ／ｋｇ、全リン含有量１８０ｍｇ／ｋｇ）について、室内脱水機にて脱水試験を行った。脱水圧力は１ＭＰａとした。その試験結果を表１に示す。

脱水時間を比較すると、酸化マグネシウムを添加しないケースの脱水時間は９０分であった。それに対し、酸化マグネシウムを添加して脱水処理したケースの脱水時間は６０分であり、酸化マグネシウムを添加しないケースと比較して脱水時間が大幅に短縮されることが確認できた。
濾水の性状を比較すると、酸化マグネシウムを添加しないケースの濾水中の全窒素濃度は７．６ｍｇ／Ｌ、全リン濃度は０．０５ｍｇ／Ｌであった。それに対し、酸化マグネシウムを添加して脱水処理したケースでは、濾水中の全窒素濃度は、２．９ｍｇ／Ｌ、全リン濃度は０．０５ｍｇ／Ｌ未満であり、酸化マグネシウムを添加しないケースと比較して濾水中の富栄養化物質の濃度が低減されることが確認できた。
脱水ケーキの性状を比較すると、脱水ケーキからの富栄養化物質の溶出量は、酸化マグネシウムを添加しないケースでは、全窒素溶出量は４．３ｍｇ／Ｌ、全リン溶出量は０．３３ｍｇ／Ｌであった。それに対し、酸化マグネシウムを添加して脱水処理した場合、全窒素溶出量は２．３ｍｇ／Ｌ、全リン溶出量は０．１ｍｇ／Ｌ未満であり、酸化マグネシウムを添加しないケースと比較して、脱水ケーキからの富栄養化物質の溶出量が低減されることが確認できた。
また、脱水処理後２８日間経過した時点での脱水ケーキの固結強度は、脱水ケーキを気中で養生した場合、酸化マグネシウムを添加しないケースでは、一軸圧縮強さとして０．０８Ｎ／ｍｍ^２であるのに対し、酸化マグネシウムを添加したケースでは、０．４１Ｎ／ｍｍ^２であり、酸化マグネシウムを添加しないケースと比較して大幅に高強度化することができ、地盤材料として再利用するのに十分な強度を発現することが確認された。
さらに、脱水ケーキを水中で養生させた場合、酸化マグネシウムを添加しないケースでは、一軸圧縮強さとして０．０３Ｎ／ｍｍ^２と、気中養生に比べて大幅に低下したのに対し、酸化マグネシウムを添加したケースでは、０．４０Ｎ／ｍｍ^２と気中養生とほぼ同程度の強度を発現しており、水中においても優れた安定性を発揮することが確認された。

富栄養化が問題となっている沼から採取した浚渫底泥（含泥率９．３％、全窒素含有量６２０ｍｇ／ｋｇ、全リン含有量２４０ｍｇ／ｋｇ）について、室内脱水機にて脱水試験を行った。脱水圧力は１．５ＭＰａとした。その試験結果を表２に示す。

脱水時間を比較すると、酸化マグネシウムを添加しないケースの脱水時間は６０分であった。それに対し、酸化マグネシウムを添加して脱水処理したケースの脱水時間は４０分であり、酸化マグネシウムを添加しないケースと比較して脱水時間が大幅に短縮されることが確認できた。
濾水の性状を比較すると、酸化マグネシウムを添加しないケースの濾水中の全窒素濃度は４２ｍｇ／Ｌ、全リン濃度は０．０７ｍｇ／Ｌであった。それに対し、酸化マグネシウムを添加して脱水処理したケースでは、濾水中の全窒素濃度は、１８ｍｇ／Ｌ、全リン濃度は０．０５ｍｇ／Ｌ未満であり、酸化マグネシウムを添加しないケースと比較して濾水中の富栄養化物質の濃度が低減されることが確認できた。
脱水ケーキの性状を比較すると、脱水ケーキからの富栄養化物質の溶出量は、酸化マグネシウムを添加しないケースでは、全窒素溶出量は２１ｍｇ／Ｌ、全リン溶出量は０．５０ｍｇ／Ｌであった。それに対し、酸化マグネシウムを添加して脱水処理した場合、全窒素溶出量は９．８ｍｇ／Ｌ、全リン溶出量は０．１ｍｇ／Ｌ未満であり、酸化マグネシウムを添加しないケースと比較して、脱水ケーキからの富栄養化物質の溶出量が低減されることが確認できた。
また、脱水処理後２８日間経過した時点での脱水ケーキの固結強度は、脱水ケーキを気中で養生した場合、酸化マグネシウムを添加しないケースでは、一軸圧縮強さとして０．０９Ｎ／ｍｍ^２であるのに対し、酸化マグネシウムを添加したケースでは、０．４８Ｎ／ｍｍ^２であり、酸化マグネシウムを添加しないケースと比較して大幅に高強度化することができ、地盤材料として再利用するのに十分な強度を発現することが確認された。
さらに、脱水ケーキを水中で養生させた場合、酸化マグネシウムを添加しないケースでは、一軸圧縮強さとして０．０２Ｎ／ｍｍ^２と、気中養生に比べて大幅に低下したのに対し、酸化マグネシウムを添加したケースでは、０．４６Ｎ／ｍｍ^２と気中養生とほぼ同程度の強度を発現しており、水中においても優れた安定性を発揮することが確認された。

以上、本発明の浚渫土等の脱水・固化処理工法について、複数の実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができる。

本発明の浚渫土等の脱水・固化処理工法は、処理時間の大幅な短縮を可能とし、さらに脱水ケーキの高強度化、富栄養化物質の濾水への流出及び脱水ケーキからの再溶出を低減するという特性を有していることから、浚渫土や泥水等の減容化のための脱水機による脱水処理や、脱水処理により作製される脱水ケーキの固結及び強度増加のための固化処理の用途に好適に用いることができる。

Claims

浚渫土等の脱水処理と、脱水後に作製される脱水ケーキの固化処理を、脱水機による脱水処理工程のみで同時に行うことを特徴とする浚渫土等の脱水・固化処理工法。
浚渫土等を凝集剤により凝集処理し、濃縮した処理土に対して、酸化マグネシウムを添加・混合することを特徴とする請求項１記載の浚渫土等の脱水・固化処理工法。
７００〜１０００℃で焼成され、粉末度４０００ｃｍ^２／ｇ以上に調整された酸化マグネシウムを用いることを特徴とする請求項２記載の浚渫土等の脱水・固化処理工法。
酸化マグネシウムに、脱水ケーキの強度を増加するため及び／又は富栄養化物質の吸着・固定を促進するための助剤を加えることを特徴とする請求項２又は３記載の浚渫土等の脱水・固化処理工法。