JP2009066471A - 建設汚泥処理土作製システム及び建設汚泥処理土作製方法 - Google Patents

建設汚泥処理土作製システム及び建設汚泥処理土作製方法 Download PDF

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Abstract

【課題】建設汚泥に含まれる重金属を効率的に無害化し、建設汚泥から土質材料としての利用に適した建設汚泥処理土を作製できるシステム及び方法を提供すること。
【解決手段】本発明の建設汚泥処理土作製システム10は、重金属が溶出するおそれのある汚染土壌と水との混合物である建設汚泥を処理し、重金属が溶出しない処理土を作製するためのものであって、重金属を無害化するための薬剤と建設汚泥とを混和する混和手段15と、この混和手段15で得られた混和物を固形分(建設汚泥処理土)と液体分とに固液分離する固液分離手段9とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、重金属が溶出するおそれのある汚染土壌と水との混合物である建設汚泥を処理し、重金属が溶出しない建設汚泥処理土を作製するためのシステム及び方法に関する。
トンネルや坑井を掘削する場合、地山の崩壊を防ぐなどの目的で泥水が使用される。具体的には、泥水式シールド工法における切羽安定、地中連続壁の孔壁保護、場所打ち杭工法における孔壁保護などに泥水が用いられている。このような掘削現場からは、掘削によって生じる発生土を含む泥水が排出される。また、重金属を含有する汚染土壌を分級洗浄する過程では、泥水状又は泥土状の副産物が排出される。
掘削現場から排出される泥水は、発生土の分離除去、比重調整などの処理がなされた後、その一部は再び掘削位置へと供給されて再利用される。一方、再利用されない残りの余剰泥水は、一般に産業廃棄物(建設汚泥)として処分される。また、産業廃棄物として処分する代わりに、余剰泥水を資源として有効利用することについても検討がなされている(例えば、特許文献1,2を参照)。
特開平10−279940号公報 特開平10−225700号公報
ところで、掘削作業が行われる地中には、重金属などの有害物質によって土壌が汚染された領域が存在する。重金属による土壌汚染は、人為的なものに限らず、自然由来の有害物質を原因とするものもある。このような領域の掘削に泥水を用いた場合、泥水に重金属が溶出するおそれがあり、これを適切に無害化しなければ汚染が拡散する可能性がある。
重金属を含有する余剰泥水を無害化処理する場合、処理施設にダンプトラックなどで運搬しやすいように、余剰泥水は土砂と濾液とに固液分離され、土砂が処理施設に搬入される。重金属を含む土砂の処理は、例えば、セメント工場に付設されたリサイクルプラントなどで行われるが、処理コストが高いという問題がある。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、建設汚泥に含まれる重金属を効率的に無害化し、建設汚泥から土質材料としての利用に適した建設汚泥処理土を作製できるシステム及び方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、シールド工法などの掘削作業で生じる泥水に含まれる重金属を効率的に無害化する方法について鋭意検討したところ、泥水を固液分離する前に、無害化のための薬剤を泥水に添加して薬剤と泥水との混和を十分に行い、この混和物を固液分離すると重金属の溶出量が十分に低減でき、再利用に適した建設汚泥処理土(土質材料)が得られることを見出した。本発明者らは、この知見に基づいて下記の本発明を完成させた。
すなわち、本発明の建設汚泥処理土作製システムは、重金属が溶出するおそれのある汚染土壌と水との混合物である建設汚泥を処理し、建設汚泥処理土を作製するためのものであって、重金属を無害化するための薬剤と建設汚泥とを混和する混和手段と、混和手段で得られた混和物を固形分と液体分とに固液分離する固液分離手段と、を備える。
本発明の建設汚泥処理土作製システムによれば、泥水や泥土といった比較的含水率が高い建設汚泥に対して薬剤を添加するため、従来のように固液分離して得られた土砂を無害化処理する場合と比較すると、建設汚泥と薬剤とを混和しやすく、重金属を効率的に無害化することができる。したがって、固液分離手段によって得られた建設汚泥処理土(固形分)は、土質材料として利用できる。
なお、本発明でいう「建設汚泥」は、掘削工事などの建設工事で生じる泥水又は泥土であって、流動性を有し且つコーン指数が200kN/m未満のものを意味する。また、「コーン指数」はJIS A1228に規定する方法(ふるい目:9.5mm)に準拠して測定された測定値を意味する。
本発明においては、固液分離によって得られる固形分である建設汚泥処理土から周囲環境に溶出する重金属量を十分に低くする観点から、薬剤として、重金属と反応して難水溶性塩を生じさせる不溶化剤又は重金属と結合してキレート化合物を生じさせるキレート剤を用いることが好ましく、両者を併用することもできる。これらの薬剤を使用して無害化された建設汚泥処理土は、例えば、埋立地用の土質材料などに利用できる。
本発明における混和手段は、泥水状の建設汚泥を移送する泥水移送管と、この泥水移送管に接続され、泥水移送管内に薬剤を供給する薬剤移送管とによって構成されることが好ましい。かかる構成を採用することにより、例えば、建設汚泥がシールド工法や基礎杭工法などによる掘削作業で生じた余剰泥水である場合、建設汚泥と薬剤とを泥水移送管内で効率的に混和できる。
また、上記泥水移送管は局所的に内径が拡大した拡径部を有し、この拡径部に薬剤移送管が接続されていることが好ましい。かかる構成を採用することにより、泥水移送管内において乱流が発生しやすくなり、乱流によって泥水状の建設汚泥と薬剤とがより一層効率的に混和される。
また、本発明における混和手段は、泥土状の建設汚泥を搬送するスクリューコンベアと、このスクリューコンベアのケーシングに接続され、ケーシング内に薬剤を供給する薬剤移送管とによって構成されるものであってもよい。かかる構成を採用することにより、例えば、建設汚泥がシールド工法や基礎杭工法などによる掘削作業で生じた泥土である場合、建設汚泥と薬剤とをスクリューコンベア内で効率的に混和できる。
本発明の建設汚泥処理土作製方法は、重金属が溶出するおそれのある汚染土壌と水との混合物である建設汚泥を処理し、建設汚泥処理土を作製するためのものであって、重金属を無害化するための薬剤と建設汚泥とを混和する混和工程と、混和工程を経て得られた混和物を固形分と液体分とに固液分離する固液分離工程と、を備える。
本発明の建設汚泥処理土作製方法によれば、固液分離処理がなされる前の泥水や泥土といった比較的含水率が高い建設汚泥に対して薬剤を添加するため、従来のように固液分離して得られた土砂を無害化処理する場合と比較すると、建設汚泥と薬剤とを混和しやすく、重金属を効率的に無害化することができる。したがって、固液分離工程を経て得られた建設汚泥処理土(固形分)は、土質材料として利用できる。
本発明における混和工程においては、例えば、建設汚泥がシールド工法や基礎杭工法などの掘削作業で生じた泥水である場合、泥水状の建設汚泥を移送している泥水移送管内に薬剤を添加することが好ましい。他方、例えば、建設汚泥が掘削作業で生じた泥土である場合、泥土状の建設汚泥を搬送しているスクリューコンベアのケーシング内に薬剤を添加することが好ましい。
本発明によれば、土壌と水との混合物である建設汚泥に含まれる重金属を効率的に無害化処理できる。これにより、周囲環境に溶出する重金属量が十分に低く、埋立地用の土質材料などへの再利用に適した建設汚泥処理土を効率的に得ることができる。
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
(第1実施形態)
図1に本実施形態に係る建設汚泥処理土作製システムの構成概要図を示す。同図に示す建設汚泥処理土作製システム10は、泥水式シールド工法による掘削作業で生じる余剰泥水に含まれるヒ素を無害化する。ここでいう余剰泥水は建設汚泥の一種である。
建設汚泥処理土作製システム10は、泥水式シールド機1からの排泥水を固液分離する第1固液分離装置3と、第1固液分離装置3で分離された泥水を貯留して比重や粘度の調整を行う調整槽5と、調整槽5から排出される余剰泥水を貯留する余剰泥水槽6と、余剰泥水槽6に接続された泥水移送管L5に設けられ、余剰泥水と薬剤の混和を行う拡径部15と、余剰泥水と薬剤の混和物を貯留する混和物収容槽7と、混和物収容槽7からの混和物を固液分離する第2固液分離装置(固液分離手段)9とを備えている。また、建設汚泥処理土作製システム10は、流体を各装置へと移送する配管や薬剤や処理物を貯留する貯留槽などを更に備えている。
泥水式シールド機1は、調整槽5に収容された泥水が送泥水管L3を通じて切羽に供給されるようになっている。切羽に対する泥水圧を適切に調整することによって、切羽からの土圧及び水圧に対抗することができ、切羽の安定化が図られる。
第1固液分離装置3は、泥水式シールド機1から排泥水管L1を通じて移送される泥水を分離土砂と分離泥水とに固液分離する。ここで得られた分離土砂は一次処理土砂ピット3aへと移送され、他方、分離泥水は移送管L2を通じて調整槽5へと移送される。第1固液分離装置3としては、振動ぶるい装置を例示できる。
調整槽5は、送泥水管L3を通じて泥水式シールド機1に供給する泥水の比重や粘度の調整を行うための槽である。調整槽5には送泥水管L3の他に、過剰の泥水を余剰泥水として余剰泥水槽6へと移送する移送管L4が接続されている。
余剰泥水槽6は、余剰泥水を貯留するための槽である。余剰泥水槽6には泥水移送管L5が接続されている。この泥水移送管L5の途中に泥水移送用ポンプP1が配設され、更にその下流側には拡径部15が設けられている。
拡径部15は、泥水移送管L5の一部をなしており、その内部で薬剤と余剰泥水とを十分に混和できるように構成されている。図2に拡径部15の断面図を示す。同図に示すように、拡径部15は、泥水移送管L5の内径を局所的に拡大してなるものであり、泥水移送管L5の内径が不連続的に変化しているため、拡径部15の内部では乱流が生じやすい。したがって、拡径部15内に薬剤を添加することで、余剰泥水と薬剤とを効率的に混和できる。
拡径部15には、余剰泥水に添加する薬剤を供給するための薬剤移送管が3本接続されている。具体的には、図2に示すように、上流側から不溶化剤用の移送管L6、脱水助剤用の移送管L7及びキレート剤用の移送管L8のそれぞれの先端部が拡径部15内に突出するように挿入されている。また、移送管L6,L7,L8は、薬剤と余剰泥水との接触効率向上の観点から、それぞれの先端部の端面L6a,L7a,L8aが拡径部15の径方向に対して傾斜するように形成されると共に下流方向に向くように、拡径部15に対して固定されている。
拡径部15と不溶化剤収容槽16を連結する移送管L6の途中には、薬剤移送用のポンプP2が配設されており、不溶化剤収容槽16から拡径部15に所定量の不溶化剤を供給できるようになっている。同様に、移送管L7,L8の途中には、薬剤移送用のポンプP3,P4がそれぞれ配設されており、脱水助剤収容槽17及びキレート剤収容槽18から拡径部15に所定量の脱水助剤及びキレート剤をそれぞれ供給できるようになっている。本実施形態においては、拡径部15、移送管L6,L7,L8及び薬剤移送用のポンプP2,P3,P4によって混和手段が構成されている。
混和物収容槽7は、拡径部15からの混和物を貯留するための槽である。混和物収容槽7には、混和物を第2固液分離装置9へと移送する移送管L9が接続されている。
第2固液分離装置9は、移送管L9を通じて供給される混和物を建設汚泥処理土(固形分)と分離液(液体分)とに固液分離する。ここで得られた建設汚泥処理土は二次処理土砂ピット9aへと移送される。他方、排出管L10を通じて排出される分離液は系外へと排出又は系内において再利用される。第2固液分離装置9として、脱水性能の観点からフィルタープレスを用いることが好ましい。
次に、本実施形態に係る建設汚泥処理土作製システム10を用いた重金属の無害化処理方法について説明する。建設汚泥処理土作製システム10においては、余剰泥水槽6からの余剰泥水に薬剤を添加し、余剰泥水に含まれるヒ素を無害化する。
無害化のための薬剤(不溶化剤及びキレート剤)は、薬剤移送用のポンプP2,P3で移送できるように液状のものを用いる。同様に、第2固液分離装置9から排出される建設汚泥処理土の脱水性を高めるための薬剤(脱水助剤)も薬剤移送用のポンプP4で移送できるように液状のものを用いる。
不溶化剤収容槽16内に収容する不溶化剤は、ヒ素と反応して難水溶性塩を生成するものであり、具体例として、硫酸第一鉄液、硫酸第二鉄液、塩化第二鉄液を例示できる。
キレート剤収容槽18内に収容するキレート剤は、ヒ素と結合してキレート化合物を生成するものであり、具体例として、ジチオカルバミン酸系化合物を例示できる。
脱水助剤収容槽17内に収容する脱水助剤は、第2固液分離装置9から排出される建設汚泥処理土の脱水性を高めるためのものであり、具体例として、ポリ塩化アルミニウム凝集剤、高分子系凝集剤を例示できる。分離砂泥のより高い脱水性及び高い地盤強度を達成する観点から、脱水助剤として高分子系凝集剤を使用することが好ましい。
調整槽5から余剰泥水槽6へと余剰泥水を移送し、余剰泥水槽6内の余剰泥水が所定量に達すると、泥水移送用ポンプP1が自動的に始動するように制御し、余剰泥水を拡径部15へと自動的に供給する。このとき、泥水移送用ポンプP1の始動に伴って薬剤移送用のポンプP2,P3,P4がそれぞれ始動するように設定することで、所定量の薬剤を拡径部15に自動的に供給し、拡径部15において余剰泥水と薬剤とを混和する(混和工程)。このように各ポンプの運転を制御することによって一定量の余剰泥水を拡径部15へと供給でき、適切な量の薬剤を余剰泥水に配合できるという利点がある。
なお、余剰泥水や薬剤の移送管に流量計やpH計などの計器を配置し、薬剤の供給開始又は停止、あるいは供給量を自動調整できるようにしてもよい。また、収容槽16,17,18内の薬剤の残量が少なくなってきた場合、又はpH計が異常値を示した場合などに、警報を発する警報システムを組み込んでもよい。また、警報が発せられた場合に泥水移送用ポンプP1を自動停止させるなどの制御を行ってもよい。
拡径部15で混合された余剰泥水と薬剤との混和物を混和物収容槽7内に一旦貯留した後、移送管L9を通じて第2固液分離装置に導入し、建設汚泥処理土(固形分)と分離液(液体分)とに固液分離する(固液分離工程)。二次処理土砂ピット9aに収容した建設汚泥処理土は、埋立地用の土質材料などに利用される。一方、分離液の一部は希釈水として調整槽5などで使用され、残りは廃水処理施設等に搬送される。
第1実施形態によれば、余剰泥水及びこれに添加される薬剤がいずれも液状であるため、両者が拡径部15において効率的に混和され、ヒ素の無害化処理を十分に行われる。また、拡径部15が泥水移送管L5の一部を拡径して形成されたものであるため、その内部で乱流が生じやすく、余剰泥水と薬剤との混和が一層促進される。本発明者らの評価試験によると、本実施形態によれば、二次処理土砂ピット9a内の建設汚泥処理土のヒ素溶出量を0.01mg/L未満にまで低減できることが確認された。なお、ここでいうヒ素溶出量は、環境省告示第18号(平成15年3月6日)又は環境庁告示第13号(昭和48年)に準拠して測定された測定値を意味する。
また、本実施形態においては、泥水移送管L5に設けられた拡径部15で十分に薬剤と余剰泥水とを混和できるため、これらの混和のために攪拌機付きの混和槽などを別途配置する必要がなく、システム全体の省スペース化が図れるという利点がある。
また、本実施形態においては、ヒ素を無害化するための不溶化剤及びキレート剤と共に、脱水助剤を余剰泥水に配合するため、優れた物理的性状の建設汚泥処理土を第2固液分離装置9によって得ることができる。具体的には、この建設汚泥処理土を埋立地用の土質材料として利用するには、コーン指数が200kN/m以上であることが望ましいところ、本発明者らの評価試験によると、本実施形態によれば、二次処理土砂ピット9a内の建設汚泥処理土のコーン指数を200kN/m以上にできることが確認された。
(第2実施形態)
図3に本実施形態に係る建設汚泥処理土作製システムの構成概要図を示す。同図に示す建設汚泥処理土作製システム20は、土圧式シールド工法による掘削作業で生じる泥土に含まれるヒ素を無害化する。
建設汚泥処理土作製システム20は、土圧式シールド機30のスクリューコンベア36で搬送中の泥土に対して不溶化剤、キレート剤及び必要に応じて脱水助剤が添加され、スクリューコンベア36において泥土とこれらの薬剤が混和されると共に、当該混和物が固液分離装置(固液分離手段)29で建設汚泥処理土(固形分)と分離液(液体分)とに固液分離される点において、上記第1実施形態に係る建設汚泥処理土作製システム10と相違する。
図4に土圧式シールド機30の構成概要図を示す。同図に示すように、土圧式シールド機30は、外筒31を備えており、外筒31の先端部にカッタ32が取り付けられ、カッタ32の回転によって地山の掘削が行われる。カッタ32の背面側には、カッタ32を回転させるためのモータ33が設けられると共に、隔壁34が配設されている。この隔壁34の下方位置にスクリューコンベア36の先端部36aが配設されている。
隔壁34と切羽との間には、カッタ32によって切羽を掘削して生じた泥土が充填されている。切羽と隔壁24との間の泥土は、スクリューコンベア36のケーシング36cの上部に形成された開口36bまで搬送され、排出される。開口36bから排出された泥土は、ベルトコンベアや鋼車によって固液分離装置29へと搬送される。
スクリューコンベア36のケーシング36cの途中には、薬剤用の移送管L6,L7,L8の先端が並んで接続された接続部35が設けられている。接続部35から添加された薬剤とケーシング36c内の泥土は、ケーシング36c内で泥土が上方に移動するに伴って混和され、開口36bからは両者が十分に混和した混和物が排出される。本実施形態においては、スクリューコンベア36、移送管L6,L7,L8及び薬剤移送用のポンプP2,P3,P4によって混和手段が構成されている。
なお、本実施形態においては、スクリューコンベア36の始動に伴って薬剤移送用のポンプP2,P3,P4がそれぞれ始動するように設定することで、所定量の薬剤をケーシング36c内に自動的に供給し、スクリューコンベア36において泥土と薬剤とが混和されるようにしてもよい。
固液分離装置29は、スクリューコンベア36からの混和物を建設汚泥処理土と分離液とに固液分離する。ここで得られた建設汚泥処理土は土砂ピット29aへと移送される。他方、分離液は排出管L10を通じて系外へと排出される。
第2実施形態によれば、泥土及びこれに添加される薬剤がスクリューコンベア36によって効率的に混合されるため、ヒ素の無害化処理を十分に行うことができる。したがって、泥土と薬剤の混合のために攪拌装置などを別途配置する必要がなく、システム全体の省スペース化が図れるという利点がある。また、本実施形態においては、ヒ素を無害化するための不溶化剤及びキレート剤と共に、脱水助剤を余剰泥水に配合するため、混和物を固液分離装置29で固液分離することで、コーン指数200kN/m以上の建設汚泥処理土を得ることができる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、ヒ素を含有する余剰泥水又は泥土を処理対象としたが、カドミウム化合物、シアン化合物、鉛化合物、六価クロム化合物、水銀化合物などの化学的不溶化にも本発明のシステム及び方法を適用できる。なお、処理対象の重金属の種類に応じて使用する薬剤の種類を選択すればよい。
また、上記実施形態では、余剰泥水又は泥土に対して不溶化剤、脱水助剤及びキレート剤の順序で添加されるように移送管L6,L7,L8を接続する場合を例示したが、薬剤を添加する順序は、これに限定されるものではなく、重金属の種類、薬剤の種類などによって適宜変更してもよい。
なお、上記実施形態では、重金属の無害化のための薬剤と脱水助剤を併用する場合について説明したが、脱水助剤は、主に高いコーン指数の建設汚泥処理土を得るために添加するものであるから、高いコーン指数を達成する必要がない場合には必ずしも使用しなくてもよい。
本発明の第1実施形態に係る建設汚泥処理土作製システムの概略構成図である。 第1実施形態に係る拡径部の断面図である。 本発明の第2実施形態に係る建設汚泥処理土作製システムの概略構成図である。 土圧式シールド機の断面図である。
符号の説明
9…第2固液分離装置(固液分離手段)、10,20…建設汚泥処理土作製システム、15…泥水移送管の拡径部(混和手段)、29…固液分離装置(固液分離手段)、36…スクリューコンベア(混和手段)、36c…スクリューコンベアのケーシング、L5…泥水移送管、L6,L7,L8…薬剤移送管(混和手段)。

Claims (13)

  1. 重金属が溶出するおそれのある汚染土壌と水との混合物である建設汚泥を処理し、建設汚泥処理土を作製するための建設汚泥処理土作製システムであって、
    前記重金属を無害化するための薬剤と前記建設汚泥とを混和する混和手段と、
    前記混和手段で得られた混和物を固形分と液体分とに固液分離する固液分離手段と、
    を備える建設汚泥処理土作製システム。
  2. 前記薬剤は、前記重金属と反応して難水溶性塩を生じさせる不溶化剤、及び/又は、前記重金属と結合してキレート化合物を生じさせるキレート剤である、請求項1に記載の建設汚泥処理土作製システム。
  3. 前記混和手段は、泥水状の前記建設汚泥を移送する泥水移送管と、前記泥水移送管に接続され、前記泥水移送管内に前記薬剤を供給する薬剤移送管とによって構成される、請求項1又は2に記載の建設汚泥処理土作製システム。
  4. 前記泥水移送管は局所的に内径が拡大した拡径部を有し、前記拡径部に前記薬剤移送管が接続されている、請求項3に記載の建設汚泥処理土作製システム。
  5. 前記建設汚泥は、掘削作業で生じた余剰泥水である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の建設汚泥処理土作製システム。
  6. 前記混和手段は、泥土状の前記建設汚泥を搬送するスクリューコンベアと、前記スクリューコンベアのケーシングに接続され、前記ケーシング内に前記薬剤を供給する薬剤移送管とによって構成される、請求項1又は2に記載の建設汚泥処理土作製システム。
  7. 前記建設汚泥は、掘削作業で生じた泥土である、請求項1、2及び6のいずれか一項に記載の建設汚泥処理土作製システム。
  8. 重金属が溶出するおそれのある汚染土壌と水との混合物である建設汚泥を処理し、建設汚泥処理土を作製するための建設汚泥処理土作製方法であって、
    前記重金属を無害化するための薬剤と前記建設汚泥とを混和する混和工程と、
    前記混和工程を経て得られた混和物を固形分と液体分とに固液分離する固液分離工程と、
    を備える建設汚泥処理土作製方法。
  9. 前記薬剤は、前記重金属と反応して難水溶性塩を生じさせる不溶化剤、及び/又は、前記重金属と結合してキレート化合物を生じさせるキレート剤である、請求項8に記載の建設汚泥処理土作製方法。
  10. 前記混和工程は、泥水状の前記建設汚泥を移送している泥水移送管内に前記薬剤を添加する、請求項8又は9に記載の建設汚泥処理土作製方法。
  11. 前記建設汚泥は、掘削作業で生じた余剰泥水である、請求項8〜10のいずれか一項に記載の建設汚泥処理土作製方法。
  12. 前記混和工程は、泥土状の前記建設汚泥を搬送しているスクリューコンベアのケーシング内に前記薬剤を添加する、請求項8又は9に記載の建設汚泥処理土作製方法。
  13. 前記建設汚泥は、掘削作業で生じた泥土である、請求項8、9及び12のいずれか一項に記載の建設汚泥処理土作製方法。
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