JP2943539B2 - 地盤掘削用泥水処理プラントにおける超微粒子の分離方法および装置 - Google Patents

地盤掘削用泥水処理プラントにおける超微粒子の分離方法および装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、連続地中壁工法、場
所打ち杭工法、泥水シールド工法などのように泥水を安
定液として用いて地盤を掘削する工法において、工事中
に発生する泥水を処理するプラントに関し、特に、一次
処理後の泥水中にコロイド状に含まれている超微粒子を
分離する方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】地盤を掘削する方法として、掘削孔壁の
安定性を保つために、掘削孔内に泥水を満たした状態で
掘削を進める泥水工法が知られている。この種の工法で
は、工事現場に付設したプラントで泥水を処理しながら
循環使用している。このプラントの処理対象は、循環泥
水とともに排出される掘削土砂の分離処理、余剰泥水お
よび劣化した廃棄泥水の処理などである。
【0003】泥水性状は、掘削土質、安定液材料(ベン
トナイト、CMC、ポリマー剤、分散剤など)の種類や
添加量によって変動する。処理の対象はコロイド粒子か
ら礫まで広範囲であり、一般に処理工程は3段階に分れ
ている。一次処理では、自然沈澱、強制沈澱、遠心分離
などの方法で泥水中の粗大固形分を分離除去する。一般
に一次処理では粒径74μm以上の礫、砂、および粘土
・シルト塊を分離する。二次処理では、一次処理された
分離水から粒径74μm以下の粘土・シルトなどを分離
除去する。三次処理では二次処理された分離水のPH調
整を行い、処理水を放流したり、あるいは工事用水とし
て再使用する。
【0004】従来の代表的な二次処理では、泥水に凝集
剤を添加混合し、凝集されたフロックを強制脱水する方
法がとられている。脱水装置としては各種のものが開発
されており、一般にはフィルタープレス,ロールプレス
などの加圧式脱水機が多用されている。しかし、この種
の従来方法では泥水中にコロイド状に分散されている粘
土成分の超微粒子を充分に分離することができないとい
う問題があった。この問題を解決する手段として、本出
願人らは先に、特開平4−254690号に示すような
超微粒子の分離方法を開発した。
【0005】この方法では、一次処理後の泥水が入った
水槽内に2つの電極板を対向配置し、両電極に直流電圧
を印加し、泥水中の超微粒子を電気泳動現象により正電
極側に凝集させるのである。これにより泥水中の超微粒
子が分離されて澄んだ水が得られる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前述した電気泳動現象
を応用した泥水の処理方法について、実験室レベルでは
その有効性をはっきりと確認できたのであるが、実際の
工事現場にて要求される速度で能率よく超微粒子を分離
するには不充分であった。特に、電極に付着した超微粒
子の凝集塊を電極から簡単に取り除く手段が開発されて
いなかったため、次々に発生する大量の泥水を能率よく
処理することができなかった。
【0007】この発明は前述した従来の問題点に鑑みな
されたもので、その目的は、連続地中壁などの工事現場
の泥水処理プラントに組み込まれ、電気泳動現象により
泥水中の超微粒子を能率よく分離することと、電極に付
着した超微粒子の凝集塊を電極から取り除くこととを一
貫して簡単に行えるようにすることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】そこでこの発明では、泥
水が入った水槽内に複数の電極パネルエレメントを配設
し、泥水中で対向する前記電極パネルエレメント間に直
流電圧を印加し、泥水中の超微粒子を電気泳動現象によ
り正電極となっている前記エレメントの表面に凝集さ
せ、前記エレメントに付着した凝集塊が大きく成長した
後に前記直流電圧の印加極性を反転し、前記凝集塊が付
着した前記エレメントを正電極から負電極に変えること
で、前記凝集塊を前記エレメント表面から脱落させて前
記水槽底に沈澱させるようにした。
【0009】また、前記の方法を実施する超微粒子の分
離装置を、処理対象泥水が供給される水槽と、この水槽
内に配設された複数の電極パネルエレメントと、隣り合
って対向する前記電極パネルエレメント間に直流電圧を
印加するための直流電源と、この直流電源から前記電極
パネルエレメント間に印加する直流電圧の極性を切り換
えるための切り換え手段と、前記水槽の底部の沈澱物を
当該水槽外に排出する手段とで構成した。
【0010】
【作用】電気泳動現象により正電極エレメント側に泥水
中の超微粒子が引き寄せられて凝集するという分離の原
理は前記の従来技術と同じである。正電極エレメントに
相当量の超微粒子が凝集塊となって付着すると、泥水中
の超微粒子をさらに引き付けて凝集させる効果が大幅に
低下する。そこで前記電極パネルエレメントに印加して
いる直流電圧の極性を反転させると、電界の方向が逆に
なるため、正電極から負電極に切り替わったエレメント
に付着していた前記凝集塊が塊状態のままで脱落し、泥
水に分散することなく水槽底に沈澱する。したがって前
工程で超微粒子が分離されて澄んだ水は再び濁ることは
ない。塊になって底に沈澱した凝集塊を水槽外に排出す
るのは前記一次処理装置と同様な構成で簡単に行うこと
ができる。
【0011】また、泥水中で対向する電極パネルエレメ
ントに直流電圧を印加すると、電気分解反応が起き、負
電極側から水素ガスが発生するが、このガス発生は前記
エレメントに付着していた凝集塊を電極表面から浮き上
がらせる剥離効果を生みだし、きわめて良好に凝集塊を
エレメントから脱落させることができる。
【0012】
【実施例】図1〜図4はこの発明の一実施例による分離
装置の構成を示している。1は上面が開口した角形平面
の泥水槽であり、その長手方向に一端側に泥水を槽内に
供給するための入口2が設けられているとともに、他端
側には処理後の水を排出するための出口3が設けられて
いる。この泥水槽1内に、以下に説明する支持機構によ
って14枚の電極パネルエレメント4が配置される。電
極パネルエレメント4は槽内に垂直に挿入され、かつ泥
水槽1の長手方向に対して直交し、一定間隔をおいてほ
ぼ並行に並べられている。
【0013】電極パネルエレメント4はほぼ正方形に裁
断されたエキスパンドメタルからなり、パネルフレーム
5に取り付けられている。個々のパネルフレーム5の上
部には両側に長く突出した個別桟6が取り付けられ、そ
の個別桟6がエレメント全体を支持する支持ベース桟7
に取り付けられている。支持ベース桟7は泥水槽1の上
端縁部に載置されるようにセットされる。この支持ベー
ス桟7に個別桟6が掛け渡されるようにセットされ、個
別桟6の下方にパネルフレーム5が吊り下げられた状態
となり、パネルフレーム5の枠内に電極パネルエレメン
ト4が取り付けられている。
【0014】泥水槽1内に配列された15枚の電極パネ
ルエレメント4が、以下に説明する配線機構による接続
を除いて、個々に電気的に絶縁されるように、支持ベー
ス桟7を絶縁材で構成したり、あるいは支持ベース桟7
と個別桟6の接触部分に絶縁材を介在させるなどの手段
を講じる。このように、各電極パネルエレメント4を個
々に絶縁した状態で、各エレメント4と直流電源8とを
極性切換器10を介して配電ケーブル9で接続する。
【0015】また、泥水槽1の底部は谷形になってお
り、その底部に沿ってスクリューコンベア11が配設さ
れている。このスクリューコンベア11はモータ15で
駆動され、泥水槽1の底に沈澱した固形物を図2の左か
ら右へと搬送する。スクリューコンベア11の右側端部
は泥水槽1の側方にパイプ状に突出しており、その部分
に連結して縦形スクリューコンベア12がほぼ垂直に配
設されている。この縦形スクリューコンベア12はモー
タ13で駆動され、前記スクリューコンベア11で搬送
されてきた沈澱物を上方へ搬送する。縦形コンベア12
の搬出口12aは泥水槽1の水面より高く設定されてお
り、縦形コンベア12で搬送されてきた沈澱物は泥水と
分離されて搬出口12aからその直下のベルトコンベア
14上に落下し、所定の堆積場所へと搬送される。
【0016】以上のように構成された分離装置の動作と
使用方法について説明する。この分離装置は地盤掘削用
泥水の処理プラントにおける二次処理手段となる。前述
したように一次処理により礫、砂、および粘土・シルト
塊などの粗大分を分離除去した泥水を入口2から泥水槽
1に供給する。この泥水槽1における二次処理は、バッ
チ式でも良いし、連続フロー式でも良い。バッチ式の場
合、一次処理後の泥水を槽内に満たした状態で、直流電
源8から電極パネルエレメント4群に通電する。すると
泥水槽1内で正電極および負電極となって対向している
各電極パネルエレメント4の間隔部分で電気泳動現象が
起き、泥水にコロイド状に含まれている粘土・シルトな
どの超微粒子が正電極エレメント4側に移動して吸着
し、エキスパンドメタルからなる電極パネルエレメント
4の表面に超微粒子の凝集塊が成長する。したがって槽
1内の泥水は徐々に澄んでくる。
【0017】ある印加極性で通電を続けると、正電極エ
レメントに付着して成長する凝集塊が相当大きく厚くな
り、それ以上の凝集を効率よく行えなくなる。そのよう
になる前の適切な時点で、極性切換器10で電極パネル
エレメント4群への直流電圧の印加極性を反転させ、超
微粒子が凝集しているエレメントを負電極に切り換え、
これに対向しているエレメントを正電極に切り換える。
すると、エレメントに付着して大きくなった凝集塊が塊
のままでエレメントから脱落し、泥水槽1の底に沈澱す
る。また、このときから正電極になったエレメントの表
面に新たに超微粒子が凝集しはじめる。つまり、電極パ
ネルエレメント4群のひとつおきの半分づつが交互に正
電極になり、一方の群に超微粒子が凝集している過程
で、他方の群では直前までに付着成長した凝集塊が脱落
することになる。この動作を適宜時間おきに交互に繰り
返す。
【0018】また前記の処理によって充分に澄んだ処理
後の水を適宜な時点で出口3から排出する。なお、連続
フロー式で処理を行う場合は、入口2から出口3へきわ
めてゆっくりと泥水を供給し、処理前の泥水と処理後の
水とが混じり合わずに徐々に流れるようにする。
【0019】泥水槽1の底部にある程度の量の固形物
(前記の凝集塊)が溜まったならば、スクリューコンベ
ア11、縦形スクリューコンベア12、ベルトコンベア
14を駆動し、その沈澱物を槽外へ排出する。ここで、
スクリューコンベア12を負に印加すれば超微粒子の凝
集塊が付着することが抑えられ、また、付着した凝集塊
を除去しやすい。
【0020】電極パネルエレメント4は実施例で説明し
たような格子状あるいは網目状の構造体が良い。多数の
電極パネルエレメントを泥水槽内に配列しても、エレメ
ントが格子状あるいは網目状の構造であれば、槽内の水
の流動性はあまり妨げられないし、電極表面積も大きく
なり、かつ電極表面に凝集する超微粒子の塊が安定に付
着することになる。電極パネルエレメントに適した材料
としては、前記のエキスパンドメタルの他、グレーティ
ングやパンチングメタルなどがある。
【0021】なお、以上説明した分離装置の実施例では
泥水槽に沈澱物排出用のスクリューコンベアを一体的に
設けているが、この発明の分離方法はこのような装置形
態でなくても効果的に実施することができる。印加電圧
を切り換えることで付着していた凝集塊はすぐにエレメ
ントから脱落するので、その後は電極パネルエレメント
4群を一体的に別の泥水槽に移し、その水槽内の泥水を
処理することとし、それまでの水槽の沈澱物の排出処理
は別途に行ってもよい。
【0022】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明に
よれば、電気泳動現象により泥水中の超微粒子を電極に
凝集させて能率よく分離することができるとともに、電
極への印加電圧の極性を切り換えるという非常に簡単な
手段で、電極に付着した超微粒子の凝集塊をすばやく取
り除くことができる。すなわち、泥水中の超微粒子を電
極に凝集させることと、その凝集塊を電極から塊のまま
で脱落させることとを一貫してきわめて能率よく行うこ
とができ、地盤掘削現場で次々に発生する大量の泥水を
処理する泥水処理プラントを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例による分離装置の平面図で
ある。
【図2】同上実施例装置の正面図である。
【図3】同上実施例装置の側面図である。
【図4】同上実施例装置における電極パネルエレメント
部分の詳細図である。
【符号の説明】
1 泥水槽 2 入口 3 出口 4 電極パネルエレメント 5 パネルフレーム 6 個別桟 7 支持ベース桟 8 直流電源 9 配電ケーブル 10 極性切換器 11 スクリューコンベア 12 縦形スクリューコンベア 13 モータ 14 ベルトコンベア 15 モータ
フロントページの続き (72)発明者 吉崎 正明 東京都千代田区神田司町2丁目3番地 株式会社大林組東京本社内 (56)参考文献 特開 平4−254691(JP,A) 特開 昭61−181591(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C02F 1/46 - 1/48 C09K 7/02 E02D 5/18 E21D 9/06

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 泥水が入った水槽内に複数の電極パネル
    エレメントを配設し、泥水中で対向する前記電極パネル
    エレメント間に直流電圧を印加し、泥水中の超微粒子を
    電気泳動現象により正電極となっている前記エレメント
    の表面に凝集させ、前記エレメントに付着した凝集塊が
    大きく成長した後に前記直流電圧の印加極性を反転し、
    前記凝集塊が付着した前記エレメントを正電極から負電
    極に変えることで、前記凝集塊を前記エレメント表面か
    ら脱落させて前記水槽底に沈澱させることを特徴とする
    地盤掘削用泥水処理プラントにおける超微粒子の分離方
    法。
  2. 【請求項2】 処理対象泥水が供給される水槽と、この
    水槽内に配設された複数の電極パネルエレメントと、隣
    り合って対向する前記電極パネルエレメント間に直流電
    圧を印加するための直流電源と、この直流電源から前記
    電極パネルエレメント間に印加する直流電圧の極性を切
    り換えるための切り換え手段と、前記水槽の底部の沈澱
    物を当該水槽外に排出する手段とを備えたことを特徴と
    する地盤掘削用泥水処理プラントにおける超微粒子の分
    離装置。
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