JP3958564B2

JP3958564B2 - 濁水の処理方法

Info

Publication number: JP3958564B2
Application number: JP2001351917A
Authority: JP
Inventors: 和久熊見; 泰光宮崎; 健治萩森; 正郎小西
Original assignee: Daicen Membrane Systems Ltd; Okumura Corp
Current assignee: Daicen Membrane Systems Ltd; Okumura Corp
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2021-11-16
Also published as: JP2003144816A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルやダム工事のように、セメント混じりの濁水が生じるような施工現場において好適な濁水の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
工事現場等で発生する濁水は大量の泥や砂を含んでおり、そのままでは河川等に放流することはできず、従来は凝集処理後に放流されていた。しかし、工事現場で生じる濁水の組成は変動が大きいため、凝集処理法を適用する場合、凝集剤の投入量の制御が困難であること、攪拌条件等によっても大きな影響を受けることから安定した濁水処理が困難であった。
【０００３】
また、トンネルやダム等の工事現場で生じる濁水には、泥、砂等に加えてセメントが含まれており、泥や砂が殆どである通常の工事現場等で生じる濁水とは汚濁成分に大きな相違がある。このため、泥水と同じ処理方法では汚濁成分の除去法としては十分ではない。
【０００４】
本発明は、トンネルやダム工事現場等で生じるセメントを含む濁水の処理方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、先に泥等を含む濁水の処理方法として、不織布膜を用いたダイナミック濾過法を提案している。（特開２００１−１０４９５３号公報参照）このダイナミック濾過法は、不織布膜表面に被処理物となる懸濁質（ＳＳ）によるケーキ層を形成し、このケーキ層のフィルター作用により、ＳＳを濾過処理するものである。しかし、前記技術はセメント含有排水を処理対象とするものではないため、本発明者は、前記技術を改善し、優れたセメント含有排水の処理能力を発揮できる方法を見出したものである。
【０００６】
即ち本発明は、セメントを含有する濁水を中和した後、均一な孔を有する濾過体により濾過する濁水の処理方法を提供する。
【０００７】
本発明において濾過対象となる濁水中のＳＳはセメントを含むものであり、このセメントは、アルカリ土類酸化物、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、Ｐ₂Ｏ₅、ＺｎＯ等の多価の酸化物等を含むもので、現在各種工事で汎用されているセメント、例えば、焼セッコウ、ドロマイトプラスター、アルミナセメント、ポルトランドセメント、ポルトランドセメント系の特殊セメント（膨張セメント、超速硬セメント、油井セメント、コロイドセメント）、シリカセメント、フライアッシュセメント、高炉セメント、高硫酸塩スラグセメント、石灰ケイ酸以外の系からなる混合セメント（水ガラス、オキシクロライドセメント、リン酸セメント）を挙げることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の濁水の処理方法の一実施形態を、処理フローを示した図１により説明する。なお、図１に示した処理フローは、当業者において通常なされる改変により変更することができる。
【０００９】
トンネルやダム工事等で生じたセメントを含有する濁水は、沈殿槽１に供給され、大きめの石、砂、泥等を沈殿させる。このとき、凝集剤を用いることもできるが、本発明の方法を適用する場合には凝集剤を用いなくてもよい。
【００１０】
次に、仕切り壁２を越えて溢れた沈殿槽１の上澄み液（原水）は、原水槽３に流入する。この原水には、アルカリ土類酸化物、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、Ｐ₂Ｏ₅、ＺｎＯ等の多価の酸化物と水との水和物が含まれており、そのまま濾過体と接触させた場合、前記水和物が濾過体表面に付着して透過流束を低下させる。そのまま放置しておくと、更なる透過流束の低下を生じさせると共に、逆圧洗浄によっても除去できなくなる。このため、濾過体による処理に先立って、原水槽３内の水和物を中和処理する。
【００１１】
この中和処理法は特に制限されるものではないが、原水と弱酸、好ましくは二酸化炭素ガスを接触させて中和することが好ましく、例えば、原水槽３の底部から二酸化炭素ガスでばっ気して中和する方法を適用できる。
【００１２】
次に中和処理後の原水は、原水供給ライン１０を経て濾過モジュール４に送られ、濾過処理される。この濾過モジュール４は、均一な孔を有する濾過体を濾過手段として含むものである。
【００１３】
なお、均一な孔径とは、全ての孔の径が完全に均一であることを意味するものではなく、本発明の目的を損なわない範囲内で、製造上の誤差や材質による誤差（例えば、±数％の誤差）があっても差し支えない。このように濾過体を使用した場合、孔径は実質的に同一であるので、本発明でいう濾過体の平均孔径は、そのまま実質的に全ての孔の孔径を意味することになる。
【００１４】
濾過体は、平均孔径が１０〜１００μｍのものが好ましく、１０〜５０μｍのものがより好ましく、下記のとおり、（ａ）平均孔径、（ｂ）開孔率及び（ｃ）厚みの３つの要件を具備するネットが更に好ましい。
（ａ）の平均孔径は、次式：（Ｍ−Ｌ）／Ｍ×１００（Ｌは最小孔径、Ｍは平均孔径を示す）で規定される孔径分布が±２０％以内、好ましくは±１５％以内である。
（ｂ）の開孔率は、好ましくは２０〜６０％、より好ましくは２５〜５０％である。
（ｃ）の厚みは、好ましくは２５〜１５０μｍ、より好ましくは３０〜１００μｍである。
【００１５】
更に、（ａ）〜（ｃ）の要件を具備するネットは、（ｄ）線径が好ましくは２０〜８０μｍ、より好ましくは３０〜７０μｍとの要件も合わせて具備するものが好ましい。
【００１６】
濾過体は、濁水の組成によっては次亜塩素酸ナトリウム耐性を有するものであることが望ましく、２×１０ｃｍの大きさの濾過体を有効塩素濃度１質量％の次亜塩素酸ナトリウム水溶液に１ヶ月浸漬したとき、初期の引張強度に対する減少率が３０％未満であるものが好ましい。
【００１７】
濾過体は、金属繊維又はプラスチック繊維からなるものが好ましい。金属繊維としては、鉄、銀、銅、銅合金、チタン、ステンレス、基材となる金属に銀や銅をメッキしたものからなるものを挙げることができるが、銅、ステンレスが好ましい。プラスチック繊維としては、ポリエステル、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ（メタ）アクリル酸エステル、ビスコースレーヨン、酢酸セルロース、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエーテル、ポリエーテルエステル及びこれらの共重合体、ブレンド物又は架橋物等を挙げることができるが、ポリ塩化ビニリデン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンが好ましく、ポリエステル、ポリエチレンがより好ましい。
【００１８】
濾過体の形態は特に制限されるものではないが、例えば、方形状の枠体の両面にネット等の濾過体を張り合わせたもので、必要に応じて内部には膜同士の間隔保持材が配置され、１又は２以上のノズルにより外部と連通された構造のものを用いることができる。
【００１９】
濾過モジュール４は、例えば図２に示すような構造のものを用いることができる。図２は、一部断面（本体部が断面で示されている）を含む正面図である。
【００２０】
ハウジング４０は、大気圧開放の筐体からなり、その下部には、及び濃縮液引き抜きライン１２に接続された濃縮液出口３５が設けられている。２０、２１は開閉弁である。濃縮液は、濃縮液循環ライン１１を経て原水槽３に戻される。ハウジング上部には、原水供給ライン１０に接続された複数の原水供給口３３が設けられ、開閉弁２１の開閉操作によって開閉される。濾過モジュール４に過剰に供給された原水はオーバーフローして原水槽３に戻される。
【００２１】
ハウジング４０内には、複数の平板状の濾過体４４が互いに間隔をおいて対向して配置収容されている。濾過体４４の枚数や大きさ、ハウジング４０の容量等は、濁水の処理能力等を考慮して適宜決定する。複数の濾過体４４は、例えば上記したような枠体の両面側にネットを貼り付けた平板状のもので、両端部においてハウジング４０の内部に固着されている。濾過体４４の下部には透過液排出口を有し、透過液は集水マニホールドを介してハウジング外の透過液ライン１４へ排出される。２３は開閉弁である。また、濾過体の上部にはエア抜きマニホールドを有し、バルブ２２を介してエア抜きが行なわれる。なお、濾過膜モジュール４は、ハウジング４０に濾過膜カートリッジが収容された濾過膜モジュールであってもよい。
【００２２】
原水槽３から濾過モジュール４への原水の供給は、図２では濾過体４４間に行うことが望ましく、その際には、送液ポンプを利用することが望ましい。
濾過モジュール４での濾過は水頭差を利用することが望ましい。この水頭差、即ち濾過モジュール４中の原水の液面と、透過液ライン１４の大気圧開放出口部分との高低差Δｈは、好ましくは１〜１００ｃｍ（膜間差圧０．１〜１０ｋＰａに相当する）、より好ましくは１〜３０ｃｍ（膜間差圧０．１〜３ｋＰａに相当する）が好ましい。このような水頭差を利用することにより低圧で濾過することができるので、濾過体表面に適度なケーキ層を形成することができ、安定した透過流束が得られる。
【００２３】
濾過モジュール４で濾過処理した透過液は、原水の供給流量よりも小さな流量で、透過液ライン１４を経て透過液槽５に送られて貯水され、河川等に放流される。
【００２４】
このような濾過処理を継続して行った場合、濾過体モジュール４内に収容された濾過体４４の表面に過度のケーキ層が形成されて孔が目詰まりを生じ、そのまま放置しておくと透過流束が著しく低下してしまう。このため、適当な運転間隔をおいて、原水の流入を停止した後、エアバブリングを伴う濾過体４４の逆圧洗浄を行うことで、ケーキ層の厚みを調整することが望ましい。本発明では、５〜２０分間の濾過運転の後、エアバブリングを伴う逆圧洗浄を行い、これを繰り返すことが望ましい。
【００２５】
濾過体４４の逆圧洗浄法は特に制限されるものではなく、透過液槽５内の透過液を透過液ライン１４から逆洗ポンプにより供給して、濾過体４４内部に圧入する方法を適用することができ、洗浄液は濃縮液と共に濃縮液引き抜きライン１２からスラリー槽６に排出する。
【００２６】
沈殿槽１の底に溜まった土砂等の沈殿物は、適宜抜き出して濃縮液ライン１６を経てスラリー槽６に送られ、沈殿物はフィルタープレス７により脱水ケーキにして廃棄し、残液はライン１８から沈殿槽に返送する。
【００２７】
本発明の処理方法では、濾過開始直後又は逆洗浄後の濾過再開直後における透過流束（Ｓ₁）と、定常運転時の透過流束（Ｓ₂）を調整して、濾過運転を行うことが望ましい。濾過開始直後又は逆洗浄後の濾過再開直後においては、濾過体表面にケーキ層が形成されていないか、又は脱落しているので、ＳＳが十分に濾過されずに濾過体を通過してしまうため、透過液を初期抜水ライン１３を経て沈殿槽１又は原水槽３に返送する初期抜水と称される処理を行う。２４は開閉弁である。このため、運転開始直後の透過流束を高く設定することで、ケーキ層を急速に形成させることで速やかに定常運転に移行させることが望ましく、（Ｓ₁／Ｓ₂）×１００を１３０％以上、好ましくは１５０％以上に設定することで、濾過体表面へのケーキ層の形成を促進させると共に、定常運転への移行時間を短縮する。
【００２８】
本発明の水処理方法では、透過流束を好ましくは３ｍ／日以上、より好ましくは５〜１５ｍ／日に設定することで、濁度（日本水道協会上水試験方法に記載の散乱光測定法による）の減少率を９０％以上、更には９５％以上にすることができる。
【００２９】
本発明の濁水の処理方法及び処理装置は、トンネル、ダム等の工事現場で生じるセメントを含有する濁水の処理用として好適であるが、セメントを含まない濁水にも適用できる。
【００３０】
また本発明の処理方法は、図２に示す濾過膜モジュール単独又は濾過膜モジュールと図１に示すような他の装置を組み合わせた装置を用いるものであり、これらの装置は、トンネルやダムの工事現場に車で持ち運びができるように構成できるものである。
【００３１】
【実施例】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。以下における各数値は、下記の方法により測定した。
（１）平均孔径、孔径分布の測定
面積２０ｃｍ²のネットの２００倍の光学顕微鏡写真を撮影し、１００箇所の開口部の径を算出して、平均孔径及び孔径分布を求めた。
（２）耐薬品性評価
各ネットの２×１０ｃｍ片を有効塩素濃度１質量％の次亜塩素酸ナトリウム水溶液に１ヶ月浸漬し、水洗乾燥後、引張強度測定器（テンシロンＲＴＡ５００）にて最大点荷重値を測定し、その減少率を算出した。減少率が３０％未満の場合を○、３０〜８０％の場合を△、減少率が８０％を超える場合を×とした。
（３）内部目詰まり試験
実施例及び比較例の条件で濾過運転を行い、濾過開始直後からの全透過液量を測定し、濾過体の耐汚染性を評価した。なお、この試験では、有効面積が２８ｃｍ²の濾過体を用い、原水温度１８〜２３℃、膜面攪拌速度４０００ｒｐｍにて濾過運転した。１日で透水速度が低下する場合を×、１日では透水速度の低下が見られない場合を○とした。
（４）平均透過液ＳＳ濃度及び透水速度
１時間に１回、透過液中のＳＳ濃度を測定し、８時間の平均値を求め、平均透過液ＳＳ濃度とした。また、１時間に１回、単位時間及び単位面積当たりに通過する液量を測定し、透水速度とした。
【００３２】
実施例１
図１で示すフローにより濁水の処理を行った。但し、沈殿処理は行わなかった。なお、処理した濁水等の詳細は下記のとおりである。
【００３３】
濁水：セメント、泥、砂利を含む濁水〔濁度６０００ｍｇ／Ｌ（ポルトランドセメント７０質量％含有），粒子径６０〜５００μｍ〕
濾過体：綾織ステンレス製ネット（平均孔径４３μｍ、孔径分布±５％以内、線径３４μｍ、開孔率３０％、厚み７０μｍ）２枚を枠体の両側に貼り付けた袋状のもの（有効濾過面積０．２ｍ²）
濾過モジュール：ハウジング（容積１００リットル）内に濾過体を５枚収容した、図２に示す構造のもの
原水槽３（容量１００Ｌ）の底部から二酸化炭素ガスを５リットル／分で１０分間程度ばっ気して、セメントを中和した。次に、この原水を濾過モジュール４に送り、濾過圧力１．５ｋＰａ、原水温度１５〜２０℃で濾過処理した。濾過運転を３０分間行った後、エアバブリングを伴う６０秒間の逆圧洗浄を行い、これを繰り返した。各測定結果を表１に示す。
【００３４】
実施例２〜４、比較例１〜２
表１に示す濾過体を用いたほかは実施例１と同様にして、濁水の処理を行った。測定結果を表１に示す。但し、実施例１〜４のネットは綾織で、比較例１、２のネットは平織であり、比較例２は二酸化炭素ガスによる中和処理を行わなかった。
【００３５】
【表１】

【００３６】
【発明の効果】
本発明の濁水の処理方法によれば、セメント含有排水を高い透水速度で処理することができ、透過液の濁度も大幅に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】濁水の処理方法を説明するための処理フローの概念図。
【図２】濁水の処理方法で用いる濾過モジュールの一部断面を含む正面図。
【符号の説明】
１沈殿槽
３原水槽
４濾過モジュール
５透過液槽

Claims

セメントを含有する濁水を中和した後、均一な孔を有する濾過体により濾過する濁水の処理方法であって、
濾過開始直後又は逆圧洗浄後の濾過再開直後における濾過運転における透過流束（Ｓ ₁ ）を、定常運転時の透過流束（Ｓ ₂ ）との比（Ｓ ₁ ／Ｓ ₂ ）×１００が１３０％以上になるように設定し、透過流束がＳ ₁ である間の透過液を原液又は濃縮液として返送する濁水の処理方法。
セメントを含有する濁水と二酸化炭素ガスとを接触させて中和した後、均一な孔を有する濾過体により濾過する請求項１記載の濁水の処理方法。
均一な孔を有する濾過体が、平均孔径が１０〜１００μｍのものである請求項１又は２記載の濁水の処理方法。
均一な孔を有する濾過体が、（ａ）次式：（Ｍ−Ｌ）／Ｍ×１００（Ｌは最小孔径、Ｍは平均孔径を示す）で規定される孔径分布が±２０％以内、（ｂ）開孔率が２０〜６０％、（ｃ）厚みが２５〜１５０μｍ、の３つの要件を具備するネットである請求項３記載の濁水の処理方法。
５〜２０分間の濾過運転の後、逆圧洗浄を行い、これを繰り返す請求項１〜４のいずれか１記載の濁水の処理方法。
透過流束が３ｍ／日以上であり、濁度（日本水道協会上水試験方法に記載の散乱光測定法による）の減少率が９０％以上である請求項１〜５のいずれか１記載の濁水の処理方法。
請求項１〜６のいずれか１記載の濁水の処理方法であり、均一な孔を有する複数の平板状の濾過体がハウジング内に間隔をおいて互いに対向して配置、収容された濾過モジュールにより、水頭差を利用して、濾過体の間に中和されたセメントを含有する濁水を流して濾過し、逆圧洗浄操作と共に濃縮液をハウジングの下部より引き抜くものである濁水の処理方法。