JP4190375B2

JP4190375B2 - 建設汚泥の処理方法および処理システム

Info

Publication number: JP4190375B2
Application number: JP2003312151A
Authority: JP
Inventors: 稔吉本; 健太郎冨田; 一博梛野; 忠昭織田島
Original assignee: Nippon High Strength Concrete Co Ltd; Taiheiyo Cement Corp; Nippon Hume Corp; Toyo Asano Foundation Co Ltd
Current assignee: Nippon High Strength Concrete Co Ltd; Taiheiyo Cement Corp; Nippon Hume Corp; Toyo Asano Foundation Co Ltd
Priority date: 2003-09-04
Filing date: 2003-09-04
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2023-09-04
Also published as: JP2005074406A

Description

本願発明は、杭工事で発生する建設汚泥を、該杭工事現場内において処理するための建設汚泥の処理方法および該処理方法に用いられる建設汚泥処理システムに関するものである。

プレボーリング工法、中掘工法、回転圧入工法のような既製杭の埋込み杭工法は、振動や騒音などの公害を軽減できることから、既製杭の施工方法として広く用いられている。

これらの施工方法から排出される汚泥は、ベントナイトあるいはセメント等を含む掘削液、杭周固定液、地下水等が混ざっているため、一般的には、廃棄物処理法に規定する産業廃棄物である建設汚泥として取り扱わなければならない。そのため、膨大な廃棄処理費用がかかるだけでなく、近年、これらの産業廃棄物を処分する最終処分場の受入能力が限界に近づいている。

建設汚泥の処理に関し、特許文献１には、建設汚泥にセメント系安定材を混入して加圧した後、５〜１００ｍｍ程度の大きさに造粒し、それを盛土、人工地盤、管渠の埋戻し材、サンドドレーン工法のドレーン材またはマット材などに有効利用する方法が開示されている。

また、特許文献２には、建設汚泥クローズド型リサイクル処理システムとして、搬入されてきた建設汚泥から、まず砂・砂利を分級分別し、泥水を凝集沈殿にて濃縮スラリーとし、その濃縮スラリーをフィルタープレスあるいは遠心分離機等の脱水機で脱水し、脱水ケーキは固化材を添加して再利用し、分離水は砂・砂利の洗浄、汚泥の圧送・固化時の補給水として再利用することが記載されている。

特許文献３には、作業現場で泥水処理を行うための泥水処理システムとして、泥水から脱水ケーキを製造するための脱水機を搭載した自走式脱水機と、脱水ケーキに固化材を加えて改良土を製造する土質改良機を搭載した自走式土質改良機を用いるシステムが記載されている。

この他、特許文献４には、水を多量に含む泥水等の脱水処理を行う装置として、円筒状の濾過筒の内側にスクリューコンベアを設け、泥水を上方へ圧送しながら脱水し、上部から脱水ケーキを取り出す縦型の脱水処理装置が記載されている。
特開平０４−０４９３１５号公報特開平１１−３４７５９３号公報特開２００１−８７７９６号公報特開平０６−２７７４１３号公報特開２００２−１９２２００号公報特開昭５２−０７４１６６号公報

上述した特許文献１記載の建設汚泥にセメント系安定材を混入して改良土を造粒する方法は、産業廃棄物である建設汚泥を廃棄せずに有効利用できるというメリットを有するが、造粒の工程において、セメント類の混入の他、加圧、脱水処理、その解砕、分級、さらに改良土の表面処理や破砕粉の処理が必要であり、それなりの処理設備と費用を要する。

また、大量処理のためには処理設備も大型化し、建設汚泥が発生する限られた面積の工事現場に設置することができず、建設汚泥の運搬や造粒化した改良土についても新たな施工現場への搬送が必要となり、コスト的には必ずしも経済的であるとは言えない。

特に、杭工事現場では、杭孔の掘削、あるいは既成杭の沈設の際に掘削液などが混入した液状の建設汚泥が杭孔から大量に溢れ出て、工事現場全体がぬかるみ状態になるなど、杭工事のための重機の搬入、移動の障害になるため、溢れ出た建設汚泥を一時的に貯留するための釜場としての穴を掘削し、さらに工事現場の片隅に搬出まで建設汚泥を貯留しておくためのスペースを確保するなどして対処している。

しかし、多量の水分を含む建設汚泥の扱いが困難であり、汚泥が工事現場を汚す他、外部へ搬出する際もハンドリング改善のためにセメントなどの固化材を添加してからダンプトラックに積み込むなど、多くの手間とコストを要している。

特許文献２記載の発明も、専用の施設による大量処理を図ったものであるが、特許文献１記載の発明と同様、搬送前の工事現場内での建設汚泥の扱いに関する問題の解決にはつながらない。

これに対し、特許文献３記載の発明は、自走式脱水機と自走式土質改良機の組合せにより、工事現場内での泥水処理を図ったものであるが、杭工事現場で発生する建設汚泥は、掘削液や夾雑物や混入した液状の建設汚泥であり、現場を汚すことでこれら自走式脱水機と自走式土質改良機の走行が困難となる他、自ずと処理能力が限られる自走式脱水機に大きな固形分や夾雑物が混入したままの建設汚泥を投入することは、脱水機能に支障を生じさせるなど装置の故障につながる恐れがある。

本願発明は、このような従来技術における課題の解決を図ったものであり、杭孔から発生する建設汚泥によって杭工事現場を汚すことなく、該杭工事現場内に設置可能な比較的軽微な設備の組合せにより、該杭工事現場内で建設汚泥を効率よく処理することができ、該建設汚泥を有効利用可能な建設汚泥の処理方法および該処理方法に用いられる建設汚泥処理システムを提供することを目的としている。

本願の請求項１に係る建設汚泥の処理方法は、杭が施工される杭孔近傍に上部を該杭孔と連通させて掘削した第１の釜場と、上部を前記第１の釜場と連通させて掘削した第２の釜場を設け、前記杭孔からオーバーフローする液状の建設汚泥が直接前記第１の釜場へ誘導されるようにするとともに、該杭工事現場内に汚泥分別装置と攪拌羽根付き貯留タンクおよび汚泥脱水処理装置を設置し、前記第１の釜場で前記建設汚泥中の粗大含有固形分を沈降分離させ、該第１の釜場からオーバーフローしてくる粗大含有固形分が分離された液状の建設汚泥を前記第２の釜場で一時的に貯留し、該液状の建設汚泥を、該第２の釜場より直接前記汚泥分別装置に送り込み、該汚泥分別装置で該建設汚泥からさらに所定の径以上の含有固形分を分別して、細粒固形分のみを含む建設汚泥を前記攪拌羽根付き貯留タンクに送り込み、該攪拌羽根付き貯留タンク内での攪拌により該建設汚泥の均質性を保った状態で、該建設汚泥を前記汚泥脱水処理装置に送り込んで脱水処理し、脱水ケーキと水に分離させることを特徴とするものである。

従来の杭工事においても、例えば既成杭の杭孔への建て込みの際、あるいは現場打ち杭用の杭孔の掘削の際などに、杭孔から溢れてくる建設汚泥を一時的に溜めておくために、釜場としての穴を杭孔近傍に掘削することが行われている。

しかし、従来は、このような釜場に溜めた建設汚泥は、釜場からバックホーなどを使ってすくいあげ、外部への搬出を前提として杭工事現場の片隅に設けた建設汚泥貯留用のスペースに運ばれているが、建設汚泥が大量の水を含んでいるため、こぼれた建設汚泥が現場を汚し、作業者にとっても建設機械にとっても作業環境を悪化させている。

これに対し、本願発明では、釜場を第１の釜場と第２の釜場というように２段に設け、これらを建設汚泥を汚泥分別装置に投入する前段階において粗大含有固形分を沈降分離するための設備として利用し、主として第１の釜場を粗大含有固形分を沈降分離に用い、第１の釜場から第２の釜場に向けてオーバーフローする建設汚泥の上澄み液を第２の釜場に貯留するようにし、粗大含有固形分が取り除かれた建設汚泥をそのままサンドポンプあるいはバックホーなどで直接で汚泥分別装置に送り、一連の処理を行う構成としているため、建設汚泥による現場の汚染が解消されるとともに、建設汚泥処理システムの設備の一部が釜場や誘導溝等の簡易な設備で構成されるため、設備コストを最小限に抑えることができる。

第１の釜場の径や深さは、例えば杭工事の種類に応じて予想される建設汚泥の発生量や、その第１の釜場で沈降分離により除去すべき粗大含有固形分の大きさ、量等に応じて、適宜設計するものとする。

なお、ここでいう粗大含有固形分は、厳密にその大きさが限定されるものではなく、主として建設汚泥をサンドポンプ等の移送手段で汚泥分別装置に送る際、サンドポンプ等の移送手段で送れないような大きさの石や夾雑物、あるいはサンドポンプ等に負担をかける重量物などを指すが、移送手段の能力に加え、次工程の装置である汚泥分別装置の能力も考慮される。

汚泥分別装置の代表的なものとしては、振動ふるいやロータリー式のスクリーンセルを用いたトロンメルが挙げられるが、本願発明では汚泥分別装置で分別される砂利等よりも、むしろ細粒固形分のみを含む建設汚泥を取り出すことが重要となるため、連続分級過程において、最初に細粒固形分と泥水成分を通過させて取り出すことができるトロンメル方式の汚泥分別装置が効率的である。

ここでいう細粒固形分の最大径は、汚泥分別装置の性能や次工程の装置である汚泥脱水処理装置の性能との関係で決まり、通常は０．５ｍｍ以上、５ｍｍ以内となる。

０．５ｍｍより小さい径とすると、汚泥分別装置の設計が難しくなり、汚泥分別装置が高価となったり、メッシュが目詰まりしやすくなるなどして、効率のよい分別が困難となることが予想される。また、５ｍｍより大きい径になると、均一で処理しやすい脱水ケーキを得ようとすると、次工程の汚泥脱水処理装置の設計が難しくなり、また汚泥脱水処理装置の故障につながる恐れがある。

従来、汚泥脱水処理装置としては、ベルトプレス、フィルタープレス、遠心分離機、真空脱水機等が知られており、特に限定されるものではないが、スペースや設備が限られる杭工事現場に適したものとしては、例えば、上方に延びる筒状のスクリーンメッシュの内側に上向きのスクリューコンベアを設け、建設汚泥をスクリューコンベアで強制的に上方へ押し上げながら、その圧により建設汚泥中の水分をスクリーンメッシュの外へ通過させて脱水する形式の縦型の脱水処理装置等がある。

この装置を使用する場合、脱水効率を高めるために該装置に入る前の建設汚泥に対し、固形分換算で０．１〜０．３％程度の凝集剤を添加することが好ましい。凝集剤としては、例えばアニオン系、カチオン系、ノニオン系などの凝集剤が挙げられる。

また、本願発明では、汚泥分別装置と汚泥脱水処理装置との間に攪拌羽根付き貯留タンクを介在させているが、これは処理の最終段階となる汚泥脱水処理装置への建設汚泥の供給速度を調整するとともに、細粒固形分のみを含む建設汚泥中の該細粒固形分が沈降するのを攪拌によって防止し、脱水処理装置に供給される建設汚泥の組成や濃度を均一にするためである。

本願の請求項２は、請求項１に係る建設汚泥の処理方法において、前記汚泥脱水処理装置により脱水処理された建設汚泥の脱水ケーキに固化材を混合し、該混合物を該杭工事現場の地盤改良材として用いることを特徴とするものである。

脱水ケーキにセメント等の固化材を混合して、ソイルセメントなどの形で、杭工事現場の地盤改良に用いれば、地盤耐力を増大させるだけでなく、杭工事現場における建設汚泥の処理をクローズドシステムとし、脱水ケーキの外部処理が不要となる。

建設汚泥へのセメント等の固化材の混合は、従来の方法で行えばよい。また、上記脱水処理により発生する余剰水も、杭工事の掘削液として利用したり、砂や砂利の洗浄、その他、工事現場内における各種洗浄に利用するなど、該杭工事現場で再利用すれば、完全なクローズドシステムとすることができる。

本願の請求項３に係る建設汚泥処理システムは、杭工事で発生する建設汚泥を該杭工事現場内で処理するための建設汚泥処理システムであって、杭が施工される杭孔近傍に上部を該杭孔と連通させて掘削され、杭孔からオーバーフローして誘導されてくる液状の建設汚泥中の粗大含有固形分を沈降分離させるための第１の釜場と、上部を該第１の釜場と連通させて掘削され、該第１の釜場からオーバーフローしてくる粗大含有固形分が分離された液状の建設汚泥を一時的に貯留するための第２の釜場と、該第２の釜場に貯留された建設汚泥を移送するための移送手段と、該移送手段によって移送されてきた建設汚泥から所定の径以上の含有固形分を分別するための汚泥分別装置と、該汚泥分別装置で分別された細粒固形分のみを含む建設汚泥を一時的に貯留するための攪拌羽根付き貯留タンクと、該攪拌羽根付き貯留タンクから送られてくる細粒固形分のみを含む建設汚泥を脱水ケーキと水に分離させるための汚泥脱水処理装置とを、該杭工事現場内に備えてなることを特徴とするものである。

このシステムは、請求項１に係る建設汚泥の処理方法に用いることができる設備システムであり、貯留部を第１の釜場と第２の釜場というように２段に設けたのは、主として第１の釜場を粗大含有固形分を沈降分離に用い、第１の釜場から第２の釜場に向けてオーバーフローする建設汚泥の上澄み液を第２の釜場に貯留するというように機能分離させることで、粗大含有固形分を第１の釜場に集め、第２の釜場からのサンドポンプ等の移送手段による汚泥分別装置への建設汚泥の送り出しをよりスムーズにするためである。

オーバーフローする建設汚泥は、杭孔と第１の釜場と第２の釜場の間に設けられた誘導溝などにより誘導されるが、該誘導溝に緩い傾斜をつけることで、該建設汚泥は流れやすくなる。

このシステムに用いられる汚泥分別装置、攪拌羽根付き貯留タンク、汚泥脱水処理装置は、請求項１に関連して述べた通りである。

本願発明の建設汚泥処理方法および処理システムは、杭工事現場内に設置される比較的軽微な設備によって、建設汚泥を杭工事現場内で処理するものであり、外部に産業廃棄物を出さないか、あるいは外部での処理を必要とする産業廃棄物の発生を最小限に抑えることができる。

また、産業廃棄物を発生させないかまたは最小限に抑えることで、建設汚泥の処理費用を大幅に低減でき、全体の工事費の低減にもつながる。

処理済みの建設汚泥は、例えばセメント等の固化材を混合するなどして、杭工事現場内の地盤改良に利用したり、あるいは有償物として外部に搬出して有効利用することもできる。また、建設汚泥の脱水により生じた水は、杭工事の掘削液として利用したり、砂や砂利の洗浄、その他、工事現場内における各種洗浄に利用するなどして有効利用することができる。

また、脱水処理に先立ち、汚泥分別装置で分別された径の大きい砂や砂利などを、杭工事現場内外で有効利用することも可能である。

杭孔と連通させて建設汚泥を地面に設けた誘導溝等により誘導し、粗大含有固形分を沈降分離させるための釜場等の貯留部と、該杭工事現場内に設置した汚泥分別装置、攪拌羽根付き貯留タンク、汚泥脱水処理装置を直列的につないで杭孔からオーバーフローしてくる建設汚泥を連続的に処理することで、特に杭孔周辺等、建設汚泥による杭工事現場の汚染を防止し、杭工事だけでなく、杭工事に続く一連の工事における作業環境を大幅に改善することができる。

以下、本願発明の最良の実施形態におけるシステムの構成および施工手順を、先掘り工法による既成コンクリート杭の施工を例に、添付図面に基づいて説明する。

(1) 建設汚泥の発生
図１に示すように、先掘りした杭孔１へ既成杭２（この例では既成コンクリート杭）を建て込むことにより杭孔１から建設汚泥３がオーバーフローしてくる。
このオーバーフローしてくる建設汚泥３は、杭工事における掘削液などの使用により、含水比の高い、非常に流動性が高く、流体に近いものとなっており、また、通常は掘削孔にセメントミルク等を充填して杭２を沈設するので、セメント成分等を含むものである場合が多い。
なお、杭工事における建設汚泥は、埋込み杭に限らず、場所打ち杭の施工における杭孔の削孔などによっても発生する。

(2) 建設汚泥の釜場への誘導
杭孔２からオーバーフローさせた建設汚泥３は、あらかじめ杭孔２の近傍に掘削した第１の釜場１１に誘導溝１３を経由して流れ込む。
この第１の釜場１１では、建設汚泥３に含まれる大きい固形分４（粗大含有固形分）が沈降分離し、その上澄み液としての建設汚泥３が誘導溝１４を通って第２の釜場１２に流れ込む。

(3) 建設汚泥の汚泥分別装置への移送
第２の釜場１２で一時的に貯留された建設汚泥３は、第２の釜場１２からサンドポンプ２１により、配管またはホース２２を通じて汚泥分別装置３１に送られる。
サンドポンプ２１は、建設汚泥３の特性や量に応じて、それに見合った市販のサンドポンプを使用することができる。

(4) 汚泥分別装置による建設汚泥の分別
汚泥分別装置３１では、ホッパー３２に投入された建設汚泥３について、細粒分固形分５（例えば、粒径５ｍｍ以下）のみを含む建設汚泥３と、それ以外の砂利６、不純物などを分別する。
図２は、汚泥分別装置３１として、本願発明に適したトロンメルの具体例を示したものである。このトロンメルは建設汚泥３を持ち上げるためのスクリュー３６を有する外殻３８の内側に筒状スクリーン３４を設けた２重筒状の装置であり、モーター３５によって筒状スクリーン３４が軸回りに旋回するように駆動される。

ホッパー３２から筒状スクリーン３４の内側に投入された建設汚泥成分のうち、メッシュ３４ａの目が細かい部分（例えば、目の寸法が約５ｍｍ）で、建設汚泥中の泥水成分と細粒固形分５が筒状スクリーン３４のメッシュ３４ａを通過して分離され、排出シュート３７ａより図１の貯留タンク４１に投入される。
続く、メッシュ３４ｂの目が粗い部分（例えば、目の寸法が約５０ｍｍ）で、比較的細かい砂利等が分別されて排出シュート３７ｂより排出され、残りの粗い砂利や夾雑物等が排出シュート３７ｃより排出される。
なお、これらのメッシュの目詰まりは、振動やウォータージェット、ブラシなどによる洗浄等、従来の方法により適宜除去される。

(5) 攪拌羽根付き貯留タンクでの貯留
図２の排出シュート３７より貯留タンク４１に投入された細粒固形分５のみを含む建設汚泥３は、細粒固形分５の沈降により濃度が不均一にならないように、貯留タンク４１に設けた攪拌ミキサー４２の攪拌羽根４３で攪拌しながら、配管またはホース４４を通じて汚泥脱水処理装置５１に送られる。

(6) 汚泥脱水処理装置による脱水
脱水処理装置として、例えば、図３に示すような縦型の脱水処理装置５１を用いることができる。
図３の装置は、上方に延びる筒状のスクリーンメッシュ５３の内側に、上向きのスクリューコンベア５４を設け、供給口５２から供給された建設汚泥３をスクリューコンベア５４で強制的に上方へ押し上げながら、その圧により建設汚泥３中の水分７をスクリーンメッシュ５３の外側へ通過させて脱水するものである。
脱水しながらスクリューコンベア５３によって、上方に運ばれた建設汚泥３に、さらに上部圧縮部５６で圧をかけて水分を絞り出し、脱水された建設汚泥は脱水ケーキ８としてシュート５７から放出される。

(7) 再利用
シュート５７から放出された脱水ケーキ８は、セメント系固化材などを添加し、ソイルセメントなどとして現場の地盤改良等に再利用することができる。
また、脱水された水分７は、脱水処理装置５１の下部の排水口から排出され、杭施工のための掘削液として、あるいは各種洗浄作業における洗浄液として再利用することができる。
なお、汚泥分別装置３１と貯留タンク４１および脱水処理装置５１を、台車（車両）上に設置し、該台車が杭工事現場内を移動可能とすれば、最小限の配管で建設汚泥３の処理を行うことができ、現場作業が簡略化され、かつ効率化される。

本願発明の建設汚泥処理システムおよび処理方法の概要を示す工程図である。本願発明で用いる汚泥分別装置の一例としてのトロンメルの具体例を示したもので、(a) トロンメルの上部を断面で示した正面図、(b) はその左側面図、(c) は右側面図である。本願発明で用いる汚泥脱水処理装置の一例として、スクリーンメッシュの内側にスクリューコンベアを配置した形式の縦型脱水処理装置を概略的に示した断面斜視図である。

符号の説明

１…杭孔、２…既成杭、３…建設汚泥、４…粗大含有固形分、５…細粒固形分、６…砂利等、７…水分、８…脱水ケーキ、
１１…第１の釜場、１２…第２の釜場、１３…誘導溝、１４…誘導溝、
２１…サンドポンプ、２２…配管またはホース、
３１…汚泥分別装置（トロンメル）、３２…ホッパー、３３…架台、３４…筒状スクリーン、３４ａ，３４ｂ…メッシュ、３５…モーター、３６…スクリュー、３７ａ，３７ｂ，３７ｃ…排出シュート、
４１…貯留タンク、４２…攪拌ミキサー、４３…攪拌羽根、４４…配管またはホース、
５１…汚泥脱水処理装置、５２…供給口、５３…スクリーンメッシュ、５４…スクリューコンベア、５５…排水口、５６…圧縮部、５７…シュート

Claims

杭工事で発生する建設汚泥を該杭工事現場内で処理する方法であって、杭が施工される杭孔近傍に上部を該杭孔と連通させて掘削した第１の釜場と、上部を前記第１の釜場と連通させて掘削した第２の釜場を設け、前記杭孔からオーバーフローする液状の建設汚泥が直接前記第１の釜場へ誘導されるようにするとともに、該杭工事現場内に汚泥分別装置と攪拌羽根付き貯留タンクおよび汚泥脱水処理装置を設置し、前記第１の釜場で前記建設汚泥中の粗大含有固形分を沈降分離させ、該第１の釜場からオーバーフローしてくる粗大含有固形分が分離された液状の建設汚泥を前記第２の釜場で一時的に貯留し、該液状の建設汚泥を、該第２の釜場より直接前記汚泥分別装置に送り込み、該汚泥分別装置で該建設汚泥からさらに所定の径以上の含有固形分を分別して、細粒固形分のみを含む建設汚泥を前記攪拌羽根付き貯留タンクに送り込み、該攪拌羽根付き貯留タンク内での攪拌により該建設汚泥の均質性を保った状態で、該建設汚泥を前記汚泥脱水処理装置に送り込んで脱水処理し、脱水ケーキと水に分離させることを特徴とする建設汚泥の処理方法。
前記汚泥脱水処理装置により脱水処理された建設汚泥の脱水ケーキに固化材を混合し、該混合物を該杭工事現場の地盤改良材として用いることを特徴とする請求項１記載の建設汚泥の処理方法。
杭工事で発生する建設汚泥を該杭工事現場内で処理するための建設汚泥処理システムであって、杭が施工される杭孔近傍に上部を該杭孔と連通させて掘削され、杭孔からオーバーフローして誘導されてくる液状の建設汚泥中の粗大含有固形分を沈降分離させるための第１の釜場と、上部を該第１の釜場と連通させて掘削され、該第１の釜場からオーバーフローしてくる粗大含有固形分が分離された液状の建設汚泥を一時的に貯留するための第２の釜場と、該第２の釜場に貯留された建設汚泥を移送するための移送手段と、該移送手段によって移送されてきた建設汚泥から所定の径以上の含有固形分を分別するための汚泥分別装置と、該汚泥分別装置で分別された細粒固形分のみを含む建設汚泥を一時的に貯留するための攪拌羽根付き貯留タンクと、該攪拌羽根付き貯留タンクから送られてくる細粒固形分のみを含む建設汚泥を脱水ケーキと水に分離させるための汚泥脱水処理装置とを、該杭工事現場内に備えてなることを特徴とする建設汚泥処理システム。