JP4313126B2 - 汚泥処理システム - Google Patents

Description

本発明は、建設工事等で発生する含水比の高い汚泥を処理する汚泥処理システムに関する。

縦穴掘削機等による基礎工事、管推進機による推進工事、シールド工事、浚渫工事のような建設工事等で発生する高含水比の汚泥に対し、改質処理を施すことによって強度の高い一般建設残土と同等の土砂に改質して再利用するための技術開発が進められている。その技術開発のひとつとして、特に含水比の高い汚泥に吸水材と凝集材とを添加、攪拌することで、汚泥を団粒、造粒化する汚泥造粒処理装置の開発が試みられている。団粒、造粒化された土砂生成物は、植生用土砂や、建設現場の埋め戻し材として再利用することができる他、粒状土砂生成物の強度を高めることで路盤材としても再利用でき、処理した汚泥の付加価値を高め、かつその用途を拡大することができる。

例えば特許文献１，２には、吸水材を含水比の高い汚泥に添加し、汚泥の自由水を吸水するとともに、吸水後の汚泥に凝集材を添加、攪拌して汚泥を改質する処理方法が記載されている。特許文献１の処理方法では、高含水比の汚泥を鋼鉄製角タンクに入れるとともに、新聞紙等を細かく裁断した古紙を同タンクにばらまいた後、バックホウ等の重機でよく攪拌し、次いで水溶性高分子粉末の添加材を凝集材として加えて更に重機で攪拌する。上記作業によって汚泥が団粒化したら、重機でダンプに移し、搬出する。また、重機による攪拌に代えて、ミキサーによるバッチ処理あるいは連続処理でもよい旨が記載されている。

また特許文献２の装置では、多軸攪拌機と、攪拌機に汚泥や吸水材，凝集材などを供給する手段とを有し、攪拌機でこれらを攪拌混合して汚泥を改質する。また、夾雑物除去装置で汚泥中の夾雑物を除去する旨の記載がある。

特開２０００−２８８５８９号公報 特開２００２−３３６６７１号公報

近年においては、高含水比の汚泥をより効率よく改質することが要求されつつあるが、上述した特許文献１のものは、単に汚泥処理の方法を開示するのみで、具体的な装置構成は記載されていない。また特許文献２の汚泥処理システムは、大量の汚泥を改質しようとする思想は開示されているものの、その装置構成では、汚泥の改質状態が未だ不十分であった。
本発明の目的は、高含水比の汚泥の改質処理を十分な品質で行いながらも、大量の汚泥を効率よく改質処理することができる汚泥処理システムを提供することにある。

本発明に係る汚泥処理システムは、処理すべき高含水比の汚泥に吸水材を加えて攪拌混合し、攪拌後の混合汚泥を排出する処理をバッチ処理にて行うバッチ処理部と、バッチ処理部から排出された混合汚泥を搬送し、連続的に排出する搬送部と、搬送されてくる混合汚泥に凝集材を添加、攪拌して粒状化し、粒状化された土砂を連続的に排出する造粒処理部とを具備する。
請求項２の発明は、混合汚泥を団塊状の土砂に改質する第１の凝集材と、団塊状に改質された土砂を細粒化する第２の凝集材とを用い、混合汚泥の流れに対し、第１の凝集材を供給する供給装置を、第２の凝集材を供給する供給装置の上流側に設けたものである。
請求項３の発明は、上記粒状化された土砂に固化材を添加して固化させる固化材供給装置を更に備えたものである。
請求項４の発明は、搬送部の単位時間あたりの排出量が、バッチ処理部の単位時間あたりの排出量とほぼ等しくなるように搬送部の搬送量を調節したものである。
請求項５の発明は、搬送される混合汚泥を攪拌する攪拌装置を搬送部に設けたものである。
請求項６の発明は、バッチ処理部と搬送部との間に混合汚泥を搬送する他の搬送手段を昇り傾斜させて設けたものである。

本発明によれば、汚泥に吸水材を加えて攪拌混合する処理をバッチ処理で行うものの、その後の造粒処理および排出処理は連続処理で行えるようにしたので、各処理を全てバッチ処理で行う場合と比べて処理能力が向上し、大量の汚泥処理が可能となる。また長い攪拌時間を必要とする汚泥と吸水材との混合処理をバッチ処理としたため、十分な品質の改質処理が行える。

図１により本発明の一実施の形態を説明する。
図１は本発明に係る汚泥処理システムの全体構成図である。本システムは、建設現場などで発生した高含水比の汚泥に対し、その見かけ上の含水比を低下させるとともに造粒化することで、汚泥を再利用可能な土砂に改質するものである。これを実現するために本システムは、汚泥の見かけ上の含水比を低下させるためのバッチ処理部１００と、その後の処理を連続的に行うべく汚泥を搬送する汚泥搬送部２００と、搬送された汚泥を粒状化する造粒処理部３００とを有する。以下、各部の構成について詳述する。

＜バッチ処理部１００＞
バッチ処理部１００は、汚泥供給装置１と、吸水材供給装置３と、汚泥攪拌装置４と、汚泥排出口開閉装置５とを有する。汚泥供給装置１は、処理の対象となる汚泥ＳＬを貯留する原泥槽１ａと、原泥槽１ａから汚泥を汚泥槽４ａに供給するポンプ１ｂとから成る。処理すべき汚泥ＳＬは、含水比が２００％を超える高含水汚泥であり、図示しない投入装置により原泥槽１ａに貯留される。ポンプ１ｂは、スラリーポンプでもチューブポンプでもよいが、チューブポンプであれば汚泥の供給量を管理できる。スラリーポンプの場合は、汚泥槽４ａの水位をモニタすることで汚泥供給量を管理する必要がある。

吸水材供給装置３は、吸水材としての古紙のブロックＫを汚泥槽４ａに供給するためのフィーダー３ａと、これを保持する架台（不図示）とを有し、フィーダー３ａ上には、予め古紙のブロックＫが複数載置されている。フィーダー３ａの先端は汚泥槽４ａの上に位置しており、フィーダー３ａを作動させると、古紙のブロックＫが汚泥槽４ａ内に投入される。その投入量は汚泥の量および含水比に応じて決定する。

ここで、古紙は、例えば特開２０００−２８８５８９号公報に記載されているように、新聞紙等を２０ｍｍ四方以下に細かく裁断したものが望ましい。細かく裁断された古紙が、輸送のために一辺が８０ｃｍ〜１００ｃｍ位の立方体のブロックに圧縮成型され、梱包された状態のものが市販されており、通常はこれを用いる。

なお、吸水材は汚泥中の水分を吸水できるものであればよく、古紙以外に含水比の低い土砂、木片チップ、採石場で副次的に生成される石粉、火力発電所などで副次的に生成されるフライアッシュなどを用いることができる。

汚泥攪拌装置４は、上記汚泥槽４ａと、汚泥槽４ａ内に配置された複数の攪拌軸４ｂ（１本のみ図示）と、各攪拌軸４ｂの外周に取り付けられた複数の攪拌羽根４ｃと、攪拌軸４ｂを回転駆動する駆動装置４ｄとから成る。攪拌軸４ｂを回転駆動すると、汚泥槽４ａに投入された汚泥と古紙とが攪拌羽根４ｃによって攪拌され、混ざり合い、古紙が汚泥の自由水を吸収する。

汚泥排出口開閉装置５は、汚泥槽４ａの底部に設けられた排出口４ｅを開閉するもので、ゲート部材５ｂとその駆動装置５ａとから成る。駆動装置５ａは電動ジャッキあるいは油圧ジャッキから成り、ゲート部材５ｂを伸縮させることで汚泥槽４ａの排出口４ｅを開閉する。汚泥と古紙の攪拌処理はバッチ処理で行われるので、攪拌中は排出口４ｅは閉じられ、攪拌後の混合汚泥を排出するときに開放される。

＜混合汚泥搬送部２００＞
混合汚泥搬送部２００は、上述した汚泥攪拌装置４の下方に配置される混合汚泥槽７ａと、その下部に設けられた混合汚泥搬送装置７１と、混合汚泥槽７ａ内の混合汚泥を攪拌する攪拌機１３とから成る。ここでいう混合汚泥とは、汚泥と古紙とが混ざり合ったものを指し、符号ＳＫで示してある。混合汚泥搬送装置７１はスクリュコンベアにて構成され、汚泥搬送スクリュケーシング７ｂ、汚泥搬送スクリュ羽根７ｃ、汚泥搬送スクリュ駆動装置７ｄとから成る。７ｅはスクリュケーシング７ｂに設けられた混合汚泥排出口を示す。汚泥攪拌装置４から投入された混合汚泥ＳＫは、混合汚泥槽７ａに貯留され、攪拌機１３で攪拌されつつ混合汚泥搬送装置７１により搬送され、混合機８に排出される。混合汚泥の搬送量（排出量）は、スクリュ羽根７ｃの回転速度を制御することによって調節可能である。

なお、混合汚泥搬送装置７１は、スクリュコンベアに代えてチューブポンプを用いてもよく、この場合はロータの回転数を制御することで汚泥搬送量を調節する。

＜造粒処理部３００＞
造粒処理部３００は、混合機８と、第１，第２の凝集材供給装置９，１０と、固化材供給装置１１とから成る。混合機８は、例えばパドル式の多軸混合機であり、ケーシング８ａと、回転軸８ｂと、攪拌羽根８ｃと、駆動装置８ｄとを有する。８ｆは、ケーシング８ａの下部に設けられた土砂排出口である。混合機８の上部には汚泥受けシュート８ｅが設けられ、混合汚泥排出口７ｅから排出される混合汚泥ＳＫを受け、混合機８に投入する。

第１，第２の凝集材供給装置９，１０は、それぞれ第１，第２の凝集材Ｐ１，Ｐ２を貯留する凝集材貯留槽９ａ，１０ａと、凝集材投入装置９ｂ，１０ｂとから成る。第１，第２の凝集材Ｐ１，Ｐ２は粉体でも液体でもよく、一方を液体として他方を粉体としてもよい。凝集材が液体であれば、凝集材貯留槽９ａ，１０ａは例えば液体貯留タンクで、凝集材投入装置９ｂ，１０ｂは容積型供給ポンプとされる。凝集材が粉体であれば、凝集材貯留槽９ａ，１０ａはサイロとされ、凝集材投入装置９ｂ，１０ｂはスクリュコンベアあるいはロータリフィーダとされる。

凝集材投入装置９ｂは、凝集材貯留槽９ａに貯留された第１の凝集材Ｐ１を混合汚泥排出口７ｅの上部から混合機８に投入する。これにより第１の凝集材Ｐ１が混合汚泥と混ざり合い、混合汚泥の汚泥粒子が架橋吸着などによって結合されて凝集され、団塊状となる。一方、凝集材投入装置１０ｂは、凝集材投入装置９ｂよりも土砂排出口８ｆ寄りの位置において、凝集材貯留槽１０ａに貯留された第２の凝集材Ｐ２を混合機８に直接投入する。第２の凝集材Ｐ２の添加により、上記団塊状となった土砂が更に細粒化され、見かけ上パサパサした土砂となる。
ここで、凝集材投入装置９ｂ，１０ｂの駆動用電動機は、インバータ制御などにより回転数が制御され、これにより凝集材の吐出量が制御される。回転数は図示しない制御盤などで設定される。そして、各々の凝集材の吐出量は、混合汚泥搬送装置７１で調整された汚泥搬送量に応じて決定される。

固化材供給装置１１は、固化材貯留槽１１ａと固化材投入装置１１ｂとから成り、混合機８に固化材Ｃを投入する。固化材Ｃは、生石灰やセメントなどの粉体であり、処理土砂がある程度以上の強度を必要とする場合にのみ添加される。固化材ｃは粉体であるため、固化材貯留槽１１ａとしてはサイロが、投入装置１１ｂとしてはスクリュコンベアやロータリフィーダーなどが用いられる。投入装置１１ｂの電動機はインバータ制御などにより回転数が制御され、吐出量が制御される。その回転数は図示しない制御盤などで設定される。

以上のように構成された汚泥処理システムによる汚泥処理手順を説明する。
＜バッチ処理＞
処理すべき高含水比の汚泥ＳＬは、汚泥発生現場から不図示の汚泥輸送車あるいは搬送装置などで運ばれ、原泥槽１ａに何らかの方法で投入され貯留されている。フィーダー３ａ上には、吸水材としての古紙のブロックＫが梱包を解かれた状態で必要量だけ載置されている。また汚泥槽４ａの排出口４ｅは、開閉ゲート装置５ａにより閉じられている。汚泥槽４ａに設けた複数の攪拌軸４ｂが回転している状態で、汚泥供給装置１ｂを駆動して汚泥ＳＬを汚泥槽４ａに所定量投入するとともに、フィーダー３ａを駆動して古紙のブロックＫを汚泥槽４ａに所定量だけ投入する。

古紙のブロックＫは、攪拌羽根４ｃで解砕されて汚泥と混ざり合い、古紙が汚泥の自由水を吸水し、汚泥の見かけ上の含水比を低下させると共に、繊維状に解きほぐされる。攪拌が十分なされた後に開閉ゲート装置５ａを開き、古紙が混ざり合った混合汚泥を汚泥槽４ａから混合汚泥槽７ａに排出する。汚泥槽４ａの混合汚泥が全て排出されたらゲートを閉じ、上述と同様に汚泥ＳＬと古紙とを汚泥槽４ａに投入し攪拌、混合の作業を繰り返す。

ここで、汚泥に投入した古紙が原型を留めたまま残っていると、処理後の土砂を再利用する際に古紙が土砂表面に表出し、あたかも紙片が散在したような様相を呈し好ましくない。このため、古紙は汚泥中において原型を留めないほどに繊維状に分解されることが望ましく、そのためには十分な攪拌時間を確保する必要がある。そこで、汚泥と古紙の量に見合った攪拌時間を予め設定しておき、その時間の経過をもって十分な攪拌がなされたと判断し、混合汚泥を排出する。

＜連続処理＞
上記のバッチ処理により、混合汚泥槽７ａに予め所定量Ｖ３の混合汚泥ＳＫを貯留しておく。引き続きバッチ処理を行い、混合汚泥槽７ａに混合汚泥を供給しながら混合汚泥搬送装置７１を作動させる。混合汚泥槽７ａに貯留された混合汚泥ＳＫは、スクリュ羽根７ｃによってスクリュケーシング７ｂ内を図示左方に搬送され、混合汚泥排出口７ｅから混合機８に排出される。その際、攪拌機１３も同時に駆動され、混合汚泥は攪拌されつつ搬送される。したがって混合汚泥に沈殿等が生ずることはない。

ここで、汚泥槽４ａからの単位時間あたりの汚泥排出量をＶ１とし、混合汚泥搬送装置７１による単位時間あたりの汚泥搬送量（混合汚泥排出口７ｅからの排出量）をＶ２としたときに、Ｖ１＝Ｖ２となるようにする。これは、上述したように混合汚泥搬送装置７１を構成するスクリュ羽根７ｃの回転数等を制御することで実現される。これによれば、上述したバッチ処理を行いながら、混合汚泥槽７ａ内の汚泥量をほぼＶ３に維持したまま混合汚泥ＳＫを混合機８に途切れることなく連続して供給することができる。そして、常に同一量Ｖ３の混合汚泥を攪拌機１３で攪拌しながら搬送するので、混合機８に投入される汚泥の性状は常に均一である。

混合機８に連続的に投入される混合汚泥に対し、凝集材投入装置９ｂ，１０ｂにより第１，第２の凝集材Ｐ１，Ｐ２が添加される。凝集材投入装置９ｂは、混合汚泥の流れに対して凝集材投入装置１０ｂよりも上流に設けられているので、先に第１の凝集材Ｐ１が添加されることになる。第１の凝集材Ｐ１は、混合機８の作動によって混合汚泥に混ざり合い、混合汚泥の土粒子を架橋吸着により結合し、凝集する。これにより混合汚泥の水分は係合土粒子間に包合され団塊状に変化する。

この団塊状に変化した混合汚泥に対して第２の凝集材Ｐ２が添加され、これにより混合汚泥は更に細かい粒状の土砂となる。このようにして改質された土砂は、例えば植生用土砂として用いるならばこのままで問題なく、固化材Ｃを添加することなく土砂排出口８ｆから連続的に排出される。一方、土砂を路盤材として用いるような場合はそのままでは強度が足りないので、固化材供給装置１１により固化材Ｃを添加する。固化材が土砂に混ざり合うことで、土砂の強度が増し、これが排出口８ｆから連続的に排出される。排出された土砂は、搬出トラック等に積載され搬送される。

このように本実施形態では、汚泥と古紙の攪拌混合はバッチ処理にて行うが、それ以降の処理は連続処理で行われるので、人手をかけずに汚泥を大量に処理することができる。汚泥と古紙との混合をバッチ処理で行うのは、システムの大型化を防止するためである。すなわち、上述の如く汚泥と古紙との攪拌には多大な時間を要するため、その攪拌処理をも含めて連続処理化するとなると、長大な攪拌装置４が必要となり、システム全体が大型化する。本実施形態では、汚泥と古紙との攪拌工程のみはバッチ処理で行っているため、最小限の設置面積で済む。

図２は他の実施形態を示している。
図１では混合汚泥搬送部２００の真上に汚泥攪拌装置４を配置しているが、敷地の都合や施設の高さ制限などにより、汚泥攪拌装置４を混合汚泥搬送部２００の上に配置できないことがある。このような場合は、図２のように汚泥攪拌装置４と混合汚泥搬送装部２００との間に例えばスクリュコンベア６を介在させればよい。スクリュコンベア６は、スクリュケーシング６ａ、スクリュ羽根６ｂ、スクリュ駆動装置６ｃ、スクリュ排出口６ｄから成り、スクリュ羽根６ｂの回転数に応じた量の混合汚泥を搬送する。

スクリュコンベア６の一端側は汚泥攪拌装置４の真下に設置され、スクリュコンベア６の他端側は混合汚泥搬送部２００の上方に設置される。そして、汚泥攪拌装置４から排出される混合汚泥は、スクリュコンベア６を介して混合汚泥搬送部２００へと搬送される。図から分かるように、スクリュコンベア６の汚泥排出側は、汚泥受け側よりも高くなるように設置しているので、汚泥攪拌装置４を図１よりも低い位置に設置でき、高さ制限のある敷地でも問題なく使用できる。この場合も汚泥槽４ａからの単位時間あたりの汚泥排出量と、スクリュコンベア６による単位時間あたりの搬送量と、混合汚泥搬送装置７１による単位時間あたりの搬送量とを等しくすることで、上述と同様の作用が実現できる。
なお、混合汚泥の性状によってば、スクリュコンベアに代えてチューブポンプ等を用いてもよい。

図３は更に他の実施形態を示し、これは単一の混合汚泥搬送部２００に対してバッチ処理部１００を２基設けたものである（それぞれ符号１００Ａ，１００Ｂで示している）。これによれば、例えば図４に示すように、一方のバッチ処理部１００Ａ（１００Ｂ）が汚泥の攪拌、混合を行っている間に他方のバッチ処理部１００Ａ（１００Ｂ）が混合汚泥の排出を行うようにすることで、バッチ処理を擬似的に連続処理化させることができ、短時間でより多くの汚泥処理が行える。
なお、３基以上のバッチ処理部を設けてもよい。

本発明の一実施形態における汚泥処理システムの全体構成図。 他の実施形態における汚泥処理システムの全体構成図。 更に他の実施形態における汚泥処理システムの概念図。 図３の汚泥処理システムによるバッチ処理方法の一例を説明する図。

符号の説明

１ 汚泥供給装置
３ 吸水材供給装置
４ 汚泥攪拌装置
５ 汚泥排出口開閉装置
６ スクリュコンベア
７ａ 混合汚泥槽
８ 混合機
９ 第１，第２の凝集材供給装置
１０ 第２の凝集材供給装置
１１ 固化材供給装置
１８ 攪拌機
７１ 混合汚泥搬送装置
１００，１００Ａ，１００Ｂ バッチ処理部
２００ 混合汚泥搬送部
３００ 造粒処理部

Claims (6)

1. 処理すべき高含水比の汚泥に吸水材を加えて攪拌、混合し、攪拌後の混合汚泥を排出する処理をバッチ処理にて行うバッチ処理部と、
   該バッチ処理部から排出された混合汚泥を搬送し、連続的に排出する搬送部と、
   前記搬送されてくる混合汚泥に凝集材を添加、攪拌して粒状化し、粒状化された土砂を連続的に排出する造粒処理部とを具備することを特徴とする汚泥処理システム。
2. 前記凝集材は、前記混合汚泥を団塊状の土砂に改質する第１の凝集材と、団塊状に改質された土砂を細粒化する第２の凝集材とから成り、前記混合汚泥の流れに対し、前記第１の凝集材を供給する供給装置は、前記第２の凝集材を供給する供給装置の上流側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の汚泥処理システム。
3. 前記粒状化された土砂に固化材を添加して固化させる固化材供給装置を更に備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の汚泥処理システム。
4. 前記搬送部の単位時間あたりの排出量が、前記バッチ処理部の単位時間あたりの排出量とほぼ等しくなるように該搬送部の搬送量を調節したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の汚泥処理システム。
5. 前記搬送部は、前記搬送される混合汚泥を攪拌する攪拌装置を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の汚泥処理システム。
6. 前記バッチ処理部と前記搬送部との間に混合汚泥を搬送する他の搬送手段を昇り傾斜させて設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の汚泥処理システム。
   

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