JP4520907B2

JP4520907B2 - 固化処理装置

Info

Publication number: JP4520907B2
Application number: JP2005175501A
Authority: JP
Inventors: 孝一鈴木; 幸生竹山; 文彦木村
Original assignee: Onoda Chemico Co Ltd
Current assignee: Onoda Chemico Co Ltd
Priority date: 2005-06-15
Filing date: 2005-06-15
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2025-06-15
Also published as: JP2006346564A

Description

この発明は、固化処理装置に係り、特に、河川、海域、池等において、河床部に堆積するダイオキシン類等の有害物質を含んだ汚染浮泥層を固化処理する固化処理装置に関する。

河川、海域、池等の水底下に堆積する浮泥及びヘドロ等に含まれる有害物質、例えば、ダイオキシン類等が高濃度で含有されている部分の鉛直分布は、水底面から４０〜５０ｃｍ程度までに限定されていることが、非特許文献１（第１編、ｐ．２４「図-2.1.1東京湾におけるコプラナーPCBsの鉛直分布」）から読み取れる。
非特許文献１によれば、水底堆積浮泥及びヘドロ等に含まれるダイオキシン等の有害物質に対する対策工法としては、（A）原位置処理方式、（B）管理地保管、（C）分解無害化処理の３方式が記載されている（非特許文献１、第２編ｐ.１参照）。これらの方式の内、（A）の原位置処理方式には、（A-1）覆砂工法、（A-2）固化処理工法がある。

（A-2）の固化処理工法は、現場施工条件により大別して、（A-2-1）ウェット式と（A-2-2）ドライ式がある（非特許文献１、第２編、ｐ．４８参照）。このうち、（A-2-1）のウエット式は、施工現場の水をそのままにした状態でいわゆる水中施工を行うものであり、（A-2-2）のドライ式は施工現場を締切り、水を抜いて水底面を表出して行う方法である。

（A-2-1）のウエット式における具体的な工法として現在施工されている工法には、（A-2-1-1）ロータリー式撹拌式、又は横行式若しくは長尺横行式の表層処理工法、（A-2-1-2）台船、又は桟橋仮設式の深層混合処理工法、（A-2-1-3）台船、又は桟橋仮設式の高圧噴射撹拌工法、がある（非特許文献１、第２編、ｐ．５２「固化処理方法の現状と適応性」参照）。

（A-2-1-1）のロータリー式撹拌式、又は横行式若しくは長尺横行式の表層処理工法は、連結されたフロート式台船又は泥上車等をベースマシンとし、撹拌装置に装備された、水平方向に延びる軸を中心に回転する撹拌翼を用いる工法である。これによれば、撹拌装置に装備された垂直に延びるロッドの先端部から固化材スラリーを吐出し、対象土と固化材スラリーとを撹拌翼にて機械的に混合撹拌する。
（A-2-1-2）台船、又は桟橋仮設式の深層混合処理工法は、台船に搭載され移動、又は仮設桟橋上を自走する三点支持式杭打ち機等をベースマシンとし、撹拌装置に装備されたロッドを中心に水平面に沿って回転する撹拌翼を用いる工法である。これによれば、撹拌翼を取付けた垂直に延びるロッドの先端部から固化材スラリーを吐出し、対象土と固化材スラリーとを撹拌翼にて機械的に混合撹拌する。
（A-2-1-3）台船、又は桟橋仮設式高圧噴射撹拌工法は、台船に搭載され移動、又は仮設桟橋上を移動するボーリングマシン等を用いる工法である。これによれば、撹拌翼を取付けた垂直に延びるロッドの先端部に高圧噴射用のノズルを取付け、固化材スラリーを高圧噴射し、固化材スラリーの高圧噴射エネルギーで対象土を切削し、対象土と固化材スラリーとを混合撹拌する。

独立行政法人土木研究所社団法人底質浄化協会，「平成１３年度ダイオキシン類に汚染された底質の処理技術に関する検討業務報告書」，平成１４年２月，第１編ｐ.１，第２編ｐ.１，ｐ．４８，ｐ．５５−６０

河川、海域、池等の水底下に堆積する浮泥等において、有害物質が高濃度で含有される堆積深度は、水底面から４０〜５０ｃｍ程度であるということから、固化処理対象深度としては、水底面から５０ｃｍ程度までの範囲のみ固化処理を行えば良いものと考えられる。しかしながら、このような深度にある浮泥は、わずかな水の動きに対しても乱されやすく、容易に周囲に拡散してしまうという問題がある。
そこで、固化処理に当たっては、固化材と浮泥の混合撹拌時にできるだけ浮泥が拡散しないような工夫が要求される。

このような観点から（A-2-1-1）の工法の適用性を考えると、（A-2-1-1）のロータリー式撹拌式、又は横行式若しくは長尺横行式の表層処理工法は、ロッド先端に直径１．０〜１．４ｍ程度の鉛直軸周りに回転する撹拌翼を用い機械的に混合撹拌するために、混合対象の浮泥、ヘドロ及びその周囲の浮泥を拡散してしまうという問題がある。この工法においては、ウエット式施工においてヘドロ改良等を行う場合に、混合時の浮泥の拡散を少なくするために撹拌翼を覆うカバー等が開発されているしかしながら、撹拌改良箇所一カ所毎に、固化処理装置を移動する必要があり、カバーの移動回数が多く、その移動の度に、カバーの移動に伴ってまだ固化していない浮泥及びヘドロ等の層から、固化材スラリーの混合された浮泥が拡散してしまう。したがって、完全な拡散防止には至らない。また、この工法は養生環境が水中であり、水中では僅かながらでも流速があり、水が汚染浮泥層の表面から供給される環境で養生するため、一般的に水底面から０．５ｍ程度までは固化しにくい。このように固化対象の深度の浮泥が固化しがたいので、この工法はこのような工事目的には適用が難しいという問題がある。

（A-2-1-2）の工法の適用性に関しては、この工法が直径１．０ｍ程度の鉛直軸周りに回転する撹拌翼にて機械的に固化材スラリーと対象土を混合撹拌するため、混合対象の浮泥、ヘドロ及びその周囲の浮泥を拡散してしまうという問題がある。また、この工法は元来深度１０〜４０ｍ程度までの深層を固化処理する目的で開発された工法であり、水底面から０．５ｍ程度を対象とするには非効率で不経済となりやすく、固化材スラリーと浮泥を混合撹拌時に浮泥が拡散しやすいという問題がある。

（A-2-1-3）の工法の適用性に関しては、この工法を通常の施工形態で適用すると、高圧で噴射される固化材スラリーのエネルギーで浮泥及びヘドロ等が拡散するという問題がある。

この発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、河川、海域、池等の水底下に堆積するダイオキシン類等の有害物質が含有される水底面から浅い範囲にある汚染浮泥層において、水中で拡散することなく、浮泥及びヘドロ等を確実に固化処理することができる固化処理装置を提供することを目的とする。
である。

この発明に係る固化処理装置は、河床部に堆積する汚染浮泥層を固化処理する固化処理装置において、上方に盛り上がった凸部及び汚染浮泥層を覆う平坦部を有する覆い部材と、この覆い部材の凸部の裏面側に設けられ、水平方向に回転軸心を有する撹拌翼であって、汚染浮泥層から露出した部分を凸部の裏面が覆って、撹拌翼の露出部分が凸部の裏面と汚染浮泥層との間に閉ざされた状態で、回転する撹拌翼と、撹拌翼の回転軸心方向に沿って配置され、かつ撹拌翼に向けて固化材スラリーを吐出するノズルとを備え、平坦部は、凸部の後方に位置し、ノズルから吐出した固化材スラリーにより固化処理された直後の汚染浮泥層を抑えることを特徴とするものである。

この発明によれば、河川、海域、池等の水底下に堆積するダイオキシン類等の有害物質が含有される水底面から浅い範囲にある汚染浮泥層において、水中で拡散することなく、浮泥及びヘドロ等を確実に固化処理することができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る固化処理装置およびその周辺を図１に示す。
この実施の形態は、固化処理装置１０を河川に適用した場合の例を示す。
河川１を航行しうるスパット台船２には、固化材スラリー３を固化処理装置１０に提供するスラリープラント４が搭載されている。河川１の対岸５には、スパット台船２を牽引する台船牽引用ウインチ６が設けられている。また、スパット台船２には、矢印Ａに示す台船進行方向の前側に、台船牽引用ウインチ８が設けられている。台船牽引用ウインチ８は、ワイヤ７を介して対岸５の台船牽引用ウインチ６と連結される。
一方、スパット台船２の進行方向と反対側には、固化処理装置牽引用ウインチ９が設けられている。さらに、固化処理装置１０に固化材スラリー３を提供するスラリーホース１２が、スラリープラント４から後方に向かって延びている。

また、スパット台船２の四隅には、上下に移動可能なスパット１１がそれぞれ設けられている。実線で示されるスパット１１は、河川１の水底内に侵入して水底内の地盤に接地している。これによりスパット台船２を河川１内に停止させて、後述する固化処理装置１０による固化処理作業をスムーズに行えるようにしている。一方、このスパット１１は、スパット台船２が河川１を移動する場合は、２点鎖線で示されるように上方に持ち上げられ、水底から離れた状態になる。

スパット台船２の進行方向の後方の水中には、水底面ＢＳすなわち、汚染浮泥層３０の表面に固化処理装置１０が配置されている。ここで、汚染浮泥層３０とは、河床部に堆積するダイオキシン類等の有害物質を含んだ層をいう。河床部には、河川の水底だけではなく、海域、池等、水が滞留した領域の底の部分を含む。
固化処理装置１０は、ワイヤ１４を介して、スパット台船２の固化処理装置牽引用ウインチ９と連結される。
ベース１５には、詳細には図２に示されるが、中央付近に半円筒状に上方に盛り上がる凸状半筒部１５ｂが設けられ、この凸状半筒部１５ｂに連なってその周囲には平板状のプレート部１５ａが設けられている。プレート部１５ａの裏面１５ｃは汚染浮泥層３０を覆っている。ここで、ベース１５は覆い部材を構成し、プレート部１５ａは汚染浮泥層３０を覆う平坦部を、凸状半筒部１５ｂは平坦部に連なり上方に盛り上がった凸部をそれぞれ構成する。

凸状半筒部１５ｂの裏面１５ｄ側には、駆動モータ１６により駆動される撹拌翼１７が内包されている。図１には、凸状半筒部１５ｂの内部の撹拌翼１７の配置をわかりやすくするため、凸状半筒部１５ｂの筒端部の半円形の端面１５ｅ（図２参照）および軸支持板２０（図３参照）は省略されて描かれている。
撹拌翼１７において、下部は水底面ＢＳ内の汚染浮泥層３０に侵入し、上部は水底面ＢＳから露出するように配置されている。計画固化処理厚である固化処理対象層の厚さがＹ＝４０ｃｍの場合、Ｚ＝５ｃｍほど固化処理対象層から下層に侵入している。すなわち、撹拌翼１７は汚染浮泥層３０にＺ＝５ｃｍほど侵入している。
計画固化処理厚である固化処理対象層の厚さが４０ｃｍの場合、撹拌翼１７の半径は固化処理対象層の厚さより若干下層に侵入するような大きさになっている。例えば、撹拌翼１７の半径は４５ｃｍで、水底面ＢＳからに４５ｃｍ侵入し、固化処理対象層の厚さより下層に５ｃｍ侵入している。
以上のように、撹拌翼１７のうち汚染浮泥層３０から露出した部分１７ｂを凸状半筒部１５ｂの裏面１５ｄが覆って、撹拌翼１７の露出部分１７ｂが凸状半筒部１５ｂの裏面１５ｄと汚染浮泥層３０との間に閉ざされた状態になっている。
なお、前記撹拌翼の前記回転軸心は、計画固化処理厚に対応して、上下方向に調節可能なように回転軸心の支持機構を構成することも可能である。また、計画固化処理汚染浮泥層厚に対応して、長さの異なる撹拌翼を備えた回転軸心から適宜選定して撹拌処理装置に装着することにより、該計画固化処理汚染浮泥層の変化に対しても本固化処理装置を適用することができる。

次に、図２および３を用いて、固化処理装置１０の詳細を説明する。
ベース１５にある凸状半筒部１５ｂの内部には、撹拌軸１７ａが水平方向に、ベース１５の進行方向Ａと垂直な方向に延びている。この撹拌軸１７ａに沿って複数の撹拌翼１７が一列に並んで配置されており、この複数の撹拌翼１７は撹拌軸１７ａを軸心として回転自在に支持されている。撹拌軸１７ａは駆動モータ１６と連結され、駆動モータ１６の駆動力により、矢印Ｂ方向に回転する。整列した撹拌翼１７の外周側には、分岐管１８が設けられている。撹拌翼１７は、凸状半筒部１５ｂとの間に異物等が噛み込んだ場合にそれを排除できるように、駆動モータ１６を逆転させて、撹拌翼１７をＢ方向とは逆方向に回転させることもできるように構成されている。
また、プレート部１５ａは、図３に詳細に示されるように、凸状半筒部１５ｂの近傍では、強度向上のため、平板が３枚重ねられた構造となっている。

分岐管１８は、図４に示されるように、両端が閉口した細長い管状であって、スラリーホース１２に接続されるとともに、分岐管１８の長手方向に沿って複数のノズル１９を備えている。ノズル１９は、スラリーホース１２から分岐管１８に提供された固化材スラリー３を撹拌翼１７に向かって吐出する開口である。ここで、ノズル１９の配置は、吐出した固化材スラリー３が撹拌翼１７の回転軌跡にあたるように配置されている。

次に、この実施の形態１に係る固化処理装置を用いて、河床部に堆積する汚染浮泥層を固化処理する作業手順を、図１〜３に基づいて説明する。
まず、計画固化処理汚染浮泥層厚（ｔ）に対して、撹拌軸の中心から撹拌翼の先端までの長さＬが（ｔ≦Ｌ≦（ｔ+0.05〜0.10ｍ））程度の長さの撹拌翼を備えた回転軸心を選定して撹拌処理装置に装着する。なおこの長さＬは、状況により適宜設定することができる。
図１に示すように、河床部の固化処理を一度に行う地域である１ストロークの養生地域の一方の端の位置に、固化処理装置１０を沈設する。また、スパット台船２を、スパット１１が２点鎖線のように上方に持ち上げたられた状態で、対岸５側に向かって、養生地域の反対側の端まで移動する。この移動に際しては、スパット台船２は、台船牽引用ウインチ６および８の操作により、ワイヤ７が巻き上げられ、対岸５とスパット台船２との間のワイヤ７の距離が短くなって対岸５側に向かって移動することになる。一方、固化処理装置牽引用ウインチ９の操作によりワイヤ１４が引き延ばされ、スパット台船２と固化処理装置１０との間の距離が長くなり、固化処理装置１０は養生地域の一方の端に停止した状態が保持される。スパット台船２の移動後、スパット１１を引き下げて水底内の地盤に接地する。その結果、スパット台船２は、固化処理装置１０との間に養生すべき地域を挟んで、スパット１１により接地された状態で停止している。

このようにして、スパット台船２が固定されたら、スラリープラント４よりスラリーホース１２を経由して分岐管１８に固化材スラリー３が圧送される。分岐管１８に圧送された固化材スラリー３が、図３にされるように、ノズル１９より撹拌翼１７に向かって噴射される。撹拌翼１７は駆動モータ１６により回転しているので、固化材スラリー３が汚染浮泥層３０の浮泥及びヘドロと混合撹拌される。
固化処理装置牽引用ウインチ９を定速度で巻き上げると、固化処理装置１０は、撹拌翼１７により浮泥及びヘドロと固化材スラリー３とを混合撹拌しながら、スパット台船２側に前進する。

ここで、固化処理装置１０を汚染浮泥層３０の表面に沿って移動させる速度は、固化処理装置牽引用ウインチ９の巻き上げ速度に依存する。このウインチ巻き上げ速度は、固化処理対象の浮泥及びヘドロに対し設計固化材添加量を満足するスラリー噴射量であること、固化処理対象の浮泥及びヘドロと固化材スラリー３との混合精度が十分得られるような速度であること、浮泥及びヘドロが、固化処理装置１０のベース１５の移動で拡散しないような速度であること、この３点を考慮して適宜設定される。さらに、この巻き上げ速度によって得られる固化処理装置１０の移動速度に応じて、ノズル１９における固化材スラリー３の噴射量が設定される。

また、固化処理装置１０の凸状半筒部１５ｂより後方において、浮泥及びヘドロをベース１５で押さえておくことが必要である。このため、凸状半筒部１５ｂの後方部分のプレート部１５ａの長さである後方プレート長さＬの目安は次のように設定する。すなわち、撹拌翼１７により固化材スラリー３と混合された浮泥及びヘドロが、凸状半筒部１５ｂの中で撹乱された状態になっていることから、浮泥及びヘドロの撹乱状態が収まるのに十分な時間（以下、撹乱集束時間Ｔと称す）と、ある地点Ｃを凸状半筒部１５ｂが通過した後、凸状半筒部１５ｂより後方のプレート部１５ａの終端が、その地点Ｃを通過するまでに要する時間（以下、後方プレート通過時間と称す）とがほぼ同じくらいになることが望ましい。したがって、巻き上げ速度のよって得られる固化処理装置１０の移動速度Ｖに撹乱集束時間Ｔを乗算することにより後方プレート長さＬが算出される。

次に、この固化処理装置１０を用いて、河床を施工した例を示す。
計画固化処理厚である固化処理厚さｔは、ｔ＝０．５ｍであった。一列に並んだ撹拌翼１７に対応し、固化処理装置１０の進行方向Ａに垂直な長さであって固化処理が行われる幅を定める固化処理幅Ｂは２．０ｍ、固化処理装置１０の移動速度Ｖは０．４ｍ／分、撹拌翼１７の回転数ＲＳは３０ｒｐｍであった。固化材スラリー３に含まれる固化材はジオセット２０（ジオセット２０は太平洋セメント社製の商品名、高有機質土用で比重ρａは約３．１）を用いた。このジオセット２０の添加量である固化材添加量ａｗは１５０ｋｇ／ｍ^３、固化材に混ぜる水量Ｗ（比重ρｗは１）は、１５０ｋｇ／ｍ^３とした。すなわち、水固化材重量比（ｗ／ｃ）Ｒｗｃは、１．０であった。処理土の撹乱集束時間Ｔは、５分とした。

その結果、１分間当たりの固化処理土量Ｖｍは、Ｖｍ＝ｔ・Ｂ・Ｖで算出でき、Ｖｍ＝＝０．５ｍ×２．０ｍ×０．４ｍ／分＝０．４ｍ^３／分となった。
また、１分間当たり固化材スラリー吐出量Ｑは、Ｑ＝（Ｗ／ρｗ＋ａｗ／ρ）・Ｖで算出でき、Ｑ＝（１５０／１＋１５０／３．１）リットル／ｍ^３×０．４ｍ／分≒８０リットル／分となった。
また、凸状半筒部より後方プレート長さＬは、Ｌ＝Ｔ・Ｖで算出でき、Ｌ＝５分×０．４ｍ／分＝２．０ｍとなった。

以上のような仕様で固化処理を行ったところ、施工中の水質汚濁がほとんどなく、固化した浮泥層の表面での２８日材齢一軸圧縮強さがｑ_ｕ≒１００〜３００ｋＮ／ｍ^２であった。また、固化処理土の溶出試験として、ダイオキシン類汚染底質のセメント固化物の振とう溶出試験を行ったところ、無処理でのダイオキシン類溶出量が２５ｐｇ−ＴＥＱ／リットルの浮泥において、固化処理後のダイオキシン類溶出量は０．２〜０．６ｐｇ−ＴＥＱ／リットルで、上述の環境基準のうち、水質の環境基準である１ｐｇ−ＴＥＱ／リットルを下回った。

このように、汚染浮泥層３０を固化処理する際に、回転する撹拌翼１７において、汚染浮泥層３０より露出する部分１７ｂは、凸状半筒部１５ｂの裏面１５ｄが覆って、この裏面１５ｄと汚染浮泥層３０との間に閉ざされた状態にある。汚染浮泥層３０の浮泥及びヘドロが撹拌翼１７により巻き上げられても、汚染浮泥層３０と凸状半筒部１５ｂの裏面１５ｄに囲まれた空間に拡散し、河川１の水底面ＢＳの上方に拡散しない。さらに、汚染浮泥層３０の内で、撹拌翼１７によりかき回された浮泥及びヘドロは、その動きが収まるまで、凸状半筒部１５ｂの後方に長さＬを有するプレート部１５ａが汚染浮泥層３０を上方から抑えているので、やはり水底面ＢＳの上方に拡散しない。
このように、凸状半筒部１５ｂおよびこれに連なるプレート部１５ａにより、汚染浮泥層３０にある浮泥及びヘドロを周囲にまき散らすことなくかき混ぜて固化処理が行われ、浮泥及びヘドロの拡散が防止されるので、水質環境保全に大きな効果がある。

なお、この実施の形態においては、凸状半筒部１５ｂの後方のプレート部１５ａの長さＬに関しては、プレート部１５ａ自体は短くして、シート等固化処理直後の浮泥及びヘドロが拡散しないような膜状物をプレート部１５ａに取り付けて、長さＬを確保するようにしてもよい。
なお、撹拌翼の回転軸心は、計画固化処理厚に対応して、上下方向に調節可能なように回転軸心の支持機構を構成することも可能である。また、計画固化処理厚に対応して、長さの異なる撹拌翼を備えた回転軸心から適宜選定して撹拌処理装置に装着することにより、汚染浮泥層の計画固化処理厚の変化に対しても本発明に係る固化処理装置を適用することができる。

この発明の実施の形態に係る固化処理装置を含む、固化処理を行う施工装置全体を示す図である。図１の固化処理装置周辺を示す斜視図である。図２の固化処理装置の撹拌翼周辺を拡大側面図である。実施の形態に係る固化処理装置に用いられる、スラリーホースが接続された分岐管の斜視図である。

符号の説明

３固化材スラリー、１０固化処理装置、１５ベース（覆い部材）、１５ａプレート部（平坦部）、１５ｂ凸状半筒部（凸部）、１５ｄ裏面（凸部の裏面）１７撹拌翼、１７ａ撹拌軸（回転軸心）、１７ｂ撹拌翼の露出した部分、３０汚染浮泥層。

Claims

河床部に堆積する汚染浮泥層を固化処理する固化処理装置において、
上方に盛り上がった凸部及び汚染浮泥層を覆う平坦部を有する覆い部材と、
この覆い部材の前記凸部の裏面側に設けられ、水平方向に回転軸心を有する撹拌翼であって、前記汚染浮泥層から露出した部分を前記凸部の裏面が覆って、前記撹拌翼の前記露出部分が前記凸部の裏面と前記汚染浮泥層との間に閉ざされた状態で、回転する撹拌翼と、
前記撹拌翼の前記回転軸心方向に沿って配置され、かつ前記撹拌翼に向けて固化材スラリーを吐出するノズルとを備え、
前記平坦部は、前記凸部の後方に位置し、前記ノズルから吐出した固化材スラリーにより固化処理された直後の汚染浮泥層を抑えることを特徴とする固化処理装置。