JP4614169B2

JP4614169B2 - 泥水処理設備

Info

Publication number: JP4614169B2
Application number: JP2006079018A
Authority: JP
Inventors: 幸一浜口
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2026-03-22
Also published as: JP2007253034A

Description

本発明は、泥水シールド機によるトンネル掘削に際して泥水を循環処理しつつ該泥水から微細な砂成分を分離するとともに脱水して回収するための微細砂回収装置を備えた泥水処理設備に関する。

周知のように、掘削土を泥水によって流体輸送することを基本とする泥水シールド工法においては、泥水を処理しつつ循環させるための泥水処理設備が不可欠であり、その最も基本的かつ一般的な構成例を図５に示す。
これは、泥水シールド機から戻された排泥水をまずローヘッドスクリーン１に通して礫分ｄ１（一般には粒径が２．０ｍｍ以上）を回収した後、それを通過した泥水を泥水受槽２に受け、その泥水をサイクロン３およびサンドセパレータ４の間を循環させることによって泥水中の砂分ｄ２（一般には粒径が０．０７５〜２．０ｍｍ）を回収するようにしたものである。

また、サイクロン３をそのまま通過する泥水にはさらに微細な成分であるシルトや粘土等の細粒分（一般には粒径０．０７５ｍｍ未満。バインダー成分ともいう）を含んでいるので、その泥水は泥水回収槽５に回収し、その一部は調整槽６にて所望の調整が行なわれて送泥水として泥水シールド機に供給され循環使用される。
以上の処理は一次処理と称され、トンネル掘削により発生する掘削土はこの一次処理によって一次分離土砂ｄとして回収され、適宜場外に搬出されて一般廃棄物として処分され、あるいは可能であれば適宜再利用される。

なお、図示は省略しているが、掘削土中の細粒分であるシルトや粘土（バインダー成分）は、循環泥水の調整に利用されるもの以外は、泥水回収槽５から余剰泥水として別途回収され、二次処理としての汚泥処理がなされた後、産業廃棄物として別途搬出され処分される。その二次処理としてはフィルタープレスによる高圧脱水処理が一般的であるが、たとえば特許文献１に示すようにドラムスクリーン型汚泥脱水装置による二次処理を行うこともある。なお、この特許文献１に示されている一次処理はサイクロンによるものであって基本的には図５に示している一次処理と同様のものである。
特開平６−３０４５９７号公報

ところで、トンネル施工に際しては膨大な量の掘削土が発生し、その掘削土の場外への搬出はダンプトラックにより行われることが通常であるが、施工性改善とコスト削減を図るためには掘削土の搬出量を可及的に削減したいという要請があり、特に、都市域でのトンネル施工に際してはダンプトラックによる掘削土の搬出について多くの制約を受けることが通常であることから、その観点からも搬出量の削減が望まれている。

掘削土の搬出量を削減するためには場内で再利用することも有効であるが、それには自ずと限界があるので、まず掘削土の減量化、減容化による搬出量の低減を図ることが必要であり、そのためには一次処理で発生する一次分離土砂ｄの含水比を低下させることが有効であると考えられる。すなわち、一般に一次処理により回収される一次分離土砂ｄの含水比は３０％程度とかなり高いことから、その含水比を低減させれば自ずとその分の搬出量を削減できることになる。

しかし、上述したように従来一般の泥水処理設備では、二次処理される細粒分については二次処理工程において高圧フィルタープレス等による含水比の低減を図ることはできるが、一次処理においてはローヘッドスクリーン１で礫分ｄ１を分離した後には、単にサイクロン３によって砂分ｄ２を分離するものであって、一次分離土砂ｄについてはその含水比を低下させるような格別の処理を行う余地がなく、したがって一次分離土砂ｄは高含水比のままで搬出するしかなく、その含水比を低下させて減量化、減容化を図ることは困難である。

特に、ローヘッドスクリーン１で分離される礫分ｄ１は粒径が大きいことからその含水比はさして高くはならないが、サイクロン３で分離される砂分ｄ２は礫分ｄ１に比べて微細であって粒子全体の総表面積が大きいことから自ずと含水比が高くなるものであるし、その砂分ｄ２はサンドセパレータ４において高含水比の造粒体となってしまうことが通常である。そして、一般にはそのような高含水比の造粒された砂分ｄ２が一次分離土砂ｄの大半を占めることから、砂分ｄ２の含水比を多少なりとも低下させることができれば、一次分離土砂ｄ全体の含水比を効率的に低下させてその減量化と減容化を実現でき、ひいては掘削土の搬出量の削減を実現できると考えられるが、そのための有効適切な手段は提供されていない。

また、従来一般の一次処理においては、サイクロン３による砂分ｄ２の分離回収を必ずしも効率的に行えず、特に砂分ｄ２と細粒分（シルトや粘土）との境界領域の成分を明確に分離することは非常に困難である。そのため、従来においてはシルトや粘土に近い領域の微細な砂成分（以下、微細砂成分という）がサイクロン３によっては有効に分離捕集されずに少なからず循環泥水に混入してしまい、それによる泥水品質の低下や、それに伴う泥水圧送動力負荷の増大、また二次処理すべき余剰泥水にも微細砂成分が混入することによる二次処理効率の低下、といった問題も生じている。

以上のことから、この種の泥水処理設備においては一次分離土砂として発生する砂分の含水比を低下させ、また特に上記のような微細砂成分をシルトや粘土等のバインダー成分から有効に分離したいという要請があるが、現時点ではそのための処理を効率的に実施し得る有効適切な手法は確立されておらず、それを可能とする手段の開発が望まれていた。

上記事情に鑑み、本発明の泥水処理設備は、泥水シールド機によるトンネル掘削に際して泥水を循環処理しつつ該泥水から微細な砂成分を回収可能な泥水処理設備であって、泥水シールド機からの排泥水から微細砂成分よりも粒径の大きい粗砂成分を捕集し分離するための一次サイクロンと、該一次サイクロンを通過した泥水を貯留するための泥水回収槽と、回収対象の微細砂成分を捕集し分離するための二次サイクロンと、処理対象の泥水中の微細砂成分を濃縮する濃縮装置と、処理対象の泥水から微細砂成分を分離するとともに脱水して回収するための微細砂回収装置を具備してなり、前記微細砂回収装置は、回収対象の微細砂成分を含む高濃度の泥水を搬送するためのベルトコンベアを主体として、該ベルトコンベアにおけるコンベアベルトを、回収対象の微細砂成分を捕集可能でありかつ水分は通過可能である濾布により形成し、前記ベルトコンベアには、前記コンベアベルトに対して振動を与えることにより該コンベアベルトにより搬送される泥水中の水分を篩い落とす振動機構と、該コンベアベルトの下面から該コンベアベルトを通して泥水中の水分を真空吸引する真空脱水機構を具備してなり、前記一次サイクロンにより粗砂成分を分離した泥水を前記泥水回収槽から前記二次サイクロンに供給し、該二次サイクロンによって分離した微細砂成分を含む泥水を前記濃縮装置に供給し、該濃縮装置で濃縮した微細砂成分を含む高濃度の泥水を前記微細砂回収装置に供給して、該泥水から微細砂成分を分離するとともに脱水して回収するように構成してなることを特徴とする。

本発明の泥水処理設備では、前記濃縮装置に、泥水の上澄み成分を泥水回収槽に戻すオーバーフロー槽を備えることが好適である。

本発明の泥水処理設備では、前記ベルトコンベアに、篩い落とされた水と脱水された水を泥水回収槽に戻す手段が備えることが好適である。

本発明の泥水処理設備における微細砂回収装置は、微細砂成分を含む高濃度の泥水を処理対象として、それを濾布からなるコンベアベルトによって搬送しつつコンベアベルトを振動させ、かつコンベアベルトを通して真空脱水を行う構成であるので、泥水中の微細砂成分を効率的にかつ充分な低含水比で有効に回収することができ、優れた処理効率と脱水効果が得られる。

本発明の泥水処理設備は、泥水シールド工法における一般的な泥水処理設備に対して、上記の微細砂回収装置を備えるとともに、泥水中から粗砂成分を分離する一次サイクロンと、一次サイクロンを通過した泥水を貯留するための泥水回収槽と、さらに微細砂成分を分離する二次サイクロンとを備えた構成であるので、微細砂成分を確実に回収できるとともにその含水比を充分に低減させることができ、したがって一次分離土砂全体の含水比を効率的に低下させることができ、以て、その減量化と減容化を図ることができ、掘削土の搬出量を削減することが可能である。

しかも、微細砂回収装置の前段に処理対象の泥水を濃縮する濃縮装置を備えたことにより、微細砂回収装置による処理効率を一層向上させることができる。

以下、本発明の実施形態である泥水処理設備について説明する。図１は泥水処理設備の概略構成図、図２はそれに備えられている微細砂回収装置の概略構成図、図３〜図４はその要部詳細図である。
なお、本実施形態の泥水処理設備は図５に示した従来一般の泥水処理設備を基本とするものであるので、従来と同様の構成要素については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態の泥水処理設備は、基本的には図５に示した従来のものと同様に、排泥水中の礫分ｄ１をローヘッドスクリーン１により分離し、その後段に設置された一次サイクロン３Ａ（図５におけるサイクロン３と同様のもの）およびその後段のサンドセパレータ４によって砂分ｄ２を分離し、それらを一次分離土砂ｄとして分離回収するようにしたものである。
但し、従来においては微細な砂分も含めて砂分ｄ２の全体を可及的にサイクロン３により分離することが基本であったのに対し、本実施形態では一次サイクロン３Ａによる砂分ｄ２の分離に際しては、砂分ｄ２中の特に微細な成分については分離することなくそのまま通過させて泥水回収槽５に導き、この一次サイクロン３Ａではそれよりも粒径の大きい成分を捕集して分離することを基本する。
以下、本実施形態では、砂分ｄ２のうち、一次サイクロン３Ａによっては捕集されずにそれを通過する微細な成分を微細砂成分ｄ２２といい、それよりも相対に粒径が大きくて一次サイクロン３Ａにより捕集されて分離される成分を粗砂成分ｄ２１として、両者を区別する。
そして、本実施形態においては、微細砂成分ｄ２２としてたとえば粒径０．０７５〜０．１５ｍｍ程度（砂分を細砂、中砂、粗砂に区分する場合においては細砂の下限に近い領域である）の砂成分を設定しており、そのような微細砂成分ｄ２２を含む泥水を泥水回収槽５から二次サイクロン３Ｂに供給してここで泥水中の微細砂成分ｄ２２を捕集して分離し、その微細砂成分ｄ２２を含む高濃度の泥水を後述するように濃縮装置Ｂを経て微細砂回収装置Ａに供給してそこで脱水処理し、それにより得た低含水比の微細砂成分ｄ２２も粗砂成分ｄ２１および礫分ｄ１とともに一次分離土砂ｄとして回収するようにしている。

本実施形態における微細砂回収装置Ａは、図２に示すように、処理対象の高濃度泥水を搬送するベルトコンベア１０を主体とするものであるが、スプロケット１１およびガイドローラ１２間に巻回されて周回するコンベアベルト１３としては濾布が使用されている。
コンベアベルト１３としての濾布は、回収対象の微細砂成分ｄ２２を捕集可能であり、かつ水分は通過可能なもので、たとえば厚さが１．９ｍｍ、通気度が８０００cm³/cm²・min程度のポリエステル製の朱子織のものが好適に採用可能である。

このベルトコンベア１０には、コンベアベルト１３に対して振動を与えることによって搬送中の泥水から水分を篩い落とすための振動機構１５が備えられている。振動機構１５は、高周波振動モータ１６によって高周波振動が与えられる振動フレーム１７と、図３に示すように振動フレーム１７に対して両端部が回転可能に支持されたフリーローラ１８からなる。
フリーローラ１８はコンベアベルト１３の周回に従動して自転しつつコンベアベルト１３を下面側から支持し、同時にコンベアベルト１３に対して振動フレーム１７を介して高周波振動振動を与えることでそれを振動篩いとして機能せしめ、それによりコンベアベルト１３上を搬送される泥水から水分をコンベアベルト１３を通過させて効率的に篩い落とすことができるものとされている。
なお、振動機構１５によりコンベアベルト１３に与える振動周波数は適宜設定すれば良く、必ずしも高周波とすることもないが、回収対象の微細砂成分ｄ２２が充分に微細粒子であることから高周波振動とする方がより有効である。
また、図３における符号１９は、フリーローラ１８を振動フレーム１７に対して取り付けるためのＵリングであり、フリーローラ１８はその端部がＵリング１９に緩挿状態で装着されることによって振動フレーム１７に対して回転（自転）自在かつ振動可能に保持されている。また、符号２０はフリーローラ１８の先端に当接してその抜け止めとなるストッパーである。

また、上記のベルトコンベア１０には、コンベアベルト１３の下面からそのコンベアベルト１３を通して泥水中の水分を真空吸引するための真空脱水機構２１が備えられている。真空脱水機構２１は、図４に示すように、コンベアベルト１３の下面に接触するとともにその接触部にスリット２２ａが形成された真空吸引管２２からなり、この真空吸引管２２の一端にはフレキシブルホース２３を介してバキューマー２４（図２参照）が接続されていて、コンベアベルト１３により搬送される泥水はその終段においてこの真空吸引機構２１によって泥水中の水分が効率的に真空吸引されて充分に脱水されるようになっている。
なお、図２に示されているように、ベルトコンベア１３には、篩い落とされた水と脱水された水を泥水回収槽５に戻すための手段が備えられている。

以上の構成による微細砂回収装置Ａは、コンベアベルト１３を濾布としてそれにより泥水に振動を与えつつ搬送し、かつコンベアベルト１３を介して真空脱水を行うことにより、泥水中の微細砂成分ｄ２２からの脱水処理を効率的に行うことができ、その含水比を１６〜２０％程度まで充分に低減させることができるものである。

なお、この微細砂回収装置Ａの前段、つまり二次サイクロン３Ｂとこの微細砂回収装置Ａとの間には、処理対象の泥水中からシルトや粘土等のバインダー成分を予め分離して微細砂成分ｄ２２を濃縮するための濃縮装置Ｂが備えられている。
濃縮装置Ｂは、二次サイクロン３Ｂにより分離された泥水を受ける濃縮槽３０と、その上澄み成分を受けて泥水回収槽５に戻すオーバーフロー槽３１と、濃縮槽３０内の底部に沈降分離した微細砂成分ｄ２２を移送するスクリューコンベア３２と、スクリューコンベア３２により送られた微細砂成分ｄ２２を受けて回転翼３３の回転により一定量ずつ供給する定量供給機構３４からなり、この濃縮装置Ｂによって微細砂回収装置Ａへは充分に濃縮された高濃度泥水が一定量ずつ安定に供給されてそこでの脱水効率を充分に高めることができるものとなっている。

上記構成の微細砂回収装置Ａを備えたことにより、本実施形態の泥水処理設備では、二次サイクロン３Ｂによって泥水中の微細砂成分ｄ２２を効率的に捕集して分離し、それを微細砂回収装置Ａによって脱水処理して回収することにより、その微細砂成分ｄ２２を充分に低含水比のものとして回収でき、したがって掘削土として搬出する一次分離土砂ｄ全体の含水比を効率的に低下させることができ、以て、その減量化と減容化を図ることができ、搬出量を削減に寄与することが可能である。

しかも、本実施形態の泥水処理設備では、上記のような微細砂成分ｄ２２の分離回収処理を行うことにより、従来のように微細砂成分ｄ２２が循環泥水中に多量に混入してしまうことを有効に抑制でき、それによる泥水品質の向上、泥水循環のための所要動力の軽減、泥水に対する二次処理効率の向上効果も期待できる。さらには、一次分離土砂ｄを粒径別に再利用することも可能であるから再利用土としての品質や価値を高めることができる。

なお、上記の微細砂回収装置は必ずしも泥水シールド工法に適用することに限らず、各種の泥水処理工程において微細砂成分を分離回収する必要がある場合にも適用できるものであり、回収対象の微細砂成分の粒径も所望範囲に自由に設定することができる。
したがって、本発明の泥水処理設備では、上記の微細砂回収装置における振動機構や真空吸着機構の具体的な構成は上記実施形態に限定されることなく、処理対象の泥水の状態や、回収するべき微細砂成分の粒径、要求される含水比や回収効率、その他の諸条件を考慮して、たとえばコンベアベルトとして使用する濾布の素材や濾過特性、振動機構により与える振動周波数、真空吸引のための真空度、その他については、適宜の設計的変更を行えば良いことは言うまでもない。

また、本発明の泥水処理設備では、所望粒径の微細砂成分を対象としてそれを一次サイクロン、泥水回収槽を介して二次サイクロンによって分離捕集し、それを濃縮装置を介して微細砂回収装置によって脱水し回収する構成とする限りにおいて、その他の具体的な処理工程や処理手順については任意であって上記実施形態に限定されることなく様々な変更や応用が可能であることは当然であり、たとえば上記実施形態において微細砂回収装置Ａの前段に付設した濃縮装置Ｂについては適宜の変更が可能である。

本発明の実施形態である泥水処理設備の概略構成を示す図である。本発明の実施形態である微細砂回収装置の概略構成を示す図である。同、要部詳細を示す図である。同、要部詳細を示す図である。従来一般の泥水処理設備の概略構成を示す図である。

符号の説明

ｄ一次分離土砂
ｄ１礫分
ｄ２砂分
ｄ２１粗砂成分
ｄ２２微細砂成分
１ローヘッドスクリーン
２泥水受槽
３Ａ一次サイクロン
３Ｂ二次サイクロン
４サンドセパレータ
５泥水回収槽
６調整槽
Ａ微細砂回収装置
１０ベルトコンベア
１１スプロケット
１２ガイドローラ
１３コンベアベルト（濾布）
１５振動機構
１６高周波振動モータ
１７振動フレーム
１８フリーローラ
１９Ｕリング
２０ストッパ
２１真空脱水機構
２２真空吸引管
２２ａスリット
２３フレキシブルホース
２４バキューマー
Ｂ濃縮装置
３０濃縮槽
３１オーバーフロー槽
３２スクリューコンベア
３３回転翼
３４定量供給機構

Claims

泥水シールド機によるトンネル掘削に際して泥水を循環処理しつつ該泥水から微細な砂成分を回収可能な泥水処理設備であって、
泥水シールド機からの排泥水から微細砂成分よりも粒径の大きい粗砂成分を捕集し分離するための一次サイクロンと、該一次サイクロンを通過した泥水を貯留するための泥水回収槽と、回収対象の微細砂成分を捕集し分離するための二次サイクロンと、処理対象の泥水中の微細砂成分を濃縮する濃縮装置と、処理対象の泥水から微細砂成分を分離するとともに脱水して回収するための微細砂回収装置を具備してなり、
前記微細砂回収装置は、回収対象の微細砂成分を含む高濃度の泥水を搬送するためのベルトコンベアを主体として、該ベルトコンベアにおけるコンベアベルトを、回収対象の微細砂成分を捕集可能でありかつ水分は通過可能である濾布により形成し、
前記ベルトコンベアには、前記コンベアベルトに対して振動を与えることにより該コンベアベルトにより搬送される泥水中の水分を篩い落とす振動機構と、該コンベアベルトの下面から該コンベアベルトを通して泥水中の水分を真空吸引する真空脱水機構を具備してなり、
前記一次サイクロンにより粗砂成分を分離した泥水を前記泥水回収槽から前記二次サイクロンに供給し、該二次サイクロンによって分離した微細砂成分を含む泥水を前記濃縮装置に供給し、該濃縮装置で濃縮した微細砂成分を含む高濃度の泥水を前記微細砂回収装置に供給して、該泥水から微細砂成分を分離するとともに脱水して回収するように構成してなることを特徴とする泥水処理設備。
請求項１記載の泥水処理設備であって、
前記濃縮装置には、泥水の上澄み成分を泥水回収槽に戻すオーバーフロー槽を備えていることを特徴とする泥水処理設備。
請求項１または２記載の泥水処理設備であって、
前記ベルトコンベアには、篩い落とされた水と脱水された水を泥水回収槽に戻す手段が備えられていることを特徴とする泥水処理設備。