JP5295178B2 - 泥水の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、泥水掘削工法において掘削孔から揚泥した使用済み泥水や建設汚泥の処理のために建設汚泥に水を加えて解泥した解泥水等の建設工事や土木工事において発生する各種の泥水の再利用の促進と泥水の最終処理の効率化を図るための泥水の処理方法に関するものである。

従来から建築物の基礎杭としての場所打ち杭工法として、アースドリル工法，ベノト工法，リバースサーキュレーション工法等が提供されている。これらのいずれの工法においても掘削土砂の搬出、掘削機の冷却、地下水等の噴出防止、孔壁の崩壊防止等のため、安定液としてベントナイトを含む泥水を孔内に満して掘削作業を行なっている。掘削土を流体輸送する場合、掘削が進むにつれて掘削土が泥水に混入して、泥水の比重が高くなってしまう。泥水の比重が管理値を超えた場合には掘削能力が低下するため、使用済みの泥水を揚泥して廃棄し、新たな泥水を補充して泥水の比重を下げることや、揚泥した使用済み泥水から比重を上昇させる原因であるシルト分を除去して再利用可能に、或いは環境に負荷を与えないように処理することが求められている。

また、建設汚泥の中間処理技術の一つとして建設工事や土木工事の各現場から収集運搬された建設汚泥に水を加えて解泥し、この解泥水から有価物となりやすい砂を取り出して再利用することが行われている。建設汚泥とは、各種の建設工事や土木工事にかかる掘削工事から生じる泥状の掘削物及び泥水のうち、「廃棄物処理及び清掃に関する法律」（以下、廃棄物処理法という）に規定する産業廃棄物として取り扱われるものをいう。泥状の状態は標準仕様ダンプトラックに山積みできず、その上を人が歩けないような流動性を呈する状態をいう。この泥状の状態を土の強度を示す指標でいえば、コーン指数がおおむね２００ＫＮ／ｍ^２以下、又は一軸圧縮強さが概ね５０ＫＮ／ｍ^２以下である。なお、掘削物を標準仕様ダンプトラックに山積みできるものであっても、運搬中に流動性を呈するものは建設汚泥に該当する。

建設汚泥を廃棄処理をする場合には廃棄物処理法に従って処分をすることが義務づけられており、その処分には多大な廃棄処理費用が必要となるばかりでなく、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。そのため、建設汚泥の減容化とともに、建設汚泥から再利用可能な有効資源を回収し、再生することが強く求められている。また、最終的には建設汚泥を環境に負荷を与えないように処理することが求められている。

従来、これらの泥水掘削工法における使用済み泥水や建設汚泥を解泥した解泥水等の各種の泥水の処理手段としては、図３，図４に示すように、先ず掘削孔４１内における比重の高くなった使用済み泥水４２を配管Ａを介してポンプ４３によって、２００〜２５０ｍ^３／ｈの流量で沈殿槽４５に処理泥水４４として供給し、砂分を沈殿させる。なお、処理泥水４４に礫が含まれている場合には、沈殿槽４５に供給する前に予めトロンメル等の礫除去装置を使用して粒径５ｍｍ程度以上の礫を除去し、礫を含まない処理泥水４４を得る。そして、沈殿槽４５に沈殿させた砂分４６を沈殿掻揚装置を使用して沈殿槽４５の底部から掻き揚げて除去する。

一方、ポンプ６８を使用して沈殿槽４５内の処理泥水４４を沈殿槽４５への供給量と同量の２００〜２５０ｍ^３／ｈの流量で液体サイクロン４７に供給することにより、粒径７４μｍ程度を分級点として分級し、液体サイクロン４７からのアンダーフロー水として、粒径７４μｍ程度以上の砂分が濃縮された濃縮泥水４８と、液体サイクロン４７からのオーバーフロー水として、粒径７４μｍ程度以上の砂分が除去された分級泥水４９を得る。濃縮泥水４８は再び沈殿槽４５に返送するようにする。

そして、分級泥水４９を循環槽５０に供給し、循環槽５０内の泥水の比重を調整するために、循環槽５０内の泥水をポンプ５１を使用して配管Ｂを介して遠心分離機５２に２０〜３０ｍ^３／ｈの流量供給して、粒径１０μｍ程度を分級点として固液分離をすることにより、シルト分５３と、遠心分離機５２からのオーバーフロー水として粒径１０μｍ以上のシルト分を除去した再生泥水５４を得る。そして、この再生泥水５４を循環槽５０に返送し、循環槽５０からポンプ５５を使用して配管Ｃを介して掘削孔４１に返送することにより掘削泥水として再利用する。

また、循環槽５０内の泥水の比重が高くなりすぎ、遠心分離機５２では調節できなくなった場合は、循環槽５０の泥水をポンプ５６を使用して配管Ｄを介して廃棄泥水槽５７に取り出す。そして、廃棄泥水槽５７からポンプ５８を使用して配管Ｅを介して凝集反応槽５９に供給して、所定の凝集剤６０を薬品槽６１からポンプ６２を使用して添加し、粒径１０μｍ以下のシルト分や砂分の細粒分を凝集沈殿させてフロックを形成させる。その後凝集反応槽５９からポンプ６３を使用して配管Ｆを介してフィルタープレス等の脱水装置６４に供給して脱水し、脱水ケーキ６５と水分６６とに固液分離をしている。脱水ケーキ６５は固化剤を加えて土質改良機等で撹拌し、改良土としてリサイクルして、有効利用している。また、最終的に得られた水分６６は再び廃棄泥水槽５７に供給することにより、循環処理をしている。

なお、泥水掘削工法における使用済み泥水４２に代えて、建設汚泥の解泥水６７を処理する場合にも同様の処理方法を行っている。

また、掘削工事で発生し、土砂成分を含む泥水または泥を工事場所の貯蔵槽を兼ねた処理設備から輸送手段で処理貯蔵設備まで輸送し、処理貯蔵設備によって泥水と、微粒子含有量を減じた土砂分とに分離し、含有土砂分を分離した泥水は新しい掘削操作に使用し、土砂は元のまたは別の掘削工事の埋め戻し用土砂または建設用土砂あるいは農地改良用として使用する泥水系処理において、炭酸ガスを流動する泥水に加えつつまたは加えた後、剪断力をかけつつ粒子分離をすること、微粒子を液体サイクロンによって分別しサイクロン下に得た土砂分をさらに皿状物または槽中を通過または滞留させ泥水と分離して水きり機能を有する置場に堆積し脱水すること、土砂分を分離した泥水を槽に貯蔵し槽内に連続または間歇的循環流れを与えること、からなる操作を行う方法も提供されている（特許文献１）。

更に、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も提供されている（特許文献２）。

特許第３４９３２０９号 特開平０４−４９３１５号

図３，図４に示す従来の泥水処理方法は、液体サイクロンを使用して粒径７４μｍ程度を分級点として分級した濃縮泥水を、粒径１０μｍ程度を分級点として遠心分離機器によって泥水からシルト分を除去することにより再生泥水を得ているが、液体サイクロンの処理量が２００〜２５０ｍ^３／ｈであるのに対して、遠心分離機は２０〜３０ｍ^３／ｈ程度であり、処理泥水の全量を処理することができない。そのため、処理泥水の一部しか再生泥水として再利用できず、泥水掘削工法において使用済み泥水からシルト分を除去することにより循環させて再利用をはかることができていない。また、遠心分離機にかかる負荷が大きいという問題点もあった。

さらに、遠心分離機によって分級処理できる量には限りがあり、処理泥水の全量を遠心分離機で処理することができないため、多量の泥水が遠心分離機による分級処理を受けることなく未処理のまま循環槽から廃棄泥水槽を経て凝集反応槽で凝集されるため、凝集反応槽で凝集された泥水にはシルト分が多く含まれることとなる。その結果、最終的に得られる脱水ケーキにもシルト分が多く含まれることとなり、シルト分の増加に比例して粘土分の含有量が少なくなるため、脱水ケーキを粘土質素材として再利用することができない。

一方、特許文献１によれば、泥水を貯留した貯蔵槽から輸送手段を介して処理貯蔵設備まで輸送しなければならず、揚泥水をした現場での処理ができず、更に、泥水をサイクロンに供給する前処理として、炭酸ガスを流動する泥水に加えたり、剪断力をかけつつ粒子分離をする必要があり、そのための設備を要するため、施工現場で処理するための実用性に欠けている。また、特許文献２に示す手段は、産業廃棄物である建設汚泥を廃棄せずにそのまま有効利用できるものであるが、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、そのための処理設備と費用を必要とするものであって、再利用可能な泥水を得ることができない。

そこで、本発明は、泥水掘削工法において掘削孔から揚泥した使用済み泥水や建設汚泥の処理のために建設汚泥に水を加えて解泥した解泥水等の建設工事や土木工事において発生する各種の泥水からシルト分を除去することによる処理泥水の再利用の促進と泥水の最終処理の効率化を図るための泥水の処理方法を提供することを目的としている。

本発明はその目的を達成するために、処理泥水を沈殿槽に供給して貯留することにより、沈殿槽内に砂分を沈殿させるとともに、沈殿槽内の処理泥水を液体サイクロンによって粒径７４μｍ程度を分級点として、第１濃縮泥水と第１分級泥水とに分級し、次に該第１分級泥水を貯留槽に供給し、貯留槽内の第１分級泥水をデシルターによって、粒径２０μｍ程度を分級点として、第２濃縮泥水と第２分級泥水とに分級し、更に該第２濃縮泥水を濃縮槽に供給し、濃縮槽内の第２濃縮泥水を遠心分離機によって粒径１０μｍ程度を分級点として分級脱水することにより、得られた再生泥水を循環槽に供給して貯留し、循環槽内の泥水を廃棄泥水槽に供給し、その後凝集反応槽に供給し、凝集剤を添加することにより、凝集沈殿させる泥水の処理方法を基本として提供する。そして、第２分級泥水を循環槽に供給して貯留し、循環槽に貯留された泥水を泥水掘削工法における泥水として再利用する。

また、処理泥水が、泥水掘削工法において掘削孔から揚泥した使用済み泥水であり、
処理泥水として、建設汚泥に水を加えて解泥した解泥水を使用する。

更に、沈殿槽に沈殿した砂分を沈殿掻揚装置によって掻き揚げることにより除去し、第１濃縮泥水を沈殿槽に供給する。

そして、凝集反応槽内の沈殿物をフィルタープレスで脱水することにより、粘土含有率の高い脱水ケーキと水分とを得る。また、水分を廃棄泥水槽に供給し、粘土含有率の高い脱水ケーキを再生粘土質素材として再利用する。

上記構成の本発明によれば、泥水掘削工法において掘削孔から揚泥した使用済み泥水や建設汚泥の処理のために建設汚泥に水を加えて解泥した解泥水等の建設工事や土木工事において発生する各種の泥水を、液体サイクロンで粒径７４μｍ程度を分級点として第１濃縮泥水と第１分級泥水とに分級し、得られた第１分級泥水をデシルターを使用して粒径２０μｍ程度を分級点として第２濃縮泥水と第２分級泥水とに２段階で分級し、得られた第２濃縮泥水を粒径１０μｍを分級点として遠心分離機によって脱水することにより、掘削揚泥水として再利用可能な再生泥水を得ることができる。そして、遠心分離機による脱水の前工程としてデシルターを使用して粒径２０μｍ程度以上のシルト分を除去しているため、遠心分離機の負荷を軽減することができる。更に、最終的に得られる脱水ケーキは予めデシルターによって粒径２０μｍ程度以上のシルト分が除去されているため、脱水ケーキに含まれる粘土質の含有率を高めることができ、粘土質素材として再利用可能な再生粘土質素材を得ることができる。これによって、各種の処理泥水を大幅に減容化できるとともに、有効利用を図ることができる。

本発明にかかる泥水の処理方法を概略的に示すシステム図。 本発明にかかる泥水の処理方法を概略的に示すシステム図。 従来の泥水の処理方法を概略的に示すシステム図。 従来の泥水の処理方法を概略的に示すシステム図。

以下図面に基づいて本発明にかかる泥水の処理方法の実施形態を説明する。本発明は、泥水掘削工法において掘削孔から揚泥した使用済み泥水や建設汚泥の処理のために建設汚泥に水を加えて解泥した解泥水等の建設工事や土木工事において発生する各種の泥水を対象としており、その種類や発生原因には限定はない。本発明は、これらの泥水からシルト分を除去することによる処理泥水の再利用の促進と泥水の最終処理の効率化を図るものである。

図１，図２は本発明にかかる泥水の処理方法を概略的に示すシステム図である。図１，図２に示すように、先ず掘削孔１内における比重の高くなった使用済み泥水２を配管ａを介してポンプ３によって、２００〜２５０ｍ^３／ｈの流量で沈殿槽４に処理泥水５として供給し、砂分を沈殿させる。なお、処理泥水５に礫が含まれている場合には、沈殿槽４に供給する前に予めトロンメル等の礫除去装置を使用して粒径５ｍｍ程度以上の礫を除去し、礫を含まない処理泥水５を得る。そして、沈殿槽４に沈殿させた砂分６を沈殿掻揚装置を使用して沈殿槽４の底部から掻き揚げて除去する。

一方、沈殿槽４内の処理泥水５をポンプ７を使用して沈殿槽４への供給量と同量の２００〜２５０ｍ^３／ｈの流量で配管ｂを介して液体サイクロン８に供給することにより、粒径７４μｍ程度を分級点として分級することにより、液体サイクロン８からのアンダーフロー水として、粒径７４μｍ程度以上の砂分が濃縮された第１濃縮泥水９と、液体サイクロン８からのオーバーフロー水として、粒径７４μｍ程度以上の砂分が除去された第１分級泥水１０を得る。第１濃縮泥水９は再び沈殿槽４に返送するようにする。

そして、第１分級泥水１０を貯留槽１１に供給し、貯留槽１１内の第１分級泥水１０をポンプ１２を使用して沈殿槽４への供給量と同量の２００〜２５０ｍ^３／ｈの流量で配管ｃを介してデシルター１３に供給することにより、粒径２０μｍ程度を分級点として分級することにより、デシルター１３からのアンダーフロー水として、粒径２０μｍ程度以上の砂分が濃縮された第２濃縮泥水１４と、デシルター１３からのオーバーフロー水として、粒径２０μｍ程度以上の砂分が除去された第２分級泥水１５を得る。得られた第２濃縮泥水１４を濃縮槽１６に供給するとともに、第２分級泥水１５を循環槽１７に供給する。

そして、濃縮槽１６内の第２濃縮泥水１４をポンプ１８を使用して遠心分離機１９に配管ｄを介して２０〜３０ｍ^３／ｈの流量で供給することにより、粒径１０μｍ程度を分級点として脱水して固液分離をすることにより、シルト分２０と遠心分離機１９からのオーバーフロー水として粒径１０μｍ以上のシルト分を除去した再生泥水２１を得る。そして、この再生泥水２１を循環槽１７に供給し、循環槽１７からポンプ２２を使用して掘削孔１内に配管ｅを介して返送することにより掘削泥水として再利用する。

また、循環槽１７内の再生泥水２１の比重が高くなりすぎ、遠心分離機１９では調節できなくなった場合は、循環槽１７の泥水をポンプ２３を使用して廃棄泥水槽２４に配管ｆを介して取り出す。そして、廃棄泥水槽２４からポンプ２５を使用して凝集反応槽２６に配管ｇを介して供給して、所定の凝集剤２７を薬品槽２８からポンプ２９を使用して凝集反応槽２６に添加することにより、粒径１０μｍ以下のシルト分や砂分の細粒分を凝集反応槽２６内に凝集沈殿させてフロックを形成させる。その後凝集反応槽２６からポンプ３０を使用して配管ｈを介してフィルタープレス等の脱水装置３１に供給して脱水をし、脱水ケーキ３２と水分３３とに脱水して固液分離をしている。この脱水ケーキ３２はシルト分が除去されているため、良質な粘土質を豊富に含有しており、再生粘土質素材３４として再利用或いは販売をすることができる。また、最終的に得られた水分３３は再び廃棄泥水槽２４に供給することにより、循環処理をしている。

なお、上記した実施形態は、処理泥水５として泥水掘削工法における使用済み泥水２をを使用したが、同様にして建設汚泥の解泥水３５を処理する場合にも同様の処理方法によって処理することが可能である。そして、泥水掘削工法における使用済み泥水２の場合は再生泥水２１を得ることが、又建設汚泥の解泥水３５の場合は再生粘土質素材３４を得ることに適している。

本発明にかかる泥水の処理方法によれば、泥水掘削工法において掘削孔から揚泥した使用済み泥水や建設汚泥の処理のために建設汚泥に水を加えて解泥した解泥水等の建設工事や土木工事において発生する各種の泥水を、液体サイクロンで粒径７４μｍ程度を分級点として第１濃縮泥水と第１分級泥水とに分級し、得られた第１分級泥水をデシルターを使用して粒径２０μｍ程度を分級点として第２濃縮泥水と第２分級泥水とに２段階で分級し、得られた第２濃縮泥水を粒径１０μｍを分級点として遠心分離機によって脱水することにより、掘削揚泥水として再利用可能な再生泥水を得ることができる。そして、遠心分離機による脱水の前工程としてデシルターを使用して粒径２０μｍ程度以上のシルト分を除去しているため、遠心分離機の負荷を軽減することができる。更に、最終的に得られる脱水ケーキは予めデシルターによって粒径２０μｍ程度以上のシルト分が除去されているため、脱水ケーキに含まれる粘土質の含有率を高めることができ、粘土質素材として再利用可能な再生粘土質素材を得ることができる。これによって、各種の処理泥水を大幅に減容化できるとともに、有効利用を図ることができる。

１…掘削孔
２…使用済み泥水
４…沈殿槽
８…液体サイクロン
９…第１濃縮泥水
１０…第１分級泥水
１１…貯留槽
１３…デシルター
１４…第２濃縮泥水
１５…第２分級泥水
１６…濃縮槽
１７…循環槽
１９…遠心分離機
２０…シルト分
２１…再生泥水
２４…廃棄泥水槽
２６…凝集反応槽
３１…脱水装置
３２…脱水ケーキ
３４…再生粘土質素材

Claims (10)

1. 処理泥水を沈殿槽に供給して貯留することにより、沈殿槽内に砂分を沈殿させるとともに、沈殿槽内の処理泥水を液体サイクロンによって粒径７４μｍ程度を分級点として、第１濃縮泥水と第１分級泥水とに分級し、次に該第１分級泥水を貯留槽に供給し、貯留槽内の第１分級泥水をデシルターによって、粒径２０μｍ程度を分級点として、第２濃縮泥水と第２分級泥水とに分級し、更に該第２濃縮泥水を濃縮槽に供給し、濃縮槽内の第２濃縮泥水を遠心分離機によって粒径１０μｍ程度を分級点として分級脱水することにより、得られた再生泥水を循環槽に供給して貯留し、循環槽内の泥水を廃棄泥水槽に供給し、その後凝集反応槽に供給し、凝集剤を添加することにより、凝集沈殿させることを特徴とする泥水の処理方法。
2. 第２分級泥水を循環槽に供給して貯留する請求項１記載の泥水の処理方法。
3. 循環槽に貯留された泥水を泥水掘削工法における泥水として再利用する請求項１又は２記載の泥水の処理方法。
4. 処理泥水が、泥水掘削工法において掘削孔から揚泥した使用済み泥水である請求項１，２又は３記載の泥水の処理方法。
5. 処理泥水として、建設汚泥に水を加えて解泥した解泥水を使用する請求項１，２又は３記載の泥水の処理方法。
6. 沈殿槽に沈殿した砂分を沈殿掻揚装置によって掻き揚げることにより除去する請求項１，２，３，４又は５記載の泥水の処理方法。
7. 第１濃縮泥水を沈殿槽に供給する請求項１，２，３，４，５又は６記載の泥水の処理方法。
8. 凝集反応槽内の沈殿物をフィルタープレスで脱水することにより、粘土含有率の高い脱水ケーキと水分とを得る請求項１，２，３，４，５，６又は７記載の泥水の処理方法。
9. 水分を廃棄泥水槽に供給する請求項８記載の泥水の処理方法。
10. 粘土含有率の高い脱水ケーキを再生粘土質素材として再利用する請求項８記載の泥水の処理方法。

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