JP5427986B2

JP5427986B2 - 無機質汚泥を含む被処理水の処理方法

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Publication number: JP5427986B2
Application number: JP2009089302A
Authority: JP
Inventors: 孝博柏原; 孝行小林; 誠喜中村; 和睦吉田
Original assignee: Hirosawa Machinery Co., Ltd.; Fukoku Kogyo Co Ltd; Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd; Okumura Corp
Current assignee: Hirosawa Machinery Co., Ltd.; Fukoku Kogyo Co Ltd; Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd; Okumura Corp
Priority date: 2009-04-01
Filing date: 2009-04-01
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-04-01
Also published as: JP2010240519A

Description

本発明は、土木・建設工事で発生する泥水等の、無機質汚泥を含む被処理水を処理する方法に関する。

土木・建設工事で発生する泥水は、多くの水を含み、かつ流動性が高いことから、そのままの状態では、取扱性が悪く、搬出に多額の費用がかかる。そのため、通常は、土木・建設工事の現場にて、泥水を脱水して減容化する処理を行い、搬出費用を抑えている。
泥水の処理方法としては、泥水に凝集剤を添加して無機質汚泥を凝集させた後、脱水して無機質汚泥の脱水ケーキとし、該脱水ケーキを、埋戻土、盛土として再利用する方法が一般的である。

しかし、シールド工法で発生する泥水には、水を含んで膨潤しやすい泥土調整剤（ベントナイト等）が含まれているため、通常の凝集剤では脱水が困難となる場合が多い。
ベントナイトを含む泥水（以下、ベントナイト泥水と記す。）の処理方法としては、例えば、下記の方法が提案されている。

（１）カチオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤および水溶性塩（塩化カルシウム、塩化マグネシウム等。）からなる脱水剤を用いる方法（特許文献１）。
（２）ベントナイト泥水に、水溶性金属塩（塩化マグネシウム、塩化カルシウム等）を添加した後、カチオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤および水溶性塩（硫酸ナトリウム等）からなる脱水剤を添加する方法（特許文献２）。
（３）ベントナイト泥水に、カチオン性高分子凝集剤を添加した後、アニオン性高分子凝集剤を添加する方法（特許文献３）。

しかし、（１）〜（３）の方法では、得られる脱水ケーキが柔らかいため、脱水ケーキを埋戻土、盛土として再利用した場合、強固な地盤となりにくい。
一方、泥水を脱水することなく、埋戻土として再利用する方法としては、固化材（セメント等）を用いる方法が知られている。該方法としては、例えば、下記の方法が提案されている。
（４）泥水に、特定の高分子凝集剤、フライアッシュ、セメント、キレート剤を添加して造粒する方法（特許文献４）。

しかし、（４）の方法では、脱水を行わないことを目的としているため、フライアッシュおよびセメントの添加量が多く、処理コストが高くなる。

特開平５−３８４０４号公報特開２００１−４９９８１号公報特公昭５５−１６７１８号公報特開２００４−３５８４５６号公報

本発明は、無機質汚泥を含む被処理水を低コストで処理でき、かつ硬い脱水ケーキを得ることができる、無機質汚泥を含む被処理水の処理方法を提供する。

本発明の、無機質汚泥を含む被処理水の処理方法は、無機質汚泥を含む被処理水に、該被処理水の固形分の１００質量部に対して、５〜２０質量部のフライアッシュ、５〜３０質量部の砂、および２〜６質量部のセメントを添加する工程と、フライアッシュ、砂およびセメントを添加した後、前記被処理水に高分子凝集剤を添加する工程と、高分子凝集剤を添加した後、前記被処理水を脱水処理して脱水ケーキを得る工程とを有し、前記高分子凝集剤として、アニオン系高分子凝集剤およびカチオン系高分子凝集剤を併用し、前記アニオン系高分子凝集剤が、（メタ）アクリルアミドとアニオン性単量体との共重合体であり、前記アニオン系高分子凝集剤中のアニオン性単量体に由来する構成単位の割合が、２０〜５０質量％であり、前記カチオン系高分子凝集剤が、（メタ）アクリルアミドとカチオン性単量体との共重合体であり、前記カチオン系高分子凝集剤中のカチオン性単量体に由来する構成単位の割合が、１０〜２５質量％であり、前記高分子凝集剤の添加量が、被処理水中２００〜６００ｐｐｍとなる量であることを特徴とする。

本発明の、無機質汚泥を含む被処理水の処理方法によれば、無機質汚泥を含む被処理水を低コストで処理でき、かつ硬い脱水ケーキを得ることができる。

本発明の、無機質汚泥を含む被処理水の処理方法に用いられる処理システムの一例を示す概略図である。

＜無機質汚泥を含む被処理水の処理方法＞
図１は、本発明の、無機質汚泥を含む被処理水の処理方法に用いられる処理システムの一例を示す概略図である。処理システム１０は、無機質汚泥を含む被処理水を貯留する貯泥槽１２と；貯泥槽１２から供給された無機質汚泥を含む被処理水を一旦貯留する受泥槽１４と；無機質汚泥を含む被処理水と高分子凝集剤とを混合し、無機質汚泥を凝集させる撹拌槽１６と；凝集した無機質汚泥を含む被処理水物を脱水する脱水機１８と；受泥槽１４と撹拌槽１６との間の配管の途中に設けられたインラインミキサ２０とを備えるものである。

処理システム１０を用いた、無機質汚泥を含む被処理水の処理は、下記の工程（Ｉ）〜（III）を経て行われる。
（Ｉ）無機質汚泥を含む被処理水に、フライアッシュ、砂およびセメントを添加する工程。
（II）工程（Ｉ）の後、被処理水に高分子凝集剤を添加し、撹拌槽１６で被処理水を撹拌して無機質汚泥を凝集させる工程
（III）工程（II）の後、脱水機１８にて、凝集した無機質汚泥を含む被処理水を脱水処理して脱水ケーキおよび分離水を得る工程。

無機質汚泥を含む被処理水としては、土木・建設工事で発生する泥水、シールド泥水、浚渫泥水等が挙げられる。
土木・建設工事で発生する泥水とは、地中連続壁工法、泥水シールド工法、場所打ち杭工法等で発生するスラリー状物であり、該泥水としては、ベントナイト泥水、ポリマー泥水、シルト泥水等が挙げられる。
本発明の、無機質汚泥を含む被処理水の処理方法は、無機質汚泥が凝集しにくい、泥土調整剤（ベントナイト、ＣＭＣ等）を含む泥水の処理に好適である。

（工程（Ｉ））
貯泥槽１２、受泥槽１４等にて、無機質汚泥を含む被処理水にフライアッシュ、砂およびセメントを添加する。
フライアッシュ、砂およびセメントを添加する場所は、被処理水に高分子凝集剤を添加する場所よりも上流側であればよく、特に限定はされない。
フライアッシュ、砂およびセメントを添加する順番も、特に限定はされないが、セメントの固化を抑える点から、セメントを最後に添加することが好ましい。

フライアッシュは、石炭を粉砕した微粉炭の燃焼により発生する飛灰で粒子状の石炭灰である。フライアッシュの添加量は、被処理水の固形分の１００質量部に対して、５〜２０質量部であり、１０〜１５質量部が好ましい。フライアッシュの添加量が５質量部以上であれば、硬い脱水ケーキが得られる。フライアッシュの添加量が２０質量部以下であれば、処理コストを低く抑えることができる。フライアッシュの量が多くなりすぎると、フライアッシュが微粉であるため、粉塵の発生が多くなり、ロスが多くなったり、作業性が悪化したりする。

砂としては、一般の建材用の砂が使用できるが、シールド工事現場で発生する粒径７５μｍ〜２ｍｍに篩い分けられた砂が好適である。砂の添加量は、被処理水の固形分の１００質量部に対して、５〜３０質量部であり、５〜１０質量部が好ましい。砂の添加量が５質量部以上であれば、硬い脱水ケーキが得られる。砂の添加量が３０質量部以下であれば、処理コストを低く抑えることができる。砂の量が多くなりすぎると、脱水機１８内にて、無機質汚泥が硬くなりすぎ、内部で空回りするため水分を絞れず減容化ができない。また、排出ができなくなる場合もある。

セメントとしては、各種ポルトランドセメント、混合セメント（高炉セメント、シリカセメント等）等の公知の水硬性セメントが挙げられる。セメントの添加量は、被処理水の固形分の１００質量部に対して、２〜６質量部であり、２〜５質量部が好ましい。セメントの添加量が２質量部以上であれば、硬い脱水ケーキが得られる。セメントの添加量が６質量部以下であれば、処理コストを低く抑えることができる。セメントの量が多くなりすぎると、脱水機１８内にて無機質汚泥が固結する場合がある。

工程（Ｉ）における被処理水の固形分は、フライアッシュ、砂およびセメントを添加する前の固形分であり、被処理水の質量と、該被処理水から水分を蒸発させた後に得られる蒸発残渣の質量とから算出する。

（工程（II））
撹拌槽１６、インラインミキサ２０の入り口側等にて、無機質汚泥を含む被処理水に高分子凝集剤を添加し、撹拌槽１６で被処理水を撹拌して無機質汚泥を凝集させる。
撹拌槽１６としては、２軸パドルミキサを備えた槽；円形・矩形の槽と各種回転翼からなる混合槽；回転ドラム式の槽；スタティックミキサを備えた槽等が挙げられる。

高分子凝集剤を添加する場所は、被処理水にフライアッシュ、砂およびセメントを添加する場所よりも下流側で、かつ脱水機１８よりも上流側であればよく、特に限定はされない。高分子凝集剤を、フライアッシュ、砂およびセメントよりも先に添加した場合、無機質汚泥の凝集フロックがフライアッシュ、砂およびセメントにより破壊され、本発明の効果が得られない。

高分子凝集剤は、通常、水溶液の状態で添加される。水溶液（１００質量％）中の高分子凝集剤の濃度は、０．０１〜１．０質量％が好ましい。
高分子凝集剤は、複数に分けて添加してもよい。
高分子凝集剤の添加量は、被処理水中の濃度がトータルで２００〜６００ｐｐｍとなる量が好ましい。

高分子凝集剤としては、公知のアニオン系高分子凝集剤、カチオン系高分子凝集剤、両性系高分子凝集剤等が挙げられ、泥水の濃度、組成が変動した時の追従性の点から、アニオン系高分子凝集剤およびカチオン系高分子凝集剤の組み合わせが好ましい。アニオン系高分子凝集剤およびカチオン系高分子凝集剤を併用する場合、それらの質量比（アニオン系高分子凝集剤／カチオン系高分子凝集剤）は、４／１〜１／４が好ましく、４／１〜１／１がより好ましい。

アニオン系高分子凝集剤としては、（メタ）アクリルアミドと、アニオン性単量体（（メタ）アクリル酸塩、アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸塩等）との共重合体が好ましい。
アニオン系高分子凝集剤中のアニオン性単量体に由来する構成単位の割合は、（メタ）アクリル酸塩の場合、２０〜５０質量％が好ましい。アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸塩の場合、１０〜５０質量％が好ましい。

カチオン系高分子凝集剤としては、（メタ）アクリルアミドと、カチオン性単量体（Ｎ，Ｎ−ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートの４級アンモニウム塩等）との共重合体が好ましい。
カチオン系高分子凝集剤中のカチオン性単量体に由来する構成単位の割合は、１０〜２５質量％が好ましい。

アニオン系高分子凝集剤の水溶液粘度は、２０００〜３５００ｍＰａ・ｓが好ましく、カチオン系高分子凝集剤の水溶液粘度は、１４００〜３５００ｍＰａ・ｓが好ましい。
高分子凝集剤の水溶液粘度は、４質量％食塩水に高分子凝集剤を溶解させて得られる１質量％の水溶液について、２５℃の恒温槽中でブルックフィールド型粘度計を用いて測定された粘度であり、分子量の目安となる。

両性系高分子凝集剤は、アニオン性単量体、カチオン性単量体、必要に応じてノニオン性単量体を共重合させたものである。アニオン性単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、これらのアルカリ金属塩等が挙げられる。カチオン性単量体としては、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリルアミド、これらの中和塩、４級アンモニウム塩等が挙げられる。ノニオン性単量体としては、（メタ）アクリルアミド等が挙げられる。

また、硬い脱水ケーキを得ることを目的に、無機質汚泥を含む被処理水に高分子凝集剤を添加する際に、水酸化カルシウム、塩化カルシウム、水酸化マグネシウム、硫酸アンモニウムおよび塩化アンモニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の無機塩を添加してもよい。
無機塩は、粉体として用いてもよく、水溶液として用いてもよい。
無機塩の添加量は、被処理水のｐＨが９〜１０の範囲となる量が好ましい。

（工程（III））
脱水機１８にて、凝集した無機質汚泥を含む被処理水を脱水処理して、無機質汚泥の脱水ケーキを得る。
脱水機１８としては、フィルタープレス型脱水機、スクリュープレス型脱水機、真空脱水機、ベルトプレス型脱水機、遠心脱水機等が挙げられ、比較的低い含水率の脱水ケーキが得ることができる点から、フィルタープレス型脱水機またはスクリュープレス型脱水機が好ましい。

脱水機１８の前段に濃縮機を設けてもよい。濃縮機としては、回転ドラムスクリーン、傾斜スクリーン、ベルト濃縮機、遠心濃縮機等が挙げられる。

脱水ケーキの含水率は、４０質量％以下が好ましい。
脱水ケーキは、埋戻土、盛土として再利用できる。
脱水機１８から排出される分離水は、酸性化合物により中和した後、外部に排水として排出される。

以上説明した本発明の、無機質汚泥を含む被処理水の処理方法にあっては、無機質汚泥を含む被処理水に、該被処理水の固形分の１００質量部に対して、５〜２０質量部のフライアッシュ、５〜３０質量部の砂、および２〜６質量部のセメントを添加する工程と、被処理水に高分子凝集剤を添加する工程と、被処理水を脱水処理して脱水ケーキを得る工程とを有するため、脱水処理により減容化でき、フライアッシュ、砂およびセメントの量を減らしても硬い脱水ケーキを得ることができる。その結果、無機質汚泥を含む被処理水を低コストで処理でき、かつ脱水ケーキを埋戻土、盛土として再利用できる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例中の「％」は、特に断らない限り、質量％を示す。

（脱水ケーキの硬さ）
得られた脱水ケーキについて、フォースゲージ（エ−・アンド・ディ社製、ＡＤ−４９３２Ａ−５０Ｎ）を用いて、フォースゲージ値を測定した。該フォースゲージ値を用い、下記式（１）からコーン指数を算出した。フォースゲージ値の測定を５回行い、コーン指数の平均値を求めた。フォースゲージ値およびコーン指数は、脱水ケーキの硬さの指標であり、数値が高いほど脱水ケーキが硬いことを示す。
コーン指数（ＫＮ／ｍ^２）＝２４．４×フォースゲージ値（Ｎ）＋１０５．８・・・（１）。

（アニオン系高分子凝集剤）
アクリルアミドの７１．５質量部と、アクリル酸ナトリウムの２８．５質量部とを共重合させて得られた共重合体（水溶液粘度：３０００ｍＰａ・ｓ）。

（カチオン系高分子凝集剤）
アクリルアミドの８０．５質量部と、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルアクリレート・塩化メチル四級塩の１９．５質量部とを共重合させて得られた共重合体（水溶液粘度：１６５０ｍＰａ・ｓ）。

〔実施例１〕
被処理水として、シールド工法によるトンネル掘削現場から排出されたベントナイト泥水（ｐＨ：９．３０、比重：１．２２、固形分：３１．６質量％）を用意した。
処理システムとしては、図１に示すものを用いた。撹拌槽１６としては、２軸パドルミキサを備えた槽を用いた。脱水機１８としては、スクリュープレス型脱水機を用いた。撹拌槽１６と脱水機１８との間には、傾斜スクリーンを設けた。

（工程（Ｉ））
表１に示す量のフライアッシュ（中国電力社の火力発電所で発生した石炭灰）を、貯泥槽１２中の被処理水に添加した。
表１に示す量の砂（八尾南シールド工事現場で発生した砂（７５μｍ〜２ｍｍ）を使用）を、受泥槽１４中の被処理水に添加した。
砂の添加後、表１に示す量のセメント（徳山セメント社製、商品名：ポルトランドセメント）を、受泥槽１４中の被処理水に添加した。

（工程（II））
アニオン系高分子凝集剤の水溶液を２つに分け、一方をインラインミキサ２０の入り口側の配管中の被処理水に添加し、他方を撹拌槽１６の入り口付近に添加した。アニオン系高分子凝集剤の添加量は、被処理水中の濃度がトータルで２５０ｐｐｍとなる量とした。
カチオン系高分子凝集剤の水溶液を２つに分け、一方を撹拌槽１６の中央付近に添加し、他方を撹拌槽１６の出口付近に添加した。カチオン系高分子凝集剤の添加量は、被処理水中の濃度がトータルで１５０ｐｐｍとなる量とした。

（工程（III））
凝集した無機質汚泥を含む被処理水を傾斜スクリーンで濃縮した後、スクリュープレス型脱水機で脱水処理し、脱水ケーキを得た。脱水ケーキのコーン指数を求めた。結果を表１に示す。

〔実施例２〜６、比較例１〜１１〕
フライアッシュ、砂およびセメントの添加量を、表１に示す量に変更した以外は、実施例１と同様にして脱水ケーキを得た。脱水ケーキのコーン指数を求めた。結果を表１に示す。比較例１、１０では、セメントの量が多すぎたため、スクリュープレス型脱水機内で無機質汚泥が固結した。

本発明の、無機質汚泥を含む被処理水の処理方法は、ベントナイト泥水等の無機質汚泥が凝集しにくい被処理水の脱水処理方法として有用である。

１０処理システム
１２貯泥槽
１４受泥槽
１６撹拌槽
１８脱水機
２０インラインミキサ

Claims

無機質汚泥を含む被処理水に、該被処理水の固形分の１００質量部に対して、５〜２０質量部のフライアッシュ、５〜３０質量部の砂、および２〜６質量部のセメントを添加する工程と、
フライアッシュ、砂およびセメントを添加した後、前記被処理水に高分子凝集剤を添加する工程と、
高分子凝集剤を添加した後、前記被処理水を脱水処理して脱水ケーキを得る工程と
を有し、
前記高分子凝集剤として、アニオン系高分子凝集剤およびカチオン系高分子凝集剤を併用し、
前記アニオン系高分子凝集剤が、（メタ）アクリルアミドとアニオン性単量体との共重合体であり、
前記アニオン系高分子凝集剤中のアニオン性単量体に由来する構成単位の割合が、２０〜５０質量％であり、
前記カチオン系高分子凝集剤が、（メタ）アクリルアミドとカチオン性単量体との共重合体であり、
前記カチオン系高分子凝集剤中のカチオン性単量体に由来する構成単位の割合が、１０〜２５質量％であり、
前記高分子凝集剤の添加量が、被処理水中２００〜６００ｐｐｍとなる量である、無機質汚泥を含む被処理水の処理方法。