JP5511426B2

JP5511426B2 - 泥水処理方法及び泥水処理システム

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Publication number: JP5511426B2
Application number: JP2010029529A
Authority: JP
Inventors: 養市川又; 守良設楽
Original assignee: HUENS CO., LTD.
Current assignee: HUENS CO., LTD.
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2030-02-12
Also published as: JP2011161405A

Description

本発明は、泥水処理方法及び泥水処理システムに関し、特に泥水中に含まれる硫化水素を除去することが可能な泥水処理方法及び泥水処理システムに関する。

面積が限られた土地を有効活用するため、地下に鉄道や、上下水道、電気、ガス等のインフラ設備が埋設されている。これらのインフラ設備を新たに設けるためのトンネルや地下道などの工事に泥水式シールド工法が用いられる。これはシールドマシンと呼ばれる掘削機でトンネルを掘り、掘削した土砂や汚泥を外部に排出する方法である。

泥水式シールド工法は、シールドマシンにかかる圧力に対抗するために泥水に所定の圧力を加え、切羽の安定をはかるとともに、泥水を循環させることにより、掘削土の流体輸送を行うものである。

排出した土砂や汚泥は外部環境に曝されることになるが、トンネル等を形成する際に排出される土砂や汚泥には、有害物質が含まれている場合がある。例えば、沖積層には魚介類が腐食したものが混在している場合があり、排出した汚泥から有毒なガスが発生することがある。

また、河川、湖沼、海域に存在する底泥を浚渫する際にも、底泥から有毒なガスが発生することがある。この場合は処理した水（以下、「処理水」という。）を河川等に排出した場合に、環境に影響を与えないことが重要となる。

以上のように、工事の際に発生する汚泥や、既に存在している汚泥の処理の際に有害物質を外部環境に放出しないことが重要であり、汚泥に含まれる有害物質の除去方法が提案されている。

例えば、汚泥の腐敗によって有毒ガスが発生しないように汚泥腐敗防止のためのオゾン処理を送泥経路において行う方法が知られている（例えば、特許文献１）。従来の汚泥腐敗防止オゾン処理システムの構成概略図を図１７に示す。同図において、１２５は下水処理場、１２６は下水処理場からの汚泥を汚泥集約処理施設１２８へ送り出す汚泥圧送ポンプ、１２７はオゾン発生機１０６からのオゾンガスを圧送ポンプ１２６からの水圧以上に加圧して圧送ポンプから送り出される汚泥中に吹き込むオゾン加圧ガスポンプである。

この従来技術によれば、圧送ポンプ１２６から送り出される汚泥にオゾンガスが吹き込まれ、気液混合状態となって汚泥とオゾンとが反応し、汚泥の腐敗が防止されるというものである。

また、他の従来技術として、下水汚泥のオゾン処理方法が知られている（例えば、特許文献２）。これは、図１８に示すように、送泥管２３５内の圧送区間２４０が終わった点線部分Ａで腐敗した汚泥から硫化水素ガスが発生する場合があるため、オゾン発生機２０３からのオゾンガスをオゾン加圧供給ポンプＰ２により圧送ポンプＰ６の出力側の送泥管に供給するというものである。そしてサンプリングポンプＰ５により引き抜いた汚泥を光度測定装置２０５に送り込んで光度を測定し、コントローラ２０６で測定された光度に基づいて注入オゾン量を計算してオゾン発生機２０３の駆動状態を制御するというものである。

この方法によれば、オゾン処理が終了した液の光度を測定して、これを指標として嫌気性細菌の殺菌作用と施設の腐食と悪臭を防止するのに必要とする注入オゾン量が求められてオゾン発生機の駆動を制御することができるので、特に汚泥の各種集約処理方法に適用した場合のパイプ輸送等による輸送管内での嫌気性微生物の繁殖等に伴う下水汚泥の腐敗を防止することができるというものである。

特開平８−１９２１９８号公報特開平９−１５５３９８号公報

しかしながら、従来の汚泥処理方法を泥水式シールド工法や、底泥等の汚泥処理に適用した場合に種々の問題が生じていた。即ち、泥水に硫化水素が含まれている状況において、泥水とオゾンとを接触させた場合に、泥水中に白濁現象が生じ、泥水の粘性等の物性値が変化するという問題や、外部環境にそのまま廃棄した場合に魚介類等に影響を与えるといった問題が生じていた。

さらに、泥水に投入するオゾンの量が少ない場合には未処理の硫化水素が残存して外部環境に硫化水素ガスが拡散するという問題が生じていた。逆に投入するオゾンの量が多すぎる場合には未反応のオゾンがそのまま外部に放出されてしまうという問題が生じていた。

本発明は、上記のような問題点に鑑み、泥水式シールド工法等のように泥水の物性値を維持したまま有害物質を除去して泥水を循環させたり、汚泥を処理した場合に生じる処理水を外部に排出可能なレベルにしたりすることが可能な泥水処理方法及び泥水処理システムを提供することを目的とする。

本発明の泥水処理方法は、泥水発生源から泥水を排泥管内に導入するステップと、排泥管内にｐＨ調整剤を注入して、泥水とｐＨ調整剤とを接触させるステップと、排泥管内にオゾンを注入して、ｐＨ調整剤と接触した泥水とオゾンとを接触させるステップと、を有することを特徴とする。

また、本発明の他の実施態様による泥水処理方法は、泥水発生源から泥水を排泥管内に導入するステップと、排泥管内にオゾンを注入して、泥水とオゾンとを接触させるステップと、オゾンと接触した泥水を開放室に導入して、泥水からガスを抽出するステップと、ガスを脱臭設備内に導入するステップと、脱臭設備内にオゾンを注入して、ガスとオゾンとを接触させるステップと、を有することを特徴とする。

さらに、本発明の他の実施態様による泥水処理方法は、泥水発生源から泥水を排泥管内に導入するステップと、排泥管内にオゾンを注入して、泥水とオゾンとを接触させるステップと、泥水から土砂を抽出するステップと、土砂中の硫化水素濃度を測定するステップと、測定の結果に基づいて排泥管内に注入するオゾンの量を制御するステップと、を有することを特徴とする。

本発明の泥水処理システムは、泥水発生源に一方の端部を接続する排泥管と、排泥管内にｐＨ調整剤を注入するｐＨ調整剤槽と、ｐＨ調整剤槽の後段に配置した、排泥管内にオゾンを注入するオゾン発生装置と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の他の実施態様による泥水処理システムは、泥水発生源に一方の端部を接続する排泥管と、排泥管内にオゾンを注入するオゾン発生装置と、オゾン発生装置の後段に配置した開放室と、開放室に接続された脱臭設備と、脱臭設備内にオゾンを注入する第２オゾン発生装置と、を備えたことを特徴とする。

さらに、本発明の他の実施態様による泥水処理システムは、泥水発生源に一方の端部を接続する排泥管と、排泥管内にオゾンを注入するオゾン発生装置と、泥水から土砂を抽出する振動フルイ機と、土砂中の硫化水素濃度を測定するセンサと、センサの測定結果に基づいてオゾン発生装置を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の泥水処理方法及び泥水処理システムは、泥水の物性値を維持したまま泥水中の硫化水素を除去したり、泥水を排水可能なレベルにしつつ泥水中の硫化水素を除去したりすることができるという利点がある。

本発明の第１の実施例に係る泥水処理システムの構成図である。本発明の第１の実施例に係る泥水処理方法の手順を示すフローチャートである。本発明の第２の実施例に係る泥水処理システムの構成図である。本発明の第２の実施例に係る泥水処理方法の手順を示すフローチャートである。本発明の第３の実施例に係る泥水処理システムの構成図である。本発明の第３の実施例に係る泥水処理方法の手順を示すフローチャートである。本発明の第４の実施例に係る泥水処理システムの構成図である。本発明の第４の実施例に係る泥水処理方法の手順を示すフローチャートである。本発明の第５の実施例に係る泥水処理システムの構成図である。本発明の第５の実施例に係る泥水処理方法の手順を示すフローチャートである。本発明の第６の実施例に係る泥水処理システムの構成図である。本発明の第６の実施例に係る泥水処理方法の手順を示すフローチャートである。本発明の第７の実施例に係る泥水処理システムの構成図である。本発明の第７の実施例に係る泥水処理方法の手順を示すフローチャートである。本発明の第８の実施例に係る泥水処理システムの構成図である。本発明の第８の実施例に係る泥水処理方法の手順を示すフローチャートである。従来の汚泥腐敗防止装置の構成図である。従来の汚泥処理システムの構成図である。

以下図面を参照して、本発明に係る泥水処理方法及び泥水処理システムについて説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

図１に実施例１に係る泥水処理システムの構成図を示す。実施例１においては、本発明の泥水処理方法及び泥水処理システムを泥水シールド工法に応用した例を示す。泥水シールド工法は、地下３０に円筒状のトンネル３２を形成する工法である。まず竪穴３１を堀削した後、シールドマシン３３を投入し、所望の方向にシールドマシン３３の切羽３４を向け、切羽３４を回転させながら前進させることで掘削を行い、トンネル３２を形成する。泥水発生源となっているシールドマシン３３から排出される掘削土は、泥水とともに排泥管５を通して排出される。シールドマシン３３によって掘削された場所には、セグメントと呼ばれる壁面構成部材が順次組み込まれて壁面３５が形成される。

シールドマシン周辺から発生するガスを排気するために排気管３７が設けられており、排ガス処理施設３８で処理される。

掘削の際にはシールドマシン３３及びシールド面３４には外部からの圧力が掛かるため、対抗する圧力を生じさせるために泥水をシールドマシン３３に還流させる必要がある。そのためにシールドマシン３３に泥水を供給するための給泥管６を設けている。ここで給泥管６によって供給する泥水は排出する泥水と粘性、比重等の物性値が等しいことが望ましい。

シールドマシン３３から排出される泥水は加圧ポンプ３６によって加圧されて、排泥管５を通じて排出される。泥水は一旦タンク７に送られ汚泥のみが配管１７によって外部に排出される。汚泥１９は振動フルイ機１８に送られ、粒径の小さいもののみが選別されて貯蔵庫２０に土砂２１として貯蔵された後、排出部２２から外部に排出される。

ここで、土砂２１を外部に放出する際、硫化水素が発生する問題が生じていた。そこで、本発明は、泥水にｐＨ調整剤及びオゾンを加えることによって硫化水素の発生を抑制している。具体的には、本発明の泥水処理システム１００は、泥水発生源に一方の端部を接続する排泥管５と、排泥管内にｐＨ調整剤を注入するｐＨ調整剤槽３と、ｐＨ調整剤槽の後段に配置した、排泥管内にオゾンを注入するオゾン発生装置１と、を備えている。本発明の泥水処理システムにおいては、泥水を排出するための排泥管５にオゾン供給管２を設けて、このオゾン供給管２を通してオゾン発生装置１からオゾンを供給するとともに、オゾン供給管２の前段の排泥管５にｐＨ調整剤供給管４を設けて、このｐＨ調整剤供給管４を通してｐＨ調整剤槽３からｐＨ調整剤を注入する点を特徴としている。ｐＨ調整剤は泥水をアルカリ性を呈することができるものであればよく、たとえば苛性ソーダを用いることができる。

次に、本発明の泥水処理方法について説明する。図２は、本発明の泥水処理方法の手順を示すためのフローチャートである。まず、ステップＳ１０１において、泥水発生源となっているシールドマシン３３から泥水を排泥管５内に導入する。次に、ステップＳ１０２において、ｐＨ調整剤供給管４を通してｐＨ調整剤槽３から排泥管５内にｐＨ調整剤を注入して、泥水とｐＨ調整剤とを接触させる。このとき、泥水はアルカリ性を呈するｐＨ調整剤の注入によりアルカリ性となる。

次に、ステップＳ１０３において、オゾン供給管２を通してオゾン発生機１から排泥管５内にオゾンを注入して、ｐＨ調整剤と接触した泥水とオゾンとを接触させる。このとき、泥水中の硫化水素H₂SとオゾンO₃とは以下のような反応式に従って化学反応を起こす。
3H₂S + 4O₃ → 3H₂SO₄ （１）

次に、泥水中の硫化水素濃度と必要なオゾンの注入量との関係について説明する。式（１）から、理論上、硫化水素１[mol]と反応するオゾンは４／３[mol]となる。一方、実際の泥水を用いて、オゾン処理試験を行ったところ、硫化水素濃度４０[ppm]の泥水１５[l]を処理するのに要したオゾンの量は５[g]であった。この結果から、実泥水における反応モル比は、硫化水素１[mol]に対してオゾン５．９[mol]となる。

さらに、オゾンの排泥管内における管内摩擦抵抗及び汚染土壌物質等における損失を５０％、余裕度を２倍とした場合、泥水からの硫化水素発生量０．０２４[l/min]、硫化水素ガス組成を０．０１５％とすると、オゾン発生機の出力５％のときに除去可能な硫化水素濃度は３０[ppm]と求められた。この結果から、オゾン発生機の出力１％あたり、６[ppm]の硫化水素を除去することが可能となる。オゾン注入量と溶存硫化水素除去量との関係を表１に示す。

このように硫化水素H₂SはオゾンO₃によって硫酸H₂SO₄に変化する。しかしながら、泥水が硫酸によって酸性となると白濁現象が生じ、泥水の粘性等の物性値が変化して還流させた場合に不具合が生じる。そこで、本発明では白濁を生じさせないために、あらかじめ泥水にアルカリ性を呈するｐＨ調整剤を注入することによって、泥水をアルカリ性にしておき、アルカリ性を呈した泥水にオゾンを注入することによって、硫化水素の低減と白濁の防止とを両立させている。

次に、ｐＨ調整剤として、苛性ソーダを用いた場合について説明する。苛性ソーダNaOHと硫酸H₂SO₄とは以下のような反応式に従って化学反応を起こす。
H₂SO₄ + 2NaOH → NaSO₄ + 2H₂O （２）

白濁現象を抑制するために必要な苛性ソーダの量は、４０ppmの硫化水素溶存泥水１５リットルに対して、濃度３０％の苛性ソーダで３．６ミリリットルであった。

次に、ステップＳ１０４において、給泥管６を通して泥水を泥水発生源であるシールドマシン３３に戻す。本発明では泥水中の硫化水素を除去しながら、白濁を抑制しているので、泥水の粘性等の物性値を掘削時と同等に維持しているため還流させた場合に泥水圧を一定に保つことができる。

次に、実施例２に係る泥水処理システムについて説明する。図３に実施例２に係る泥水処理システムの構成図を示す。実施例２においても、本発明の泥水処理方法及び泥水処理システムを泥水シールド工法に応用した例を示す。実施例２の泥水処理システムの構成要素について、図１に示した実施例１の泥水処理システム１００と同一の構成要素には同じ符号を付している。実施例２に係る泥水処理システムが実施例１と大きく異なっている点は、泥水の開放室７１、脱臭設備８及び第２オゾン発生装置９を設けている点である。

実施例１において泥水にオゾンを加えて硫化水素を除去する例を示したが、泥水中に含まれる硫化水素の量が突発的に増加した場合などにおいては、供給するオゾンの量が不足し、未反応の硫化水素が生じる場合も想定される。そこで、本発明においては、泥水に含まれる未反応の硫化水素を除去することを目的としている。

実施例２に係る泥水処理システムは、泥水発生源である掘削場所に一方の端部を接続する排泥管５と、排泥管５内にオゾンを注入するオゾン発生装置１と、オゾン発生装置１の後段に配置した開放室７１と、開放室７１内にオゾンを注入する第２オゾン発生装置９と、を備えている。開放室７１には脱臭設備８が接続されており、開放室７１で発生した硫化水素を含むガスは、脱臭設備８内に導入される。脱臭設備８には第２オゾン発生装置９が接続されている。処理されたガスは排気口１５から排出される。

次に、実施例２に係る泥水処理方法について、図４のフローチャートを用いて説明する。まず、ステップＳ２０１において、泥水発生源となっているシールドマシン３３から泥水を排泥管５内に導入する。次に、ステップＳ２０２において、排泥管５内にオゾンを注入して、泥水とオゾンとを接触させる。このとき、泥水中の硫化水素の中にオゾンと未反応のものが含まれている場合には、オゾン供給管２よりも排出側の排泥管５内を流れる泥水中にも硫化水素が含まれる状態となる。

次に、ステップＳ２０３において、オゾンと接触した泥水を開放室７１に導入して、泥水からガスを抽出し、ガスを脱臭設備８内に導入する。開放室７１においては、泥水を開放室７１内の高所から低所に落下させることによって泥水中のガスを開放させている。ガス中には未反応の硫化水素が含まれる場合があるが、オゾン濃度が硫化水素濃度に対して高すぎる場合にはオゾンが含まれる場合も考えられる。

次に、ステップＳ２０４において、脱臭設備８内にオゾンを注入してガスとオゾンとを接触させる。具体的には、開放室７１から発生したガスを脱臭設備８に導入し、第２オゾン発生装置９から第２オゾン供給管１０を通して脱臭設備８にオゾンを供給する。オゾンは脱臭設備８の上部に設けられた供給部１３から供給され、反応部１４で硫化水素と反応する。硫化水素とオゾンとの反応式は上述の式（１）と同様である。

さらにオゾンが過剰に存在している場合には脱臭設備８にオゾン除去装置（図示せず）を設置するようにしてもよい。開放室７１で発生したガスは脱臭設備８で硫化水素やオゾンを除去した後、排気口１５から外部に排出する。次に、ステップＳ２０５において、給泥管６を通して泥水を泥水発生源であるシールドマシン３３に戻す。泥水に含まれる土砂の処理方法は実施例１と同様である。

このようにして、実施例２の泥水処理方法においては、泥水に含まれる硫化水素を排泥管内でオゾンと反応させ、未反応の硫化水素が残存している場合であっても開放室で気化させたのちにオゾンと反応させているため、泥水内の硫化水素濃度が急激に増加した場合においても泥水中の硫化水素濃度を低減することができる。

なお、本実施例において、排泥管５にｐＨ調整剤を注入するためのｐＨ調整剤槽を設置していない構成を示しているが、実施例１と同様にｐＨ調整剤槽を設置するようにしてもよい。

次に、実施例３に係る泥水処理システムについて図面を用いて説明する。図５は、本発明の第３の実施例に係る泥水処理システムの構成図である。実施例２の泥水処理システムと同一の構成要素には同一の符号を付している。実施例２の泥水処理システムと異なっている点は、脱臭設備８にｐＨ調整剤を供給するように第２ｐＨ調整剤槽１１を設けている点である。これにより、実施例１と同様に硫化水素とオゾンとの反応後に生じた硫酸によって廃液に白濁が生じる場合には、ｐＨ調整剤を注入することにより白濁を抑制することができる。具体的には、図５に示すように、第２ｐＨ調整剤供給管１２を通して第２ｐＨ調整剤槽１１から脱臭設備８に苛性ソーダ等のｐＨ調整剤を供給する。この場合の苛性ソーダと硫酸との反応式は上述の式（２）と同様である。

次に、実施例３に係る泥水処理方法について図面を用いて説明する。図６は、本発明の第３の実施例に係る泥水処理方法の手順を示すフローチャートである。ステップＳ３０１〜３０４までは、実施例２と同様であるので説明を省略する。ステップＳ３０５において、脱臭設備内にｐＨ調整剤として苛性ソーダを注入して苛性ソーダとガスとを接触させる。苛性ソーダとともにオゾンが注入されているので、ガスに含まれている硫化水素とオゾンとが反応し、硫酸が生成されている。この硫酸と苛性ソーダとが反応して、硫酸ナトリウムが生成される。

次に、ステップＳ３０６において、泥水を、給泥管６を通して泥水発生源であるシールドマシン３３に戻す。泥水に含まれる土砂の処理方法は実施例１と同様である。

このようにして、実施例３の泥水処理方法においては、泥水に含まれる硫化水素を排泥管内でオゾンと反応させ、未反応の硫化水素が残存している場合であっても開放室で気化させたのちにオゾンと反応させているため、泥水内の硫化水素濃度が急激に増加した場合においても硫化水素濃度を低減することができる。さらに泥水から気化させた硫化水素にｐＨ調整剤を注入しているため、オゾンとの反応により生成される硫酸による廃液の白濁を抑制することができる。

次に、実施例４に係る泥水処理システムについて図面を用いて説明する。図７は、本発明の実施例４に係る泥水処理システムの構成図である。実施例１の泥水処理システムと同一の構成要素には同一の符号を付している。実施例１の泥水処理システムと異なっている点は、土砂２１中の硫化水素濃度を測定するための硫化水素センサ２３を設置している点である。硫化水素センサ２３で土砂２１中に残存している硫化水素濃度をリアルタイムで測定し、オゾン発生装置１から供給するオゾンの濃度を制御することにより、泥水中の硫化水素濃度が変動した場合でも適切な量のオゾンを注入することができる。具体的には、図７に示すように、土砂２１内に硫化水素センサ２３を浸漬させ、その出力を配線２４と接続した制御部２５で読み取って、硫化水素濃度に対応したオゾンを注入するようにオゾン発生装置１を制御する。センサから求められた硫化水素濃度に基づくオゾンの注入量の決定は、制御部２５の記憶部（図示せず）に予め記憶しておいた硫化水素濃度とオゾン量との対応表に基づいて決定してもよく、注入したオゾン量と硫化水素濃度測定結果との関係からリアルタイムに予測するようにしてもよい。

次に、本発明の実施例４に係る泥水処理方法について説明する。図８は、本発明の第４の実施例に係る泥水処理方法の手順を示すフローチャートである。まず、ステップＳ４０１において、泥水発生源となっているシールドマシン３３から泥水を排泥管５内に導入する。次に、ステップＳ４０２において、排泥管５内にオゾンを注入して、泥水とオゾンとを接触させる。

次に、実施例１と同様にステップＳ４０３において、汚泥１９は振動フルイ機１８に送られ、粒径の小さいもののみが選別されて貯蔵庫２０に土砂２１として貯蔵することにより、泥水から土砂２１を抽出する。次に、ステップＳ４０４において、土砂中の硫化水素濃度を測定する。ここで、排出された泥水から還流させる泥水を除去した残りの土砂２１に含まれる硫化水素濃度を測定している。これは、土砂２１が外気に曝されるため、土砂に含まれる硫化水素濃度が重要だからである。土砂中の硫化水素濃度の測定には、溶存硫化水素センサH2S-100（ドイツAMT社製）を用いた。

次に、ステップＳ４０５において、測定の結果に基づいて排泥管内に注入するオゾンの量を制御する。即ち、硫化水素センサ２３の出力を配線２４と接続した制御部２５で読み取って、硫化水素濃度に対応したオゾンを注入するようにオゾン発生装置１を制御する。具体的には、硫化水素センサの測定結果から泥水中の硫化水素濃度を算出し、表１に基づいて、注入するオゾン量を決定する。次に、ステップＳ４０６において、給泥管６を通して泥水を泥水発生源であるシールドマシン３３に戻す。

本発明においては、土砂に溶存している硫化水素の濃度をリアルタイムに測定し、測定結果に基づいてオゾン濃度を制御することができるので、泥水中の硫化水素濃度が急激に変化した場合においても適切に対処することができる。さらに、泥水中に溶存している硫化水素濃度に反応するオゾンを過不足無く注入することができるので、泥水から過剰なオゾンが外部環境に放出されるのを抑制することができる。なお、本実施例においては、硫化水素センサ２３を土砂２１に浸漬する例を示したが、硫化水素センサを排泥管中に設置して泥水中の硫化水素濃度を測定してもよい。

以上、本発明の泥水処理方法及び泥水処理システムにおいて、処理を行った泥水をシールドマシンに還流させる例を示したが、シールドマシンの切羽等に加わる圧力に対抗する圧力を他の方法で生じさせることが可能な場合には、泥水を還流させることは必ずしも必要ではない。ただし、処理を行った泥水を外部環境に排出する場合には、生態系に悪影響を与えないように有毒ガスの発生を抑え、白濁現象を抑制する必要がある。

なお、本実施例においては、実施例１で示した構成に硫化水素センサを設置した例を示したが、実施例２または３で示した構成に硫化水素センサを設置するようにしてもよい。

次に、本発明の実施例５に係る泥水処理システムについて説明する。図９は、本発明の第５の実施例に係る泥水処理システムの構成図である。基本的な構成は実施例１に係る泥水処理システムと同様である。実施例１と異なっている点は、処理の対象がシールド工法によって生じる泥水ではなく、海底等に存在する底泥に代表される汚泥である点である。実施例５の泥水処理システム２００は、海４０に隣接して配置され、海底３９に存在する底泥４３の処理を行う。底泥には魚介類の死骸等が含まれていることがあり、硫化水素を発生する物質を含む場合がある。そのため、底泥を水面上に排出した場合に、底泥中の硫化水素が外部に拡散する恐れがある。そこで、本発明の実施例５に係る泥水処理システムは、底泥に含まれる硫化水素を除去することを目的とする。さらに底泥に含まれる海水を海に戻すことが望ましいため、泥水処理後の処理水を海に戻しても生態系に影響を与えないようにすることを目的としている。

実施例５の泥水処理システム２００においては、浚渫船４１を用いて底泥４３を処理する例について説明する。浚渫船４１は、底泥４３を吸引するための吸引口４２を備えており、吸引口４２は、排泥管５の先端に設けられ、浚渫船４１上に設けられた吸引ポンプ（図示せず）に接続されている。排泥管５は浚渫船４１と接続され、排泥管５は海洋上ではフロータ４５により海面付近に浮いている。泥水処理システム２００で吸引された底泥４３は、汚泥を除去した後の処理水を、配水管４９を用いて海に戻している。その他の構成は実施例１の泥水処理システムと同様である。

次に、実施例５の泥水処理方法について図面を用いて説明する。図１０は、本発明の第５の実施例に係る泥水処理方法の手順を示すフローチャートである。まず、ステップＳ５０１において、泥水発生源である海底３９から底泥４３を含んだ泥水を排泥管５内に導入する。次に、ステップＳ５０２において、ｐＨ調整剤供給管４を通してｐＨ調整剤槽３から排泥管５内にｐＨ調整剤を注入して、泥水とｐＨ調整剤とを接触させる。このとき、泥水はｐＨ調整剤の注入によりアルカリ性となる。ｐＨ調整剤として、例えば苛性ソーダを用いることができる。

次に、ステップＳ５０３において、オゾン供給管２を通してオゾン発生機１から排泥管５内にオゾンを注入して、ｐＨ調整剤と接触した泥水とオゾンとを接触させる。このとき、泥水中の硫化水素H₂SとオゾンO₃とは上記の式（１）に従って化学反応を起こす。

式（１）に示すように硫化水素H₂SはオゾンO₃によって硫酸H₂SO₄に変化する。しかしながら、泥水が硫酸によって酸性となると白濁現象が生じ、白濁の原因物質である沈殿物を含んだ処理水を海に戻すと生態系に悪影響を与える。そこで、本発明では白濁を生じさせないために、あらかじめ泥水にｐＨ調整剤を注入することによって、泥水をアルカリ性にしておき、アルカリ性を呈した泥水にオゾンを注入することによって、硫化水素の低減と白濁の防止を両立させている。次にステップＳ５０４において、処理した後の泥水を配管１７から処分地４６へ排出する。処分地４６において、泥水は分離余水４７と浚渫土４８とに分離する。分離余水４７は配水管４９を通して海に排出する。

実施例５の泥水処理システム２００においては、処理水である分離余水を海に戻しているので、底泥中の硫化水素を除去する処理を行った後の処理水に白濁が生じていないことが重要である。処理水に白濁が生じている場合には、白濁の原因物質である沈殿物が魚介類の呼吸器官に詰まること等によって死滅させてしまう恐れがあるからである。本発明による泥水処理システムによれば、海底の底泥等に含まれる硫化水素を除去するとともに、白濁を生じないようにして処理水を海に戻しているため、生態系に影響を与えることなく、海底の底泥を処理することができる。

次に、実施例６に係る泥水処理システムについて説明する。図１１に実施例６に係る泥水処理システムの構成図を示す。実施例６においても、本発明の泥水処理方法及び泥水処理システムを海底の底泥の処理に応用した例を示す。実施例６の泥水処理システムの構成要素について、図９に示した実施例５の泥水処理システム２００と同一の構成要素には同じ符号を付している。実施例６に係る泥水処理システムが実施例５と大きく異なっている点は、泥水の開放室７１、脱臭設備８及び第２オゾン発生装置９を設けている点である。

実施例６に係る泥水処理システムは、泥水発生源である海底の底泥に一方の端部を接続する排泥管５と、排泥管５内にオゾンを注入するオゾン発生装置１と、オゾン発生装置１の後段に配置した開放室７１と、開放室７１内にオゾンを注入する第２オゾン発生装置９と、を備えている。開放室７１には脱臭設備８が接続されており、開放室７１で発生した硫化水素を含むガスは、脱臭設備８内に導入される。脱臭設備８には第２オゾン発生装置９が接続されている。処理されたガスは排気口１５から排出される。

次に、実施例６に係る泥水処理方法について、図１２のフローチャートを用いて説明する。まず、ステップＳ６０１において、泥水発生源となっている海底３９から底泥４３を含んだ泥水を排泥管５内に導入する。次に、ステップＳ６０２において、排泥管５内にオゾンを注入して、泥水とオゾンとを接触させる。このとき、泥水中の硫化水素の中にオゾンと未反応のものが含まれている場合には、オゾン供給管２よりも排出側の排泥管５内を流れる泥水中にも硫化水素が含まれる状態となる。

次に、ステップＳ６０３において、オゾンと接触した泥水を開放室７１に導入して、泥水からガスを抽出し、ガスを脱臭設備８内に導入する。開放室７１においては、泥水を開放室７１内の高所から低所に落下させることによって泥水中のガスを開放させている。ガス中には未反応の硫化水素が含まれる場合があるが、オゾン濃度が硫化水素濃度に対して高すぎる場合にはオゾンが含まれる場合も考えられる。

次に、ステップＳ６０４において、脱臭設備８内にオゾンを注入してガスとオゾンとを接触させる。具体的には、開放室７１から発生したガスを脱臭設備８に導入し、第２オゾン発生装置９から第２オゾン供給管１０を通して脱臭設備８にオゾンを供給する。オゾンは脱臭設備８の上部に設けられた供給部１３から供給され、反応部１４で硫化水素と反応する。硫化水素とオゾンとの反応式は上述の式（１）と同様である。

さらにオゾンが過剰に存在している場合には脱臭設備８にオゾン除去装置（図示せず）を設置するようにしてもよい。開放室７１で発生したガスは脱臭設備８で硫化水素やオゾンを除去した後、排気口１５から外部に排出する。次に、ステップＳ６０５において、処理した後の泥水を配管１７から処分地４６へ排出する。処分地４６において、泥水は分離余水４７と浚渫土４８とに分離する。分離余水４７は配水管４９を通して海に排出する。

このようにして、実施例６の泥水処理方法においては、底泥を含んだ泥水に含まれる硫化水素を排泥管内でオゾンと反応させ、未反応の硫化水素が残存している場合であっても開放室で気化させたのちにオゾンと反応させているため、泥水内の硫化水素濃度が急激に増加した場合においても硫化水素濃度を低減することができる。

なお、本実施例において、排泥管５にｐＨ調整剤を注入するためのｐＨ調整剤槽を設置していない構成を示しているが、実施例５と同様にｐＨ調整剤槽を設置するようにしてもよい。

次に、実施例７に係る泥水処理システムについて図面を用いて説明する。図１３は、本発明の実施例７に係る泥水処理システムの構成図である。実施例６の泥水処理システムと同一の構成要素には同一の符号を付している。実施例６の泥水処理システムと異なっている点は、脱臭設備８にｐＨ調整剤を供給するように第２ｐＨ調整剤槽１１を設けている点である。これにより、実施例５と同様に硫化水素とオゾンとの反応後に生じた硫酸によって廃液に白濁が生じる場合には、ｐＨ調整剤を注入することにより白濁を抑制することができる。具体的には、図１３に示すように、第２ｐＨ調整剤供給管１２を通して第２ｐＨ調整剤槽１１から脱臭設備８にｐＨ調整剤を供給する。ｐＨ調整剤として、例えば苛性ソーダを用いることができる。この場合の苛性ソーダと硫酸との反応式は上述の式（２）と同様である。

次に、実施例７に係る泥水処理方法について図面を用いて説明する。図１４は、本発明の実施例７に係る泥水処理方法の手順を示すフローチャートである。ステップＳ７０１〜７０４までは、実施例６と同様であるので説明を省略する。ステップＳ７０５において、脱臭設備内にｐＨ調整剤を注入してｐＨ調整剤とガスとを接触させる。ｐＨ調整剤とともにオゾンが注入されているので、ガスに含まれている硫化水素とオゾンとが反応し、硫酸が生成されている。この硫酸とｐＨ調整剤とが反応して、ｐＨ調整剤として苛性ソーダを用いた場合には、硫酸ナトリウムが生成される。

次に、ステップＳ７０６において、処理した後の泥水を配管１７から処分地４６へ排出する。処分地４６において、泥水は分離余水４７と浚渫土４８とに分離する。分離余水４７は配水管４９を通して海に排出する。

このようにして、実施例７の泥水処理方法においては、泥水に含まれる硫化水素を排泥管内でオゾンと反応させ、未反応の硫化水素が残存している場合であっても開放室で気化させたのちにオゾンと反応させているため、泥水内の硫化水素濃度が急激に増加した場合においても硫化水素濃度を低減することができる。さらに泥水から気化させた硫化水素にｐＨ調整剤を注入しているため、オゾンとの反応により生成される硫酸による廃液の白濁を抑制することができる。

次に、実施例８に係る泥水処理システムについて図面を用いて説明する。図１５は、本発明の実施例８に係る泥水処理システムの構成図である。実施例６の泥水処理システムと同一の構成要素には同一の符号を付している。実施例６の泥水処理システムと異なっている点は、浚渫土４８中の硫化水素濃度を測定するための硫化水素センサ２３を設置している点である。硫化水素センサ２３で浚渫土４８中に残存している硫化水素濃度をリアルタイムで測定し、オゾン発生装置１から供給するオゾンの濃度を制御することにより、泥水中の硫化水素濃度が変動した場合でも適切な量のオゾンを注入することができる。具体的には、図１５に示すように、浚渫土４８内に硫化水素センサ２３を浸漬させ、その出力を配線２４と接続した制御部２５で読み取って、硫化水素濃度に対応したオゾンを注入するようにオゾン発生装置１を制御する。センサから求められた硫化水素濃度に基づくオゾンの注入量の決定は、制御部２５の記憶部（図示せず）に予め記憶しておいた硫化水素濃度とオゾン量との対応表に基づいて決定してもよく、注入したオゾン量と硫化水素濃度測定結果との関係からリアルタイムに予測するようにしてもよい。

次に、本発明の実施例８に係る泥水処理方法について説明する。図１６は、本発明の第８の実施例に係る泥水処理方法の手順を示すフローチャートである。まず、ステップＳ８０１において、泥水発生源となっている海底３９から底泥４３を含んだ泥水を排泥管５内に導入する。次に、ステップＳ８０２において、排泥管５内にオゾンを注入して、泥水とオゾンとを接触させる。

次に、ステップＳ８０３において、処理した後の泥水を配管１７から処分地４６へ排出する。処分地４６において、泥水は分離余水４７と浚渫土４８とに分離する。次に、ステップＳ８０４において、浚渫土４８中の硫化水素濃度を測定する。ここで、排出された泥水から還流させる泥水を除去した残りの浚渫土４８に含まれる硫化水素濃度を測定している。これは、浚渫土４８が外気に曝されるため、土砂に含まれる硫化水素濃度が重要だからである。浚渫土４８中の硫化水素濃度の測定には、溶存硫化水素センサH2S-100（ドイツAMT社製）を用いた。

次に、ステップＳ８０５において、測定の結果に基づいて排泥管内に注入するオゾンの量を制御する。即ち、センサ２３の出力を配線２４と接続した制御部２５で読み取って、硫化水素濃度に対応したオゾンを注入するようにオゾン発生装置１を制御する。具体的には、硫化水素センサの測定結果から泥水中の硫化水素濃度を算出し、表１に基づいて、注入するオゾン量を決定する。次に、ステップＳ８０６において、分離余水４７を、配水管４９を通して海に排出する。

本発明においては、浚渫土に溶存している硫化水素の濃度をリアルタイムに測定し、測定結果に基づいてオゾン濃度を制御することができるので、泥水中の硫化水素濃度が急激に変化した場合においても適切に対処することができる。さらに、泥水中に溶存している硫化水素濃度に反応するオゾンを過不足無く注入することができるので、泥水から過剰なオゾンが外部環境に放出されるのを抑制することができる。なお、本実施例においては、硫化水素センサ２３を浚渫土４８に浸漬する例を示したが、硫化水素センサを排泥管中に設置して泥水中の硫化水素濃度を測定してもよい。

なお、本実施例においては、実施例５で示した構成に硫化水素センサを設置した例を示したが、実施例６または７で示した構成に硫化水素センサを設置するようにしてもよい。

以上、本発明の泥水処理方法及び泥水処理システムにおいて、処理を行った泥水を、海に戻す例を示したが、他の河川等に排出することが可能な場合には、処理水を海に戻すことは必ずしも必要ではない。ただし、処理を行った処理水を河川等に排出する場合には、生態系に悪影響を与えないように有毒ガスの発生を抑え、白濁現象を抑制する必要がある。

１オゾン発生装置
２オゾン供給管
３ｐＨ調整剤槽
４ｐＨ調整剤供給管
５排泥管
６給泥管
７タンク
８脱臭設備
９第２オゾン発生装置
１０第２オゾン供給管
１１第２ｐＨ調整剤槽
１２第２ｐＨ調整剤供給管
２３硫化水素センサ
３２トンネル
３３シールドマシン
３９海底
４１浚渫船
４３底泥
４７分離余水
４８浚渫土
７１開放室

Claims

泥水発生源から泥水を排泥管内に導入するステップと、
前記泥水が酸性の場合に生じる白濁現象を抑制するために、前記排泥管内にアルカリ性を呈するｐＨ調整剤を注入して、前記泥水と前記ｐＨ調整剤とを接触させて前記泥水をアルカリ性とするステップと、
前記排泥管内にオゾンを注入して、前記ｐＨ調整剤と接触させることによりアルカリ性を呈した泥水とオゾンとを接触させるステップと、
を有することを特徴とする泥水処理方法。
泥水発生源から泥水を排泥管内に導入するステップと、
前記排泥管内にｐＨ調整剤を注入して、前記泥水と前記ｐＨ調整剤とを接触させるステップと、
前記排泥管内にオゾンを注入して、前記ｐＨ調整剤と接触した泥水とオゾンとを接触させるステップと、
前記オゾンと接触した泥水を開放室に導入して、前記泥水からガスを抽出するステップと、
前記ガスを脱臭設備内に導入するステップと、
前記脱臭設備内にオゾンを注入して、前記ガスとオゾンとを接触させるステップと、
を有することを特徴とする泥水処理方法。
前記脱臭設備内にｐＨ調整剤を注入して、前記ｐＨ調整剤とガスとを接触させるステップをさらに有する、請求項２に記載の泥水処理方法。
前記泥水から土砂を抽出するステップと、
前記土砂中の硫化水素濃度を測定するステップと、
前記測定の結果に基づいて前記排泥管内に注入するオゾンの量を制御するステップと、
をさらに有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の泥水処理方法。
前記泥水を前記オゾンと接触させた後に、前記泥水発生源に戻すステップをさらに有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の泥水処理方法。
泥水発生源に一方の端部を接続する排泥管と、
泥水が酸性の場合に生じる白濁現象を抑制するために、前記排泥管内にアルカリ性を呈するｐＨ調整剤を注入するｐＨ調整剤槽と、
前記ｐＨ調整剤槽の後段に配置した、前記排泥管内にオゾンを注入するオゾン発生装置と、
を備えたことを特徴とする泥水処理システム。
泥水発生源に一方の端部を接続する排泥管と、
前記排泥管内にｐＨ調整剤を注入するｐＨ調整剤槽と、
前記ｐＨ調整剤槽の後段に配置した、前記排泥管内にオゾンを注入するオゾン発生装置と、
前記オゾン発生装置の後段に配置した開放室と、
前記開放室に接続された脱臭設備と、
前記脱臭設備内にオゾンを注入する第２オゾン発生装置と、
を備えたことを特徴とする泥水処理システム。
前記脱臭設備内にｐＨ調整剤を注入する第２ｐＨ調整剤槽をさらに備えた、請求項７に記載の泥水処理システム。
前記泥水から土砂を抽出する振動フルイ機と、
前記土砂中の硫化水素濃度を測定するセンサと、
前記センサの測定結果に基づいて前記オゾン発生装置を制御する制御部と、
をさらに備えた、請求項６乃至８のいずれか一項に記載の泥水処理システム。
前記排泥管の他方の端部が前記泥水発生源に接続されている、請求項６乃至９のいずれか一項に記載の泥水処理システム。