JP6076056B2

JP6076056B2 - 堆積土砂の再利用処理方法

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Publication number: JP6076056B2
Application number: JP2012260418A
Authority: JP
Inventors: 常平山本; 上田　浩三; 浩三上田; 舞小倉; 史朗高田; 陽二郎家永; 和田　信一郎; 信一郎和田
Original assignee: Hitachi Zosen Corp; Astec Co Ltd
Current assignee: Hitachi Zosen Corp; Astec Co Ltd
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2032-11-29
Also published as: JP2013144291A

Description

本発明は、津波による被災地の堆積土砂を再利用可能に処理するための堆積土砂の再利用処理方法に関する。

従来の堆積土砂の再利用処理方法としては、浚渫ロボットで浚渫した湾岸或いは河川等からの浚渫物と、埋め立て土砂を回転式破砕機で細粒化した土砂とを液体サイクロンに同時に投入し、液体サイクロンの底部に沈殿した固形物をアクアスクリーンで洗浄して塩分を除去した土砂或いは砂分を分離するとともに、液体サイクロン上部の細粒分を含んだ処理水をシックナータンク（沈降槽）にて凝集沈殿により固液分離して、上記細粒分から脱水ケーキを生成するものが知られている（特許文献１参照）。

特開２０００−１６７４３２号公報

しかしながら、特許文献１に示すような従来の堆積土砂の再利用処理方法において、凝集沈殿に使用される凝集剤としては、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）等が一般的である。そして、このＰＡＣには、溶解性のアルミニウムが存在する。そのため、ＰＡＣの凝集剤を添加して脱水ケーキを生成し、その脱水ケーキを農用地の作土として使用すると、溶解したアルミニウムと肥料成分（Ｐ）とが結合して肥効を低減させる等し、土壌成分に影響を与えるという問題があった。
一方で、津波により被災した地域では、津波により流されてきた土砂が農用地等に堆積する。そして、この土砂には、微細瓦礫（缶類、石、コンクリート片等）及び海水による塩分が異物として混入している。しかしながら、被災地域を復興するにあたり、津波により流されてきた土砂（堆積土砂）を一時的に保管している一時仮置き場があるが、津波による堆積土砂を再利用又は処分するための技術が確立されておらず復興が進んでいないという問題があった。

そこで、本発明は、津波による被災地の堆積土砂の再利用処理方法を提供することを目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上であり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、第１の発明に係る堆積土砂の再利用処理方法は、津波による被災地の堆積土砂を再利用可能に処理するための堆積土砂の再利用処理方法であって、津波により異物が混入した前記堆積土砂を洗浄水により洗浄する洗浄工程と、前記洗浄工程後における前記堆積土砂のスラリーから前記異物である微細瓦礫を除去する微細瓦礫除去工程と、前記微細瓦礫除去工程後のスラリーから砂分を回収する砂分回収工程と、前記砂分回収工程後のスラリーに、遊離のアルミニウムイオンを含まない鉱物原料を主成分とする凝集剤を添加することにより、スラリー中に含まれる細粒分を凝集させて回収する細粒分回収工程と、を有し、前記砂分回収工程における砂分及び前記細粒分回収工程における前記細粒分を回収する方法である。

第２の発明に係る堆積土砂の再利用処理方法は、第１の発明の堆積土砂の再利用処理方法において、前記細粒分回収工程が、遊離のアルミニウムイオンを含まない鉱物原料を主成分とする凝集剤にキトサンを添加してなる凝集剤を使用して、スラリー中に含まれる細粒分を凝集させて回収するものである。

第３の発明に係る堆積土砂の再利用処理方法は、第２の発明の堆積土砂の再利用処理方法において、土或いは岩石（火山放出物を含む）の風化物からなる含水アルミニウムケイ酸塩微粒子を主体とする鉱物原料中の鉱物粒子集合体を破壊して得られる単位粒子と、キトサン粒子と、を混合したものを主成分とし、前記単位粒子中の含水アルミニウムケイ酸塩構造は破壊されずに残存し、前記単位粒子及び前記キトサン粒子が水中に存在し、且つ前記単位粒子が懸濁物質を除外した処理対象水中で自己凝集性を有するとともに、前記単位粒子及び前記キトサン粒子が処理対象物質を荷電中和するものである。

本発明によれば、洗浄工程により、津波による被災地の堆積土砂に混入した異物である海水（塩分）を洗い流して被災地の堆積土砂を再利用することができる。また、微細瓦礫除去工程において、上記異物である微細瓦礫（缶類、石、コンクリート片等）を取り除くことができ、砂分回収工程において所定の粒径にふるい分けることで需要に合わせた砂分を得ることができる。そしてさらに、細粒分回収工程において使用する凝集剤を、鉱物原料を主成分とする凝集剤としていることから、回収した細粒分が土壌成分に影響を与えることはない。そのため、津波による被災地の堆積土砂から回収した細粒分を適宜最適な活用場所に分配できる。

本発明の実施例に係る堆積土砂の再利用処理方法の全体構成を示す概略図である。（ａ）細粒分回収設備の第１の構成、（ｂ）細粒分回収設備の第２の構成、（ｃ）細粒分回収設備の第３の構成、（ｄ）細粒分回収設備の第４の構成を示す概略図である。

まず、本発明に係る堆積土砂の再利用処理方法の概略を説明する。

本発明に係る堆積土砂の再利用処理方法においては、まず、津波による被災地の堆積土砂であって、津波によって異物が混入した堆積土砂を洗浄水により洗浄する（洗浄工程）。ここで、異物とは、微細瓦礫（缶類、石、コンクリート片等）及び海水による塩分をいう（以下同じ）。洗浄工程により、異物である塩分が除去される。そして、前記洗浄後における前記堆積土砂のスラリーから異物である微細瓦礫を除去する（微細瓦礫除去工程）。さらに、微細瓦礫を除去したスラリーから砂分を回収する（砂分回収工程）。ここで、回収される砂分は、粒径によって分類をされるため、建設資材又は農用地に利用可能な最適な粒径の砂分として回収される。そして、砂分が回収されたスラリーに凝集剤を添加することにより、スラリー中に含まれる細粒分を凝集させ、脱水後回収する（細粒分回収工程）。ここで、回収された細粒分は、脱水ケーキとして回収され、農用地に利用される。

次に、本発明に係る堆積土砂の再利用処理方法の各工程について、図に基づいて説明する。

本発明での、津波による被災地の堆積土砂とは、津波により流されてきた土砂及び異物（微細瓦礫（缶類、石、コンクリート片等）及び海水による塩分）を一時的に保管している一時仮置き場にある土砂、或いは津波により被災した農用地等から掘削した堆積土砂及び作土をいう。

図１に示すように、洗浄工程においては、津波による被災地の堆積土砂と、洗浄水である清水とをドラム型のドラムウォッシャ（泥土洗浄機）１０に投入する。そして、ドラムウォッシャ１０において、堆積土砂に混入した異物である塩分を洗浄により除去するとともに、堆積土砂の塊部分を粉砕する。なお、ドラムウォッシャ１０は、堆積土砂の洗浄及び解泥設備の一例であり、本発明は、ドラムウォッシャ１０に限定されるものではない。

次の微細瓦礫除去工程においては、上記洗浄工程後における堆積土砂のスラリーを微細瓦礫除去スクリーン（振動ふるい機）２０に投入する。そして、微細瓦礫除去スクリーン２０によりスラリー中に含まれる異物である微細瓦礫を除去する。微細瓦礫除去スクリーン２０には、所定の粒径にふるい分け可能なスクリーンが設けられる。

次の砂分回収工程においては、上記微細瓦礫除去工程において微細瓦礫が除去されたスラリーを砂分回収設備３０に投入する。そして、砂分回収設備３０によりスラリー中に含まれる砂分、すなわち、被災地の堆積土砂に含まれる砂分を回収する。砂分回収設備３０には、振動ふるい、サイクロン及び貯泥槽を装備したサンドデハイダ（図示せず）が設けられる。このサンドデハイダは、ふるい目の異なる複数の（例えば、２種類）のふるいにより、上記スラリーから所定の粒径の砂分をふるい分ける。なお、上記サンドデハイダにおける砂分の回収性能等の理由から、上記サンドデハイダのみではスラリー中に含まれる砂分を十分に回収できない場合は、サンドデハイダで処理後、さらに静沈槽に投入して砂分を回収する構成としても構わない。このように、砂分回収工程において所定の粒径にふるい分けて砂分を回収することにより、回収した砂分が建設資材又は農用地に利用可能になる。また、砂分が回収されたスラリーを次の細粒分回収工程で処理することとなるため、次の細粒分回収工程における細粒分回収処理の負荷が軽減できる。
ここで回収された砂分は、粒径により様々な建設資材又は農用地用としての用途が考えられる。例えば、建設資材としては、震災の復興工事の増加により大量に必要になるコンクリート用砂、地盤改良材、埋め立て材、養浜砂、盛土材等が挙げられ、農用地用としては、リンゴ等の果実を栽培する畑に使用される砂等が挙げられる。

次の細粒分回収工程においては、まず、上記砂分回収工程において砂分が回収されたスラリーを、細粒分回収設備４０に投入する。そして、細粒分回収設備４０によりスラリー中の細粒分を回収する。ここで回収された細粒分は、農用地（特に、水田）に利用可能な粒径の細粒分として回収され、作土として農用地で利用される。

ここで、細粒分回収設備４０の構成について説明する。図２に示すように、細粒分回収設備４０は、以下の４つの構成が可能である。

図２（ａ）に示すように、第１の構成としては、上記砂分除去工程において砂分が除去されたスラリーを、スクリューデカンタ４１に投入する。そして、スクリューデカンタ４１によりスラリー中の細粒分を回収する。さらに、スクリューデカンタ４１で処理後のスラリーに凝集剤５０を添加することにより、スラリー中に含まれる細粒分を凝集させる。そして、凝集剤５０を添加したスラリーをフィルタプレス４２に投入することにより、脱水ケーキを生成する。なお、フィルタプレス４２で処理した後の濾水は、細粒分回収設備４０外に排水する。
第１の構成においては、スクリューデカンタ４１で回収した細粒分及び凝集剤５０を添加しフィルタプレス４２により生成した脱水ケーキを農用地に利用する。また、第１の構成においては、スラリーに凝集剤を添加する前に、スクリューデカンタ４１で第１回目の細粒分の回収を行うため、スラリーに添加する凝集剤５０の添加量を減らすことができる。

図２（ｂ）に示すように、第２の構成は、上記第１の構成において、スクリューデカンタ４１の処理後に添加していた凝集剤５０を、スクリューデカンタ４１の処理前に添加する構成である。第２の構成においては、第１の構成と同様に、スクリューデカンタ４１で回収した細粒分及びフィルタプレス４２により生成した脱水ケーキを農用地に利用する。

図２（ｃ）に示すように、第３の構成は、上記第１の構成において、凝集剤５０の添加をスクリューデカンタ４１の処理前及び処理後に行う構成である。第３の構成においては、第１及び第２の構成と同様に、スクリューデカンタ４１で回収した細粒分及びフィルタプレス４２により生成した脱水ケーキを農用地に利用する。

図２（ｄ）に示すように、第４の構成としては、上記砂分除去工程において砂分が除去されたスラリーに凝集剤５０を添加後、フィルタプレス４２に投入して脱水ケーキを生成する。そして、フィルタプレス４２により生成した脱水ケーキを農用地に利用する。

次に、細粒分回収工程において使用する凝集剤５０について説明する。凝集剤５０は、特許第５０５４３３４号で製造される遊離のアルミニウムイオンを含まない鉱物原料を主成分とする凝集剤（商標登録第５００７２４３号：登録商標「ドロンパ」（株）アステック社製）、又は該凝集剤にキトサンを配合したものである。
なお、以下の説明では、特許第５０５４３３４号で製造される遊離のアルミニウムイオンを含まない鉱物原料を主成分とする凝集剤（商標登録第５００７２４３号：登録商標「ドロンパ」（株）アステック社製）にキトサンを配合したものを凝集剤５０とする。

凝集剤５０の製造方法の第１の工程は、土或いは岩石（火山放出物を含む）の風化物からなる含水アルミニウムケイ酸塩微粒子を主体とする鉱物原料を採取後選別する工程である。凝集剤５０の主原料は、土或いは岩石（火山放出物を含む）の風化物からなる含水アルミニウムケイ酸塩微粒子を主体とする鉱物原料であり、粘土鉱物であるアロフェンが挙げられる。

第２の工程は、前記鉱物原料を分散処理用容器に入れて水を加えた状態で、攪拌法、振動法又は振とう法により破壊して単位粒子を得る工程である。この工程では、鉱物原料中の鉱物粒子集合体を破壊する際に、単位粒子中の含水アルミニウムケイ酸塩構造を破壊しない範囲で攪拌法、振動法又は振とう法から選ばれる一つの方法、又はこれらを組み合わせた方法を選択採用する。

第１の工程で採取した土或いは岩石（火山放出物を含む）の風化物は、強固に結合した鉱物粒子集合体である場合、或いは結合が比較的弱い鉱物粒子集合体である場合がある。そのため、結合力の程度によって、攪拌法、振動法又は振とう法から選ばれる一つの方法又はこれらを組み合わせた方法を選択使用すればよい。

攪拌法としては、スターラー、攪拌翼、水中ポンプ、水中ミキサーによる攪拌等が挙げられる。振動法としては、高周波バイブレーター、音波による振動等が挙げられる。振とう法としては、往復振とう、旋回振とう等が挙げられる。

土或いは岩石風化物に含まれる鉱物微粒子の主体は含水アルミニウムケイ酸塩であり、それらは機械的な摩砕によって容易に構造破壊されてしまう。その結果、アルミニウムがイオンとして溶出しやすくなる等の問題を生ずる。そのため原料となる土或いは岩石風化物を機械的に摩砕することは好ましくない。

このように第２の工程を行うことで、含水アルミニウムケイ酸塩構造を破壊することなく、それらの鉱物粒子集合体だけを破壊して単位粒子を得ることができる。また、原料中に含まれるシルト或いは砂サイズの鉱物までも微細化し、それらが新たな懸濁粒子となって処理対象水に加えられることがない。

第２の工程において添加される水の添加量に関しては特別な制限はないが、注入に用いる装置の仕様、製造した凝集剤の輸送コスト等を勘案して決定する。

第３の工程は、第２の工程における水中での分散処理によって得られた単位粒子が水に分散或いは緩い会合状態で存在する溶液と、キトサン溶液とを混合する工程である。第２工程で得られる単位粒子を含む溶液と、キトサン溶液とを混合することで凝集剤５０が得られる。

このように得られる凝集剤５０（商標登録第５００７２４３号：登録商標「ドロンパ」（株）アステック社製にキトサンを配合したもの）は、自然界に存在する鉱物原料を主成分としており、遊離のアルミニウムイオンを含まないことを特徴としている。すなわち、凝集剤５０は、農用地に混入しても問題のない成分により構成されている。

このため、添加した凝集剤５０は、アルミニウムの溶解による肥効の低減等、土壌成分に影響を与えることがない。従って、上記細粒分回収工程において凝集剤５０を添加して生成した脱水ケーキを農用地の作土に利用することができる。

さらに、凝集剤５０（商標登録第５００７２４３号：登録商標「ドロンパ」（株）アステック社製にキトサンを配合したもの）中の単位粒子（第２の工程で得られた単位粒子）は、懸濁物質を除外した処理対象水中で自己凝集性を有することに特徴がある。ここで、「自己凝集性」とは、処理対象水から懸濁粒子を除いた水（例えば、処理対象水をメンブランフィルターでろ過して得られる水）に添加したときに、自ら凝集することを意味する。さらにまた、凝集剤５０（商標登録第５００７２４３号：登録商標「ドロンパ」（株）アステック社製）中の単位粒子（第２の工程で得られた単位粒子）及びキトサン粒子は、静電気力により処理対象物質を荷電中和することに特徴であり、懸濁粒子を効率良く凝縮させることが可能になる。さらにまた、凝集剤５０（商標登録第５００７２４３号：登録商標「ドロンパ」（株）アステック社製にキトサンを配合したもの）は、キトサンが配合されていることで、被災地の堆積土砂中に含まれる異物である塩分を含んだスラリーでも凝集効果を落とさずに、さらに効果的に懸濁粒子を凝集させることができる。

次に、実施例を示して本発明に係る堆積土砂の再利用処理方法を具体的に説明する。但し、本発明は実施例に限定されない。

処理前の被災地の堆積土砂（処理前土壌）、砂分回収工程での砂分（ＳＤ砂分）、細粒分回収工程での脱水ケーキの電気伝導度（ＥＣ）（ｍＳ／ｃｍ）、塩素濃度（ｍｇ／ｋｇ（ｄｒｙ））、及び土壌成分（Ｎ、Ｐ、Ｋ、Ｃａ）の成分量（ｍｇ／ｋｇ）の測定は、次の通りとした。
（１）電気伝導度（ＥＣ）
上記電気伝導度（ＥＣ）は、ＪＩＳＫ０１０２．３に記載された手順に従って電気伝導率計を用いて測定した。
（２）塩素濃度
上記塩素濃度は、ＪＩＳＫ０１０２．３５．３に準じてイオンクロマトグラフ法で測定した。
（３）Ｎ、Ｐ、Ｋ、Ｃａの量
上記Ｎ（全窒素／固形分）の量は、底質調査方法に準じて中和滴定法で測定した。また、上記Ｐ（全リン／固形分）の量は、底質調査方法に準じてＵＶ計を用いた比色試験により測定した。さらに、上記Ｋ及びＣａの成分量は、ＩＣＰ発光分光分析法で測定した。

本発明に係る堆積土砂の再利用処理方法により処理される被災地の堆積土砂（処理前土壌）は、表１に示す層厚１０〜１５ｃｍの水田作土層を重機で掘削した作土である。なお、表１中の表泥層とは、津波によって流されてきた澱の層（泥等を含んだ層）であり、表１中の砂層とは、津波によって流されてきた砂の層であり、表１中の作土層とは、もともとの水田の層である。また、一般に、農用地（水田）として利用可能な土壌（作土）の電気伝導度は、０．４ｍＳ／ｃｍ以下（好ましくは０．３ｍＳ／ｃｍ以下）とされ、塩素濃度は、１０００ｍｇ／ｋｇ（ｄｒｙ）以下とされている。従って、表１から明らかなように、本実施例で処理される前の被災地の堆積土砂（処理前土壌）は、水田として適していないことが言える。

洗浄工程においては、上記掘削した作土をドラムウォッシャ１０に６．５ｔ／ｈで供給し、水洗した。また、洗浄固液比（土：水）を１：１〜１：２とした。

微細瓦礫除去工程においては、微細瓦礫除去スクリーン２０における第１段目のスクリーンのふるい目を２０ｍｍとし、第２段目のスクリーンのふるい目を５ｍｍとした。そして、粒径が５ｍｍ以下のスラリーを次工程の砂分回収工程に送り、その他のものを異物として除去した。

砂分回収工程においては、砂分を回収する装置としてサンドデハイダを用いた。そして、サンドデハイダにおける第１段目のふるいのふるい目を２ｍｍとし、第２段目のふるいのふるい目を０．５ｍｍとした。そして、粒径が０．５ｍｍ以下のスラリーを次工程の細粒分回収工程に送り、粒径が０．５ｍｍより大きいものは、砂分（ＳＤ砂分）として回収し、建設資材、又は農用地用として利用した。

細粒分回収工程においては、上記砂分回収工程において砂分が回収されたスラリーに凝集剤５０を添加後、フィルタプレス４２に投入して脱水ケーキを生成した（図２（ｄ）に示す第４の構成）。また、細粒分回収工程において添加する凝集剤５０は、特許第５０５４３３４号で製造される遊離のアルミニウムイオンを含まない鉱物原料を主成分とする凝集剤（商標登録第５００７２４３号：登録商標「ドロンパ」（株）アステック社製）にキトサンを配合してなるものとし、スラリー１ｍ３あたり３ｋｇ添加した。そして、細粒分回収工程において回収する細粒分（脱水ケーキ）の粒径は０．５ｍｍ以下とした。

処理前の被災地の堆積土砂（処理前土壌）、砂分回収工程での砂分（ＳＤ砂分）、細粒分回収工程での脱水ケーキの電気伝導度（ＥＣ）（ｍＳ／ｃｍ）及び塩素濃度（ｍｇ／ｋｇ（ｄｒｙ））を表２に示す。

処理前の被災地の堆積土砂（処理前土壌）、砂分回収工程での砂分（ＳＤ砂分）、細粒分回収工程での脱水ケーキのＮ、Ｐ、Ｋ、Ｃａの成分量（ｍｇ／ｋｇ）を表３に示す。

表２から明らかなように、細粒分回収工程での脱水ケーキは、電気伝導度（ＥＣ）が０．３９ｍＳ／ｃｍ、塩素濃度が６９０ｍｇ／ｋｇ（ｄｒｙ）である。つまり、細粒分回収工程での脱水ケーキは、水田で利用可能な作土となり得る。また、砂分回収工程での砂分（ＳＤ砂分）についても、電気伝導度（ＥＣ）が０．２０ｍＳ／ｃｍ、塩素濃度が１９０ｍｇ／ｋｇ（ｄｒｙ）であるため、建設資材として利用可能なことはもちろんのこと、農用地の利用も可能である。

また、表３から明らかなように、細粒分回収工程での脱水ケーキにおける土壌成分（Ｎ、Ｐ、Ｋ、Ｃａ）の量は、処理前の被災地の堆積土砂（処理前土壌）とほとんど変わっていない。そのため、凝集剤５０（商標登録第５００７２４３号：登録商標「ドロンパ」（株）アステック社製にキトサンを配合したもの）を添加して生成した脱水ケーキを農用地に利用しても作物の生育に影響はない。

１０ドラムウォッシャ
２０微細瓦礫除去スクリーン
３０砂分回収設備
４０細粒分回収設備
５０凝集剤

Claims

津波による被災地の堆積土砂を再利用可能に処理するための堆積土砂の再利用処理方法であって、
津波により異物が混入した前記堆積土砂を洗浄水により洗浄する洗浄工程と、
前記洗浄工程後における前記堆積土砂のスラリーから前記異物である微細瓦礫を除去する微細瓦礫除去工程と、
前記微細瓦礫除去工程後のスラリーから砂分を回収する砂分回収工程と、
前記砂分回収工程後のスラリーに、遊離のアルミニウムイオンを含まない鉱物原料を主成分とする凝集剤を添加することにより、スラリー中に含まれる細粒分を凝集させて回収する細粒分回収工程と、
を有し、
前記砂分回収工程における砂分及び前記細粒分回収工程における前記細粒分を回収する
ことを特徴とする堆積土砂の再利用処理方法。
前記細粒分回収工程が、遊離のアルミニウムイオンを含まない鉱物原料を主成分とする凝集剤にキトサンを添加してなる凝集剤を使用して、スラリー中に含まれる細粒分を凝集させて回収する
ことを特徴とする請求項１に記載の堆積土砂の再利用処理方法。
前記凝集剤は、
土或いは岩石（火山放出物を含む）の風化物からなる含水アルミニウムケイ酸塩微粒子を主体とする鉱物原料中の鉱物粒子集合体を破壊して得られる単位粒子と、キトサン粒子と、を混合したものを主成分とし、
前記単位粒子中の含水アルミニウムケイ酸塩構造は破壊されずに残存し、
前記単位粒子及び前記キトサン粒子が水中に存在し、且つ前記単位粒子が懸濁物質を除外した処理対象水中で自己凝集性を有するとともに、前記単位粒子及び前記キトサン粒子が処理対象物質を荷電中和する
ことを特徴とする請求項２に記載の堆積土砂の再利用処理方法。