JP6668003B2 - 濁水処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、濁水から土粒子等の浮遊物質を取り除いて浄化する濁水処理方法に関する。

近年、周辺環境に影響を与えることなく工事を進めることがより重要視されており、工事現場等で発生する濁水が大きな問題となっている。工事現場等で発生する泥水に対しては、凝集沈殿処理や沈砂池による濁水処理が一般的に行われているが、下流河川の水質保全の観点からさらに高度な濁水処理が求められている。高度な濁水処理としては、凝集沈殿処理や沈砂池の後工程に、アンスラサイト、クリンカ、高炉スラグ（水砕スラグ）等を濾過材として用いた重力式濾過装置を設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２３１２８５号公報

しかしながら、従来技術では、濾過材が積層されているため、濾過機能が低下した濾過材の交換を簡単に行うことができず、逆洗によって濾過機能を回復させなければならない。従って、逆洗のための高価で煩雑な設備が必要になってしまうと共に、処理効率が低下してしまうという問題点があった。さらに、高炉スラグは、水と接触すると有害物質となる得るアルカリ成分が溶出するため、処理水のＰＨが上がってしまい、場合によっては中和対策が必要となる。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上述の課題を解消し、濾過材の交換を簡単に行うことができ、安価な設備で効率良く濁水を浄化することができると共に、処理水に有害物質が溶出することがない濁水処理方法を提供することにある。

本発明の濁水処理方法は、上方が開放された浄化処理水槽で、濁水から浮遊物質を取り除いて浄化する濁水処理方法であって、石炭ガス化複合発電において石炭を全ての結晶鉱物が溶融する高温で燃焼した燃焼残渣を水で急冷することで細かく砕かれる水破方式によって生産された非晶質の石炭灰溶融スラグを濾過材として透水性を有する収納容器に収納して濾過材ブロックを形成し、前記濾過材ブロックを積み重ねるだけで前記浄化処理水槽内を分断して前記浮遊物質を補足するフィルター壁を構成することを特徴とする。

本発明によれば、濾過性能が低下したフィルター壁をそのまま上方から吊り上げるだけで簡単に交換を行うことができるため、逆洗のための設備を必要とすることなく、安価な設備で効率良く濁水を浄化することができるという効果を奏する。また、濾過材として用いた石炭灰溶融スラグは、水と接触して溶出する成分が極めて少ないため、浄化処理水槽に浸しても有害物質が溶出せず、処理水のＰＨが上がることがないという効果を奏する。

本発明に係る濁水処理装置の実施の形態の構成を示す斜視図である。 図１に示す濁水処理装置の断面斜視図である。 図２に示す濾過材として用いる石炭灰溶融スラグの濾過機能を実証する試験結果を示すグラフである。 図２に示す濾過材として用いる石炭灰溶融スラグの濾過機能を実証する試験結果を示すグラフである。 本発明に係る濁水処理システムの実施の形態の構成を示す断面斜視図である。 本発明に係る濁水処理装置の他の実施の形態の構成を示す模式図である。

次に、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施の形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。

本発明に係る濁水処理装置１は、濁水から土粒子等の浮遊物質を取り除いて浄化する濾過装置であり、例えば、凝集沈殿処理や沈砂池の後工程に設置される。濁水処理装置１は、図１を参照すると、浄化処理水槽１１と、供給管１２と、第１のフィルター壁１３と、第２のフィルター壁１４と、連絡管１５と、水質監視槽１６と、排水ポンプ１７と、排水管１８とを備えている。

浄化処理水槽１１は、上方が開放された略直方体形状のノッチタンク等に用いられる水槽タンクである。なお、コンクリート等を用いた構造物として浄化処理水槽１１を形成するようにしても良い。また、自然の地形を利用して浄化処理水槽１１を形成することもできる。

第１のフィルター壁１３及び第２のフィルター壁１４は、供給管１２によって浄化処理水槽１１の長手方向の一端部側から供給された濁水から浮遊物質を取り除いて浄化する濾過手段として機能する。第１のフィルター壁１３及び第２のフィルター壁１４は、浄化処理水槽１１の長手方向、すなわち供給管１２から排水管１８に至る浄化処理水槽１１内の流路を遮るように間隔をおいて配置されている。これにより、浄化処理水槽１１は、供給管１２によって供給される濁水で満たされる上流領域Ａと、第１のフィルター壁１３によって濁水から浮遊物質が取り除かれた一次処理水で満たされる中流領域Ｂと、第２のフィルター壁１４によって一次処理水から浮遊物質がさらに取り除かれた二次処理水で満たされる下流領域Ｃとに分割される。そして、下流領域Ｃの二次処理水が連絡管１５によって水質監視槽１６に排水される。

第１のフィルター壁１３及び第２のフィルター壁１４は、複数の濾過材ブロック２を積み重ねることで構成されている。濾過材ブロック２は、図２を参照すると、透水性を有する収納容器２１と、収納容器２１に収納された濾過材２２とからなる。

収納容器２１は、水は通すが濾過材２２は通さない目の網を有する袋や箱である。本実施の形態では、略直方体の収納容器２１に濾過材２２を収納して濾過材ブロック２を形成した。これにより、濾過材ブロック２を積み重ねるだけで簡単に第１のフィルター壁１３及び第２のフィルター壁１４を構成することができる。なお、複数個もしくは単体で第１のフィルター壁１３及び第２のフィルター壁１４を構成することができるのであれば、濾過材ブロック２、すなわち収納容器２１の形状は、任意である。また、全ての濾過材ブロック２、すなわち収納容器２１が同一の形状である必要はなく、形状が異なる濾過材ブロック２を積み重ねて第１のフィルター壁１３及び第２のフィルター壁１４を構成しても良い。

濾過材２２には、石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ：Integrated coal Gasification Combined Cycle）で副産される石炭灰溶融スラグ（ＩＧＣＣスラグ）を用いる。石炭灰溶融スラグは、石炭ガス化発電施設で生産される溶融スラグであり、加工時に水に急冷することで細かく砕かれる水破方式（水砕方式とも言う）によって生産された物を用いる。石炭ガス化発電施設では、石炭を１，６００℃の高温で燃焼するため、全ての結晶鉱物が溶融する。そのため、燃焼残渣は、冷やすだけで非晶質のスラグになり、粒径が整った、粒径が砂〜礫状のほぼ均等な粒子で構成された石炭灰溶融スラグが得られる。

濾過材２２として用いる石炭灰溶融スラグは、重量百分率で９０％以上が０．４２５ｍｍふるいで残留する構成であることが望ましい。このように０．４２５ｍｍ以下の細粒成分をカットすることで、濁水に含まれる浮遊物質が濾過材２２として用いる石炭灰溶融スラグの全体に浸透しやすくなる。これにより、濁水に含まれる浮遊物質は、石炭灰溶融スラグの全体を満遍なく用いて補足されることになり、濾過機能が高く、使用期間を長くすることができる。

また、石炭灰溶融スラグは、原料（燃料）が石炭のみであり、燃焼残渣に含まれる石灰の割合が低く、１，６００°Ｃの高温溶融の影響で物質としての安定性が高い。従って、石炭灰溶融スラグは、水と接触して溶出する成分が極めて少なく、有害物質の溶出がほとんどない安全な物質である。石炭灰溶融スラグを濾過材２２として浄化処理水槽１１に浸した状態でも、有害物質が溶出せず、一次処理水や二次処理水のＰＨが上がることがない。

石炭灰溶融スラグの濾過機能を実証するため、カラム通水試験によって、濾過材として一般的に用いられているアンスラサイトと比較試験を行った。なお、アンスラサイトは、無煙炭を粉砕して粒状にした多孔質材料である。図３は、濁水試料（初期濁度２２０５、２６３）を石炭灰溶融スラグとアンスラサイトとでそれぞれ濾過し、通水時間の経過に応じた濾過後の濁度の変化をグラフ化したものである。図３によると、（ａ）に示す初期濁度が２２０５の濁水試料（水１リットルに対して５ｇの関東ロームを混入）と、（ｂ）に示す初期濁度が２６３の濁水試料（水１リットルに対して１ｇの関東ロームを混入）とのいずれの場合でも、石炭灰溶融スラグは、アンスラサイトと同等以上の濾過性能を有していることが分かる。また、トチクレーと称する栃木県に産出する粘土を混入させた濁水試料についても同様の結果が得られた。

なお、アンスラサイトは、比重が小さいため（０．９程度）、本実施の形態の濾過材２２として使用した場合、濾過材ブロック２が浮いてしまったり、供給される濁水によって流されたりするため、濾過材ブロック２を固定する固定具が別途必要になってしまう。本実施の形態では、濾過材２２として用いる石炭灰溶融スラグの比重が大きいため（１．７程度）、複数の濾過材ブロック２を積み重ねるだけで第１のフィルター壁１３及び第２のフィルター壁１４を構成することができる。そして、浄化処理水槽１１の上方が開放されているため、濾過性能が低下した濾過材ブロック２をそのまま上方から吊り上げるだけで新しい濾過材ブロック２に簡単に交換を行うことができる。なお、本実施の形態では、第１のフィルター壁１３と、第２のフィルター壁１４とを設けているため、交互に交換することで、濁水が浄化されることなく下流に排水されることを防止することができる。また、使用済みの濾過材２２、すなわち土粒子等の浮遊物質が詰まった石炭灰溶融スラグは、土質材料として再利用が可能である。

さらに、石炭灰溶融スラグの濾過機能を実証するため、カラム通水試験によって、石炭灰溶融スラグと、アンスラサイトと、濾過砂と比較試験を行った。なお、濾過砂は、透水係数が１×１０^−３〜１×１０^−１ｃｍ／秒である中位の砂を用いた。また、石炭灰溶融スラグの透水係数は、２．６×１０^−１ｃｍ／秒であり、濾過砂に比べて透水性が高いものを用いた。図４は、濁水試料（初期濁度６８）を石炭灰溶融スラグとアンスラサイトと濾過砂とでそれぞれ濾過し、通水時間の経過に応じた濾過後の濁度の変化をグラフ化したものである。図４によると、石炭灰溶融スラグは、アンスラサイト及び濾過砂と同等以上の濾過性能を有していることが分かる。特に、多い通水量（１３７ｍＬ／分、２７４ｍＬ／分）の通水開始直後（１ｈまで）において、石炭灰溶融スラグの濾過性能が、アンスラサイト及び濾過砂の濾過性能よりも優れている。

透水性が濾過砂に比べて高いにも関わらず、石炭灰溶融スラグが濾過砂と同等以上の濾過性能を有している理由は、濾過砂が略球形の形状であるのに対し、石炭灰溶融スラグが角張っており、不揃いで複雑な形状を有していることに起因すると考えられる。このように、石炭灰溶融スラグは、濾過機能と、高い透水性との両方を両立させることができる。従って、濾過材ブロック２の濾過材２２として石炭灰溶融スラグを用いることで、第１のフィルター壁１３及び第２のフィルター壁１４によって濁水を堰き止めることなく濾過することができ、濁水が第１のフィルター壁１３及び第２のフィルター壁１４を越えてしまう越流を効果的に防止することができる。

水質監視槽１６は、浄化処理水槽１１によって濁水の浄化が十分に行われたか否かを検証するために設けられている。水質監視槽１６を設けることで、二次処理水を濁度が基準値を超える場合には、排水ポンプ１７によって二次処理水を排水管１８から上流側に戻すことが可能になる。

また、濁水処理装置１は、図５に示すように、中流領域Ｂに配置され、第１のフィルター壁１３によって濁水から浮遊物質が取り除かれた一次処理水の濁度を測定する第１の濁度計３１と、下流領域Ｃに配置され、第２のフィルター壁１４によって一次処理水から浮遊物質がさらに取り除かれた二次処理水の濁度を測定する第２の濁度計３２と、第１の濁度計３１と第２の濁度計３２とによる測定結果に基づいて、第１のフィルター壁１３と第２のフィルター壁１４との濾過性能低下を報知する交換時期報知装置４０をさらに備え、濁水処理システムとして構成することもできる。

交換時期報知装置４０は、プログラム制御によって動作するパーソナルコンピュータ等の情報処理装置であり、入力部４１と、比較部４２と、報知部４３とを備えている。入力部４１は、キーボード等の入力手段であり、第１の濁度計３１による測定結果と比較する第１濁度基準値と、第２の濁度計３２による測定結果と比較する第２濁度基準値とを受け付ける。なお、第１濁度基準値と第２濁度基準値とは予め設定しておくようにしても良い。
報知部４３は、液晶ディスプレイ等の表示手段や、ブザー等の音声出力手段によって構成される。比較部４２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えた情報処理部である。ＲＯＭには制御プログラムが記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムを読み出し、制御プログラムをＲＡＭに展開させることで比較部４２として機能する。比較部４２は、第１の濁度計３１によって測定された一次処理水の濁度と第１濁度基準値とを比較し、一次処理水の濁度が第１濁度基準値を超えると、報知部４３を用いて第１のフィルター壁１３の濾過性能低下を装置管理者に報知する。また、比較部４２は、第２の濁度計３２によって測定された二次処理水の濁度と第２濁度基準値とを比較し、二次処理水の濁度が第２濁度基準値を超えると、報知部４３を用いて第２のフィルター壁１４の濾過性能低下を装置管理者に報知する。

また、本実施の形態では、第１のフィルター壁１３と第２のフィルター壁１４とによって浄化処理水槽１１をそれぞれ水平方向で分断するように構成したが、図６に示すように、２つの浄化処理水槽１１ａ、１１ｂを設け、第１のフィルター壁１３ａと第２のフィルター壁１４ａによって浄化処理水槽１１ａ、１１ｂをそれぞれ上下方向で分断するように構成しても良い。この場合、浄化処理水槽１１ａ、１１ｂの内壁に水平に架け渡された網やシャフト等の支持手段３を設け、支持手段３上に濾過材ブロック２を隙間なく並べることで第１のフィルター壁１３ａと第２のフィルター壁１４ａとをそれぞれ形成することができる。そして、浄化処理水槽１１ａの下方側から濁水を供給し、第１のフィルター壁１３ａによって濾過された一次処理水を浄化処理水槽１１ａの上方側から浄化処理水槽１１ｂの下方側に供給し、第２のフィルター壁１４ａによって濾過された二次処理水を水質監視槽１６に排水する。

また、本実施の形態では、第１のフィルター壁１３と第２のフィルター壁１４との２つのフィルター壁を設けるように構成したが、フィルター壁は、１個でも良く、３個以上であっても良い。なお、２個以上のフィルター壁を設けると、フィルター壁の交換時に１個以上のフィルター壁を残すことができ、フィルター壁の交換時に濁水が浄化されることなく下流に排水されることを防止することができる。

以上説明したように、本実施の形態は、濁水から浮遊物質を取り除いて浄化する濁水処理装置１であって、上方が開放された浄化処理水槽１１と、浄化処理水槽１１内に分断するように配置され、石炭灰溶融スラグを濾過材２２として浮遊物質を補足する第１のフィルター壁１３及び第２のフィルター壁１４とを具備する。
この構成により、濾過性能が低下した第１のフィルター壁１３及び第２のフィルター壁１４をそのまま上方から吊り上げるだけで簡単に交換を行うことができる。また、石炭灰溶融スラグは、濾過機能と、高い透水性との両方を両立させることができ、濁水が第１のフィルター壁１３及び第２のフィルター壁１４を越えてしまう越流を効果的に防止することができる。

さらに、本実施の形態によれば、石炭灰溶融スラグは、重量百分率で９０％以上が０．４２５ｍｍふるいで残留する成分で構成されている
この構成により、濁水に含まれる浮遊物質が石炭灰溶融スラグの全体に浸透しやすくなる。濁水に含まれる浮遊物質は、石炭灰溶融スラグの全体を満遍なく用いて補足され、濾過機能が高く、使用期間を長くすることができる。また、濾過材２２としても用いた石炭灰溶融スラグは、水と接触して溶出する成分が極めて少ないため、浄化処理水槽１１に浸しても有害物質が溶出せず、一次処理水や二次処理水のＰＨが上がることがない。

さらに、本実施の形態によれば、第１のフィルター壁１３及び第２のフィルター壁１４は、透水性を有する収納容器２１に濾過材２として石炭灰溶融スラグを収納してなる濾過材ブロック２を、積み重ねることで構成されている。
この構成により、濾過材ブロック２の単位で交換することができるため、第１のフィルター壁１３及び第２のフィルター壁１４の交換作業を簡単に行うことができる。

さらに、本実施の形態によれば、浄化処理水槽内１１には、２個以上の前記フィルター壁第１のフィルター壁１３及び第２のフィルター壁１４が配置されている。
この構成により、フィルター壁の交換時に１個以上のフィルター壁を残すことができ、フィルター壁の交換時に濁水が浄化されることなく下流に排水されることを防止することができる。

さらに、本実施の形態によれば、濁水処理装置１と、浄化処理水槽１１内に配置され、フィルター壁（第１のフィルター壁１３、第２のフィルター壁１４）によって浮遊物質が取り除かれた処理水（一次処理水、二次処理水）の濁度を測定する濁度計（第１の濁度計３１、第２の濁度計３２）と、濁度計による測定結果に基づいてフィルター壁の濾過性能低下を報知する交換時期報知装置４０とを備えている。
この構成により、浮遊物質を十分に取り除くことができなかった処理水を浄化処理水槽１１内で検出して、装置管理者に報知することができる。従って、濾過性能が低下したフィルター壁を速やかに交換することができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１ 濁水処理装置
２ 濾過材ブロック
３ 支持手段
１１、１１ａ、１１ｂ 浄化処理水槽
１２ 供給管
１３、１３ａ 第１のフィルター壁
１４、１４ａ 第２のフィルター壁
１５ 連絡管
１６ 水質監視槽
１７ 排水ポンプ
１８ 排水管
２１ 収納容器
２２ 濾過材
３１ 第１の濁度計
３２ 第２の濁度計
４０ 交換時期報知装置
４１ 入力部
４２ 比較部
４３ 報知部

Claims (1)

1. 上方が開放された浄化処理水槽で、濁水から浮遊物質を取り除いて浄化する濁水処理方法であって、
   石炭ガス化複合発電において石炭を全ての結晶鉱物が溶融する高温で燃焼した燃焼残渣を水で急冷することで細かく砕かれる水破方式によって生産された非晶質の石炭灰溶融スラグを濾過材として透水性を有する収納容器に収納して濾過材ブロックを形成し、
   前記濾過材ブロックを積み重ねるだけで前記浄化処理水槽内を分断して前記浮遊物質を補足するフィルター壁を構成することを特徴とする濁水処理方法。

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