JPH0957298A - ヘドロの処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のヘドロ処理技術は、大量の凝集剤を用
いて水分と固形物とを分離するのが主流であって、ヘド
ロ中に含まれる重金属などの有害物質の除去を考慮した
技術ではない。 【解決手段】 食塩水を電気分解して得た酸性水を沈降
槽において、ヘドロに添加する一次処理する工程と、一
次処理による上澄み水に同じく食塩水を電気分解して得
たアルカリ水を添加して沈殿分離槽において二次処理す
る工程とをもって、ヘドロをスラリーと上澄み水とに強
制分離することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、河川、湖沼、港
湾、沿岸等において、自然環境の保全目的で回収したヘ
ドロの高度処理技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】河川、湖沼あるいは沿岸領域などにおい
て推積されたヘドロは、有機性に富み（富栄養塩）、そ
のまま放置しておけば、水性生物の生態系に大きな影響
をおよぼす要因となる。また、地域によっては、ヘドロ
中に硫化物など悪臭を放つ物質や、重金属などの有害物
質が含まれている場合もある。すなわちヘドロの堆積は
自然環境の汚染要因となる。そこで、前記水性生物の生
態系の維持や自然環境の保全目的からヘドロを浚渫排除
することが試みられている。

【０００３】ところで、従来、浚渫によって回収したヘ
ドロは、一般に埋め立て用土として利用していた。しか
しながら、前記したように、ヘドロには栄養塩類以外に
悪臭を放つ物質や重金属などの有害物質を含むケースが
多い。したがって、そのままの状態で埋め立て用土とし
ての利用には二次公害を誘発する問題点があった。

【０００４】そこで、昨今、その対応手段の一環とし
て、回収したヘドロを無機凝集剤や高分子凝集剤を用い
て凝集沈澱分離処理し、分離処理して得られた固形物質
を埋め立て処分するという処理技術が開発されて利用さ
れている。

【０００５】ちなみに図１３に示すフローシートは、前
記従来処理技術の分離操作を示すものである。図示のよ
うに、この処理技術の特徴は、まず、浚渫作業によって
回収したヘドロに無機凝集剤を添加するとともに、濃縮
沈降槽によって一次処理し、次にこの一次処理して得ら
れた余水つまり上澄み水を凝集反応槽に誘導し、この擬
集反応槽において、高分子凝集剤を添加し、ついで凝集
沈殿槽で二次処理し、この二次処理による上澄み水は放
流し、沈澱物、すなわちスラッジは脱水処理等を施して
産業廃棄物として埋め立て処分するようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この処理技術
は、前記説明したように、ヘドロ中の水分と固形物とを
凝集剤を用いて強制分離するもので、いわゆる重金属な
どの有害物質の除去までを考慮した処理技術ではない。

【０００７】したがって、処理後におけるスラッジの処
分には、厳しい制約が課せられている。すなわち完全に
シールドされた管理型ないし遮断型埋め立て地等に投棄
処分をしなければならず、埋め立て用土としての利用は
できないという問題点があった。

【０００８】さらに、この処理技術の大きな問題点は、
多量の凝集剤の使用を必要とすることである。そのた
め、処理コストが割高となり、しかも使用した凝集剤の
残留物が自然環境に悪影響をもたらす懸念である。この
発明は、このような従来処理技術の問題点を解消し、特
に凝集剤を用いることなく、しかも処理過程において重
金属等の有害物質の除去も可能な改良したヘドロ処理技
術を提供することを目的として開発したものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、前
記目的を達成するため、次のような手段を講じた。まず
食塩水を電気分解して酸性水とアルカリ水を生成した。
そして、その生成した酸性水を濃縮沈降槽においてヘド
ロに添加し、沈降分離による一次処理操作を行った。つ
まり凝集剤を用いることなく、沈降分離による一次処理
操作を行った。

【００１０】ついで、この一次処理による余水、つまり
上澄み水を凝集沈澱槽に誘導し、これに前記電解により
生成したアルカリ水を添加した。すなわち前記一次処理
水を凝集沈澱槽において中和処理操作した。そして分離
した上澄み水は放流し、沈澱した汚泥、つまりスラリー
は脱水処理し、処理したスラッジは管理型埋め立て地等
に投棄処分するようにしたことにある。いわゆる一次処
理および二次処理工程を通して凝集剤を用いることな
く、ヘドロを水分と固形物に分離し、しかもこの分離工
程において有害物質である重金属の除去処理を行うよう
にしたことにある。

【００１１】

【発明の実施の形態】さらに、この発明の構成を図面に
示す実施の形態に基づいて具体的に説明する。まず図１
に示すフローシートは、この発明によるヘドロ処理の操
作プロセスを示すものである。図示のように、浚渫によ
って回収したヘドロを泥水状態をもって、まず原泥
（水）槽に収容するようにした。そして、この原泥
（水）槽から濃縮沈降槽に原泥を導入し、この濃縮沈降
槽に食塩水を電気分解して得た酸性水（塩素・次亜鉛素
酸）を供給し、一次処理を行った。

【００１２】なお、前記濃縮沈降槽は、原泥の導入と酸
性水との接触をよくするため、攪拌手段を備えた濃縮沈
降槽を用いた。すなわち汚泥中に含まれる固形粒子と酸
性水とが効率的に接触し、フロック化が促進されるよう
に急速攪拌できる濃縮沈降槽を用いた。

【００１３】なお食塩水の電気分解手段としては、すで
に公知となっている市販の電気分解槽を用いた。

【００１４】次に前記濃縮沈降槽において一次処理する
ことにより沈降分離されたスラリーは、図示のようにス
ラリー貯溜槽に引き抜き貯溜し、しかるのち脱水処理す
るようにした。そして、余水、すなわち沈降分離操作に
よって生成された上澄み水は、二次処理槽である凝集沈
澱槽へ導入するようした。なお、前記スラリーの脱水処
理により得られた処理水は、一次処理水として、二次処
理槽である凝集沈澱槽に送り込むようにした。

【００１５】そして、この凝集沈澱槽において、前記電
解水であるアルカリ水を添加し、急速分離による二次処
理操作を行った。そのため凝集沈澱槽としては、前記濃
縮沈降槽と同様に攪拌手段を有する凝集沈澱槽を用い
た。そして前記一次処理工程より排出された余水をまず
攪拌手段を用いて急速攪拌し、余水の均質処理を行った
のちアルカリ水を添加した。そして、余水とアルカリ水
によるフロック化を促進するため緩速攪拌処理を行い、
しかるのち静置させた。

【００１６】この発明は、以上のような手順によりヘド
ロを水分と固形物とに強制分離するようにしたので、ま
ず一次処理工程において、ヘドロ中に含まれている硫化
物は酸と反応し、金属イオンを溶出した。溶出された金
属イオン中には、鉄イオンのような凝集機能を有する物
質が含まれているため、これによってヘドロは急速な凝
集作用を受けた。すなわち凝集剤を添加しないにも拘わ
らず、凝集反応が行われた。その結果、この一次処理槽
である濃縮沈降槽の底部から引き抜かれたスラリーは、
低濃度の金属イオンを含むスラリーと、上澄み水、つま
り余水は金属イオンを含む低濁度の余水として分離され
た。

【００１７】ついで、前記一次処理によって排出された
余水にアルカリ水を添加し、二次処理操作を行ったの
で、余水中に含まれる金属イオンとアルカリ水とが反応
し、水酸化物を形成した。そして、この水酸化物の吸着
作用により余水中の濁質、つまり重金属を含む固形粒子
は凝集され、二次処理槽である凝集沈澱槽に再沈澱分離
された。その結果、この凝集沈澱槽から排出される上澄
み水は、きわめて清澄な処理浄水として自然水域への放
流可能な水質となり、かつ凝集沈澱槽の底部から引き抜
いた汚泥、すなわちスラリーは、きわめて金属濃度の高
いスラッジとして回収可能となった。その結果、最終的
に回収され、産業廃棄物として処分すべきスラッジ量は
飛躍的に減少し、管理型ないし遮断形埋め立て地での処
理がきわめて簡単容易となった。

【００１８】

【実施例】さらに、この発明によるヘドロ処理方法の効
用を確認するため、ベンチスケールによる実験を行っ
た。以下、その結果を説明する。なお、実験に用いたヘ
ドロは、湖沼より採取し、８５０μｍで濾過処理したヘ
ドロを利用するとともに、従来の凝集剤を用いた強制分
離による処理方法と比較する意味で下記表１に示す４つ
のパターンを設定して行った。

【００１９】

【表１】

【００２０】（１）一次処理実験の手順要領 一次処理における確認事項は、ヘドロの固液分離性の向
上である。すなわち凝集剤を用いることなく、酸性水の
添加によって、界面沈降性の向上が図られているかどう
かである。また、余水の二次処理における処理能力の適
正条件を知ることである。そこで、まず、前記濾過処理
した試料（ヘドロ）をよく攪拌し、表１で示すように沈
降試験用の容量が５．０リットル、高さ１０００ｍｍの
カラム１，２，３，４に、それぞれ２．５リットルずつ
分注した。そして試料の均一化を図るため、スターラー
により５分間、急速攪拌し、その後、前記表１に示すよ
うに、各カラム１，２，３，４にそれぞれ添加剤、すな
わち凝集剤や酸性水等の添加剤を添加した。ついで試料
と添加剤との接触を促進させるため１０〜１５分間の急
速攪拌を行ったのち静置した。そして静置した時間をカ
ラムの沈降開始時間として、０ｈ，０．２５ｈ，０．５
ｈ，１．０ｈ，２．０ｈ，３．０ｈ，６．０ｈ，１２．
０ｈごとにそれぞれ界面高さを測定し、１２．０ｈ終了
後における上澄み水の分析を行った。

【００２１】（２）一次処理実験の結果 前記手順による実験結果によると、表１において示し
たカラムー１の添加剤を加えない場合が最も大きな界面
沈降率が得られることが判明した。図２は、界面沈降率
の経時変化を示すものである。しかし、この場合におけ
る余水は濁度がきわめて高く、そのため二次処理の処理
能力を大きく低下させる要因となることが判明した。 次に、添加剤を加えたカラムー２（本発明）とカラム
ー３（従来法）およびカラムー４は、いずれも濁質除去
効果が確認された。図３は、処理過程における濁度の変
化を示す。一般に自然沈降で落とせない濁質を凝集沈降
させるためには、陽イオンが効果があるとされている。
例えば、従来法において、一次処理に凝集剤としてポリ
塩化アルミニウム（ＰＡＣ）が使用されているが、それ
は陽イオンの効果によるものとされている。したがっ
て、凝集剤を添加しない本発明（カラムー２）および酸
処理法をとったカラムー４において、濁質除去の効果が
確認されたことは、酸性水の添加により金属イオンが溶
出され、この金属イオンによる凝集効果によるものと判
明した。ちなみに図４は、処理過程におけるＦｅ濃度の
変化を示し、図５は、同じくＣａ濃度の変化を示す。 また、酸性水の添加によるｐＨの低下が大きいほど、
金属イオンの溶出量も多いことが判明した。図６は、処
理過程におけるｐＨの変化を示すもので、この図から添
加剤を加えたカラムーは、加えないカラムー１よりいず
れもｐＨが低下している。つまり酸性水の添加によるｐ
Ｈの低下と、前記金属イオンの溶出には大きな相関があ
り、このｐＨの低下に相関した金属イオンの溶出が濁質
の凝集を引き起こしていることが判った。これは、金属
は還元条件下において、ｐＨ中性付近で硫化物を形成
し、安定状態となるが、ｐＨが低下すると、硫化物はそ
の金属の溶解度曲線にしたがって金属イオンと硫化物イ
オンに溶解するためである。 ちなみに図７は、一次処理直後のヘドロ１リットル当
りの発生硫化水素量を示す。実験によると硫化水素の発
生が確認されたのは、カラムー４である。従来、還元状
態にある硫化物に強酸を加えると、下記式に示すよう
に硫化水素を発生することが知られている。

【００２２】

【化１】

【００２３】一方酸性水は、塩素ガスの水中への溶け込
みにより、下記式のように強力な酸化剤である次亜塩
素酸と塩酸を生じる。

【００２４】

【化２】

【００２５】カラムー２の場合、すなわち本発明の場合
も酸性水中の塩酸によって式により硫化水素が発生す
るものと考えられるが、発生した硫化水素は、次亜塩素
酸により即時に酸化される。

【００２６】

【化３】

【００２７】したがって、酸性水を添加したカラムー２
では、硫化水素の発生を抑えながら、ｐＨを低下させる
ことにより金属イオンの溶出がなされたものと判明し
た。 次に添加剤を加えたカラムー２、３、４は、いずれも
９０％以上の濁度除去が確認された。しかし、上澄み水
の濁度に大きな差がないにも拘わらず、界面沈降率には
明確な差異がみられた。ちなみに、電気分解による酸性
水を添加した本発明によるカラムー２の場合は、前記図
２で示したように初期界面沈降率は−１９．６％ときわ
めて悪かったが、静置後２時間経過後は、他のカラムー
３、４に比較して高い界面沈降率となり、界面沈降傾向
は自然沈降に近く、かつ界面沈降速度も高く、きわめて
静澄な上澄み水を得ることができた。 一般にヘドロのような高濃度な、ＳＳ含有水を凝集処
理すると、フロックの形成からスラリーの圧密が非常に
悪くなるため、清澄な上澄み水を得ることはできるが界
面沈降速度が非常に小さくなる欠点がある。また、自然
沈降では界面沈降速度は大きいが上澄み水が非常に懸濁
するという欠点がある。しかるに本発明のような酸性水
を用いると、沈降速度はヘドロの自然沈降とほぼ同様
で、しかも清澄な上澄み水を得ることができることが判
明した。また、６時間の余水取得量は凝集剤を用いた従
来方法より約１．３倍に向上することが判明した。

【００２８】（１）二次処理実験の手順要領 二次処理における確認事項は、一次処理によって分離さ
れた余水中の濁質、つまり上澄み水に含まれる固形物を
排除し、水域の環境汚染に影響をおよぼすことのない放
流水としての水質を得られるかどうかである。そこで一
次処理で得た余水、つまり上澄み水５００ミリリットル
をビーカーに分注し、ジヤーテスター（凝集試験器）に
セットした。ついでその余水の均一化を図るため、１０
０ｒｐｍで１０分間急速攪拌したのち、前記表１の二次
処理欄に示すように、それぞれ添加剤を添加した。つま
り本発明の対称であるカラムー２の場合は、電解により
得たアルカリ水を添加した。そして、５分間の急速攪拌
操作ののち、４０ｒｐｍの緩速攪拌を１５分間行い、１
０分間静置したのち、上澄み液を採取して水質分析を行
った。

【００２９】（２）二次処理実験の結果 カラムー２および４は、いわゆる中和処理であるた
め、黄色を帯びた金属イオンの水酸化物のフロックを形
成した。そして、カラムー３の場合と同様、コロイドの
除去が行われ、カラムー２の濁度は、１．５と非常に良
好な上澄み水を分離することができた。またイオン化傾
向の高いカルシウムイオンは、中性付近までの中和では
ほとんど再懸濁しなかった。しかし鉄イオンは中性付近
で大部分が再懸濁した。（図４および図５参照） そこで、この二次処理による上澄み水を周辺水域へ放
流可能であるか、どうかを確認するため水質の分析を行
った。その方法としては、有機汚濁指標測定法によっ
た。図８は、その測定法に基づくＴＯＣ（Total Organi
c Carbon）の濃度変化を示すものである。なお、参考ま
でに一次処理における上澄み水についても行った。図示
のように、一次処理では全カラムー１、２、３、４の全
カラムーで除去が確認されたが、凝集剤を添加したカラ
ムー３の除去量が最も大きかった。しかし二次処理で
は、電気分解水を用いた本発明（カラムー２）の場合の
除去量が最も大きく、これ以外のカラムー３、および４
ではほとんど除去されなかった。ちなみに最終的な除去
量は、電解水を用いたカラムー２の本発明と従来の凝集
剤を用いたカラムー３とほぼ同量で、約５０％の除去率
であった。 さらに水域の有機汚濁指標（ＴＯＣ）および水域の富
栄養化の栄養塩指標となる窒素・リンの変位についても
チエックした。図９および図１０は、窒素・リンの除去
量の変位を示すものである。図示のように全窒素（Ｔ−
Ｎ）は一次処理で、全リン（Ｔ−Ｐ）は、二次処理にお
いて大きく除去されていることが判明した。特に、全窒
素（Ｔ−Ｎ）および全リン（Ｔ−Ｐ）とも、本発明によ
る電気分解水利用の場合が他の処理方法に比較し除去量
が大きいことが判明した。つまり電気分解水を使用すれ
ば放流水の水質は、従来処理方法に比較して優れている
ことが立証された。

【００３０】（１）一次処理および二次処理実験に基づ
く、有害物質としての重金属の除去について、 まず一次処理工程でヘドロは酸化処理され、ｐＨは低
下し重金属を溶出した。特にその重金属の溶出量は、す
でに指摘したとおりｐＨの低下に相関して多く溶出され
た。ついで二次処理工程での中和処理により重金属の再
懸濁による除去が行われた。図１１および図１２は、処
理過程におけるＺｎ濃度およびＣｄ濃度の変化を示すも
のである。この図からカラムー２およびカラムー４にお
ける亜鉛、カドミウムの変移が確認された。すなわち一
次処理において金属稀薄なスラリーが回収され、二次処
理においては、金属高含有スラリーが回収されているこ
とが理解された。 さらに、この点を具体的に言えば、亜鉛の初期溶出
は、先に説明した鉄やカルシウムと同様にｐＨが低いほ
ど溶出量が多い。図１１に示すようにカラムー２とカラ
ムー３は、緩衝作用のため一次処理開始時に溶出した亜
鉛の一部が終了時に再懸濁した。また二次処理後、カラ
ムー２はほとんどの亜鉛が再懸濁し沈降した。さらにカ
ドミウムは、図１２に示すように一次処理開始時より終
了時の方が溶出量が増大している。また、カラムー３の
場合、二次処理によってはカドミウムは除去されていな
い。また酸性水、アルカリ水を用いたカラムー４の場合
は、８０％、本発明のカラムー２の場合は完全に除去さ
れた。 なお、一次処理の開始時と終了時で、濃度の変動が大
きいのは、これらの重金属のイオン化傾向が小さく、ｐ
Ｈの微少な変動等に影響を受けやすいからと考えられ
る。しかし、この実験をとおしてｐＨを低くすることに
よる金属の溶出と、ｐＨを高くすることによる金属イオ
ンの、再懸濁がこれら有害重金属の溶出が確認された。
つまり、ｐＨの操作によりヘドロに含まれる重金属の除
去が有効に行われることが確認された。

【００３１】この発明は、以上実験をとおして確認した
ように、食塩水を電気分解して得た酸性水をまずヘドロ
に添加し、硫化水素の発生を抑制しながらヘドロのｐＨ
を低下させ、一次処理槽としての濃縮沈降槽における底
泥中の金属イオンを溶出させ、濃縮沈降槽から引き抜く
スラリーの金属イオン濃度を減少させ、ついで一次処理
工程からの上澄み水にアルカリ水を添加して金属類を再
沈殿させるようにしたので、最終的に処分すべき有害重
金属を含むスラリーが減少し、かつ二次処理工程からの
上澄み水は、水域汚濁の有機物指標とされるＴＯＣ除去
においても、また、富栄養化の栄養塩指標とされるＴ−
Ｎ、Ｔ−Ｐの除去量においても、従来処理法に比較し格
段に優れ、放流水質を確保することができた。

【００３２】

【発明の効果】したがって、この発明による処理方法に
よると、従来のヘドロ処理に比較し、次のような効果を
もたらすことができる。 （１）凝集剤を使用することなくヘドロの強制分離がで
きるため、残留凝集剤等による二次汚染を排除できる。
つまり放流水が自然環境に悪影響をおよぼすようなこと
はない。 （２）一次処理工程において硫化水素の発生が抑制され
るとともに、ｐＨの低下により重金属が溶出され、さら
に一次処理工程においてヘドロ中の重金属類など有害物
質は集中除去される。そのため一次処理工程により回収
される金属イオン濃度の低い底泥、つまりスラリーは農
地などの客土や植裁土として有効に再利用することがで
きる。 （３）最終的に処理水として二次処理工程から放流され
る放流水は、懸濁物質のない清澄水となるため、塩分を
補強することにより、食塩水として再利用することもで
きる。 （４）処理水として食塩水を用いるため、従来の高分子
凝集剤を用いた場合に比較し、処理コストが格段に軽減
される。 以上説明したようにこの発明によるヘドロ処理方法によ
れば、二次的な環境汚染の発生を抑止するとともに、効
率的で処理後における余剰汚泥の再利用も可能で、しか
も二次処理工程から回収される重金属を含む汚泥すなわ
ちスラッジの回収量は軽減された。その結果、この発明
は、ヘドロ処理方法として自然環境の保全に大きく貢献
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるヘドロ処理方法のフローシート
である。

【図２】界面沈降率の経時変化を示すものである。

【図３】処理過程における濁度の変化を示すものであ
る。

【図４】処理過程における鉄（Ｆｅ）濃度の変化を示す
ものである。

【図５】処理過程におけるカルシウム（Ｃａ）濃度の変
化を示すものである。

【図６】処理過程におけるｐＨの変化を示すものであ
る。

【図７】一次処理直後におけるヘドロ１リットル当りの
硫化水素発生量を示すものである。

【図８】処理過程におけるＴＯＣ濃度の変化を示すもの
である。

【図９】処理過程における全窒素（Ｔ−Ｎ）濃度の変化
を示すものである。

【図１０】処理過程における全リン（Ｔ−Ｐ）濃度の変
化を示すものである。

【図１１】処理過程における亜鉛（Ｚｎ）濃度の変化を
示すものである。

【図１２】処理過程におけるカドミウム（Ｃｄ）濃度の
変化を示すものである。

【図１３】従来の凝集剤を用いたヘドロ処理のフローシ
ートを示すものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須田 秀雄 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大成 建設株式会社内 (72)発明者 岡田 和男 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大成 建設株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】食塩水を電気分解して得た酸性水を沈降槽
   において、ヘドロに添加する一次処理する工程と、一次
   処理による上澄み水に同じく食塩水を電気分解して得た
   アルカリ水を添加して沈澱分離槽において二次処理する
   工程とをもって、ヘドロをスラリーと上澄み水とに強制
   分離することを特徴とするヘドロの処理方法。
2. 【請求項２】前記一次処理工程におけるｐｈの低下によ
   り重金属の溶出を行い、二次処理工程における中和によ
   り重金属の再懸濁を行い、前記一次処理工程で金属希薄
   のスラリーに、二次処理工程で金属高含有のスラリーに
   分離し、ヘドロに含まれる重金属を除去することを特徴
   とする請求項１記載のヘドロ処理方法。
3. 【請求項３】前記一次処理工程のｐｈ値は、６以下であ
   り、二次処理工程におけるｐｈ値は７以上であることを
   特徴とする請求項１および２記載のヘドロの処理方法。