JP5492268B2 - 改質浚渫土の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、改質浚渫土の製造方法、特に、土木的、機械的脱水処理を行わない製造方法に関する。

河川、湖沼、海域等で浚渫された高含水比の浚渫土は、多量の水を含んでいるため、その利用の際には、脱水、減容化処理を施すことにより、出来る限りその容積を減じる必要がある。また、場合によっては、利用の際に浚渫土に強度を付与することが必要であるため、多大な手間、処理時間及び処理コストが必要となる。この高含水浚渫土は、一般的には埋立てに利用される他は廃棄処分されているのが現状である。

高含水浚渫土の減容化処理方法としては、天日乾燥（自然圧密）、サンドドレーン等の土木的脱水、真空濾過、加圧濾過、遠心濾過等の機械的脱水、凝集剤等による脱水、減容化処理、又は固化材の添加等による改質処理、あるいはこれらの処理技術を組み合わせる方法が挙げられる。また、特許文献１では、セメント系固化材を用いて、凝集分離、固化処理を行う方法が記載されている。

特開平１１−１４０４４３号公報

しかし、土木的脱水による処理では、工期が長期間必要となり、また、処理後の浚渫土の含水比が不均質となることから、改質状態が悪く、ダンプによる運び出しが難しく、受入れ先で求められる強度基準を満たせず、再利用しにくいといった問題点がある。また、機械的脱水による処理では、設備が大規模となるため、コストが高くなるといった問題点がある。

ポリ塩化アルミニウム、塩化第一鉄等の無機系凝結剤を用いた脱水処理では、凝集物の粒子が細かく沈降分離するまでに非常に長い時間がかかり、かつ、多量の凝結剤を用いる必要がある。また、沈降分離した分離水（沈降分離後の液相）にはアルミニウム及び鉄分が多く含まれており、これが赤水の原因となるため、分離水を放流できない場合がある。

高分子凝集剤を用いた脱水処理では、高分子凝集剤は単独で使用されず、無機系凝結剤と併用されているため、処理工程が複雑となるばかりでなく、処理コストも高くなる。また、処理後の改質状態が悪く、ダンプによる搬出、運搬作業が難しいといった問題点がある。

特許文献１に記載されているようなセメント系固化材を用いて、凝集分離、固化処理を行う方法では、凝集分離後の分離水が高アルカリ水となるため、直接放流することができず、中和処理工程が必要となる。そのため、その処理設備及び更なる処理コストが必要となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、簡易な処理設備を用いて高含水比の浚渫土を短時間で改質し、改質後の浚渫土を効率的に運搬することができる改質浚渫土の製造方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明においては、含水比が１６０質量％以上で、液層部の電解質濃度が１０００ｍｇ／Ｌ以上の浚渫土を、無機系凝結剤を用いることなく高分子凝集剤と混合して凝集物を沈降させ、上澄み液を排出して減容化された凝集物を得る固液分離減容化工程と、前記減容化された凝集物を改質するために、固化材を該減容化凝集物に混合する改質処理工程とを含む改質浚渫土の製造方法を提供する。

本発明の改質浚渫土の製造方法によれば、簡易な処理設備を用いて高含水比の浚渫土を短時間で改質し、改質後の浚渫土を効率的に運搬することができる。

本発明でいう含水比とは、水の重量の、浚渫土乾燥物重量（固形分）に対する比に１００をかけた値をいう。含水量は、ＪＩＳ Ａ−１２０３「土の含水量試験方法」に従って測定する。本発明で用いられる浚渫土の含水比は、１６０質量％以上である。含水比が１６０質量％未満である場合には、浚渫土中に含まれる土粒子の含有量が多すぎるため、後述する高分子凝集剤を添加しても沈降分離による分離水が発生しづらいからである。含水比が１６０質量％未満である場合には、浚渫箇所の河川、湖沼水を多く含むように浚渫するか、又は浚渫後に河川、湖沼水を必要量加えることにより、所望の含水比を得ることができる。含水比の上限値は、例えば１０００質量％以上の固形分が極端に少ない場合でも処理できるが、このような固形分の少ない浚渫土は沈降分離に時間が掛かり処理コストがかかってしまうため、処理コスト及び改質の容易さ（最適な固液分離性）の観点から、好ましくは３００〜５００質量％である。

本発明で用いられる浚渫土の液層部の電解質濃度は、１０００ｍｇ／Ｌ以上である。電解質濃度が１０００ｍｇ／Ｌ未満である場合には、浚渫土中に含まれる土粒子の活性度が十分であるため、後述する高分子凝集剤を添加しても沈降分離が不十分となり、良好な固液分離状態を得にくいからである。電解質濃度が１０００ｍｇ／Ｌ未満である場合には、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、又は硫酸カリウムを添加することにより、所望の電解質濃度を得ることができる。電解質濃度の上限値は、凝集性向上の観点から、好ましくは１０，０００〜３０，０００ｍｇ／Ｌである。電解質濃度は、電導度計を用いて測定された導電率を、表１に示す換算表を用いてＮａＣｌ濃度に換算することによって求めることができる。
なお、電解質には、浚渫土の液層部に溶解している硫酸イオン、硝酸イオン、塩素イオン、ナトリウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、鉄イオン等の無機イオンが含まれ、無機イオンの種類によって限定されるものではない。電解質濃度を表す指標としては、一般には、ＮａＣｌ濃度が用いられる。

本発明で用いる高分子凝集剤としては、ポリアクリル酸塩、ポリアクリルアミド化合物等の市販の凝集剤が挙げられる。好ましくは、重量平均分子量が１０００万〜２０００万の範囲であるポリアクリルアミド化合物が用いられる。具体的には、例えば、テルナイト社製品「ソイルコート」等が挙げられる。分子量が１０００万未満の高分子化合物を用いた場合、凝集物の粒子が細かくなるため凝集が不十分となり、結果として凝集剤の添加量が増えてコストが増加する。分子量の測定方法としては、ゲルパーミェーションクロマトグラフ（ＧＰＣ）を用いることができる。
高分子凝集剤の混合量は、好ましくは、浚渫土に含まれる乾燥土量１ｇ当たり２〜４ｍｇの範囲である。２ｍｇ未満である場合には、十分な凝集物が生成せず、固液分離が不十分となる場合があるからであり、また、４ｍｇを超える場合には、過剰なポリマーが分離水中に残存する場合があり、更なる処理コストがかかるからである。

本発明で用いる固化材としては、市販のセメント、高炉Ｂ種セメント、消石灰、生石灰、酸化マグネシウム、無水石膏、半水石膏、二水石膏等が挙げられる。好ましくは、酸化マグネシウム、無水石膏、半水石膏、又は二水石膏である。具体的には、例えば、テルナイト社製品「マグハードＣ」等が挙げられる。後述する改質処理工程後の凝集物のｐＨ値が１２．０以上の高アルカリにならないからである。
固化材の混合量は、好ましくは、浚渫土に含まれる乾燥土量１ｔ当たり１００ｋｇ以上である。１００ｋｇ未満である場合には、十分な改質効果が得られない場合があり、ダンプによる搬出がしにくい。一方、添加量を増加させればさせる程、強度発現等の改質効果は更に良くなるが、過剰添加となるため、埋め立て等で重機を用いた作業性が悪化し、処理コストが増加する可能性があることから、添加量の上限値は、好ましくは、１５０ｋｇである。

以下、本発明に係る改質浚渫土の製造方法について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
まず、固液分離減容化工程において、含水比が１６０質量％以上で、液層部の電解質濃度が１０００ｍｇ／Ｌ以上の浚渫土を、高分子凝集剤と混合して凝集物を沈降させ、上澄み液を排出して減容化された凝集物を得る。具体的には、例えば、含水比が１６０質量％以上で、液層部の電解質濃度が１０００ｍｇ／Ｌ以上の浚渫土に、高分子凝集剤を添加する。その後、高分子凝集剤が添加された浚渫土を攪拌装置で攪拌して反応させ、静置させる。静置後、沈降分離によって分離液（上澄み液）と凝集物とに分離する。沈降分離によって分離された分離液を排出し、沈降分離によって凝集された凝集物を減容する。

高分子凝集剤の添加方法としては、市販の粉末品、逆相エマルジョン品をそのまま浚渫土に添加する方法、凝集剤を溶液にして添加する方法等いずれの添加方法を用いても良い。好ましくは、粉末品、逆相エマルジョン品をそのまま浚渫土に添加する方法である。付帯装置も必要なく、非常に簡便であり、コスト的に有利だからである。

攪拌装置は、浚渫土と凝集剤を均一に攪拌することができる装置であればよく、例えば、浚渫土を張込むポンド（タンク）に凝集剤添加用循環ポンプを取り付けた設備とバックホウによる攪拌を併用した方法であることが好ましい。これは、循環ポンプによってタンク循環している浚渫土に少量ずつ均一に凝集剤を添加することができ、添加後、バックホウにより凝集物を破壊することなく浚渫土全体を丁寧に混合できるからである。

沈降分離によって分離された分離液は、ｐＨが排水基準の５．８〜８．６の範囲内であるため、ｐＨを調整することなく、例えば、一旦ピット等に溜めてから施設外に放流することができ、また、直接施設外に放流することもできる。
分離液を排出することによって凝集された凝集物の減容化率は、３０〜５０％であることが好ましい。このような範囲であれば、後述する改質処理工程において良好な改質効果を得ることができる。
篩い法によって測定された、得られた凝集物の平均粒径は、０．５〜３．０ｍｍであることが好ましい。このような範囲であれば、沈降速度が速いため、凝集反応終了後、急速に分離水が発生し、良好な固液分離が図れるからである。

次に、改質処理工程において、減容化された凝集物を改質するために、固化材をこの減容化凝集物に混合する。

以上説明したように、本発明の改質浚渫土の製造方法によれば、簡易な処理設備を用いて高含水比の浚渫土を短時間で改質し、改質後の浚渫土を効率的に運搬することができる。

以下、実施例、比較例を示して本発明を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。

（実施例１〜４及び比較例１〜３）
天然の河口付近から河川浚渫土を採取し、任意の性状に調製し、固液分離状態と改質状態を評価した。本実施例及び比較例に使用した浚渫土の性状を表２に示す。

所定量の浚渫土をソイルミキサー容器に量りとり、高分子凝集剤としてポリアクリルアミド化合物を主成分としたテルナイト社製品「ソイルコート」を、表２に記載された添加量に従って添加した。添加後、凝集するまで高速攪拌を行った。攪拌後、３０分間静置させることにより、分離液（上澄み液）と凝集物とに沈降分離させた。分離液を除去した後、減容化率が２０〜４５％である凝集物に、固化材として酸化マグネシウムを主成分としたテルナイト社製品「マグハードＣ」を、表２に記載された添加量に従って添加した。添加後、ソイルミキサーを用いて１分間高速攪拌を行った。得られた凝集物について、固液分離状態と改質状態の評価を行った。

（固液分離状態の評価方法）
６０分間静置後の分離液をデカンテーションにてビーカーに受け取り、重量を測定した。この重量と、予め測定しておいた浚渫土の重量とから、分離液の発生率を計算した。

（改質状態の評価方法）
ダンプによる運搬の可否を判断するために、テーブルフロー試験を行った。なお、本テーブルフロー試験は、１９８８年京都大学環境衛生工学研究会第１０回シンポジウム講演会で発表された方法に基づいたものである。以下、テーブルフロー試験方法（ＪＩＳ Ｒ５２０１）について説明する。
改質処理後の浚渫土をテーブルフロー試験器（株式会社東京篠原製）のフローコーンに２層に詰め、１５回付き固めた後、表面をならした。次に、テーブルフロー試験器のハンドルを回し、１秒１回の速度で５０回の落下運動を行った。落下運動後の浚渫土の広がり（最大方向と、これと直角な方向の２点の長さの平均値）を測定し、これをフロー値（ｍｍ）とした。さらに、テーブルフロー試験後の浚渫土を容器に移し、室内にて１日養生後、再度テーブルフロー試験を行い、フロー値を測定した。なお、運搬性の判断基準は、５０回振動後のフロー値の平均値が１５０ｍｍ以下とした。

固液分離状態及び改質状態の評価結果を表３に示す。表３中、改質状態の評価については、◎印を「最適」と、○印を「良好」と、△印を「可」と、×印を「不適」とした。

表３より、含水比が１６０質量％未満の浚渫土の場合には、凝集状態は認められるものの、固形分量が多いため、分離液をほとんど発生しないことが示された。また、含水比が１６０質量％以上であっても、浚渫土の液層部の電解質濃度が１０００ｍｇ／Ｌ未満の場合には、凝集がスムーズにいかず、分離液の発生もほとんどなかった。しかしながら、電解質濃度が１０００ｍｇ／Ｌに近づくに従い、分離液の発生量は増える傾向にあった。以上のことから、高分子凝集剤を添加しても分離液を発生しない浚渫土もしくは発生しても発生量の少ない浚渫土は、浚渫土中に多量の水を含んでいる状態であるため、所定量の固化材を添加しても十分な改質効果が得られないことが示された。

（実施例５〜８）
本発明を用いて現場試験を行った。まず、浚渫船から圧送管を用いて陸上ピット（タンク）に浚渫土を１５０ｍ^３受け入れた。次に、高分子凝集剤を添加して攪拌し、沈降分離させた。その後、沈降分離によって分離された分離液を廃棄した。廃棄後、固化材を添加し、１日養生後、ショベルカーにて改質後の浚渫土をダンプに積み込み運搬した。また、改質処理工程の回数の相違による比較も行った。改質状態の評価方法は、上述した方法と同様の方法により行った。なお、本現場試験に使用した浚渫土の性状は、湿潤密度：１．２１５４ｇ／ｃｍ^３、含水比：２２０質量％、ｐＨ値：７〜８、浚渫土１ｍ^３当たりの乾燥土量：３７９．８ｋｇ、浚渫土１ｍ^３当たりの水分量：８３５．６ｋｇであった。
本実施例５〜８の実施条件及び改質状態の評価結果を表４に示す。

表４より、改質処理工程の回数に関わりなく、良好な改質状態が得られることが示された。以上のことから、本発明の改質浚渫土の製造方法によれば、既存の簡易な一般土木工事で使用される処理設備を用いて高含水比の浚渫土を短時間で改質し、改質後の浚渫土を効率的に運搬することができることが示された。

Claims (3)

1. 含水比が１６０質量％以上で、液層部の電解質濃度が１０００ｍｇ／Ｌ以上の浚渫土を、無機系凝結剤を用いることなく、前記浚渫土に含まれる乾燥土量１ｇ当たり２〜４ｍｇの範囲である高分子凝集剤と混合して凝集物を沈降させ、上澄み液を排出して減容化された凝集物を得る固液分離減容化工程と、
   前記減容化された凝集物を改質するために、固化材を該減容化凝集物に混合する改質処理工程と
   を含み、
   前記高分子凝集剤が、重量平均分子量が１０００万〜２０００万の範囲であるポリアクリルアミド化合物である改質浚渫土の製造方法。
2. 前記固化材の混合量が、前記浚渫土に含まれる乾燥土量１ｔ当たり１００ｋｇ以上である、請求項１に記載の改質浚渫土の製造方法。
3. 前記固化材が、セメント、高炉Ｂ種セメント、消石灰、生石灰、酸化マグネシウム、無水石膏、半水石膏、及び二水石膏からなる群から選択される、請求項１又は請求項２に記載の改質浚渫土の製造方法。