JPH0741278B2 - 難脱水性沈降物の脱水濃縮法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば建設や土木工事の
基礎杭や下水道掘削シールド工事、擁壁基礎工事等の際
に発生する泥水や化学工場、浄水場の沈砂池等の汚水処
理場から発生する難脱水性沈降物から水分を迅速に分離
する難脱水性沈降物の脱水濃縮法に関するものである。

【０００２】建設・土木工事の廃泥や浄水場の沈砂池等
の汚水処理場から発生する廃泥は微細な粘土が多量に入
っており、砂石を分離した後でも泥漿状液体となって容
易に沈降せず、その処理に困っている。そのまま放流す
ると河川を汚濁させるばかりでなく、途中の下水道を閉
塞させるなど、社会的にも環境を破壊することになる。
近年の建設・土木工事は人力による掘削から、水噴射に
よるリグ工法へと急速に変わりつつあり大部分がこの工
法になっている。したがって基礎杭や下水道を掘削して
は排出される廃土は普通の土ではなく、水によって希釈
された泥水状となって排出されてくる。また、浄水場の
沈砂池から発生する廃泥は粒子が小さくて濾過脱水を行
なおうとすると濾布を目詰まりさせ濾過速度を著しく長
引かせることになる。このほかに化学工場から排出され
る排水汚漿物にも濾過の困難なものが多くあり廃泥と同
様にその処理に困っているのが現状である。

【０００３】これらの泥漿物から固形分を複雑な処理工
程を経ずして分離する技術が課題となっており各種の方
法が試みられているが、今だに満足しえる方法がなく高
含水率のままで排出を余儀なくされている。故に、水分
を多量に含んだまま特殊運搬車やコンテナー車で埋立地
に投棄が行なわれている。

【０００４】本発明は、これらの処理困難な難脱水性沈
降物を迅速に、かつ省エネルギー的に処理ができるよ
う、濾過性を著しく改善した難脱水性沈降物の脱水濃縮
法である。

【０００５】

【従来の技術並びに発明が解決しようとする課題】従来
から行なわれてきた泥水のもっとも簡単な処理方法は沈
殿池を設けて自然沈降させ、上澄みを排除して沈殿物を
天日により脱水乾燥させていたが、池を設ける場所の確
保や、固型物に戻るまでに長時間を要すなど最近の廃泥
処理場の現場に適さない状況にある。更に、機械的に処
理する方法として、マッドスクリーンや湿式サイクロン
を使って廃泥水中に含まれる粗粒子を分離したのち、い
ったん貯泥槽にため、その汚水に凝集剤や凝固助剤を加
えて凝集反応を促進させ、粒子の粗大化を図ったあと、
微細な粒子をフロック化して濾過脱水層に蓄え沈降分離
（一般に一次脱水という）し清水と泥漿物の分離させ
る。この段階で得られる処理物は、未だ高含水のクリー
ム状の高粘度の物であり、このままで処分するのは不適
当であるが、一般には、この段階で処分されている場合
があり問題を引き起こしている。

【０００６】適切な、処理を行なうためには、この一次
脱水のあと真空脱水機やデカンター、フィルタープレ
ス、ベルトフィルター、などを使って二次脱水を行ない
低含水化し固化を行なうが、この際にクリーム状に凝集
した粘凋物が濾布の目を詰まらせて迅速に効率よく脱水
することは難しい。濾過助剤を加えたり、濾過面積を多
くし高圧を加えたりして処理しているが、大量に処理し
なければならないクリーム状泥漿物をこのような方法で
は処理し切れない現状にある。

【０００７】ここで使われる凝集剤は懸濁する微細な粒
子の表面に吸着して粒子と粒子とを結合させるための橋
かけ材としての役割を持たせるために添加するものであ
る。したがって従来からある凝集剤は吸着能力を持つた
めの極性基を分子内に有した高分子化合物が用いられて
いる。

【０００８】また、この吸着機能と併せて、泥水中に懸
濁する微細粒子は電気的に反発しあう電気二重層を形成
しているため、この反発しあって安定化している微細粒
子に反対電荷をもつ高分子電解質を加えることにより、
その電解基のところで微細粒子の表面の電荷と部分的に
中和し、吸着高分子の電解質鎖上に固定される。その
際、電気二重層により反発しあっている粒子間距離の長
さよりずっと大きい広がりを持った高分子であれば、そ
れぞれの反発しあっている粒子を電解質高分子鎖上の別
の電解質のところで別の粒子の電荷を中和し、結果とし
て網状型吸着によって橋かけ凝集が起こり、粒子の粗大
化が起こる。その結果沈降速度が増して分離しやすくな
るという考え方で凝集剤が添加され使われてきた。この
考え方に沿って実際に凝集剤を使えば確かに沈降速度は
無添加の場合と比べて速くなる。生成するフロックを大
きくすればするほど沈降速度は速くなるが、フロックの
大きいものは機械的撹拌により破壊されやすいうえに粒
子間結合水や表面付着水も多く含んでおり、沈殿物の容
積が大きく上澄みを除いたあとの泥漿物はフワフワのヌ
ルヌルした濾過性の悪い沈殿物となる。逆に凝集剤と泥
水とを反応させる際に初期分散と初期撹拌を強力に行な
うと小さなフロックが生成し、フロック強度は増大する
が粒子が小さくなり低含水率の脱水処理物を得ようとす
ると脱水機での濾過抵抗が増大して濾布を詰まらせ迅速
脱水ができない。

【０００９】これらの欠点を解決するため、凝集沈殿の
プロセスを全く別の視点で捕らえ上記の不都合を一掃す
る処理方法を提供する物である。

【００１０】従来の方法に比べて処理時間の短縮、高脱
水物の確保による処理嵩量の大幅な削減が実現し、脱水
濾過性の著しい改善により装置の小型化とそれに要する
エネルギーの低減が計られる画期的な廃泥水処理の方法
を提供することを目的としている。

【００１１】尚本発明による方法は、一般排水処理の脱
水にも同様の効果を発揮することができる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために提案されたもので本発明の難脱水性沈降物の
脱水濃縮法は、難脱水性沈降物にラテックスと親水性保
護コロイド形成物質を添加し、次で、このラテックスと
親水性保護コロイド形成物質の不溶化処理をおこなうこ
とを特徴とする。

【００１３】本発明による廃泥処理法は広いＰＨ領域の
廃泥に対応することができるが、廃泥等の難脱水性沈降
物のＰＨが極度に低い場合は苛性ソーダ等を使ってあら
かじめＰＨを中性付近に調整した後にラテックスと親水
性保護コロイド形成物質からなる皮膜形成剤を添加する
のが好ましい。尚、使用するラテックスは天然ゴムラテ
ックス、合成ゴムラテックス、合成樹脂ラテックス（合
成樹脂エマルジョンを含む）等で酸や多価金属イオン等
の反対電荷を有する物質により凝固収縮する高分子化合
物であり、親水性保護コロイドを形成する物質はアルギ
ン酸ソーダ、天然ガムの変性電解質である。使用量は難
脱水性沈降物泥水１ｍ³に対してラテックス固形分にし
て0.01〜0.5wt%程度とする。親水性保護コロイド形成物
質は0.01〜0.4wt%程度とする。

【００１４】また、ラテックスは0.5〜5%程度の水溶液
にして用いるのが好ましい。このようにして出来た溶液
は微細粒子が電気二重層を形成して反発しあっているコ
ロイド液中にラテックスの微細粒子が拡散して水中に分
散する。このラテックスは微細泥粒子の間を縫って接近
し、微細泥粒子を取り巻く状態になる。

【００１５】この時共存しているラテックスと親水性保
護コロイド形成物質はラテックスの疎水性とあいまって
イオン敏感性によりラテックスが懸濁物に先着的に吸着
固化する。その後、ラテックスを吸着した泥漿物に親水
性保護コロイド形成物質が追って泥漿物の表面に吸着し
たラテックスの表面に更に吸着する。この結果、低分子
量高分子特有の粘着性が失われる。このような状態でＰ
Ｈを酸性にするか、多価金属イオンを加えると、ラテッ
クスと親水性保護コロイド形成物質が分解して低分子量
高分子が塊状になって収縮凝固する性質を示し不溶化さ
れる。このラテックスの収縮凝固と併せて、この親水性
保護コロイド形成物質の不溶化収縮による相乗効果が生
まれる。親水性保護コロイド形成物質としてアルギン酸
ソーダを用いた場合を説明すると微細粒子の表面に付着
したラテックス粒子に水で膨潤したアルギン酸ソーダ分
子が吸着し、ラテックス表面を覆うようにアルギン酸ソ
ーダの粘膜で微細粒塊を包み込む。次に、この混合液を
多価金属イオン（例えばカルシウムイオン、アルミニウ
ムイオン、マグネシウムイオン、鉄イオン等）を添加す
ると、今まで膨潤していたラテックスとアルギン酸ソー
ダの液相は懸濁粒塊の表面を取り巻くようにしてアルギ
ン酸の不溶化に伴う凝縮と平行してラテックスの凝縮も
起こり泥漿物を包み込みながら強力に収縮していく。

【００１６】一般にラテックスだけを酸などを使って凝
固させただけでは析出した低分子量高分子が粘着性を示
す。仮にラテックスだけを使って泥漿物を同様に凝固脱
水させると、その脱水物は粘着性が残り、濾布などを使
って強制的に絞った場合その脱水泥漿物は濾布に付着し
てうまく処理できない。しかし、吸着したラテックスの
表面を親水性保護コロイド形成物質で処理すると、低分
子量高分子の粘着性が失われるだけでなく、凝縮沈降分
離性が著しく改善され、水層と沈殿層にすばやく分離す
る。

【００１７】この沈殿物はもちろん、水には不溶性であ
り粒子が粗く、不粘着性であり、濾過性もよく、目の粗
い濾布でも濾過でき、脱水時の圧力が小さくてすみ、低
含水率の脱水物が得られる。建設工事廃泥の場合は普通
の土と全く同じ扱いができ、埋め立てや用地造成用土と
して使用できるだけでなく、粘土特有の粘着性や保水性
も減少し、水を加えても再度泥状化しない硬度地盤を形
成することができる。

【００１８】

【実施例】次に本発明の実施例について説明する。基礎
工事や土木工事から排出されるベントナイト系廃泥をマ
ッドスクリーンを経て貯泥槽で一旦静沈させた後その下
層を引き抜きそのままの状態の泥漿物に、例えばゴム系
ラテックスとアルギン酸ソーダの混合水溶液を添加し
て、撹拌機で十分に混合し泥水中の固形物に吸着させ
る。その後ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）などの多価
金属塩からなる水溶液を撹拌しながら徐々に加えていく
と、スラリー状であった泥漿物は急速に凝固し始めアル
ギン酸ソーダのソーダ塩当量の多価金属塩水溶液の注入
が終了すると同じに完全に凝固固化し水層と土質層に分
離してくる。固化した土質は再度水に分散させても可溶
化することはなく、小さな粒状に凝固し、強度も大き
く、安定した固形物を形成する。

【００１９】ラテックスやアルギン酸ソーダは泥水中に
分散している土質の表面に吸着しやすく多量の低濃度泥
水においては、上層部土質に優先的に吸着し、貯泥槽の
下層の土粒まで達せず、結果的に必要以上のラテックス
とアルギン酸ソーダを添加しないと泥水中の表面を全部
同じように被覆することができない。これを補うために
は、連続比例添加方式として流動層中に添加する方法が
よいが、小さい工事現場では回分式のほうが都合のよい
場合が多い。

【００２０】ラテックスとアルギン酸ソーダの混合液を
添加し均一になるまで撹拌するとラテックスは浮遊した
微細粒子の表面を隈なく覆い、丁度、練り餡を薄皮で包
んだような状態になる。このラテックスはヘリックスコ
イル状に微粒子に絡みアルギン酸ソーダがそのうえに吸
着した後、不溶化すると形成される皮膜は多孔質の水透
過性フィルムになる。この皮膜は包水したフロックを包
み込んだ濾布の役割となり、併せて不溶化にともなっ
て、この多孔質膜が強烈な収縮を起こす。このときの収
縮は今まで微粒化していたゴムラテックスや直鎖状にな
っていたアルギン酸分子が屈曲し絡み合いながら収縮し
ていくため、濾布の役割をしながら自らが収縮すること
により、濾過圧を生じるため外部から機械的圧力を加え
なくても、包水したフロック塊の中の水を絞りだす効果
を発揮している。この点が本発明のもっとも大きな特徴
であり今までの凝集剤による微細粒子の凝集化、粗大化
とは根本的に異なるところである。

【００２１】例１ 土木工事現場から排出されるシールド泥水で水分92〜95
wt%を含む廃液を一次貯泥槽にため、沈降静沈した下層
の泥漿物で60〜65wt%の水分を含んだもの１ｍ³に対し
て、ゴムラテックス(Nipol 2570X5)とアルギン酸ソーダ
から成る2%水溶液を50リットル添加する。この時の泥漿
物のＰＨは８付近がよい。もし、ＰＨが極端に低いとき
は苛性ソーダ等を使いＰＨを中性付近に調整する。次
に、この混合物を撹拌機で低速回転(100〜150rpm)させ
ながら泥粒の表面にゴムラテックスとアルギン酸ソーダ
を均一に吸着させる。次にポリ塩化アルミニウム（Ａｌ
₂Ｏ₃）として10.5%、塩基度45%の溶液1.3Kgを撹拌しな
がら、徐々に添加する。このときの撹拌は低速で行な
い、強い剪断力を与えないほうが造粒されるフロックは
大きくなる。添加していくポリ塩化アルミニウムがアル
ギン酸ソーダのナトリウムの塩当量に近づくと急速に固
化が起こり、今まで泥水土中に包水していた水分が分離
しはじめ、凝塊物と水に分かれる。この状態でもはや泥
水は水不溶の脱水性が著しく改善された粒塊となってい
る。尚、Nipol 2570X5は日本ゼオン株式会社の商品名で
あり、このNipol 2570X5はラテックス中に吸着基として
カルボキシル基を有しており、その成分はスチレン・ブ
タジエン・アクリル酸変性の合成ゴムラテックスであ
る。

【００２２】この凝塊物と水との混合物はフィルタープ
レス等の通常の脱水機で絞っても濾布の目を詰まらせる
こともなく迅速に脱水でき、低含水率の脱水物が得られ
た。 例２ 基礎工事等から排出されるリバース泥水を連続脱水分離
するために、マッドスクリーンを通して小石等の粗粒子
を除いたあと貯泥水槽を経てから凝集剤と反応させるた
めに反応装置に導き、そこで１ｍ³に対して10〜50grの
凝集剤を加えＰＨが中性付近になるよう調整しながら、
フロックを形成させる。

【００２３】次に、このフロック化した泥水を一次濾過
脱水槽に導き清水と泥とに分離する。ここで濾過され残
った泥はクリーム状でその含水率50%前後になっている
が、粒子が微細であり包水力が強く、粘土状になって粘
った状態である。この粘土状一次脱水物１ｍ³に対して
2.5重量%ゴムラテックス水溶液と3%アルギン酸ソーダ水
溶液から成る混合液100リットルを加え、よく撹拌混合
する。ペースト状に均一になった泥漿物に20%の塩化カ
ルシウム溶液2.3リットルを撹拌しながら徐々に添加す
る。この時の撹拌も低速で行なったほうが、生成する土
塊粒は大きくなる。添加していく塩化カルシウムの量が
アルギン酸ソーダのナトリウム塩当量に近づくと急速に
固化が起こり、例１で示したときと同様の状態となり、
脱水機で濾過することにより水分25〜28%の脱水物が容
易に得られた。

【００２４】

【発明の効果】従来の方法に比べて処理時間の短縮、高
脱水物の確保による処理嵩量の大幅な削減が実現し、脱
水濾過性の著しい改善により装置の小型化とそれに要す
るエネルギーの低減を計れる効果を奏する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 難脱水性沈降物にラテックスと親水性保
   護コロイド形成物質を添加し、次で、そのラテックスと
   親水性保護コロイド形成物質の不溶化処理を行なうこと
   を特徴とする難脱水性沈降物の脱水濃縮法。