(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に多数の送り羽根を有する左右一対のパドル軸を、その羽根を互いに噛み合わせながら相反方向に回転するよう設けたパドル型凝集反応槽内で、
比重１．２以上の泥水に、カチオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤および水溶性塩からなる脱水剤を添加して形成したフロックを、
スクリュー軸の長さ（Ｌ）に対するスクリュー羽根の直径（Ｄ）の比（Ｌ／Ｄ）を、５以下に設定したスクリュープレス脱水機で脱水すること
を特徴とする泥水の脱水処理法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木工事や建設工事において排出される泥水や各種産業排水の処理によって生ずる泥水のうち、高濃度、高粘度の泥水を効率的に脱水処理するための泥水の脱水処理法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トンネルの掘削、ボーリング、杭打ちなどの土木工事や建設工事において排出される泥水は、脱水剤を添加して適当な大きさのフロックに凝集させたのち、これを脱水して固液分離し、得られたケーキ（汚泥固形分）と分離水は、泥水の種類や量により要すれば爾後処理を行って最終的な脱水ケーキとし、これを埋め立て用の土や肥料として利用し、分離水は河川その他に放流するようにしているものである。
【０００３】
この泥水の脱水に使用する凝集剤（以下、脱水剤という。）としては、たとえば、カチオン性高分子凝集剤の単独使用、カチオン性高分子凝集剤とアニオン性高分子凝集剤の併用など各種の脱水剤が挙げられ、その使用方法としても各種の方法が提案されている。
【０００４】
かゝる脱水剤を用いた泥水の凝集には種々な攪拌装置が使用され、凝集によるフロックを脱水する脱水機としては、遠心脱水機、真空脱水機、ベルトプレス型脱水機やスクリュープレス型又はフィルタープレス型などの各種の脱水機が用いられ、特に、スクリュープレスが、濾布の使用の必要がなく、ケーキを連続排出することができることから脱水機として近年汎用されつゝある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これらの高分子凝集剤による脱水処理は、一般に、凝集力が充分でないため、爾後の脱水処理に際して充分な脱水ができず、経済的でないという問題がある。また、建築工事現場などから排出される泥水のうち、水分の少ない高濃度、高粘度の泥水は、セメントなどの固化剤で処理して固めるか、泥水に水を吸収させて希釈化したのち、アニオン性高分子凝集剤で凝集処理している。
【０００６】
しかしながら、固化剤による処理手段は、泥水を固めるために固化剤を大量に使用する必要からコストが嵩むという欠点を有し、希釈化手段は、泥水を希釈するための水を必要とするため、水の供給が不便な場所では適用が難しく、希釈のための施設を新たに必要とすると共に、凝集力を弱めるため、減容率が小さく、経済的でないなど解決すべき多くの問題を有している。
【０００７】
また、凝集によるフロックを脱水するための前記脱水機のうち、スクリュープレス型脱水機は、スクリュー軸の長さ（Ｌ）に対するスクリュー羽根の直径（Ｄ）の比（Ｌ／Ｄ）が、一般に５以上６前後のものである。かゝる大きなＬ／Ｄの構造のスクリュープレス型脱水機は、比較的水分の多い泥水又は有機物を含む汚水などの処理には、きわめて効果的であるという利点を有している。
【０００８】
しかしながら、スクリュープレス型脱水機のスクリュー軸の長さ（Ｌ）に対する、スクリュー羽根の直径（Ｄ）の比（Ｌ／Ｄ）が大きければ大きいほど、装置全体が大型となって広い設置場所を必要とし、必然的に駆動力も大きくする必要性を有するため、消費する電力量も多く経済的でなく、スクリューの外周に設けたスクリーンからフロックの一部が水と共に流出して汚泥固形分の回収率が低く、スクリーンを通じて得られる分離水の濁度が高くなるという問題がある。
【０００９】
本発明はかゝる現状に鑑み鋭意研究の結果、土木・建築現場などから排出される水分の含有量が少なく、高濃度、高粘度で、また、無機質である泥水を脱水剤で凝集させて形成したフロックが、僅かな加圧で水分を除去できることを見出したことにより完成されたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の泥水の脱水処理方法は、
外周に多数の送り羽根を有する左右一対のパドル軸を、その羽根を互いに噛み合わせながら相反方向に回転するよう設けたパドル型凝集反応槽内で、
比重１．２以上の泥水に、カチオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤および水溶性塩からなる脱水剤を添加して形成したフロックを、
スクリュー軸の長さ（Ｌ）に対するスクリュー羽根の直径（Ｄ）の比（Ｌ／Ｄ）を、５以下に設定したスクリュープレス脱水機で脱水すること
を特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
土木工事や建設工事において排出される泥水、すなわち、土とセメント系懸濁液を混合して地中に壁体を作る、地中連続壁工事で排出される泥水やトンネル掘削工事において、打設した推進管を通じて排泥される掘削泥水は、濃度や粘度が非常に高く、また、その比重は１．２〜１．７で、従来の方法では脱水が非常に困難なものである。
【００１２】
本発明において、上記脱水が非常に困難な比重１．２以上の泥水の脱水処理に使用される脱水剤としては、カチオン性高分子凝集剤とアニオン性高分子凝集剤の両者で構成することによって、カチオンとアニオンの両方の性質を備えているものが用いられる。
【００１３】
カチオン性高分子凝集剤としては、具体的には、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリレート及びそれらの４級化物もしくは３級化物の単独重合体およびこれらとアクリルアミドまたはメタクリルアミドの共重合体、ポリアクリルアミドもしくはポリメタクリルアミドのマンニッヒ変性物またはその４級化物、ポリアクリルアミドもしくはポリメタクリルアミドのホフマン分解物、ジアリルジメチルアンモニウム塩の単独重合体もしくはキトサンの酢酸塩など公知のものを挙げることができる。
【００１４】
これらのうちの、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートのメチルクロライド４級化物の単独重合体、もしくは該４級化物の８０モル％以上を含むアクリルアミド共重合体などのカチオン性の高分子凝集剤が好適で、コロイド当量値として３．０〜５．２ｍｅｑ／ｇの範囲のものが好ましく使用される。
【００１５】
また、アニオン性高分子凝集剤は、具体的には、ポリアクリル酸ナトリウム、（メタ）アクリルアミドと（メタ）アクリル酸ナトリウムとの共重合体、ポリ（メタ）アクリルアミドの部分加水分解物、アクリルアミドと２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム（以下、ＡＭＰＳという）との共重合体、アクリルアミドとアクリル酸ナトリウム及びメタクリル酸ナトリウムとの三元共重合体、（メタ）アクリルアミドと（メタ）アクリル酸ナトリウムおよび前記ＡＭＰＳとの三元共重合体およびアルギン酸ナトリウムなどである。
【００１６】
これらのうち、弱アニオン〜強アニオンのアニオン性高分子凝集剤が好適で、コロイド当量値としては−０．７〜−５．５ｍｅｑ／ｇの範囲が好ましい。中でも、コロイド当量値として−０．７〜−３．０ｍｅｑ／ｇの、弱アニオン〜中アニオンのアニオン性高分子凝集剤に該当する、アクリルアミドとアクリル酸ナトリウムとの共重合体、アクリルアミドとアクリル酸ナトリウムおよび前記ＡＭＰＳとの三元共重合体などがよい。
【００１７】
この発明においては、これらカチオン性高分子凝集剤とアニオン性高分子凝集剤に加えて水溶性塩、特に、５重量％の水溶液のｐＨが４．５〜９．０である水溶性塩が用いられる。
【００１８】
前記水溶性塩としては、具体的には、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウム、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウムなどであって、これらのうちの塩化カルシウム、塩化アンモニウムが特に好適である。
【００１９】
脱水剤におけるカチオン性高分子凝集剤と、アニオン性高分子凝集剤との好ましい配合比率は、カチオン性高分子凝集剤が２０〜９５重量％で、アニオン性高分子凝集剤が８０〜５重量％、より好ましくは、カチオン性高分子凝集剤が３０〜９０重量％、アニオン性高分子凝集剤が７０〜１０重量％の範囲である。
【００２０】
前記カチオン性と、アニオン性の高分子凝集剤に対する、前記水溶性塩の好ましい配合量は、両者の高分子凝集剤の合計量に対して１倍量（重量）以上、より好ましくは５〜１０倍量以上であり、１倍量未満では泥水の粘性の低下が現れず、脱水性が悪化する場合がある。
【００２１】
この脱水剤の泥水への添加は、対象となる泥水の性状によって異なるが、泥水の固形分に対する各高分子凝集剤のポリマー量として１〜５重量％程度が使用される。
【００２２】
泥水と脱水剤とは混合物とし、攪拌混合によって、その中の泥分をフロックとして凝集させるもので、使用する攪拌機としては、フロックの形成を効率よく行うために、外周に多数の攪拌送り羽根を有する左右一対のパドル軸を、その羽根を互いに噛み合わせながら相反方向に回転するよう設けたパドル型凝集反応槽が使用される。
【００２３】
図２はかゝるパドル型凝集反応槽を例示したもので、パドル型凝集反応槽２１は、泥水を受け入れる装置本体２２と、該装置本体２２の上部開口部を閉止する蓋体２９とからなるものである。
装置本体２２には、その長手方向に沿って、多数の攪拌送り羽根２３，２３・・・を外周に突設した一対のパドル軸２４ａ，２４ｂを、前記攪拌送り羽根２３，２３・・・を互いに噛み合わせながら、相反方向に回転するように配置し、いずれか一方のパドル軸、たとえば、パドル軸２４ａに可変モータ２５を連結し、他のパドル軸２４ｂは、ギア２６によってパドル軸２４ａと同期して回転するよう構成されている。
【００２４】
蓋体２９には、前記装置本体２２内に泥水を供給するための供給管３０、および脱水剤を供給添加するための供給管３１が接続されている。前記供給管３０を通じて装置本体２２内に供給された泥水は、多数の攪拌送り羽根２３，２３・・・によって、供給管３１を通して供給添加された脱水剤と攪拌混合され、一方側から他方側に所要の速度で送られ、脱水剤によって凝集固化して形成された泥土のフロックは、排泥管２７より排出され、分離された汚水は、オーバーフロー部２８を通じて排出される。
【００２５】
前記パドル型凝集反応槽２１で得られたフロックは、これをスクリュープレス脱水機によって脱水して固液分離するのであるが、このスクリュープレス脱水機として、図１に示す構造のものが使用される。
【００２６】
このスクリュープレス脱水機１は、泥水の移送方向に直径を次第に拡大したスクリュー軸３と、このスクリュー軸３の外周に一定のピッチで設けられた、直径が一定のスクリュー羽根４とによって構成されたスクリュー２を、その外周に設けた直円筒状のパンチングメタル６からなるケーシング５内に収容して構成されているものである。
【００２７】
前記スクリュー軸３の一端（図１の左端側）には、減速機１１、変速機１２を介してモータ１３が連結され、モータ１３の低速駆動によって、スクリュー２が所定の方向に回転するものである。
【００２８】
前記ケーシング５の右端上部には、凝集処理されたフロックを供給するためのホッパー７が、また、スクリュー軸３の下方には、脱水によって生じた濾液を受けるための濾液受部８が設けられ、そのほゞ中央に排出口９が形成されている。
【００２９】
なお、スクリュー軸３の左端には、スクリュー２によって移送されたフロックの圧縮程度を調整するための、テーパーコーン１０ａを有する出口開度調製機構１０が設けられている。
【００３０】
本発明に使用するスクリュープレス脱水機１は、スクリュー２を構成しているスクリュー軸３の径が移送方向に次第に拡径することによって、直径が一定のケーシング５との間で形成される容積を、出口に向かうほど小さくなるよう形成すると共に、スクリュー軸３の長さ（Ｌ）に対する、スクリュー羽根４の直径（Ｄ）の比（Ｌ／Ｄ）を５以下として、従来のスクリュープレス脱水機に比べて著しい短胴型の構造を有しているものである。
【００３１】
この構造のスクリュープレス脱水機１は、以下のとおり機能する。
工事現場などから排出された泥水を、たとえば、前記図２に示した、外周に多数の攪拌送り羽根２３，２３・・・を有する左右一対のパドル軸２４ａ，２４ｂを、その攪拌送り羽根２３，２３・・・を互いに噛み合わせながら、相反方向に回転するよう設けたパドル型凝集反応槽２１に供給し、該泥水にカチオン性高分子凝集剤と、アニオン性高分子凝集剤の両者で構成することによって、カチオンとアニオンの両方の性質を備え、かつ水溶性塩の加えられた脱水剤を添加し、多数の攪拌送り羽根２３，２３・・・によって、攪拌混合された泥水はフロックを形成する。
【００３２】
かくして得られた含水フロック（凝集スラッジ）は、図１に示すスクリュー脱水機１のホッパー７から脱水機１の内部に供給され、スクリュー羽根４，４・・・によって、径の小さな供給側から次第に径が大きい出口側に送られ、その途中において、フロック中に含まれる水分が脱水されるものである。
【００３３】
より詳しくは、図１のａの区間において、主として濾過による固液分離が行なわれ、ついで、区間ｂにおいて、フロックを低圧で圧縮しつゝ脱水し、区間ｃにおいて中圧による圧縮と脱水が行われる。さらに、区間ｄにおいて、高圧の圧縮により水分を強力に絞り出しながら脱水によって得られるケーキを、スクリュー軸３の末端外周とケーシング５との間の出口開度調整機構１０に設けたテーパーコーン１０ａの間を通して、機外に排出するものである。
【００３４】
この脱水によって生じた濾液は、ケーシング５のパンチングメタル６に設けた多数の小孔から下方に流下し、濾液受部８に集められ、排出口９から外部に排出される。
【００３５】
【作用】
本発明の泥水の脱水処理方法は、カチオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤および水溶性塩からなる脱水剤によって形成されたフロック（凝集スラッジ）を、スクリュープレス脱水機に導き、スクリュー羽根の送り作用によって移送と同時に、脱水処理するに際し、スクリュープレス脱水機のスクリュー軸の長さ（Ｌ）に対するスクリュー羽根の直径（Ｄ）の比がＬ／Ｄが、５以下のものを使用することによって、きわめて短い処理時間で高い脱水率でケーキが得られるものである。
【００３６】
その理由は、比重が１．２以上の泥水の処理に際し、カチオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤および水溶性塩からなる脱水剤を使用して、強固なフロックを形成させているので、水分の多い凝集スラッジに比較して僅かな加圧で脱水でき、フッロクを破壊することなく脱水処理できる。特に、工事現場等から排出される無機質の泥水においては顕著な脱水処理を可能とするものである。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明の泥水の脱水処理方法を、実施例及び比較例によってより具体的に説明する。
＜実施例１＞
カチオン性高分子凝集剤として、コロイド当量値が３．０ｍｅｑ／ｇの２−メタクリロイルオキシメチルトリメチルアンモニウムクロライド−アクリルアミド共重合体９０ｇ、カチオン性高分子凝集剤として、コロイド当量値が−２．７ｍｅｑ／ｇのアクリル酸ナトリウム−アクリルアミド共重合体１０ｇ、及び水溶性塩として塩化ナトリウム１ｋｇを２０リットルの蒸留水に溶解した。
この溶解液を脱水剤として、推進工法によって生じたシルト分を主として含み、砂分及び粘土分を、それぞれ少量含有する比重１．５の高濃度の泥水１００リットルに添加し、図２に示すパドル型凝集反応槽２１において、攪拌し、凝集させた。このパドル型凝集反応槽２１から取り出した凝集物を、図１に示すスクリュー軸の長さ（Ｌ）に対するスクリュー羽根の直径（Ｄ）の比（Ｌ／Ｄ）が、３のスクリュープレス脱水機１により脱水した。
この脱水により、含水率が３５％の脱水ケーキを回収率９５％で得ることができた。スクリュープレス脱水機１より得られた濾水は、清澄なものであった。
【００３８】
＜比較例１＞
実施例１と同様にして、推進工法による泥水に、同じく実施例１と同じカチオン性高分子凝集剤と、カチオン性高分子凝集剤とからなる脱水剤を添加し、実施例１と同様のパドル型凝集反応槽を使用して攪拌し凝集させ、得た凝集物をスクリュー軸の長さ（Ｌ）に対するスクリュー羽根の直径（Ｄ）の比（Ｌ／Ｄ）が、６のスクリュープレス脱水機によって脱水した。この脱水により、含水率が３３％の脱水ケーキを得たが、含水率の向上は殆ど見られず、回収率がやや悪化した。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の泥水の脱水処理方法は、比重１．２以上の泥水の脱水処理に際し、まず、工事現場などから排出された泥水に、カチオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤および水溶性塩からなる脱水剤を添加して、攪拌凝集させて強固なフロックを形成し、得た含水フロックを、スクリュー軸の長さ（Ｌ）に対するスクリュー羽根の直径（Ｄ）の比（Ｌ／Ｄ）が、５以下のスクリュープレス脱水機を使用して脱水するため、フロック中に含まれる水分が少なく、かつフロック自体が強固で、わずかな加圧によって、効率的に脱水処理をすることができるものである。
【００４０】
特に、この発明の泥水の処理方法においては、カチオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤および水溶性塩からなる脱水剤によって形成されたフロックは、強固で、わずかな加圧によって効果的に脱水処理でき、スクリュー部の長さ（Ｌ）／直径（Ｄ）比が５以下のスクリュープレス脱水機で脱水することによって、きわめて短い時間で、良好な脱水率によるケーキの生成と、分離水に随伴して流出するケーキの量を、可及的少なくしてケーキの回収率を向上させると共に、分離水の澄明度を顕著に向上させることができる。
【００４１】
この発明の泥水の処理方法は、土木工事や建設工事などで排出される泥水のほか、下水、し尿、生活廃水及びその他の各種産業排水によって生ずる、有機汚泥からなる泥水等の比重１．２以上の、高濃度の泥水に適用して優れた脱水の威力を発揮し、きわめて高い有用性を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の泥水の処理方法に使用するスクリュープレス脱水機の一例を示す縦断面図である。
【図２】  この発明の泥水の処理方法における泥水の攪拌凝集に使用するパドル型凝集反応槽の分解斜視図である。
【符号の説明】
１            スクリュープレス脱水機
２              スクリュー
３              スクリュー軸
４              スクリュー羽根
５              ケーシング
６              パンチングメタル
７              ホッパー
８              濾液受部
９              排出口
１０            出口開度調整機構
１１            減速機
１２            変速機
１３            モータ
Ｌ              スクリュー軸の長さ
Ｄ              スクリュー羽根の直径
２１            パドル型凝集反応槽
２２            装置本体
２３            攪拌送り羽根
２４ａ，２４ｂ  パドル軸
２５           モータ
２６          ギア
２７          排泥管
２８          オーバーフロー部
２９          蓋体
３０，３１     供給管
【図１】
0003721852.tif 000002
【図２】
0003721852.tif 000003