(57)【要約】【課題】高い凝集効果によって安定した処理水の濁度を維持できるとともに、併せて、濁水の処理で発生する脱水ケーキの減量化、河川等に排出されることにより魚類に影響を及ぼすおそれがある水酸化アルミニウムの低減を図ることができる濁水の処理方法を提供すること。【解決手段】土木・建設工事によって排出される濁水の処理方法において、前記濁水に、該濁水のｐＨ値に応じて、粘土系粒子に対して高い凝集効果を示す水溶性カチオンポリマー（Ａ）と、カルシウムを含む粒子に高い凝集効果を示す水溶性カチオンポリマー（Ｂ）とを、それぞれ添加割合を変えて添加した後、高分子凝集剤を添加してスラリー化した濁水中の懸濁粒子を、脱水して脱水ケーキとして回収する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
土木・建設工事によって排出される濁水の処理方法において、前記濁水に、該濁水のｐＨ値に応じて、粘土系粒子に対して高い凝集効果を示す水溶性カチオンポリマー（Ａ）と、カルシウムを含む粒子に高い凝集効果を示す水溶性カチオンポリマー（Ｂ）とを、それぞれ添加割合を変えて添加した後、高分子凝集剤を添加してスラリー化した濁水中の懸濁粒子を、脱水して脱水ケーキとして回収することを特徴とする濁水の処理方法。
【請求項２】
濁水のｐＨ値が、予め定めた範囲にある時に前記水溶性カチオンポリマー（Ａ）及び水溶性カチオンポリマー（Ｂ）を予め定めた添加割合で、予め定めた範囲より低い時に水溶性カチオンポリマー（Ａ）を単独で、予め定めた範囲より高い時に水溶性カチオンポリマー（Ｂ）を単独で、それぞれ添加することを特徴とする請求項１記載の濁水の処理方法。
【請求項３】
水溶性カチオンポリマー（Ａ）が、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートの４級アンモニウム塩のホモ−若しくはコポリマーから選ばれた水溶性カチオンポリマーであることを特徴とする請求項１又は２記載の濁水の処理方法。
【請求項４】
水溶性カチオンポリマー（Ｂ）が、ジアルキルジアリルアンモニウム塩のホモ−若しくはコポリマーから選ばれた水溶性カチオンポリマーであることを特徴とする請求項１、２又は３記載の濁水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、濁水の処理方法に関し、特に、土木・建設工事によって排出される濁水の処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、土木・建設工事によって排出される濁水の処理に当たっては、一般的に、凝集剤として、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）等の無機凝集剤及び高分子凝集剤が併せて使用されている。
ところで、濁水の性状は、工事の種類や現地の地質、さらには、工事の進捗状況等によって大きく異なり、凝集剤を一律に使用するだけでは、必ずしも最適の凝集効果が得られるとは限らず、処理水の濁度が大きくなり、処理水の放流に支障を来すことがあった。
また、この濁水の処理で発生する脱水ケーキ（無機凝集剤として用いられるＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）等から生成される水酸化アルミニウムを含む。）は、一般的に産業廃棄物として処理されるため、その減量化が要請されている。
また、無機凝集剤として用いられるＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）等から生成される水酸化アルミニウムは、河川等に排出されることにより魚類に影響を及ぼすおそれがあることが指摘されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、土木・建設工事によって排出される濁水の処理に、凝集剤として無機凝集剤及び高分子凝集剤を併せて使用する従来の濁水の処理方法の有する問題点に鑑み、高い凝集効果によって安定した処理水の濁度を維持できるとともに、併せて、濁水の処理で発生する脱水ケーキの減量化、河川等に排出されることにより魚類に影響を及ぼすおそれがある水酸化アルミニウムの低減を図ることができる濁水の処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するため、本発明の濁水の処理方法は、土木・建設工事によって排出される濁水の処理方法において、前記濁水に、該濁水のｐＨ値に応じて、粘土系粒子に対して高い凝集効果を示す水溶性カチオンポリマー（Ａ）と、カルシウムを含む粒子に高い凝集効果を示す水溶性カチオンポリマー（Ｂ）とを、それぞれ添加割合を変えて添加した後、高分子凝集剤を添加してスラリー化した濁水中の懸濁粒子を、脱水して脱水ケーキとして回収することを特徴とする。
【０００５】
この場合において、濁水のｐＨ値が、予め定めた範囲にある時に前記水溶性カチオンポリマー（Ａ）及び水溶性カチオンポリマー（Ｂ）を予め定めた添加割合で、予め定めた範囲より低い時に水溶性カチオンポリマー（Ａ）を単独で、予め定めた範囲より高い時に水溶性カチオンポリマー（Ｂ）を単独で、それぞれ添加することができる。
【０００６】
また、水溶性カチオンポリマー（Ａ）として、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートの４級アンモニウム塩のホモ−若しくはコポリマーから選ばれた水溶性カチオンポリマーを用いることができる。
【０００７】
また、水溶性カチオンポリマー（Ｂ）として、ジアルキルジアリルアンモニウム塩のホモ−若しくはコポリマーから選ばれた水溶性カチオンポリマーを用いることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の濁水の処理方法によれば、土木・建設工事によって排出される濁水に、該濁水のｐＨ値に応じて、粘土系粒子に対して高い凝集効果を示す水溶性カチオンポリマー（Ａ）と、カルシウムを含む粒子に高い凝集効果を示す水溶性カチオンポリマー（Ｂ）とを、それぞれ添加割合を変えて添加することにより、粘土系粒子に対しては水溶性カチオンポリマー（Ａ）が、また、セメント由来のカルシウムを含む粒子に対しては水溶性カチオンポリマー（Ｂ）が有効に作用して、必要最小限の有機凝結剤の使用により、濁水中の懸濁粒子の一次フロック化を行い、さらに、高分子凝集剤による架橋フロック化と相俟って、高い凝集効果を実現することができる。
これにより、安定した処理水の濁度を維持できるとともに、併せて、濁水の処理で発生する脱水ケーキの減量化（無機凝集剤として用いられるＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）等から生成される水酸化アルミニウムのゼロ化による減量化を含む。）、河川等に排出されることにより魚類に影響を及ぼすおそれがある水酸化アルミニウムの低減又はゼロ化を図ることができる。
【０００９】
また、濁水のｐＨ値が、予め定めた範囲にある時に前記水溶性カチオンポリマー（Ａ）及び水溶性カチオンポリマー（Ｂ）を予め定めた添加割合で、予め定めた範囲より低い時に水溶性カチオンポリマー（Ａ）を単独で、予め定めた範囲より高い時に水溶性カチオンポリマー（Ｂ）を単独で、それぞれ添加するようにすることにより、有機凝結剤の使用量を抑制しながら、濁水中の懸濁粒子の一次フロック化を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は無機凝集剤を、（ｂ）は有機凝結剤を、それぞれ使用した濁水処理のメカニズムの説明図である。
【図２】本発明の濁水の処理方法の一実施例を示す処理のフロー図である。
【図３】原水及び処理水の濁度の経時変化を示すグラフである。
【図４】有機凝結剤の使用実績を示すグラフである。
【図５】脱水ケーキの含水率を測定した結果を示すグラフである。
【図６】スラリー化した濁水のＣＳＴ試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の濁水の処理方法の実施の形態を説明する。
【００１２】
土木・建設工事、例えば、トンネル工事によって排出される濁水の処理では、図１（ａ）に示すように、一般的に、凝集剤として、無機凝集剤のＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）及び高分子凝集剤が併せて使用されている。
処理対象となる濁水は、坑内で発生する湧水がずり出し作業等によって濁水となったもの、削孔水、生コンの洗浄水等であり、それぞれの性状（浮遊物質量（ＳＳ）、ｐＨ等）は大きく異なる。
一方、濁水の性状や量が時間的に変動するため、凝集剤の添加量をきめ細かく管理することは困難であり、必ずしも最適な凝集効果が得られない場合があった。
また、一般に使用されている無機凝集剤は多量（１００ｐｐｍ〜２００ｐｐｍ）に使用されるため、残留した腐食性イオン（ＣＬ−）により水酸化アルミニウムからなる多量のスラッジが発生し、処理水は再利用に適さないものとなり、さらに、この水酸化アルミニウムは、河川等に放流されれば、魚類に影響を及ぼすことになる。
【００１３】
これに対して、無機凝集剤ＰＡＣに代えて凝結効果に優れた有機凝結剤を採用することにより、スラッジの発生を抑制でき、また、スラッジが万一放流されても魚類への影響がない。
一般に懸濁粒子は、マイナスに荷電しており、これが凝集を妨害しているため、マイナス荷電の中和（プラス荷電を持った薬剤の添加）が必要となる。有機凝結剤を採用した濁水の処理では、図１（ｂ）に示すように、有機凝結剤によってこのマイナス荷電の中和を行って、懸濁粒子の一次フロック化を行い、さらに、高分子凝集剤による架橋フロック化を行うことによって、高い凝集効果を実現することができる。
本発明においては、このような特性を有する有機凝結剤を、さらに、濁水の性状の変化に対応して種類及びその添加割合を変えることにより最適な凝集効果が得られるようにした。
【００１４】
すなわち、本発明の濁水の処理方法は、土木・建設工事によって排出される濁水に、濁水の性状の変化、より具体的には、濁水のｐＨ値に応じて、粘土系粒子に対して高い凝集効果を示す水溶性カチオンポリマー（Ａ）と、カルシウムを含む粒子に高い凝集効果を示す水溶性カチオンポリマー（Ｂ）とを、それぞれ添加割合を変えて添加することにより、濁水に含まれる粘土系粒子に対しては水溶性カチオンポリマー（Ａ）が、また、セメント由来のカルシウムを含む粒子に対しては水溶性カチオンポリマー（Ｂ）が有効に作用して、必要最小限の有機凝結剤の使用により、濁水中の懸濁粒子の一次フロック化を行うようにする。
そして、懸濁粒子の一次フロック化を行った濁水に、高分子凝集剤を添加することにより、架橋フロック化を行い、高い凝集効果を実現することができる。
このようにして、スラリー化した濁水中の懸濁粒子を、脱水して脱水ケーキとして回収するようにする。
これにより、安定した処理水の濁度を維持できるとともに、併せて、濁水の処理で発生する脱水ケーキの減量化（無機凝集剤として用いられるＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）等から生成される水酸化アルミニウムのゼロ化による減量化を含む。）、河川等に排出されることにより魚類に影響を及ぼすおそれがある水酸化アルミニウムの低減又はゼロ化を図ることができる。
【００１５】
この場合において、有機凝結剤の添加割合は、濁水のｐＨ値が、予め定めた範囲にある時には、前記２種類の有機凝結剤を予め定めた添加割合（この範囲をさらに細分化し、添加割合を変えることもできる。）で、予め定めた範囲より低い時（濁水に含まれる粘土系粒子が多い場合）には、水溶性カチオンポリマー（Ａ）を単独で、予め定めた範囲より高い時（濁水に含まれるセメント由来のカルシウムを含む粒子が多い場合）には、水溶性カチオンポリマー（Ｂ）を単独で、それぞれ添加するようにする。
これにより、有機凝結剤の使用量を抑制しながら、濁水中の懸濁粒子の一次フロック化を確実に行うことができる。
【００１６】
ここで、有機凝結剤として使用する水溶性カチオンポリマー（Ａ）には、濁水に含まれる粘土粒子に対して有効に機能する、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートの４級アンモニウム塩のホモ−若しくはコポリマーから選ばれた水溶性カチオンポリマーが用いられる。
この４級アンモニウム塩は、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート又はジエチルアミノエチル（メタ）アクリレートのような対応する３級アミンに、塩化メチル、塩化エチル、これらに対応する臭化物若しくはヨウ化物のような４級化剤を反応させて得られる。
コポリマーの場合、単独若しくは合計して４０モル％、好ましくは３０モル％までのアクリルアミド及びそのＮ−置換体、アクリル酸及びその水溶性塩を含んでいる二元あるいは三元共重合体が好ましい。
【００１７】
また、水溶性カチオンポリマー（Ｂ）には、濁水に含まれるセメント由来のカルシウムを含む粒子に対して有効に機能する、ジアルキルジアリルアンモニウム塩のホモ−若しくはコポリマーから選ばれた水溶性カチオンポリマーが用いられる。
具体的には、メチルジアリルアミン及びエチルジアリルアミンのようなアルキルジアリルアミンに上記の４級化剤を反応させて得られるジアルキルジアリルアンモニウム塩のホモ−又はコポリマーを用いることができる。
コポリマーの場合には、単独若しくは合計して４０モル％、好ましくは３０モル％までのアクリルアミド及びそのＮ−置換体、アクリル酸及びその水溶性塩を含んでいる二元あるいは三元共重合体が好ましい。
【００１８】
また、高分子凝集剤には、従来汎用されている高分子凝集剤を広く使用することができ、例えば、ポリ（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸と（メタ）アクリルアミドの共重合物、及び、それらのアルカリ金属塩等のアニオン系有機高分子凝集剤、ポリ（メタ）アクリルアミド等のノニオン系有機高分子凝集剤、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート若しくはその４級アンモニウム塩、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド若しくはその４級アンモニウム塩等のカチオン性モノマーからなるホモポリマー、及び、それらカチオン性モノマーと共重合可能なノニオン性モノマーとの共重合体等のカチオン系有機高分子凝集剤を好適に使用することができる。
なお、高分子凝集剤の添加量には、特に限定はなく、濁水の性状に応じて調整すればよいが、処理する濁水に対して概ね固形分で１〜１００ｍｇ／Ｌを添加するようにする。
【００１９】
次に、本発明の濁水の処理方法を、図２に示す、トンネル工事によって排出される濁水（図においては、「原水」と記載。）の処理に適用した例に基づいて説明する。
トンネル工事によって排出される濁水の性状（浮遊物質量（ＳＳ）、ｐＨ等）は、工事の進捗状態等によって大きく異なる。
このため、濁水の性状、具体的には、濁水のｐＨ値をリアルタイムで測定し、濁水のｐＨ値に応じて、有機凝結剤として、水溶性カチオンポリマー（Ａ）と、水溶性カチオンポリマー（Ｂ）とを、それぞれ添加割合を変えて自動添加するようにしている。
トンネル工事によって排出される濁水のうち、削孔水は粘土系粒子が主体となり、一方、生コン洗浄水はセメント由来のカルシウム、砂、採石粒子が主体となる。
使用する有機系凝集剤は、カチオン密度が高く、荷電中和量が強いため、少量の添加量で有効にコロイド粒子の荷電中和作用を発揮する。特に、水溶性カチオンポリマー（Ａ）は粘土系粒子に対して、水溶性カチオンポリマー（Ｂ）はカルシウムを含む粒子に対して、それぞれ高い凝集効果を示す。
したがって、濁水の性状に応じて選択することで、安定した処理水質が期待できる。
【００２０】
有機凝結剤の添加割合は、具体的には、添加割合の制御に当たって閾値として用いる濁水のｐＨ値が、予め定めた範囲にある時（本例では、１１．３＜ｐＨ≦１１．５）には、前記２種類の有機凝結剤を予め定めた添加割合（本例では、１％水溶液を基準として、５０：５０（この範囲をさらに細分化し、添加割合を変えることもできる。））で、予め定めた範囲より低い時（濁水に含まれる粘土系粒子が多い場合）（本例では、ｐＨ≦１１．３）には、水溶性カチオンポリマー（Ａ）を単独で、予め定めた範囲より高い時（濁水に含まれるセメント由来のカルシウムを含む粒子が多い場合）（本例では、ｐＨ＞１１．５）には、水溶性カチオンポリマー（Ｂ）を単独で、それぞれ添加するようにする。
【００２１】
このように有機凝結剤を添加することにより、濁水中の懸濁粒子の一次フロック化を行った濁水に、凝集反応槽１２において高分子凝集剤を添加することにより、架橋フロック化を行うようにする。
この高分子凝集剤による凝集処理の適正な凝集条件は、ｐＨが中性付近であるため、本例では、炭酸ガス中和装置を用いて凝集反応槽１２のｐＨを調整するようにしている。
【００２２】
凝集反応槽１２においてスラリー化された濁水中の懸濁粒子は、スラリー引抜ポンプ１６を用いてスラリー槽１７に送り、その後、スラリー圧入ポンプ１８により、フィルタープレス等の脱水機２０に送って脱水ケーキとして回収するようにする。
【００２３】
次に、上記有機凝結剤の添加割合に従って、自動運転でトンネル工事によって排出される濁水の連続処理を行った結果について説明する。
図３に、原水及び処理水の濁度の経時変化を示す。
図３に示すように、原水の濁度は大きく変動し、最大５００ｐｐｍに達したが、処理水の濁度は安定して１０ｐｐｍ以下（放流基準：７０ｐｐｍ）を満たした。
図４に有機凝結剤の使用実績を示す。有機凝結剤の使用量は、日単位での計量結果である。概ね処理流量に合わせて有機凝結剤の使用量は変化しているが、有機凝結剤（薬剤Ａ、薬剤Ｂ）の添加割合は、細かく変化しているのがわかる。
【００２４】
次に、無機凝集剤（ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム））を使用した場合と、有機凝結剤を使用した場合とで、濁水を処理した際に発生する脱水ケーキの表面の状態にあまり差異は認められなかったが、それらの切断面の水分量には明らかな差があった。
図５に、脱水ケーキの含水率を測定した結果を示す。
図５に示すように、無機凝集剤を使用した場合の切断面の水分量が平均４１．４％であるのに対して、有機凝結剤を使用した場合（本システム）の切断面の水分量は平均３６．５％であり、含水率にして約５％、体積にして約１０％低減することができることがわかった。
含水比の低減により、圧縮強度やコーン指数等の向上が期待でき、盛土材等への再利用が期待できる。
【００２５】
次に、スラリー化した濁水（以下、「スラリー」という。）を用いて、フィルタープレスにおける脱水性の目安となる濾布への浸透性をＣＳＴ試験で測定した。本試験は、濾布をスラリーに浸し、スラリー中の水分が一定距離を浸透するのに要する時間を測定するものである。測定された時間が短いほど、脱水性がよいと判断できる。
図６に、ＣＳＴ試験の結果を示す。
攪拌時点における希釈状態での値と、沈降後の濃縮状態の値を測定した。濃度にかかわらず、無機凝集剤を使用した場合よりも有機凝集剤を使用した場合の方が浸透時間が約３割短く、浸透性が高い。これより、有機凝集剤を使用することで脱水時間を大幅に短縮できることが確認できた。
【００２６】
本発明の濁水の処理方法を、トンネル工事によって排出される濁水の処理に適用した結果をまとめると、以下のとおりとなる。
１．濁水の性状にかかわらず、安定して濁度１０ｐｐｍ以下の処理を行える。
２．脱水ケーキを約１０％減容化できる。その結果、脱水ケーキを廃棄する場合、その総量を低減でき、環境負荷を低減できる。
３．脱水ケーキの含水率が約５％低減できる。その結果、脱水ケーキの強度が向上し、盛土材等への再利用ができ、一層、環境負荷を低減できる。
４．脱水時間を約３割短縮でき、効率的に濁水処理を行える。
以上のような特徴より，本発明の濁水の処理方法は、合理的でコストの低廉化及び環境負荷の低減に寄与できる技術であることが確認できた。
【００２７】
以上、本発明の濁水の処理方法について、その実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の濁水の処理方法は、高い凝集効果によって安定した処理水の濁度を維持できるとともに、併せて、濁水の処理で発生する脱水ケーキの減量化、河川等に排出されることにより魚類に影響を及ぼすおそれがある水酸化アルミニウムの低減を図ることができることから、濁水中の懸濁粒子にセメント由来のカルシウムを含む粒子が含まれることが多い土木・建設工事によって排出される濁水の処理の用途に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１２  凝集反応槽
１６  スラリー引抜ポンプ
１７  スラリー槽
１８  スラリー圧入ポンプ
２０  脱水機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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