(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生コンクリートの混練設備や残存した生コンクリートの処理工程から排出されるセメントを含んだスラッジ水を脱水機によって処理する方法において、前記スラッジ水が電解処理することによってスラッジ水に含まれる混和剤の形態を変える電解工程を経て脱水機へ送られることを特徴とする生コンクリートスラッジ水の脱水処理方法。
【請求項２】
前記電解工程を実施する前工程として、電極間を流れる電流値の変動パターンによってセメントの活性度を測定する工程を備えていることを特徴とする請求項1記載の生コンクリートスラッジ水の脱水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
生コンクリートの混練設備や残存した生コンクリートの処理工程から出る濁水等から、砂利及び砂等の骨材を回収した後に排出されるセメント分を含んだ生コンクリートスラッジ水（以下、スラッジ水という）の脱水機による脱水処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セメント分を含んだスラッジ水の処理方法の一つとして、スラッジ水の発生直後にフィルタープレス機等の脱水機で脱水した後、脱水ケーキを固化させ安定な硬質状態にする方法があり、脱水処理で発生する濾過水は、練り水や設備の洗浄水として循環再利用される他、一部環境中へ放流されることもある。
ところで、生コンクリートの製造工程では混練り状況あるいは生コンクリートの使用場面に応じて、生コンクリートの流動性をよくするためにAE剤、減水剤、AE減水剤、高性能AE減水剤等と呼ばれるコンクリート用化学混和剤を、随時選択し混練り材料に添加している。そのため洗浄工程や残存した生コンクリートの処理工程より出る濁水等から、砂利及び砂等の骨材を回収した後に排出されるスラッジ水にも少なからずコンクリート用化学混和剤が１種または数種類混入している。
【０００３】
このコンクリート用化学混和剤はスラッジ水中のセメント粒子に吸着、あるいはスラッジ水中に分散しており、脱水工程において脱水機の濾布を目詰まりさせ、脱水速度を低下させるだけでなく、固く絞ることを困難にし脱水ケーキの固化後の圧縮強度を低下させる一因となっている。特に、脱水後のケーキを硬質状態にする目的でセメント分が活性度を維持している状態内で脱水処理する際において大きく影響すると考えられている。
脱水後のケーキを硬質状態にする目的でスラッジ水中のコンクリート用化学混和剤を処理する方法としては、特許第2689216号公報に開示されたものが知られている。この方法は発生直後のスラッジ水に対しエアーを吹き込み、気泡と共にコンクリート用化学混和剤を液面へ浮上させるもので、浮上分離したコンクリート用化学混和剤を回収手段によって除去することで脱水工程におけるスラッジ水の脱水効率を上げるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記生コンクリートスラッジ水中にエアーを吹き込む方では、コンクリート用化学混和剤が脱水機に持込まれると、濾布を目詰まりさせ脱水速度を低下させる原因になることから、脱水工程前にコンクリート用化学混和剤を取除く操作を必用とし、その結果回収したコンクリート用化学混和剤を別途処理する操作が生じる等、必ずしも簡便な方法とは言えない。また、コンクリート用化学混和剤の内、主に取り込んだ空気の微細な泡で流動性を出すタイプのAE剤の浮上分離についてはある程度の効果が認められるが、セメント粒子の界面に吸着して粒子間の静電気的な反発作用を発生させて流動性を出すタイプの減水剤、AE減水剤及び高性能AE減水剤に対しては吹き込んだエアーによる分離作用が弱いため、これらのコンクリート用化学混和剤が混入していると、脱水機の濾布を目詰まりさせ脱水速度を低下させる等、特にスラッジ水の発生から数時間内で脱水処理する場合は必ずしも十分な効果が出ていなかった。
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、セメント分を含んだスラッジ水から硬質状態のケーキを得るための脱水機による脱水工程の前処理手段において、コンクリート用化学混和剤を分離除去する操作を経ることなく、脱水機の濾布の目詰まりを防止することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記事情に鑑み、脱水機による脱水工程の前処理手段において、スラッジ水中のコンクリート用化学混和剤の処理方法について鋭意研究した結果、スラッジ水中のコンクリート用化学混和剤の処理に電解処理が有効であること、更には、スラッジ水に対し特定の金属材料で構成した電極を用いて電圧を印加した際、セメント分の活性度が持続している場合に特徴的な電流値の変動パターンを示すことを見出し本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、生コンクリートの混練設備や残存した生コンクリートの処理工程から排出されるセメントを含んだスラッジ水の脱水機による脱水工程の前処理方法において、少なくとも対向する一対の電極を備える電解処理槽にてスラッジ水を電解処理し、該スラッジ水に混入したコンクリート用化学混和剤のスラッジ水中での形態あるいは挙動を変化せしめ、コンクリート用化学混和剤を分離除去することなく直ちに脱水処理する方法であり、少なくとも処理対象のスラッジ水中のセメント分が活性度を持続している状態内で、前記電解処理を実施することを特徴とするスラッジ水の脱水処理方法に関し、更には、前記スラッジ水中のセメント分の活性度が、陽極及び陰極とから構成される一対の電極の内、少なくとも陽極がアルミニウムを含有する材質からなる検出方法で測定されるものであることを特徴とする。
【０００６】
電解処理によるコンクリート用化学混和剤に対する作用機構は解明されていないが、電解処理によってスラッジ水中のコンクリート用化学混和剤を分離除去する工程を経ずに直ちに脱水処理できる理由としては、スラッジ水中に分散するコンクリート用化学混和剤が、アルカリ条件下において電気的な酸化還元反応を受け、その分子形態あるいは挙動が変化し脱水機の濾布に対する負荷が低減したこと、更に、電解処理による通電効果あるいはコンクリート用化学混和剤の作用が消失することで、スラッジ水中のセメント粒子が本来から持っている凝集効果が回復し、結果として微細で分散したセメント粒子のフロック化が進行し、脱水効率が高まったこと等が考えられる。
また、スラッジ水中のセメント分が活性度を保維持している状態内で本発明を実施した場合の効果が顕著であることから、電解処理が単にコンクリート用化学混和剤に作用しただけでなく、含有するセメント分の複雑な固化反応あるいは中間反応物へ作用したとも考えられる。
本発明に係るスラッジ水の電解処理では、スラッジ水に含まれるセメント分に自硬性があることから、電解処理槽の内壁、電極等への固着防止のため、処理中にスラッジ水を淀みなく流動させる。また、処理後にコンクリート用化学混和剤をスラッジ水に巻き込んだ状態で脱水工程へ移送することからも積極的にスラッジ水を流動させた方がよい。
流動させる手段としては、ポンプでスラッジ水を循環させるか撹拌羽で撹拌してもよく、これらを組み合わせて使用することもできる。また、電極を羽状としてスラッジ水の撹拌に用いるともできる。
【０００７】
更に、スラッジ水槽から高圧ポンプを用い脱水機に送り込む工程で、密閉状態となした電解処理槽を高圧ポンプと脱水機の間に配置し、ポンプ輸送する過程で処理することで一層の設備の簡略化ができる。
処理後は電解処理槽の内壁、電極の付着物を取除くための手段を講じる。付着物を取除くための手段としては散水装置による洗浄あるいは清水注水による浸漬等をあげることができる。
本発明で使用する電解処理用の電極は、材質、形状及び大きさの制限はなく、作用効果、コスト、使用条件等を考慮し選定される。電極の材質としては、白金、アルミニウム、鉄、マグネシウム合金、亜鉛、銅等の金属系材料及び炭素棒等があげられ、陽極と陰極は同じ材質を一対の電極として使用しても、異なる材質を組合せ一対の電極として使用してもよい。
電解処理では、電極に固形物が析出し電気抵抗が増加し易いことから、随時極性反転の制御を行うことが好ましい。また、極性反転による電極洗浄に関しては、電解処理用の電極以外に洗浄時に使用する補助電極を電解処理用電極に対向するように配置し、該補助電極と電解処理用の陽極及び陰極の両電極との間に電圧を印加することで電解処理用の電極を洗浄することもできる。
本発明に係るスラッジ水に含まれるセメント分の活性度の測定は、本発明者が見出した検出方法を用いる。該検出方法の基本構成は、陽極及び陰極とから構成される一対の電極の内、少なくとも陽極がアルミニウムを含有する材質からなる検出用電極と電圧印加用の電源装置と電流値のモニターからなる。
【０００８】
前記検出方法の活性度の検出機構については未だ不明点もあるが、陽極に用いるアルミニウム電極は水酸化ナトリウムあるいは水酸化カルシウム等のアルカリ溶液中で電圧を印加した場合、直ちに不動態化現象に起因すると考えられる電流値の急激な低下を示す。この電流値の低下現象はアルカリ溶液であるセメント分を含んだスラッジ水にも認められたが、唯一、セメント分の活性度が持続しているスラッジ水にのみアルミニウム電極を用いた場合でも電流値の急激な低下が認められないことを見出し、セメント分の活性度を測定する方法として発展させたものである。
前記検出方法で使用する電極は電流値の変動パターンを測定できる形態であればよく、形状、大きさ、電極間距離には特に制限はない。また、本発明の電解処理を行う電極にセメント分の活性度の検出用電極を兼ねさせることも可能である。前記検出方法で使用する電圧は定電圧が好ましく、また、直流電流が好ましい。また、電流値の変動パターンは、電圧印加直後から２分以内の電流値の変化を測定すればよく、通常は電圧印加直後からの経過時間として２〜30秒間の電流値の変化を測定すれば十分である。
前記検出方法が対象とするスラッジ水の水素イオン濃度はpH９以上が好ましい。前記検出方法による活性度の測定個所は、電解処理槽あるいは電解処理槽以前の貯留槽及び配管内等が挙げられ、また、前記測定個所に常設し使用しても必要時に携帯して使用することも出来る。
【０００９】
前記検出方法による活性度の測定は本発明の電解処理を実施する毎に、あるいはスラッジ水の発生サイクル及び脱水ケーキの固化状況に応じて適宜実施することもできる。尚、本発明の電解処理を実施する毎に活性度の測定を実施する場合は、電流値の変動パターンを基にセメント分の活性度を判定する制御装置と電解処理用の電源装置を連動させ、前記制御装置からの出力信号によってスラッジ水の電解処理の実施、不実施を制御してもよい。
本発明を実施することで、スラッジ水中のコンクリート用化学混和剤を分離回収する手段を経ることなく、該コンクリート用化学混和剤をスラッジ水に巻き込んだ状態で直ちに脱水処理できるため設備が簡略化される。更に、スラッジ水中のセメント分の活性度の有無を時間的な判断ではなく、実際の状態として管理することが可能になり、脱水ケーキを硬質状態にする上で有効である。
本発明で示すスラッジ水におけるコンクリート用化学混和剤及びセメント分の活性度の測定方法はこれまで知られていない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、図を参照し本発明の実施の形態を説明する。尚、これによって本発明が限定されるものではない。
図１は、本発明の実施例を説明するためのスラッジ水の処理工程の概略図であり、本概略図では、電解処理槽内にセメント分の活性度の検出用電極を設けている。
電解処理工程は、スラッジ水の取入れ口7及びスラッジ水の取出し口 8を備えた電解処理槽2と、電解処理槽内に配置される陽極11及び陰極12とから構成された電解処理用の電極と、該電極に定電圧を印加する電源装置6と、陽極9及び陰極10とから構成されるセメント分の活性度検出用電極と、該活性度検出用電極に定電圧を印加し電流値の変動パターンをモニターする活性度検出用電源装置4及び電流値の変動パターンを認識しセメント分の活性度として出力する制御装置5とからなっている。
スラッジ水槽1中のスラッジ水はスラッジ水取入れ口７から電解処理槽2内に取込まれ、続いてセメント分の活性度検出用電極9、10及び活性度検出用電源装置4によって電圧印加時の電流値が測定される。更に、制御装置5によってセメント分の活性度の有無が判定され、判定結果は電解処理を行う電源装置6へ出力される。この時、十分なセメント分の活性度があると出力された場合、スラッジ水に対し５V〜１００V程度の電圧を印加して電解処理を実施する。次いて取出し口8から脱水工程に移送され脱水機3で脱水処理される。また、セメント分の活性度がないと出力された場合、電解処理槽2に入ったスラッジ水は、電解処理されずにそのまま取出し口8から脱水工程に移送され脱水機3で脱水処理される。
【００１１】
尚、セメント分の活性度の測定及び制御装置6からの出力は脱水処理する度に行う必要はなく、状況に応じて電解処理を実施する上で補助的に用いることもできる。更に、電解処理終了後は、セメント分の固着を防止するために電解処理槽内に清水を注水し電極等を浸漬洗浄する。この時、固着物を取除くために電極間に電圧を印加すると洗浄効果が高い。
ところで、セメント分の活性度が低くなったスラッジ水に対し本発明の電解処理を実施した場合でも脱水速度の改善が見られるが、活性度の低いスラッジ水は電解処理を実施せずとも活性度が十分に残存しているスラッジ水に比べ脱水工程での脱水速度が早くなる傾向があり、結果として本発明の電解処理のメリットが小さくなる。
本発明の実施形態では、セメント分の活性度の検出方法として陽極9をアルミニウム板及び陰極10を鉄板とした活性度検出用電極を用い、電極間に例えば６０Vの電圧を印加し、電圧印加直後からの電流値の変動パターンで活性度の有無を測定できる。この時、セメント分の活性度に応じて電流値の変動パターンは図２−(A)、図２−(B)、図２−(C)に代表されるような形となる。セメント分の活性が十分残存している場合の電流値の変動パターンは図２−(B) のように電流値はほぼ一定か図２−(A)のような上昇傾向を示す。一方、活性度が低下している場合の電流値の変動パターンは図２−(C)のように電圧印加直後から急激な低下傾向を示す。従って、少なくとも電流値の変動パターンが図２−(C)のように急激な低下傾向を示す場合には、セメント分の活性度が脱水ケーキを硬質状態にするには乏しいため、本発明の電解処理を実施せずに脱水工程に移送すればよい。
本発明を実施することで、処理後の脱水ケーキを圧縮強度8N／mm2以上の硬質状態にすることが可能となる。
【００１２】
【実施例】
以下、実施例で本発明を説明する。
（実施例１）陽極に厚さ３ｍｍのアルミニウム板（浸漬面積：80×50mm）、陰極に厚さ３ｍｍの鉄板（浸漬面積：80×50mm）から構成され、陽極及び陰極の電極間隔６cmのセメント分の活性度検出用電極を作成した。また、電極間に６０Vの定電圧を印加する電源装置及び電流計をつなぎ試験に用いた。尚、活性度検出用電極は試験毎に極性反転を行い電極の洗浄を行った。
試料は普通ポルトランドセメント１重量部に対し砂３重量部、水0.5重量部、コンクリート用化学混和剤（AE減水剤、商品名「ポゾリス78S」）0.015重量部の生コンクリートを調整し、調整後３時間経過した生コンクリートに対し重量比で約５倍量の水を加えて作成したセメント分を含んだスラッジ水をモデルとして使用した。尚、モデルのスラッジ水は撹拌機で撹拌しておき、随時1000CC宛てをアクリル板で製作したL160×W120×H120mmの水槽に取り試験に用いた。
図３は前記スラッジ水作成から１時間、５時間、１５時間、２５時間経過したものに対して電圧を印加してから２分間の電流値の変動パターンを示したグラフである。図３から分かるように作成から１時間及び５時間経過したスラッジ水の電流値は上昇傾向を示すのに対して、１５時間、２５時間経過したスラッジ水は電流値の低下が見られた。また、各経過時間のスラッジ水から固形分を集めて固化状況を確認したところ、スラッジ水作成から１時間、５時間経過したものについては十分な固化活性が残存していた。
【００１３】
（実施例２）実施例１で示したセメント分の活性度検出用電極を用い、生コンクリート製造工場のスラッジ水槽から採取したスラッジ水（固形分濃度約６％、スラッジ水発生後からの経過時間不明）及び同工場のミキサー車洗車過程から採取したスラッジ水（固形分濃度約５％）に対して活性度の測定を試みた結果を図４に示す。図４に示されるようにミキサー車洗車過程から採取したスラッジ水の電流値の変動パターンは上昇傾向を示し、スラッジ水槽から採取したものは電流値の変動パターンが低下傾向を示した。更に、それぞれのスラッジ水に脱水処理を施し固形分を回収し固化状況を確認したところ、ミキサー車洗車過程より採取したスラッジ水から得られたケーキには十分な強度が残存していた。
実施例１、実施例２から本発明で示すセメント分の活性度の検出方法は、脱水後のケーキを硬質状態にする目的で脱水処理する際、スラッジ水の状態を管理する手段として有効であることが分かった。
【００１４】
（実施例３）アクリル板で製作したL160×W120×H120mmの水槽に陽極及び陰極に厚さ３ｍｍのアルミニウム板（浸漬面積：80×50mm）を電極間隔６cmで配置したスラッジ水中のコンクリート用化学混和剤処理用の電解処理槽を作成した。また、電極間に６０Vの定電圧を印加する電源装置及び電流計をつなぎ試験に用いた。
試料は実施例１と同様にスラッジ水モデルを作成し、作成後１時間経過したスラッジ水1000CC宛てについて電圧印加時間を１分、２分、５分、１０分と変えて電解処理した。処理後のスラッジ水はろ紙（ワットマンNo2、φ360mm）を装着した開口径φ240mmのロートに全量を注ぎ入れ、７分間の間にろ紙を通過した処理水の重量を測定した。また、作成後１時間経過したスラッジ水1000CCを電解処理せずに直接ロートに注ぎ入れ、同様にろ過水量を測定した無処理水との比較結果を表１に示す。
【００１５】
【表１】
0003916458.tif 000002
【００１６】
（実施例４）一対の電極の材質を鉄、ステンレス、銅、チタンに変更し、また、電解処理時間を５分にした他は、試験例３と同様に操作し、処理後の各スラッジ水について７分間の間にろ紙を通過した処理水の重量を測定した結果を表２に示す。
【００１７】
【表２】
0003916458.tif 000003
【００１８】
（実施例５）生コンクリート製造工場のミキサー車洗車過程からスラッジ水（固形分濃度約５％）を採取し、撹拌機にて撹拌しておいた。採取後１時間経過、１５時間経過及び９６時間経過したものについて実施例１で示したセメント分の活性度検出用電極を用いセメント分の活性度を測定し、続いて実施例３で示した陽極及び陰極をアルミニウム板とした電極に入れ替え電解処理を実施した。処理後のスラッジ水について実施例３と同様に７分間の間にろ紙を通過した処理水の重量を測定した。尚、各経過時間毎の試料スラッジ水について電解処理せずにろ過した無処理水との比較結果を表３に示す。
【００１９】
【表３】
0003916458.tif 000004
【００２０】
【発明の効果】
本発明を実施することで、生コンクリートの混練設備や残存した生コンクリートの処理工程から排出されるセメントを含んだスラッジについて、コンクリート用化学混和剤を分離回収する操作を必要とせず、且つ、コンクリート用化学混和剤の種類に影響されることなく直接脱水処理することが出来るため、設備及び操作の簡略化が可能となる。また、コンクリート用化学混和剤の作用が消失し、スラッジを固く絞ることができるため脱水後のケーキを硬質状態にすることが可能となる。結果として脱水ケーキの利用あるいは廃棄が容易になる。
更に、本発明のセメント分の検出方法を用いることで、スラッジ水中のセメント分の活性度の有無を時間的な判断ではなく、実際の状態として管理することが可能になり、脱水ケーキを硬質状態にする上で有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すスラッジ水の処理工程を示す概略図である。
【図２】セメント分の活性度の違いによる電流値の変動パターンであり、（A）と（B）はセメント分の活性度が存在している場合、（C）はセメント分の活性度が低下している場合を示す。
【図３】放置時間をパラメータにしたスラッジ水の電流値の変動パターンである。
【図４】異なるスラッジ水の活性度の測定結果である。
【符号の説明】
１          スラッジ水槽
２          電解処理槽
４          活性度検出用電源装置
９、１１    陽極
１０、１２  陰極
【図１】
0003916458.tif 000005
【図２】
0003916458.tif 000006
【図３】
0003916458.tif 000007
【図４】
0003916458.tif 000008