(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浚渫土などの軟泥を空気圧送用の管路により空気圧送しつつ、前記管路内で前記軟泥に固化材を混合する固化材の管中混合方法において、前記管路の始端部に、圧縮空気を前記管路内に高圧噴射するための圧縮空気噴射口と、前記固化材を前記管路内に注入するための固化材注入口を、内管と外管からなる二重管構造で設け、前記内管に固化材注入口を形成し、前記外管に圧縮空気噴射口を形成し、空気圧送のための高圧の圧縮空気と固化材を前記管路の始端部を通過する軟泥に同時に供給し、前記圧縮空気噴射口からの圧縮空気の噴射圧と前記固化材注入口からの固化材の注入圧により、管路中の軟泥に固化材を強制的に混合することを特徴とする軟泥搬送における固化材の管中混合方法。
【請求項２】
浚渫土などの軟泥を圧送タンクに貯留し、前記圧送タンクに接続した空気圧送用の管路により、前記軟泥を空気圧送しつつ、前記管路内で前記軟泥に固化材を混合する固化材の管中混合方法において、前記管路の始端部に、圧縮空気を前記管路内に高圧噴射するための圧縮空気噴射口と、前記固化材を前記管路内に注入するための固化材注入口を、内管と外管からなる二重管構造で設け、前記内管に固化材注入口を形成し、前記外管に圧縮空気噴射口を形成し、空気圧送のための高圧の圧縮空気と固化材を前記圧送タンクに接続した管路の始端部を通過する軟泥に同時に供給し、圧縮空気噴射口からの圧縮空気の噴射圧と前記固化材注入口からの固化材の注入圧により、圧送タンクからの軟泥に固化材を強制的に混合することを特徴とする軟泥搬送における固化材の管中混合方法。
【請求項３】
前記圧送タンクに、圧送タンク内の軟泥の上限を検知する上限センサーと、下限を検知する下限センサーを設け、上限センサーおよび下限センサーの検知信号に応じて、圧送タンクから管路への軟泥の供給と、管路へ供給された軟泥への前記圧縮空気と固化材の供給を連動させて制御する請求項２記載の軟泥搬送における固化材の管中混合方法。
【請求項４】
軟泥供給手段と、前記軟泥供給手段によって供給された軟泥を空気圧送するための管路と、前記管路に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段と、前記軟泥に混入するための固化材を供給する固化材供給手段とを備えた軟泥搬送処理装置において、前記管路の始端部に、前記圧縮空気供給手段から供給される圧縮空気を前記管路内に高圧噴射するための圧縮空気噴射口と、前記固化材供給手段から供給される固化材を前記管路内に注入するための固化材注入口とが設けられており、かつ前記固化材注入口と前記圧縮空気噴射口とが内管と外管からなる二重管構造になっており、前記内管に固化材注入口が形成され、前記外管に圧縮空気噴射口が形成され、圧縮空気と固化材を前記管路の始端部を通過する軟泥に同時に供給できるようにしてあることを特徴とする軟泥搬送処理装置。
【請求項５】
前記軟泥供給手段と前記管路との間に、前記軟泥供給手段によって供給された軟泥を貯留する圧送タンクが介在している請求項４記載の軟泥搬送処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、浚渫土などの軟泥の固化材を用いた処理において、軟泥を管路を通じて空気圧送する場合の固化材の管中混合方法およびその方法に用いる装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
浚渫土や汚泥など、ヘドロ状の軟泥の処理方法については、天日乾燥では固化しにくいことから、従来、セメントミルク、生石灰、あるいは水砕スラグなどのスラリー状または粉末状の固化材を混合して強制的に固化させ、処理する方法が種々開発されている。
【０００３】
また、最近では、浚渫から固化材の混合、排泥あるいは埋立等への再利用の一連の作業を一貫して行う設備や方法が一般化しており、その場合の代表的な工程は以下の通りである。
▲１▼浚渫船による浚渫、
▲２▼土運船（バージ）による海上運搬、
▲３▼圧送タンク等を備えた大型空気圧送船への浚渫土の揚泥、
▲４▼圧縮空気による管路を利用した浚渫土の圧送、
▲５▼排泥または再利用。
【０００４】
この場合、浚渫土への固化材の混入については、浚渫土を管路に送り込む前に、スクリューフィーダあるいは圧送タンク内で混入する場合（例えば、特開平５−９８６６３号公報、特開平１０−１８３４５号公報等参照）、圧送タンクに接続した管路の途中で混入する場合（例えば、特開平８−４０５１号公報、特開平９−１５８２４５号公報等参照）、および管路から排出された後に混入する場合がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
浚渫船などからの大量の軟泥を管路に送り込む前に、固化材をタンク内などで混入し攪拌混合する方法では、大量の軟泥と固化材を均一に混合するのに手間がかかり、一般的にはプラントの運用効率が悪く、不経済となりやすい。また、タンク内などでの付着や詰まりの問題もある。
【０００６】
管路から排出された後に混入する場合も、固化材を大量の軟泥にいかに均一に混合できるかという課題や、土砂のみでは管路での空気圧送が難しいといった問題、空気圧送後に混入するので、その時間が無駄になるといった問題がある。
管路の途中で混入する方法としては、管路の始端近傍で混入する場合、中間で混入する場合、終端近傍で混入する場合が考えられるが、軟泥が管路内を空気圧送される際、圧縮空気の膨張によりいわゆるサンドプラグ現象を起こし、軟泥の塊と塊の間に空気のみの区間が生じるため、中間や終端近傍で固化材を混入しようとすると、均一な混入が難しい。
【０００７】
図５(a) 〜(d) は管路の中間あるいは終端近傍で固化材を混入する従来技術の例を示したものである。
(a) は管路１の一部に拡大部３１を設け、管路拡大直後の上方に固化材添加口３２を設け、添加口への泥接触を防止するとともに、拡大部３１でのプラグ（塊として圧送されている軟泥）の動きを利用して混練を促進させようとするものである。
【０００８】
(b) は２つの圧力計３４とコンピュータ３５でプラグの流速と土量を計算し、添加装置によって最適な量の固化材スラリーを添加し、プラグ流の勢いを利用して混練しようとするものである。
(c) は固化材スラリー添加後の管路１の内側に固定の羽根３７（スタティックミキサー）を設け、軟泥と固化材を混練しようとするものである。
【０００９】
(d) は固化材スラリー添加後、曲がりくねった管３８を通すことにより混練しようとするものである。
これらは、いずれもサンドプラグ状態の軟泥に固化材を添加するものであるが、固化材添加のタイミングが難しく、また軟泥と固化材の混練の程度にもバラつきが多いという欠点がある。
【００１０】
本願発明は、上述のような従来技術における課題の解決を図ったものであり、管中混合とすることでプラントの可動効率を上げつつ、空気圧送される軟泥に固化材を効率よく、かつ均一に混合することができる軟泥搬送における固化材の管中混合方法および装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に係る発明は、浚渫土などの軟泥を空気圧送用の管路により空気圧送しつつ、前記管路内で前記軟泥に固化材を混合する固化材の管中混合方法において、前記管路の始端部に、圧縮空気を前記管路内に高圧噴射するための圧縮空気噴射口と、前記固化材を前記管路内に注入するための固化材注入口を、内管と外管からなる二重管構造で設け、前記内管に固化材注入口を形成し、前記外管に圧縮空気噴射口を形成し、空気圧送のための高圧の圧縮空気と固化材を前記管路の始端部を通過する軟泥に同時に供給し、前記圧縮空気噴射口からの圧縮空気の噴射圧と前記固化材注入口からの固化材の注入圧により、管路中の軟泥に固化材を強制的に混合することを特徴とするものである。
【００１２】
本願発明では管路の始端部で固化材を供給するため、軟泥の供給のタイミングに合わせさえすれば、固化材を効率よく、無駄なく空気圧送される軟泥に混入することができる。
また、空気圧送では、圧送タンクあるいは圧送ポンプを設けたり、管路の数カ所にコンプレッサーからの圧縮空気を供給し、管路に空気流を形成するのが一般的であるが、圧縮空気の供給位置と固化材の供給位置を近接させ、圧送される軟泥に同時に供給することで、圧縮空気の噴射による大きな攪拌混合効果が期待できる。さらに、このように初期の段階で攪拌混合効果を得ることで、管路の終端部に至るまでにさらに軟泥と固化材が均一に混ざり合い、必要最小限の固化材量で均質な強度の処理土を得ることができる。
【００１３】
なお、圧縮空気は管路に空気流を形成するため、固化材が供給されないタイミングでも供給される。
また、例えば軟泥としての浚渫土を処理する場合、前段階で、高圧水の噴射や、スクリーニングなどの前処理により、塊を粉砕したり、異物を除去し、ホッパー、スクリューフィーダなどを経由して圧送タンクへ送るあるいは直接管路へ送るといった工程を経る場合が多いが、本願発明でも必要に応じ、従来と同様な前処理等が行われる。
【００１４】
また、軟泥の空気圧送についても、従来の技術の項で挙げた各公報に記載されているような従来から行われている方法を利用することができる。
なお、本願において「管路の始端部」は、管路の途中で固化材を混入する場合について、発明が解決しようとする課題の項で述べたように、管路の始端近傍、中間、終端近傍に分けたときの「始端近傍」を意味し、管路全体との対比において常識的に始端近傍と見なせる範囲内である。
【００１５】
本願発明では、管路始端部において、軟泥に対し、高圧の圧縮空気と固化材を同時に注入することで攪拌効果をねらったものであり、両者を近接して設けるのが望ましいが、二重管構造の噴射口および注入口から供給することで、より大きな攪拌効果が期待できる。
【００１６】
また、供給にあたり、圧縮空気と固化材は、両者を区画する内管によって分離されており、固化材を供給する内管を送泥管路まで臨ませることで、固化材の固化作用による注入口等における閉塞防止が図れる。
【００１７】
本願の請求項２に係る発明は、浚渫土などの軟泥を圧送タンクに貯留し、前記圧送タンクに接続した空気圧送用の管路により、前記軟泥を空気圧送しつつ、前記管路内で前記軟泥に固化材を混合する固化材の管中混合方法において、前記管路の始端部に、圧縮空気を前記管路内に高圧噴射するための圧縮空気噴射口と、前記固化材を前記管路内に注入するための固化材注入口を、内管と外管からなる二重管構造で設け、前記内管に固化材注入口を形成し、前記外管に圧縮空気噴射口を形成し、空気圧送のための高圧の圧縮空気と固化材を前記圧送タンクに接続した管路の始端部を通過する軟泥に同時に供給し、圧縮空気噴射口からの圧縮空気の噴射圧と前記固化材注入口からの固化材の注入圧により、圧送タンクからの軟泥に固化材を強制的に混合することを特徴とするものである。
【００１８】
基本的な考え方は請求項１に係る発明と同様であり、請求項２は、特に前処理などを経て供給されてくる軟泥を、一旦圧送タンクに貯留し、圧送タンクで供給量などの調整しながら、空気圧送用の管路に供給する場合を限定したものである。請求項２における圧送タンクを必要とするか否かはシステム全体の設計等によって決まる。
【００１９】
請求項３は、請求項２に係る軟泥搬送における固化材の管中混合方法において、前記圧送タンクに、圧送タンク内の軟泥の上限を検知する上限センサーと、下限を検知する下限センサーを設け、上限センサーおよび下限センサーの検知信号に応じて、圧送タンクから管路への軟泥の供給と、管路へ供給された軟泥への前記圧縮空気と固化材の供給を連動させて制御することを特徴とするものである。
【００２０】
このような圧送タンク内における上限センサー、下限センサーは、例えば特開平５−９８６６３号公報記載の発明の場合、圧送タンク内で軟泥と固化材スラリーの混合を行うため、軟泥の圧送タンク内への供給と固化材を混合した軟泥の管路への送り出しのための開閉弁の制御に利用されている。
【００２１】
本願発明では、管路において固化材を注入し、混合するが、この種の通常の設備では、圧送タンクから管路への浚渫土などの軟泥の供給は連続的ではなく、むしろ供給が停止している時間の方がはるかに長いのが一般的であるため、圧送タンク内の上限センサー、下限センサーが検出する圧送タンク内の軟泥の量をもとに、圧送タンクから管路への軟泥の供給と、管路始端部での固化材の供給のタイミングが一致するように弁などを制御することで、注入される固化材の無駄をなくし、固化材を確実に、かつ均一に混入させることができる。
【００２２】
本願の請求項４に係る発明は、軟泥供給手段と、前記軟泥供給手段によって供給された軟泥を空気圧送するための管路と、前記管路に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段と、前記軟泥に混入するための固化材を供給する固化材供給手段とを備えた軟泥搬送処理装置において、前記管路の始端部に、前記圧縮空気供給手段から供給される圧縮空気を前記管路内に高圧噴射するための圧縮空気噴射口と、前記固化材供給手段から供給される固化材を前記管路内に注入するための固化材注入口とが設けられており、かつ前記固化材注入口と前記圧縮空気噴射口とが内管と外管からなる二重管構造になっており、前記内管に固化材注入口が形成され、前記外管に圧縮空気噴射口が形成され、圧縮空気と固化材を前記管路の始端部を通過する軟泥に同時に供給できるようにしてあることを特徴とするものである。
【００２３】
この軟泥搬送処理装置は、請求項１に係る管中混合方法に適用される装置であり、管路始端部に圧縮空気噴射口と、前記固化材供給手段から供給される固化材を前記管路内に注入するための固化材注入口とを二重管構造で設けてあることで、請求項１に関して述べたような効果を得ることができる。
【００２４】
特に、管路の始端部において、管路の中心に向けて高圧の圧縮空気と固化材を供給することにより、圧送管路内にある軟泥の送泥効果も増す。軟泥供給手段、圧縮空気供給手段、固化材供給手段については、従来から用いられているものを利用することができ、装置の構造や設備構成は特に限定されない。
【００２５】
請求項５は、請求項４に係る軟泥搬送処理装置において、前記軟泥供給手段と前記管路との間に、前記軟泥供給手段によって供給された軟泥を貯留する圧送タンクが介在している場合を限定したものである。請求項２に関して説明したように、システム全体の設計において圧送タンクを必要とする場合も多く、請求項５はそのような場合を限定したものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は本願の請求項１に係る発明を浚渫土の処理に適用した場合の一実施形態における軟泥搬送設備全体の配管系統を示したものである。
浚渫土の処理の場合、浚渫船によって浚渫されたヘドロ状の軟泥が、バージ（土運船）に積まれ、港湾などに着岸した空気圧送設備を備えた空気圧送船まで運ばれる。
【００２７】
空気圧送船ではバックホウなどを用いて、バージによって運ばれてきた自然含水比状態の軟泥について、図に示すようにスクリーン１２で異物を除いたりしながら、ホッパー１３へ供給する。
本実施形態では、ホッパー１３の下部には、螺旋翼を有するスクリューフィーダ１４が取り付けられており、スクリーン１２を通過してホッパー１３へ供給された軟泥を、投入口バルブ１５を開いて、曲管２を有する空気圧送用の管路（送泥ライン）１へ送り込むようになっている。なお、この部分に圧送用のポンプ等を介在させる場合もある。
【００２８】
また、本実施形態では、プラント全体の効率を上げるため、ホッパー１３を２基設置しており、これらを交互に使用できるようになっている。図１は、左側のホッパー１３に軟泥を供給している状態を示している。
また、これに連動して、圧縮空気供給バルブ２２と固化材供給バルブ２５が開き、コンプレッサーからの圧縮空気がリザーバー５を設けた圧縮空気供給ライン２０を通じて曲管２内に連通する圧縮空気噴射口２１から圧送される軟泥に高圧で噴射され、同時に固化材プラントからのセメントスラリーなどの固化材が固化材供給ライン２３を通じて曲管２部分に連通する固化材注入口２４から、同様に高圧で注入される。
【００２９】
本実施形態において、この圧縮空気噴射口２１と固化材注入口２４は、図２の実施形態の場合と同様、図３に示すような二重管構造となっており、固化材供給ライン２３末端の内管の端部に固化材注入口２４が形成され、圧縮空気供給ライン２０末端の外管の端部に圧縮空気噴射口２１が形成されている。
【００３０】
曲管２部分で高圧の圧縮空気と固化材が混合された軟泥は、管路１の合流点に設けたＹ字管４を経由して送泥管路１内を搬送され、管路１の末端でサイクロンなどを介して排出される。
なお、図に示すように、本実施形態ではＹ字管４位置にもコンプレッサーによる圧縮空気が噴射され、管路１における空気流をスムーズにするとともに、Ｙ字管４位置での逆流を防止している。
【００３１】
図２は本願の請求項２に係る発明を浚渫土の処理に適用した場合の一実施形態における軟泥搬送設備全体の配管系統を示したもので、図３は管路（送泥ライン）始端部の構造の一例を、図４は揚泥から排泥までのフローの一例を示したものである。
【００３２】
本実施形態では、図４のフロー図に示すように、浚渫船によって浚渫されたヘドロ状の軟泥が、バージに積まれ、港湾などに着岸した空気圧送設備を備えた空気圧送船まで運ばれる。
空気圧送船ではバックホウなどを用いて、バージによって運ばれてきた自然含水比状態の軟泥に、図１の実施形態の場合と同様、スクリーン１２で異物を除いたりしながら、ホッパー１３へ供給する。
【００３３】
本実施形態では、ホッパー１３の下部には、螺旋翼を有するスクリューフィーダ１４が取り付けられており、スクリーン１２を通過してホッパー１３へ供給された軟泥を、投入口バルブ１５を開いて、圧送タンク１６へ送り込むようになっている。
【００３４】
また、本実施形態では、プラント全体の効率を上げるため、ホッパー１３および圧送タンク１６を２基ずつ設置しており、これらを交互に使用できるようになっている。
図２では、右側が圧送タンク１６の上限まで軟泥を投入した状態を示しており、図では軸回りにパドル型の攪拌翼を備えた攪拌装置１９で攪拌し、またサンプリングによる含水比チェック等を行いながら、図４のフロー図に示すように、送泥に適した含水比を満たさない場合には、図３のスクリューフィーダ１４部分に給水ポンプからの給水ラインを利用して加水し、含水比を調整する。
【００３５】
また、図示しないが、圧送タンク１６には、タンク内の泥量を検出するための上限センサーと下限センサーが設けられており、上限センサーによって所定の泥量が検出されると、管路１の始端部の曲管２に続く、圧送バルブ３を開いて、軟泥の空気圧送を開始する。なお、曲管２部分には軟泥の流量を測定する流量計が取り付けられており、流量計での測定値をフィードバックすることにより、精度を高めて行くことができる。
【００３６】
また、これに連動して、圧縮空気供給バルブ２２と固化材供給バルブ２５が開き、コンプレッサーからの圧縮空気がリザーバー５を設けた圧縮空気供給ライン２０（図中、実線で示している）を通じて曲管２内に連通する圧縮空気噴射口２１から圧送される軟泥に高圧で噴射され、同時に固化材プラントからのセメントスラリーなどの固化材が固化材供給ライン２３（図中、一点鎖線で示している）を通じて曲管２部分に連通する固化材注入口２４から、同様に高圧で注入される。
【００３７】
この圧縮空気噴射口２１と固化材注入口２４は、図３に示すように二重管構造となっており、固化材供給ライン２３末端の内管の端部に固化材注入口２４が形成され、圧縮空気供給ライン２０末端の外管の端部に圧縮空気噴射口２１が形成されている。
【００３８】
曲管２部分で高圧の圧縮空気と固化材が混合された軟泥は、２基の圧送タンク１６からの管路１の合流点に設けたＹ字管４を経由して送泥管路１内を搬送され、管路１の末端でサイクロンなどを介して排出される。
なお、図１の実施形態の場合と同様、Ｙ字管４位置にもコンプレッサーによる圧縮空気が噴射され、管路１における空気流をスムーズにするとともに、Ｙ字管４位置での逆流を防止している。
【００３９】
図２で、左側の圧送タンク１６は下限まで軟泥が送り出された状態を示しており、圧送バルブ３および圧縮空気供給バルブ２２、固化材供給バルブ２５が全て閉じている。
右側の圧送タンク１６内の軟泥が送り出されると、左側の圧送タンク１６の上部の投入口バルブ１５が開き、左側のホッパー１３から左側の圧送タンク１６に軟泥が供給される。
【００４０】
図中、符号１８は、圧送タンク１６からの軟泥の供給が停止するときの圧送タンク１６内の圧力を調整するための圧力調整ラインに設けられたサイレンサーである。
【００４１】
【発明の効果】
▲１▼送泥管路の始端部で、送泥管路より高い圧力の高圧噴射で空気と固化材を同時添加することにより、攪拌効果が従来工法に比べ格段に増す。
▲２▼管路始端部で、空気圧送される軟泥が連続的に送泥され、その後、圧送空気の膨張によりサンドプラグ状態となり断続的になる。従って、管路始端部に強制添加することにより、定量添加ができ、固化材の均質性が増し、改良強度が均質になる。このことにより、固化材の添加量を少なくすることができ、経済効果が増す。
【００４２】
▲３▼圧送タンクを用いる場合、圧送タンク内に上限センサー、下限センサーを取り付け、軟泥の圧送と管路始端部への高圧の圧縮空気の噴射および固化材の注入を連動させることにより、無駄な固化材を添加することがなく経済的となる。
▲４▼管路始端部の圧縮空気噴射口と固化材注入口を二重管構造とすることにより、圧縮空気で圧送軟泥を粉砕しつつ、固化材を添加することになり、固化材の混合、混練効果がさらに増す。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の請求項１、４に係る発明の一実施形態における軟泥搬送設備全体の概要を示す配管系統図である。
【図２】本願の請求項２、３、５に係る発明の一実施形態における軟泥搬送設備全体の概要を示す配管系統図である。
【図３】本願の請求項６に係る発明の一実施形態における管路始端部の構造の一例（図２の実施形態に対応）を示したもので、(a) は鉛直断面図、(b) はそのＡ−Ａ断面図である。
【図４】本願の請求項２、３に係る発明の一実施形態における揚泥から排泥までのフロー図である。
【図５】(a) 〜(d) は、それぞれ従来の管中混合方法の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１…管路（送泥ライン）、２…曲管、３…圧送バルブ、４…Ｙ字管、５…リザーバー、１２…スクリーン、１３…ホッパー、１４…スクリューフィーダ、１５…投入口バルブ、１６…圧送タンク、１７…タンク加圧ライン、１８…サイレンサー、１９…攪拌装置、２０…圧縮空気供給ライン、２１…圧縮空気噴射口、２２…圧縮空気供給バルブ、２３…固化材供給ライン、２４…固化材注入口、２５…固化材供給バルブ、３６…サイクロン
【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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