特許 6243171 建設汚泥の処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6243171

(24)【登録日】2017年11月17日

(45)【発行日】2017年12月6日

(54)【発明の名称】建設汚泥の処理方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 11/00 20060101AFI20171127BHJP

   B09C 1/02 20060101ALI20171127BHJP

   B09C 1/08 20060101ALI20171127BHJP

   B03C 1/00 20060101ALI20171127BHJP

   B03C 1/02 20060101ALI20171127BHJP

   E21D 9/12 20060101ALI20171127BHJP

【ＦＩ】

   C02F11/00 GZAB

   C02F11/00 H

   C02F11/00 J

   B09B3/00 304K

   B03C1/00 A

   B03C1/00 B

   B03C1/02 C

   E21D9/12 C

【請求項の数】7

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-187487(P2013-187487)

(22)【出願日】2013年9月10日

(65)【公開番号】特開2015-54262(P2015-54262A)

(43)【公開日】2015年3月23日

【審査請求日】2016年2月1日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100122781

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 寛

(74)【代理人】

【識別番号】100167597

【弁理士】

【氏名又は名称】福山 尚志

(74)【代理人】

【識別番号】100139000

【弁理士】

【氏名又は名称】城戸 博兒

(74)【代理人】

【識別番号】100165526

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 寛

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 圭二郎

(72)【発明者】

【氏名】川端 淳一

(72)【発明者】

【氏名】河合 達司

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 毅

【審査官】 ▲高▼ 美葉子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０７３４６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０６６４７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０５６４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１７９５４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１２０９８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ １１／００

Ｂ０９Ｂ １／００−５／００

Ｅ２１Ｄ １／００−９／００

Ｃ０１Ｇ ４９／００

Ｂ０３Ｃ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

密閉型シールド工法を用いたトンネル施工で発生し有害物質を含む建設汚泥を処理する処理方法であって、
前記建設汚泥を坑口側へ向かう所定の輸送経路で輸送する汚泥輸送工程と、
前記輸送経路上の所定の供給位置に鉄粉を供給し、前記建設汚泥に前記鉄粉を混合する鉄粉供給工程と、
前記所定の供給位置の下流側且つ前記トンネル内において、磁気分離によって前記建設汚泥から前記鉄粉を分離回収する磁気分離工程と、
前記磁気分離工程で分離回収した前記鉄粉を再び前記鉄粉供給工程に返送する鉄粉返送工程と、を備える建設汚泥の処理方法。

【請求項2】

前記所定の供給位置は、前記輸送経路の一部を構成するとともにシールドマシーンの切羽部から坑口側へ前記建設汚泥を輸送する排泥管である、請求項１に記載の建設汚泥の処理方法。

【請求項3】

前記排泥管は、スクリューコンベヤである、請求項２に記載の建設汚泥の処理方法。

【請求項4】

前記所定の供給位置は、前記輸送経路の一部を構成しているシールドマシーンの切羽部である、請求項１に記載の建設汚泥の処理方法。

【請求項5】

前記鉄粉供給工程では、前記鉄粉返送工程で返送された前記鉄粉とともに、新たな鉄粉を供給する、請求項１〜４の何れか１項に記載の建設汚泥の処理方法。

【請求項6】

前記磁気分離工程で前記鉄粉が除去された前記建設汚泥を、シールドマシーンの掘削面に供給する汚泥供給工程を備える、請求項１又は２に記載の建設汚泥の処理方法。

【請求項7】

前記鉄粉供給工程における鉄粉の供給量を、前記建設汚泥１ｍ^３に対して１００ｋｇ以上とする、請求項１〜６の何れか１項に記載の建設汚泥の処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、建設汚泥の処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

密閉型シールド工法を用いたトンネル施工において発生する建設汚泥には、揮発性有機化合物や重金属類等の有害物質が含まれており、これらを環境中に放出しないことが求められている。その具体策としては、従来、建設汚泥に過酸化水素溶液のような酸化剤を添加して揮発性有機化合物を浄化する方法（例えば特許文献１参照）、重金属類の不溶化剤を建設汚泥に添加する方法（例えば特許文献２参照）、及び、建設汚泥を長期間仮置きして重金属類を空気中の酸素と反応させ、重金属類を溶出し難い形態に変化させる方法（例えば非特許文献１参照）等が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−８２６１８号公報

【特許文献2】特開２００９−６６４７１号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】門間聖子、森研一郎、堀修、野溝昌宏、“仙台市内に分布する竜の口層の重金属溶出特性について”、日本応用地質学会平成２０年度研究発表会講演論文集、２００８年、７５〜７６頁

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載された方法は、酸化剤により配管が腐食することを防止するため材質を高価なＳＵＳ等にする必要が生じ、コスト高となりやすい。また、酸化剤の中には劇物に指定されているものがあり、酸化剤が万が一漏洩した場合を想定すると、より安全な方法で処理することが望ましい。また、特許文献２に記載された方法は、不溶化剤の材料コストが高い傾向がある。更に、非特許文献１に記載された方法では、仮置きのための用地が必要であり、且つ、仮置き中の建設汚泥の飛散や有害物質の溶出を防止するために、対策設備が必要となることがある。

【0006】

そこで本発明は、低コストで安全性の高い建設汚泥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】

【0007】

本発明の建設汚泥の処理方法は、密閉型シールド工法を用いたトンネル施工で発生し有害物質を含む建設汚泥を処理する処理方法であって、建設汚泥を所定の輸送経路で輸送する汚泥輸送工程と、輸送経路上の所定の供給位置に鉄粉を供給し、建設汚泥に鉄粉を混合する鉄粉供給工程と、所定の供給位置の下流側において、磁気分離によって建設汚泥から鉄粉を分離回収する磁気分離工程と、を備える。

【0008】

この建設汚泥の処理方法によれば、輸送経路上に供給された鉄粉が建設汚泥に混合され、建設汚泥中の有害物質が鉄粉に吸着される。有害物質を吸着した鉄粉は、建設汚泥から磁気分離されるので、建設汚泥中から有害物質が除去される。この方法によれば、建設汚泥の仮置きのための用地や、仮置き中の建設汚泥の飛散や有害物質の溶出を防止する対策設備を省略することができ、低コストで安全性の高い建設汚泥の処理方法を提供することができる。

【0009】

ここで、「建設汚泥」とは、シールドマシーンによる掘削工事で生じる泥水又は泥土である。

【0010】

また、上記の所定の供給位置は、シールドマシーンの切羽部から坑口側へ建設汚泥を輸送する排泥管であることとしてもよい。この構成によれば、建設汚泥と鉄粉とが排泥管で流動しながら良く混合されるので、建設汚泥中の有害物質が効率的に鉄粉に吸着される。

【0011】

また、上記の所定の供給位置はシールドマシーンの切羽部であることとしてもよい。この場合、建設汚泥と鉄粉とが切羽部で流動しながら良く混合されるので、建設汚泥中の有害物質が効率的に鉄粉に吸着される。

【0012】

また、本発明の建設汚泥の処理方法は、磁気分離工程で分離回収した鉄粉を再び鉄粉供給工程に返送する鉄粉返送工程を備えることとしてもよい。この構成によれば、鉄粉の有害物質吸着能力が飽和するまで使用し続けることができるので、鉄粉の消費量を最小限に抑えることができる。

【0013】

本発明の建設汚泥の処理方法は、磁気分離工程で鉄粉が除去された建設汚泥を、シールドマシーンの掘削面に供給する汚泥供給工程を備えることとしてもよい。この構成によれば、切羽部を安定化させるための泥水として建設汚泥を再利用することができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、低コストで安全性の高い建設汚泥の処理方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の建設汚泥の処理方法の第１実施形態が適用される施工中のトンネルの一例を示す断面図である。

【図2】本発明の建設汚泥の処理方法に用いられる処理装置の一例を示す断面図である。

【図3】本発明の建設汚泥の処理方法の第２実施形態が適用される施工中のトンネルの一例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

【0017】

（第１実施形態）
図１は、密閉型シールド工法を用いたトンネルの施工中の坑内に設置された建設汚泥の処理装置の概略構成図であり、図示左側が泥土圧式のシールドマシーン側を示し、図示右側が坑口側を示している。

【0018】

図１に示されるように、本実施形態の処理装置１は、シールドマシーン３により掘削して形成されたトンネルＴ内に設置される。処理装置１は、地面に設置するほか、シールドマシーン３の後続台車に載置してもよい。

【0019】

シールドマシーン３は、土壌を掘削する切羽部３１と、切羽部３１の後部に取り付けられた外筒３２とを備えている。切羽部３１は、シールドマシーン３の周方向へ回転して地盤の掘削を担うカッター３３と、カッター３３の背面側に設けられた隔壁３４と、隔壁３４の中心部に取り付けられカッター３３を回転させるためのモータ３５とを有している。カッター３３と隔壁３４との間に形成された空間は、掘削で発生する建設汚泥が溜まるチャンバ３６として機能する。ここで、「建設汚泥」とは、前述したとおり、シールドマシーンによる掘削工事で生じる泥水又は泥土である。

【0020】

隔壁３４の背面側には、チャンバ３６に溜まった建設汚泥を密閉状態で後方に搬送するスクリューコンベヤ（排泥管）５が設けられており、当該スクリューコンベヤ５は、その先端部がチャンバ３６の下端位置に配設され、斜め上後方に延びている。スクリューコンベヤ５の後端部は、泥土輸送配管Ｌ１に接続され、泥土輸送配管Ｌ１は、ポンプ等の輸送手段によって坑口側へ輸送される。上記のとおり、シールドマシーン３の切羽部３１、スクリューコンベヤ５、及び泥土輸送配管Ｌ１は、建設汚泥をシールドマシーン側から坑口側へ輸送する輸送経路を構成している。

【0021】

シールドマシーン３の後方に位置する処理装置１は、鉄粉供給ラインＬ２を通じてスクリューコンベヤ（供給位置）５に対して鉄粉を供給する。スクリューコンベヤ５内の建設汚泥は、鉄粉供給ラインＬ２から投入された鉄粉と混合され、鉄粉を含む建設汚泥は、上記の泥土輸送配管Ｌ１を通じて処理装置１に導入される。詳細は後述するが、処理装置１では、導入された建設汚泥から鉄粉が分離回収され、鉄粉が除去された建設汚泥は搬送ラインＬ３を通じて坑口側へ輸送される。また、搬送ラインＬ３からは泥水供給ラインＬ４が分岐しており、搬送ラインＬ３から送出される建設汚泥の一部は、泥水供給ラインＬ４を通じて掘削面Ｔ１に供給され、切羽部３１を安定化させるための泥水として再利用される。

【0022】

続いて、図２を参照しながら処理装置１について説明する。処理装置１は、磁気分離装置６と鉄粉供給装置７とを備えている。磁気分離装置６は、磁界発生部９と、本体部１０と含んで構成されている。磁界発生部９及び本体部１０は、土台上に固定部材によって固定されている。磁界発生部９は、磁界（磁場）を発生させる部分である。磁界発生部９は、本体部１０に当接して配置されており、超伝導電磁石を有して構成されている。磁界発生部９から発生される磁界は、本体部１０の下側では強く、上側になるにつれて弱くなるように設定されている。磁界の強さは、制御装置（図示しない）によって適宜変更可能となっている。

【0023】

本体部１０は、建設汚泥等を含むスラリーＳを収容する筐体１１を備えている。更に本体部１０は、筐体１１に設けられたベルト１６、ウォータージェット１７ａ，１７ｂ、及びブロア１８と、を備えている。筺体１１は、流入口１３と、流出口１４と、排出口１５とを有している。流入口１３は、泥土輸送配管Ｌ１に接続され、鉄粉が混入した建設汚泥を筺体１１内に流入させる。流出口１４は、流入口１３の反対側に設けられ、泥水等を排出する。流出口１４は、流入口１３よりも上方に設けられているので、筺体１１内部では、流出口１４よりも上側には水が浸水しないようになっている。流出口１４は、搬送ラインＬ３に接続されている。

【0024】

排出口１５は、筺体１１の底部に設けられており、スラリーＳに含まれている土粒子等を筺体１１内に堆積させないように排出する。排出口１５には、バルブ（図示せず）が設けられており、そのバルブによって排出量の調整が可能となっている。なお、排出口１５の排出量は、流出口１４の排出量よりも少なくなくなるように設定されている。排出口１５は、搬送ラインＬ３に接続されている。

【0025】

ベルト１６は、磁界発生部９から発生される磁界によって磁化する直径２ｍｍ程度の磁性ワイヤによって、メッシュ（網目）状に形成されている。メッシュの間隔Ｄは、６ｍｍ程度に設けられている。このような構成により、ベルト１６は、筐体１１内のスラリーとの接触時に土粒子を通過させると共に、スラリーＳの水圧に耐え得る強度を有している。ベルト１６は、スラリーＳの液面の上下に亘って架け渡された帯状の無端ベルトである。ベルト１６は、筐体１１内の上部に設けられた駆動ローラ１６ａと筐体１１内の下部に設けられた従動ローラ１６ｂと掛け渡されており、モータ（図示省略）を駆動源として回転する。

【0026】

ウォータージェット１７ａ，１７ｂは、ベルト１６に対して水を噴射する。ウォータージェット１７ａ，１７ｂから噴射される水の圧力は、０．３Ｍｐａ程度である。ブロア１８は、ベルト１６から鉄粉を吸引することにより回収する。ブロア１８には、ベルト１６に接触する接触片が設けられており、ブロア１８は、鉄粉を接触片によってベルト１６から剥離しながら吸引して回収する。ブロア１８の吸引力は、２０ｋｐａ程度である。

【0027】

流入口１３から鉄粉を含む建設汚泥が筺体１１内に流入されると、磁化されたベルト１６に鉄粉が付着する。そして、回転するベルト１６に対し、スラリーの液面上方でウォータージェット１７ａ，１７ｂからの水が噴射され、鉄粉以外の土粒子がベルト１６から除去（洗浄）される。ウォータージェット１７ａ，１７ｂによってベルト１６から除去された土粒子、及び流入口１３からの流入時に沈殿した土粒子は、流出口１４又は排出口１５から排出される。

【0028】

ウォータージェット１７ａ，１７ｂによって鉄粉以外の不純物が除去されたベルト１６から、ブロア１８によって鉄粉が吸引されることによって回収される。ブロア１８の吸引位置では、磁界が比較的弱いため、ベルト１６に付着した鉄粉をほぼ全て回収できる。ブロア１８から回収された鉄粉は、鉄粉供給装置７に送出される。そして、鉄粉供給装置７は、鉄粉供給ラインＬ２を通じてスクリューコンベヤ５に鉄粉を供給する。なお、鉄粉供給装置７には、ブロア１８からの鉄粉の他に、新たな鉄粉も別途供給される。

【0029】

続いて、上述した処理装置１で実行される建設汚泥処理方法及びその作用効果について説明する。ここでは、シールドマシーン３で掘削される土壌が重金属類等の有害物質を含んでおり、上記重金属類は、例えば、ヒ素、水銀、六価クロム、鉛、カドミウム及びフッ素からなる群より選ばれる少なくとも一種である。この処理方法は、次に説明する汚泥輸送工程、鉄粉供給工程、磁気分離工程、鉄粉返送工程、及び汚泥供給工程を備えている。

【0030】

（汚泥輸送工程）
図１に示されるように、シールドマシーン３の掘削によって発生した建設汚泥は、シールドマシーン３による掘削面Ｔ１、切羽部３１、スクリューコンベヤ５、泥土輸送配管Ｌ１等で構成される輸送経路で、シールドマシーン３から坑口側へ輸送される。

【0031】

（鉄粉供給工程）
ここで、処理装置１の鉄粉供給装置７から鉄粉供給ラインＬ２を通じて、スクリューコンベヤ５に鉄粉が供給される。スクリューコンベヤ５内では、回転するスクリューに接触しながら建設汚泥が流動しているので、スクリューコンベヤ５内では鉄粉と建設汚泥とが攪拌され良く混合される。そうすると、鉄粉混合により建設汚泥中の土粒子表面の重金属類が鉄粉に吸着される。鉄粉の供給量は、建設汚泥１ｍ^３に対して鉄粉１００ｋｇ以上とすることが好ましい。

【0032】

建設汚泥中では重金属類は建設汚泥に混在する水中、又は土粒子表面に吸着されている。鉄粉を混合すると、まず水中の重金属類が鉄粉表面に吸着される。そして、水中の重金属類の除去に伴って土粒子表面に吸着している重金属類の水中への溶出が促され、溶出した重金属類はさらに鉄粉に吸着される。この繰り返しにより重金属類が鉄粉に吸着される。すなわち、建設汚泥中の有害物質である重金属類は、鉄粉に吸着されることで、土粒子から引き離される。

【0033】

（磁気分離工程）
鉄粉が混合された建設汚泥は、泥土輸送配管Ｌ１で更に下流側に搬送され、前述の磁気分離装置６に導入される。磁気分離装置６では、重金属類を伴う鉄粉が、建設汚泥から磁気分離され回収される。

【0034】

（鉄粉返送工程）
分離回収された鉄粉は、再利用のために鉄粉供給装置７に送られ、更に鉄粉供給ラインＬ２を通じてスクリューコンベヤ５に返送される。このように、鉄粉が繰り返し使用されることにより、鉄粉の吸着能力が飽和するまで使用し続けることができるので、鉄粉の消費量を最小限に抑えることができる。また、鉄粉を繰り返し再利用することから、鉄粉を過剰に投入したとしても無駄になることが避けられ、意図的に鉄粉を過剰に投入して短時間での処理ができるようになる。また、鉄粉を過剰に投入することで、一時的に建設汚泥中の有害物質濃度が想定外に高くなった場合でも，処理可能である。

【0035】

（汚泥供給工程）
磁気分離装置６の流出口１４からは、重金属類が除去された土粒子を含む泥水が排出され、この泥水の一部は搬送ラインＬ３から分岐した泥水供給ラインＬ４を通じて掘削面Ｔ１に供給され、切羽部３１を安定化させるための泥水として再利用される。重金属類を除去した泥水を掘削面Ｔ１に供給しているので、地盤中の有害物質を拡散させる可能性を低減することができる。なお、上記泥水の一部は搬送ラインＬ３を通じて坑外に排出される。坑外に排出された泥水及びその脱水ケーキについても、重金属類が適切に除去されているので、通常汚泥等として安価な処分が可能になる。

【0036】

以上のように、この処理装置１を用いた建設汚泥の処理方法によれば、建設汚泥の仮置きのための用地や、仮置き中の建設汚泥の飛散や有害物質の溶出を防止する対策設備を省略することができ、低コストで安全性の高い建設汚泥の処理方法を提供することができる。

【0037】

（第２実施形態）
図３に示されるように、本実施形態の処理方法では、鉄粉供給ラインＬ２による鉄粉の供給先を、シールドマシーン３の切羽部３１とした点において、第１実施形態とは異なっている。具体的には、鉄粉供給ラインＬ２を通じてチャンバ３６に鉄粉を供給してもよい。本実施形態の処理方法によれば、鉄粉と建設汚泥とが、切羽部３１、スクリューコンベヤ５、及び泥土輸送配管Ｌ１を流動する間に、良く混合され、第１実施形態と同様の作用効果が奏される。

【0038】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形したものであってもよい。例えば、本発明は、泥土圧式のシールドマシーンだけでなく、泥水圧式のシールドマシーンによるシールド工法にも適用することができる。また、建設汚泥から分離した鉄粉を再利用する前述の鉄粉返送工程や、建設汚泥を再利用する汚泥供給工程は、必ずしも実行する必要はない。また、第１実施形態では、鉄粉の供給先をスクリューコンベヤ５にしているが、他の排泥管（例えば、泥土輸送配管Ｌ１）の途中に鉄粉を供給してもよい。

【符号の説明】

【0039】

１…処理装置、３…シールドマシーン、５…スクリューコンベヤ（排泥管）、６…磁気分離装置、３１…切羽部（輸送経路）、Ｌ１…泥土輸送配管（輸送経路）、Ｌ２…鉄粉供給ライン、Ｌ４…汚泥供給ライン、Ｔ１…掘削面。

【図1】

【図2】

【図3】