特許 7345758 泥水の脱水方法

(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】

(24)【登録日】2023-09-08

(45)【発行日】2023-09-19

(54)【発明の名称】泥水の脱水方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/56 20230101AFI20230911BHJP

   B01D 21/01 20060101ALI20230911BHJP

   C02F 1/54 20230101ALI20230911BHJP

   C09K 17/18 20060101ALI20230911BHJP

【ＦＩ】

C02F1/56 B

B01D21/01 111

C02F1/54 B

C09K17/18 H

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020000205

(22)【出願日】2020-01-06

(65)【公開番号】P2021109113

(43)【公開日】2021-08-02

【審査請求日】2022-07-19

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 発行日 令和元年７月１０日 刊行物 第８回 環境放射能除染研究発表会 要旨集 一般社団法人 環境放射能とその除染・中間貯蔵および環境再生のための学会 ［刊行物等］ 開催日 令和元年７月１１日 集会名、開催場所 第８回 環境放射能除染研究発表会、けんしん郡山文化センター（郡山市）

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504132272

【氏名又は名称】国立大学法人京都大学

(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

(72)【発明者】

【氏名】三浦 一彦

(72)【発明者】

【氏名】辻本 宏

(72)【発明者】

【氏名】河野 麻衣子

(72)【発明者】

【氏名】日下 英史

【審査官】松本 要

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－１６８８００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３１９８４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０００７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１１６４５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－００１０００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭５５－０１６７１８（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】中国特許出願公開第１０２４５２７８５（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０４２６１５３８（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１０１０４７５２（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２００６－１１６３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－００１２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５５－０１８２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５６－００７６８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ ２１／０１

Ｃ０２Ｆ １／５２－ １／５６

Ｃ０９Ｋ １７／００－１７／５２

Ｃ０２Ｆ １１／００－１１／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

分級により粒径を７５μｍ以下とした土壌を含む泥水にカチオン系界面活性剤を添加し、
前記カチオン系界面活性剤による前記土壌の凝集沈殿が生じた後に前記泥水を濃縮し、
濃縮した前記泥水にカチオン系高分子凝集剤を添加し、
前記カチオン系高分子凝集剤による前記土壌の凝集沈殿が生じた後に前記泥水を濃縮し、
前記カチオン系高分子凝集剤によって凝集沈殿した前記土壌を圧縮脱水する、泥水の脱水方法。

【請求項2】

前記カチオン系界面活性剤を添加する前の前記泥水のｐＨが９～１３である、請求項１記載の泥水の脱水方法。

【請求項3】

前記カチオン系高分子凝集剤を添加する前の前記泥水の液固比が２０：１～１：１である、請求項１又は２記載の泥水の脱水方法。

【請求項4】

前記土壌は、農地由来の土壌であって腐植質を含有しているものである、請求項１～３のいずれか一項記載の泥水の脱水方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、泥水の脱水方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、泥水を脱水して土壌を固形化する方法が種々開発されている。例えば、特許文献１にはシールド工事等の土木建築工事で排出される土砂混じりの泥水を脱水処理する方法が開示されている。ここでは、脱水濾液を添加して泥水の比重を所定範囲に希釈した後、脱水剤として特定の固有粘度を有するカチオン性高分子凝集剤を添加することにより、脱水濾液の循環による脱水剤の濃縮による泥水の粘度上昇やゲル化等の問題を防止するとともに、カチオン性高分子凝集剤の効果を有効に発揮させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６３１８８７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の脱水方法では、土壌の粒径が大きい場合はフィルタープレス等による脱水が比較的容易であるが、土壌の粒径が小さい場合は脱水が困難であり長時間かかることが難点である。そこで本発明は、含まれている土壌の粒径が小さい泥水を比較的短時間で脱水することができる、泥水の脱水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】

【0005】

本発明は、分級により粒径を７５μｍ以下とした土壌を含む泥水に界面活性剤を添加し、界面活性剤による土壌の凝集沈殿が生じた後に泥水を濃縮し、濃縮した泥水に凝集剤を添加し、凝集剤による土壌の凝集沈殿が生じた後に泥水を濃縮し、凝集剤によって凝集沈殿した土壌を圧縮脱水する、泥水の脱水方法を提供する。

【0006】

この脱水方法によれば、圧縮脱水する前に濃縮によって泥水の含有水量を低減できること、及び、界面活性剤によって圧縮脱水時に土壌粒子間から水が抜けやすくなることから、圧縮脱水を短時間で達成することができる。

【0007】

この脱水方法において、界面活性剤を添加する前の泥水のｐＨが９～１３であってもよい。泥水に含まれる土壌が腐植質を含有するものである場合、ｐＨが９～１３である腐植質成分に多く存在する官能基（特にカルボキシル基）の電荷が中和されることから、腐植質が土粒子同士を結合する力が低下し、土粒子同士が分離しやすくなる。これによって脱水が促進される。

【0008】

この脱水方法において、凝集剤はカチオン系高分子凝集剤であってもよい。カチオン系高分子凝集剤は、泥水のｐＨが高いときには特に有効である。

【0009】

この脱水方法において、凝集剤を添加する前の泥水の液固比が２０：１～１：１であってもよい。この場合、凝集剤を添加する次の工程の効果が高まる。

【0010】

この脱水方法において、土壌は、農地由来の土壌であって腐植質を含有しているものであってもよい。このような土壌は本発明の適用対象として好適である。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、含まれている土壌の粒径が小さい泥水を比較的短時間で脱水することができる、泥水の脱水方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】脱水時間（圧搾時間）と積算ろ水量との関係を示すグラフである。

【図2】図１の部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。本実施形態の脱水方法は、分級により粒径を７５μｍ以下とした土壌を含む泥水（スラリー）を対象とし、比較的短時間で脱水を達成するものである。一般に、土壌の粒径が大きい場合はフィルタープレス等による脱水が比較的容易であるが、土壌の粒径が小さい場合は脱水が困難であり長時間を要する。本実施形態の脱水方法によれば、粒径が７５μｍ以下である土壌を含む泥水であっても比較的短時間で脱水を達成することができる。

【0014】

本実施形態の脱水方法における対象とする泥水は、分級により粒径を７５μｍ以下とした土壌を含む。粒径が７５μｍ以下の土壌はシルト・粘土と呼ばれる。この粒径は、土壌又は泥水を篩にかけたり、ミルなどで粉砕（解泥）したり、固液分離を行ったりして達成したものであってもよい。対象とする泥水は、これらの分級過程において水を添加して泥水とされたものであってもよく、本実施形態の脱水方法に供するために水を添加して泥水とされたものであってもよい。水を添加して泥水とする場合、１５～２５℃の水で撹拌してもよく、５０～６０℃に加温した水で撹拌してもよい。このとき、後述するｐＨ調整剤を添加した状態で撹拌してもよい。

【0015】

この土壌の粒径は７５μｍ以下であるほか、例えば、５０μｍ以下であってもよく、３０μｍ以下であってもよく、２０μｍ以下であってもよく、１０μｍ以下であってもよい。ここで「μｍ以下」とは、含まれる土粒子のうち、粒径がその数値以下であるものが全体の９０％以上を占めている、又は、９５％以上を占めている、又は、９８％以上を占めていることをいう。

【0016】

分級後の泥水のｐＨは、９～１３であってもよく、９．５～１２．５であってもよく、１０～１２であってもよい。土壌が例えば農地由来の土壌であるように腐植質を含有するものであることが分かっている場合、ｐＨをこの範囲内とすることによって腐植質成分に多く存在する官能基（特にカルボキシル基）の電荷が中和されることから、腐植質が土粒子同士を結合する力が低下し、土粒子同士が分離しやすくなる。

【0017】

このようにｐＨを調整する場合、ｐＨ調整剤を用いる。ｐＨ調整剤としては、カルシウムイオンを含むものが好ましく、特に水酸化カルシウム（消石灰）が好ましい。カルシウムイオンの供給源の添加量は、土壌（原土）１ｇに対して、カルシウムイオン（Ｃａ^２＋）の量として、２．３×１０^－６～５．０×１０^－３ｍｏｌとすることが好ましく、２．３×１０^－５～２．３×１０^－３ｍｏｌとすることがより好ましく、５．０×１０^－５～１．０×１０^－３ｍｏｌとすることが更に好ましく、１．０×１０^－４～８．０×１０^－４ｍｏｌとすることが更により好ましく、２．３×１０^－４～３．０×１０^－４ｍｏｌとすることが特に好ましい。

【0018】

本実施形態の脱水方法では、始めに、泥水に界面活性剤を添加する。界面活性剤としては、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、非イオン系界面活性剤のいずれであってもよい。土壌が腐植質を含有する場合は炭化水素基を有するアンモニウム塩が好ましく、特にドデシルアンモニウム塩やヘキサデシルトリメチルアンモニウム塩が好ましい。カチオン系界面活性剤としては、「アセタミン２４」（花王社製）が、非イオン系界面活性剤としては「エマルミンＨＬ－１００」（三洋化成工業社製）が挙げられる。これらは一種を単独で用いてもよく、又は、複数種を併用してもよい。

【0019】

界面活性剤の添加量は、１～１０００ｐｐｍであることが好ましく、１～５００ｐｐｍであることがより好ましく、１～３００ｐｐｍであることが更に好ましく、２～２００ｐｐｍであることが特に好ましい。複数種の界面活性剤を併用する場合は、添加量を大きく違えて添加してもよく、例えば、ある種の界面活性剤を１～１０ｐｐｍ、他の界面活性剤を１００～５００ｐｐｍとして併用してもよい。

【0020】

界面活性剤の添加後、所定時間静置すると泥水中の土壌が凝集沈殿する。この凝集沈殿に伴って、泥水が沈殿物と上澄みとに分離するので、これを濃縮する。濃縮する方法としては、例えば上澄みを取り除く方法が挙げられる。濃縮倍率は、例えば１．５～２０倍とする。濃縮後の液固比としては、２０：１～１：１が好ましく、１５：１～３：１がより好ましく、８：１～６：１が更に好ましい。

【0021】

次に、濃縮後の泥水に凝集剤を添加する。ここで、濃縮後の泥水のｐＨが界面活性剤の添加前と比べて変化している場合は、凝集剤の添加に先立って、泥水に対して上記と同様のｐＨ調整をしてもよい。

【0022】

凝集剤としては、土粒子間の電気的反発を打ち消して土粒子を凝集させることができるものであればよい。なかでも、土粒子同士を架橋することもできる高分子凝集剤が好ましい。高分子凝集剤としては、カチオン系高分子凝集剤、アニオン系高分子凝集剤、非イオン系高分子凝集剤、両性高分子凝集剤のいずれであってもよい。泥水のｐＨがアルカリ性に調整されている場合は特に、カチオン系高分子凝集剤が好ましい。

【0023】

カチオン系高分子凝集剤としては、アルキルアミノメタクリレート四級塩重合物、アルキルアミノアクリレート四級塩・アクリルアミド共重合物が挙げられる。アニオン系高分子凝集剤としては、アクリルアミド・アクリル酸ナトリウム共重合物、アクリルアミド・アクリル酸ナトリウム・２－アクリロイルアミノ－２－メチルプロパンスルホン酸ナトリウム共重合物が挙げられる。非イオン系高分子凝集剤としては、ポリアクリルアミドが挙げられる。両性高分子凝集剤としては、アルキルアミノ（メタ）アクリレート四級塩・アクリルアミド・アクリル酸共重合物が挙げられる。これらは一種を単独で、又は、複数種を併用してしてもよい。

【0024】

凝集剤の添加量は、１～１０００ｐｐｍであることが好ましく、１～５００ｐｐｍであることがより好ましく、１～３００ｐｐｍであることが更に好ましく、１０～２００ｐｐｍであることが特に好ましい。複数種の凝集剤を併用する場合は、添加量を大きく違えて添加してもよく、例えば、ある種の凝集剤を１～１０ｐｐｍ、他の凝集剤を１００～３００ｐｐｍとしてもよい。

【0025】

凝集剤の添加後、所定時間静置すると泥水中の土壌が凝集沈殿する。この凝集沈殿に伴って、泥水が沈殿物と上澄みとに分離するので、これを濃縮する。濃縮する方法としては、例えば上澄みを取り除く方法が挙げられる。濃縮倍率は、例えば１．５～２０倍とする。

【0026】

凝集剤によって凝集沈殿した土壌を回収し、圧縮器を用いて圧縮脱水する。圧縮器としては例えばフィルタープレスが挙げられる。圧縮時の圧力は、０．１～１．０ＭＰａとすることが好ましく、０．２～０．８ＭＰａとすることがより好ましく、０．３～０．７ＭＰａとすることが更に好ましい。脱水時間は６０分以内、３０分以内、又は、１５分以内とする。この圧力及び脱水時間でも、含水率が６０％以下、又は、５０％以下になる程度に十分に脱水することができる。圧縮脱水により脱水ケーキが得られる。

【0027】

以上に説明した脱水方法によれば、圧縮脱水する前に濃縮によって泥水の含有水量を低減できること、及び、界面活性剤によって圧縮脱水時に土壌粒子間から水が抜けやすくなることから、圧縮脱水を短時間で達成することができる。ここで「圧縮脱水時に土壌から水が抜けやすくなる」とは、界面活性剤が土粒子間に入り込むことで、又は、界面活性剤が土粒子の表面を覆うことで、土粒子周辺の水が押し出されやすくなることを意味している。

【0028】

本実施形態の脱水方法は、土壌の粒径が小さい場合に特に効果を発揮する。従来の脱水方法では、土壌の粒径が大きい場合はフィルタープレス等による脱水が比較的容易であるが、土粒子の粒径が小さい場合は脱水が困難であり長時間を要していた。本実施形態の脱水方法によれば、土壌の粒径が小さい泥水を比較的短時間で脱水することができる。

【0029】

そして、本実施形態の脱水方法は、例えば、放射性セシウムを含有する土壌の減容化処理において有効である。放射性セシウムは粒径が小さい土粒子に多く吸着しているため、分級することにより、放射性セシウムの吸着量が少ない粗粒分は再生利用が可能となる。他方、細粒分については、従来はシルト又は粘土と呼ばれる程度に粒径が小さい土壌からなる泥水を脱水する要求が乏しかったが、放射性セシウムが多く吸着している細粒分、例えば粒径が７５μｍ以下、３０μｍ以下、又は２０μｍ以下等である土壌を含む泥水を短時間で圧縮脱水できることは、放射性セシウム汚染土壌の減容化処理の効率を高めることになる。特に、農地由来の放射性セシウム汚染土壌は腐植質を多く含んでいるため、腐植質を溶解できるようにｐＨをアルカリ性にした状態でも処理を進められることは都合がよい。

【0030】

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。

【実施例】

【0031】

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。

【0032】

使用した土壌及び薬剤は以下のとおりである。
＜使用土壌＞
・「水田土」…茨城県大子町の水田土
・「畑土」…茨城県大子町の畑土

【0033】

＜使用薬剤＞
・「アセタミン２４」（商品名）…カチオン系界面活性剤；花王社製
・「ソイルフレッシュ」（商品名）…カチオン性高分子凝集剤；栗田工業社製
・「サンフロックＣ－００９Ｐ」（商品名）…カチオン性高分子凝集剤；三洋化成工業社製
・ＰＡＣ…ポリ塩化アルミニウム；多価金属イオン凝集剤
・ＰＡＡ…ポリアクリルアミド系を主体とする高分子；アニオン系高分子凝集剤

【0034】

＜実施例１＞
水田土を２ｍｍ篩で篩分けした。篩分けした粒径２ｍｍ以下の土１０７ｇ、及び、消石灰２．５ｇを樹脂製ビーカーに入れ、これに５０～６０℃の水５００ｍＬを加えて１２０ｒｐｍで１分間手撹拌してスラリーとし、その後１０分間静置（浸漬）した。ここで、「５０～６０℃」との温度は、静置開始から静置終了までの温度範囲を示している。

【0035】

その後、ボールミルポット（磁製ポット、外形２１５ｍｍ、用量４．８Ｌ）にぺブル（朝明砂の篩分け２．３６ｍｍ以上の産物）３００ｍＬを入れ、これに上記のスラリーを投入した。このボールミルポットを用い、７３ｒｐｍで３０分間撹拌して解泥した。

【0036】

解泥したスラリーを適宜水で希釈しながら、比重２．７の土粒子のＳｔｏｋｅｓ径７５μｍ及び２０μｍを分級点とした水簸－傾斜法により分級を行った。２０μｍの分級は液量１０Ｌになるまで１０回繰り返し、液固比としておよそ２００：１の２０μｍ分級スラリーとした。

【0037】

この分級スラリー１０Ｌに消石灰を添加し、ｐＨを１０～１１に調整した。これに第１の薬剤として「アセタミン２４」を２００ｐｐｍとなるように添加して撹拌した。沈降面が見える程度になるまで（１時間程度）凝集物を沈降させ、上部の希薄濁水を傾斜法で９．５Ｌ排水して５００ｍＬの濃縮スラリーとした。この濃縮は２０倍濃縮であり、液固比はおよそ１０：１となった。

【0038】

この濃縮スラリーに消石灰を添加し、ｐＨを１０．５とした。その直後に第２の薬剤として「サンフロックＣ－００９Ｐ」を５０ｐｐｍｖ（５０ｍｇ／Ｌ泥水）となるように添加した。その後、容積比２割の上澄水を捨てて濃縮した。スラリーをフランジ型脱水器の試料セルに封入し、圧力０．５ＭＰａで加圧圧搾を行った（脱水試験）。圧搾開始からの積算ろ水量とその時の時間を連続的に記録した。その結果を図１及び図２に示す。

【0039】

＜比較例１～３＞
実施例１の実施手順のうち、各手順を表１に示した内容に変更して、比較例１～３の脱水試験を行った。各結果を図１及び図２に示す。

【表1】

【0040】

図１及び図２から分かるとおり、実施例１では、加圧開始後、約２０分で積算ろ水量が頭打ちとなった。すなわち、短時間で脱水を完了することができた。比較例１は加圧開始後、８０分経過しても積算ろ水量が上昇し続けており脱水が完了しなかった。比較例２は加圧開始後、約３００分という長時間経過後に積算ろ水量が頭打ちとなり脱水が完了した。比較例３は加圧開始後、約８００分経過しても積算ろ水量が上昇し続けており脱水が完了しなかった。

【産業上の利用可能性】

【0041】

本発明は、粒径が小さい土壌を含む泥水や有機汚泥、浚渫汚泥等の脱水に利用することができる。

【図1】

【図2】