JP6074530B1 - 排水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理性能が優れていながら、処理コストを抑えることができるコンクリート排水の処理方法にする。【解決手段】コンクリート排水Ｃ１から粒子Ｓ１，Ｓ２を取り除いて清浄水Ｃ２を得、この清浄水Ｃ２中のカルシウムイオンを水素イオンにイオン交換して炭酸水Ｃ３を得、この炭酸水Ｃ３を清浄水Ｃ２で中和して中和水Ｃ４を得、この中和水Ｃ４中の炭酸カルシウムを取り除いて河川等に放流することができる処理後の排水Ｃ５を得る。【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリートを製造、運搬、打設、解体等する際に発生するコンクリート排水の処理方法に関するものである。

コンクリート排水としては、例えば、次のようなものがある。
例えば、生コン製造用混錬ミキサー内部の洗浄排水、コンクリートポンプや打設配管等の洗浄排水、コンクリート打設後のブリージング排水、コンクリート硬化後の表面スライム洗浄排水、セメントミルクを使用した地盤改良時に発生する排水、地中連続壁打設時に発生する排水、トンネル覆工時に発生する排水、ウォータージェット（ＷＪ）工法においてコンクリートの斫り、切断、穴明、目荒し等を行った際に発生する排水、等である。

これらのコンクリート排水は、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）₂）や炭酸水素カルシウム（Ｃａ（ＨＣＯ₃）₂）を多く含むため、強いアルカリ性を示す。また、コンクリート排水は、礫、砂等の粒子を含むため、濁度が高い。したがって、コンクリート排水は、そのままでは河川や下水道等へ放流することができない。また、コンクリート排水は、そのままでは再利用することもできない。そこで、排水処理が必要になる。

この排水処理は、例えば、ＷＪ工法において発生するコンクリート排水の場合は、次のように行われている。
まず、コンクリート排水をバキュームカー等で回収し、排水処理設備まで運搬する。次に、スクリーン等を使用して礫、砂等の粒子を取り除く。そして、硫酸、塩酸等の中和剤を添加し、適宜攪拌する等して中和する。さらに、ＰＡＣや高分子凝集剤等の凝集剤を添加して汚濁粒子を凝集する。凝集した粒子の塊（フロック）は、重力沈降させる。これにより、排水の上澄みが放流可能になる。一方、凝集剤が混入するフロックは、加圧脱水し、産業廃棄物として廃棄処分する（現在は、このように「運用」している。）。

このようなコンクリート排水の処理方法は、処理性能の点で大きな問題はない（もちろん、高性能化は望まれている）。しかしながら、処理コスト等の点で大きな問題がある。まず、中和や凝集のための薬剤が高価であり、２００〜３００円／ｍ²程度のランニングコストがかかる。しかも、コンクリート排水の回収や運搬に高額な費用（主に人件費）がかかる。施工現場まで水を運搬する費用（ＷＪ工法に使用する水の運搬費用）も含めると、施工費用は、例えば、処理量が４０ｍ³／日の場合、約１００万円／日にもなる。さらに、排水処理設備の設置スペースを確保する必要がり、同設備を維持・管理する必要があることから、この点でもコストがかかる。

なお、コンクリート排水が水酸化カルシウムを含むのは、コンクリート中のセメントが水と反応するためである。また、コンクリート排水が炭酸水素カルシウムを含むのは、コンクリートが大気中の二酸化炭素（ＣＯ₂）を吸収して炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）となり、これが水中において炭酸水素カルシウムになるためである。

本発明が解決しようとする主たる課題は、処理性能が優れていながら、処理コストを抑えることができるコンクリート排水の処理方法を提供することにある。

上記課題を解決するための手段は、次のとおりである。
（請求項１記載の態様）
コンクリート排水から粒子を取り除いて清浄水を得、
この清浄水中のカルシウムイオンを水素イオンにイオン交換して炭酸水を得、
この炭酸水を前記イオン交換する前の排水で中和して中和水を得、
この中和水中の炭酸カルシウムを取り除く、
ことを特徴とする排水処理方法。

（請求項２記載の態様）
高圧水を使用する工法において発生したコンクリート排水から粒子を取り除いて清浄水を得、
この清浄水中のカルシウムイオンを水素イオンにイオン交換して炭酸水を得、
この炭酸水の一部又は全部を前記高圧水として利用し、
他方、前記炭酸水の残部を前記イオン交換する前の排水で中和して中和水を得、
この中和水中の炭酸カルシウムを取り除く、
ことを特徴とする排水処理方法。

（請求項３記載の態様）
前記イオン交換に、イオン交換樹脂を使用する、
請求項１又は請求項２に記載の排水処理方法。

本発明によると、処理性能が優れていながら、処理コストを抑えることができるコンクリート排水の処理方法となる。

処理後の排水を放流する場合の処理フローである。 ＷＪ工法のコンクリート排水を処理する場合の処理フロー図である。

次に、本発明を実施するための形態を説明する。なお、本形態は、本発明の１つの例である。本発明は、本形態に限定されない。
本形態の排水処理方法は、コンクリート排水を対象にする。このコンクリート排水は、前述したように砂や礫等の粒子や、水酸化カルシウム、炭酸水素カルシウム等を多く含む。したがって、濁度が高く、高いアルカリ性を示す。しかしながら、本形態の排水処理方法によると、コンクリート排水の濁度、ｐＨ、イオン化物等が適切に処理される。したがって、処理後の排水は、河川や下水道等に放流することができる。もちろん、必要があれば、適宜の処理に再利用することができる。また、コンクリート排水がＷＪ工法等の高圧水を使用する工法において発生する排水の場合は、当該工法の処理水（高圧水）として、水道水等よりも好ましいもの（水）として、利用することができる。

以下では、本形態の排水処理方法について、まず、河川や下水道等に放流する場合を例に説明し、続いて、ＷＪ工法の処理水として利用する場合を例に説明する。

（放流する場合）
図１に示すように、本形態の排水処理方法においては、まず、必要により、スクリーンを使用する等して、コンクリート排水Ｃ１から砂や礫等の大きな粒子Ｓ１を取り除く（沈降分離１０）。この工程で取り除く粒子Ｓ１の大きさは、例えば、０．６〜５０ｍｍである。

次に、フィルタを使用してセメント粒子や粘土粒子等の小さな粒子Ｓ２を取り除く（フィルタ分離２０）。この工程で使用するフィルタとしては、例えば、精密ろ過膜、限外ろ過膜、砂ろ過等を例示することができる。フィルタのろ過精度（孔径）は、通常５．０μｍ以下、好ましくは１．０μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以下である。

以上の分離工程１０，２０を経ることで、コンクリート排水Ｃ１は、濁度が低下した清浄水Ｃ２になる。

ただし、以上の分離工程１０，２０は、単に濁度を低下させるのが目的である。したがって、濁度を低下することができるのであれば、沈降分離１０及びフィルタ分離２０以外の方法も、これらの方法に代えて、又はこれらの方法と共に採用することができる。

なお、分離工程１０，２０を経ることで得られる清浄水Ｃ２とは、単にコンクリート排水Ｃ１から各種粒子Ｓ１，Ｓ２が取り除かれた水を意味する。つまり、それ以上の性質（物性）の限定を意味するものではない。

次に、清浄水Ｃ２に含まれるカルシウムイオン（Ｃａ⁺）と水素イオン（Ｈ^-）とをイオン交換する（イオン交換３０）。このイオン交換３０は、例えば、イオン交換樹脂、逆浸透膜等を使用して行うことができる。ただし、イオン交換樹脂を使用して行うのが好ましい。イオン交換樹脂を使用すると、処理コストを低く抑えることができる。

イオン交換樹脂を使用してイオン交換３０を行うと、下記の式（１）のとおり、カルシウムイオンが取り除かれて（イオン交換樹脂に吸着されて）、清浄水Ｃ２が炭酸水Ｃ３になる。

（１） Ｒ−Ｈ ＋ Ｃａ（ＨＣＯ₃）₂
→ Ｒ−Ｃａ ＋ Ｈ₂ＣＯ₃
→ Ｒ−Ｃａ ＋ Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₂
なお、上記式中のＲは、イオン交換樹脂を意味する。

また、イオン交換３０を経ることで得られる炭酸水Ｃ３とは、単に炭酸を含む水を意味する。つまり、それ以上の性質（物性）の限定を意味するものではない。

次に、炭酸水Ｃ３を中和する（中和処理４０）。なお、炭酸水Ｃ３のｐＨがどの程度になっているかは一概には言えない。ただし、本発明者らが行った試験では、炭酸水Ｃ３がｐＨ３程度の強酸になった。これは、コンクリートには塩化物イオンの混入が濃度２００ｐｐｍまで許容されていることによると考えられる。

中和処理は、前述したように、従来、硫酸、塩酸等の中和剤を使用して行っていた。しかしながら、本形態においては、アルカリ性であるイオン交換する前の排水を使用して行う。この方法によると、中和のための薬剤が不要になるため、ランニングコストを抑えることができる。しかも、硫酸や塩酸等の強酸を運搬すること、あるいは使用することによる危険を回避することができる。また、イオン交換する前の排水は施工現場に存在するものであるため、運搬費用等が必要にならないとの利点もある。

イオン交換する前の排水としては、例えば、コンクリート排水Ｃ１、沈降分離１０を経た段階の排水、フィルタ分離２０を経た段階の排水（清浄水Ｃ２）等が存在する。ただし、清浄水Ｃ２を利用するのが好ましい。本形態では、清浄水Ｃ２を利用する。

清浄水Ｃ２は、中和のための薬剤の一部として、つまり、硫酸や塩酸等の薬剤と併用して利用することも考えられる。しかるに、清浄水Ｃ２を利用する上記理由からすると、清浄水Ｃ２のみで炭酸水Ｃ３を中和するのが好ましい。

清浄水Ｃ２を利用して中和処理４０を行うと、下記の式（２）のとおり、炭酸水Ｃ３が中和されて、懸濁物質（炭酸カルシウム）Ｓ３を含む中和水Ｃ４になる。
（２） Ｃａ（ＯＨ）₂＋ＣＯ₂ → ＣａＣＯ₃＋Ｈ₂Ｏ
炭酸水Ｃ３に対してどの程度の清浄水Ｃ２を混入するかは、単に炭酸水Ｃ３のｐＨ及び清浄水Ｃ２のｐＨで決まる。したがって、必要により、ｐＨ検知器等を設けておき、このｐＨ検知器による数値に基づいて清浄水Ｃ２の混入割合が調整されるようにするとよい。

本発明者らが行った上記試験では、炭酸水Ｃ３のｐＨが３程度になり、この炭酸水Ｃ３に清浄水Ｃ２を１０容量％程度混入することで、中和水Ｃ３のｐＨは５程度になった。

なお、中和処理４０を経ることで得られる中和水Ｃ４とは、単に炭酸水Ｃ３を中和することで得られる水を意味する。つまり、それ以上の性質（物性）の限定を、例えば、白色である、透明度が低い等の限定を意味するものではない。ちなみに、中和水Ｃ４は白濁することもあると考えられるが、本発明者らが行った上記試験では、中和水Ｃ４が白濁しなかった。これは、中和水Ｃ４が塩素（Ｃｌ）を１９ｐｐｍ程度含んだためであると考えられる。

次に、フィルタを使用して中和水Ｃ４から懸濁物質Ｓ３を取り除く（フィルタ分離５０）。この工程で使用するフィルタとしては、例えば、精密ろ過膜、限外ろ過膜、砂ろ過等を例示することができる。フィルタのろ過精度（孔径）は、通常５μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下である。

以上のようにして、懸濁物質Ｓ３を取り除いた処理後の排水Ｃ５は、濁度、ｐＨ、イオン化物等が適切に処理されている。したがって、排水Ｃ５は、河川や下水道等に放流することができる。もちろん、必要があれば、適宜の処理に再利用することができる。

例えば、建設工事排水基準値は懸濁物質１２０ｍｇ／Ｌ以下、ｐＨ５．８〜８．６、河川環境基準値は懸濁物質２５ｍｇ／Ｌ以下、ｐＨ６．５〜８．５（海の場合は７．８〜８．４）、水産用水基準値は懸濁物質２５ｍｇ／Ｌ以下（人為的に加えられる懸濁物質は５ｍｇ／Ｌ以下）、ｐＨ６．７〜７．５、水道水基準値は懸濁物質２ｍｇ／Ｌ以下、ｐＨ５．８〜８．６である。しかるに、本形態の処理方法によると、処理後の排水Ｃ５を、懸濁物質０．１ｍｇ／Ｌ以下、ｐＨ７程度にすることができる。

なお、ＷＪ（ウォータージェット）斫り工法に使用する水の水質基準は、懸濁物質１ｍｇ／Ｌ以下、硬度２０度以下（結晶化するイオン化合物２０ｍｇ／Ｌ以下）である。したがって、この処理後の排水Ｃ５を、当該工法に使用することもできる。

一方、取り除いた懸濁物質（炭酸カルシウム）Ｓ３は、前述した従来の方法におけるのと異なり、凝集剤を含有していない。したがって、懸濁物質Ｓ３は、小さな粒子Ｓ２と共に脱水（例えば、フィルタ脱水）６０して、再利用に供することができる。

（ＷＪ工法に利用する場合）
次に、コンクリート排水がウォータージェット（ＷＪ）工法において発生した排水であり、処理後の排水をＷＪ工法に利用する場合を説明する。

図２に示すように、ＷＪ工法は、当初は水道水等に由来する高圧水Ｗを使用して実施する。そして、ＷＪ工法１００において発生したコンクリート排水Ｃ１に対して、まずは処理後の排水Ｃ５を放流する場合（前述した放流する形態）と同様の処理を行う。

すなわち、まず、コンクリート排水Ｃ１から各種粒子Ｓ１，Ｓ２を取り除く（沈降分離１０、フィルタ分離２０）。また、分離工程１０，２０を経て得られた清浄水Ｃ２を、イオン交換する（イオン交換３０）。このイオン交換によって、清浄水Ｃ２が炭酸水Ｃ３になる。

放流形態の場合は、次に、この炭酸水Ｃ３を中和する（中和処理４０）ことになる。しかるに、本形態においては、この炭酸水Ｃ３の一部を、好ましくは全部を、中和することなくＷＪ工法の高圧水Ｗとして利用する。この形態によると、ＷＪ工法においてコンクリート排水Ｃ１の飛沫対策が不要になる。これは、炭酸水Ｃ３が酸性であるため、飛散するコンクリート排水Ｃ１が弱アルカリ性になるためである。

つまり、本形態においては、炭酸水Ｃ３を中和し（中和処理４０）、懸濁物質Ｓ３を取り除く（フィルタ分離５０）等して得た排水Ｃ５を利用するのではなく、炭酸水Ｃ３を高圧水Ｗの一部又は全部として利用する。これにより、上記利点が得られる。

この点、炭酸水Ｃ３はイオン交換によってカルシウムイオンが取り除かれているため、カルシウムイオンが結晶化してＷＪ工法の高圧ポンプや配管等に付着するおそれはない。

本発明者等が試算したところによると、ＷＪ工法のために、従来は給水車が４〜５台必要であったのが、本形態の方法による場合は１台で足りる。また、コンクリート排水Ｃ１を排水処理設備に運搬するバキュームカーが、従来は４〜５台必要であったのが、本形態の方法による場合は必要なく、バキューム装置を設置するのみで足りる。このようなことから、施工費用は、前述したように従来は約１００万円／日であったのが、３０万／程度にまで削減することができる。

なお、ＷＪ工法に利用しない炭酸水Ｃ３（炭酸水Ｃ３の残部）は、中和処理４０、フィルタ分離５０等して河川に放流することや、他方の処理に再利用することができる。また、ＷＪ工法以外であっても、高圧水を使用する工法であり、コンクリート排水が発生するようであれば、同様の排水処理を行うことができる。

本発明は、コンクリートを製造、運搬、打設、解体等する際に発生するコンクリート排水の処理方法として利用することができる。

１０ 沈降分離
２０ フィルタ分離
３０ イオン交換
４０ 中和処理
５０ フィルタ分離
６０ 脱水
１００ ＷＪ工法
Ｃ１ コンクリート排水
Ｃ２ 清浄水
Ｃ３ 炭酸水
Ｃ４ 中和水
Ｃ５ 処理後の排水
Ｓ１ 大きな粒子
Ｓ２ 小さな粒子
Ｓ３ 懸濁物質

Claims (3)

1. コンクリート排水から粒子を取り除いて清浄水を得、
   この清浄水中のカルシウムイオンを水素イオンにイオン交換して炭酸水を得、
   この炭酸水を前記イオン交換する前の排水で中和して中和水を得、
   この中和水中の炭酸カルシウムを取り除く、
   ことを特徴とする排水処理方法。
2. 高圧水を使用する工法において発生したコンクリート排水から粒子を取り除いて清浄水を得、
   この清浄水中のカルシウムイオンを水素イオンにイオン交換して炭酸水を得、
   この炭酸水の一部又は全部を前記高圧水として利用し、
   他方、前記炭酸水の残部を前記イオン交換する前の排水で中和して中和水を得、
   この中和水中の炭酸カルシウムを取り除く、
   ことを特徴とする排水処理方法。
3. 前記イオン交換に、イオン交換樹脂を使用する、
   請求項１又は請求項２に記載の排水処理方法。

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