JP6356933B1 - 泥水式シールド工法で発生する泥土の処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1には、泥水式シールド工法において発生した掘削土砂を有効利用できる処理方法として、泥水式シールド工法において発生した土砂を、一次処理土と、該一次処理土よりも粒度が小さい二次処理土とに分級した後、石膏を含む改質剤と前記二次処理土とを混合して混合物とし、この混合物を前記一次処理土又は前記改質剤が混合された一次処理土と混合することを特徴とする泥水式シールド工法土砂の処理方法が記載されている。
(B1)炭酸マグネシウムおよび/または水酸化マグネシウムを主成分とする固形物を、650〜1000℃で焼成して、酸化マグネシウムを含む焼成物を得た後、該焼成物を部分的に水和させて生成した水酸化マグネシウムを一部に含むマグネシア類、
(B2)1000℃における強熱減量率が、1.5〜12.0質量%であるマグネシア類、
(B3)カルシウムの含有率が、CaO換算で3.0質量%以下であるマグネシア類、
の条件をすべて満たすマグネシア類(B)を、5〜50質量部含むことを特徴とする重金属等処理材が記載されている。
すなわち、本発明は、以下の[1]〜[9]を提供するものである。
[3] 上記粉砕工程における、粉砕時間が1〜10秒間であり、上記混合工程における混合時間が0.5〜5分間である前記[1]または[2]に記載の泥水式シールド工法で発生する泥土の処理方法。
[4] 上記粉砕工程において添加する固化不溶化材の質量と、上記混合工程において添加する固化不溶化材の質量の比が、1:4〜4:1である前記[1]〜[3]のいずれかに記載の泥水式シールド工法で発生する泥土の処理方法。
[5] 上記固化不溶化材が、固化作用を有するマグネシウム成分および固化作用を有するカルシウム成分の中から選ばれる少なくとも1種を含むものである前記[1]〜[4]のいずれかに記載の泥水式シールド工法で発生する泥土の処理方法。
[6] 上記固化不溶化材が、さらに、金属硫酸塩および金属塩化物の中から選ばれる少なくとも1種を含むものである前記[5]に記載の泥水式シールド工法で発生する泥土の処理方法。
(1)炭酸マグネシウムおよび/または水酸化マグネシウムを主成分とする固形物を、650〜1000℃で焼成して得られる酸化マグネシウムを含むマグネシウム含有物、または、該マグネシウム含有物を部分的に水和させて生成した水酸化マグネシウムを一部に含むマグネシウム含有物
(2)1000℃における強熱減量率が、1.5〜12.0質量%であるマグネシウム含有物
(3)カルシウムの含有率が、CaO換算で5.0質量%以下であるマグネシウム含有物
(4)酸化カルシウムおよび/または水酸化カルシウムの含有率の合計が、CaO換算で70質量%以上であるカルシウム含有物
(5)マグネシウムの含有率が、MgO換算で5〜35質量%であり、カルシウムの含有率が、CaO換算で20〜50質量%であり、上記マグネシウムの含有率と上記カルシウムの含有率の合計が、50質量%以上であるマグネシウムとカルシウム含有物
[8] 上記固化不溶化材が、半水石膏、炭酸カルシウム含有粉末、珪石粉末、砕石微粉末、カンラン石粉末から選ばれる少なくとも1種からなる助材を含む前記[1]〜[7]のいずれかに記載の泥水式シールド工法で発生する泥土の処理方法。
[9] 上記泥水式シールド工法で発生する泥土1m3当たり、上記固化不溶化材の添加量が、20〜250kgである前記[1]〜[8]のいずれかに記載の泥水式シールド工法で発生する泥土の処理方法。
また、得られた固化体は、例えば、産業廃棄物として取り扱われず、盛土用材料や埋立用材料等として利用することができる。
以下、工程毎に詳しく説明する。
本工程は、泥水式シールド工法で発生する泥土(以下、「泥土」ともいう。)に、固化不溶化材を添加して、粉砕処理を行ない、粉砕処理済みの泥土を形成させる工程である。
泥水式シールド工法とは、シールド工法の一種であり、チャンバ内で掘削した土砂と水を混合しながら、掘進する方法をいう。
本発明の処理対象物である「泥水式シールド工法で発生する泥土」とは、泥水式シールド工法で発生する泥水(掘削した土砂と水が混合したもの)を脱水して、含水比を低下させた泥土(脱水ケーキ)である。
脱水は、通常、ベルトプレス、フィルタープレス、遠心分離脱水機、ロータリープレス、真空脱水機、スクリュープレス、多重円盤脱水機、または多重板型スクリュープレス等の一般的な脱水機を用いて行われる。
また、脱水を効率的に行う観点から、泥水に脱水剤(例えば、ポリ塩化アルミニウム、水溶性高分子等)を添加して、脱水してもよい。
ここで、含水比(単位:%)とは、泥土に含まれている水の質量を、泥土の絶対乾燥状態の質量で除したものを百分率で表したもの(「水の質量」×100÷「絶対乾燥状態の質量」)をいう。
固化作用を有するマグネシウム成分を含むものの例としては、酸化マグネシウム含有物、水酸化マグネシウム含有物等が挙げられる。酸化マグネシウム含有物の例としては、軽焼マグネシアや、軽焼マグネシアの部分水和物等が挙げられる。
固化作用を有するカルシウム成分を含むものの例としては、酸化カルシウム含有物、水酸化カルシウム含有物等が挙げられる。酸化カルシウム含有物の例としては、生石灰等が挙げられる。水酸化カルシウム含有物の例としては、消石灰等が挙げられる。
固化作用を有するマグネシウム成分および固化作用を有するカルシウム成分を含むものの例としては、軽焼ドロマイトや、軽焼ドロマイトの部分水和物等が挙げられる。
金属塩化物の例としては、塩化第一鉄、塩化第二鉄等の塩化鉄塩や、ポリ塩化アルミニウム等の塩化アルミニウム塩等が挙げられる。
中でも、泥土の固化または重金属等の不溶化をより高める観点からは、固化作用を有するマグネシウム成分および固化作用を有するカルシウム成分の中から選ばれる少なくとも1種を含む固化不溶化材が好ましく、固化作用を有するマグネシウム成分および固化作用を有するカルシウム成分の中から選ばれる少なくとも1種を含み、さらに、金属硫酸塩および金属塩化物の中から選ばれる少なくとも1種を含む固化不溶化材がより好ましい。
固化不溶化材が、固化作用を有するマグネシウム成分および固化作用を有するカルシウム成分の中から選ばれる少なくとも1種を含み、さらに、金属硫酸塩および金属塩化物の中から選ばれる少なくとも1種を含む場合において用いる固化不溶化材のより好ましい一例として、(A)固化作用を有するマグネシウム成分を含むものとして下記(1)〜(3)の条件をすべて満たすマグネシウム含有物、(B)固化作用を有するカルシウム成分を含むものとして下記(4)の条件を満たすカルシウム含有物、並びに、(C)固化作用を有するマグネシウム成分と固化作用を有するカルシウム成分を含むものとして下記(5)の条件を満たす、マグネシウム及びカルシウム含有物、の中から選ばれる1種以上を合計で、上述した金属硫酸塩および金属塩化物の合計100質量部当たり、5〜100質量部、好ましくは10〜80質量部、特に好ましくは20〜60質量部の量で含むものが挙げられる。
(2)1000℃における強熱減量率が、1.5〜12.0質量%であるマグネシウム含有物
(3)カルシウムの含有率が、CaO換算で5.0質量%以下であるマグネシウム含有物
(4)酸化カルシウムおよび/または水酸化カルシウムの含有率の合計が、CaO換算で70質量%以上であるカルシウム含有物
(5)マグネシウムの含有率が、MgO換算で5〜35質量%であり、カルシウムの含有率が、CaO換算で20〜50質量%であり、上記マグネシウムの含有率と上記カルシウムの含有率の合計が、50質量%以上であるマグネシウムとカルシウム含有物
この固化不溶化材(好ましい一例)の詳細は、特許第5757613号公報(上述の特許文献2)に記載されているとおりである。
上記(1)の条件において、「主成分」とは、好ましくは80質量%以上、より好ましくは85質量%以上、特に好ましくは90質量%以上含むことをいう。
また、固化作用を有するマグネシウム成分および固化作用を有するカルシウム成分の少なくとも1種を含み、かつ、金属硫酸塩および金属塩化物の中から選ばれる少なくとも1種を含まない固化不溶化材のより好ましい一例として、(A)固化作用を有するマグネシウム成分を含むものとして上述した(1)〜(3)の条件をすべて満たすマグネシウム含有物、(B)固化作用を有するカルシウム成分を含むものとして上述した(4)の条件を満たすカルシウム含有物、並びに、(C)固化作用を有するマグネシウム成分と固化作用を有するカルシウム成分を含むものとして上述した(5)の条件を満たす、マグネシウム及びカルシウム含有物、の中から選ばれる1種以上からなるものが挙げられる。
助材の例としては、半水石膏、炭酸カルシウム含有粉末、珪石粉末、砕石微粉末、カンラン石粉末等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらの助材の例のうち、半水石膏、炭酸カルシウム含有物、珪石粉末、及び砕石微粉末の詳細は、特許第5757613号公報(上述の特許文献2)に記載されているとおりである。
カンラン石粉末としては、焼成カンラン石(例えば、カンラン石を300〜600℃で0.5〜1.5時間焼成してなるもの)の粉末および未焼成カンラン石の粉末のいずれも使用することができる。
助材の量は、助材の種類やその目的によっても異なるが、通常、上述の金属塩100質量部当たり、好ましくは500質量部以下、より好ましくは400質量部以下である。
なお、本工程における粉砕には、処理対象となる泥土に、固化不溶化材を添加して、粉砕を行う際に、必然的に発生する各材料の混合が含まれるものとする。
粉砕は、粉砕処理済みの泥土の50%通過質量百分率が18mm以下、好ましくは14mm以下、より好ましくは12mm以下、さらに好ましくは10mm以下、特に好ましく6mm以下になるまで行なわれる。該率が18mm以下であれば、固化体(処理済みの泥土)について、大きなコーン指数を得ることができ、固化体(処理済みの泥土)からの有害物質(重金属等)の溶出量を小さくすることができる。
なお、「50%通過質量百分率」または「80%通過質量百分率」とは、粉砕処理済みの泥土について、「JIS A 1204(2009)」(土の粒度試験方法)に準拠して粒径加積曲線を作成した場合における、該曲線から得られる「通過質量百分率が50%である上記泥土の粒径」または「通過質量百分率が80%である上記泥土の粒径」をいう。
本工程は、粉砕工程の後に行われる工程であって、粉砕工程で得られた粉砕処理済みの泥土に、固化不溶化材を添加して、混合処理を行ない、混合処理済みの泥土を形成させる工程である。
固化不溶化材としては、粉砕工程で使用したものと同様のものを使用することができる。
粉砕処理済みの泥土と固化不溶化材の混合のために用いられる混合手段の例としては、バックホウ、各種のミキサ(例えば、二軸ミキサ等のパドルミキサ、強制撹拌型ミキサ、パン型ミキサ、ロータリーハンマミキサ、4軸直列混合式ミキサ等)等が挙げられる。
中でも、泥土を構成する固体の粒子に固化不溶化材がコーティングされて、該粒子を核とする造粒物が形成されることによって、混合処理済みの泥土のコーン指数をより大きくすることができる観点から、二軸ミキサが好適である。
また、上記混合は、混合処理済みの泥土の80%通過質量百分率が、好ましくは40mm以下、より好ましくは30mm以下、さらに好ましくは26mm以下、特に好ましく20mm以下になるまで行なわれる。該率が40mm以下であれば、固化体(処理済みの泥土)について、より大きなコーン指数を得ることができ、固化体(処理済みの泥土)からの有害物質の溶出量を小さくすることができる。
また、固化不溶化材を二回に分けて添加する(粉砕工程および混合工程の各々において添加する)ことで、高分子凝集剤(特に、カチオン性高分子凝集剤およびアニオン性高分子凝集剤)を添加しなくとも、高分子凝集剤を添加した場合と比較して、固化体(処理済みの泥土)について、同様以上の大きなコーン指数を得ることができ、固化体(処理済みの泥土)からの有害物質の溶出量を、同等以上に小さくすることができる。
ここで、第二種特定有害物質の土壌溶出量は、平成15年3月6日環境省告示第18号「土壌溶出量調査に係る測定方法を定める件」に記載されている方法を用いて、溶出検液を作成し、「JIS K 0102(2013)」に準じて測定することができる。
また、本発明で得られた処理済みの泥土は、好ましくは、その溶出検液のpHが5.8〜8.6の範囲内となるものである。
ここで、処理済みの泥土の溶出検液のpHは、「JIS K 0102(2013) 12.1 ガラス電極法」に準拠して測定することができる。
なお、コーン指数が400kN/m2以上であれば、十分な強度を有することから、盛土用材料や埋立用材料として好適に使用できる。また、処理済みの泥土の運搬が容易となる。
ここで、コーン指数は、「JIS A 1210(2009)」(突固めによる土の締固め試験方法)に準拠して、供試体を作製した後、この供試体について、処理(混合の処理)の終了時から6時間経過後の時点で、「JIS A 1228(2009)」(締固めた土のコーン指数試験方法)に準拠して、測定することができる。
[使用材料]
使用材料は、以下に示すとおりである。
(a)泥土A:泥水(比重:1.12g/cm3、含水比:約400%)に、脱水剤(栗田工業社製、商品名「ソイルフレッシュP−101」)を2.5kg/m3となる量添加した後、脱水機(日本エンバイロ工業社製、フィルタープレス:型式「KPF−75PR」)を用いて、60分間脱水した、表1に示す泥土
(b)泥土B:泥水(比重:1.12g/cm3、含水比:約400%)に、脱水剤(栗田工業社製、商品名「ソイルフレッシュP−101」)を2.5kg/m3となる量添加した後、脱水機(日本エンバイロ工業社製、フィルタープレス:型式「KPF−75PR」)を用いて、60分間脱水した、表1に示す泥土
(c)固化不溶化材A〜H:表2に示す各材料からなるもの
(d)高分子凝集剤:逆相エマルション型アニオン性ポリアクリルアミド、太平洋シールドメカニクス社製、商品名「SP−α」
(e)マグネシウム含有物:マグネサイト(炭酸マグネシウムの含有率が90質量%以上のもの)を850℃で60分間、電気炉(中外エンジニアリング社製、型式「KSL−2」)を用いて焼成して軽焼マグネシアを得た後、該軽焼マグネシアをボールミルで粉砕し、ブレーン比表面積が6,300cm2/gとなるように粒度調整したもの
(f)カルシウム含有物:消石灰、奥多摩工業社製、特号
(g)マグネシウムとカルシウム含有物:ドロマイト(CaOとMgOの質量比(CaO:MgO)=1.8:1.0)を790℃で60分間、電気炉(中外エンジニアリング社製、型式「KSL−2」)を用いて焼成して軽焼ドロマイトを得た後、該軽焼ドロマイトをボールミルで粉砕し、ブレーン比表面積が5,000cm2/gとなるように粒度調整したもの
なお、上記マグネシウム含有物は、固化不溶化材の好ましい一例である上述の(1)〜(3)の条件をすべて満たすマグネシウム含有物に該当するものである。
上記カルシウム含有物は、固化不溶化材の好ましい一例である上述の(4)の条件をすべて満たすカルシウム含有物に該当するものである。
上記マグネシウムとカルシウム含有物は、固化不溶化材の好ましい一例である上述の(5)の条件をすべて満たすマグネシウムとカルシウム含有物に該当するものである。
[処理条件1]
多軸ハンマー式混合機(奥多摩工業社製、多軸回転ハンマー式混合機(S−4R型))に、処理対象となる泥土と固化不溶化材を入れて、表3に示す回転数で、1〜3秒間、粉砕の処理を行なった(粉砕工程)。
次いで、二軸ミキサ(冨士機社製の「FBE−1000」)に、粉砕処理済みの泥土と固化不溶化材を入れて、表3に示す回転数で、1分間、混合の処理を行ない(混合工程)、処理済みの泥土(混合処理済みの泥土)を得た。
[処理条件2〜3]
多軸ハンマー式混合機の代わりに、竪型三軸クラッシャー(冨士機社製の「マルチクラッシャー(BB−50)」を使用する以外は、処理条件1と同様にして、処理済みの泥土(混合処理済みの泥土)を得た。
[処理条件4]
処理対象となる泥土に固化不溶化材を添加した。
[処理条件5〜6]
多軸ハンマー式混合機(奥多摩工業社製、多軸回転ハンマー式混合機(S−4R型))に、処理対象となる泥土と固化不溶化材を入れて、表3に示す回転数で、1〜3秒間、粉砕の処理を行ない(粉砕工程)、処理済みの泥土(粉砕処理済みの泥土)を得た。
[処理条件7〜8]
竪型三軸クラッシャー(冨士機社製の「マルチクラッシャー(BB−50)」に、処理対象となる泥土と固化不溶化材を入れて、表3に示す回転数で、1〜3秒間、粉砕の処理を行ない(粉砕工程)、処理済みの泥土(粉砕処理済みの泥土)を得た。
なお、処理条件1〜8において、固化不溶化材A〜C、E〜Hは、各材料(金属硫酸塩、マグネシウム成分等)を事前に混合しておき、該混合物(固化不溶化材)を処理対象物に添加することによって用いた。固化不溶化材Dは、硫酸アルミニウムとマグネシウム含有物を事前に混合しておき、該混合物とポリ塩化アルミニウムをそれぞれほぼ同時に処理対象物に添加することによって用いた。
また、処理条件1〜8において、泥土Aおよび泥土Bのいずれを対象にした場合であっても、50%通過質量百分率および80%通過質量百分率の数値は同じであった。
表4に示す種類の泥土(処理対象物)について、表3および表4に示す処理条件で、処理を行った。粉砕処理後の泥土および混合処理後の泥土の通過質量百分率および80%通過質量百分率は表3に示すとおりであった。
処理済みの泥土について、上述の方法を用いて、コーン指数(混合工程の終了から6時間後の値)、有害物質(ふっ素およびひ素)の土壌溶出量、および、溶出検液のpHを測定した。測定は10個の検体について行い、その平均値を測定結果とした。
なお、ふっ素の土壌汚染対策法(平成15年)における第二種特定有害物質の土壌溶出基準の値は0.8mg/リットル未満であり、ひ素の土壌汚染対策法(平成15年)における第二種特定有害物質の土壌溶出基準の値は0.01mg/リットル未満である。
表4に示す種類の泥土(処理対象物)について、表3および表4に示す処理条件で、処理を行った。
なお、高分子凝集剤を添加する場合(比較例2、4〜7)、表4に示す量の高分子凝集剤を、固化不溶化材と同時にミキサに投入した。
粉砕処理後の泥土の50%通過質量百分率および80%通過質量百分率は表3に示すとおりであった。
また、処理済みの泥土のコーン指数(粉砕工程の終了から6時間後の値)、有害物質(ふっ素およびひ素)の土壌溶出量、および、溶出検液のpHを、実施例1と同様にして測定した。
結果を表4に示す。
また、実施例1(粉砕処理後の泥土の50%通過質量百分率:16mm)と実施例3(粉砕処理後の泥土の50%通過質量百分率:6mm)の比較から、粉砕処理後の泥土の50%通過質量百分率が小さくなると、コーン指数が大きく、かつ、ふっ素の土壌溶出量が小さくなることがわかる。
また、実施例1と比較例1の比較、実施例2と比較例3の比較、実施例10と比較例8の比較から、粉砕工程の後、混合工程を行い、かつ、固化不溶化材を各工程において添加する方法(実施例1、2、10)によれば、コーン指数が大きく、かつ、ふっ素の土壌溶出量が小さくなることがわかる。
さらに、実施例1と比較例2の比較から、実施例1では高分子凝集剤を使用していないにもかかわらず、比較例2よりも、コーン指数が大きく、かつ、ふっ素の土壌溶出量が小さいことがわかる。同様に、実施例2と比較例4の比較から、実施例2では高分子凝集剤を使用していないにもかかわらず、比較例4(高分子凝集剤を使用)よりも、コーン指数が大きく、かつ、ふっ素の土壌溶出量が小さいことがわかる。
Claims (9)
- 泥水式シールド工法で発生する泥土に、固化不溶化材を添加して、粉砕処理を行ない、粉砕処理済みの泥土を形成させる粉砕工程と、
上記粉砕処理済みの泥土に、固化不溶化材を添加して、混合処理を行ない、混合処理済みの泥土を形成させる混合工程を含む、泥水式シールド工法で発生する泥土の処理方法であって、
上記粉砕工程及び上記混合工程において、カチオン性高分子凝集剤及びアニオン性高分子凝集剤のいずれも添加されず、
上記粉砕工程における粉砕が、上記粉砕処理済みの泥土の、50%通過質量百分率が18mm以下、80%通過質量百分率が40mm以下になるまで行われることを特徴とする泥水式シールド工法で発生する泥土の処理方法。 - 上記混合工程において、二軸ミキサを用いて混合処理を行う請求項1に記載の泥水式シールド工法で発生する泥土の処理方法。
- 上記粉砕工程における、粉砕時間が1〜10秒間であり、上記混合工程における混合時間が0.5〜5分間である請求項1または2に記載の泥水式シールド工法で発生する泥土の処理方法。
- 上記粉砕工程において添加する固化不溶化材の質量と、上記混合工程において添加する固化不溶化材の質量の比が、1:4〜4:1である請求項1〜3のいずれか1項に記載の泥水式シールド工法で発生する泥土の処理方法。
- 上記固化不溶化材が、固化作用を有するマグネシウム成分および固化作用を有するカルシウム成分の中から選ばれる少なくとも1種を含むものである請求項1〜4のいずれか1項に記載の泥水式シールド工法で発生する泥土の処理方法。
- 上記固化不溶化材が、さらに、金属硫酸塩および金属塩化物の中から選ばれる少なくとも1種を含むものである請求項5に記載の泥水式シールド工法で発生する泥土の処理方法。
- 上記固化不溶化材が、(A)上記マグネシウム成分を含むものとして下記(1)〜(3)の条件をすべて満たすマグネシウム含有物、(B)上記カルシウム成分を含むものとして下記(4)の条件を満たすカルシウム含有物、並びに、(C)上記マグネシウム成分と上記カルシウム成分を含むものとして下記(5)の条件を満たす、マグネシウム及びカルシウム含有物、の中から選ばれる1種以上を合計で、上記金属硫酸塩および上記金属塩化物の合計100質量部当たり、5〜100質量部の量で含む請求項6に記載の泥水式シールド工法で発生する泥土の処理方法。
(1)炭酸マグネシウムおよび/または水酸化マグネシウムを主成分とする固形物を、650〜1000℃で焼成して得られる酸化マグネシウムを含むマグネシウム含有物、または、該マグネシウム含有物を部分的に水和させて生成した水酸化マグネシウムを一部に含むマグネシウム含有物
(2)1000℃における強熱減量率が、1.5〜12.0質量%であるマグネシウム含有物
(3)カルシウムの含有率が、CaO換算で5.0質量%以下であるマグネシウム含有物
(4)酸化カルシウムおよび/または水酸化カルシウムの含有率の合計が、CaO換算で70質量%以上であるカルシウム含有物
(5)マグネシウムの含有率が、MgO換算で5〜35質量%であり、カルシウムの含有率が、CaO換算で20〜50質量%であり、上記マグネシウムの含有率と上記カルシウムの含有率の合計が、50質量%以上であるマグネシウムとカルシウム含有物 - 上記固化不溶化材が、半水石膏、炭酸カルシウム含有粉末、珪石粉末、砕石微粉末、カンラン石粉末から選ばれる少なくとも1種からなる助材を含む請求項1〜7のいずれか1項に記載の泥水式シールド工法で発生する泥土の処理方法。
- 上記泥水式シールド工法で発生する泥土1m3当たり、上記固化不溶化材の添加量が、20〜250kgである請求項1〜8のいずれか1項に記載の泥水式シールド工法で発生する泥土の処理方法。
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