土壌分級装置
【課題】
残土等を粘土質等の微細粒子、砂分等が多く存在する細粒子、礫等が多い粗大粒子のおおよそ３種類の土壌に分級し、微細粒子は粘土コロイドとして回収する。
【課題解決手段】
粘性土を含む土壌中に含まれる粒子成分を分級する装置であって、土壌と水とを攪拌するための攪拌槽と、上記攪拌槽内に平行に設けられた複数の邪魔板と上記複数の邪魔板に沿って上向流を発生させることで上記攪拌槽内の土壌及び水を攪拌するための空気散気管と、を有し、上記土壌中の微細粒子が、水中で浮遊し膨潤することにより、混合水となって上記邪魔板下部に設けられた開口を通じて隣接する受入槽に導かれて、当該排水槽内の上向流により水槽外へ排出され、上記土壌中の砂や礫が、上向流により上記邪魔板に沿って移動し、砂や礫の比重差によって攪拌槽の底部に分級されて堆積するように構成されていることを特徴とする土壌分級装置。
残土等を粘土質等の微細粒子、砂分等が多く存在する細粒子、礫等が多い粗大粒子のおおよそ３種類の土壌に分級し、微細粒子は粘土コロイドとして回収する。
【課題解決手段】
粘性土を含む土壌中に含まれる粒子成分を分級する装置であって、土壌と水とを攪拌するための攪拌槽と、上記攪拌槽内に平行に設けられた複数の邪魔板と上記複数の邪魔板に沿って上向流を発生させることで上記攪拌槽内の土壌及び水を攪拌するための空気散気管と、を有し、上記土壌中の微細粒子が、水中で浮遊し膨潤することにより、混合水となって上記邪魔板下部に設けられた開口を通じて隣接する受入槽に導かれて、当該排水槽内の上向流により水槽外へ排出され、上記土壌中の砂や礫が、上向流により上記邪魔板に沿って移動し、砂や礫の比重差によって攪拌槽の底部に分級されて堆積するように構成されていることを特徴とする土壌分級装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は粘性土を多く含む建設残土等を水槽内で強攪拌させることにより、粘土等の微細粒子、砂分等が多い細粒子、礫等の粗大粒子に分級する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設工事から発生する残土は盛土材として再利用されない分は、専用の埋立場所に処分されている。許可された場所に処分されているとはいえ、処分場所の周辺では自然環境の破壊につながり、また搬入を含む周辺の住民の同意を得ているとは考え難い。
また小規模に発生する残土は土地の造成という名目で、野ざらしで投棄され、簡単な造成のみがされているのが現状である。
【０００３】
上記残土は表層土壌、粘質土や礫等を多く含む深部にある土壌が混在するため、再利用が難しい土壌である。残土が投棄された跡地では、降雨により、表層にある粘土や砂等が流亡し、ガリ（表面の侵食）が発生する。また粘性土を多く含むため、土地が圧密化し易く、中高木等の植生が育たない雑草しか生えない荒地と化してしまう。また粘土や砂等の微細粒子が多いため、機械的な分級方法になじみ難く、水洗いをすると濁水が発生してしまう。
【０００４】
残土を再利用するためには、先ず粘土粒子を取除く必要がある。粘質成分である微細粒子が取除かれることにより、さらさらした砂や礫等の細または粗大粒子となり、これらを粒度区分ごとに分級することで再利用が可能となる。
この点、土壌を篩にかけて、再利用する装置として、粗粒篩い網と、該粗粒篩い網の下に配置される中粒篩い網と、該粗粒篩い網と中粒篩い網の上方に配置される水洗スプレーとからなり、前記粗粒篩い網の搬送長さが中粒篩い網の搬送長さの約１／４〜１／２であり、該粗粒篩い網と中粒篩い網を振動
させて、汚染土壌 を搬送しながら分球および洗浄する振動 篩い式土壌
洗浄装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２６２０２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載の発明のように、土の分級方法は振動ぶるい等により、それぞれの粒子別に分級することが一般的である。しかしながら、微細な粘土粒子が多く含まれる残土の再利用を図るため、残土から微細な粘土粒子や砂等の細粒子、礫等の粗大粒子に分級するためには、振動ぶるい等の機械的な方法では、微細な粘土粒子まで分級することはできない。また振動ぶるい等の機械による分級をしても、回収される細粒子や粗大粒子にはコロイダルな懸濁物質が付着しており、水洗いが必要で水洗水が濁水となってしまう。
【０００７】
粘土粒子等の微細な土粒子は水中では分散、膨潤をしており、処理前の残土を水中に投入することにより、比重の重い細粒子や粗大粒子は沈降し、水槽底部に堆積するため水と共に回収することができる。しかし攪拌装置があるだけの処理槽内では、水が回収されても、細粒子や粗大粒子は水槽底部に堆積し、また圧密により、水槽から水を抜いても底部からの取出しが困難である。
堆積物はほぼ空気散気管の回りで混在し、粘性土の一部も混ざるため、分級されない。
【０００８】
そこで、本発明は、残土等を粘土質等の微細粒子、砂分等が多く存在する細粒子、礫等が多い粗大粒子のおおよそ３種類の土壌に分級し、微細粒子は粘土コロイドとして回収する。細粒子である砂や礫等が多い粗大粒子は別々に槽内堆積物として処理槽を排水してから回収することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明にかかる土壌分級装置は、粘性土を含む土壌中に含まれる粒子成分を分級する装置であって、土壌と水とを攪拌するための攪拌槽と、上記攪拌槽内に平行に設けられた複数の邪魔板と上記複数の邪魔板に沿って上向流を発生させることで上記攪拌槽内の土壌及び水を攪拌するための空気散気管と、を有し、上記土壌中の微細粒子が、水中で浮遊し膨潤することにより、混合水となって上記邪魔板下部に設けられた開口を通じて隣接する受入槽に導かれて、当該排水槽内の上向流により水槽外へ排出され、上記土壌中の砂や礫は、上向流により上記邪魔板に沿って移動し、砂や礫の比重差によって攪拌槽の底部に分級されて堆積することを特徴とする。
【００１０】
また、上記受入槽の水平面積を下方から上方に向かって徐々に大きくなるように構成することで、上記受入槽内の上向流が徐々に弱まり、混合水中の微細粒子と水が分離する界面が形成されることで、上層部から排出される処理水に随伴して微細粒子が排出されることを防止してもよい。
【００１１】
また、上記攪拌槽の底部には保水材を設置して、当該保水材上に砂分、礫それぞれを分級して堆積させ、堆積物の圧密を防止するものとしてもよい。
【００１２】
また、受入槽からの返送水を上記保水材に供給するための給水装置をさらに有してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は粘性土を多く含む建設工事から発生する残土等を２枚の邪魔板及び強攪拌できる散気配管のある処理槽に投入し、強攪拌をすることによって粘土等の微細粒子、砂等の細粒子、礫等の粗大粒子に分級する。
粘土等の微細粒子は、処理槽内の水と共に排水し、受入槽で濃縮し、回収する。砂等の細粒子、礫等の粗大粒子は処理槽底部では圧密してしまうことから、処理槽からの取り出しを容易にするため、処理槽底部には保水材を配し、常に水が供給され、湿潤するようにし、圧密を防止する。
斜めに取り付けられた２枚の邪魔板は、それぞれの下部に近接して、ブロワーから供給する空気を水槽に散気するための空気散気管を取り付ける。
【００１４】
水を分離して回収された粘性土は自然乾燥を行う過程で、粘土のもつ粘着性により粒状になって乾燥する。この粒状物は土壌の通気性改善に有効で、かつ肥効があることから畑土壌の改良資材として利用ができる。砂等の細粒子や礫等の粗大粒子はすでに水洗いがされていることから、そのまま利用しても濁水が発生することなく、またさらに機械による分級を行って建設資材に再利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。
図１に示すように、本実施例に係る土壌分級装置１は、処理槽２、邪魔板３ａ及び３ｂ、空気散気管４、ブロワー５、保水器６、投入スクリーン７、排水管８、受入槽９、返送水配管１０、返送水ポンプ１１、処理水配管１２、バルブ１３、グレーチング状の板１４よりなり、更に、処理槽２は、攪拌槽２ａ及び排水槽２ｂよりなる。
【００１６】
攪拌槽２ａは、残土等を水と混合させ、空気散気管４より放出する空気により攪拌して、砂分等の細粒子や、礫等の粗大粒子を分級する水槽である。
排水槽２ｂは、攪拌槽２ａにおける分級後の粘土を含んだ混合水を受け入れる水槽である。
邪魔板３ａは、排水槽２ｂの水面が下方から上方へ徐々に広くなるよう斜めに取り付けられ、下部において攪拌槽２ａと排水槽２ｂが連結するよう開口１５を設けて、両槽２ａ、２ｂを仕切る板である。また、邪魔板３ｂは、邪魔板３ａと平行に取り付けられ、邪魔板３ａ同様に下方において、攪拌槽２ａと排水槽２ｂが連結するよう開口１５を設けているが、上部は使用時における水面よりも下面にあり、邪魔板３ａ、３ｂ間の混合水が、邪魔板３ｂを挟んで反対側の攪拌槽２ａに流入できるようになっている。
空気散気管４は、攪拌槽２ａ内の混合水に水流を生じさせる空気を放出する管であって、邪魔板３ａ、３ｂの下部に取り付けられている。
ブロワー５は、空気散気管４を通じて、攪拌槽２ａ内に空気を送出する送風機である。
保水器６は、攪拌槽２ａ底部に堆積した砂分や礫等に水分を補給するものである。
投入スクリーン７は、金属等よりなる目の細かい篩である。
排水管８は、排水槽２ｂ内の混合水を受入槽９へ導水する管である。
受入槽９は、排水槽２ｂから導水された微細粒子を含む混合水を貯留する水槽で、槽内では、微細粒子が沈降して界面を形成する。
返送水配管１０は、受入槽９内の処理水を保水器６、更には攪拌槽２ａへ導出するための管である。
返送水ポンプ１１は、返送水配管１０内の処理水を保水器６へ送出するポンプである。
処理水配管１２は、受入槽９上層の処理水を受入槽９外へ排出するための管である。
バルブ１３は、排水管８から攪拌槽２ａへ注水される水量を調整するバルブである。
グレーチング状の板１４は、金属等よりなる目の細かい篩であり、保水器６の上に備えつけられている。なお、グレーチング状の板１４は、後述する、おもし６３と内箱６２の間に備え付けてもよいし、グレーチング状の板１４そのものをおもし６３の代わりとして用いてもよい。
【００１７】
また、保水器６は、図４〜図６に示すとおり、柔らかく、強度のないポリウレタンフォーム等からなる保水材６１が、水を通す穴が一定間隔で設けられた内箱６２が収容され、内箱６２の上から、金属等よりなるおもし６３が乗せられている。
また、保水器６には、返送水が保水器６内を通水できるよう、返送水の出入口として返送水配管１０が取り付けられている。
【００１８】
次に、土壌分級装置１による処理工程を説明する。
残土等にある粗大な礫等は振動スクリーン等により、前もって取り除く。
処理槽２は満水にしてから、残土等を一定量ずつ投入する。残土の投入は攪拌槽２ａ上から行い、投入場所は粗大粒子が堆積する付近の上部からがよい。また投入場所には投入スクリーン７を設けて粗大な礫、ごみ等の混入を防止する。攪拌槽２ａの短手方向の幅の全体に渡って、均一に投入するために返送水ポンプ１１からの圧力水を散水させながら投入すれば効果的である。
【００１９】
礫、砂、粘土が混在する残土を処理槽２内で空気散気管４より放出される攪拌空気により発生する水流により分級する。
攪拌することにより粘土等の微細粒子は水中で膨潤し、浮遊する。砂分等の細粒子や礫等の粗大粒子は処理槽２にある邪魔板３ａ、３ｂを通った攪拌空気によって生じる水流によって、比重差により攪拌槽２ａ底部にそれぞれ沈降・堆積させる。
通常の分級方法は５ｍｍ以下、１０ｍｍ以下、２５ｍｍ以下等とする粒子径の分別を行っているが、分級後の土壌粒子を砂等の細粒子、礫等の粗大粒子と大まかな分別にすることで、装置構造を単純化することができる。
【００２０】
比重の大きい土壌粒子を処理槽２に投入し、篩い分けをするためには、強攪拌となる供給空気量は２〜５m3/m3Ｈ位の風量が要求される。この空気量によって生じる処理槽２内の水流を有効に制御しなければ、細粒子、粗大粒子の分別ができない。
そのためには、攪拌空気により、有効な上昇水流が随伴できる水深は２〜４ｍ程度とする。水中の空気散気管４は空気を供給する管の先端に５ｍｍ〜１０ｍｍの荒い網目のついた吐出口を有する。空気散気管４は二つ配置する。また処理槽２で有効な水平流を現出させるために空気散気管４に近接して２枚の邪魔板３ａ、３ｂをおく。邪魔板３ａ、３ｂを空気が随伴する上昇水流を水表面で、スムーズな水平流になるようにする。
１枚目の邪魔板３ａは水表面から上に出て攪拌槽２ａを、隣接する排水槽２ｂの上部と区切るようにし、２枚目は邪魔板３ｂの頂部は水面下になるようにする。また両邪魔板３ａ、３ｂの最下部は開口１５にする。
【００２１】
処理槽１は攪拌槽２ａと排水槽２ｂで構成し、攪拌槽２ａにはそれぞれ斜め平行に設置する２枚の邪魔板３ａ、３ｂを設ける。それぞれの邪魔板３ａ、３ｂの下部には空気散気管４があり、土壌は邪魔板３ａ、３ｂから生じる水流の直下流付近に水と共に連続して投入をする。攪拌空気は、邪魔板３ａ、３ｂに沿うように一定方向に強い空気攪拌流ができる。空気と随伴する水流は、水面で水平流に転じる。
【００２２】
ここで、攪拌槽２ａ内での水流による分級方法を図２の模式図により説明する。攪拌槽２ａ底にある空気散気管４から出た攪拌空気は邪魔板３ａ、３ｂがない時は図２（Ａ）に示すように空気散気管４からまっすぐ自由上昇をし、上昇する空気に随伴して水流もまっすぐ上昇する。この時粗大粒子や砂分等は比重が重いため空気散気管４の周りに落下し、堆積してしまう。
【００２３】
一つの邪魔板３ａを斜めに取り付けた場合、空気散気管４からの空気は水面へ自由上昇をするのでなく、邪魔板３ａの取り付けられている方向に攪拌空気が上昇し、より強い水の随伴流が得られる。強い水流によって比重の重い砂分や礫等の粒子は一定方向に導かれ、比重差により、攪拌槽２ａ底部にそれぞれが沈降堆積する。しかし礫等比重の重い粗大粒子は水流から脱落し、邪魔板３ａに近接して沈降堆積する。
【００２４】
更に２枚の邪魔板３ａ、３ｂを設けた場合、邪魔板３ａ、３ｂ間を上昇する空気は強い随伴流となり、攪拌槽２ａ上部まで保たれ、邪魔板３ｂの下部に空気散気管４を付けることにより、２つの上昇空気及び随伴する上昇水流ができることにより、水表面ですぐ落下しようとする礫等の粗大粒子は空気散気管４の追加される流れにより、沈降を防止し、より遠くへ運搬し沈降させることができる。
また砂等の細粒子は空気散気管４により生じる強い水流により、攪拌槽２ａの壁まで運搬さ、水流が攪拌槽２ａの壁にぶつかる乱流により壁際に沈降し、堆積する。
結果、攪拌槽２ａ端部の壁際には砂等の細粒子が堆積・集積し、邪魔板２ａ、２ｂ下部付近には細粒子より比重の大きい粗大粒子が沈降・堆積する。
【００２５】
そして、図３に示すように、微細粒子は攪拌槽２ａ内で浮遊しながら、排水槽２ｂへ邪魔板２ａ、２ｂの下部の開口１５から上向流により、流入させる。更に、排水管８を通じて受入槽９へ排水された微細粒子は受入槽９で濃縮をし、水と分離させる。
【００２６】
上向流とするのは、上向きに流れる処理水に対して、その中にある微細粒子は沈降しようとする力が働く。処理水流量が多く、微細粒子の沈降する下向きの力より、上昇する水流の方が大きい場合、微細粒子は排水管８の管口まで上昇し排水管８を通して受入槽９へ導水される。
【００２７】
受入槽９の水面の面積は、処理槽２にある排水槽２ｂの水平面積より大きくする。この面積は沈殿分離面積ともなり、面積が大きくなれば、上向流内で沈降しようとする微細粒子が沈降しやすくなる。これによって受入槽９途中には微細粒子と水が分離する界面ができる。界面より上方から返送水配管１０により返送水を取水し、また一部は受入槽９外へ排水する。受入槽９下部につける排出口から濃縮した微細粒子である粘土を回収する。
邪魔板３ａ、３ｂ下部から排水槽２ｂへ微細粒子の混合水を流入させ、上向流となって排水槽２ｂ上部から排水される。この時排水槽２ｂの平均の水面の水平面積（沈降分離面積）をＳ１、見掛けの流速をＶ１とし、返送・循環している水量をＱとすると、Ｖ１＝Ｑ／Ｓ１で表すことができる。
排水槽２ｂの上向の流れの中では、微細粒子は沈降しようとする力に対して、返送水量Ｑの水の上向きの流れの力が強くなるようにＳ１を小さくすれば、微細粒子は沈降することなく、水に随伴して、排水槽２ｂ上部より混合水として処理槽２から排水される。
次に排水槽２ｂからの混合水は、受入槽９の下部から流入させる。受入槽９においても、上向による流れで、その上部から処理水が排水される。受入槽９に流入する水量は排水槽２ｂからの排水量をＱであること、また受入槽９の水面の水平面積Ｓ２とすると、受入槽９上向流速は、Ｖ２＝Ｑ／Ｓ２で表すことができる。ここでＶ２を緩やかにし、上向きの流れの中で微細粒子が沈降する流速にするためには、Ｓ２をＳ２＞Ｓ１とすればよい。
【００２８】
排水槽２ｂより大きな面積をもつ受入槽９内では微細粒子は沈降する力の方が強くなり、受入槽９の処理水配管１２が取り付けられた排出口位置の下方に微細粒子と水が分離する界面が生じる。結果受入槽９上部からの処理水は微細粒子が含まれない水として排出される。
また受入槽９に生じた界面下のスラリーゾーン内では、次々に送られる混合水中の微細粒子が沈降分離することにより濃縮される。ＳＶ濃度で７０％程度の濃度に濃縮されるまで、受入槽９への受け入れを行い、７０％以上の濃度で混合水の供給を停止する。受入槽９下部につける排出口からスラリーを別の水槽へ引抜く。受入槽９からスラリーが引抜かれた後、混合水の受け入れを再開する。
別の水槽へのスラリーの引抜きは受入槽９の運転中、連続で行ってもよい。
【００２９】
攪拌槽２ａ底に沈降し、堆積する細粒子や粗大粒子は堆積している間、圧密する。圧密は堆積物を固めるため、処理槽２の排水をして取り出す時の作業が困難になる。
圧密は沈降したての時の水分が粒子の堆積がすすむに従い、堆積物の水分が抜けて起こる現象である。そのため堆積物の下面から常に水を補給し下面を湿潤させておけば圧密が起こり難くなり、堆積物には水が通り易い状態とすることができる。
【００３０】
そこで、図４に示す構造を有する保水器６を、攪拌槽２ａ底部に設ける。返送水ポンプ１１からの水は保水器６内に送水する。返送水ポンプ１１からの送水圧力は、返送水配管１０の先端に設けるバルブ１３を絞ることによって、処理槽内の水圧より高い圧力にする。保水器６内には、柔らかく、強度のないポリウレタンフォーム等の保水材６１を収容する測板に水通し穴があいた内箱６２を設ける。内箱６２の上には保水材を押えるためのおもし６３をおく。おもし６３はスクリーンの機能を持たすためにグレーチング状の板としてもよい。
返送水は、攪拌槽２ａ下部から供給し、内箱６２内の保水材６１に吸収された返送水がおもし６３の重みによって、内箱６２の穴から滲みだし、堆積物があっても、攪拌槽２ａ下面は常に保水状態にする。
処理槽２には水が満水されているが、底部の堆積が多くなるに従い、次第に圧密化し、堆積物の底から水が追い出される。堆積物の下部は水がなくなり、硬く、固結状となる。この下層に常に水を供給し、保水しておくことにより、堆積物内には常に水が保有されることになり、固結せず流動化する。
圧密化しない堆積物は流動性が改善され、処理槽２から水を抜いて外部へ取り出す時も容易となる。また流動化することにより、細粒物、粗大粒子に付着して沈降堆積した微細粒子は、攪拌槽２ａ内が強く攪拌されているため、付着から離れ、処理槽２中に再分散される。細粒子、粗大粒子の分級効果も上げることができる。
【００３１】
処理槽２内で微細粒子を含む槽内水は邪魔板３ａ、３ｂを挟んで攪拌槽２ａの反対にある排水槽２ｂ上層から、受入槽９へ排水する。受入槽９上層部から返送水ポンプ１１により攪拌槽２ａ下面の保水器６に供給する。保水器６への供給は処理槽２側面から返送水配管１０により給水をする。保水器６からの排水は反対側側板に取り付けられた返送水配管１０を通って、処理槽２上部の投入スクリーン７が設けられた土壌投入エリアから攪拌槽２ａへ注水をする。
返送水ポンプ１１から常に攪拌槽２ａへ通水されることにより、当該装置で保有される水は受入槽９から処理水配管１２場合以外は補給しない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の例に係る土壌分級装置の斜視図である。
【図２】本実施の例に係る土壌分級装置による処理工程を説明する模式図である。
【図３】本実施の例に係る土壌分級装置における分級方法を説明する図である。（Ａ）は邪魔板がない場合、（Ｂ）は邪魔板３ａを取り付けた場合、（Ｃ）は邪魔板３ａ、３ｂを取り付けた場合を示す。
【図４】本実施の例に係る保水器の構造を示す斜視図である。
【図５】本実施の例に係る保水器の構造を示す平面図である。
【図６】本実施の例に係る保水器の構造を、［図５］におけるｆ−ｆ’の断面により示した図である。
【符号の説明】
【００３３】
１・・・土壌分級装置、２・・・処理槽、２ａ・・・攪拌槽、２ｂ・・・排水槽、３ａ・・・邪魔板、３ｂ・・・邪魔板、４・・・空気散気管、５・・・ブロワー、６・・・保水器、７・・・投入スクリーン、８・・・排水管、９・・・受入槽、１０・・・返送水配管、１１・・・返送水ポンプ、１２・・・処理水配管、１３・・・バルブ、１４・・・グレーチング状の板、１５・・・開口、６１・・・保水材、６２・・・内箱、６３・・・おもし
【技術分野】
【０００１】
本発明は粘性土を多く含む建設残土等を水槽内で強攪拌させることにより、粘土等の微細粒子、砂分等が多い細粒子、礫等の粗大粒子に分級する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設工事から発生する残土は盛土材として再利用されない分は、専用の埋立場所に処分されている。許可された場所に処分されているとはいえ、処分場所の周辺では自然環境の破壊につながり、また搬入を含む周辺の住民の同意を得ているとは考え難い。
また小規模に発生する残土は土地の造成という名目で、野ざらしで投棄され、簡単な造成のみがされているのが現状である。
【０００３】
上記残土は表層土壌、粘質土や礫等を多く含む深部にある土壌が混在するため、再利用が難しい土壌である。残土が投棄された跡地では、降雨により、表層にある粘土や砂等が流亡し、ガリ（表面の侵食）が発生する。また粘性土を多く含むため、土地が圧密化し易く、中高木等の植生が育たない雑草しか生えない荒地と化してしまう。また粘土や砂等の微細粒子が多いため、機械的な分級方法になじみ難く、水洗いをすると濁水が発生してしまう。
【０００４】
残土を再利用するためには、先ず粘土粒子を取除く必要がある。粘質成分である微細粒子が取除かれることにより、さらさらした砂や礫等の細または粗大粒子となり、これらを粒度区分ごとに分級することで再利用が可能となる。
この点、土壌を篩にかけて、再利用する装置として、粗粒篩い網と、該粗粒篩い網の下に配置される中粒篩い網と、該粗粒篩い網と中粒篩い網の上方に配置される水洗スプレーとからなり、前記粗粒篩い網の搬送長さが中粒篩い網の搬送長さの約１／４〜１／２であり、該粗粒篩い網と中粒篩い網を振動
させて、汚染土壌 を搬送しながら分球および洗浄する振動 篩い式土壌
洗浄装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２６２０２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載の発明のように、土の分級方法は振動ぶるい等により、それぞれの粒子別に分級することが一般的である。しかしながら、微細な粘土粒子が多く含まれる残土の再利用を図るため、残土から微細な粘土粒子や砂等の細粒子、礫等の粗大粒子に分級するためには、振動ぶるい等の機械的な方法では、微細な粘土粒子まで分級することはできない。また振動ぶるい等の機械による分級をしても、回収される細粒子や粗大粒子にはコロイダルな懸濁物質が付着しており、水洗いが必要で水洗水が濁水となってしまう。
【０００７】
粘土粒子等の微細な土粒子は水中では分散、膨潤をしており、処理前の残土を水中に投入することにより、比重の重い細粒子や粗大粒子は沈降し、水槽底部に堆積するため水と共に回収することができる。しかし攪拌装置があるだけの処理槽内では、水が回収されても、細粒子や粗大粒子は水槽底部に堆積し、また圧密により、水槽から水を抜いても底部からの取出しが困難である。
堆積物はほぼ空気散気管の回りで混在し、粘性土の一部も混ざるため、分級されない。
【０００８】
そこで、本発明は、残土等を粘土質等の微細粒子、砂分等が多く存在する細粒子、礫等が多い粗大粒子のおおよそ３種類の土壌に分級し、微細粒子は粘土コロイドとして回収する。細粒子である砂や礫等が多い粗大粒子は別々に槽内堆積物として処理槽を排水してから回収することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明にかかる土壌分級装置は、粘性土を含む土壌中に含まれる粒子成分を分級する装置であって、土壌と水とを攪拌するための攪拌槽と、上記攪拌槽内に平行に設けられた複数の邪魔板と上記複数の邪魔板に沿って上向流を発生させることで上記攪拌槽内の土壌及び水を攪拌するための空気散気管と、を有し、上記土壌中の微細粒子が、水中で浮遊し膨潤することにより、混合水となって上記邪魔板下部に設けられた開口を通じて隣接する受入槽に導かれて、当該排水槽内の上向流により水槽外へ排出され、上記土壌中の砂や礫は、上向流により上記邪魔板に沿って移動し、砂や礫の比重差によって攪拌槽の底部に分級されて堆積することを特徴とする。
【００１０】
また、上記受入槽の水平面積を下方から上方に向かって徐々に大きくなるように構成することで、上記受入槽内の上向流が徐々に弱まり、混合水中の微細粒子と水が分離する界面が形成されることで、上層部から排出される処理水に随伴して微細粒子が排出されることを防止してもよい。
【００１１】
また、上記攪拌槽の底部には保水材を設置して、当該保水材上に砂分、礫それぞれを分級して堆積させ、堆積物の圧密を防止するものとしてもよい。
【００１２】
また、受入槽からの返送水を上記保水材に供給するための給水装置をさらに有してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は粘性土を多く含む建設工事から発生する残土等を２枚の邪魔板及び強攪拌できる散気配管のある処理槽に投入し、強攪拌をすることによって粘土等の微細粒子、砂等の細粒子、礫等の粗大粒子に分級する。
粘土等の微細粒子は、処理槽内の水と共に排水し、受入槽で濃縮し、回収する。砂等の細粒子、礫等の粗大粒子は処理槽底部では圧密してしまうことから、処理槽からの取り出しを容易にするため、処理槽底部には保水材を配し、常に水が供給され、湿潤するようにし、圧密を防止する。
斜めに取り付けられた２枚の邪魔板は、それぞれの下部に近接して、ブロワーから供給する空気を水槽に散気するための空気散気管を取り付ける。
【００１４】
水を分離して回収された粘性土は自然乾燥を行う過程で、粘土のもつ粘着性により粒状になって乾燥する。この粒状物は土壌の通気性改善に有効で、かつ肥効があることから畑土壌の改良資材として利用ができる。砂等の細粒子や礫等の粗大粒子はすでに水洗いがされていることから、そのまま利用しても濁水が発生することなく、またさらに機械による分級を行って建設資材に再利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。
図１に示すように、本実施例に係る土壌分級装置１は、処理槽２、邪魔板３ａ及び３ｂ、空気散気管４、ブロワー５、保水器６、投入スクリーン７、排水管８、受入槽９、返送水配管１０、返送水ポンプ１１、処理水配管１２、バルブ１３、グレーチング状の板１４よりなり、更に、処理槽２は、攪拌槽２ａ及び排水槽２ｂよりなる。
【００１６】
攪拌槽２ａは、残土等を水と混合させ、空気散気管４より放出する空気により攪拌して、砂分等の細粒子や、礫等の粗大粒子を分級する水槽である。
排水槽２ｂは、攪拌槽２ａにおける分級後の粘土を含んだ混合水を受け入れる水槽である。
邪魔板３ａは、排水槽２ｂの水面が下方から上方へ徐々に広くなるよう斜めに取り付けられ、下部において攪拌槽２ａと排水槽２ｂが連結するよう開口１５を設けて、両槽２ａ、２ｂを仕切る板である。また、邪魔板３ｂは、邪魔板３ａと平行に取り付けられ、邪魔板３ａ同様に下方において、攪拌槽２ａと排水槽２ｂが連結するよう開口１５を設けているが、上部は使用時における水面よりも下面にあり、邪魔板３ａ、３ｂ間の混合水が、邪魔板３ｂを挟んで反対側の攪拌槽２ａに流入できるようになっている。
空気散気管４は、攪拌槽２ａ内の混合水に水流を生じさせる空気を放出する管であって、邪魔板３ａ、３ｂの下部に取り付けられている。
ブロワー５は、空気散気管４を通じて、攪拌槽２ａ内に空気を送出する送風機である。
保水器６は、攪拌槽２ａ底部に堆積した砂分や礫等に水分を補給するものである。
投入スクリーン７は、金属等よりなる目の細かい篩である。
排水管８は、排水槽２ｂ内の混合水を受入槽９へ導水する管である。
受入槽９は、排水槽２ｂから導水された微細粒子を含む混合水を貯留する水槽で、槽内では、微細粒子が沈降して界面を形成する。
返送水配管１０は、受入槽９内の処理水を保水器６、更には攪拌槽２ａへ導出するための管である。
返送水ポンプ１１は、返送水配管１０内の処理水を保水器６へ送出するポンプである。
処理水配管１２は、受入槽９上層の処理水を受入槽９外へ排出するための管である。
バルブ１３は、排水管８から攪拌槽２ａへ注水される水量を調整するバルブである。
グレーチング状の板１４は、金属等よりなる目の細かい篩であり、保水器６の上に備えつけられている。なお、グレーチング状の板１４は、後述する、おもし６３と内箱６２の間に備え付けてもよいし、グレーチング状の板１４そのものをおもし６３の代わりとして用いてもよい。
【００１７】
また、保水器６は、図４〜図６に示すとおり、柔らかく、強度のないポリウレタンフォーム等からなる保水材６１が、水を通す穴が一定間隔で設けられた内箱６２が収容され、内箱６２の上から、金属等よりなるおもし６３が乗せられている。
また、保水器６には、返送水が保水器６内を通水できるよう、返送水の出入口として返送水配管１０が取り付けられている。
【００１８】
次に、土壌分級装置１による処理工程を説明する。
残土等にある粗大な礫等は振動スクリーン等により、前もって取り除く。
処理槽２は満水にしてから、残土等を一定量ずつ投入する。残土の投入は攪拌槽２ａ上から行い、投入場所は粗大粒子が堆積する付近の上部からがよい。また投入場所には投入スクリーン７を設けて粗大な礫、ごみ等の混入を防止する。攪拌槽２ａの短手方向の幅の全体に渡って、均一に投入するために返送水ポンプ１１からの圧力水を散水させながら投入すれば効果的である。
【００１９】
礫、砂、粘土が混在する残土を処理槽２内で空気散気管４より放出される攪拌空気により発生する水流により分級する。
攪拌することにより粘土等の微細粒子は水中で膨潤し、浮遊する。砂分等の細粒子や礫等の粗大粒子は処理槽２にある邪魔板３ａ、３ｂを通った攪拌空気によって生じる水流によって、比重差により攪拌槽２ａ底部にそれぞれ沈降・堆積させる。
通常の分級方法は５ｍｍ以下、１０ｍｍ以下、２５ｍｍ以下等とする粒子径の分別を行っているが、分級後の土壌粒子を砂等の細粒子、礫等の粗大粒子と大まかな分別にすることで、装置構造を単純化することができる。
【００２０】
比重の大きい土壌粒子を処理槽２に投入し、篩い分けをするためには、強攪拌となる供給空気量は２〜５m3/m3Ｈ位の風量が要求される。この空気量によって生じる処理槽２内の水流を有効に制御しなければ、細粒子、粗大粒子の分別ができない。
そのためには、攪拌空気により、有効な上昇水流が随伴できる水深は２〜４ｍ程度とする。水中の空気散気管４は空気を供給する管の先端に５ｍｍ〜１０ｍｍの荒い網目のついた吐出口を有する。空気散気管４は二つ配置する。また処理槽２で有効な水平流を現出させるために空気散気管４に近接して２枚の邪魔板３ａ、３ｂをおく。邪魔板３ａ、３ｂを空気が随伴する上昇水流を水表面で、スムーズな水平流になるようにする。
１枚目の邪魔板３ａは水表面から上に出て攪拌槽２ａを、隣接する排水槽２ｂの上部と区切るようにし、２枚目は邪魔板３ｂの頂部は水面下になるようにする。また両邪魔板３ａ、３ｂの最下部は開口１５にする。
【００２１】
処理槽１は攪拌槽２ａと排水槽２ｂで構成し、攪拌槽２ａにはそれぞれ斜め平行に設置する２枚の邪魔板３ａ、３ｂを設ける。それぞれの邪魔板３ａ、３ｂの下部には空気散気管４があり、土壌は邪魔板３ａ、３ｂから生じる水流の直下流付近に水と共に連続して投入をする。攪拌空気は、邪魔板３ａ、３ｂに沿うように一定方向に強い空気攪拌流ができる。空気と随伴する水流は、水面で水平流に転じる。
【００２２】
ここで、攪拌槽２ａ内での水流による分級方法を図２の模式図により説明する。攪拌槽２ａ底にある空気散気管４から出た攪拌空気は邪魔板３ａ、３ｂがない時は図２（Ａ）に示すように空気散気管４からまっすぐ自由上昇をし、上昇する空気に随伴して水流もまっすぐ上昇する。この時粗大粒子や砂分等は比重が重いため空気散気管４の周りに落下し、堆積してしまう。
【００２３】
一つの邪魔板３ａを斜めに取り付けた場合、空気散気管４からの空気は水面へ自由上昇をするのでなく、邪魔板３ａの取り付けられている方向に攪拌空気が上昇し、より強い水の随伴流が得られる。強い水流によって比重の重い砂分や礫等の粒子は一定方向に導かれ、比重差により、攪拌槽２ａ底部にそれぞれが沈降堆積する。しかし礫等比重の重い粗大粒子は水流から脱落し、邪魔板３ａに近接して沈降堆積する。
【００２４】
更に２枚の邪魔板３ａ、３ｂを設けた場合、邪魔板３ａ、３ｂ間を上昇する空気は強い随伴流となり、攪拌槽２ａ上部まで保たれ、邪魔板３ｂの下部に空気散気管４を付けることにより、２つの上昇空気及び随伴する上昇水流ができることにより、水表面ですぐ落下しようとする礫等の粗大粒子は空気散気管４の追加される流れにより、沈降を防止し、より遠くへ運搬し沈降させることができる。
また砂等の細粒子は空気散気管４により生じる強い水流により、攪拌槽２ａの壁まで運搬さ、水流が攪拌槽２ａの壁にぶつかる乱流により壁際に沈降し、堆積する。
結果、攪拌槽２ａ端部の壁際には砂等の細粒子が堆積・集積し、邪魔板２ａ、２ｂ下部付近には細粒子より比重の大きい粗大粒子が沈降・堆積する。
【００２５】
そして、図３に示すように、微細粒子は攪拌槽２ａ内で浮遊しながら、排水槽２ｂへ邪魔板２ａ、２ｂの下部の開口１５から上向流により、流入させる。更に、排水管８を通じて受入槽９へ排水された微細粒子は受入槽９で濃縮をし、水と分離させる。
【００２６】
上向流とするのは、上向きに流れる処理水に対して、その中にある微細粒子は沈降しようとする力が働く。処理水流量が多く、微細粒子の沈降する下向きの力より、上昇する水流の方が大きい場合、微細粒子は排水管８の管口まで上昇し排水管８を通して受入槽９へ導水される。
【００２７】
受入槽９の水面の面積は、処理槽２にある排水槽２ｂの水平面積より大きくする。この面積は沈殿分離面積ともなり、面積が大きくなれば、上向流内で沈降しようとする微細粒子が沈降しやすくなる。これによって受入槽９途中には微細粒子と水が分離する界面ができる。界面より上方から返送水配管１０により返送水を取水し、また一部は受入槽９外へ排水する。受入槽９下部につける排出口から濃縮した微細粒子である粘土を回収する。
邪魔板３ａ、３ｂ下部から排水槽２ｂへ微細粒子の混合水を流入させ、上向流となって排水槽２ｂ上部から排水される。この時排水槽２ｂの平均の水面の水平面積（沈降分離面積）をＳ１、見掛けの流速をＶ１とし、返送・循環している水量をＱとすると、Ｖ１＝Ｑ／Ｓ１で表すことができる。
排水槽２ｂの上向の流れの中では、微細粒子は沈降しようとする力に対して、返送水量Ｑの水の上向きの流れの力が強くなるようにＳ１を小さくすれば、微細粒子は沈降することなく、水に随伴して、排水槽２ｂ上部より混合水として処理槽２から排水される。
次に排水槽２ｂからの混合水は、受入槽９の下部から流入させる。受入槽９においても、上向による流れで、その上部から処理水が排水される。受入槽９に流入する水量は排水槽２ｂからの排水量をＱであること、また受入槽９の水面の水平面積Ｓ２とすると、受入槽９上向流速は、Ｖ２＝Ｑ／Ｓ２で表すことができる。ここでＶ２を緩やかにし、上向きの流れの中で微細粒子が沈降する流速にするためには、Ｓ２をＳ２＞Ｓ１とすればよい。
【００２８】
排水槽２ｂより大きな面積をもつ受入槽９内では微細粒子は沈降する力の方が強くなり、受入槽９の処理水配管１２が取り付けられた排出口位置の下方に微細粒子と水が分離する界面が生じる。結果受入槽９上部からの処理水は微細粒子が含まれない水として排出される。
また受入槽９に生じた界面下のスラリーゾーン内では、次々に送られる混合水中の微細粒子が沈降分離することにより濃縮される。ＳＶ濃度で７０％程度の濃度に濃縮されるまで、受入槽９への受け入れを行い、７０％以上の濃度で混合水の供給を停止する。受入槽９下部につける排出口からスラリーを別の水槽へ引抜く。受入槽９からスラリーが引抜かれた後、混合水の受け入れを再開する。
別の水槽へのスラリーの引抜きは受入槽９の運転中、連続で行ってもよい。
【００２９】
攪拌槽２ａ底に沈降し、堆積する細粒子や粗大粒子は堆積している間、圧密する。圧密は堆積物を固めるため、処理槽２の排水をして取り出す時の作業が困難になる。
圧密は沈降したての時の水分が粒子の堆積がすすむに従い、堆積物の水分が抜けて起こる現象である。そのため堆積物の下面から常に水を補給し下面を湿潤させておけば圧密が起こり難くなり、堆積物には水が通り易い状態とすることができる。
【００３０】
そこで、図４に示す構造を有する保水器６を、攪拌槽２ａ底部に設ける。返送水ポンプ１１からの水は保水器６内に送水する。返送水ポンプ１１からの送水圧力は、返送水配管１０の先端に設けるバルブ１３を絞ることによって、処理槽内の水圧より高い圧力にする。保水器６内には、柔らかく、強度のないポリウレタンフォーム等の保水材６１を収容する測板に水通し穴があいた内箱６２を設ける。内箱６２の上には保水材を押えるためのおもし６３をおく。おもし６３はスクリーンの機能を持たすためにグレーチング状の板としてもよい。
返送水は、攪拌槽２ａ下部から供給し、内箱６２内の保水材６１に吸収された返送水がおもし６３の重みによって、内箱６２の穴から滲みだし、堆積物があっても、攪拌槽２ａ下面は常に保水状態にする。
処理槽２には水が満水されているが、底部の堆積が多くなるに従い、次第に圧密化し、堆積物の底から水が追い出される。堆積物の下部は水がなくなり、硬く、固結状となる。この下層に常に水を供給し、保水しておくことにより、堆積物内には常に水が保有されることになり、固結せず流動化する。
圧密化しない堆積物は流動性が改善され、処理槽２から水を抜いて外部へ取り出す時も容易となる。また流動化することにより、細粒物、粗大粒子に付着して沈降堆積した微細粒子は、攪拌槽２ａ内が強く攪拌されているため、付着から離れ、処理槽２中に再分散される。細粒子、粗大粒子の分級効果も上げることができる。
【００３１】
処理槽２内で微細粒子を含む槽内水は邪魔板３ａ、３ｂを挟んで攪拌槽２ａの反対にある排水槽２ｂ上層から、受入槽９へ排水する。受入槽９上層部から返送水ポンプ１１により攪拌槽２ａ下面の保水器６に供給する。保水器６への供給は処理槽２側面から返送水配管１０により給水をする。保水器６からの排水は反対側側板に取り付けられた返送水配管１０を通って、処理槽２上部の投入スクリーン７が設けられた土壌投入エリアから攪拌槽２ａへ注水をする。
返送水ポンプ１１から常に攪拌槽２ａへ通水されることにより、当該装置で保有される水は受入槽９から処理水配管１２場合以外は補給しない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の例に係る土壌分級装置の斜視図である。
【図２】本実施の例に係る土壌分級装置による処理工程を説明する模式図である。
【図３】本実施の例に係る土壌分級装置における分級方法を説明する図である。（Ａ）は邪魔板がない場合、（Ｂ）は邪魔板３ａを取り付けた場合、（Ｃ）は邪魔板３ａ、３ｂを取り付けた場合を示す。
【図４】本実施の例に係る保水器の構造を示す斜視図である。
【図５】本実施の例に係る保水器の構造を示す平面図である。
【図６】本実施の例に係る保水器の構造を、［図５］におけるｆ−ｆ’の断面により示した図である。
【符号の説明】
【００３３】
１・・・土壌分級装置、２・・・処理槽、２ａ・・・攪拌槽、２ｂ・・・排水槽、３ａ・・・邪魔板、３ｂ・・・邪魔板、４・・・空気散気管、５・・・ブロワー、６・・・保水器、７・・・投入スクリーン、８・・・排水管、９・・・受入槽、１０・・・返送水配管、１１・・・返送水ポンプ、１２・・・処理水配管、１３・・・バルブ、１４・・・グレーチング状の板、１５・・・開口、６１・・・保水材、６２・・・内箱、６３・・・おもし
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘性土を含む土壌中に含まれる粒子成分を分級する装置であって、
土壌と水とを攪拌するための攪拌槽と、
上記攪拌槽内に平行に設けられた複数の邪魔板と
上記複数の邪魔板に沿って上向流を発生させることで上記攪拌槽内の土壌及び水を攪拌するための空気散気管と、を有し、
上記土壌中の微細粒子が、水中で浮遊し膨潤することにより、混合水となって上記邪魔板下部に設けられた開口を通じて隣接する受入槽に導かれて、当該排水槽内の上向流により水槽外へ排出され、
上記土壌中の砂や礫が、上向流により上記邪魔板に沿って移動し、砂や礫の比重差によって攪拌槽の底部に分級されて堆積するように構成されている、
ことを特徴とする土壌分級装置。
【請求項２】
上記受入槽の水平面積を下方から上方に向かって徐々に大きくなるように構成することで、上記受入槽内の上向流が徐々に弱まり、混合水中の微細粒子と水が分離する界面が形成されることで、上層部から排出される処理水に随伴して微細粒子が排出されることを防止する、
請求項１記載の土壌分級装置。
【請求項３】
上記攪拌槽の底部には保水材を設置して、当該保水材上に砂分、礫それぞれを分級して堆積させ、堆積物の圧密を防止する
請求項1又は２記載の土壌分級装置。
【請求項４】
受入槽からの返送水を上記保水材に供給するための給水装置をさらに有する、
請求項３記載の土壌分級装置。
【請求項１】
粘性土を含む土壌中に含まれる粒子成分を分級する装置であって、
土壌と水とを攪拌するための攪拌槽と、
上記攪拌槽内に平行に設けられた複数の邪魔板と
上記複数の邪魔板に沿って上向流を発生させることで上記攪拌槽内の土壌及び水を攪拌するための空気散気管と、を有し、
上記土壌中の微細粒子が、水中で浮遊し膨潤することにより、混合水となって上記邪魔板下部に設けられた開口を通じて隣接する受入槽に導かれて、当該排水槽内の上向流により水槽外へ排出され、
上記土壌中の砂や礫が、上向流により上記邪魔板に沿って移動し、砂や礫の比重差によって攪拌槽の底部に分級されて堆積するように構成されている、
ことを特徴とする土壌分級装置。
【請求項２】
上記受入槽の水平面積を下方から上方に向かって徐々に大きくなるように構成することで、上記受入槽内の上向流が徐々に弱まり、混合水中の微細粒子と水が分離する界面が形成されることで、上層部から排出される処理水に随伴して微細粒子が排出されることを防止する、
請求項１記載の土壌分級装置。
【請求項３】
上記攪拌槽の底部には保水材を設置して、当該保水材上に砂分、礫それぞれを分級して堆積させ、堆積物の圧密を防止する
請求項1又は２記載の土壌分級装置。
【請求項４】
受入槽からの返送水を上記保水材に供給するための給水装置をさらに有する、
請求項３記載の土壌分級装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−１４４２７４（Ｐ２００７−１４４２７４Ａ）
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３３９９３３（Ｐ２００５−３３９９３３）
【出願日】平成１７年１１月２５日（２００５．１１．２５）
【特許番号】特許第３７９５０５９号（Ｐ３７９５０５９）
【特許公報発行日】平成１８年７月１２日（２００６．７．１２）
【出願人】（５０５４２３６０１）株式会社クリーンテクノ (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月２５日（２００５．１１．２５）
【特許番号】特許第３７９５０５９号（Ｐ３７９５０５９）
【特許公報発行日】平成１８年７月１２日（２００６．７．１２）
【出願人】（５０５４２３６０１）株式会社クリーンテクノ (7)
【Ｆターム（参考）】
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