JP2006281065A

JP2006281065A - 汚泥改質剤

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Publication number: JP2006281065A
Application number: JP2005103213A
Authority: JP
Inventors: Masao Ukisho; 正男浮所
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: JP3965412B2

Abstract

【課題】粉砕等の二次加工を不要とし、有害物質を含まず、強アルカリとならない植生豊かな農耕土及びたい肥用土等に、汚泥を改質する。
【解決手段】粉体状のキャリヤ１００重量部に、凝集剤を２〜５重量部、活性炭を０．２〜２重量部配合しており、前記キャリヤは、汚泥の団粒固化促進及びアルカリ分補充による固化促進成分としてのポゾラン系固化材と、悪臭除去成分としての産業廃材で形成した炭化物粉体とで成る。
【選択図】なし

Description

本発明は、一般農耕土、たい肥用土等に再利用可能に土壌改良する汚泥改質剤に関するものである。

河川、湖沼、港湾等には水を多量に含んだ軟弱土やヘドロ状汚泥が大量に堆積しており、浚渫工事ではこの水分量の多い汚泥を撤去することが必要となる。
その処理方法としては、天日乾燥を用いた方法がある。即ち、大面積の囲いを備えた乾燥用プール（囲繞堤）を設け、水分を調整した汚泥を乾燥用プールに入れて天日乾燥によって水分量を低減する方法である。しかし、水分調整の乾燥用プール（囲繞堤）は、大面積を要する上、雨水などによる流失を防止する工夫が必要であり、設置コストも大きく、悪臭による周辺環境への負荷が大きいという問題を抱えている。

このため、セメントまたは消石灰などの固化材を用いて汚泥を短時間で固化する方法もよく行われている。この方法では、軟弱土やヘドロ土壌等に含有される有機物によるセメントの固化機能が大幅に低下するため、固化機能が十分に発揮されないという問題がある。
そこで、特許文献１に示されるように、焼却灰とセメントとを主に混合した固化材が開発されている。この固化材を用いて土壌改良を行うと、セメントの含有量を固化材１００重量比に対して３０〜１００重量比使用することによって焼却灰のみを用いた場合よりも土壌圧縮強度を高めることができるため、水分量の多い汚泥の処理には適している。

また、特許文献２においても少量のセメントを配合した固化材が提案されており、この固化材により土壌圧縮強度を高めることができるので、水を多量に含んだ軟弱土やヘドロ土壌等に対して用いられている。
特開平１０−１６５９２０号公報特開２００２−３６３５６０号公報

前記特許文献１及び２は、いずれも団粒固化材にセメントを用いている。セメントを用いた場合、処理された土壌は強アルカリとなるため、強アルカリが土壌中の栄養分を溶出させてしまう可能性があり、植生、水中生態系の破壊に繋がる恐れがある。また、セメントを用いると強固に固化するため固化汚泥の粉砕・破砕に動力を要し、再利用も困難であるという問題を有している。さらに、セメントには通常六価クロムなどの有害物質も含まれているので、セメントの強アルカリとも相まって植物や農産物の正常な生育を阻害する恐れがあり、農耕土などへの再利用ができないという問題があった。

本発明は、前記の問題を解決できる汚泥改質剤を提供することを目的とする。
本発明は、粉砕等の二次加工を不要とし、有害物質を含まず、強アルカリとならない植生豊かな農耕土及びたい肥用土等に、汚泥を改質できる汚泥改質剤を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、次の手段を講じた。
即ち、粉体状のキャリヤ１００重量部に、凝集剤を２〜５重量部、活性炭を０．２〜２重量部配合しており、前記キャリヤは、汚泥の団粒固化促進成分としてのポゾラン系固化材と、悪臭除去及びアルカリ分補充による固化促進成分としての産業廃材で形成した炭化物粉体とで成る。
これによって、粉砕等の二次加工を不要とし、有害物質を含まず、強アルカリとならない植生豊かな農耕土及びたい肥用土等に、汚泥を改質できる。

前記ポゾラン系固化材に、火山灰、フライアッシュ又はこれらの混合物が用いられている。
これによって、ポゾラン系固化材に産業廃材を利用できるので、汚泥改質剤の製造コストを下げることが可能となる。
前記炭化物粉体が、モミガラくん炭、伐採林・倒木の木炭、木炭せん断時の炭くず又は炭化物製造場における粉塵から選ばれる１種以上を原料とする。
これによって、炭化物粉体としてこれらの産業廃材を利用できるので、汚泥改質剤の製造コストを下げることが可能となる。

また、これらの炭化物粉体に含まれるアルカリ金属の酸化物がポゾラン系固化材の自硬反応を促進するので、汚泥の団粒固化を促進させることもできるようになる。
前記キャリヤの１０〜９０重量％が前記炭化物粉体である。
これによって、炭化物粉体を構成する多孔質性の炭化物がアンモニアなどの臭気物質を吸着するので、畜産糞尿等のようにひどい悪臭を有する汚泥を、その悪臭を除去しながら処理することが可能となる。
前記凝集剤にポリ塩化アルミ又は硫酸バンドの少なくとも一方を用いている。

これによって、ポゾラン系固化材の自硬反応が生じにくい酸性の汚泥に対しても団粒固化反応を促進させることができるようになる。また、凝集剤の成分による雑菌繁殖がない無機凝集剤を用いることで、汚泥に生息する細菌類の生育を助長しないように、汚泥を処理することも可能となる。
水分量２００〜４００％の前記汚泥に対して汚泥の５重量％以上を添加して、水分量７０％以下の農耕土を形成する。
これによって、５重量％以上という少量の添加で、従来の汚泥改質剤では３０重量％程度は添加しなければ改質が困難であった水分量２００〜４００％の汚泥を、植生が維持できる農耕土に土壌改質できる。

前記汚泥に土着菌の保菌土壌を混合したい肥用土を形成する。
これによって、土着菌の作用により汚泥のたい肥用土への再利用が可能となる。

本発明により、粉砕等の二次加工を不要とし、有害物質を含まず、強アルカリとならない植生豊かな農耕土及びたい肥用土等に、汚泥を改質できる。

本発明の汚泥改質剤を以下に詳細に説明するが、本発明の汚泥改質剤はこれらに限定されるものではない。
本発明の汚泥改質剤は、粉体状のキャリヤ、凝集剤、及び活性炭より成っている。
前記キャリヤは乾燥した粉体であって、前記汚泥改質剤の主成分となるものであり、ポゾラン系固化材と炭化物粉体とを所定割合で混合したものである。
前記ポゾラン系固化材と炭化物粉体との混合割合はキャリヤの重量を１００とした場合、ポゾラン系固化材を１０〜９０重量％、好ましくは２０〜７０重量％に、炭化物粉体を１０〜９０重量％、好ましくは３０〜８０重量％混合するのが良い。ポゾラン系固化材を前記混合割合とすることで、汚泥中の水分を十分に吸水して固化させることが可能となり、固化された汚泥の粉砕を行わずにそのまま農耕土に再利用することが可能となる。

前記ポゾラン系固化材はポゾラン類（Ｐｏｚｚｏｌａｎ）または天然ポゾランの１種であり、前記キャリヤにポゾラン系固化材を用いることで、アルカリ性を示すことの多い汚泥と反応して不溶性化合物であるエトリンガイドを構築し経時変化と共に固化強度を増して自硬するため、容易に汚泥を団粒固化することができる。また、ポゾラン系固化材は孔隙構造の多孔質で通気性・疎水性・保水性に優れているため、汚泥中の水分を取り込みやすく、浚渫工事等で行われる締固めに対しても水の滲み出しを起こしにくく、安定した支持力を発揮する。さらに、ポーラス構造内部に多量の水分を結晶水として固定すると共に、有害成分の吸着し、これらを固着する作用を有しているため、汚泥に重金属等が含まれている場合でもこれを無害化する効果を有している。

前記ポゾラン系固化材には特に火山灰、フライアッシュ、又はこれらの混合物を用いるのが好ましい。前記火山灰及びフライアッシュは前記ポゾラン系固化材として非常に安価であって、汚泥改質剤の原料コストを安くするという利点がある。
また、前記ポゾラン系固化材における火山灰及びフライアッシュの配合割合は、改質された汚泥（以下、改質土と略す。）の用途によって変えて用いるのが好ましい。

前記改質土が河川や港湾の浚渫汚泥に対して改質を行い土木工事の埋め立て等に用いる土壌である場合は、固化された汚泥の粉砕が不要であることが多く、団粒固化材に火山灰より安価なフライアッシュを多く用いる方が好ましい。この場合の前記キャリヤは、火山灰を２０〜９０重量％、好ましくは３０〜５０重量％、フライアッシュを０〜７０重量％、好ましくは２０〜４０重量％、炭化物粉体を１０〜８０重量％、好ましくは３０〜５０重量％とするのが良い。火山灰及び炭化物粉体を１０重量％以上含む方が、団粒固化が安定して行われ、改質した土壌の吸湿防止効果が得られる。

前記改質土が農耕土である場合は、移動運搬コストの点からその場で処理した方が望ましく、火山灰を１０〜９０重量％、好ましくは２０〜７０重量％、炭化物粉体を１０〜９０重量％、好ましくは３０〜８０重量％とするのが良い。フライアッシュを火山灰に代えて用いることもできるが、フライアッシュの使用は水はけの悪さを考慮して、火山灰の配合量の３０％程度に留めるのが好ましい。

前記炭化物粉体としては、モミガラくん炭、伐採林・倒木の木炭、木炭せん断時の炭くず又は炭化物製造場における粉塵などの産業廃棄物で形成した粉体を単体であるいは混合して用いるのが好ましい。炭素を主に含む炭化物粉体であれば、特に産業廃棄物に限定される必要はないが、臭気物質の吸着による悪臭除去作用を有するように炭素を多く含むものが好ましい。炭化物粉体に産業廃棄物で形成した粉体を用いることで、活性炭を多量に添加するのに比べて汚泥改質剤の製造コストを下げることが可能となる。

前記ポゾラン系固化材と炭化物粉体とでキャリヤを構成することで、前記炭化物粉体には天然木材や植物の炭化反応に伴って生じるアルカリ金属の酸化物が含まれており、上記ポゾラン系固化材の自硬反応を促進させる上で効果的である。
前記キャリヤはポゾラン系固化材の自硬反応によって固化するが、ポゾラン系固化材の自硬反応のみでは不十分な場合があるため、凝集剤をキャリヤ１００重量部に対して２〜５重量部添加するのが好ましい。凝集剤を用いることで、前記自硬反応が起きにくい酸性の強い汚泥を改質する場合でも、容易に団粒固化させることが可能となる。

前記凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウム、硫酸バンド、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄、ポリシリカ鉄などの無機凝集剤、澱粉、キトサン、アルギン酸、ゼラチン等の天然凝集剤、若しくはポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール、ポリアミノアルキルアクリレート、ポリエチレンイミドなどの有機凝集剤などを用いることができるが、特に好ましくは無機凝集剤であるポリ塩化アルミニウムまたは硫酸バンドを単体で用いるか、これらを混合して用いるのがより好ましい。
前記キャリヤに含まれる炭化物粉体は悪臭の除去作用があるが、炭化物粉体の悪臭除去機能のみでは不十分な場合にこれを助けるために、汚泥改質剤には活性炭をキャリヤ１００重量部に対して０．２〜２重量部配合するのが良い。活性炭を０．２〜２重量部配合することにより、キャリヤを構成するポゾラン系固化材と炭化物粉体との粒子間に活性炭粒子が入り込んで、キャリヤの均一な分散が得られる。

このようにして得られる汚泥改質剤は、５重量％以上の添加で水分量が２００〜４００％と高い汚泥の団粒固化が可能であり、従来の汚泥改質剤では団粒固化させるのに３０重量％以上必要であったのに対し、より少量の添加で団粒固化して、運搬を容易とする。
本発明の汚泥改質剤は、セメント等の強アルカリ成分を含まず、汚泥本来のｐＨに対する変動が小さい。また、重金属類（ヒ素、水銀、カドミニウム、鉛、クロム、銅、マンガン等）を捕集して溶出を防ぐ。このため、改質された汚泥は植生に向く中性付近の酸性度となり、植物に悪影響を及ぼす恐れのある重金属の影響も殆どないので、農耕土への転用を可能とする。

また、特に有機物を多く含む畜産糞尿に対しては、汚泥に土着菌（コウジ菌、酵母菌、納豆菌、乳酸菌など）の保菌土壌、例えば、畑土、オガクズ、キノコ培養土、戻し肥料などを１０〜１５％加えると、酸性度が中性付近で、有害な重金属類を含まない良好な土着菌の培地として汚泥が作用し、汚泥をたい肥用土に改質して利用することが可能となる。
［実施例］
以下に本発明を実施例を用いてより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［サンプル調整］
土壌のサンプル（以下、汚泥と略す。）には、浚渫汚泥、豚屎尿（豚屎尿に土着菌の保菌土壌である畑土を１５％混合したもの）、調整汚泥（自然界にある汚泥のおいて、汚染物を人為的に２０倍以上の濃度に増加させた浚渫汚泥。表１の組成を有する。）の３種類を用いた。これらの泥土に対して、水分量１２０〜４００％のサンプルを得るために、水を適宜配合した。また、汚泥は土壌改質操作前に常圧加熱減量法により汚泥の水分量を測定した。

前記土壌改質操作は、汚泥を容器にとり、ここに汚泥改質剤を５〜７重量％加えて混合攪拌し、天日にて７日自然乾燥（養生）させて改質土を得た。
なお、この改質土に対して、水分量の変化、悪臭評価、重金属類流出量の評価、ｐＨの評価、植生の評価及び経済性の評価を行った。
なお、前記汚泥改質剤は、降下火山灰（大雪山系）またはフライアッシュを１０〜９０重量部と、モミガラくん炭の炭化物粉体を１０〜９０重量部とを混合して、キャリヤ１００重量部を得て、ここに凝集剤としてポリ塩化アルミ（多木化学社製）を５重量％、活性炭を２重量％加えて、混合して作製した。比較として市販汚泥改質剤と市販セメントとを７〜３５重量％添加した改質土も作製した。

前記水分量の評価は、１３０℃、５分、ハロゲン加熱乾燥式水分計（エー、アンド、アイ社製）により、水分量を測定した。なお、水分量の評価項目においては水分量７０％未満を○の評価、水分量７０％以上であって１２０％未満を△の評価、水分量１２０％以上を×の評価とした。
前記悪臭評価は、改質前後の臭気を官能評価したもので、悪臭が感じられない、あるいは臭気はあるが気にならない程度を合格とし、それ以外を不合格とした。５名以上の評価者で官能評価して、合格と判定する評価者が７０％以上である場合を○の評価、３０％以上７０％未満の場合を△の評価、３０％未満の場合を×の評価とした。

前記重金属類流出量の評価は、ヒ素、総水銀、カドミニウム、鉛、クロム、銅に関して、改質土からの流出量を測定したものである。前記重金属類流出量は原子吸光光度法で測定し、各金属元素毎に、基準値以下に減少しているものを合格、基準値を超える場合を不合格と評価した。なお、各金属元素の基準値は、金属元素の排水あるいは土壌の環境基準に準じて定めた。即ち、ヒ素で１５ｍｇ／ｋｇ、総水銀で０．００５ｍｇ／ｋｇ、カドミニウムで０．０１ｍｇ／ｋｇ、鉛で０．０１ｍｇ／ｋｇ、クロムで０．０５ｍｇ／ｋｇ、銅で１２５ｍｇ／ｋｇである。各金属元素の評価で合格が得られる場合を○と評価し、過半数に合格が得られる場合を△と評価し、それ以外を×と評価した。

前記ｐＨの評価は、ガラス電極式のｐＨメータ（ニッソー製）で行い、ｐＨ６以上ｐＨ８未満の場合を○、ｐＨ５以上ｐＨ６未満、またはｐＨ８以上ｐＨ９未満の場合を△、それ以外を×と評価した。
前記植生の評価は、野菜（小松菜、大根）の発芽状態で判断した。発芽状態において、播種後３日以内に発芽しない場合を×、セメントを含む市販汚泥改質剤と発芽状態が同等なものを△、発芽状態が優れているものを○とした。
経済性の評価は従来の汚泥改質剤を使用した場合の使用コストに対して、優れるか否かを○×で評価した。
前記評価項目に対して、全てが○の評価である場合を○の総合評価、△が１〜２で残りが○の場合を△の総合評価、それ以外を×の総合評価とした。結果を表２に示す。

「実施例１〜４」
実施例１〜４は水分量１２０〜４００％の浚渫汚泥に、ポゾラン系固化材を５０重量部と炭化物粉体を５０重量部とから成る汚泥改質剤を７重量％加えて処理したものである。水分量が１２０〜４００％まで変化しても評価項目はいずれも○の評価となっており、水分量３５０％の浚渫汚泥に市販汚泥改質剤を実施例１〜４同様に７重量％加えた比較例１では評価項目が×の評価となっているのに比べて、水分量１２０〜４００％の汚泥の処理が７重量％という低添加量で可能であることが分かる。なお、汚泥改質剤の添加量を３５重量％に上げた比較例２では、水分量はやや良好になるが、それ以外の経済性等の評価項目が実施例１〜４ほど良好でなく、実施例１〜４に比べて総合評価は良くない。
「実施例５〜７」
実施例５〜７は、畑土を１５％加えた豚屎尿の汚泥に対して、実施例１〜４と同様に、７重量％の添加量で汚泥改質剤を加えたものであり、その水分量を１２０〜４００％と変えて処理を行っている。

評価項目は、水分量４００％の実施例７の改質後の水分量以外はいずれも○となっており、アンモニア等の悪臭物質を多量に含む汚泥であっても、良好な改質土に改質できることが分かる。豚屎尿で水分量が４００％と多い場合は、汚泥改質剤の吸水効果が十分に得られないため、水分量がやや低い評価結果となっているが、総合的には十分に使用に耐えるため、豚屎尿であっても水分量１２０〜４００％の汚泥改質が７重量％の添加量で可能であると考えられる。
「実施例８及び９」
実施例８及び９は、水分量２００及び４００％の調整汚泥に対して、７重量％の添加量で、本発明の汚泥改質剤を加えたものである。実施例１〜７同様に、良好な改質土が得られている。自然界で存在する汚泥より有害物質濃度が高い調整汚泥であっても、重金属類流出量を低下させ、良好な改質土に変化させることが分かる。
「実施例１０〜１３」
実施例１０〜１３は、実施例３の汚泥改質剤において、ポゾラン系固化材と炭化物粉体の配合比を変えたものである。ポゾラン系固化材が９０重量部で炭化物粉体を１０％しか含まない実施例１０、及びポゾラン系固化材が１０重量部で炭化物粉体を９０％含む実施例１３では、評価項目の中で、水分量または悪臭評価のいずれかが実施例１〜４よりやや劣る結果となっており、汚泥改質剤としては使用に耐えるが、やや総合結果としては劣る。

一方、ポゾラン系固化材が２０重量部で炭化物粉体を８０％含む実施例１１、及びポゾラン系固化材が７０重量部で炭化物粉体を３０％含む実施例１２では、実施例１０及び１３に比べて、実施例１〜４同様の良好な結果を示している。このことから、ポゾラン系固化材を１０〜９０重量％、好ましくは２０〜７０重量％に、炭化物粉体を１０〜９０重量％、好ましくは３０〜８０重量％混合するのが良いことが分かる。
「実施例１４」
実施例１４は、実施例６において、汚泥改質剤の添加量を５重量％としたものであり、実施例３に比べて、悪臭の評価に劣る結果となっている。このことから、汚泥改質剤の添加量を少なくとも５重量％とした方が好ましいことが分かる。

Claims

粉体状のキャリヤ１００重量部に、凝集剤を２〜５重量部、活性炭を０．２〜２重量部配合しており、
前記キャリヤは、汚泥の団粒固化促進成分としてのポゾラン系固化材と、悪臭除去及びアルカリ分補充による固化促進成分としての産業廃材で形成した炭化物粉体とで成ることを特徴とする汚泥改質剤。
前記ポゾラン系固化材に、火山灰、フライアッシュ又はこれらの混合物が用いられていることを特徴とする請求項１に記載の汚泥改質剤。
前記炭化物粉体が、モミガラくん炭、伐採林・倒木の木炭、木炭せん断時の炭くず又は炭化物製造場における粉塵から選ばれる１種以上を原料とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の汚泥改質剤。
前記キャリヤの１０〜９０重量％が前記炭化物粉体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の汚泥改質剤。
前記凝集剤にポリ塩化アルミ又は硫酸バンドの少なくとも一方を用いていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の汚泥改質剤。
水分量２００〜４００％の汚泥に対して汚泥の５重量％以上を添加して、水分量７０％以下の農耕土を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の汚泥改質剤。
前記汚泥に土着菌の保菌土壌を混合したい肥用土を形成することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の汚泥改質剤。