JP3114096U - 土壌処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】土壌に透水性、保湿性を付与し、同時にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）処理におけるフィブリル化を進めることができる土壌処理装置を提供する。
【解決手段】一端部に土壌投入口、他端部に土壌排出口を備えたミキシングチャンバーと、ミキシングチャンバー内に設置された複軸パドル型混練機と、パドル型混練機上にある土壌の量を制御可能に設置された排出ゲートと、ミキシングチャンバー内を土壌の移動とは反対の方向に空気を流すことができる送風装置と、送風装置により流される空気を加熱する加熱装置と、さらに必要によりミキシングチャンバーの外側を囲む加熱ジャケットと、水噴霧装置と、薬液噴霧装置とを含んで構成され、土壌投入口から投入された土壌が、加熱空気により加熱され、複軸パドル型混練機にあるパドルの動きにより、粉砕、混練されて土壌排出口より排出されるように構成される。
【選択図】図１

Description

本考案は、土壌処理装置、さらに詳細には土壌に透水性、保湿性を付与する土壌処理装置に関するものである。

人の活動の場である学校の校庭、公園、競技場、家庭の庭、芝生の表面土などは、水はけが良いことと、乾燥気候の下でも適度な湿り気のあることが必要で、透水性と保湿性のバランスが求められている。土壌に透水性を付与するためには、例えば、土壌表面をシリコーン系、フッ素シリコーン系、アクリルエマルション系の撥水剤で処理して土砂に撥水性を付与する方法〔特許文献１参照〕が提案されているが、この方法は、保湿性の面からはむしろ悪くなり、草木の成長の面からは好ましくなく、また微細な土壌が風で舞うなどの弊害を伴っていた。また、土壌にアクリル酸エステル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、ウレタン系樹脂などを散布し、細粒化して発塵防止するとともに固結防止、保湿・透水性の改良をする方法〔特許文献２参照〕、発塵性粉体にポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末を、高速混合ミキサー中で剪断作用、圧縮作用下に発熱させつつ混合してポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末をフィブリル化させつつ混合して発塵を抑える方法〔特許文献３参照〕などが提案されたが、前者は直射日光が当たる過酷な条件下で樹脂の効果が長期に亘って持続することが期待されず、後者にあっては広い地面を対象としたとき経済的に極めて不利である。

また、土壌中の細菌などの微生物、さらに害虫を死滅させる土壌処理として土壌の薬品処理が行われてきた。しかし、薬品は、作物に与える影響、さらに環境汚染による人の健康に与える影響懸念からその使用に限界があり、代わって土壌の加熱処理方法が提案された。例えば、ローターで土を掘り起こし、ホットプレート上に載せて加熱する土壌加熱処理装置〔特許文献４参照〕、無限軌道により全体が走行できるように設計され、スクリューコンベヤで土を取込み、粉砕、分別装置で一定粒子以下の土を選別して、これを加熱室に送って加熱処理する表土等の清掃滅菌装置〔特許文献５参照〕、耕転用アームにより土壌を掻き揚げて、バーナーを有する加熱処理室に送り込み土壌の加熱を行う土壌消毒装置〔特許文献６参照〕などの提案がある。これらの方法では、熱による微生物や害虫の死滅という目的は達し得ても、透水性、保湿性の面からは土壌の性状を変えるものではなかった。

特開平０６−１０１２２４号公報 特開２００５−７６３１２号公報 特開平１０−１０２０４７号公報 特開昭６４−８０２０３号公報 特開平９−１７３４２２号公報 特表２００２−５３４０６４号公報

かかる観点から、本考案の目的は、土壌に透水性、保湿性を付与し、同時にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）処理におけるフィブリル化を進めることができる土壌処理装置を提供することにある。

上記目的を達成すべく本考案の土壌処理装置は、一端部に土壌投入口、他端部に土壌排出口を備えたミキシングチャンバーと、ミキシングチャンバー内に略水平に設置された複軸パドル型混練機と、パドル型混練機のパドルの土壌排出口側端部にあって、パドル型混練機上にある土壌の量を制御可能に設置された排出ゲートと、ミキシングチャンバー内において、土壌の移動とは反対の方向に空気を流すことができる送風装置と、送風装置により流される空気を加熱する加熱装置とを含んで構成され、土壌投入口から投入された土壌が加熱空気により加熱され、同時に複軸パドル型混練機にあるパドルの動きにより、粉砕、混練されて土壌排出口より排出されるように構成されている。

土壌処理装置は、さらにミキシングチャンバーの少なくとも下部外側を囲むように設置された加熱ジャケット、ミキシングチャンバー内上部で中央より土壌排出口側に設置された水噴霧装置、ミキシングチャンバー内上部に設置された薬液噴霧装置のそれぞれを加えて構成されていてもよい。

土壌処理装置の排出ゲートは、高低により土壌の排出量を制御するものであることが好ましい。また、ミキシングチャンバーを出た空気は、外部配管を経てミキシングチャンバー内に戻されて循環されることが好ましい。

本考案の効果として、土壌に透水性、保湿性をバランスよく与えることができ、さらに
殺菌・殺虫効果も伴って、学校の校庭、公園、競技場、家庭の庭、芝生の表面土などに適したものとなる。

本考案は、土壌に透水性、保湿性を付与する土壌処理装置であり、以下、図を参照して本考案の実施の形態を説明する。尚、以下の実施の形態は、本考案を説明するための例であり、本考案を限定するものではない。

先ず、本考案の土壌処理装置における土壌処理過程を説明する。処理対象の土壌は、学校の校庭、公園、競技場、家庭の庭、芝生など目的の場所に敷かれる赤土、黒土、荒木田土、真砂土などであり、必要により予め金網などを通して大きい石、植物の根、その他異物が除かれてから土壌処理装置に入れられる。図１には、本考案による土壌処理装置を用いての被処理土壌が土壌処理装置１に投入される工程から、排出される工程迄の流れの一例を説明している。また、図２には、図１の土壌処理装置Ａ−Ａ’部の断面を略図で示している。（尚、図１、図２は装置の状況が理解できる程度に描いており、複軸パドル型混練機など各部の詳細を図示したものではなく、縮尺も同じでない。また、図２では、加熱空気循環配管は描いていない。）

被処理土壌が土壌処理装置に投入される前の工程は、本考案で制限するものではない。図１では、被処理土壌がホッパー２１に貯蔵され、ホッパー２１からコンベアベルト２２で土壌処理装置１の土壌投入口３に運ばれる例を図示している。

土壌処理装置１は、大きくミキシングチャンバー２、複軸パドル型混練機５、排出ゲート８、空気の加熱装置１２、加熱空気循環配管１０、送風装置１１、さらに必要により加熱ジャケット９、水噴霧装置１３、薬液噴霧装置１４で構成されている。土壌投入口３はミキシングチャンバー２の一端部にあり、土壌投入口３から投入された土壌は複軸パドル型混練機５に載せられ、パドル７により粉砕されつつ混練されながら出口側に流れていき、同時にミキシングチャンバー２内に流れる加熱空気により加熱される。土壌は、必要により、複軸パドル型混練機５の後半部分で水噴霧装置１３より水が噴霧され、また、任意の場所で薬液噴霧装置１４から薬液が噴霧され、土壌中に混練される。以上の過程で土壌は、加熱、粉砕、混練され、さらに必要により水分、薬液が添加される。複軸パドル型混練機５の出口側端部には排出ゲート８が装備されて、複軸パドル型混練機５上にある土壌量が制御される。排出ゲート８を出た土壌は、ミキシングチャンバー２の土壌投入口３とは反対の端部にある土壌排出口４より土壌処理装置１の外に出る。

土壌排出口４より出された土壌は、目的の場所に運搬されて撒かれる。土壌排出口４から目的の場所までの運搬のために、図１では、コンベアベルト３１で受け、ホッパー３２を通してトラック３３に載せている（図１では、トラック３３は相対的に小さく描いている。）。しかし、土壌排出口４より出た土壌は、フレキシブルコンテナバッグ（フレコン）などに袋詰めされてもよく、本考案は何ら制限するものではない。

以下に、土壌処理装置１における各部の詳細を説明する。
ミキシングチャンバー２は、スチールなど金属製の筒形状で、内部に複軸パドル型混練機５が収納されている。ミキシングチャンバー２の一端の上部には土壌投入口３があり、土壌投入口３から投入された土壌は、そのまま複軸パドル型混練機５の一端部で受けられるようにされている。また、ミキシングチャンバー２の土壌投入口３とは反対の端部の下部には土壌排出口４があり、複軸パドル型混練機５上を移動してきた土壌が排出ゲート８を越えてそのまま外部に出るようになる。

複軸パドル型混練機５は、代表的には二軸パドル型混練機であり、長さは限定するものではないが、通常２〜４ｍ程度である。複軸パドル型混練機５は、複数個の回転軸６が平行に設置され、それぞれの回転軸６には複数枚のパドル７が並んで取付けられている。隣り合う回転軸６、６’は互いに逆方向に回転され、また回転軸６のパドル７は隣の回転軸６’のパドル７’とは接触せず、互いに近接するようにされている。これにより複軸パドル型混練機５上に載せられた土壌は、回転軸６と回転軸６’の間に寄せられるように移動し、かつ一方の回転軸のパドル７と他方の回転軸のパドル７’の間にある狭い空隙により粉砕、混練されつつ一方向に移動していく。

複軸パドル型混練機５は、ミキシングチャンバー２の内部に設置されるが、このときパドル７先端とミキシングチャンバー２の内壁とは、０．１〜２．０ｃｍ、好ましくは０．８〜１．５ｃｍ、さらに好ましくは０．５〜１．０ｃｍ離れるようにする。パドル７先端とミキシングチャンバー２内壁が、０．１ｃｍより少ないと、その空隙に入った土壌により複軸パドル型混練機５の回転が困難となることがあり、また土壌によりパドル７先端やミキシングチャンバー２内壁が激しく磨耗することがある。また、２．０ｃｍ以上離れると、パドル７先端とミキシングチャンバー２内壁の間にある土壌が動かない層が形成され、加熱ジャケット９を用いた場合には伝熱効率を阻害する原因となる。

複軸パドル型混練機５の回転数は、被処理土の性状、処理後の土壌の性状に対する要求度、さらに加熱温度などにより大きく変わるが、１０〜２０回／分、最も代表的には１３〜１７回／分程度である。

排出ゲート８は、複軸パドル型混練機５上の土壌の流れにおける最下流にあたる端部にあって、複軸パドル型混練機５上にある土壌の量を制御する役割をする。排出ゲート８の形体は限定するものではないが、例えば高さを調整できる板で行われる。これにより複軸パドル型混練機５で処理される土壌の滞留時間が制御され、処理された土壌の性状をみて排出ゲートの高さが調整されることになる。

複軸パドル型混練機５上での土壌の滞留時間は、パドル７の数や形体、複軸パドル型混練機５全体の長さ、さらに加熱空気の温度などが考慮され、排出ゲート８の調整、複軸パドル型混練機５の回転数を調整して目的により任意に設定される。代表的な例では、パドル型混練機の長さが２〜４ｍ、回転数１０〜２０回／分で、滞留時間が４〜１０分程度である。

送風装置１１、加熱装置１２、加熱空気循環配管１０は、ミキシングチャンバー２に加熱空気を流す装置群である。土壌は、複軸パドル型混練機５上で粉砕、混練されながら移動するが、このとき加熱空気により加熱される。送風装置１１は、通常のファンのあるモーターでよく、ミキシングチャンバー２内に強制的な空気の流れを作る。このとき、空気の流れの途中に空気の加熱装置１２が設けられ、空気を加熱する。加熱装置１２は、重油バーナー、灯油バーナー、電熱ヒーターなどである。加熱空気の温度は、任意に選ばれるが、通常５０〜３００℃、好ましくは７０〜２００℃である。また、熱効率を考慮すれば、加熱空気は、ミキシングチャンバー２内を流れた後に加熱空気循環配管１０を経由して、再度ミキシングチャンバー内に入る循環系とするのがよい。また、ミキシングチャンバー２内の任意な場所に取付けられた温度センサー（図示していない）が設置されて、送風装置１１の送風量、加熱装置１２の温度などが制御されるのが好ましい。

加熱ジャケット９は、ミキシングチャンバー２の少なくとも下部を外側から囲むように設置され、必要により設けられる。ミキシングチャンバー２内には加熱空気が流されて土壌は加熱されるが、この加熱を補うため、さらに水が噴霧されるなどの理由で加熱空気の温度に限界がある場合の熱の補充として加熱ジャケット９が寄与する。図１では、加熱ジャケット９の加熱手段を省略してあるが、加熱ジャケット９の加熱は、ミキシングチャンバー２内を流れる加熱空気の一部を流すようにしてもよく、別系統で加熱された加熱空気が流されてもよく、あるいは熱媒体を充填して別途加熱するようにしてもよい。加熱ジャケットの温度は、代表的には１００〜３００℃である。

水噴霧装置１３は、土壌に水分を与えるための装置であり、必要により設けられる。水噴霧装置１３は、複軸パドル型混練機５上でパドル７により送られてきた土壌に水分を与える装置である。水噴霧装置１３は、ミキシングチャンバー２における中央より土壌排出口側の上部で、土壌とは直接接しない場所に設置される。噴霧される水の量は、処理後の土壌に所望される水分率、土壌の処理量を考慮して決められる。処理後の土壌において所望される水分率は、５〜２０重量％、好ましくは１０〜１８重量％、最も代表的には１５重量％である。

薬液噴霧装置１４は、土壌に薬液が添加される場合に使用され、必要により設けられる。ここで、薬液は、例えば、シリコーン系、フッ素系、アクリル系薬液などがあり、水あるいは適当な有機溶剤に溶解して噴霧される。薬液の添加が複数になる場合には、薬液噴霧装置１４は複数箇所となってもよい。薬液噴霧装置１４は、薬液が土壌に均一に加えられるためにミキシングチャンバー２の上部で、土壌とは直接接しない場所に設置される。

ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）は、熱によりフィブリル化されて土壌に混和され、土壌粒子を結着させて発塵を抑える〔特許文献３参照〕。本考案の土壌処理装置１では、薬液噴霧装置１４からポリテトラフルオロエチレンを含む薬液を土壌に散布されると、加熱空気により加熱され、同時に複軸パドル型混練機５による剪断応力が加えられつつ混練されることで土壌粒子表面にポリテトラフルオロエチレンが被膜状に付着され、ポリテトラフルオロエチレンのもつ撥水性が一段と有効に発揮される。

本考案の土壌処理装置１により処理された土壌は、目的の場所に散布され、通常の方法により上からローラーなどで転圧されて表層土とされる。その層の厚さは大きい程好ましく、学校の校庭、公園、競技場、家庭の庭では最終的に５ｃｍ以上、芝生の表面土では最終的に０．５ｃｍ以上となるようにする。

土壌の透水性は、土壌そのものの性状にもよるが、土壌の形体によっても大きく影響される。例えば、堅い大きい塊では水の通り道がなく、又逆に微細な粒子があると蜜に詰まってこの場合にも水の通り道がなくなってしまい、いずれも透水性が悪いことになる。本考案の土壌処理装置１により加熱されつつ粉砕、混練された土壌は、投入前に存在した比較的大きな塊状の土壌は粉砕され、かつ非常に微細な粒子は処理中に大きな粒子の表面に付着され、粒子の大きさが揃った土壌となる。これにより、粒子と粒子の隙間に水の通り道が貫通されて透水性が改善され、しかも土壌そのものの性状は変えられていないので本来の保湿性は維持されている。

１．準備
１）試験に用いた土壌
種類；赤土、黒土、砂＝６０：２５：１５（重量比）の混合土
水分率；８重量％
２）本考案による土壌処理
２−１）土壌処理装置
ミキシングチャンバー
断面；図２のような形状、横７０ｃｍ、縦５０ｃｍ
全長；３７０ｃｍ
二軸パドル型混練機
全長；３５０ｃｍ
回転数；１５回／分
加熱空気：
温度：２００℃
流量；３ｍ^３／分
加熱ジャケット：
方式；加熱空気循環式
温度；１２０℃
２−２）処理条件：
投入量；８０ｋｇ／分
処理時間（土壌投入口から土壌排出口までの滞留時間）；６分
温度（土壌排出口付近）；９０℃

３） 比較の土壌処理
装置；吉徳農機（株）製、混合機「標準型（Ａ型）」（型番）
回転数；３０回／分
処理温度：２５℃
処理時間；１０分

２．透水性の評価
１）評価方法
それぞれの処理土壌について、透水性測定装置〔（株）篠原製作所製、「ＳＳ−Ｓ＾３５４」（型番）〕を用い、ＪＩＳ Ａ−１２１８に準ずる変水位透水試験法により透水係数を求めた。

２）結果
結果を表１に示した。

この結果から、本考案の土壌処理装置により処理された土壌は、従来法による処理より透水係数が高くなり、透水性に優れていることがわかる。

３．保湿性の評価
１）評価方法
それぞれの処理土壌について、水に浸漬した後、これをろ過して土壌に充分の水を吸収させた。この水が吸収された土壌約１００ｇを、厚さ１ｃｍ、面積７８．５ｃｍ^２のシャーレに充填し、両者が同じ転圧具合にし、これを夏の太陽光の下（直射温度：２５〜４５℃）に並べて置いた。所定時間経過毎に重量測定し、別途絶乾状態にした重量との比較から保湿量を求めた。

２）結果
結果を表２に示した。

この結果から、本考案の土壌処理装置により処理された土壌は、従来法による処理より保湿量が高く、水分を多く含み、かつ水分を保持する力も大きいことがわかる。

４．発塵性の評価
１）準備
土壌処理に際して、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）５重量％分散液〔粒径：０．３μｍ、旭ガラス（株）製、「ポリフロンＸＡＤ９３１」（商品名）を希釈した〕を用い、これを土壌に対し２重量％（土壌に対しＰＴＦＥを０．１重量％となる）添加した。処理した土壌を、絶乾状態近くにして試験に供した。

２）評価方法
図３に示した装置を用い、試料皿に土壌約５０ｇを置き、透明プラスチック容器で囲み、容器内で土壌から２０ｃｍ離れた上の噴出しノズルから圧縮空気（２ｋｇ／ｃｍ^２）を土壌に向けて瞬時に吹きかけ、容器中に舞う発塵量を１分間隔で測定した。発塵量は、光散乱式粉塵計〔日本カノマックス（株）製、「３４１１」（型番）〕により、相対濃度〔ＣＰＭ＝Ｃｏｕｎｔ ｐｅｒ Ｍｉｎｕｔｅｓ〕で求めた。

３）結果
結果を表３に示した。

この結果から、ＰＴＦＥが添加されていない土壌では、絶乾状態近くにあるために実施例と比較例に差異はみられない。しかし、ＰＴＦＥが添加された土壌では実施例と比較例に明らかな差異がみられ、本考案の土壌処理装置により処理された土壌ではより発塵が抑えられた。これは、本考案では、熱とともに複軸パドル型混練機による剪断応力が加えられて混練されることで、ＰＴＦＥのフィブリル化が一段と進んだことによるものと考えられる。

本考案の土壌処理装置は、土壌に透水性、保湿性をバランスよく与え、さらに殺菌・殺虫効果も実現できるので、学校の校庭、公園、競技場、家庭の庭、芝生などの表層土に適し、これらの場所を快適環境にすることができる。

本考案による、被処理土壌の土壌処理装置への投入工程から、土壌処理装置から排出される工程迄の流れを説明する図である。 図１の土壌処理装置Ａ−Ａ’部の断面略図である。 発塵性の評価に用いた試験装置の断面略図である。

符号の説明

１：土壌処理装置
２：ミキシングチャンバー
３：土壌投入口
４：土壌排出口
５：複軸パドル型混練機
６：（複軸パドル型混練機）回転軸
７：パドル
８：排出ゲート
９：加熱ジャケット
１０：加熱空気循環配管
１１：送風装置
１２：空気の加熱装置
１３：水噴霧装置
１４：薬液噴霧装置
２１：（投入用）ホッパー
２２：（投入用）コンベアベルト
３１：（排出用）コンベアベルト
３２：（排出用）ホッパー
３３：（排出用）トラック

Claims (6)

1. 一端部に土壌投入口、他端部に土壌排出口を備えたミキシングチャンバー；
   前記ミキシングチャンバー内に略水平に設置された複軸パドル型混練機；
   前記パドル型混練機のパドルの土壌排出口側端部にあって、前記パドル型混練機上にある土壌の量を制御可能に設置された排出ゲート；
   前記ミキシングチャンバー内において、土壌の移動とは反対の方向に空気を流すことができる送風装置；
   前記送風装置により流される空気を加熱する加熱装置；
   を含んで構成され、前記土壌投入口から投入された土壌が、前記加熱空気により加熱され、前記複軸パドル型混練機にあるパドルの動きにより、粉砕、混練されて前記土壌排出口より排出されるように構成されてなることを特徴とする土壌処理装置。
2. 前記ミキシングチャンバーの少なくとも下部外側を囲むように設置された加熱ジャケット；をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１記載の土壌処理装置。
3. 前記ミキシングチャンバー内上部で中央より土壌排出口側に、前記パドル型混練機上にある土壌に水分が添加されるように設置された水噴霧装置；をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１記載の土壌処理装置。
4. 前記ミキシングチャンバー内上部で、前記パドル型混練機上にある土壌に薬液が添加されるように設置された薬液噴霧装置；をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１記載の土壌処理装置。
5. 前記排出ゲートは、高低により土壌の排出量を制御するものであることを特徴とする請求項１記載の土壌処理装置。
6. 前記空気は、前記ミキシングチャンバーを出た後、外部配管を経て前記ミキシングチャンバー内に戻されて循環されることを特徴とする請求項１記載の土壌処理装置。

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