JP3702256B2 - 骨材の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は下水汚泥処理設備で発生する下水汚泥焼却灰の省資源化技術に適用される、焼却灰を主成分とする骨材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モルタル、コンクリートに用いる砂利や石等の骨材の製造は地方における破砕依存型であり、即ち山をくずし破砕分級し、運搬する方式であり、山には限度があり、又運搬の際の排ガス等、自然環境的に問題があるのみならず、特に近年トラックの過積載の規制が厳しくなり運搬費も高騰している。
かかる欠点を解消する為に、製鉄や火力発電から派生する鉱滓等を焼成して形成される軽量骨材が種々開発されている。
【０００３】
しかしながら、鉱滓等は焼成後所定粒度に粗砕する必要があるから粗砕機も必要であり、且つ焼成後の焼成品を粗砕することは刃の摩耗等の為に定期的なメインテナンスが必要であり、動力コストの増大とともに、メインテナンスコストの増大につながる。
【０００４】
一方下水処理場で発生する下水汚泥は、一般に焼却灰として加湿後、埋立処分するか、或いはセメント又は石灰等と混合し、造粒固化して埋立処分をしていた。又最近では前記焼却灰を溶融スラグ化して埋立処分したり、加圧成形して焼成レンガ及びタイルを製造していた。
【０００５】
しかしながら埋立処分を行う場合は埋立処分地の確保が困難であり、又自然環境保護及び汚泥処分費の高騰の問題がある。又焼成レンガ及びタイル等を製造する場合は、処理コスト、品質管理、販路の確保等の改善が必要である。
【０００６】
そこで本発明者は先に、前記焼却灰に水等を添加して混合混練した混練体に背圧をかけながら一又は複数のダイス穴より押出し、該押出し成型により造粒を行ったものを乾燥焼成して骨材を製造しようとする試みを行った。
【０００７】
本発明者等は前記造粒物の焼成方法を特開平７−１１２１７４号に開示している。
かかる出願は主として粒径２〜３ｍｍ以下の人口砂を製造する方法であり、その為最大径を１０ｍｍ程度に設定した粒状若しくは板状体を１１００〜１２００℃で焼成する事により全体を液相焼成固化するものである。
【０００８】
更に本発明者は特開平８−３３３１４２号（以下第２従来技術という）等において、下水汚泥処理設備で発生する下水汚泥焼却灰を造粒成型された成型物を乾燥焼成してなる焼却灰を主成分とする骨材を安価に提供するとともに、下水汚泥焼却灰を大量に安定的に利用するコストの低廉な資源化技術を提供するために、焼却灰に水、無機系助剤等を添加して混合混練した混練体を圧縮成型若しくは押出し成型により造粒成型し、該成型物を乾燥焼成して焼却灰を主成分とする骨材であって、前記骨材の中心側に主として固相焼結部が、表層側に主として液相焼結部が位置するように構成した骨材の製造方法を提案している。
【０００９】
即ち前記第２従来技術では、前記焼却灰、水及び無機系助剤の配合量を、焼却灰：７０〜９０重量％に、水：１０〜３０重量％及び粘土系その他微粉の無機系助剤：１〜１０重量％（外数）を夫々添加して混合混練した混練体を圧縮成型若しくは押出し成型により造粒を行って得られた造粒物を、第１の焼成工程Ａとして先ず造粒物１０Ｄの内部まで均一に加熱するために、７００〜〜約９００℃前後の固相焼結温度域で２０〜１２０分保持した後、引続き第２の焼成工程Ｂとして前記焼却灰の融点より低い１０００〜１０５０℃前後の液相焼結温度域を５〜６０分の間維持させる事により固相焼結部の表層部に頑強な液相焼結層を構成する人工骨材を得る事が出来るものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらかかる第２従来技術には、次のような問題がある。
即ち、粘土系微粉は、微粉状態で混練工程で焼却灰と直接混ぜ合わせる場合に、両者の比重差や粒子の乖離により均一混合がむずかしい。
粘土系無機助剤は平均粒径が数ミクロンオーダの微細粒子であり、一方焼却灰は、数十ミクロンであるために、粉粒状固体のまま両者を混合しようとしても均一混合が難しく、均一混合できないと、焼結した骨材の密度分布に偏在が生じやすい。
又、下水汚泥が有機系汚泥の場合に焼却灰中に石英成分が多くなり、このように石英成分が多い焼却灰を第２従来技術のように、液相焼結しようとすると石英の転移点が１０５０℃のために、液相焼結温度域が極めて狭く、実際には１０００〜１１００℃前後しかなく、１２００℃以上に加熱すると液相表面がクリンカ状態になり、焼成する骨材同士が結合したり表面が多結晶化して好ましくない場合がある。
【００１１】
本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、主として下水汚泥処理設備で発生する下水汚泥焼却灰を造粒成型された成型物を乾燥焼成して骨材を安価に提供するとともに、高品質の骨材を得るための骨材製造方法を提供する事を目的とし、特に下水汚泥の焼却により生成される焼却灰と焼却前の下水汚泥の特性の長所を夫々有効に利用して、言い換えればいいとこ取りをしてエネルギコストを抑えた骨材の製造方法を提供する事にある。
さらに本発明の他の目的は、混練造粒の際に均一混合を容易にして高品質の骨材の製造方法を提供する事にある。
本発明の他の目的は液相焼結の際の焼結温度域の幅を広げ、焼結温度制御の容易化を図った骨材の製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は下水汚泥の焼却灰を大量に安定的に利用するコストの低廉な資源化技術を提供する事にある。
【００１２】
【課題を解決する為の手段】
本発明はかかる技術課題に鑑み、被混練体に下水汚泥の焼却灰を含み、これに無機系助剤等を添加して混合混練した混練体を圧縮成型若しくは押出し成型により造粒成型し、該成型物を乾燥焼成してなる骨材の製造方法において、
前記焼却灰が、下水汚泥を流動床炉で焼却して得た粉粒状焼却灰であり、該粉粒状焼却灰を含む被混練体を混合混練する前に、前記無機系助剤を前もって水と混合分散して得られる懸濁液（以下スラリーという）を生成し、前記焼却灰を含む被混練体混練時に前記スラリーを投入して混練して前記造粒を行うとともに、前記被混練体を製造する際に焼却灰とともに、最終沈殿槽より得られた脱水前の余剰汚泥の両者を合わせて投入して混練されている事を特徴とする。
【００１３】
かかる発明によれば、焼却灰を含む被混練体の混練前に前記無機系助剤を前もってスラリー状にして、該スラリーにより焼却灰を混練して得られる混練体に基づいて前記造粒を行うために、粘土系微粉を微粉状態で焼却灰と直接混ぜ合わせる場合に比較して、両者に比重差や粒度の乖離があっても混練機械内での混練も容易に出来るとともに均一混合が円滑に達成される。
特に本発明においては造粒物を製造する前の混練段階で混練脱気や、更に前記焼却灰より粒度の細かい例えばケイ素系微粒子やベントナイト等の珪酸アルミナ系粘土をスラリー状にして均一混合すると、これらは元々分散性がよく高温での安定性の高いモンモリナイトやハイデライトを主成分とするものであるために微粒子粘土状の無機系助剤を添加し混練する事により焼却灰粒子の周囲に該微粒子粘土が緻密に付着し、焼却灰粒子間の空隙の発生を阻止しつつ混練体充填密度を細密にする事が出来る。
又前もってスラリー化しているために、ホッパ投入の際に微粉状の無機助剤が舞上がることもなく、円滑に投入され作業環境が快適になるとともに、混合比の自動化も容易である。
【００１４】
請求項２記載の発明は、前記焼却灰が有機系下水汚泥を流動床炉にて焼却して得られた焼却灰であり、前記スラリー化する無機助剤が、ケイ素系や若しくはベントナイト等の珪酸アルミナ系の微粒子を含む粘土系物質である事を特徴とする。
【００１５】
前記したように石英成分が多い焼却灰を、液相焼結しようとすると石英の転移点が１０５０℃のために、液相焼結温度域が極めて狭く、実際には１０００〜１１００℃前後しかなく、１２００℃以上に加熱すると液相表面がクリンカ状態になり、焼成する骨材同士が結合したり表面が多結晶化して好ましくない。
そこでこのような焼却灰にケイ素系微粒子やベントナイト等の珪酸アルミナ系粘土をスラリー状にして均一混合すると、これらは元々分散性がよく高温での安定性の高いモンモリナイトやハイデライトを主成分とするものであるために、数十ミクロン粒度の焼却灰にこれらの高温での安定性の高い前記粘土系物質が均一に混合されることにより前記問題点の解決が図れる。
即ち第二従来技術で、液相焼結する際の前記問題点（骨材同士の結合、表面の多結晶化）を解決するために、精度の良い温度調整が必要であるが、請求項２記載の発明により温度範囲が広がり、温度制御を容易にする事ができる。
又ベントナイトは結合材としても機能し、スラリー状に均一分散されることにより、造粒の際の粘結剤として機能する。
【００１６】
更に、前記被混練体を製造する際に焼却灰とともに、脱水下水汚泥の両者が投入されて配合さしてもよい。
かかる技術によれば、発熱量を有さない焼却灰と発熱量（可燃物）を有する焼却前の含水下水汚泥を合わせて混合混練するために（勿論必要に応じて水を加えてもよい）、混練して得られた造粒物には微細状の可燃物を含有することとなり、その後工程での焼成の際に前記可燃物が熱カロリとして寄与し、その分焼成時の都市ガス量の低減につながる。
更にこれに加えて、下水汚泥の焼却量が減少することにより、下水汚泥焼却のための都市ガス量低減がおこなわれる。
【００１７】
尚、下水汚泥には最初沈殿池でゴミや砂が取り除かれた生汚泥と、生汚泥を活性汚泥（最終沈殿槽よりの返送汚泥）とともに曝気槽でエアレーションして汚れを分解した後、最終沈殿槽で水／汚泥を沈降分離して得られた余剰汚泥と、最終沈殿池から得られた余剰汚泥と必要に応じ生汚泥を加えた原汚泥に無機凝集剤を添加した後、両性ポリマを添加し、得られた汚泥を重力脱水して得られた濃縮汚泥と、該濃縮汚泥に凝集剤を添加した後、遠心脱水したケーキ状の脱水汚泥とがある。
【００１８】
そして前記脱水汚泥は含水率が７５〜８５％、より好ましくは７５〜８０％程度であり、これを焼却灰と混合して混練体の含水率を１０〜３０％にするには焼却灰の配合比は２〜３倍で足り、結果として下水汚泥を混合した場合の前記効果が円滑に達成でき、焼却灰と焼却前の下水汚泥の特性の長所を夫々有効に利用して、言い換えればいいとこ取りをしてエネルギコストを抑えた骨材の提供が可能となる。
即ち、流動床の焼却時の流動砂との多数回の衝突により焼却灰が均一粒度と無機質化しているために品質的に良好な焼結剤であり、一方焼却前の下水汚泥は固形物（可燃物を含む）を２０％前後、又水分も８０％前後含むために、焼結時の補助燃料の低減と混練時の水分供給の大幅低減につながる。
即ち、流動床から得られる焼却灰は、流動床の焼却時の流動砂との多数回の衝突により焼却灰が均一粒度と無機質化しているために品質的に良好な焼結剤であり、特に、焼却前の余剰汚泥は他の都市ゴミと異なり、ヘドロ状の微粒子化されたものが沈殿して出来たものであり、余剰汚泥も焼却灰同様に、一般に粒度が細かく（都市ゴミのように粒度密度にバラツキがなく）、細かい微粒子状であるために、該脱水汚泥を混ぜても均一密度の焼結体となる。
【００１９】
本発明は特に、前記被混練体を製造（成形）する際に焼却灰とともに、最終沈殿槽より得られた脱水前の余剰汚泥の両者を合わせて投入して混練されていることを要旨とする。
前記した無機凝集剤を添加する前の最終沈殿池から得られた余剰汚泥は含水率が９５％程度の中に灰分が分散状態にあるために、これを焼却灰と混合して混練体を生成して造粒焼成した場合に、スラリーの投入量もその分減少するとともに、焼却灰と脱水汚泥を混練して得られる混練体を生成して造粒焼成した焼成物よりも、より緻密な骨材の製造が可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の実施例に係る下水汚泥処理設備で発生する有機系下水汚泥を流動床炉で焼却するとともに、該流動床炉で焼却した焼却灰を混練造粒する前に、微細粒子状の無機助剤を水と混合分散して懸濁液化したスラリーを生成した後、前記焼却灰等の被混練体混練時に前記スラリーを投入して均一混練して前記造粒を行い、焼成を行うものである。
そして図１では、その焼却灰と前記した無機凝集剤を添加する前の最終沈殿池から得られた余剰汚泥や焼却前のケーキ状脱水汚泥とを合わせて混練造粒して製造した造粒物を乾燥焼結して骨材を製造するシステムで、図２は前記スラリーを生成した後、前記焼却灰のみを前記スラリーとともに投入して均一混練して前記造粒を行い、焼成を行う比較例である。従って、図２と図１の違いは被混練体が焼却灰のみか、又焼却灰と余剰汚泥や脱水汚泥を合わせて混練するかの違いであり、他は同一であるために、共通して説明する。
【００２１】
図１及び図２において、余剰汚泥は第１反応槽０１にて無機凝集剤を添加して汚泥を調質するとともに、溶解性燐を固定する。
第１反応槽０１の調質汚泥を第２反応槽０２にて供給して両性ポリマを添加して造粒凝集させる。造粒凝集した汚泥はポンプ０３を介して重力脱水機０４に送られ、重力脱水される。
【００２２】
重力脱水された汚泥を第３反応槽０５において再度無機系凝集剤を添加して攪拌を行った後、ポンプ０３を介して遠心分離機０６に送り、該遠心分離機０６にて脱水させてケーキ状の脱水汚泥を生成する。
【００２３】
この場合、重力脱水機０４における重力脱水汚泥（以下濃縮汚泥という）の汚泥濃度は６〜１０％で、含水率は９０〜９５％である。
一方重力脱水機０４により濃縮された重力脱水汚泥に無機凝集剤を添加した後、遠心脱水機０６内に必要に応じて両性ポリマを注入して遠心脱水処理して得られた脱水汚泥（脱水ケーキ）は、機内で形成されるフロック強度も強く水量負荷が低減されるために、得られる脱水ケーキの含水率は７５〜８０％に低減する。
【００２４】
従って脱水汚泥は含水率が７５〜８５％、より好ましくは７５〜８０％程度であり、これを焼却灰と混合して混練体の含水率を１０〜３０％にするには焼却灰の配合比は２〜３倍で足り、結果として下水汚泥を混合した場合の前記効果が円滑に達成でき、焼却灰と焼却前の下水汚泥の特性の長所を夫々有効に利用できる。
【００２５】
又前記下水汚泥には、水洗便所、台所排水等の生活排水も含むために、有機物を含んでいるが、これらの下水汚泥は無機系凝集助剤を添加して脱水ケーキ化される無機系脱水汚泥と、有機系脱水助剤を添加して脱水処理を行う有機系脱水汚泥が存在するが、有機系汚泥の発熱量は単位乾燥汚泥あたり４０００kcal／kg前後であり、一方無機系汚泥のそれは２５００kcal／kg前後であり、有機系汚泥を使用すると焼成時の燃料低減効果が大きいのみならず、有機系汚泥は両性ポリマを注入して遠心脱水されるために、脱水機内で生成されるフロック強度が強く水量負荷が低減されることにより、得られたケーキの脱水率も低減し、その分焼却灰の配合比も１：１に近づき、両者を混合して混練させた場合に、両方の長所が一層有効に生かせる。
【００２６】
次に無機助剤について説明する。
流動床焼却炉で焼却された焼却灰はバグフィルタで消石灰を吹く前の、バブリング流動床炉の焼却炉０７出口側の煙道でサイクロン０８を用いて捕捉されるために、バグフィルタ捕捉後の飛灰の場合に比較してＣａＯ成分が少なく、石英（ＳｉＯ₂）成分が多い。具体的には前記飛灰の場合はＳｉＯ₂成分が１７％前後であるのに対し、焼却灰では４５％前後である。又脱水汚泥も有機物や水分を除いた無機物のみの換算ではほぼ焼却灰と同様である。
そしてこのような石英成分の多い造粒物を前記第２従来技術のように、液相焼結しようとすると石英の転移点が１０５０℃のために、液相焼結温度域が極めて狭く、実際には１０００〜１１００℃前後しかなく、１２００℃以上に加熱すると液相表面がクリンカ状態になり、焼成する骨材同士が結合したり表面が多結晶化して好ましくない。
そこで本実施例は、ケイ素系や若しくはベントナイト等の珪酸アルミナ系の微粒子を含む粘土系物質を無機助剤として用いて混合させている。
【００２７】
即ち前記したように石英成分が多い焼却灰と脱水汚泥の混合体で混練造粒したものを、液相焼結しようとすると石英の転移点が１０５０℃のために、液相焼結温度域が実際には１０００〜１１００℃前後しかなく、１２００℃以上に加熱すると前記した問題が出やすい。
そこでこのような石英成分の多い焼却灰と脱水汚泥にケイ素系微粒子やベントナイト等の珪酸アルミナ系粘土をスラリー状にして均一混合すると、これらは元々分散性がよく高温での安定性の高いモンモリナイトやハイデライトを主成分とするものであるために、数十ミクロン粒度の焼却灰にこれらの高温での安定性の高い数ミクロンレベルの前記粘土系物質が均一に混合されることにより液相焼結温度域が１０００〜１３００℃前後に広くしても前記問題が生ぜず、余裕を持った温度制御が可能となる。
尚、数〜十数ミクロンの微粒子ベントナイトは結合材としても機能し、スラリー状に均一分散されることにより、造粒の際の粘結剤として機能する。
【００２８】
そこで本発明の実施例では、焼却灰と余剰汚泥や脱水汚泥を合わせた被混練体の混練前に、スラリー混合機０９で、前記無機系助剤を前もって水とを分散した懸濁液（スラリー）を生成して、該スラリーにより焼却灰を混練して得られる混練体に基づいて前記造粒を行う場合を示し、図２の実施例では、スラリー混合機０９で混合した粘土系スラリーを焼却灰と（必要に応じて水をくわえて）混ぜ合わせる場合を示す。
この場合図１では図２に比較して、脱水汚泥も含んで混ぜ合わせるために、焼成時のカロリの低減と図３を用いて後述するように、骨材の空隙の発生に差異がある。
【００２９】
次に第１の実施例を図１に基づいて、更に説明する。
前記した無機凝集剤を添加する前の最終沈殿池から得られた余剰汚泥や遠心脱水機０６で製造した脱水下水汚泥（脱水ケーキ）、バブリング流動床焼却炉０７で焼却され、サイクロン０８で捕捉した焼却灰、及びスラリー混合機０９で生成されたスラリー状無機助剤は、いずれもホッパ４に投入される。
【００３０】
前記ホッパ４より投入且つ一次混練される焼却灰と脱水ケーキ（含水率７５〜８０％）の配合比は１：１〜１：３の間に設定し、又スラリーは水と無機助剤が２：１〜１：２好ましくは１：１に設定され、更に（焼却灰＋脱水ケーキ）とスラリーの比が：４０：１〜１０：１、好ましくは２０：１程度に設定し、混練体の水の重量％が、１０〜３０重量％、好ましくは１５〜２５重量％になるようにする。
尚、この場合に脱水ケーキの代わりに含水率の多い余剰汚泥を用いればその分スラリーの配分比が少なくなってよい。
【００３１】
そして一次混練部１では、焼却灰、脱水ケーキ及び無機剤を含むスラリー及び必要に応じて水が、ホッパ４に供給され、混練筒２０内で一次混練をした後、二次混練部２に移送する。
【００３２】
混練筒２０内は図４にて概略的に説明するに、スパイラル状のスクリュー羽根か混練部２５Ａ、２５Ｂを入口側と出口側に設けるとともに、該２つの搬送混練部２５Ａ、２５Ｂの間に、多数枚の楕円状プレート２１２を周方向に所定角度ずつ変位して連設させた２本のプレート軸２１１、２１１の相互回転により、剪断作用により混練を行う剪断混練部２１を介在させている。
そして前記剪断混練部２１内で一次混練された混練体１０Ａは前記混練筒２０の出口側搬送混練部２５Ｂの終端に設けた多孔状の粗フィルタ板２２（図１参照）より棒状に押出され、投入空間部２３を介して二次混練部２に移送される。
尚、前記造粒体に混合されているベントナイト粒子は結合材としても機能し、スラリー状に均一分散されることにより、造粒の際の粘結剤として機能する。
【００３３】
二次混練部２では、前記一次混練部と同様な混練筒２０を設けるとともに、その出口端に連設した投入空間部２３Ａに真空ポンプ２４を設け、投入空間部２３Ａを真空下に置く事により、前記二次混練された混練体１０Ａの脱気を行った後、脱気された二次混練体１０Ａを押出成型部３に投入される。
尚、一次混練部１はホッパ４により大気開放されており、又押出成型部３も下流端にダイス板３１により、大気開放されているが、二次混練部２の入口部及び出口部は混練体１０Ａにより充填密封されている為に、実質的に投入空間部２３及び２３Ａが密閉されている事となり、従って前記投入空間部２３及び２３Ａに真空脱気部を設ける事により円滑な脱気が可能となる。
尚、前記真空ポンプ２４は投入空間部２３及び２３Ａに連設し、脱気しながら混練を行ってもよい。
【００３４】
押出成型部は図１（Ｂ）に示すように、下流出口開口端にダイス板３１を取付けるとともに、前記剪断混練終了後下流側に位置するスクリュー羽根からなる搬送混練部によりダイス板３１側に導きダイス穴３２（図４（Ｂ）参照）を経て押し出し圧縮成型された棒状押出体１０Ｂを得る。
そして該棒状押出し体を適当な長さに切断するために、前記ダイス板３１表面から所定空隙を介して当接体４０Ａが設けられている。
【００３５】
そして前記棒状体１０Ｂにひび割れが生じる前に当接体４０に当接した後、当接体の反重力方向の移動により、前記棒状体１０Ｂが強制的に折断され、これにより曲りやひび割れが実質的に生じない段階で折断でき且つ短長で且つ一定長の造粒物が連続的に製造できる他、前記破断面、長さＬ／外径Ｄ等の均一化が容易に達成し得る。
５は振動手段で、回転転動体５０及びモータ５１よりなる。前記のようにして製造された造粒物１０Ｃは偏平円筒ドラム状の回転転動体５０内に落下させ、該転動体５０を傾斜させて配置してモータ５１により回転させる事により、図３（Ａ）に示すような円筒状の造粒物１０Ｃに転動を加えて角に丸みをつけて球状、楕円状体若しくは長径と短径の比が０．５〜５、好ましくは１〜３である略カプセル状の造粒物１０Ｄに形成する。
【００３６】
ここで図３（Ａ）（Ｂ）は造粒物の正面図及び側面図を示す。
又前記角落としは転動ではなく振動を加えても同様な形状になる。この結果前記折断の後に、転動若しくは振動を加えて角に丸みをつけて角落としを行うために、後工程である乾燥、焼成段階で欠け等が発生せず、歩留り悪化等の品質管理上の問題も生じさせないのみならず、該角落としにより形成されるものは球状、楕円状体若しくは長径と短径の比が短小な略カプセル状となるために、いわゆる骨材としての利用のみならず、バイオ担体としての用途にも適用可能である。
【００３７】
次に図１及び図２に示すように、前記造粒物１０Ｄをパレット９に入れてコンベア６１で乾燥炉６内を通して、水分を乾燥させた後、焼成炉７により焼成を行なうことにより、所定粒径の骨材、具体的には５〜２５φの骨材１０が形成できる。
この際、焼却灰の粒度が数十ミクロンであるために、その隙間より目に見える大きな気孔が発生しやすい。
【００３８】
そこで本実施例においては前記したように造粒物を製造する前の混練段階で混練脱気や、更に前記焼却灰より粒度の細かい例えばケイ素系微粒子やベントナイト等の珪酸アルミナ系粘土１０ｃ（図３（Ｃ）参照）をスラリー状にして均一混合すると、これらは元々分散性がよく高温での安定性の高いモンモリナイトやハイデライトを主成分とするものであるために微粒子粘土状の無機系助剤を添加し混練する事により焼却灰粒子の周囲に該微粒子粘土１０ｃが緻密に付着し、焼却灰粒子１０ｅ間の空隙の発生を阻止しつつ混練体充填密度を細密にする事が出来る。
【００３９】
そして前記転動若しくは振動手段５等を利用して角を丸めて略球状、楕円状若しくはカプセル状の造粒物１０Ｄを形成した後、焼成炉７の排気熱により十分乾燥し、そして最後に焼成炉７内で焼成工程を２分割し、第１の焼成工程Ａとして先ず造粒物１０Ｄの内部まで均一に加熱するために、７００〜１０００℃、具体的には約９００℃前後の固相焼結温度域に十分保持した後、引続き第２の焼成工程Ｂとして前記焼却灰の融点より低い１０００〜１２００℃前後の液相焼結温度域を通過させる事により図３（Ｃ）に示すように固相焼結部１０ａの表層部に頑強な液相焼結層１０ｂを構成する。
【００４０】
この際前記焼成される造粒体には、発熱量を有さない焼却灰の他に発熱量（可燃物）を有する焼却前の下水汚泥脱水ケーキを含んでいるために、混練して得られた造粒物には微細状の可燃物を含有することとなり、そのため後工程の第１の焼成工程Ａでその可燃物が燃焼して熱カロリとして寄与し、その分焼成時の都市ガス量の低減につながるとともに、又前記微細状の可燃物を含んで造粒されたものを第１の焼成工程Ａ固相焼結するために、前記第１の焼成工程Ａ時に焼却灰や汚泥中の無機成分と混合状態にある可燃分が焼失化してその焼失部分に空隙１０ｄが発生して表面に微細孔１０ｂ_１を有するポーラス状の焼成体が出来る。
そしてそのポーラス状のものを第２の焼成工程Ｂの１０００〜１２００℃前後の液相焼結温度域を通過させる事により前述のように図３（Ｃ）に示される固相焼結部１０ａの表層部に液相焼結層１０ｂを構成する。
尚、脱水汚泥の配分割合が多い場合は、この第２の焼成工程Ｂでも可燃物の燃焼により気泡空隙１０ｂ_１が出来る。このような場合はバイオ担体としての利用が有効である。
【００４１】
更に本実施例は、焼却灰にケイ素系微粒子やベントナイト等の珪酸アルミナ系粘土をスラリー状にして均一混合しており、これらは元々分散性がよく高温での安定性の高いモンモリナイトやハイデライトを主成分とするものであるために、数十ミクロン粒度の焼却灰にこれらの高温での安定性の高い前記粘土系物質が均一に層間混合されることにより前記したように石英成分が多い焼却灰を、液相焼結しようとすると石英の転移点が１０５０℃のために、液相焼結温度域が１０００〜１１００℃前後しかなくその温度制御が困難であったが、本実施例では、モンモリナイトの融点（１４００℃）に近い１２００℃〜１３００℃まで温度上限域を設定でき、温度制御が一層簡便化する。
【００４２】
図２は前記したように焼却灰のみを被混練体として用いた比較技術である。
この比較技術における図１との違いについて説明する。
【００４３】
前記ホッパ４より投入且つ一次混練される焼却灰：７０〜９０、好ましくは７０〜８０重量％、又スラリーは水と無機助剤が２：１〜１：２好ましくは１：１に設定され、更に（焼却灰）とスラリーの比が：４０：１〜１０：１、好ましくは２０：１程度に設定し、混練体の水の重量％が、１０〜３０重量％、好ましくは１５〜２５重量％になるようにする。従って必要とする水の料をすべてスラリー側に含めなくてもスラリーを生成するための水の一部をホッパより投入してもよい。
【００４４】
この際前記焼成される造粒体には、前記した無機凝集剤を添加する前の最終沈殿池から得られた余剰汚泥や可燃物を有する焼却前の下水汚泥脱水ケーキを含んでいないために、混練して得られた造粒物には微細粒子の粘土と焼結灰で構成することとなり、そのため後工程の第１の焼成工程Ａで固相焼結されたものは、図３（Ｄ）に示すように焼却灰１０２の周囲を埋める粘土微粒子１０１のみである。
そしてこれを第２の焼成工程Ｂの１０００〜１２００℃前後の液相焼結温度域を通過させる事により図３（Ｃ）に示すように固相焼結部１０ａの表層部に頑強な液相焼結層１０ｂを構成する。
これにより乾燥焼成後の骨材の強度が天然骨材並みに向上するとともに、更に加えて吸水性の大幅低減につながる。
【００４５】
【発明の効果】
以上記載した如く本発明によれば、主として下水汚泥処理設備で発生する下水汚泥焼却灰を造粒成型された成型物を乾燥焼成して骨材を安価に提供するとともに、高品質の骨材を得る事が出来る。
又本発明によれば、混練造粒の際に均一混合を容易にして高品質の骨材を得ることが出来る。
更に本発明によれば、液相焼結の際の焼結温度域の幅を広げ、焼結温度制御の容易化を図った骨材の製造方法を得る事ができる。
更に又、本発明によれば、下水汚泥の焼却灰を大量に安定的に利用するコストの低廉な資源化技術を提供出来、特に下水汚泥の焼却により生成される焼却灰と焼却前の下水汚泥の特性の長所を夫々有効に利用してエネルギコストを抑えた骨材の製造方法を得ることが出来る。
更に、余剰汚泥の混合により、気孔率の異なる（比重の異なる）骨材を安定的に製造できる方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例に係る人工骨材を製造するための全体システムフロー図で、被混練体を製造する際に焼却灰と脱水汚泥を用いている。
【図２】 本発明の比較技術に係る造粒物を製造するまでの第２のシステムフロー図で、被混練体を製造する際に焼却灰のみを用いている。
【図３】 （Ａ）は押出し成型で転動を行う前の造粒物形状、（Ｂ）は予備加熱後転動を行った後の造粒物形状、（Ｃ）、（Ｄ）は図１の実施例及び図２の比較技術を用いて製造した造粒物を乾燥／焼成を行った後の、骨材の断面形状を示し、丸部分はその粒度組成を示す。
【図４】 本発明が適用される押出し成型機部分の詳細図を示し、（Ａ）は該装置の断面図、（Ｂ）はダイス板の平面図、（Ｃ）は（Ａ）の混練筒の拡大断面図、（Ｄ）は（Ｃ）の混練筒に組込まれたプレートの配置構成を示す斜視図、（Ｅ）は剪断作用を示すプレートの回転動作を示す。
【符号の説明】
００ 余剰汚泥
０４ 重力脱水機
０６ 遠心脱水機
０７ 流動床焼却炉
０８ サイクロン
０９ スラリー混合機
１ 一次混練部
２ 二次混練部
３ 押出成型部
７ 焼成炉
１０ 骨材
１０ａ 固相焼結部
１０ｂ 液相焼結層

Claims (2)

1. 被混練体に下水汚泥の焼却灰を含み、これに無機系助剤等を添加して混合混練した混練体を圧縮成型若しくは押出し成型により造粒成型し、該成型物を乾燥焼成してなる骨材の製造方法において、
   前記焼却灰が、下水汚泥を流動床炉で焼却して得た粉粒状焼却灰であり、該粉粒状焼却灰を含む被混練体を混合混練する前に、前記無機系助剤を前もって水と混合分散して得られる懸濁液（以下スラリーという）を生成し、前記焼却灰を含む被混練体混練時に前記スラリーを投入して混練して前記造粒を行うとともに、前記被混練体を製造する際に焼却灰とともに、最終沈殿槽より得られた脱水前の余剰汚泥の両者を合わせて投入して混練されている事を特徴とする骨材の製造方法。
2. 前記焼却灰が有機系下水汚泥を流動床炉にて焼却して得られた焼却灰であり、前記スラリー化する無機助剤が、ケイ素系や若しくはベントナイト等の珪酸アルミナ系の微粒子を含む粘土系物質である事を特徴とする請求項１記載の骨材の製造方法。

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