JP3939194B2 - 土質改良材の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土質改良材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水汚泥のほとんどは、従来より、焼却処理により減量化されたのち、埋立て処分されている。しかし、最近では、埋立て用地の確保が困難になりつつあるという問題がある。このため下水汚泥を生石灰粉末とともに焼成して、酸化カルシウム粉末を含む汚泥焼却灰（この汚泥焼却灰を再生生石灰や再生石灰組成物ということがある）を得て、この汚泥焼却灰を、セメントの原料や土質改良材として利用する汚泥焼却灰の再利用システムが注目されている。
【０００３】
酸化カルシウム粉末を含む汚泥焼却灰を得る下水汚泥の焼却処理方法は、特開平６−１５２９７号公報に提案されている。この公報では、下水汚泥と生石灰類とを混合して、下水汚泥を脱水及び乾燥し、有機物と消石灰とからなる固形分を得る汚泥脱水乾燥工程と、汚泥脱水乾燥工程で生成した固形分を加熱して有機物を焼却するとともに有機物の燃焼熱によって消石灰を焼成して、生石灰に再生する焼却再生工程とからなる下水汚泥の焼却システムが記載されている。この公報によれば、再生された生石灰は、汚泥脱水乾燥工程用の生石灰類として使用したり、セメント原料もしくは土質改良材として利用できる。
【０００４】
特開２０００−６３８２９号公報には、土質改良材として有利に利用できる酸化カルシウム粉末を含む汚泥焼却灰が提案されている。この公報では、酸中和活性が、汚泥焼却灰中の生石灰の質量５０ｇあたり３１０ｍＬ以上である汚泥焼却灰が土質改良材として好適に利用できると記載されている。
【０００５】
上記の下水汚泥を生石灰粉末とともに焼却して、酸化カルシウム粉末を含む汚泥焼却灰を得る下水汚泥の焼却処理は、汚泥焼却灰の有効利用という観点から見れば好ましい処理方法である。しかしながら、生石灰粉末は、安価であることが望まれている土質改良材の原料として用いるには適当でない場合がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、工業的に安価に入手できる材料を用いながらも、土質改良材として有利に使用できる汚泥焼却灰を得ることができる下水汚泥の焼却処理方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、酸化カルシウム粉末が、石灰石やドロマイトなどの炭酸カルシウム含有鉱石もしくは貝殻を、下水汚泥の焼却温度として一般的な温度である８５０〜９５０℃の温度で焼成して製造されていることに着目した。そして、本発明者が、下水汚泥を炭酸カルシウム含有粉末とともに焼成したところ、得られた汚泥焼却灰には酸化カルシウム含有粉末が含まれており、この汚泥焼却灰が土質改良材として有利に使用できることを見出した。
【０００８】
本発明は、下水汚泥１００質量部を２５〜２００質量部の粒子径が１ｍｍを超える粒子の含有量が１質量％以下である炭酸カルシウム含有粉末とともに循環流動炉にて焼成することからなる土質改良材の製造方法にある。
【０００９】
本発明の方法においては、炭酸カルシウム含有粉末が炭酸カルシウムを３０質量％以上含有することが好ましい。
【００１０】
炭酸カルシウム含有粉末は、炭酸カルシウムを５０質量％以上含有することがより好ましい。
【００１１】
炭酸カルシウム含有粉末は、炭酸カルシウムを７０質量％以上含有することがさらに好ましい。炭酸カルシウム含有粉末は、石灰石もしくは貝殻の粉砕物であることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の土質改良材の製造方法では、下水汚泥を炭酸カルシウム含有粉末とともに焼成して、酸化カルシウム含有粉末を含む汚泥焼却灰を得る。すなわち、本発明の土質改良材の製造方法では、下水汚泥の焼却と、炭酸カルシウム含有粉末の酸化とを同時に行なう。下水汚泥と炭酸カルシウム含有粉末との焼成は、８５０〜９５０℃の温度にて行なうことが好ましい。
【００１３】
本発明において用いる炭酸カルシウム含有粉末の炭酸カルシウム含有量は、３０質量％以上であることが好ましく、５０質量％以上がより好ましく、７０質量％以上であることがさらに好ましい。炭酸カルシウム含有粉末の具体的な例としては、石灰石やドロマイトなどの炭酸カルシウム含有鉱石もしくは貝殻の粉砕物を挙げることができる。この中でも、石灰石もしくは貝殻の粉砕物が好ましく、特に石灰石の粉砕物が好ましい。
【００１４】
炭酸カルシウム含有粉末は、粒子径が１ｍｍを超える粒子の含有量が１質量％以下であることが好ましい。
【００１５】
本発明の土質改良材の製造方法において、下水汚泥と炭酸カルシウム含有粉末とを焼成する焼成炉は、循環流動炉を用いる。以下、本発明の方法について、添付図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、本発明の土質改良材の製造方法を有利に実施することができる下水汚泥焼却処理装置の一例の構成を示す図である。
図１において、循環流動炉１０は、燃焼室（ライザー）１１、燃焼室１１の上部に接続するホットサイクロン１２、燃焼室１１とホットサイクロン１２とを連結するループシール１３、及び下水汚泥と炭酸カルシウム含有粉末とを混合して燃焼室１１に投入する混合投入機１４から構成されている。また、燃焼室１１は、下方に流動層を形成するための空気を供給する一次ブロワ１５と接続する一次空気導入口１６、二次ブロワ１７と接続する二次空気導入口１８、及び下水汚泥と炭酸カルシウム含有粉末との焼成用燃料を導入するための燃料導入口１９を備えている。混合投入機１４は、パドル式あるいはスクリュー式の混合機構を備えたものであることが好ましい。
【００１７】
混合投入機１４により、燃焼室１１に投入された下水汚泥と炭酸カルシウム含有粉末の混合物は、燃焼室１１の下方にて流動媒体によって撹拌混合され、下水汚泥中の有機成分は熱分解して可燃分ガスとなる。この可燃分ガスは、汚泥焼却灰（灰分）及び流動媒体（熱媒体）とともに燃焼室の上方に移動しながら燃焼して燃焼生成ガスとなる。炭酸カルシウム含有粉末は、燃焼室１１の下方から流動媒体とともに上方に移動しながら、炭酸カルシウムのほとんどが酸化され酸化カルシウムとなり、その一部が、燃焼生成ガスに含まれる硫化物や塩化物と反応して、硫酸カルシウム（石膏）や塩化カルシウムとなる。燃焼室１１にて生成した燃焼生成ガス、汚泥焼却灰、及び酸化カルシウム含有粉末は、流動媒体とともにホットサイクロン１２に送られる。ホットサイクロン１２にて、流動媒体は分離回収され、ループシール１３を介して、再び燃焼室１１に戻される。燃焼生成ガス、汚泥焼却灰、酸化カルシウム含有粉末は、循環流動炉１０の外部に取り出され、汚泥焼却灰回収装置２０に送られる。汚泥焼却灰回収装置２０にて、汚泥焼却灰と酸化カルシウム含有粉末とが分離回収され、焼却灰取出し口２１から取り出される。燃焼生成ガスは、排ガスファン２２を介して系外に排出される。
【００１８】
循環流動炉１０では、流動媒体を炉内にて循環させることによって、炉内温度分布を均一に保つことができるので、下水汚泥と炭酸カルシウム含有粉末の混合物に均一、かつ速やかに熱を与えることができる。循環流動炉１０の炉内温度は、８５０〜９５０℃の範囲にあることが好ましい。また、循環流動炉１０のサイズ、及び流動媒体の移動速度は、下水汚泥と炭酸カルシウム含有粉末との混合物が燃焼室１１に２秒以上滞留できるように調整されていることが好ましい。
【００１９】
循環流動炉１０の流動媒体には、硅砂などの通常の流動炉に使用されているものを用いることができる。また、本発明の土質改良材の製造方法では、流動媒体に炭酸カルシウム含有粉末を用いてもよい。具体的には、粒度が０．１４９〜０．５９ｍｍに調製された硅砂（ＪＩＳ−Ｇ−５９０１の２０号）もしくは炭酸カルシウム含有粉末を用いることが好ましい。なお、粒度が０．１４９〜０．５９ｍｍに調製された硅砂もしくは炭酸カルシウム含有粉末を流動媒体に用いる場合には、下水汚泥と混合する炭酸カルシウム含有粉末は、粒子径が０．６ｍｍ（好ましくは０．５９ｍｍ）を超える粒子の含有量が１質量％以下であることが好ましい。
【００２０】
汚泥焼却灰回収装置２０には、サイクロン、乾式電気集塵器あるいはバグフィルターなどの公知の集塵器を用いることができる。好ましいのは、バグフィルターである。
【００２１】
図１では、下水汚泥と炭酸カルシウム含有粉末とを混合して、循環流動炉１０に投入しているが、下水汚泥と炭酸カルシウム含有粉末とを別々に投入してもよい。また、循環流動炉１０と汚泥焼却灰回収装置２０との間に熱交換器を設置してもよい。
【００２２】
上記のようにして得られる汚泥焼却灰は、通常は、粒子径が１０〜１００μｍの範囲にある。従って、粉砕処理など二次加工を行わなくとも、軟弱土壌の改質工法として知られている粉体噴射撹拌工法（ＤＪＭ工法）用の土質改良材として利用することができる。本発明の方法により得られる汚泥焼却灰は、酸化カルシウムを７０〜９５質量％の範囲で含むことが好ましい。酸化カルシウム含有量が７０質量％未満であると、土質改良材としての効果が小さくなる傾向にある。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を説明する。本実施例にて用いた下水汚泥の性状を表１に示す。
【００２４】
【表１】

【００２５】
［実施例１］
（１）汚泥石灰石混合物の製造
下水汚泥１００質量部に、２５質量部の石灰石粉末（粒子径が０．６ｍｍを超える粒子の含有量が１質量％未満、平均粒子径：０．３ｍｍ）を添加混合して、汚泥石灰石混合物を製造した。この汚泥石灰石混合物は、含水率は６７％であった。
【００２６】
（２）下水汚泥の焼成
上記の汚泥石灰石混合物を図１に示した汚泥焼却処理装置を用いて焼却した。すなわち、燃焼室１１下部より空気を送り、炉内の硅砂（粒度：０．１４９〜０．５９ｍｍ）を循環させて、炉内温度を８５０℃に調整した後、混合投入機１４から炉内に、１２５ｋｇ／時間の速度で４８時間連続して汚泥石灰石混合物を投入し、汚泥焼却灰回収装置２０（バグフィルター）にて汚泥焼却灰を分離回収した。４８時間連続して汚泥石灰石混合物を焼成して得られた汚泥焼却灰は９００ｋｇであった。得られた汚泥焼却灰の化学組成を表２に示す。
【００２７】
上記の汚泥焼却灰と土壌（一軸圧縮強さ：０．１３ｋｇ・ｆ／ｃｍ²、ＣＢＲ値：０．２％）とを、汚泥焼却灰含有量が３０ｋｇ／ｍ³、６０ｋｇ／ｍ³、及び９０ｋｇ／ｍ³となるように配合割合を変えて混合し、三種の土壌汚泥焼却灰混合物を調製した。
上記の三種の土壌汚泥焼却灰混合物の一軸圧縮強さを、ＪＩＳ−Ａ−１２１６：１９９８に準じて測定した。その結果を図２に示す。なお、一軸圧縮強さの測定は、土壌汚泥焼却灰混合物を調製してから７日経過後と２８日経過後に行なった。
上記の三種の土壌汚泥焼却灰混合物のＣＢＲ値を、ＪＩＳ−Ａ−１２１１：１９９８に準じて測定した。その結果を図３に示す。
【００２８】
［比較例１］
下水汚泥に石灰石粉末を加えない以外は、実施例１と同じ条件で下水汚泥を焼却した。得られた汚泥焼却灰の化学組成を表２に示す。
上記の汚泥焼却灰と実施例１にて用いた土壌と同じ性状の土壌とを、汚泥焼却灰含有量が３０ｋｇ／ｍ³、６０ｋｇ／ｍ³、及び９０ｋｇ／ｍ³となるように配合割合を変えて混合し、三種の土壌汚泥焼却灰混合物を調製した。
上記の三種の土壌汚泥焼却灰混合物の一軸圧縮強さを、ＪＩＳ−Ａ−１２１６：１９９８に準じて測定した。その結果を図２に示す。なお、一軸圧縮強さの測定は、土壌汚泥焼却灰混合物を調製してから７日経過後に行なった。
上記の三種の土壌汚泥焼却灰混合物のＣＢＲ値を、ＪＩＳ−Ａ−１２１１：１９９８に準じて測定した。その結果を図３に示す。
【００２９】
【表２】

【００３０】
［参考例１］
下記の表３に示す化学組成を有する市販の生石灰粉末と実施例１にて用いた土壌と同じ性状の土壌とを、生石灰含有量が３０ｋｇ／ｍ³、６０ｋｇ／ｍ³、及び９０ｋｇ／ｍ³となるように配合割合を変えて混合し、三種の土壌生石灰混合物を調製した。
【００３１】
【表３】

【００３２】
上記の三種の土壌生石灰混合物の一軸圧縮強さを、ＪＩＳ−Ａ−１２１６：１９９８に準じて測定した。その結果を図２に示す。なお、一軸圧縮強さの測定は、土壌生石灰混合物を調製してから７日経過後と２８日経過後に行なった。
上記の三種の土壌生石灰混合物のＣＢＲ値をＪＩＳ−Ａ−１２１１：１９９８に準じて測定した。その結果を図３に示す。
【００３３】
図２及び図３の結果から、本発明の方法に従って得た汚泥焼却灰は、市販生石灰とほぼ同等の土壌改良効果があることが分かる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の土質改良材の製造方法によれば、工業的に安価に入手できる炭酸カルシウム含有粉末を用いながらも、土質改良材として有利に用いることができる汚泥焼却灰を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の土質改良材の製造方法に有利に用いることができる下水汚泥焼却処理装置の一例の構成図である。
【図２】 実施例１及び比較例１にて得た汚泥焼却灰を適用した土壌の一軸圧縮強さの変化を示す図である。
【図３】 実施例１及び比較例１にて得た汚泥焼却灰を適用した土壌のＣＢＲ値の変化を示す図である。

Claims (5)

1. 下水汚泥１００質量部を２５〜２００質量部の粒子径が１ｍｍを超える粒子の含有量が１質量％以下である炭酸カルシウム含有粉末とともに循環流動炉にて焼成することからなる土質改良材の製造方法。
2. 炭酸カルシウム含有粉末が炭酸カルシウムを３０質量％以上含有する請求項１に記載の土質改良材の製造方法。
3. 炭酸カルシウム含有粉末が炭酸カルシウムを５０質量％以上含有する請求項１に記載の土質改良材の製造方法。
4. 炭酸カルシウム含有粉末が炭酸カルシウムを７０質量％以上含有する請求項１に記載の土質改良材の製造方法。
5. 炭酸カルシウム含有粉末が石灰石もしくは貝殻の粉砕物である請求項１に記載の土質改良材の製造方法。

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