JP3999520B2 - 骨材再生方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は骨材再生方法及び装置に関し、とくにコンクリート構造物の解体時に発生するコンクリート塊から骨材を再生する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート構造物の解体時に多量に排出されるコンクリート廃材等（以下、コンクリート塊ということがある。）は、従来適当な大きさに破砕して埋め立て等により処分されていたが、排出量の増大や環境に対する意識の向上等を背景として、再生クラッシャーラン・再生コンクリート砂・再生粒度調整砕石等として再生し、道路の下層路盤材・裏込材・基盤材等の土木工事材料として再利用が進められている。また、建築分野においても、良質な骨材の供給源不足等の理由から、コンクリート塊に含まれる良質な骨材の回収が求められている。
【０００３】
しかし、従来のコンクリート塊から回収した再生骨材はセメント水和物やモルタルが多く付着しているため、骨材としての品質が低い問題点があった。モルタルが付着した粗骨材を用いてコンクリートを製造すると、付着モルタル部分の強度が粗骨材の強度よりも弱いので、コンクリート強度が低下する傾向がある。また、モルタルが付着した粗骨材は吸水率が大きいため、乾燥収縮の増大や冷凍融解抵抗性の低下といったコンクリートの耐久性上の問題を招く。再生骨材の利用を図るためには、骨材に付着したセメント水和物やモルタルを除去する必要がある。
【０００４】
骨材から付着モルタルを除去する一方法として、図４に示すように、コンクリート塊の研磨による骨材再生方法が開発されている。同図では、コンクリート構造物の解体現場から排出される解体コンクリート塊31を破砕装置32で所要粒径に破砕し、破砕したコンクリート塊１を搬送装置33により研磨装置34へ投入し、研磨装置34でコンクリート塊１同士を擦り揉むことにより骨材に付着したモルタルを摩滅させて除去する。擦り揉み処理後のコンクリート塊を搬送装置35によりふるい装置36へ投入してモルタル微粉末38を分離し、５mm以上のものを再生粗骨材37として取り出す。研磨による骨材再生によれば、骨材自体を損傷せずにモルタルを骨材からこそぎ落とすことができ、再生粗骨材37の吸水率を建築材料として実用可能なレベルとすることが可能である。
【０００５】
また研磨装置34の一例として、特開2001-239250号公報は図５に示す偏心ロータ式の研磨装置34を開示する。同図の研磨装置34は、ケーシング40の鉛直筒部41内に筒状ロータ42を偏心量ａだけ筒部41に対して偏心させて回転可能に立設し、筒状ロータ42の外周面と鉛直筒部41の内周面との間隙にコンクリート塊１を所定圧縮強度及び硬度の圧縮力増大用媒体49と共に装入し、ロータ42の偏心回転によりコンクリート塊１を相互に摩擦接触（擦り揉み）させて骨材からモルタルを除去すると共に除去する際の圧縮力を媒体49で増大させたものである。
【０００６】
図５では、ロータ42の主軸43をベルト44によりモータ45と連結し、モータ45によりロータ42を回転させる。また、筒状ロータ42と鉛直筒部41との間隙の下方に調節プレート46を上下動自在に設け、プレート46の上下動により間隙内の充填密度を調節する。図中の符号47はコンクリート塊投入用ホッパを示し、符号48は排出用ホッパを示す。ロータ42の鉛直筒部41に対する偏心により、骨材からモルタルを効果的にこそぎ落とすことができる。また圧縮力増大用媒体49の混合より、間隙の外周部を落下する比較的小粒径のコンクリート塊１に対してもロータ42の圧縮力を伝達することができ、摩擦接触力（擦り揉み力）の増大により比較的小粒径の骨材からもセメント水和物やモルタルを除去することができる。
【０００７】
【発明が解決使用とする課題】
しかし、図４及び５に示すような従来の骨材再生方法は、骨材再生のために特殊な研磨装置とその駆動エネルギーとを必要とするので、再生コストが嵩む問題点がある。例えば、役目を終えた原子力発電所の廃止措置（decommissioning）では50万トンを越える大量の解体コンクリート塊が発生する場合があるが、このような大量のコンクリート塊を従来の骨材再生方法で再生しようとすると膨大な再生コストが必要となる。原子力発電所の廃止措置では解体コンクリート塊を含む廃棄物の合理的な処理が求められており、大量の解体コンクリート塊から低コストで再生骨材を回収する技術の開発が重大な課題となっている。
【０００８】
また、従来の研磨による骨材再生方法では、粒径が大きい粗骨材については実用可能な吸水率レベルに再生可能であるものの、粒径が小さい細骨材についてはセメント水和物等の除去が難しく高品質での再生が難しい問題点がある。図５に示すように、圧縮力増大用媒体49の混合よって小粒径骨材からのセメント水和物等の除去も提案されているが、再生細骨材の吸水率の確保は未だ困難な状態にある。原子力発電所のコンクリートには良質の粗骨材・細骨材が使用されており、原子力発電所の廃止措置で発生する解体コンクリート塊の再利用の用途を拡大するためには、粗骨材だけでなく細骨材をも高品質骨材として再生することが望ましい。
【０００９】
そこで本発明の目的は、高品質の再生骨材を低コストで回収する骨材再生方法及び装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は微生物によるコンクリートの劣化に注目した。従来から下水処理施設等では、腐敗状態や嫌気状態になると硫化水素が発生し、下水管渠等の構造コンクリートを腐蝕・劣化させる問題が経験されている。下水処理施設におけるコンクリートの腐蝕・劣化は次の４過程を経て起こると考えられている。
【００１１】
（ａ）先ず第１段階として、下水又は廃水中に存在する硫酸イオン（SO4 2-）と有機物とから硫酸塩還元細菌が無酸素条件下で硫化水素（H2S）を生成する（下記(1)式）。
（ｂ）第２段階として、下水又は廃水中で生成された硫化水素が気中に拡散し、下水管渠の内壁（とくに喫水部や管頂部）において下水温度と下水処理施設との温度差により水蒸気が結露した中に硫化水素が溶け込む。
（ｃ）第３段階として、結露中に生息する硫黄酸化細菌（例えばThiobacillus属）が、好気条件下で硫化水素から硫酸（H2SO4）を生成する（下記(2)式）。
（ｄ）第４段階として、水蒸気の蒸発により結露中で生成された硫酸が濃縮されてコンクリートが腐蝕する。腐蝕は、コンクリート中の遊離性水酸化カルシウム（セメント水和物）と硫酸とが化学反応して硫酸カルシウムが生成され（下記(3)式）、硫酸カルシウムとアルミン酸カルシウムの水和物（3CaO・Al2O3・12H2O、カルシウムアルミネート水和物）とが化学反応してエトリンガイト（3CaO・Al2O3・3CaSO4・32H2O）が生成されることにより進行する（下記(4)式）。硫酸カルシウムがエトリンガイトになると針状結晶となり３〜４倍に膨張して徐々にコンクリートを崩壊させる。
【００１２】
【化１】
SO4 2-＋2C＋2H2O→2HCO3-＋H2S …………………………………………(1)
H2S＋2O2→H2SO4 …………………………………………………………(2)
Ca(OH)2＋H2SO4→CaSO4・2H2O …………………………………………(3)
CaSO4・2H2O＋3CaO・Al2O3・12H2O＋13H2O
→3CaO・Al2O3・3CaSO4・32H2O ………………………………………(4)
【００１３】
前記（ｃ）過程に関与する硫黄酸化細菌をコンクリート塊の表面で生息させることができれば、前記(2)〜(4)の化学反応をコンクリート上で生起させ、骨材に付着したセメント水和物を劣化させて骨材から自然剥離又は分離可能とすることが期待できる。硫黄酸化細菌は自然界に広く存在しているので、コンクリート塊を硫黄酸化細菌の生息可能な条件下に曝してやれば、コンクリートの表面で硫黄酸化細菌を生息させ得る。本発明は、この知見に基づく研究開発の結果、完成に至ったものである。
【００１４】
図１の実施例及び図３の流れ図を参照するに、本発明の骨材再生方法は、コンクリート塊１を好気条件下で硫化水素（H2S）と接触させて硫黄酸化細菌（例えばThiobacillus属）により塊１中のセメント水和物を劣化させ、コンクリート塊１中の骨材から劣化したセメント水和物を分離して骨材を回収してなるものである。
【００１５】
好ましくは、コンクリート塊１を硫化水素に対する耐性の処理槽10内に装入し、処理槽10内に硫化水素と空気とを導入し、処理槽10内をコンクリート塊１の表面に水滴が形成可能な湿度に調整する。更に好ましくは、処理槽10内の湿度及び／若しくは温度の調整、又は処理槽10内への硫化水素及び／若しくは空気の導入量の調整により、コンクリート塊１中のセメント水和物の劣化速度を骨材に影響を与えない範囲内に制御する。
【００１６】
また、図１の実施例を参照するに、本発明の骨材再生装置は、硫化水素（H2S）に対する耐性を有するコンクリート塊処理槽10、処理槽10内に硫化水素（H2S）を導入する導入装置14、処理槽10内を好気状態に保つ空気補給手段20、及び処理槽10内をコンクリート塊１の表面に水滴が形成可能な湿度に調整する湿度調整手段17を備え、コンクリート塊１の表面で硫黄酸化細菌を生息させてコンクリート塊１中のセメント水和物を劣化させてなるものである。好ましくは、処理槽10内の温度を調整する温度調整手段23を設け、導入装置14及び／又は空気補給手段20に流量調整手段15、22を設ける。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図３は本発明による骨材再生方法の流れ図の一例を示し、同図（Ａ）は前処理を示す。前処理において、コンクリート構造物の解体現場等から排出される混合廃棄物を機械選別又は手選別等によりコンクリート塊と鉄筋・木片・土・レンガ等の不純物とに分別する。更に、分別したコンクリート塊をジョークラッシャー（圧縮型の破砕機）やインパクトクラッシャー（ハンマーや回転腕で衝撃破砕する破砕機）等の破砕装置により所定粒径、例えば粒径25〜40mm程度に粗破砕する。
【００１８】
前処理では、骨材自体の破砕を避けつつ所定時間で劣化可能なセメント水和物の厚さとなる粒径にコンクリート塊１を破砕することが望ましく、例えばコンクリート塊１中の骨材最大粒径の1.5〜2.0倍程度の大きさにコンクリート塊１を破砕することができる。但し、前処理におけるコンクリート塊１の破砕粒径は25〜40mm程度に限らず、コンクリート塊１中の骨材の大きさや劣化予定時間等に応じて調節可能である。粗破砕したコンクリート塊１を図３（Ｂ）に示すように骨材再生装置に装入し、骨材再生装置内においてコンクリート塊１の表面に硫黄酸化細菌を生息させ、コンクリート塊１中のセメント水和物を劣化させる。
【００１９】
図１は本発明の骨材再生装置の一実施例を示す。同図に示す骨材再生装置は、硫化水素に対する耐性の処理槽10と、処理槽10内に硫化水素を導入する導入装置14と、処理槽10内を好気状態に保つ空気補給手段20と、処理槽10内の湿度を調整する湿度調整手段17とを有する。図中の符号12及び13は、処理槽10へのコンクリート塊１の投入口及び該投入口の蓋を示す。処理槽10の内壁11は硫化水素により腐蝕されない耐性を有する必要があり、例えば処理槽10をコンクリート製とする場合は処理槽10の内壁11を耐酸性コンクリート製又は耐蝕性ライニング付きとする。
【００２０】
処理槽10の設置場所は問わないが、例えば原子力発電所の廃止措置で発生する大量のコンクリート塊を処理する場合は、発電所跡地の地上又は地下に処理槽10を設置することができる。また、原子力発電所の特定のコンクリート構造物に耐蝕性ライニング等を敷設して処理槽10としてもよい。処理槽10に送入する硫化水素は腐卵臭のある有毒気体であるから、処理槽10を市街地等に設置する場合は処理槽10を気密又は外気に対して負圧とし、処理槽10から硫化水素が漏れ出ないようにする。
【００２１】
図１に示すように、処理槽10に硫化水素導入孔16及び空気取入孔21を設け、導入装置14により硫化水素源50から硫化水素導入孔16へ硫化水素を導入し、空気補給手段20により空気取入孔21から空気を取り入れる。図示例ではポンプ・ファン14a等の導入装置14により気相の硫化水素ガスを処理槽10へ送入しているが、例えば硫化水素が溶解した水溶液を処理槽10内に導入し、処理槽10内で前記水溶液の攪拌又は昇温により処理槽10内の気相中に硫化水素ガスを放散させてもよい。この場合は、導入装置14に前記水溶液の攪拌手段又は昇温手段を含める。また、図示例では処理槽10を気密槽としてポンプ・ファン等の送気装置20aにより空気を処理槽10内に送り込んでいるが、処理槽10を外気に対して負圧とした場合は処理槽10に空気取入孔21を設ければ足りる。この場合は、図２に示すように、空気補給手段20に処理槽10を負圧化する装置として排気装置20C、排気処理装置20dを含める。
【００２２】
更に処理槽10に取水口19を設け、湿度調整手段17により取水口19から水又は水蒸気を処理槽10内に取り入れ、処理槽10内の湿度をコンクリート塊１の表面に水滴が形成可能な程度に調整する。図示例の湿度調整手段17は散水手段18及び散水手段18への送水装置17aを有し、散水により処理槽10内の湿度を調整している。この場合、過剰の水分がコンクリート塊１上に付着すると、微生物の流出、酸素の供給不足、生成された硫酸の希釈・拡散・逸失等の問題が生じるので、微生物の反応を抑制する場合以外は、散水量をコンクリート塊１上の表面に水滴が形成できる程度とする。好ましくは、散水手段18から無機態窒素源等の硫黄酸化細菌の増殖に必要な基質・栄養素（栄養物質）を含む水溶液を適宜散水して補給する。栄養物質としては、アンモニア態窒素等の窒素源、リン、あるいはミネラル等の微量成分が挙げられる。炭素源は空気中の二酸化炭素から供給できる。
【００２３】
但し、湿度調整手段17は散水手段18に限らず、図２に示すように処理槽10内に湿り空気を導入する手段、又は処理槽10に導入する水の昇温により処理槽10内で水蒸気を発生させる手段等を設けることができ、水蒸気の結露（凝結）によりコンクリート塊１の表面に水滴を形成させてもよい。この場合は、湿度調整手段17に湿り空気導入手段として加湿器20b及び／又は送水装置17aに水の昇温手段（図示せず）等を含める。
【００２４】
好ましくは、図１に示すように処理槽10に温度調整手段23を設け、処理槽10内の温度を硫黄酸化細菌の活性温度又は不活性温度に調整可能とする。図示例の温度調整手段23は、処理槽10の底壁及び周壁に沿って配置した熱媒体管路24及び管路24への熱媒体送入装置25を有し、処理槽全体を硫黄酸化細菌の活性温度に調整することができる。熱媒体として、例えば原子力発電所等における高温排水又は蒸気等の排熱を利用できる。
【００２５】
硫黄酸化細菌の活性は処理槽10内の温度に応じて高まると考えられるので、温度調整手段23により硫黄酸化細菌の活性を調節することが可能である。また、前述した硫化水素の導入装置14又は湿度調整手段17に昇温手段を含めた場合は、温度調整手段23をその昇温手段とすることができる。温度調整手段23を、熱媒体管路24及び熱媒体送入装置25に代えて、処理槽10に送入する硫化水素又は空気と熱媒体との熱交換器等（図２の加湿器20b参照）としてもよい。但し、温度調整手段23は本発明に必須のものではなく、処理槽10の設置場所が硫黄酸化細菌の活性温度である場合は省略できる。
【００２６】
湿度調整手段17の湿度調整により形成されたコンクリート塊１の表面の水滴中に導入装置14及び空気補給手段20により導入された硫化水素ガス及び空気中の酸素が溶け込み、硫黄酸化細菌が生息可能な状態となる。硫黄酸化細菌の一例は、Thiobacillus thioparrus（増殖域pH4.5〜8.0）、Thiobacillus neapolitanus（増殖域pH6.0〜10.0）、及びThiobacillus thiooxidants（増殖域pH4.5〜8.0）等を含むThiobacillus属である。これらの硫黄酸化細菌は自然界に広く存在しているので、硫黄酸化細菌が生息可能な状態としたコンクリート塊１の表面上で容易に定着して増殖し、前記(2)式の反応により硫酸（H2SO4）を生成する。従って本発明ではコンクリート塊１の表面に微生物を植え付ける等の処理を必須としないが、必要に応じて適当な微生物を適当な方法でコンクリート塊１の表面に導入してもよい。
【００２７】
コンクリート塊１の表面で硫酸が生成されると、前記(3)及び(4)式の反応によりコンクリート塊１中でエトリンガイトが生成され、骨材に付着したセメント水和物が劣化する。本発明によれば、セメント水和物が付着した骨材（基質）の大きさや形状に拘わらずセメント水和物を劣化させることができるので、粗骨材だけでなく細骨材に付着したセメント水和物をも劣化させることができる。
【００２８】
但し、硫酸の濃縮によりコンクリートのpHは強酸性（例えばpH１〜３程度）になる場合がある（「腐蝕対策講座第３回コンクリートの腐蝕スピード」月刊下水道、Vol.22、No.14、pp58-61）。骨材の種類により異なるが、コンクリート塊１のpHが余りに強酸性に傾くと骨材自体を劣化させるおそれがある。例えば、SiO2を主成分とする一般の骨材は酸に対して耐久性を有するが、CaCO3を主成分とする石灰岩等の骨材は弱酸によっても分解し得る。このため、コンクリート塊１中のpHすなわちセメント水和物の劣化速度を骨材に影響を与えない範囲内に制御して再生骨材の品質の低下を避けることが望ましい。また、定期的に処理槽10内の複数箇所からコンクリート塊１をサンプリングしてセメント水和物の劣化状況（例えば物理的な劣化程度）をモニタリングし、セメント水和物が分離できる状態であることを確認したのち直ちに、硫化水素又は空気の導入停止、温度の低下等の方法により劣化反応を停止させることが望ましい。
【００２９】
図１の実施例では、導入装置14及び空気補給手段20にそれぞれ流量調整弁等の流量調整手段15、22を設け、例えば処理槽10内の硫化水素濃度及び酸素濃度の測定値に基づいて処理槽10内への硫化水素及び／又は空気の導入量を調整することにより、コンクリート塊１中のセメント水和物の劣化速度を制御することができる。例えば、モルタル供試体に対する室内実験では、硫化水素ガス濃度を400ppmとしたときの劣化速度は６mm／年程度であるとの報告がある（前掲「腐蝕対策講座第３回コンクリートの腐蝕スピード」）。同様の実験により、骨材に影響を与えないセメント水和物の劣化速度を実現する処理槽10内の硫化水素ガス濃度及び酸素濃度を実験的に定めることができ、実験的に定めた濃度となるように硫化水素及び／又は空気の流入量を調整することができる。但し、硫化水素は可燃性であり、容積比で空気中に4.3〜46％の硫化水素が存在すると爆発の可能性がある（「腐蝕対策講座第２回微生物腐蝕の４段階メカニズム」月刊下水道、Vol.22、No.13、p63）。
【００３０】
また、セメント水和物の劣化速度は処理槽10の温度、湿度、共生する微生物等によっても変化すると考えられる。図１の実施例では、湿度調整手段17及び温度調整手段23による処理槽10内の湿度及び温度の調整により、コンクリート塊１中のセメント水和物の劣化速度を制御することも可能である。例えば、処理槽10内の温度を比較的低温に維持することにより、セメント水和物の劣化速度を骨材に影響を与えない範囲内に制御する。このような劣化速度を実現する処理槽10内の湿度及び温度も実験的に定めることが可能であり、実験的に定めた湿度及び温度となるように湿度調整手段17及び／又は温度調整手段23を調整することができる。
【００３１】
処理槽10内で所要期間セメント水和物の劣化処理を施すと、コンクリート塊１中の劣化したセメント水和物の少なくとも一部分は溶出し又は自然剥離する。また、骨材に付着したままのセメント水和物も劣化しているので、コンクリート塊１を例えば図３（Ｃ）に示すようにボールミル又はロッドミル等の分離装置26に投入して攪拌することにより、骨材から比較的容易に分離できる。本発明によれば、粗骨材だけでなく細骨材に付着したセメント水和物も劣化するので、分離装置26において細骨材からもセメント水和物を容易に除去できる。また、ボールミル等の攪拌回転数は骨材自体に損傷を与えない程度の十分低い回転数で足りるので、劣化処理を施さない場合に比し、骨材とセメント水和物との分離に要するエネルギーを極めて小さく抑えることができる。必要に応じて、図４又は５に示すような研磨装置34を分離装置26として用いてもよい。
【００３２】
処理槽10内で自然剥離した粒体と分離装置26で分離後の粒体とを振動ふるい又は風ふるい等の分級装置28（図示せず）に投入し、形状差や比重差により図３（Ｄ）に示すように粗骨材３と細骨材４とその他の微粉２（セメント粉、石粉等）とに分級する。本発明によれば、粗骨材だけでなく細骨材からもセメント水和物を容易に除去できる。また、骨材自体を破損するおそれが小さく、骨材の強度低下等を避けることができる。従って、コンクリート中の良質な粗骨材及び細骨材をそのまま取り出して高品質再生骨材として回収でき、骨材の回収効率も高い。また、処理槽10におけるセメント水和物の劣化処理に必要なエネルギーは従来の研磨処理等に比し極めて僅かで足り、劣化処理後の骨材とセメント水和物との分離に要するエネルギーも小さく抑えることができるので、全体的に見て骨材再生に必要なコストを低く抑えることができる。
【００３３】
こうして本発明の目的である「高品質の再生骨材を低コストで回収する骨材再生方法及び装置」の提供を達成することができる。
【００３４】
【実施例】
図２は、処理槽10を外気に対して負圧とした本発明の実施例を示す。同図では、空気補給手段20に排気孔21aを設け、また空気取入孔21に圧損を生じさせるバルブ・ダンパ等を設け、ポンプ・誘引ファン等の排気装置20cにより処理槽10内の気体を排気孔21aから抜き出すことにより、処理槽10内を外気に対して若干負圧とする。処理槽10を負圧とすることにより、硫化水素及び空気の導入エネルギーを低く抑え、処理槽10からの硫化水素の漏出が防止できる。また、排気装置20cに排気処理装置20dを接続することにより、残存硫化水素の脱硫処理等も容易に行うことができる。処理槽10内の硫化水素濃度及び酸素濃度の測定値に基づいて排気装置20cの排気量（気体抜出量）を調整し、排気量の調整によりコンクリート塊１の劣化速度を制御することも期待できる。
【００３５】
また図２の実施例では、空気補給手段20及び湿度調整手段17として処理槽10内温度より高温の湿り空気をつくる加湿器20bを設け、加湿器20bにおいて処理槽10内のコンクリート塊１より少し高温の飽和湿り空気をつくり、処理槽10の負圧を利用して湿り空気を処理槽10内へ導入することにより、コンクリート塊１の表面で湿り空気中の水蒸気の凝結により水滴を形成することができる。湿り空気を処理槽10内へ導入する方法によれば、最小限の水分でコンクリート塊１中のセメント水和物の劣化を図ることが期待できる。また、温度調整手段23との協働により、気相部分を含む処理槽全体の温度調節に寄与できる。なお図２の例では、加湿器20bとは別に硫黄酸化細菌の栄養物質を供給するための散水手段18も設けている。
【００３６】
図１又は２に示す硫化水素源50として、従来未利用であった硫化水素を積極的に利用することができる。例えば、下水又は廃水処理施設で発生した硫化水素を含む臭気ガスは、管路施設等の腐蝕原因となるので、換気により希釈する等の方法が提案されている。しかし、臭気の問題を生じない場所以外では実際上換気による方法は困難であった。本発明によれば、下水又は廃水処理施設で発生した硫化水素含有ガスを処理槽10に導入して骨材再生に利用することができ、下水又は廃水処理施設の換気と骨材再生処理との組合せによる相乗効果が期待できる。
【００３７】
また、従来の有機性廃棄物のメタン発酵処理で発生するバイオガス中の硫化水素を本発明の硫化水素源50として利用することも可能である。例えば原子力発電所等では冷却水路に付着した貝類の処理にメタン発酵処理技術を適用することが検討されており、バイオガスによる発電によって得られた電力等の供給が期待されている。しかし、バイオガス中には硫化水素が含まれているため、バイオリアクターとガスエンジン等の発電機との間に脱硫装置を設けて硫化水素を除去する必要がある。例えば、バイオリアクターで発生したバイオガスを本発明の処理槽10に導入し、処理槽10で硫化水素を消費したのちガスエンジン等へ送れば、バイオリアクターと発電機との間の脱硫装置を省略することが期待でき、装置コストの低減に寄与できる。また、本発明の骨材再生装置と有機性廃棄物のメタン発酵装置とを組み合わせることにより、バイオガスによるエネルギーを本発明の骨材再生装置に利用することができ、オンサイトでエネルギー自足的な骨材再生処理と有機性廃棄物処理との連係の実現が期待できる。
【００３８】
さらに、地熱発電施設等では地熱蒸気に含まれる硫化水素を本発明の骨材再生の硫化水素源50とすることが期待でき、また石油処理施設等では脱硫装置から生成された硫化水素を利用することも可能である。
【００３９】
本発明は、上述したような従来未利用の硫化水素源を積極的に利用することにより、原子力発電所の廃止措置で発生する大量の解体コンクリート塊を更に低コストで高品質骨材に再生することが可能であるので、原子力発電所の廃止措置における廃棄物の合理的な処理への寄与が期待できる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の骨材再生方法及び装置は、コンクリート塊を好気条件下で硫化水素に接触させて硫黄酸化細菌によりコンクリート塊中のセメント水和物を劣化させ、コンクリート塊中の骨材から劣化したセメント水和物を分離するので、次の顕著な効果を奏する。
【００４１】
（イ）骨材に付着したセメント水和物を容易に分離することができ、コンクリート中の骨材を高品質再生骨材として再生することができる。
（ロ）粗骨材だけでなく細骨材からもセメント水和物を除去することができ、コンクリート中の細骨材を高品質細骨材として回収できる。
（ハ）骨材自体を破損するおそれが小さく、コンクリート中の良質な骨材をそのまま取り出して高品質再生骨材とすることができる。
（ニ）下水又は廃水処理施設で発生した硫化水素含有ガス等を利用して骨材を再生することができる。
（ホ）有機性廃棄物のメタン発酵処理と組み合わせることにより、メタンガス中の硫化水素とバイオガスエネルギーとを骨材再生に利用することができ、エネルギー自足的な骨材再生と有機性廃棄物処理とが実現できる。
（ヘ）従来未利用の硫化水素の積極的利用により、原子力発電所の廃止措置における廃棄物の合理的な処理への寄与が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、本発明による骨材再生装置の一実施例の説明図である。
【図２】は、本発明による骨材再生装置の他の実施例の説明図である。
【図３】は、本発明による骨材再生方法の流れ図の一例である。
【図４】は、従来の骨材再生方法の一例の説明図である。
【図５】は、従来の骨材再生装置の一例の説明図である。
【符号の説明】
１…コンクリート塊 ２…セメント粉等の微紛
３…粗骨材 ４…細骨材
10…耐蝕性処理槽 11…内壁
12…投入口 13…蓋
13a…シール
14…導入装置 15…流量調整手段
16…硫化水素導入孔 17…湿度調整手段
17a…送水装置 18…散水手段
19…取水口 20…空気補給手段
20a…送気装置 20b…加湿器
20c…排気装置 20d…排気処理装置
21…空気取入孔 21a…排気孔
22…流量調整手段 23…温度調整手段
24…熱媒体管路 25…熱媒体送入装置
26…分離装置 27…ボール
28…分級装置 30…地盤
31…解体コンクリート塊 32…破砕装置
33…搬送装置 34…研磨装置
35…搬送装置 36…ふるい装置
37…再生粗骨材 38…モルタル微粉末
40…ケーシング 41…鉛直筒部
42…筒状ロータ 43…主軸
44…ベルト 45…モータ
46…調節プレート 47…ホッパ
48…ホッパ 49…圧縮力増大用媒体
50…硫化水素源
【発明の属する技術分野】
本発明は骨材再生方法及び装置に関し、とくにコンクリート構造物の解体時に発生するコンクリート塊から骨材を再生する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート構造物の解体時に多量に排出されるコンクリート廃材等（以下、コンクリート塊ということがある。）は、従来適当な大きさに破砕して埋め立て等により処分されていたが、排出量の増大や環境に対する意識の向上等を背景として、再生クラッシャーラン・再生コンクリート砂・再生粒度調整砕石等として再生し、道路の下層路盤材・裏込材・基盤材等の土木工事材料として再利用が進められている。また、建築分野においても、良質な骨材の供給源不足等の理由から、コンクリート塊に含まれる良質な骨材の回収が求められている。
【０００３】
しかし、従来のコンクリート塊から回収した再生骨材はセメント水和物やモルタルが多く付着しているため、骨材としての品質が低い問題点があった。モルタルが付着した粗骨材を用いてコンクリートを製造すると、付着モルタル部分の強度が粗骨材の強度よりも弱いので、コンクリート強度が低下する傾向がある。また、モルタルが付着した粗骨材は吸水率が大きいため、乾燥収縮の増大や冷凍融解抵抗性の低下といったコンクリートの耐久性上の問題を招く。再生骨材の利用を図るためには、骨材に付着したセメント水和物やモルタルを除去する必要がある。
【０００４】
骨材から付着モルタルを除去する一方法として、図４に示すように、コンクリート塊の研磨による骨材再生方法が開発されている。同図では、コンクリート構造物の解体現場から排出される解体コンクリート塊31を破砕装置32で所要粒径に破砕し、破砕したコンクリート塊１を搬送装置33により研磨装置34へ投入し、研磨装置34でコンクリート塊１同士を擦り揉むことにより骨材に付着したモルタルを摩滅させて除去する。擦り揉み処理後のコンクリート塊を搬送装置35によりふるい装置36へ投入してモルタル微粉末38を分離し、５mm以上のものを再生粗骨材37として取り出す。研磨による骨材再生によれば、骨材自体を損傷せずにモルタルを骨材からこそぎ落とすことができ、再生粗骨材37の吸水率を建築材料として実用可能なレベルとすることが可能である。
【０００５】
また研磨装置34の一例として、特開2001-239250号公報は図５に示す偏心ロータ式の研磨装置34を開示する。同図の研磨装置34は、ケーシング40の鉛直筒部41内に筒状ロータ42を偏心量ａだけ筒部41に対して偏心させて回転可能に立設し、筒状ロータ42の外周面と鉛直筒部41の内周面との間隙にコンクリート塊１を所定圧縮強度及び硬度の圧縮力増大用媒体49と共に装入し、ロータ42の偏心回転によりコンクリート塊１を相互に摩擦接触（擦り揉み）させて骨材からモルタルを除去すると共に除去する際の圧縮力を媒体49で増大させたものである。
【０００６】
図５では、ロータ42の主軸43をベルト44によりモータ45と連結し、モータ45によりロータ42を回転させる。また、筒状ロータ42と鉛直筒部41との間隙の下方に調節プレート46を上下動自在に設け、プレート46の上下動により間隙内の充填密度を調節する。図中の符号47はコンクリート塊投入用ホッパを示し、符号48は排出用ホッパを示す。ロータ42の鉛直筒部41に対する偏心により、骨材からモルタルを効果的にこそぎ落とすことができる。また圧縮力増大用媒体49の混合より、間隙の外周部を落下する比較的小粒径のコンクリート塊１に対してもロータ42の圧縮力を伝達することができ、摩擦接触力（擦り揉み力）の増大により比較的小粒径の骨材からもセメント水和物やモルタルを除去することができる。
【０００７】
【発明が解決使用とする課題】
しかし、図４及び５に示すような従来の骨材再生方法は、骨材再生のために特殊な研磨装置とその駆動エネルギーとを必要とするので、再生コストが嵩む問題点がある。例えば、役目を終えた原子力発電所の廃止措置（decommissioning）では50万トンを越える大量の解体コンクリート塊が発生する場合があるが、このような大量のコンクリート塊を従来の骨材再生方法で再生しようとすると膨大な再生コストが必要となる。原子力発電所の廃止措置では解体コンクリート塊を含む廃棄物の合理的な処理が求められており、大量の解体コンクリート塊から低コストで再生骨材を回収する技術の開発が重大な課題となっている。
【０００８】
また、従来の研磨による骨材再生方法では、粒径が大きい粗骨材については実用可能な吸水率レベルに再生可能であるものの、粒径が小さい細骨材についてはセメント水和物等の除去が難しく高品質での再生が難しい問題点がある。図５に示すように、圧縮力増大用媒体49の混合よって小粒径骨材からのセメント水和物等の除去も提案されているが、再生細骨材の吸水率の確保は未だ困難な状態にある。原子力発電所のコンクリートには良質の粗骨材・細骨材が使用されており、原子力発電所の廃止措置で発生する解体コンクリート塊の再利用の用途を拡大するためには、粗骨材だけでなく細骨材をも高品質骨材として再生することが望ましい。
【０００９】
そこで本発明の目的は、高品質の再生骨材を低コストで回収する骨材再生方法及び装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は微生物によるコンクリートの劣化に注目した。従来から下水処理施設等では、腐敗状態や嫌気状態になると硫化水素が発生し、下水管渠等の構造コンクリートを腐蝕・劣化させる問題が経験されている。下水処理施設におけるコンクリートの腐蝕・劣化は次の４過程を経て起こると考えられている。
【００１１】
（ａ）先ず第１段階として、下水又は廃水中に存在する硫酸イオン（SO4 2-）と有機物とから硫酸塩還元細菌が無酸素条件下で硫化水素（H2S）を生成する（下記(1)式）。
（ｂ）第２段階として、下水又は廃水中で生成された硫化水素が気中に拡散し、下水管渠の内壁（とくに喫水部や管頂部）において下水温度と下水処理施設との温度差により水蒸気が結露した中に硫化水素が溶け込む。
（ｃ）第３段階として、結露中に生息する硫黄酸化細菌（例えばThiobacillus属）が、好気条件下で硫化水素から硫酸（H2SO4）を生成する（下記(2)式）。
（ｄ）第４段階として、水蒸気の蒸発により結露中で生成された硫酸が濃縮されてコンクリートが腐蝕する。腐蝕は、コンクリート中の遊離性水酸化カルシウム（セメント水和物）と硫酸とが化学反応して硫酸カルシウムが生成され（下記(3)式）、硫酸カルシウムとアルミン酸カルシウムの水和物（3CaO・Al2O3・12H2O、カルシウムアルミネート水和物）とが化学反応してエトリンガイト（3CaO・Al2O3・3CaSO4・32H2O）が生成されることにより進行する（下記(4)式）。硫酸カルシウムがエトリンガイトになると針状結晶となり３〜４倍に膨張して徐々にコンクリートを崩壊させる。
【００１２】
【化１】
SO4 2-＋2C＋2H2O→2HCO3-＋H2S …………………………………………(1)
H2S＋2O2→H2SO4 …………………………………………………………(2)
Ca(OH)2＋H2SO4→CaSO4・2H2O …………………………………………(3)
CaSO4・2H2O＋3CaO・Al2O3・12H2O＋13H2O
→3CaO・Al2O3・3CaSO4・32H2O ………………………………………(4)
【００１３】
前記（ｃ）過程に関与する硫黄酸化細菌をコンクリート塊の表面で生息させることができれば、前記(2)〜(4)の化学反応をコンクリート上で生起させ、骨材に付着したセメント水和物を劣化させて骨材から自然剥離又は分離可能とすることが期待できる。硫黄酸化細菌は自然界に広く存在しているので、コンクリート塊を硫黄酸化細菌の生息可能な条件下に曝してやれば、コンクリートの表面で硫黄酸化細菌を生息させ得る。本発明は、この知見に基づく研究開発の結果、完成に至ったものである。
【００１４】
図１の実施例及び図３の流れ図を参照するに、本発明の骨材再生方法は、コンクリート塊１を好気条件下で硫化水素（H2S）と接触させて硫黄酸化細菌（例えばThiobacillus属）により塊１中のセメント水和物を劣化させ、コンクリート塊１中の骨材から劣化したセメント水和物を分離して骨材を回収してなるものである。
【００１５】
好ましくは、コンクリート塊１を硫化水素に対する耐性の処理槽10内に装入し、処理槽10内に硫化水素と空気とを導入し、処理槽10内をコンクリート塊１の表面に水滴が形成可能な湿度に調整する。更に好ましくは、処理槽10内の湿度及び／若しくは温度の調整、又は処理槽10内への硫化水素及び／若しくは空気の導入量の調整により、コンクリート塊１中のセメント水和物の劣化速度を骨材に影響を与えない範囲内に制御する。
【００１６】
また、図１の実施例を参照するに、本発明の骨材再生装置は、硫化水素（H2S）に対する耐性を有するコンクリート塊処理槽10、処理槽10内に硫化水素（H2S）を導入する導入装置14、処理槽10内を好気状態に保つ空気補給手段20、及び処理槽10内をコンクリート塊１の表面に水滴が形成可能な湿度に調整する湿度調整手段17を備え、コンクリート塊１の表面で硫黄酸化細菌を生息させてコンクリート塊１中のセメント水和物を劣化させてなるものである。好ましくは、処理槽10内の温度を調整する温度調整手段23を設け、導入装置14及び／又は空気補給手段20に流量調整手段15、22を設ける。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図３は本発明による骨材再生方法の流れ図の一例を示し、同図（Ａ）は前処理を示す。前処理において、コンクリート構造物の解体現場等から排出される混合廃棄物を機械選別又は手選別等によりコンクリート塊と鉄筋・木片・土・レンガ等の不純物とに分別する。更に、分別したコンクリート塊をジョークラッシャー（圧縮型の破砕機）やインパクトクラッシャー（ハンマーや回転腕で衝撃破砕する破砕機）等の破砕装置により所定粒径、例えば粒径25〜40mm程度に粗破砕する。
【００１８】
前処理では、骨材自体の破砕を避けつつ所定時間で劣化可能なセメント水和物の厚さとなる粒径にコンクリート塊１を破砕することが望ましく、例えばコンクリート塊１中の骨材最大粒径の1.5〜2.0倍程度の大きさにコンクリート塊１を破砕することができる。但し、前処理におけるコンクリート塊１の破砕粒径は25〜40mm程度に限らず、コンクリート塊１中の骨材の大きさや劣化予定時間等に応じて調節可能である。粗破砕したコンクリート塊１を図３（Ｂ）に示すように骨材再生装置に装入し、骨材再生装置内においてコンクリート塊１の表面に硫黄酸化細菌を生息させ、コンクリート塊１中のセメント水和物を劣化させる。
【００１９】
図１は本発明の骨材再生装置の一実施例を示す。同図に示す骨材再生装置は、硫化水素に対する耐性の処理槽10と、処理槽10内に硫化水素を導入する導入装置14と、処理槽10内を好気状態に保つ空気補給手段20と、処理槽10内の湿度を調整する湿度調整手段17とを有する。図中の符号12及び13は、処理槽10へのコンクリート塊１の投入口及び該投入口の蓋を示す。処理槽10の内壁11は硫化水素により腐蝕されない耐性を有する必要があり、例えば処理槽10をコンクリート製とする場合は処理槽10の内壁11を耐酸性コンクリート製又は耐蝕性ライニング付きとする。
【００２０】
処理槽10の設置場所は問わないが、例えば原子力発電所の廃止措置で発生する大量のコンクリート塊を処理する場合は、発電所跡地の地上又は地下に処理槽10を設置することができる。また、原子力発電所の特定のコンクリート構造物に耐蝕性ライニング等を敷設して処理槽10としてもよい。処理槽10に送入する硫化水素は腐卵臭のある有毒気体であるから、処理槽10を市街地等に設置する場合は処理槽10を気密又は外気に対して負圧とし、処理槽10から硫化水素が漏れ出ないようにする。
【００２１】
図１に示すように、処理槽10に硫化水素導入孔16及び空気取入孔21を設け、導入装置14により硫化水素源50から硫化水素導入孔16へ硫化水素を導入し、空気補給手段20により空気取入孔21から空気を取り入れる。図示例ではポンプ・ファン14a等の導入装置14により気相の硫化水素ガスを処理槽10へ送入しているが、例えば硫化水素が溶解した水溶液を処理槽10内に導入し、処理槽10内で前記水溶液の攪拌又は昇温により処理槽10内の気相中に硫化水素ガスを放散させてもよい。この場合は、導入装置14に前記水溶液の攪拌手段又は昇温手段を含める。また、図示例では処理槽10を気密槽としてポンプ・ファン等の送気装置20aにより空気を処理槽10内に送り込んでいるが、処理槽10を外気に対して負圧とした場合は処理槽10に空気取入孔21を設ければ足りる。この場合は、図２に示すように、空気補給手段20に処理槽10を負圧化する装置として排気装置20C、排気処理装置20dを含める。
【００２２】
更に処理槽10に取水口19を設け、湿度調整手段17により取水口19から水又は水蒸気を処理槽10内に取り入れ、処理槽10内の湿度をコンクリート塊１の表面に水滴が形成可能な程度に調整する。図示例の湿度調整手段17は散水手段18及び散水手段18への送水装置17aを有し、散水により処理槽10内の湿度を調整している。この場合、過剰の水分がコンクリート塊１上に付着すると、微生物の流出、酸素の供給不足、生成された硫酸の希釈・拡散・逸失等の問題が生じるので、微生物の反応を抑制する場合以外は、散水量をコンクリート塊１上の表面に水滴が形成できる程度とする。好ましくは、散水手段18から無機態窒素源等の硫黄酸化細菌の増殖に必要な基質・栄養素（栄養物質）を含む水溶液を適宜散水して補給する。栄養物質としては、アンモニア態窒素等の窒素源、リン、あるいはミネラル等の微量成分が挙げられる。炭素源は空気中の二酸化炭素から供給できる。
【００２３】
但し、湿度調整手段17は散水手段18に限らず、図２に示すように処理槽10内に湿り空気を導入する手段、又は処理槽10に導入する水の昇温により処理槽10内で水蒸気を発生させる手段等を設けることができ、水蒸気の結露（凝結）によりコンクリート塊１の表面に水滴を形成させてもよい。この場合は、湿度調整手段17に湿り空気導入手段として加湿器20b及び／又は送水装置17aに水の昇温手段（図示せず）等を含める。
【００２４】
好ましくは、図１に示すように処理槽10に温度調整手段23を設け、処理槽10内の温度を硫黄酸化細菌の活性温度又は不活性温度に調整可能とする。図示例の温度調整手段23は、処理槽10の底壁及び周壁に沿って配置した熱媒体管路24及び管路24への熱媒体送入装置25を有し、処理槽全体を硫黄酸化細菌の活性温度に調整することができる。熱媒体として、例えば原子力発電所等における高温排水又は蒸気等の排熱を利用できる。
【００２５】
硫黄酸化細菌の活性は処理槽10内の温度に応じて高まると考えられるので、温度調整手段23により硫黄酸化細菌の活性を調節することが可能である。また、前述した硫化水素の導入装置14又は湿度調整手段17に昇温手段を含めた場合は、温度調整手段23をその昇温手段とすることができる。温度調整手段23を、熱媒体管路24及び熱媒体送入装置25に代えて、処理槽10に送入する硫化水素又は空気と熱媒体との熱交換器等（図２の加湿器20b参照）としてもよい。但し、温度調整手段23は本発明に必須のものではなく、処理槽10の設置場所が硫黄酸化細菌の活性温度である場合は省略できる。
【００２６】
湿度調整手段17の湿度調整により形成されたコンクリート塊１の表面の水滴中に導入装置14及び空気補給手段20により導入された硫化水素ガス及び空気中の酸素が溶け込み、硫黄酸化細菌が生息可能な状態となる。硫黄酸化細菌の一例は、Thiobacillus thioparrus（増殖域pH4.5〜8.0）、Thiobacillus neapolitanus（増殖域pH6.0〜10.0）、及びThiobacillus thiooxidants（増殖域pH4.5〜8.0）等を含むThiobacillus属である。これらの硫黄酸化細菌は自然界に広く存在しているので、硫黄酸化細菌が生息可能な状態としたコンクリート塊１の表面上で容易に定着して増殖し、前記(2)式の反応により硫酸（H2SO4）を生成する。従って本発明ではコンクリート塊１の表面に微生物を植え付ける等の処理を必須としないが、必要に応じて適当な微生物を適当な方法でコンクリート塊１の表面に導入してもよい。
【００２７】
コンクリート塊１の表面で硫酸が生成されると、前記(3)及び(4)式の反応によりコンクリート塊１中でエトリンガイトが生成され、骨材に付着したセメント水和物が劣化する。本発明によれば、セメント水和物が付着した骨材（基質）の大きさや形状に拘わらずセメント水和物を劣化させることができるので、粗骨材だけでなく細骨材に付着したセメント水和物をも劣化させることができる。
【００２８】
但し、硫酸の濃縮によりコンクリートのpHは強酸性（例えばpH１〜３程度）になる場合がある（「腐蝕対策講座第３回コンクリートの腐蝕スピード」月刊下水道、Vol.22、No.14、pp58-61）。骨材の種類により異なるが、コンクリート塊１のpHが余りに強酸性に傾くと骨材自体を劣化させるおそれがある。例えば、SiO2を主成分とする一般の骨材は酸に対して耐久性を有するが、CaCO3を主成分とする石灰岩等の骨材は弱酸によっても分解し得る。このため、コンクリート塊１中のpHすなわちセメント水和物の劣化速度を骨材に影響を与えない範囲内に制御して再生骨材の品質の低下を避けることが望ましい。また、定期的に処理槽10内の複数箇所からコンクリート塊１をサンプリングしてセメント水和物の劣化状況（例えば物理的な劣化程度）をモニタリングし、セメント水和物が分離できる状態であることを確認したのち直ちに、硫化水素又は空気の導入停止、温度の低下等の方法により劣化反応を停止させることが望ましい。
【００２９】
図１の実施例では、導入装置14及び空気補給手段20にそれぞれ流量調整弁等の流量調整手段15、22を設け、例えば処理槽10内の硫化水素濃度及び酸素濃度の測定値に基づいて処理槽10内への硫化水素及び／又は空気の導入量を調整することにより、コンクリート塊１中のセメント水和物の劣化速度を制御することができる。例えば、モルタル供試体に対する室内実験では、硫化水素ガス濃度を400ppmとしたときの劣化速度は６mm／年程度であるとの報告がある（前掲「腐蝕対策講座第３回コンクリートの腐蝕スピード」）。同様の実験により、骨材に影響を与えないセメント水和物の劣化速度を実現する処理槽10内の硫化水素ガス濃度及び酸素濃度を実験的に定めることができ、実験的に定めた濃度となるように硫化水素及び／又は空気の流入量を調整することができる。但し、硫化水素は可燃性であり、容積比で空気中に4.3〜46％の硫化水素が存在すると爆発の可能性がある（「腐蝕対策講座第２回微生物腐蝕の４段階メカニズム」月刊下水道、Vol.22、No.13、p63）。
【００３０】
また、セメント水和物の劣化速度は処理槽10の温度、湿度、共生する微生物等によっても変化すると考えられる。図１の実施例では、湿度調整手段17及び温度調整手段23による処理槽10内の湿度及び温度の調整により、コンクリート塊１中のセメント水和物の劣化速度を制御することも可能である。例えば、処理槽10内の温度を比較的低温に維持することにより、セメント水和物の劣化速度を骨材に影響を与えない範囲内に制御する。このような劣化速度を実現する処理槽10内の湿度及び温度も実験的に定めることが可能であり、実験的に定めた湿度及び温度となるように湿度調整手段17及び／又は温度調整手段23を調整することができる。
【００３１】
処理槽10内で所要期間セメント水和物の劣化処理を施すと、コンクリート塊１中の劣化したセメント水和物の少なくとも一部分は溶出し又は自然剥離する。また、骨材に付着したままのセメント水和物も劣化しているので、コンクリート塊１を例えば図３（Ｃ）に示すようにボールミル又はロッドミル等の分離装置26に投入して攪拌することにより、骨材から比較的容易に分離できる。本発明によれば、粗骨材だけでなく細骨材に付着したセメント水和物も劣化するので、分離装置26において細骨材からもセメント水和物を容易に除去できる。また、ボールミル等の攪拌回転数は骨材自体に損傷を与えない程度の十分低い回転数で足りるので、劣化処理を施さない場合に比し、骨材とセメント水和物との分離に要するエネルギーを極めて小さく抑えることができる。必要に応じて、図４又は５に示すような研磨装置34を分離装置26として用いてもよい。
【００３２】
処理槽10内で自然剥離した粒体と分離装置26で分離後の粒体とを振動ふるい又は風ふるい等の分級装置28（図示せず）に投入し、形状差や比重差により図３（Ｄ）に示すように粗骨材３と細骨材４とその他の微粉２（セメント粉、石粉等）とに分級する。本発明によれば、粗骨材だけでなく細骨材からもセメント水和物を容易に除去できる。また、骨材自体を破損するおそれが小さく、骨材の強度低下等を避けることができる。従って、コンクリート中の良質な粗骨材及び細骨材をそのまま取り出して高品質再生骨材として回収でき、骨材の回収効率も高い。また、処理槽10におけるセメント水和物の劣化処理に必要なエネルギーは従来の研磨処理等に比し極めて僅かで足り、劣化処理後の骨材とセメント水和物との分離に要するエネルギーも小さく抑えることができるので、全体的に見て骨材再生に必要なコストを低く抑えることができる。
【００３３】
こうして本発明の目的である「高品質の再生骨材を低コストで回収する骨材再生方法及び装置」の提供を達成することができる。
【００３４】
【実施例】
図２は、処理槽10を外気に対して負圧とした本発明の実施例を示す。同図では、空気補給手段20に排気孔21aを設け、また空気取入孔21に圧損を生じさせるバルブ・ダンパ等を設け、ポンプ・誘引ファン等の排気装置20cにより処理槽10内の気体を排気孔21aから抜き出すことにより、処理槽10内を外気に対して若干負圧とする。処理槽10を負圧とすることにより、硫化水素及び空気の導入エネルギーを低く抑え、処理槽10からの硫化水素の漏出が防止できる。また、排気装置20cに排気処理装置20dを接続することにより、残存硫化水素の脱硫処理等も容易に行うことができる。処理槽10内の硫化水素濃度及び酸素濃度の測定値に基づいて排気装置20cの排気量（気体抜出量）を調整し、排気量の調整によりコンクリート塊１の劣化速度を制御することも期待できる。
【００３５】
また図２の実施例では、空気補給手段20及び湿度調整手段17として処理槽10内温度より高温の湿り空気をつくる加湿器20bを設け、加湿器20bにおいて処理槽10内のコンクリート塊１より少し高温の飽和湿り空気をつくり、処理槽10の負圧を利用して湿り空気を処理槽10内へ導入することにより、コンクリート塊１の表面で湿り空気中の水蒸気の凝結により水滴を形成することができる。湿り空気を処理槽10内へ導入する方法によれば、最小限の水分でコンクリート塊１中のセメント水和物の劣化を図ることが期待できる。また、温度調整手段23との協働により、気相部分を含む処理槽全体の温度調節に寄与できる。なお図２の例では、加湿器20bとは別に硫黄酸化細菌の栄養物質を供給するための散水手段18も設けている。
【００３６】
図１又は２に示す硫化水素源50として、従来未利用であった硫化水素を積極的に利用することができる。例えば、下水又は廃水処理施設で発生した硫化水素を含む臭気ガスは、管路施設等の腐蝕原因となるので、換気により希釈する等の方法が提案されている。しかし、臭気の問題を生じない場所以外では実際上換気による方法は困難であった。本発明によれば、下水又は廃水処理施設で発生した硫化水素含有ガスを処理槽10に導入して骨材再生に利用することができ、下水又は廃水処理施設の換気と骨材再生処理との組合せによる相乗効果が期待できる。
【００３７】
また、従来の有機性廃棄物のメタン発酵処理で発生するバイオガス中の硫化水素を本発明の硫化水素源50として利用することも可能である。例えば原子力発電所等では冷却水路に付着した貝類の処理にメタン発酵処理技術を適用することが検討されており、バイオガスによる発電によって得られた電力等の供給が期待されている。しかし、バイオガス中には硫化水素が含まれているため、バイオリアクターとガスエンジン等の発電機との間に脱硫装置を設けて硫化水素を除去する必要がある。例えば、バイオリアクターで発生したバイオガスを本発明の処理槽10に導入し、処理槽10で硫化水素を消費したのちガスエンジン等へ送れば、バイオリアクターと発電機との間の脱硫装置を省略することが期待でき、装置コストの低減に寄与できる。また、本発明の骨材再生装置と有機性廃棄物のメタン発酵装置とを組み合わせることにより、バイオガスによるエネルギーを本発明の骨材再生装置に利用することができ、オンサイトでエネルギー自足的な骨材再生処理と有機性廃棄物処理との連係の実現が期待できる。
【００３８】
さらに、地熱発電施設等では地熱蒸気に含まれる硫化水素を本発明の骨材再生の硫化水素源50とすることが期待でき、また石油処理施設等では脱硫装置から生成された硫化水素を利用することも可能である。
【００３９】
本発明は、上述したような従来未利用の硫化水素源を積極的に利用することにより、原子力発電所の廃止措置で発生する大量の解体コンクリート塊を更に低コストで高品質骨材に再生することが可能であるので、原子力発電所の廃止措置における廃棄物の合理的な処理への寄与が期待できる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の骨材再生方法及び装置は、コンクリート塊を好気条件下で硫化水素に接触させて硫黄酸化細菌によりコンクリート塊中のセメント水和物を劣化させ、コンクリート塊中の骨材から劣化したセメント水和物を分離するので、次の顕著な効果を奏する。
【００４１】
（イ）骨材に付着したセメント水和物を容易に分離することができ、コンクリート中の骨材を高品質再生骨材として再生することができる。
（ロ）粗骨材だけでなく細骨材からもセメント水和物を除去することができ、コンクリート中の細骨材を高品質細骨材として回収できる。
（ハ）骨材自体を破損するおそれが小さく、コンクリート中の良質な骨材をそのまま取り出して高品質再生骨材とすることができる。
（ニ）下水又は廃水処理施設で発生した硫化水素含有ガス等を利用して骨材を再生することができる。
（ホ）有機性廃棄物のメタン発酵処理と組み合わせることにより、メタンガス中の硫化水素とバイオガスエネルギーとを骨材再生に利用することができ、エネルギー自足的な骨材再生と有機性廃棄物処理とが実現できる。
（ヘ）従来未利用の硫化水素の積極的利用により、原子力発電所の廃止措置における廃棄物の合理的な処理への寄与が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、本発明による骨材再生装置の一実施例の説明図である。
【図２】は、本発明による骨材再生装置の他の実施例の説明図である。
【図３】は、本発明による骨材再生方法の流れ図の一例である。
【図４】は、従来の骨材再生方法の一例の説明図である。
【図５】は、従来の骨材再生装置の一例の説明図である。
【符号の説明】
１…コンクリート塊 ２…セメント粉等の微紛
３…粗骨材 ４…細骨材
10…耐蝕性処理槽 11…内壁
12…投入口 13…蓋
13a…シール
14…導入装置 15…流量調整手段
16…硫化水素導入孔 17…湿度調整手段
17a…送水装置 18…散水手段
19…取水口 20…空気補給手段
20a…送気装置 20b…加湿器
20c…排気装置 20d…排気処理装置
21…空気取入孔 21a…排気孔
22…流量調整手段 23…温度調整手段
24…熱媒体管路 25…熱媒体送入装置
26…分離装置 27…ボール
28…分級装置 30…地盤
31…解体コンクリート塊 32…破砕装置
33…搬送装置 34…研磨装置
35…搬送装置 36…ふるい装置
37…再生粗骨材 38…モルタル微粉末
40…ケーシング 41…鉛直筒部
42…筒状ロータ 43…主軸
44…ベルト 45…モータ
46…調節プレート 47…ホッパ
48…ホッパ 49…圧縮力増大用媒体
50…硫化水素源
Claims (23)
- コンクリート塊を好気条件下で硫化水素に接触させて硫黄酸化細菌により該塊中のセメント水和物を劣化させ、コンクリート塊中の骨材から劣化したセメント水和物を分離して該骨材を回収してなる骨材再生方法。
- 請求項１の再生方法において、前記コンクリート塊を硫化水素に対する耐性の処理槽内に装入し、該処理槽内に硫化水素と空気とを導入し、該処理槽内をコンクリート塊表面に水滴が形成可能な湿度に調整してなる骨材再生方法。
- 請求項２の再生方法において、前記処理槽を気密又は外気に対して負圧としてなる骨材再生方法。
- 請求項２又は３の再生方法において、前記空気を処理槽内より高温の湿り空気として該処理槽内へ導入し、湿り空気中の水蒸気の凝結によりコンクリート塊表面に水滴を形成してなる骨材再生方法。
- 請求項２から４の何れかの再生方法において、前記処理槽内の湿度及び／又は温度の調整によりコンクリート塊中のセメント水和物の劣化速度を制御してなる骨材再生方法。
- 請求項２から５の何れかの再生方法において、前記硫化水素及び／又は空気の導入量の調整によりコンクリート塊中のセメント水和物の劣化速度を制御してなる骨材再生方法。
- 請求項５又は６の再生方法において、前記セメント水和物の劣化速度を骨材に影響を与えない範囲内に制御してなる骨材再生方法。
- 請求項２から７の何れかの再生方法において、前記処理槽内に硫黄酸化細菌の栄養物質を散布してなる骨材再生方法。
- 請求項２から８の何れかの再生方法において、前記処理槽の内壁を耐酸性コンクリート製又は耐蝕性ライニング付きとしてなる骨材再生方法。
- 請求項１から９の何れかの再生方法において、前記硫化水素を有機性廃棄物のメタン発酵処理で発生するバイオガス中の硫化水素としてなる骨材再生方法。
- 請求項１から９の何れかの再生方法において、前記硫化水素を下水又は廃水処理施設で発生する硫化水素含有ガスとしてなる骨材再生方法。
- 請求項１から１１の何れかの再生方法において、セメント水和物劣化後のコンクリート塊から粗骨材と細骨材とその他の微粉とを分離・分級して回収してなる骨材再生方法。
- 硫化水素に対する耐性を有するコンクリート塊処理槽、該処理槽内に硫化水素を導入する導入装置、該処理槽内を好気状態に保つ空気補給手段、及び処理槽内をコンクリート塊表面に水滴が形成可能な湿度に調整する湿度調整手段を備え、コンクリート塊表面で硫黄酸化細菌を生息させてコンクリート塊中のセメント水和物を劣化させてなる骨材再生装置。
- 請求項１３の再生装置において、前記処理槽を気密槽としてなる骨材再生装置。
- 請求項１３又は１４の再生装置において、前記空気補給手段に前記処理槽を外気に対して負圧とする装置を設けてなる骨材再生装置。
- 請求項１３から１５の何れかの再生装置において、前記処理槽内の温度を調整する温度調整手段を設けてなる骨材再生装置。
- 請求項１３から１６の何れかの再生装置において、前記空気補給手段及び／又は湿度調整手段に前記処理槽内温度より高温の湿り空気を導入する手段を設けてなる骨材再生装置。
- 請求項１３から１７の何れかの再生装置において、前記導入装置及び／又は空気補給手段に流量調整手段を設けてなる骨材再生装置。
- 請求項１３から１８の何れかの再生装置において、前記処理槽内に硫黄酸化細菌の栄養物質を散布する手段を設けてなる骨材再生装置。
- 請求項１３から１９の何れかの再生装置において、前記処理槽の内壁を耐酸性コンクリート製又は耐蝕性ライニング付きとしてなる骨材再生装置。
- 請求項１３から２０の何れかの再生装置において、セメント水和物劣化後のコンクリート塊から粗骨材と細骨材とその他の微粉とを分離・分級して回収する分離・分級装置を設けてなる骨材再生装置。
- 請求項１３から２１の何れかの再生装置において、前記導入装置により有機性廃棄物のメタン発酵処理で発生したバイオガスを前記処理槽へ導入してなる骨材再生装置。
- 請求項１３から２１の何れかの再生装置において、前記導入装置により下水又は廃水処理施設で発生した硫化水素含有ガスを前記処理槽へ導入してなる骨材再生装置。
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