JP4298139B2 - 有機成分を含む泥土のリサイクル工法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浚渫工事、地盤改良工事、下水処理等に伴って排出される有機成分を含む泥土（泥水を含む。）を再利用可能な土に改変するリサイクル工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工事現場において発生する含水率の高い泥土や泥水（以下、まとめて泥土と称する。）は、産業廃棄物の中間処理場に搬入され、沈殿、濃縮、固化、乾燥を経て処理されている。さらに、乾燥固化を早める手段として、セメント及びセメント系固化材を使用して固化処理する工法が知られている。
【０００３】
しかし、この工法では、生成される固化物が強いアルカリ性（ｐＨ８．６以上）を呈するため、その再利用は困難であり、また仮に再利用できたとしても、埋め立て土としての利用には高いコーン指数（一般には200kN／m2以上）が求められるため、乾燥固化に多大の時間が必要であり、迅速な処理は望めない。さらに、セメント系固化材等による固化物は、雨水にさらされると濁水を発生し、濁水による土壌汚染を引き起すため、廃棄場所あるいは埋め立て地周辺の自然環境に与える影響も無視できない。
【０００４】
そこで、特開平１０−１４７７８１号公報には、セメント系固化材等を使用しなくても、早期にかつ安全に泥土のリサイクルができる工法として、泥土に、中性の水溶性高分子剤と水硬性石膏とを加えて混合し、その後養生するという工法が記載されている。この工法により得られた粒子は、高分子剤、水硬化石膏、及び土粒子が、水の固定化及び硬化により一体化され、硬化されているので、雨水などを被っても濁水を発生しない。しかも、固化物は、中性を呈するため、廃棄、再利用のいずれにしても自然環境に与える影響がほとんどなく、当該廃棄や再利用の場所に制限を受けることもほとんどない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記泥土の中には、有機成分（例えば植物の葉や動物の死骸などが分解されたもの）を多分に含むものが存在する。かかる泥土は、前記有機成分の存在による悪臭が強く、また前記工法で固化しても当該悪臭は残るため、その再利用は非常に困難である。さらに、前記有機成分が高いほど土の強度が上がりにくく、再利用に適した土を生成しにくいという事情もある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、有機成分を含む泥土を再利用に適した土に改変できる泥土のリサイクル工法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、有機成分を含む泥土のリサイクル工法であって、前記泥土に多孔質無機粒子を混合して攪拌することにより当該多孔質無機粒子に前記有機成分を吸着させる第１混合工程と、この第１混合工程により生成された混合物に水溶性高分子からなる凝集材及び中性固化材を同時にもしくは時期をずらして混合して攪拌する第２混合工程と、前記第１混合工程に先行して、有機成分を含む泥土をスクリューデカンタによって脱水処理する脱水工程とを含み、前記第１混合工程終了後の泥土の含水比が７０％以上１００％以下となるように前記脱水工程での脱水率及び前記第１混合工程での多孔質無機粒子の添加量が設定されるものである。
【０００８】
この工法によれば、有機成分を含む泥土に対してまず多孔質無機粒子（例えば多孔質シリカ）が混合され、攪拌されるので（第１混合工程）、悪臭の元となる有機成分が前記多孔質無機粒子によって吸着されることにより、速やかに脱臭される。また、かかる有機成分の吸着により、土の強度が上がりやすくなる性状が得られるのに加え、多孔質無機粒子自体がいわゆる骨材としての役割を担うため、最終的に強度の高い土を生成することが可能になる。
【０００９】
この第１混合工程後、第２混合工程すなわち水溶性高分子及び中性固化材の混合及び攪拌が行われることにより、再利用に適した土の生成がなされる。ここで、前記凝集材は、泥土あるいは泥水中の水に溶け、水分を取り込み、遊離水としての性質を失わせる（以下、これを水の固定化という。）。その結果、土粒子が凝集される。一方、中性固化材は水分と反応して凝結硬化する。さらに、混合に伴う水の固定化及び硬化により凝集した土粒子が団粒化される。この状態で混合物を放置すると、水の固定化や硬化がさらに進む。このようにして反応が完了すると、土粒子を含んで硬化された大きな粒子が形成されるのである。
【００１０】
ここで、もし仮に、前記凝集材及び中性固化材を多孔質無機粒子よりも先に有機成分を含む泥土に混合して攪拌したとすると、その後に多孔質無機粒子を加える時点では、前記凝集材及び中性固化材の混合によって泥土が既に固化された状態になっているため、この多孔質無機粒子による有機成分の吸着がほとんど期待できず、従って前述の脱臭効果及び土強度向上効果が得られない。換言すれば、前記凝集材及び中性固化材に先行してまず多孔質無機粒子を有機成分を含む泥土に混合、攪拌するという本発明工法によりはじめて、有機成分を含む泥土の良好な再生が可能となるのである。
【００１１】
また、前記多孔質無機粒子の添加により、泥土に含まれる自由水の一部が固定化されるため、その分泥土の見かけの含水率が低下し、次の第２混合工程における水溶性高分子及び中性固化材の使用量を削減できる。この効果も、凝集材及び中性固化材より先に多孔質無機粒子を添加することにより得られるものである。
【００１２】
さらに、前記第１混合工程に先行して、有機成分を含む泥土をスクリューデカンタによって脱水処理する脱水工程を行うので、その脱水による泥土含水率の低下分だけ第２混合工程における凝集材及び中性固化材の使用量を削減することができ、より低コストでかつ迅速な泥土処理ができる。
【００１３】
なお、前記脱水工程で例えばフィルタプレスを用いると、有機成分を含む泥土の脱水率が高すぎる（すなわち含水比を低くしすぎる）ため、泥土の流動性が過度に低下し、次の第２混合工程での凝集材及び中性固化材の混合、攪拌が困難となるが、前記スクリューデカンタを用いれば、次の第１混合工程及び第２混合工程に具合のよい適度の脱水ができる。
【００１４】
具体的には、前記第１混合工程終了後の泥土の含水比が７０％以上１００％以下となるように前記脱水工程での脱水率及び前記第１混合工程での多孔質無機粒子の添加量を設定しているので、この含水比を１００％以下とすることにより、前記凝集材及び中性固化材の使用量を大幅に削減することができるとともに、前記含水比を７０％以上にすることにより、泥土の流動性が過度に低下するのを避け、次の第２混合工程での凝集材及び中性固化材の混合、攪拌を円滑に行うことができる。
【００１５】
前記第２混合工程では、前記第1混合工程で生成した混合物に対して凝集材及び中性固化材を同時に添加するようにしてもよいが、まず凝集材を混合、攪拌して自由水の固定化を行ってから中性固化材を行うようにすれば、より効果の高い脱水及び固化ができ、再生土の強度も増す。
【００１６】
本発明では、前記有機成分を含む泥土を攪拌機内に入れ、この攪拌機内で前記第１混合工程及び第２混合工程を実行することが可能であり、これにより効率の高いリサイクル処理ができる。そして、この攪拌機内において、前記第１混合工程、第２混合工程の少なくとも一方の工程における攪拌中に前記攪拌機内の泥土に乾燥ガスを吹き付けて雰囲気湿度を下げることにより、泥土と処理材（第１混合工程で吹き付ける場合には多孔質無機粒子、第２混合工程で吹き付ける場合には凝集材や中性固化材）との反応速度を上げることができるとともに、当該処理材の使用量を削減することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を説明する。
【００１８】
図１は、本発明工法を実施するための泥土処理装置の一例を示したものである。
【００１９】
図示の装置は、攪拌機１０を備え、この攪拌機１０は、相互平行に配された一対の攪拌軸１２を備えている。これらの攪拌軸１２は、その内側の周速度が上向きとなる方向に回転駆動され（すなわち互いに逆向きに回転駆動され）、両攪拌軸１２の間に投入される物質をリフトさせるような攪拌を行う。
【００２０】
この攪拌機１０の上部には図略の投入口が設けられ、この投入口から両攪拌軸１２の間の領域に有機成分を含む泥土や後述の各処理材（多孔質無機粒子、凝集材、及び中性固化材）が投入されるようになっている。
【００２１】
さらに、この攪拌機１０の上部には、ガス管１４を介して熱風発生機１６が設けられている。この熱風発生機１６は、バーナ等からなるガス燃焼手段とブロアとを組み合わせたもので、燃焼により高温化された乾燥ガスをガス管１４を通じて攪拌機１２内に吹き付ける。その吹き付け位置は、図例では、両攪拌軸１２の間で泥土が攪拌される位置に設定されている。また、同攪拌機１０の上部において、前記ガス管１４と反対側の位置には排気管１８が接続されている。
【００２２】
次に、この装置において行われる泥土リサイクル工法を説明する。
【００２３】
０）脱水工程
まず、浚渫などにより得られた有機成分を含む泥土を、前記攪拌機に投入する前にスクリューデカンタ内に入れ、予備脱水する。この予備脱水により、次の混合工程、特に第２混合工程での凝集材及び中性固化材の使用量を大幅に削減することができる。この脱水工程は、有機成分を含む泥土の含水率その他の性状などにより適宜省略が可能である。
【００２４】
１）第１混合工程
前記脱水工程で予備脱水した有機成分を含む泥土を前記攪拌機１０内に投入し、これに多孔質無機粒子を混合して適当な時間攪拌する。この多孔質無機粒子としては、泥土に含まれる有機成分を有効に吸着するものであればよく、具体的には、活性シリカ、ポーラスシリカ、シリカパウダー等の各種多孔質シリカ（ＳｉＯ_２）や、ゼオライト、活性炭等が好適である。特にシリカパウダーは、単位重量あたりの表面積が大きいため、比較的低コストで泥土の処理ができる利点がある。
【００２５】
このような多孔質無機粒子の混合により、有機成分を含む泥土に含まれる有機成分が速やかに吸着され、この有機成分に起因する悪臭が除去される。従って、この攪拌機内ではほとんど悪臭のほとんどない快適な環境下での泥土処理が行われることになる。また、前記多孔質無機粒子それ自体はいわゆる骨材としての役割も担うため、前記有機成分の吸着と相俟って、再生土の強度を著しく高める結果をもたらす。さらに、多孔質無機粒子はある程度自由水を固定化する機能をもつため、有機成分を含む泥土の見かけの含水率を下げることができ、その結果、次の第２混合工程での凝集材及び中性固化材の使用量を削減することができる。
【００２６】
２）第２混合工程
前記第１混合工程の終了後、そのまま連続して攪拌機内に水溶性高分子からなる凝集材及び中性固化材を投入し、混合及び攪拌する。この凝集材及び中性固化材の投入は同時に行うようにしてもよいが、前述のように、まず凝集材を投入して泥土と混合及び攪拌してから中性固化材を混合及び攪拌することが、より好ましい。
【００２７】
ここで、前記凝集材としては、アクリル酸軽金属塩、アクリルアミド共重合物、アニオン型ポリアクリルアミドポリマー、吸水性樹脂、ポリアクリルアミド部分加水分解物、天然植物性粉末、あるいは硫酸アルミニウムやポリ塩化アルミニウムといった無機性凝集材等が好適である。また、中性固化材としては、半水石膏、III型無水石膏、その他、固化物の強度を保つ作用をもつ種々の水硬性石膏が使用可能である。
【００２８】
以上のような凝集材及び中性固化材の混合により、有機成分を含む泥土に含まれる自由水の固定化が行われ、さらに、アルカリ性を呈することなく中性状態で泥土が固化され、その結果、再利用に適した再生土を得ることができる。
【００２９】
さらに、前記第１混合工程、第２混合工程の少なくとも一方の工程での攪拌中に、その攪拌されている泥土に対して熱風発生機１６から乾燥ガスを吹き付けて雰囲気湿度を下げることにより、その工程での泥土と処理材との反応速度を上げることができるとともに、当該処理材の使用量を削減することができる。この効果は、乾燥ガスが例えば常温でも得られるが、図示のように熱風（例えば７０℃のガス）を吹き付けることにより、さらに顕著となる。
【００３０】
なお、前記工法において、前記第２混合工程を第１混合工程よりも先に行う（すなわち、多孔質無機粒子よりも先に凝集材及び中性固化材を添加する）とすると、多孔質無機粒子を添加する時点では、既に、前記凝集材及び中性固化材により泥土の脱水及び固化が行われた状態にあるために、多孔質無機粒子による有機成分の吸着はほとんどなされず、その吸着による脱臭効果及び土強度向上効果は期待できなくなる。従って、本発明では、前記第１混合工程、第２混合工程の順に混合工程を行うことが肝要である。
【００３１】
本発明において、各混合工程での各材の添加量、脱水工程を行う場合の当該工程での脱水率などは、適宜設定が可能であるが、脱水工程及び第１混合工程が終了した後の泥土の含水比（すなわち第２混合工程直前の含水比）は適当な範囲に収めることがより好ましい。
【００３２】
次の表１（ａ）（ｂ）及び図２（ａ）（ｂ）は、無機性泥土（比重1.4）及び有機性泥土（比重1.2）について、第２混合工程直前の泥土含水比と、凝集材及び中性固化材の標準添加量（再生土を生成するのに最低必要な添加量）との関係を測定した結果を表及びグラフにまとめたものである。ここで「有機性泥土」とは、一般的には、有機成分含有率に対応する値である強熱減量が（イグロスによる測定で）15％以上の泥土を意味し、前記測定の試料には強熱減量が19.1％のものを用いている。一方、「無機性泥土」の試料には強熱減量が微小（5％以下）のものを用いている。また、「中性固化材」には半水石膏を主成分としたものを用い、「凝集材」にはアニオン型ポリアクリルアミドポリマーを使用している。
【００３３】
【表１】

【００３４】
前記表及びグラフに示されるように、含水比が大きくなるほど凝集材及び中性固化材の標準添加量も増大し、特に凝集材については含水比１００％を境にして標準添加量が著しく相違している。従って、この含水比を１００％以下に抑えれば、凝集材及び中性固化材の標準添加量（すなわち必要使用量）を著しく削減することが可能になる。ただし、含水比が７０％を下回ると、泥土の流動性が著しく低下し、凝集材及び中性固化材の均一な混合及び攪拌が非常に困難となるため、当該含水比は７０％以上にしておくことが好ましい。
【００３５】
すなわち、前記脱水工程及び第１混合工程が終了した後の泥土含水比が７０％以上１００％以下となるように当該脱水工程での脱水率及び第１混合工程での多孔質無機粒子の添加量を設定することにより、凝集材及び中性固化材の均一な混合及び攪拌を可能としながら、その使用量を有効に削減することができる。
【００３６】
また、前記表及びグラフを参照すると、有機性泥土は無機性泥土に比べて凝集材及び中性固化材の標準添加量が大きいことが分かる。これは、有機成分自身の強度が低く、また凝集、固化しにくいという性質によるものである。この点からみても、第１混合工程での多孔質無機粒子の添加は凝集材及び中性固化材の使用量削減に寄与していることが分かる。すなわち、多孔質無機粒子の添加によって泥土全体に対する有機成分の含有率を下げる（すなわち有機性を低下させる）結果、凝集材及び中性固化材の使用量が削減されることとなるのである。すなわち、本発明は、有機性泥土のリサイクルに適用することにより、さらに顕著な効果を発揮する。
【００３７】
【実施例】
スクリューデカンタにより含水比120％まで脱水した２０kgの泥土（pH8.4、有機成分の含有率19.1％）を二軸攪拌機内に入れ、これに４kgの多孔質シリカを添加して攪拌した。さらに、アニオン型ポリアクリルアミドポリマーからなる凝集材160gを添加し、攪拌した後、半水石膏を主成分とする中性固化材４kgを添加し、攪拌した。これにより、十分に粒状化され、かつ、十分な強度（指触感覚）をもつ改良土を得ることができた。この土では、有機成分の含有率が13％まで低下していて異臭はほとんどなく、再生土として良好に使用できることが確認できた。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明は、有機成分を含む泥土に多孔質無機粒子を混合して攪拌する第１混合工程を行ってから、凝集材及び中性固化材を混合して攪拌する第２混合工程を行うものであるので、有機成分を含む泥土を、悪臭がほとんどなく、かつ強度に優れた再利用に適した土に改変することができる。また、先に第１混合工程を行って泥土の見かけの含水率を下げることにより、第２混合工程での凝集材及び中性固化材の使用量を削減できるので、低コストで前記の泥土リサイクルを実行することができる効果がある。
【００３９】
さらに、前記第１混合工程に先行して、有機成分を含む泥土をスクリューデカンタによって脱水処理する脱水工程を行うので、その脱水による泥土含水率の低下分だけ第２混合工程における凝集材及び中性固化材の使用量を削減することができ、より低コストでかつ迅速な泥土処理ができる。そして、前記第１混合工程終了後の泥土の含水比が７０％以上１００％以下となるように前記脱水工程での脱水率及び前記第１混合工程での多孔質無機粒子の添加量を設定しているので、前記凝集材及び中性固化材の使用量を大幅に削減することができるとともに、泥土の流動性が過度に低下するのを避けて次の第２混合工程での凝集材及び中性固化材の混合、攪拌を円滑に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明工法を実施するための泥土処理装置の一例を示すである。
【図２】 （ａ）は泥土含水比と凝集材の標準添加量との関係を示すグラフ、（ｂ）は泥土含水比と中性固化材の標準添加量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 攪拌機
１６ 熱風発生機

Claims (4)

1. 有機成分を含む泥土に多孔質無機粒子を混合して攪拌することにより当該多孔質無機粒子に前記有機成分を吸着させる第１混合工程と、この第１混合工程により生成された混合物に水溶性高分子からなる凝集材及び中性固化材を同時にもしくは時期をずらして混合して攪拌する第２混合工程と、前記第１混合工程に先行して、有機成分を含む泥土をスクリューデカンタによって脱水処理する脱水工程とを含み、前記第１混合工程終了後の泥土の含水比が７０％以上１００％以下となるように前記脱水工程での脱水率及び前記第１混合工程での多孔質無機粒子の添加量が設定されることを特徴とする有機成分を含む泥土のリサイクル工法。
2. 請求項１記載の有機成分を含む泥土のリサイクル工法において、前記第１混合工程は有機成分を含む泥土に多孔質シリカを混合して攪拌するものであることを特徴とする有機成分を含む泥土のリサイクル工法。
3. 請求項１または２記載の有機成分を含む泥土のリサイクル工法において、前記第２混合工程は、前記有機成分を含む泥土と多孔質無機粒子との混合物に前記凝集材を混合して攪拌した後に、前記中性固化材を混合して攪拌するものであることを特徴とする有機成分を含む泥土のリサイクル工法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機成分を含む泥土のリサイクル工法において、前記有機成分を含む泥土を攪拌機内に入れ、この攪拌機内で前記第１混合工程及び第２混合工程を実行するとともに、前記第１混合工程、第２混合工程の少なくとも一方の工程における攪拌中に前記攪拌機内の泥土に乾燥ガスを吹き付けることを特徴とする有機成分を含む泥土のリサイクル工法。

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