JP4552111B2 - 地盤材料の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、汚泥や泥水を脱水し固化させたプレスケーキを原料として人工砂や路盤材、グラウト材等の地盤材料を製造するための方法に関する。
周知のように、プレスケーキは建築・土木、骨材・砕石製造プラント、水処理をはじめとして各種分野において大量にかつ永続的に発生するものであるが、このようなプレスケーキは粘土を主成分とするものであってさしたる用途がないことから、従来においては産業廃棄物として処分せざるを得ないものであった。近年、そのようなプレスケーキを資源として有効利用する気運もあり、たとえば特許文献１に示されるように埋め戻し材料の原料として利用することが検討されている。
特許文献１には、製紙過程で発生する製紙スラッジ（ペーパースラッジ）の焼却灰に洗浄粘土からなるプレスケーキを添加してスラリー状の埋め戻し材料を調製することが開示され、それにより従来においてはいずれも廃棄物として処分されていたプレスケーキとペーパースラッジ焼却灰とを資源として有効活用できるとされている。
なお、特許文献２に開示されているように、ペーパースラッジ焼却灰をそれ自体で地盤改良材として有効利用することも提案されている。
特開２００３−４０６６６号公報
特開２０００−５３９６０号公報
しかし、特許文献１や特許文献２に示されているようなペーパースラッジには各種の有害物質が含まれており、特に古紙の再生過程で発生するペーパースラッジにはフッ素が含まれているので、それをそのまま埋め戻し材や地盤改良材の原料として利用することは好ましくない。また、そのようなペーパースラッジ焼却灰やプレスケーキを原料として埋め戻し材料や地盤改良材等の地盤材料を工業的規模で効率的に製造し得る有効適切な手法は未だ確立しておらず、これらの廃棄物の高度の有効利用を実現するためにそのような手法の早急な開発が望まれていた。
上記事情に鑑み、請求項１の発明は、汚泥を脱水し固化させたプレスケーキを原料として地盤材料を製造するための地盤材料の製造方法であって、ペーパースラッジと、炭酸カルシウム微粉末の製造過程において発生する石灰精製残滓とを混合してその混合物を焼却することによって石灰成分を含有するペーパースラッジ焼却灰を調製し、プレスケーキにそのペーパースラッジ焼却灰を混合し解砕して粒状化することによって粘土粒の表面に灰微粉が付着した原料粒状体を製造し、その原料粒状体を原料として地盤材料を製造するに際し、前記ペーパースラッジへの前記石灰精製残滓の混合量を、焼却により生成されるペーパースラッジ焼却灰に含有される石灰成分である酸化カルシウムの量が２０〜３０％となるように調整することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１の発明の地盤材料の製造方法において、原料粒状体に高炉セメントを混合することによって人工砂を製造することを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２の発明の地盤材料の製造方法において、人工砂に砕石を混合することによって路盤材を製造することを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１の発明の地盤材料の製造方法において、原料粒状体に水を混合することによってグラウト材を製造することを特徴とする。
請求項５の発明は、汚泥を脱水し固化させたプレスケーキを原料として地盤材料を製造するための地盤材料の製造方法であって、ペーパースラッジと、炭酸カルシウム微粉末の製造過程において発生する石灰精製残滓とを混合してその混合物を焼却することによって石灰成分を含有するペーパースラッジ焼却灰を調製し、プレスケーキにそのペーパースラッジ焼却灰および高炉セメントを混合し解砕して粒状化することによって、粘土粒の表面に灰微粉が付着した粒状体と高炉セメントとの混合物である人工砂を製造するに際し、前記ペーパースラッジへの前記石灰精製残滓の混合量を、焼却により生成されるペーパースラッジ焼却灰に含有される石灰成分である酸化カルシウムの量が２０〜３０％となるように調整することを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項５の発明の地盤材料の製造方法において、人工砂に砕石を混合することによって路盤材を製造することを特徴とする。
請求項１の発明では地盤材料の原料としてペーパースラッジ焼却灰を利用するのであるが、そのペーパースラッジ焼却灰はペーパースラッジを焼却する際に石灰精製残滓を混合してその混合物を焼却することにより得られるものであって、焼却の際に混合する石灰成分によってフッ素等の有害物質溶出濃度が自ずと低減したものとなっており、したがって単なるペーパースラッジ焼却灰に比較して有害物質の溶出を大きく低減することができ、地盤材料の原料として支障なく利用することができるものである。また、そのペーパースラッジ焼却灰は自ずと石灰成分を含有するものとなるので地盤材料として好ましい不良土改良効果を有するものとなる。そこで、請求項１の発明ではそのようなペーパースラッジ焼却灰をプレスケーキに混合し解砕して人工砂や路盤材、グラウト材等の地盤材料の原料となる原料粒状体を調製するのであるが、その原料粒状体は粘土粒の表面に灰微粉が付着した構造となるので原料粒状体どうしが容易に再粘着してしまうことがなく、したがってそれを原料として優れた特性を有する各種の地盤材料を製造することができ、その製造工程を容易にかつ効率的に実施することが可能である。
また、請求項２の発明では上記の原料粒状体に高炉セメントを混合することのみで人工砂を製造でき、請求項３の発明ではその人工砂にさらに砕石を混合することのみで路盤材を製造でき、請求項４の発明では上記の原料粒状体に水を混合することのみでグラウト材を製造することができる。いずれも原料粒状体の製造工程の後に固化材としての高炉セメントや砕石、水を単に混合するだけで良いので、製造工程の大半を共有することができ、各製品を安価に製造することが可能である。
請求項５の発明は、請求項１の発明と同様にプレスケーキとペーパースラッジ焼却灰とを解砕・混合するのであるが、その際に同時に高炉セメントを混合して直ちに人工砂を製造することにより、請求項１の発明における工程をより簡略化することができる。請求項６の発明はその人工砂に砕石を混合することのみで路盤材を製造することができる。
図１〜図７を参照して本発明の一実施形態を説明する。本実施形態はプレスケーキとペーパースラッジ焼却灰（以下、ＰＳ灰）とを主原料として地盤材料である人工砂、路盤材、グラウト材を製造するものであるが、まず本実施形態において使用するＰＳ灰について説明する。
上述したようにＰＳ灰は製紙過程において発生するペーパースラッジを焼却したものであるが、本実施形態ではペーパースラッジを焼却する際にそれに石灰精製残滓を混合し、その混合物を焼却して調製した焼却灰を使用することを主眼とする。
石灰精製残滓は、たとえば紙製品のコーティング材等として利用される炭酸カルシウム微粉末の製造過程において発生するもので、その主成分は水酸化カルシウムであるが、従来においては有効利用されることなく単に廃棄物として埋立処分されているものである。本実施形態ではそのような廃棄物である石灰精製残滓を有効利用し、図１に示すようにその石灰精製残滓をペーパースラッジに混合してその混合物を焼却することにより、石灰精製残滓中に含まれる石灰成分である酸化カルシウム（ＣａＯ）とペーパースラッジに含まれる有害重金属特にフッ素とが反応し、それにより有害物質が不溶化されてＰＳ灰からの溶出濃度を自ずと低減させることができる。
したがってこのＰＳ灰は地盤材料の原料として支障なく利用することができる程度に無害化されるばかりでなく、そのＰＳ灰には石灰成分のみならず適量のシリカやアルミナ、酸化鉄等の細粒成分が含まれていて自ずと優れた不良土改良効果を有するものであり、地盤材料の原料として最適なものである。しかも、廃棄物としてのペーパースラッジとともに同じく廃棄物としての石灰精製残滓も資源として有効利用できることになるし、その石灰精製残滓中のカルシウム成分は排気ガス中の有害成分であるＳＯｘとも反応するので、排気ガス中の大気汚染物質を低減して大気汚染防止効果も得られる。
なお、ペーパースラッジに対する石灰精製残滓の混合量は、焼却により生成されるＰＳ灰に含有される石灰成分である酸化カルシウム（ＣａＯ）が２０〜３０％となるように混合量を調整する。その場合、ペーパースラッジ１ｔｏｎ当たりの混合量は５０Ｋｇ程度で良い。また、上記の混合物の焼却は流動床式の焼却設備等による従来のペーパースラッジ焼却工程によりそのまま実施可能であり、必要に応じて、混合物の焼却に際して各種の大気汚染物質低減材たとえばドロマイト等を添加することも好ましい。
そして本実施形態では、図２に示すように主原料であるプレスケーキに対して上記のＰＳ灰を混合して解砕することで原料粒状体を調製することを主工程とする。すなわち、たとえば（ａ）に示すように、プレスケーキと湿潤状態のＰＳ灰とをそれぞれ所定量ずつ計量して混合場においてバックホウ等により予備混合した後、それを適宜の解砕混合機によって粒状に解砕しつつ混合する（換言すれば混合しつつ粒状に解砕する）ことにより、粒径が５ｍｍ程度以下の原料粒状体を調製する。あるいは、（ｂ）に示すようにプレスケーキと湿潤状態のＰＳ灰とをそれぞれ独立に予備解砕した後、それらを解砕混合機において粒状に解砕しつつ混合することで同様の原料粒状体を調製する。もしくは、ＰＳ灰が乾燥状態にあるときは、プレスケーキを解砕混合機により解砕し攪拌しながらＰＳ灰を吹き付けることで同様の原料粒状体を調製することもできる。
上記工程により調製される原料粒状体は、図４に模式的に示すように、プレスケーキが５ｍｍ程度以下の粒径に解砕された小さな粘土塊である粘土粒１の表面にＰＳ灰の灰微粉２が付着した構造（いわば粘土粒１の表面に灰微粉２がまぶされた状態）となるので、このような原料粒状体の粒子どうしは容易に再粘着してしまうことがなく、したがってこれを原料とすることで優れた特性を有する各種の地盤材料を有効に製造することができるし、その製造工程を容易にかつ効率的に実施することが可能である。
すなわち、図３に示すように、上記の原料粒状体に対して固化材としての高炉セメントを適量混同することのみで人工砂を製造することができ、その人工砂にさらに適量の砕石（クラッシャーラン）を混合することのみで路盤材を製造することができる。その路盤材は図５に模式的に示すように砕石３の間隙に人工砂４が密に充填されることで上載荷重を有効に分散し得て優れた強度を有するものとなる。図６は上記方法により製造した人工砂および路盤材の配合と特性の一例を示すものであるが、用途や要求される特性に応じて様々な配合と特性の人工砂や路盤材を自由に調製することができる。
また、同じく図３に示しているように、原料粒状体に２倍程度の水を混合し攪拌することで原料粒状体は速やかにスラリー化して流動性に優れたグラウト材を容易に製造することができる。その際に必要であれば固化材としての少量の高炉セメントを添加しても良く、発泡材を添加すれば発泡性グラウト材を製造することができる。図７は上記方法により製造するグラウト材および発泡グラウト材の配合例を示すもので、プレスケーキとしての砕石粘土、乾燥ＰＳ灰、固化材としての高炉セメント、水、発泡材をたとえば図示のような配合とすることにより、圧送性が高く、分離抵抗性に優れ、狭小空間に密に充填可能な充填材や遮水ライナー材として有効なグラウト材を製造することができる。
このように、本実施形態ではいずれも廃棄物であるプレスケーキ、ペーパースラッジ、石灰精製残滓を有効利用してそれらにより原料粒状体を調製し、それを原料として人工砂、路盤材、グラウト材といった各種の地盤材料を製造するので、製造工程の大半を共有することができ、各製品を効率的にかつ安価に製造することが可能であり、廃棄物を利用した地盤材料の製造方法として極めて有効である。
なお、ＰＳ灰と同種の材料として石炭灰（フライアッシュ）があり、これをＰＳ灰に代えて使用することも考えられようが、それは好ましくない。すなわち、石炭灰はその粒子が完全球形に近く、また表面が極めて滑らかなために、これをＰＳ灰に代えて粘土粒１の表面に付着させたとしても、表面が平滑なため、水と混合しても容易にスラリー化しないので、本発明においては採用できない。また、石炭灰にはＰＳ灰に比して多くの重金属を含有しており、環境基準を超えた製品になるおそれがある。
図８は他の実施形態を示す。これは、プレスケーキとＰＳ灰とを予備混合した後に解砕混合する際に同時に固化材としての高炉セメントを混合する、つまり上記実施形態における原料粒状体の調製工程と固化材（高炉セメント）の混合工程を同時に行う（換言すれば原料粒状体の調製工程を省略する）ことで直ちに人工砂を製造するようにし、それにさらに砕石を混合することで路盤材を製造するようにしたものである。これによれば人工砂と路盤材の製造工程をより簡略化することができるので、グラウト材を製造しない場合にはより効率的であるといえる。
なお、本発明は廃棄物としてのプレスケーキとペーパースラッジと石灰精製残滓の処分に際しての安定化、無害化のための処理方法としても適用することが可能である。すなわち、従来においてもこれらの産業廃棄物を処分するに当たってはそれを環境基準に適合するような何らかの処理を必要とし、そのための処理コストを要していることから、上記のようにして製造した地盤材料を有効利用する必要がない場合、あるいは何らかの事情によりそれを有効利用できない場合には、処分のための処理方法として本発明を適用し、上記のような処理により安定化し無害化した人工砂を図８に破線で示しているように、そのまま、あるいはさらに固化材としての高炉セメントや水を添加する等の処理を行ったうえで処分することとすれば、産業廃棄物として大量に発生するプレスケーキとペーパースラッジと石灰精製残滓とを低コストで安全に処分することが可能である。
１ 粘土粒
２ 灰微粉
３ 砕石
４ 人工砂
２ 灰微粉
３ 砕石
４ 人工砂
Claims (6)
- 汚泥を脱水し固化させたプレスケーキを原料として地盤材料を製造するための地盤材料の製造方法であって、
ペーパースラッジと、炭酸カルシウム微粉末の製造過程において発生する石灰精製残滓とを混合してその混合物を焼却することによって石灰成分を含有するペーパースラッジ焼却灰を調製し、プレスケーキにそのペーパースラッジ焼却灰を混合し解砕して粒状化することによって粘土粒の表面に灰微粉が付着した原料粒状体を製造し、その原料粒状体を原料として地盤材料を製造するに際し、前記ペーパースラッジへの前記石灰精製残滓の混合量を、焼却により生成されるペーパースラッジ焼却灰に含有される石灰成分である酸化カルシウムの量が２０〜３０％となるように調整することを特徴とする地盤材料の製造方法。 - 請求項１記載の地盤材料の製造方法において、原料粒状体に高炉セメントを混合することによって人工砂を製造することを特徴とする地盤材料の製造方法。
- 請求項２記載の地盤材料の製造方法において、人工砂に砕石を混合することによって路盤材を製造することを特徴とする地盤材料の製造方法。
- 請求項１記載の地盤材料の製造方法において、原料粒状体に水を混合することによってグラウト材を製造することを特徴とする地盤材料の製造方法。
- 汚泥を脱水し固化させたプレスケーキを原料として地盤材料を製造するための地盤材料の製造方法であって、
ペーパースラッジと、炭酸カルシウム微粉末の製造過程において発生する石灰精製残滓とを混合してその混合物を焼却することによって石灰成分を含有するペーパースラッジ焼却灰を調製し、プレスケーキにそのペーパースラッジ焼却灰および高炉セメントを混合し解砕して粒状化することによって、粘土粒の表面に灰微粉が付着した粒状体と高炉セメントとの混合物である人工砂を製造するに際し、前記ペーパースラッジへの前記石灰精製残滓の混合量を、焼却により生成されるペーパースラッジ焼却灰に含有される石灰成分である酸化カルシウムの量が２０〜３０％となるように調整することを特徴とする地盤材料の製造方法。 - 請求項５記載の地盤材料の製造方法において、人工砂に砕石を混合することによって路盤材を製造することを特徴とする地盤材料の製造方法。
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