JP4771458B2

JP4771458B2 - 土壌改良工法

Info

Publication number: JP4771458B2
Application number: JP2005232887A
Authority: JP
Inventors: 達利小松
Original assignee: 株式会社土地改良センター; 達利小松
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2025-08-11
Also published as: JP2007044636A

Description

本発明は、土壌改良工法に係り、特にベントナイトなどの建設汚泥及び建設残土について行われる土壌改良工法に関するものである。

建設現場で生ずるコンクリートミルクの残滓あるいはベントナイトなどの建設汚泥そして大量の建設残土の処理問題あるいは下水道工事関係で生ずる汚泥処理問題、また公園等内の池などで生ずる汚泥対策の土質改善など土壌改良の必要性が多々指摘されており、従来より各種の土壌改良工法が提案されている。
特開平８−２６９４５１号公報

しかしながら、前記従来の土壌改良工法では、特に建設現場で多く発生するセメントミルク残滓、ベントナイトなどの建設汚泥及び建設残土の土壌改良を行うにつき、たとえば前記ベントナイトなどを含有する建設汚泥を良質の培養土にまで改良できたりはせず、また、排水性、すなわち抜群の透水機能（吸水力）をも発揮し、雨水を自然のまま速やかに地中に浸透させ、さらには、冬季の霜柱が発生しにくく、常に一定の含水比に維持安定させる機能を有し、かつ、安全性があり、すなわち土壌改良材そのものに有害物質は一切含まれておらず、また過剰に発熱することがなく、しかも臭気・有機物を封じ込めた状態で再溶出を防止でき、固化性、すなわち高含水による軟弱土壌や泥土処理が固化機能によって再利用が可能となり、持続性、すなわち処理後の土壌が劣化したり、また処理前の土質に戻ることもなく、かつ、低コスト性、すなわち、建設現場での土をそのまま使用化でき、しかも工法が極めてシンプルな為、工期も短縮できて、施工時費用は安価であるなどの利点を有する工法ではなかった。

かくして、本発明は前記の課題に対処すべく創案されたものであり、特に建設現場で多く発生するセメントミルク残滓、ベントナイトなどの建設汚泥及び建設残土の土壌改良を行うにつき、たとえば前記ベントナイトなどを含有する建設汚泥を良質の培養土にまで改良でき、しかも排水性、すなわち抜群の透水機能（吸水力）を発揮し、雨水を自然のまま速やかに地中に浸透させ、また、冬季の霜柱が発生しにくくなり、さらに、保水性、すなわち含水量の変化に対して土壌の性状変化を抑えられ、常に一定の含水比に維持安定させる機能を有し、かつ、安全性、すなわち土壌改良材そのものに有害物質は一切含まれておらず、また過剰に発熱することがなく、しかも臭気・有機物を封じ込めた状態で再溶出を防止でき、固化性、すなわち高含水による軟弱土壌や泥土処理が固化機能によって再利用が可能となり、持続性、すなわち処理後の土壌は劣化したり、また処理前の土質に戻ることもなく、さらには、低コスト性、すなわち通常客土の搬入等が全く必要なく、粘土質・シルト質・有機質土など各種土質に効果的なので、建設現場の土を使用でき、工法も極めてシンプルな為、工期も短縮できて、施工時費用は安価であるなどの優れた利点を有する土壌改良工法を提供することを目的とするものである。

本発明による土壌改良工法は、
建設現場で発生するベントナイトを含む建設汚泥に、建設現場で発生する建設残土を混入し、該建設汚泥の含水率を200％乃至100％程度に調整すべく混合し、
前記混合した建設汚泥及び建設残土に、木材チップ及びペーパースラッジのフライアッシュを主体とした第１団粒化促進剤を、木材チップのフライアッシュが９０％から４０％、前記ペーパースラッジのフライアッシュが５％から４０％の混合比率となるよう投入し混合して第１次混合物を生成し、
前記第１次混合物に微生物資材を主体とした第２団粒化促進剤を前記第１次混合物の重量に対して１５％投入し混合して第２次混合物を生成してなり、
次いで前記第２次混合物を発酵設備で発酵させ、塩基置換容量が高く保肥性に優れたベントナイトを含んだ培養土生成を行う
ことを特徴とし、
または、
建設現場で発生するベントナイトを含む建設汚泥に、建設現場で発生する建設残土を混入し、該建設汚泥の含水率を200％乃至100％程度に調整すべく混合し、
前記混合した建設汚泥及び前記建設残土に木材チップ及びペーパースラッジのフライアッシュを主体とした第１団粒化促進剤を、木材チップのフライアッシュが９０％から４０％、前記ペーパースラッジのフライアッシュが５％から４０％の混合比率となるよう投入し混合して第１次混合物を生成し、
前記第１次混合物にミネラル、酵素及び微生物資材を主体とした第２団粒化促進剤を前記第１次混合物の重量に対して１５％投入し混合して第２次混合物を生成してなり、
前記第２次混合物を発酵設備で発酵させ、その後、前記第２次混合物を撹拌、切り返し作業を行い、再び発酵させて、塩基置換容量が高く保肥性に優れたベントナイトを含んだ培養土生成を行う、
ことを特徴とし、
または、前記微生物資材は、グラム陽性球菌、グラム陰性で好気性の桿菌及び球菌、光合成細菌、グラム陽性の放射菌と該放射菌の関連細菌、グラム陽性で無胞子形成桿菌並びに内成胞子桿菌及び球菌のうち、いずれかを複数組み合わせて形成されたことを特徴とするものである。

かくして、本発明による土壌改良工法であれば、特に建設現場で多く発生するセメントミルク残滓、ベントナイトなどの建設汚泥及び建設残土の土壌改良を行うにつき、たとえば前記ベントナイトなどを含有する建設汚泥を良質の培養土にまで改良でき、しかも排水性、すなわち抜群の透水機能（吸水力）を発揮し、雨水を自然のまま速やかに地中に浸透させ、また、冬季の霜柱が発生しにくくなり、次に、保水性、すなわち含水量の変化に対して土壌の性状変化を抑え、常に一定の含水比に維持安定させる機能を有し、次に、安全性、すなわち土壌改良材そのものに有害物質は一切含まれておらず、かつ発熱することがなく、臭気・有機物を封じ込めた状態で再溶出を防止でき、固化性、すなわち高含水による軟弱土壌や泥土処理が固化機能によって再利用が可能となり、持続性、すなわち処理後の土壌は劣化したり、また処理前の土質に戻ることもなく、さらには、低コスト性、すなわち通常客土の搬入等が全く必要なく、粘土質・シルト質・有機質土など各種土質に効果的なので、建設現場の土を使用でき、本発明の工法は極めてシンプルな為、工期も短縮できて、施工時費用は安価であるなどの各種優れた効果を奏する。

従って、本発明による土壌改良工法で改良された改良土壌においては、特に良好な培養土が大量に、コストを安価にして提供できる。

以下本発明にかかる土壌改良工法を図に基づいて説明する。

図から理解されるように、建設現場からはセメントミルク残滓及びベントナイトなど大量の建設汚泥及び建設残土１が発生する。

特に、前記建設汚泥はそのままでは産業廃棄物として何ら用途のないまま廃棄されるものにすぎない。しかもセメントミルク残滓やベントナイトなどの建設汚泥は、そのｐｈ値が１３程度とアルカリ度が高く、含水率も２００％以上と極めて高い割合を示す。さらに、多少臭気も存しており、建設現場において当該建設汚泥の取り扱いに憂慮しているのが現状である。

また、建設現場等では、建設残土が大量に発生し、当該物についてもその処理につき憂慮されているのが現状である。

しかして今回建設残土は、たとえば、前記建設汚泥の含水率調整に使用されるものであり、建設残土を混入することにより全体の含水率を２００％ないし１００％程度まで調整することができる。また、前記の建設汚泥の団粒化をもたらすこともできる。

しかしてこれら大量の建設汚泥、そして建設残土を含めての土壌改良工法が開発されるに至ったのである。

建設現場よりたとえば運搬車両２によって運搬されてきた大量のセメントミルク残滓、ベントナイトなどの建設汚泥及び建設残土１は処理場までに運搬され、ここで、第１団粒化促進剤２が前記大量のセメントミルク残滓、ベントナイトなどの建設汚泥及び建設残土１内に投入されて混合される。

まず、ここでの配合割合は一例として建設汚泥と建設残土とは２：１の割合で配合され、この全体の重量比で約１０％程度の第１団粒化促進剤３が混入投下される。

しかしこれらの割合比率に限定されるものではなく、改良すべき建設汚泥及び建設残土の性状によって臨機応変に対処すればよい。

ここで、第１団粒化促進剤３の構成につき述べると、該第１団粒化促進剤３は、たとえば主として木製廃材が使用でき、当該木製廃材のチップ等を高温状態で燃焼し、いわゆるフライアッシュ（灰化）化させる。すると比重が０．６０乃至０．６５の微細な灰色の無機質のフライアッシュが生成できる。このフライアッシュを用いる。

このように木製廃材を主に使用するものであるから、該材料は大量に存在し、もって第１団粒化促進剤３の製造コストをきわめて安価にすることが出来る。

また、いわゆる製紙工場で発生するペーパースラッジをも高温状態で燃焼し、いわゆるフライアッシュ（灰化）化させる。するとやはり比重が０．６０乃至０．６５の微細な灰色の無機質の粉状炭化物が生成できる。このフライアッシュも重要な材料となる。

該材料も大量に存在し、やはり第１団粒化促進剤３の製造コストを安価にすることが出来る。

しかして、第１団粒化促進剤３は、この木製廃材によるフライアッシュ及びペーパースラッジのフライアッシュ、さらに所定の添加物質など、例えばアルカリ調整剤・緩衝剤・固化助剤などの添加物（石膏、シリカヒューム、アルミナ・珪酸塩を主体とする天然鉱物、アルカリ金属炭酸塩及び陰イオン界面活性剤を均一配合して構成される）を有して構成されている。

尚、前記アルカリ金属炭酸塩は炭酸カルシウム、炭酸ナトリウムあるいは炭酸マグネシウムなどで構わないし、前記天然鉱物は、モンモリロナイト、パイロフィライトあるいはカオリナイトなどで構わない。

ここで、木製廃材のフライアッシュ、ペーパースラッジのフライアッシュ及び前記添加剤との混合割合は、木製廃材のフライアッシュが略６０％程度、ペーパースラッジのフライアッシュが略２５％、添加剤が略１５％とされる。

しかし、これはあくまで標準的な混合比率であり、改良すべき土壌の性状によっては木製廃材のフライアッシュが略９０％から４０％の範囲で、ペーパースラッジのフライアッシュが略４０％から５％の範囲で、また添加剤が略２０％から数％の範囲内で割合比率を変化させて混合させても構わない。

ここで、前記木製廃材及びペーパースラッジのフライアッシュの製造プロセスは、まず、木製廃材や例えば粘土状ペーパースラッジを乾燥する工程、次いで昇温工程、そして高温での焼成処理等により微細な粉状の炭化物に加工する炭化工程よりなる。

また、その物理特性については、土壌透水性の向上、土壌硬度の低下などの効果が認められており、それはペレット状態（団塊状態）の土壌より粉砕物、粘質土壌において大きい効果が得られると認められている。

次に、化学特性については、酸性土壌のｐｈ矯正効果が期待される。

よって本発明による土壌改良工法による土壌により各種農作物の良好な発育も期待できる。

さらに、前記フライアッシュの孔隙は無機物に由来する数ナノメートルほどの小さな孔をあわせ持つとも考えられており、該フライアッシュは吸水性に優れ、脱臭、吸着などの高い機能性を有し、原料が比較的大量にあるため安価で製造することもできる。

しかも、当該団粒化促進剤３は、その主体がいわゆるフライアッシュ（高温熱焼した灰）であるということが大きく、粉状の炭化物として、比重の小さな微細な無機質粉体であり、それが土とよく混合することによって土壌の団粒化を促進し、ひいては多孔質な土粒子を形成するものとなる。

しかして、第１団粒化促進剤３が投入され、混合された第１次混合物４は、図１に示すように、混合機５内に投入され、その後、該混合機５にミネラル、酵素、オガコ及び微生物資材を主体とした第２団粒化促進剤６が投入され、たとえば撹拌などされて混合され、第２次混合物１３が生成される。

ここで、当該第２団粒化促進剤６の配合割合は、前記第１次混合物の重量に対して略１５％程度を投入すればよい。しかし、この混入割合は略１５％として限定的なものではなく、改良すべき土壌により臨機応変に増減できる。

ここで、前記第２団粒化促進剤６の主体となる微生物資材につき説明する。

当該微生物資材としては、グラム陽性球菌、グラム陰性で好気性の桿菌及び球菌、光合成細菌、グラム陽性の放射菌と該放射菌の関連細菌、グラム陽性で無胞子形成桿菌並びに内成胞子桿菌及び球菌が該当するものとなり、これらのうち、いずれかをあるいはすべてを複数組み合わせて形成される。

すなわち、前記微生物資材のすべてを組み合わせて構成しても構わないし、それらのうち２種類、３種類あるいは４種類を任意に組み合わせて構成しても構わないものである。

この組み合わせの決定は、改良すべき土壌の性状にあわせてそれぞれ選択すればよい。
ところで、前記グラム陽性球菌としては黄色ブドウ球菌や溶血連鎖球菌などがあげられ、グラム陰性の好気性の桿菌としては根粒菌があげられる。

ここで、前記根粒菌はマメ科植物を宿主とし，その根粒を形成して共生する細菌の総称として認識されている。

次に、光合成細菌(Phototrophic Bacteria）について説明すると、光合成を行う微生物を光合成細菌と指標する。光合成細菌とは、地球上にまだ酸素が存在せず、メタン・アンモニア・硫化水素などの有害ガスが充満している過酷な環境下で誕生して以来、自然界の環境改善に大きく貢献してきた原始的微生物として認識される。

また、光合成細菌は水圏生物の一種で、水田・沼・河川・海・活性汚濁・土壌中、とくに有機物で汚染された湛水状態のところには風乾土１ｇ当たり１万〜10万個のこれらの細菌が生息しているといわれる。

光エネルギーを利用して光合成的に生育するが、植物など他の光合成生物とは異なり光合成的生育をするのは嫌気的で光照射条件下に培養したときだけで、その生育過程で酸素は発生しない。

光合成細菌の特性として高濃度の有機酸・アミノ酸・糖類等を急速利用しての除去、窒素、炭酸ガスの利用、硫化水素の除去等があり、これが土の化学性、即ち酸性化の防止、塩基障害の防止、Ｎ過剰障害の除去、老旧田の秋落ち現象の防止等に効果を発揮し、常に作物の生育に対して健全な土の化学性を保持することができる。

しかして、このような微生物資材を主体とした前記第２団粒化促進剤６が投入され、撹拌などして混合された第２次混合物１３はベルトコンベア７などで第１次発酵設備８に搬送される。

第１次発酵設備８内では底部より送風装置９によって空気１０が第１次混合物５内に送られ、発酵作業の効率向上が図られている。ここでは約７日程度の養生期間が設定される。
ついで、前記発酵作業が行われた第２次混合物１３はその切り返し作業が行われ、下層にあった第２次混合物１３が上層に、上層にあった第２次混合物１３が下層に切り返される。

この切り返し作業は図２に示すように、バックフォウあるいはショベルカーなどの重機１１を用いて行うのが効率的である。

また、切り返された第２次混合物１３を載置する箇所は第２次発酵設備１２であり、該第２次発酵設備１２の箇所においてもその底部に送風装置９が設置されており、該送風装置９により空気１０が送られて発酵作業の効率アップが図られている。

ここでの発酵処理とは好気性条件下で好気性菌の働きにより、第２次混合物１３中の有機物の分解過程で発生する有機物質を除き、同時に第２次混合物１３中の水分を蒸発させて、取り扱いやすい良質の培養土１４にすることを目的とする。

また、好ましい発酵処理を行うには、第２次混合物１３中の通気性を良くすることが特に大切で、空気を均一に行き渡らせ、好気性菌が活発に増殖・活動を繰り返すよう取りはからうことが大切となる。また、空気が必要な理由は、発酵に伴い発生する熱により水分が蒸発し、低水分の扱いやすい培養土１４にする為でもある。同時にこの時発生した発酵熱により、病原菌や雑草の種子等も死滅する。

なお、好気性発酵を促進させる為には、好気性菌が増殖しやすい環境を整えることが大切で、好気性発酵の為の条件は、発酵を促進する為に、菌がエネルギー源として分解すべき有機物が前記被発酵物に含まれていることが必要となる。

次に、菌が充分活動する為に、適切な温度を保つことが必要となる。発酵設備内において一番適した温度は60℃〜70℃で、この温度に維持することで水分が蒸発し第２次混合物１３が乾燥する。
さらに、好気性発酵する為に、適度な水分が必要であり、高水分であると通気性が悪くなる為、発酵不良となり、低水分の場合には、逆に水分不足により発酵不良となる。良質な発酵をする為には、発酵設備内で35％〜55％の水分量が必要となる。
また、好気性発酵する為に、前記第２次混合物１３に空気を十分かつ均一に供給することが大切となる。

高水分であると通気性が悪く空気を供給しにくくなる為、水分調整を行い通気性を良くしておく必要がある。

また、撹拌羽根を使用して第２次混合物１３を撹拌することで、全体的に空気を均一に供給することが可能となり、かつ更に、この撹拌運動で水分蒸発をさせることができる。

一般的に菌が活発に活動するにはPH8.0〜9.0が最適である。

好気性発酵が進むとNH3が大量に発生する為、ほぼ中性化され、好気性菌の活動しやすい環境が整う。

ところで、建設汚泥であるベントナイトは、ＣＥＣが高く（50〜100me）、ケイ酸を含んでおり、かつ水を吸って膨張する性質がある
ここで、ＣＥＣとは、塩基置換容量を指標する。該塩基置換容量（CEC）は保肥性の目安になる項目である。

土の表面はマイナスイオンに覆われており、プラスイオンの成分（NH4+、Ca2+、Mg2+など）とは相性がよく吸着して蓄える。逆にマイナスイオンの成分（NO3-、PO43-など）は反発して流失させる。

しかして、火山灰土や腐植が多い土は陽イオン交換容量が大きいため保肥性に優れ、逆に砂などは小さいといわれている。

従って、本発明で生成された培養土１４は、前記ベントナイトにより保肥性が高いといえる。

本発明による土壌改良工法の構成を説明する構成説明図（その１）である。本発明による土壌改良工法の構成を説明する構成説明図（その２）である。本発明による土壌改良工法の構成を説明する構成説明図（その３）である。本発明による土壌改良工法の構成を説明する構成説明図（その４）である。

１建設汚泥及び建設残土
２運搬車両
３第１団粒化促進剤
４第１次混合物
５混合機
６第２団粒化促進剤
７ベルトコンベア
８第１次発酵設備
９送風装置
１０空気
１１重機
１２第２次発酵設備
１３第２次混合物
１４培養土

Claims

建設現場で発生するベントナイトを含む建設汚泥に、建設現場で発生する建設残土を混入し、該建設汚泥の含水率を200％乃至100％程度に調整すべく混合し、
前記混合した建設汚泥及び建設残土に、木材チップ及びペーパースラッジのフライアッシュを主体とした第１団粒化促進剤を、木材チップのフライアッシュが９０％から４０％、前記ペーパースラッジのフライアッシュが５％から４０％の混合比率となるよう投入し混合して第１次混合物を生成し、
前記第１次混合物に微生物資材を主体とした第２団粒化促進剤を前記第１次混合物の重量に対して１５％投入し混合して第２次混合物を生成してなり、
次いで前記第２次混合物を発酵設備で発酵させ、塩基置換容量が高く保肥性に優れたベントナイトを含んだ培養土生成を行う、
ことを特徴とする土壌改良工法。
建設現場で発生するベントナイトを含む建設汚泥に、建設現場で発生する建設残土を混入し、該建設汚泥の含水率を200％乃至100％程度に調整すべく混合し、
前記混合した建設汚泥及び前記建設残土に木材チップ及びペーパースラッジのフライアッシュを主体とした第１団粒化促進剤を、木材チップのフライアッシュが９０％から４０％、前記ペーパースラッジのフライアッシュが５％から４０％の混合比率となるよう投入し混合して第１次混合物を生成し、
前記第１次混合物にミネラル、酵素及び微生物資材を主体とした第２団粒化促進剤を前記第１次混合物の重量に対して１５％投入し混合して第２次混合物を生成してなり、
前記第２次混合物を発酵設備で発酵させ、その後、前記第２次混合物を撹拌、切り返し作業を行い、再び発酵させて、塩基置換容量が高く保肥性に優れたベントナイトを含んだ培養土生成を行う、
ことを特徴とする土壌改良工法。
前記微生物資材は、グラム陽性球菌、グラム陰性で好気性の桿菌及び球菌、光合成細菌、グラム陽性の放射菌と該放射菌の関連細菌、グラム陽性で無胞子形成桿菌並びに内成胞子桿菌及び球菌のうち、いずれかを複数組み合わせて形成されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の土壌改良工法。