JP4892520B2

JP4892520B2 - コンクリートスラッジ処理装置

Info

Publication number: JP4892520B2
Application number: JP2008136353A
Authority: JP
Inventors: 康之早川; 雅人本間; 卯太郎小川; 幸雄柳沢; 淳飯塚
Original assignee: Nippon Concrete Industries Co Ltd
Current assignee: Nippon Concrete Industries Co Ltd
Priority date: 2008-05-26
Filing date: 2008-05-26
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2028-05-26
Also published as: JP2009279552A

Description

本発明は、コンクリートスラッジを中和し、さらに、コンクリートスラッジから有用な資源である炭酸カルシウムを分離して回収するコンクリートスラッジ処理装置に関する。

コンクリートスラッジは、セメントに由来するカルシウムが高濃度で含有されており、高アルカリ性を示すため、廃棄等の処理をする場合は、希硫酸を加えて中和処理をする必要がある。したがって、前記希硫酸および中和処理用設備によって処理費用が上昇してしまう。

そこで、希硫酸を使用しないコンクリートスラッジの処理装置としては、濾床を有する本体と、前記本体内の濾床の上方に設けられたコンクリートスラッジ等のカルシウムを含む汚水供給手段と、前記本体内の濾床の上方に設けられた炭酸水または炭酸ガスの供給手段と、前記本体内の濾床の下方に設けられ前記炭酸水または炭酸ガスの供給手段に連通する循環路とを備えたものが知られている。この装置によれば、前記コンクリートスラッジを中和できるとともに、このコンクリートスラッジから有用な資源を分離して回収できる。（例えば、特許文献１参照。）。
特許第３３１１４３６号公報（第１，２頁、図１）

しかしながら、上述した従来の特許文献１の装置は、コンクリートスラッジに炭酸水処理を施すことにより、前記コンクリートスラッジのカルシウムが炭酸化されて炭酸カルシウムとして固化し、濾床によって固体と液体とを分離するものであるが、前記コンクリートスラッジには、骨材に由来する二酸化ケイ素が固体として存在しており、前記炭酸カルシウムが固化すると、固体として前記二酸化ケイ素と炭酸カルシウムとが存在する。したがって、濾床による固体と液体との分離だけでは、前記炭酸カルシウムと前記二酸化ケイ素分とが混合してしまい、高純度の炭酸カルシウムを回収できない問題が考えられる。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、コンクリートスラッジから高純度の炭酸カルシウムを分離し回収できるコンクリートスラッジ処理装置を提供する。

請求項１に記載されたコンクリートスラッジ処理装置は、コンクリートの遠心成形工程にて発生するコンクリートスラッジをスラッジケーキとスラッジ液とに分離するスラッジ分離装置と、このスラッジ分離装置にて分離されたスラッジ液から炭酸カルシウムを析出させる析出反応装置と、炭酸カルシウムが析出した析出液から炭酸カルシウムを分離する炭酸カルシウム分離装置とを具備し、前記析出反応装置は、常圧容器にて形成された析出反応装置本体と、この析出反応装置本体に設けられ前記析出反応装置本体内へ炭酸カルシウムの種結晶を供給する種結晶供給手段と、前記析出反応装置本体に設けられ前記析出反応装置本体内へ二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段と、前記析出反応装置本体に設けられこの析出反応装置本体内の内容物を分散する分散手段とを有しているものである。

請求項２に記載されたコンクリートスラッジ処理装置は、請求項１に記載されたコンクリートスラッジ処理装置において、二酸化炭素供給手段にて供給される二酸化炭素は、石油や天然ガスの燃焼排ガスまたは廃棄物の焼却排ガスに含まれるものである。

請求項１に記載された発明によれば、コンクリートスラッジをスラッジ分離装置にて固形分であるスラッジケーキと液体分であるスラッジ液とに分離し、このスラッジ液から析出反応装置によって炭酸カルシウムを析出させるので、コンクリートスラッジから高純度の炭酸カルシウムを分離して回収できる。

請求項２に記載された発明によれば、二酸化炭素供給手段にて供給される二酸化炭素として、排ガスに含まれるものを用いるので、二酸化炭素を安価に確保でき、また、環境問題にも有効である。

以下、本発明の第１の実施の形態の構成について図１および図２を参照しながら詳細に説明する。

図１に示すように、コンクリートスラッジ処理装置１は、コンクリートの遠心成形工程にて発生するコンクリートスラッジ10を固形分であるスラッジケーキと液体分であるスラッジ液とに分離するスラッジ分離装置２を備えている。また、コンクリートスラッジ処理装置１は、スラッジ分離装置２にて分離されたスラッジ液から炭酸カルシウムを析出させる析出反応装置３を備えている。さらに、この析出反応装置３には、経路４を介して炭酸カルシウム分離装置５が接続され、この炭酸カルシウム分離装置５にて、炭酸カルシウムが析出した析出液から炭酸カルシウムを分離して回収する。

コンクリートの遠心成形工程は、図２（ａ）および（ｂ）に示すような遠心成形装置６にて行われる。この遠心成形装置６には、回転装置７が設けられ、この回転装置７上に各製品の成形用に設計された管状の成形型枠８が設置される。

遠心成形工程では、まず、回転装置７上に所望の製品用の成形型枠８を設置する。次いで、成形型枠８内に所定量のコンクリートを投入する。さらに、このコンクリートが投入された成形型枠８を回転装置７にて回転させ、この回転装置７による成形型枠８の回転にて、成形型枠８内のコンクリートに遠心力が作用する。この遠心力によってコンクリートが締め固められコンクリート層９が形成される。そして、このようなコンクリートの遠心成形工程では、コンクリート層９にならなかった未固化状態のコンクリートスラッジ10が発生する。このコンクリートスラッジ10がスラッジ分離装置２によってスラッジケーキとスラッジ液とに分離される。

スラッジ分離装置２は、一般的に汚泥や汚水の脱水すなわち固液分離に用いられるものであり、例えば、フィルターを使用して加圧または圧搾することにより固体と液体とを分離する加圧分離装置や、遠心力の作用にて固体と液体とを分離する遠心分離装置、静置しておくことにより固形分を沈降させる沈降分離装置等が用いられる。また、スラッジ分離装置２には、スラッジ分離装置２から析出反応装置３へスラッジ液が供給されるスラッジ液供給手段11と、スラッジケーキが排出されるスラッジケーキ排出部12とが設けられている。このようなスラッジ分離装置２によってスラッジケーキと分離されたスラッジ液には、固形分がほとんど含まれておらず、セメントに由来するカルシウムが高濃度で含まれている。

なお、スラッジ分離装置２にて分離するコンクリートスラッジ10としては、遠心成形工程にて発生するものだけでなく、例えば、生コンクリートやコンクリート製品の製造、生コンクリート工場やコンクリート製品工場でのコンクリートミキサの洗浄、生コンクリート輸送車両の洗浄等にて排出されるコンクリートスラッジ等を用いることもできる。

析出反応装置３は、密閉型の常圧容器にて形成された析出反応装置本体13を有している。この析出反応装置本体13には、スラッジ液供給手段11が接続され、スラッジ分離装置２から析出反応装置本体13内へスラッジ液が供給される。

また、析出装置本体13には、析出反応装置本体13内へ炭酸カルシウムの種結晶を供給する種結晶供給手段14および析出反応装置本体13内へ二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段15が設けられている。スラッジ液供給手段11、種結晶供給手段14および二酸化炭素供給手段15には、それぞれの供給を操作する例えばバルブ等の開閉手段16，17，18が設けられている。

二酸化炭素供給手段15は、例えば過給機等のように二酸化炭素を析出反応装置本体13内へ供給できるものであればよい。また、二酸化炭素供給手段15から供給される二酸化炭素としては、例えば、気体状態の炭酸ガスや液体状態の炭酸水等から適宜選択できる。

ここで、気体状態の二酸化炭素としては、石油や天然ガスの燃焼排ガスに高濃度で含まれる二酸化炭素または廃棄物等の焼却排ガスに高濃度で含まれる二酸化炭素を用いることができる。この場合は、排ガス等から二酸化炭素を抽出してもよく、排ガスをそのまま使用してもよい。

さらに、析出反応装置本体13には、析出反応用の分散手段19が設けられている。この分散手段19は、例えば攪拌機等にて形成され、析出反応装置本体13内の内容物であるスラッジ液と炭酸カルシウムの種結晶と二酸化炭素とを析出反応装置本体13内に略均一に分散させる。そして、スラッジ液のカルシウムを二酸化炭素にて炭酸化させて炭酸カルシウムを析出させる。さらに、炭酸カルシウムの種結晶にて炭酸カルシウムの結晶化を促し、炭酸カルシウムの純度を向上させる。

ここで、炭酸カルシウムを析出させる際には、温度が０〜８０℃に管理され、好ましくは２０〜８０℃であり、より好ましくは５０〜８０℃である。

また、炭酸カルシウムの種結晶は、純度が９８ｗｔ％以上のものであり、好ましくは９９．５ｗｔ％以上のもので、より好ましくは９９．９ｗｔ％以上のものである。粒径は、０．１〜５,０００μｍのもので、好ましくは０．１〜１００μｍのものであり、より好ましくは０．１〜５μｍのものである。比表面積は、６００〜３×１０^１２ｍ^２／ｍ^３のもので、好ましくは３０，０００〜３×１０^１２ｍ^２／ｍ^３のものであり、より好ましくは６００，０００〜３×１０^１２ｍ^２／ｍ^３のものである。供給する炭酸カルシウム種結晶の量は、カルシウムが溶出した液体１００ｍＬに対して０．５ｇ以上で、好ましくは２ｇ以上であり、より好ましくは５ｇ以上である。

また、析出反応装置本体13には、例えばバルブ等の開閉手段21が設けられ、この開閉手段21には、析出反応装置本体13内のスラッジ液と反応しなかった二酸化炭素を回収する図示しない二酸化炭素回収手段が設けられている。この二酸化炭素回収手段を設けることにより、未反応の二酸化炭素を回収して、再度、二酸化炭素供給手段15にて析出反応装置本体13に供給でき、二酸化炭素を無駄なくカルシウムと反応できるとともに、大気中への二酸化炭素の放出を防止できる。

析出反応装置３に接続された経路４には、例えばバルブ等の開閉手段22が設けられ、この開閉手段22によって、析出反応装置３から炭酸カルシウム分離装置５への析出液の供給が操作される。

炭酸カルシウム分離装置５は、例えば、沈降分離や遠心分離、ろ過分離等のように、固体である炭酸カルシウムを析出液から分離できる構成であればよい。また、炭酸カルシウム分離装置５には、炭酸カルシウム排出部23が設けられ、この炭酸カルシウム排出部23にて析出液から分離された炭酸カルシウムを回収できる。また、炭酸カルシウム分離装置５には、析出液から炭酸カルシウム分離後の液体を排出する液体排出部24が設けられ、この液体排出部24には、例えばバルブ等の開閉手段25が設けられている。この開閉手段25を開閉することにより炭酸カルシウム分離後の液体の排出が操作される。

なお、上記の実施の形態では、スラッジ分離装置２と析出反応装置本体13とは、スラッジ液供給手段11を介して接続してもよいが、スラッジ分離装置２にて分離したスラッジ液を一旦貯留槽等に貯留し、この貯留槽からスラッジ液供給手段11にて析出反応装置本体13内へ供給する構成等としてもよい。

また、析出反応装置本体13に種結晶供給手段14が設けられた構成としたが、種結晶にて炭酸カルシウムの結晶化を促さなくても、炭酸カルシウムは、スラッジ液のカルシウムと二酸化炭素との反応のみによって析出可能であり、析出反応装置本体13に種結晶供給手段14を設けない構成としてもよい。

さらに、析出反応装置本体13を密閉型の常圧容器にて形成し、開閉手段21を設けて、この開閉手段21に接続された二酸化炭素回収手段にて未反応の二酸化炭素を回収する構成としたが、このような構成には限定されず、析出反応装置本体13を開放型の常圧容器にて形成し、開閉手段21および二酸化炭素回収手段を設けない構成としてもよい。

また、析出反応装置本体13を常圧容器で構成することにより、コストを廉価に抑えることができるが、析出反応装置本体13を耐圧容器にて形成し、析出反応時間をより短くするために、二酸化炭素を二酸化炭素供給手段15にて加圧しながら供給する構成としてもよい。

次に、上記一実施の形態の作用および効果を説明する。

コンクリートスラッジ処理装置１による炭酸カルシウム分離回収作業に際しては、まずコンクリートの遠心成形工程にて発生するコンクリートスラッジ10を回収する。このコンクリートスラッジ10をスラッジ分離装置２にて、固形分であるスラッジケーキと固形分がほとんど含まれていない液体分であるスラッジ液とに分離する。

次いで、スラッジ液供給手段11の開閉手段16を開放し、析出反応装置本体13内へスラッジ液を供給する。

また、スラッジ液を供給しながら、種結晶供給手段14の開閉手段17および二酸化炭素供給手段15の開閉手段18を開放して、析出反応装置本体13内へ炭酸カルシウムの種結晶および二酸化炭素を供給する。

所定量のスラッジ液、炭酸カルシウムの種結晶、二酸化炭素が析出反応装置本体13内へ供給されたら、分散手段19にて、析出反応装置本体13内の内容物であるスラッジ液と炭酸カルシウムの種結晶と二酸化炭素とを析出反応装置本体13内に略均一に分散させる。この分散によって、スラッジ液のカルシウムが二酸化炭素と反応して炭酸化する。さらに、この炭酸化したカルシウムは、炭酸カルシウムの種結晶にて結晶化を促され、炭酸カルシウムが固体として析出する。なお、コンクリートスラッジ10から分離されたスラッジ液は、高塩基性であるが、析出反応装置３にて二酸化炭素と反応させることにより中和される。また、析出反応装置本体13内の未反応の二酸化炭素は、開閉手段21を解放して図示しない二酸化炭素回収手段にて回収し、再度、二酸化炭素供給手段15から析出反応装置本体13内へ供給する。

析出反応装置３にて炭酸カルシウムが十分に析出したら、経路４の開閉手段22を開放し、炭酸カルシウム分離装置５にて析出液から炭酸カルシウムを分離し、炭酸カルシウム排出部23から炭酸カルシウムを回収する。

また、炭酸カルシウムの分離および回収とともに、炭酸カルシウム分離装置５の液体排出部24の開閉手段25を開放して、炭酸カルシウムが分離した液体を排出する。この炭酸カルシウムが分離した液体は、析出反応装置３にて中和されているのでそのまま廃棄できる。

そして、コンクリートスラッジ処理装置１によれば、コンクリートスラッジ10をスラッジ分離装置２にて固形分であるスラッジケーキと液体分であるスラッジ液とに分離し、このスラッジ液から析出反応装置３によって炭酸カルシウムを析出させるので、高純度の炭酸カルシウムを分離して回収できる。すなわち、スラッジ液には固形分がほとんど含まれおらず、このスラッジ液にて炭酸カルシウムを析出させるので、析出液には、固形分が炭酸カルシウムのみ存在することになり、炭酸カルシウムのみを分離して回収できる。

また、析出反応装置３では、分散手段19にて、内容物であるスラッジ液と炭酸カルシウムの種結晶と二酸化炭素とを略均一に分散させるので、スラッジ液のカルシウムと二酸化炭素とが反応し易く、炭酸カルシウムが析出し易い。さらに、種結晶供給手段14にて炭酸カルシウムの種結晶を供給するので、炭酸カルシウムの結晶化が促され、炭酸カルシウムの純度を向上できる。

析出反応装置本体13が常圧容器にて形成されていることにより、析出反応装置３を簡単な構成で形成できるので、コンクリートスラッジ処理装置１を容易に形成でき、コストを抑制できる。

また、析出反応装置本体13は、密閉型の容器であり、開閉手段22および二酸化炭素回収装置が設けられているので、未反応の二酸化炭素を繰り返し利用でき、二酸化炭素を無駄なく使用できる。

さらに、二酸化炭素供給手段15から析出反応装置３に供給される二酸化炭素は、石油および天然ガスの燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素や廃棄物等の焼却排ガスに含まれる二酸化炭素を用いることにより、本来排ガスとして大気へ排出される二酸化炭素を用いることができるので、安価に二酸化炭素を確保でき、コンクリートスラッジ処理装置１における処理費用を抑制できる。さらに、大気へ放出される二酸化炭素を利用することにより、例えば温暖化等の環境問題にも有効である。

本発明の一実施形態のコンクリートスラッジ処理装置を示す配管図である。同上コンクリートスラッジ処理装置における遠心成形工程を示す図であり、（ａ）は、遠心成形装置の幅方向の断面図であり、（ｂ）遠心成形装置の長手方向の断面図である。

符号の説明

１コンクリートスラッジ処理装置
２スラッジ分離装置
３析出反応装置
５炭酸カルシウム分離装置
13 析出反応装置本体
14 種結晶供給手段
15 二酸化炭素供給手段
19 分散手段

Claims

コンクリートの遠心成形工程にて発生するコンクリートスラッジをスラッジケーキとスラッジ液とに分離するスラッジ分離装置と、
このスラッジ分離装置にて分離されたスラッジ液から炭酸カルシウムを析出させる析出反応装置と、
炭酸カルシウムが析出した析出液から炭酸カルシウムを分離する炭酸カルシウム分離装置とを具備し、
前記析出反応装置は、常圧容器にて形成された析出反応装置本体と、この析出反応装置本体に設けられ前記析出反応装置本体内へ炭酸カルシウムの種結晶を供給する種結晶供給手段と、前記析出反応装置本体に設けられ前記析出反応装置本体内へ二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段と、前記析出反応装置本体に設けられこの析出反応装置本体内の内容物を分散する分散手段とを有している
ことを特徴とするコンクリートスラッジ処理装置。
二酸化炭素供給手段にて供給される二酸化炭素は、石油や天然ガスの燃焼排ガスまたは廃棄物の焼却排ガスに含まれるものである
ことを特徴とした請求項１記載のコンクリートスラッジ処理装置。