JP7177546B2 - 改質汚泥、その調製方法、及び改質汚泥を覆土材料として使用する工事方法 - Google Patents

改質汚泥、その調製方法、及び改質汚泥を覆土材料として使用する工事方法 Download PDF

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Description

本発明は、汚泥の資源化分野に属し、特に下水処理場の汚泥を改質して埋立地用の即日覆土又は中層覆土として使用される改質汚泥、改質汚泥の調製方法、及び改質汚泥を覆土材料として使用する工事方法に関する。
我が国の都市化が進むにつれ、ゴミの発生量は徐々に増加し、都市開発の過程でゴミ包囲現象は困難な問題となっている。中国の都市ごみなどの固形廃棄物の年間生産量は２億９千万トンに達し、８％から１５％の高成長を続けており、世界第１位である。衛生埋立地は、技術的限界が低く、処分量が多いため、究極の廃棄物処分方法であり、現段階での主要な廃棄物処理・処分対策の１つであり、総処分量の９０．５％を占めている。
ゴミ埋立地の覆土に対しては、《ＣＪＪ１７－２００４家庭ゴミの衛生埋立に関する技術仕様》には、覆土材料によって、単位覆土の厚さは２０～２５ｃｍであり、中層覆土の厚さは３０ｃｍ超えであることがこのましいことが要求されている。一般的には、粘土材料を使用することができ、粘土材料が不足している地域では、代替材料を使用することができる。《ＣＪＪ１１３－２００７家庭ゴミの衛生埋立の浸透防止システムエンジニアリングの技術仕様》には、締固め粘土、ＨＤＰＥジオメンブレンなどの形態以外、埋立体の浸透係数が低いと、埋立体に中層滞水が形成されやすく、即ち、日覆土を除去した後、翌日のゴミ埋立を行う必要がある。この結果、作業量は膨大となる。
粘土材料は通常好ましい土材料であるが、埋立地では粘土の安定供給を保証できない場合がある。また、粘土を用いて仕様で推奨される厚さで工事すると、ゴミ埋立地の埋立容量を占める場合がある。粘土の使用量を減少させるために、改質土を埋立地用の覆土材料として使用ことが開示される特許文献が多くある。例えば、フライアッシュ、消石灰、半水石膏、粘土及び水で調製された覆土材料；高速硬化スルホアルミネートセメント、フィーラ、セルロースエーテル、接着剤、繊維、高速凝固促進剤、吸水樹脂、鳥忌避剤、消臭剤、撥水剤及び顔料からなる覆土材料がある。これらの覆土材料は、成分が複雑で、コストが高い。また、汚泥と鉱化ゴミとを混合して埋立地用の即日覆土材料として使用することもできるが、匂いが強く、工事現場の環境が悪い。さらに、従来の特許文献では、覆土材料の埋立体への浸透係数が考慮されず、中層滞水の発生を減少させるために、埋立体への浸透係数をそのまま保持するか又は増大させる必要がある。
上記問題に対して、本発明は、強度及び構造を有しかつ後期の浸透係数が向上する被覆材料の成分となる改質汚泥、調製方法及び改質汚泥を覆土材料として使用する工事方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は以下の技術的手段を採用する。
質量百分率で、
スルホアルミネートセメント １５％～３０％、
生石灰 １０％～１５％、
脱水汚泥 ５５％～７５％
を含む改質汚泥。
好ましくは、前記脱水汚泥は都市下水処理場の脱水汚泥であり、前記脱水汚泥の湿量基準含水率は６５％～８０％、有機質含有量は５％～１５％である。
改質汚泥の調製方法は、以下のステップ１からステップ３を含む。
ステップ１において、下水処理場の脱水汚泥を撹拌機に投入し、質量百分率でスルホアルミネートセメント及び生石灰を撹拌機に加え、５～１０分間撹拌して均一に混合し、混合土材料を形成し、
ステップ２において、ステップ１で均一に撹拌した混合土料を泥貯蔵場又は泥貯蔵室に置き、２４時間保護し、貯蔵温度を２０±５℃以上、湿度を８０％以上に制御し、保護過程において引っかき回す必要がなく、静置すればよく、
ステップ３において、保護した混合土材料を練り返して前記混合土材料の粒度分布を変え、即ち、土材料を破砕、研磨することにより、改質汚泥の粒子径は２ｃｍ以下であり、湿量基準含水率は６０％未満であり、軽くて叩いて締固めた後の浸透係数は約１×１０－７ｃｍ／ｓのオーダー（酸性嫌気性環境で浸透係数は増大することがある）であり、一軸圧縮強度は１００ｋＰａよりも高い。
改質汚泥をゴミ埋立地用の覆土材料として使用する工事方法は、以下のステップ１からステップ３を含む。
ステップ１において、埋立地の即日覆土層又は中層覆土層から有害な石塊、土塊及び他の砕屑を取り除き、前記即日覆土層又は中層覆土層は、最大凍結深度以下に位置し、
ステップ２において、以フラットローラー又はシープフートローラーにより即日覆土又は中層覆土の作業面上で被覆作業を行い、即日覆土に対する被覆厚さは１５ｃｍであることがこのましく、中層覆土に対する被覆厚さは２０ｃｍであることが好ましく、
ステップ３において、被覆工事作業は層ごとに押し固めることにより行い、各層の被覆厚さは５～１０ｃｍであり、押し固め効果は締固め度により制御され、締固め度は９５％以上に達する必要がある。
本発明は、以下の有益な効果を有する。
１、覆土材料は主に下水処理場の脱水汚泥である。汚泥は元々埋立地の固形廃棄物であり、改質処理されてから埋立地に置けられるので、埋立地の埋立容量を占めないとともに、汚泥を大量に消耗することができる。
２、採用されるスルホアルミネートセメントは、迅速硬化性を有することで、汚泥を硬化処理した後に２４時間保護すれば、覆土として使用することができ、即日覆土の使用周期が短いという特徴が満たされる。
３、改質汚泥は、比較的高い一軸圧縮強度を有し、浸透係数が比較的低いことで、ゴミ埋立地用の覆土としての工学力学特性の要求を満たすことができる。
４、汚泥に大量の有機質が含まれ、改質汚泥中の有機質が経時分解することでその浸透係数は高くなるため、翌日の工事前に覆土を除去する必要がなく、ゴミ埋立体には中層滞水が発生することがない。
埋立地の被覆模式図である。
１：ゴミ、２：即日被覆、３：中層被覆。
当業者が本発明の技術的解決策をよりよく理解できるようにするために、以下、図面および実施例を参照しながら本発明の技術的解決策をさらに説明する。
実施例１
下水処理場の汚泥を改質した衛生埋立地用の覆土材料の組成及びその質量百分率は、スルホアルミネートセメント：１５％、石灰：１０％、下水処理場汚泥：７５％である。
実施例２
下水処理場の汚泥を改質した衛生埋立地用の覆土材料の組成及びその質量百分率は、スルホアルミネートセメント：１５％、石灰：１５％、下水処理場汚泥：７０％である。
実施例３
下水処理場の汚泥を改質した衛生埋立地用の覆土材料の組成及びその質量百分率は、スルホアルミネートセメント：２０％、石灰：１０％、下水処理場汚泥：７０％である。
実施例４
下水処理場の汚泥を改質した衛生埋立地用の覆土材料の組成及びその質量百分率は、スルホアルミネートセメント：２０％、石灰：１５％％、下水処理場汚泥：６５％である。
実施例５
下水処理場の汚泥を改質した衛生埋立地用の覆土材料の組成及びその質量百分率は、スルホアルミネートセメント：２５％、石灰：１０％、下水処理場汚泥：６５％である。
実施例６
下水処理場の汚泥を改質した衛生埋立地用の覆土材料の組成及びその質量百分率は、スルホアルミネートセメント：２５％、石灰：１５％、下水処理場汚泥：６０％である。
実施例７
下水処理場の汚泥を改質した衛生埋立地用の覆土材料の組成及びその質量百分率は、スルホアルミネートセメント：３０％、石灰：１０％、下水処理場汚泥：６０％である。
実施例８
下水処理場の汚泥を改質した衛生埋立地用の覆土材料の組成及びその質量百分率は、スルホアルミネートセメント：３０％、石灰：１５％、下水処理場汚泥：５５％である。
実施例１～８の改質汚泥の成分から以下の方法によりそれぞれ改質汚泥材料（１ｋｇ～２ｋｇ）を作製する。具体的な操作手順は以下の通りである。
ステップ１：下水処理場の脱水汚泥を撹拌機に投入し、質量百分率で、調製されたスルホアルミネートセメント及び生石灰を撹拌機に加え、５～１０分間撹拌して均一に混合し、混合土材料を形成する。
ステップ２：ステップ１で均一に撹拌した混合土料を泥貯蔵場又は泥貯蔵室に置き、２４時間保護し、貯蔵温度を２０±５℃以上、湿度を８０％以上に制御し、保護過程において引っかき回す必要がなく、静置すればよい。
ステップ３：保護した混合土材料を練り返して前記混合土材料の粒度分布を変え、即ち、土材料を破砕、研磨することにより、改質汚泥の粒子径は２ｃｍ以下であり、湿量基準含水率は６０％未満であり、軽くて叩いて締固めた後の浸透係数は約１×１０－７ｃｍ／ｓのオーダーであり、一軸圧縮強度は１００ｋＰａよりも高い。
２０±５℃温度、９０％の湿度の条件下で２４時間保護した後、保護土試料を練り返し、工事現場の締固め過程を模擬して締固め、ＧＢ／Ｔ５０１２３－１９９９土質試験方法に従って含水率試験、一軸圧縮強度試験、及び定水位フレキシブルウォール型透水試験を行い、得られた試験結果を表１に示す。

Figure 0007177546000001
注：浸透係数 ２ は、土試料を軽くて叩いて締固めた後の浸透係数である。浸透係数 １ は、ｐＨ＝６．５の酸嫌気性条件下で３０日間保護した後の土試料の浸透係数である。
本実施例１～８では、下水処理場に由来の汚泥の改質過程において各成分の配合比を調整することにより、含水率、強度、及び浸透係数が異なる一連の改質汚泥が得られた。さらに、汚泥改質後の体積変化を測定した。
改質材料が添加されたが、汚泥の体積は顕著に増加しなかった。例えば、実施例３では、添加材料の総添加量は３０％であったが、スルホアルミネートセメント及び生石灰がそれぞれ水と反応したため、改質後の材料の密度が高くなり、構造形態が変化し、汚泥の体積はわずか１１％増加した。これは、体積の増加率が改質汚泥の資源化利用の制限要素にならないことを示している。
《ＧＢ／Ｔ ２３４８５－２００９都市下水処理場汚泥処分－混合埋立泥質》には、埋立地に運ばれる汚泥について、汚泥又は処理された汚泥の含水率が６０％以下であることが規定されている。下水処理場汚泥は改質処理された後の含水率が６０％未満であるため、実施例１～８はゴミ埋立地に運ばれる要求を満たしている。
通常、２４時間保護した後、改質汚泥の一軸圧縮強度は５０ｋＰａより高く、一般には１００ｋＰａ以上である。実施例８では、強度は５００ｋＰａにも達した。このような強度条件下で、機械はその上面で工事作業を行うことができる。具体的な操作手順は以下の通りである。
ステップ１：埋立地の即日覆土層又は中層覆土層から有害な石塊、土塊及び他の砕屑を取り除き、即日覆土層又は中層覆土層は、最大凍結深度以下に位置する。
ステップ２：フラットローラー又はシープフートローラーにより即日覆土又は中層覆土の作業面上で被覆作業を行い、即日覆土に対する被覆厚さは１５ｃｍであることがこのましく、中層覆土に対する被覆厚さは２０ｃｍであることが好ましい。
ステップ３：被覆工事作業は層ごとに押し固めることにより行い、各層の被覆厚さは５～１０ｃｍであることが好ましく、押し固め効果は締固め度により制御され、締固め度は９５％以上に達する必要がある。
即日覆土又は中層覆土の浸透性能に対しては明確に規定されていない。しかし、改質土が覆土として使用されるときに、降雨のゴミ埋立体への浸入を減少させるために、比較的低い浸透係数が必要となる。下水処理場改質汚泥の浸透係数は一般的に低く、通常約１×１０－７ｃｍ／ｓのオーダー又はそれ以下であるため、雨水及び汚水の保護バリアとして作用できる。しかし、改質汚泥が長期間で埋立体酸嫌気性環境にあることでその浸透係数は後期にやや高くなり、中層滞水発生の可能性が低くなる。
本発明によれば、改質汚泥の調製方法及び改質汚泥を覆土材料として使用する工事方法がさらに提供される。本発明の即日覆土又は中層覆土は、迅速に反応して形成でき、即ち、２４時間保護すれば覆土材料として使用できるとともに、その強度及び浸透性が覆土としての工学力学性能の要求を完全に満たす。また、ゴミ埋立体中の覆土の浸透係数は後期に高くなるので、中層滞水発生の可能性が低くなる。さらに、汚泥を改質処理した後、その体積が顕著に増加しないため、埋立地の埋立容量を占めることがない。
本発明は、硬化の方法を採用することにより、水和反応により含水率を低減させるとともに、生成する水和生成物が汚泥強度を迅速に向上させる機能を有する。従って、このプロセスは実用価値を有する。
以上の説明は、本発明の基本原理、主な特徴及び本発明の利点を述べた。本発明は上記実施例により制限されず、上記実施例及び明細書における記載は本発明の原理を説明するものに過ぎず、本発明の趣旨及び範囲から逸脱しない限り、本発明は様々な変化及び改良を含み、これらの変化及び改良は本発明の保護範囲内に含まれることが、当業者に理解され得る。本発明の保護範囲は添付する特許請求の範囲及びその同等物により決定される。

Claims (2)

  1. 質量百分率で、
    スルホアルミネートセメント １５％～３０％、
    生石灰 １０％～１５％、
    脱水汚泥 ５５％～７５％
    からなり、
    前記脱水汚泥は都市下水処理場の脱水汚泥であり、前記脱水汚泥の湿量基準含水率は６５％～８０％、有機質含有量は５％～１５％であることを特徴とする、改質汚泥。
  2. 以下のステップ１からステップ３を含む請求項１に記載の改質汚泥の調製方法であって、
    ステップ１において、湿量基準含水率６５％～８０％、有機質含有量５％～１５％の下水処理場の脱水汚泥を撹拌機に投入し、質量百分率でスルホアルミネートセメント及び生石灰を撹拌機に加え、５～１０分間撹拌して均一に混合し、混合土材料を形成し、
    ステップ２において、ステップ１で均一に撹拌した混合土料を泥貯蔵場又は泥貯蔵室に置き、２４時間保護し、貯蔵温度を２０±５℃以上、湿度を８０％以上に制御し、保護過程において引っかき回せず、静置し、
    ステップ３において、保護した混合土材料を練り返して前記混合土材料の粒度分布を変え、即ち、土材料を破砕、研磨することにより、改質汚泥の粒子径は２ｃｍ以下であり、湿量基準含水率は６０％未満であり、軽くて叩いて締固めた後の浸透係数は１.２×１０ －８ ～２.１×１０ －７ ｃｍ／ｓであり、一軸圧縮強度は１００ｋＰａよりも高く、
    ステップ１において、スルホアルミネートセメントは１５％～３０％、生石灰は１０％～１５％、脱水汚泥は５５％～７５％であることを特徴とする、調製方法。
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