WO2014054147A1 - 汚泥の改質方法 - Google Patents

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coal ash
soil
mixing
improved
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幸介 宮國
直 齊藤
樋野　和俊
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Chugoku Electric Power Co Inc
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Chugoku Electric Power Co Inc
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    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/008—Sludge treatment by fixation or solidification
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C09K17/00—Soil-conditioning materials or soil-stabilising materials
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the present invention relates to a method for modifying sludge suitable for modifying sludge having an odor component.
  • Patent Document 1 as a “soil modification / improvement method”, a target kneaded soil and added water are introduced into a kneader equipped with a stirring blade and kneaded into a slurry or sludge. A technique is disclosed in which a granulating agent or an aggregating agent and fly ash are added, plastic restoration is performed by bonding of soil particles, and then the particle diameter is adjusted by soil bonding.
  • Patent Document 2 as a “sludge treatment product and sludge treatment method”, a dehydrated cake obtained by separating the solid content in sludge is provided with a predetermined amount of an inorganic extender containing at least a granulation accelerator. A technique obtained by adding and mixing is disclosed.
  • Patent Document 3 discloses a soil quality improving material (for example, a solidified material such as quick lime, coal ash, cement, gypsum, fly ash, agglomerated material, or a mixture thereof as appropriate) as a “soil quality improving system”. Yes.
  • a soil quality improving material for example, a solidified material such as quick lime, coal ash, cement, gypsum, fly ash, agglomerated material, or a mixture thereof as appropriate
  • Patent Document 4 as a “sludge solidification treatment material, a sludge treatment method using the sludge, and a sludge solidified material recycling method”, the water content ratio under stirring and mixing is in the range of 100 to 300%.
  • 100 to 50 parts by weight of the sludge is added in the range of 5 to 50 parts by weight of the powdered sludge solidification treatment material, the sludge sludge gradually becomes granular or agglomerated, and is still sticky.
  • a technique for shaping and solidifying is disclosed.
  • powdery sludge solidification material various solidification materials combining polymer agglomerates, fly ash, cement and gypsum
  • the improvement of sludge is generally done by adding cement-based solidifying materials, etc. (large amount of solidifying material added and expensive special cement).
  • cement-based solidifying materials etc.
  • the improvement strength There are many variations and strength control is difficult. For this reason, when the sludge is improved, the solidifying material addition rate is often set high.
  • sludge sludge carried to the land due to the tsunami in the Great East Japan Earthquake contains not only seawater but also organic sludge (damage to fishery processing plants, sewage facilities, etc.).
  • the present invention has been made in view of the above, and as its purpose, by mixing coal ash granulated material with sludge having an odor component, malodor of the sludge can be suppressed, and strength control during production It is an object of the present invention to provide a method for reforming sludge that can be easily performed and that can regenerate sludge that must be discarded into a civil engineering material suitable for the environment.
  • the invention according to claim 1 adds at least 10% to 25% of coal ash granulated material composed of coal ash and cement to earth and sand composed of at least rubble and sludge.
  • a mixing step of generating a mixture by rotating and mixing, and a separation step of separating the rubble of a predetermined size or more from the mixture generated by the mixing step and extracting the remaining mixture as improved soil This is a sludge reforming method characterized in that the improved soil extracted by the separation process is used for newly-installed embankment materials and soil structures.
  • the invention according to claim 5 is a survey process for investigating the physical properties of sludge, a classification process for classifying the type of sludge from the results of the survey process, and a plurality of different improved construction methods based on the results of the classification process.
  • the selection process for selecting the most suitable improvement method for sludge, and the optimum improvement method selected by the selection process the coal ash granulate is added to the sludge in an optimum addition amount, and the mixture is rotated and mixed.
  • a mixing step to be generated a separation step of separating a rubble having a predetermined size or more from the mixture generated by the mixing step and extracting the remaining mixture as improved soil, and the improved soil extracted by the separation step to the soil
  • a sludge reforming method comprising a burying step of burying.
  • a mixture is formed by adding at least 10% to 25% of coal ash granulated material consisting of coal ash and cement to earth and sand consisting of at least rubble and sludge and rotating and mixing them. Then, the rubble of a size larger than a predetermined size is separated from the generated mixture, the remaining mixture is extracted as improved soil, and the extracted improved soil is used for the construction of new embankment materials and soil structures. Therefore, it is possible to easily control the strength at the time of generation, and to regenerate the sludge that must be discarded into a civil engineering material suitable for the environment.
  • FIG. (A) and (b) are graphs showing the relationship between the addition rate (%) to the target soil and CBR (%), and the relationship between the addition rate (%) to the target soil and the corn index (kN / m 2 ).
  • FIG. (A) and (b) are graphs showing the relationship between the water content ratio (%) for the target crushed stone and the dry density (g / cm 3 ), CBR (%) and the dry density (g / cm 3 ) for the target crushed stone, and It is a graph which shows the relationship. It is a flowchart for demonstrating the sludge reforming method which concerns on embodiment of this invention.
  • (A) (b) is a figure which shows performing mixing or covering sand of a coal ash granule after putting sludge in a beaker.
  • (A) (b) is a figure for demonstrating the test process which mixes a coal ash granule with a tsunami sludge.
  • (A) (b) (c) is a figure for demonstrating the indoor strength test result. It is a figure for demonstrating the result of the E. coli culture test in a room
  • (A) and (b) are figures which show having covered sand with a coal ash granule after putting a sample into a beaker. It is a figure for demonstrating the result of an indoor odor test.
  • coal ash granules to be mixed with sludge
  • Coal ash which is the main raw material of coal ash granulated material, is a residue remaining after burning coal, and is also called fly ash.
  • Hi beads large to small particle size obtained by granulating this fly ash are classified and the fine particles are taken out to obtain Hi beads (small particle size), which is a material having excellent compaction performance.
  • the relationship between the particle size of the coal ash granulated product and the weight accumulation curve is 0-100% when the particle size is in the range of 0.1 mm to 30 mm. Is distributed.
  • FIG. 4 is a diagram showing specifications of the coal ash granule used as the improving material.
  • the coal ash granule has a porosity of 35% or more when measured by the mercury pressure injection method, an average pore radius of 150 mm or more when measured by the mercury pressure injection method, and water supply by the test method according to JIS_A_1110.
  • the composition is SiO 2 > 50% and CaO> 8%.
  • the suppression effect of the sulfide ion elution amount by a coal ash granulated material is demonstrated.
  • the elution amount of sulfide ions (H 2 S—S) on the 45th day is 3.0 to 11.0 (mgL ⁇ 1 ) in the non-added state.
  • the coal ash granule is added, it can be suppressed to almost 0 (mg L ⁇ 1 ).
  • FIG.5 (b) the water absorption effect by a coal ash granulated material is demonstrated. As shown in FIG.
  • the radius is 1.0 ⁇ 10 ⁇ 3 to 1.0 for a coal ash granule having a pore volume of 40% (deposition ratio) and an average pore radius of 0.0011 ⁇ m.
  • the cumulative pore body curve (mL / g) decreases as the radius increases in the range of ⁇ 10 ⁇ 1 ( ⁇ m).
  • the Log differential distribution (mL / g) has a peak in the radius range of 1.0 ⁇ 10 ⁇ 2 to 1.0 ⁇ 10 ⁇ 1 ( ⁇ m).
  • the cumulative pore body curve (mL / g) and the Log differential distribution (mL / G) can be understood to decrease and approach zero.
  • FIG. 6 (a), (b) the external appearance of a coal ash granule is demonstrated.
  • Fig.6 (a) is an external appearance photograph of 40 mm or less coal ash granulation
  • FIG.6 (a) is an external appearance photograph of 10 mm or less coal ash granulation.
  • CL soft ash granulated material
  • ⁇ L 34.2%
  • ⁇ P 20.7%
  • FIG. 7 (a) is a graph showing the relationship between the addition rate (%) to the target soil and CBR (%), and FIG. 7 (b) shows the addition rate (%) to the target soil. It is a graph which shows the relationship with a cone index (kN / m ⁇ 2 >). In this case, it can be understood that the corn index improves as the addition rate increases.
  • FIG. 8 (a) is a graph showing the relationship between the water content ratio (%) for the target crushed stone and the dry density (g / cm 3 ), and FIG. 8 (b) shows the CBR ( %) And a dry density (g / cm 3 ).
  • CBR support force
  • step S10 the physical properties of the sludge are investigated in order to recycle sludge using the coal ash granulated material. Understand the properties of sludge generated by the tsunami at the site. Select blends of modified coal ash granulated materials for the purpose of controlling malodors due to sludge and controlling E. coli activity. Select mixing, sand-capping, etc. as the construction method applied to the site.
  • FIGS. 10 (a) and 10 (b) in a laboratory test, as a blending selection of coal ash granulate, after mixing sludge in a beaker, mixing or covering sand of coal ash (covering sludge) Etc. Then, after blending, odor measurement, strength test, etc. are performed to lead to optimum blending in the field (deployment to demonstration test).
  • FIG. 11 (a), (b) the test process which mixes a coal ash granulation material with a tsunami sludge is demonstrated. After mixing the coal ash granule with the tsunami sludge, the odor component of the mixture is halved, and the strength is confirmed by rolling at a cone index of 800 kN / cm 2 or more.
  • FIGS. 12 (a) 20% of coal ash granulated material is mixed for tsunami deposit sludge (sandy soil, clayey soil, highly organic clayey soil) in various areas with different characteristics. It was. 12 (a) is intended for sandy soil, FIG. 12 (b) is for viscous soil, and FIG. 12 (c) is for highly organic clay soil. From the left to the right of the graph, raw mud and coal ash The result of rolling and measuring the cone index (kN / m 2 ) for each of the improved soil and the re-rolling force 7 days after mixing immediately after mixing the granules is shown. As shown in FIG.
  • the cohesive soil has excellent rolling characteristics of the improved soil after 7 days of mixing.
  • sand compaction and highly organic clay soil have excellent rolling characteristics due to re-rolling.
  • the improved soil immediately after the test 7 days after mixing was returned to sand and then tamped.
  • FIG. 15 shows that the odor level was about 1500 immediately after mixing the coal ash granulated material with the raw mud (before water addition), but decreased to about 100 after water addition.
  • 20% coal ash granulation is mixed with raw mud and raw mud (F20 mixing)
  • 40% coal ash granulation is mixed with raw mud (F40 mixing)
  • raw mud is mixed.
  • the results obtained by covering the coal ash granulated material with sand (F sand-covering) and sealing are shown, respectively, and the odor level in the period from 1st to 11th is shown.
  • step S ⁇ b> 20 sludge is classified in order to perform an environmental recovery and regeneration plan in the tsunami-affected area.
  • sludge is classified in order to perform an environmental recovery and regeneration plan in the tsunami-affected area.
  • the type of sludge is classified based on at least the bad odor level, the number of coliforms, the degree of mudification, and the soil classification.
  • the tsunami sludge it is necessary to consider the following matters. (1) It is necessary to grasp the properties of the tsunami sludge to be improved and to consider the improvement method and addition amount of coal ash granulated materials in consideration of the degree of urgency and usage.
  • step S30 the optimum improvement method for the sludge is selected according to the result of classification of the sludge.
  • FIG. 16 is a diagram showing an improved construction method according to the number of properties of the tsunami deposit sludge.
  • FIG. 17 is a diagram showing the amount and application of coal ash granulation according to the improved construction method.
  • the improved construction method [1] is suitable when the frequency of malodorous level is high, the frequency of coliforms is high, the frequency of mudification is high water content, and the frequency of soil classification is clay.
  • the improved construction method [2] is suitable when the frequency of malodorous level is high, the frequency of coliforms is high, the frequency of mudification is close to low water content, and the soil classification frequency is moderate.
  • the improved construction method [3] is suitable when the frequency of malodorous level is low, the frequency of coliforms is low, the mudification frequency is low water content, and the soil classification frequency is sandy.
  • the improved construction method [1] uses 15% to 35% addition of coal ash granulated material, adopts a mixed construction method, uses roads and river embankments as an embankment, and uses far away in urban areas, etc. It is suitable for
  • the improved construction method [2] uses a mixed construction method with an addition amount of coal ash granulation of 5% to 25%, and is used for road bodies, roadbeds, and embankments (high-grade soil structures). Suitable for use place.
  • the improved construction method [2] uses 5% to 25% of coal ash granulated material, adopts the sand-capping method, uses primary odor blockage (mixed considering the construction time), and uses urban areas. Suitable for place.
  • the improved construction method [3] uses 5% to 20% of coal ash granulated material, adopts a mixed construction method, uses road bodies, roadbeds and embankments (high-grade soil structures), and uses urban areas. It is suitable for In addition, about the construction machine used for a mixing method, since what is used for the conventional solidification material improvement can fully be utilized, there is no restriction
  • Step S40 will be described with reference to FIG.
  • FIG. 18 is a system diagram showing a construction machine used when performing the improved construction method.
  • step S40 according to the optimum improvement method selected in step S30, sludge reforming with coal ash granulated material is performed as an on-site demonstration test. Using a construction machine, a tsunami sludge modification experiment using coal ash granulation will be conducted.
  • steps S50 to S70 for executing the improved construction method [1] will be described in detail.
  • step S ⁇ b> 50 at least earth and sand composed of rubble and sludge is set as the soil to be improved, and the soil to be improved is input to the charging port 1 a of the belt conveyor 1.
  • the soil to be improved is sequentially conveyed by the belt conveyor 1 and transferred onto the belt conveyor 2.
  • the sludge contained in the earth and sand preferably has a moisture content in the range of 20% to 45%.
  • An inlet 2a is provided between the belt conveyor 1 and the belt conveyor 2, and coal ash granulated material composed of at least coal ash and cement is introduced from the inlet 2a in an addition amount of 10% to 25%. Added. In addition, it is preferable that the magnitude
  • the soil to be improved and the coal ash granulated material are sequentially conveyed by the belt conveyor 2 and charged into the charging port 3a of the mixer 3.
  • the mixer 3 generates a mixture by rotating and mixing the soil to be improved and the coal ash granulated material.
  • the mixture discharged from the discharge port of the mixer 3 is transferred onto the belt conveyor 4.
  • the mixture sequentially conveyed by the belt conveyor 4 reaches the end of the belt conveyor 4 and is charged into the charging port 5a of the sorting machine 5.
  • step S60 the separator 5 separates rubble having a predetermined size or larger from the mixture generated in step S50 and extracts the remaining mixture as improved soil, and the improved soil is tracked from the discharge unit 5b of the separator 5. It is mounted on a vehicle (not shown).
  • step S70 the improved soil transported by the truck vehicle (not shown) is embedded in the soil. After embedding the improved soil in the soil, the strength of the improved soil after embedding is improved by rolling it onto the surface of the soil embedded by a compactor.
  • step S80 a field test is conducted to evaluate the construction method. Specifically, an evaluation result is obtained by performing a rolling pressure test and an odor test on the improved soil embedded in the soil after the embedding step. In the field measurement, the reproducibility of the adopted method is evaluated according to the result of the laboratory test. Evaluate construction methods and calculate construction costs. About the improvement of the tsunami sludge by coal ash granulation, the small field experiment (refer FIG. 18) was actually conducted, and the effect by each construction method was confirmed.
  • the strength test was conducted by mixing 10%, 20%, and 25% of coal ash granulated material, targeting tsunami deposit sludge in various areas of the disaster.
  • 10%, 20%, and 25% of coal ash granules are mixed in the tsunami deposit sludge, and immediately after mixing of coal ash granules, 7 days after mixing, Shows the results of measuring the cone index (kN / m 2 ) by rolling.
  • the rolling characteristics of the improved soil after 7 days after mixing 25% of the coal ash granulated material are excellent.
  • step S90 as a countermeasure technique for purifying sludge, the technology for purifying sludge caused by coal ash granulated material is put into practical use based on the results of steps S50 to S80.
  • a method for quantitatively determining the improvement method and addition amount using coal ash granulated materials will be reconstructed according to the relevant site. Specifically, the evaluation results of the rolling pressure test and odor test performed in step S80 are obtained. Depending on the result of this evaluation process, the amount of coal ash granulation added and the improved construction method are reconstructed.
  • the addition amount of the coal ash granulated material is increased or decreased according to the result of the rolling test.
  • the coal ash granulated material may be covered with sand.
  • the embodiment of the present invention by mixing coal ash granulated material with sludge having an odor component, it is possible to suppress the bad odor of sludge, easily control the strength at the time of generation, It becomes possible to recycle sludge that must be disposed of into building materials suitable for the environment. Also, classify the type of sludge from the results of investigating the sludge's physical properties, and select the best improvement method for the sludge from a number of different improvement methods based on the classification results, and follow the selected optimal improvement method.
  • fly ash a by-product produced from a thermal power plant that uses coal
  • fly ash can be effectively used as a material for coal ash granulation.
  • coal ash granulated material which is used as an environmental restoration material at sites with high environmental loads in coastal areas and closed sea areas, can be stably used at low cost.
  • sludge such as tsunami sludge and industrial waste can be used for roadbeds and the like, and it can be provided at low cost as high-quality soil that is enormous for earthquake reconstruction.

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Description

汚泥の改質方法
　本発明は、臭気成分のある汚泥を改質するたに好適な汚泥の改質方法に関する。
　２０１１年に発生した東北太平洋沖地震において、津波が来襲した沿岸域は壊滅的な被害を受けた。地震から１年以上を経過した現在、沿岸域ではガレキの撤去が終わったが、広く津波によってもたらされたヘドロが堆積した状態にあり、人々の生活復興や衛生面からもヘドロの一刻も早い処理が大きな問題となっている。
　一方、地震による地盤沈下や津波による被害等により、沿岸域の道路盛土等の嵩上げ・補強や津波に対応できる堤防の新設など、これらの土構造物に使用する良質な土材料が膨大に必要になることが予想されている。
　そこで、臭気成分のある汚泥・ヘドロの改質により臭気成分の軽減を施した土材料を土構造物に使用することが切望されている。
　特許文献１には、「土壌の改質・改良方法」として、攪拌羽付き混練機に、対象原土及び添加水分を投入してスラリー状もしくはヘドロ状に混練し、スラリーもしくはヘドロ状物に団粒化剤または団粒化剤とフライアッシュを添加し、土壌粒子の結合により塑性復元を行い、次いで土壌結合による粒状径の調節を行う技術が開示されている。
　特許文献２には、「ヘドロ処理物およびヘドロの処理方法」として、ヘドロ中の固形分を分離して得られた脱水ケーキに、少なくとも粒化促進剤を含有せしめた所定量の無機増量剤を、添加・混合して得る技術が開示されている。
　特許文献３には、「土質改良システム」として、土質改良材（例えば、生石灰、石炭灰、セメント、石膏、フライアッシュ、凝集材等の固化材、あるいは適宜それらを混合したもの）が開示されている。
　特許文献４には、「汚泥の固化処理材、それを用いる汚泥の処理方法及び汚泥固化物の再利用方法」として、攪拌混合下にある含水比が１００～３００％の範囲にある泥状の汚泥に対して、その１００重量部当たり、粉末状の汚泥用固化処理材を５～５０重量部の範囲で添加させると、泥状の汚泥が徐々に顆粒状又は粒塊状物に、まだ、ベトベト状ではあるが賦形化固化される技術が開示されている。
　また、含水比が１００～３００％の範囲にある汚泥に、粉末状の汚泥用固化処理材（高分子凝集材、フライアッシュ、セメント、石膏を組み合わせてなる各種の固化材）を添加することが開示されている。
特開２００１－８１４６４公報 特開平５－２２０４９８公報 特開２００３－２６１９６１公報 特開２００５－１３９７３公報
　従来、ヘドロの改良においては、セメント系固化材等の添加（固化材添加量大および高価な特殊セメント）が一般的であるが、対象土の含水比や有機物含有量などの影響で、改良強度にばらつきが多く、強度制御も難しい状況にある。このため、ヘドロ改良に際しては、固化材添加率は高めに設定されることが多い。
　また、東日本大震災における津波により、陸上に運ばれたヘドロ汚泥には、海水のみならず、有機ヘドロ（水産加工場、下水設備などの被害）が混入している。このため、ヘドロ汚泥を再利用するためにはセメント系固化材等による安定処理のような従来工法では、膨大な費用と時間を費やすといった問題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、臭気成分のある汚泥に石炭灰造粒物を混合することで、汚泥の悪臭を抑制することができ、生成時の強度制御を容易に行うことができ、本来廃棄せざるを得ない汚泥を環境に適した土木材料に再生することが可能な汚泥の改質方法を提供することにある。
　上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、少なくとも瓦礫と汚泥とからなる土砂に、少なくとも石炭灰とセメントとからなる石炭灰造粒物を１０％～２５％の添加量で添加して回転混合することにより混合物を生成する混合工程と、前記混合工程により生成された混合物から所定以上の大きさの瓦礫を分別して残留した混合物を改良土として抽出する分別工程と、を備え、前記分別工程により抽出された改良土を築堤材の新設および土構造物に使用することを特徴とする汚泥の改質方法である。
　請求項５記載の発明は、汚泥の物性を調査する調査工程と、前記調査工程の結果から汚泥の種類を分類する分類工程と、前記分類工程の結果に基づいて、複数の異なる改良工法から当該汚泥に最適な改良工法を選択する選択工程と、前記選択工程により選択された最適な改良工法に従って、当該汚泥に石炭灰造粒物を最適な添加量で添加して回転混合することにより混合物を生成する混合工程と、前記混合工程により生成された混合物から所定以上の大きさの瓦礫を分別して残留した混合物を改良土として抽出する分別工程と、前記分別工程により抽出された改良土を土壌に埋設する埋設工程とを備えたことを特徴とする汚泥の改質方法である。
　本発明によれば、少なくとも瓦礫と汚泥とからなる土砂に、少なくとも石炭灰とセメントとからなる石炭灰造粒物を１０％～２５％の添加量で添加して回転混合することにより混合物を生成し、生成された混合物から所定以上の大きさの瓦礫を分別して残留した混合物を改良土として抽出し、抽出された改良土を築堤材の新設および土構造物に使用することで、汚泥の悪臭を抑制することができ、生成時の強度制御を容易に行うことができ、本来廃棄せざるを得ない汚泥を環境に適した土木材料に再生することが可能になる。
　また、汚泥の物性を調査した結果から汚泥の種類を分類し、分類結果に基づいて、複数の異なる改良工法から当該汚泥に最適な改良工法を選択しておき、選択された最適な改良工法に従って、当該汚泥に石炭灰造粒物を最適な添加量で添加して回転混合することにより混合物を生成し、生成された混合物から所定以上の大きさの瓦礫を分別して残留した混合物を改良土として抽出し、抽出された改良土を土壌に埋設することで、汚泥の悪臭を抑制することができ、生成時の強度制御を容易に行うことができ、本来廃棄せざるを得ない汚泥を環境に適した建築材料に再生することが可能になる。
石炭灰造粒物の粒径と重量加積曲線との関係を示すグラフ図である。 石炭灰造粒物の締め固め特性を示すグラフ図である。 石炭灰造粒物の力学特性を示す図である。 改良材として用いられる石炭灰造粒物の諸元を示す図である。 （ａ）（ｂ）は、石炭灰造粒物による硫化物イオン溶出量の抑制効果、吸水効果について説明するためのグラフ図である。 （ａ）（ｂ）は、石炭灰造粒物の外観を示す図である。 （ａ）（ｂ）は、対象土に対する添加率（％）とＣＢＲ（％）との関係を示すグラフ図、対象土に対する添加率（％）とコーン指数（ｋＮ／ｍ２）との関係を示すグラフ図である。 （ａ）（ｂ）は、対象砕石に対する含水比（％）と乾燥密度（ｇ／ｃｍ３）との関係を示すグラフ図、対象砕石に対するＣＢＲ（％）と乾燥密度（ｇ／ｃｍ３）との関係を示すグラフ図である。 本発明の実施形態に係る汚泥の改質方法について説明するためのフローチャートである。 （ａ）（ｂ）は、ビーカーにヘドロを入れた後に石炭灰造粒物の混合または覆砂を行うことを示す図である。 （ａ）（ｂ）は、津波ヘドロに石炭灰造粒物を混合する試験工程について説明するための図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は、室内での強度試験結果について説明するための図である。 室内での大腸菌培養試験の結果について説明するための図である。 （ａ）（ｂ）は、ビーカーに検体を入れた後に石炭灰造粒物を覆砂したことを示す図である。 室内での臭気試験の結果について説明するための図である。 津波堆積ヘドロの性状数度に応じた改良工法を示す図である。 改良工法に応じた石炭灰造粒物の添加量や用途を示す図である。 改良工法を行う際に利用する施工機械を示すシステム図である。 （ａ）（ｂ）は、埋設土に対して転圧試験および臭気試験の結果を示すグラフ図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
　まず、汚泥に混合する石炭灰造粒物（Ｈｉビーズ）について説明する。
　石炭灰造粒物の主原料である石炭灰は、石炭を燃焼させた後に残る残留物であり、フライアッシュとも呼ばれている。このフライアッシュを造粒したＨｉビーズ（大～小粒径）を分級し、細粒分を取り出したものがＨｉビーズ（小粒径）であり、優れた締固め性能を持った材料である。なお、石炭灰造粒物の粒径と重量加積曲線との関係は、図１に示すように、粒径が０．１ｍｍ～３０ｍｍの範囲にあるときに重量加積曲線が０～１００％に分布している。
　石炭灰造粒物を活用することで、空隙の大きい砕石路盤の空隙充填や、含水率の高い軟弱土の吸収させた上で転圧が行えるなど、施工性の改善を図ることができる。
　石炭灰造粒物の特徴は、次の通りである。
（１）一般土砂と比較すると、２割程度軽量な材料である。
（２）図２に示す石炭灰造粒物の締め固め特性のように、最適含水比ｏｐｔ＝４３％と高く、出荷材料の含水比（２３％）から２０％程度の吸水する能力があることから、軟弱土に混合して十分な締固めを行うことができる。
（３）図３に示す石炭灰造粒物の力学特性のように、コーン貫入試験では結果が１３．３Ｎ／ｍ２となり、締固め後の支持力が高い（単体ＣＢＲ＝８１．５％）ことから、締固め後にトラフィカビリティーを確保することができる。
（４）路盤材（バージン材・再生路盤）に混合すると、空隙充填によって高い締固め度を得ることができ、路盤の品質向上・支持力向上を図ることができる。
（５）ダンプトラックでの搬入となるので、セメント等の固化材と異なり、積み置きが可能になる。特別な設備や管理を必要としないため、石炭灰造粒物の仮り置きが可能となる。
　次に、図４を参照して、石炭灰造粒物に求められる事項について説明する。図４は、改良材として用いられる石炭灰造粒物の諸元を示す図である。図４に示すように、石炭灰造粒物は、水銀圧注入法による測定では気孔率が３５％以上、水銀圧注入法による測定では平均細孔半径１５０Å以上、ＪＩＳ＿Ａ＿１１１０に従った試験方法では給水率２０％以上、ＪＩＳ＿Ａ＿１１０４に従った試験方法では表乾密度１．８ｇ／ｃｍ３以下、ＪＩＳ＿Ａ＿１１０４に従った試験方法では実績率６５％以下、ＪＩＳ＿Ａ＿１２０４に従った試験方法では細粒分含有率２０％以下、組成はＳｉＯ２＞５０％、ＣａＯ＞８％である。
　次に、図５（ａ）を参照して、石炭灰造粒物による硫化物イオン溶出量の抑制効果について説明する。図５（ａ）に示すように、例えば４５日目の硫化物イオン（Ｈ２Ｓ－Ｓ）溶出量は、無添加状態では３．０～１１．０（ｍｇＬ－１）であるのに対し、石炭灰造粒物を添加した場合にはほぼ０（ｍｇＬ－１）に抑制することができる。
　次に、図５（ｂ）を参照して、石炭灰造粒物による吸水効果について説明する。図５（ｂ）に示すように、細孔容積４０％（堆積比）で平均細孔半径０．００１１μｍの石炭灰造粒物に対して、半径が１．０×１０－３～１．０×１０－１（μｍ）の範囲において、半径の大きさが大きくなるにつれて、累積細孔体曲線（ｍＬ／ｇ）が小さくなることが理解できる。これに対して、半径が１．０×１０－２～１．０×１０－１（μｍ）の範囲において、Ｌｏｇ微分分布（ｍＬ／ｇ）ではピークを有することが理解できる。一方、半径が１．０×１０－１～１．０×１０２（μｍ）の範囲において、半径の大きさが大きくなるにつれて、累積細孔体曲線（ｍＬ／ｇ）およびＬｏｇ微分分布（ｍＬ／ｇ）が小さくなり０に近づくことが理解できる。
　次に、図６（ａ）、（ｂ）を参照して、石炭灰造粒物の外観について説明する。図６（ａ）は４０ｍｍ以下の石炭灰造粒物の外観写真であり、図６（ａ）は１０ｍｍ以下の石炭灰造粒物の外観写真である。
　次に、石炭灰造粒物を用いて、軟弱土を良質土に改質し、扱い易い土に改良した事例について説明する。低液性限界に分類された「ＣＬ」（ωＬ＝３４．２％、ωＰ＝２０．７％）に対して、石炭灰造粒物を配合して含水比の低下を図り、締め固め性能を向上させている。当該事例において、図７（ａ）は、対象土に対する添加率（％）とＣＢＲ（％）との関係を示すグラフ図であり、図７（ｂ）は、対象土に対する添加率（％）とコーン指数（ｋＮ／ｍ２）との関係を示すグラフ図である。当該事例にあっては、添加率の上昇に応じてコーン指数が向上することが理解できる。
　次に、砕石に石炭灰造粒物を混合した事例について説明する。下層路盤材であるＣ４０砕石（修正ＣＢＲ＝４０（％））に石炭灰造粒物を重量比で３０％配合することにより、修正ＣＢＲ＝９０（％）として上層路盤材に転換して活用した事例である。当該事例において、図８（ａ）は、対象砕石に対する含水比（％）と乾燥密度（ｇ／ｃｍ３）との関係を示すグラフ図であり、図８（ｂ）は、対象砕石に対するＣＢＲ（％）と乾燥密度（ｇ／ｃｍ３）との関係を示すグラフ図である。当該事例にあっては、乾燥密度の上昇に応じて締固め後の支持力（ＣＢＲ）も上昇することが理解できる。
　次に、図９に示すフロー図を参照して、本発明の実施形態に係る汚泥の改質方法について説明する。
　まず、図１０（ａ）、（ｂ）を参照して、ステップＳ１０について説明する。
　ステップＳ１０では、石炭灰造粒物を用いて汚泥（へドロ）を資源化するために汚泥の物性を調査する。
　現場において、津波により発生したヘドロの性状を把握する。ヘドロによる悪臭の抑制、大腸菌の活動の抑制等を目的として改質石炭灰造粒物の配合を選定する。現場への適用工法として、混合、覆砂等を選定する。
　詳しくは、ヘドロの物性把握として、含水率、粒度組成、強熱減量、臭気成分、最近分析、ｐＨ酸化還元電位、溶存無機態リン、溶存無機態窒素、硫化物イオンの夫々の含有量を把握する。
　図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、室内試験において、石炭灰造粒物の配合選定として、ビーカーにヘドロを入れた後に石炭灰造粒物の混合または覆砂（ヘドロを覆う）等を行う。次いで、配合後に臭気測定、強度試験等を実施し、現場での最適な配合を導く（実証試験へ展開）。
　次に、図１１（ａ）、（ｂ）を参照して、津波ヘドロに石炭灰造粒物を混合する試験工程について説明する。津波ヘドロに対して、石炭灰造粒物を混合した後、混合物の臭気成分が半減していること、コーン指数８００ｋＮ／ｃｍ２以上の転圧を行って強度を確認する。
　次に、図１２（ａ）～（ｃ）を参照して、室内での強度試験結果について説明する。
　室内での強度試験では、３種類の特性の異なる被災各地の津波堆積ヘドロ（砂質土、粘性土、高有機粘性土）を対象とし、石炭灰造粒物を２０％混合した強度試験を行った。
　図１２（ａ）は砂質土、図１２（ｂ）は粘性土、図１２（ｃ）は高有機粘性土をそれぞれ対象としており、グラフ図の左側から右方向に、原泥、石炭灰造粒物の混合直後、混合７日後の改良土、再転圧のそれぞれに対して、転圧してコーン指数（ｋＮ／ｍ２）を計測した結果を示す。
　図１２（ｂ）に示すように、粘性土においては混合７日後の改良土の転圧特性が優れている。また、図１２（ａ）、（ｃ）に示すように、砂質土及び高有機粘性土においては再転圧による転圧特性が優れている。
　なお、再転圧を行う場合、混合７日後の試験直後の改良土に対して、砂状に戻してから突き固めを行った。
　次に、図１３を参照して、室内での大腸菌培養試験の結果について説明する。なお、石炭灰造粒物を検体上に覆砂する試験では、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、ビーカーに検体を入れた後に石炭灰造粒物を覆砂した。
　図１３において、検体名として、Ａ地点の下水処理場被災区の津波ヘドロ、Ａ地点の津波ヘドロに石炭灰造粒物を覆砂した結果、Ｂ地点の農耕地区の津波ヘドロ、Ｂ地点の津波ヘドロに石炭灰造粒物を覆砂した結果をそれぞれ示し、初期値、採取３日後、７日後における表面水の大腸菌群数を調べた。７日後の結果に示すように、Ａ地点の下水処理場被災区の津波ヘドロでは２．４×１０３であるのに対し、石炭灰造粒物を混合した結果ではＮＤ（Ｎｏ　Ｄａｔａ：計測不可能）となる優れた結果を得ている。
　次に、図１５を参照して、室内での臭気試験の結果について説明する。
　図１５において、原泥に石炭灰造粒物を混合（加水前）した直後では臭気レベルが約１５００であったのに対して、加水後は約１００に低下したことを示す。図１５に示すグラフ図では、原泥、原泥に２０％の石炭灰造粒物を混合（Ｆ２０混合）、原泥に４０％の石炭灰造粒物を混合（Ｆ４０混合）、原泥に石炭灰造粒物を覆砂（Ｆ覆砂）して密封した結果をそれぞれ示し、１日から１１日までの期間における臭気レベルを示す。
　４日後の結果では、原泥に対して、石炭灰造粒物を混合又は覆砂したものの方が臭気レベルが半減していることが理解できる。また、８日後の結果では、原泥に対して、石炭灰造粒物を混合（４０％）又は覆砂したものでは臭気レベルが半減していることが理解できる。
　図９に戻り、ステップＳ２０では、津波被災地域の環境回復、再生計画を行うために汚泥を分類する。
　被災箇所の調査として、有機物の由来を調査してヘドロを分類する。石炭灰造粒物によるヘドロの改質レベル、利用方法を策定する。当該被災箇所を対象にして、施工量及び施工費を算定する。
　ここで、被災地域の被災状況と堆積ヘドロを分類化し、改質効果を見極め、被災地域の環境回復・再生計画を構築していく。分類に際しては、汚泥に関する少なくとも悪臭レベル、大腸菌群数、泥濘化度、土質分類に基づいて、汚泥の種類を分類する。
　ここで、津波ヘドロを良質の改良土にするためには、次に掲げる事項に配慮する必要がある。
（１）改良対象となる津波ヘドロの性状を把握し、緊急性の度合いや利用方法を鑑み、石炭灰造粒物の改良工法・添加量を配慮する必要がある。
（２）石炭灰造粒物は、屋外での保管が主であり、降雨後に石炭灰造粒物の含水比が高くなり汚泥ヘドロへ添加した後の最適含水比への影響があるため、添加前の含水比管理をする必要がある。
　次に、図９において、ステップＳ３０では、汚泥を分類した結果に応じて当該汚泥に最適な改良工法を選択する。
　図１６、図１７を参照して、石炭灰造粒物の添加量および改良後の用途について説明する。図１６は、津波堆積ヘドロの性状数度に応じた改良工法を示す図である。図１７は改良工法に応じた石炭灰造粒物の添加量や用途を示す図である。
　図１７において、悪臭レベルの度数が大、大腸菌類の度数が多、泥濘化度の度数が高含水、土質分類の度数が粘土系等である場合に、改良工法［１］が適している。
　また、悪臭レベルの度数が大、大腸菌類の度数が多、泥濘化度の度数が低含水に近く、土質分類の度数が中程度等である場合に、改良工法［２］が適している。
　さらに、悪臭レベルの度数が小、大腸菌類の度数が少、泥濘化度の度数が低含水、土質分類の度数が砂質系等である場合に、改良工法［３］が適している。
　図１７において、改良工法［１］は、石炭灰造粒物の添加量を１５％～３５％で、混合工法を採用し、路体や河川堤防の盛土を用途とし、市街地遠方等を利用場所とすることに適している。
　また、改良工法［２］は、石炭灰造粒物の添加量を５％～２５％で、混合工法を採用し、路体や路床や盛土（高規格土構造物）を用途とし、市街地を利用場所とすることに適している。また、改良工法［２］は、石炭灰造粒物の添加量を５％～２５％で、覆砂工法を採用し、一次悪臭封鎖（施工時期を考慮し混合）を用途とし、市街地を利用場所とすることに適している。
　改良工法［３］は、石炭灰造粒物の添加量を５％～２０％で、混合工法を採用し、路体や路床や盛土（高規格土構造物）を用途とし、市街地を利用場所とすることに適している。
　なお、混合工法に用いる施工機械については、従来の固化材改良に使用しているものが十分活用可能であることから、施工性に対しての制約はない。
　このように、改良土の用途に応じて石炭灰造粒物の添加量および改良工法を選択することで、改良土の用途に応じて適切な石炭灰造粒物の添加量および改良工法を選択することができる。
　図１８を参照して、ステップＳ４０について説明する。図１８は、改良工法を行う際に利用する施工機械を示すシステム図である。
　ステップＳ４０では、ステップＳ３０で選択された最適な改良工法に従って、現場での実証試験として、石炭灰造粒物によるヘドロの改質処理を行う。実際に施工機械を用いて、石炭灰造粒物による津波ヘドロの改質実験を実施する。以下、ステップＳ４０について、改良工法［１］を実行するステップＳ５０～Ｓ７０について詳細に説明する。
　まず、ステップＳ５０では、少なくとも瓦礫と汚泥とからなる土砂を改良対象土とし、改良対象土をベルトコンベア１の投入口１ａに投入する。改良対象土はベルトコンベア１により順次に搬送されベルトコンベア２上に転載される。なお、土砂に含まれる汚泥は、含水率が２０％～４５％の範囲であることが好ましい。
　ベルトコンベア１とベルトコンベア２との間には投入口２ａが設けられ、少なくとも石炭灰とセメントとからなる石炭灰造粒物を１０％～２５％の添加量で投入口２ａから投入することで添加する。なお、石炭灰造粒物の大きさは４０ｍｍ以下であることが好ましい。
　改良対象土と石炭灰造粒物はベルトコンベア２により順次に搬送されミキサ３の投入口３ａに投入される。ミキサ３では改良対象土と石炭灰造粒物を回転混合することにより混合物を生成する。ミキサ３の排出口から排出された混合物はベルトコンベア４に転載される。ベルトコンベア４により順次に搬送された混合物はベルトコンベア４の端部に到達し分別機５の投入口５ａに投入される。
　次いで、ステップＳ６０では、分別機５がステップＳ５０により生成された混合物から所定以上の大きさの瓦礫を分別して残留した混合物を改良土として抽出し、分別機５の排出部５ｂから改良土がトラック車両（図示しない）に搭載される。
　次いで、ステップＳ７０では、トラック車両（図示しない）により運搬された改良土を土壌に埋設する。改良土を土壌に埋設した後、転圧機により埋設された土壌の表面に転圧することで、埋設後の改良土の強度を向上させる。
　次に、図１９を参照して、ステップＳ８０について説明する。
　ステップＳ８０では、現地試験を行って施工方法を評価する。具体的には、埋設工程の後に、土壌に埋設された改良土に対して、転圧試験および臭気試験を行うことで評価結果を得る。
　現地計測では、室内試験を行った結果に応じて採用した工法に関する再現性を評価する。施工方法の評価を行い、施工コストの算定も併せて行う。石炭灰造粒物による津波ヘドロの改良については、実際に小規模な現場実験（図１８参照）を行い、各工法による効果を確認した。
　次に、図１９（ａ）を参照して、現地での強度試験結果について説明する。
　現地での強度試験では、被災各地の津波堆積ヘドロを対象とし、石炭灰造粒物を１０％、２０％、２５％混合して強度試験を行った。
　図１９（ａ）に示すように、津波堆積ヘドロに石炭灰造粒物を１０％、２０％、２５％混合しておき、石炭灰造粒物の混合直後、混合７日後、再転圧のそれぞれに対して、転圧してコーン指数（ｋＮ／ｍ２）を計測した結果を示す。図１９（ａ）に示すように、石炭灰造粒物を２５％混合してから７日後の改良土の転圧特性が優れている。
　次に、図１９（ｂ）を参照して、現地での臭気試験結果について説明する。
　図１９（ｂ）において、原泥の臭気レベルが約５００であったのに対して、原泥に１０％の石炭灰造粒物を混合、原泥に２０％の石炭灰造粒物を混合、原泥に２５％の石炭灰造粒物を混合した直後の臭気レベルは、それぞれ約２８０、約２００、約２２０であることを示す。
　このように、原泥に対して、石炭灰造粒物を混合したものの方が臭気レベルがほぼ半減していることが理解できる。
　次に、ステップＳ９０について説明する。
　ステップＳ９０では、ヘドロを浄化するための対策技術として、ステップＳ５０～８０の成果により、石炭灰造粒物によるヘドロを浄化するための技術の実用化を図る。改良対象となる津波ヘドロの性状に応じて、石炭灰造粒物による改良工法や添加量を定量的に決定する手法を当該現場に合わせて再構築する。具体的には、ステップＳ８０において行った転圧試験および臭気試験の評価結果を得る。この評価工程の結果に応じて、石炭灰造粒物の添加量および改良工法を再構築する。
　例えば、転圧試験の結果に応じて石炭灰造粒物の添加量を増減調整する。また、臭気試験の結果、埋設土の周辺で臭気が多い場合は石炭灰造粒物を覆砂してもよい。
　本発明の実施形態によれば、臭気成分のある汚泥に石炭灰造粒物を混合することで、汚泥の悪臭を抑制することができ、生成時の強度制御を容易に行うことができ、本来廃棄せざるを得ない汚泥を環境に適した建築材料に再生することが可能になる。
　また、汚泥の物性を調査した結果から汚泥の種類を分類し、分類結果に基づいて、複数の異なる改良工法から当該汚泥に最適な改良工法を選択しておき、選択された最適な改良工法に従って、当該汚泥に石炭灰造粒物を最適な添加量で添加して回転混合することにより混合物を生成し、生成された混合物から所定以上の大きさの瓦礫を分別して残留した混合物を改良土として抽出し、抽出された改良土を築堤材の新設および土構造物に使用することで、汚泥の悪臭を抑制することができ、生成時の強度制御を容易に行うことができ、本来廃棄せざるを得ない汚泥を環境に適した建築材料に再生することが可能になる。
　さらに、石炭を利用する火力発電所から産出される副産物のフライアッシュを石炭灰造粒物の材料として有効に利用することができる。また、沿岸域・閉鎖性海域等で環境負荷が高い地点の環境修復材として活用されている石炭灰造粒物を安価に安定的に利用可能となる。さらに、本来、津波ヘドロや産業廃棄物等の汚泥を路床等に活用することができ、震災復興に膨大な量となる良質土として安価で提供が可能となる。
　１…ベルトコンベア、１ａ…投入口、２…ベルトコンベア、２ａ…投入口、３…ミキサ、３ａ…投入口、４…ベルトコンベア、５…分別機、５ａ…投入口、５ｂ…排出部

Claims (8)

  1. 　少なくとも瓦礫と汚泥とからなる土砂に、少なくとも石炭灰とセメントとからなる石炭灰造粒物を１０％～２５％の添加量で添加して回転混合することにより混合物を生成する混合工程と、
    　前記混合工程により生成された混合物から所定以上の大きさの瓦礫を分別して残留した混合物を改良土として抽出する分別工程と、
    　前記分別工程により抽出された改良土を築堤材の新設および土構造物に使用することを備えたことを特徴とする汚泥の改質方法。
  2. 　前記石炭灰造成物の大きさは、４０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の汚泥の改質方法。
  3. 　前記土砂に含まれる汚泥は、含水率が２０％～４５％の範囲であることを特徴とする請求項１又は２記載の汚泥の改質方法。
  4. 　前記汚泥は、ヘドロであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の汚泥の改質方法。
  5. 　汚泥の物性を調査する調査工程と、
    　前記調査工程の結果から汚泥の種類を分類する分類工程と、
    　前記分類工程の結果に基づいて、複数の異なる改良工法から当該汚泥に最適な改良工法を選択する選択工程と、
    　前記選択工程により選択された最適な改良工法に従って、当該汚泥に石炭灰造粒物を最適な添加量で添加して回転混合することにより混合物を生成する混合工程と、
    　前記混合工程により生成された混合物から所定以上の大きさの瓦礫を分別して残留した混合物を改良土として抽出する分別工程と、
    　前記分別工程により抽出された改良土を土壌に埋設する埋設工程とを備えたことを特徴とする汚泥の改質方法。
  6. 　前記分類工程は、当該汚泥に関する少なくとも悪臭レベル、大腸菌群数、泥濘化度、土質分類に基づいて、当該汚泥の種類を分類する、ことを特徴とする請求項５記載の汚泥の改質方法。
  7. 　前記選択工程では、前記改良土の用途に応じて前記石炭灰造粒物の添加量および改良工法を選択する、ことを特徴とする請求項５記載の汚泥の改質方法。
  8. 　前記埋設工程の後に、前記土壌に埋設された改良土に対して、転圧試験および臭気試験を行う評価工程と、
    　前記評価工程の結果に応じて、前記石炭灰造粒物の添加量および改良工法を再構築する再構築工程とを備えたことを特徴とする請求項５記載の汚泥の改質方法。
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