(57)【要約】【課題】  噴射攪拌工法などによる地盤改良工事で発生する強アルカリ性建設汚泥は、ｐＨ１２．５以上を示し、さらにｐＨ１３を超えるものも多い。これを中和処理しようとすると多大な量の酸性物質を必要とする。これらの建設汚泥は曝気養生によるｐＨ低減を図っても、なかなかｐＨ値が低減せず、中和処理に際し、多量の酸性物質を必要とし、長期間の曝気期間を要する。【解決手段】  排泥直後の建設汚泥に対し一次処理として塩化物を加え、１〜２日後に、二次処理として塩化物またはリン酸化合物を加えることで、強アルカリ性水酸化物の発生を抑制する。さらに一次処理においてアルミン酸ナトリウムを添加することで、水和反応を促進させ、曝気養生期間を短縮し、曝気養生後の中和処理に必要な酸性物質の所要量を大幅に減じることができる強アルカリ性建設汚泥の処理方法である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強アルカリ性建設汚泥の中和に必要な酸性物質の所要量を減じることを目的とし、建設汚泥に塩化物を加える処理方法。
【請求項２】
排出直後に塩化物を加える一次処理を実施、１〜２日後にさらに塩化物を加える二次処理を実施することを特徴とする請求項１に記載の処理方法。
【請求項３】
二次処理に、塩化物に代えてリン酸化合物を加える請求項２に記載の処理方法。
【請求項４】
一次処理または二次処理の際に塩化物に加えて、さらにアルミン酸ナトリウムを加える請求項１に記載の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、噴射攪拌工法などによる地盤改良工事から排出する強アルカリ性建設汚泥中の強アルカリ性物質の生成を抑制し、さらにアルカリ成分の溶出を極力抑え、中和に必要とする酸性物質の所要量が極めて少ない、強アルカリ性建設汚泥の中和を目的とした処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  地盤改良等における建設汚泥は、固化材として用いるセメントや添加剤などにより強アルカリ性を示す。このような強アルカリ性建設汚泥を中和するためには理論上、等量の酸を要する。また、セメントや固化材は水和反応の過程において様々なアルカリ性物質を経時的に生成する。このため、アルカリ性建設汚泥を排出時に中和するためには、理論上の数量より何倍もの酸性物質を必要とする。このように強アルカリ性建設汚泥を中和処理するには多大な量の酸を必要とし経済性が劣ることから、強アルカリ性のまま再利用または搬出されているのが現状である。【０００３】  建設汚泥の再利用は処分地の残余期間が逼迫していることなどから促進されるべきではあり、本来産業廃棄物として取り扱わなければならないこれらの建設汚泥を盛土材料等として再利用することができるよう、国の指針が示されている。しかし強アルカリ性のまま利用した場合、植生への影響や周辺環境へのアルカリ水の流出といった問題が生じる。
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  このような建設汚泥を排出時点で中和しようとする場合、例えばリン酸二水素カルシウムを加え排水規準であるｐＨ８．６以下まで中和すると、１ｍ３あたり５００ｋｇ以上を要し、その中和コストは建設汚泥の廃棄処分費を大きく上回ってしまう。
【０００５】  強アルカリ性泥土を経済的に中和処理する手法としては、一定期間曝気養生を行った後に酸を用いて中和する方法がある。曝気養生とは泥土をバックホウなどの機械を用い、頻繁に攪拌することで、強アルカリ性の原因物質である水酸化物を大気中の二酸化炭素と接触させ炭酸塩とし、ｐＨの低減を図るための作業をいう。ｐＨ値はｐＨ＝−ｌｏｇ１０［Ｈ＋］で示される通り、曝気養生を実施する事によりｐＨ値が１〜３程度減じた場合、中和処理に必要な酸性物質の使用量を大幅に減じ、経済的に中和処理することが可能になる。
【０００６】  しかし、建設汚泥中に含まれるセメントや添加剤の量によっては曝気養生に要する期間が数ヶ月以上要することもあり、建設汚泥のストックヤードや工期の確保が新たな問題となり、中和処理の妨げになっている。
【０００７】  また昨今の地盤改良は要求される耐震強度が大きくなり、それに伴い要求される強度を得るために様々な添加剤が開発されている。結果として一般的なポルトランドセメントや高炉セメントを主原料とした固化材が添加された建設汚泥の排出時ｐＨはｐＨ１２．６程度であるのに対し、昨今の建設汚泥はｐＨ１３を超えるものが多い。一般的なセメントに含まれる水酸化カルシウムの飽和水溶液はｐＨ１２．６程度であることから、これを超える建設汚泥中には添加剤の影響により他の強アルカリ性水酸化物、例えば水酸化ナトリウムなどが生成され、これが中和処理を一層困難なものにしている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  本発明は、建設汚泥に含まれる強アルカリ物質の生成を抑制すること、さらに水和反応を促進させ余剰なアルカリ物質の溶出を抑えることで、曝気養生期間を減じ、曝気養生後の中和処理に必要な酸性物質の所要量を大幅に減じるものである。
【０００９】  本発明は、セメントの水和反応が急激に進行し様々反応物質が生成される１〜２日間について、排出直後に一次処理を実施、１〜２日後に二次処理を実施することを特長とする。
【００１０】  セメントの水和反応における化学物質それぞれの化学反応式は未だ完全に解明されておらず、本発明においても、発明の作用を特定し化学反応式として明らかにすることを主眼とするものではない。
【００１１】  一次処理では、塩化物を加えることで強アルカリ性水酸化物をアルカリ度の低い塩化化合物に処理することでｐＨ値を減じる。塩化物としては、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化アルミニウム、塩化マグネシウムなどを使用することができる。これらの塩化物はアルカリ性を示すため、使用量は建設汚泥１立方メートルに対し、１００ｋｇ以下とすることが望ましい。
【００１２】  さらに、一次処理において水和反応を促進させることを目的に、アルミン酸ナトリウムを加えることができる。アルミン酸ナトリウムは水酸化カルシウムの水和反応を促進させ、一定期間を経た曝気養生後の建設汚泥の中和処理におけるアルカリ成分の溶出量を減じることで、中和に必要な酸の所要量を減じることができる。アルミン酸ナトリウムは強アルカリ性であることから、使用量は建設汚泥１立方メートルあたり１ｋｇ以下とすることが望ましい。
【００１３】  一次処理で用いる材料は、粉末であってもよいし、あらかじめ水溶液として加えてもよい。また、あらかじめ二つの材料を混合した状態で供することもできる。
【００１４】  二次処理では、前述の塩化物を再度加え、水和反応の進行に伴い経時的に生成される強アルカリ性水酸化物を塩化物に処理しｐＨ値を減じる。
建設汚泥は、地盤改良の要求品質によって様々な配合で施工され、その結果排出されるものであるから、現場ごとに異なる性状を持つ。一次処理後において塩化物を加えた直後にｐＨ１２．０以下を示すような建設汚泥の場合、二次処理においては塩化物に代えリン酸化合物を加えることができる。
【００１５】  リン酸化合物としては、リン酸二水素カルシウム、燐酸二水素ナトリウムや過リン酸石灰等を利用できる。リン酸化合物は水和反応の過程で生じる余剰な水酸化カルシウムをリン酸カルシウムとし、曝気処理に必要な養生期間を縮減する。ここで用いるリン酸化合物は中和を目的とするものではなく、多量に用いると水和反応を阻害し硬化し難くなるため曝気養生における大気との接触機会が低減するので、建設汚泥１立方メートルあたり５０ｋｇ以下とすることが望ましい。
【００１６】  一次処理および二次処理された建設汚泥は、必要に応じて吸水剤や石膏などの中性の固化剤を用い再利用の際に必要とされる品質に改良することができる。
【００１７】  上記のように処理された直後の建設汚泥は、未処理の建設汚泥に比較してｐＨ値で１〜２程度低減し安定する。
【００１８】  本発明による処理を加えた建設汚泥は、ストックヤードに集積し曝気養生を開始する。養生期間は２〜５週間程度確保することが望ましい。
【００１９】  曝気養生期間中は、バックホウや土質改良機等を用い、建設汚泥が十分大気と接触するよう、ときどき攪拌することが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】  本発明により処理された建設汚泥は、初期ｐＨ値が未処理の建設汚泥より低く、水和反応が促進され、結果として水酸化物の溶出が減じることから曝気養生期間が短縮され、早期に中和処理を行うことができる。
【００２１】  本発明により処理された建設汚泥は、２〜５週間程度での曝気養生期間を経てｐＨ１０〜ｐＨ１１程度まで低減する。この程度のｐＨ値まで低減した建設汚泥を、排水基準であるｐＨ８．６以下まで中和するために要する酸性物質の所要量は、例えばリン酸二水素カルシウムを使用した場合、１立方メートルの建設汚泥に対し４０〜８０ｋｇとなる。
【００２２】  曝気養生期間をさらに長期間確保することで、建設汚泥のｐＨ値をさらに減じ、中和に必要な酸性物質の所要量を減少させることもできる。
【実施例】
【００２３】  高圧噴射攪拌工法で排出される強アルカリ性建設汚泥を用いて、一次処理および２次処理実験を行った。この建設汚泥は排出直後にｐＨ１２．８７を示した。この建設汚泥に塩化カルシウムを１立方メートルあたり６０ｋｇの割合で加えたところｐＨ１１．９５を示した。さらに二次処理として２４時間経過した時点で塩化カルシウムを１立方メートルあたり４０ｋｇ加えたところｐＨ１１．４５を示した。一方、未処理の試料は水和反応の進行とともにｐＨ値は大きく上昇し、２４時間後にｐＨ１３．５７を示した。これらの結果を表１に示す。なお試料は、水和反応の進行に伴い２４〜３６時間以降、硬化をはじめるため適宜破砕し同体積の精製水を加えｐＨを測定した。実験結果を表１に示す。【００２４】
【表１】
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【００２５】  表１のデータをグラフとして示すものが図１である。未処理の建設汚泥は初期ｐＨ１２．８７であったものが、２４時間後にｐＨ１３．５７を示す。これは水和反応の経過に伴いｐＨ１３を超える強アルカリ性物質が生成されることを示している。一方、一次処理された試料は塩化カルシウムを加えた直後にｐＨ１１．９５を示す。その後、ｐＨ値はリバウンドするが、２４時間経過した段階で二次処理として塩化カルシウムを加えると、ｐＨ１１．５〜ｐＨ１１．６程度まで下降し、その後安定する。【００２６】  同じ建設汚泥を用い、二次処理の際に塩化カルシウムに代えてリン酸二水素カルシウムを１立方メートルあたり４０ｋｇ加えた実験を実施した。リン酸二水素カルシウムはｐＨ２．７４を示す酸性物質であることから、酸の影響を受け添加直後にｐＨ１０．８９を示した。その後ｐＨ値はリバウンドするが、二次処理後２４時間経過した段階で、二次処理に塩化カルシウムを加えた試料と近似的なｐＨ値を示しほぼ安定した。実験結果を表２に示す。【００２７】
【表２】
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【００２８】  本発明による一次処理および二次処理した試料は２〜３日間経過すると硬化するため、試料を細かく破砕し、プラスチック容器に取り入れ５週間曝気養生した。曝気期間中、３日に一度容器から取り出し攪拌した後、再び容器に戻す作業を繰り返した。曝気養生期間中に適宜試料を採取しｐＨ値を測定した。測定結果を表３に示す。【００２９】
【表３】
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▲１▼は、未処理泥土である。
▲２▼は、排泥直後に一次処理として塩化カルシウムを６０ｋｇ／ｍ３加え、２４時間経過後に、二次処理として塩化カルシウムを４０ｋｇ／ｍ３加えたものである。
▲３▼は、排泥直後に一次処理として塩化カルシウム６０ｋｇ／ｍ３を加え、２４時間経過後に二次処理としてリン酸二水素カルシウムを４０ｋｇ／ｍ３加えたものである。
▲４▼は、▲２▼の一次処理の際に、塩化カルシウムに加え、アルミン酸ナトリウム１ｋｇ／ｍ３を添加したものである。
▲５▼は、▲３▼の一次処理の際に、塩化カルシウム加え、アルミン酸ナトリウム１ｋｇ／ｍ３を添加したものである。【００３０】  図２は表３のデータをグラフで示したものである。各試料に含まれる水酸化カルシウムおよび他のアルカリ性の水酸化物は、大気中の二酸化炭素と化学反応し炭酸塩に変化する作用によりｐＨ値が低減した。アルミン酸ナトリウムを加えていない試料▲２▼および▲３▼は、未処理の試料と相関性の高いｐＨ低減傾向を示した。しかし、本発明による処理を実施した試料は初期値が低いことから、結果として３５日間の曝気養生後のｐＨ値は１〜２程度低い値を示した。一方、アルミン酸ナトリウムを一次処理において１立方メートルあたり１ｋｇを加えた試料▲４▼および▲５▼は、曝気養生開始後２〜３週を経た段階で著しいｐＨ低減を示し、未処理試料に比べ最大でｐＨ値として２．５の差を生じた。【００３１】  曝気養生期間３５日を経過した試料に対し、リン酸二水素カルシウムを用いて中和実験を実施した。試験結果を表４に示す。中和に用いる酸性物質は適宜選択すればよく、リン酸二水素カルシウムのほかに例えば希硫酸、硫酸第一鉄などがあげられる。【００３２】
【表４】
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▲１▼は、未処理泥土である。
▲２▼は、排泥直後に一次処理として塩化カルシウムを６０ｋｇ／ｍ３加え、２４時間経過後に、二次処理として塩化カルシウムを４０ｋｇ／ｍ３加えたものである。
▲３▼は、排泥直後に一次処理として塩化カルシウム６０ｋｇ／ｍ３を加え、２４時間経過後に二次処理としてリン酸二水素カルシウムを４０ｋｇ／ｍ３加えたものである。
▲４▼は、▲２▼の一次処理の際に、塩化カルシウムに加え、アルミン酸ナトリウム１ｋｇ／ｍ３を添加したものである。
▲５▼は、▲３▼の一次処理の際に、塩化カルシウム加え、アルミン酸ナトリウム１ｋｇ／ｍ３を添加したものである。【００３３】  本発明により処理された強アルカリ性建設汚泥を、リン酸二水素カルシウムを用いて中和した場合の所要量について図３を用いて説明する。未処理の試料はリン酸二水素カルシウムを１２０ｋｇ／ｍ３加えた場合でもｐＨ９．６５に留まった。一次処理で塩化カルシウムを加え、二次処理において塩化カルシウムまたはリン酸二水素カルシウムを加えた試料（▲２▼及び▲３▼）はｐＨ８．５まで中和するために要する所要量は建設汚泥１立方メートルに対し８０〜９０ｋｇとなった。さらに一次処理においてアルミン酸ナトリウムを併用した試料（▲４▼及び▲５▼）は、建設汚泥１立方メートルに対し５０ｋｇ程度の添加量でｐＨ８．５となった。【００３４】  以上により、本発明により処理された強アルカリ性の建設汚泥は、一定の曝気養生期間内において未処理のものと比較してｐＨ低減効果が大きく、結果として酸の所要量を大幅に縮減することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】  本実施例における一次処理および二次処理に塩化カルシウムを加えた時のｐＨ値の変化を示す。排泥直後の一次処理においては１立方メートルあたり６０ｋｇを、排泥から２４時間経過した段階で、二次処理として４０ｋｇ相当量を加えた。
【図２】  本実施例における一次処理および二次処理後の曝気養生期間中のｐＨ値の変化を示す。▲１▼は、未処理泥土である。▲２▼は、排泥直後に一次処理として塩化カルシウムを６０ｋｇ／ｍ３加え、２４時間経過後に、二次処理として塩化カルシウムを４０ｋｇ／ｍ３加えたものである。▲３▼は、排泥直後に一次処理として塩化カルシウム６０ｋｇ／ｍ３を加え、２４時間経過後に二次処理としてリン酸二水素カルシウムを４０ｋｇ／ｍ３加えたものである。▲４▼は、▲２▼の一次処理の際に、塩化カルシウムに加え、アルミン酸ナトリウム１ｋｇ／ｍ３を添加したものである。▲５▼は、▲３▼の一次処理の際に、塩化カルシウム加え、アルミン酸ナトリウム１ｋｇ／ｍ３を添加したものである。
【図３】  本実施例における曝気養生期間３５日を経過した試料をリン酸二水素カルシウムにより中和した時の中和曲線である。▲１▼は、未処理泥土である。▲２▼は、一次処理で塩化カルシウムを６０ｋｇ／ｍ３加え、二次処理では塩化カルシウムを４０ｋｇ／ｍ３加えたものである。▲３▼は、一次処理で塩化カルシウムを６０ｋｇ／ｍ３、二次処理ではリン酸二水素カルシウムを４０ｋｇ／ｍ３加えたものである。▲４▼は、▲２▼の一次処理の際に、塩化カルシウムに加え、アルミン酸ナトリウム１ｋｇ／ｍ３を添加したものである。▲５▼は、▲３▼の一次処理の際に、塩化カルシウム加え、アルミン酸ナトリウム１ｋｇ／ｍ３を添加したものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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