(57)【要約】【課題】  従来の石灰混入処理の問題点を解決し、今後も多量に発生することが予想されるベントナイト汚泥を簡便、効率的に建設残土としての自然投棄が可能とされ、さらには低コストでの産業・社会資源としての再利用も可能とされる新しい汚泥処理剤及びこれを用いた処理手段を提供すること。【解決手段】  高炉セメントとアルミナセメントとを含むことを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉セメントとアルミナセメントとを含むことを特徴とする汚泥処理剤。
【請求項２】
シリカヒュームを含むことを特徴とする請求項１に記載の汚泥処理剤。
【請求項３】
クエン酸を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の汚泥処理剤。
【請求項４】
リン酸、カリウム、流安のうちの少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の汚泥処理剤。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の汚泥処理剤をベントナイト汚泥に混合することを特徴とする汚泥の処理方法。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか一項に記載の汚泥処理剤を産業・社会資源として利用可能とすることを特徴とする汚泥の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド工法汚泥等として多量の水分を含み産業廃棄物として扱われている汚泥を、普通の土砂の建設残土として自然界への投棄処分を可能とし、さらにはエコセメントや建設資材、土木資材等としての産業・社会資源としての利用も可能とする、汚泥処理剤及びこれを用いた汚泥の処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ビル建設のための杭打ちや掘削、シールド工法等による地下トンネルの掘削等においては、掘削壁、掘削孔壁の崩れの防止、止水、さらには掘削作業の効率化等のために大量の含水ベントナイトが使用されている。この含水ベントナイトを使用した後においては多量の水分を含んだ汚泥が発生する。このようなベントナイト汚泥は産業廃棄物に指定されており、その処分が大きな問題となる。
【０００３】
そこで、従来では、ベントナイト汚泥を産業廃棄物中間処理場へと搬入し、石灰等を含むポルトランドセメント又はこのポルトランドセメントを主とする混合セメント、又はこれらに類似する固化剤を混入し、水分を吸収させ、産業廃棄物から普通土砂、即ち建設残土として自然界に投棄している。
【０００４】
この処理方法は、ベントナイト汚泥に、上記ポルトランドセメント等の石灰成分を混入して水分と反応させ、９５℃程度の高熱を発生させることで水分を蒸発させ、結果的に水分を除去し、固化させることにより建設残土としての通常の土になるとの考えに基づいている。
【０００５】
しかしながら、ベントナイト汚泥に上記ポルトランドセメント等の石灰成分を混入して水分を蒸発させて固化させた処理後の土には六価クロムが含まれている場合がある。これは、ポルトランドセメント等に含まれている三価クロムが、処理過程においてその材料を高温で処理する際に六価クロムに変化し、当該処理後の固化物に混合されるからである。なお、通常、六価クロムは、セメントが水和反応をおこす際に固化され溶出しないが、固化処理の際に水和反応を阻害する腐植土や火山灰質粘性土が混入した場合には、十分固化されずに六価クロムが溶出する。また、ポルトランドセメント等の石灰成分を混入して固化処理した土は高アルカリ性であるため、重金属の溶出とともに田畑や河川を汚染する虞がある。そのため、それらの弊害を防ぎながら安価に製造可能な汚泥処理剤及び処理方法の開発が求められている。
【０００６】
ベントナイト汚泥の処理については、これまでにもいくつかの改善提案がなされている。例えば、石灰混入後に起泡剤を添加し、焼成して多孔性軽量骨材として利用すること(特許文献１)や、酸化鉄、硫酸、硫酸カルシウムを主体とする酸性混合物、さらには鉄族金属触媒をも添加して、建設・土木資材として利用すること(特許文献２)等が提案されている。
【０００７】
しかしながら、これらの提案は、多量のベントナイト汚泥の処理としては実際的ではなく、複雑な工程やコスト増大等の問題が解消されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−３２６７６号公報
【特許文献２】特開２００３−１０８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、従来の石灰混入処理の問題点を解決し、今後も多量に発生することが予想されるベントナイト汚泥を簡便、効率的に建設残土としての自然投棄が可能とされ、さらには低コストでの産業・社会資源としての再利用も可能とされる新しい汚泥処理剤及びこれを用いた処理手段を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記課題を解決する手段として以下のことを提供する。
【００１１】
＜1＞高炉セメントとアルミナセメントとを含むことを特徴とする汚泥処理剤。
＜２＞シリカヒュームを含むことを特徴とする＜１＞に記載の汚泥処理剤。
＜３＞クエン酸を含むことを特徴とする＜１＞又は＜２＞に記載の汚泥処理剤。
＜４＞リン酸、カリウム、流安のうちの少なくとも一種を含むことを特徴とする＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の汚泥処理剤。
＜５＞上記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の汚泥処理剤をベントナイト汚泥に混合することを特徴とする汚泥の処理方法。
【００１２】
＜６＞上記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の汚泥処理剤を産業・社会資源として利用可能とすることを特徴とする汚泥の処理方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、従来の石灰混入処理の問題点を解決し、シールド工法汚泥等として今後も各種の建設・土木施工現場から多量に発生することが予想されるベントナイト汚泥を簡便、効率的に建設残土としての自然投棄が可能とされ、さらには低コストでの産業・社会資源としての再利用も可能とされる新しい汚泥処理剤及び、この汚泥処理剤による処理方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の汚泥処理剤は、その構成において高炉セメントとアルミナセメントとを混合して含むことを必須としている。
【００１５】
本実施形態の汚泥処理剤に用いる高炉セメントは、ポルトランドセメントに製鉄業における溶鉱炉で副生する高炉スラグ微粉末を混合した混合セメントである。高炉セメントは、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１１で、Ａ種、Ｂ種、Ｃ種の種類が規定されており、Ａ種は高炉スラグ微粉末の含有量が５質量％〜３０質量％、Ｂ種は３０質量％〜６０質量％、Ｃ種は６０質量％〜７０質量％と定められている。本実施形態の汚泥処理剤では、上記Ａ種〜Ｃ種のいずれの高炉セメントでも用いることができるが、入手の容易性やコストの観点から、一般に流通し使用されているＢ種を好適に用いることができる。高炉セメントは、六価クロムの含有量が比較的少なく、六価クロム等の重金属化合物の溶出が少ないという特徴を有している。また、高炉セメントのｐＨは通常１２程度であり、ポルトランドセメントに比べてアルカリ度が低くいため、例えば、ｐＨ調整剤成分の配合割合を低く抑えることができる。
【００１６】
本実施形態の汚泥処理剤に用いるアルミナセメントは、アルミナ源としてのボーキサイト、高アルミナ質、及び精製アルミナ等と、カルシア源としての石灰石や生石灰（カルシウム分）等を混合若しくは混合粉砕して、所定の成分割合に調整し、１３００〜１８００℃の温度で焼成あるいは溶融、硬化させた後に粉砕することで得られるセメントである。一般的なアルミナセメントの主成分は、Ａｌ２Ｏ３：３５〜４３質量％、ＣａＯ：３６〜４２質量％，ＳｉＯ２：５〜１０質量％，Ｆｅ２Ｏ３：５〜１５質量％である。
【００１７】
本発明の汚泥処理剤における、上記必須成分の高炉セメント及びアルミナセメントは、いずれもベントナイト汚泥等の水分との反応において固化力が大きく、さらに固化時の発熱量が大きいため、水分を蒸発させ水分除去に有効である。
【００１８】
高炉セメントとアルミナセメントの配合割合については、処理対象とするベントナイト汚泥の水分比、ベントナイトそのものの性状等を考慮して決めることができるが、一般的には、汚泥処理剤１００質量％に対して、高炉セメント８０〜９８質量％、好ましくは８０〜９５質量％、アルミナセメント２．０〜２０質量％、好ましくは２．０〜８．０質量％の範囲が考慮される。
【００１９】
また、本実施形態の汚泥処理剤には、シリカヒュームを含有させることができる。シリカヒュームとは、金属シリコンやフェロシリコン等のシリコンアロイを溶解して製造する際に発生するＳｉＯ２ガス及びＳｉＯ２ミストを集塵機等で捕捉した副生物である球状の非晶質シリカである。シリカヒュームの主成分は非晶質ＳｉＯ２であり、他の少量成分として、通常、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ、ＴｉＯ２等を含む。
【００２０】
シリカヒュームの大きさは特に限定されないが、通常、平均粒径０．１〜０．２μｍ程度のものを好適に用いることができる。なお、ここで平均粒径は、市販のレーザー回折・散乱式粒度分布測定装置を用いて、レーザー回折・散乱法による粒度分布の測定値から、累積分布によるメディアン径（ｄ５０、体積基準）として求めることができる。
【００２１】
シリカフュームの配合割合は、通常、汚泥処理剤１００質量％に対して、２．０〜８．０質量％の範囲が考慮される。シリカフュームを上記範囲で配合することにより、ボールベアリング効果による汚泥に対する分散性を向上させることができる。また、シリカフュームは、セメントとのポゾラン反応によりカルシウムシリケート水和物を生成し、硬化体を緻密化させることができる。
【００２２】
さらに、シリカヒュームはｐＨが５程度の弱酸性であるため、アルカリ性の上記高炉セメント及びアルミナセメントと共に用いることによりｐＨ調整剤として機能させることができる。
【００２３】
また、本実施形態の汚泥処理剤には、クエン酸を含有させることができる。クエン酸の配合割合は、通常、汚泥処理剤１００質量％に対して、０．５〜３．０質量％の範囲が考慮される。クエン酸は、ｐＨ２．８の弱酸性であり、ｐＨ調整剤として機能するほか、消臭効果を発現させることができる。
【００２４】
また本発明では、汚泥処理剤を用いてベントナイト汚泥を処理した普通土をリサイクル土として使用した場合、植物の育成に適したリサイクル土とすることを目的として、リン酸、カリウム、流安（硫酸アンモニウム）のうちの少なくとも一種を配合させることができる。リン酸、カリウム、流安は、各々が植物に対して必要な栄養素であり、これらの何れかを配合させることにより処理後のリサイクル土を一般土として自然投棄した場合に、植物の育成を阻害することなく、エコロジーに有用な社会資源としての利用可能な汚泥処理剤とすることができる。
【００２５】
上記三種の成分の配合割合は、目的とする土壌改質適正に応じて適宜決定することができ、特に限定されるものではないが、通常、汚泥処理剤１００質量％に対して、リン酸０．２〜０．７質量％、カリウム０．１〜０．７質量％、流安０．２〜０．９質量％の範囲が考慮される。
【００２６】
なお、本発明の汚泥処理剤を適用する汚泥としては、主としてベントナイト汚泥を対象とする。ベントナイトは粘土の一種であり、水との親和力が強く、その懸濁液が連続地中壁工法やトンネル掘削のシールド工法等に人口汚水として用いられるが、本発明においては、ベントナイトの施工後に回収される各種のものも含まれる。ベントナイト汚泥には、例えば、回収ベントナイトとともにセメントミルクや掘削された地盤、地中の土砂も含まれていてもよい。
【００２７】
ベントナイト汚泥の処理においては、本発明の汚泥処理剤を質量比で、ベントナイト汚泥：汚泥処理剤として８０〜９８：２〜２０を目安とすることができる。ベントナイト汚泥に汚泥処理剤を投入後に攪拌し、その後２０時間前後放置することで自然残土とすることができる。
【００２８】
本発明についての実際的な態様を例示すると以下のとおりである。
まず、以下の各成分の配合割合で汚泥処理剤を調整した。
高炉セメント：８７．５質量％
アルミナセメント：５質量％
シリカヒューム：５質量％
クエン酸：１．７５質量％
リン酸：０．２５質量％
カリウム：０．１５７質量％
流安：０．３５質量％
【００２９】
次に、含水率５０％、４０％、３０％、２０％のベントナイト汚泥を準備して、各々のベントナイト汚泥８５質量％に対して、上記汚泥処理剤を１５質量％を添加して撹拌し、その固化までの時間を測定した。その平均固化時間の結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
2019209261.tif 000002
【００３１】
上記の結果から、本発明の汚泥処理剤は、含水率５０％のベントナイト汚泥に対してもそのまま適用可能であり、特に含水率が低い含水率２０％ベントナイト汚泥に対しては短時間で固化処理が可能であることが確認された。
また、処理後の汚泥は、高炉セメントとアルミナセメントとの水熱反応により固化した、建設残土として自然投棄が可能な土の形態になっていることが確認された。また、処理後の土からは、重金属は検出されなかった。
【００３２】
また、本発明の汚泥処理剤による汚泥１ｍ３当たりの処理費用の単価は、汚泥：汚泥処理剤の比率９７：３で６００〜１０００円、９５：５で１０００〜１６００円、９０：１０で２０００〜３０００円であり、現在一般に流通している処理剤による処理費用の５０００円以上に比べて非常に安価である。
【００３３】
本発明の汚泥処理剤によれば、処理後の土は通常の建設残土として自然界に投棄することができ、しかも、従来の石灰混入の場合のような重金属の溶出といった問題も生じない。即ち、処理後の土は、河川堤防地盤材、道路路床地盤材、建築物基礎地盤材、窪地埋立材等の土木工事骨材として、また、農業用地盤改良材として、安価かつ安全な広範囲な用途への産業・社会資源として利用可能となる。