(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製紙スラッジ焼却灰を、少なくとも２段階の攪拌による造粒をして土壌改良材を製造する方法であって、
前記少なくとも２段階の攪拌による造粒は、前記製紙スラッジ焼却灰にセメント、硫酸バンド及び水を添加して行い、
この添加は、質量割合が製紙スラッジ焼却灰：セメント：硫酸バンド（有姿）：水＝０．５０〜１．５０：０．０５〜０．１５：０．１０〜０．５０：０．１０〜０．５０となるように行う、
ことを特徴とする土壌改良材の製造方法。
【請求項２】
前記攪拌による造粒を２段階とし、かつ、第１段階攪拌速度＞第２段階攪拌速度となるようにする、請求項１記載の土壌改良材の製造方法。
【請求項３】
製紙スラッジ焼却灰を原料とし、少なくとも２段階の攪拌による造粒をして製造された土壌改良材であって、
前記少なくとも２段階の攪拌による造粒が、前記製紙スラッジ焼却灰にセメント、硫酸バンド及び水を添加して行われ、
この添加は、質量割合が製紙スラッジ焼却灰：セメント：硫酸バンド（有姿）：水＝０．５０〜１．５０：０．０５〜０．１５：０．１０〜０．５０：０．１０〜０．５０となるように行われ、
前記少なくとも２段階の攪拌による造粒によって芯部と外郭部とに分かれた構造とされ、圧縮強度が３０〜３００ｇ／ｔａｂとされている、
ことを特徴とする土壌改良材。
【請求項４】
粒径０．１〜２．０ｍｍの造粒物の割合が７０質量％以上である、請求項３記載の土壌改良材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼却灰を主たる原料とし、路盤材、盛土材、埋め戻し材等の建設・土木材料として用いるに適する土壌改良材及び土壌改良材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
家庭ゴミ焼却灰や火力発電所からの石炭灰、製紙工場からの製紙スラッジ焼却灰は、一部分はアスファルトやセメント及びゴム等の充填用材料として再利用されているが、そのほとんどは産業廃棄物として埋め立て処分されている。これら産業廃棄物の減量化と資源としての有効利用を図るため、土壌改良材への活用が図られている。
【０００３】
この種の土壌改良材の製造方法としては、特許文献１に示す方法がある。この方法は、製紙スラッジを焼却して残灰を製造し、この残灰とセメント系固化材等とを混合して改良材を製造し、この改良材と前記残灰の原料となる製紙スラッジとは別の製紙スラッジとを混合し養生させて、一軸圧縮強度が３ｋｇ／ｃｍ2以上の土木材料（土壌改良材）を製造する方法である。この方法は、原料として製紙スラッジを使用するが、この製紙スラッジを、焼却灰として使用するとともに、未焼成のままでも使用するため、得られる土壌改良材の強度が弱くなる。未焼成の製紙スラッジが混在しているため、粉塵の発生が十分に抑制されない。
【０００４】
また、この種の土壌改良材の製造方法に関係するものとしては、特許文献２に示す方法がある。この方法は、石炭やＲＰＦ（Ｒｅｆｕｓｅｄ  Ｐａｐｅｒ  ＆  Ｐｌａｓｔｉｃ  Ｆｕｅｌ）、製紙スラッジなどを燃焼して発生するほう素含有燃焼灰を、酸化カルシウム類及び／又は水酸化カルシウム類、硫酸カルシウム類、アルミナセメント、水を加えて混合処理することにより、平成１５年環境省告示第１８号に基づく溶出試験方法でその燃焼灰を溶出させた場合における、ほう素溶出量が１．０ｍｇ／Ｌ以下になるように不溶化するほう素含有燃焼灰の処理方法である。この方法は、燃焼灰中の汚染物質であるほう素を固定し溶出問題を解消する方法としては有用であるが、新たに酸化カルシウム類及び／又は水酸化カルシウム類、硫酸カルシウム類、アルミナセメントなどの薬品が必要になること、これらの薬品を貯留するスペースが必要になること、製造工程が複雑になること、などを原因として、著しく製造方法が煩雑であり製造コストがかかる。
【０００５】
さらに、この種の土壌改良材の製造方法に関係するものとしては、特許文献３に示す方法がある。この方法は、廃棄物のリサクル技術に関するものであり、安価・安定的に供給可能な製紙スラッジ灰に着目し、この製紙スラッジ灰を微粉砕処理し造粒加工する方法である。しかしながら、この方法は、製紙スラッジ灰に対して水を加えるのみで微小な造粒物を得る方法であるため、得られる造粒物の強度が極めて弱く、粉塵の発生が十分に抑制されない。また、得られる造粒物は、水以外の薬品を使用しないため、汚染物質の溶出を避けられない。
【０００６】
さらに、この種の土壌改良材の製造方法に関係するものとしては、特許文献４に示す方法がある。この方法は、製紙スラッジ、紙、木屑、食品や下水などの有機系汚泥、ごみ、プラスチック及び石炭の少なくともいずれかの燃焼灰に、石灰及び／又は石膏を加え、ＣａＯ量が５〜４０ｗｔ％、ＣａＳＯ4量が２．５〜４０ｗｔ％、未燃分が４〜２０ｗｔ％となるように組成調整した後、混練機にて水による混練を行い、成形機にて成形を行い、水熱処理装置にて４０〜１００℃の蒸気処理を行って固化させ、次いで、破砕機にて破砕を行って、粒状固化体を製造する方法である。この方法も、製紙スラッジを原料の１つとする方法である。しかしながら、この方法において使用する石灰及び／又は石膏は、水によって容易に湿潤・流動化する性質を有するため、汚染物質の固定効果は弱い。また、固化するために蒸気が必要であり、製造コストが大幅に上昇する。
【０００７】
さらに、この種の土壌改良材の製造方法に関係するものとしては、特許文献５に示す方法がある。この方法は、掘削土等の土粒子と酸化物換算でアルミニウムが１０〜５０重量％、珪素が１０〜６５重量％、カルシウムが２〜４０重量％の生石灰とを造粒・固化して、粗粒土状を、水を加えても泥土化しない均質な土質に改良する水締め用土質改良固化材を得る方法である。この方法も製紙スラッジを使用した土壌改良材を提案するものであるが、本方法は、混合材として土粒子たる天然土砂を使用するものであるため、環境負荷が大きい。また、本方法は、製紙スラッジの有効利用効果が低く、汚染物質の溶出問題も解消することができない。さらに、本方法は、土粒子を混在するものであるため、得られる土壌改良材の比重が重くなり、搬送コストが上昇する。
【特許文献１】特開平８−２６９４５０号公報
【特許文献２】特開２００５−３２９３４３号公報
【特許文献３】特開２００５−１０３４６４号公報
【特許文献４】特開２００４−１５４７２７号公報
【特許文献５】特開２００５−１４５９９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする主たる課題は、低発塵性でハンドリング性に優れ、必要な材料強度を有する土壌改良材及び土壌改良材の製造方法に関するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題を解決した本発明は、次のとおりである。
〔請求項１記載の発明〕
製紙スラッジ焼却灰を、少なくとも２段階の攪拌による造粒をして土壌改良材を製造する方法であって、
前記少なくとも２段階の攪拌による造粒は、前記製紙スラッジ焼却灰にセメント、硫酸バンド及び水を添加して行い、
この添加は、質量割合が製紙スラッジ焼却灰：セメント：硫酸バンド（有姿）：水＝０．５０〜１．５０：０．０５〜０．１５：０．１０〜０．５０：０．１０〜０．５０となるように行う、
ことを特徴とする土壌改良材の製造方法。
【００１０】
【００１１】
〔請求項２記載の発明〕
前記攪拌による造粒を２段階とし、かつ、第１段階攪拌速度＞第２段階攪拌速度となるようにする、請求項１記載の土壌改良材の製造方法。
【００１２】
〔請求項３記載の発明〕
製紙スラッジ焼却灰を原料とし、少なくとも２段階の攪拌による造粒をして製造された土壌改良材であって、
前記少なくとも２段階の攪拌による造粒が、前記製紙スラッジ焼却灰にセメント、硫酸バンド及び水を添加して行われ、
この添加は、質量割合が製紙スラッジ焼却灰：セメント：硫酸バンド（有姿）：水＝０．５０〜１．５０：０．０５〜０．１５：０．１０〜０．５０：０．１０〜０．５０となるように行われ、
前記少なくとも２段階の攪拌による造粒によって芯部と外郭部とに分かれた構造とされ、圧縮強度が３０〜３００ｇ／ｔａｂとされている、
ことを特徴とする土壌改良材。
【００１３】
〔請求項４記載の発明〕
粒径０．１〜２．０ｍｍの造粒物の割合が７０質量％以上である、請求項３記載の土壌改良材。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の土木改良材及び土木改良材の製造方法によれば、少なくとも２段階の攪拌による造粒により、低発塵性でハンドリング性に優れ、必要な材料強度を有し、安定的に製造し得る土壌改良材及び土壌改良材の製造方法となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の実施の形態を説明する。
本実施の形態の土壌改良材の製造方法は、製紙スラッジ焼却灰を、少なくとも２段階に分けて、攪拌して造粒することを特徴とするものである。製紙スラッジ焼却灰を、少なくとも２段階に分けて、攪拌して造粒する方法によると、相対的に前段階の造粒によって硬い芯部を形成し、相対的に後段階の造粒によってポーラスな吸水率の高い外郭部を形成することができる。したがって、初期段階の攪拌により硬い芯部を形成し、更に次段階で行う攪拌によりポーラスな外郭部を形成するため、造粒物が球状にかつ形状が一定になり、高硬度で吸水率が高くなる。これに対し、１段階で造粒すると、芯部から外郭部までほぼ均一な状態となり、比重が高く、硬く締まるが吸水率の低い造粒物が形成されるか、吸水率は高いものの極めて脆い造粒物が形成されてしまう。
【００１６】
本形態において、製紙スラッジ焼却灰は、製紙スラッジを焼却することによって、得ることができる。原料として製紙スラッジを使用すると、製紙工程で添加物として使用する炭酸カルシウムやカオリン、ホワイトカーボンを含有し、灰化において多孔性を示し加水により容易に凝固可能であると共に、構成成分がほぼ一定であり、性状も安定しているため、均質な土壌改良材を製造する上で好適である。製紙スラッジとしては、例えば、製紙材料であるパルプなどの繊維分、澱粉や合成接着剤などの接着剤を主とする有機物や白色無機粒子を主とする無機物で利用されずに廃水中に含まれて処理される固形原料、さらにはパルプ化工程で抽出されたリグニン、微細繊維、あるいは古紙由来の脱墨フロス、それに付着した印刷インキ、廃水処理工程で生じる汚泥などを例示することができる。
【００１７】
本形態において、製紙スラッジの焼却方法は、特に限定されない。例えば、流動層炉、ストーカー炉、ロータリーキルン、多段炉等の焼却装置を用いて、５００〜７５０℃で焼却する方法などを、例示することができる。
【００１８】
また、本形態において、攪拌して造粒する方法も、特に限定されない。例えば、転動型、混合型等の造粒装置を用いて、攪拌・造粒する方法を、例示することができる。
【００１９】
ただし、この攪拌・造粒は、製紙スラッジ焼却灰に、セメント、硫酸バンド及び水を添加して行うのが好ましい。この攪拌・造粒を、製紙スラッジ焼却灰にセメントを添加して行うことにより、造粒物を形成し易くなると共に、造粒物に適度な硬さを付与することが可能になり、圧縮強度を確保できるようになり好適な路盤材、盛土材、埋め戻し材とすることができる。しかしながら、過度のセメントの添加は、吸水度を低下させる原因になる。
【００２０】
また、製紙スラッジ焼却灰に硫酸バンドを添加して行うことにより、平成３年度環境庁告示第４６号で規制されたほう素、ふっ素などの有害物質を不溶化し、造粒物中に固定し溶出を防ぐことが可能となる。硫酸バンドの添加においても、少なすぎる硫酸バンドの添加量であれば、平成３年度環境庁告示第４６号で規制されたほう素、ふっ素などの有害物質の不溶化が不十分なる問題を有し、過度の添加は土壌改良材の溶出ｐＨを下げることになり好ましくないばかりか、嵩比重を上げる問題がある。さらに、製紙スラッジ焼却灰に水を添加して行うことにより、製紙スラッジ焼却灰の固化反応の促進、混合性、造粒性を向上させることが可能となる。水においても、水の添加が無い場合、造粒物の圧縮強度が低くなり、過度の添加では、粒径が肥大化し、圧縮強度も低下する傾向が生じてしまう。
【００２１】
ここで、製紙スラッジ焼却灰に対するセメント、硫酸バンド及び水の添加は、質量割合が、製紙スラッジ焼却灰：セメント：硫酸バンド（有姿）：水＝０．５０〜１．５０：０．０５〜０．１５：０．１０〜０．５０：０．１０〜０．５０となるように、行うのが好ましく、０．５０〜１．５０：０．０５〜０．１０：０．１５〜０．４０：０．２０〜０．４０となるように、行うのがより好ましい。
【００２２】
製紙スラッジ焼却灰の質量割合が０．５０未満と低いと、製紙スラッジ焼却灰の有するポーラス性能が発揮されないため、吸水率が低くなる。他方、製紙スラッジ焼却灰の質量割合が１．５０を超えると、強度が低下するため、脆くなり、粉塵が発生するおそれがある。
【００２３】
セメントの質量割合が０．０５未満であると、造粒物の強度が低下し、また、製紙スラッジを焼却した際に発生した汚染物質たるふっ素、ほう素の溶出が生じるおそれがある。他方、セメントの質量割合が０．１５を超えると、吸水性が阻害されるため、改良土壌の強度が低くなるおそれがあり、また、セメントは高価であるため、製造コストが増加する。
【００２４】
硫酸バンド（有姿）の質量割合が０．１０未満であると、製紙スラッジを焼却した際に発生した汚染物質たるふっ素、ほう素の固定（不溶化）が不十分になるおそれがある。他方、硫酸バンド（有姿）の質量割合が０．５０を超えると、汚染物質たるふっ素、ほう素の固定は十分になるものの、製造コストが増加する。
【００２５】
水の質量割合が０．１０未満であると、造粒に時間がかかるとともに、造粒物の粒径が小さくなり過ぎる傾向がある。他方、水の質量割合が０．５０を超えると、造粒物の粒径が大きくなり過ぎ、また、粒径分布の幅が広くなり過ぎる傾向がある。
【００２６】
一方、本形態の攪拌による造粒は、少なくとも２段階に分けて行えば足り、それ以上の何段階であるかは特に限定されない。例えば、２段階、３段階、４段階又はそれ以上の複数段階とすることができる。ただし、この攪拌による造粒を２段階とし、かつ、第１段階攪拌速度＞第２段階攪拌速度となるようにするのが好ましい。３段階以上に分けて、攪拌して造粒することによっても、硬い芯部及びポーラスな吸水率の高い外郭部を形成することができるが、製造時間が長くなる。したがって、攪拌による造粒を２段階に分けるのが好ましい。また、この際、造粒物の粒径、硬度、吸水率などを調節するという観点からは、第１段階攪拌速度＞第２段階攪拌速度となるようにするのが好ましく、加えて、硬い芯部及びポーラスな吸水率の高い外郭部を形成するという観点からは、第１段階攪拌速度が６００ｒｐｍ以上、第２段階攪拌速度が５００ｒｐｍ以下となるようにするのが好ましい。本発明者らは、２２５０Ｌ容量のインテンシブミキサー（アイリッヒ社製）を用い、長径５５０ｍｍのアジテーターにて造粒処理を行ったが、第１段階攪拌速度＞第２段階攪拌速度の範囲における造粒において、適宜攪拌速度、処理量、アジテーターの径を考慮する必要があることを知見した。
【００２７】
さらに、本形態の少なくとも２段階の攪拌による造粒は、製紙スラッジ焼却灰を原料として、得られる土壌改良材が、芯部と外郭部とに分かれた構造となり、かつ圧縮強度が３０〜３００ｇ／ｔａｂとなるように行うのが好ましい。ここで「芯部と外郭部とに分かれた構造」とは、造粒物を２分割した際に、造粒物の内部構造が、例えば２重の構造を呈しており、芯部近傍と外郭部位との区分が光学顕微鏡等を使用して判別可能な場合を意味する。
【００２８】
攪拌・造粒によって芯部と外郭部とに分かれた構造とされていると、次のような効果がある。すなわち、圧縮強度が３０ｇ／ｔａｂ未満であると、搬送性が悪く、土壌改良作業時に微粉化し作業性を損なうおそれがあるが、３０ｇ／ｔａｂ以上、好ましくは８０ｇ／ｔａｂ以上であると、このようなおそれがない。他方、圧縮強度が３００ｇ／ｔａｂを超えると、硬く埋め戻し作業性が悪くなるとともに、地中に空間が生じ易く地盤強度が低くなるおそれがあるが、３００ｇ／ｔａｂ以下、好ましくは２５０ｇ／ｔａｂ以下であると、このようなおそれがない。なお、「ｇ／ｔａｂ」とは、台秤式圧壊強度試験機を用いた圧壊強度試験（圧縮強度試験）において、造粒物１１０個を無作為にサンプリングし、最大値造粒物５個及び最小値造粒物５個の測定値を除く、計１００個の圧縮強度の平均値である。
【００２９】
加えて、本形態の少なくとも２段階の攪拌による造粒は、得られる土壌改良材が、粒度分布の最大値が０．１〜２．０ｍｍの範囲で、かつ、この粒度分布範囲内のもの（造粒物）が７０質量％以上となるように行うのが好ましい。土壌改良材は、軟弱地や地下などの作業環境が劣悪な場所においても多用されるため、取扱い易いことが要求される。そして、粒径が０．１ｍｍ未満の造粒物は、粉塵発生の原因になり、また、充填した袋体が重くなりすぎて小袋化する必要が生じるため、好ましくない。他方、粒径が２ｍｍを超える造粒物は、粉塵発生の原因とはなり難いものの、土壌に混入させた際の土壌締りが悪く、緩い地盤が形成されてしまうおそれがある。
【実施例１】
【００３０】
次に、本発明の実施例を説明する。
製紙スラッジ焼却灰及び添加材の配合質量割合並びに攪拌回転速度を変化させて、土壌改良材を製造した。具体的な試験条件及び結果を、表１に示した。なお、試験方法及び評価方法は、次のとおりとした。
【００３１】
〔ふっ素溶出量〕
ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２に基づいて測定した。
【００３２】
〔ほう素溶出量〕
ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２に基づいて測定した。
【００３３】
〔溶出ｐＨ〕
ＪＧＳ０２１１−２０００（地盤工学会規格）に基づいて測定した。
【００３４】
〔吸水率〕
ＪＩＳ  Ａ  １１０９に基づいて測定した。
【００３５】
〔平均粒径〕
電磁振動式篩分器（ＭＳ−２００型）を用い、ＪＩＳ  Ｚ  ８８０１−１：２０００に準拠したふるいを用い２０分間振動篩い分けを行い、最も多く篩い分けされたふるい目の大きさを平均粒径とした。
【００３６】
〔０．１〜２ｍｍ粒径の割合〕
ＪＩＳ  Ｚ  ８８０１−１：２０００に準拠したふるい目の１辺の長さが、０．１０６ｍｍから２ｍｍのふるい分け量を、測定に供した全量からの割合で算出した。
【００３７】
〔嵩（かさ）比重〕
次の式に基づいて嵩比重を算出した。
嵩比重＝（Ｃ−Ｂ）×（１−Ａ／１００）÷３００
ここで、〔Ａ〕〜〔Ｃ）は、次のとおりである。
造粒物を１０５℃で乾燥して１分以内に水分量（％）を測定する〔Ａ〕。造粒物を質量既知〔Ｂ〕の秤量瓶（内容積：３００ｍｌ）に摺り切り一杯入れ、その質量を測定する〔Ｃ〕。
【００３８】
〔圧縮強度〕
台秤式圧壊強度試験機を用いた圧壊強度試験（圧縮強度試験）において、造粒物１１０個を無作為にサンプリングし、最大値５個及び最小値５個を除く、計１００個の圧縮強度の平均値に基づいた。
【００３９】
〔造粒状態〕
製品として仕上がった造粒物を次の評価基準にて目視にて判断した。
◎：粉塵の発生がなく、粒径のバラツキも少ない。〇：若干粉塵が見られるが、粒径のバラツキは少なく、使用に差しつかえない。△：粉塵の発生、粒径のバラツキが見られる。×：粉塵の発生が多く、作業環境上問題がある。
【００４０】
【表１】
0004616202.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、土壌改良材及び土壌改良材の製造方法として、適用可能である。