(57)【要約】【課題】各種の建設汚泥、河川、港湾等の浚渫汚泥、浄水場汚泥、工場排水汚泥等の高含水で取扱い難い汚泥を、各種の工業から排出・回収される工業廃棄物等を有効に用いた低廉な水硬性固結化処理材で、その固化処理物が再汚泥化されず環境に優しい取扱い容易な形状物としてリサイクル・リユースできる汚泥の固結化処理材及びその処理方法を提供することである。【解決手段】高含水率の各種の汚泥を、取り扱い容易な形状に固化させ、しかも再汚泥化が防止される顆粒状等の固化物に処理できる無機系の汚泥用の固化処理材で、水硬性固結化材と、無機質吸水性の硬化促進材等の各種産業から排出・回収される工業排出物に、粉末状の高分子凝集剤が有効に用いられている低廉な粉末状の水硬性無機質の固化処理材である。【選択図】    無し。【特許請求の範囲】
【請求項１】
高含水比の各種の汚泥を、取り扱い容易な形状に固結化させ、しかも再汚泥化させない固化物に処理できる無機系の汚泥用固化処理材において、
前記汚泥用固化処理材は、粉末状半水石膏とマグネシア系固結化助材との組合せからなる粉末状の水硬性固結化材と、無機質吸水性硬化促進材と、主成分がシリカである粉末状の無機質硬化助材と、粉末状の高分子凝集剤とを含有し、
前記硬化促進材が製紙工場の焼成炉から捕収されるシリカ、アルミナ、マグネシア及びカルシアを主成分に含有する吸水量が５０〜９０ｍｌ／１００ｇである粉末状の焼成ダストであることを特徴とする汚泥用固化処理材。
【請求項２】
前記マグネシア系固結化助材が、平均粒子径５０〜１００μｍの軽焼マグネシアであって、前記半水石膏に対して重量％比で表して、軽焼マグネシア：半水石膏＝３５〜５０：５０〜６５の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の汚泥用固化処理材。
【請求項３】
前記硬化助材は、シリカ成分が７０〜８０重量％で、平均粒子径１８〜１５０μｍの吸水量が２０〜４０ｍｌ／１００ｇ範囲にある鋳物砂取扱い業から発生する使用済み鋳物砂の焼成回収される硅砂粉末であることを特徴とする請求項１又は２に記載の汚泥用固結化処理材。
【請求項４】
前記高分子凝集剤が、平均粒子径６０〜２００μｍのアニオン系又はノニオン系高分子凝集剤であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の汚泥固結化処理材。
【請求項５】
前記水硬性固結化材１００重量部当たり、前記無機質吸水性硬化促進材が８０〜１２０重量部で、前記無機質硬化助材が２０〜４０重量部で、前記高分子凝集剤が２〜６重量部であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の汚泥用固化処理材。
【請求項６】
高含水比の汚泥に、無機質の粉末状である固化処理材を添加させて再汚泥化させないで、建設汚泥のリサイクル指針に規定する第二種、第三種又は第四種発生土として取扱い容易に再利用できる固形化物にする汚泥の固化処理方法において、
攪拌混合下に、含水比が１００〜３００％の範囲にある泥状の汚泥１００重量部に対して、請求項１〜５の何れかに記載する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て顆粒状又は粒塊状物に固化させ、
次いで攪拌混合系から排出させて、少なくとも、半日以上の常温・静置下に養生（又は材齢）させ、コーン指数が２００ｋＮ／ｍ２以上、又はコーン指数が８００ｋＮ／ｍ２以上にあって、水浸漬下に崩壊・泥状化せず且つｐＨ９以下にある顆粒状又は粒塊状物に賦形化させることを特徴とする汚泥の固化処理方法。
【請求項７】
請求項６に記載する汚泥の固化処理方法で得られる第２種〜第４種発生土として土材（又は土壌）強度を有し、且つ水浸漬下に崩壊・泥状化しない汚泥の顆粒状又は粒塊状物を、土木工事用の盛土材、土地造成用の地盤改良土材、スポーツグランド用の土材及び植栽用の培土材から選ばれる何れかの用途土材として再利用させることを特徴とする汚泥固化処理物の再利用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種汚泥の固化処理材に関し、より詳細には、各種の建設汚泥、河川、港湾等の浚渫汚泥、浄水場汚泥、工場排水汚泥等の高含水で取扱い搬送・運搬し難い汚泥を、各種の産業から排出・回収される産業排出材等を有効にリユースさせてなる低廉な環境保全型である無機質の固化処理材である。しかも、その処理物が再汚泥化されず環境に優しく取扱い容易で、各種の盛土、土地造成（宅地、公園・緑地）の地盤改良、スポーツグランド用土材、園芸用植生培土等してリサイクル・リユースできる汚泥の固化処理材及びその処理材を用いる汚泥の有効な処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、高圧噴射攪拌工法の地盤改良、トンネル掘削、ビル建設現場等で発生する工事・建設汚泥（又は泥奨）や、河川、港湾等の工事で発生する浚渫泥奨や、各種の産業排出物として工場廃水浄化設備から発生する産業汚泥や、更には各自治体の浄水場、下水処理場等から発生する上下水処理汚泥（以後、これらを汚泥と記す）は、何れも多量の水を含む高含水物で極めて取扱い難くそのまま搬出・運搬するには極めて困難な泥状物である。また、これらの汚泥発生は散在して発生することから他にその処分地を確保することも地域環境、自然環境の立場からも極めて困難である。また、産業廃棄物として、仮にそのまま廃棄処分するとしてもアルカリ溶出成分や、ダイオキシンや、環境ホルモンの混入問題から泥流化対策、地下水汚染対策等の地域生活の環境改善、自然環境保全の立場から管理型埋立処分地が条件となることから、他に処分地を確保して廃棄することは極めて困難である。
【０００３】
従って、益々その発生箇所で効果的に処理できる方法が求められているのが実状である。また、その処理物がリサイクル土壌として、再利用するに際しては、自然環境に優しく、重金属等の公害物や、環境ホルモン等としての有機物や、アルカリ分溶出抑制等の環境に優しく、特に水質汚濁防止法の排出基準のｐＨ５．８〜８．６を超えるアルカリ性であってはならない。リサイクル土壌としてのｐＨは、草木類の植物を植生、繁茂させるに適正な土壌（培地）としても不可欠である。すなわち、その適正な土壌（培地）のｐＨ値は、自然の土壌中に多種多様の微生物が関与して、自然界の動・植物の生態系から発生する排泄叉は腐敗物を浄化するなど、環境保全に深く係わっている。従って、その土壌中で微生物の増殖に適するｐＨが、５〜９付近とされていることから、土壌のｐＨは自然の生態系、すなわち草木の植生にとっても、これらの微生物の働きで適正な土壌が確保されている。
【０００４】
そこで、従来から汚泥の固化処理が種々検討されていて、例えば、天日による乾燥固化、濾過脱水固化、また、高分子凝集材、石炭灰（フライアッシュ）、石膏、セメント及びその他の工業薬品等を組み合わせてなる各種の固化材による固化処理が挙げられる。このような汚泥の処理は、例えば、建設汚泥を国交省のリサイクル指針で示す第二種〜第四種処理土として再資源化され、道路路床、河川堤防、建設地盤の埋め戻し材等の各種の土木材として再利用することが種々検討されている。
【０００５】
また、［特許文献１］には、高吸水性ポリマーであるポリアクリル系ポリマー等の吸水性凝固剤と、主成分の半水石膏１００重量部に対して、廃微砂としてＢＥＴ比表面積が１００ｍ２／ｇ以下の使用済み鋳物砂の再生処理時に回収される微砂１〜１００重量部と、アルミン酸カルシウム１〜５０重量部とを含む固化改質材とを組合わせた各種汚泥の固化材が記載されている。また、この固化材において、固化改質材の主成分の半水石膏に対するアルミン酸カルシウムは、固化促進材としての必須成分であると記載されている。
【０００６】
また、［特許文献２］には、軟弱地盤、ヘドロ等の被処理地域に散布し又は固化対象物に添加・攪拌して、処理後の土壌ｐＨを中性域に維持できる汚泥の固化処理材として、硫酸アルミニウム５〜３０重量部、硫酸カルシウム１０〜５０重量部、炭酸ナトリウム０．１〜１０重量部、シリカヒューム１０〜２０重量部からなる配合物又はこれに酸化チタン３〜１５重量部を添加した配合物１０〜９０重量部に対して、フライアッシュ又は製紙工場の焼却ダスト（ＰＳ灰）４０〜９０重量部とセメント１０〜６０重量部を配合させてなる固化処理材が記載されている。
【０００７】
また、［特許文献３］には、浚渫汚泥、上下水汚泥、ヘドロ等の汚泥、又は製紙スラッジ等の汚状物に、グリオキザール処理を施した水溶性セルロース系樹脂とポルトランド系セメントを添加・攪拌後、高吸水性樹脂を混入させてゲル化させた後、自然乾燥等で乾燥させて汚泥を固化処理することが記載されている。
【０００８】
［特許文献１］特開２００１−１８２０４４
［特許文献２］特開平７−１３６６９３
［特許文献３］特開平６−３３９６９８
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような状況にあって、既に述べたように、各種の建設汚泥、河川、港湾等の浚渫汚泥、浄水場汚泥、工場排水汚泥等の高含水で取扱い難い汚泥は、そのまま他に代替処分地を求めることは、その搬送・運搬や、環境汚染、環境保全等の立場から全く不可能である。また、固化処理してリサイクル土材として再利用するにしても、その処理物が、取り扱い容易で、再汚泥を起こさず、しかも、環境汚染・環境保全等に係わる種々の規制をクリアしなければならない。更にはコスト的にも低廉な固化処理である等の様々なる技術課題から、その固化処理も極めて困難を強いられるものである。
【００１０】
そこで、既に上述した［特許文献］の記載例からも明らかなように、従来から各種の工業から排出・回収される工業廃材等を有効に用いてより低廉な固化材として、汚泥を固化処理することが種々検討されている。そのようなリユース材の代表的な工業廃材として、火力発電所から大量に発生するフライアッシュ、排煙の脱硫処理で排出する排煙石膏や、製紙工場の焼却ダスト、鋳物砂の取扱い業からの使用済み鋳物砂の再生処理時に回収される微硅砂等が挙げられる。何れも大量に排出され、環境保全の立場からそのまま他に処分地を求めて廃棄することはできない工業廃材である。
【００１１】
例えば、製紙工場から排出される焼却ダストは、国内で約１００，０００ｔ／Ｍ以上で、これは紙の抄紙工程で使用されるタルク，カオリン，アルミナ，シリカ等の添料としての粘土鉱物等の無機成分が、パルプ繊維と共に濾過処理（ベルトプレスや、スクリュープレス濾過処理）されて回収される含水ケーキ状物を約８５０℃で焼成された焼却ダストで、ダイオキシンや、有害金属を含まず、既に焼成汚泥肥料としても認可されているクリーンな工業廃材である。また、使用済み鋳物用の焼成微硅砂も、国内で約２０，０００ｔ／Ｍといわれている。何れもそのまま埋立てや、コンクリート資材に利用する従来の処分方法も、例えばその取扱い業におけるＩＳＯ−１４０００の取得絡みからも見直しが求められている。
【００１２】
しかるに、汚泥のような泥状対象物に、固化処理材を攪拌混合下に添加させて素早く固化作用を発揮させるためには、通常、固化処理材が粉末状であることが好ましく且つ重要である。このような条件を満たす観点からすれば、これらの工業廃材は、何れも外観形状が微細な粉末状であることから、固化処理材の配合原材料として利用されるとしたならば、配合原材料として新たに粉砕処理を施すことなく利用できるコスト的にも極めて低廉な適材である。
【００１３】
また、処理対象物の汚泥が適材な固化処理材で処理・固化された処理物が、他に再利用されない新たな２次廃材であってはならない。すなわち、処理土として、工作物の埋戻し、道路路床盛土、構造物の裏込め、道路路体用盛土、河川堤防、土地造成（宅地、公園・緑地）、スポーツグランド用土材（又は資材）、園芸・樹木・野菜用の植生培土としてリサイクル・リユースされることが重要である。そのためにも、汚泥の固化処理物が、再汚泥化されず環境に優しい取扱い容易な形状物に処理できる汚泥の固化処理材でなければならない。
【００１４】
そこで、このよな汚泥固化処理物が、上記するような用途にリサイクル土材（又は資材）として利用するに際して、通常の施工性を有しているための基準として、コーン指数で表す強度が、２００ｋＮ／ｍ２以上であることが求められる。従って、このような固化処理物に対しては、以下のような発生土としての国（国土交通庁）の土質区分基準及びその処理土の適用用途基準が示されている。
【００１５】
第二種処理土［（砂質土、礫質土）、８００ｋＮ／ｍ２以上）としては、工作物の埋戻し、道路路床盛土、構造物の裏込め、道路路体用盛土、河川堤防土材、宅地・公園・緑地造成にはそのまま利用可能である。
第三種処理土［（粘性土）、４００ｋＮ／ｍ２以上］としては、施工上で工夫をすれば、工作物の埋戻し、道路路床盛土、構造物の裏込めに利用可能で、河川堤防土材、宅地・公園・緑地造成にはそのまま利用可能である。
第四種処理土［（粘性土）、２００ｋＮ／ｍ２以上］としては、道路路体用盛土、河川堤防土材、宅地・公園・緑地造成にはそのまま利用可能である。
【００１６】
また、上記のようにリサイクル・リユース土材の強度規制及び用途基準を満たした上で、更にその固化処理物が、既に上記に説明するように土壌中に繁殖する微生物の働きを阻害させるような土壌であってはならない。すなわち、これらの微生物が土壌中で繁殖しながら各種の動植物の腐敗物を処理できる土壌環境としてｐＨ９以下の土壌であることが極めて重要で、それによって草木等の植物植生に適正な土壌環境が維持・確保させている。また、その固化処理物が、特に水質汚濁防止法から、排出基準のｐＨ５．８〜８．６を超えるアルカリ性であってはならない。また、その固化処理物が、ダイオキシンや、有害金属成分や、環境ホルモン等の混入問題からの泥流化対策、地下水汚染対策、自然環境保全の立場から管理型埋立処分地を要するものであってはならない。また、その中でも、カドミ、全シアン、有機リン、六価クロム、鉛、ヒ素、総水銀、アルキル水銀、ジクロロメタン、ＰＣＢ等の有害成分の含有基準が、環境庁告示の環境基準として厳しく含有量が規制されている。
【００１７】
以上から、本発明の目的は、地域生活圏及び産業圏から発生する各種の汚泥を固化処理して再利用するために、リサイクル・リユースの観点から、各種の産業から大量に排出される粉末状の工業廃材に着目し、その固化処理材が、これらの廃材が有する物性機能及びその配合基材としての低廉さ等を有効且つ効果的に用いてなることを特徴とする汚泥の固化処理材を提供することである。
【００１８】
しかも、このような固化処理材で固化処理される処理物が、処理発生土の強度として国の土質区分基準及びその処理土の適用用途基準を満たし、また、その処理物が土壌として、土壌中に繁殖する微生物及び草木の植生に適正な土壌ｐＨ環境にあって、また、［水浸漬下及び雨水の流水下−天日下の自然乾燥］の濡れ−乾燥サイクル下にも崩壊又は再汚泥化せず、また、特に水質汚濁防止法の排出基準のｐＨ５．８〜８．６を維持し、且つ各種の有害成分含有量が環境庁告示の環境基準を達成させることができる汚泥用固化処理材を提供することである。
【００１９】
また、本発明の他の目的は、このような無機質の粉末状である固化処理材を用いて、高含水比の汚泥に、添加させて固化させた汚泥処理物が再汚泥化されないで、建設汚泥のリサイクル指針に規定する第二種、第三種又は第四種発生土として取扱い容易に再利用できる固形化物に、簡便で、低コストで処理することを特徴とする汚泥の固化処理方法を提供することである。
【００２０】
更に、本発明の他の目的は、このような汚泥の固化処理方法で得られる汚泥の顆粒状物又は粒塊状物の用途として再利用させることを特徴とする汚泥固化処理物の再利用方法を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために、その固化処理材が、汚泥の固化処理材として実用化されるコスト的に低廉な配合材で、固化処理においても簡便で低コストで処理させることに着目して、各種の工業廃材を固化処理材として検討した結果、その粉末状で、吸水性で、自己硬化性等の諸特性が活かされて高含水比の汚泥が耐水性に優れて再汚泥化されなく、しかも、国（国土交通庁）の土質区分基準の発生土強度を満足する固化物になることを見出して、本発明を完成させるに至った。
【００２２】
本発明によれば、高含水比の各種の汚泥を、脱水処理をすることなく、取り扱い容易な形状に固結化させ、その固化物が再汚泥化させない耐水性に優れ、しかも、固化処理された固化物が建設汚泥の発生土としての国（国土交通庁）の土質区分基準及びその処理土の適用用途基準を達成させることができる水硬性固結化材と、無機質吸水性硬化促進材と、無機質硬化助材と、粉末状の高分子凝集剤とを含有し、何れも粉末状の配合材で、コスト的に低廉で、固化処理が簡便で低コストで処理できることを特徴とする粉末状の無機質汚泥用固化処理材を提供する。
【００２３】
すなわち、本発明による粉末状の汚泥用固化処理材は、低廉な粉末状の半水石膏と粉末状のマグネシヤ系固結化助材との組合せからなる粉末状の水硬性固結化材と、吸水しながら材齢下に固化強度を向上させる低廉な無機質吸水性硬化促進材と、その吸水性を補填させながら汚泥固化物の構造的骨格材となって材齢下に固化強度を向上させる主成分がシリカである粉末状の低廉な無機質硬化助材と、粉末状であることによる素早く均等に吸水・溶解して凝集剤作用を発揮させる粉末状の高分子凝集剤とを含有していることが特徴である。
【００２４】
しかも、その無機質吸水性硬化促進材は、製紙工場の焼成炉から捕収されるシリカ、アルミナ、マグネシア及びカルシアを主成分に含有する粉末状の焼成ダストであって、ＪＩＳ  Ｋ５１０１．１９法の吸油量測定法に準拠させて求まる吸水量が５０〜９０ｍｌ／１００ｇの範囲にある吸水作用に優れる低廉な配合材であることが特徴である。
【００２５】
また、本発明によれば、このような粉末状である無機質の汚泥用固化処理材を、攪拌下にある高含水比の汚泥上に添加させ、そのまま常温・静置・材齢下に、再汚泥化せず、建設汚泥のリサイクル指針に規定する第二種、第三種又は第四種発生土として取扱い容易に再利用できる顆粒状又は粒塊状に賦形化させる簡便で、低コストで処理させることを特徴とする汚泥の固化処理方法を提供する。
【００２６】
すなわち、攪拌混合下にあって、必要に応じて祖大粒の石砂を分離した含水比が１００〜３００％の範囲にある泥状の汚泥の１００重量部に対して、本発明による粉末状の汚泥用固化処理材を５〜５０重量部の範囲で、含水比１００〜１７０％に対して５〜２０重量部で、含水比２００〜３００％に対して３０〜５０重量部で添加させて、汚泥が顆粒状又は粒塊状に固化される。
次いで攪拌混合系から排出させ、常温・静置下に、少なくとも半日以上に材齢させて、コーン指数が２００ｋＮ／ｍ２以上、又はコーン指数が８００ｋＮ／ｍ２以上で、水浸漬下にｐＨ９以下の崩壊・泥状化しない顆粒状又は粒塊状物に賦形化される。
【００２７】
更に、本発明によれば、このような本発明による汚泥の固化処理方法で得られる第２種〜第４種発生土としての基準を達成される汚泥の顆粒状又は粒塊状物は、耐水性に優れて水浸漬下に崩壊・泥状化しなく、しかも、本発明による固化処理材の特徴を生かして極めて低コストで固化処理物にさせられることから、道路路床盛土，構造物の裏込め，道路路体用盛土，道路法面及び道路の中央分離帯用土材，河川堤防土材等の土木工事用の土材，宅地・公園・緑地造成用の地盤改良土材，スポーツグランド用の土材，植生用の培土材，海浜の砂防林帯及び砂漠化防止帯等の用途として再利用させることを特徴とする汚泥固化処理物の再利用方法を提供する。
【００２８】
（作用）
以上から、本発明による汚泥の固化処理材を構成する半水石膏とマグネシヤ系固結化助材からなる水硬性固結化材と、無機質の硬化促進材と、無機質の硬化助材及び高分子凝集剤の何れの配合材も、粉末状であることから吸水性に富む特性を有している。このような粉末状の固化処理材を攪拌混合下に高含水比の泥状の汚泥に添加させると、それぞれの配合材が持つ機能がほぼ同時に発揮され、吸水作用により汚泥全体が吸引凝集される傾向において、中でも高分子凝集剤は可溶性を呈することから、汚泥の土壌粒子が凝集剤の作用で［フロック−凝集］化（又は団粒化）される。その際には、土壌粒子の周りには、急激な水和反応によって固化する半水石膏が、水和石膏として土壌粒子を固結化させる。
【００２９】
本発明においては、固結化助材としての粉末状の軽焼マグネシヤも、同様に水和反応をして［ＭｇＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）２ゲル＋ＣＯ２→ＭｇＣＯ３＋Ｈ２Ｏ］として、養生下（又材齢下）に配合材中で最も吸水性であるシリカ、アルミナ、マグネシア及びカルシアを主成分とする粉末状の焼成ダストの介在下による吸水作用によって［水和石膏−土壌粒子］汚泥固結化物を吸引・凝集させて［ＭｇＣＯ３＋Ｈ２Ｏ］とのエトリンガイト生成を促進させて硬化が進み、汚泥固化賦形物の強度及び耐水性を向上させると思われる。
【００３０】
また、本発明においては、高含水比である汚泥であることから、シリカを主成分とする硅砂微粉末が、吸水性である硬化助材として介在して、その吸水・凝集性を補填させながら汚泥固化賦形物の構造的骨格材となって材齢下（又は養生下）に、固化強度及び耐水性の向上に付与させるのである。また、本発明においては、これらの吸水性を有する焼成ダストが、高含水比の汚泥が［泥状］→［汚泥固化賦形物］の材齢下に硬化促進材として作用していることが、後述する実施例に示す材齢下に焼成ダストの添加量と共に固化強度を向上させる事実によく符合していることからよく理解される。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明による高含水比の汚泥を固化させる固化処理材、その汚泥の固化処理方法及び得られる汚泥固化処理物の再利用について、その実施の形態を更に説明する。
【００３２】
既に上述する如く、本発明による汚泥用固化処理材は、粉末状の水硬性固結化材と、粉末状の吸水性無機質硬化促進材と、主成分がシリカである粉末状の吸水性無機質硬化助材と、粉末状であることによる吸水・可溶性の粉末状高分子凝集剤とを含有する粉末状機能性配合材からなることを特徴とする固化処理材である。本発明による粉末状各配合物の粒度分布測定方法はＪＩＳ  Ｋ  ００６９（１９９２）に準拠した。
【００３３】
また、このような粉末性状を有する本発明による汚泥用固化処理材を、攪拌混合下にある高含水比の汚泥に添加させると、この粉末性状である吸水性によって、高含水汚泥中の汚泥粒子を、吸水・吸引・凝集させて、効果的に粉末状の水硬性固結化材及び粉末状高分子凝集剤が有する固結化及び凝集作用を効果的に発揮させることが特徴である。
【００３４】
そこで、本発明による粉末状の汚泥用固化処理材中には、粉末状で水和反応によって水和石膏として固結化する半水石膏粉末と、平均粒子径３０〜１００μｍの水和反応性の軽焼マグネシア粉末とが組合さって汚泥を固化させる粉末状の水硬性固結化材が配合されている。本発明においては、半水石膏粉末は、より速やかに水和反応をして、２水石膏の水和結晶物として固結化する。一方の軽焼マグネシア粉末は、より緩慢に起こる水和反応下に生成する水和反応物は、半水石膏の水和石膏結晶とは異なり、いわゆるドローとしたゲル状水和物で、固結化というよりも、糊状にバインダー的に作用して、養生下（又は材齢下）に炭酸化反応を伴って固結化して耐水性化させるものと思われる。また、その詳細は不明であるが、このマグネシア系固結化材は、燐酸分も入っているのでポビライト  Ｍｇ３（ＰＯ４）２・２２Ｈ２Ｏを生成する傾向にある系で、ゲル状に生成する水酸化マグネシウムが、燐酸マグネシウムや、炭酸マグネシウムとなって固化強度を向上促進させるうえで、粘土鉱物系の層状構造を形成しているシリカや、アルミニウムとの複合化が係わって、水和速度を促進させながら固結化を補強させるものとも言える。
【００３５】
従って、本発明における粉末状の水硬性固結化材には、半水石膏粉末が固結化主材として、また、軽焼マグネシア粉末が固結化助材として組合わせ配合されている。本発明において、重量％比で表して、軽焼マグネシア：半水石膏粉末＝３５〜５０：５０〜６５の範囲に配合され、特に汚泥の含水比に対して、好ましくは３８〜４７：５３〜６２、更に好ましくは４０〜４５：５５〜６０に適宜に配合比を対処させることができる。
【００３６】
また、上述する粉末状に係わる吸水性において、その性状を発揮させる配合材が、粉末状の吸水性無機質硬化促進材と、主成分がシリカである粉末状の吸水性無機質硬化助材とである。本発明において、硬化促進材としては、製紙工場の焼成炉から捕収されるシリカ、アルミナ、マグネシア及びカルシアを主成分に含有する吸水量が５０〜９０ｍｌ／１００ｇの範囲にある粉末状の焼成ダストであることから、クリーンで低廉な優れた工業廃材である吸水材である。本発明においては、既に上述するように、このような高含水比の汚泥の系において吸水性であることが硬化促進させることである。
【００３７】
この吸水量は、焼成ダストの平均粒子径の６０〜１５０μｍに係わって、嵩密度が０．６〜０．８ｇ／ｍｌであることからも理解されるように、好ましくは、必要に応じて分級してより微粉末留分の焼成ダストを用いれば、より高吸水量の吸水性無機質硬化促進材として用いることができる。
【００３８】
また、本発明において、主成分がシリカである粉末状の吸水性無機質硬化助材として、好ましくは、シリカ成分が７０〜８０重量％で、平均粒子径１８〜１５０μｍの範囲にある鋳物砂取扱い業から発生する使用済み鋳物砂の焼成回収される硅砂粉末を適宜好適に用いられる。その吸水量は、２０〜３５ｍｌ／１００ｇで、既に上述する如く、その吸水性に係わって［粉末状高分子凝集剤−高含水汚泥−粉末状の水硬性固結化材−粉末状の吸水性硬化促進材］の相互接触下に吸水・吸引・凝集・固結化系に同時介在して、汚泥固化物の賦形化強度を向上させながら汚泥固化処理物の構造骨格材として硬化・耐水性を向上させている。また、焼成回収される硅砂粉末で、上記するその平均粒子径からして、同様に分級してより微粉末留分を適宜用いられることから、必要に応じてより吸水量の高い硅砂粉末の吸水性無機質硬化助材として用いることができる。
【００３９】
また、本発明において、粉末状の高分子凝集剤を配合させていることも特徴である。既に上述した他の配合材と同様に、本発明においては、粉末状であることにより吸水性を発揮させて、素早く凝集剤としての［フロック−凝集］化作用を汚泥粒子に及ぼさせることができる。本発明において、その平均粒子径は、好ましくは６０〜２００μｍである。また、本発明の凝集剤の配合剤機能からして、粉末状にすることでその溶解性（２０℃での溶解度が０．０１ｇ／１００ｍｌ以上）も加わって、その添加量も少量でよい。従って、その粒子径も下限値６０μｍ以下にする必要がなく、ただ、粉砕コストを要すだけである。そこで、粉末状の高分子凝集剤として、好ましくは、その適正ｐＨが弱酸性〜アルカリ性で、適正使用系が無機系で、また、その効果の凝集・沈殿性等からアニオン系又はノニオン系で、同様の理由から、より好ましくは、アニオン系が好適で、例えば、アニオン系；ポリアクリル酸ソーダ、ポリスルホメチル化ポリアクリドアミド、また、ノニオン系；ポリアクリドアミド、ポリエチレンｐキサイドが挙げられる。
【００４０】
以上から、本発明による粉末状の汚泥用固化処理材は、上記した粉末状のそれぞれの機能性配合材を、単に乾式下に混合して調製することができる。すなわち、既に上記した軽焼マグネシア：半水石膏粉末＝３５〜５０：５０〜６５の重量％比に配合されてなる粉末状水硬性固結化材１００重量部当たり、粉末状の無機質吸水性硬化促進材（焼成ダスト）が８０〜１２０重量部で、粉末状の無機質吸水性硬化助材（微硅砂）が２０〜４０重量部で、粉末状の高分子凝集剤が２〜６重量部の割合の粉末状混合物である。本発明の汚泥用固化処理材の代表的化学組成は、Ｉｇ−ｌｏｓｓ（２．１０），ＳｉＯ２（３３．０２），ＭｇＯ（２０．０６），ＣａＯ（１４．９１），Ａｌ２Ｏ３（１１．３７），Ｆｅ２Ｏ３（１．５３），Ｐ２Ｏ５（１．４３），Ｎａ２Ｏ（０．９４），ＳＯ４（１４．６４）である（重量％）。また、ｐＨ（１０．１６）、嵩密度（０．８５７ｇ／ｍｌ）、平均粒子径（１００μｍ）である。
【００４１】
以上から、含水比が１００〜３００％の各種の汚泥に、本発明による粉末状の汚泥用固化処理材を添加させて、再汚泥化させないで、建設汚泥のリサイクル指針に規定する第二種、第三種又は第四種発生土として取扱い容易に再利用できる固形化物にする汚泥の固化処理方法について以下に説明する。
【００４２】
まず、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。この場合、本発明においては、含水比１００〜１７０％の汚泥に対して、固化処理材を５〜２０重量部で、また、含水比２００〜３００％の汚泥に対して、固化処理材を３０〜５０重量部で添加させる。次いで、ほぼ、３０〜６０分以内に攪拌混合系から排出することができて、少なくとも、半日以上、３日〜７日以内の常温・静置下に養生（又は材齢）させると、コーン指数が２００ｋＮ／ｍ２以上、又はコーン指数が８００ｋＮ／ｍ２以上の強度を有する汚泥固化物（顆粒状又は粒塊状）になる。この汚泥固化物は、水浸漬下に崩壊したり、泥状化しないｐＨ９以下の顆粒状又は粒塊状物で、ほぼ、７日以上の材齢下において、そのｐＨは８．５以下になる。また、この材齢下の汚泥固化物を山中式土壌硬度計による硬度（Ｋｇ／ｃｍ２）で示すと、材齢１日で２０〜３０、３日で５５〜７５、６日で７０〜１２０，１４日で２００〜３００（Ｋｇ／ｃｍ２）である。
【００４３】
以上から、上記するように本発明による固化処理方法で得られる汚泥固化物は第２種〜第４種発生土としての国の基準土材（又は土壌）強度を有し、しかも、水浸漬下に崩壊・泥状化しなく、且つ水浸漬下のｐＨも８．５以下である顆粒状又は粒塊状物である。しかも、これまでに上述しているように、本発明による固化処理材の特徴を生かして極めて低コストで固化処理物にさせられることから、本発明で固化処理された汚泥固化物は、道路路床盛土，構造物の裏込め，道路路体用盛土，道路法面及び道路の中央分離帯用土材，河川堤防土材等の土木工事用の土材，宅地・公園・緑地造成用の地盤改良土材，スポーツグランド用の土材，植生用の培土材，海浜の砂防林帯及び砂漠化防止帯等の用途に適宜好適に再利用するこおができるものである。
【００４４】
更には、各自治体において発生する下水汚泥からの炭化物も有効に使用することができるが、この場合には、クロム、カドミウム等の重金属類や、ダイオキシン等の有機物の含有されていないことが重要である。すなわち、一般的に、産業廃棄物を含め、このような生活廃棄物等をリサイクル、リユースするには、環境保全の立場からその可溶成分に留意しなかればならない。例えば、有害物質として、環境庁告示令として定められている溶質基準値は、以下の通りである。例えば、鉛化合物（１．０ｍｇ／ｋｇ以下）、カドミウム化合物（０．３０ｍｇ／ｋｇ以下）、全クロム化合物（１・５ｍｇ／ｋｇ以下）、全水銀（０．００５ｍｇ／ｋｇ以下）、ヒ素化合物（３．０ｍｇ／ｋｇ以下）、シアン化合物（１．０ｍｇ／ｋｇ以下）、有機リン化合物（１．５ｍｇ／ｋｇ以下）、ＰＣＢ（０．００３０ｍｇ／ｋｇ以下）、トリクロロエチレン（０．１ｍｇ／ｋｇ以下）、テトラクロロエチレン（０．１ｍｇ／ｋｇ以下）である。
【００４５】
また、本発明においては、土壌中の微生物を含む草木の植物にとって適する生育環境の観点から、既に上述した如く、その土壌環境としてのＰＨが、５〜９の範囲にあることが重要であり、より好ましくは、６〜８の範囲である観点からして、本発明による植生用培地基材として用いられる。例えば、一過性の食用類の、ビーツ、ラディッシュ、ニンジン、ダイコン、カブ、エシャロット、ラッキョウ等の根菜類、レタス、サラダ菜、ホウレン草、ミツバ等の葉菜類、トマト、キュウリ、ナス等の果菜類、イチゴ、メロン等の栽培果物等が挙げられる。特に緑化用の植生としては、乾燥に弱いドングリ類のコナラ、ウバメガシ、シラカシ、ヤマツバキ、クリ、イチョウ等の木本種子（大粒径種子）や、細粒のヤマザクラ、ヒサカキや、これらを含む他の木本種子と草本種子の混合種子等が挙げられる。また、従来から緑化用の植生材として、乾燥しても発芽力の高いアカマツ、ヤシャブシ類、キリ、ハギ類等の木本種子や、イタドリ、ヨモギ、ジューングラス等の牧草類、クローバー類の草本種子の混植、ツツジ、サツキの低木類、ツタ、松葉菊などの草木類も挙げることができる。また、その敵地に適材な各種の雑草類種子も植生用として用いることができる。
【００４６】
また、本発明による汚泥固化処理物としての植生用倍地基材には、その他の植生用資材として、例えば、廃白土（パーム、菜種、大豆油等の油脂の脱色精製に使用された酸性白土系精製剤の油脂油を残油する廃材である）中の残油である植物性油脂成分は、雑草抑制材として適宜有効に併用することができる。特に、歩道、造成地の法面、公園、田畑、道路の中央分離帯、各種のガーデニング等の培地材に好適である。その他に、消毒剤、除草剤、抗菌剤、凍結防止剤等の有機・無機の機能剤を配合させることができる。
【００４７】
【実施例】
以下に本発明を実施例で説明するが、本発明はこれらにいささかも限定されるものではない。
（実施例１）
汚泥固化処理材として、軽焼マグネシア（４３．９重量％）と半水石膏（５６．１重量％）の粉末状水硬性固結化材の１００重量部当たり、吸水性硬化促進材の焼成ダストの９７．５重量部と、吸水性硬化助材として硅砂の３１．７重量部と、粉末状の高分子凝集剤のアニオン系ポリアクリルアミドの３．６６重量部を配合させ調整した本発明による固化処理材−１を用いた。
【００４８】
新潟市新通の田圃を埋立てた宅地造成地に於いて、地盤改良・ＷＡＬ工法（Ｗａｔｅｒ  ａｎｄ  Ａｉｒ  Ｌｉｆｔ）による掘削工事を行なった。この掘削時にリサイクル使用されている水は次第に微細な土壌粒子により比重（濃度）が上がり、ついには再使用出来ない比重約１．２５以上まで上がり、含水比１５０〜２００％程度の粘性の高い泥水となる。この造成地における深さ約４ｍの掘削土質は粘性土であった。ここでは、掘削工事初期の含水比２４８％，比重１，１７の低粘性泥水と掘削工事中期の含水比１７０％，比重１．２６の高粘性の泥水を固化処理対象泥水とした。この粘性土の泥水について、含水比と比重の関係を［図１］に示す。
【００４９】
【図１】
2005013973.tif 000002
【００５０】
なお、このＷＡＬ工法は地盤安心造工法として環境保全型技術をベースに捉えた工法であり、砕石杭を用いた締固め工法の一種と位置づけられている。戸建て住宅や工場などの支持力向上、液状化現象の抑止に効果を発揮するなど優れた特徴がある。特に軟弱地盤の地層（粘性土、腐植土、シルト）や液状化が起こりやすい地層（砂質土）が対象となる。
【００５１】
固化処理対象泥水に対して、汚泥固化処理材が十分に効果を発揮するためには、泥水と固化処理材との瞬間的な混合状態の実現と混合物の均等化と固結化反応の迅速性が必要不可欠である。これを達成するために、ＳＰ−２型のパドル型二軸混合機を用いて、短時間の固化処理を成し遂げることが出来た。この混合機はバッチ式で、混合攪拌槽は５００Ｌの容積を持ち、パドル軸中心線までは１７０Ｌである。電動機は５．５ＫＷ、パドル回転数は５０Ｈｚ−４５ｒｐｍ，６０Ｈｚ−５４ｒｐｍ，処理品の払出し方法は電動（０．３ＫＷ）トラフ反転方式である。
【００５２】
なお、上記で述べた含水比２４８％，比重１．１７の低粘性の固化処理対象泥水を約１７０Ｌ（重量１９９Ｋｇ）ＳＰ−２型混合機に導入した。５０Ｈｚ−５ｒｐｍでパドルを回転させながら固化処理材−１を１０％−２０Ｋｇ投入し、攪拌を約５分間行い、固化処理物を排出させた。この固化処理物はまだ柔らかくベタベタする状態であった。次に、同様に含水比２４８％，比重１．１７の泥水を１７０Ｌ混合機に導入し、固化処理材−１を２０％−４０Ｋｇ投入し、攪拌を約３分間行い、固化処理物を排出させた。固化処理物はやや硬い状態であった。また、同様にこの泥水１７０Ｌを混合機に導入し、固化処理材−１を３０％−６０Ｋｇ投入し、攪拌を約３分間行い、固化処理物を排出させた。固化処理物は比較的硬い状態であった。
【００５３】
混合機のそれぞれの攪拌は、固化処理物の高粘性化、即ち固化に伴う液状→半固形状→固形状の急激な相変化による攪拌抵抗が起こる状態をインバーターで確認しながら攪拌時間を決めた。従って固化処理材−１の添加量が１０％の場合、混合は十分であるがまだ粘性がそれ程上がっていない状態であり攪拌時間は５分とした。逆に添加量２０％，３０％の場合は粘性が急激に上がり、混合状態も良く、比較的硬い固形状に変化し、インバーターの数値も大きく上昇する為に攪拌時間は３分間とした。
【００５４】
上記の固化処理物を、第三者試験機関による「コーン指数測定」用サンプルに供した。なおコーン指数の測定方法は日本道路公団基準  ＫＯＤＡＮ  １０１
−１９８５「土のコーン指数試験方法」に準拠した。
材齢１，３，５，７日後のコーン指数の測定結果を［図２］に示す。また、固結化処理材の添加量３０％の固化処理土については、第三者分析機関による「有害物溶出試験」用サンプルに供した。同時に、ブランクとして固結化処理材を加えない泥水をそのまま乾燥して有害物溶出試験を行なった。さらに、汚泥固結化処理材自身の有害物溶出試験も行ったが、この場合の試料調整方法としては、固結化処理材に予め水を加えて単独固化物となし、これを１１０℃で乾燥後、乳鉢で砕き１００メッシュの篩を通したものを分析用試料とした。
第三者分析機関による「有害物溶出試験」の計量結果は、土壌に係る環境基準項目試験・２５項目全てに及び基準値以下の結果であった。
【００５５】
【図２】
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【００５６】
また、上記で述べた含水比１７０％，比重１．２６の高粘性の固化処理対象泥水を約  １７０Ｌ（重量２１４Ｋｇ）ＳＰ−２型混合機に導入した。５０Ｈｚ、４５ｒｐｍでパドルを回転させながら固化処理材−１を１０％−２１Ｋｇ投入し、攪拌を約５分間行い、固化処理物を排出させた。この固化処理物はまだ柔らかくベタベタする状態であった。次に、上記で述べたと同様にそれぞれの１７０Ｌの泥水に対して、固化処理材−１を２０％−４３Ｋｇ，固化処理材−１を３０％、６４Ｋｇを添加混合し、攪拌を約３分間行い、固化処理物を排出させた。この固化処理物を同様に「コーン指数測定」を行なった。その結果を［図３］に示す。
【００５７】
【図３】
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【００５８】
上記の固化処理物の室内放置による経時−ｐＨ変化を測定した。その結果を［図４］に示す。経時によるｐＨの低下現象は土壌粒子の酸性成分による固結化処理材のアルカリ成分の中和と、固結化処理材成分の炭酸化反応によるものと見られる。
【００５９】
【図４】
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【００６０】
（実施例２）
固化処理物の有用性を高める為に、各種植物種子の発芽と生育試験を行なった。
これは植栽基盤材としてあるいは土壌改良材としての応用を図る目的である。（実施例１）で述べた、新潟市新通の宅地造成地より掘削工事に伴い排出した泥水含水比１７０％，比重１．２６に固結化処理材３０％添加した固化処理土を用いた。この処理土は室内放置２週間で土壌ＰＨが８．５３に下がったことを確認し、目開き６．２５ｍｍの篩を通して、植栽に供した。比較対照として、天然の真砂土・新潟県北蒲原郡黒川村地内の真砂土（ＰＨ６．６５）を用い、同様に篩下の土壌を供した。この２種類の土壌に対して、バーク堆肥を容量比で２０％配合し十分に混ぜ合わせ  植栽用基盤材とし、それぞれ試験用ポット・Φ８０ｍｍ×高さ７５ｍｍに各３個ずつ準備した。ポット１個の内容積は約３００ｃｃで土壌の供試量はその８割の２４０ｃｃとした。
【００６１】
植栽用種子として、市販の西洋芝、小松菜、百日草の３種類の種子を選定した。それぞれの種子の播種粒は次のように決めた。
西洋芝；１３５粒／ポット
小松菜；１６粒／ポット
百日草；  ８粒／ポット
播種日はＨ１５，５，２２に行い、潅水は霧吹き、洗浄瓶を用いてポット底部より水が滲み出るまでを目安とした。発芽試験は室内にて行い、ポットは全て東向きの窓際に設置した。
【００６２】
発芽の経過状態を［表１］に示す。表中の数字は１ポット平均の発芽個数を示す。例えば０／１３５，０／１６というのは３ポット共に発芽個数が０という意味であり、１６／１６というのは１ポット１６粒撒いて３ポット共に１６粒全部が発芽したということを示している。
【００６３】
【表１】
2005013973.tif 000006
【００６４】
［表１］の結果からも分かる通り、固結化処理土と真砂土の発芽性比較では小松菜、百日草についてはほとんど差が無く、種子の個体差程度の違いであった。また、西洋芝の発芽性については明らかに固結化処理土の方が優れた結果を示した。
【００６５】
（実施例３）
（実施例１）で述べた固化処理材−１の５種類の原料配合割合の中で、吸水性硬化促進材としての焼成ダスト１種類のみの配合比率をそれぞれ変えた固化処理材を調合した。
実験−１  焼成ダスト  配合比率      ０．０重量％
実験−２  焼成ダスト  配合比率    ６０．３重量％
実験−３  焼成ダスト  配合比率    ９７．５重量％（固化処理材−１）
実験−４  焼成ダスト  配合比率  １４８．７重量％
実験−５  焼成ダスト  配合比率  ２８６，３重量％
【００６６】
それぞれ調整した５種類の固化処理材（実験−１〜５）を用いて、（実施例１）で用いた新潟市新通の泥水、含水比２４８％，比重１．１７に対して、上記の固化処理材を各３０重量％添加し、家庭用ハンドミキサー  ＨＭ−４００（株式会社  泉精器製作所）にて２分間混合処理を行い、その混合物３００ｇをφ６０×１００ｍｍの円筒状容器に入れ、０．３ｋｇ／ｃｍ２の加圧下で２分間保持した。この時の加圧は自家製のベルトプレスを用いた。
【００６７】
加圧成形した円柱状成形物を室温にて静置し、材齢１，３，６，１４日後の硬度を山中式土壌硬度計を用いて測定した。
その結果を
【表２】に示す。
【表２】
2005013973.tif 000007
【表２】の結果より、実験−３（固化処理材−１）の固化強度が材齢と共に  一番大きく出た。これは実験−３の配合比率が硬化促進効果が最大限発揮でき  る組合せと理解される。
【００６８】
【発明の効果】
以上から、本発明による汚泥用固化処理材は、粉末状の水硬性固結化材（粉末状の半水石膏と粉末状の軽焼マグネシア）と、粉末状の吸水性無機質硬化促進材（焼成ダスト）と、主成分がシリカである粉末状の吸水性無機質硬化助材（焼成微硅砂）と、粉末状であることによる吸水・可溶性の粉末状高分子凝集剤とを粉末混合された取扱い容易な粉末状の固化処理材であることが特徴である。
【００６９】
また、本発明によれば、このような粉末状の固化処理材を構成する水硬性固結化材、吸水性無機質硬化促進材及び吸水性無機質硬化助材の主機能性配合材の何れもが、工業廃材が有する粉末特性を効果的にリユース配合させた、著しくて低廉な粉末状の汚泥用の固化処理材を提供することができた。
【００６８】
また、このような低廉な固化処理材で、しかも、極めて簡便に低コストで高含水比の汚泥を取扱い容易な形状に固化処理され、しかも、その処理物が、第二種〜第四種の発生土として用途及び強度基準を満たし、且つ耐水性及びｐＨ基準を満たす顆粒状又は粒塊状物であることから、コスト的に低廉な、道路路床盛土構造物の裏込め，道路路体用盛土，河川堤防土材等の土木工事用の土材，宅地・公園・緑地造成用の地盤改良土材，スポーツグランド用の土材，植生用の培土材等として提供することができる。