(57)【要約】【課題】  浄水汚泥を有効利用して、高品質の流動化処理材料を製造するための流動化処理材料の製造方法を提案することを課題とする。【解決手段】  浄水汚泥を脱水してなる脱水ケーキ１１に、表面活性低下促進剤を添加した後、水分を添加して泥水密度を調節する泥水密度調節工程と、前記泥水密度が調節された前記脱水ケーキ１１を溶解させる脱水ケーキ溶解工程と、溶解した前記脱水ケーキ１１に固化材料を添加して流動化処理材料とする固化材料添加工程と、を含むことを特徴とする流動化処理材料の製造方法。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浄水汚泥を脱水してなる脱水ケーキに水分を添加して泥水密度を調節する泥水密度調節工程と、
前記泥水密度が調節された前記脱水ケーキを溶解させる脱水ケーキ溶解工程と、
溶解した前記脱水ケーキに固化材料を添加して流動化処理材料とする固化材料添加工程と、
を含むことを特徴とする流動化処理材料の製造方法。
【請求項２】
前記脱水ケーキ溶解工程において、
前記泥水密度が調節された前記脱水ケーキを循環槽に投入し、スラリーポンプで循環させながら破砕装置で前記脱水ケーキを破砕することにより、前記脱水ケーキを溶解させること、
を特徴とする請求項１に記載の流動化処理材料の製造方法。
【請求項３】
前記泥水密度調節工程において、前記脱水ケーキの表面活性を低下させるための表面活性低下促進剤を添加すること、
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流動化処理材料の製造方法。
【請求項４】
前記泥水密度調節工程において、
泥水密度が１．１〜１．３ｔ／ｍ3に調節されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の流動化処理材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浄水処理場から発生する浄水汚泥を、土木建築工事等の土工材料として有効利用するための流動化処理材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
浄水処理場から発生する大部分の浄水汚泥は、脱水処理してケーキ状とした後（以下「脱水ケーキ」という場合がある）に、産業廃棄物として処分されている。しかし、その処理・処分の費用が高価なため、最終的には飲料水の費用にまで反映している。また、廃棄物処分場は不足しており、廃棄物処分場の延命化が図られている。そのため、これらの浄水汚泥を再利用することにより廃棄物処分量を削減する方法が提案されている。しかし、一旦脱水処理を行った脱水ケーキは、水に溶解し難く、微小な粒子にまで溶解することは、多大な時間とエネルギーが必要であったため、脱水ケーキを破砕するなどの方法により、粒状にして再利用を図る方法が主流であった。例えば、石灰処理がなされた脱水ケーキを団粒化して、酸性土壌のｐＨ改良材や埋立地の盛土材として使用する方法（特許文献１又は特許文献２参照）が開示されている。しかし、これらの方法による浄水汚泥の再利用化は、ごく一部にすぎず、より多くの浄水汚泥の有効利用化が求められている。
一方で、土木建築分野における埋め戻し材として、質量が高く、沈下が少ないことから砂質土が用いられていたが、昨今、近接施工等の要因により充填された砂質土が流砂され、空洞の形成や沈下するケースが増加しており、また、こうして生じた空洞に砂質土を充填することは困難であることから、流動性が高く、変形の小さい材料が求められている。そのため、発生土に流動性をもたせ、かつ安定した強度を有する流動化処理土を利用して埋め戻す方法が開発され、実用化されている（例えば特許文献３参照）。
【特許文献１】特開昭５４−１２１５５８号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献２】特開平０７−０８２５５７号公報（段落番号［００１６］−［００２４］）
【特許文献３】特許第３１４４３２１号公報（段落番号［０００６］−［０００９］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の流動化処理土は、土木建築工事に伴う建設発生土を、流動化処理土として加工して場内処理にて有効利用するものであり、良質の発生土量が少なく、外部からの土工材の搬入が必要で、かつ建設機や建設車両による搬入が困難な施工現場においては、材料の購入と運搬とに費用と手間がかかるという問題点を有していた。
【０００４】
本発明は、前記の問題点を解決することを目的とするものであり、浄水汚泥を有効利用して、高品質の流動化処理材料を製造するための流動化処理材料の製造方法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記の課題を解決するために請求項１に記載の発明は、浄水汚泥を脱水してなる脱水ケーキに水分を添加して泥水密度を調節する泥水密度調節工程と、前記泥水密度が調節された前記脱水ケーキを溶解させる脱水ケーキ溶解工程と、溶解した前記脱水ケーキに固化材料を添加して流動化処理材料とする固化材料添加工程と、を含むことを特徴とする流動化処理材料の製造方法である。
【０００６】
かかる流動化処理材料の製造方法により製造された流動化処理材料は、脱水ケーキを所定の泥水密度に調節されたスラリーとなるように、水分を添加し、さらにこのスラリーに所定量のセメント等の固化材料を混練することで、流動性を有した処理材料を製造することができる。そのため、工事車両等による土工材料の搬入が困難な場所においても、ポンプなどにより流し込むことで、搬入が可能である。しかも、当該流動化処理材料は、浄水汚泥からなるものであるため、従来産業廃棄物として処理されていたものを有効利用することが可能となる。ここで、脱水ケーキに対して所定の量の固化材を添加することにより、スラリーポンプ等による搬送に必要な流動性を維持し、且つ固化後の流動化処理材料の一軸圧縮強度を１００ｋＮ／ｍ2以上とすることができ、効果的である。
【０００７】
また、請求項２に記載された発明は、請求項１に記載の流動化処理材料の製造方法であって、前記脱水ケーキ溶解工程において、前記泥水密度が調節された前記脱水ケーキを循環槽に投入し、スラリーポンプで循環させながら破砕装置で前記脱水ケーキを破砕することにより、前記脱水ケーキを溶解させること、を特徴としている。
【０００８】
かかる流動化処理材料の製造方法により、脱水ケーキ溶解工程においてスラリーポンプとともに破砕装置を設置することで、泥水を循環させつつ繰り返し破砕を行うため、脱水ケーキの溶解を早め、溶解しにくい脱水ケーキが短時間及び省エネルギーで微細粒子にまで溶解する。そのため、粒子が均一に分散された所定の泥水密度のスラリーが作製され、これに固化材を混合することにより、均一の強度を有する良質な流動化処理材料が製造される。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の流動化処理材料の製造方法であって、前記泥水密度調節工程において、前記脱水ケーキの表面活性を低下させるための表面活性低下促進剤を添加すること、を特徴としている。
【００１０】
前記脱水ケーキ溶解工程において、脱水ケーキを溶解させるため、流動化処理材料の強度の発現が遅くなることがある。そのため、脱水ケーキに予め生石灰などの表面活性低下促進剤を添加しておくことにより、泥水中の粒子表面にカルシウムイオン（Ｃａ2+）の吸着や水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）生成によるコーティングがなされ、表面活性の低下を促進させるため、後のセメント等の固化材混入後の流動化処理材料に効果的に強度を発現させることが可能となる。そのため、前記固化材の添加量の削減が可能となり、経済性においても効果的である。ここで、表面活性低下促進剤とは、該表面活性低下促進剤が水等と反応することにより、脱水ケーキの粒子表面に吸着やコーティングがなされ、表面活性の低下を促進させる物質であり、生石灰の他に、無機系材料では、水ガラス、石こう等、有機材料ではポリエチレンイミン系資材、アクリルアミド系資材、ポリビニルアルコール等の高分子系材料等の適用が効果的である。また、添加する表面活性低下促進剤は、脱水ケーキに対して重量比１０〜２０％の範囲内で添加することにより、全体的に粒子表面のＣａ2+イオンの吸着やＣａ（ＯＨ）2生成によるコーティングが可能となり効果的である。
【００１１】
さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の流動化処理材料の製造方法であって、前記泥水密度調節工程において、泥水密度が１．１〜１．３ｔ／ｍ3に調節されることを特徴としている。
【００１２】
かかる流動化処理材料の製造方法により、泥水密度調節工程において泥水密度が１．１〜１．３ｔ／ｍ3に調節されるように水を添加することにより、脱水ケーキ溶解工程における、脱水ケーキの溶解が容易となり、短時間で微細粒子にまで溶解させることが可能となるとともに、製造後の流動化処理材料の性状を適切に保つことが可能となる。ここで、脱水ケーキの溶解は、できるだけ多量のケーキを溶解する方が経済的ではあるが、溶解する脱水ケーキの量が増えるにつれて溶解されたスラリーの比重や粘土が上昇するため、その泥水密度は、脱水ケーキの溶解を行う装置の処理能力に応じて決定する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の流動化処理材料の製造方法によれば、簡易な設備により、多大な労力、時間を要することなく、産業廃棄物として処理されていた浄水汚泥から流動化処理材料を製造することができる。したがって、経済性に優れた流動化処理材料を提供することができ、且つ廃棄物処分場の延命化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
【００１５】
＜処理プラント＞
まず、本実施の形態に係る流動化処理材料の製造方法に使用される処理プラントの概略について説明する。ここで、図１は、当該処理プラント１の概略図である。
【００１６】
処理プラント１は、主に仮置きヤード１０、溶解タンク（循環槽）２０、ミキサー３０から構成されている。
仮置きヤード１０は、浄水場から搬入されてきた脱水ケーキ１１を一時的に野積みするヤードであり、近傍には粉体状の生石灰（表面活性低下促進剤）が充填されている生石灰タンク１２が配置されている。そして、仮置きヤード１０から溶解タンク２０まで脱水ケーキを搬送するベルトコンベヤ等からなる搬送装置１３が配置されている。
【００１７】
また、溶解タンク２０は、投入された脱水ケーキ１１と水とを循環させて、脱水ケーキ１１を溶解させるためのタンクであり、送水管２６を介して水タンク２２と接続されている。また、溶解タンク２０には、第１スラリーポンプ２１を介して泥水が循環するように流出管２４と流入管２５が接続されている。ここで、第１スラリーポンプ２１には、破砕機能を有したスラリーポンプである破砕ポンプを使用する。また、溶解タンク２０には、脱水ケーキ１１の溶解後、当該泥水（以下「調節泥水」という場合がある）をミキサー３０に送水するための泥水管２７が、第２スラリーポンプ２３を介して接続されている。なお、第２スラリーポンプ２３を配置する替わりに、第１スラリーポンプ２１による循環・溶解を行った後、流入管２５の放流先を溶解タンク２０からミキサー３０に変更することにより、新たなスラリーポンプ（第２スラリーポンプ）を配置することなくミキサー３０に調節泥水を送水する構成としても良い。また、本実施の形態では第１スラリーポンプ２１として破砕機能を有するスラリーポンプである破砕ポンプを使用するものとしたが、破砕装置とスラリーポンプとをそれぞれ個別の機械から構成してもよく、脱水ケーキ１１の溶解に使用する機械は限定されるものではない。
【００１８】
そして、ミキサー３０は、溶解タンク２０から送水された調節泥水を固化材料であるセメントと混合して流動化処理材料とするための装置であり、セメントサイロ３２から所定量のセメントの投入が可能に構成されている。また、ミキサー３０には、製造された流動化処理材料を所望の位置に圧送するための第３スラリーポンプ３１が接続されている。ここで、ミキサー３０は、調節泥水とセメントを効率的に混合することが可能であれば、その機種等は限定されるものではない。
【００１９】
＜流動化処理材料の製造方法＞
図２は、本発明による流動化処理材料の製造方法の手順を示したフローチャートであり、泥水密度調節工程Ｓ１、脱水ケーキ溶解工程Ｓ２、固化材料添加工程Ｓ３とからなる。
【００２０】
［泥水密度調節工程Ｓ１］
まず、浄水場から搬入し仮置きヤード１０に野積みされた脱水ケーキ１１に、生石灰タンク１２から所定量の生石灰を添加する。次に、生石灰が添加された脱水ケーキ１１（以下「生石灰添加ケーキ」という場合がある）を、搬送装置１３を介して溶解タンク２０の中に投入し、そして水タンク２２から水を添加する。ここで、生石灰添加ケーキと水の投入は、生石灰添加ケーキの泥水密度が約１．２ｔ／ｍ3になるようにその量を調節して投入する。
また、添加する生石灰の量は、脱水ケーキの状態や、流動化処理材料の使用目的、要求強度などから脱水ケーキに対して重量比１０〜２０％の範囲内で適宜決定する。
【００２１】
［脱水ケーキ溶解工程Ｓ２］
次に、溶解タンク２０内の生石灰添加ケーキと水とが混合された泥水を第１スラリーポンプ２１により循環させて、生石灰添加ケーキが微細粒子となるまで溶解させて、泥水密度が約１．１〜１．３ｔ／ｍ3に調節された調節泥水を作製する。ここで、当該調節泥水は、第１スラリーポンプ２１により、流出管２４を介して第１スラリーポンプに送水され、破砕された後、流入管２５を介して溶解タンク２０に返送される過程を繰り返し行うことにより作製される。
【００２２】
［固化材料添加工程Ｓ３］
続いて、調節泥水を第２スラリーポンプ２３を介してミキサー３０に送り、粉体状のセメントを混合して流動化処理材料を製造する。なお、調節泥水に添加するセメントの量は限定されるものではなく、流動化処理材料の固化後の要求強度等により、適宜混合量を決定する。
【００２３】
＜作用＞
本発明によれば、泥水密度調節工程Ｓ１において、泥水密度が約１．２ｔ／ｍ3に調節されるように水を添加することにより、脱水ケーキ溶解工程Ｓ２における、脱水ケーキの溶解が容易となり、短時間で微細粒子にまで溶解させることが可能となるとともに、製造後の流動化処理材料の性状を適切に保つことが可能となる。
【００２４】
また、泥水密度調節工程Ｓ１で生石灰添加ケーキに水を添加し、さらに脱水ケーキ溶解工程Ｓ２で循環することにより、生石灰と水とが反応して石灰水が生成されるため、セメントを混合する前に、泥水中の粒子表面にＣａ2+イオンの吸着やＣａ（ＯＨ）2によるコーティングがなされ、粒子の表面活性を低下させることができる。そのため、生石灰添加ケーキを微細粒子の状態に溶解することができるため、セメント添加後も強度の発現が悪い流動化処理材料に対して、所望の強度を数日後に発現させることが可能となる。ここで、水の添加量は、泥水密度が約１．２ｔ／ｍ3に調節されるように水を添加するものとしたが、これに限定されるものではなく、脱水ケーキ溶解工程Ｓ２において脱水ケーキ１１の溶解に用いる溶解タンク２０の能力に応じて１．１〜１．３ｔ／ｍ3の範囲内で、適度な比重、粘度、ポンプ圧送能力等から適宜決定する。
【００２５】
また、脱水ケーキ溶解工程Ｓ２において、破砕機能を有する第１スラリーポンプ２１を使用することにより、循環された泥水中の脱水ケーキ１１を繰り返し、且つ連続的に破砕することができ、微細粒子にまで溶解させることができる。また、この調節泥水を循環させることで、溶解された微細粒子は、泥水中に均等に分散され、セメント添加後の流動化処理材料として、安定した強度を有する材料を製造することができる。
【００２６】
以上、本発明について、好適な実施の形態の一例を説明したが、本発明は当該実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、本実施の形態では、表面活性低下促進剤として生石灰を添加するものとしたが、脱水ケーキの粒子表面にＣａ2+イオンの吸着やＣａ（ＯＨ）2生成によるコーティングにより、表面活性の低下を促進させる物質であれば、添加する物質は限定されるものではないことはいうまでもない。
また、固化材料としてセメントを投入するものとしたが、これに限定されるものではなく、流動化処理材料に、打設時の流動性を維持しつつ、固化後は所望の強度を発現させることが可能な物質であれば、如何なる材料を使用しても良い。
また、処理プラントの構成、配置は限定されるものではないことはいうまでもない。
【００２７】
また、本発明により製造された流動化処理材料は、地盤に形成された空洞の充填材、盛土材、擁壁・構造物の裏込め材、地中構造物の埋め戻し材等、あらゆる土工材料として利用可能であることはいうまでもない。
さらに、当該流動化処理材料に粒状発泡材等を混入することにより軽量盛土材として使用しても良い。
【実施例】
【００２８】
次に、本発明に関する実証実験を行った結果を示す。
【００２９】
まず、脱水ケーキの最適な溶解方法を調べるために、種々の装置で所定時間溶解を行い、溶解後の泥水の通過質量百分率を測定することにより粒度分布を測定し、その性状について分析した。その結果、ホモミキサー等の高速撹拌機、ペレガイア（商品名）等の強制撹拌ミキサー、破砕ポンプ等のスラリーポンプ、の３種類の装置が、脱水ケーキを比較的短時間で微細粒子にまで溶解可能であった。中でも、破砕ポンプは、装置自体は小規模ながら、効率的に脱水ケーキの溶解を行うことが可能であり、本発明の製造方法に最も適した装置である。
【００３０】
図３は、セメントの混合量を変化させた場合における、脱水ケーキの混合量と一軸圧縮強度（２８日強度）との関係を示したグラフである。
図３より、流動化処理材料の一軸圧縮強度は、セメント量の混合量により差はあるものの、一様に脱水ケーキの量の増加に伴い著しく低下することが示された。また、要求一軸圧縮強度を１００ｋＮ／ｍ2とした場合、セメントの添加量が脱水ケーキを溶解した調節泥水に対して１５０ｋｇ／ｍ3の場合、混入可能な脱水ケーキは３０ｋｇ／ｍ3程度である。
【００３１】
一方、図４は、生石灰の添加量の違いによる、脱水ケーキの混合量と一軸圧縮強度の関係を示したグラフである。本実証実験では、脱水ケーキを溶解した調節泥水１ｍ3に対して生石灰を０ｋｇ、２０ｋｇ、５０ｋｇ添加した後、１５０ｋｇ／ｍ3のセメントを混合し、その一軸圧縮強度（２８日強度）について比較を行った。図４に示すように、生石灰の添加量の増加に伴い、脱水ケーキの量を増加させても、一軸圧縮強度の強度低下は著しく低減できることが実証された。また、要求一軸圧縮強度を１００ｋＮ／ｍ2とした場合、生石灰を２０ｋｇ／ｍ3添加すれば脱水ケーキの混合量が５０ｋｇ／ｍ3を超えても、その強度を発現することが可能である。
したがって、生石灰を予め２０ｋｇ／ｍ3添加し、１５０ｋｇ／ｍ3のセメントを混合すれば、脱水ケーキの混合量を、５０ｋｇ／ｍ3に調節すれば、本発明の流動化処理材料の製造方法により製造された流動化処理材料は、十分にその機能を発揮することが実証された。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の流動化処理材料の製造方法に使用される処理プラントの概略図である。
【図２】本発明による流動化処理材料の製造方法の手順を示したフローチャートである。
【図３】セメント混合量の違いによる、脱水ケーキの量と一軸圧縮強度の関係を示したグラフである。
【図４】生石灰の添加量の違いによる、脱水ケーキの量と一軸圧縮強度の関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１      処理プラント
１０    仮置きヤード
１１    脱水ケーキ
１２    生石灰タンク
２０    溶解タンク（循環槽）
２１    第１スラリーポンプ
２２    水タンク
３０    ミキサー
３２    セメントサイロ
【図１】
2005226294.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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