(57)【要約】【課題】ＰＳ灰の再資源化方法を提供する。【解決手段】ＰＳ灰を含む焼却灰に粘性土成分を含む汚泥、例えば建設汚泥を加えて混練造形し、その造形物を焼結する。凹凸状のＰＳ灰の凸部が汚泥をバインダーとして互いに連結されて三次元状に組立てられた形状になっている。ＰＳ灰の有用構成成分はそのまま残され、しかもＰＳ灰どうしの間には大きな空隙があり、ＰＳ灰の表面の細孔は開口している。この特性を生かして、各種成分の捕捉剤や人工土壌等、様々なものに利用可能である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＳ灰を含む焼却灰に粘性土成分を含む汚泥を加えて混練造形し、その造形物を焼結することを特徴とするＰＳ灰系焼結体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載したＰＳ灰系焼結体の製造方法において、
汚泥として建設汚泥を用いることを特徴とする製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載したＰＳ灰系焼結体の製造方法において、
シルト系汚泥を加えて混練造形した後に、さらに粘土系汚泥または粘土を加えて混練造形することを特徴とする製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載したＰＳ灰系焼結体の製造方法において、
ＰＳ灰を含む焼却灰に消石灰を加えてＰＳ灰に含まれる重金属類を不溶化した上で、粘土性成分を含む汚泥を加えて混練造形することを特徴とする製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載したＰＳ灰系焼結体の製造方法において、
さらに、鉱さいとガラス屑を加えて混練造形し、焼結の際には当該鉱さいを溶融しそこに含まれる重金属類をガラススラグと一体化して不溶化することを特徴とする製造方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載した方法により製造された焼結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物を再資源化する方法に係り、より詳しくは、ＰＳ（＝ペーパースラッジ）灰の再資源化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近では古紙の再生が活発に行われているが、その際には大量の製紙汚泥が生ずる。この製紙汚泥は、脱水、焼却により減容化されＰＳ灰となる。
ＰＳ灰の粒子は、金平糖に似た複雑な凹凸形状をしており、水を加えただけでは流動性を持たず、圧縮固形化も困難である。さらには、古紙を再生した場合には、印刷インク由来で有害物質であるフッ素が含まれている場合が多い。
そのため、一部はＰＳ灰に含まれる水硬性の遊離石灰を活用してセメント原料として再資源化されているが、大部分はそのまま廃棄され埋め立て処理されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２３０８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
而して、現在の埋め立て処分場は飽和状態に近づきつつあり、新たな埋め立て処分場の確保も難しいことから、ＰＳ灰の再資源化は緊急の課題となっている。
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、ＰＳ灰の特性を生かした再資源化方法とその方法により再資源化したものを提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、請求項１の発明は、ＰＳ灰を含む焼却灰に粘性土成分を含む汚泥を加えて混練造形し、その造形物を焼結することを特徴とするＰＳ灰系焼結体の製造方法である。
請求項２の発明は、請求項１に記載したＰＳ灰系焼結体の製造方法において、汚泥として建設汚泥を用いることを特徴とする製造方法である。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載したＰＳ灰系焼結体の製造方法において、シルト系汚泥を加えて混練造形した後に、さらに粘土系汚泥または粘土を加えて混練造形することを特徴とする製造方法である。
請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載したＰＳ灰系焼結体の製造方法において、ＰＳ灰を含む焼却灰に消石灰を加えてＰＳ灰に含まれる重金属類を不溶化した上で、粘土性成分を含む汚泥を加えて混練造形することを特徴とする製造方法である。
請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載したＰＳ灰系焼結体の製造方法において、さらに、鉱さいとガラス屑を加えて混練造形し、焼結の際には当該鉱さいを溶融しそこに含まれる重金属類をガラススラグと一体化して不溶化することを特徴とする製造方法である。
請求項６の発明は、請求項１から５のいずれかに記載した方法により製造された焼結体である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の方法によれば、ＰＳ灰の形態的特徴を生かしたものに再資源化できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ＰＳ灰を示す写真である。
【図２】汚泥を示す写真である。
【図３】基本的な玉状多孔質焼結体を示す写真である。
【図４】木節粘土を添加した玉状多孔質焼結体を示す写真である。
【図５】鉱さい＋ガラス屑を添加した砂状焼結体の粒子構造を示す写真である。
【図６】芝生の成長度合いを示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
先ず、原材料について説明する。
〈ＰＳ灰〉
ＰＳ灰は、古紙の再生工程や製紙工程で発生した製紙汚泥を脱水、焼却により減容化されて生成されたものであり、煤塵、燃えがら、ダストのいずれの形態のものも含まれる。ＰＳ灰は、顕微鏡観察レベルで見ると、金平糖様の凹凸形状をしており、内部に細孔が多数存在する。
ＰＳ灰には、シリカ、アルミナ、酸化カルシウム、酸化鉄等の細粒成分が含まれており、強アルカリ性である。
古紙由来の場合には、印刷インクの成分であるフッ素や、再生工程における塩素系漂白剤の使用により塩素が含まれている場合が多い。
使用する際には、乾燥状態でも含水状態でもよい。
【０００９】
〈消石灰〉
古紙由来のＰＳ灰を用いる場合には、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）を併用する。これを併用することで、有害物質であるフッ素がフッ化カルシウムとなって不溶化する。
フッ素の存在量は予め一々測定しておくわけではなく、消石灰は想定される上限値を目安として配合量が決められている。従って、消石灰は未反応のまま残留するものもある。
【００１０】
〈汚泥〉
ＰＳ灰は大部分が既にセラミック化しており、融解しないため、汚泥が焼結バインダーとして用いられている。そのため、汚泥は、粘性土成分を含むものである。汚泥には、浄水汚泥、下水汚泥、建設汚泥など種々のものがあるが、建設汚泥が好ましい。建設汚泥は元々土であり、粘性土である粘土やシルトが大部分を占めているからである。なお、セメント混じりのものはアルカリ性になっている。
使用する際には、乾燥状態でも含水状態でもよい。
【００１１】
〈その他の粘性土成分供給源〉
粘性土層から産出したものを、粘性土成分供給源として汚泥と併用してもよい。例えば、ＰＳ灰をシルト系汚泥と共に混練造粒し、さらに粘土質の高い粘土、例えば木節粘土を加えて核となる玉を造れば、ＰＳ灰を追加して玉を容易に大きくしていくことができる。併用した場合には焼結体は強度が高いものとなっている。また、木節粘土を加えた場合には焼結体はオレンジ〜茶に着色したものとなる。
【００１２】
〈鉱さい、ガラス屑〉
鉱さいは鉱石から金属を製練する際などに出てくる副産物であり、現状ではＰＳ灰と同様に埋め立てにより廃棄処理されているが、有害物質である水銀、ヒ素などの重金属類が含まれていることもあり、その取扱いに苦慮している。
而して、この鉱さいに含まれる重金属類は、ガラス屑を溶融した後に冷却してできたガラスの固化物、すなわち溶融スラグと一体化することで溶出を防止することができる。
本発明では、上記したＰＳ灰と汚泥とで焼結体を作り出すので、用途によっては、鉱さいとガラス屑も混入させてその焼結工程での熱を利用して重金属類をガラス固定化することで鉱さい分も合わせて再資源化する。
【００１３】
〈カーボン、チタンなど〉
その他、カーボンやチタンなどを添加して、用途を広げることができる。
【００１４】
次に、製造方法について説明する。
先ず、ＰＳ灰に消石灰を加えて、ＰＳ灰に含まれるフッ素を不溶化する。
続いて、ＰＳ灰と汚泥と水を造粒機（ミキサー）に投入し混合造粒して玉にする。最初から全量を投入するのでなく、ＰＳ灰等に最初から含まれている水分量などを考慮しながら段階を分けて投入することで玉にし易くなる。玉のサイズは、４号〜パチンコ玉が想定されている。その後に、さらに用途によっては複数の玉を手で丸めてより大きくしたり、型を用いて種々の形状に造形する。
以下、配合例毎に、具体的な混練造形方法について説明する。
【００１５】
配合例１（基本）
（１）ＰＳ灰（含水率２０〜３０％程度、９００ｇ）＋汚泥（水洗シルト系汚泥、含水率２０〜３０％程度、９００ｇ）を造粒機に投入し、３分程度混練する。
（２）水（１００ｃｃ、４０ｃｃ）を二段階に分けて造粒機に投入し、合計で１０分程度混練・造粒して核となる玉を造る。
玉をさらに大きくする場合には、引き続いて下記の工程（３）、（４）を行う。
（３）水（２０ｃｃ）＋ＰＳ灰（含水率２０〜３０％程度、１００ｇ）を造粒機に投入して玉を大きくしていく。
（４）さらに、玉の状態を確認しながら適宜水を加えて仕上げの玉とする。
玉をさらに大きくしたり、不揃いにする場合には、上記の工程（２）、（４）で造られた小玉や大玉を合わせて手で丸めたりする。
【００１６】
配合例２（木節粘土添加）
（１）ＰＳ灰（含水率２０〜３０％程度、９００ｇ）＋汚泥（水洗シルト系汚泥、含水率２０〜３０％程度、９００ｇ）を造粒機に投入し、３分程度混練する。
（２）水（１００ｃｃ）＋木節粘土（５０ｇ）を造粒機に投入し、さらに５分程度混練・造粒して核となる玉を造る。
（３）水（１００ｃｃ）＋ＰＳ灰（含水率２０〜３０％程度、１５０ｇ）を造粒機に投入し、５分程度かけて玉を大きくしていく。
（４）水（５０ｃｃ）＋ＰＳ灰（含水率２０〜３０％程度、１００ｇ）を造粒機に投入し、玉をさらに大きくしていく。
（５）さらに、玉の状態を確認しながら適宜水を加えて仕上げの玉とする。
【００１７】
配合例３（カーボン添加）
配合例１と配合例２の一部改変例であり、いぶし焼煉瓦を造るように酸素欠乏雰囲気内で焼結させて、不完全燃焼させて黒色乃至黒銀色（＝墨色）の炭化物を生成したり、焼結の最終段階にカーボン（粉末）を添加して焼結体の表面をカーボンで被覆したり、焼結後にカーボン水に浸漬させて焼結体の表面をカーボンで被覆したりする。上記３種類の黒化方法から２つ以上を選んで併用してもよい。但し、最も効率の良い黒化方法は不完全燃焼方法なのでこの方法は採用するのが好ましい。
【００１８】
配合例４（酸化チタン添加）
配合例１と配合例２の一部改変例であり、焼結後に酸化チタンを吹付けコーティングして焼結体の表面を酸化チタンで被覆する。
【００１９】
配合例５（鉱さい＋ガラス屑添加）
（１）ＰＳ灰（含水率２０〜３０％程度、８００ｇ）＋汚泥（水洗シルト系汚泥、含水率２０〜３０％程度、８００ｇ）を造粒機に投入し、３分程度混練する。
（２）鉱さい（２００ｇ）＋ガラス屑粉末（１５０ｇ）を造粒機に投入し、さらに５分程度混練する。
（３）水（１５０ｃｃ）を造粒機に投入し、５分程度混練・造粒して核となる玉を造る。
（４）水（５０ｃｃ）＋ＰＳ灰（含水率２０〜３０％程度、１００ｇ）を造粒機に投入し、玉をさらに大きくしていく。
（５）さらに、混練状態を確認しながら適宜水を加えて仕上げの玉とする。
【００２０】
次に、造粒機から取り出した玉をそのまま、或いは玉を型に詰め込んで圧縮造形した上で乾燥する。
通常は、１００〜１５０℃程度に設定した乾燥機内に半日程度入れて乾燥し、取出した後は半日程度かけて冷やす。十分に乾燥しておくことで、後述の焼結を経たときに、クラックが発生したり、強度が出なかったりするような不都合が無くなる。
次に、乾燥したものを焼成炉に入れて、１０００℃以上の高温で半日から１日程度かけて焼き、常温まで冷やす。なお、木節粘土が含まれてなくとも、オレンジ〜茶に着色したい場合には外に出して急冷すればよい。着色しない場合にはそのまま炉内で徐冷する。冷やされた物は、セラミック焼結体になっている。なお、焼結温度は１０００℃以上なので、ＰＳ灰に塩素が残留していてもダイオキシンが発生することはない。
【００２１】
（焼結体の性状、用途）
配合例１の焼結体は、図１に示すＰＳ灰と、図２に示す汚泥からなるものであり、図３に示すような玉状になっている。顕微鏡検察によれば、凹凸状のＰＳ灰の凸部が汚泥をバインダーとして互いに連結されて三次元状に組立てられ形状になっている。そのため、ＰＳ灰どうしの間には大きな空隙があり、ＰＳ灰の表面の細孔は開口している。
この十分に大きい細孔容積を各種成分の吸着部位や忌避剤の含浸部位として活用して、脱臭剤、水処理のろ過材、害虫駆除剤、家畜の敷床材等に利用できる。また、微生物の活着部位としても利用できる。
【００２２】
また、土壌と似た成分構成で、軽量で、保水性・透水性に優れているので、人工土壌として利用できる。例えば、水耕栽培に利用した場合には、根が焼結体間に伸びて倒れ難く、且つ水や液肥の供給量が少なくて済む。また、緑地の床土や目砂、屋上緑化、屋上菜園、プランター等の土にもなる。さらには水分調整剤として観葉植物の根元に散布したりもできる。
さらに、アルカリが強く、ミネラル分が豊富に含まれているので、田畑の消毒や、堆肥化の促進や、土壌改良に使用できる。
不揃いの玉は、玉を構成するＰＳ灰どうしが噛合い易いので、塩の代わりに滑止め剤として利用できるので、塩害の発生を心配せずに済む。
また、適宜な形状に造形したものを砂漠の地中に埋めてそこに水を供給するようにすれば、植物はそこから水分を吸収することができ砂漠緑化を促進できる。
さらに、セラミックのマイナスイオン発生作用を活用して、屋内外の床材や壁材にも利用できる。
【００２３】
配合例２の焼結体の玉には、木節粘土が添加されており、図４に示すように、大きくなっている。この玉は、配合例１の焼結体と同様な用途に利用できるが、強度も上がっているので、特に荷重がかかる校庭、駐車場、ゴルフ場のグリーンの滑り調整砂等に有用である。また、オレンジ〜茶に着色されているので、識別表示にも利用できる。
【００２４】
配合例３の焼結体は黒に着色されている。この点が配合例１や配合例２のものと異なっている。
黒に着色されていので、黒体輻射による遠赤外線効果を活用して、路面上に散布して融雪剤や路面凍結防止剤として利用したり、畑に入れて地温を上げて、農作物の成長を促進したり、霜を防止したりするのに利用できる。
特に、配合例１で不揃いな玉に着色した場合には、滑り止めと融雪・路面凍結防止機能を合わせ持ったものとなり、有用である。
【００２５】
配合例４の焼結体には酸化チタンが被覆されているので光触媒作用により殺菌、脱臭効果が期待できる。
【００２６】
配合例５の焼結体は溶融スラグ化されており、上記した配合例１〜４のような多孔質ではない。
この焼結体は、高強度を利用して校庭や駐車場等の強度が必要とされる場所に敷き詰めたりできる。
また、ガラスに自在に着色できるので、ガラス屑等と共に植物性着色料や樹脂等の着色剤を添加することで図５に示すような化粧砂にできる。
【実施例】
【００２７】
配合例１の焼結体の大玉について、成分を分析したところ、以下の通りであった。
【００２８】
【表１】
2012056821.tif 000002
表中、「エスカリウ」（登録商標）は、他社のコンポスト用発酵助剤で、多量の空隙をもったケイ酸カルシウムの結晶を主体とする粉粒体で構成されている。比較のために載せてある。
ＰＳセラミックＡ品とＢ品が本発明品であり、有害物質の溶出が基準以下であることを確認できた。
【００２９】
（捕捉性）
配合例１の焼結体の大玉を用いて、各種成分の捕捉効果を確認したところ、以下の結果が得られた。
【００３０】
【表２】
2012056821.tif 000003
【００３１】
【表３】
2012056821.tif 000004
【００３２】
【表４】
2012056821.tif 000005
【００３３】
（害虫駆除効果）
配合例１の焼結体の大玉の細孔に害虫忌避剤としての薬剤を含浸させたものを設置し、虫を近づけたところ、クモ、ヤスデ、蟻、だんご虫、ワラジムシ、ナメクジについて効果を確認できた。
【００３４】
（バイオモジュール的効果）
配合例１の焼結体の大玉を、バイオモジュールとして用いて、バシラス属サブチリウスを溶融した溶媒に所定時間浸漬してそれを巣営させた。そして、これを閉鎖水系である池に設置して、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）と生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）の変化を見たところ、以下に示すように明らかな水質浄化作用の発現を確認できた。
【００３５】
【表５】
2012056821.tif 000006
【００３６】
（肥料効果）
配合例１の焼結体の小玉を、芝生用の砂に混ぜて育成中の芝生に散布し、４２日経過後を無散布のものと比較したところ、図６に示すように明らかな違いを確認できた。
【００３７】
配合例１の焼結体の小玉を有機物に混ぜて堆肥化したものと、通常の市販されている堆肥の成分を比較したところ、以下の通りであった。
【００３８】
【表６】
2012056821.tif 000007
この結果より、二次発酵によるガス障害、窒素飢餓、窒素過剰の発生の可能性が著しく低下していることを確認できた。
【００３９】
また、牛糞及び牛糞尿オガクズ混合物に、配合例１の焼結体の小玉を混和して以下の試験を行った。
試験１．牛糞及び牛糞尿オガクズ混合物に小玉を添加量をかえ混和し、４〜６０℃の恒温槽内で静置培養し、大腸菌数及び好気性中温細菌数を測定した。
結果は、大腸菌は小玉を約１％添加した場合、２０℃以下の培養温度では速やかに検出限界以下となったが、３０℃及び３７℃培養では試験期間中残存した。３７℃培養では約２％以上の添加で大腸菌は死滅した。好気性中温菌はＰＳ灰１〜２％の添加で約１〜２０オ−ダー減少した。
試験２．肉牛牛舎から排出される糞尿―オガクズ混合物に対して小玉を０〜３％混和し、堆積・発酵させた。品温、水分、ＰＨ、全窒素含有、有機物含有、大腸菌及び好気性中温細菌数を測定した。
結果は、堆積時に小玉を１〜３％混和した堆肥は、特に寒冷地において品温上昇の開始が遅れた。また、無添加区に比較して、堆肥化期間中の有機物分解率が抑制される傾向が見られた。堆肥化過程における大腸菌は、小玉添加区では無添加区より速やかに検出限界以下となった。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の方法により製造された焼結体は種々の用途に利用できるので、ＰＳ灰を原料として無駄なく利用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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