(57)【要約】【課題】廃棄物等をより有効に利用可能な焼結物生成方法、および、焼結物を提供する。【解決手段】有機物を含む汚泥と、粉砕された鉱滓と、前記汚泥の焼結を調整するための焼結調整用の土とを、水の存在下で混合し（Ｓ４、５、６）、混合物を粒状化させ（Ｓ７）、粒状化された混合物を焼結させる（Ｓ９）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を含む汚泥と、粉砕された鉱滓と、前記汚泥の焼結を調整するための焼結調整用の土とを、水の存在下で混合する混合ステップと、
前記混合ステップにおける混合物を粒状化させる粒状化ステップと、
前記粒状化された前記混合物を焼結させる焼結ステップと、
を有する焼結物生成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の焼結物生成方法において、
前記混合ステップで、前記混合物のｐＨを調整するためのｐＨ調整剤を更に加えることを特徴とする焼結物生成方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の焼結物生成方法において、
前記焼結ステップで、前記粒状化された前記混合物を、８００〜９００℃の中高温領域で焼結させることを特徴とする焼結物生成方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の焼結物生成方法において、
前記焼結ステップで前記混合物を焼結して生成された焼結物に微生物を吸着させる微生物吸着ステップを更に有することを特徴とする焼結物生成方法。
【請求項５】
有機物を含む汚泥と、粉砕された鉱滓と、前記汚泥の焼結を調整するための焼結調整用の土とを、水の存在下で混合した混合物を焼結した焼結物。
【請求項６】
請求項５に記載の焼結物において、
前記混合物のｐＨを調整するためのｐＨ調整剤を更に加えて焼結したことを特徴とする焼結物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物を焼結させて、廃棄物を再利用する焼結物生成方法、および、焼結物に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境意識の高まりと共に、環境への負荷を少なくするため、廃棄物等の処理や再利用がなされている。例えば、廃棄物の一例である、河川や湖底等に堆積した汚泥（スラッジ）は、微生物により分解させたり、浚渫して肥料や建設材料等に再利用されたりしている。畜産業から生ずる動物の糞尿等の汚泥も肥料等に再利用されている。また、製鉄所等から大量に排出される鉱滓（スラグ）は、道路の舗装材やレンガ等に再利用されている。
【０００３】
汚泥の分解に関して特許文献１には、高炉水砕スラグに過剰な加工処理を施すことなく、しかもヘドロ（汚泥）の硫化水素雰囲気下においても、栄養源を与えることなく水底に堆積したヘドロに直接作用して短時間に分解できるヘドロの分解方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４６３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、水質の保全等に効果があるが、浚渫等されてしまった汚泥の処理には利用しにくく、また、建設現場から発生する大量の残土の処理には不向きであった。このように、従来技術では、廃棄物等に対する適用範囲が限られることが多く廃棄物等を有効に利用できなかった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、廃棄物等をより有効に利用可能な焼結物生成方法、および、焼結物を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、有機物を含む汚泥と、粉砕された鉱滓と、前記汚泥の焼結を調整するための焼結調整用の土とを、水の存在下で混合する混合ステップと、前記混合ステップにおける混合物を粒状化させる粒状化ステップと、前記粒状化された前記混合物を焼結させる焼結ステップと、を有する。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の焼結物生成方法において、前記混合ステップで、前記混合物のｐＨを調整するためのｐＨ調整剤を更に加えることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の焼結物生成方法において、前記焼結ステップで、前記粒状化された前記混合物を、８００〜９００℃の中高温領域で焼結させることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の焼結物生成方法において、前記焼結ステップで前記混合物を焼結して生成された焼結物に微生物を吸着させる微生物吸着ステップを更に有することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、有機物を含む汚泥と、粉砕された鉱滓と、前記汚泥の焼結を調整するための焼結調整用の土とを、水の存在下で混合した混合物を焼結する。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の焼結物において、前記混合物のｐＨを調整するためのｐＨ調整剤を更に加えて焼結したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、有機物を含む汚泥と、粉砕された鉱滓と、汚泥の焼結を調整するための焼結調整用の土とを、水の存在下で混合し、混合した混合物を粒状化させ、焼結させることにより、焼結の際、燃焼後に孔が形成される有機物の量が調整できるため、多孔質の割合が調整された、鉱滓のミネラルを有する焼結物が生成できる。この焼結物は、ミネラルを調整でき、また、調整された多孔質により、焼結物に微生物を吸着させたり、水に浮遊できるようにしたり等、有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る焼結物生成システムの概要構成例を示す模式図である。
【図２】図１の焼結物生成システムにおける焼結物の生成の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
まず、本発明の一実施形態に係る焼結物生成システムの構成および概要機能について、図１を用いて説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係る焼結物生成システム１の概要構成例を示す模式図である。
【００１７】
図１に示すように、焼結物生成システム１は、製鉄所等から排出される鉱滓を粉砕する粉砕機１０と、粉砕機１０により粉砕された鉱滓を篩いにかける振動篩機１１と、建設残土等を篩いにかける振動篩機１２と、河川等から浚渫した等の汚泥と、粉砕された鉱滓や建設残土等とを混合する混合機１３と、汚泥の混合物を粒状化させる造粒機１４と、粒状化された汚泥の混合物を乾燥させる乾燥機１５と、粒状化された汚泥の混合物を焼結させる焼結機１６と、微生物を焼結物に吸着させる微生物吸着槽１７と、を備える。
【００１８】
粉砕機１０は、例えば、ハンマークラッシャーとローラ圧延機等とを有し、ハンマークラッシャーによる粉砕後、ローラ圧延機等により更に細かく粉砕し、直径１ｍｍ以下程に粉砕する。なお、反応性を高めるために０．５ｍｍ以下が好ましい。粉砕機１０は、ボールミルでもよい。
【００１９】
また、粉砕機１０は、アルミニウムの溶解時に発生するアルミニウム・ドロス（アルミドロス）も粉砕する。アルミドロスは、ｐＨ調整のために使用される。
【００２０】
ここで、鉱滓は、鉱石から金属を製錬した際に、溶剤の作用によって生じる混合酸化物のかすであり、鉄分（Ｆｅ）を含む鋼鉄スラグが好ましい。この鉱滓は、酸化カルシウム(ＣａＯ)、酸化マグネシウム(ＭｇＯ)等を含み強アルカリ性（例えば、ｐＨ１２〜１４）である。
【００２１】
振動篩機１１は、２４．５メッシュ程（網目１ｍｍ程）の篩を有し、粉砕機１０により粉砕させた鉱滓から、直径１ｍｍ以下の鉱滓を取り出す。
【００２２】
振動篩機１２は、乾燥した建設残土を篩いにかけ、５ｍｍ以下の土を取り出す。ここで土は、汚泥の焼結を調整するための焼結調整用の土の一例であり、焼結に必要な、粘土やシルトの成分を含む。なお、汚泥に粘土やシルトの成分が多い場合は、土の代わりに、砂でもよい。
【００２３】
混合機１３は、撹拌器（図示せず）を有する容器である。撹拌器は、モータで駆動する撹拌翼（インペラ）を有する。混合機１３に、振動篩機１１から鉱滓と、振動篩機１２から焼結を調整するための焼結調整用の土とが投入され、粉体の状態で撹拌され、その後、沈殿凝集剤により水分が調整された汚泥が投入されて、撹拌翼により混合物が練られる。
【００２４】
ここで、汚泥は、河川や海底から浚渫された汚泥や、下水処理場、工場排水の処理施設等から回収された汚泥、畜産農業から生ずる動物の糞尿等である。これら汚泥は有機物および水を有する。また、これら汚泥が亜鉛、砒素、水銀、カドミウム等の重金属を含む場合もある。
【００２５】
造粒機１４は、汚泥の混合物を粒状化する機械であり、孔からの押出や、転動や、圧縮等により、汚泥の混合物を球状、円柱状、チップ状等のペレットにする。造粒機１４は、球状の場合、直径が１０ｍｍ位のペレットにする。
【００２６】
乾燥機１５は、キルン乾燥機であり、窯を回転させながら加温して、粒状化された汚泥の混合物を乾燥させる。なお、乾燥機１５は、マイクロ波や送風や自然乾燥により粒状化された汚泥の混合物を乾燥させる機械でもよい。
【００２７】
焼結機１６は、ガスや石油等の燃焼や電気により、酸素が存在する状態で、粒状化された汚泥の混合物を８００〜９００℃の中高温領域で焼結させる焼成炉である。焼結機１６により、粒状化された汚泥の混合物を焼き固め、鉱滓に含まれる鉄成分により、焼結調整用の土に含まれる重金属や、汚泥の重金属の無毒化が図られる。
【００２８】
微生物吸着槽１７は、土壌改良に有用な微生物を繁殖させた水槽である。微生物吸着槽１７に、焼結機１６で焼結された焼結物が投入され、焼結物に微生物が吸着される。
【００２９】
次に、焼結物生成システム１の動作について図を用いて説明する。
図２は、焼結物生成システム１における汚泥焼結物の生成の手順を示すフローチャートである。
【００３０】
図２に示すように、まず、汚泥に沈殿凝集剤を投入して混合する（ステップＳ１）。具体的には、沈殿槽（図示せず）に水分を含む汚泥が投入された後に、沈殿凝集剤を投入し、撹拌させながら混合する。汚泥分が沈殿し、汚泥の水分量が適量になるように、上澄みの水が除去される。
【００３１】
ここで、沈殿凝集剤として、例えば、硫酸カルシウムや炭酸カルシウム等の無機凝集剤に、担持体としての貝化石（貝や珊瑚類等が堆積してできた石）を加えた沈殿凝集剤が挙げられる。
【００３２】
なお、乾燥された汚泥や、水分量が少ない汚泥の場合は、沈殿凝集剤を投入しなくてもよく、逆に、鉱滓と汚泥とが混合しやすいように、または、鉱滓と汚泥の重金属とが反応しやすいように水を加えてもよい。
【００３３】
次に、汚泥の分析を行う（ステップＳ２）。具体的には、汚泥のｐＨの分析、有機物の量、水分の量、シルトや粘土分の量等の成分分析を行う。ｐＨの分析は、通常のｐＨメータやｐＨ試験紙で行う。
【００３４】
次に、粉砕機１０が鉱滓を粉砕する（ステップＳ３）。具体的には、粉砕機１０のハンマークラッシャーにより、鉱滓を粉砕し、さらに、粉砕機１０のローラ圧延機により更に細かく粉砕される。汚泥の中の重金属と、鉄が結合しやすくするため、鉱滓が細かく粉砕される。
【００３５】
そして、振動篩機１１が、粉砕された鉱滓を篩いにかけて、直径１ｍｍ以下の鉱滓を取り出す。
【００３６】
次に、振動篩機１２が、乾燥した普通土や建設残土（焼結調整用の土の一例）等を篩いにかけ、５ｍｍ以下の土を取り出す。混合機１３に投入する土の量は、汚泥に含まれる無機物、有機物の割合、および、土に含まれる無機物、有機物の割合により決定される。この焼結調整用の土が、焼結させる混合物の無機物、有機物の割合を調節する。また、焼結調整用の土が、混合機１３により練られた際の混合物の粘度も調整する。
【００３７】
次に、混合機１３が、粉砕された鉱滓および焼結調整用の土を混合する（ステップＳ４）。具体的には、粉砕機１０により粉砕して篩にかけた直径１ｍｍ以下の鉱滓と、振動篩機１２に篩にかけられた５ｍｍ以下の土とが、混合機１３に投入され、混合機１３の撹拌翼により撹拌される。
【００３８】
次に、混合機１３にｐＨ調整剤が投入され混合される（ステップＳ５）。例えば、ｐＨ調整剤として、アルミニウムの溶解工程において、不純物として発生するアルミニウム・ドロス（アルミドロス）が投入される。このアルミドロスは、粉砕機１０により粉砕後、振動篩機１１により篩いかけてから、混合機１３に投入される。また、アルミドロスはｐＨ２程の酸性であり、汚泥と鉱滓との混合物が、混合物がｐＨ６．５〜９になるように投入される。
【００３９】
次に、混合機１３に汚泥が投入され混合される（ステップＳ６）。粉砕された鉱滓および土が投入されている混合機１３に、ステップＳ１で沈殿凝集された汚泥が、撹拌されながら投入される。そして、水および有機物を含む汚泥と、粉砕された鉱滓と、汚泥の焼結を調整するための焼結調整用の土との混合物を、混合機１３の撹拌翼により６０ｒｐｍほどの回転速度で混ぜ合わせて練る。混合機１３の練により、混合物の粘性が増す。なお、練りの状態により混合機１３に水を加えて粘度を混合物の調整してもよい。
【００４０】
次に、造粒機１４が、混合機１３により練られた混合物を粒状化する（ステップＳ７）。造粒機１４が、直径が１０ｍｍ位の球状のペレットにする。ペレットにすることにより、混合物が乾燥しやすく、焼結しやすくなる。
【００４１】
次に、乾燥機１５が、造粒機１４により粒状化された混合物を乾燥する（ステップＳ８）。乾燥機１５（キルン乾燥機）が、乾燥機１５の窯を回転させながら、３５０℃程に加温して、粒状化された汚泥の混合物を乾燥させる。
【００４２】
次に、焼結機１６が、８００〜９００℃の中温領域で粒状化された混合物を焼結させる（ステップＳ９）。好ましくは、焼結機１６が、混合物を８５０℃の焼成温度で焼結させ、焼結物を生成する。
【００４３】
焼結機１６が、酸素が存在する状態で、混合物を焼結させることにより、混合物に含まれる無機物が焼結されつつ、混合物に含まれる有機物が燃焼して行くため、粒状化された混合物の中心部まで、素早く８５０℃の中高温に近づけることができる。また、焼結された混合物が、水に浮遊できるほどの多孔質になる。また、粒状化された汚泥の混合物を焼き固める段階で、鉱滓に含まれる鉄成分と、焼結調整用の土に含まれる重金属や、汚泥の重金属とが、反応する。なお、気化した重金属は、排気処理装置（スクラバー）で回収する。
【００４４】
次に、微生物吸着槽１７において、焼結物に、微生物を吸着させ、乾燥させる（ステップＳ１０）。土壌改良に有用な微生物を繁殖させた微生物吸着槽１７に、ステップＳ９で生成された焼結物が投入され、焼結物に微生物が吸着される。このとき多孔質の焼結物は、浮かびやすいので、重しを載せる。スプレーにより、微生物を含む液体を、焼結された混合物に吹きかけてもよい。そして、十分、微生物を吸着させた後に、焼結物を乾燥させる。
【００４５】
以上、本実施形態によれば、有機物を含む汚泥と、粉砕機１０により粉砕された鉱滓と、汚泥の焼結を調整するための焼結調整用の土とを、混合機１３により水の存在下で混合し、造粒機１４により混合した混合物を粒状化させ、焼結機１６により焼結させることにより、焼結の際、燃焼後に孔が形成される有機物の量が調整できるため、多孔質の割合が調整された、鉱滓のミネラルを有する焼結物が生成できる。この焼結物は、鉱滓の量によりミネラルを調整でき、また、調整された多孔質により、焼結物に微生物を吸着させたり、水に浮遊できるようにしたり等、有効に利用できる。なお、焼結物は、混合物に有機物が多いと、より多孔質になる。
【００４６】
また、粒状化された汚泥の混合物を焼き固める段階で、鉱滓に含まれる鉄分が、汚泥や汚染された土に含まれる亜鉛、砒素、水銀、カドミウム等の重金属等と結合して重金属を安定化させ無毒化する。これは、重金属を含む排水に鉄塩を加え、フェライトの結晶格子の中にさまざまな重金属イオンを閉じ込めるフェライト処理に似ている。
【００４７】
また、焼結により、汚泥等に含まれるダイオキシンを分解させ、無害化することができる。
【００４８】
強アルカリの鉱滓をそのまま河川等に投入すると、水質に影響を及ぼすおそれがあるが、汚泥や土と焼結させることにより、水質に及ぼす影響を低減できる。
【００４９】
また、焼結により、ミネラルが閉じ込められているため、焼結物を土壌に撒いた場合、ミネラルを徐々に土壌に供給できる。特に、２価の鉄イオンを供給でき、昆布やワカメといった藻場における藻の育成、農場における植物の育成に利用可能である。
【００５０】
また、焼結物を河川や湖沼等に投入して沈めたり、浮かべたりすると、ステップＳ１０で微生物を吸着させなくても、焼結物の多孔質部に微生物が住み着き、繁殖させることができるため、水質改善に利用できる。また、焼結物を土壌に撒いた場合、焼結物の多孔質部に微生物が住み着き、繁殖させることができるため、土壌が改良されて、植物の生産性の向上を図ることができる。
【００５１】
また、混合物のｐＨを調整するためのｐＨ調整剤（例えば、アルミドロス）を加える場合、焼結物のｐＨが調整でき、各土壌のｐＨに合わせた、焼結物を生成できる。また、特許文献１に記載の技術のように、鉱滓をそのまま河川等に投入すると、水質に影響を及ぼすおそれがあるが、強アルカリの鉱滓を酸性のアルミドロスにより中和して、焼結させることにより、水質に及ぼす影響をより低減できる。
【００５２】
また、粒状化された混合物を、８００〜９００℃の中高温領域で焼結させる場合、混合物の有機物が炭化し、酸素により燃焼して行くため、中心部まで、焼成温度に早く近づき、焼成温度を１０００℃以上の高温にしなくても、ダイオキシン類を分解できる。また、ダイオキシン類の分解のために必要とされる８００℃以上にペレットの中心部まで温度を上げるため、従来、焼成温度を１０００℃以上にする必要があったが、８００〜９００℃の中高温領域で焼結できるため、焼結に必要なコストを軽減できる。
【００５３】
また、生成された焼結物に微生物を吸着させる場合、焼結物の多孔質部に微生物が吸着されているため、焼結物を河川や湖沼等に投入して沈めたり、浮かべたりして水質改善を図ることができる。焼結物の多孔質部に微生物がトラップされているため、持続的に焼結物を水質改善に利用できる。また、焼結物の多孔質部に微生物が繁殖しやすいため、土壌改良に利用でき、植物の生産の向上を図ることができる。
【００５４】
なお、ステップＳ４からステップＳ６のように、粉砕した鉱滓と土とｐＨ調整剤を混合してから、水分を含む汚泥を投入せず、水分を含む汚泥を先に混合機１３に投入しておき、撹拌させながら粉砕した鉱滓や、土や、ｐＨ調整剤を徐々に投入してもよい。
【００５５】
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記各実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００５６】
１：焼結物生成システム
１０：粉砕機
１３：混合機
１４：造粒機
１６：焼結機
１７：微生物吸着槽
【図１】
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【図２】
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