(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントおよび固体状酸無水物を主体としてなることを特徴とするセメント系脱臭固化材。
【請求項２】
セメント１００重量部に対して、固体状酸無水物が０.５〜１００重量部用いられる請求項１に記載のセメント系脱臭固化材。
【請求項３】
セメントと固体状酸無水物、および石膏ならびに/もしくはアルカリ金属塩を主体としてなることを特徴とするセメント系脱臭固化材。
【請求項４】
セメント１００重量部に対して、固体状酸無水物が０.５〜１００重量部、石膏および/もしくはアルカリ金属塩が１〜３０重量部用いられる請求項３に記載のセメント系脱臭固化材。
【請求項５】
固体状酸無水物が無水フタル酸、無水マレイン酸、無水コハク酸または無水グルタル酸である請求項１〜４のいずれかに記載のセメント系脱臭固化材。
【請求項６】
汚泥に、セメントと共に固体状酸無水物を混合することを特徴とする汚泥の脱臭固化方法。
【請求項７】
汚泥に、セメントおよび固体状酸無水物と共に石膏ならびに/もしくはアルカリ金属塩を混合することを特徴とする汚泥の脱臭固化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は湖沼へドロ、河川へドロ、下水汚泥等の汚泥を固化処理する際、または、その処理土を掘削する際等において、汚泥の悪臭、特にアンモニアや有機アミン等の悪臭（以下、アンモニア臭という）を低減するセメント系脱臭固化材および脱臭固化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
湖沼ヘドロ、河川へドロ、下水汚泥等の汚泥を埋め立てる際に、重金属の溶出防止のため、或いは、運搬や埋め立ての便を考慮して、セメントによる汚泥の固化が一般に行なわれている。しかし、単にセメントを汚泥に加えた場合には、本来、塩の形で汚泥中に固定されているアンモニアや有機アミンがセメントの水和過程で生成する水酸化カルシウム等のアルカリ性物質によって中和され、汚泥から揮散するため著しい悪臭公害が発生する場合が多い。
【０００３】
従来、このような悪臭を低減する脱臭物質として、硫酸第一鉄等の２価の鉄塩とセメント等を用いた脱臭強度増加方法(特開昭56-98280号公報等)や、硫酸アルミニウム等の金属の強酸塩と酸化カルシウム等からなる固化剤(特開平3-217300号公報)が提案されている。
しかし、２価の鉄塩は硫化水素等の硫化物と反応するので、硫化物の脱臭には有効であるが、アンモニア臭に対する脱臭効果は知られていない。また、金属の強酸塩は、汚泥に添加して短時間のうちは、汚泥のｐＨを酸性側に変えるのでアンモニアの発生を一時的に抑制する効果はあるものの、併用される酸化カルシウムが次第に水和してアルカリ性物質が生成するため、脱臭効果の持続性に問題がある。
【０００４】
アンモニアや有機アミン等は悪臭物質のなかで特に刺激臭が強いため、汚泥をセメント固化するに際し、これらの発生を低減することが従来から強＜望まれていた。ところが、現状ではこのようなアンモニア臭に対して効果の高い脱臭剤は知られていない。例えば、特開昭56-26542号公報にはアンモニアの脱臭剤として無水フタル酸等の酸無水物が提案されているが、これは、アンモニアガスなどを充満した試験室に酸無水物を入れ、その脱臭効果を示したものであり、汚泥に対するような使用環境を考慮したものではない。
すなわち、一般に、酸無水物はアルカリ性物質と容易に反応して分解する性質を有するので、アルカリ性物質と併用すると脱臭効果が阻害されると一般に考えられており、従って、セメントのように水和してアルカリ性物質を生成する材料との併用は避けられている。従来、このような併用例は知られていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、汚泥のセメント固化における従来の上記問題を解決したものであって、汚泥をセメントで固化する際に生じるアンモニア臭等の発生を抑制し、しかも十分な固化強度を確保できるセメント系脱臭固化材および脱臭固化方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、(１)セメントおよび固体状酸無水物を主体としてなることを特徴とするセメント系脱臭固化材に関するものである。セメントと共に酸無水物を用いることにより、汚泥を固化すると共にその悪臭を除去する。上記脱臭固化材は、好ましくは、(２)セメント１００重量部に対して、固体状酸無水物が０.５〜１００重量部用いられるものである。この配合量の範囲であれば、十分な固化強度と良好な脱臭効果が得られる。
【０００７】
また、本発明は、(３)セメントと固体状酸無水物、および石膏ならびに/もしくはアルカリ金属塩を主体としてなることを特徴とするセメント系脱臭固化材に関するものである。セメントおよび固体状酸無水物に加えて石膏ないしアルカリ金属塩を併用することにより、固化作用を促進させることができ、有機物含有量の多い汚泥や、早期に固化させる必要がある汚泥などに対して特に効果がある。上記脱臭固化材は、好ましくは、(４)セメント１００重量部に対して、固体状酸無水物が０.５〜１００重量部、石膏および/もしくはアルカリ金属塩が１〜３０重量部用いられるものである。
【０００８】
これらの脱臭固化材において、具体的には、(５)固体状酸無水物が無水フタル酸、無水マレイン酸、無水コハク酸、または無水グルタル酸であるものが挙げられる。
【０００９】
さらに、本発明は、(６)汚泥に、セメントと共に固体状酸無水物を混合することを特徴とする汚泥の脱臭固化方法、あるいは、(７)汚泥に、セメントおよび固体状酸無水物と共に石膏ならびに/もしくはアルカリ金属塩を混合することを特徴とする汚泥の脱臭固化方法に関する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を実施例と共に詳しく説明する。なお以下の本発明の説明において酸無水物は固体状酸無水物である。
(Ｉ)脱臭固化材本発明に係る脱臭固化材は、セメントおよび酸無水物を主体としてなるものである。本発明に用いるセメントは汚泥を固化できるセメントであれば、特に制限されない。例えば、普通ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント、早強ポルトランドセメントなどを用いることができる。
【００１１】
本発明に用いる酸無水物は、アンモニアや有機アミンと反応してアミドを生成し、固定することにより脱臭効果を発揮する。酸無水物の具体例としては、例えば、無水フタル酸、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水グルタル酸などが好ましい。なかでも、安価な無水フタル酸あるいは無水マレイン酸が好適である。
【００１２】
無水フタル酸は工業的にはナフタレンやオルトキシレンを原料として、また、無水マレイン酸はベンゼン、ブタン、またはブタジエン・ブテンを原料にし、これらを酸化して得た粗製物を蒸留して精製物(製品)にすることにより製造されている。この蒸留過程で多量の残留物(以下、釜残と云う)が生じ、この釜残には無水フタル酸または無水マレイン酸がそれぞれ比較的多量に含まれている。この釜残も本発明のセメント系脱臭固化材の安価な脱臭成分として使用することができる。
【００１３】
本発明に用いる酸無水物は、アンモニアや有機アミンに対して脱臭効果を有するものであれば、水に可溶性でも難溶性でも良く、また常温で液体でも固体でも用いることができる。なお、セメントから生じるアルカリ性物質によって加水分解されるのを抑制するには粉粒体、フレーク等の固体状のものが好ましい。
【００１４】
酸無水物の使用量は、固化する汚泥に含まれるアンモニアや有機アミンの量により左右されるが、固化作用との兼ね合いから、概ね、セメン卜１００重量部に対し、酸無水物（釜残の場合は含まれている酸無水物）０.５〜１００重量部が適当であり、５〜５０重量部が好ましい。酸無水物が０.５重量部未満では十分な脱臭効果が得られない。また、酸無水物が１００重量部を上回るとセメントの固化作用が影響を受け、汚泥に対する固化効果が低下し、また脱臭効果も飽和するので好ましくない。
【００１５】
本発明の脱臭固化材は、セメントおよび酸無水物と共に石膏またはアルカリ金属塩を併用するものを含む。石膏とアルカリ金属塩の両方を含むものでも良い。これらの石膏またはアルカリ金属塩はセメントの強度増進材として作用する。
一般に、フミン酸等の有機質を含有する汚泥は、これらの有機物がセメントの硬化を阻害し、十分な固化強度を得にくい。また、酸無水物の使用量が比較的多いとセメントの凝結が遅延する。更に、工期等の施工上の要請から、汚泥を短期間で固化させなければならない場合もある。
このような場合に、石膏やアルカリ金属塩を併用することにより固化作用を促進させることができる。具体的には、石膏はセメントと反応して早期にエトリンガイトを生成し、またアルカリ金属塩はセメントの水和反応を促進して、汚泥の固化強度を高める。
【００１６】
石膏としては二水石膏、半水石膏、無水石膏、フッ酸石膏または排煙脱硫石膏等の各種石膏を用いることができる。また、アルカリ金属塩としては硫酸ナトリウム、炭酸ナトリウム等の一般的なものを用いることができる。なかでも石膏は酸無水物の脱臭効果に悪影響を与えることなく十分な固化強度が得られるので好適である。
【００１７】
石膏ないしアルカリ金属塩の使用量は、酸無水物の使用量、汚泥に含まれる有機質の量などにより一様ではないが、概ね、セメント１００重量部に対して１〜３０重量部であれば良い。石膏とアルカリ金属塩を併せて用いる場合にはこれらの合計量が１〜３０重量部であれば良い。この使用量が１重量部未満では強度の増進効果が低く、３０重量部を上回るとセメントの凝結が早くなり過ぎて、セメント系脱臭固化材の可使時間が確保できない場合がある。
【００１８】
以上述べた本発明の脱臭固化材は、上記各成分を予め混合したものでも良く、または、各成分を別々に分けておき、使用時に混合するものでも良い。
【００１９】
(II)脱臭固化方法
本発明に係る脱臭固化方法は、(イ)汚泥にセメントと共に酸無水物を混合する方法、あるいは、(ロ)汚泥にセメントおよび酸無水物と共に石膏ならびに/もしくはアルカリ金属塩を混合する方法である。
これらは、セメント、酸無水物と共に、必要に応じて、石膏ないしアルカリ金属塩を予め配合した組成物として用いても良く、また、個々に汚泥に混合しても良い。なお、汚泥に対して始めに酸無水物を混合するのが好ましく、酸無水物と共にセメントや石膏ないしアルカリ金属塩を用い、あるいは酸無水物を混合し、次いでセメント等を混合すると良い。
【００２０】
本発明の上記脱臭固化方法において、上記各成分を予め配合した組成物として用いる場合でも、また、これらを個々に使用する場合でも、酸無水物、石膏、アルカリ金属塩の使用量は、既に述べたように、セメント１００重量部に対して、酸無水物０.５〜１００重量部、好ましくは５〜５０重量部であって、石膏および/もしくはアルカリ金属塩１〜３０重量部となる量が好ましい。
【００２１】
本発明の上記セメント系脱臭固化材および脱臭固化方法においては、脱臭効果を低下させない範囲で、スラグ、フライアッシュ、石炭灰、石灰石微粉末等の混和材または、活性炭などの他の脱臭材(剤)等と併用することができる。また、汚泥に対するセメントの使用量は汚泥の含水量などに応じて定めれば良い。
【００２２】
【実施例および比較例】
本発明の実施例を以下に示す。なお、以下の例は本発明の範囲を限定するものではない。
使用材料
脱臭固化材として使用した材料を表１に示した。
脱臭固化試験(1)
河川の汚泥（窒素含有率０.４重量％、含水率７６％）４００mlを採取し、これに表２に示す種類と量の酸無水物を混合して５分間静置した後に、高炉セメントＢ種４０gを混合した。この混合物の１００mlと３００mlを、それぞれ２つのカップに計り採り、ポリ袋でカップ全体を密封した。密封して１０分後、１００mlの汚泥混合物を入れたカップに、アンモニア検知管を挿入しアンモニア濃度を測定した。測定後、直ちに新しいポリ袋に交換してカップ全体を密閉し、更に１日後に汚泥混合物の表層(酸化層)を除去して、再度、カップのアンモニア濃度を測定した。一方、３００mlの汚泥混合物を入れたカップは、直ちに４０℃の恒温槽に入れ、２日後、ベーン試験機(セン断強さの測定機)により汚泥混合物の固化強度(最大回転モーメント)を測定した。これらの脱臭効果および汚泥の固化強度を表２に示した。なお、実用上、アンモニア濃度は１０ppm以下、最大回転モーメントは４kgf・cm以上であることが必要である。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
【表２】
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【００２５】
表２の実施例１〜１５に示すように、無水フタル酸、無水マレイン酸または釜残を混合したものは、比較例１に示す酸無水物が無添加の場合と比べ、アンモニア濃度が著しく低減されている。また、汚泥混合物の固化強度は酸無水物の添加量を増やすと低下するものの、実用範囲（最大回転モーメント：４kgf・cm以上）を確保している。一方、比較例２、３に示すように、無水フタル酸および無水マレイン酸に代えてフタル酸およびマレイン酸を用いたものは、アンモニア臭を脱臭する効果は殆どない。この結果から脱臭効果は酸無水物の形で発揮されることが分かる。本発明では、酸無水物を脱臭成分として用いることにより優れた脱臭効果を達成している。また、本発明の脱臭固化材ないし脱臭固化方法は、セメントと共に酸無水物を併用しても高い脱臭効果を示しており、セメントの水和によって生じるアルカリ性物質に対しても安定で優れた脱臭効果を有することが分かる。
なお、表２の結果によれば、酸無水物の使用量が０.２ｇ(0.5重量部)でも比較例よりはアンモニア濃度が大幅に低下しており、アンモニア濃度についての実用範囲(10ppm以下)を満足する脱臭効果が得られるので、酸無水物の使用量は０.２ｇ(0.5重量部)以上が適当である。ただし、酸無水物量が０.２〜１ｇ(0.5〜2.5重量部)の範囲ではややアンモニアが残留するので、酸無水物の使用量は５重量部以上が好ましい。一方、酸無水物の使用量が２０g(50重量部)付近になると脱臭効果がほぼ飽和し、４０g(100重量部)までは固化強度が実用範囲(最大回転モーメント:４kgf・cm以上)を満足するが、その限界に近づくので、４０ｇ以下が適当である。
【００２６】
脱臭固化試験(2)
酸無水物と共に各種石膏およびアルカリ金属塩を併用した以外は脱臭固化試験(1)と同様にして汚泥の脱臭固化試験を行った。すなわち、上記汚泥４００mlに無水フタル酸または無水マレイン酸を各々４０ｇを混合し、５分間静置した後に、高炉セメントＢ種４０gと共に、無水石膏、半水石膏、２水石膏、硫酸ナトリウムを表３に示す所定量をおのおの混合した。これらの試料について、脱臭固化試験(1)と同様にして１０分後、１日後のアンモニア濃度を測定し、２日後の固化強度（最大回転モーメント）を測定した。また、比較試料として、石膏および硫酸ナトリウムを加えない試料について、同様に２日後の固化強度（最大回転モーメント）を測定した。これらの結果を表３にまとめて示した。
【００２７】
【表３】
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【００２８】
表３の実施例１〜９に示すように、無水石膏、半水石膏、２水石膏等の石膏を加えることにより、酸無水物の脱臭効果を損なうことなく、汚泥の固化強度を増進させることがわかる。また、硫酸ナトリウム等のアルカリ金属塩は、酸無水物の脱臭効果を幾分低下させるが、汚泥の固化強度を更に大幅に増進させる利点がある。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、本発明のセメント系脱臭固化材および脱臭固化方法は、汚泥を固化する際に、そのアンモニア臭等に対して優れた脱臭効果を発揮し、しかも実用上、十分な固化強度を確保することができる。