(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣａＯ分及びＳｉＯ2分を含む水熱固化用調合物を用意する調合工程と、該水熱固化用調合物を成形して成形体とする成形工程と、該成形体を水熱処理してケイ酸カルシウム水和物を生じて固化した水熱固化体を得る水熱工程とを有する水熱固化体の製造方法において、
前記水熱固化用調合物は下水汚泥焼却灰と建設汚泥と消石灰とを含み、該建設汚泥は、粒径が０．０７５〜５ｍｍの粗粒と、粒径が０．０７５ｍｍ未満の細粒とからなり、該粗粒と該細粒とは質量比で４０：１５〜５０：１０であることを特徴とする水熱固化体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水熱固化体の製造方法に関し、詳しくは、少なくとも下水汚泥焼却灰及び建設汚泥を用いた水熱固化体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、調合工程、成形工程及び水熱工程を有する水熱固化体の製造方法が知られている。ここで、調合工程では、ＣａＯ分及びＳｉＯ2分を含む水熱固化用調合物を用意する。成形工程では、水熱固化用調合物を成形して成形体とする。また、水熱工程では、成形体を水熱処理してケイ酸カルシウム水和物を生じて固化した水熱固化体を得る。こうして得られた水熱固化体は、タイル、舗装用ブロック等の建材等として利用される。
【０００３】
一方、近年、（１）窯業分野で排出されるタイル屑等の陶磁器廃棄物、生素地屑、釉薬汚泥、キラ、ガラス屑等、（２）鋳造・精錬分野で排出される鋳込砂屑、スラグ、（３）発電分野で排出されるフライアッシュ、石炭灰等、（４）生活分野から排出される下水汚泥焼却灰、焼却飛灰、都市ゴミ焼却灰等、（５）土木・建築分野から排出されるコンクリートがら、建設汚泥等、ＣａＯ分及びＳｉＯ2分を含む無機廃棄物が増加する傾向にあり、その処分場の確保等が困難になりつつある。
【０００４】
このため、種々の無機廃棄物を上記水熱固化体の製造方法における水熱固化用調合物に含め、無機廃棄物を再利用しようとする方法が提案されている（特開昭５５−１２４５８２号公報）。また、キラ、ガラス屑、タイル屑、石炭灰、鋳込砂屑、下水汚泥焼却灰、釉薬汚泥及びスラグをその水熱固化用調合物に含め、無機廃棄物を再利用しようとする方法も提案されている（特開平５−２０８１８２号公報、特開平６−３１６４０９号公報）。さらに、下水汚泥焼却灰をその水熱固化用調合物に含め、無機廃棄物を再利用しようとする方法も提案されている（特開平７−６９７０５）。また、陶磁器廃棄物、釉薬汚泥、生素地屑、鋳込砂屑、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰、石炭灰、フライアッシュ又はスラグをその水熱固化用調合物に含め、無機廃棄物を再利用しようとする方法も提案されている（特開平１０−２９６２０５）。
【０００５】
これら無機廃棄物を用いて水熱固化体を製造すれば、無機廃棄物の処分に困窮することなく、建材等の製品が得られ、循環型社会の構築という社会的要請を実現することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記各公報記載の従来の製造方法においては、都市空間から排出される下水汚泥焼却灰、建設汚泥、コンクリートがら、都市ゴミ焼却灰及び焼却飛灰からなる都市系無機廃棄物のうち、下水汚泥焼却灰と建設汚泥とを同時に用いておらず、未だ循環型社会の構築が十分でない。
【０００７】
例えば、愛知県内では、コンクリートがらが年間約１２０万トン、建設汚泥が年間約４７万トン、都市ゴミ焼却灰及び焼却飛灰が年間約３６万トン、下水汚泥焼却灰が年間約１．８万トン生じており、これらのうちコンクリートがらが年間約１０８万トン、建設汚泥が年間約８万トン、都市ゴミ焼却灰及び焼却飛灰が年間約０．７万トン、下水汚泥焼却灰が年間約１．１万トン再利用されているものの、コンクリートがらが年間約１２万トン、建設汚泥が年間約３９万トン、都市ゴミ焼却灰及び焼却飛灰が年間約３５．３万トン、下水汚泥焼却灰が年間約０．７万トン相変わらず埋め立て処分されている。かかる統計から明らかなように、コンクリートがらの多くは再利用されているものの、下水汚泥焼却灰及び建設汚泥は多くが埋め立て処分されており、下水汚泥焼却灰及び建設汚泥の両者を有効に再利用することが求められている。この傾向は、愛知県ばかりでなく、また都市化の進行に従っていずれの地域においても拡大することが予想される。
【０００８】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、循環型社会の構築をより実現することを解決すべき課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上記課題解決のために鋭意研究を行い、下水汚泥焼却灰の成分と、建設汚泥の成分とを把握し、両者によって水熱固化体を製造し得ることを発見し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の水熱固化体の製造方法は、ＣａＯ分及びＳｉＯ2分を含む水熱固化用調合物を用意する調合工程と、該水熱固化用調合物を成形して成形体とする成形工程と、該成形体を水熱処理してケイ酸カルシウム水和物を生じて固化した水熱固化体を得る水熱工程とを有する水熱固化体の製造方法において、
前記水熱固化用調合物は下水汚泥焼却灰と建設汚泥と消石灰とを含み、該建設汚泥は、粒径が０．０７５〜５ｍｍの粗粒と、粒径が０．０７５ｍｍ未満の細粒とからなり、該粗粒と該細粒とは質量比で４０：１５〜５０：１０であることを特徴とする。
【００１１】
発明者らの試験結果によれば、下水汚泥焼却灰と消石灰とによって水熱固化体を製造した場合、その機械的強度が小さくなる。これは、下水汚泥焼却灰のＳｉＯ2分が少ないため、下水汚泥焼却灰と消石灰とによって製造した水熱固化体ではケイ酸カルシウム水和物が僅かしか生成しないことによるものと考えられる。これに対し、本発明の製造方法では、下水汚泥焼却灰の他、建設汚泥も用いている。この建設汚泥にはＳｉＯ2分が多量に含まれているため、建設汚泥が下水汚泥焼却灰によって不足するＳｉＯ2分を補うこととなる。このため、この製造方法によれば、下水汚泥焼却灰及び建設汚泥の両者を有効に再利用し、建材等として実用化が可能な水熱固化体を製造することができる。
【００１２】
したがって、本発明によれば、循環型社会の構築をより実現することができる。
【００１３】
水熱固化用調合物は骨材を含むことが好ましい。こうであれば、成形体の成形性が良好となる。また、水熱固化体中では、骨材の外域において下水汚泥焼却灰、建設汚泥及び消石灰によるケイ酸カルシウム水和物が固化し、骨材の容積分だけケイ酸カルシウム水和物の固化の必要性を省略することができるため、比較的高価な消石灰の割合を減らして製造コストの低廉化を実現できる。なお、骨材の粒径は５〜１０ｍｍの範囲であることが好ましい。発明者らの試験結果によれば、骨材の粒径が１０ｍｍより大きい場合、成形体の成形が困難となる。また、骨材の粒径が５ｍｍより小さい場合、骨材の表面積が増大し、骨材の外域におけるケイ酸カルシウム水和物の生成量が増えるため、消石灰の割合を減らす効果が小さくなる。
【００１４】
骨材としてはコンクリートがらを採用することが好ましい。こうであれば、下水汚泥焼却灰及び建設汚泥のみならず、都市系無機廃棄物としてのコンクリートがらの再利用も可能となる。
【００１５】
発明者らの試験結果によれば、１００質量部の水熱固化用調合物は、１〜２０質量部の下水汚泥焼却灰と、１０〜６０質量部の建設汚泥と、１０〜２０質量部の消石灰とを含むことが好ましい。水熱固化用調合物の組成がこの範囲内であれば、小型タイル等の比較的小型の水熱固化体としての実用化が確実に可能になる。より好ましくは、１００質量部の水熱固化用調合物は、１〜１０質量部の下水汚泥焼却灰と、１０〜６０質量部の建設汚泥と、１０〜２０質量部の消石灰と、１〜２０質量部のコンクリートがらとを含むことも好ましい。水熱固化用調合物の組成がこの範囲内であれば、大型タイル、舗装用ブロック等の比較的大型の水熱固化体としての実用化が確実に可能になる。また、下水汚泥焼却灰は、地域や季節によって発生量が変動するため、水熱固化体の安定供給のためには、１０質量部以下とすることが好ましい。
【００１６】
建設汚泥は、粒径が０．０７５〜５ｍｍの粗粒と、粒径が０．０７５ｍｍ未満の細粒とからなる。ケイ酸カルシウム水和物は、水熱工程において、建設汚泥のＳｉＯ2分と消石灰のＣａＯ分との反応によって生成する。このため、建設汚泥を細粒化して表面積を大きくした方がケイ酸カルシウム水和物の生成量は多くなる。しかし、発明者らの試験結果によれば、建設汚泥が粒径０．０７５ｍｍ未満の細粒のみからなる場合、成形工程において、水熱固化用調合物中に含まれる空気が抜け難くなり、成形体とすることが困難となる。このため、建設汚泥が粒径が０．０７５〜５ｍｍの粗粒と、粒径が０．０７５ｍｍ未満の細粒とからなれば、成形工程において容易に成形体とすることができるとともに、水熱工程においてケイ酸カルシウム水和物の生成も多く、機械的強度の大きな水熱固化体となる。発明者らの試験結果によれば、粗粒と細粒とが質量比で４０：１５〜５０：１０であれば、舗装用ブロック等の比較的大型の水熱固化体を得るための成形体を確実に成形でき、その水熱固化体の機械的強度を確保することができる。
【００１７】
本発明の製造方法はプレス法により成形工程を行なう場合に効果が大きい。プレス法により成形体を成形する場合、水熱固化用調合物中に含まれる空気の抜けが実用上の重要な要因だからである。プレス法としては、特に限定はないが、常温乾式の加圧成形の他、ＣＩＰ成形、ＨＩＰ成形、ドクターブレード成形、押出成形等を採用することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（参考形態）
「調合工程」
水熱固化用調合物の原料として、下水道工事において発生した建設汚泥、下水汚泥焼却灰、コンクリートがら、福島ケイ砂、鋳物砂及び消石灰を用意する。建設汚泥、下水汚泥焼却灰及びコンクリートがらの化学組成を表１に示す。コンクリートがらの粒径は１〜５ｍｍである。
【００１９】
【表１】
0004077226.tif 000002
【００２０】
上記建設汚泥を篩分けし、粒径が０．０７５〜５ｍｍの建設汚泥粗粒と、粒径が０．０７５ｍｍ未満の建設汚泥細粒とに分ける。そして、下水汚泥焼却灰、建設汚泥細粒、コンクリートがら、福島ケイ砂、鋳物砂、及び消石灰を表２に示す割合で混合する。こうして表２に示す比較品１〜８の水熱固化用調合物を得る。
【００２１】
【表２】
0004077226.tif 000003
【００２２】
「成形工程」
次に、比較品１〜８の各水熱固化用調合物をプレス機により３０ＭＰａの成形圧力で常温一軸加圧成形して、２００×２００×６０ｍｍの成形体とする。この際、細粒の建設汚泥である建設汚泥細粒のみを用いた比較品１〜７では、水熱固化用調合物を成形して成形体とすることが困難であった。なお、比較品１については、手動の加圧装置を用いてゆっくり加圧するという特別な加圧法を採用すれば、成形体とすることが可能であった。
【００２３】
「水熱工程」
比較品１の成形体について１８０°Ｃで６時間の水熱処理を行い、比較品１の水熱固化体を得る。
【００２４】
（評価）
比較品１の水熱固化体は、嵩密度が１．７１（ｇ／ｃｍ3）、曲げ強度が４．５（ＭＰａ）であった。
【００２５】
したがって、比較品１の水熱固化体はタイル等としての実用化が可能であることがわかる。
【００２６】
（実施形態）
調合工程において篩分けした粒径が０．０７５〜５ｍｍの建設汚泥粗粒も用い、表３に示す割合で混合する。こうして表３に示す比較品９、試験品１〜３及び比較品１０〜１５の水熱固化用調合物を得る。また、比較品９、試験品１〜３及び比較品１０〜１５の各水熱固化用調合物をプレス機により３０ＭＰａの成形圧力で常温一軸加圧成形し、比較品９及び試験品１〜３については２００×２００×６０ｍｍの成形体とし、比較品１０〜１５については１１０×１１０×１０ｍｍの成形体とする。
【００２７】
この際、細粒の建設汚泥と、粗粒の建設汚泥とを混合して用いている試験品１〜３では、容易に成形体とすることができた。これは、建設汚泥の粒径が細粒のみからなる場合、成形工程において水熱固化用調合物中に含まれる空気が抜け難くなるためである。このため、粗粒と細粒とが質量比で４０：１５〜５０：１０であれば、確実に成形体となることがわかる。
【００２８】
そして、参考形態と同様に水熱処理を行い、比較品９、試験品１〜３及び比較品１０〜１５の水熱固化体を得る。
【００２９】
【表３】
0004077226.tif 000004
【００３０】
（評価）
比較品９、試験品１〜３及び比較品１０〜１５の水熱固化体について、嵩密度と曲げ強度とを測定した。結果を表４に示す。
【００３１】
【表４】
0004077226.tif 000005
【００３２】
表４から分かるように、比較品９及び試験品１〜３の水熱固化体は、４．１ＭＰａ以上の曲げ強度を有する。このことから、この製造方法によれば、下水汚泥焼却灰及び建設汚泥と消石灰とを含む水熱固化用調合物から、下水汚泥焼却灰及び建設汚泥の両者を有効に再利用し、大型タイル、舗装用ブロック等の比較的大型の水熱固化体としての実用化が可能であることがわかる。
【００３３】
また、比較品９及び試験品１〜３の水熱固化体は、骨材としてコンクリートがらを２０質量部含んでいるため、コンクリートがらの再利用が可能であり、成形体の成形性が良好であり、かつ水熱固化用調合物中の消石灰の割合を減らし得ることもわかる。
【００３４】
さらに、水熱固化用調合物が１〜１０質量部の下水汚泥焼却灰と、１０〜６０質量部の建設汚泥と、１０〜２０質量部の消石灰と、１〜２０質量部のコンクリートがらとを含めば、大型タイル、舗装用ブロック等の比較的大型の水熱固化体としての実用化が可能であることもわかる。