(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ごみの破砕、乾燥および成形を経て所定の形状に加工された、ごみ固形燃料を乾留して製造した炭化物を分級して得られる、径が２mm以上の多孔質体の複数を、バインダーにて相互に連結して管状に成形して成る暗渠用炭素系透水管。
【請求項２】
請求項１において、多孔質体の炭素含有量が30〜70mass％であることを特徴とする暗渠用炭素系透水管。
【請求項３】
請求項１または２において、多孔質体は脱塩処理したものであることを特徴とする暗渠用炭素系透水管。
【請求項４】
休耕田等の排水不良地の土壌の排水性を改良して畑圃場とするに当り、作土層下に、請求項１、２または３に記載の暗渠用炭素系透水管を設置することを特徴とする休耕田等の排水不良地の畑圃場化方法。
【請求項５】
請求項４において、休耕田の耕盤層または作土層下に設置した、暗渠用炭素系透水管の少なくとも一端面を大気に露出することを特徴とする休耕田等の排水不良地の畑圃場化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、休耕田等の排水不良地の畑圃場化方法、さらに詳しくは、排水性の悪い土壌を改良して、いわゆる透排水良好な土壌へ転換して休耕田等の排水不良地を畑圃場として活用することのできる休耕田等の排水不良地の畑圃場化方法と、この方法に用いる透水管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、水田の断面構造は、最も表面に水稲などの作物を栽培する作土層があり、その下層に耕盤層があって、さらにその下層に水分をまったく通さない心土層を有する、三層で構成されている。作物の生育には、作土層が常に適度の水分を含んでいて、しかも十分な深さがあることが理想的な水田とされている。
【０００３】
ところで、近年になって、米の生産調整に伴って、水田を休耕地にすることが多くなってきている。この休耕地化した水田は、畑圃場に転換することによって、土地の有効活用が図られているが、畑作物は水稲と異なり浸水によって大きな打撃を受けるため、転換された畑は作土層の表面付近に滞留する水を確実に排出する、圃場構造とする必要がある。なぜなら、水田では、大型トラクタの使用によって耕盤層、さらには心土層が踏み固められ、さらにロータリー耕が施されて作土層が浅くなり、かつその底部に透水し難い耕盤層が形成される結果、大雨時などの多量の水が流入した場合に作土層に多量の水が停滞し、作物が浸水する事態をまねいていたからである。
【０００４】
この休耕田の排水性を改善する技術としては、主に作土層の底部付近に、いわゆる暗渠を設け、この暗渠を介して排水を強化するのが一般的である。すなわち、図１（ａ）に示すように、休耕田の土壌１に素掘りによる管路、いわゆる弾丸暗渠２を設けたり、図１（ｂ）に示すように、土壌１に形成した例えば断面矩形状の管路３ａ内に籾殻３ｂを装入してから覆土したり（特開平10−117501号公報参照）、さらには図１（ｃ）に示すように、土壌１に土管やプラスチック管などの管４を埋設する、等の手法によって暗渠を施工し、この暗渠を介して排水性能の向上が図られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の弾丸暗渠は、素掘りであるために風化し易く、数年毎に再施工を行う必要があり、同様に、籾殻による暗渠は、籾殻が有機物であるために数年で腐敗し、やはり再施工が必要になり、いずれの場合も機能の維持のために高いコストを要する。また、管の埋設による暗渠は、圃場に農業機械を導入した際に、該機械との接触によって破損されたり、逆に機械を破損する、おそれがあり、管が破損した場合は、排水機能が損なわれる上に、管の破片が畑地を害するために、その撤去ならびに管の交換が必要になり、暗渠の維持管理は高コストとなる。
【０００６】
そこで、この発明は、休耕田等の排水不良地を畑圃場化するのに必須である、排水不良地の排水性の改善を低コストで実現する方法について、従来の暗渠と比べて優れた性能を有する暗渠用透水管とともに、提案することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、休耕田の畑圃場化を低コストで行う手法について種々の検討を行ったところ、ごみ固形燃料を乾留して得られる多孔質体の粗粒を一体化して暗渠用管として活用することを見出し、この発明を完成するに到った。
【０００８】
すなわち、近年、 廃棄物、いわゆるごみから可燃ごみを選別して回収したのち、このゴミを破砕、乾燥および成形して固形燃料とする、ごみの処理および利用技術が、種々開発されている。例えば、このような技術として、特許第2865541号、同第2981399 号および特開平８−86569 号公報などを挙げることができる。この技術は、都市ごみ、家庭ごみ、産業廃棄物および一般廃棄物などのごみを、破砕した後、ごみ中の水分を減少するために乾燥を行い、金属、ガラスおよび陶器類等を除去する選別を経て、所定の形状、例えばクレヨン形状などに成形し、固形燃料とするものである。
【０００９】
このごみ固形燃料は、各種施設の冷暖房用の熱源として、また発電用の燃料として、利用されているが、その利用に当っては、ごみ固形燃料に適した設備の新設や、既存設備の改修などの、設備投資が必要となる。一方で、日々発生するごみの量は増加の一途を辿っており、これに比例して、ごみ固形燃料を増産することが、環境保全の観点から望まれている。
【００１０】
しかしながら、上記のように、ごみ固形燃料を活用するための設備が十分に用意されているとはいえない現状にあって、ごみ固形燃料を単に増産しても無意味であるため、ごみ固形燃料の活用の場を新たに開拓して、その消費を促進することが希求されていた。
【００１１】
かような背景の下、ごみ固形燃料と、上記の休耕田等の排水不良地の畑圃場化に必要とされる排水性の改善に不可欠の暗渠との接点を模索したところ、ごみ固形燃料を乾留することによって透水性を持つ多孔質体が得られることを見出し、ここにごみ固形燃料を原料とする多孔質体を休耕田等の排水不良地の畑圃場化に不可欠の暗渠用管に活用する方途が開けたのである。
【００１２】
すなわち、この発明の要旨構成は、次のとおりである。
(1) ごみの破砕、乾燥および成形を経て所定の形状に加工された、ごみ固形燃料を乾留して製造した炭化物を分級して得られる、径が２mm以上の多孔質体の複数を、バインダーにて相互に連結して管状に成形して成る暗渠用炭素系透水管。
【００１３】
(2) 上記(1) において、多孔質体の炭素含有量が30〜70mass％であることを特徴とする暗渠用炭素系透水管。
【００１４】
(3) 上記(1) または(2) において、多孔質体は脱塩処理したものであることを特徴とする暗渠用炭素系透水管。
【００１５】
(4) 休耕田等の排水不良地の土壌の排水性を改良して畑圃場とするに当り、作土層下に、請求項１、２または３に記載の暗渠用炭素系透水管を設置することを特徴とする休耕田等の排水不良地の畑圃場化方法。
【００１６】
(5) 上記(4) において、休耕田等の排水不良地の作土層下に設置した、暗渠用炭素系透水管の少なくとも一端面を大気に露出することを特徴とする休耕田等の排水不良地の畑圃場化方法。
【００１７】
【発明の実施の形態】
さて、都市ごみ、家庭ごみ、企業ごみ等の一般廃棄物、並びに産業廃棄物中の動植物残潰、廃棄プラスチック、紙屑、木屑、繊維屑や、汚泥および廃油などのごみ、またはごみの混合物から成るごみ固形燃料を乾留すると、例えば表１に典型的な成分組成を示す、比表面積が25〜500m2 ／g 程度の多孔質の粉体が得られる。すなわち、この多孔質体は、肥料三要素である窒素、燐酸およびカリウムを含み、さらに植物栄養元素となるカルシウムおよび亜鉛も含むため、土壌にとっては極めて相性の良い成分組成を有する。
【００１８】
【表１】
0003860492.tif 000002
【００１９】
この多孔質体を、暗渠として供するためには、透水性に優れることが必須条件であり、そのためには、乾留後の多孔質体を分級して、径が２mm以上の多孔質体を選別し、この２mm径以上の多孔質体を、バインダーにて相互に連結して管状に成形することが肝要である。
【００２０】
ここに、ごみ固形燃料を乾留して得た多孔質体の粒度分布について調査した結果を、図２に示す。図２に示すように、径が0.05mm未満の細粒および径が５mmをこえる粗粒が、それぞれ５〜７％程度で含まれ、大半が0.05〜５mmの径を有する、粉体であることがわかる。
【００２１】
これらの中から選ばれる径が２mm以上の粗粒の多孔質体を、例えば図３に示すように、多孔質体10相互をバインダーにて連結し、管状に成形する。なお、図３では、中空円柱状に成形した例を示したが、中空多角柱状や中空楕円柱状などの形状でもよく、要は両側が開口した中空体であれば特に形状は問わない。
【００２２】
かくして得られる暗渠用炭素系透水管（以下、炭素系透水管と示す）12は、２mm以上の多孔質体10が隙間をもって塊状化したものであるために、大小の隙間を介しての透水性に優れたものとなる。なお、バインダー11としては、セメントまたは軽焼マグネシウムと溶性りん酸肥料とを混合した土壌硬化剤（農業工業研究所製、商品名マグホワイト）が利用できる。セメントまたは土壌硬化剤を用いる場合、好ましくは多孔質体に、５〜15mass％程度を混合し、さらに適宜の水を混合して、所定形状の型枠内で硬化させることによって成形を行うことができる。
【００２３】
次に、上記炭素系透水管12を暗渠とする場合を、休耕田を例にとって説明する。すなわち、図４（ａ）に示すように、休耕田の土壌１を適宜の深さ、例えば耕盤層または心土層まで掘削して溝５を形成し、次いで図４（ｂ）に示すように、この溝５内に炭素系透水管12を配置し、最後に図４（ｃ）に示すように、この炭素系透水管12の上から覆土６を施し、作土層下に炭素系透水管12を設置する、簡単な施工を行えばよい。かくして、炭素系透水管12が暗渠として作用する結果、土壌１の排水性が改善される。
【００２４】
また、図５は炭素系透水管12の施工範囲を示すものであり、同図（ａ）は耕盤層14まで掘削して溝５を形成した例、同図（ｂ）および（ｃ）は心土層15まで掘削して溝５を形成した例である。この発明の炭素系透水管12は、図５（ａ）に示すように、心土層15上の耕盤層14部分、つまり作土層13下部の領域に設置してもよいが、土壌１の排水性を考慮したとき、図５（ｂ）に示すように、耕盤層14より深く心土層15にまで達する溝５を掘削して、耕盤層14と心土層15と間に跨がるように炭素系透水管12を設置し、心土層15により妨げられる排水の改善を行うことが好ましい。あるいは、図５（ｃ）に示すように、炭素系透水管12を耕盤層14下部に位置させ、排水性に問題のある心土層15内に炭素系透水管12を設置することにより、排水性の改善を行うことが有利である。
【００２５】
なお、図５は、休耕田の例であり、耕盤層14および心土層15の区分があるが、休耕田以外の排水不良地では、この耕盤層14および心土層15の区分は明らかでない。その場合は、作土する作土層13の下層に至るまで掘削して溝５を形成し、炭素系透水管12を施工すれば、同様の排水性の改善を行うことができる。
【００２６】
図５に示したいずれの形態においても、炭素系透水管12は、例えばセメントをバインダーとして一体化しているために、比較的に高強度であり、土中において多孔質体相互の隙間および管中空部によって空間が維持されるから、この空間を介して排水路（暗渠）としての機能を十分に果たすことができる。
【００２７】
ここで、炭素系透水管12を構成する多孔質体として、径が２mm以上の粗粒のうち、ほぼ同径のものを用いた場合は、均等な透水性を持つ炭素系透水管が得られるが、炭素系透水管12の使途、特に炭素系透水管を埋設する土壌の特性などに応じて、多孔質体の粒径を部分または全体に変化することによって、炭素系透水管の透水性を部分または全体に変更することが可能である。すなわち、透水性は、炭素系透水管12を構成する多孔質体の粒径によって変化するから、畑圃場化の対象となる休耕田の排水性に応じた透水性となるように、炭素系透水管12を構成する多孔質体の粒径を適宜に選択することが好ましい。特に、炭素系透水管12を埋設した際に、その上半分の透水性を高めて、土壌からの水分の透過を積極的に行う一方、炭素系透水管12の中空部に導いた水を該透水管の軸方向に導いて排水するために、下半分の透水性を低くするように、多孔質体の粒径分布を定めることが有利である。
【００２８】
さらに、炭素系透水管12を排水不良地の土壌１中に埋設する際、炭素系透水管12の少なくとも一端面を大気に露出することによって、炭素系透水管12つまり多孔質体を介して、地中深くにまで空気が供給される結果、地中のバクテリアの活動が活発となり、作物の収量を大幅に増加することができる。
【００２９】
ここで、炭素系透水管12の少なくとも一端面を大気に露出するには、例えば図６に示す形態にて実施することができる。すなわち、畑圃場は、一般的に畝造りを行うため、図６（ａ）に示すように、畝16と畝16との間の畝間17に炭素系透水管12の端面を臨ませることにより、作物を植えつける畝16内に、空気を流通する空間となる、暗渠の設置が実現する。また、同図（ｂ）に示すように、畝16内に設置した炭素系透水管12を、畝間17からさらに畦18を介して用水路19まで延長し、通気を兼ねた排水路とすることが可能である。
【００３０】
一方、畝16の高さが低い場合や畝間17がない場合などは、同図（ｃ）に示すように、炭素系透水管12の一端を曲管とすれば、炭素系透水管12の端面を大気に晒すことができる。その際、畝間17側に配置した炭素系透水管12の他端に、送気（送風）装置20を接続して送風を行うことによって、地中への空気の供給を促進することができる。
【００３１】
さらに、同図（ｄ）は、炭素系透水管12の一端を畝間17において大気に露出し、他端は畝16内に止めて、炭素系透水管12の一端側から送気装置20による送風を行う例であり、この場合は、同様に設置した多数本の炭素系透水管12に送気装置20から一括して送風を行えばよい。
【００３２】
また、農業機械を導入した際に、該機械によって炭素系透水管12が破壊された場合にあっても、多孔質体自体が透水性をもつため、排水路としての機能をある程度は維持することが可能である。さらに、破損された場合に、従来の土管のように畑の異物となることはなく、上記したように土壌改良効果もあるため、そのまま放置することが可能である。
【００３３】
ここで、多孔質体は、そのＣ含有量が30〜70mass％であることが好ましい。
すなわち、Ｃ含有量が30mass％未満では、過度の乾留により得られる多孔質体の表面積が不足し、透水性の改良効果が不足することになる。一方、Ｃ含有量が70mass％をこえると、乾留不足による表面積の低下により、30mass％未満の場合と同様の問題を生じるため、70mass％以下、好ましくは60mass％以下とする。
【００３４】
また、ごみ固形燃料を乾留して得られる多孔質体は、そのごみに由来した塩分を有すために、水洗処理などの脱塩処理を施してから、炭素系透水管の原料とすることが好ましい。
【００３５】
さらに、多孔質体の比表面積が25〜500m2 ／g であることが有利である。なぜなら、比表面積が25m2／g 未満では、保水性、保肥性および透水性の改善効果が弱くなり、一方500m2 ／g をこえると、前記効果が飽和するのに反して、ごみ固形燃料を乾留して得られる多孔質体の製造コストの上昇をまねいて高価になってしまうからである。なお、この多孔質体の比表面積を増大するには、乾留中または乾留後に賦活処理を施せばよい。この賦活処理により、Ｃを主体とする、この発明の多孔質体中のＣを、より多孔質に変化させることができる。
【００３６】
ここに、多孔質体は畑となる土壌に使用するものであるから、環境を汚染する成分が含まれていないことが必須である。 そこで、ごみ固形燃料を乾留して得た多孔質体について、下記の有害物質の含有を平成３年環境庁告示第46号（環告46号）に従って調査したところ、いずれも検出されずに土壌改良材としての安全性は確保されていることを確認した。
記
アルキル水銀、総水銀、カドミウム、鉛、有機燐、六価クロム、砒素、全シアン、PCB 、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ジクロロメタン、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン、１，１−ジクロロエチレン、シス−１，２−ジクロロエチレン、１，１，１−トリクロロエタン、１，１，２−トリクロロエタン、１，３−ジクロロプロペン、チウラム、チオベンカルブ、ベンゼン、セレン
【００３７】
次に、この発明の多孔質体の製造手順について、詳しく説明する。
まず、都市ごみ、家庭ごみなどの一般ごみ、産業廃棄物、一般廃棄物、および家電製品、自動車部品などを破砕して得られたシュレッダーダストなどのごみから、金属類、ガラスおよび陶磁器類を除去する。その後、得られた可燃物を主体とするごみを破砕し、例えば蒸気を熱源として乾燥する。そして、乾燥後のごみを再度破砕した後、必要に応じて金属類を除去してから、所定形状に成形してごみ固形燃料を製造する。
【００３８】
次いで、ごみ固形燃料に乾留処理を施す。ここに、この発明で用いる炭素含有量が30〜70mass％の多孔質体は、乾留炉内の酸素濃度を１ vol％以下に維持して乾留することによって得ることができる。この乾留処理を経ると、ごみ固形燃料中の揮発分が散逸して多孔質体となる。この乾留処理は、例えば乾留炉内への供給空気量を調整して炉内の酸素濃度を１vol ％以下に制御するとともに、乾留温度を600 ℃以上、好ましくはダイオキシンの発生を抑制するために800 ℃以上に制御して行う。
【００３９】
かくして得られる炭素質の粉体は、分級後２mm以上の炭化物のみ取り出して、５〜15mass％のセメントもしくは上記したマグホワイトをバインダーとして適量の水と混合し、中子付きの型枠の中に装入して成形を行うことによって、炭素系透水管となる。
【００４０】
なお、乾留処理時に発生する乾留ガスは、乾留炉出側に設置した燃焼装置において完全燃焼させる際、800 ℃以上の温度領域における燃焼ガスの滞留時間を２秒以上とし、燃焼ガスを急冷することによって、ダイオキシン類の生成を確実に防止することができる。
【００４１】
【実施例】
乾留炉内の酸素濃度：１vol ％以下および雰囲気温度：600 ℃の条件に従ってごみ固形燃料から多孔質体を製造した。ここに、ごみ固形燃料を乾留して得た多孔質体の粒度分布について調査した結果は、図１に示したとおりである。次いで、径：２mmを境とする分級を行って、径が２mm以上の粗粒100 に対して、５〜15mass％のセメントおよび５〜10mass％の水を混合し、所定形状の形枠内でセメントを硬化させて、図３に示した形状の炭素系透水管とした。
【００４２】
かくして得られた炭素系透水管は、外径：100 mm、内径：50mmおよび軸長：500 mmであり、この炭素系透水管を、図４に示したところに従って、幅300mm および深さ600mm の大きさに掘削した溝内に装入し、その後溝上部の空間を覆土した。
【００４３】
その後、作土層の水分を調査したところ、従来の水田の場合には80〜85％の含水率であったのに対して、含水率は30〜40％にまで低下し、畑地として適した土地になっていることが判った。
【００４４】
【発明の効果】
この発明によれば、ごみ固形燃料を乾留して得られる多孔質体を活用して、この多孔質体をバインダーで連結して管状に成形した炭素系透水管を、暗渠として適用することによって、休耕田等の排水不良地の畑圃場化に必須である排水性の改善を安価に達成できる。また、利用するごみ固形燃料の消費を促進して環境保全型のごみ処理を推進し、併せて環境の改善をはかることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の暗渠の設置手法を説明する図である。
【図２】  この発明で用いる多孔質体の粒度分布を示す図である。
【図３】  この発明の炭素系透水管を示す図である。
【図４】  この発明による暗渠の設置手順を示す図である。
【図５】  炭素系透水管の施工範囲を示す図である。
【図６】  炭素系透水管の施工形態を示す図である。
【符号の説明】
１  土壌
５  溝
６  覆土
10  多孔質体
11  バインダー
12  炭素系透水管
【図１】
0003860492.tif 000003
【図２】
0003860492.tif 000004
【図３】
0003860492.tif 000005
【図４】
0003860492.tif 000006
【図５】
0003860492.tif 000007
【図６】
0003860492.tif 000008