国土交通省技術事務所における除草作業で発生する刈草を多用途にリサイクルする装置の開発
おお く ぼ

国土交通省中国地方整備局中国技術事務所長

こんたに中国技術事務所機械課長
機械設計係長たか よし

大久保 尊善まさ のり

紺谷正紀

きしもとたかふみ

岸本孝文の有効利用に着目し，水質浄化に適した刈草 RDF

１．

はじめに炭化物の成形が可能な装置の開発を行う計画とした。

河川堤防除草作業において大量に発生する刈草

水質浄化に適した RDF 炭化物の調査は，従来では野焼きや廃棄物処分場への持ち込み

水質浄化は理論的にはミクロ孔・メソ孔によるなどにより処理が行われていたが，昨今の地球温物理吸着とマクロ孔に付着した微生物による汚濁暖化問題をはじめとする地球環境保護への関心の物質分解がある。物質吸着はマクロ孔およびメソ高まりから，一部の地域を除き野焼きによる刈草孔が目詰まりを起こすと，長期にわたる浄化能力の処分は全面的に禁止されているのが現状であが期待できない。したがって RDF 炭化物を利用る。また，刈りとられた草は一部で堆肥化等へのした水質浄化の検討はマクロ孔に付着した微生物リサイクルの事例があるものの，その大部分は産による汚濁物質分解によるものとした。

業廃棄物として処分されており莫大な処理費を伴うなど，早急な対応が求められている。

汚濁物質分解除去能力は微生物の付着できるマ
クロ孔容積が大きいほど分解除去能力が大きいと中国技術事務所ではこのような問題の解決策と判断できる。RDF 炭化物を分析した結果，全細孔して，乾燥した刈草を現地で破砕し，減容機によ

容積は０．
８２３〜１．
４０１ml /g，マクロ孔の細孔容積り圧縮成形化する技術を有する（株）
栗本鐵工所とは０．
８０１〜１．
３６７ml /g であった。報告がある木炭の共同開発により刈草の有効利用を目的とした刈の細孔容積は０．
４〜２．
６ml /g 程度であり，刈草炭

草 RDF 製造装置および刈草 RDF 炭化物製造装

化物は木炭よりやや少ないながらも微生物着床に置の開発を行った。

必要な細孔容積を有していることが分かった。
また，刈草 RDF の性状による違いは顕著には

２．

技術開発の目標見られず，マクロ孔容積は刈草原料に依存し，刈草 RDF の製造方法や炭化条件には依存しない傾装置の開発にあたっては，用途に適した装置に向といえる。したがって水質浄化に適した炭化物する必要があるため事前に用途の検討を行った。

を製造するには未炭化部位を残さずに炭化を完了

今回，中国技術事務所では，水質浄化材としてさせ，炭化後は炭化物製造時に投入するエネルギ

５８ 建設マネジメント技術

2002 年 10 月号

ー量を考慮し，なるべく早く火止めを行う必要が作業効率を考慮して，前処理機を地上に配置するあるとの結論を得た。

計画であったが，刈草の処理場所を移動するごと

 試験装置による RDF 成形性調査「刈草が固形化するメカニズム」は植物が持つセルロース・ヘミセルロース・リグニン等の成分に前処理機を移動させる必要があるため供給口の高さを抑え前処理機を車上に設ける構造とした。
写真―１に前処理機を示す。

が１００℃前後の高温で加水分解し結合後，常温程度にまで温度低下することにより，硬化・固化するものであり，成形過程（加水・加温・圧縮）を繰り返す回数が増えるほど粘結性が向上し，炭化物素材としての性能が高い「固い RDF」を成形写真―１することが確認できた。

 二軸破砕機

製造工程および装置の概要

３．

写真―２

前処理機

二軸破砕機

開発初期の段階では草の種類によっては成形性が悪く，成形機に２回通す必要があったが，二軸破砕機を設けることにより「２回通し」の必要がRDF の製造工程を図―１に示す。

なくなった。この破砕機は二軸に固定された回転
図―１
乾燥

刈

刃が原料を噛み込み圧縮せん断により切断される草機構である。破砕機下部の排出側にあるスクリー

人力により乾燥刈草を前処理機に投入
前処

理機

ンにより切断された原料の通過できる大きさが制限されるため，破砕長さが調節されることとな噴霧装置

る。

供給装置成形装

置

 供給装置刈草F

前処理機として破砕機を上部に架装したことに

写真―２に二軸破砕機の構造を示す。

RDより，車高を低くする必要が生じたため，二軸ス乾燥刈草クリュー式の供給装置としている。この方式を採刈草 RDF 製造装置により棒状の刈草 RDF を用したことにより，車高を低くでき，供給装置内成形する過程において，刈草の含水比が高い場合のデッドスペースも少なくなり，攪拌状況も良好

は，成形装置部での水分調整が難しく，前処理機となった。

内で閉塞する可能性があるため，現状では刈草のまた，成形装置の圧縮力と比較して，破砕機の乾燥状態が重要となる。除草作業を完了して２日圧縮力が低く成形装置内の刈草が圧縮加熱によりから３日程度の天日乾燥を行うことにより含水量蒸された状態に近づけるために二軸破砕機を通過は３０％程度にまで低減され RDF の成形に適したした原料を供給装置内で蒸すことができるように「刈草」ができる。

電気式の蒸気発生装置を付属している。

乾燥が過度の状態では成形過程で加水を行う必

写真―３に供給装置の構造を示す。

要がある。

 前処理機
作業効率を上げるために刈草を前処理により細かく破砕できる装置として吸引式破砕機を設けている。当初の計画では刈草の吸い込み口への投入

写真―３

建設マネジメント技術

供給装置

2002 年 10 月号 ５９ 成形装置
刈草の乾燥状態により成形される RDF の良否が左右されることは先に説明したが，降雨により刈草が湿潤し，水分が多く含まれたままの状態で放置されると堆肥化が進む可能性もある。
水分が多く堆肥化が進んだ刈草は粘着性があり流動性も高くなるため，非噛み合い方式では，成写真―６形機内のスクリューに草が付着し，推進力を奪っRDF 成形物てしまう可能性が高く，結果的に排出されない可能性があるため成形機本体は異方向回転式の噛合い型二軸スクリュー式としている。供給される原料はスクリューにより圧縮力を与えられながら練り込まれる形となる。
写真―４に成形装置の構造を示す。

写真―７

刈草 RDF 製造装置が約５００m2（７０〜９０kg）の処理が可能である。処理量については今後一層の向上を図っていく予定
写真―４

成形装置

写真―５

排出ノズル

 排出ノズルである。
図―６に RDF 成 形 物，図―７に RDF 製 造 装成形装置により加湿・圧縮された草は排出ノズ置を示す。RDF 製造装置は現場作業時の機動性

ルより製造装置の外に排出される。RDF の直径を重視し，４t 車ベースの車両に搭載している。

は２５mm として計画しており，当初の開発段階では，ノズル内面に水やグリセリンなどの潤滑剤を４．

炭化物製造装置注入する機構の検討も行っているが，排出ノズルに切欠きを設けることにより，現在は潤滑材注入機構を廃止している。

RDF の状態では，飼料等へのリサイクルの可能性はあるものの，現在では用途が限られている

切欠きを設けることにより，成形装置から圧縮ため，より有効利用が行えるよう，RDF 製造装されながらノズルに押し込まれてくる草の状態に置により成形された RDF を炭化する炭化物製造左右されることなく，均一な直径の RDF が成形装置の開発も合わせて行っている。

できることを確認している。これは草の状態が固炭化炉は開発当初は自然吸気内燃バッチ式によい状態でノズルに進入してきた場合にはノズルがり実験を行ったが，充填する炭化物の厚さが厚く押される格好で広がり，逆に柔らかい場合にはノなると炭化時間が２４時間を超えるため，現在は強ズルは広がることなく形状を維持する仕組みであ制吸気式の炭化炉とした。

る。図―５に排出ノズルを示す。

作業工程は６００℃程度まで炭化炉内の温度を上成形された刈草 RDF は生草の状態から容積率昇させ，約６時間かけて炭化を行う。ダイオキシにして約２２０分の１，重量にして約５分の１程度ン対策としては，二次燃焼室内で約８００℃の高温にまで減容される。製造能力は１時間当たりの処で約６秒の完全燃焼を行うことにより対応してい理量にすると，草の種類や状態により変動はするる。その後，２時間程度の強制冷却を行い，さら６０ 建設マネジメント技術

2002 年 10 月号

写真―８写真―９

刈草 RDF 炭化物製造装置

刈草 RDF 炭化物に１０時間程度の自然冷却を行って作業を完了す

除草炭化物が８２．
６８m2／g であった。一般的に水質る。

浄化材として用いられている木炭の比表面積は炭化炉の容積は RDF 製造装置の１日の処理能力に合わせて約１m3としている。

４００m2／g 程度であり，道路法面刈草炭化物は木炭と同等の吸着性能があることが確認された。ま

RDF 炭化物とすることで，刈草の状態から容た，もっとも比表面積の値が小さかった抜根除草

積率では３７０分の１程度，重量にして約２５分の１炭化物についても木炭との差はあるが吸着性能は程度にまで減容が可能となる。刈草 RDF 製造装あると思われる。

置との併用を考えており，現在の仕様は４t 車ベ

写真―９に刈草 RDF 炭化物を示す。

ースの車両に搭載している。
写真―８に RDF 炭化物製造装置を示す。

５．

RDF 炭化物６．

刈草の有効利用の検討

刈草の状態での有効利用技術としては，堆肥化以外の報告はなされていないが，刈草 RDF とし成形された刈草 RDF 炭化物は草の種類などにより含まれる成分が違うことを確認している。て今後は肥料などの各種分野での検討を行う予定である。

例えば，法面刈草と剪定枝葉，抜根草とを比較

また，炭化させることにより，土壌改良材，水した場合では，法面刈草と剪定枝葉はほぼすべて質浄化材，燃料としての利用の可能性がある。この項目に対して似たような傾向を示すのに対し，れらについては，今後詳細な検討を行っていくと

抜根除草炭化物は灰分が多く，固定炭素および低ともに，有効利用用途の検討を進め，用途の拡大

位発熱量が少ないという結果であった。これは，を図っていく予定である。

抜根草に付着した土が原因と思われる。また，法面刈草と剪定枝葉は全クロムの含有と溶出試験の７．

おわりに結果フッ素とホウ素の溶出が確認されたが，抜根草は全クロム，鉛，ヒ素の含有が確認されるとと刈草 RDF 製造装置および RDF 炭化物製造装もに，溶出試験においてフッ素とホウ素，ヒ素の置は河川堤防の除草で発生する刈草の有効利用用溶出があった。なお，これらは，環境基準に対し途の一環である，水質浄化材に適した RDF 炭化てはすべての項目に対して規定値を満足してい物を製造できる装置として開発を進めてきたが，る。

今後は有効利用の検討をさらに押し進めるととも

水質浄化材としての目安となる比表面積についに，現場への適応性をより高めるためにフィールては，道路法面刈草を原料とした炭化物が最も大ド試験を重ね細部の熟成を図っていきたいと考え

22きく４１７．
６２m ／g，剪定 枝 葉 が１６７．
１６m ／g，抜 根ている。

建設マネジメント技術

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