JP5289380B2

JP5289380B2 - 造粒改良土の製造方法

Info

Publication number: JP5289380B2
Application number: JP2010109511A
Authority: JP
Inventors: 隆雄関; 敢治穂刈
Original assignee: 新潟ガービッヂ株式会社
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2030-05-11
Also published as: JP2011235242A

Description

本発明は、産業廃棄物として最終処理場で廃棄していた建設汚泥と廃石膏ボードとを再利用して、路盤材、埋め戻し材、法面養生、防草材などの建設資材として再利用することができる改質造粒材の製造方法に関するものである。

従来、建設現場や道路工事などに伴って発生する建設汚泥は、脱水処理した後に産業廃棄物として管理型最終処分場にて埋め立て処理をしていた。しかし、近年、産業廃棄物の最終処分場の残余容量が逼迫しており、その残余年数はあと数年とも言われており、産業廃棄物の排出量の低減と再利用化の検討が喫緊の課題となっている。

このような状況においても、建設汚泥の再資源化率は極めて低い水準にあるのが現状であり、例えば特許文献１などの様々な建設汚泥を再利用した造粒改良土が提案されているが実用化に至っていない。

また、建物の新築現場や解体現場などの廃材として大量に発生している廃石膏ボードに関しても、建設汚泥と同様に再資源化の検討が急務となっている。

この廃石膏ボードは、従来、紙と石膏ボードを分離して安定型最終処分場で処理をしてきたが、２００６年以降は、安定型最終処分場での処理ができなくなり、現在では管理型最終処分場で埋め立て処理を行っており、上述した建設汚泥同様に、最終処分場の残余容量を逼迫している要因のひとつとなっている。

この廃石膏ボードにおいては、生産工場及び新築現場で発生する廃石膏ボードに関しては、大半は再利用される仕組みが確立しているが、最も排出量が多い解体現場で発生する廃石膏ボードに関しては、再利用が進んでおらず、その再利用の割合は総排出量の数％程度に過ぎず、従って、廃石膏ボード全体の再資源化率は、その排出量の比からみると２０％前後と非常に低い割合に留まっているのが現状である。

特開２００８−０３６５３２号公報

上述した建設汚泥と廃石膏ボードを再利用して建設資材用の造粒改良土にした場合、この造粒改良土から溶出する化学物質が土壌環境基準値を上回り、土壌汚染を招く可能性があるとして問題視されており、従来提案されている造粒改良土においては、この土壌汚染に関して考慮されていなかったため、このことが実用化に至っていない原因のひとつとなっていた。

具体的には、従来、建設汚泥を造粒改良土として再利用する際には、この建設汚泥を固化させるために固化材としてセメントを用いているが、このセメントは六価クロムを含有しており、通常、コンクリートに用いる場合はセメントの水和物に取り込まれて土壌中に溶出することはないが、造粒改良土に混入させた場合は、この六価クロムとセメントとの水和反応が不十分となる場合があり、このような状態で土壌に埋め戻すと、この造粒改良土から六価クロムが溶出して土壌や地下水などを汚染する可能性がある。

また、上記固化材として石膏を利用する場合もあるが、この石膏を混入した場合は、石膏に含まれるフッ素が溶出し土壌を汚染してしまう。

更に、この石膏として廃石膏ボードを粉砕した廃石膏ボード粉を再利用する場合は、この廃石膏ボート粉に含まれる紙などの有機成分が、地下水に生息する硫酸塩還元細菌の代謝を受けて硫化水素を発生する可能性もある。

このように建設汚泥や廃石膏ボードを用いて造粒改良土として再資源化しても土壌汚染の可能性が高いために、実用化に至っていない。

そこで、本発明は、有害な化学物質の土壌中への溶出を土壌環境基準値以下に抑え、土壌汚染のない安全で安心して使用することができる実用性に優れた画期的な造粒改良土の製造方法を提供することを目的とする。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

建設現場や道路工事現場などから排出される建設汚泥を造粒改良土に再資源化する造粒改良土の製造方法であって、前記建設汚泥を脱水処理して含水率３０％〜４０％の脱水ケーキにし、この脱水ケーキに廃石膏ボードを粉砕処理した後分離装置で紙成分を排除して得た紙成分含有量が４重量％以下の廃石膏ボード粉をこの脱水ケーキの重量に対して３０％〜４０％の割合で且つ造粒改良土とした際にフッ素溶出量が０．８ｍｇ／ｌ以下となるように混入して一次混合物を得、この一次混合物にセメントをこの一次混合物の重量に対して７％〜１０％の割合で且つ造粒改良土とした際に六価クロム溶出量が０．０５ｍｇ／ｌ以下となるように混入して二次混合物を得、この二次混合物を混練りし乾燥して造粒固化することを特徴とする造粒改良土の製造方法に係るものである。

また、前記セメントは、高炉セメントであることを特徴とする請求項１記載の造粒改良土の製造法に係るものである。

また、造粒固化後、四週間養生することを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の造粒改良土の製造方法に係るものである。

本発明は上述のようにしたから、路盤材、埋め戻し材、法面養生、防草材などに利用した際に、再泥化しない強度を有する優れた造粒改良土となり、しかも、土壌中へのフッ素溶出量、六価クロム溶出量を土壌環境基準値以下で管理することができ、更に、硫化水素の発生もない安全且つ安心して使用できる造粒改良土の製造方法となる。

また、従来、管理型最終処分場に廃棄していた建設汚泥や廃石膏ボードを再資源化することで、産業廃棄物の排出量を低減し、最終処分場の負荷を軽減することができ、最終処分場の残余年数の延命化につながり、更に、上述したように路盤材や埋め戻し材として利用することができるので、従来、これに使用するために山砂を使用していたが、この山砂を採取することによる自然環境破壊の防止にも貢献することとなる環境にやさしい画期的な造粒改良土の製造方法となる。

また、本発明においては、建設汚泥の含水率を３０％〜４０％に管理することで調湿材である廃石膏ボードの混入量を建設汚泥の重量比で３０％〜４０％にすることができるので、造粒改良土として土壌に埋め戻した際も、フッ素溶出量が土壌環境基準値以下に抑えられ、土壌汚染の心配がない安全な造粒改良土の製造方法となる。

更に、本発明は、六価クロムの溶出量が土壌環境基準値以下に抑えられるので土壌汚染の心配がなく、しかも、建設資材としての強度は十分な強度を有し再泥化することもない安全性、実用性に優れた造粒改良土の製造方法となる。

また、更に、硫化水素の発生の心配もない安全性に優れた造粒改良土の製造方法となる。

また、請求項２記載の発明においては、例えば、ポルトランドセメントに比して六価クロムの含有量が少ないので安全性に優れ、しかも、長期強度においても優れた性能を発揮する実用性に優れた造粒改良土の製造方法となる。

本実施例の土質試験結果一覧表である。

好適と考える本発明の実施形態を、本発明の作用を示して簡単に説明する。

本発明は、建設汚泥に調湿材として混入する廃石膏ボードを粉砕処理して得た石膏ボード粉の割合を３０％〜４０％且つ造粒改良土とした際にフッ素溶出量が０．８ｍｇ／ｌ以下となるようにしたので、造粒改良土として土壌に埋め戻した際に、土壌中に溶出するフッ素の量を土壌環境基準値以下（０．８ｍｇ／ｌ以下）とすることができ、土壌汚染の心配がない安全な造粒改良土の製造方法となる。

また、この調湿材を混入することで、固化材として混入するセメントの混入量を少量（具体的には、建設汚泥に石膏粉を混入した一次混合物の重量に対して７％〜１０％の割合で且つ造粒改良土とした際に六価クロム溶出量が０．０５ｍｇ／ｌ以下となる混入量）にしても再泥化することがない強度を有する造粒改良土とすることができるので、製造コストの低減が図れ、更に、セメントが含有する六価クロムの土壌への溶出量も土壌環境基準値以下（具体的には０．０５ｍｇ／ｌ以下）とすることができるので、経済性、安全性に優れた造粒改良土の製造方法となる。

また、本発明は、従来、産業廃棄物として排出していた建設汚泥及び廃石膏ボードを建設資材として再資源化するので、残余能力が逼迫している産業廃棄物の最終処理場の延命化に貢献することができ、更に、この造粒改良土を建設資材、例えば、路盤材や埋め戻し材などに利用することで、従来、山を削って得ていた山砂を使用しなくても済むので、自然破壊を抑制し、環境にやさしい循環型社会を形成するうえで重要な役割を担う画期的な造粒改良土の製造方法となる。

また、建設汚泥に石膏ボード粉を混入する前に、脱水処理を行い含水率３０％〜４０％の脱水ケーキにしてから石膏ボード粉を混入することで、この石膏ボード粉の混入比率を低減でき、よりフッ素の溶出量を低減でき、より一層安全性の高い、環境にやさしい造粒改良土の製造方法となる。

本発明の具体的な実施例について説明する。

本実施例は、建設現場や道路工事現場などから排出される建設汚泥を造粒改良土に再資源化する造粒改良土の製造方法であって、前記建設汚泥に廃石膏ボードを粉砕処理して得た廃石膏ボード粉をこの建設汚泥の重量に対して５０％以下の割合で混入して一次混合物を得、この一次混合物にセメントをこの一次混合物の重量に対して２０％以下の割合で混入して二次混合物を得、この二次混合物を混練りし乾燥して固化する造粒改良土の製造方法である。

この建設現場や道路工事現場などから排出される建設汚泥（無機汚泥）は、泥水と脱水汚泥の二種類の建設汚泥に大別でき、脱水汚泥、即ち、含水率の低い汚泥の場合は、そのまま使用できるが、殆どの建設汚泥は前者のほうであり、この泥水状態の建設汚泥の場合は含水率が高いので、このままでは調湿材、固化材を混入する割合を多くしないときちんと固化せず所定の強度に至らず造粒改良土としての性能が発揮されない（再泥化してしまう）ものとなってしまう。

従って、泥水などの含水率の高い建設汚泥の場合は、凝集・沈殿、ｐＨ調整を行った後、例えば赤外線水分計などの含水率測定器を用いて脱水状態を確認しながら（含水率を確認しながら）脱水処理（例えば、フィルタープレス脱水処理）を行い、所定の含水率に調整した脱水ケーキにしている。

この脱水処理は、時間を長くすればそれだけ建設汚泥に含まれる水分を搾り出すことができ含水率の低い脱水ケーキを得ることができるので、後述する調湿材や固化材を混入する割合を少なくすることができるが、その反面、処理時間を長くすることで、処理能力（作業効率）を低下させ、更に費用も多く掛かってしまう問題が生じてしまう。

そこで、本実施例では、この脱水処理の時間を最適化し、得られる脱水ケーキの含水率が３０％〜４０％になるように調整している。

この含水率３０％〜４０％に調整した脱水ケーキに、調湿材をこの脱水ケーキの重量に対して５０％以下の割合で混入して一次混合物を得る作業を行う。

この調湿材には、建物の新築現場や解体現場などの廃材として大量に発生している廃石膏ボード粉を採用しており、具体的には、この廃石膏ボード粉は、廃石膏ボードを破砕機で破砕処理し、破砕した廃石膏ボードを分離装置に掛けて、この廃石膏ボードと紙成分とを分離し、紙成分を分離した廃石膏ボードを更に粒度選別装置で処理して粒状及び粉状の廃石膏ボード粉にしている。

また、この廃石膏ボード粉は、上述したように分離装置で殆どの紙成分を排除しているが、１００％の紙成分を排除することはできず、この紙成分（有機成分）を含んだ造粒改良土を土壌に埋め戻した際には、この紙成分が地下水に生息する硫酸塩還元細菌の代謝を受けて硫化水素を発生させる要因となる。従って、廃石膏ボード粉に含まれる紙成分が多いと、造粒改良土に含まれる紙成分（有機成分）も多くなり、土壌に埋め戻した際に硫化水素を発生する危険性が高くなり、環境問題が生じたり、人体への影響も懸念される。

一般的には、この廃石膏ボード粉に含まれる紙成分が、廃石膏ボード粉の重量に対して５％以上含んでいると、硫化水素を発生する危険性があると言われているが、本実施例は、この廃石膏ボード粉に含まれる紙成分、即ち、有機成分を前述した分離装置によって排除し、この廃石膏ボード粉の重量に対して４％以下となるように処理しているので、本実施例における製造方法で製造した造粒改良土を土壌に埋め戻しても、硫化水素を発生することはなく、安心して使用することができる。

また、廃石膏ボード粉を脱水ケーキに混入する量は、上述したように建設汚泥の重量で決定するが、その割合は建設汚泥に含まれる水分の量によって変わってくる。

即ち、例えば、同じ重量の含水率４０％の建設汚泥と含水率５０％の建設汚泥とに、例えば含水率４０％の建設汚泥に対して適量である割合で廃石膏ボード粉を混入した場合、得られた一次混合物は、含水率４０％の建設汚泥は所望の含水率に調整された一次混合物となるが、含水率５０％の建設汚泥は調湿材が不足し水っぽい状態の一次混合物となってしまう。従って、含水率５０％の建設汚泥で得られた一次混合物は、このあと混入する固化材の量を含水率４０％の建設汚泥で得られた一次混合物よりも多く混入しなければ、きちんと固化せず再泥化してしまう可能性がある。

従って、一次混合物の含水率が一定でないと、固化材と混入する割合をその都度調整しなければならないので、手間が掛かり、作業効率が低下してしまうし、コストも掛かってしまう。

そこで、本実施例では、建設汚泥の含水率が少ない場合は廃石膏ボード粉を混入する割合を少なくし、含水率が多い場合は廃石膏ボード粉を混入する割合を多くし、一次混合物の土質状態を略一定となるように調整し、この後混入する固化材の量を一定量に設定して処理を行えるようにしている。

また、この廃石膏ボード粉にはフッ素が含まれており、この廃石膏ボード粉を混入する割合が増加すると、造粒改良土中に含まれるフッ素の量も増加し、例えば、この造粒改良土を土壌に埋め戻した際に、造粒改良土からのフッ素溶出量が増え、土壌環境基準値以上（０．８ｍｇ／ｌ以上）のフッ素が土壌中に溶出してしまう可能性がある。

従って、上述したように、調湿材としての廃石膏ボード粉を混入する割合が少ないと、建設汚泥中の含水率が高く固化し難くいため、固化材のセメントを混入する割合を多くしなければならず、その結果、製造コストが増大するという問題が生じ、また、廃石膏ボード粉を混入する割合が多いと、フッ素溶出量が土壌環境基準値以上になり、土壌汚染を引き起こしてしまうという問題が生じる。

そこで、本実施例では、脱水処理後の脱水ケーキの含水率を３０％〜４０％の範囲になるように管理し、更に、廃石膏ボード粉を混入する割合を、この脱水ケーキの含水率に合わせて適宜最適な割合で混入することで、上述の不具合を解消し、低コストで、且つ環境にやさしい造粒改良土の製造方法としている。

また、本実施例では、廃石膏ボード粉を混入する割合は、土壌汚染が生じないこと、即ち、土壌管理基準値以上のフッ素の溶出が無いことを最優先にした条件設定を行った。そのため、廃石膏ボード粉の混入割合に対するフッ素の溶出試験を行い、最適な廃石膏ボード粉の混入割合を設定することとした。

フッ素の溶出試験の結果は、表１に示すように、混入率５０％でもフッ素溶出量は土壌環境基準値以下（０．８ｍｇ／ｌ以下）となることが確認されたが、同時に、廃石膏ボード粉を混入しない脱水ケーキのみでもフッ素溶出量が０．２１ｍｇ／ｌあることが確認された。即ち、建設現場や道路工事現場などから排出される建設汚泥自体、既にフッ素が含有していることになる。

従って、試験結果では混入率５０％までは土壌環境基準値以下の溶出量であることが確認されたが、建設汚泥中のフッ素含有量のバラツキや安全性を考慮し、本実施例の廃石膏ボード粉の混入率は脱水ケーキの重量に対して４０％以下に設定することとした。

更に具体的には、脱水処理後の建設汚泥の含水率を３０％〜４０％となるように管理しているので、廃石膏ボード粉の混入量は、建設汚泥の含水率によってその都度決定することとし、例えば、建設汚泥の含水率が３０％の場合は廃石膏ボード粉の混入率を３０％に設定し、建設汚泥の含水率が４０％の場合は廃石膏ボード粉の混入率を４０％に設定するようにした。

このようにして、建設汚泥を脱水処理して得た含水率３０％〜４０％の脱水ケーキに、この脱水ケーキの重量に対して３０％〜４０％の割合で廃石膏ボード粉を混入し一次混合物を得て、この一次混合物に固化材としてセメントを混入して二次混合物を得ている。

このセメントは、造粒改良土にした際、造粒改良土が水分を吸収しても再泥化しない強度まで固化させるためのものである。

また、この固化材に使用するセメントには、六価クロムが含まれており、この六価クロムが土壌中に大量に溶出すると土壌や地下水を汚染し、環境問題を引き起こしてしまう可能性がある。そのため、六価クロムの溶出量は、土壌環境基準値である０．０５ｍｇ／ｌ以下に抑えなければならず、この六価クロムの溶出量を抑えるためには、固化材であるセメントの混入割合をできるだけ少量に抑えることが重要となる。

また、本実施例では、このセメントに高炉セメントを採用しており、この高炉セメントは、一般的なポルトランドセメントに比べて六価クロムの含有量が少ないこと、更には、長期強度において優れた性能を発揮する特徴があるため、造粒改良土への採用は非常に好適なものである。

本実施例では、上述した六価クロムの溶出量を考慮し、且つ、造粒改良土にした際の再泥化しないための条件として、この高炉セメントの混入割合を一次混合物の重量に対して７％以上とすることを実験から得ている。しかし、一次混合物中の含水率にはある程度のバラツキがあるので、安全率を考慮して最終的な高炉セメントの混入割合は、一次混合物の重量に対して１０％とした。

また、この一次混合物に対して１０％の割合で高炉セメントを混入した際の六価クロムの溶出量は０．０２ｍｇ／ｌ以下であり、土壌環境基準値である０．０５ｍｇ／ｌを十分クリアする結果を得ている。

このようにして得た二次混合物を混練造粒機で混練し造粒固化させ、更に、造粒固化した造粒改良土を約四週間養生して強度の向上を図っている。

また、本実施例では、上述に示した造粒改良土の製造方法で製造した造粒改良土の土質性状について土質試験を行い、造粒改良土として有効であることを確認している。

尚、土質試験に用いた造粒改良土は、含水率３０％の脱水ケーキに、この脱水ケーキの重量に対して３０％の割合で廃石膏ボード粉を混入し、この一次混合物の重量に対して１０％の割合で高炉セメントを混入して得られたものである。

以下に、土質試験の結果を示す（試験結果一覧は図１参照）。

土粒子の密度試験においては、３つの容器に夫々試料を入れ、異なるピクノメーターで測定した結果、土粒子の密度は、２．６５４ｇ／ｃｍ^３〜２．６６９ｇ／ｃｍ^３であり、平均密度は、２．６６３ｇ／ｃｍ^３であった。

また、土の含水比試験においては、３つの容器に夫々試料を入れ、炉乾燥前後の質量差から含水比を算出した結果、２１．７％〜２２．８％、平均含水比は、２２．４％であり、自然含水比はそれほど高い数値ではない結果が得られた。

また、土の粒度試験においては、細粒分が多く、石分を除いた７５ｍｍ未満の土質材料に対して砂分（粒径０．０７５ｍｍ〜２ｍｍ）が２７％、シルト分（粒径０．００５ｍｍ〜０．０７５ｍｍ）と粘土分（粒径０．００５ｍｍ未満）とを合わせたものが７３％であり、最大粒径は２ｍｍであった。

また、コンシステンシー（土の液性限界・塑性限界試験）においては、何れの結果もＮＰ（ＮｏｎＰｌａｓｔｉｃ）であり、水分を加えても再泥化しない結果が得られた。

また、突固めによる土の締固め試験（締固め特性）においては、試験方法は、Ｂ−ｃ、即ち、突固め方法の種類はＢ（ランマー質量２．５ｋｇ、モールド内径１５ｃｍ、突固め層数３層、突固め回数５５回／層、許容最大粒径３７．５ｍｍ）、試料の準備方法及び使用方法はｃ（湿潤法で非繰返し法）を採用した。その結果、最大乾燥密度は、１．０９５ｇ／ｃｍ^３であり、最適含水比は、４６．９％であった。

また、ＣＢＲ試験においては、試験方法は締固めた土で行い、膨張比は０．３８％、貫入試験後の含水比は５４．０％、平均ＣＢＲ値は３７．２％であり、このようにＣＢＲ試験においては高い数値が得られ、基礎地盤支持力が十分にあり、軟弱地盤対策にも十分使用することができる結果が得られた。

また、土懸濁液のｐＨ試験においては、ｐＨ値１０．０であり、ややアルカリ性を示す結果となった。これは、固化材にセメントを採用しているためと考える。

また、コーン指数試験結果においては、貫入不能であり、トラフィカビリティーが良好で、盛土作業に際して施工性が良い結果が得られた。

このように、上記の土質試験の結果から、本実施例に示す製造方法で製造した造粒改良土は、細粒土分の多い土質であるが、固化材である高炉セメントによって粘着力も期待できる性状を有し、更に、締め固めた後は十分な強度も得られるので、建設資材用造粒改良土として問題なく使用することができることが確認できた。

即ち、土木構造物などの裏込材、埋め戻し材として使用する場合は、一般的に圧縮性（変形）が小さい、所要の強度が得られる施工性・埋設物周辺の充填性・安定性などの品質が求められるが、本実施例で示す造粒改良土の製造方法で製造した造粒改良土は、粒度が細かく、構造物の隙間に十分充填でき、圧縮性も小さく、支持力も問題なく、しかも、埋設物周辺への悪影響を与えるような化学物質も含んでおらず、更に、細粒分が多く構造物に損傷を与えることがなく施工性も容易な造粒改良土となる。

尚、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。

Claims

建設現場や道路工事現場などから排出される建設汚泥を造粒改良土に再資源化する造粒改良土の製造方法であって、前記建設汚泥を脱水処理して含水率３０％〜４０％の脱水ケーキにし、この脱水ケーキに廃石膏ボードを粉砕処理した後分離装置で紙成分を排除して得た紙成分含有量が４重量％以下の廃石膏ボード粉をこの脱水ケーキの重量に対して３０％〜４０％の割合で且つ造粒改良土とした際にフッ素溶出量が０．８ｍｇ／ｌ以下となるように混入して一次混合物を得、この一次混合物にセメントをこの一次混合物の重量に対して７％〜１０％の割合で且つ造粒改良土とした際に六価クロム溶出量が０．０５ｍｇ／ｌ以下となるように混入して二次混合物を得、この二次混合物を混練りし乾燥して造粒固化することを特徴とする造粒改良土の製造方法。
前記セメントは、高炉セメントであることを特徴とする請求項１記載の造粒改良土の製造法。
造粒固化後、四週間養生することを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の造粒改良土の製造方法。