JPH11226549A - 下水汚泥焼却灰軽量固化物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単位容積重量が小さく且つ軽量コンクリート
などと比較して強度が高くしかも高品質の下水汚泥焼却
灰軽量固化物の製造方法を提供する。 【解決手段】 高分子系凝集剤が加えられた下水汚泥焼
却灰及び酸溶液並に発泡剤を混合すると共に混錬して多
量の気泡を含んだ粘土状の混練物１を作成し、該混練物
１を成形し自然乾燥させて固化させるか、或いは所定量
の混練物を型枠内に入れて加温し、膨張させると共に固
化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高分子凝集剤が加
えられた下水汚泥焼却灰から軽量固化物を製造するよう
にした、下水汚泥焼却灰軽量固化物の製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】下水処理によって発生する汚泥量は下水
道の普及に伴って増加し、その主たる処分先である埋立
地の減少などにより近年埋め立て処分は以前と比べて益
々困難となり、その処分量の低減のため下水汚泥の減
量、減容の必要性が要求されている。

【０００３】又、減量、減容に止まらず、下水汚泥の有
効利用のための資源化技術の確立が望まれている。

【０００４】下水汚泥の処理方法としては、下水汚泥
を脱水してコンポスト化し有機質土壌改良材として利用
する、埋め立て処分する、脱水ケーキを焼却後埋め
立て処分するなどが一般的である。

【０００５】一方、近年、より高度な処理方法として、
下水汚泥焼却灰を煉瓦状に圧縮成形し、焼成して製品と
するか、下水汚泥或いは下水汚泥焼却灰を高温溶融し骨
材とするなどの方法が取られている。

【０００６】しかし、これら焼成煉瓦や溶融骨材などの
製造には、多大の熱量と特別の設備を必要とする。

【０００７】又、大量処理に適すと思われる土木、建築
の分野において用いられる下水汚泥や下水汚泥焼却灰と
セメントとの混合物は、強度的な面において十分ではな
く、一般的な用途に不向きである。

【０００８】そこで、上述の問題点を解決すべく、本件
発明者等は種々の実験を行い、その結果次の事実が判明
した。

【０００９】すなわち、高分子系凝集剤が加えられた下
水汚泥焼却灰は、酸と混練りすれば、反応してその形状
がゴム状に変化し、やがて粘土状の物質になり、この物
質はやがて硬化して強固な固化物が得られるが、下水汚
泥焼却灰はとりわけ、硫酸との反応が顕著である。な
お、下水汚泥焼却灰に高分子系凝集剤を加えるのは、通
常下水処理過程においては濃縮汚泥の含水率が高く、こ
のままでは脱水工程にかけることができないので、高分
子系凝集剤を加えフロック状にして脱水し、含水率の下
降した脱水汚泥を得るためである。

【００１０】又、各々の処理場の下水汚泥焼却灰の組成
は異なるが、高分子系凝集剤が加えられた下水汚泥焼却
灰の場合、その組成に適した量、濃度の硫酸と十分混
合、混練りを行い乾燥すれば、その反応、作用は明らか
ではないが種々の硫酸塩を生成し、溶液中の水は結晶水
などとなり固化物内において遊離の水はごく少量であ
る。従ってこの固化物は水中に放置しても酸の溶出、吸
水がごく微量で長期に亘って安定である。

【００１１】なお、塩酸、燐酸を使用しても粘土状の物
質ができるものの、強度的には、硫酸使用のものに比べ
てかなり弱く、価格的にも硫酸は安価であるため、硫酸
が好適である。

【００１２】かかる事実を踏まえて、本件発明者等は特
願平７−３１６３９２号明細書に示すごとき下水汚泥焼
却灰固化物及びその製造方法について平成７年１２月５
日付で特許出願を行った。

【００１３】又、その後本件発明者等は特願平９−２６
１７１４号明細書に示すごときより高品質、高能率な下
水汚泥焼却灰固化物の製造方法について平成９年９月２
６日付で特許出願を行った。

【００１４】而して、特願平７−３１６３９２号明細書
に開示された下水汚泥焼却灰固化物は、高分子系凝集剤
が加えられた下水汚泥焼却灰と酸との混練物からなるも
のであり、高分子系凝集剤が加えられた下水汚泥焼却灰
と硫酸溶液を混練り後、乾燥することにより製造され
る。

【００１５】又特願平９−２６１７１４号明細書に開示
された下水汚泥焼却灰固化物の製造方法は、特願平７−
３１６３９２号明細書に開示された下水汚泥焼却灰固化
物を製造する場合に、下水汚泥焼却灰、酸、混練物が所
定の温度を上回らないように温度調整するものである。

【００１６】上述の各出願で使用された下水汚泥焼却灰
の組成は表１に示され、得られた下水汚泥焼却灰固化物
の物性は表２に示されている。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】表２に示す供試体のうちＡ−１、Ａ−２、
Ａ−３は特願平７−３１６３９２号明細書に開示された
下水汚泥焼却灰固化物を示し、Ｂ−１、Ｂ−２、Ｂ−３
は特願平９−２６１７１４号明細書に開示された下水汚
泥焼却灰固化物を示している。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上述の各出願における
下水汚泥焼却灰固化物は、その曲げ強度において通常の
セメント系固化物に比較して優れているものの単位容積
重量において軽量コンクリート、木質系材料、プラスチ
ック系材料に比較して重い。

【００２１】一方、下水汚泥焼却灰固化物は、強度に対
する要求もさることながら、軽量であることを要求され
る用途も多く、このような場合には、下水汚泥焼却灰固
化物は、単位容積重量が小さいことが望ましい。

【００２２】本発明は上述の実情に鑑み、単位容積重量
が小さく且つ軽量コンクリートなどと比較して強度が高
くしかも高品質の下水汚泥焼却灰軽量固化物を製造し得
るようにした、下水汚泥焼却灰軽量固化物の製造方法を
提供することを目的としてなしたものである。

【００２３】

【発明がなされるに至った過程】本件発明者等は特願平
９−２６１７１４号明細書に開示された方法を実際に適
用して下水汚泥焼却灰固化物を製造するに当たり、混練
物に発泡剤を混入して気泡を形成させると単位容積重量
の小さい下水汚泥焼却灰軽量固化物が得られることを見
いだした。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明の下水汚泥焼却灰
軽量固化物の製造方法は、高分子系凝集剤が加えられた
下水汚泥焼却灰及び酸並に発泡剤を混合すると共に混練
して多量の気泡を含んだ粘土状の混練物を作成し、該混
練物を成形して自然乾燥し、固化させるものである。

【００２５】又、本発明の下水汚泥焼却灰軽量固化物の
製造方法は、高分子系凝集剤が加えられた下水汚泥焼却
灰及び酸並に発泡剤を混合すると共に混練して多量の気
泡を含んだ粘土状の混練物を作成し、所定量の混練物を
型枠内に入れて加温し、膨張させると共に固化させるも
のである。

【００２６】従って、本発明においては、軽量コンクリ
ートなどよりも曲げ強度が大きく、且つ酸の量が少く、
しかも酸溶出量の少い、広範囲の形状に対応した単位容
積重量の小さい高品質の下水汚泥焼却灰軽量固化物を製
造することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００２８】表１に示す化学組成の下水汚泥焼却灰３０
ｇｒに対し、前もって用意して室内に保管しておいた硫
酸溶液を加え、温度が３５℃を越えないように冷却しな
がら混合する。ここで硫酸溶液は硫酸９７％含有濃硫酸
３．３ｃｃと水１０ｃｃを混合したものである。

【００２９】下水汚泥焼却灰と硫酸溶液が均一に混合し
たら発泡剤を加えて再度均一な状態となるよう混合し、
しかる後均一に混合した下水汚泥焼却灰及び硫酸溶液並
に発泡剤を混練りして気泡を含んだ粘土状の混練物を形
成した。

【００３０】発泡剤としては、水或いは稀酸によって気
体を生ずる粉体、例えば炭酸水素ナトリウム、アルミニ
ューム粉、鉄粉などが用いられる。

【００３１】上述のごとく形成した混練物を型枠内にい
っぱいに充填して成形後、自然放置して硬化させると、
気泡を含んだ下水汚泥焼却灰軽量固化物が得られる。

【００３２】又、或いは型枠内に型枠内容積よりも少い
量の混練物を入れ、所定の温度に加温すると、混練物は
気泡の膨張に従い型枠内容積にいっぱいとなるよう膨張
し、型枠内の形状に忠実に倣った下水汚泥焼却灰軽量固
化物が得られる。この場合、型枠内に入れる粘土状の混
練物の量或いは加温の程度によって広範囲に亘って種々
の単位容積重量の下水汚泥焼却灰軽量固化物が得られ
る。

【００３３】ところで、上述のようにして製造された下
水汚泥焼却灰軽量固化物の物性を知るため、幅３０ｍｍ
×長さ８０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの供試体を作り比較試験
を行った。

【００３４】表３は、各供試体Ａ−１，Ａ−２，Ａ−
３，Ｂ−１，Ｂ−２，Ｂ−３の下水汚泥焼却灰と硫酸９
７％含有濃硫酸と水と発泡剤（ＮａＨＣＯ₃）の配合量
を示し、表４は各供試体Ａ−１，Ａ−２，Ａ−３，Ｂ−
１，Ｂ−２，Ｂ−３の物性を示す。

【００３５】而して、供試体Ａ−１，Ａ−２，Ａ−３
は、型枠内にまだ硬化していない粘土状の気泡を含んだ
混練物をいっぱいに充填し、自然放置により硬化させた
後脱型したものである。

【００３６】又、供試体Ｂ−１，Ｂ−２，Ｂ−３は、型
枠内に型枠の内容積よりも少量のまだ硬化していない粘
土状の気泡を含んだ混練物を入れ、蓋で覆ったうえ約９
０℃の温度で１０分間加熱し、型枠いっぱいに混練物を
膨張させて硬化し、その後脱型したものである。

【００３７】供試体Ａ−１，Ａ−２，Ａ−３の場合自然
放置により硬化させた後脱型するのは、ひび割れや歪の
ない型枠の形状に忠実に倣った形状の下水汚泥焼却灰軽
量固化物を得るためである。

【００３８】又、供試体Ｂ−１，Ｂ−２，Ｂ−３の場
合、加温するのは、型枠内に入れる混練物の量の多少に
拘らず、型枠いっぱいに膨張して型枠の形状に忠実に倣
った形状の下水汚泥焼却灰軽量固化物を得るためであ
る。この場合型枠内に入れる混練物の量を調整すること
により、広範囲に亘って種々の値の単位容積重量の下水
汚泥焼却灰軽量固化物を得ることができる。

【００３９】

【表３】

【００４０】

【表４】

【００４１】本来、微細でポーラスな形状の表面積の大
きい高分子系凝集剤を含んだ下水汚泥焼却灰は、硫酸溶
液で改質されると共に発泡剤によって多量の気泡を含ん
だ混練物となる。

【００４２】又、混練物は粘土状であるため成形自由度
が高く、種々の成形形状に対応できる。

【００４３】更に粘土状の混練物にグラスファイバなど
の繊維補強材を添加、混合する場合においても、同様に
種々の成形形状を得ることができる。

【００４４】混練物は常温下に自然放置しても十分に自
己硬化するため、高品質の下水汚泥焼却灰軽量固化物を
製造することができる。

【００４５】又、上述のごとく、密閉した型枠内に型枠
の容積よりも少量の混練物を入れ、加温して型枠内いっ
ぱいに膨張させた場合には、最初に型枠内に入れる混練
物の量を調整することにより異なった値の単位容積重量
の下水汚泥焼却灰軽量固化物を得ることができ、延いて
は種々の曲げ強度の下水汚泥焼却灰軽量固化物を製造す
ることができる。

【００４６】得られた下水汚泥焼却灰軽量固化物は若干
酸性であり、又吸水性はセメントモルタルに比較して少
く、無機材であるため完全に不燃性を備えている。

【００４７】［実施例１］なお、以下の実施例において
は、室温２０〜２５℃の室内ですべての作業を行った。

【００４８】表１に示す化学組成の下水汚泥焼却灰３０
ｇｒと、硫酸９７％含有濃硫酸３．３ｃｃ及び水１０ｃ
ｃを混合して室内に放置した硫酸溶液とを、冷却した厚
手の陶器製の鉢の中で温度が３５℃を越えないように冷
却しつつ混合し、この混合物に発泡剤として炭酸水素ナ
トリウム０．３ｇｒを添加し、再び良く混合して得られ
た混合物をスクリュー式混練り機によって剪断的に混練
りし、気泡を多く含んだ褐色の粘土状の混練物を得た。

【００４９】次に、図１に示すごとく得られた混練物１
を型枠２内にいっぱいに充填し、室内に２時間の間放置
し、脱型した混練物をその後１４日間自然養生し、硬化
させた。

【００５０】これにより、強固な褐色の下水汚泥焼却灰
軽量固化物を得た。これが表５の供試体Ａ−１に相当す
る。

【００５１】同様に炭酸水素ナトリウムの添加量を０．
１５ｇｒ、０．４５ｇｒとし、図１に示すようにして下
水汚泥焼却灰軽量固化物を製造した。炭酸水素ナトリウ
ムの添加量０．１５ｇｒのものは表５の供試体Ａ−２に
相当し、炭酸水素ナトリウムの添加量０．４５ｇｒのも
のは表５の供試体Ａ−３に相当する。

【００５２】表５に示す供試体Ａ−１，Ａ−２，Ａ−３
を水道水に浸透させた際のｐＨの変化は図３の実線イに
示されている。

【００５３】図３に示すごとく、各供試体Ａ−１，Ａ−
２，Ａ−３を１０日間水道水に浸透させても、大きなｐ
Ｈ変化は生じず、これは、供試体Ａ−１，Ａ−２，Ａ−
３からの酸の溶出が少いことを示している。

【００５４】［実施例２］表１に示す化学組成の下水汚
泥焼却灰３０ｇｒと、硫酸９７％含有濃硫酸３．３ｃｃ
及び水１０ｃｃを混合して室内に放置した硫酸溶液と
を、冷却した厚手の陶器製の鉢の中で温度が３５℃を越
えないように冷却しつつ混合し、この混合物に発泡剤と
して炭酸水素ナトリウム０．３ｇｒを添加し、再び良く
混合して得られた混合物をスクリュー式混練り機によっ
て剪断的に混練りし、気泡を多く含んだ褐色の粘土状の
混練物を得た。

【００５５】次に、図２に示すごとくこの得られた混練
物１のうち２５ｇｒを型枠２に入れ、蓋３をして９０℃
の温度で１０分間加温し、混練物１を型枠２いっぱいに
膨張させると共に硬化させ、成形体として型枠２から外
せる強度に達した後に脱型した。而して、その後１４日
間自然養生をし、硬化させた。

【００５６】これにより、強固な褐色の下水汚泥焼却灰
軽量固化物を得た。これが表５の供試体Ｂ−１に相当す
る。

【００５７】同様に上述のごとくして製造した混練物１
の量を２０ｇｒ、３０ｇｒとし、図２に示すようにして
下水汚泥焼却灰軽量固化物を製造した。混練物１の量が
２０ｇｒのものは表５の供試体Ｂ−２に相当し、混練物
１の量が３０ｇｒのものは表５の供試体Ｂ−３に相当す
る。

【００５８】表５に示す供試体Ｂ−１，Ｂ−２，Ｂ−３
を水道水に浸透させた際のｐＨの変化は図３の実線ロに
示されている。

【００５９】図３に示すごとく、各供試体Ｂ−１，Ｂ−
２，Ｂ−３を１０日間水道水に浸透させても、大きなｐ
Ｈ変化は生じず、これは供試体Ｂ−１，Ｂ−２，Ｂ−３
からの酸の溶出が少いことを示している。

【００６０】

【表５】

【００６１】

【発明の効果】本発明の下水汚泥焼却灰軽量固化物の製
造方法によれば下記のごとき種々の優れた効果を奏し得
る。

【００６２】Ｉ）得られた高分子系凝集剤を含む下水汚
泥焼却灰軽量固化物は、単位容積重量が軽量コンクリー
トなどと同様軽いうえ、軽量コンクリートなどに比し曲
げ強度が高く且つ吸水量が少く、しかも使用する酸の量
も少く、更には酸溶出量も少い。このため、高品質の下
水汚泥焼却灰軽量固化物を得ることができる。

【００６３】ＩＩ）下水汚泥焼却灰軽量固化物は高分子
系凝集剤を含む下水汚泥焼却灰と、酸溶液と、発泡剤を
もとにして製造されるため、製造及び取扱に特別な配慮
を必要とする物質が不用で、又設備についても特別のも
のは必要ない。

【００６４】ＩＩＩ）発泡剤の量を調整することにより
或いは型枠内へ入れる混練物の重量を調整することによ
り、広範囲に亘って種々の値の単位容積重量の下水汚泥
焼却灰軽量固化物を製造することができる。

【００６５】ＩＶ）排水を初めなんらの副成物も生じ
ず、又溶融、焼結のように熱を必要とすることもない。
従って、装置や操作についても特別な配慮の必要がな
い。

【００６６】Ｖ）下水汚泥焼却灰軽量固形物は、混練直
後は粘土状をしていてプラスチックのような成形自由度
をもちしかも短時間で硬化するため、種々の形状に成形
することができ、グラスファイバなどの繊維補強材の混
入も可能である。

【００６７】ＶＩ）成形の仕方や下水汚泥焼却灰軽量固
形物の形状に応じて温度管理を行うことにより混練物硬
化の速度を適切にすることが可能である。

【００６８】ＶＩＩ）十分硬化した下水汚泥焼却灰軽量
固形物は、弱酸性で有害な物質の溶出もない。無機素材
なるがゆえ不燃で通常の温度においてはガスの発生もな
い。更に未処理の下水汚泥焼却灰に比し単位容積重量が
増加するため取扱が容易で著しい減容になる。

【００６９】ＶＩＩＩ）下水汚泥焼却灰軽量固形物は、
セメントと異なり酸性であり、セメントの不得意とする
酸性雰囲気による素材としても有効である。複合材料と
してグラスファイバなどの繊維補強材と併用する場合に
も、セメントに対するような耐アルカリ性の繊維補強材
を必要としない。

【００７０】ＩＸ）下水汚泥焼却灰を廃棄物とせず、酸
で処理した成形自由度の高い耐酸、耐火、高強度、軽量
の新素材とすることができるので、下水汚泥焼却灰の減
量、減容と資源としての有効利用を可能とすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における型枠とその中に充墳
した混練物を示す断面図である。

【図２】本発明の実施例２における型枠とその中に入れ
た混練物の加温前の状態を示す断面図である。

【図３】本発明の実施例において、下水汚泥焼却灰軽量
固形物から酸が溶出してｐＨが経時的に変化する状態を
示すグラフである。

【符号の説明】

１ 混練物 ２ 型枠 ３ 蓋

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高分子系凝集剤が加えられた下水汚泥焼
   却灰及び酸並に発泡剤を混合すると共に混練して多量の
   気泡を含んだ粘土状の混練物を作成し、該混練物を成形
   して自然乾燥し、固化させることを特徴とする下水汚泥
   焼却灰軽量固化物の製造方法。
2. 【請求項２】 高分子系凝集剤が加えられた下水汚泥焼
   却灰及び酸並に発泡剤を混合すると共に混練して多量の
   気泡を含んだ粘土状の混練物を作成し、所定量の混練物
   を型枠内に入れて加温し、膨張させると共に固化させる
   ことを特徴とする下水汚泥焼却灰軽量固化物の製造方
   法。