JPS6254560B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、河川、湖沼、海域などの水底に堆積
する底泥を乾燥、造粒、焼成して無害化された強
度のある粒状固化物を得ることを特徴とする底泥
の処理方法に関するものである。 一般にヘドロと称されている河川、湖沼、海域
などの水底に堆積する底泥（以下単に底泥と称す
る）は、水質汚油、水産物植物の死滅などの環境
破壊の原因となり、特に重金属などの有害物質を
含有する場合には地域住民の健康を害する公害問
題にまで発展することもある。そのため底泥の除
去が切望されている。 底泥の除去処分の方法として従来一般に実施さ
れているのは、底泥を浚渫し、これを海洋投棄や
海面・陸上埋立等により処分する方法である。し
かし海洋投棄も水質汚染のおそれがあり、最近で
は埋立処分が主体となつている。底泥を埋立処分
する場合、底泥が高含水比の軟泥物質（液状を呈
している）であるため、底泥をそのまゝ埋立処分
すると埋立地はいつまでも軟弱で地盤が固まりに
くいという問題があり土地利用に支障を来す。そ
のため土地利用のためにサンドドレーン工法など
で埋立地の排水をはかり圧密させ地盤を固まるよ
うにし、さらに表層部分を適当な深さまでセメン
ト、石灰などの固化材を混入し土の強度上昇をは
かり、さらにその上に礫や山土などを厚い層で被
覆するなどの方法がとられてきた。しかしこの様
な方法も埋立地の地盤に固まる迄に長期間を要す
るので近年では、浚渫底泥にセメント、石灰など
を混合して土質の強度の向上をはかりながら埋立
したり、機械的に脱水処理して埋立処分する方法
も検討されている。底泥にセメント、石灰などの
固化材を混合して土質安定をはかり埋立処分する
ことは、また底泥に重金属などの有害物を含有す
るときはそれらの溶出防止にも有効である。この
ように従来の底泥の処理方法は底泥を単に廃棄す
るか、底泥を固化材を用いて土質安定をはかる処
理方法、あるいは同時に底泥内の有害物を水に不
溶の安定した形態にかえる方法など埋立を対象と
する処理方法に関するものであつた。 いづれにせよ大量の底泥を除去処分するにはそ
れを受入れる処分地が必要である。底泥を埋立処
分するとしても、底泥以外に固化材、新規な山土
などが加るので底泥を受入れる以上に広く埋立地
を確保する必要がある。すなわち底泥の除去が切
望されていても、その処分地が確保できなければ
底泥は除去出来ず、したがつて環境浄化も中々進
行しないというのが現状である。 本発明は上記する従来の底泥処理、目的に鑑
み、底泥の有効なる固化処理、特にセメント等の
固化を必要とすることなく底泥自体の含有成分に
より固化を可能としさらに底泥の体積を極端に縮
少する処理法を提供することを目的とする。 また、本発明の他の目的は、固化処理物の再生
利用、資源化を図ることである。 本発明は、河川、湖沼、海域等の水底に堆積す
る底泥を乾燥後、球状などの形状に造粒し、該造
粒物を950℃から1250℃の温度下で焼成し粒状の
固化物を得ることを特徴とする底泥の処理方法を
要旨とするものである。 本発明の底泥の処理方法は、乾燥→造粒→焼成
の工程より成るもので、これらについて以下説明
する。 (1) 乾燥工程 浚渫した底泥は浚渫時に粗大ゴミなどの夾酸
物が除去され微粉末可能なまで乾燥される。こ
の乾燥は天日（自然）乾燥のほか、電気乾燥
炉、流動乾燥機（キルンの廃棄を利用した）な
どの機械的強制乾燥のいづれによつてもよい。
また、乾燥工程をより効率よくするために浚渫
底泥を乾燥するまえに機械的脱水装置などを用
いて脱水し含水比を低くすることもできる。 (2) 造粒工程 粉末化した底泥原料は、次で、球状、豆炭
状、棒状その他の粒状物に成型される。造粒方
法は、皿型造粒、押出造粒、ブリケツト型造粒
その他いろいろの方法を用いることができる。
２、３の例をあげると例えば皿型造粒の場合に
は皿型造粒機により粉末原料に水を噴霧しつゝ
造粒し、また押出造粒の場合には押圧成型機に
より水分を約30％まで加湿した原料で押出して
造粒する。棒状のものを球状にするときは更に
皿型造粒機にかけて整形する。 乾燥粉末化した底泥は粘土分、シルト分など
の微粒子が殆んどであり、また有機物を含んで
いるために結合材を使用することなく水分の調
節だけで容易に造粒できる。このようにして成
型された粒状物は、焼成工程で粒状物同志が融
着したり、粒状物がくづれたりしない程度まで
に自然乾燥或は乾燥機により乾燥し含水率を調
節する。通常含水率が15％以下になるように乾
燥される。 (3) 焼成工程 次で粒状物は、ロータリーキルンなどの焼成
炉で最高温度950℃〜1250℃の温度下で焼成さ
れる。この焼成により粒状物は融結（焼結）さ
れ粒状の固化物を得ることができる。底泥は有
機物を含有するため焼結された粒状の固化物の
表面は発泡により多孔質となる傾向がある。し
かし焼結は良好である。焼成が最高温度950℃
を下まるときは得られる粒状固化物は焼結して
いるが底泥の有機物は炭化して内部にやゝ残つ
ている。また骨材として使用するにはやゝ強度
が不足する。最高温度1250℃を上まわるときは
得られる粒状の固化物の焼結が進み粒状固化物
同志が融着したり、部分的にくずれたりする。 焼成工程は、焼結時の極端な発泡を防止する
ために多段に焼成することができる。例えば、
第１段の焼成を最高950℃ぐらいの温度でしか
も空気を送つて焼成することにより粒状物内の
有機物の焼成、ガス化を促進し、また急激な発
泡を防止し、次で第２段の焼成で1100℃〜1250
℃で焼成する。この方法は焼結後の粒状固化物
の空隙を少くし比重の大きい強度のあるものを
造ることができる。かくして本発明の方法によ
つて得られた粒状の固化物は、十分に焼結され
ていて水に不溶でまた有害物の溶出が全くな
く、砂利、碎石などの天然骨材の強度にはやゝ
及ばないまでもそれらの骨材に代用できる程の
安定した強度を有するものである。 本発明の方法において、底泥のみを原料として
このような人工骨材が造り得ることは底泥の土質
の微粒子とその鉱物的、化学的組成に基因する。 次に本発明を理解するため、本発明方法による
霞が浦湖沼の底泥処理実験結果並びに骨材の応用
試験結果について説明する。 処理実験に使用した霞が浦底泥は、浚渫したの
ち水をきつたもので含水比150〜300％、塑性脂数
41〜63％のもので、その化学組成および鉱物組成
は表−１の通りである。

【表】 表−１より明らかなように灼熱減量が約17％と
多く有機物等の燃焼、分解成分が多い試料である
と断定できる。また、鉱物組成は石英、長石類、
粘土類に大別され、粘土類はカリオンを主成分と
し量的にも比較的多く含まれていると推定でき
る。 実験例 １ 底泥を天日乾燥した後、粉末状態になるまで粉
碎し、次で皿型造粒と押出造粒の２方法で造粒し
た。 皿型造粒は皿型造粒機で微粉碎した原料に水を
噴霧しながら径が約10mmとなるように造粒した。
一方押出造粒は水分を30％加湿した原料を押出機
で直径５mm長さ約10mmとなるように造粒し、さら
に皿型造粒機で整形して造粒した。次で造粒物を
室内で水分約10％以下となるまで自然乾燥した。
次で造粒物をロータリーキルン（直径40cm、長さ
700cm）を用いて焼成した。焼成は予備実験の結
果原料が著しく発泡性を示す原料であることが判
明したため、発泡を抑制する手段としてロータリ
ーキルンの焼成条件を２段方式とし、第１段焼成
は炉内最高温度を950℃（炉尻で約600℃）に設定
し、空気を吹込みながら焼成後一旦冷却し、第２
段焼成空気の送風なしに炉内最高温度を1130℃お
よび1170℃（炉尻で600℃）の２条件下で造粒物
を焼成した。第一段焼成でかなり強度のある粒状
の固化物が得られた。しかし、粒状固化物を割つ
てみると有機物の炭化された部分がやや残存して
おり、碎石、砂利などの骨材に比べてやゝ強度が
劣る。第二段焼成では炭化物を含まず十分に焼成
されていて碎石、砂利に代表できる程度の強度を
有する粒状の固化物を得ることができた。 焼成で得られた粒状の固化物の粒度試験および
骨材試験結果を表−２および表−３に示す。比較
のためにほゞ同粒度の川砂利（相模川産）につい
て同様に試験した結果を表−２および表−３に併
記した。

【表】 ＊ 川砂利の粗粒率は、人工骨材に合致させ
るためにふるい分けしたものである。

【表】 これにより、同じ焼成温度でも造粒方法を異に
することにより比重、吸水率、圧縮破碎値等の諸
物性に大きな影響を及ぼすことが分かつた。これ
は、底泥原料が前記の如く発泡性を有するため、
造粒時に生ずる原料の内・外部の諸条件の違い
が、焼成後の原料の諸物性を大きく左右したもの
と考えられる。 すなわち、押出造粒は加圧しながら造粒するた
め原料表面の密度が大きくなり、含有される有機
物は焼成温度を上げてもCO₂ガスとして原料固化
物の外部に散逸しにくくなり、発泡傾向が増大す
るためと思われる。 これに対し、皿型造粒は該となる微粒子に粉末
原料と水を噴霧しながら原料を生長造粒するため
造粒物表面に多数の気孔が発生し、焼成時造粒物
表面が粘性を示す温度に達する前に、含有炭素分
の多くはCO₂ガスとなつて散逸し、比重が大き
く、吸収率が小さく、しかも圧縮破碎値の大きい
固化物となつたものと考えられる。 次に上記焼成で得られた粒状の固化物について
有害量金属の溶出試験を行つた結果を表−４に示
す。その結果粒状固化物は焼成により無害物とな
ることが確認された。

【表】 上記粒状の固化物は、セメントコンクリート、
アスフアルトコンクリート等に混入、道路舗装、
建築物などの人工骨材として利用できる。次にセ
メントコンクリートおよびアスフアルトコンクリ
ートへの骨材応用試験について説明する。 (1) セメントコンクリートへの応用試験 (1) 使用材料及び使用機器 (イ) セメント：普通ポルトランドセメント (ロ) 細砂：相模川産 比重2.63 FM3.33 (ハ) 比較用川砂利：相模川産 (ニ) ミキサー：強制練りミキサー (2) 供試体寸法 (イ) 強度試験用供試体寸法 圧縮、引張強度試験共φ10×20cm (ロ) 乾燥圧縮 寸法：10×10×50cm 測定方法：ダイヤルゲージ法 (3) 養生及び試験方法 (イ) 強度試験 コンクリート打設後20℃の室温中に放置
し、２日後に脱型後、２±１℃の水槽にて
各材令まで養生した。 (ロ) 乾燥収縮及び重量減少試験 コンクリート打設後の翌日脱型し、第１
回の測定を行い、21±１℃の水中で養生
し、供試体の材令が７日に達した共試体
は、測定後速やかに温度20±１℃、湿度60
±３％の室中に各材令まで保存して長さ変
化及び重量変化を測定した。 (ハ) コンクリートの配合 コンクリートの配合は、表−５に示すよ
うに、骨材の違いがフレツシユコンクリー
ト及び硬化後のコンクリートに及ぼす影響
を確認する意味で、単位セメント量、単位
水量及びｓ／ａを一定とする配合とした。

【表】 フレツシユコンクリート及び硬化コンク
リートの一般性状結果は表−６となる。

【表】 この結果によると、試験No.−１の皿型造
粒骨材が8.8cmと最も小さいスランプとな
り、試験No.−２の押出造粒が最もスランプ
が大きいことが分かる。これは、皿型造粒
で焼成温度を1170℃として骨材は表面ひび
われが多く、混練中にコンクリート中のセ
メントペーストがひびわれ部分を埋める従
用のためにスランプが小さくなつたものと
思われる。 また、圧縮強度に関しては長期材令とな
つても川砂利コンクリートと同様な強度発
現率を示すが、引張強度に関しては材令間
の変動が認められるものの川砂利コンクリ
ートより体少強度低下を示している。 乾燥収縮および重量減少率については表
−７に示す通りであり、特に乾燥収縮に関
しては川砂利コンクリートより一様に小さ
い結果となつているが、これは骨材の吸収
率が川砂利より大きいため、乾燥状態では
水分の放出が徐々に起り、収縮を小さくし
ているためである。

【表】 (2) アスフアルトコンクリートへの応用試験 焼成して得られた粒状固化物を加熱アスフア
ルト混合物の主骨材として利用するための配合
試験の１例を報告する。 使用材料 (イ) 焼成骨材を粉碎しふるい分けし10〜５
mm、５〜2.5mmおよび2.5〜0.074mmの粒度に
分類し使用した。 (ロ) 粗砂、細砂はそれぞれ栃木産、千葉砂、
石粉は秩父産を使用した。 (ハ) アスフアルトは三菱石油のストレートア
スフアルト60〜80を使用した。 加熱アスフアルト混合物の配合 (イ) 加熱アスフアルト混合物の種類 密粒度アスフアルトコンクリートの粒度 (ロ) 配合比 焼成骨材10〜５mm 35重量比 〃 ５〜2.5mm 22 〃 〃 2.5〜0.074mm 20 〃 粗 砂 ８ 〃 細 砂 ９重量比 石 粉 ６ 〃 (ハ) アスフアルトの添加量（骨材に対する） 5.5、6.0、6.5、7.0、7.5および10.0重量
％ 試験方法 アスフアルト舗装要綱（社団法人日本道路
協会発行）のマーシヤル安定度試験方法に準
ずる。 結果 (イ) 焼成骨材の性状と一般的アスフアルト混
合物に使用される骨材との比較

【表】

【表】 表−８からみられるように、焼成骨材は
一般碎石類と比べて ａ 比重が小さい。 ｂ 吸水量が大きい。特に粉碎した焼成骨
材の吸収量が大きい。 (ロ) マーシヤル安定度試験結果 表−９の通りである、尚比較のために一
般的アスフアルト混合物物に使用する骨材
を使用した密粒度アスフアルトコンクリー
トの試験結果およびアスフアルト舗装要綱
に規定される規格値を併記した。

【表】 ａ 焼成骨材を使用したアスコンは一般骨
材を使用したアスコンに比べて密度が小
さく安定度も低いが安定度は規格値をこ
えるのであまり問題がないが空隙率が大
きくアスフアルトの飽和度は規格値より
小さい。 ｂ 通常の配合設計では焼成骨材の吸収率
が大きいために混合物作製後時間の経過
と共に骨材中にアスフアルトが吸収され
るため最適アスフアルト量の決定に問題
があつた。これは焼成骨材が球状の粒状
のものを粉碎しているために表面がより
多孔質となりそれだけアスフアルトを吸
収するためで、したがつてアスフアルト
量も余分に必要とする。そのため、混合
物の舗設は、混合物を製造してから出来
る丈け早く例えば混合後２〜３時間位の
うちに施工する必要がある。アスフアル
トコンクリートに対しては焼成時に稜角
に富む碎石状の骨材を造るとこれらは解
決できよう。試験の結果は技術的要請の
きびしくない簡易舗装以下の舗装に十分
利用できることを示している。 上記の応用試験から明らかなように本発明底泥
の処理法によれば、底泥を有効に処理して無害化
とするとともに造粒、焼成により得られる粒状固
化物は人工骨材として、従来の天然骨材、人工骨
材に劣ることなく再生利用、資源化を図ることが
できるものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 河川、湖沼、海域の水底に堆積する底泥を乾
   燥後、球状などの形状に造粒する工程と、この造
   粒物を15％以下の含水率に乾燥する工程と、この
   乾燥した造粒物を焼成炉内において空気を吹き込
   みつつ炉内最高温度を950℃に設定して焼成する
   第一の焼成工程と、この第一焼成工程後の造粒物
   を空気の送風なしに炉内最高温度を1100℃〜1250
   ℃に設定して焼成する第二の焼成工程により粒状
   の固化物を得ることを特徴とする底泥の処理方
   法。