海底堆積土の処理方法
【課題】本発明の課題は、高強度で良好な安定性を有する造粒物を海底堆積土から効率よく製造する技術を提供することである。
【解決手段】ペーパースラッジ焼却灰と石膏を併用することによって、海底堆積土から効率的に造粒物を製造することができる。本発明の造粒物は、適度な強度と粒径を有し、水中においてその強度を維持するため、人工干潟の造成や護岸、土壌流出の抑制といった用途に好適に用いることができる。
【解決手段】ペーパースラッジ焼却灰と石膏を併用することによって、海底堆積土から効率的に造粒物を製造することができる。本発明の造粒物は、適度な強度と粒径を有し、水中においてその強度を維持するため、人工干潟の造成や護岸、土壌流出の抑制といった用途に好適に用いることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌改良技術、特に、海底の堆積土砂を固化して造粒する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚泥やヘドロなどの軟泥、流出しやすい土壌、軟弱な地盤の土壌などを固化して、土壌流出を抑制するため、従来から、各種の固化剤を軟泥や汚泥に添加して処理することが行われている。その際の固化剤としては、無機系の土壌に対してはセメント系固化剤、糞尿汚泥などの有機系の汚泥に対しては石灰系の固化剤が一般に用いられる。
【０００３】
しかし、セメント系固化剤は、セメントの水和硬化反応を利用して土壌を固化するものであり、セメントの硬化反応は有機物によって阻害されてしまう。そのため、水底から得られる浚渫土砂のような有機物を含有する処理対象に対してセメント系固化剤を用いることは有効でなく、十分な強度を有する固化物が得られない。また、石灰系固化剤は、固化処理後にアルカリが溶出する問題があり、環境保全の立場から、石灰系固化剤は、土壌の流出抑制や埋め立て、護岸などの用途に適するものではない。さらに、水底から得られる浚渫土砂は、海水などに由来する塩を多く含有し、水分含量が高いため、水底の堆積土砂に対しては一般的な土壌固化剤が有効でない場合も多い。
【０００４】
そこで、水底の堆積土砂に適した固化技術を開発すべく、種々の検討が行われており、例えば、以下の技術が報告されている。すなわち、特許文献１〜６には、ポリビニルアルコールを用いて浚渫土砂を固化する技術が記載されている。また、特許文献７には、硫酸第１鉄を用いて海底質汚泥を固化する技術が記載されている。さらに、特許文献８には、浚渫土砂から魚礁ブロックを製造する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２５３１６３号公報
【特許文献２】特開２００７−１６７７９０号公報
【特許文献３】特開２００７−００７５８７号公報
【特許文献４】特開２００６−３２５５１４号公報
【特許文献５】特開２００６−３２５５１５号公報
【特許文献６】特開２００５−１３１５９５号公報
【特許文献７】特開２００５−３３４７３０号公報
【特許文献８】特開２００８−１８２８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、海底堆積土の固化に関する従来の技術は、特殊な処理や高価な処理剤が必要であったり、大量の処理剤を使用するため、技術的または経済的に実用的とはいえず、より優れた海底堆積土の処理方法を開発することが強く望まれていた。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、水分含量の高い海底堆積土から簡便かつ経済的に造粒物を得る技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究し、ペーパースラッジ焼却灰に固化助剤として石膏を併用することによって海底堆積土を効率的に固化して造粒物が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
１つの態様において本発明は、土壌改良剤であり、特に、ペーパースラッジ焼却灰と石膏とを含んでなる海底堆積土用固化剤である。また別の態様において本発明は、造粒物の製造方法であり、特に、海底堆積土とペーパースラッジ焼却灰などから造粒物を製造する方法に関する。さらに別の態様において本発明は、土壌改良方法であり、特に、海底堆積土からペーパースラッジ焼却灰などを用いて製造した造粒物によって土砂流出の抑制や土壌の改良を行う方法に関する。
【００１０】
本発明は、以下に限定されるものでないが、下記の発明を包含する。
（１） ペーパースラッジ焼却灰と石膏を含んでなる海底堆積土用固化剤。
（２） ペーパースラッジ焼却灰と石膏を海底堆積土に添加して造粒することを含む、海底堆積土から造粒物を製造する方法であって、海底堆積土の固形分重量とペーパースラッジ焼却灰との合計重量に対して石膏を２〜２０重量％添加する上記方法。
（３） ペーパースラッジ焼却灰が、ＣａＯ換算でカルシウムを２０重量％以上含んでなる、（２）に記載の方法。
（４） ペーパースラッジ焼却灰の添加量が、海底堆積土の固形分重量に対して１００〜４００重量％である、（２）または（３）に記載の方法。
（５） 造粒物が、２ｍｍ以上の直径を有する粒子を４０重量％以上含む、（２）〜（４）のいずれか１項に記載の方法。
（６） （２）〜（５）のいずれか１項に記載の方法によって得られた造粒物を海水中に投入することを含む、土壌改良方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、海底堆積土から効率的に造粒物を得ることができる。また、本発明の造粒物はある程度の強度を備えており、また、本発明の造粒物を環境中に置いてもｐＨが増大しにくいため、埋め立てや護岸、人工干潟の造成などに好適に使用することができ、土砂流出の抑制など、環境保全にも有用である。さらに本発明は、海底堆積土やペーパースラッジの焼却灰といった廃棄物を利用して造粒物を得るため、コスト的に極めて優れており、廃棄物削減という観点からも有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施例１で用いた浚渫土砂のＸ線回折チャートである。
【図２】図２は、実施例１で用いたペーパースラッジ焼却灰のＸ線回折チャートである。
【図３】図３は、実施例１の浚渫土砂とペーパースラッジ焼却灰との混合物のＸ線回折チャートである。
【図４】図４は、実施例２における海水のｐＨ変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
１つの態様において本発明は、ペーパースラッジ焼却灰と石膏とを含んでなる海底堆積土用固化剤に関する。また別の態様において本発明は、ペーパースラッジ焼却灰と石膏とを海底堆積土に添加して造粒することを含む、海底堆積土から造粒物を製造する方法に関する。本発明では、ペーパースラッジの焼却灰と石膏を併用することによって、軟泥である海底堆積土から適度な強度を有する造粒物を得ることができる。本発明によって得られる造粒物は、例えば生石灰などを用いて得られる造粒物と比べて、環境中に置いた際に環境水のｐＨを増大させにくいため環境負荷が小さく、環境保全を図る上で極めて実用的である。
【００１４】
海底堆積土
本発明は海底堆積土の造粒技術に関し、本発明において海底堆積土とは、海底に堆積している土砂のことを指し、いわゆる外海の海底堆積土だけでなく、港湾などの内海の海底堆積土も含まれ、また、湖であっても海水湖であればその海底堆積土も含まれる。本発明の技術は、海中などの現場でそのまま施工して海底堆積土を造粒してもよく、また、海底から浚渫した土砂に本発明を適用して造粒してもよい。本発明の海底堆積土は、海や港湾などの海水環境における海底堆積土であり、浚渫土砂とは、航路浚渫やヘドロ浄化などのために海底から浚渫される土砂をいう。一般に、浚渫土砂は、環境保全のために湖沼や湾内のヘドロを取り除く際や、航路に堆積した土砂を取り除く際に得られ、浸食された海岸などへ運搬されて、臨海部の埋め立てや護岸工事などに利用されることもある。
【００１５】
本発明において海底堆積土は、軟泥状態、脱水後のケーキ状態等どのような状態でも使用できる。好ましい態様において、ペーパースラッジ焼却灰を用いて処理する際の海底堆積土の水分含量は１０〜６５重量％であり、より好ましくは３０〜６０重量％である。このような水分含量の海底堆積土であれば、海底堆積土の濃度が高いため効率的に固化物を得ることができ、また、適度な流動性を有するため輸送や造粒処理に好適である。
【００１６】
本発明の海底堆積土として浚渫土砂を用いる場合、公知の浚渫方法によって海底から得ることができ、例えば、グラブ浚渫やポンプ浚渫などによって浚渫土砂を得ることができる。ここで、グラブ浚渫とは、浚渫船などから吊されたグラブで海底の土砂を堀りあげることであり、小規模の浚渫に一般的に利用される。ポンプ浚渫とは、ポンプを用いて海底の土砂を堀りあげることをいい、連続的に土砂を吸引できることから、底泥を広く薄く浚渫でき（薄層浚渫）、大規模で均一な浚渫が可能である。本発明において、浚渫土砂を得るための浚渫方法は特に制限されず、例えば、海底のヘドロを浚渫する場合、ヘドロの堆積高は数十ｃｍ程度であるため、ヘドロが舞い上がることを抑制しつつ、ヘドロ層を薄層浚渫するような方法を選択すればよい。
【００１７】
ペーパースラッジ焼却灰
本発明はペーパースラッジの焼却灰を用いる。本発明においてペーパースラッジ（ＰＳ：Paper Sludge）とは、製紙工程から回収される廃棄物をいい、例えば、古紙再生工程（ＤＩＰ製造工程）、パルプ製造工程、紙製造工程などから発生するものを含む。したがって、ペーパースラッジは、パルプ繊維、填料や顔料に由来する無機物（カオリン、タルク、炭酸カルシウム等）、インキやインク、接着剤などを含んで構成される。焼却灰の原料となるペーパースラッジとしては、カルシウム含量などの観点から、古紙再生工程から発生するペーパースラッジが特に好ましい。一般にペーパースラッジは、製紙工場などから大量に排出されるため、ペーパースラッジ焼却灰は入手が容易である。そのため、本発明の海底堆積土用固化剤は、廃棄物削減、入手容易性、経済性などの観点から特に有利である。
【００１８】
本発明で用いるペーパースラッジ焼却灰（ＰＳ灰）とは、ペーパースラッジを燃焼させて得られる焼却残渣であり、炭酸カルシウム、硅砂、タルク、カオリンなどに由来する無機物を主成分とする。本発明のペーパースラッジ焼却灰は、ペーパースラッジの焼却残渣であれば、集塵機などで捕捉されるフライアッシュ（飛灰）や炉底灰が含まれていてもよい。ペーパースラッジの焼却は、例えば、７００〜１５００℃程度の温度で行うことができる。また、公知の焼却設備を用いてペーパースラッジを焼却することができ、具体的には流動床焼却炉などを挙げることができる。
【００１９】
一般に、紙には、炭酸カルシウムなどのカルシウム分が顔料や填料として添加されるため、ペーパースラッジを原料とする焼却灰は、塵芥の焼却灰や高炉スラグと比較して、カルシウム含量が高いという特徴を有する。本発明の好ましい態様において、本発明で用いるペーパースラッジ焼却灰は、元素分析した場合、ＣａＯ換算でＣａＯの比率が２０重量％以上であることが好ましく、３０重量％以上であることがより好ましい。また、ＣａＯの比率の上限は特に限定されないが、６０重量％以下であることが一般的である。さらに、本発明で用いるペーパースラッジ焼却灰は、アルミニウム分に対するカルシウム分の比率も比較的高く、Ａｌ２Ｏ３とＣａＯの比率が１：０．５〜１：３程度であることが好ましく、１：１〜１：２．５程度であることがより好ましい。
【００２０】
本発明におけるペーパースラッジ焼却灰の作用は、海底堆積土のような高含水軟泥に添加されると、土砂中の水分と水和反応し、エトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ）やケイ酸カルシウム水和物などを生成しながら、海底堆積土を凝集・固化させるものと考えられる。本発明においてペーパースラッジ焼却灰を用いると海底堆積土から適度な強度を有する造粒物が得られる理由の詳細は明らかでないが、ペーパースラッジ焼却灰に含まれるアルミニウムやカルシウムが海底堆積土中の水分と反応して自硬するのに適しているためだと考えられる。
【００２１】
本発明においてペーパースラッジ焼却灰の添加量は、特に制限されないが、好ましい態様において、海底堆積土よりも多くのペーパースラッジ焼却灰を使用し、例えば、海底堆積土の固形分重量に対して１００〜４００重量％のペーパースラッジ焼却灰を添加することが好ましい。すなわち、海底堆積土に対してペーパースラッジ焼却灰を多く配合すると、造粒物の強度が高くなり、長期的に安定な造粒物を得ることができる。
【００２２】
固化助剤
また本発明は、海底堆積土から造粒物を得るために、ペーパースラッジ焼却灰とともに、固化助剤として石膏を併用する。このような固化助剤を併用することによって、軟泥である海底堆積土から、高強度かつ長期的に安定な粒状の造粒物を得ることができる。本発明において石膏とは、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）またはその水和物であり、具体的には、焼石膏（ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ）、二水石膏（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）、無水石膏（ＣａＳＯ４）などを使用することができる。本発明の石膏は、ペーパースラッジ焼却灰と一緒に海底堆積土に添加してもよく、また、ペーパースラッジ焼却灰とは独立して海底堆積土に添加してもよい。
【００２３】
石膏の添加量は、海底堆積土（固形分重量）とペーパースラッジ焼却灰の合計重量に対して２〜２０重量％であることが好ましく、３〜１５重量％であることがより好ましい。このような範囲であれば、強度が高く、ある程度の粒子径を有する造粒物を効率よく製造することができる。また、石膏の添加量は、ペーパースラッジ焼却灰重量に対して２重量％以上であることが好ましい。経済性等を考慮すると、石膏の添加量は、ペーパースラッジ焼却灰重量に対して２〜１５重量％であることが好ましく、２〜１０重量％であることがより好ましい。
【００２４】
本発明においては、海底堆積土に対して、ペーパースラッジ焼却灰と石膏とを添加して造粒物を製造するが、海底堆積土と添加剤とが十分に混合されれば、添加の態様は特に制限されない。
【００２５】
造粒物
本発明によって得られる造粒物とは、粒状であればその形状は限定されない。造粒物の粒径とは、直径を意味するが、長径、短径のある場合はその平均を指し、レーザー回折、顕微鏡観察等により決定することができる。本発明の造粒物は、２ｍｍ以上の直径を有する粒子を４０重量％以上含むことが好ましい。このような造粒物は、ある程度の大きさを有するため、例えば海中で使用しても波にさらわれにくく、自然環境における土壌流出を抑制できるため、特に有用である。また、本発明の造粒物は、平均粒子径が１ｍｍ以上であることが好ましく、２ｍｍ以上であることがより好ましい。なお、造粒物の粒子径は、例えば、固化剤の添加量や造粒時間などによって適宜調整することができ、また、振動式や回転式などのふるい分け法などによって一定の粒子径を有する造粒物を得てもよい。
【００２６】
造粒物を製造する際には、通常の造粒技術を用いることができる。造粒は、公知の方法により行うことができ、例えば、逆流式、転動方式、撹拌方式、押出方式、破砕方式などの造粒法を採用することができる。具体的な装置としては日本アイリッヒ社製のインテンシィブミキサー（逆流式）やKitchen Aid社製のスタンドミキサー（撹拌方式）などが挙げられる。海底堆積土へのペーパースラッジ焼却灰などの混合と造粒を両方行うことができ、造粒物の多孔性や強度を調整しやすい点で、逆流式ミキサーや撹拌方式のミキサーを好適に利用することができる。造粒時間に特に制限はなく、造粒時間を長くすると造粒物の粒子径が大きくなる傾向があるが、一定の大きさ以上には成長しない。撹拌方式のミキサーを用いる場合、造粒時間は、１〜５分、好ましくは２〜４分である。
【００２７】
このようにして得られた造粒物は、海、港湾、湖、河川、沼、干潟などにおいて、造成、埋め立て、護岸、土砂の流出防止などの用途に好適に使用することができる。特に本発明の造粒物は、海水などの環境中に置いても、例えば生石灰などを用いて得られる造粒物と比べて、環境のｐＨを増大させにくく、環境に与える影響が小さい。すなわち、本発明は環境負荷が小さく、環境保全を図る上で極めて実用的である。本発明の造粒物は、海水中における強度が十分であるため、海底堆積土を固化・造粒した造粒物を再び海水中において用いる場合に特に好適である。さらに、かかる海底堆積土は、通常、１５〜１６％程度の有機栄養分を含むため、海底堆積土から製造した造粒物を人工干潟、藻礁、魚礁などとして海に設置することにより、そこに着生する生物への栄養供給源となって、現場海域の環境の回復などに大きく貢献し得る。以上の点から、本発明で得られる造粒物は干拓や人工干潟の造成に適している。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明の実施例を挙げつつ、本発明の内容を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、本明細書において、部および％などは特に記載がない場合、重量基準であり、数値範囲はその端点を含むものとして記載される。
【００２９】
実施例１
（１）海底堆積土
海底堆積土として、熊本県熊本市新港の海底から得た浚渫土砂を用いた。後述する固化剤と混合する際の浚渫土砂の水分含量は６０重量％（固形分４０％）であった。また、この浚渫土砂を元素分析（蛍光Ｘ線分析）した結果を以下の表１に示す。表１から明らかなように、この浚渫土砂は、ＳｉおよびＡｌを主成分としていた。また、浚渫土砂をＸ線回折により分析したところ、アノーサイト（ＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８）、オージャイト、ＳｉＯ２などが確認された（図１）。
【００３０】
【表１】
【００３１】
（２）ペーパースラッジ焼却灰（ＰＳ焼却灰）
製紙工場のパルプ製造工程や抄紙工程から回収されたペーパースラッジを焼却して得られる焼却残渣（焼却灰）を用いた。ペーパースラッジの焼却は、流動床焼却炉にて８００〜９００℃で行った。得られたペーパースラッジ焼却灰を元素分析した結果を表２に示す。表２から明らかなように、このペーパースラッジ焼却灰は、Ｓｉ、ＡｌおよびＣａを主成分としていた。また、Ｘ線回折の結果から、ＳｉＯ２、ゲーレナイト（ＣａＡｌ２ＳｉＯ２）、炭酸カルシウム、生石灰などが確認された（図２）。
【００３２】
【表２】
【００３３】
（３）海底堆積土とＰＳ焼却灰の混合物
上記の海底堆積土とＰＳ焼却灰の５０：５０混合物について、元素分析した結果を表３、Ｘ線回折のチャートを図３に示す。
【００３４】
【表３】
【００３５】
（４）海底堆積土の造粒処理
上記浚渫土砂３００ｇ（固形分：１２０ｇ）に対し、ペーパースラッジ焼却灰（ＰＳ灰）２８０ｇ、焼石膏（ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ）２０ｇ、水１００ｇを添加して混合物の水分を４０％とし、スタンドミキサー（ＫＳＭ５０Ｐ、Kitchen Aid社製）を用いて３分間処理することによって造粒物を製造した（表４：サンプル１）。また、表４に示すように水和数の異なる石膏を用いた造粒物（サンプル２、３）、焼石膏の配合部数を変更した造粒物（サンプル４〜７）、生石灰を配合した造粒物（サンプル８：比較例）、固化助剤を添加しなかった造粒物（サンプル９：比較例）も製造した。
【００３６】
造粒物の圧縮強度を、リングクラッシュ試験機（日本ＴＭＣ製）を用いて圧縮板の下降速度１２．５ｍｍ／ｍｉｎという条件にて、造粒物を破壊するために要する力を測定した。圧縮強度の測定は粒径が２ｍｍである造粒物を用いて行った。
【００３７】
【表４】
【００３８】
表４に示したように固化助剤である各種石膏を添加することにより造粒物の圧縮強度が格段に向上し、配合部数を多くすることでさらに向上する。また、固化助剤として生石灰を用いたサンプル８に比べると圧縮強度がやや低下するものの、固化助剤を添加しないサンプル９と比べて圧縮強度が大きく向上した。
【００３９】
実施例２
５０ｍｌビーカー中に実施例１の造粒物１０ｇと海水４０ｍｌを入れた後に静置して海水のｐＨの経時変化を追跡した。
【００４０】
【表５】
【００４１】
海水のｐＨ変化を表５および図４に示す。表５および図４から明らかなように固化助剤として各種石膏を添加したもの（サンプル１〜７）はいずれも海水のｐＨが経時で上昇する傾向にあるが、生石灰を配合したサンプル（サンプル８）に比べると石膏を配合したサンプルはその上昇幅が小さくなる。また、石膏の配合部数を高くした場合も海水のｐＨは石膏を無配合の場合と同等であった。得られた造粒物を用いて人工干潟などを造成する場合にはその周辺に生息する動植物に対する影響を小さくするためにｐＨ変動を抑制する必要があるため、石膏を固化助剤に使用することは極めて有用である。
【００４２】
以上のように固化助剤として各種石膏を用いることで十分な強度を有する造粒物を得ることができる。また、本発明の造粒物を海水に入れても海水のｐＨが上昇しにくいため、本発明は環境への負荷が小さい。特に人工干潟などを造成する場合、本発明によれば海水のｐＨ上昇を抑えることができ、好適である。
【００４３】
実施例３
実施例１と同様にして、表６に示す組成の造粒物を作製した。得られたサンプルについて、海水浸漬前と浸漬後の圧縮強度を測定した。海水浸漬後のサンプルは、５０ｍｌビーカー中に造粒物１０ｇと海水４０ｍｌを入れ、２日間経過後サンプルを取出して調製した。圧縮強度は実施例１と同様に測定した。また、実施例１で得たサンプル１についても海水浸漬後の圧縮強度を測定した。これらの結果をまとめて表６に示す。表６から、海水に浸漬することで、サンプルの圧縮強度が大きく向上することが明らかである。よって、本発明の造粒物は海水中に投入して人工干潟に使用するのに好適である。
【００４４】
【表６】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌改良技術、特に、海底の堆積土砂を固化して造粒する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚泥やヘドロなどの軟泥、流出しやすい土壌、軟弱な地盤の土壌などを固化して、土壌流出を抑制するため、従来から、各種の固化剤を軟泥や汚泥に添加して処理することが行われている。その際の固化剤としては、無機系の土壌に対してはセメント系固化剤、糞尿汚泥などの有機系の汚泥に対しては石灰系の固化剤が一般に用いられる。
【０００３】
しかし、セメント系固化剤は、セメントの水和硬化反応を利用して土壌を固化するものであり、セメントの硬化反応は有機物によって阻害されてしまう。そのため、水底から得られる浚渫土砂のような有機物を含有する処理対象に対してセメント系固化剤を用いることは有効でなく、十分な強度を有する固化物が得られない。また、石灰系固化剤は、固化処理後にアルカリが溶出する問題があり、環境保全の立場から、石灰系固化剤は、土壌の流出抑制や埋め立て、護岸などの用途に適するものではない。さらに、水底から得られる浚渫土砂は、海水などに由来する塩を多く含有し、水分含量が高いため、水底の堆積土砂に対しては一般的な土壌固化剤が有効でない場合も多い。
【０００４】
そこで、水底の堆積土砂に適した固化技術を開発すべく、種々の検討が行われており、例えば、以下の技術が報告されている。すなわち、特許文献１〜６には、ポリビニルアルコールを用いて浚渫土砂を固化する技術が記載されている。また、特許文献７には、硫酸第１鉄を用いて海底質汚泥を固化する技術が記載されている。さらに、特許文献８には、浚渫土砂から魚礁ブロックを製造する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２５３１６３号公報
【特許文献２】特開２００７−１６７７９０号公報
【特許文献３】特開２００７−００７５８７号公報
【特許文献４】特開２００６−３２５５１４号公報
【特許文献５】特開２００６−３２５５１５号公報
【特許文献６】特開２００５−１３１５９５号公報
【特許文献７】特開２００５−３３４７３０号公報
【特許文献８】特開２００８−１８２８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、海底堆積土の固化に関する従来の技術は、特殊な処理や高価な処理剤が必要であったり、大量の処理剤を使用するため、技術的または経済的に実用的とはいえず、より優れた海底堆積土の処理方法を開発することが強く望まれていた。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、水分含量の高い海底堆積土から簡便かつ経済的に造粒物を得る技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究し、ペーパースラッジ焼却灰に固化助剤として石膏を併用することによって海底堆積土を効率的に固化して造粒物が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
１つの態様において本発明は、土壌改良剤であり、特に、ペーパースラッジ焼却灰と石膏とを含んでなる海底堆積土用固化剤である。また別の態様において本発明は、造粒物の製造方法であり、特に、海底堆積土とペーパースラッジ焼却灰などから造粒物を製造する方法に関する。さらに別の態様において本発明は、土壌改良方法であり、特に、海底堆積土からペーパースラッジ焼却灰などを用いて製造した造粒物によって土砂流出の抑制や土壌の改良を行う方法に関する。
【００１０】
本発明は、以下に限定されるものでないが、下記の発明を包含する。
（１） ペーパースラッジ焼却灰と石膏を含んでなる海底堆積土用固化剤。
（２） ペーパースラッジ焼却灰と石膏を海底堆積土に添加して造粒することを含む、海底堆積土から造粒物を製造する方法であって、海底堆積土の固形分重量とペーパースラッジ焼却灰との合計重量に対して石膏を２〜２０重量％添加する上記方法。
（３） ペーパースラッジ焼却灰が、ＣａＯ換算でカルシウムを２０重量％以上含んでなる、（２）に記載の方法。
（４） ペーパースラッジ焼却灰の添加量が、海底堆積土の固形分重量に対して１００〜４００重量％である、（２）または（３）に記載の方法。
（５） 造粒物が、２ｍｍ以上の直径を有する粒子を４０重量％以上含む、（２）〜（４）のいずれか１項に記載の方法。
（６） （２）〜（５）のいずれか１項に記載の方法によって得られた造粒物を海水中に投入することを含む、土壌改良方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、海底堆積土から効率的に造粒物を得ることができる。また、本発明の造粒物はある程度の強度を備えており、また、本発明の造粒物を環境中に置いてもｐＨが増大しにくいため、埋め立てや護岸、人工干潟の造成などに好適に使用することができ、土砂流出の抑制など、環境保全にも有用である。さらに本発明は、海底堆積土やペーパースラッジの焼却灰といった廃棄物を利用して造粒物を得るため、コスト的に極めて優れており、廃棄物削減という観点からも有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施例１で用いた浚渫土砂のＸ線回折チャートである。
【図２】図２は、実施例１で用いたペーパースラッジ焼却灰のＸ線回折チャートである。
【図３】図３は、実施例１の浚渫土砂とペーパースラッジ焼却灰との混合物のＸ線回折チャートである。
【図４】図４は、実施例２における海水のｐＨ変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
１つの態様において本発明は、ペーパースラッジ焼却灰と石膏とを含んでなる海底堆積土用固化剤に関する。また別の態様において本発明は、ペーパースラッジ焼却灰と石膏とを海底堆積土に添加して造粒することを含む、海底堆積土から造粒物を製造する方法に関する。本発明では、ペーパースラッジの焼却灰と石膏を併用することによって、軟泥である海底堆積土から適度な強度を有する造粒物を得ることができる。本発明によって得られる造粒物は、例えば生石灰などを用いて得られる造粒物と比べて、環境中に置いた際に環境水のｐＨを増大させにくいため環境負荷が小さく、環境保全を図る上で極めて実用的である。
【００１４】
海底堆積土
本発明は海底堆積土の造粒技術に関し、本発明において海底堆積土とは、海底に堆積している土砂のことを指し、いわゆる外海の海底堆積土だけでなく、港湾などの内海の海底堆積土も含まれ、また、湖であっても海水湖であればその海底堆積土も含まれる。本発明の技術は、海中などの現場でそのまま施工して海底堆積土を造粒してもよく、また、海底から浚渫した土砂に本発明を適用して造粒してもよい。本発明の海底堆積土は、海や港湾などの海水環境における海底堆積土であり、浚渫土砂とは、航路浚渫やヘドロ浄化などのために海底から浚渫される土砂をいう。一般に、浚渫土砂は、環境保全のために湖沼や湾内のヘドロを取り除く際や、航路に堆積した土砂を取り除く際に得られ、浸食された海岸などへ運搬されて、臨海部の埋め立てや護岸工事などに利用されることもある。
【００１５】
本発明において海底堆積土は、軟泥状態、脱水後のケーキ状態等どのような状態でも使用できる。好ましい態様において、ペーパースラッジ焼却灰を用いて処理する際の海底堆積土の水分含量は１０〜６５重量％であり、より好ましくは３０〜６０重量％である。このような水分含量の海底堆積土であれば、海底堆積土の濃度が高いため効率的に固化物を得ることができ、また、適度な流動性を有するため輸送や造粒処理に好適である。
【００１６】
本発明の海底堆積土として浚渫土砂を用いる場合、公知の浚渫方法によって海底から得ることができ、例えば、グラブ浚渫やポンプ浚渫などによって浚渫土砂を得ることができる。ここで、グラブ浚渫とは、浚渫船などから吊されたグラブで海底の土砂を堀りあげることであり、小規模の浚渫に一般的に利用される。ポンプ浚渫とは、ポンプを用いて海底の土砂を堀りあげることをいい、連続的に土砂を吸引できることから、底泥を広く薄く浚渫でき（薄層浚渫）、大規模で均一な浚渫が可能である。本発明において、浚渫土砂を得るための浚渫方法は特に制限されず、例えば、海底のヘドロを浚渫する場合、ヘドロの堆積高は数十ｃｍ程度であるため、ヘドロが舞い上がることを抑制しつつ、ヘドロ層を薄層浚渫するような方法を選択すればよい。
【００１７】
ペーパースラッジ焼却灰
本発明はペーパースラッジの焼却灰を用いる。本発明においてペーパースラッジ（ＰＳ：Paper Sludge）とは、製紙工程から回収される廃棄物をいい、例えば、古紙再生工程（ＤＩＰ製造工程）、パルプ製造工程、紙製造工程などから発生するものを含む。したがって、ペーパースラッジは、パルプ繊維、填料や顔料に由来する無機物（カオリン、タルク、炭酸カルシウム等）、インキやインク、接着剤などを含んで構成される。焼却灰の原料となるペーパースラッジとしては、カルシウム含量などの観点から、古紙再生工程から発生するペーパースラッジが特に好ましい。一般にペーパースラッジは、製紙工場などから大量に排出されるため、ペーパースラッジ焼却灰は入手が容易である。そのため、本発明の海底堆積土用固化剤は、廃棄物削減、入手容易性、経済性などの観点から特に有利である。
【００１８】
本発明で用いるペーパースラッジ焼却灰（ＰＳ灰）とは、ペーパースラッジを燃焼させて得られる焼却残渣であり、炭酸カルシウム、硅砂、タルク、カオリンなどに由来する無機物を主成分とする。本発明のペーパースラッジ焼却灰は、ペーパースラッジの焼却残渣であれば、集塵機などで捕捉されるフライアッシュ（飛灰）や炉底灰が含まれていてもよい。ペーパースラッジの焼却は、例えば、７００〜１５００℃程度の温度で行うことができる。また、公知の焼却設備を用いてペーパースラッジを焼却することができ、具体的には流動床焼却炉などを挙げることができる。
【００１９】
一般に、紙には、炭酸カルシウムなどのカルシウム分が顔料や填料として添加されるため、ペーパースラッジを原料とする焼却灰は、塵芥の焼却灰や高炉スラグと比較して、カルシウム含量が高いという特徴を有する。本発明の好ましい態様において、本発明で用いるペーパースラッジ焼却灰は、元素分析した場合、ＣａＯ換算でＣａＯの比率が２０重量％以上であることが好ましく、３０重量％以上であることがより好ましい。また、ＣａＯの比率の上限は特に限定されないが、６０重量％以下であることが一般的である。さらに、本発明で用いるペーパースラッジ焼却灰は、アルミニウム分に対するカルシウム分の比率も比較的高く、Ａｌ２Ｏ３とＣａＯの比率が１：０．５〜１：３程度であることが好ましく、１：１〜１：２．５程度であることがより好ましい。
【００２０】
本発明におけるペーパースラッジ焼却灰の作用は、海底堆積土のような高含水軟泥に添加されると、土砂中の水分と水和反応し、エトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ）やケイ酸カルシウム水和物などを生成しながら、海底堆積土を凝集・固化させるものと考えられる。本発明においてペーパースラッジ焼却灰を用いると海底堆積土から適度な強度を有する造粒物が得られる理由の詳細は明らかでないが、ペーパースラッジ焼却灰に含まれるアルミニウムやカルシウムが海底堆積土中の水分と反応して自硬するのに適しているためだと考えられる。
【００２１】
本発明においてペーパースラッジ焼却灰の添加量は、特に制限されないが、好ましい態様において、海底堆積土よりも多くのペーパースラッジ焼却灰を使用し、例えば、海底堆積土の固形分重量に対して１００〜４００重量％のペーパースラッジ焼却灰を添加することが好ましい。すなわち、海底堆積土に対してペーパースラッジ焼却灰を多く配合すると、造粒物の強度が高くなり、長期的に安定な造粒物を得ることができる。
【００２２】
固化助剤
また本発明は、海底堆積土から造粒物を得るために、ペーパースラッジ焼却灰とともに、固化助剤として石膏を併用する。このような固化助剤を併用することによって、軟泥である海底堆積土から、高強度かつ長期的に安定な粒状の造粒物を得ることができる。本発明において石膏とは、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）またはその水和物であり、具体的には、焼石膏（ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ）、二水石膏（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）、無水石膏（ＣａＳＯ４）などを使用することができる。本発明の石膏は、ペーパースラッジ焼却灰と一緒に海底堆積土に添加してもよく、また、ペーパースラッジ焼却灰とは独立して海底堆積土に添加してもよい。
【００２３】
石膏の添加量は、海底堆積土（固形分重量）とペーパースラッジ焼却灰の合計重量に対して２〜２０重量％であることが好ましく、３〜１５重量％であることがより好ましい。このような範囲であれば、強度が高く、ある程度の粒子径を有する造粒物を効率よく製造することができる。また、石膏の添加量は、ペーパースラッジ焼却灰重量に対して２重量％以上であることが好ましい。経済性等を考慮すると、石膏の添加量は、ペーパースラッジ焼却灰重量に対して２〜１５重量％であることが好ましく、２〜１０重量％であることがより好ましい。
【００２４】
本発明においては、海底堆積土に対して、ペーパースラッジ焼却灰と石膏とを添加して造粒物を製造するが、海底堆積土と添加剤とが十分に混合されれば、添加の態様は特に制限されない。
【００２５】
造粒物
本発明によって得られる造粒物とは、粒状であればその形状は限定されない。造粒物の粒径とは、直径を意味するが、長径、短径のある場合はその平均を指し、レーザー回折、顕微鏡観察等により決定することができる。本発明の造粒物は、２ｍｍ以上の直径を有する粒子を４０重量％以上含むことが好ましい。このような造粒物は、ある程度の大きさを有するため、例えば海中で使用しても波にさらわれにくく、自然環境における土壌流出を抑制できるため、特に有用である。また、本発明の造粒物は、平均粒子径が１ｍｍ以上であることが好ましく、２ｍｍ以上であることがより好ましい。なお、造粒物の粒子径は、例えば、固化剤の添加量や造粒時間などによって適宜調整することができ、また、振動式や回転式などのふるい分け法などによって一定の粒子径を有する造粒物を得てもよい。
【００２６】
造粒物を製造する際には、通常の造粒技術を用いることができる。造粒は、公知の方法により行うことができ、例えば、逆流式、転動方式、撹拌方式、押出方式、破砕方式などの造粒法を採用することができる。具体的な装置としては日本アイリッヒ社製のインテンシィブミキサー（逆流式）やKitchen Aid社製のスタンドミキサー（撹拌方式）などが挙げられる。海底堆積土へのペーパースラッジ焼却灰などの混合と造粒を両方行うことができ、造粒物の多孔性や強度を調整しやすい点で、逆流式ミキサーや撹拌方式のミキサーを好適に利用することができる。造粒時間に特に制限はなく、造粒時間を長くすると造粒物の粒子径が大きくなる傾向があるが、一定の大きさ以上には成長しない。撹拌方式のミキサーを用いる場合、造粒時間は、１〜５分、好ましくは２〜４分である。
【００２７】
このようにして得られた造粒物は、海、港湾、湖、河川、沼、干潟などにおいて、造成、埋め立て、護岸、土砂の流出防止などの用途に好適に使用することができる。特に本発明の造粒物は、海水などの環境中に置いても、例えば生石灰などを用いて得られる造粒物と比べて、環境のｐＨを増大させにくく、環境に与える影響が小さい。すなわち、本発明は環境負荷が小さく、環境保全を図る上で極めて実用的である。本発明の造粒物は、海水中における強度が十分であるため、海底堆積土を固化・造粒した造粒物を再び海水中において用いる場合に特に好適である。さらに、かかる海底堆積土は、通常、１５〜１６％程度の有機栄養分を含むため、海底堆積土から製造した造粒物を人工干潟、藻礁、魚礁などとして海に設置することにより、そこに着生する生物への栄養供給源となって、現場海域の環境の回復などに大きく貢献し得る。以上の点から、本発明で得られる造粒物は干拓や人工干潟の造成に適している。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明の実施例を挙げつつ、本発明の内容を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、本明細書において、部および％などは特に記載がない場合、重量基準であり、数値範囲はその端点を含むものとして記載される。
【００２９】
実施例１
（１）海底堆積土
海底堆積土として、熊本県熊本市新港の海底から得た浚渫土砂を用いた。後述する固化剤と混合する際の浚渫土砂の水分含量は６０重量％（固形分４０％）であった。また、この浚渫土砂を元素分析（蛍光Ｘ線分析）した結果を以下の表１に示す。表１から明らかなように、この浚渫土砂は、ＳｉおよびＡｌを主成分としていた。また、浚渫土砂をＸ線回折により分析したところ、アノーサイト（ＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８）、オージャイト、ＳｉＯ２などが確認された（図１）。
【００３０】
【表１】
【００３１】
（２）ペーパースラッジ焼却灰（ＰＳ焼却灰）
製紙工場のパルプ製造工程や抄紙工程から回収されたペーパースラッジを焼却して得られる焼却残渣（焼却灰）を用いた。ペーパースラッジの焼却は、流動床焼却炉にて８００〜９００℃で行った。得られたペーパースラッジ焼却灰を元素分析した結果を表２に示す。表２から明らかなように、このペーパースラッジ焼却灰は、Ｓｉ、ＡｌおよびＣａを主成分としていた。また、Ｘ線回折の結果から、ＳｉＯ２、ゲーレナイト（ＣａＡｌ２ＳｉＯ２）、炭酸カルシウム、生石灰などが確認された（図２）。
【００３２】
【表２】
【００３３】
（３）海底堆積土とＰＳ焼却灰の混合物
上記の海底堆積土とＰＳ焼却灰の５０：５０混合物について、元素分析した結果を表３、Ｘ線回折のチャートを図３に示す。
【００３４】
【表３】
【００３５】
（４）海底堆積土の造粒処理
上記浚渫土砂３００ｇ（固形分：１２０ｇ）に対し、ペーパースラッジ焼却灰（ＰＳ灰）２８０ｇ、焼石膏（ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ）２０ｇ、水１００ｇを添加して混合物の水分を４０％とし、スタンドミキサー（ＫＳＭ５０Ｐ、Kitchen Aid社製）を用いて３分間処理することによって造粒物を製造した（表４：サンプル１）。また、表４に示すように水和数の異なる石膏を用いた造粒物（サンプル２、３）、焼石膏の配合部数を変更した造粒物（サンプル４〜７）、生石灰を配合した造粒物（サンプル８：比較例）、固化助剤を添加しなかった造粒物（サンプル９：比較例）も製造した。
【００３６】
造粒物の圧縮強度を、リングクラッシュ試験機（日本ＴＭＣ製）を用いて圧縮板の下降速度１２．５ｍｍ／ｍｉｎという条件にて、造粒物を破壊するために要する力を測定した。圧縮強度の測定は粒径が２ｍｍである造粒物を用いて行った。
【００３７】
【表４】
【００３８】
表４に示したように固化助剤である各種石膏を添加することにより造粒物の圧縮強度が格段に向上し、配合部数を多くすることでさらに向上する。また、固化助剤として生石灰を用いたサンプル８に比べると圧縮強度がやや低下するものの、固化助剤を添加しないサンプル９と比べて圧縮強度が大きく向上した。
【００３９】
実施例２
５０ｍｌビーカー中に実施例１の造粒物１０ｇと海水４０ｍｌを入れた後に静置して海水のｐＨの経時変化を追跡した。
【００４０】
【表５】
【００４１】
海水のｐＨ変化を表５および図４に示す。表５および図４から明らかなように固化助剤として各種石膏を添加したもの（サンプル１〜７）はいずれも海水のｐＨが経時で上昇する傾向にあるが、生石灰を配合したサンプル（サンプル８）に比べると石膏を配合したサンプルはその上昇幅が小さくなる。また、石膏の配合部数を高くした場合も海水のｐＨは石膏を無配合の場合と同等であった。得られた造粒物を用いて人工干潟などを造成する場合にはその周辺に生息する動植物に対する影響を小さくするためにｐＨ変動を抑制する必要があるため、石膏を固化助剤に使用することは極めて有用である。
【００４２】
以上のように固化助剤として各種石膏を用いることで十分な強度を有する造粒物を得ることができる。また、本発明の造粒物を海水に入れても海水のｐＨが上昇しにくいため、本発明は環境への負荷が小さい。特に人工干潟などを造成する場合、本発明によれば海水のｐＨ上昇を抑えることができ、好適である。
【００４３】
実施例３
実施例１と同様にして、表６に示す組成の造粒物を作製した。得られたサンプルについて、海水浸漬前と浸漬後の圧縮強度を測定した。海水浸漬後のサンプルは、５０ｍｌビーカー中に造粒物１０ｇと海水４０ｍｌを入れ、２日間経過後サンプルを取出して調製した。圧縮強度は実施例１と同様に測定した。また、実施例１で得たサンプル１についても海水浸漬後の圧縮強度を測定した。これらの結果をまとめて表６に示す。表６から、海水に浸漬することで、サンプルの圧縮強度が大きく向上することが明らかである。よって、本発明の造粒物は海水中に投入して人工干潟に使用するのに好適である。
【００４４】
【表６】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペーパースラッジ焼却灰と石膏を含んでなる海底堆積土用固化剤。
【請求項２】
ペーパースラッジ焼却灰と石膏を海底堆積土に添加して造粒することを含む、海底堆積土から造粒物を製造する方法であって、海底堆積土の固形分重量とペーパースラッジ焼却灰との合計重量に対して石膏を２〜２０重量％添加する上記方法。
【請求項３】
ペーパースラッジ焼却灰が、ＣａＯ換算でカルシウムを２０重量％以上含んでなる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ペーパースラッジ焼却灰の添加量が、海底堆積土の固形分重量に対して１００〜４００重量％である、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
造粒物が、２ｍｍ以上の直径を有する粒子を４０重量％以上含む、請求項２〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１項に記載の方法によって得られた造粒物を海水中に投入することを含む、土壌改良方法。
【請求項１】
ペーパースラッジ焼却灰と石膏を含んでなる海底堆積土用固化剤。
【請求項２】
ペーパースラッジ焼却灰と石膏を海底堆積土に添加して造粒することを含む、海底堆積土から造粒物を製造する方法であって、海底堆積土の固形分重量とペーパースラッジ焼却灰との合計重量に対して石膏を２〜２０重量％添加する上記方法。
【請求項３】
ペーパースラッジ焼却灰が、ＣａＯ換算でカルシウムを２０重量％以上含んでなる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ペーパースラッジ焼却灰の添加量が、海底堆積土の固形分重量に対して１００〜４００重量％である、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
造粒物が、２ｍｍ以上の直径を有する粒子を４０重量％以上含む、請求項２〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１項に記載の方法によって得られた造粒物を海水中に投入することを含む、土壌改良方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２４１２９５（Ｐ２０１１−２４１２９５Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１４３０６（Ｐ２０１０−１１４３０６）
【出願日】平成２２年５月１８日（２０１０．５．１８）
【出願人】（０００１８３４８４）日本製紙株式会社 (981)
【出願人】（３０９０３９７２７）
【出願人】（５０９１８９４７７）株式会社福岡建設 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１８日（２０１０．５．１８）
【出願人】（０００１８３４８４）日本製紙株式会社 (981)
【出願人】（３０９０３９７２７）
【出願人】（５０９１８９４７７）株式会社福岡建設 (3)
【Ｆターム（参考）】
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