JP3740141B2 - 産業廃棄物の改質方法 - Google Patents

Description

本発明は、主として土木工事において発生する樹木等の伐採に伴う伐採植物、掘削工事に伴う建設発生土、濁水処理に伴う脱水ケーキ及び廃棄物の焼却処分に伴う焼却灰等のアルカリ物質を含有する産業廃棄物の改質を行い、有効利用する方法に関する。

主として土木工事で発生する産業廃棄物としては、大きく地形改変に伴う樹木等の伐採植物、掘削に伴う土砂などの建設発生土、濁水処理に伴う脱水ケーキ、廃棄物の焼却処分に伴う焼却灰等がある。
このうち、伐採植物は、コンポスト化して土質改良材としての有効利用を徐々に進めており、野焼きや焼却による炭酸ガスの大気への負荷を低減している。
一方、建設発生土は、良質な土質であれば盛土工事に流用するなど、有効に利用されるが、その多くは流動性を下げて運搬を可能とするためにセメントや生石灰を添加して強度を増加させるなどの処理より、高アルカリ性の建設発生土となり利用価値がなく、産業廃棄物として処分されている。そして、これらの大量に発生する産業廃棄物の処分場の用地的な問題や、このような高アルカリ性の建設発生土の処分による処分場からの有害物質の流出が懸念されている。
また、脱水ケーキについては、汚泥であるため産業廃棄物として処分されているが、建設発生土と同様に、強度をもたせることを目的としてセメントや生石灰などを添加するため、高アルカリとなり、その有害物質の流出が懸念されている。
また、これらの産業廃棄物を、焼却することにより減量化し、処分場の用地的な問題を解消する方法もとられるが、これらの焼却灰は、焼却することにより酸化カルシウムを含有することとなり、高アルカリ性質なため、埋め立てによる土壌の汚染が懸念される。

従来、伐採植物をコンポスト化する方法について本出願人は、チップ化した伐採植物に、発熱発酵剤である尿素と、発熱発酵促進剤であるグルコースと、バーク肥料とを添加することにより発酵させて早期にコンポスト化する方法を開発し、実用化に至っている（特許文献１参照）。
また、建設発生土及び脱水ケーキについても、例えば、固化剤であるセメントと、吸水剤である水ガラスと、中和剤である塩酸とを添加し、混合撹拌したのち、粒子化させて中性領域の土壌として再利用可能な状態にする方法（特許文献２参照）など、多数の建設発生土及び脱水ケーキを再利用可能な土壌に改良する方法が開発され、実用化に至っている。
特開平１０−６７５８９号公報（［０００９］〜［００１４］） 特開平１１−３４３６３３号公報（［００２７］〜［００３６］、図１）

しかしながら、上述の従来の産業廃棄物の改質方法には、下記に示すような問題点がある。
（１）伐採植物のコンポスト化は、その過程において分解作用により炭酸ガスと水とが発生するが、炭酸ガスは大気中に放出しているのが一般的であり、その防止策はまだ確立されていない。
（２）セメントや生石灰を添加した建設発生土や脱水ケーキは、その高いアルカリ性を中和することを目的として硫酸や塩酸を添加している。しかし、硫酸や塩酸は危険物であるため、その取り扱いや管理が難しく、また、中和作用とともに無機成分を溶解する作用も働き、土壌の物性を大きく変えてしまうことがある。
（３）土木工事において、伐採により発生する伐採植物と切土により発生する建設発生土は、通常同時に発生するが、従来は、それぞれ個別に改質処理を行う方法がとられていた。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、伐採植物とアルカリ物質を含有する建設発生土、脱水ケーキもしくは焼却灰とを同時に処理することにより、炭酸ガスの大気への放出を抑制し、安全に中和を行う、産業廃棄物の改質方法を提案するものである。

このような課題を解決するために、請求項１に係る発明は、伐採植物と、アルカリ物質を含有する撹拌可能な産業廃棄物とを混合撹拌することにより、前記伐採植物のコンポスト化と、前記産業廃棄物を中性領域で植生可能とする改質化と、を同時に行う産業廃棄物の改質方法であって、前記産業廃棄物が、掘削工事に伴う建設発生土と、濁水処理に伴う脱水ケーキと、廃棄物の焼却処分に伴う焼却灰と、の少なくとも一つからなることを特徴としている。

かかる産業廃棄物の改質方法は、伐採植物とアルカリ物質を含有する粒子状や粉体状等の撹拌可能な産業廃棄物とを混合して、伐採植物のコンポスト化をすると同時に、産業廃棄物が含有するアルカリ物質を、コンポスト化過程で発生する炭酸ガスにより中和する方法である。この方法により、コンポスト化で発生する炭酸ガスの大気中への放出を抑制することが可能となるため、炭酸ガスによる大気への負荷を軽減し、高アルカリ性質の産業廃棄物を、コンポストが混ぜ合わさった中性領域の植生に適した状態に改質して有効利用することができ、また、廃棄物処分量の大幅な削減が可能となる。さらに、所定の時期に混合体を撹拌する撹拌工程を有することで、コンポスト化過程で発生する炭酸ガスと高アルカリの原因物質である水酸化カルシウムの中和反応を促進する。

また、強度を発現させることを目的としてセメントや生石灰などを添加することにより高アルカリ性質となった建設発生土や脱水ケーキもしくは焼却することにより酸化カルシウムを含む高アルカリ性質な焼却灰などの産業廃棄物を、伐採植物と混合撹拌することにより、コンポストが混ぜ合わさった中性領域の植生に適した状態に改質して、有効利用することを可能とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の産業廃棄物の改質方法であって、前記伐採植物として、所定段階までコンポスト化を進行させたものを使用することを特徴としている。

かかる産業廃棄物の改質方法は、所定段階までコンポスト化を進行させた伐採植物を混合することにより、コンポスト化を継続しながらアルカリ性質をコンポスト化過程で発生する炭酸ガスで中和し、産業廃棄物の改質を行うことを可能とする。

本発明の産業廃棄物の改質方法によれば、樹木等の伐採に伴う伐採植物と、掘削工事に伴う建設発生土、濁水処理に伴う脱水ケーキもしくは廃棄物の焼却処分に伴う焼却灰等の産業廃棄物を、まとめて処理することにより、下記に示すような効果を得ることが可能となる。
（１）コンポストが混ぜ合わさった中性の土壌を容易に製造することができる。
（２）コンポスト化で発生する炭酸ガスの大気中への負荷を防止できる。
（３）新たな薬剤等を添加することなく高アルカリ性質の建設発生土、脱水ケーキもしくは焼却灰の中和ができる。
（４）植物が生育可能な土壌として有効利用ができる。
（５）産業廃棄物の発生を抑制できる。

本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態では、山間部における都市開発に伴う造成工事において発生する産業廃棄物の改質を行う。
図１は、本実施の形態に係る産業廃棄物の改質方法の手順を示したフローチャートであり、伐採・掘削工程Ｓ１、破砕・チップ化工程Ｓ２、混合工程Ｓ３、中和工程Ｓ４、撹拌工程Ｓ５とからなる。図２及び図３は、本実施の形態に係る造成現場における各状況を示した側断面図である。図２（ａ）は、造成現場における作業前の状況を示し、（ｂ）は、伐採・掘削工程Ｓ１を示し、（ｃ）は、破砕・チップ化工程Ｓ２を示している。また、図３（ａ）は、混合工程Ｓ３を示し、（ｂ）は、中和工程Ｓ４を示している。

（１）伐採・掘削工程Ｓ１
本実施の形態は、図２（ａ）に示すような、立木、雑草などの植物２１が植生する斜面について、整地を行うための切土工事に伴い発生する産業廃棄物の処理に本発明を用いたものである。
図２（ｂ）に示すように、斜面に植生していた植物２１の伐採を行った後、バックホウ３１などにより、所定の斜度による切土を行う。この際、伐採により発生する伐採植物２２と、切土により発生する建設発生土１１は、分別して敷地内の所定の位置に保管しておく。ここで、建設発生土１１は、含水量の高い軟弱土であり、再利用可能な土壌とするために、生石灰を添加・混合して、所定の強度を発現させるものとする。

（２）破砕・チップ化工程Ｓ２
次に、図２（ｃ）に示すように、自走式クッラッシャー３２により伐採・掘削工程Ｓ１にて伐採した伐採植物２２を、破砕・チップ化を行い５．０〜２．５ｃｍ角程度のチップ材２３にする。なお、本実施の形態では、自走式クッラッシャー３２により、伐採植物の破砕・チップ化を行うものとしたが、伐採した木材等を所定の形状に破砕・チップ化が可能なものであれば、その機械は限定されない。

（３）混合工程Ｓ３
次に、図３（ａ）に示すように、バックホウ３１により、破砕・チップ化工程Ｓ２において作成されたチップ材２３を、建設発生土１１に混合し、撹拌して混合物１２を作成する。ここで、チップ材２３を混合する際に、種菌（微生物）を含有する土壌やコンポストを添加すると、チップ材のコンポスト化が促進し、好的である。また、尿素などの窒素成分を添加することにより発熱させたり、混合物の保温や水分を添加したりすることは、コンポスト化における発酵を促進させることが可能となり、好適である。

（４）中和工程Ｓ４
次に、図３（ｂ）に示すように、混合工程Ｓ３により作成した混合物１２を静置して、チップ材２３のコンポスト化に伴い発生する炭酸ガスにより、建設発生土１１のアルカリ性質の中和を行う。

（５）撹拌工程Ｓ５
さらに、月に１〜２回程度、定期的に混合物を撹拌することにより、炭酸ガスによるアルカリ性質の中和反応を促進させる。

次に、本発明によるアルカリ性の中和反応のメカニズムについて説明する。
土壌に生石灰やセメントなどの高アルカリ添加物が添加されると、式（１）に示すように、高アルカリ性添加物に含まれる酸化カルシウム（ＣａＯ）が土壌内の水分（Ｈ₂Ｏ）と反応し、高アルカリの水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）₂）を生成する。この際、建設発生土に混合された高アルカリ添加物１モルから生成される水酸化カルシウムは、１モルである。

ＣａＯ ＋ Ｈ₂Ｏ ＝ Ｃａ（ＯＨ）₂ ・・・（１）

一方、チップ材のコンポスト化に伴う炭酸ガス（ＣＯ₂）の発生は、式（２）に示すように、植物に含まれるセルロースの構造単位であるグルコース（Ｃ₆（Ｈ₂Ｏ）₆）が酸素（Ｏ₂）と反応することにより、炭酸ガスと水分（Ｈ₂Ｏ）とに分解されることにより行われる。なお、この過程により、グルコース１モルに対して６モルの炭酸ガスが生成される。

Ｃ₆（Ｈ₂Ｏ）₆ ＋ ６Ｏ₂ ＝ ６ＣＯ₂ ＋ ６Ｈ₂Ｏ・・・（２）

そして、式（３）に示すように、コンポスト化に伴い発生した炭酸ガスは、水酸化カルシウム反応し、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）を生成する。ここで、炭酸ガス６モルに対して、６モルの水酸化カルシウムが反応して、炭酸カルシウム６モルを生成する。

６Ｃａ（ＯＨ）₂＋６ＣＯ₂＝６ＣａＣＯ₃＋６Ｈ₂Ｏ・・・（３）

したがって、表１に示すように、理論的にはチップ材の乾燥重量１０００ｋｇに対して９３３ｋｇの高アルカリ添加物を含有する建設発生土を中和することが可能となる（許容値）。ここで、経験上、建設発生土が含有する高アルカリ添加物の量は、建設発生土１ｍ³に対して高アルカリ添加物１００ｋｇ程度（経験値）であり、許容値である９３３ｋｇ以下であることから、本発明による産業廃棄物の改質方法によりアルカリ性質の中和が十分に行うことが可能である。しかしながら、建設発生土には、さまざまな物質が含まれており、必ずしも理論通りに化学反応が行われるとは限らない。また、チップ材に対する建設発生土の量によっては、均一な混合を行うことが難しく、中和が不十分となる場合がある。そのため、本発明による産業廃棄物の改質方法の配合量としては、上述の理論値に比べ、チップ材重量に対する建設発生土量を少なくするものとし、チップ材重量１０００ｋｇに対する高アルカリ添加物を１００ｋｇ以下、あるいはチップ材容積１ｍ³に対する建設発生土量を１ｍ³以下とすることが望ましい。

以上により、建設発生土とチップ材とを混合するのみで、建設発生土のアルカリ性をチップ材のコンポスト化過程で発生する炭酸ガスにより中和するため、塩酸や硫酸等を添加することによる、材料費の増加や、無機成分の溶解などによる土壌への悪影響や、当該薬剤の取り扱いなどの危険性などを要せず、一度混合すれば、月に１〜２回程度の撹拌を行えばいいため、経済性に優れ、安全で、手間のかからない、産業廃棄物の改質が可能となる。また、コンポストを含有する土壌が作成されるため、植生土壌としても優れた土壌の作成が可能となる。

（第２の実施の形態）
図４は、第２の実施の形態に係る産業廃棄物の改質方法の手順を示したフローチャートである。
第２の実施の形態に係る産業廃棄物の改質方法は、第１の実施の形態における破砕・チップ化工程Ｓ２と混合工程Ｓ３との間に、一次コンポスト化工程Ｓ２’を追加したものである（図４参照）。

つまり、破砕・チップ化工程Ｓ２によって、作成されたチップ材を、予め単独にコンポスト化させてから、その途中段階で、建設発生土と混合し、混合土を作成するものである。
これは、伐採と掘削の施工において、時期的なズレにより、伐採植物のコンポスト化を所定の段階まで進行させた後に、掘削土が高アルカリ性質のため中和の必要性が発覚したときに等において、当該伐採植物を使用して、そのコンポスト化に伴い放出する炭酸ガスにより中和を行うものである。

なお、第２の実施の形態における各作業工程Ｓ１〜Ｓ５及びそれに使用する建設機械などは第１の実施の形態と同様であるため、詳細な説明については省略する。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は当該実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、上述の実施の形態では、山間部における造成工事について行うものとしたが、これに限定されるものではなく、建設発生土や伐採植物が発生するあらゆる工事現場において採用可能であることはいうまでもない。
また、建設発生土と伐採植物が、同一の現場から発生する場合について用いるものとしたが、これに限定されるものではなく、どちらか一方を他の現場から搬入したり、新たに廃棄物処理場を設けて建設発生土や伐採植物を搬入したりすることにより行うものとしても良い。
また、上述の実施の形態では、切土工により発生する建設発生土について改良を行うものとしたが、濁水処理により発生する脱水ケーキや河川改修工事などで発生する浚渫土もしくは産業廃棄物等の焼却処分で発生する焼却灰など、酸化カルシウム（ＣａＯ）または水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）₂）を含有するあらゆる物質に有効であり、その種類は限定されない。
また、伐採植物の種類は何でもよく、限定されるものではない。
また、上述の実施の形態では、アルカリ物質として生石灰が建設発生土に含有された場合としたが、セメントによる場合など、含有アルカリ物質は限定されるものではない。

次に、本発明について、実証実験を行った結果を示す。ここで、中和後のｐＨ値の目標値を、７．０ないし８．０以下とする。
表２は、広葉樹から作成したチップ材１ｍ³に対して、高アルカリの建設発生土の量、建設発生土中の石灰量、チップ材と建設発生土との混合時期、及び、撹拌回数を変更させて、その中和反応について行った実証実験の各条件である。
なお、表２の「チップ材と建設発生土の混合時期」における「最初」とは、チップ材をコンポスト化する前に、建設発生土と混合することを示し、「１ヶ月後」とは、チップ材のみで１ヶ月コンポスト化を行った後建設発生土と混合することを示し、さらに、「３ヶ月後」とは、チップ材のみで３ヶ月コンポスト化を行った後建設発生土と混合することを示す。

上述の各条件によるｐＨ値の中性化の経時変化を図５に示す。図５より、下記に示す結果が得られた。
ケースＡ：撹拌を行わないため、中和の進行が遅く、１０ヶ月が経過しても、ｐＨ値は９．５程度でアルカリ性質である。
ケースＢ：１０ヶ月経過後のｐＨ値は７．５となり、コンポスト化により発生する二酸化炭素により石灰が中和されている。
ケースＣ：撹拌頻度が２回／月のため、中和の進行が早く進むが、１０ヶ月経過時はｐＨ＝７．５となり、ケースＢと同じ結果を示している。
ケースＤ：チップ材と建設発生土との混合後は、ケースＢとほぼ同様の線形を示し、１０ヶ月経過後のｐＨ値は８程度で、中性領域内である。
ケースＥ：コンポスト化が３ヶ月経過してからの混合のため、コンポスト化による二酸化炭素の放出が減る傾向にあり、中性化も遅れる。そのため、１０ヶ月経過後のｐＨ値は９を示し、アルカリ性質である。
ケースＦ：ケースＢと比較すると、同様の線形を示すが、混合時の含有石灰量が半分で初期ｐＨ値が低いため、１０ヶ月経過後のｐＨ値は７．３程度である。
ケースＧ：ケースＢと比較すると、建設発生土量が半分だが、線形はほぼ同じで、１０ヶ月経過後のｐＨ値も７．５となり、ケースＢと同じ結果を示す。
ケースＨ：ケースＢと比較して、建設発生土土量、含有石灰量が半分のため、中和の進行も早く、１０ヶ月経過後のｐＨ値は７．０を示す。
以上の結果、コンポスト化に伴い発生する二酸化炭素によりアルカリ土壌の中和が可能であること、及び、月１〜２回の撹拌工程により中和の進行が促進されることが実証された。また、ケースＤ及びケースＥの結果から、所定段階までであれば、コンポスト化を進行させた伐採植物の使用が可能であることも実証された。

次に、表３に示す条件により、建設発生土の配合量、建設発生土に含まれる石灰の配合量を変化させて、アルカリ性の中和促進の経時変化について実験を行い、好適な配合量の実証を行う。

表３の条件による実証実験のｐＨ値の経時変化を図６に示す。
図６より、ケースｂ、ケースｃ及びケースｄが、処理期間１０ヵ月でｐＨ値が７．０ないし８．０以下となり、好適である。したがって、チップ材１０００ｋｇに対して石灰の量が１００ｋｇ以下、もしくはチップ材１ｍ³に対して建設発生土量１ｍ³以下であれば、１０ヶ月で中性領域に中和することが実証された。

第１の実施の形態に係る産業廃棄物の改質方法の手順を示したフローチャートである。 第１の実施の形態に係る造成現場における各状況を示した側断面図であり、（ａ）は、造成現場における作業前の状況を示し、（ｂ）は、伐採・掘削工程を示し、（ｃ）は破砕・チップ化工程を示す。 第１の実施の形態に係る造成現場における各状況を示した側断面図であり、（ａ）は、混合工程Ｓ３を示し、（ｂ）は、中和工程Ｓ４を示す。 第２の実施の形態に係る産業廃棄物の改質方法の手順を示したフローチャートである。 本発明による中和作用の実証実験におけるｐＨ値の経時変化を示すグラフである。 本発明の好適な配合量の実証実験におけるｐＨ値の経時変化を示すグラフである。

符号の説明

１１ 建設発生土
１２ 混合物
２２ 伐採植物
２３ チップ材

Claims (2)

1. 伐採植物と、アルカリ物質を含有する撹拌可能な産業廃棄物とを混合撹拌することにより、
   前記伐採植物のコンポスト化と、前記産業廃棄物を中性領域で植生可能とする改質化と、を同時に行う産業廃棄物の改質方法であって、
   前記産業廃棄物が、掘削工事に伴う建設発生土と、濁水処理に伴う脱水ケーキと、廃棄物の焼却処分に伴う焼却灰と、の少なくとも一つからなることを特徴とする産業廃棄物の改質方法。
2. 前記伐採植物として、所定段階までコンポスト化を進行させたものを使用することを特徴とする請求項１に記載の産業廃棄物の改質方法。

Images