JP5072090B2 - コンクリートスラッジ処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、コンクリートスラッジから有用な資源である炭酸カルシウムおよび二酸化ケイ素を分離し回収するコンクリートスラッジ処理装置に関する。
従来、コンクリートスラッジから有用な資源を分離し回収するコンクリートスラッジ処理装置としては、濾床を有する本体と、前記本体内の濾床の上方に設けられたコンクリートスラッジ水の供給手段と、前記本体内の濾床の上方に設けられた炭酸水または炭酸ガスの供給手段と、前記本体内の濾床の下方に設けられ前記炭酸水または炭酸ガスの供給手段に連通する循環路とを備え、コンクリートスラッジからカルシウムを含む固体を有用な資源として分離し回収する装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許第３３１１４３６号公報（第２頁、図１）
しかしながら、上述した従来の特許文献１の装置は、コンクリートスラッジに炭酸水処理を施すことにより、前記コンクリートスラッジのカルシウムが炭酸化されて炭酸カルシウムとして固化し、濾床によって固体と液体とを分離するものであるが、前記コンクリートスラッジには、骨材に由来する二酸化ケイ素が固体として存在しており、濾床による固体と液体との分離だけでは、前記炭酸化カルシウムと二酸化ケイ素分とが混合してしまい、高純度の炭酸カルシウムを回収できない問題が考えられる。
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、コンクリートスラッジから高純度の炭酸カルシウムを分離し回収できるコンクリートスラッジ処理装置を提供する。
請求項１に記載されたコンクリートスラッジ処理装置は、コンクリートスラッジからカルシウムを液体に溶出させる溶出反応装置と、カルシウムが溶出した液体から炭酸カルシウムを析出させる析出反応装置と、カルシウムが溶出した液体から二酸化ケイ素を分離する二酸化ケイ素分離装置と、炭酸カルシウムが析出した液体から炭酸カルシウムを分離する炭酸カルシウム分離装置と、前記溶出反応装置から前記析出反応装置へ液体を供給する第１経路と、前記炭酸カルシウム分離装置が設けられ前記炭酸カルシウム分離装置にて炭酸カルシウムを分離しながら前記析出反応装置から前記溶出反応装置へ液体を返送する第２経路と、前記溶出反応装置に設けられ前記二酸化ケイ素分離装置にて二酸化ケイ素を分離しながら液体を循環させる第３経路とを備え、前記溶出反応装置は、常圧容器にて形成された溶出反応装置本体と、この溶出反応装置本体に設けられ前記溶出反応装置本体内へ前記コンクリートスラッジを供給するスラッジ供給手段と、前記溶出反応装置本体に設けられ前記溶出反応装置本体内へ水を供給する水供給手段と、前記溶出反応装置本体に設けられ前記溶出反応装置内の内容物を分散する溶出反応用分散手段とを有し、前記析出反応装置は、常圧容器にて形成された析出反応装置本体と、この析出反応装置本体に設けられ前記析出反応装置本体内へ炭酸カルシウムの種結晶を供給する種結晶供給手段と、前記析出反応装置本体に設けられ前記析出反応装置本体内へ二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段と、前記析出反応装置本体に設けられ前記析出反応装置本体内の内容物を分散する析出反応用分散手段とを有し、前記コンクリートスラッジは、液体分の重量に対する固形分の重量の割合である固液比が０．００１〜５％に調整されたものである。
請求項２に記載されたコンクリートスラッジ処理装置は、請求項１記載のコンクリートスラッジ処理装置において、コンクリートスラッジは、コンクリートまたはコンクリート製品の製造およびその製造に使用する設備の洗浄にて排出されるコンクリートスラッジ水または脱水コンクリートスラッジである。
請求項１に記載された発明によれば、コンクリートスラッジから炭酸カルシウムと二酸化ケイ素とをそれぞれ別々に分離するので、高純度の炭酸カルシウムを分離し回収できる。
また、第１経路、第２経路および第３経路を有し、連続処理により溶出反応および析出反応を繰り返し行うことができるので、処理能力を向上できる。さらに、連続処理による処理能力の向上により、溶出反応装置本体および析出反応装置本体を常圧容器にて形成でき、簡単な構成でコンクリートスラッジ処理装置を形成できる。
さらに、コンクリートスラッジの固液比が０．００１〜５％に調整されるので、前記コンクリートスラッジからカルシウムを効率的に溶出できる。
請求項２に記載された発明によれば、コンクリートスラッジ水または脱水コンクリートスラッジを用いることができるので、廃棄物であるコンクリートスラッジを利用して炭酸カルシウムおよび二酸化ケイ素を安価に得ることができる。
以下、本発明の一実施の形態の構成について図１を参照しながら詳細に説明する。
図１に示されるコンクリートスラッジ処理装置１は、コンクリートスラッジから有用な資源であるセメント由来の炭酸カルシウムと骨材由来の二酸化ケイ素とをそれぞれ別々に分離し回収する装置である。
このコンクリートスラッジ処理装置１は、コンクリートスラッジからカルシウムを液体に溶出させる溶出反応装置２と、この溶出反応装置２にてカルシウムが溶出された液体から炭酸カルシウムを析出させる析出反応装置３とを備えている。
溶出反応装置２と析出反応装置３とは、第１経路４および第２経路５が接続されている。第１経路４は、溶出反応装置２から析出反応装置３へ液体を供給する。第２経路５は、析出反応装置３から溶出反応装置２へ液体を返送する。さらに、溶出反応装置２には、溶出反応装置２に液体を循環させる第３経路６が設けられている。
また、第２経路５には、析出反応装置３にて炭酸カルシウムが析出された液体から炭酸カルシウムを分離する炭酸カルシウム分離装置７が設けられている。
さらに、第３経路６には、溶出反応装置２にてカルシウムが溶出された液体からコンクリートスラッジに含まれる二酸化ケイ素を分離する二酸化ケイ素分離装置８が設けられている。
溶出反応装置２は、開放型の常圧容器にて形成された溶出反応装置本体11を有している。この溶出反応装置本体11には、溶出反応装置本体11内へコンクリートスラッジを供給するスラッジ供給手段12および溶出反応装置本体11内へ水を供給する水供給手段13が設けられている。これらスラッジ供給手段12および水供給手段13には、例えばバルブ等の開閉手段14，15が設けられ、開閉手段14，15にてスラッジや水の供給を操作する。
また、溶出反応装置本体11には、例えば攪拌装置や振揺装置等の溶出反応用分散手段16が設けられている。この溶出反応用分散手段16は、溶出反応装置本体11内の内容物であるコンクリートスラッジと水とを溶出反応装置本体11内に略均一に分散させ、液体にカルシウムを溶出させる。なお、液体にカルシウムを溶出させる際には、温度が０〜８０℃に管理され、好ましくは２０〜５０℃であり、より好ましくは２０〜３０℃である。
析出反応装置３は、密閉型の常圧容器にて形成された析出反応装置本体17を有している。この析出反応装置本体17には、析出反応装置本体17内へ炭酸カルシウムの種結晶を供給する種結晶供給手段18および析出反応装置本体17内へ二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段19が設けられている。種結晶供給手段18および二酸化炭素供給手段19には、開閉手段20，21が設けられ、これら開閉手段20，21にて炭酸カルシウムの種結晶や二酸化炭素の供給を操作する。なお、二酸化炭素供給手段19からは、析出反応装置本体17内に二酸化炭素を供給できればよく、供給される二酸化炭素は、例えば気体状態の炭酸ガスや液体状態の炭酸水等にて適宜選択できる。さらに、炭酸水は他の酸と比べ比較的腐食性が小さく、二酸化炭素供給手段19および析出反応装置本体17は、安価な装置材料で構成できる。
また、析出反応装置本体17には、析出反応用分散手段22が設けられている。この析出反応用分散手段22は、析出反応装置本体17内の内容物であるカルシウムが溶出された液体と炭酸カルシウムの種結晶と二酸化炭素とを析出反応装置本体17内に略均一に分散させ、液体に溶出したカルシウムと二酸化炭素とを反応させて炭酸カルシウムを発生させる。さらに、炭酸カルシウムの種結晶にて炭酸カルシウムの結晶化を促し、炭酸カルシウムの固体を析出させる。
また、析出反応装置本体17には、開閉手段23が設けられており、この開閉手段23には、析出反応装置本体17内にて未反応の二酸化炭素を回収するための図示しない二酸化炭素回収手段が設けられている。
このように、開閉手段23および図示しない二酸化炭素回収手段を設けて未反応の二酸化炭素を回収する構成とすることにより、二酸化炭素の大気中への放出を防止でき、さらに、未反応の二酸化炭素を回収後、回収した二酸化炭素を二酸化炭素供給手段19にて析出反応装置本体17内に供給し、再度カルシウムを反応させられるので好ましいが、このような構成には限定されず、析出反応装置本体17を開放型の常圧容器にて形成し、開閉手段23および二酸化炭素回収手段を設けない構成としてもよい。
なお、炭酸カルシウムを析出させる際には、温度が０〜８０℃に管理され、好ましくは２０〜８０℃であり、より好ましくは５０〜８０℃である。
また、炭酸カルシウムの種結晶は、純度が９８ｗｔ％以上のものであり、好ましくは９９．５ｗｔ％以上のもので、より好ましくは９９．９ｗｔ％以上のものである。粒径は、０．１〜５,０００μｍのもので、好ましくは０．１〜１００μｍのものであり、より好ましくは０．１〜５μｍのものである。比表面積は、６００〜３×１０１２ｍ２／ｍ３のもので、好ましくは３０，０００〜３×１０１２ｍ２／ｍ３のものであり、より好ましくは６００，０００〜３×１０１２ｍ２／ｍ３のものである。供給する炭酸カルシウム種結晶の量は、カルシウムが溶出した液体１００ｍＬに対して０．５ｇ以上で、好ましくは２ｇ以上であり、より好ましくは５ｇ以上である。
第１経路４、第２経路５および第３経路６は、カルシウムが溶出した液体および炭酸カルシウムが析出した液体が流動可能に配管された経路である。
第２経路５には、開閉手段25，26が設けられ、これら開閉手段25，26の間に炭酸カルシウム分離装置７が設けられている。
第３経路６には、開閉手段27，28が設けられ、これら開閉手段27，28の間に二酸化ケイ素分離装置８が設けられている。また、開閉手段29が設けられた排水口30を有し、炭酸カルシウムおよび二酸化ケイ素が分離された液体は排水口30から排出される。
炭酸カルシウム分離装置７および二酸化ケイ素分離装置８は、例えば沈降分離や遠心分離等のように、固体である炭酸カルシウムや二酸化ケイ素を液体から分離できる方法を用いたものであればよい。
コンクリートスラッジは、溶出反応用分散手段16による分散にて、コンクリートに含まれるカルシウムを水に溶出できるようにコンクリートが微細化されたものであればよい。例えば生コンクリート等のコンクリートの製造、ポールやパイルといった遠心力コンクリート製品等のコンクリート製品の製造、コンクリートやコンクリート製品工場でのコンクリートミキサの洗浄、生コンクリート輸送車両の洗浄等にて排出されるコンクリートスラッジ水や脱水コンクリートスラッジを用いると、廃棄物であるコンクリートスラッジをそのまま利用してリサイクルできるので好ましい。
また、コンクリートスラッジは、液体分の重量に対する固形分の割合である固液比が０．００１〜５％に調整されたもので、好ましくは０．０１〜２％に調整されたものであり、より好ましくは固液比が０．０１〜０．２％に調整されたものである。
次に上記一実施の形態の作用および効果を説明する。
コンクリートスラッジ処理装置１による炭酸カルシウムおよび二酸化ケイ素の分離、回収に際しては、まず、スラッジ供給手段12および水供給手段13の開閉手段14，15を開放し、溶出反応装置本体11内にコンクリートスラッジおよび水を供給する。
所定量のコンクリートスラッジおよび水が溶出反応装置本体11内に供給された後、溶出反応用分散手段16にて、コンクリートスラッジと水とを溶出反応装置本体11内で分散させ、コンクリートスラッジのカルシウムを水に溶出させる。なお、コンクリートスラッジに含まれていた骨材由来の二酸化ケイ素は、水とコンクリートスラッジとを分散させても液体には溶出せず、固体として存在する。この二酸化ケイ素は、第３経路６の開閉手段27を開放して二酸化ケイ素分離装置８にて液体から分離され、回収される。
溶出反応装置２にて液体にカルシウムが溶出したら、溶出反応装置本体11内の上澄み液であるカルシウムが溶出した液体を第１経路４にて溶出反応装置２から析出反応装置３へ供給する。
溶出反応装置２から析出反応装置３へ液体を供給しながら、種結晶供給手段18および二酸化炭素供給手段19の開閉手段20，21を開放し、析出反応装置本体17内へ炭酸カルシウムの種結晶および二酸化炭素を供給する。
所定量の炭酸カルシウムの種結晶および二酸化炭素が析出反応装置本体17内に供給されたら、カルシウムが溶出した液体と炭酸カルシウムの種結晶と二酸化炭素とを析出反応用分散手段22にて分散する。ここで、カルシウムが溶出した液体は、二酸化炭素と反応して炭酸化する。さらに、この炭酸化したカルシウムは炭酸カルシウムの種結晶にて結晶化が促され、炭酸カルシウムが固体として析出する。なお、コンクリートスラッジのカルシウムが溶出した液体は、高塩基性であるが、析出反応装置３で二酸化炭素と反応させることにより中和される。また、析出反応装置本体17内の未反応の二酸化炭素は、開閉手段23を解放して図示しない二酸化炭素回収手段にて回収する。
析出反応装置３にて液体に炭酸カルシウムが十分に析出したら、第２経路５の開閉手段25を開放し、第２経路５に設けられた炭酸カルシウム分離装置７にて炭酸カルシウムを液体から分離して回収する。
さらに、第２経路５の開閉手段26を開放し、析出反応装置３にて中和されかつ炭酸カルシウム分離装置７にて炭酸カルシウムが分離された液体を溶出反応装置２へ返送する。
ここで、溶出反応装置２は常圧容器にて形成されており、常圧水でのカルシウムの溶出反応では、カルシウムの抽出率が１０％以下に留まってしまう。そこで、炭酸カルシウム分離後の液体を溶出反応装置２へ返送し、連続処理により溶出反応および析出反応を繰り返す。また、二酸化ケイ素分離後の液体も溶出反応装置２へ循環させて、連続処理により溶出反応および析出反応を繰り返す。
なお、二酸化ケイ素の分離に際しては、連続処理中に開閉手段27，28を開放して二酸化ケイ素分離装置８により分離しても、溶出反応および析出反応を十分に繰り返した後、開閉手段27，28を開放して二酸化ケイ素分離装置８にて分離してもどちらでもよい。
液体を循環させ、溶出反応および析出反応を十分に繰り返し、炭酸カルシウムおよび二酸化ケイ素を分離した後、第３経路６の開閉手段28を閉じ、開閉手段29を開放して、液体を排水口30から排出する。なお、この排出する液体は、析出反応装置３にて中和されるので、そのまま廃棄できる。
そして、コンクリートスラッジ処理装置１によれば、コンクリートスラッジから炭酸カルシウムと二酸化ケイ素とをそれぞれ別々に分離するので、高純度の炭酸カルシウムおよび二酸化ケイ素を分離し回収でき、付加価値の高い有用な資源として再生できる。
また、第１経路４、第２経路５および第３経路６を有し、溶出反応装置２および析出反応装置３にて連続処理により溶出反応および析出反応を繰り返し行うことができるので、コンクリートスラッジ処理装置１の処理能力を向上できる。さらに、連続処理による処理能力を向上により、溶出反応装置本体11および析出反応装置本体17を常圧容器にて形成しても、コンクリートスラッジから十分に炭酸カルシウムおよび二酸化ケイ素を分離でき、簡単な構成でコンクリートスラッジ処理装置１を形成できる。
例えば生コンクリート等のコンクリートや遠心力コンクリート製品等のコンクリート製品の製造およびその製造に使用される設備の洗浄にて排出されるコンクリートスラッジ水または脱水コンクリートスラッジをコンクリートスラッジとして用いることにより、廃棄物であるコンクリートスラッジをそのまま利用して、有用な資源である炭酸カルシウムおよび二酸化ケイ素を安価に得ることができる。また、コンクリートを微細化してコンクリートスラッジを形成する工程を省略できる。
コンクリートスラッジの固液比が０．００１〜５％に調整されることにより、コンクリートスラッジからカルシウムを溶出させ易いので、効率的に炭酸カルシウムを分離できる。
なお、コンクリートスラッジ処理装置１にて生成された炭酸カルシウムは、例えば、セメント材料や脱硫材等として使用可能であり、二酸化ケイ素は、細骨材等の建築用材料として使用可能である。
また、析出反応装置本体17に使用する二酸化炭素として火力発電等の排ガスから回収したものを用いることが可能であり、温暖化対策としても有効である。
さらに、このコンクリートスラッジ処理装置１のコンクリートスラッジ処理は、湿式で行うことができ、例えば脱水乾燥等の高エネルギーを消費する前処理工程が不要である。
また、コンクリートスラッジを含む液体は高塩基性であるが、析出反応により二酸化炭素によって中和されるので、中和処理を施さずにそのまま廃水できる。
１ コンクリートスラッジ処理装置
２ 溶出反応装置
３ 析出反応装置
４ 第１経路
５ 第２経路
６ 第３経路
７ 炭酸カルシウム分離装置
８ 二酸化ケイ素分離装置
11 溶出反応装置本体
12 スラッジ供給手段
13 水供給手段
16 溶出反応用分散手段
17 析出反応装置本体
18 種結晶供給手段
19 二酸化炭素供給手段
22 析出反応用分散手段
２ 溶出反応装置
３ 析出反応装置
４ 第１経路
５ 第２経路
６ 第３経路
７ 炭酸カルシウム分離装置
８ 二酸化ケイ素分離装置
11 溶出反応装置本体
12 スラッジ供給手段
13 水供給手段
16 溶出反応用分散手段
17 析出反応装置本体
18 種結晶供給手段
19 二酸化炭素供給手段
22 析出反応用分散手段
Claims (2)
- コンクリートスラッジからカルシウムを液体に溶出させる溶出反応装置と、
カルシウムが溶出した液体から炭酸カルシウムを析出させる析出反応装置と、
カルシウムが溶出した液体から二酸化ケイ素を分離する二酸化ケイ素分離装置と、
炭酸カルシウムが析出した液体から炭酸カルシウムを分離する炭酸カルシウム分離装置と、
前記溶出反応装置から前記析出反応装置へ液体を供給する第１経路と、
前記炭酸カルシウム分離装置が設けられ前記炭酸カルシウム分離装置にて炭酸カルシウムを分離しながら前記析出反応装置から前記溶出反応装置へ液体を返送する第２経路と、
前記溶出反応装置に設けられ前記二酸化ケイ素分離装置にて二酸化ケイ素を分離しながら液体を循環させる第３経路とを備え、
前記溶出反応装置は、常圧容器にて形成された溶出反応装置本体と、この溶出反応装置本体に設けられ前記溶出反応装置本体内へ前記コンクリートスラッジを供給するスラッジ供給手段と、前記溶出反応装置本体に設けられ前記溶出反応装置本体内へ水を供給する水供給手段と、前記溶出反応装置本体に設けられ前記溶出反応装置内の内容物を分散する溶出反応用分散手段とを有し、
前記析出反応装置は、常圧容器にて形成された析出反応装置本体と、この析出反応装置本体に設けられ前記析出反応装置本体内へ炭酸カルシウムの種結晶を供給する種結晶供給手段と、前記析出反応装置本体に設けられ前記析出反応装置本体内へ二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段と、前記析出反応装置本体に設けられ前記析出反応装置本体内の内容物を分散する析出反応用分散手段とを有し、
前記コンクリートスラッジは、液体分の重量に対する固形分の重量の割合である固液比が０．００１〜５％に調整された
ことを特徴とするコンクリートスラッジ処理装置。 - コンクリートスラッジは、コンクリートまたはコンクリート製品の製造およびその製造に使用する設備の洗浄にて排出されるコンクリートスラッジ水または脱水コンクリートスラッジである
ことを特徴とした請求項１記載のコンクリートスラッジ処理装置。
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