JPH08157276A

JPH08157276A - 湖沼底泥からの多孔質セラミックス及び湖沼底泥の処理方法

Info

Publication number: JPH08157276A
Application number: JP7247845A
Authority: JP
Inventors: Toshikuni Sera; 俊邦世良; Toshio Kai; 敏雄貝; Kenji Shinya; 謙治新屋; Tadaaki Tamura; 忠昭田村; Yukio Harada; 幸夫原田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-10-06
Filing date: 1995-09-26
Publication date: 1996-06-18

Abstract

(57)【要約】【課題】湖沼に堆積する底泥を有効活用した多孔質セ
ラミックス及びそれを用いた環境改善を行うことのでき
る湖沼底泥の処理方法を提供すること。【解決手段】湖沼に堆積する底泥を浚渫・採取し、該
採取物を脱水・乾燥して含水率を調整し、必要により成
形したのち焼成してなることを特徴とする多孔質セラミ
ックス及び得られた多孔質セラミックスを湖沼に埋め戻
すことを特徴とする湖沼底泥の処理方法。焼成時に、底
泥に可燃物の微粉砕品を添加することにより得られる多
孔質セラミックスの吸水率を大きくすることができ、ま
た、ガラス粉を添加することにより焼成温度を低くする
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は汽水湖、淡水湖、水
利ダム、沼などの閉鎖系水域に近い湖沼あるいはそれに
近似した水域に堆積する底泥（一般にヘドロと呼ばれて
いる）から得られる多孔質セラミックス及び該多孔質セ
ラミックスを湖沼に埋め戻すことによる湖沼底泥の処理
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】湖沼のような閉鎖系水域では、流入河川
を経由して生活排水が流れ込みヘドロとなって底面に堆
積するため、魚介類や植物の死滅、水質汚染などを誘引
し、環境破壊の原因となり、特に重金属などの有害物質
を含有すると、地域住民の健康を害する公害問題にまで
発展することになる。そのため底泥の適切な浄化処理方
法が切望されている。従来の底泥の処分方法としては、
底泥を浚渫して海洋に投棄したり、あるいは海浜、陸上
に埋め立てるなどが一般的である。しかし海洋投棄は水
質汚染拡大の恐れがあり、最近では埋立て処分が主体に
なっている。本発明者らは先に、底泥の乾燥処理物に微
粉砕紙を混入し、必要に応じて粘結剤を添加して生ペレ
ットを成形し、該成形物を大気と隔絶した焼成炉の移動
グレート上に積層し、該成形物の可燃物量に応じて酸素
濃度を制御しながら焼結させて多孔質骨材とすることを
提案した（特願平５−２５９６７２号）。このような処
理により底泥除去による環境改善と底泥の土壌改良ある
いはろ過助材としての有効利用が可能となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記方法は、焼結され
た多孔質骨材を土壌改良材あるいはろ過助材として有効
利用するものである。しかしながらこの方法において
は、需給のバラスが崩れて、供給量が需要量を上回るよ
うな場合、あるいは得られた多孔質骨材品質が在来製品
より劣る場合には、廃棄処分せざるを得なくなり、本質
的な有効利用方法とはいえなかった。また、海浜又は陸
上に埋め立てるにしても、種々の廃棄物処分量の増加と
処分場の減少から、処分コストの高騰をきたすので、確
実に資源として全量有効利用できる方策を見出す必要が
ある。

【０００４】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであって、湖沼底泥を有効利用した、各種用途によ
り要求される性能に応じた吸水率、強度などの特性を有
する利用価値の高い多孔質セラミックス及び底泥の減量
・減容が可能で、環境改善に役立つ湖沼底泥の処理方法
を提供しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は次の（１）乃至
（１０）の発明を含むものである。（１）湖沼に堆積する底泥を脱水・乾燥して含水率を調
整した後、焼成してなることを特徴とする多孔質セラミ
ックス。（２）湖沼に堆積する底泥を脱水・乾燥して含水率を０
〜５０重量％に調整後、１０００〜１２００℃の温度で
焼成してなることを特徴とする多孔質セラミックス。（３）含水率を調整した底泥に可燃物の微粉砕品を配合
した後、焼成してなることを特徴とする前記（１）又は
（２）の多孔質セラミックス。

【０００６】（４）湖沼に堆積する底泥を脱水・乾燥し
て含水率を調整し、成形した後、焼成してなることを特
徴とする多孔質セラミックス成形物。

【０００７】（５）湖沼に堆積する底泥に、該底泥を脱
水・乾燥して含水率を調整する前あるいは後に、ガラス
粉又はガラス粉と可燃物の微粉砕品を配合して焼成して
なることを特徴とする多孔質セラミックス。（６）湖沼に堆積する底泥にガラス粉又はガラス粉と可
燃物の微粉砕品を配合し、脱水・乾燥して含水率０〜５
０重量％に調整後、８００〜１１００℃の温度で焼成し
てなることを特徴とする多孔質セラミックス。（７）湖沼に堆積する底泥を脱水・乾燥して含水率を調
整する前あるいは後にガラス粉又はガラス粉と可燃物の
微粉砕品を配合して得られるガラス粉又はガラス粉と可
燃物の微粉砕品を配合した含水率調整底泥を、成形した
後、焼成してなることを特徴とする多孔質セラミックス
成形物。（８）前記焼成工程で発生する微粉を、成形前の底泥に
添加して成形、焼成してなることを特徴とする前記
（４）又は（７）の多孔質セラミックス成形物。

【０００８】（９）前記（１）乃至（８）のいずれかの
多孔質セラミックス又は多孔質セラミックス成形物を湖
沼に埋め戻すことを特徴とする湖沼底泥の処理方法。（１０）湖沼に堆積する底泥を脱水・乾燥して含水率を
調整し、可燃物の微粉砕品を配合して成形後、還元性雰
囲気下に１０００〜１２００℃の温度で焼成することに
より多孔質セラミックス成形物とし、得られた多孔質セ
ラミックス成形物を湖沼に埋め戻すことを特徴とする湖
沼底泥の処理方法。

【０００９】湖沼には河川を通じて、流域住民の生活排
水、産業排水が流入しているが、自然体系の自浄作用が
機能しているときは、底泥（ヘドロ）の堆積はみられな
かった。しかし自然体系の機能低下と汚染物質の流入量
増加が相まって、多年経過により湖沼の底に堆積するよ
うになり、ヘドロ化して、異臭の発生、漁獲量の減少を
来している。そこで本発明では、汽水湖、淡水湖、水利
ダム、沼などの閉鎖系水域に近い湖沼あるいはそれに近
似した水域（以下、単に湖沼という）に堆積する底泥
（ヘドロ）を浚渫・採取して多孔質の粒状物あるいは成
形物に変換し、これを水質浄化材その他の用途に有効利
用するものである。なお、本発明でいう湖沼は前記例示
に限定されるものではなく、要はヘドロが堆積する水域
を意味するものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明は次の四つの態様に大別さ
れる。すなわち、その１は浚渫・採取した底泥の含水率
を調整したのち、そのまま焼成して得られる多孔質セラ
ミックスである。この多孔質セラミックスは、製造方法
は簡単ではあるが、得られる多孔質セラミックスの吸水
率があまり大きくならず、また、大部分は粒状物となる
が粒径にばらつきがあり、砂状物を含む場合もある。な
お、この態様において、焼成前の底泥に微粉砕した可燃
物を添加することにより焼成品の吸水率を任意に調整す
ることができる。

【００１１】その２は含水率を調整した底泥を成形した
のち焼成した多孔質セラミックスで、この場合は製造の
工程数が増えるが、品質が安定化し粒径のそろったもの
が得られるので、例えば湖沼に埋め戻しに使用する場合
などでは充填密度を高くできる利点がある。

【００１２】その３は含水率を調整する前あるいは調整
後の底泥にガラス粉を配合して焼成したものであり、こ
の場合多孔質セラミックスの吸水率は若干小さくなる
が、粒子の圧壊強度は高くなり、また、焼成温度を低く
できる利点がある。この態様においても微粉砕した可燃
物を添加することにより焼成品の吸水率の調整が可能で
あり、また、成形することにより品質の安定化、粒径の
均一化の効果がある。

【００１３】その４は前記多孔質セラミックス又は含水
率を調整した底泥に微粉砕した可燃物を混合して成形
後、焼成した多孔質セラミックスの利用に関するもので
あり、湖沼底泥から得られる多孔質セラミックスを湖沼
に埋め戻すことにより、湖沼底泥の処理、有効利用を行
うものである。

【００１４】本発明の第１の実施態様の多孔質セラミッ
クスは、浚渫・採取した底泥を脱水・乾燥して含水率を
調整し、そのまま焼成したものである。この多孔質セラ
ミックスは例えば図１に示す方法により製造することが
できる。先ず浚渫船等を利用して湖沼の底泥１を浚渫
し、輸送パイプ２で陸上の資源化設備５０に送る（図１
において鎖線で囲った内側が資源化設備５０に相当す
る）。次いで含有水分の多い底泥１の脱水と異物除去を
目的として、振動スクリーン等の異物分離機３で３ｍｍ
程度以上の木葉や小石等の異物４を除去し、沈殿槽５で
重力沈降により排水６を分離除去する。沈殿槽５下部に
堆積した含水率が若干低下した泥水は脱水機７で脱水処
理されて脱水底泥８となり、脱水底泥コンベヤ９で次工
程に供給される。脱水処理にはフィルタープレス方式、
遠心式、ベルトプレス式、リボンスクリュー式等の脱水
機が適用できる。焼成前の底泥の水分は５０重量％以下
に調整しておくのが好ましい。底泥の性状、脱水機の性
能によっては含水率を５０重量％以下にできない場合に
は、脱水底泥８を天日乾燥あるいは乾燥機１０により所
定含水率になるまで乾燥する。

【００１５】このようにして含水率が５０重量％以下に
調整された脱水底泥８は、定量フィーダ１１を介して焼
成炉１２に定量供給される。焼成炉１２としてはロータ
リキルン、シャフトキルン、サーキュラグレート式焼成
炉等があり、焼成条件、製品の用途などにより適宜選択
して使用すればよい。例えば、焼成物の使用目的が浚渫
地への埋め戻しなどで、粒径、品質管理を厳しく要求さ
れない場合には、大型化が容易でかつ最も廉価な設備と
なるロータリーキルンが好適であり、ここではロータリ
ーキルンを使用する場合について説明する。

【００１６】ロータリーキルン（焼成炉１２）内に供給
された脱水底泥８はゆっくり回転しながらキルン出口側
に設置されているバーナ１３からの熱を受け、徐々に昇
温しながら炉出口に移動する。バーナ１３に使用する燃
料には特に制約はなくガス、灯軽油、重油、石炭等が使
用でき、燃料供給量は焼成物がキルン出口近くで所定の
焼成温度（１０００〜１２００℃）となるように調整・
設定される。ロータリーキルンの場合は外部から熱供給
するため炉内温度の制御はしやすく、自燃方式で焼成す
る場合と比較して焼成物同士の融着による多孔性の消失
と焼塊物化を防ぐことができる。更にキルンの排熱を脱
水底泥８の乾燥熱源として有効利用すれば、より経済性
が改善される。焼成炉１２から排出された焼成物１４は
製品回収ホッパ１５に送られ貯蔵される。このようにし
て製造された焼成物は大部分が粒状の多孔質セラミック
ス１６となっている。この態様において、焼成前の底泥
に古紙などの可燃物の微粉砕品を添加することにより、
得られる多孔質セラミックスの吸水率を調整することが
できる。

【００１７】次に本発明の第２の実施態様について説明
する。この実施態様は、浚渫・採取した底泥を脱水して
含水率を調整し、そのまま成形し、この成形物を焼成し
て多孔質セラミックスの成形物としたものである。この
多孔質セラミックスは品質が均一で粒径が揃っており、
例えば、湖沼の埋め戻しに使用する場合に充填量が増す
効果がある。また、焼成工程においては成形品どうしの
摩擦等により微粉が発生するので、これらを分離したの
ち、成形工程に戻すようにすれば微粉の処理は不要とな
り、収率も向上する。

【００１８】本発明の第３の実施態様は、浚渫・採取し
た底泥に、含水率を調整する前あるいは調整後、ガラス
粉又はガラス粉と古紙などの可燃物の微粉砕品を配合し
て焼成したものであり、多孔質セラミックスの吸水率は
ガラス粉を添加しないものに比べて若干小さくなってい
るが、粒子の圧壊強度は高くなり、また、製造時の焼成
温度を低くできる利点がある。この多孔質セラミックス
は例えば図２に示す方法により製造することができる。

【００１９】この場合も湖沼の底泥１を浚渫し、輸送パ
イプ２で陸上の資源化設備５０に送り、沈殿槽５で排水
６を重力沈降分離するまでは前記第１の実施態様の場合
と同じである。沈殿槽５の下部に堆積し、含水率が若干
低下した泥水５６とガラス粉５５を混練機５７に供給し
て十分混練した後、脱水機７で脱水処理し脱水底泥８と
する。脱水底泥８は脱水底泥コンベヤ９で次工程に供給
される。脱水処理にはフィルタープレス式、遠心式、ベ
ルトプレス式、リボンスクリュー式等の脱水機が適用で
きる。焼成前の底泥の水分は５０重量％以下に調整して
おくのが好ましい。底泥の性状、脱水機の性能によって
は含水率を５０重量％以下にできない場合には、脱水底
泥８を天日乾燥あるいは乾燥機１０により所定含水率に
なるまで乾燥する。

【００２０】ガラス粉としては特に制限はないが、ＦＲ
Ｐ製品の燃焼残渣であるガラス繊維（アルカリを含まな
いホウケイ酸バン土系のガラス原料）あるいは窓ガラス
等に使用される板ガラス（ソーダ石灰ケイ酸系のガラス
原料）などの廃棄物を微粉砕したものが好適に使用でき
る。

【００２１】前記のようにして含水率が５０重量％以下
に調整された脱水底泥８は、定量フィーダ１１を介して
焼成炉１２に定量供給される。焼成炉１２としてはロー
タリキルン、シャフトキルン、サーキュラグレート式焼
成炉等があるが、図２にはロータリーキルンを使用する
場合を示している。

【００２２】ロータリーキルン（焼成炉１２）内に供給
された脱水底泥８はゆっくり回転しながらキルン出口側
に設置されているバーナ１３からの熱を受け、徐々に昇
温しながら炉出口に移動する。バーナ１３に使用する燃
料には特に制約はなくガス、灯軽油、重油、石炭等が使
用でき、燃料供給量は焼成物がキルン出口近くで所定の
焼成温度となるように調整・設定される。前記第１又は
第２の態様におけるようにガラス粉を添加することなく
焼成する場合には１０００〜１２００℃の焼成温度が必
要であるが、ガラス粉を添加した場合には焼成温度を下
げることが可能となり、ガラス粉の添加量が２〜１０重
量％の範囲で８００〜１０００℃で焼成することができ
るので燃料費の低減が可能である。このようにして製造
された焼成物は大部分が粒状の多孔質セラミックス１６
となっている。

【００２３】次にこの第３の態様の多孔質セラミックス
の製造方法の他の例について図３を用いて説明する。図
３は含水率を調整する前の浚渫・採取した底泥に可燃物
の微粉砕品を配合して焼成した例であり、図２との相違
点は資源化設備５０内において、沈殿槽５の下部に堆積
し、含水率が若干低下した泥水５６とガラス粉５５に加
えて可燃物の微粉砕品を混練機５７に供給して十分混練
した後、脱水機７で脱水処理し脱水底泥８とする点であ
る。すなわち、この方法においては新聞紙あるいは雑誌
等の古紙４２を可燃物原料ホッパ４３に投入後、粗砕機
４４で１０ｃｍ程度に裁断し、磁選機４５でホッチキ
ス、クリップ、ピン等の金物類を分別排出し、裁断され
た古紙４２をさらに微粉砕機４６にて１ｍｍ以下に微粉
砕したものを可燃物ホッパ４７を経て混練機５７に供給
する。以下は図２の態様の場合と同様である。

【００２４】この場合も、ガラス粉の添加効果により８
００〜１０００℃で焼成することができる。また、可燃
物を添加して焼成しているのでより吸水率の高い多孔質
セラミックスを得ることができる。これらの第３の態様
においても、含水率を調整した底泥を成形した後、焼成
することにより品質の均一化、あるいは形状の均一化に
より埋め戻しに使用する際の充填量の増量をはかること
ができる。

【００２５】本発明の第４の態様は湖沼底泥から得られ
る多孔質セラミックスを湖沼に埋め戻すことによる湖沼
底泥の処理方法である。この第４の態様の１例を図４及
び５によって説明する。この例は浚渫・採取した底泥を
脱水して含水率を調整し、可燃物の微粉砕品を添加して
成形し、この成形物を焼成して多孔質セラミックス成形
物とし、これを湖沼に埋め戻す方法である。

【００２６】この場合も湖沼の底泥１を浚渫し、輸送パ
イプ２で陸上の資源化設備５０に送り、脱水機７で処理
するまでは前記第１〜３の実施態様の場合と同じであ
る。このようにして得られた脱水底泥８は脱水底泥ホッ
パ９−１に供給される。脱水処理にはフィルタープレス
方式、遠心式、ベルトプレス式、リボンスクリュー式等
の脱水機が適用できるが、この場合にはフィルタープレ
ス方式の脱水機が一般的である。成形に際しては脱水底
泥の含水率を１０〜２０重量％程度としておくのが望ま
しい。通常、脱水機７では含水率を高々４０〜５０重量
％程度にしかできず、これだけで所定含水率を達成する
ことは不可能なので、脱水底泥８を乾燥機１０で所定含
水率になるまで乾燥する。

【００２７】脱水底泥８に、焼成により多孔質セラミッ
クスを形成するのに十分な可燃分が含まれている場合に
はそのまま成形、焼成すればよいが、通常は脱水底泥８
の固形物には自燃に必要な可燃分（大気雰囲気中での自
燃焼成の場合で固形分の４〜５％程度）が不足している
ので、自燃材料となる可燃物と水１９を必要量添加し、
混練機１８でよく撹拌混合する。可燃物の添加量は、脱
水底泥の性状、使用する焼成装置の形式、焼成条件、目
的とする多孔質セラミックスに要求される性状などに応
じて最適量を設定すればよい。すなわち、高い吸水率を
要求されない場合には、ロータリーキルンなどの使用に
より可燃物の含有割合が少なくても焼成可能である。ま
た、高い吸水率が要求される場合などでは多量の可燃物
を添加しても、サーキュラーグレート焼成炉を使用して
焼成雰囲気中の酸素濃度を調整して燃焼発熱量を制御す
るなどの方法により、適正焼成温度内で焼成することが
できる。

【００２８】自燃材料としては可燃物であれば何でもよ
いが、ここでは新聞紙あるいは雑誌等の古紙４２を可燃
物原料ホッパ４３に投入後、粗砕機４４で１０ｃｍ程度
に裁断する。次に磁選機４５でホッチキス、クリップ、
ピン等の金物類を分別排出し、裁断された古紙４２は微
粉砕機４６にて１ｍｍ以下に微粉砕され、可燃物ホッパ
４７に投入される。乾燥後の底泥と古紙粉砕品を混練機
１８に供給し、さらに造粒で必要な水分濃度になるよう
調整しながら水１９を補給して十分に混練する。補給水
量は乾燥底泥の含水率にもよるが、古紙粉砕品が水を吸
収するので、３０％前後とかなり多くなる。

【００２９】この混練物は、ペレタイザ式造粒機などの
造粒機２０で水２１を添加しながら所定の粒径の生ペレ
ット（図示せず）に造粒、成形される。造粒することに
より湖沼に埋め戻す際に充填量が増す。なお、造粒は５
〜１０ｍｍの粒径が好ましい。造粒機２０としてはペレ
タイザ式の外に、混合と造粒を同時にできる混合造粒機
あるいは押し出し造粒機等も使用できる。生ペレットは
ローラースクリーン２２にて、所定粒径外のものを除去
し、所定粒径品（例えば粒径５〜１０ｍｍ）だけが生ペ
レット投入ホッパ（図示せず）を経由して焼成装置に供
給される。

【００３０】焼成装置は焼成形式により、ロータリキル
ン、シャフトキルン、サーキュラグレート等がありいず
れでもよいが、ここではウオーターシールの採用によ
り、大気と断絶して焼成できるサーキュラグレート式焼
成炉２３を使用した例で説明する。生ペレットの焼結に
当たっては、グレート（図示せず）上に床敷ペレット投
入ホッパ（図示せず）からグレート保護用の焼結品（焼
結済みの多孔質セラミックス製品）を投入し、３０ｍｍ
程度の厚みで敷きつめて床敷とする。次いで、その上に
生ペレットを供給して、厚さ２００〜３００ｍｍに積み
付けていく。この積層された生ペレットはグレートがゆ
っくり移動するのに伴い、乾燥、着火、焼成、冷却の各
工程を経て、焼成ペレット（多孔質セラミックス成形
物）となって排出される。

【００３１】グレートの下部には、各工程に対応した吸
引ボックス２４が敷設されており、吸引ボックス２４の
各底部に接続された配管により、循環ガスラインを形成
しており、乾燥及び着火工程では、冷却工程から循環さ
れる３００℃程度の高温ガス２６が、乾燥及び着火燃料
の予熱に利用される。乾燥後の生ペレット表層部は、着
火工程の着火装置２７により、プロパンあるいは重油を
燃料として着火される。

【００３２】焼成工程では、焼成ガス循環ブロワ２５で
焼成済みのガスを吸引し、生ペレットの自燃焼成で消失
した酸素分に見合う空気２９を、空気供給ブロワ２８で
必要量添加して、酸素濃度を調整しながら焼成工程入口
に循環する。焼成ガスの酸素濃度を１０〜１５％に調整
することにより、生ペレット層は上方から下方に順次１
０００〜１２００℃の範囲で焼成される。

【００３３】多孔質セラミックス３３の含水率を向上さ
せるために、生ペレットには多量の古紙４２が添加され
ている場合もあり、大気雰囲気中で焼成すると、焼成温
度が著しく上昇して、焼成ペレット同士を融着させるこ
とが多々生じる。したがって、所定の焼成温度を維持す
るために、還元雰囲気で焼成するが、１０００℃以下の
場合には多孔質セラミックス成形物３３は焼結せず軟弱
であるので実用には供せない。一方、１２００℃を超え
ると焼成ペレット同士が融着して多孔性を失うと同時に
焼塊物となり実用に供せない。このため、焼成温度は１
０００〜１２００℃が好ましい。焼成終了と同時に、ペ
レット層は冷却工程に入り、空気を供給することにより
冷却されて、焼成炉外に排出された多孔質セラミックス
成形物３３はベルトコンベヤ３０を経て製品回収ホッパ
３１に送られ貯蔵される。

【００３４】このようにして製造された焼成ペレットは
多孔質セラミックス成形物３３となっており、前記実施
態様１の場合と同様敷設船３２などにより、底泥１を採
取した湖沼の底部に埋め戻される。この多孔質セラミッ
クス成形物３３は可燃物を混入して成形後焼成している
ので、より多孔質となっており、微生物の繁殖及び水質
浄化効果が大きく、また、成形することにより粒子の径
が揃うので埋め戻す際に充填量が増す効果がある。

【００３５】

【実施例】以下実施例により本発明の方法をさらに具体
的に説明する。（実施例１）図１のフローに従って底泥からの多孔質セ
ラミックスの製造試験を行った。底泥１として、汽水湖
に堆積した浚渫物を資源化設備５０に供給し、異物分離
機３として目開き３ｍｍの篩を有する振動スクリーンを
用いて３ｍｍ以上の木葉、小石等の異物４を除去した
後、沈殿槽５で重力沈降により排水６を分離除去した。
次いで脱水機７（リボンスクリュー式脱水機を使用）で
含水率３５重量％まで脱水処理して脱水底泥８を取得
し、これを試料Ａとした。また、脱水底泥８の一部を乾
燥機１０にて含水率が約２７重量％及び０重量％となる
まで熱風乾燥してそれぞれ試料Ｂ及びＣとした。浚渫し
た底泥１の性状は表１に示すとおりであった。

【００３６】

【表１】

【００３７】これらの試料を定量フィーダ１１を介し
て、下流側に２°傾斜したロータリーキルン式小型焼成
炉１２（外径：５５５ｍｍ、内径：１５０ｍｍ、炉長：
１８００ｍｍ）に定量供給し、炉内温度が１０００〜１
２００℃となるようにプロパン及び空気をバーナ１３か
ら供給しながら、表２に示す焼成条件で焼成した。得ら
れた焼成物１４を、目開き１ｍｍ、５ｍｍ、１５ｍｍの
篩でふるい分け、粒径が１〜５ｍｍ及び５〜１５ｍｍの
ものについて吸水率及び絶乾比重を測定した。測定結果
を表２に併記する。この結果から、含水率の異なる脱水
底泥試料の焼成状態はいずれも良好であり、得られる多
孔質セラミックスの吸水率及び絶乾比重はほぼ同じであ
った。なお、ここで得られた多孔質セラミックスは、造
粒せずに焼成しているため形状は一定ではないが、実用
に十分耐える硬さを有していた。

【００３８】

【表２】

【００３９】（実施例２）図２のフローに従って底泥か
らの多孔質セラミックスの製造試験を行った。底泥１と
して、実施例１で使用したのと同じ汽水湖に堆積した浚
渫物を資源化設備５０に供給し、異物分離機３として目
開き３ｍｍの篩を有する振動スクリーンを用いて３ｍｍ
以上の木葉、小石等の異物４を除去した後、沈殿槽５で
重力沈降により排水６を分離除去した。泥水５６に所定
量のガラス粉５５（ガラス繊維又は板ガラス粉）を配合
して、混練機５７で十分混練した。混練物は脱水機７
（リボンスクリュー式脱水機を使用）で含水率３０〜６
０重量％まで脱水処理し、得られた脱水底泥８を脱水底
泥コンベヤ９で搬送した。脱水機７で所定の含水率に達
したものはそのまま、さらに脱水が必要なものは乾燥機
１０で乾燥した。

【００４０】これらの原料を定量フィーダ１１を介し
て、下流側に２°傾斜したロータリーキルン式小型焼成
炉１２（外径：５５５ｍｍ、内径：１５０ｍｍ、炉長：
１８００ｍｍ）に定量供給し、炉内温度が７００〜１２
５０℃となるようにプロパン及び空気をバーナ１３から
供給しながら焼成した。得られた焼成物１４を、目開き
１ｍｍ、１５ｍｍの篩でふるい分け、粒径が１〜１５ｍ
ｍのものについて吸水率及び絶乾比重を測定した。測定
結果を表３に示す。

【００４１】一方、上記焼成物１４のガラス粉添加効果
を強度面から調べるため、同一組成の原料を造粒機（図
示省略、ペレタイザー式造粒機を使用）にて、注水しな
がら造粒し、粒径１〜１０ｍｍのペレットとした。生ペ
レットは前記ロータリーキルンで脱水底泥の場合と同一
条件で焼成し、絶乾比重、吸水率及び圧壊強度（粒径２
ｍｍのものを使用）を測定した。これらの結果を表４に
示す。

【００４２】

【表３】

【００４３】

【表４】

【００４４】これらの試験結果を要約すると次のように
なる。（１）脱水底泥８のみの焼成物の物性は、焼成温度の上
昇に伴い吸水率が減少し、絶乾比重、圧壊強度は増加す
る。この場合の適正焼成温度は１０００〜１２００℃で
ある。１０００℃未満では焼成不十分となり、圧壊強度
も０．１ｋｇ／個と低く、指で押すと簡単に潰れる程度
である。一方、１２００℃を超えると多孔質セラミック
スどうしが溶融固化して焼塊物となる。

【００４５】（２）ガラス粉５５を添加した脱水底泥８
の焼成物の物性は、脱水底泥８のみの焼成物に比べて吸
水率がやや低下し、逆に絶乾比重、特に圧壊強度は著し
く上昇した。例えばガラス粉を１０重量％添加した場合
には、７００℃焼成物の圧壊強度は０．２ｋｇ／個と軟
質であるが、８００℃焼成では０．３ｋｇ／個と増加
し、指で押さえても潰れず、実用上十分な耐久性を有し
ている。さらに１０００℃で焼成したペレットの圧壊強
度は、脱水底泥だけのものと比較して５倍に増加し、１
１００℃では８ｋｇ／個と高強度の多孔質セラミックス
が得られた。しかし焼成温度が１１００℃を超えると脱
水底泥中のガラス粉添加量が多過ぎるために溶融固化し
て焼塊物となった。一方、ガラス粉添加量が２重量％未
満の場合には、強度の向上が十分でなく、また、１０重
量％を超えて添加すると不経済となる。さらに、脱水底
泥８の含水率が５０％を超えると水分過多となり、定量
フィーダー１１による搬送が困難となった。

【００４６】以上の結果から、ガラス粉を２〜１０重量
％添加した場合の適正焼成温度は８００〜１１００℃で
あり、脱水底泥８の含水率は最大５０重量％まで焼成で
きることが確認された。このような焼成条件で焼成する
と高強度高吸水率を有する多孔質セラミックスを安価に
製造できることがわかる。

【００４７】（３）脱水底泥８にガラス粉を添加した多
孔質セラミックスの強度向上は、焼成温度（８００〜１
１００℃）に比較してガラス粉の軟化点が７００〜８０
０℃と低く、焼成中に溶融することによるバインダー効
果により、素地が強化されることに起因するものと推定
される。

【００４８】（実施例３）図４、５のフローに従って底
泥の処理試験を行った。底泥１として、実施例１で使用
したのと同じ汽水湖に堆積した浚渫物を資源化設備５０
に供給し、異物分離機３として目開き３ｍｍの篩を有す
る振動スクリーンを用いて３ｍｍ以上の木葉、小石等の
異物４を除去した後、沈殿槽５で重力沈降により排水６
を分離除去した。次いで脱水機７（フィルタープレスを
使用）で含水率４５重量％まで脱水処理し、脱水底泥ホ
ッパ９−１に貯留した脱水底泥８を乾燥機１０にて含水
率約１５重量％となるまで熱風乾燥した。この浚渫した
底泥１の性状は前記表１に示すとおりである。また、可
燃物となる古紙４２は新聞紙を粗砕、微粉砕して、孔径
１ｍｍ通過品を使用した。

【００４９】乾燥した底泥と微粉砕した新聞紙を重量比
１／１にて、混練機１８に供給し、水を３５重量％添加
して十分混練後、造粒機２０（ペレタイザ式造粒機）に
所定量投入し、水２１を添加しながら粒径５〜１０ｍｍ
の生ペレットを造粒した。生ペレットはローラスクリー
ン２２で５ｍｍ以下と１０ｍｍ以上のものを除去し、合
格品だけを生ペレット投入用ホッパから、サーキュラグ
レート焼成炉２３に投入した。焼成炉のグレート上に
は、床敷ペレット投入用ホッパからグレート保護用の焼
結製品（多孔質セラミックス）を投入して、３０ｍｍの
厚さで敷きつめた。次いで、その上に前記生ペレットを
２００ｍｍの厚さで積み付けた。この生ペレット層は、
グレート下方の吸引ボックス２４から３０ｍｍＨ₂Ｏの
圧力で吸引されつつ、３００℃の熱風で５分間乾燥した
後、重油を燃料とする着火装置２７にて、生ペレット表
層を着火（着火温度１１００℃）させた。

【００５０】焼成工程は、入口ガス量１０００ｍ³Ｎ／
ｈｒ、入口ガス温度１１００℃、入口酸素濃度１０％に
設定した。生ペレットはこの雰囲気をゆっくり移動しな
がら、５０分間で焼成され、焼結物となり冷却工程を経
て、１０〜１００μｍの無数の細孔を有する多孔質セラ
ミックス成形物３３として排出された。このようにして
製造した多孔質セラミックス成形物３３は、可燃物の消
失による収縮があり、粒径は３〜７ｍｍになるが、吸水
率５５．０％、絶乾比重１．０３、圧壊強度７ｋｇ／個
（５ｍｍφ）であり、高吸水性かつ実用強度を有する多
孔質セラミックスである。

【００５１】（実施例４）実施例３で取得した多孔質セ
ラミックスの、湖沼の水質浄化作用及び生態系への影響
度合いを評価するために、この多孔質セラミックスを用
いた水槽と、市販の砂利を用いた水槽にて金魚飼育試験
を行った。前記多孔質セラミックス又は市販の砂利（玉
石）をろ過助材４０として、図６に示す鑑賞魚用水槽３
４（４００Ｌ×２８０Ｗ×２７０Ｈ）の底部にそれぞれ
層厚５０ｍｍ、上部ろ過層３８に層厚１０ｍｍ敷設し
た。更に、上部ろ過層３８の上部をガラスウール４１で
覆った。水槽３４内の水３５は、底部のろ過助材４０内
に吸引口が挿入され、吐出口を上部ろ過層３８の位置と
する吸引パイプ３６で吸引され、吐出パイプ３７からろ
過層３８に吐出される。そしてろ過層内部を通過した水
は、水落とし口の落下パイプ３９から水槽内に循環され
る。また、水槽の底面部には水草３本を植え付けた。

【００５２】中和剤（通称「ハイポソフト」）にて中和
した水道水を各水槽３４に入れ、更に好気性バクテリア
をそれぞれ投入して、水温を２２℃の一定温度になるよ
うに設定した。以上のようにセットした後、注水５日後
に、各水槽に金魚１０匹ずつを入れて、水質浄化・ろ過
比較試験を開始した。金魚飼育試験は、金魚に白点病が
発生すると直ちに薬を投与し、好気性バクテリアは適宜
投与した。１週間毎に各水槽の水を１リットル採取し、
直ちに同量の水を補給して飼育試験を継続した。採取し
た水は、ｐＨ、ＮＨ₄ ⁺、ＮＯ₂ ^-、ＮＯ₃ ^-の水質分
析を実施するとともに、目視観察で水質浄化・ろ過性能
を比較した。

【００５３】好気性バクテリアが関与する水質浄化機構
は、金魚の餌、糞等が分解して、アンモニア（Ｎ
Ｈ₄ ⁺）が発生し、この毒性の強いＮＨ₄ ⁺を溶存酸素
の存在下で棲息する好気性バクテリアが毒性の低い亜硝
酸（ＮＯ₂ ^-）や硝酸（ＮＯ₃ ^-）に変える。次いで溶
存酸素を必要としない嫌気性バクテリアがＮＯ₂ ^-とＮ
Ｏ₃ ^-を窒素ガス（Ｎ₂）に変えて無害化するとされて
いる。これらの反応式を以下に示す。

【化１】２ＮＨ₄ ⁺＋３Ｏ₂→２ＮＯ₂ ^-＋２Ｈ₂Ｏ＋４Ｈ⁺ ２ＮＯ₂ ^-＋Ｏ₂→２ＮＯ₃ ^- ２ＮＯ₂ ^-＋６Ｈ⁺→Ｎ₂↑＋２Ｈ₂Ｏ＋２ＯＨ^- ２ＮＯ₃ ^-＋１０Ｈ⁺→Ｎ₂↑＋４Ｈ₂Ｏ＋２ＯＨ^-

【００５４】したがって、水槽内のＮＯ₃ ^-濃度を分析
することにより、水質浄化性能が評価できる。水槽内の
ＮＯ₃ ^-分析値と経過日数の関係を図７に示す。本発明
の多孔質セラミックスをろ過助材とする水槽の金魚は、
水替えを全くしなくても順調に飼育でき、４４日目に１
匹死亡した。これに対し、市販の砂利をろ過助材とする
水槽の金魚は、２０日目に１匹死亡しており、硝酸イオ
ン（ＮＯ₃ ^-）濃度も１４日以降急激に上昇し、飼育試
験開始２０日後の硝酸イオン濃度は、多孔質セラミック
スの９０ｍｇ／リットルに対し５６０ｍｇ／リットルと
極めて大きな値となっている。

【００５５】これらの飼育試験結果から、本発明の多孔
質セラミックスの水質浄化性能は、市販の砂利に比べて
著しく良好であることがわかる。これは、多孔質セラミ
ックスには１０〜１００μｍの微小孔が無数に形成され
ており、好気性バクテリア（大きさは５μｍ程度と言わ
れている）が、この微小孔を住処にして繁殖しやすい雰
囲気にあるのに対し、市販の砂利には微小孔が無く、好
気性バクテリアの住処がほとんどないので、繁殖し難い
状況にあるためである。

【００５６】なお、実施例１で得られた吸水率の最も高
い多孔質セラミックス（試料Ｃ）及び実施例２で得られ
た多孔質セラミックス（試料７）を用いて前記実施例３
の多孔質セラミックスを用いた場合と同様の金魚飼育試
験を行った。その結果、試料Ｃを用いた水槽の金魚は試
験開始後４０日目に１匹死亡し、試料７では４２日目に
１匹死亡したが、試料Ｃ及び試料７ともに実施例３の多
孔質セラミックスと同様な水質浄化性能を有しているこ
とがわかる。なお、試料７の水槽内のＮＯ₃ ^-分析値と
経過日数の関係を図７に併記した。

【００５７】このように、好気性及び嫌気性バクテリア
には、金魚の生育に有害な物質を無害な物質に変えてい
く生物的ろ過作用があり、多孔質セラミックスにはこれ
らバクテリアの棲息、繁殖を助長する機能があるため、
本発明の多孔質セラミックスは水質浄化に効果を発揮す
るのである。この作用は金魚だけに止まるのではなく、
湖沼に棲息する魚介類にも有効である。

【００５８】

【発明の効果】本発明の多孔質セラミックスは土質改良
材、埋め立て材などの土木材料、多孔性を利用した湖沼
等の水域や魚類等の飼育施設などで有用な水質浄化材と
して優れた性能を有するものである。通常の湖沼底泥の
場合、可燃物を添加せずに焼成したものでは、可燃物を
添加したものに比較して吸水率が小さく、絶乾比重も大
きくなるが多孔質セラミックスとしての機能は十分有し
ており、土壌改良剤、水質浄化剤として有効である。さ
らに、ガラス粉を添加して焼成する場合には焼成温度を
下げることができ、処理コストを大幅に圧縮できる。

【００５９】また、本発明の湖沼底泥の処理方法によれ
ば、底泥を原料として湖沼内の好気性バクテリアが棲息
するのに適した微小孔を有する多孔質セラミックスが得
られるので、該多孔質セラミックスを底泥を採取した湖
沼に埋め戻すことにより、製品の余剰を生じることもな
く、底泥の減量と好気性バクテリアなどによる浄化作用
の促進効果があり、環境改善に寄与することができる。
そのため、本発明の処理方法は汽水湖、淡水湖、水利ダ
ム、沼などの閉鎖系水域に近い湖沼などの汚染水域の浄
化に極めて有効な方法である。本発明の方法により湖沼
底泥から得られる多孔質セラミックスの好気性バクテリ
アなどの水質浄化作用促進効果は、実施例の金魚飼育試
験により実証されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施態様を示す説明図。

【図２】本発明の第３の実施態様の１例を示す説明図。

【図３】本発明の第３の実施態様の他の１例を示す説明
図。

【図４】本発明の第４の実施態様を示す説明図（その
１）。

【図５】本発明の第４の実施態様を示す説明図（その
２）。

【図６】実施例４で使用したろ過試験装置の説明図。

【図７】実施例４における水槽内のＮＯ₃ ^-分析値と経
過日数の関係を示すグラフ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田村忠昭広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者原田幸夫山口県下関市彦島江の浦町六丁目16番１号三菱重工業株式会社下関造船所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】湖沼に堆積する底泥を脱水・乾燥して含
水率を調整した後、焼成してなることを特徴とする多孔
質セラミックス。
【請求項２】湖沼に堆積する底泥を脱水・乾燥して含
水率を０〜５０重量％に調整後、１０００〜１２００℃
の温度で焼成してなることを特徴とする多孔質セラミッ
クス。
【請求項３】含水率を調整した底泥に可燃物の微粉砕
品を配合した後、焼成してなることを特徴とする請求項
１又は２に記載の多孔質セラミックス。
【請求項４】湖沼に堆積する底泥を脱水・乾燥して含
水率を調整し、成形した後、焼成してなることを特徴と
する多孔質セラミックス成形物。
【請求項５】湖沼に堆積する底泥に、該底泥を脱水・
乾燥して含水率を調整する前あるいは後に、ガラス粉又
はガラス粉と可燃物の微粉砕品を配合して焼成してなる
ことを特徴とする多孔質セラミックス。
【請求項６】湖沼に堆積する底泥にガラス粉又はガラ
ス粉と可燃物の微粉砕品を配合し、脱水・乾燥して含水
率０〜５０重量％に調整後、８００〜１１００℃の温度
で焼成してなることを特徴とする多孔質セラミックス。
【請求項７】湖沼に堆積する底泥を脱水・乾燥して含
水率を調整する前あるいは後にガラス粉又はガラス粉と
可燃物の微粉砕品を配合して得られるガラス粉又はガラ
ス粉と可燃物の微粉砕品を配合した含水率調整底泥を、
成形した後、焼成してなることを特徴とする多孔質セラ
ミックス成形物。
【請求項８】前記焼成工程で発生する微粉を、成形前
の底泥に添加して成形、焼成してなることを特徴とする
請求項４又は７に記載の多孔質セラミックス成形物。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれかに記載の多孔
質セラミックス又は多孔質セラミックス成形物を湖沼に
埋め戻すことを特徴とする湖沼底泥の処理方法。
【請求項１０】湖沼に堆積する底泥を脱水・乾燥して
含水率を調整し、可燃物の微粉砕品を配合して成形後、
還元性雰囲気下に１０００〜１２００℃の温度で焼成す
ることにより多孔質セラミックス成形物とし、得られた
多孔質セラミックス成形物を湖沼に埋め戻すことを特徴
とする湖沼底泥の処理方法。