報告内容 1. 研究の背景及び目的 2. 研究の内容及び体制 3. 主な成果テーマ (1) (2) テーマ (3) テーマ (4) テーマ (5) 4. 総括固化体の材料及び性状固化体の耐久性固化式処分場の施工性固化式処分場の耐震性 1

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ゆみかあざみ
5 years ago
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1 環境省平成 28 年度環境研究総合推進費研究事業重点課題 11 3R 適正処理の徹底終了課題成果報告会防災会館別館巨大地震に耐えうる環境安全で堅牢な最終処分場の新技術開発に関する研究 ( 課題番号 3K1431) 研究代表者九州大学大学院工学研究院教授島岡隆行平成 26 年度 ~ 平成 28 年度 76,71 千円

2 報告内容 1. 研究の背景及び目的 2. 研究の内容及び体制 3. 主な成果テーマ (1) (2) テーマ (3) テーマ (4) テーマ (5) 4. 総括固化体の材料及び性状固化体の耐久性固化式処分場の施工性固化式処分場の耐震性 1

3 1. 研究の背景及び目的最終処分事業の現状ニーズ埋立廃棄物の大半を占める焼却残渣 ( 焼却灰飛灰 ) 維持管理費の低減跡地利用の早期化環境汚染リスクの低減防災減災のための社会インフラ強靱化大規模地震時の災害廃棄物処理への備え最終処分場に求められる機能焼却残渣に適した埋立処分方法有害物質の溶出抑制最終処分場の耐震性向上最終処分場の埋立容量の確保災害時の土地利用焼却残渣を対象にした環境安全かつ堅牢な最終処分場廃棄物固化式処分システム 2

4 廃棄物固化式処分システムとは? セメント水高周波振動で加振締固め混練焼却残渣混和材高周波振動で加振超流体工法を応用し施工超流体工法とは石炭灰にセメントおよび最適含水比近傍の水量を添加しその粉体を加振することにより流体化させる工法である固化埋立石炭灰 79, t 3

5 廃棄物固化式処分システムの 4 つの特徴と効果従来型処分場 VS 廃棄物固化式処分場飛散雨水の浸透 4 浸透水排除 3 飛散防止 2 減容化覆土焼却灰飛灰焼却灰飛灰の固化体 1 一体化強固な固化地盤遮水工底部集排水管開発目標 1 強固化耐震性の向上環境汚染リスク低減 > 5 N/ mm 2 重量構造物上載可非常時の土地利用 2 減容化埋立容量の増加 ( 延命化 ) >2% 3 飛散防止覆土不要埋立容量の増加環境汚染リスク低減 4 浸透抑制有害物質の溶出抑制環境汚染リスク低減 < 処分場排水基準維持管理費の削減跡地利用の早期化 4

2. 研究の内容及び研究体制廃棄物処分場焼却残渣の研究実績が豊富で各種分析装置を保有する九州大学と石炭灰固化研究

焼却灰及び飛灰の物理化学的性状 2. 示方配合セメント混和材の添加等の検討 3. 固化体の圧縮強度透水性 4.

耐候性試験 ( 凍結融解乾湿繰返し屋外曝露 ) 2. 吸湿潮解性試験 ( 性状変化物質移動 ) 3.

6 2. 研究の内容及び研究体制廃棄物処分場焼却残渣の研究実績が豊富で各種分析装置を保有する九州大学と石炭灰固化研究施工実績が豊富な安藤ハザマの共同研究体制テーマ (1) (2) 固化体の材料性状 (H26-H28) 1. 焼却灰及び飛灰の物理化学的性状 2. 示方配合セメント混和材の添加等の検討 3. 固化体の圧縮強度透水性 4. 固化体の有害物質の溶出特性 5. 固化体の孔隙構造テーマ (3) 固化体の耐久性 (H26-H28) 1. 耐候性試験 ( 凍結融解乾湿繰返し屋外曝露 ) 2. 吸湿潮解性試験 ( 性状変化物質移動 ) 3. 腐敗性ガス発生状況透水試験マイクロ X 線 CT 画像屋外曝露試験吸湿潮解性試験テーマ (4) 固化式処分の施工性 (H27-H28) 1. 現場における配合決定手法 2. 現場密度試験による減容効果把握テーマ (5) 固化式処分場の耐震性 (H28) 1. 動的 FEM 解析による地震時挙動解析 2. 振動台実験混錬状況現場密度試験 ( 水置換法 ) 動的 FEM 解析振動台実験 (gal) (cm) (μ) 研究担当者九州大学 : 島岡隆行 ( 代表 ) 中山裕文小宮哲平安藤ハザマ : 弘末文紀笠博義三反畑勇秋田宏行 5

7 3. 主な成果テーマ (1) (2) 固化体の材料及び性状テーマ (3) テーマ (4) テーマ (5) 固化体の耐久性固化式処分場の施工性固化式処分場の耐震性 6

8 一軸圧縮強度 (N/mm (N/mm 2 ) 2 ) 飽和透水係数 (cm/s) 2 テーマ (1) (2) 固化体の材料及び性状 1 一軸圧縮強度焼却灰飛灰及び混和材 ( 添加率 2%) 1.E-7 2 飽和透水係数 15 1 焼却灰及び飛灰 1.E-8 5 飛灰のみセメント添加率 (%) 1.E-9 セメント添加率 1% 15% 1 2 混和材添加率 (%) 一軸圧縮強度と配合の関係飽和透水係数と配合の関係固化体の一軸圧縮強度は 1N/mm 2 程度 ( 軟岩相当 ) でありセメント添加率の調整により所定の強度の廃棄物埋立地盤の形成が可能である固化体は実質不透水 (<1-7 cm/s) である雨水の埋立地盤内への浸透は極めて少なく浸出水処理は主に埋立地盤の表面を流れる表流水となる 7

9 含有量 (mg/kg) 含有量 (mg/kg) (mg/kg) 溶出濃度溶出量 (mg/l) (mg/l) 溶出量 (mg/l) 有害物質溶出特性含有量含有量溶出量含有量溶出濃度溶出量溶出量放流水質基準焼却灰飛灰固化体焼却灰飛灰固化体焼却灰飛灰固化体鉛含有量及び溶出濃度 ( 本研究で用いた全試料の平均値 ) 固化により Pb の溶出濃度は放流水質基準以下に低下した ( 固化体の一部は土壌溶出量基準以下まで低下 ) 8

6 試験前凍結融解後乾湿繰返し後 1.E-7 1.E-8.4.2 1 2 混和材添加率 (%) 試験前後の鉛溶出濃度 1.E-9 1.

10 Pb (mg/l) 飽和透水係数 (cm/s) テーマ (3) 固化体の耐久性 1 耐候性 (a) 凍結融解 (b) 乾湿繰返し凍結融解試験 (JIS A1148) 乾湿繰返し試験 (JCI 規準集 ) 温度 1 サイクル時間乾燥 3 日間 (4 ) 湿潤 1 日間 (2 ) 乾燥 2 日間湿潤 1 日間を2サイクルとし 2サイクル行った試験前凍結融解後乾湿繰返し後 1.E-7 1.E 混和材添加率 (%) 試験前後の鉛溶出濃度 1.E-9 1.E-1 試験前凍結融解後乾湿繰返し後 1 2 混和材添加率 (%) 試験前後の飽和透水係数凍結融解後及び乾湿繰返し後の固化体鉛溶出濃度は放流水質基準以下 (<.1mg/L) を維持透水係数は実質不透水 (<1-7 cm/s) を維持 9

11 1 耐候性 (c) 長期屋外曝露混和材添加率 % 配合焼却灰: 飛灰 =3:1 セメント添加率 1% 供試体寸法 1 1 4cm 1 % 表層剥離クラック 2 % 28 日目 148 日目 559 日目供試体の一部に表層剥離及びクラックが発生したポップアウト部には炭酸カルシウムの析出が見られた 1

12 2 吸湿潮解性焼却灰及び飛灰は吸湿潮解性を示す潮解性塩類 (NaCl KCl) を多く含有固化体から潮解水とともに有害な成分が流出しまた固化体の孔隙径の拡大により環境安全性及び固化体の強度が低下することが懸念される温度 :2 相対湿度 :9% 圧力計圧力計流量計デシケータアクリルデシケータ固化体グレーチング材水ソーダライムコンプレッサー吸湿潮解促進試験装置 φ1cm H 5cm 吸湿潮解が生じた固化体 ( 試験 7 日目 ) 11

13 Pb 濃度 (mg/l) Pb 濃度 (mg/l) 潮解水量 / 固化体初期質量 (%) Pb 濃度 (mg/l) Pb 濃度 (mg/l) 一軸圧縮強度 (N/mm 2 ) 2 吸湿潮解性混和材添加率 A.25 % B 2 1%.2 2% C.5.3 混和材添加率.15 F % 1% F % F 経過日数経過日数経過日数経過日数潮解水量潮解水の Pb 濃度一軸圧縮強度潮解水量は固化体質量の 2~3 割程度であった水質は放流水質基準経過日数 (Pb<.1mg/L) を満足した吸湿潮解に伴う固化体の強度低下は認められなかった.3 混和材添加率.25 % A 1% B.2 2% C 経過日数 12

Pb 濃度 (mg/l) マクロ孔隙率 (%) 細孔容積 (cm 3 /g) 2 吸湿潮解性 : 吸湿潮解に伴う孔隙変化.25.2.15

14 Pb 濃度 (mg/l) マクロ孔隙率 (%) 細孔容積 (cm 3 /g) 2 吸湿潮解性 : 吸湿潮解に伴う孔隙変化日目 52 日目 199 日目細孔直径 (nm) 5 細孔分布の変化 4 1mm マクロ孔隙 * の立体構造 ( マイクロ X 線 CT 法 ) * 孔隙径 53μm(= 画素サイズ ) 以上の孔隙吸湿潮解に伴い孔隙は減少した水みちの発生 ( 透水性向上 ) も見られず吸湿潮解に伴う悪影響は認められなかった混和材添加率系列 1 % 系列 2 1% 系列 2% 経過日数.1 マクロ孔隙 * 率の変化 13

15 電流 (A) 電流 (A) 電流 (A) テーマ (4) 固化式処分場の施工性 1 現場で最適な固化を可能とする最適水粉体比の決定手法水粉体比 * 3% * 粉体 ( 焼却灰飛灰混和材及びセメント ) に対する水の質量比練り試験混錬機の電流を計測水粉体比を ±1% 変化電流変化が安定を示したか? 水粉体比 : 28 % 水粉体比 : 3 % 水粉体比 : 32 % No Yes 最適水紛体比施工性不透水性発散施工性不透水性安定施工性不透水性収束時間時間時間 14

16 埋立容量消費量 (m 3 /t) 従来型埋立焼却残渣の現場密度 : 1.28 t/m 3 2 減容効果固化式混和材添加率 (%) セメント添加率 (%) 固化式処分の埋立容量消費量 * 焼却残渣の埋立容量消費量 *.78m 3 /t (=1/1.28) 覆土 ( 埋立容量の 2%) 24% ( 最大 ) 埋立容量消費量 * :.98 m 3 /t.74 m 3 /t ( 最小 ) 焼却灰飛灰セメント * 埋立容量消費量 : 焼却残渣単位質量の埋立処分に要する埋立容量固化式処分の適用により埋立容量の消費を最大約 24% 削減供用期間を約 1.3 倍に延命化できる 15

17 テーマ (5) 固化式処分場の耐震性 1 動的 FEM 解析 FEM 解析モデル図 ( 幅 161m 高さ 27.5m 1m 1m メッシュ ) 模型実験の選定箇所加振方向動的 FEM 解析結果の例 ( 入力地震動 : 最大 818gal 兵庫県南部地震 JMA 神戸 NS 波形 ) 従来型処分場固化式処分場加速度変位せん断ひずみ (gal) (cm) (μ) 最大 996gal 83gal 6~8gal 83gal 6~8gal 最大 6.3 cm 最大 4.2 cm 最大.3μ 最大.2μ( 保護土 ) 16

ひずみ (μ) ひずみ (μ) ひずみ (μ) ひずみ (μ) 変位 (mm) 変位 (mm) 変位 (mm) 変位 (mm) 加速度 (gal) 加速度 (gal) 2 振動台実験処分場の部分模型

sec 4 長さ 1.5m 奥行.4m 固化体高さ.4m 振動台の変位量埋立層上面の変位量 1. 5.. -5. -1. 1. 5.. -5. -1. 1. 5.. -5. -1. 1 2 3 sec 4 1 2 3 sec 4 1.

1 2 3 sec 4 1 2 3 sec 4 カス抜き管下端のひずみ 3 15-15 -3 3 15-15 -3 1 2 3 sec 4 1 2 3 sec 4 遮水シートのひずみ実験結果 (1) 固化式は

18 ひずみ (μ) ひずみ (μ) ひずみ (μ) ひずみ (μ) 変位 (mm) 変位 (mm) 変位 (mm) 変位 (mm) 加速度 (gal) 加速度 (gal) 2 振動台実験処分場の部分模型 (1/1スケール) 代表的な実験結果 (5 gal,4hz,2 秒加振 ) 従来型 ( 焼却灰 ) 固化式 ( 固化体 ) 埋立層上面の加速度 sec sec 4 長さ 1.5m 奥行.4m 固化体高さ.4m 振動台の変位量埋立層上面の変位量 sec sec sec sec 4 カス抜き管下端のひずみ sec sec 4 遮水シートのひずみ実験結果 (1) 固化式は埋立層上面の加速度および変位量が従来型に比べて小さく地震耐性に優れている (2) 一方固化式は竪型ガス抜き管 ( 特に集水管との接合部 ) に焼却灰より応力がかかるがレベルは小さい (3) 遮水工 ( 遮水シート ) への影響には大差がないが固化式の方が従来型に比べ若干ひずみが小さい sec sec4 17

19 4. 総括 (1) 焼却灰及び飛灰の固化体は 1 軟岩相当の強度を有し 2 実質不透水であること 3 固化により有害物質の溶出を大幅に抑制できることを明らかとした (2) 固化体の特性は 4 固化体が劣化しても保持され 5 吸湿潮解が固化体の強度 6 環境安全性に及ぼす悪影響は認められなかった (3) 様々な焼却残渣に対して 7 最適な固化を可能とする新たな配合決定手法を見出し 8 固化式処分の減容効果 9 固化式処分場の地震時挙動も明らかとした以上のように固化式処分場は環境安全かつ堅牢であるとともに処分場の延命化を図ることもでき実用化が期待される 18

20 ご清聴ありがとうございました 19

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<4D F736F F D208E9197BF31302D F4390B3816A96FB899890F A E8F8DC58F4994C55F8CC589BB8DDE8B5A8F705F202D208 セメント系固化材による油含有土の固化処理に関する基礎検討 ( 社 ) セメント協会セメント系固化材技術専門委員会 1. はじめに工場やガソリンスタンドの跡地をセメント系固化材を用いて固化処理する際油類を含有した土に遭遇する場合があるしかしながらこのような油含有土をセメント系固化材により固化処理した報告 1) 2) は少なく油種や油の含有レベルが改良効果に及ぼす影響は明らかとなっていないまた

報告内容 1. 研究の背景及び目的 2. 研究の内容及び体制 3. 主な成果 テーマ (1) (2) テーマ (3) テーマ (4) テーマ (5) 4. 総括 固化体の材料及び性状固化体の耐久性固化式処分場の施工性固化式処分場の耐震性 1

報告内容 1. 研究の背景及び目的 2. 研究の内容及び体制 3. 主な成果テーマ (1) (2) テーマ (3) テーマ (4) テーマ (5) 4. 総括固化体の材料及び性状固化体の耐久性固化式処分場の施工性固化式処分場の耐震性 1