JP3020636B2 - Ｈｅｐａフィルタの溶融処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はHEPAフィルタの溶融処理
方法に係り、より詳しくは、原子力、医療施設等におい
て発生する使用済のHEPAフィルタの減容安定化処理に好
適なHEPAフィルタ溶融処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】HEPAフィルタは、空気中の微細なダスト
を非常に高い効率で捕集することのできるフィルタであ
る。これは、それ故に、クリーンルームの吸気用フィル
タや、周辺環境への有害物質（放射能を含んだ微粒子ダ
スト等）の放出を極力低減するために原子力発電所、放
射性同位元素を取り扱う原子力施設や医療研究施設など
で換気空調、排ガス処理用の高性能フィルタとして使用
されている。

【０００３】放射性廃棄物の除染装置の場合の例でいえ
ば、その排気処理系にHEPAフィルタを用いることができ
る。放射性金属廃棄物のブラスト処理に伴い生ずる研削
ダストを含む空気に対し、これをHEPAフィルタに導くこ
とにより、当該ダスト除去のためのフィルタリングを行
うことができる。

【０００４】こうしたフィルタリングに使用されるHEPA
フィルタの装置の構造は、外枠部、濾布部（メディア
部）、セパレータ部を主たる構成部として概要を図示す
れば、図３に示すように、外枠１、濾布２、セパレータ
３からなるものであり、例えば、外枠は木材またはステ
ンレスで、濾布（メディア）はガラス繊維で、またセパ
レータの材質には厚さ35μm 程度のアルミニウム薄板を
使用したものが多く用いられている。

【０００５】ここで、HEPAフィルタの使用後の廃棄の際
の取り扱い、即ち使用済のHEPAフィルタの処理について
着目すると、この場合は廃棄処理がなされることになる
が、原子力発電所等では、有害物質を含むダストを捕集
した使用済HEPAフィルタをそのままの形、あるいは外枠
より濾布、セパレータを取外して廃棄物貯蔵庫内に保管
してきている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかして、近年、廃棄
物貯蔵量の増加と共に貯蔵スペースの余裕が減少してき
ている。このような中で、それに伴い、これら廃棄物の
廃棄処理体としての減容化が求められるようになってき
ている。そこで、上述のような使用済HEPAフィルタの減
容処理として、高温の溶融処理が考えられる。

【０００７】しかしながら、支持担体としてのアルミニ
ウム薄板を用いたアルミニウムセパレータ（アルミセパ
レータ）によるHEPAフィルタの場合を考えると、そのま
ま高温の溶融炉に投入したとすると、アルミセパレータ
が直ちに酸化して高融点のアルミナAl₂O₃ （融点2200
℃）となり、溶融せずそのまま残ってしまう問題が生ず
る。その解決策として、溶融炉内を窒素やアルゴンなど
の不活性ガスで置換する方法を併用することも考えられ
るが、そうした場合には、使用溶融炉としては、これを
完全に気密構造の炉とするなど、装置上の制約が多いも
のとなってしまう。

【０００８】他方、減容化のため溶融処理を採用すると
きは、廃棄処理体として形状、形態のより小さなもの
（即ち、減容比が大であって減容性が高いもの）とする
ことがスペース等の点から要求されると同時に、廃棄処
理物自体として廃棄した後においても、その物理的、化
学的な高い安定性を示すものとして処理されることも重
要である。かかる安定性確保の面からみた場合は、次の
ようである。

【０００９】即ち、上記溶融処理においてはまた、そう
してできた溶融固化体は、固化体中に、アルミセパレー
タが溶融してできたアルミニウムAlが点在する傾向をも
示し易い。固化体中に金属Alを含むとき、その固化体を
コンクリートで固化した場合や固化体を地中に埋設しコ
ンクリートで固める場合に、コンクリート中のアルカリ
水とアルミニウムAlが反応し水素ガスH₂を発生するおそ
れがある。従って、こうした点で、必要な安定性が得ら
れなければ、上述の如き処分に不向きなものとなる等、
処理後のその廃棄処理物自体の処分面での制約も受ける
ものとなる。

【００１０】使用済のHEPAフィルタは、こうして、本格
的な減容安定化処理はされずに、貯蔵庫での保管がなさ
れているのが現状である。

【００１１】本発明の目的は、上述したような要望に応
え得て、使用済HEPAフィルタの廃棄にあたり、減容効果
を確保しつつ、かつ処理物の安定化を図ることのでき
る、HEPAフィルタの溶融処理方法を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のHEPAフィルタの
溶融処理方法は、アルミニウム薄板によるセパレータ、
ガラス繊維濾布からなるHEPAフィルタを切断前処理の
後、HEPAフィルタを溶融する際に、前記アルミニウム薄
板によるセパレータが酸化してできるアルミナを、アル
ミナを１組成としてもつガラス組成中に溶け込ますよう
にするための成分を有するガラス化添加材とともに溶融
し、HEPAフィルタ中のアルミニウム薄板をガラス化して
固化することを特徴とするものである。

【００１３】上記方法によれば、使用済HEPAフィルタの
処理において、溶融処理により安定なガラス性状の固化
物とする処理技術が提供される。HEPAフィルタの切断前
処理の後、HEPAフィルタを溶融する際に、前記アルミニ
ウム薄板によるセパレータが酸化してできるアルミナ
を、アルミナを１組成としてもつガラス組成中に溶け込
ますようにするための成分を有するガラス化添加材とと
もに溶融することにより、アルミセパレータをガラス化
し固化した安定な固化体を得ることができ、使用済HEPA
フィルタの減容化、安定化処理にあたり、大幅な減容効
果を確保しつつ、処理物として得られる上記固化体の物
理的、化学的な安定化を容易に可能ならしめる。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明方法に従う使用済HEPAフィル
タの溶融処理方法の一例における工程、作業を図解して
示す図である。本方法では、使用済HEPAフィルタの溶融
処理において、アルミニウムセパレータを安定なガラス
組成の固体化として減容安定化処理するべく、HEPAフィ
ルタのアルミニウムセパレータを所定のガラス化添加材
とともに溶融し、アルミニウムセパレータをガラス化す
る。本方法には、前処理を含むことができ、以下、図に
示す流れに基づき構成を詳細に説明する。

【００１５】本処理方法の最終目的物たる固化体（溶融
固化体）の生成にあたり、廃棄されるべきHEPAフィルタ
が用意される。また、後述の溶融炉での溶融時の使用添
加剤も用意される。

【００１６】対象となるHEPAフィルタは、使用済のアル
ミニウムの薄板（アルミセパレータ）、ガラス繊維濾布
（メディア）からなるもので、溶融処理に先立ち、前処
理が実施される。前処理は、ここでは、外枠取りはず
し、濾布、セパレータ細断が含まれる。細断は、例えば
シュレッダー、破砕機等により行う。細断は、裁断、切
断、破断などを含むものであり、後記でも触れるよう
に、これはアルミセパレータを酸化し易くするのにも役
立つ。

【００１７】前処理の後は、適宜の溶融炉中で加熱溶融
処理が実施されるが、この場合、単独溶融ではなく、ガ
ラス化添加材とともに溶融を行う。これは、以下のよう
な点に立脚したものであり、かつまたその場合の組成、
使用量等についても、下記する如くに選定することがで
きる。

【００１８】外枠から取りはずされた、HEPAフィルタの
濾布（メディア）とセパレータを裁断して高温の溶融炉
内に投入すると、メディアは直ちに溶融してガラスとな
り、一方、アルミセパレータは一部が溶融して金属アル
ミとなるが、大部分は直ちに酸化してアルミナとなる。
アルミナは、先に触れた通り高融点（2200℃）のため、
通常の溶融炉操作温度（例えば、1000〜1500℃）では溶
融せずそのまま残ってしまう。

【００１９】このため、本処理方法では、HEPAフィルタ
を溶融する際に所要の組成のガラス化添加材を添加し、
アルミセパレータが酸化してできたアルミナを、アルミ
ナを１組成としてもつガラス組成中に溶け込ますことを
図ることとする。使用添加材については、より詳しく
は、溶融処理でアルミセパレータをアルミナとしてガラ
ス中にとり込むための、換言すれば、アルミセパレータ
が酸化しアルミナとなった後、これをガラス組成中にと
り込むことのできる成分のものを使用する。

【００２０】アルミナを１組成としてもつガラスには、
Al₂O₃-SiO₂-CaO系ガラス（アルミノケイ酸ガラス）やAl
₂O₃-CaO-CaF₂系ガラス、Al₂O₃-B₂O₃-P₂O₅ 系ガラスな
ど、数多くの種類がある。HEPAフィルタ溶融時のガラス
化添加材としては、これらのガラス原料のうち適当なも
のを選択することができる。

【００２１】下記は、本処理に適用できるHEPAフィルタ
溶融時の使用添加材の例示である。HEPAフィルタ溶融時の使用添加剤例 (1) ガラス化剤 （イ）CaO-SiO₂混合物（Al₂O₃-SiO₂-CaO系へ) （ロ）SiO₂-MgO混合物（Al₂O₃-SiO₂-MgO系へ) （ハ）SiO₂-SrO混合物（Al₂O₃-SiO₂-SrO系へ) （ニ）SiO₂-La₂O₃混合物（Al₂O₃-SiO₂-La₂O₃系へ) （ホ）CaO-CaF₂混合物（Al₂O₃-CaO-CaF₂系へ) （ヘ）P₂O₅-B₂O₃ 混合物（Al₂O₃-P₂O₅-B₂O₃ 系へ) (2) 助剤（酸化剤、溶解促進剤） 酸化剤：BaO₂, NaNO₃, KNO₃, Ba(NO₃)₂ （HEPAフィルタアルミセパレータの酸化、Al→Al₂O₃ の
促進） 溶融助剤：B₂O₃, Na₂B₄O₇, Na₂SO₄, BaSO₄, CaF₂, Na₂S
iF₆,レピドライト等 （ガラスの融点降下、粘性降下剤）

【００２２】ガラス化剤としては、上記（イ）〜（へ）
に例示した如くのガラス原料、即ちガラスを形成する２
成分以上の系で、アルミナAl₂O₃ を含有可能なガラス原
料のうち、AL₂O₃ を除く成分のものとすることができ
る。（なお、助剤については後述する）。こうして、ア
ルミナ分を除いた調合のもの、あるいはアルミナ分を減
じた調合の添加材も使用することができる。

【００２３】なお、単独溶融ではない、添加剤存在下で
のかかる溶融処理は、 の如くに、HEPAフィルタアルミセパレータの酸化による
Al₂O₃ をガラスとしてとり込むためのもの、即ち使用済
HEPAフィルタを溶融処理して安定なガラス性状の無機物
とする処理であることから、上記Al₂O₃ 含有可能量につ
いては、所定% 以上（例えば10% 以上）含有可能なもの
とすることができる。

【００２４】Al₂O₃-SiO₂-CaO系ガラス（アルミノケイ酸
ガラス）へのガラス化を図る場合を一例として、更に具
体的に言及すると、この場合は、SiO₂とCaO を適宜の配
合で調合した添加材を用いることができる。図２に、Al
₂O₃-SiO₂-CaO系ガラスの組成図を示す。この場合、Al₂O
₃-SiO₂-CaO系のガラス化範囲は図示のような領域とな
る。SiO₂とCaO を１：１で配合した添加材を使用した場
合、組成図のガラス化範囲より、最大、アルミナを約45
％程度、ガラス組成中に溶かし込むことが可能となる。
これらの関係より、溶融処理するHEPAフィルタの重量と
添加剤の使用量を求めて溶融すれば、アルミセパレータ
をガラス化することが可能である。

【００２５】従って、添加剤準備の段階では、上述のよ
うな観点から、処理すべきHEPAフィルタの重量に応じ、
予め必要な量の添加剤を用意しておく。

【００２６】溶融処理では、以上のようにして、所定の
ガラス添加材を用い、前処理後のHEPAフィルタ（ガラス
繊維濾布、アルミセパレータ細断体）をガラス添加剤と
ともに電気炉、ガス炉等溶融炉内で溶融することによ
り、アルミセパレータをガラス化して固化する。得られ
る固化体は、アルミセパレータがアルミナとしてガラス
中にとり込まれた安定な溶融固体化であって、単独溶融
によるものに比べ、減容性を確保しつ、固化体に金属Al
を含むことの少ない安定したものを製作することができ
る。

【００２７】HEPAフィルタの単独溶融時には、アルミセ
パレータがアルミナとなり、高融点化しそのまま残っ
て、一体の固化体となりにくく、空隙の発生（減容比
小）があるなどし、また、一部が金属Alとして溶融し固
化体中に粒状に分散し、それ故アルカリ溶液との接触時
にH₂を出して分解し易い（安定性小、埋設処分に不向
き）ものとなるのに対し、本方法によれば、使用済HEPA
フィルタの処理において、大幅な減容効果も確保しつ
つ、上記処理技術では得ることができない処理物の物理
的、科学的な安定化をも可能とすることができる。

【００２８】また、本処理方法によれば、以下のような
ことも、容易にこれを行うことができる。即ち、本方法
は、使用溶融炉として既述の如き気密構造のものとする
などの制約を伴うことなく実施できるものであると共
に、溶融炉操作温度についても通常の範囲の温度で実施
可能なものであるが、溶融温度を下げ操作性を良くする
ことを望むときは、そのためには、例えば、アルミナを
１組成としてもつガラスのうち特に低融点のガラス組成
系（例えば、前記で例示したAl₂O₃-P₂O₅-B₂O₃ 系など)
とすることを図り、B₂O₃とP₂O₅の混合物をガラス化添加
材として使用すればよい。

【００２９】更には、このような添加材の選定の他、一
般ガラス工業で用いられている操作性を向上させるため
の手法、例えばフッ化物の添加などの手法を適用するこ
とも可能である。先に示した溶融助剤は、ガラスの融点
降下、粘性降下剤として、こうした目的の下、必要に応
じて用いることができる。従って、使用添加材には、こ
れらのものを所要量、単独または組み合わせて含ませる
ことができる。

【００３０】例えば、前掲例のSiO₂とCaO の１：１（モ
ル比）の配合のガラス化剤の場合において、粘性を低減
するためにNa₂B₄O₇ を所要量用いるときの例でいえば、
その配合は例えば１〜５% 程度のものとすることができ
る。

【００３１】更に、溶融温度についは、次のような点か
らの選択も可能である。即ち、前記図２の状態図におい
て、SiO₂：CaO = １：１の配合比の場合、融点はガラス
化範囲でAl₂O₃ の成分が増加するに伴い一旦低下し、上
昇する傾向を示すことから、こうした点に着目して、溶
融温度の面を重視するときは、融点の低さを求めるよう
にしてもよい。SiO₂-CaO系の場合、そのガラス化添加剤
とともに高温で溶融を行うとき、温度の下限は約1200℃
とすることも可能である。

【００３２】また、本処理方法では、安定化を図るため
固化体中に金属アルミニウムを含まないようにするが、
この場合に、更に、アルミナセパレータを完全に酸化し
て固化体中に金属アルミニウムを残さないようにするた
めには、次のような方法をとることもできる。即ち、そ
の一つは、前処理において、できるだけ裁断し、溶融炉
投入時の高温空気との接触を良くする方法であり、他の
一つは、先に示したような酸化剤、即ち過酸化物（過酸
化バリウムBaO₂など) や硝酸塩（硝酸ナトリウムNaN
O₃ 、硝酸バリウムBa(NO₃)₂など）等を酸化促進剤とし
て添加する方法である。

【００３３】HEPAフィルタのセパレータ、メディア部の
事前の処理として、これは比較的簡易な前処理であると
共に、これを利用して、上記の前者の方法では、フィル
タの空気との接触面積を増大させ得て、酸化し易くする
のにも役立つのである。後者の方法による場合には、そ
れら酸化剤を溶融処理の際の使用添加剤として含ませる
ことができる。また、これら方法は、必要に応じ単独で
または組み合わせて実施することができる。

【００３４】また、本発明方法において、溶融について
は、ガラス化剤の添加は溶融中にHEPAフィルタとともに
投入する方法でもよいし、その他、先に添加剤のみを加
熱、溶融しておきその中にHEPAフィルタを投入、溶融す
る方法で実施することもできる。更に、溶融炉について
は、投入物がガラス化し得る温度を確保すれば良く、ガ
ス式のガラス炉の他、エレクトロスラグ溶融炉、高周波
誘導炉などの電気炉等、添加剤の選定とともに決定され
る操作温度に応じて選択することができるものである。

【００３５】（実施例）以下に、上述の方法によるHEPA
フィルタの溶融試験結果を示す。フィルタ溶融量、使用
添加剤、添加剤使用量、溶融操作温度を次のようにし
て、小型高周波誘導炉を用いて行った。 使用添加剤：SiO₂-CaO混合品 溶融操作温度：1500℃ フィルタ溶融量：約１Kg 添加剤使用量：700g また、溶融方法について、前述した方法の後者の形態、
即ち先に添加剤を加熱、溶融しておく方法をとった。

【００３６】結果は、次のようであった。即ち、添加剤
を予めルツボ内に投入し1500℃まで昇温した溶融物中に
HEPAフィルタ裁断品を徐々に投入したところ、アルミセ
パレータは投入直後に酸化されたのち溶融物中に溶け込
んでいくのが観察された。溶融後の固化体中には金属ア
ルミは殆どみられずガラス化した固化体が得られた。

【００３７】上記に対し、添加剤を用いない場合の比較
例によるものでは、次の通りであった。溶融固化体には
空隙が多く発生し、金属アルミの塊や未溶解のアルミナ
がみられ、アルカリ（水酸化ナトリウム溶液）につけた
ところ、激しい水素ガスの発生が観察された。これに対
し、前者の実施例によるものの場合、同様にアルカリ中
につけても、ガス発生はみられず、安定性を示した。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、HEPAフィルタを切断前
処理した後に、HEPAフィルタを溶融する際に、前記アル
ミニウム薄板によるセパレータが酸化してできるアルミ
ナを、アルミナを１組成としてもつガラス組成中に溶け
込ますようにするための成分を有するガラス化添加材と
ともに溶融してHEPAフィルタのアルミセパレータをガラ
ス化して固化することができ、使用済HEPAフィルタの減
容化、安定化処理を容易に実現することができる。従っ
て、既述したような要請にも十分応えることができ、減
容効果を確保しつつ、処理物の安定化を可能ならしめ、
その効果は大きいものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の一例に係るHEPAフィルタ溶融処理
フローを示す図である。

【図２】Al₂O₃-SiO₂-CaO系ガラスの組成図である。

【図３】HEPAフィルタの概略構造例を示す図である。

【符号の説明】

1 外枠 2 濾布 3 セパレータ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム薄板によるセパレータ、ガ
   ラス繊維濾布からなるHEPAフィルタを切断前処理の後、
   HEPAフィルタを溶融する際に、前記アルミニウム薄板に
   よるセパレータが酸化してできるアルミナを、アルミナ
   を１組成としてもつガラス組成中に溶け込ますようにす
   るための成分を有するガラス化添加材とともに溶融し、
   HEPAフィルタ中のアルミニウム薄板をガラス化して固化
   することを特徴とするHEPAフィルタの溶融処理方法。