JP5122541B2 - 廃石綿材処理剤およびこれを用いた廃石綿材の処理方法、ならびに廃石綿材の飛散防止方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、近年、石綿は粉じん吸引により健康障害の原因となるおそれがあることが判明したため、石綿材の除去および廃棄が大規模に行なわれている(例えば特許文献1を参照)。
石綿材は、吹きつけなどにより施工されており、石綿材の除去は建築物等から剥がし取ることなどにより行われる。
除去された石綿材は、梱包して産業廃棄物処分場で埋め立て処分される。石綿材は、その有害性に対する配慮から、一般の産業廃棄物処分場ではなく特別管理型の産業廃棄物処分場で処分される。
石綿材の処理方法としては、埋め立て処分のほかに、溶融処分およびセメント固化処分があるが、これらはコスト等の問題からほとんど用いられていない。
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、廃石綿材の処理において、特に、除去した廃石綿材を処分場へ運搬する際、処分場における取り扱いの際、さらには埋め立て処分後における安全性を高めることができる処理剤および処理方法、ならびに廃石綿材の飛散防止方法を提供することを目的とする。
本発明の廃石綿材処理剤は、(a)アルカリ金属ケイ酸塩の配合量が5〜45質量%であり、(b)第4級アンモニウムケイ酸塩の配合量が3〜25質量%であることが望ましい。
(a)アルカリ金属ケイ酸塩は、M2SiO3(M:アルカリ金属)で表されるものが好ましい。
(b)第4級アンモニウムケイ酸塩は、(R3N)2O・nSiO2(Rは炭素数1以上のアルキル基であり、nは1以上の整数である)で表されるものが好ましい。
本発明の廃石綿材の処理方法は、前記廃石綿材処理剤を、施工対象物から除去した前記廃石綿材に散布し、この廃石綿材を廃棄用袋に梱包し、前記廃石綿材の飛散を防止する処理方法である。
本発明の廃石綿材の処理方法では、前記廃石綿材処理剤を散布した廃石綿材を梱包するに際して、前記廃棄用袋に入れた前記廃石綿材を圧縮処理することによって前記廃石綿材の飛散を防止することができる。
本発明の廃石綿材の飛散防止方法は、前記廃石綿材処理剤を前記廃石綿材に散布することによって、前記廃石綿材の飛散を防止する方法である。
石綿材はアルカリ金属ケイ酸塩との反応によって無害で安定な化学構造に変化すると考えられ、この化合物はpH等の環境変化による再有害化が起こりにくいことから、仮に梱包用の廃棄用袋が破損して、廃石綿材が漏出したとしても安全性を確保できる。
また、(b)第4級アンモニウムケイ酸塩は浸透性を高める作用を有するので、処理剤を石綿材の内部に深く浸透させ、アルカリ金属ケイ酸塩を石綿材の全体に作用させ、上記無害化反応を促進することができる。
さらに、(b)第4級アンモニウムケイ酸塩は、石綿材が施工された建材等に含まれる水酸化カルシウムとの反応によって、ガラス状物質であるケイ酸カルシウムを生成するため、石綿材を固定化することにより、石綿材が外部に放出されるのを確実に防ぐことができる。
また、溶剤として(c)水が用いられているため、有機溶剤等に比べ、溶剤自体の安全性の点でも優れている。また、(a)アルカリ金属ケイ酸塩および(b)第4級アンモニウムケイ酸塩も有害性が低いため安全性の点で問題がない。
従って、除去作業現場だけでなく、処分場への運搬、処分場における取り扱い時、埋め立て処分後においても有害な石綿の外部漏洩を未然に防ぎ、安全性を高めることができる。
さらに、石綿材の圧縮を行うことによって、石綿材の減容化を図ることができるため、運搬や処分費用を大幅に削減できる。さらには、処理剤の使用量を抑えることができ、コスト面でさらに有利になる。
特に、厳しい漏出防止管理が必要となる特別管理型の産業廃棄物処分場では、処分スペースの不足が問題となっているため、減容化が可能な本発明の技術的意義は大きい。
アルカリ金属としては、K、Na、Liのうち1または2以上が好ましい。
アルカリ金属ケイ酸塩の配合量は、5〜45質量%が好ましい。
この配合量は、低すぎれば石綿材を無害化する効果が不足し、多すぎれば他の成分の比率が低くなるが、上記範囲とすることによって、高い無害化効果が得られ、しかも他の成分の作用効果を減じることもない。
第4級アンモニウムケイ酸塩としては、これらの化合物のうち1または2以上を使用できる。
第4級アンモニウムケイ酸塩中のSiO2含有率は15〜40質量%が好ましく、20〜30質量%がさらに好ましい。
この配合量は、低すぎればアルカリ金属ケイ酸塩の浸透を促進する効果が薄れ、高すぎれば他の成分の比率が低くなるが、上記範囲とすることによって、アルカリ金属ケイ酸塩を石綿材中に十分に浸透させて無害化を促進でき、しかも他の成分の作用効果を減じることもない。
(c)水は、(a)アルカリ金属ケイ酸塩および(b)第4級アンモニウムケイ酸塩の溶剤として機能し、これらを石綿材の深部まで浸透させる。
界面活性剤としては、ノニオン系、陰イオン系、陽イオン系、シリコン系等のものが使用できる。界面活性剤は、アルカリ金属ケイ酸塩および第4級アンモニウムケイ酸塩の分散性を高めるとともに、石綿材に対する処理剤の浸透力を高める機能を有する。
界面活性剤の配合量は0.1〜1質量%が好ましく、この範囲とすることで処理剤を石綿材の広い範囲に行き渡らせることができる。
図1は、この処理方法の手順を示す図である。
(1)予備作業
本発明において、石綿材の施工対象物は、例えばコンクリート建築、木造建築などの建築物等であり、具体的には、例えばボイラー室、機械室、空調機械室、駐車場などにおける、躯体(鉄骨等)天井材、壁材などである。
石綿材は、例えば建築物の建材(鉄骨など)の表面に、吹き付け施工などにより被覆層として形成される。また、石綿材を含有する建材(スレート板など)が建築物に使用されることもある。
石綿材は、コンクリート、モルタルなどのセメント系材料とともに使用されることが多い。セメント系材料には、通常、酸化カルシウム(CaO)および二酸化ケイ素(SiO2)が含まれる。CaOの一部は水との反応によりCa(OH)2となる。セメント系材料は、これらに加え、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化第二鉄(Fe2O3)も含むことが多い。
除去作業現場を清掃した後、石綿材の付着を防ぐため、石綿材が施工されていない部分の床面、壁面等をシートなどで覆うことにより養生する。
除去作業現場を閉鎖空間とするセキュリティーゾーンを設置し、このセキュリティーゾーンを負圧化する負圧除じん機を設置する。
施工対象物に施工された石綿材を、適切な工具を用いて削り取ることなどにより除去する。以下、除去された石綿材を廃石綿材ということがある。
この際、石綿材に金属ケイ酸塩などからなる飛散防止剤を散布することによって石綿材の飛散を抑えることができる。また、空気中に飛散した石綿材の粉じんは負圧除じん機によって浄化され外部に廃棄される。
作業者は防護服を着用して石綿材の被曝を防ぐことが好ましい。
廃石綿材に、上述の処理剤を散布する。散布方法としては、吹き付けを採用してもよいし、刷毛などの塗布具を用いて塗布する方法を採用してもよい。
処理剤の散布量は、石綿材100質量部に対し、30〜70質量部が好適である。散布量をこの範囲とすることによって、高い無害化効果が得られる。なお、処理剤の散布量は、石綿材の種類や成分などに応じて上記範囲外にも設定できる。
(a)アルカリ金属ケイ酸塩と石綿材との反応については、詳細は明らかではないが、次の推測が可能である。
例えば式(1)に示す構造を有する石綿材が、強塩基条件下(例えばpH10以上)で、(a)アルカリ金属ケイ酸塩(ケイ酸カリウム:K2SiO3)と反応することにより、式(2)に示す構造となるとともに、式(3)〜(5)に示す分解生成物が生じる反応が考えられる。
強塩基条件とするためには、強塩基化合物、例えばKOH、Ca(OH)2、NaOH等の存在下で反応を行わせればよい。この例ではKOHが用いられている。
また、式(6)に示すように、石綿材中の一対のシラノール基(Si−OH)とキレート結合しているマグネシウムは、一方のシラノール基から離れてケイ酸カリウムと結合し、マグネシウムが離れたシラノール基にはカリウムがイオン結合する。
ケイ酸カリウムが前記シラノール基に結合した構造は化学的に安定であると考えられ、pHが低くなっても式(6)の逆反応は起こりにくい。
上述のように、式(6)の反応については逆反応が起こりにくいと考えられるため、石綿材は再有害化しにくい。
本発明の処理剤の使用により、石綿材をpH変化による再有害化が起こりにくい形態とすることができることは、本願発明者によって初めて見出された知見であり、その技術的意義は極めて高い。
石綿材がセメント系材料(コンクリート、モルタル等)とともに使用されている場合には、石綿材は、このセメント系材料に含まれる水酸化カルシウムと反応し、ガラス状物質であるケイ酸カルシウムを生成するため、石綿材を固定化することができる。
式(8)は、ケイ酸カルシウムの生成反応の一例である。
例1では、コンクリートからなる試験体に、第4級アンモニウムケイ酸塩の17.4質量%水溶液を、刷毛を用いて塗布し(平均塗着量0.14g/cm2)その強度および硬度を測定した。比較のため、第4級アンモニウムケイ酸塩水溶液の塗布を行わない例2の結果を併せて示す。
圧縮強度はJIS A1108に準じて測定した。シュミットハンマー強度はJSCE−G504に準じて測定した。マイクロビッカース硬度は、マイクロビッカース硬度計(スクラッチ試験機)を用いて測定した。
処理剤を散布した石綿材は、廃棄用袋に入れ、圧縮装置を用いて圧縮処理することができる。
図2は、圧縮装置の一例を示すものである。この装置を用いて石綿材1を圧縮するには、廃棄用袋2に入れた石綿材1を圧縮容器3内で押圧体4により圧縮する。
これによって、石綿材1の減容化を図ることができる。石綿材1の容積は、圧縮前に対して例えば1/3〜1/4程度とすることができる。
このため、運搬や処分費用を大幅に削減できる。さらには、処理剤の使用量を抑えることができ、コスト面でさらに有利になる。
特に、厳しい漏出防止管理が必要となる特別管理型の産業廃棄物処分場では、処分スペースの不足が問題となっているため、減容化が可能な本方法の技術的意義は大きい。
上記石綿材除去作業において使用した防護服および養生シート等を廃棄用袋2に入れ、圧縮処理することもできる。
石綿材1の外部漏洩を確実に防ぐため、廃棄用袋2は複数使用される。具体的には二重袋に梱包される。廃棄用袋2の使用により石綿材の飛散防止が可能である。なお、廃棄用袋2は3枚以上使用してもよい。
廃棄用袋2の開口を封止した後、この袋詰め石綿材(梱包石綿材)を作業現場から搬出し、特別管理型の産業廃棄物処分場に運搬する。袋詰め石綿材は前記産業廃棄物処分場において埋め立てなどの処分がなされる。
石綿材はアルカリ金属ケイ酸塩との反応によって無害で安定な化学構造に変化すると考えられ、この化合物はpH等の環境変化よる再有害化が起こりにくいことから、仮に梱包用の廃棄用袋が破損して、廃石綿材が漏出したとしても安全性を確保できる。
また、(b)第4級アンモニウムケイ酸塩は浸透性を高める作用を有するので、処理剤を石綿材の内部に深く浸透させ、アルカリ金属ケイ酸塩を石綿材の全体に作用させ、上記無害化反応を促進することができる。
さらに、(b)第4級アンモニウムケイ酸塩は、石綿材が施工される建材等に含まれる水酸化カルシウムとの反応によって、ガラス状物質であるケイ酸カルシウムを生成するため、セメント粒子間が固結されること等により石綿材が固定化されることによって、石綿材が外部に放出されるのを確実に防ぐことができる。
また、溶剤として(c)水が用いられているため、有機溶剤等に比べ、溶剤自体の安全性の点でも優れている。また、(a)アルカリ金属ケイ酸塩および(b)第4級アンモニウムケイ酸塩も有害性が低いため安全性の点で問題がない。
従って、除去作業現場だけでなく、処分場への運搬、処分場における取り扱い時、埋め立て処分後においても有害な石綿の外部漏洩を未然に防ぎ、安全性を高めることができる。
さらに、石綿材の圧縮を行うことによって、石綿材の減容化を図ることができるため、運搬や処分費用を大幅に削減できる。さらには、処理剤の使用量を抑えることができ、コスト面でさらに有利になる。
特に、厳しい漏出防止管理が必要となる特別管理型の産業廃棄物処分場では、処分スペースの不足が問題となっているため、減容化が可能な本方法の技術的意義は大きい。
石綿の定量は次のように行った。石綿材(標準試料)と内標準物質(タルク:Mg3Si4O10(OH)2)とを既知量混合したものについて、石綿材(標準試料)と内標準物質との回折線強度比をX線回折装置で測定して検量線を作成した。石綿材(標準試料)は、社団法人日本作業環境測定協会により提供されたクリソタイル95%の標準試料である。
測定対象試料に既知量の内標準物質を添加し、X線回折装置で測定対象試料と内標準物質との回折線強度比を求めた。この回折線強度比から前記検量線を用いて石綿材質量比を求め、その値から石綿材含有量を算出した。
石綿材(標準試料)について、上記X線回折方法により成分分析を行った。
比較のため、石綿材にギ酸処理を行うこと以外は同様の試験も行った。
ギ酸処理は、石綿材に、20質量%ギ酸水溶液を加え、乾燥させる処理である。結果を表2に示す。
図3はX線回折の結果を示すグラフである。横軸はX線の入射角であり、縦軸はX線強度である。図3(a)はギ酸処理なしの場合の結果であり、図3(b)はギ酸処理ありの場合の結果である。P1、P2は石綿材(標準試料)を示すピークであり、P3、P4は内標準物質(タルク)を示すピークである。
石綿材(標準試料)0.6gに、20質量%水酸化カルシウム(Ca(OH)2)水溶液9.0gを加えて混合した。
40℃で1週間乾燥させた後、この石綿材についてX線回折法により成分分析を行い、石綿含有率を算定した。
石綿含有率は、試験例1(ブランク試験)における石綿量に対する、本試験例で得られた石綿量の比率(質量%)である。
比較のため、乾燥済みの石綿材に、成分分析に先だって、ギ酸処理を行うこと以外は同様の試験を行った。結果を表2に示す。
図4(a)はギ酸処理なしの場合のX線回折の結果を示すグラフであり、図4(b)はギ酸処理ありの場合のX線回折の結果を示すグラフである。
石綿材(標準試料)0.6gに、セメント水7.5gを加えて混合した。
セメント水とは、ポルトランドセメントを水に懸濁させたものである(セメント:水=1:3(質量基準))。
40℃で1週間乾燥させた後、この石綿材についてX線回折法により成分分析を行い、石綿含有率を算定した。
比較のため、乾燥済みの石綿材に、成分分析に先だって、ギ酸処理を行うこと以外は同様の試験を行った。結果を表2に示す。
図5(a)はギ酸処理なしの場合のX線回折の結果を示すグラフであり、図5(b)はギ酸処理ありの場合のX線回折の結果を示すグラフである。
石綿材(標準試料)0.6gに、処理剤3mlを加えて混合し、40℃で24時間乾燥させた。
処理剤の配合は、(a)アルカリ金属ケイ酸塩(ケイ酸カリウム:K2SiO3)9.3質量%、(b)第4級アンモニウムケイ酸塩(ジメチルエタノールアンモニウムシリケート)10.6質量%、(d)界面活性剤0.5質量%、および(c)水79.6質量%とした。
界面活性剤としては、ノニオン系界面活性剤を使用した。
この石綿材に再び処理剤3mlを加えて混合し、40℃で24時間乾燥させた後、三たび処理剤3mlを加えて混合し、40℃で24時間乾燥させた。
この石綿材についてX線回折法により成分分析を行い、石綿含有率を算定した。
比較のため、乾燥済みの石綿材に、成分分析に先だって、ギ酸処理を行うこと以外は同様の試験を行った。結果を表2に示す。
図6(a)はギ酸処理なしの場合のX線回折の結果を示すグラフであり、図6(b)はギ酸処理ありの場合のX線回折の結果を示すグラフである。
石綿材(標準試料)0.6gに、試験例4と同様の処理剤3mlを加えて混合し、40℃で24時間乾燥させた。
この石綿材に20質量%水酸化カルシウム(Ca(OH)2)水溶液9.0gを加えて混合し、40℃で1週間乾燥させた後、再び処理剤3mlを加えて混合し、40℃で24時間乾燥させた後、三たび処理剤3mlを加えて混合し、40℃で24時間乾燥させた。
この石綿材についてX線回折法により成分分析を行い、石綿含有率を算定した。
比較のため、乾燥済みの石綿材に、成分分析に先だって、ギ酸処理を行うこと以外は同様の試験を行った。結果を表2に示す。
図7(a)はギ酸処理なしの場合のX線回折の結果を示すグラフであり、図7(b)はギ酸処理ありの場合のX線回折の結果を示すグラフである。
石綿材(標準試料)0.6gに、試験例4と同様の処理剤3mlを加えて混合し、40℃で24時間乾燥させた。
この石綿材に試験例3と同様のセメント水7.5gを加えて混合し、40℃で1週間乾燥させた後、再び処理剤3mlを加えて混合し、40℃で24時間乾燥させた後、三たび処理剤3mlを加えて混合し、40℃で24時間乾燥させた。
この石綿材についてX線回折法により成分分析を行い、石綿含有率を算定した。
比較のため、乾燥済みの石綿材に、成分分析に先だって、ギ酸処理を行うこと以外は同様の試験を行った。結果を表2に示す。
図8(a)はギ酸処理なしの場合のX線回折の結果を示すグラフであり、図8(b)はギ酸処理ありの場合のX線回折の結果を示すグラフである。
これに対し、試験例4〜6に示すように、処理剤を用いた場合には、石綿含有率は低くなり、この含有率はギ酸処理によって大きく上昇することはなかった。
このことから、本発明の処理剤を用いることによって、石綿の一部が無害化され、pH環境の変化によっても再有害化が起こりにくかったことがわかる。
このことは、本発明の処理剤との反応により、石綿の化学構造が無害な構造に不可逆的に変化したことによると考えることができる。
また、水酸化カルシウムまたはセメント水の存在下では、石綿含有率は、より低くなった。
図11は、試験例3で処理された石綿材のSEM−EDX法による成分分析結果である。図11(a)はギ酸処理なしの場合の結果であり、図11(b)はギ酸処理ありの場合の結果である。
これらより、石綿材を水酸化カルシウムまたはセメント水で処理した場合には、マグネシウム含有量は減少するが、ギ酸処理(pH低下)によって100%またはそれに近い値まで戻ってしまうことがわかる。
これらより、処理剤の使用によって、ギ酸処理(pH低下)を行ってもマグネシウム含有量は増加せず、脱離したマグネシウムの再結合が起こりにくくなったことが確認された。
表3に示す材料からなる試験体表面に、第4級アンモニウムケイ酸塩(固形分換算2.5質量%)の水溶液を塗布し、乾燥させた。この表面における水の接触角を測定した。
このことから、第4級アンモニウムケイ酸塩には、浸透性(濡れ性)を高める効果があることがわかる。
石綿材(嵩比重:約0.1〜0.2g/cm3)300gに対し、試験例4で用いたものと同様の処理剤を散布した。処理剤の使用量は、100g(試験例13)、150g(試験例14)、または200g(試験例15)とした。図2に示す圧縮装置を用いて、石綿材を圧縮処理した。圧縮率は約70〜80%とした。
特に、試験例14では、固形化した石綿材は、外部から強い圧力を加えてもその形状はごくわずかしか崩れず、試験例15では、固形化した石綿材は、外部から強い圧力を加えてもその形状がほとんど崩れず、運搬等の際の取り扱いがしやすい形態となった。
試験例6と同様に処理した石綿材を、pH7.8〜8.3の水に浸漬し、重金属等の溶出量を測定した。測定方法は「金属等を含む産業廃棄物に係る判定基準を定める省令(総務省令第5号)」に準拠した。結果を表4に示す。
Claims (7)
- 廃石綿材に浸透させて前記廃石綿材を処理する処理剤であって、(a)アルカリ金属ケイ酸塩と、(b)第4級アンモニウムケイ酸塩と、(c)水とを含むことを特徴とする廃石綿材処理剤。
- (a)アルカリ金属ケイ酸塩の配合量が5〜45質量%であり、(b)第4級アンモニウムケイ酸塩の配合量が3〜25質量%であることを特徴とする請求項1に記載の廃石綿材処理剤。
- (a)アルカリ金属ケイ酸塩は、M2SiO3(M:アルカリ金属)で表されることを特徴とする請求項1または2に記載の廃石綿材処理剤。
- (b)第4級アンモニウムケイ酸塩が、(R3N)2O・nSiO2(Rは炭素数1以上のアルキル基であり、nは1以上の整数である)で表されることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の廃石綿材処理剤。
- 請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の廃石綿材処理剤を、施工対象物から除去した前記廃石綿材に散布し浸透させて、この廃石綿材を廃棄用袋に梱包し、前記廃石綿材の飛散を防止することを特徴とする廃石綿材の処理方法。
- 請求項5に記載の廃石綿材の処理方法において、前記廃石綿材処理剤を散布した廃石綿材を梱包するに際して、前記廃棄用袋に入れた前記廃石綿材を圧縮処理することによって前記廃石綿材の飛散を防止することを特徴とする廃石綿材の処理方法。
- 請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の廃石綿材処理剤を、前記廃石綿材に散布し浸透させることによって、前記廃石綿材の飛散を防止することを特徴とする廃石綿材の飛散防止方法。
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