(57)【要約】【課題】異物、油分などを含む懸濁液を効率かつ確実に分離することを可能にする。【解決手段】液槽１に収容した懸濁液１０内に対となる電極を配置して該懸濁液の電気分離を行う電気分離装置であって、前記対の電極における一方の電極３を、前記液槽１の底部に配置し、前記対の電極における他方の電極４を前記一方の電極よりも液面側に配置する。電極への通電により該電極に微細気泡を発生させ、この微細気泡が上昇する際に懸濁液中の微細粒子を付着させて効率的に凝集・分離させる。水溶性加工液、超音波洗浄水の油水および切り屑分離などにより、水の再利用が可能となる他、水の廃棄処理が容易になり、水のコストならびに各種フィルタの洗浄工数を削減できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液槽に収容した懸濁液内に対となる電極を配置して該懸濁液の電気分離を行う電気分離装置であって、前記対の電極における一方の電極を、前記液槽の底部に配置し、前記対の電極における他方の電極を前記一方の電極よりも液面側に配置することを特徴とする電気分離装置。
【請求項２】
前記一方の底部側電極をアルミニウム系材質で構成して陽極とし、前記他方の液面側電極を銅系材質で構成して陰極とすることを特徴とする請求項１記載の電気分離装置。
【請求項３】
前記他方の液面側電極を液面に合せ上下動可能とさせることを特徴とする請求項１または２に記載の電気分離装置。
【請求項４】
前記懸濁液が、グリコール類であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気分離装置。
【請求項５】
前記懸濁液が、水分を含むものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電気分離装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の前記電気分離装置を用いて、電極への通電により該電極に微細気泡を発生させ、この微細気泡が上昇する際に懸濁液中の微細粒子を付着させて分離することを特徴とする電気分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、不純物微粒子の浮遊や油分などの溶解などによって懸濁した水、水溶性切削液、水溶性研削液、グリコールなどの懸濁液を対象にして、前記浮遊粒子や油分を分離する電気分離装置および電気分離方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属加工用水溶性加工液の場合、時間と共に機械からの潤滑油や作動油の混入と共に加工液としての性能が低下する。そして最終的に廃棄処分とするが、多くの場合は焼却処分となる。水溶性加工液の場合、界面活性剤により油脂が水に溶け込んでしまっているために、分離できないことから焼却処分としている。また、加工液には加工中に生成した金属粉が多量に混入しており、大きい物は沈殿もしくはフィルタで、鉄系の微粒子は磁石などで除去できるが、アルミニウムの微粒子などは回収しきれず、そのまま廃棄している。
一方、加工後に行う洗浄においては超音波洗浄が主流となっている。洗浄の役割上、前工程の加工油剤や切り屑を除去することが目的であるので、洗浄槽には多くの切り屑や油脂が入り込むことになる。
この時、加工油剤は洗浄用の超音波の影響により微粒化が連行して、水に溶け込みエマルジョン化することで一層分離が困難な状態となっている。また、加工切り屑の微粒子は１μｍ程度のものは沈殿せず、大量に洗浄槽内を浮遊する。この金属微粒子により洗浄機のモータ破損やフィルタの頻繁な目詰まりが発生する。
【０００３】
水溶性加工液の場合は９０％以上が水であり、洗浄液の場合はほぼ１００％水であることから、本来であれば排水も容易であり再利用の可能性もある。しかし、先の理由で油水分離ができず、微粒子の除去も困難であるので現行は廃棄している。
一方、現在知られている再生などの処理方法として、水溶性加工液の場合は油水分離はエマルジョンブレーカなる化学薬品の添加により分離も可能である。また、簡易方法としては、タンク底から気泡を発生させてその気泡に異物を吸着させる方法などもある。さらには、液体中の油分を分離する方法として電気分解を利用した装置も提案されている（例えば特許文献１〜３）。
【特許文献１】特開昭６０−２３２２１３号公報
【特許文献２】特開平１−１０４３１２号公報
【特許文献３】特開２００１−１３７６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記した従来の処理方法のうち薬剤を利用する方法では、エマルジョンブレークは可能であるものの金属微粒子なども回収するとなると、凝集剤などと組み合わせた複合処理が必要となり、処理コストの増大や処理作業の繁雑さが問題になる。また、気泡の発生により異物を吸着させる方法もあるが、大量の処理には向いていない。また、超音波洗浄水を処理する場合は、水の濾過フィルタに非常に細かいタイプの物を使用するために、非常につまりやすくなりフィルタ洗浄の手間がかかるという問題がある。さらに、電気分解を利用した方法では、微粒子の異物を除去することが難しく、油分の分離にも長い時間を要するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、水、水溶性切削液、水溶性研削液、グリコールなどの懸濁液を対象にして、懸濁液中に含まれる浮遊微細粒子や油分を確実かつ効率よく分離することができる電気分離装置および電気分離方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明の電気分離装置のうち、請求項１記載の発明は、液槽に収容した懸濁液内に対となる電極を配置して該懸濁液の電気分離を行う電気分離装置であって、前記対の電極における一方の電極を、前記液槽の底部に配置し、前記対の電極における他方の電極を前記一方の電極よりも液面側に配置することを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の電気分離装置の発明は、請求項１記載の発明において、前記一方の底部側電極をアルミニウム系材質で構成して陽極とし、前記他方の液面側電極を銅系材質で構成して陰極とすることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の電気分離装置の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記他方の液面側電極を液面に合せ上下動可能とさせることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の電気分離装置の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記懸濁液が、グリコール類であることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の電気分離装置の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において前記懸濁液が、水分を含むものであることを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の電気分離方法の発明は、本発明の前記電気分離装置を用いて、電極への通電により該電極に微細気泡を発生させ、この微細気泡が上昇する際に懸濁液中の微細粒子を付着させて分離することを特徴とする電気分離方法。
【００１２】
すなわち、本発明によれば、液槽の底部側に配置された電極と液面側に配置された電極間に通電をすることで、懸濁液の電気分解がなされ、電荷を帯びた微粒子や油分が電極の極性に従って分離される。また、電極では、電気分解に伴って微細気泡（例えば１０μｍ径以下）が発生する。特に底部側の電極では、発生した微細気泡が次第に懸濁液中を上昇することで懸濁液中に浮遊している異物の微細粒子や電荷を帯びた油分などを捕捉して懸濁液の表面側で次第に凝集して懸濁液中から分離する。微細気泡は、液中に溶け込んだ油脂もしくは浮遊する微粒子の表面の電子配列を＋もしくは−の集合体から、＋−の組合せに変えることで凝集効果をより一層発揮させることが可能となる。これにより油脂の分子もしくは微粒子の反発作用が無くなり凝集による固まりが大きくなりやすい。
【００１３】
そして微細気泡の表面は、活性が高く、汚れを蓄えやすい性質をもっているため、懸濁液中の異物粒子などの捕捉効果が高い。同じ体積の気体であれば、大きな気泡よりも小さな気泡をたくさん使ったほうが、汚れを引きつける作用をする気体の表面積が大きくなるので、汚れを取り除く効果が大きくなる。このような微細気泡は電気分解によって効率よく得られる。微細気泡は、数ｍｍの直径を持つ気泡の数万倍の表面積を持つことができ、肉眼では見えないような水中の微粒子や有機物も捕捉することができる。したがって、従来、異物吸着に利用されているような比較的大きな気泡では上記捕捉効果は小さくなる。
なお、微細気泡では、図２（ｂ）に示すように、周りの水と気体の界面に汚れが集まることによって、気泡が浮き上がろうとする力に対して抵抗（抵抗係数ＣＤが大になる）を受け、上昇速度が下がり、捕捉効率を高める。なお、表面がきれいなままの気泡は、図２（ａ）に示すように浮き上がろうとする力に対する抵抗（抵抗ＣＤが小さい）が小さく、上昇速度も高くなる。
【００１４】
上記微細気泡の作用を十分に得るためには、底部側の電極は、液槽の底部にできるだけ近い位置に配置するのが望ましく、さらに望ましくは液槽を非伝導体で構成してこの液槽の底部に直接または極近くに底部側電極を設置するのが望ましい。これは、底部側電極の下方側では、微小気泡が行き渡らず、電極から下に浮遊する不純物などの浮上分離の効率が悪くなるためである。したがって、深さ方向の中程に電極を配置すると、電極から下の部分には微細泡は発生しないので、電解で凝集効果が出ても浮上させる機能は著しく低くなってしまう。なお、液面側の電極は、液面付近に配置してもよく、またより深部側に位置していてもよい（例えば液深さ中央程度）。要は、底部側の電極と距離を隔てて液面側に位置するものであればよい。ただし、帯電した微細粒子や油分を微細気泡に吸着させるためには、液面側電極を液面付近に配置するのが望ましい。
【００１５】
なお、本発明としては、上記電極の材質や、いずれを陽極、陰極とするかは限定されないが、望ましくは底部側の電極を陽極とし（すなわち液面側電極を陰極とする）、該陽極をアルミニウム系材質で構成するのが望ましい。底部側の電極を陽極とすることで微細気泡が効果的に生成される。なお、アルミニウムのように溶解性のある陽極は、通電によって懸濁液中に一部が金属イオンとして溶出し、陰極側でのガスの発生を抑制する傾向がある。これにより、陽極で発生した微細気泡の上昇が阻害されるのを回避できる。一方、液面側電極では、例えば銅系材質によって陰極とするのが望ましい。銅系材質からなる陰極と、アルミニウム系材質からなる陽極とは、電極電位差が大きく、効率的な電解反応が得られる。なお、本発明の電極材質としての利用を排除するものではないが、水銀、銀、白金、金は毒性やコスト面から使いづらく、マグネシウムおよびそれよりもイオン化傾向の大きなものは反応性が高くて取り扱いが難しい。
【００１６】
また、上記電極の形状は板状でも構わないが、表面積を確保するために編み目状やメッシュ状が好ましい。さらに、液面側電極は、懸濁液の液面に合わせて上下動可能にするのが望ましい。これにより、液面に対する位置を定位置にして安定した分離処理が可能になる。
【００１７】
処理対象となる懸濁液としては、水、水溶性切削液、水溶性研削液、グリコールなどが挙げられる。液の状態としては、微粒子が沈殿せず浮遊しているものや油脂が溶解しているもの、グリコールに関しては透明な新液に対して白濁してしまっているもの等に適用可能である。グリコールは界面活性剤としても機能する液体であるが、ゴミ、潤滑油、配管内部のスラッジ、配管ねじ込み時に発生するねじ山の脱落バリやシール剤のカス、カビやバクテリアの凝集物などが白濁の原因となるが、本発明はこれに対しても分離再生機能を有する。また、対象懸濁液としては、その他に、グリセリン水溶液、石けん水、脂肪酸などが例示されるが、本発明の適用が上記で例示されたものに限定されるものではない。また、本発明は、エマルジョン、ソリュブル、ソリューションの別にかかわらず適用が可能である。
【００１８】
なお、上記懸濁液は水分を含むものが望ましい。水分の電気分解によって上記した微細気泡が効率的に生成される。ただし、必ずしも水分がなくても気泡は発生する。油脂中に溶け込んでいる気体や、分子の鎖が切れることによって分子中のＨ、Ｏが供給されて微細気泡が生成される。なお、水分があれば、より気泡の径が小さくなり、上昇速度が遅くなり、周辺の油分や、ごみ等の異物を集積する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の電気分離装置は、液槽に収容した懸濁液内に対となる電極を配置して該懸濁液の電気分離を行う電気分離装置であって、前記対の電極における一方の電極を、前記液槽の底部に配置し、前記対の電極における他方の電極を前記一方の電極よりも液面側に配置するので、電解によって油分などが帯電・凝集して分離がなされるとともに、電極から発生する微細気泡によって微細粒子、油分などが捕捉されて上昇し、凝集、分離が促進される。すなわち、水、油、微粒子などが一度に分離される効果がある。
【００２０】
また、水溶性加工液、超音波洗浄水の油水および切り屑分離などにより、水の再利用が可能となる他、水の廃棄処理が容易になり、水のコストならびに各種フィルタの洗浄工数が大幅に削減できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の一実施形態を図１に基づいて説明する。
本発明の液槽に相当する廃液回収タンク１は樹脂製として絶縁性能を確保する。
廃液回収タンク１のタンク底には、開閉バルブ２を設け、タンク内の液を下方より排出可能とされている。また、廃液回収タンク１の上方には、廃液供給口１４が臨ませてあり、回収タンク１内への廃液供給が可能になっている。廃液供給口１４には、汲み上げポンプ１２を介して廃液供給管１３が接続されており、廃液供給管１３の他端側は、懸濁液からなる廃液１０を収容した洗浄機タンク１１が接続されている。洗浄機タンク１１には、洗浄機で用いられたグリセリンなどの洗浄液が廃液１０として収容されており、廃液１０には、洗浄の結果、取り込まれた油やゴミが含まれている。
【００２２】
また、前記した廃液回収タンク１では、底部側に編目状としたアルミニウム系材質の電極３が横置きに設置されており、該電極３には、廃液回収タンク１の外部に設置された直流電源８の正極が接続されている。したがって、電極３が陽極として機能する。なお、電極３が網目状とされることで表面積が増大し、微細気泡を均等かつ適度に分散した状態で生成することができる。また、廃液回収タンク１内には、メッシュ状とした銅系材質の電極４がフローティング材５、５に取付けられて廃液回収タンク１内に収容された廃液１０の液面付近に位置するように配置されており、該電極４は、前記直流電源８の負極に接続されている。したがって、電極４が陰極として機能する。電極４をメッシュ状とすることで微細気泡の通過が可能になる。なお、廃液回収タンク１の内周面には、上記電極４の下降を所定位置で規制するストッパ６、６が設けられており、短絡防止などの観点から電極３、４同士の異常接近を規制している。
上記廃液回収タンク１およびこれに付属する電極３、４等と直流電源８によって電気分離装置が構成されている。
【００２３】
また、上記廃液回収タンク１の下方には、フィルタ２１を配置したクリーンタンク２０が設置されている。フィルタ２１は、送り出しロール２２と巻き取りロール２３とに巻き回されており、これらロールの回転によって順次、フィルタ２１の新生面を廃液回収タンク１の直下に配することができるように構成されている。
【００２４】
次に、上記した実施形態の作用について説明する。
洗浄機タンク１１内に収容された廃液１０を汲み上げポンプ１２によって汲み上げて廃液供給管１３を通して廃液供給口１４から廃液回収タンク１内に注液する。廃液回収タンク１内の廃液量が所定量に達した時点で廃液供給を停止する。なお、廃液回収タンク１内での廃液量の変化に伴ってフローティング材５、５が上昇し、これに連れて電極４が上昇する。電極３は、廃液回収タンク１の底部定位置に位置している。
【００２５】
所定量の廃液１０を廃液回収タンク１に収容した後、直流電源８によって、電極３、４に通電する。通電量は本発明としては特に限定されないが、一例として印加電圧：１６０Ｖ、通電量：０．４Ａを示すことができる。通電の結果、電極３、４によって廃液１０に電荷が与えられ、微細粒子、油分等が＋−に帯電して水からの分離がなされる。また、上記通電によって特に電極３では、微細気泡９が発生し（図では電極の一部で発生した気泡のみを示している）、廃液１０中を上昇する。この際に、廃液中に浮遊している異物などの微細粒子などが微細気泡９に付着して微細気泡９とともに廃液１０中を上昇し、次第に凝集して廃液１０から分離される。
【００２６】
上記電解を所定の時間行った後は、通電を停止して、開閉バルブ２を開いて廃液回収タンク１から廃液１０を排液する。廃液１０は、フィルタ２１で濾過されて分離液１０ａがクリーンタンク２０内に回収される。また、廃液１０に含まれていた凝集物１０ｂは、フィルタ２１で捕捉され、廃液１０から分離される。このようにして廃液１０から微細粒子が除去された分離液１０ａが得られる。分離液１０ａは、油分が水から分離した状態にあり、さらに所望により油分と水とを分別することも可能である。
上記処理を繰り返すことで、廃液１０の大量処理が可能になる。なお、対の電極を例えば、縦に配置して電解を行う場合に比べ、一方の電極を液槽の底部に配置して電解を行うことにより処理速度は２倍程度に向上する。処理した分離水は、廃棄したり、油分を分別することで再利用することができる。
【００２７】
以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態の内容に限定をされるものではなく、本発明の範囲内において適宜の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態の電気分離装置を示す概略図である。
【図２】微細気泡による微細粒子の付着を説明する図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    廃液回収タンク
３    電極
４    電極
５    フローティング材
６    ストッパ
８    直流電源
９    微細気泡
１０    廃液
１０ａ  分離水
１０ｂ  分離凝集物
２０    クリーンタンク
２１    フィルタ
【図１】
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【図２】
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