(57)【要約】【課題】水溶性加工油剤の廃液を、電気化学的方法により処理する方法であって、コンパクトな装置を使用し、小さな電気エネルギーで、効率の高い処理を可能とする処理方法、およびこの処理方法を行うための処理装置を提供する。【解決手段】水溶性加工油剤廃液を、少なくとも陽極に導電性のダイヤモンドを使用した電解処理により油水分離が可能な状態にし、その後、油水分離処理することを特徴とする水溶性加工油剤廃液の処理方法、およびこの処理方法を行うための処理装置。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水溶性加工油剤廃液を、少なくとも陽極に導電性のダイヤモンドを使用した電解処理により油水分離が可能な状態にし、その後、油水分離処理することを特徴とする水溶性加工油剤廃液の処理方法。
【請求項２】
前記電解処理及び油水分離処理を、前記水溶性加工油剤廃液を循環させた一の循環経路内で行うことを特徴とする請求項１に記載の水溶性加工油剤廃液の処理方法。
【請求項３】
前記電解処理を、前記水溶性加工油剤廃液を循環させた循環経路内で行った後、前記循環経路外に設けられた油水分離器により油水分離処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の水溶性加工油剤廃液の処理方法。
【請求項４】
少なくとも陽極に導電性のダイヤモンドを使用した電解処理装置及び油水分離器を有することを特徴とする水溶性加工油剤廃液処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械加工等に使用される水溶性加工油剤の廃液を、電気化学的方法により効率的に処理する方法、およびその方法の実施に用いられる水溶性加工油剤廃液処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属やセラミックスの機械加工では、被加工物と工具の間で生じる摩擦熱を低減し、また切り屑の溶着を防止する等の目的のため、加工油剤が使用される。加工油剤の使用により、工具寿命の向上や被加工物寸法のばらつき抑制を図ることができる。
【０００３】
この加工油剤は、使用後ほとんどが産業廃棄物として処理されている。この処理は、非常に環境負荷の大きなものであり、環境問題を重要視する近年の動向に鑑み、廃液の環境負荷の小さい処理法が望まれている。
【０００４】
産業廃棄物としての加工油剤の処理方法としては、通常、（１）沈降、浮上、ろ過、遠心等の物理的方法、（２）凝集沈殿、酸化還元、中和、吸着、イオン交換、透析等の物理化学的方法、（３）活性汚泥、微生物処理等の生化学的方法、（４）その他、焼却、乾燥等が用いられている。しかし、（１）物理的方法や（３）生化学的方法では処理装置が大掛かりとなり、（２）物理化学的方法では効率が悪く、（４）の焼却等は環境負荷が高いとの問題がある。また水溶性の加工油剤の場合は、水に希釈されて使用されることから、その廃液の処理の際には水との分離が望まれるが、（３）生化学的方法では、油分と水とを分離して油剤成分を除去することが不可能との問題があった。
【０００５】
特開２００５−２１７４４号公報（特許文献１）では、電気化学的方法によりコンパクトな装置で油分などの疎水性有機物を分解する方法が提案されている。この方法は強い酸化力をもつダイヤモンドを陽極に用い、油分を酸化分解することが特徴である。しかし、この方法では、大きな電流密度で処理がなされており、その結果、電極の寿命が短くなる、本来は不要な水の電気分解に電気エネルギーが使用され非効率である等の問題が生じる。
【０００６】
そこで、加工油剤の廃液を、電気化学的に処理する方法であって、コンパクトな装置を使用し、小さな電気エネルギーで、効率の高い処理を可能とする方法が望まれていた。
【特許文献１】特開２００５−２１７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、水溶性加工油剤の廃液を、電気化学的方法により処理する方法であって、コンパクトな装置を使用し、小さな電気エネルギーで、効率の高い処理を可能とする処理方法を提供することを課題とする。本発明は、また、この処理方法を行うための処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、検討の結果、少なくとも陽極に導電性のダイヤモンドを使用した電解処理（電気化学的方法）と、油水分離を組み合わせることにより、水溶性加工油剤廃液を効率的に処理できることを見出した。より具体的には、この電解処理により、大きな電流密度を必要とせずに、水溶性加工油剤廃液を油水分離可能な状態にすることができること、従って、その後に油水分離をすることによって、水溶性加工油剤廃液を効率的に処理することができ、前記の課題を達成できることを見出し、本発明を完成したのである。
【０００９】
請求項１に記載の本発明は、水溶性加工油剤廃液を、少なくとも陽極に導電性のダイヤモンドを使用した電解処理により油水分離が可能な状態にし、その後、油水分離処理することを特徴とする水溶性加工油剤廃液の処理方法である。
【００１０】
ここで、水溶性加工油剤とは、界面活性剤を加えて水溶性にした加工油剤であり、通常水に希釈されて使用される。金属加工等に使用された水溶性加工油剤は、主として鉱油や脂肪酸油など水に溶けない油分と乳化剤等の界面活性剤とからなる。この界面活性剤によって、油分に親水性を持たせ油分と水との混合を可能にしているが、一方水に希釈された使用後の水溶性加工油剤は、油水分離しないので、その処理が困難となっている。
【００１１】
前記のように、本発明の処理方法においては、先ず、陽極に導電性のダイヤモンド電極を用いた電解処理により、水に希釈された水溶性加工油剤である廃液を油水分離可能な状態にする。電解処理によって、水溶性加工油剤中の有機物質である界面活性剤が優先的に分解され、油分の親水性が失われ、油水分離可能な状態になると考えられる。
【００１２】
この段階では、廃液中の油分は分解されない。すなわち、本発明の方法では廃液中の界面活性剤が優先的に分解され、油分の分解は必要でない（油分は油水分離により除去される）。油分を分解する場合には大きな電流密度が必要であるが、本発明の方法では、油分の分解は必要ないので、大きな電流密度も必要でなく、その結果、電極の寿命を短くすることなく、また水の電気分解に使用される電気エネルギーも小さく、効率の高い電解処理を行うことができる。
【００１３】
また、物理的方法や物理化学的方法などの従来の処理方法により水溶性加工油剤廃液を処理する場合は、大掛かりな処理施設を用いても、廃液を十分に無害化することができず、最終的には環境的には良い方法とは言えない焼却処分が必要であった。本発明の処理方法によれば、非常に処理が困難であった水溶性加工油剤廃液をコンパクトな処理装置で効率的に処理することができる。
【００１４】
本発明の処理方法における電解処理は、少なくとも陽極に導電性のダイヤモンドを使用することを特徴とする。導電性のダイヤモンドは、白金や酸化ルテニウム、酸化イリジウム等の一般的な陽極材料と比較して高い酸素発生電位を有するため、水を分解することが少なく、水中の有機物質（界面活性剤）を効率的に酸化分解することができる。
【００１５】
電解処理は、１〜１００ｍＡ／ｃｍ２程度の電流密度で行うのが好ましい。電解処理を行う際には、電解反応を促進するために電解質を添加することが好ましい。電解質としては、硫酸ナトリウムや硫酸カルシウム等の硫酸イオン、塩化ナトリウム、塩化カリウム等の塩化物イオンなどが添加できる。電解質の濃度は特に限定しないが、極端に薄い濃度では処理液の電気抵抗が高くなり、電気効率が悪くなる。
【００１６】
電解処理により、処理廃液中の界面活性剤が分解除去され、油分に親水性をもたせ水中に混合させていた界面活性剤の効果が失われ、その結果、油分と水分は分離可能な状態となる。本発明の処理方法においては、この電解処理後、油分は、電気分解されることはなく、油水分離処理により廃液中から除去される。
【００１７】
油水分離処理は、水分と油分とを比重差と表面張力差を利用することで容易に行うことができる。分離後の油分は回収して焼却処理もしくは再利用が可能であり、水分は環境に有害な油分等の物質が除去されているため、環境負荷を小さくして排出できる。
【００１８】
前記電解処理及び油水分離処理は、水溶性加工油剤廃液を循環させた一の循環経路内で行うことができる。１回の電解処理のみでは、水溶性加工油剤廃液中の油分の全てを油水分離可能な状態にすることは困難な場合が多いが、この態様の方法では、循環毎に、徐々に廃液中の界面活性剤が分解、除去され、油分が徐々に分離され、循環を繰り返すことにより水溶性加工油剤廃液中の油分の大部分を取り除くことができる。請求項２は、この態様に該当する。
【００１９】
前記の態様の代わりに、電解処理のみを循環経路内で行い、循環を繰り返して水溶性加工油剤廃液の界面活性剤をほぼ完全に分解、除去した後、循環経路外に設けられた油水分離器により油水分離処理を行う方法も挙げられる。請求項３は、この態様に該当する。
【００２０】
本発明は前記の処理方法に加えて、この処理方法を行う装置として、少なくとも陽極に導電性のダイヤモンドを使用した電解処理装置及び油水分離器を有することを特徴とする水溶性加工油剤廃液処理装置を提供する（請求項４）。
【００２１】
電解処理装置及び油水分離器としてはいずれもコンパクトな装置を使用することができるので、本発明の処理装置も、コンパクトなものとすることができる。
【００２２】
前記のように、１回の電解処理のみでは、水溶性加工油剤廃液中の油分の全てを油水分離可能な状態にすることは困難な場合が多いので、水溶性加工油剤廃液を循環させ電解処理を行うため、電解処理装置を循環経路内に設けてもよい。また、油水分離器も、電解処理装置と同一の循環経路内に設けてもよいし、循環経路外に設けてもよい。
【００２３】
本発明の水溶性加工油剤廃液処理装置を、旋盤、マシニングセンター、研削盤などの機械加工用装置に設けることにより、この機械加工用の使用に伴い発生する水溶性加工油剤廃液の環境負荷を大きく低減することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の方法によれば、従来は、非常に処理が困難であった水溶性加工油剤の廃液を、電気化学的方法による電解処理により、コンパクトな装置で無害化処理でき、廃液を排出する際の環境負荷を大きく低減することができる。また、電解処理は小さな電気エネルギーにより行うことができ、大きな電流密度を必要としないので、電極の寿命を短くすることなく、高い効率で処理を行うことができる。
【００２５】
本発明の処理装置は、コンパクトな装置とすることができ、かつ、この装置を用いて、前記の優れた特徴を有する処理方法を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に、本発明のより具体的な形態を図に従って説明する。
【００２７】
図１は、本発明の処理装置の一例を模式的に示す模式図である。図１において１は電解処理装置であり、陽極２には、導電性ダイヤモンド電極を装着している。陰極３としては、一般的な金属電極を用いることができるが、この場合は、運転中にスケールが析出し、電解反応が進まなくなる場合がある。この問題は、陽極、陰極の反転を行うことにより防ぐことができるが、一般的な金属電極を陽極に転極した場合に電極の溶出が生じることから、陰極にもダイヤモンド電極を用いることが好ましい。
【００２８】
陽極２に装着される導電性ダイヤモンド電極としては、半導体シリコンや、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ等の金属を基板とし、メタン等の炭化水素ガスと水素を原料として、熱フィラメントＣＶＤ法やマイクロ波プラズマＣＶＤ法で該基板上に合成させたもの、または、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ等の金属に、粒子状のダイヤモンドを付着させたもの等が例示される。粒子状のダイヤモンドの合成は、超高圧、高温下で、金属溶媒を介して黒鉛を変換する方法により行うことができる。
【００２９】
ＣＶＤ法では、ダイヤモンドを合成する際に、原料ガスにジボラン等の硼素を含有するガスを若干量混合させることにより、ダイヤモンドに導電性を付与することができる。粒子状のダイヤモンドの場合は、合成する際、金属溶媒および原料黒鉛の一方もしくは両方に硼素を添加することで導電性を付与することができる。
【００３０】
ダイヤモンド中の硼素の量が少なすぎると、ダイヤモンドの導電性が低く抵抗による電気エネルギーのロスが大きく実用的でない。硼素量が多ければダイヤモンドの電気抵抗を小さくできるので、電気効率としては好ましいが、ダイヤモンドの結晶性を維持するための限界量がある。具体的な添加量としては、１００ｐｐｍから１００００ｐｐｍが適している。
【００３１】
図１の水溶性加工油剤廃液処理装置では、水溶性加工油剤廃液は、廃液槽４に貯えられている。この水溶性加工油剤廃液は、予め金属粉や加工屑等の不溶性物質を除去しておくことが好ましい。従って好ましくは、水溶性加工油剤廃液処理装置は、金属粉や加工屑等の不溶性物質を除去するための手段、例えば濾過手段を有するが、図１においては、この手段の図示を省略している。
【００３２】
図１の水溶性加工油剤廃液処理装置では、廃液槽４に貯えられた水溶性加工油剤廃液は、先ず、ポンプ６により電解処理装置１に送られ、電解処理装置１の陽極２、陰極３間を廃液が通過しながら電解処理される。電解処理された廃液は、油水分離可能な状態となっており、油水分離装置７により油分が分離回収される。油分が分離回収された処理液は廃液槽４に戻されるが、この処理液は油分が除去されているので、この処理液を加えることにより、廃液槽４中の水溶性加工油剤廃液の油分含有量は低下する。
【００３３】
図１の水溶性加工油剤廃液処理装置では、電解処理装置１及び油水分離装置７が、一の循環経路５内に設けられている。従って、電解処理及び油水分離処理が一の循環経路内で行われる。電解処理装置１内を、水溶性加工油剤廃液を１回通したのみでは、廃液中の油分を全て油水分離可能な状態にすることは困難な場合が多いが、前記のような循環を繰り返すことにより、徐々に廃液中の界面活性剤が分解、除去され、油分が徐々に分離されて、水溶性加工油剤廃液中の油分の大部分を取り除くことができる。
【００３４】
図１の例では油水分離装置７は循環経路５の途中に設置されているが、油水分離装置７は廃液槽４に併設されてもよい。この場合、廃液槽４、ポンプ６、電解処理装置１の循環を繰り返すことにより、徐々に廃液中の界面活性剤が分解、除去される。そして、廃液槽４中の水溶性加工油剤廃液の界面活性剤をほぼ完全に分解、除去した後、廃液槽４に併設している油水分離装置により、油分を分離、除去することができる。
【００３５】
このようにして油分を分離、除去された廃液（処理液）は、有機物等の環境負荷物質を含んでおらず、環境に対する負荷の小さい排水である。
【００３６】
次に本発明を実施例により、さらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこの実施例により限定されない。
【実施例】
【００３７】
厚み３ｍｍの導電性Ｓｉ基板上に合成した硼素添加ＣＶＤダイヤモンド板（サイズ：５ｃｍ×５ｃｍ×０．３２ｃｍ）２枚を、容量７００ｍｌのガラス製ビーカーに入れた試料水５００ｍｌに浸した。２枚のダイヤモンド板の間隔は１ｃｍとして、それぞれの直流電源に接続して、陽極および陰極とした。試料水は、水溶性切削加工油剤（商品名：コスモクリーンクール）の原液を純水で１／１００に希釈したものであり、電解質として硫酸ナトリウムを０．１モル／Ｌの割合で添加した。ビーカー内の溶液を攪拌装置で攪拌しながら導電性ダイヤモンド板間に電流密度０．１Ａ／ｃｍ２の電流を流した。８時間および２０時間の電解後、ビーカーの試料水は油分が浮いた状態になっていた。この油分を分離除去した後の試料水（処理後試料水）の、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）とノルマルヘキサン抽出物質の量を分析した。
【００３８】
（比較例）
硼素添加ＣＶＤダイヤモンド板の代わりに白金板（サイズ：５ｃｍ×５ｃｍ×０．２ｃｍ）２枚を用いた以外は、実施例と同様にして電解処理を行った。８時間電解後のビーカーの試料水には、特に変化は見られず油分の分離もできなかった。この試料水（処理後試料水）も化学的酸素要求量（ＣＯＤ）とノルマルヘキサン抽出物質の量を分析した。
【００３９】
硼素添加ＣＶＤダイヤモンド板を用いて電解処理した処理後試料水（実施例）と白金板を用いて電解処理した処理後試料水（比較例）とを分析した結果を表１に示す。本表から、本発明の方法により、水溶性加工油剤廃液が効果的に処理されることが確認できた。
【００４０】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の水溶性加工油剤廃液処理装置の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  電解処理装置
２  陽極
３  陰極
４  廃液槽
５  循環経路
６  ポンプ
７  油水分離装置
【図１】
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