JP2012052177A - 廃液の減容化システム - Google Patents

Abstract

【課題】アルカリや酸を含む処理液による水溶液処理において、大規模な廃液処理設備を必要とせず、産業廃棄物の発生量を最小限にする廃液の減容化システムを提供する。
【解決手段】被処理物５の水溶液処理を行う処理液を収容する処理槽２と、被処理物５に付着した処理液を除去する水を収容する水洗槽３、４を有し、水洗槽３の水洗水を処理槽２に戻す。水洗槽３内で除去された処理液の薬剤成分を含む水洗水が処理槽２へ戻されるので、廃棄物を減容化でき、薬剤の使用量も低減できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被処理物を水溶液で処理した後の水洗液の廃液の減容化に関するものであり、詳しくは、Ｃｕ系材料等の被処理物を、処理液を用いて脱脂、酸洗、またはＳｎめっき剥離等の処理を行う際に発生する水洗廃液を減容化できる廃液の減容化システムに関する。

伸銅品は、その製造過程において、表面の油や酸化膜を除去するために、水酸化アルカリや硫酸を主成分とする処理液に浸漬して、脱脂や酸洗を行う。また、Ｓｎめっきが施された伸銅品のスクラップを再利用するためにＳｎめっきを剥離する場合も、水酸化アルカリや硫酸を主成分とする処理液中で処理が行われる。

ＣｕまたはＣｕ合金のＳｎめっきを剥離する処理液として、従来、水酸化ナトリウムを用いて電解剥離する方法が知られている。また、Ｃｕイオンを含有する硫酸において置換剥離する方法が、例えば特許文献１に記載されている。

特開昭５８−８７２７５号公報

しかしながら、水酸化ナトリウムおよび硫酸は、それぞれ強アルカリ性、強酸性であり、被処理物を次工程へ移すためには、水洗処理が必須である。そして、水洗水には、被処理物に付着した処理液が持ち込まれるため、処理回数が進むにつれ、水洗水中における処理液成分の濃度が高くなる。水洗水中の処理液成分濃度が高くなると、水洗しても被処理物にアルカリや酸が残存するため、好ましくない。

水洗水中の処理液成分の濃度上昇対策として、従来、定期的な水の全量入れ替えや、複数の水洗槽を用いた多段向流式での水洗が行われているが、これにより発生する廃水は、アルカリや酸を含有するため、産業廃棄物として処理される。ところが、廃水をそのままの状態で産業廃棄物として処理する場合、多大な処理費用がかかることから、通常、中和処理や蒸発濃縮処理等によって無害化または減容化される。ただし、中和処理で液の無害化はできても、塩が必ず発生し、その塩は産業廃棄物として処理される。また、蒸発濃縮等で減容化できても、発生する濃縮液や澱物は、最終的にはコストをかけて産業廃棄物として処理される。さらに、これらの処理を行う装置は、一般に大規模な敷地および設備投資が必要であり、イニシャルコストの負担も大きい。

したがって、本発明の目的は、アルカリや酸を含む処理液による水溶液処理において、大規模な廃液処理設備を必要とせず、産業廃棄物の発生量を最小限にする廃液の減容化システムを提供することにある。

上記問題を解決するため、本発明は、被処理物の水溶液処理を行う処理液を収容する処理槽と、前記被処理物に付着した処理液を除去する水を収容する水洗槽を有し、前記水洗槽の水洗水を前記処理槽に戻すことを特徴とする廃液の減容化システムを提供する。

前記処理液の温度が７０℃以上であることが好ましい。前記水洗槽は、多段に設置され、向流式であることが好ましい。前記水洗槽から前記処理槽へ戻す水洗水の量は、前記処理槽内における処理液の蒸発量と前記被処理物に付着して前記処理槽から持ち出された処理液の量との合計量から前記処理液の濃度維持のために必要な薬剤の補充量を差し引いた量と同じかまたは少ないことが好ましい。

前記処理槽内の処理液が蒸発して発生した水蒸気を回収して前記水洗槽に戻してもよい。さらに、前記処理槽で発生した水蒸気を、ミスト捕集器を通過させ、捕集されたミストを前記処理槽内に戻してもよい。

前記水溶液処理が、脱脂または酸洗でもよい。前記水溶液処理が、Ｓｎめっきの剥離でもよい。前記処理液は、主液成分が水酸化アルカリまたは硫酸でもよい。

本発明によれば、大規模な設備投資を行うことなく、アルカリや酸を含む処理液の水洗廃液を減容化することが可能となり、産業廃棄物排出量および処理費を削減できる。

本発明の実施の形態を示すシステムの構成図である。 実施例１のシステムの構成図である。 実施例１による各水洗槽のＮａＯＨ濃度を示すグラフである。 実施例２のシステムの構成図である。 実施例２による各水洗槽のＮａＯＨ濃度を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。

図１は、本発明の廃液処理システム１を示す構成図である。処理槽２と２つの水洗槽３、４が直列に並び、被処理物５は、処理槽２から第１の水洗槽３、第２の水洗槽４へ順次送られる。処理槽２の上部にはミスト捕集器６が設けられ、さらに、処理槽２内の処理液から蒸発する蒸気の下流側に、水蒸気回収装置７が設けられる。水蒸気回収装置７の出口側は、第２の水洗槽４に連結される。

処理槽２内で処理液によって処理された被処理物５は、処理液の一部が付着した状態で第１の水洗槽３に浸漬される。さらに、水洗槽３内で洗浄された被処理物５は、水洗槽３中の水洗液の一部が付着した状態で第２の水洗槽４に浸漬され、第２の水洗槽４で洗浄された被処理物５は、第２の水洗槽４中の水洗液の一部が付着した状態で乾燥などの次工程に搬送される。この際、第１の水洗槽３中には処理液の成分が混入し、さらに、第２の水洗槽４中にも、第１の水洗槽３で薄められた処理液の成分が混入する。このような処理を繰り返すと、第１の水洗槽３、第２の水洗槽４ともに、処理液の成分の濃度が上昇していく。そのため、第２の水洗槽４に水の補充Ｇを行って、第２の水洗槽４中の処理液成分濃度の上昇を抑制し、更に、第１の水洗槽３よりは処理液成分の濃度が低い第２の水洗槽４の水洗水の一部、例えば水の補充Ｇと略同量の水洗水Ｈを、配管９を介して第１の水洗槽３に送液して、第１の水洗槽３の濃度上昇を抑制する。また、第１の水洗槽３の水量増加分の水洗水Ｉを、配管８を介して処理槽２に送液する。

処理槽２において被処理物５を処理する処理液としては、水酸化ナトリウムや硫酸等の水溶液が用いられる。例えば被処理物５を脱脂する場合には、水酸化アルカリ濃度が１０〜２５０ｇ／Ｌ、酸洗の場合には、硫酸濃度が１０〜２００ｇ／Ｌのものが用いられる。また、Ｓｎめっきを施したＣｕ系材料等のＳｎめっき剥離では、硫酸浴の場合は、硫酸３０〜２００ｇ／Ｌおよび硫酸銅５〜１５０ｇ／Ｌ、アルカリ浴の場合は、水酸化ナトリウム３０〜３００ｇ／Ｌの処理液が用いられる。

処理槽２内では、処理液の温度を、好ましくは７０℃以上に保ち、被処理物５の処理中または処理待機中に水分を蒸発させ、処理槽２外に水蒸気を放出する。処理液の加温は、投げ込み式の電気ヒータや蒸気加熱ヒータ等、一般的な各種ヒータを用いればよい。処理液の温度を７０℃以上に設定する理由は、処理液の蒸発Ｅを一定量以上確保するためである。蒸発量よりも多量の水洗水Ｉを戻すと処理液の成分濃度が薄まってしまうため、蒸発量が少なすぎると、第１の水洗槽３からの水洗水Ｉを処理槽２に戻せる量が限られてしまう。したがって、水洗水Ｉを十分に処理槽２へ戻せるような処理液の蒸発量を確保するために、処理液の温度は７５℃以上とすることが好ましく、８０℃以上とすることが更に好ましい。処理液の温度が高いほど、脱脂や酸洗、Ｓｎめっき剥離等の処理速度も向上するが、安全性を考慮すると１００℃以下とすることが好ましい。

処理槽２の材質としては、７０℃以上の耐熱が必要となるため、耐熱塩ビ、ガラス容器、もしくはＳＵＳ３０４、更に高い耐食性を要する場合はＳＵＳ３１６などが好ましい。水洗槽３、４は、湯洗を行う場合は処理槽２と同じ仕様が好ましいが、常温水洗の場合は塩ビ等を用いてもよい。

被処理物５は、７０℃以上の耐熱性能を有するＳＵＳ製のバスケットやラック、バレルなどの容器に入れて処理槽２内に投入することが好ましい。処理液が容器に多く付着して持ち出されると、水洗槽の段数を増やすか、水洗槽への水の補充量を増やす必要があるため、容器は、液切りのよい構造であることが好ましい。なお、被処理物５が条材や線材等の連続通板の場合は、そのまま処理槽２および各水洗槽３、４中を通過させればよい。

処理液の濃度や条件によっては、アルカリや酸のミストが発生する場合がある。処理槽２から排出される水蒸気Ｅの経路にミスト捕集器６を設置することにより、ミストを処理槽２内に戻し、水蒸気Ｅとして排出される気体の無害化を図るとともに、処理槽２内の薬剤成分の減少を抑えることができる。ミスト捕集器６としては、市販されているデミスターやミストキャッチャー等を用いれば良い。

処理槽２から蒸発する水蒸気Ｅを捕集する水蒸気回収装置７としては、発生した水蒸気の出口を専用容器の水中に沈め、専用容器の水面上の気体をポンプで引くタイプ等の一般的なガス捕集器やスクラバーを用いれば良い。水蒸気回収装置７を設けることによって、回収した水蒸気を水洗用の水Ｆとして水洗槽４に戻して利用することが可能になる。これにより、第２の水洗槽４へ補充する水Ｇの量を低減させることができる。

処理槽２内には、必要に応じて適宜、処理液の主成分である薬剤、および水が補充される（Ａ）。

被処理物５に付着した処理液の成分を洗浄する水洗槽３、４は、水洗廃水の発生量を抑制するため、多段向流方式とすることが好ましい。水洗槽の段数は図１に示す２段に限らず、例えば大容量の槽とすることにより１段であっても本発明の実施は可能であるが、段数を増やすほど廃水量を容易に減らすことができるため、多段の方が有利である。水洗槽の段数は、最終水洗槽の濃度の要求基準に応じて決定すればよい。ただし、設備のイニシャルコストや生産性を考慮して、２〜６段程度に収まる範囲で水量のバランスが取れるように設計することが好ましい。

被処理物５の処理時、処理槽２内に収容された水および薬剤からなる処理液は、蒸発する水蒸気Ｅや、被処理物５に付着した処理液Ｂの持ち出しによって減少する。一方、被処理物５を第１の水洗槽３で水洗する際に、被処理物５に付着した処理液Ｂが、第１の水洗槽３内の水洗水に取り込まれる。さらに、第１の水洗槽３から、被処理物５に少量の処理液Ｃが付着して第２の水洗槽４内の水洗水に取り込まれる。前述の通り、第２の水洗槽４に水の補充Ｇを行い、第２の水洗槽４の水洗水の一部Ｈを第１の水洗槽３に送液し、第１の水洗槽３の水量増加分の水洗水Ｉを処理槽２に送液することにより、各水洗槽３、４中の処理液成分濃度の上昇を抑制するとともに、処理液成分を含む水が処理槽２に補充される。これにより、被処理物５に付着した処理液Ｂ、Ｃが処理槽２へ戻されて再利用され、処理槽２に補充する補充液Ａを低減できる。さらに、このように水洗槽３内の水洗水Ｉを処理槽２に戻して再利用することにより、第１の水洗槽３からの廃水Ｊの減容化あるいは廃水Ｊをなくすことが可能となる。同様に、第２の水洗槽４内の水洗水Ｈを第１の水洗槽３に戻して再利用することにより、第２の水洗槽４からの廃水の減容化あるいは廃水をなくすことが可能となる。

以上の廃液減容化システムにおいて、処理槽２内の処理液量を一定に維持するために、第１の水洗槽３から処理槽２へ戻す水洗水Ｉの量をｉ、蒸発する水蒸気Ｅの量をｅ、被処理物５に付着して処理槽２から第１の水洗槽３へ持ち出される処理液Ｂの量をｂ、処理槽２に補充する薬剤および水からなる新規の補充液Ａの量をａとすると、ｉ≦ｅ＋ｂ−ａとする。つまり、第１の水洗槽３から処理槽２へ戻す水洗水Ｉの量は、蒸発する水蒸気Ｅの量と、被処理物５に付着して処理槽２から第１の水洗槽３へ持ち出される処理液Ｂの量との合計量から、処理液の濃度維持のために必要な補充液Ａの量を差し引いた量と同じかまたは少ない量とする。なお、処理槽２への補充は、液体（補充液）の方が、容易に自動添加等を行えるため好ましいが、薬剤のみでも構わない。このときは、ｉ≦ｅ＋ｂであり、すなわち、処理槽２から処理液があふれることなく、被処理物５の処理において、水面の位置が適切な高さに制御できれば良い。

また、水洗槽３、４の液量を維持するために、第１の水洗槽３から処理槽２へ送液される水洗水Ｉの量をｉ、第２の水洗槽４から第１の水洗槽３へ送液される水洗水Ｈの量をｈ、水蒸気回収装置７から第２の水洗槽４に送液される水Ｆの量をｆ、第２の水洗槽４へ補充される新規の水Ｇの量をｇとすると、ｆ＋ｇ＝ｈ＝ｉとする。なお、被処理物５に付着する液量は、処理槽２から第１の水洗槽３へ持ち出される処理液Ｂの量ｂ、第１の水洗槽３から第２の水洗槽４へ持ち出される液Ｃの量ｃ、第２の水洗槽４から外部へ持ち出される液Ｄの量ｄともに、略等しい。なお、ｆ＋ｇ＝ｈ＝ｉのバランスが少しずれる程度であれば、少量の廃水の処理等で対処できるため、従来と比べれば廃水処理コストを十分に下げることができる。

なお、処理槽２および水洗槽３、４で使用する水として、Ｃａイオン等を多く含む硬水を用いると、蒸発した水蒸気Ｅを回収して使用し続けた場合に、スケールが各槽や配管に堆積、付着して生産性を阻害するため、純水もしくは軟水を使用することが好ましい。

このように、本発明によれば、中和処理装置や蒸発濃縮装置などのように高額且つ大規模な装置が不要である。しかも、産業廃棄物として処分する廃液の発生を抑制できるので、廃棄物処理のコストを大幅に低減することができるうえ、環境負荷も小さい。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

被処理物５を脱脂する場合について、図２に示すシステムで本発明を実施した。

処理槽２として、口径１３０ｍｍの２Ｌのビーカーを用い、ビーカー下部に攪拌機能付温度調整器を設置し、処理槽２内に攪拌子を設けた。処理液の液量は１５００ｍＬとし、ＮａＯＨ濃度が５０ｇ／Ｌ、温度は７０℃、攪拌数を３００ｒｐｍとした。

水洗槽としては、１Ｌのビーカーを４段設け、水洗水の液量はそれぞれ５００ｍＬとし、各ビーカー間の液移動にはマイクロチューブポンプを使用した。

被処理物５は銅板Ｃ１０２０（無酸素銅）とし、サイズは１００ｍｍ×８０ｍｍ×０．４ｍｍで、プレス油付きとした。この被処理物５を、処理槽２、第１の水洗槽１１、第２の水洗槽１２、第３の水洗槽１３、第４の水洗槽１４の順に１ｍｉｎずつ浸漬し、移動させた。

液中のＮａＯＨ濃度の測定方法は中和滴定とし、１ｈ毎に処理槽２と各水洗槽１１〜１４について測定した。そして、１ｈ毎に、処理槽２の濃度不足分は、ＮａＯＨと純水を各々補充した。

なお、予備試験において、処理槽２からの蒸発量は、７０℃において６０ｍＬ／ｈ、被処理物５への処理液の付着量は０．３２ｍＬ／枚（３２ｍＬ／１００枚）、１ｈ相当分として１９．２ｍＬ／６０枚であることを確認した。

水洗廃液のゼロ化を行うためには、処理槽２へ送液する第１の水洗槽内の水洗水の量を、「処理液の蒸発量＋被処理物５への付着量」以下にする必要がある。また、水洗水は必ず処理液よりも濃度が薄いので、付着量分を調整代として残し、マイクロチューブポンプで定量投入して、蒸発量と同等の６０ｍＬ／ｈを送液量に設定した。同様に、第１の水洗槽に送液される第２の水洗槽内の水洗水、第２の水洗槽に送液される第３の水洗槽内の水洗水、第３の水洗槽に送液される第４の水洗槽内の水洗水、および第４の水洗槽に送液される純水の量をそれぞれ６０ｍＬ／ｈとした。

上記の条件で１００ｈの試験を実施した結果、図３に示すように、１００ｈ後の各水洗槽１１〜１４の水洗水のＮａＯＨ濃度は、いずれも定常状態で、それぞれ１５．９ｇ／Ｌ、４．９ｇ／Ｌ、１．５ｇ／Ｌ、０．４ｇ／Ｌであった。第１の水洗槽からの、従来は廃水となっていた水洗水（６０ｍＬ／ｈ）を全て処理槽２に戻したため、廃液量はゼロであった。被処理物５の脱脂は、１００ｈ後も問題がなく、処理槽２へのＮａＯＨ補充量も減少させることができた。

また、比較例として、処理槽２へ第１の水洗槽１１内の水洗水を送液せず、第１の水洗槽１１で余剰となった水洗水を廃水として排出し、第１の水洗槽１１に送液される第２の水洗槽１２内の水洗水、第２の水洗槽１２に送液される第３の水洗槽１３内の水洗水、第３の水洗槽１３に送液される第４の水洗槽１４内の水洗水、および第４の水洗槽１４に送液される純水の量を、それぞれ６０ｍＬ／ｈとした以外は、上記本発明の実施例と同様に脱脂処理を行った。この結果、第１の水洗槽１１からの廃水が６０ｍＬ／ｈとなり、廃水処理が必要となった。また、処理槽２に、処理液の濃度調整のために薬剤としてＮａＯＨ水溶液を８０ｍＬ／ｈ補充することが必要となり、追加する薬剤の量も、上記実施例と比べて増加した。

被処理物５を、アルカリ電解法によりＳｎめっき剥離する場合について、図４に示すシステムで本発明を実施した。

処理槽２として、実施例１と同様の２Ｌのビーカーを用い、処理槽２の下部に攪拌機能付ヒータを設置し、処理槽２内には攪拌子を設けた。処理液の液量は１５００ｍＬであり、ＮａＯＨ濃度が２００ｇ／Ｌ、温度は９０℃、攪拌数を３００ｒｐｍとした。処理槽２の上部にミスト捕集器６を取り付け、処理液のミストが処理槽２内に戻るようにした。ミスト捕集器６を通過した水蒸気は、純水を溜めた吸引濾過瓶からなる水蒸気回収装置７を通して捕集し、水洗水の補充用水に回した。電解用の電極にはＳＵＳ３０４板を使用し、電流密度は５Ａ／ｄｍ^２、通電時間を１ｍｉｎとした。

水洗槽としては、２Ｌのビーカーを２段設け、水洗水の液量はそれぞれ３００ｍＬとし、ビーカー間の液移動にはマイクロチューブポンプを使用した。

被処理物５は銅板Ｃ１０２０（無酸素銅）とし、サイズは１００ｍｍ×８０ｍｍ×０．４ｍｍで、表裏両面に各１μｍのＳｎめっき付きとした。この被処理物５を、処理槽２、第１の水洗槽１１、第２の水洗槽１２の順に１ｍｉｎずつ浸漬し、移動させた。

液中のＮａＯＨ濃度の測定方法は中和滴定とし、１０ｍｉｎ毎に処理槽２と各水洗槽１１、１２について測定した。そして、１０ｍｉｎ毎に、処理槽２の濃度不足分は、ＮａＯＨと純水を各々補充した。

なお、予備試験において、処理槽２からの蒸発量は、９０℃において１９４ｍＬ／ｈ、被処理物５への処理液の付着量は０．３２ｍＬ／枚（３２ｍＬ／１００枚）、１ｈ相当分として１９．２ｍＬ／６０枚であることを確認した。

水洗廃液のゼロ化を行うためには、処理槽２へ送液する第１の水洗槽の水洗水の量を、「処理液の蒸発量＋被処理物５への付着量−補充液（ＮａＯＨと純水）」以下にする必要がある。また、水洗水は必ず処理液よりも濃度が薄いので、付着量−補充液分を調整代として残し、マイクロチューブポンプで定量投入して、蒸発量と同等の１９０ｍＬ／ｈを送液量に設定した。同様に、第１の水洗槽に送液される第２の水洗槽内の水洗水の量を１９０ｍＬ／ｈとした。

上記の条件で１０ｈの試験を実施した結果、図５に示すように、１０ｈ後の各水洗槽１１、１２の水洗水のＮａＯＨ濃度は、いずれも定常状態で１５．０ｇ／Ｌ、１．４ｇ／Ｌであった。第１の水洗槽からの、従来は廃水となっていた水洗水（１９０ｍＬ／ｈ）を全て処理槽２に戻したため、廃液量はゼロであった。電解時に発生するアルカリのミストは、ミスト捕集器６で回収できた。処理槽２へのＮａＯＨ補充量を減少させることができ、処理液の蒸発量の８０％以上が回収されて水洗水として補充されたため、補充水も節約できた。

本発明は、被処理物を処理液に浸漬させて脱脂、酸洗、またはＳｎめっき剥離等の処理を行う際に、廃液を減容するシステムとして適用できる。

１ 廃液減容化システム
２ 処理槽
３ 第１の水洗槽
４ 第２の水洗槽
５ 被処理物
６ ミスト捕集器
７ 水蒸気回収装置
８、９ 配管
１１、１２、１３、１４ 水洗槽

Claims (9)

1. 被処理物の水溶液処理を行う処理液を収容する処理槽と、前記被処理物に付着した処理液を除去する水を収容する水洗槽を有し、
   前記水洗槽の水洗水を前記処理槽に戻すことを特徴とする、廃液の減容化システム。
2. 前記処理液の温度が７０℃以上であることを特徴とする、請求項１に記載の廃液の減容化システム。
3. 前記水洗槽は、多段に設置され、向流式であることを特徴とする、請求項１または２に記載の廃液の減容化システム。
4. 前記水洗槽から前記処理槽へ戻す水洗水の量は、前記処理槽内における処理液の蒸発量と前記被処理物に付着して前記処理槽から持ち出された処理液の量との合計量から前記処理液の濃度維持のために必要な薬剤の補充量を差し引いた量と同じかまたは少ないことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の廃液の減容化システム。
5. 前記処理槽内の処理液が蒸発して発生した水蒸気を回収して前記水洗槽に戻すことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の廃液の減容化システム。
6. 前記処理槽で発生した水蒸気を、ミスト捕集器を通過させ、捕集されたミストを前記処理槽内に戻すことを特徴とする、請求項５に記載の廃液の減容化システム。
7. 前記水溶液処理が、脱脂または酸洗であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の廃液の減容化システム。
8. 前記水溶液処理が、Ｓｎめっきの剥離であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の廃液の減容化システム。
9. 前記処理液は、主液成分が水酸化アルカリまたは硫酸であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の廃液の減容化システム。

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