JP2014036926A - 排水浄化装置及び排水浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塗装ブース内の有害物質等（ＶＯＣ・二酸化炭素等）を削減し、有害ガスによる人体・環境・設備への悪影響を改善する装置を提供する。
【解決手段】排水浄化装置は、廃水を採取するための廃水採取手段１０と、前記採取された廃水からスラッジ及び／もしくは残渣を分離する分離手段と、取り込まれた空気からオゾンを発生させるためのオゾン発生手段３０と、前記分離手段によりスラッジ及び／もしくは残渣が取り除かれた前記廃水と前記オゾン発生手段にて発生されたオゾンとを反応させて該廃液を分解させるための反応漕２０と、前記反応漕にて処理された廃液から分解される処理水を再循環させるために導通路に導く導通手段とを備え、前記オゾンは、マイクロバブル状にて前記反応漕に供給される構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、排水浄化装置及び排水浄化方法に係り、特に工業塗装ブースでの循環水に含まれる有害物質（ＶＯＣ・二酸化炭素等）の浄化・脱臭を行うと共にスラッジ・残渣等を処理する排水浄化装置及び排水浄化方法に関する。

自動車業界や家電業界においては、低コスト化とともに、塗装プロセスの環境負荷低減が求められている。塗装工程における最も重要なパーツの一つに塗装ブースがある。塗装ブースとは、塗装の際、塗料の飛散を防ぐ為に、作業時に塗装ブース前壁面に水（以下、「循環水」という。）を流すことで、水壁面に塗料を付着させて捕捉し、この塗料の混入した水を表作業場の下部（たとえば深さ２０ｃｍ）の塗装ブースピットに溜めるシステムを実現するための小部屋をいう。塗装ブース裏側下部は通常深さ５０ｃｍ程度の空間となっており、表作業場と一体の塗装ブースピットを形成している。塗装ブースでは小洗構造が採用され、そこで使用する水には、スラッジ・有害物質・ＶＯＣ・二酸化炭素等が溶解している。これらの溶解している物質は、人体に有害なものが多い一方、浄化してブース内で循環利用している。

こうした循環水には、塗料に含まれている金属粉・樹脂等がスラッジ・残渣等として、塗装ブースピットの水面及び底部に溜まる（毎月１００ｋｇ程度）。さらに循環水には上述のように塗装作業に起因する有害物質（ＶＯＣ・二酸化炭素等）が溶解している為、河川放流できない。これら有害物質を除去するべく、従来、人手により薬剤・バイオ菌等を塗装ブース裏側より投入し、エアーバッキ方式で一時的に浄化させる方式が採用されている。浄化された排水を塗装ブース裏側の循環ポンプにより塗装ブースピット内を循環させるようにして、半年〜１年同じ水を使用するものである。しかし、こうした方式では、ガスの発生、循環水の汚染となり塗装ブース作業の効率が著しく低下するため、月に１〜２回のスラッジ・残渣等の除去を人手で行っているのが現状である。

浄化は年に数回行うが、現在の方法では、有害物質を除去できているとは言い難い。このため、循環水の有害物質（ＶＯＣ・二酸化炭素等）から発生するガスにより、塗装機器設備、人体、近隣、塗装膜・作業効率へ悪影響を及ぼす恐れが強く残存している。

また、従来の塗装ブース循環水の浄化及びスラッジ・残渣等の処理方式では、薬剤・バイオ菌等によるエアーバッキ方式で人手によってスラッジ・残渣等の除去を行うため、循環水のメンテナンスに年間２５０〜３００万円の費用が発生してしまっている。さらに、上記従来の方式は一時的な浄化でしかない為、循環水から発生する有害ガスによって塗装機器・設備の他、人体や被塗物の塗膜層等への悪影響により生産速度低下を招いている。また外部換気のため悪臭に対する近隣からのクレームも発生している。

特許第４４８５９１６号

たとえば、特許文献１には従来の浄化の方法の一つが開示されている。この特許文献１等によれは、オゾンを用いることによって排水が浄化されるとしているが、完全に浄化するために多くの時間と費用を要することになる点は改善されていない。これとは別に、排水に含まれるスラッジ、残渣と未反応のオゾンが空気中に放出されるため、人体、機器に悪影響をおよぼす恐れが残存しているのは否定できない。

さらに、従来の薬剤・バイオ菌等によるエアーバッキ方式ではＶＯＣ含有率を２０％程度までにしか下げられず、またスラッジ・残渣等はブースピットの水面や底部に残ってしまう。

本願は、これらの従来及び現在の技術上の問題点を解決することを企図したものであり、塗装ブース内の有害物質等（ＶＯＣ・二酸化炭素等）を削減し、有害ガスによる人体・環境・設備への悪影響を改善することを究極の目的とする。

具体的には、スラッジ・残渣等の処理を行い、低コスト化を実現し、高効率化を図ることの可能な排水浄化装置及び排水浄化方法を提供することを目的とする。より詳細には、比較的少量の時間及び手間を費やすのみで、浄化度の高い浄化をもたらす排水浄化装置及び排水浄化方法を提供することを目的とする。

さらには、循環水の完全な浄化を目指し、トイレ等への再利用、循環水に含まれているスラッジ・残渣等の除去及び再利用を目指し、安全でかつ環境配慮をも考えた新方式のオゾン自動浄化装置及び浄化方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る排水浄化装置は、廃水を採取するための廃水採取手段と、前記採取された廃水からスラッジ及び／もしくは残渣を分離する分離手段と、取り込まれた空気からオゾンを発生させるためのオゾン発生手段と、前記分離手段によりスラッジ及び／もしくは残渣が取り除かれた前記廃水と前記オゾン発生手段にて発生されたオゾンとを反応させて該廃液を分解させるための反応漕と、前記反応漕にて処理された廃液から分解される処理水を再循環させるために導通路に導く導通手段とを備え、前記オゾンは、マイクロバブル状にて前記反応漕に供給される構成を採用する。

上記構成をとることにより、たとえば塗装排水のような工業用廃液は、該廃液中の有害物質が取り除かれた上で、反応漕において微小泡（マイクロバブル状）のオゾンと化学反応を起こす。

ここで、微小泡（マイクロバブル状）のオゾンとしたのは、一定体積のオゾンについて、オゾン泡粒径を極めて小径とすることで表面積合計を飛躍的に拡大させ、オゾンと廃液との化学反応を誘発しやすくするためである。

これにより、オゾンと廃液との化学反応が従来技術に比して格段に促進されることとなり、廃液の浄化度合いが格段に向上することとなる。

本発明に係る排水浄化装置においては、マイクロバブル状にした上で提供されるオゾンとの反応容器を複数設け、排水の上面に浮かぶスラッジと下面に沈む残渣のそれぞれに適した容器に分離する構成を採用することもできる。

この場合において、金属粉もしくは金属イオンを反応漕に混入せしめる構成をさらに採用することができる。この構成によれば、反応漕中に溶融している金属粉もしくは金属イオンが上記化学反応の触媒として機能することが可能となる。たとえば、金属粉もしくは金属イオンがまず微小泡状のオゾンと化学反応を起こして中間生成物が生成されることで、この中間生成物と廃液中の成分とが化学反応を起こしやすくなる、という態様が挙げられる。

この場合、スラッジとは、塗装ブースで吹付け作業する際、被塗物以外にオーバースプレーにより塗料の固形物が塗装ブースピット水面に浮遊している物をいい、残渣とは、オーバースプレーした塗料の固形物が塗装ブースピット底に沈殿した物をいう。

上記構成においては、オゾン発生手段は取り込まれた空気から不純物を取り除いた上で該空気中の酸素を濃縮させるようにすることもできる。これにより、オゾンとして反応誘発力の高いオゾンを導入することができる。

また、上記構成においては、オゾン発生手段は前記反応漕中に前記オゾンをマイクロバブル状にて噴射するための噴射機構を備えるようにすることもできる。これにより、オゾンとして得られたものに対して、噴射直前にマイクロバブル化することができるため、バブルの再結集を防止し、高度の反応誘発性を維持することができる。

さらに、上記構成においては、反応漕における前記廃液と前記オゾンとの反応を経て該反応漕中に存在するオゾンを脱気するための脱オゾン装置をさらに具備させることもできる。この脱オゾン装置を備えることで、反応漕における上記反応に寄与せずに残留したイオンを分割・分離でき、悪臭の発生を抑制することができる。

またさらに、上記構成において、廃水採取手段にて採取される廃水は、被塗装物を塗装するための塗装ブースのピットから採取され、上記反応漕にて分解される処理水は導通路を介して当該塗装ブースに循環させるようにすることができる。これにより、循環水の効率的利用が促進される。

また、本発明は、塗装ピットから廃液を取水して反応漕にまで導き、空気中から不要物を除外して酸素を濃縮してオゾンを生成し、前記廃液が内包された前記反応漕に前記オゾンをマイクロバブル状にて噴射し、前記オゾンと前記廃液とが反応して得られる浄水を取り出して前記塗装ピットで再利用できるようにする排水浄化方法としても実現することができる。

上記構成を備えることにより、常時循環水の浄化を可能にし、有害物質・悪臭・スラッジ・残渣等のない、安全にも十分配慮された塗装ブースを維持することが可能になった。

排水浄化装置に係る本発明によって、オゾンによる浄化作用の効率化が飛躍的に向上するとともに、外部に漏れるオゾンを減少することが可能となった。

本発明の一実施形態に係る排水浄化装置の構成を示すブロック図である。 反応処理部２０の詳細を示す概念的断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。なお、以下においては、本願発明の目的達成に必要な範囲を模式的に示し、公知技術に付いては説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る排水浄化装置の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る排水浄化装置は、排水を浄化装置へ取り入れるための排水吸入部１０、排水とオゾンを反応させるための反応処理部２０、オゾンを発生させるオゾン発生器３０、オゾン発生器等に電源を供給する電源部４０、反応処理部で浄化された水と沈澱物を分離するフィルタ部５０を備えて構成される。

排水吸入部１０は、（図示しない）塗装ブースから廃液をたとえばポンプを用いて吸入し、反応処理部２０まで導く機能を有する。反応処理部２０は、排水吸入部１０にて吸入された廃液に対してオゾン等を泡状にして噴射し化学反応を起こさせる機能を有するもので、その詳細な構成については後述する。オゾン発生器３０は、（図示しない）装置外部からたとえば空気を取り込み、（図示しない）酸素濃縮器等を経由させてオゾンを発生させる機能を有する。電源部４０は、排水吸入部１０、オゾン発生器３０等の動力として用いる電力を供給する。フィルタ部５０は、廃液が反応処理部２０内での化学反応を経ることで生成される浄化（後）水と沈殿物とを分離する機能を有するものである。

オゾン発生器３０は、空気中の酸素を濃縮し、オゾンを生成する装置である。オゾンとは、空気に紫外線の照射・放電を行うことにより、酸素Ｏ_２がオゾンＯ_３となる。オゾンＯ_３は不安定な分子であり、放置しておくと酸素Ｏ_２に戻り、酸素Ｏ_２に戻る際の残ったＯが悪臭・有害物質等と接触する事で、酸化分解を起す。オゾンＯ_３は材料が空気である為に安易に作れるが、空気中に含まれる「湿気・温度・不純物等の汚れ」により安定したオゾンＯ_３を生成することが困難な上、継続性が無い。そこで、本願では、後述するように、反応後のオゾンについては、脱オゾン装置によってオゾンが除去する機構を採用する。

図２は、反応処理部２０の詳細を示す概念的断面図である。同図に示すように、反応処理部２０は、排水送水管２１２、第１反応処理容器２２０、第２反応処理容器２３０、これらを繋ぐ第１−第２反応容器接続管２２１、循環水槽２３４を備えている。第１反応容器２２０の底部には、オゾン発生器３０で発生したオゾンを反応容器内に噴射するオゾン噴射ノズル３１が設けられている。

このオゾン噴射ノズル３１は細かい目、好ましくは０．１〜１．５ｍｍ程度の目を有し、オゾンをマイクロバブル状にして噴射することが可能である。なお、図２では図示の明確性のために泡の大きさをデフォルメして描いてあるが、オゾン泡は上記のとおりマイクロバブルであり、図２はその意味で概念的なものを示すにすぎないものであり、寸法的な精確性を反映するものではない。

次に、上記のように構成される本発明の一実施形態に係る排水浄化装置の動作について説明する。

工業塗装ブースでは、吹き付けられた塗料が飛散するがこれを除去するために水洗する方法が用いられる。このとき、水洗によって発生した排水には、塗料の残りカス、水面上に浮くスラッジ、水面下に沈む残渣等（以下、これらをまとめて「不純物」という。）が混じっている。これら不純物を含む水は、そのまま河川等に流すと公害発生となるため、浄化した上で循環使用することが必要である。

この排水２１０は、ブース内の循環水槽２３４に溜められている。まず、循環水槽２３４中の排水２１０がポンプ２１１により汲み上げられ、排水送水管２１２を通り第１反応処理容器２２０へ送られる。オゾンが、第１反応処理容器２２０の底部に配設されたオゾン噴射ノズル３１からマイクロバブル状にて容器２２０内に噴射される。第１反応処理容器２２０には排水２１０１が満たされており、排水のなかに噴射されたオゾンは排水内に含まれるスレッジ、残渣と反応し分解する。

一方、第１反応処理容器２２０の排水２１０１の液面上及び／もしくは液中には、無数のオゾンの微小泡２２２が発生しているが、これらは第１反応処理容器２２０の上部を満たし、さらに第１反応処理容器２２０の上部に設けられた第１−第２反応容器接続管２２１を通過して、第２反応処理容器２３０へ導かれる。このオゾン泡２２２の表面には第１反応処理容器で分解処理されなかったスラッジ、残渣が付着しており、オゾン泡２２２と共に第２反応処理容器２３０へ運ばれる。運ばれたオゾン泡２２２は第２反応容器２３０のなかで泡が消え、第２反応処理容器内の排水２１０２となると共に、残存するオゾンは第２反応処理容器の上部を満たす。排水２１０２の液面上にはスレッジが浮いており、オゾンはこれらと反応し分解する。さらに、排水２１０２内に残存するオゾンは排水２１０２に含まれる残渣とも反応し分解する。

第２反応処理容器２３０の上部に残存するオゾンはオゾン送出管２３１を通り、脱オゾン装置２３２へ導かれ、脱オゾン装置によってオゾンが除去され、オゾンを除かれた空気は大気中に放出される。

一方、第２反応処理容器２３０にたまった排水２１０２は浄化水フィルタ部２３３によってオゾンを除かれると共に分解しきれなかった残渣も除かれ、循環水槽２３４へと戻される。

このように第１反応処理容器２２０と第２反応処理容器２３０を設け、第１反応処理容器で発生したオゾン泡２２２が第２反応処理容器２３０に導くべく、第１および第２反応処理容器の液面を適切に保つことが重要である。さらに、オゾン噴射ノズル３１の形状として、上記マイクロバブルを発生させるための適切な形状を採用する。また、オゾン噴射量については、（図示しない）制御装置を用いつつ、上記反応を適切に維持できる程度の適量を保つ必要のあることはいうまでもない。

さらに、反応容器、特に第１反応処理容器２２０は、オゾン泡２２２が第１反応処理容器２２０の上部を満たし、さらに第２反応処理容器２３０に達するためには、第１反応処理容器２２０の断面と容器内の排水２１０１の液面の高さを適正に保つ必要がある。また、排水注入量、オゾン噴射量は排水浄化効率および空気中に排出される残存オゾン量と密接な関係にあり、これらすべてを（図示しない）制御装置によって最適に保つことにより効率的な排水浄化を実現することが可能となる。

ところで、この排水浄化装置の効率は工業塗装ブースにおいて顕著であることから、塗装に含まれる金属類等が触媒として働いていると考察される。この点を積極的に取り入れるべく、上記構成において、金属粉もしくは金属イオンを触媒として用いるようにしてもよい。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜、変更を加えることが可能である。たとえば、上記形態においては、反応漕を２つ並列する態様を説明したが、反応漕として単独のものを設置しても、或いは３つ以上を設置してもよい。単独とした場合には、オゾンの消泡機構を別途、たとえば反応漕の上部に設けるなどするとよい。

また、上述した金属粉もしくは金属イオンについては、（図示しない）制御装置によって適量を制御し、この制御にあたってはフィードバック制御及び／もしくはフィードフォワード制御をかけるようにすることもできる。

さらに、上記において、大気中に脱オゾン空気を放出する前に（図示しない）脱臭機構を経由させるようにしてもよい。

また、空気を取り込んだあとに、（図示しない）除湿機構、酸素濃縮機構、オゾン発生機構の順番で経由させるようにしてもよい。この際に、オゾン発生機構の前に冷却機構を経由させるようにしてもよい。

新方式のオゾン自動浄化装置により、常に循環水の浄化を行い、塗装作業中でも有害物質・有害ガス・スラッジ等の影響のない循環水を使用できる為、設備機器への負担、職場環境・近隣への影響も改善される。薬剤・バイオ菌等、作業人件費等の従来発生していたメンテナンス費用が削減される。

従来、循環水の浄化を行うには、薬剤・バイオ等の人的投与及び循環水に含まれているスラッジ・残渣処理を手作業により除去を行う為、塗装作業以外に１ブース当り、１時間〜２時間の清掃時間が必要となっている。これに対して、本願に係る新方式のオゾン自動浄化装置により、循環水に含まれる有害物質の自動浄化、スラッジ・残渣等の自動除去を行うことで、塗装ブース環境も改善され、塗装作業に集中し、生産工程の時間短縮化の向上が可能となる。

したがって、本願発明は、自動車産業、各種塗装業等幅広い産業分野で利用可能性を有している。

１０ 排水吸入部
２０ 反応処理部
３０ オゾン発生器
４０ 電源部
５０ フィルタ部

Claims (8)

1. 廃水を採取するための廃水採取手段と、
   前記採取された廃水からスラッジ及び／もしくは残渣を分離する分離手段と、
   取り込まれた空気からオゾンを発生させるためのオゾン発生手段と、
   前記分離手段によりスラッジ及び／もしくは残渣が取り除かれた前記廃水と前記オゾン発生手段にて発生されたオゾンとを反応させて該廃液を分解させるための反応漕と、
   前記反応漕にて処理された廃液から分解される処理水を再循環させるために導通路に導く導通手段と
   を具備し、
   前記オゾンは、マイクロバブル状にて前記反応漕に供給されることを特徴とする排水浄化装置。
2. 前記オゾン発生手段は前記取り込まれた空気から不純物を取り除いた上で該空気中の酸素を濃縮させることを特徴とする請求項１記載の排水浄化装置。
3. 前記オゾン発生手段は前記反応漕中に前記オゾンをマイクロバブル状にて噴射するための噴射機構を備える請求項１記載の排水浄化装置。
4. 前記反応漕には金属粉もしくは金属イオンが混入されている請求項１記載の排水浄化装置。
5. 前記反応漕における前記廃液と前記オゾンとの反応を経て該反応漕中に存在するオゾンを脱気するための脱オゾン装置をさらに具備した請求項１記載の排水浄化装置。
6. 前記廃水採取手段にて採取される廃水は、被塗装物を塗装するための塗装ブースのピットから採取され、
   前記反応漕にて分解される処理水は前記導通路を介して前記塗装ブースに循環させる
   ことを特徴とする請求項１記載の排水浄化装置。
7. 塗装ピットから廃液を取水して反応漕にまで導き、
   空気中から不要物を除外して酸素を濃縮してオゾンを生成し、
   前記廃液が内包された前記反応漕に前記オゾンをマイクロバブル状にて噴射し、
   前記オゾンと前記廃液とが反応して得られる浄水を取り出して前記塗装ピットで再利用できるようにする
   ことを特徴とする排水浄化方法。
8. 前記廃液が内包された前記反応漕に前記オゾンをマイクロバブル状にて噴射する際には、該反応漕に金属粉もしくは金属イオンが滞留している請求項７記載の排水浄化方法。

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