JP2014147913A - 解乳化装置および解乳化方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の解乳化装置は、第1電極と第2電極とを有する電極対と、前記電極対に挟まれ、かつ、絶縁性材料からなる流路部材と、前記電極対に電圧を印加する電源回路とを備え、前記流路部材は、被処理乳濁液を流す細長い流路を有する。
【選択図】図1
Description
このエマルションは、例えば、切削廃液、洗浄廃液、研磨廃液、コンプレッサードレン廃液、食品廃棄物、化粧品廃棄物などに含まれており、その多くが産業廃棄物として焼却処理されている。そこでエマルションを解乳化し水と油などに分離することにより、廃液処理費用の削減すること、廃液を再利用することなどが望まれている。
そこで、エマルションに電場をかけることにより解乳化する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この方法は、エマルションに不純物が混入しないため、処理後の液の再利用や廃棄が容易になることなどの利点がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、被処理液に大きな電場をかけることができ、被処理液を効率よく解乳化することができる解乳化装置を提供する。
本発明によれば、電極対に挟まれ、かつ、絶縁性材料からなる流路部材を備え、前記流路部材は、被処理乳濁液を流す細長い流路を有するため、前記流路に流す被処理乳濁液にむらなく電場をかけることができ、被処理乳濁液の解乳化を進行させることができる。また、流路に被処理乳濁液を流すため、連続的に被処理乳濁液の処理を行うことができる。
本発明によれば、細長い流路に被処理乳濁液を流すことができるため、流路を流れる被処理乳濁液に循環流を発生させることができる。このことにより、被処理乳濁液に含まれる液滴が合体しやすくなり解乳化を進行させることができる。
本発明によれば、流路部材は絶縁性材料からなるため、電極対間距離を短くしても電極間にリーク電流が流れることを抑制することができる。このため、流路に流す被処理乳濁液に大きな電場をかけることができ、被処理乳濁液を効率よく解乳化することができる。
このような構成によれば、流路の長さを長くすることができる。また、このような構成によれば、第1電極と第2電極との間隔を狭くすることができ、第1電極と第2電極との間に強い電場を発生させることができる。
本発明の解乳化装置において、前記流路は、対向する内壁間の最短距離が0.1mm以上30mm以下であることが好ましい。
このような構成によれば、第1電極と第2電極との間隔を狭くすることができ、第1電極と第2電極との間に強い電場を発生させることができる。また、このような構成によれば、流路を流れる被処理乳濁液の水相と油相のそれぞれの液滴内で循環流が発生しやすくなる。このことにより、被処理乳濁液に含まれる液滴が合体しやすくなり解乳化を進行させることができる。
本発明の解乳化方法によれば、第1電極と第2電極とに電圧を印加するため、第1電極と第2電極との間に電場を形成することができる。
本発明の解乳化方法によれば、第1電極と第2電極とに挟まれた絶縁性の流路部材が有する細長い流路に被処理乳濁液を流すため、前記流路に流す被処理乳濁液にむらなく電場をかけることができ、被処理乳濁液の解乳化を進行させることができる。また、流路に被処理乳濁液を流すため、連続的に被処理乳濁液の処理を行うことができる。
本発明の解乳化方法によれば、流路部材は細長い流路を有するため、流路部材の厚さを薄くすることができ第1電極と第2電極の間隔を狭くすることができる。このため、流路に流す被処理乳濁液に大きな電場をかけることができ、被処理乳濁液を効率よく解乳化することができる。また、流路部材は細長い流路を有するため、流路の長さを容易に変更することができ、被処理乳濁液に電場をかける時間を容易に変更することができる。
本発明の解乳化方法によれば、細長い流路に被処理乳濁液を流すため、流路を流れる被処理乳濁液に循環流を発生させることができる。このことにより、被処理乳濁液に含まれる液滴が合体しやすくなり解乳化を進行させることができる。
本発明の解乳化方法によれば、流路部材は絶縁性を有するため、電極対間距離を短くしても電極間にリーク電流が流れることを抑制することができる。このため、流路に流す被処理乳濁液に大きな電場をかけることができ、被処理乳濁液を効率よく解乳化することができる。
このような構成によれば、被処理乳濁液を効率よく解乳化することができる。このことは、本発明者が行った実験により確かめられた。
本発明の解乳化方法において、前記細長い流路を流れた被処理乳濁液を40℃以上90℃以下の温度に昇温する工程を含むことが好ましい。
このような構成によれば、被処理乳濁液を油層と水層とに分離することができる。
なお、室温において被処理乳濁液を油層と水層とに分離できる場合には、昇温工程は行わなくてもよい。
図1は、本実施形態の解乳化装置の概略構成図である。図2は、本実施形態の解乳化装置に含まれる電場形成部の概略断面図であり、図1の破線A−Aにおける電場形成部の概略断面図である。図3は、図2の破線B−Bにおける電場形成部の概略断面図である。
電極対4および流路部材8は、電場形成部11に含まれてもよい。また、本実施形態の解乳化装置30は、乳濁液槽13、ろ過部15、ポンプ16、液槽21、恒温槽23をさらに有してもよい。
本実施形態の解乳化方法は、第1電極1と第2電極2とに電圧を印加した状態において、第1電極1と第2電極2とに挟まれた絶縁性の流路部材8が有する細長い流路6に被処理乳濁液12を流す工程を含む。
以下、本実施形態の解乳化装置30および本実施形態の解乳化方法について説明する。
解乳化の被処理液12は、水と油とに分離する乳濁液(エマルション)である。被処理液12は、例えば、まず、乳濁液槽13に溜められろ過部15によりろ過した後、ポンプ16により流路6に送り出される。流路6に送り出された被処理液は、電圧が印加された第1電極1と第2電極2との間の細長い流路6を流れて液槽21に流れ込む。第1電極1と第2電極2との間に電圧を印加すると、第1電極1と第2電極2との間に電場が形成される。従って、被処理液12を細長い流路6に流すことにより被処理液12を電場処理することができ、被処理液12の解乳化を進行させることができる。また、被処理液12を流路6に流し電場処理をすることにより被処理液12を連続的に電場処理することが可能となり、解乳化処理することができる被処理液12の量を増やすことができる。なお、細長い流路6は、絶縁性の流路部材8に設けられる。
また、被処理液12を細長い流路6に流すことにより、被処理液12に循環流を生じさせることができ、被処理液12に含まれる液滴が合体しやすくなり解乳化を進行させることができる。従って、第1電極1と第2電極2との間に電場を生じさせ、流路6に被処理液12を流すと、電場による効果と循環流による効果の両方により解乳化を進行させることができる。
なお、第1電極1と第2電極2との間に印加する電圧は、直流電圧でもよく交流電圧でもよいが、交流電圧のほうが好ましい。交流電圧を印加することにより被処理液12の解乳化が進行しやすいためである。
被処理液12を電場処理する時間は、例えば、20秒以上5分以下とすることができる。電場処理する時間は、細長い流路6の長さ、被処理液12の流速などにより調整することができる。
このような処理により、被処理液12を水層と油層に分離することができるため、水と油を別々の容器に入れてそれぞれ回収することができる。なお、室温において被処理液12を油層と水層とに分離できる場合には、被処理液12を昇温する工程は行わなくてもよい。
電極対4は、第1電極1と第2電極2とを有する。また、第1電極1と第2電極2は、その間に電場が発生するように設けられる。例えば、板状の第1電極1と板状の第2電極2とを流路部材8を挟んで重ねて配置することができる。また、第1電極1と第2電極2とは平行に配置することができる。また、第1電極1または第2電極2は、平板状とすることができる。このような構成において、電源回路10により第1電極1と第2電極2との間に電圧を印加すると、第1電極1と第2電極2との間に電場を生じさせることができる。
また、第1電極1と第2電極2と流路部材8とは、電場形成部11を構成してもよい。
また、第1電極1または第2電極2は、方形の金属板であってもよく、正方形の金属板であってもよい。
第1電極1の材料または第2電極2の材料は、導電性材料であれば特に限定されないが、例えば金属銅、金属銀、金属アルミニウムなどである。
また、第1電極1または第2電極2は、電極端子を有してもよい。このことにより、電極端子を介して電源回路10と接続することができる。
また、電源回路10は、第1電極1と第2電極2との間に40×104V/m以上100×104V/m以下の電場が生じるように電極対4に電圧を印加することができる。このことにより、被処理液12の解乳化率を高くすることができる。
さらに、電源回路10は、第1電極1と第2電極2との間に10Hz以上100Hz以下の交流電圧を印加することができる。このことにより、被処理液12の解乳化率を高くすることができる。また、電源回路10により、第1電極1と第2電極2との間に交流電圧を印加する場合、交流電圧の波形は、正弦波であってもよく、矩形波であってもよく、三角波であってもよい。
第1電極1と第2電極2との間隔Dは、例えば、0.2mm以上40mm以下とすることができる。なお、第1電極1と第2電極2との間隔Dは、第1電極1と第2電極2との間に一定の厚みを有するスペーサ26を設けることにより、一定の間隔とすることができる。また、第1電極1と第2電極2との間隔Dは、流路部材8の厚さを一定にすることにより、一定の間隔とすることもできる。
なお、スペーサ26の材料は、絶縁性材料とすることができ、例えば、良好な電気絶縁性を有するプラスチックとすることができる。また、スペーサ26の材料は、例えば、アセタール樹脂とすることができる。
流路部材8は、内部に流路6を有するチューブ状であってもよく、内部に細長い流路6を有する板状であってもよい。また、流路部材8は、少なくとも流路6が形成された部分が第1電極1と第2電極2とに挟まれる。このことにより、流路部材8が有する細長い流路6に流す被処理液12に電極対4間の電場をかけることができ、被処理液12を電場処理することができる。また、このことにより、流路6に流す被処理液12を連続して電場処理することが可能になる。また、流路部材8の実質的全体が第1電極1と第2電極2とに挟まれてもよい。
第1電極1と第2電極2と流路部材8とは、電場形成部11を構成してもよい。また、解乳化装置30は、複数の電場形成部11を有してもよい。複数の電場形成部11は、並行して被処理液12を電場処理するように設けることができる。このことにより、電場処理することができる被処理液12の量を増加させることができる。
また、複数の電場形成部11にそれぞれ含まれる流路部材8内の細長い流路6は、直列に繋がり1本の流路を形成してもよい。このことにより、被処理液12を流す細長い流路6の距離を容易に長くすることができ、被処理液12の電場処理時間を容易に長くすることができる。
複数の電場形成部11は、例えば、積み重ねて配置することができる。なお、この場合、隣接する2つの電場形成部11の間には絶縁部材を配置することができる。
電極対4の間において、細長い流路6の長さは、例えば10cm以上50m以下とすることができ、好ましくは10cm以上10m以下とすることができる。なお、細長い流路6の一部が電極対4からはみ出している場合には、細長い流路6の電極対4に挟まれた部分の長さの合計が10cm以上50m以下とすることができ、好ましくは10cm以上10m以下とすることができる。また、細長い流路6の長さを変更することにより、被処理液12を電場処理する時間を変更することができる。
また、流路部材8が柔軟性を有するチューブである場合、図1〜3に示したように、流路部材8を配置する位置が定まるようにスペーサ26を設けてもよい。このことにより、流路部材8を第1電極1と第2電極2との間に安定して配置することができる。なお、図1〜3に示した電場形成部11では、第1電極1と第2電極2との間に流路部材8が蛇行して配置されるスペースを空けて配置されたスペーサ26が設けられている。
また、流路部材8は、第1電極1及び第2電極2の両方に接触するように設けることができる。このことにより、第1電極1と第2電極2との間隔を狭くすることができ、流路6に流れる被処理液12に大きい電場をかけることができる。
また、流路部材8の材料は、被処理液12に対する耐食性を有する材料とすることができる。このことにより流路6に被処理液12を安定して流すことができる。
流路部材8の材料は、例えば、ガラス、シリコン樹脂、フッ素樹脂などである。
イオン交換水と食用菜種油と少量の食器洗浄用の界面活性剤の混合液体を攪拌してエマルション(被処理液12)を調製し、図4に示したような解乳化装置30により解乳化実験を行った。
第1電極1、第2電極2にはそれぞれ幅15cmの銅板を用い、流路部材8には長さ70cm、内径2mm、外径3mmのシリコンチューブ7を用いた。また、第1電極1と第2電極2との間に電圧を印加した状態において、60mlのシリンジを有するシリンジポンプ17により調製した被処理液12をシリコンチューブ7内の流路6に送り出し、シリコンチューブ7を流れた被処理液12をメスシリンダー22に流し込んだ。
メスシリンダー22に回収した液体では、透明な水層と、白濁したエマルション層とに分離するため、分離された水の体積を測定し、解乳化率(%)を計算した。
解乳化率(%)は、(分離した水の体積(ml))/(調製したエマルションに含まれる水の全体積(ml))=(分離した水の体積(ml))/(液の全体積(ml)×調製時の水の体積分率(%(v/v)))とした。
また、比較のために、第1電極1と第2電極2との間に電圧を印加しないでシリコンチューブ7内の流路6に調製したエマルションを流し、回収した液体の解乳化率(%)を測定した。なお、この場合、流路6を流れる際にエマルションに循環流が生じ解乳化が進むと考えられる。
この実験結果を図5に示す。図5に示したように、エマルションに含まれる水の体積分率(%(v/v))が20%以下の場合、電場処理による解乳化の効果が大きいことが明らかになった。
イオン交換水とトルエンと界面活性剤span80の混合液体をホモジナイザーにより1分間、24000 rpmで攪拌してエマルション(被処理液12)を調製し、図8に示したような解乳化装置30により被処理液12に電場処理を施し、電場処理を施した被処理液12を60℃の恒温槽内で1時間保持することにより、解乳化実験を行った。
図8に示した解乳化装置30に含まれる電場形成部11は、図2、図3に示したような構造を有するものを用いた。第1電極1および第2電極2にそれぞれ銅板を用い、アセタール樹脂製のスペーサ26を第1電極1と第2電極2との間に設け、図3のように流路部材8が蛇行して配置されるように第1電極1と第2電極2との間に空間を設けた。また、第1電極1と第2電極2との間隔は3mmとした。また、リーク電流の抑制および安全性の向上のために、第1電極1と第2電極2とを挟むようにアセタール樹脂製のカバーを設けた。流路部材8には、フッ素樹脂製のチューブ(外径3mm、内径1mm)を用い、スペーサ26により形成された空間に流路部材8を配置した。また、流路部材8の一方の端は、被処理液12を供給するシリンジポンプ17に接続し、流路部材8の他方の端は、電場処理後の被処理液12を回収するメスシリンダー22内に配置した。
その後、第1電極1と第2電極2との間に100×104V/mの電場が生じるように第1電極1と第2電極2との間に25Hzの交流電圧を印加した状態において、シリンジポンプ17により、調製した被処理液12をフッ素樹脂製のチューブ(流路部材8)内の流路6に60ml/hで流した。流路6を流れた後の被処理液12をメスシリンダー22により回収した。この回収した被処理液12の写真を図9(b)に示す。写真からわかるように、被処理液12をトルエン部(上層部)と水部(下層部)の2つに分離することができた。この段階では、トルエン部に濁りがある。
この回収した被処理液12を60℃の恒温槽23内で1時間保持した。恒温槽23内で保持した後の被処理液12の写真を図9(c)に示す。写真からわかるように、被処理液12がトルエン部(上層部)と中間部と水部(下層部)の3つに分離することができた。中間部は、界面活性剤を含む部分であり、エマルションとなっている。また、トルエン部を透明にすることができた。
その後、第1電極1と第2電極2との間に100×104V/mの電場が生じるように第1電極1と第2電極2との間に100Hzの交流電圧を印加した状態において、調製した被処理液12をフッ素樹脂製のチューブ内の流路6に60ml/hまたは20ml/hの流速で流した。
その後、流路6を流れた被処理液12を60℃の恒温槽23内で1時間保持した。そして、60℃で保持した後の被処理液12に含まれるトルエンの液量を測定し、解乳化率(%)を計算した。
解乳化率(%)は、(分離したトルエンの体積(ml))/(調製したエマルションに含まれるトルエンの全体積(ml))=(分離したトルエンの体積(ml))/(液の全体積(ml)×調製時のトルエンの体積分率(%(v/v)))とした。
また、別の比較例として、調製した被処理液12を10000rpmで5分間遠心分離を行った。その後、遠心分離した被処理液12を60℃の恒温槽23内で1時間保持した。そして、60℃で保持した後の被処理液12に含まれるトルエンの液量を測定し、解乳化率(%)を計算した。
また、エマルション中のトルエン含有量が32.6vol%の被処理液については、被処理液12を流路6に流す流速を20ml/hとすることにより、解乳化率が90%以上となることがわかった。これは、流速を遅くすることにより被処理液12が電場処理される時間が長くなったためと考えられる。
その後、第1電極1と第2電極2との間に100×104V/m、50×104V/m又は10×104V/mの電場が生じるように第1電極1と第2電極2との間に電圧を印加した状態において、調製した被処理液12をフッ素樹脂製のチューブ内の流路6に60ml/hまたは10ml/hの流速で流した。また、印加電圧の周波数は、0Hz(直流電圧)、10Hz、25Hz、50Hz、80Hzまたは100Hzとした。
その後、流路6を流れた被処理液12を60℃の恒温槽23内で1時間保持した。そして、60℃で保持した後の被処理液12に含まれるトルエンの液量を測定し、解乳化率(%)を計算した。
その後、第1電極1と第2電極2との間に100×104V/m、75×104V/m、50×104V/m、45×104V/m、40×104V/m、30×104V/mまたは25×104V/mの電場が生じるように第1電極1と第2電極2との間に100Hzの交流電圧または直流電圧を印加した状態において、調製した被処理液12をフッ素樹脂製のチューブ内の流路6に60ml/hまたは20ml/hの流速で流した。また、比較例として第1電極1と第2電極2との間に電圧を印加していない状態において、調製した被処理液12をフッ素樹脂製のチューブ内の流路6に60ml/hの流速で流した。
その後、流路6を流れた被処理液12を60℃の恒温槽23内で1時間保持した。そして、60℃で保持した後の被処理液12に含まれるトルエンの液量を測定し、解乳化率(%)を計算した。
その後、第1電極1と第2電極2との間に100×104V/m、90×104V/m、80×104V/m、75×104V/m、70×104V/m、60×104V/m、50×104V/m、40×104V/m、25×104V/mの電場が生じるように第1電極1と第2電極2との間に100Hzの交流電圧を印加した状態において、調製した被処理液12をフッ素樹脂製のチューブ内の流路6に60ml/hまたは20ml/hの流速で流した。また、比較例として第1電極1と第2電極2との間に電圧を印加していない状態において、調製した被処理液12をフッ素樹脂製のチューブ内の流路6に60ml/hの流速で流した。
その後、流路6を流れた被処理液12を60℃の恒温槽23内で1時間保持した。そして、60℃で保持した後の被処理液12に含まれるトルエンの液量を測定し、解乳化率(%)を計算した。
Claims (6)
- 第1電極と第2電極とを有する電極対と、前記電極対に挟まれ、かつ、絶縁性材料からなる流路部材と、前記電極対に電圧を印加する電源回路とを備え、
前記流路部材は、被処理乳濁液を流す細長い流路を有する解乳化装置。 - 前記流路は、屈曲した流路であり、かつ、前記電極対間において同一平面上に設けられた請求項1に記載の解乳化装置。
- 前記流路は、対向する内壁間の最短距離が0.1mm以上30mm以下である請求項1または2に記載の解乳化装置。
- 第1電極と第2電極とに電圧を印加した状態において、第1電極と第2電極とに挟まれた絶縁性の流路部材が有する細長い流路に被処理乳濁液を流す工程を含む解乳化方法。
- 前記電圧は、交流電圧である請求項4に記載の解乳化方法。
- 前記細長い流路を流れた被処理乳濁液を40℃以上90℃以下の温度に昇温する工程を含む請求項4または5に記載の解乳化方法。
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