JP3837380B2

JP3837380B2 - 廃水浄化装置

Info

Publication number: JP3837380B2
Application number: JP2002337423A
Authority: JP
Inventors: 隆和宮原; 照昌宮原; 正純宗形
Original assignee: ELM Inc
Current assignee: ELM Inc
Priority date: 2002-11-21
Filing date: 2002-11-21
Publication date: 2006-10-25
Anticipated expiration: 2022-11-21
Also published as: JP2004167410A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク等を研磨した後に排出される水（「廃水」と言う）を浄化して再利用するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤやＤＶＤ等の光ディスクに記録された情報は、その読み取り面から情報層にレーザー光を照射し、この情報層からの反射光を検出することで読み取ることができる。このため、読み取り面に傷が付くと、この傷により読み取り光が散乱され、記録された情報を正確に読み取ることができない。
【０００３】
しかし、たとえ読み取り面に傷が付いたとしても、情報は読み取り面には記録されていないため、情報そのものは傷付いていない。そこで、情報を再度読み取ることができるように、読み取り面を研磨して傷を除去することが従来より行われている。
【０００４】
このような光ディスクの研磨においては、「乾式」と呼ばれる研磨方法と「湿式」と呼ばれる研磨方法の二種類の研磨方法が従来より用いられている。
【０００５】
乾式研磨方法は、光ディスクを空気中において液体コンパウンド等の研磨液と回転する布・フェルト・スポンジ等から成る研磨体（「バフ」と言う）を用いて研磨する方法である。なお、このような研磨液と回転するバフを用いて行う研磨は、一般に「鏡面研磨」と呼ばれる。
【０００６】
この乾式研磨方法では、深い傷を除去するのは不可能であるか、たとえ可能であるとしても長い時間を要する。このため、上記鏡面研磨の前にサンドペーパ等の研削体を用いて粗研磨しておくことが行われている。しかし、粗研磨の際に摩擦熱が生じたり、削りカスにより体が目詰まりを起こすため、依然として深い傷を短い時間で除去することは困難である。
【０００７】
そこで、次に述べる湿式研磨方法が近年主流となりつつある。湿式研磨方法は、界面活性剤等を添加した水（「用水」と言う）を光ディスクと研磨体との界面に供給しながら研磨する方法である。この方法では、研磨時の摩擦熱／削りカスを用水により解消／排出することができるため、深い傷でも短い時間で除去することができる。
【０００８】
この湿式研磨方法による研磨に用水を使用した後に排出される廃水には、研磨液・削りカス・研削体から脱落した砥粒等（即ち、不純物）が混入している。このため、廃水は再利用せずにそのまま廃棄するのが通常であった。
【０００９】
しかし、このような不純物が混入した廃水は産業廃棄物として廃棄する必要があるところ、産業廃棄物に対する規制が強化されている昨今の状況下では、その廃棄は容易でない。また、硬水を水道水として利用する地域（沖縄県・欧州・中国等）では別途購入した高価な軟水を用水として使用する必要があるため、一度使用しただけの廃水を廃棄することは不経済である。
【００１０】
そこで、この廃水を再利用するという観点から、廃水をフィルタで濾過して混入した不純物を取り除くことが既に行われている。この場合、例えば廃水中の研磨液には粒径５μm以下の研磨粒子が含まれることから、このような研磨粒子を取り除くためにもフィルタのメッシュ（目の細かさ）は１μm程度とする必要がある。このため、廃水をそのままフィルタで濾過する場合には、短い時間でフィルタが目詰まりを起こすという問題がある。
【００１１】
このようなフィルタの目詰まりを防ぐには、廃水に混入した不純物を凝集させてフロック（凝集塊）とし、このフロックをより粗いメッシュのフィルタで取り除くようにすればよい。
【００１２】
この不純物のフロックを形成する方法として、凝集剤を利用する方法が従来より知られている。
【００１３】
しかし、この方法を用いた場合には、廃水の量に応じて凝集剤の量を調整する・凝集剤の注入後に廃水を攪拌する・廃水の撹拌後に一定時間待機する等の作業が必要であるため不便である。また、例えば廃水の貯留槽と凝集剤の貯留槽とを分離して設ける必要があることから、装置が大型化する。更に、廃水に添加された界面活性剤が凝集を妨げる、或いはまた、一部の凝集剤が界面活性剤を吸収してしまうといった問題もある。
【００１４】
そこで、次に述べる電気分解を利用する方法を用いるのが不純物のフロックの形成には適している。この方法（電解凝集法）では、電気分解によりアルミニウム電極から溶出したアルミニウムイオンと電解水の水酸化物イオンとが反応することにより水酸化アルミニウムが生成され、こうして生成された水酸化アルミニウムの凝集作用により不純物のフロックを形成する。
【００１５】
【特許文献１】
特開平8-132051号公報（[0021],図1等）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
このような電解凝集法を用いた場合には、凝集媒体である水酸化アルミニウムの生成及び／又は生成された水酸化アルミニウムによる不純物の凝集を効率的に行うことによりフロックの生成を促進することが課題となる。
【００１７】
また、この方法を利用した装置では凝集槽と濾過槽とを分離して設けるのが一般であり、装置が大型化する傾向がある。このため、装置を小型化して取り扱いの便宜を図ることも課題となる。
【００１８】
更に、上記特許文献１に記載の装置等の通常の浄水装置では、再生処理後の廃水に多少の不純物等が残留していても問題となることは少ない。しかし、光ディスク等の研磨では高度な研磨面が要求されるため、廃水を再利用する場合には、それに含まれる不純物等を１回の処理（１パス）で完全に除去しておかなければならない。
【００１９】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、不純物のフロックの生成を促進することができて、小型で取り扱いに便利であると共に、廃水中の不純物を１パスで取り除くことが可能な水浄化装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために成された本発明に係る水浄化装置は、
a)下方が閉塞された管状の外側電極とその内部に配設された管状の内側電極を有し、内側電極の内部と両電極の間隙とを下方において連通させると共に該間隙と外側電極の外部とを上方において連通させ、一方の電極をアルミニウム製として電気分解により該間隙を上昇する水に含まれる不純物を凝集させる凝集手段と、
b)外側電極の外部に設けられた、上記凝集手段により凝集した不純物を除くための濾過手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る水浄化装置では、凝集手段に供給された不純物を含む水（廃水）は、凝集手段が有する管状の外側電極とその内部に配設された管状の内側電極との間隙を上昇する。その際に両電極間に直流電圧を印加すると、陽極に用いられたアルミニウムからアルミニウムイオンが廃水中に溶出し、この溶出したアルミニウムイオンと廃水中の水酸化物イオンとが反応することにより水酸化アルミニウムが生成される。
【００２２】
この水酸化アルミニウムは正電荷を持ち、廃水中の不純物は負電荷を持つ。このため、水酸化アルミニウムが媒体となって不純物が凝集し、不純物のフロックが形成される。こうして形成されたフロックの粒径は数十〜数百μmである。
【００２３】
一方、陰極の表面では水素の気泡が発生する。１対の管状電極の間隙を上昇する廃水は水素の気泡により撹拌されると共に、廃水中の不純物（フロック状のものも含む）は水素の気泡表面に吸着し水面へと運ばれる（「エアーリフト効果」と言う）。
【００２４】
廃水（或いは、その前の用水）中に予め界面活性剤を投入しておくと、泡は水面に達しても直ちに消滅することなく、暫く水面上に浮いて滞留する。その間、泡の表面に吸着した不純物は泡の表面において徐々に移動し、３個以上の泡の交線や交点に凝集する。これにより、不純物の凝集が一層促進される。この泡による不純物の凝集効果を積極的に利用するためにも、水面の上には適度な大きさの空間を確保しておくことが望ましい。
水面上に滞留する泡は、濾過槽の内壁等との接触や上記交線・交点にて凝集した不純物自体の重みで順次破裂する。こうして気泡が破裂すると、凝集した不純物は水中に沈降して更に凝集し、次に述べる濾過手段により廃水を濾過することが容易になる。
【００２５】
上記フロックが含まれた廃水を濾過手段により濾過すると、フロックが廃水から除かれて廃水は浄化される。濾過手段については、フロックの粒径が前述のように数十〜数百μmであることから、例えば不織布のような粗いメッシュのフィルタを用いることができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明に係る水浄化装置によれば、１対の管状電極の陰極側において生成された水素の気泡は廃水中の不純物を気泡表面に吸着して両電極間の間隙を上昇し、水面に浮上する（エアーリフト効果）。こうして水面に浮上した水素の気泡は、水面に滞留する間、その表面に吸着した不純物の凝集を促進する。
【００２７】
管状電極の間隙を上昇する水素の泡は、同じく電極間の間隙を上昇する廃水を積極的に撹拌する効果も有する。これにより、廃水中の不純物が接近し凝集する機会が増えるため、廃水中の不純物を効率的に凝集させることができる。
【００２８】
本発明に係る水浄化装置ではこのように不純物の凝集効率が高いため、電極の面積を大きくし、電極に流す電流（電流密度）を大きくすることにより、廃水中の不純物を１パスで十分に取り除くことができるようになる。
【００２９】
本発明に係る水浄化装置においては、凝集手段において管状の外側電極の内部に管状の内側電極を配設することから、電極自体が大面積を有するにもかかわらずコンパクトになる。更に、この電極を有する凝集手段を濾過手段の内部に設けた場合には、本装置を大幅に小型化することができる。このため、例えば店舗や事務所といった比較的狭い場所にも本装置を設置することができるので、取り扱いに便利である。
【００３０】
【実施例】
本発明に係る廃水浄化装置の一実施例を、図１を参照しながら説明する。図１(Ａ)は本実施例の廃水浄化装置の断面図、同図(Ｂ)及び(Ｃ)はこの廃水浄化装置を構成する管状電極の斜視図、同図(Ｄ)は同じくスペーサの斜視図である。
【００３１】
図１(Ａ)において、廃水中の不純物を凝集させるための凝集機構として、下端面が閉塞された金属（例えばステンレス）製の管状電極（陰極）１１の内側にアルミニウム製の管状電極（陽極）１２を所定の大きさの間隙１３を設けて配置し、両電極１１／１２間に直流電圧を印加するための電源１４を接続する。これら管状電極１１／１２は、管状陽極１２の上部に取り付けたスペーサ１５ａと管状陰極１１の底部に載置したスペーサ１５ｂにより互いに同心を成すよう配置されると共に電気的に絶縁される。
【００３２】
なお、図２に示すように、アルミニウム製の管状陽極２２の内側に金属製の管状陰極２１を配置し、これら管状電極２１／２２を外槽２３で覆うようにしてもよい。もちろん、図１の管状電極１１／１２を外槽２３で覆うようにしてもよい。なお、外槽２３には導電性の材料を使用しても構わない（もちろん、非導電性のものでもよい）。
【００３３】
図１に戻り、管状陽極１２の上端面には漏斗１６が載置されると共に、同電極１２の下部には通水口１２１が設けられていて、漏斗１６より管状陽極１２内に導入された廃水は通水口１２１を通って間隙１３内に供給されるようになっている。なお、管状陽極１２内に廃水を導入する方法としては、漏斗１６以外にも様々な手段（パイプ、ホース等）を用いることができるのはもちろんである。
【００３４】
管状陽極１２の上部には水抜き開口１２２が設けられていて、通水口１２１が詰まった場合でも、廃水が管状陽極１２の上端面や漏斗１６から溢れ出て周囲を汚すことはない。なお、図１に示した通水口１２１と水抜き開口１２２の形状は丸形であるが、もちろん角形等他の形状でもよい。また同図では、通水口１２１の個数は４個であり、水抜き開口１２２の個数は１個であるが、これらについても適宜変更してよいのはもちろんである。
【００３５】
管状陽極１２の上部には開口１２３が２個設けられていて、間隙１３内に供給された廃水はこの間隙１３を上昇し、開口１２３を通って沈殿濾過槽１７内に溢れ出るようになっている。図１に示した開口１２３の形状は角形であるが、もちろん丸形等他の形状でもよい。
【００３６】
本実施例の凝集機構については、この他にも様々な態様のものが考えられる。ここで、それらを図３に示す。
【００３７】
図３(Ａ)は前述した図１の凝集機構の断面図である。本機構では、下端面が閉塞された管状陰極１１の底部にスペーサ１５ｂが載置されている。スペーサ１５ｂには管状陽極１２の外径よりも僅かに大きな径を有する凹部が設けられていて、この凹部により管状電極１１／１２は互いに同心を成すよう配置される。なお、凹部ではなく、管状陽極１２の内径よりも僅かに小さな径を有する凸部としてもよい。
【００３８】
図３(Ｂ)は管状電極３１／３２とスペーサ３３ａ／３３ｂを用いた凝集機構の断面図である。本機構では、管状陰極３１の開放された下端面がスペーサ３３ｂにより閉塞されている。スペーサ３３ｂには管状陽極３２の外径よりも僅かに大きな径を有する凹部が設けられていて、この凹部により管状電極３１／３２は互いに同心を成すよう配置される。なお、本態様の凝集機構では管状陰極３１の下端面が開放されているため、管状陰極３１の成形や洗浄が容易である。
【００３９】
図３(Ｃ)は管状電極３４／３５とスペーサ３６ａ／３６ｂを用いた凝集機構の断面図である。本機構では、管状陰極３４の開放された下端面がスペーサ３６ｂにより閉塞されている。スペーサ３６ｂには管状陽極３５の内径よりも僅かに小さな径を有する凸部が設けられていて、この凸部により管状電極３４／３５は互いに同心を成すよう配置される。なお、本態様の凝集機構でも同様に管状陰極３４の下端面が開放されているため、管状陰極３４の成形や洗浄が容易である。
【００４０】
図３(Ｄ)は管状電極３７／３８とスペーサ３９ａ／３９ｂを用いた凝集機構の断面図である。同図(Ｅ)は管状陽極３８とスペーサ３９ｂの斜視図である。本機構では、下端面が閉塞された管状陰極３７の底部にスペーサ３９ｂが載置されている。スペーサ３９ｂには管状陽極３８の外径よりも僅かに大きな径を有する凹部が設けられていて、この凹部により管状電極３７／３８は互いに同心を成すよう配置される。また、図３(Ａ)〜(Ｄ)の凝集機構とは異なり、管状陽極３８の下部ではなくスペーサ３９ｂに通水口３９１ｂが設けられている。
【００４１】
なお、本実施例の凝集機構は沈殿濾過槽１７の内部に設けられているが、図４に示すように、これを沈殿濾過槽１７の外部に設けるようにしてもよい（分離型）。この分離型では、間隙１３を上昇した廃水は開口１２３を通って水供給管４１により沈殿濾過槽１７内に供給される。
【００４２】
図１に戻り、沈殿濾過槽１７の内部にはフィルタ（例えば不織布）１８が配設されると共に、同濾過槽１７の壁面１７１には排水口１７２が設けられていて、沈殿濾過槽１７内に溢れ出た水はフィルタ１８を通って排水口１７２から排出されるようになってる。
【００４３】
沈殿濾過槽１７においては、図５に示すように、管状陰極１１とフィルタ１８との間に隔壁５１を設けるようにしてもよい。この場合、開口１２３を通って沈殿濾過槽１７内に溢れ出た廃水は管状陰極１１と隔壁５１との間を移動し、そこを移動する間に廃水中の不純物の凝集が更に進むようになっている。このため、凝集の十分でない（即ち、粒径の余り大きくない）不純物がそのままフィルタ１８を通過してしまうのを防ぐことができる。
【００４４】
図１に戻り、排水口１７２は壁面１７１の概ね半分の高さの位置に設けられていて、沈殿濾過槽１７内の水位（水面Ｈの位置）は排水口１７２の位置とほぼ等しくなる。即ち、水面Ｈと沈殿濾過槽１７の上面との間において、所定の大きさの空間Ｓが確保されるようになっている。
間隙１３内の管状陰極１１の表面で発生した水素の気泡は、前述の通り、廃水中の不純物を気泡表面に吸着して間隙１３を上昇し、水面Ｈに浮上する（エアーリフト効果）。こうして水面Ｈに浮上した水素の気泡は用水中の界面活性剤の作用により破裂することなく水面Ｈの上方に堆積し、この堆積した水素の気泡は十分大きな空間Ｓに収容される。
【００４５】
続いて、本実施例の廃水浄化装置を用いて廃水を浄化する際の動作を説明する。
【００４６】
まず、作業者は光ディスク等の研磨に使用した後に排出される廃水を漏斗１６より管状陽極１２内に導入する。こうして導入された廃水は管状陽極１２内を下降し、通水口１２１を通って間隙１３内に供給される。間隙１３内に供給された廃水はこの間隙１３を上昇する。
【００４７】
廃水が間隙１３を上昇する際に電源１４により管状電極１１／１２間に直流電圧を印加すると、管状陽極１２に用いられたアルミニウムからアルミニウムイオンが廃水中に溶出し、この溶出したアルミニウムイオンと廃水中の水酸化物イオンとが反応することにより水酸化アルミニウムが生成される。一方、間隙１３内の管状陰極１１の表面では、水素の気泡が発生する。こうして生成された水酸化アルミニウムが媒体となって不純物が凝集してフロックが形成されると共に、発生した水素の気泡が廃水を攪拌しながら不純物を気泡表面に吸着して水面へと運ぶ（エアーリフト効果）
従来の電解凝集装置において両電極間に流される電流の電流密度は0.1〜１mA/cm²程度であるが、本実施例ではその10〜200倍とする。これにより、研磨装置の研磨速度に対応した速度で廃水の浄化を行うことができる。
【００４８】
間隙１３を上昇した不純物（フロック状のものも含む）を含む廃水は開口１２３を通って沈殿濾過槽１７内に溢れ出る。沈殿濾過槽１７内に溢れ出た廃水の水位は最終的に水面Ｈの位置となる。
【００４９】
沈殿濾過槽１７内では空間Ｓに水素の気泡が滞留し、その間、気泡表面に吸着した不純物は気泡表面を移動して気泡同士の交線や交点に凝集してゆく。空間Ｓに滞留する気泡は、沈殿濾過槽１７の内壁と接触することで、或いは又、上記交線や交点にて凝集した不純物自体の重みで、順次破裂する。気泡が破裂すると、このような凝集が進んだ不純物（フロック）はその重量により沈降し、フィルタ１８の底部に順次溜まっていく。従って、フィルタ１８で廃水を濾過すれば、廃水中の不純物は１パスで取り除かれる。
【００５０】
こうして不純物を取り除いた処理水は排水口１７２を通って排出される。排出された処理水には不純物が含まれていないため、適宜これを光ディスク等の研磨に再利用することができる。
【００５１】
以上、本発明の実施例を例示して説明したが、本発明の精神及び範囲を逸脱しない範囲で種々の変形及び修正を行うことができることは当業者にとって明らかである。従って、このような変形及び修正は本発明の請求の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である廃水浄化装置の断面図(Ａ)、同図(Ａ)の廃水浄化装置を構成する管状電極の斜視図(Ｂ)及び(Ｃ)、及び同図(Ａ)の廃水浄化装置を構成するスペーサの斜視図(Ｄ)。
【図２】本実施例の廃水浄化装置を構成する別の凝集機構の断面図。
【図３】本実施例の廃水浄化装置を構成する凝集機構の断面図(Ａ)、更に別の凝集機構の断面図(Ｂ)〜(Ｄ)、及び同図(Ｄ)の凝集機構を構成する管状陽極とスペーサの斜視図(Ｅ)。
【図４】本実施例の廃水浄化装置の変形例の断面図。
【図５】本実施例の廃水浄化装置の別の変形例の断面図。
【符号の説明】
１１，２１，３１，３４，３７…管状陰極
１２，２２，３２，３５，３８…管状陽極
１２１，３９１ｂ…通水口
１２２…水抜き開口
１２３…開口
１３…間隙
１４…電源
１５ａ，１５ｂ，３３ａ，３３ｂ，３６ａ，３６ｂ，３９ａ，３９ｂ…スペーサ
１６…漏斗
１７…沈殿濾過槽
１７１…壁面
１７２…排水口
１８…フィルタ
２３…外槽
４１…水供給管
５１…隔壁
Ｈ…水面
Ｓ…空間

Claims

a)下方が閉塞された管状の外側電極とその内部に配設された管状の内側電極を有し、内側電極の内部と両電極の間隙とを下方において連通させると共に該間隙と外側電極の外部とを上方において連通させ、一方の電極をアルミニウム製として電気分解により該間隙を上昇する水に含まれる不純物を凝集させる凝集手段と、
b)外側電極の外部に設けられた、上記凝集手段により凝集した不純物を除くための濾過手段と、
を備えることを特徴とする水浄化装置。
上記凝集手段が上記濾過手段の内部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の水浄化装置。
上記濾過手段の上部に、上記管状電極の陰極側において生成された水素の気泡を収容するための空間が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の水浄化装置。
上記濾過手段が上記外側電極と濾過膜との間において該濾過手段に設けられた排水口よりも下方まで延伸させた隔壁を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の水浄化装置。
上記凝集手段が上記濾過手段の外部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の水浄化装置。