JP4469369B2 - 水浄化装置 - Google Patents

Description

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。

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。

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。読み取り面の研磨は、通常、その面が鏡面程度になるまで行われる。

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。

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。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。

そこで、近年は次に述べる湿式研磨方法が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、用水を用いることにより、研磨時の摩擦熱を除去するという効果と、削りカスを排出するという効果の２つの効果を同時に得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。

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。

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。

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。

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。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。

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。

そこで、次に述べる電気分解を利用す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アルミニウムイオンが溶出し、それと廃水中の水酸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。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が形成される。

このような原理に基づく廃水処理装置として、次のようなものが開示されている。特許文献１には、アルミニウムの電気分解を利用して浴槽水を浄化する装置に関する記載がある。特許文献２には、アルミニウム板及び鉄板を電極として廃水の電気分解を行うとともに、膜分離法を併用した水清浄化方法に関する記載がある。特許文献３には、アルミニウム製の使用済み缶をチップ状に切断してなる補助電極を用いた電気分解式濁水処理装置に関する記載がある。
特開平8-132051号（特許2871490号）公報「浴槽水浄化装置」（[0021],図1等） 特開2001-157894号「水の清浄化方法」 特開2004-66010号「電気分解式濁水処理装置」

電解凝集法を用いた廃水浄化装置では、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。

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。

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（鏡面研磨）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。そのためには電極の単位面積当たりの電流量（電流密度）を一般的な電解凝集装置の１０〜２００倍程度の大きな値にする必要があるが、この場合、電極の消耗もそれに応じて激しいものとなる。そこで、特に光ディスク研磨装置用の廃水処理装置では、電極の消耗に対する対策と共に、消耗の確認の容易さや交換の容易さ等が重要な要素となる。

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。更に、電極の交換等のメンテナンスを容易にするための工夫も取り入れた水浄化装置を提供する。

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側とを上方において連通させ、外側電極をアルミニウムを含む陽極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)外側電極の外側に設けられた、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。

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。ここで、外側電極にアルミニウムを含む材料を使用し、外側電極を陽極、内側電極を陰極として両電極間に直流電圧を印加しているため、陽極に含まれる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。

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。

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）。

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。

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。

上記の通り、本発明に係る水浄化装置では電解作用を利用するため、陽極であるアルミニウム含有電極は使用に伴い徐々に消耗する。特に、例えば光ディスク研磨装置用の廃水浄化装置のように１パスで高度の清浄化を行う必要がある場合、単位面積当たりの電極に流す電流の量（電流密度）は非常に大きなものとなる。本発明に係る水浄化装置では、体積の大きい外側電極の方をアルミニウム含有電極としたことにより、このような場合でも電極交換の頻度を下げることができる。なお、内側電極としては、ステンレス鋼等の金属管又は炭素（グラファイト）管を用いることができる。

また、内側電極及び外側電極から成る電気分解部を含む凝集手段は、濾過手段の内部に設けることが望ましい。これにより、装置全体を小型化することができる。また、このように電気分解部を濾過手段の内部に収納した場合、外側電極の外側に更にケースを設ける必要が無く、濾過手段の内部でアルミニウム含有電極を露出させたままとしておくことができる。

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。

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。

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。

特に、電解により消耗するアルミニウム含有電極を外側に配置したことにより、アルミニウム含有電極の体積を大きくすることができ、電極交換の頻度を下げることができる。そして、外側電極（アルミニウム含有電極）をケースに入れることなく、露出させた状態で使用した場合には、電極交換の時期が明確に分かるようになるとともに、交換も容易となる。

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。

なお、本発明に係る水浄化装置は、特に光ディスク研磨装置の廃水を処理して再利用するための浄化装置として有効であるが、その他の水を浄化するための装置としてももちろん利用可能である。

本発明の第一の実施例である廃水浄化装置の断面図（Ａ）、同廃水浄化装置の内部に設けられた外側電極及び内側電極から成る凝集部の斜視図（Ｂ）、その内側管状電極の斜視図（Ｃ）、及び両管状電極の下部に固定されるスペーサの斜視図。 本発明の第二の実施例である廃水浄化装置の断面図。 各種構成の凝集部の横断面図であって、アルミニウム電極を内側管状電極とした例（Ａ）、アルミニウム電極を外側管状電極とし、外側管状電極をケースに入れた例（Ｂ）、及び、外側電極をアルミニウム電極とし、ケースを設けることなく外側電極を露出させた例（Ｃ）。 本発明による廃水浄化装置の凝集部の縦断面図であって、両管状電極の固定に凹形スペーサを使用した例（Ａ）、凸形スペーサを使用した例（Ｂ）、凹凸端部スペーサを使用した例（Ｃ）、及びその凹凸スペーサの斜視図（Ｄ）。

符号の説明

１１、２１…外側管状電極（陽極）
３１…内側管状電極（陽極）
１２、２２…内側管状電極（陰極）
３２…外側管状電極（陰極）
１１１…開口
１２１、３５２…通水口
１２２…バイパス
１３…間隙
１４…直流電源
１５ａ…上部スペーサ
１５ｂ、２５ｂ、３５ｂ…下部スペーサ
１５１、３５１…シール手段
１６…漏斗
１７…濾過沈殿槽
１７１…上蓋
１７２…排水口
１８…フィルタ
２３…収納ケース
５１…隔壁
Ｈ…水面
Ｓ…空間

本発明に係る水浄化装置の第一の実施例として、光ディスク研磨装置用の廃水浄化装置を、図面を参照しながら説明する。図１（Ａ）に示すとおり、本実施例では廃水中の不純物を凝集させる凝集手段として、上部に開口部を持つアルミニウム製の外側管状電極１１の内部に、金属（例えばステンレス）やカーボンなどの導電性材料でできた内側管状電極１２を所定の間隙１３を設けて配置した電解装置を用いる。この電解装置において、外側管状電極１１が陽極、内側管状電極１２が陰極となるように、直流電源１４より両電極１１−１２の間に直流電圧を印加する。両管状電極１１、１２は、内側管状電極１２の上部に取り付けた上部スペーサ１５ａと、外側管状電極１１の下端に固定した下部スペーサ１５ｂにより、互いに同心を成し、かつ所定の間隔を保つように配置されると共に、電気的に絶縁される。

内側管状電極１２の上端部には漏斗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より内側管状電極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、内側管状電極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。

内側管状電極１２の上部にはバイパス（水抜き開口）１２２が設けられている。内側管状電極１２の上部から流入した廃水に空気が混じっていると、その空気が内側管状電極１２の内部に蓄積され、廃水の流入に障害を与えたり、空気が内側管状電極１２の上部から一気に抜ける際に同時に廃水も噴出して周辺を汚染する恐れがある。バイパス１２２はこれを防ぐため、流入した空気が蓄積する前に空気を排出するとともに、内側管状電極１２が詰まった際に廃水が内側管状電極１２の上部から溢れ出すことを防ぐために有効である。なお、図１に示した通水口１２１とバイパス１２２の形状は丸型であるが、もちろん角型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、バイパスの個数は１個であるが、これらの数も適時変更してよいのはもちろんである。

外側管状電極１１の上部には開口１１１が２個設けられている。間隙１３内に供給された廃水はこの間隙１３を上昇し、開口１１１を通って濾過沈殿槽１７内に溢れ出すようになっている。開口１１１の下端よりも上には空間Ｓが確保されており、開口１１１より溢れ出た不純物を含む気泡は、この空間Ｓにおいて十分に凝集することができるようになっている。図１では開口１１１の形状は角型で数は２個であるが、形状及び数共にこれに限定されるものではない。

開口１１１から沈殿濾過槽１７に溢れ出た廃水は、フィルタ１８により濾過され、不純物やフロックが除去された清浄水となって排水口１７２から外部に取り出される。こうして生成された清浄水は、光ディスク研磨装置の用水として再利用される。なお、フィルタ１８で捕捉しきれなかったごく僅かの不純物や微細なフロックは濾過沈殿槽１７の底部に溜まるため、排水口１７２は沈殿濾過槽１７の底部近くではなく、中央部近くに配置することが望ましい。

図１（Ｄ）は、外側管状電極１１の下端に固定される下部スペーサ１５ｂの斜視図である。本実施例の廃水浄化装置では、外側管状電極１１はアルミニウム陽極であり、電解により消耗するため、適宜交換する必要がある。そのため、外側管状電極１１は着脱が容易な構造とし、Ｏリング等によるシール手段１５１により未処理の廃水が外側管状電極１１の下端から漏れないようにシールする。図１において、下部スペーサ１５ｂと管状電極１１はシール手段１５１の弾力を利用して固定しているが、両者の固定方法としてはその他にも、ネジを利用する方法やホースバンドの様な部品を利用する方法などがある。

次に、本発明の第二の実施例である廃水浄化装置について図２により説明する。第二の実施例の基本的な構造は上述した第一の実施例と同じであるが、凝集部とフィルタ１８の間に隔壁５１を設けた点で異なる。隔壁５１は、濾過沈殿槽１７の側面略中央に設けられた排水口１７２よりも下まで延びるように設定されている。凝集部の開口１１１を経て濾過沈殿槽１７内に溢れ出た廃水は、直ちにフィルタ１８に触れることなく凝集部と隔壁５１の間隙を下方に移動する。一方、凝集部内で生成された不純物のフロックは水素などの微細な気泡を含むため水より軽く、一旦この間隙に蓄積される。この蓄積中に、更に凝集が進んでフロックの径が大きくなり、気泡が抜けると沈下を始める。このため、隔壁５１を設けることにより、より確実にフィルタ１８がフロックを捕捉できることになる。

次に図３により、廃水浄化装置の各種形式と本発明による廃水浄化装置の効果を説明する。図３（Ａ）は外側に金属（例えばステンレス）やカーボンなどの導電性材料から成る管状電極３２を、内側にアルミニウム製の管状電極３１を用いた廃水浄化装置の凝集部（電気分解部）の例である。この例では、内側管状電極３１が陽極、外側管状電極３２が陰極となっている。図３（Ｂ）は、その内側と外側の材料を交換し、陰極・陽極を逆にしたものであり、外側管状電極２１をアルミニウム製、内側管状電極２２を金属（例えばステンレス）製又はカーボン製等とした例である。また、この例では、外側管状電極２１を金属製又は非金属製のケース２３に収納している。（Ａ）と（Ｂ）を比較すると一見して分かるように、電気分解により消耗するアルミニウムの単位長さあたりの体積は、アルミニウムを外側電極２２として用いた（Ｂ）の方が数倍大きいため、交換頻度が少なくてすむ。一方、構造上は（Ａ）の構造の方が２層であるのに対し、（Ｂ）は３層であるため複雑である。また、（Ａ）ではアルミニウム製の内側電極３１が独立しているため通電及び交換が容易であるが、（Ｂ）の場合はアルミニウム製の外側電極２１がケース２３に収納されているため通電手段が複雑になり、電極交換の際も一々ケース２３から着脱する必要があり面倒である。更に、（Ａ）、（Ｂ）共に、消耗したアルミニウム電極が外側から容易には見えない構造であるため、電気分解による消耗により電極の交換時期が到来しても気付き難いという問題もある。

図３（Ｃ）は、外側電極１１にアルミニウムを、内側電極１２に金属（例えばステンレス）やカーボンなどの導電性材料を用いる点では（Ｂ）と同じであるが、外側電極１１の周囲に収納ケースが無い。この結果、構造は２層で簡単になり、また、収納ケース２３を用いないため、外側電極１１と内側電極１２の間隙の大きさを先の二例と同様にし、電気分解部の直径を同一にした場合に、外側電極１１の体積は（Ｂ）の場合よりも更に大きくすることができる。それに加えて、電極への通電や電極の交換も容易もであり、更に、フィルタ１８の交換時等に電極の消耗の度合いを容易に知ることができる（電極に穴が開いた時点で交換すれば十分である）ため、交換時期の判断も容易である。

本実施例の凝集部については、この他にも様々な態様のものが考えられる。図４（Ａ）は、図１，図２の廃水浄化装置で用いられている凝集部（電気分解部）の断面図であり、比較を容易にするために再掲したものである。図４（Ｂ）は、下部スペーサ２５ｂの他の実施例で、（Ａ）の下部スペーサ１５ｂが内側管状電極１２の外側を支持するのに対して、本例では内側を支持している。これらの例では、内側管状電極１２の下部に通水口１２１が設けられているのに対して、（Ｃ）は、内側管状電極の下部に通水口を設けず、下部スペーサ３５ｂにその機能を持たせた例である。（Ｄ）はその下部スペーサ３５ｂの斜視図であり、凹部３５２が通水口の役割を果たしている。

Claims (3)

1. 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側とを上方において連通させ、外側電極をアルミニウムを含む陽極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)外側電極の外側に設けられた、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、且つ、
   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、
   を特徴とする水浄化装置。
2. 上記凝集手段が上記濾過手段の内部に設けられており、外側電極が濾過手段の内部で露出していることを特徴とする請求項１に記載の水浄化装置。
3. 更に、
   上記濾過手段の外側に設けられた、側部に排水口を有する濾過槽と、
   上記外部電極と上記濾過手段の間に上部から前記排水口よりも下方まで延伸する隔壁と
   を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の水浄化装置。

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