JPH0768102A - 凝集分離方法とそのための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水を主とする分散媒に粒子がコロイド状に分
散されているコロイド溶液から粒子と水に分離させる。 【構成】 コロイド溶液に電圧を印加するにあたって、
電圧の周波数を上げる。周波数を上げると水の電気分解
が生じなくなる。 【作用】 このため水が電気分解をすることなく粒子の
凝集が進行して、粒子と水の分離が行なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば油質が水中油滴
型エマルジョン粒子となって水の中に分散しているアル
カリ洗浄液等、水を主体とする液にコロイド粒子が分散
している水系コロイド溶液を、水とコロイド粒子の凝集
体に分離する方法と装置に関する。なおここでいうコロ
イド粒子は液体粒子（エマルジョン粒子）と固体粒子
（疎水性コロイド粒子）の一方又は双方をいう。また凝
集とは粒子が集ってより大きな粒子になることをいう。
そして水とコロイド粒子の凝集体に分離するとは、水溶
液にコロイド粒子が分散している場合には、水溶液とコ
ロイド粒子の凝集体に分離することをいう。

【０００２】

【従来の技術】油中に水が分散した系に電圧を印加する
ことによって水と油に分離できることが知られており、
米国特許 4,391,698号や 4,409,078号に開示されてい
る。この従来技術には、交流電圧を印加する技術も開示
されており、６０〜１５００Ｈzの周波数で２〜１００
ＫＶの電圧を印加することによって効率よく分離できる
ことを教えている。ほぼ同様の技術が特開昭５８−１５
６３０９号公報に開示されており、この技術ではコロイ
ド溶液に６０〜１２０Ｖの商用電源（５０〜６０Ｈz ）
を印加する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記した技術は油を主
体とする液体に水が分散している系を対象としている。
ここで油の導電率は水に比して低く、比較的大きな電圧
を印加しても流れる電流値は小さい。また油分が電気分
解するといった問題は少ない。このために比較的に大電
圧を印加することによって能率よく分離することができ
る。

【０００４】しかるに水に油等が分散している場合に
は、水の導電率が油に比して高く、電流が流れ易い。こ
のために分離を促進するために電圧を増大すると、大電
圧大電流が流れて電源装置の容量が不足となってしま
う。また大電流が流れて水が電気分解されてしまう。水
が電気分解されると、発生した酸素が油等のコロイド粒
子を酸化させ、コロイド粒子を良好な状態で回収するこ
とができなくなる。このため現状において、水系のコロ
イド溶液に電圧を印加して水とコロイドの凝集体に分離
させる方法は良好な結果をもたらさない。本発明は水を
主体とする水系コロイド溶液に電圧を印加して分離を促
進する方法であって、良好な分離結果が得られてしかも
水の電気分解を実質的に抑制できる方法を提案するもの
である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このために、本発明で
は、次の方法を創作した。この方法は、水系コロイド溶
液中のコロイド粒子の凝集を促進して水とコロイド粒子
の凝集体に分離する方法であり、少なくとも１対の電極
を備えた槽内に前記水系コロイド溶液を収容する工程
と、前記１対の電極間に高周波電圧を印加する工程とを
備え、前記高周波電圧の周波数が通電によって発生する
発生期酸素が前記コロイド粒子と反応するよりも早く極
性が反転する周波数以上に設定されていることを特徴と
している（請求項１に対応）。ここで、前記高周波電圧
の電圧が水の実質的電気分解を抑制する電圧以下に設定
されていることが好ましい（請求項２に対応）。なおこ
こで水の実質的電気分解とは、高周波電圧の一周期以上
の時間間隔の間に進行する電気分解をいう。

【０００６】さらにまた、前記水系コロイド溶液を流れ
る電流が水の実質的電気分解を抑制する電流以下となる
ように電極間に絶縁体が配置されていることが望ましい
（請求項３に対応）。またこの発明に係わる方法は、水
系コロイド溶液を収容する槽と、その槽内に配置された
少なくとも１対の電極と、その１対の電極に高周波電圧
を印加する電源装置とを備え、前記電源装置の周波数が
通電によって発生する発生期酸素が前記コロイド粒子と
反応するよりも早く極性が反転する周波数以上に設定さ
れている凝集分離装置によって実施される（請求項４に
対応）。

【０００７】さらに、請求項１に記載された方法におい
て、前記高周波電圧の波形が方形波であり、該方形波の
デューティ比が水の実質的電気分解を抑制する大きさ以
下に設定されていることが望ましい（請求項５に対
応）。なお、ここでデューティ比とは、高周波の一周期
の時間に対する電圧印加時間の割合をいう。さらにま
た、請求項４に記載された装置において、前記高周波電
圧の波形を方形波とするとともに該方形波のデューティ
比を水の実質的電気分解を抑制する大きさ以下に設定す
る波形整形器が付加されていることが望ましい（請求項
６に対応）。

【０００８】また、水系コロイド溶液と、該水系コロイ
ド溶液中のコロイド粒子の帯電とは反対の極性に帯電し
たエマルジョン粒子が分散した水系エマルジョン溶液と
を混合させる工程と、該混合液に高周波電圧を印加する
工程とを備えていることを特徴とする凝集分離方法を創
出した（請求項７に対応）。

【０００９】

【作用】電極間に電圧を印加すると、水が電気分解され
る。このとき印加する電圧が交流であると、電圧の極性
が反転するたびに、１つの電極から酸素と水素が交互に
発生する。従来技術で用いられる周波数すなわち数十Ｈ
z 〜１ＫＨz 程度の周波数であると、発生した酸素がコ
ロイド粒子と反応してしまいコロイド粒子を良好な状態
で回収できない。しかるに周波数をさらに上昇させてゆ
くと、非常な短周期で交互に酸素と水素が発生するよう
になり、ついには発生した酸素がコロイド粒子と反応す
るよりも先に水素が発生して酸素とコロイド粒子が反応
しなくなる。この結果、実質的には水の電気分解が生じ
ない状態が得られる。この現象は本発明者が見出した現
象であり、本発明はこの現象に基づいている。

【００１０】すなわち、高周波電圧の周波数が、通電に
よって発生する発生期酸素がコロイド粒子と反応するよ
りも早く極性が反転する周波数以上に設定されている
と、電気分解を実質的に抑制した状態でコロイド粒子に
電界を作用させることが可能となり、コロイド粒子の表
面電位が低下して凝集し易くなる。

【００１１】さらに電圧が、水の実質的な電気分解を抑
制する電圧以下に設定されていると、水の実質的な電気
分解が確実に抑制される。しかもこの条件下でも凝集は
すみやかに進行する。さらに電極間に絶縁体が配置され
ていて、コロイド溶液を流れる電流が抑制されると、水
の電気分解が効果的に抑制される。また槽と電極と電源
装置を備え、その電源装置の周波数が通電によって発生
する発生期酸素がコロイド粒子と反応するよりも早く極
性が反転する周波数以上に設定されている装置による
と、水の実質的な電気分解が抑制された状態でコロイド
粒子の凝集が急速に進行する。

【００１２】さらに、高周波電圧の波形が方形波であ
り、この方形波のデューティ比が水の実質的電気分解を
抑制する大きさ以下に設定されていると、水の電気分解
が効果的に抑制された状態で、より大きな電圧を印加す
ることができる。高周波電圧による凝集の効率は印加電
圧が大きいほど向上するため、これによって、コロイド
粒子の凝集をよりすみやかに進行させることができる。
そして、高周波電圧の波形を方形波とするとともに方形
波のデューティ比を水の実質的電気分解を抑制する大き
さ以下に設定する波形整形器を備えた装置によると、水
の電気分解が効果的に抑制しつつより大きな電圧を印加
することができ、コロイド粒子の凝集をよりすみやかに
進行させることができる。

【００１３】また、請求項７に記載した方法によると、
コロイド粒子とエマルジョン粒子とは反対の極性に帯電
しているために、静電的引力によってコロイド粒子がエ
マルジョン粒子に取り込まれ、または吸着されて会合体
となる。この結果、生じた会合体粒子の界面電位は極端
に低下して不安定となり、凝集し易くなる。このように
コロイド粒子と一体化したエマルジョン粒子に対して高
周波電圧が印加されることによって、エマルジョン粒子
の凝集が起こる。エマルジョン粒子はコロイド粒子より
も径が大きいため、凝集によってたやすく分離される。
従って、高周波電圧を水の実質的電気分解を抑制する電
圧以下としても、コロイド粒子を効率良く凝集分離させ
ることができる。特に、単独で凝集させても分離するこ
とが困難な微小なコロイド粒子も、効率良く分離するこ
とができる。

【００１４】

【実施例】次に本発明の幾つかの実施例を説明する。 第１実施例 図１は第１実施例に係る凝集分離装置の縦断面図を示
し、図２はその横断面図を示している。この凝集分離装
置は、被処理液となる廃液（水系コロイド溶液）を入れ
る槽１と、槽１内の電極板５，６間に高周波電圧を印加
して被処理液に電界を作用させる電源装置２とから構成
されている。

【００１５】槽１の一方の壁部に被処理液を供給する供
給口３が設けられ、供給口３に供給管が接続されてい
る。供給口３に近い槽１の内部に電極室４が形成され、
電極室４内には複数の電極板５と６が交互に一定間隔を
おいて縦に配設されている。

【００１６】電極板５は絶縁板９を介して槽１の壁部に
固定され、一方電極板６は槽１に直接固定される。この
ため槽１の壁部も電極板６と同電位となる。このように
して図１、図２の実施例では槽１内に６対の電極の対が
形成されている。各電極板５，６の遊端部周辺には空間
が形成され、被処理液の通路を形成している。また、槽
１内の電極室４の底部に、凝集して沈殿した沈殿物を溜
めるための空間が形成されている。なお、電極板５，６
には、鉄、アルミニウム等の導電金属が使用されてい
る。

【００１７】槽１内の他端部は、底部から立ち上がる高
さの低い仕切板７によって仕切られ、電極室４の隣に仕
切室８が形成されている。電極室４から仕切板７の上を
越えた分離後の被処理液が仕切室８に流入する。槽１の
端つまり仕切室８の側壁の下部に排出口１１が形成さ
れ、その排出口１１に排出管１０が接続されている。排
出管１０は、排出口１１から液面レベルまで立ち上が
り、その液面レベルからオーバフローした被処理液を流
出させる。

【００１８】電源装置２は、図３に示すように、高周波
信号を発生する高周波信号発生器１５と、高周波信号発
生器１５から出力された高周波信号を入力して電圧増幅
する電圧増幅器１６と、電圧増幅器１６から出力された
信号を電流増幅する電流増幅器１７と、電流制御回路１
８とから構成される。電流増幅器１７の出力側が電極室
４内の電極板５，６に接続されている。

【００１９】高周波信号発生器１５は、約１ＫＨz 〜約
５００ＫＨz の高周波信号を発生する高周波発振器を有
し、任意に設定可能な周波数信号を発振出力する。ま
た、高周波信号発生器１５は、発振した高周波信号を正
弦波として出力する正弦波出力回路、矩形波として出力
する矩形波出力回路、鋸歯状波として出力する鋸歯状波
出力回路が切換え可能に設けられ、選択された波形の高
周波信号が出力される。

【００２０】槽１内に廃液等の被処理液を入れ、電界を
かけて凝集処理した場合、粒子の凝集が進行すると、液
の導電率が変化してくる。このため、電極板５，６間に
流れる電流値が、最良の凝集効率を発揮する電流値から
外れてくる。そこで、電流増幅器１７の出力電流を制御
する電流制御回路１８が設けられている。電流制御回路
１８は、電流増幅器１７の出力電流値を検出し、その電
流値と予め設定された電流設定値と比較し、電流値が相
違する場合、電圧増幅器１６に電圧を調整する電圧調整
信号を出力して電圧を調整することにより、電流増幅器
１７の出力電流値を電流設定値に合せるように構成され
ている。また、この電流制御回路１８は電極間の短絡等
により負荷電流が異常に上昇した場合、電流増幅器１７
の出力を遮断する保護回路としても動作する。

【００２１】例えば、塗装工程における洗浄工程から排
出された廃液（微小な固体粒子が分散している）が、ポ
ンプ等を介して供給口３から槽１の電極室４内に所定レ
ベルになるまで供給される。そして、電源装置２を起動
し、所定の高周波電圧を電極板５と６間に印加し、凝集
分離処理を開始する。

【００２２】電極板５，６間に印加される高周波電圧の
周波数は、通電によって発生する発生期酸素が液中に分
散している微小固体粒子を酸化させるよりも早く極性が
反転する周波数以上に設定されている。ここでこの周波
数は液と粒子の種類毎に異なるために、予め実験によっ
て決定される。

【００２３】次にその実験の一例を説明する。まずコロ
イド溶液の分散媒として、硫酸ナトリウムの０．０１％
水溶液と０．１％水溶液と１％水溶液の３種を用意し
た。また電極板５，６の間隔を１５mmとし、そこに２０
ボルトの電圧を印加した。そしてその槽にヨウ化カリウ
ムと澱粉溶液を添加し、水の電気分解によって酸素が発
生し、その酸素がヨウ素に作用してヨウ素澱粉反応が起
るか否かを判定した。これによって実質的に電気分解が
生じているか否かの判定が可能となる。

【００２４】電極５，６間に６０Ｈz を印加すると、い
ずれの溶液（０．０１％、０．１％、１％の全部）につ
いても鮮かな着色が認められた。周波数を上昇させてゆ
くと色が薄れてゆくものの、６００Ｈz ならびに１００
０Ｈz ではなお着色が認められた。しかしながら１０Ｋ
Ｈz にまで上昇させると、全部の溶液（０．０１％、
０．５％、１％の全部）について全く着色が認められな
かった。すなわち１０ＫＨz 以上の高周波電圧を印加す
ると、発生した酸素がヨウ素と反応するよりも早く水素
が発生し、その水素が酸素とヨウ素が反応することを禁
止する現象が発生することが認められた。

【００２５】この結果、分散媒が硫酸ナトリウム水溶液
である場合には、電極５，６間に１０ＫＨz 以上の高周
波を印加すると、コロイド粒子の酸化を抑制した状態で
コロイド粒子に電界を作用させることが可能となる。な
お実質的な電気分解が抑制される周波数は液とコロイド
の性質によって異なるが、従来技術で印加されていた１
ＫＨz 程度では充分でなく、それよりも充分に高い高周
波を印加しなければならない。

【００２６】１０ＫＨz の周波数を印加すると、コロイ
ド粒子は１０ＫＨz の周波数で振動をする。発明者らは
光学顕微鏡を用いた粒子観察の結果、粒子が電圧印加方
向に振動する現象を確認した。この振動の結果、粒子は
振動エネルギーを得る。図４は、横軸に粒子の径をと
り、縦軸に振動エネルギーをとっている。この振動エネ
ルギーは振動の振幅が粒子径の１／１０の場合を示して
いる。振動エネルギーは周波数が高いほど大きく、図中
４−１は６０Ｈz の振動に対するグラフであり、４−２
は６０ＫＨz の振動に対するグラフを示している。

【００２７】また図中４−３は、粒子の反発エネルギー
のレベルを示している。粒子の振動エネルギーが反発エ
ネルギーを上回ると、粒子は凝集し得ることになる。図
４から明らかに６０Ｈz の周波数では０．０１mmよりも
大きい粒子でないと凝集させ得ないのに対し、６０ＫＨ
z を加えると０．００１mm以上の粒子を凝集し得ること
がわかる。本発明によると、水の実質的電気分解が抑制
される高い周波数を用いるために、凝集能力も同時に改
善されるのである。

【００２８】図５はこの実施例で処理した結果、凝集し
た粒子の実際の観察結果を示している。なお図中左右方
向が電圧の印加方向である。粒子が水平方向に振動し、
また個々の粒子の水平位置での界面電気の２重構造が中
和されて、電圧印加方向に次々に粒子が凝集したことが
認められる。

【００２９】この実施例によると、上述のように、粒子
は大きな振動エネルギーを得るほか、界面電気の２重構
造が中和されて容易に凝集する。さらにこの他電極板
５，６から流出した金属イオンが液中の水酸イオンと反
応してフロック（凝集塊）を形成し、このフロックが粒
子を巻き込んで沈殿していく現象も得られる。

【００３０】このようにして粒子を分離した後の被処理
液は、仕切板７を越えて仕切室８に入り、仕切室８から
排出管１０を通して排出される。また、電極室４の底部
に沈殿した凝集物は処理後に適当な方法で排出される。

【００３１】被処理液が水溶性切削液や水溶性洗浄液で
ある場合、水を主とする液中に油分と共に界面活性剤が
多量に含まれ、油分がエマルジョンつまり微小油滴とな
って含有されている。この液を槽１に入れ、高周波電圧
を作用させた場合、電界によって液中の油分の界面動電
位が中和され、油滴の凝集が促進される。その結果、分
離された油は電極室４内を浮上し、その表層部分に高油
分濃度の表層が現れ、下層部分は殆ど水となって分離さ
れる。このため、エマルジョン化した廃液中の油分で
も、効率良く凝集・分離することができる。

【００３２】［試験例］上記実施例の効果を確認するた
めに、市販のアルカリ洗浄液９０リットル中に４リット
ルの油を混合してエマルジョン化した試料廃液を作り、
その試料廃液を本装置により６０ＫＨz の高周波電圧を
作用させて凝集・分離処理し、処理後の試料廃液中に含
まれるヘキサン抽出物の量を測定した。その測定結果を
表１に示す。測定方法は、ＪＩＳ−Ｋ０１０２（２４−
２）に準じて行ない、比較例として６０Ｈz の商用交流
電界を試料廃液に作用させて処理した場合の例を併記し
た。

【００３３】

【表１】

【００３４】この試験例から、本実施例の装置により、
高周波電圧を作用させて凝集・分離を行なった場合、商
用交流電源の電圧を印加する場合に比べ、洗浄液中から
より多くの油分を分離・除去できることがわかる。な
お、廃液に印加する高周波電力の電流と電圧について
は、固体粒子が混入した廃液の場合、電極板に供給する
高周波電力を、周波数６０ＫＨz 、電流０．９Ａ、電圧
２０Ｖとしたとき、最良の凝集・分離効果が得られた。
また、エマルジョンを含む廃液の場合、電極板に供給す
る高周波電力を周波数６０ＫＨz 、電流１．０Ａ、電圧
２０Ｖとしたとき、最良の凝集・分離効果が得られた。

【００３５】第２実施例 この実施例は第１実施例の装置に対し、電極の対の間に
絶縁体を配置したものである。図６と図７はそれを示し
たものである。なお電極板２５と２６間に絶縁体３２が
配置された点を除いて他は同様である。このように電極
板の間に絶縁体３２を配置すると、電流が流れ難くな
り、より電気分解の発生が抑制される。逆にいうとより
大きな電圧を印加しても電気分解が生じないといっても
よい。実際この実施例では電極板２５と２６間に５０ボ
ルトの電圧を印加しても電気分解の発生が認められなか
った。

【００３６】図８はこの実施例の装置に１０ＫＨz で５
０ボルトを印加した例と６０ＫＨzで１５ボルトを印加
した例を示している。横軸は処理時間であり、縦軸は油
分混入量（重量比）である。６０ＫＨz の方が周波数が
高く、凝集能力が優れているように思われるが、実際に
は電圧の方が強く影響し、電圧の高い方が周波数が低く
てもよく凝集させることが確認された。電圧が高いと振
動の振幅が大きくなり、このために振動エネルギーが大
きくなって凝集を促進するものと推論される。６０ＫＨ
z で５０ボルトを印加すると、より良い結果が得られる
と期待される。この場合、絶縁体３２の存在によって電
極間に高い電圧を印加してもあまり大きな電流が流れな
い。このため電源容量が比較的小さくてよく、かつ電気
分解の抑制にも有利である。

【００３７】第３実施例 第１、第２実施例では槽の壁を電極として用いた。しか
し図９のように、槽４１の内側を絶縁体４９で絶縁し、
電極板４５，４６と完全に絶縁してもよい。

【００３８】第４実施例 この発明の場合、コロイド溶液に通電する必要は必ずし
もない。コロイド溶液に電界を作用させると粒子は振動
し、電気的な中和が促進されて凝集が促進されるのであ
る。この第４実施例では図１０に示すように、電極板６
５と６６の表面を絶縁体７２でコートして完全に絶縁し
ている。このようにすると水の電気分解は抑制され、大
電圧を付加して効率的に凝集してゆくことが可能とな
る。

【００３９】第５実施例 この実施例は、第１実施例の凝集分離装置において、電
源装置に波形整形器を付加したものである。被処理液と
なる廃液を入れる槽の構造は、図１および図２に示され
る槽１と同様である。また、電源装置の構造は、図１１
のブロック図で示される。なお、第１実施例と同一の部
材等には、同一符号を付して説明を省略する。図１１に
示されるように、本実施例の電源装置８２は、第１実施
例の電源装置２の高周波信号発生器１５に波形整形器８
４が付加された構成を有している。この波形整形器８４
は、高周波信号発生器１５から発生される高周波を矩形
波に変換するとともに、そのデューティ比を自由に設定
することができる。ここで、デューティ比とは、高周波
電圧の一周期の長さに対する通電時間の割合をいう。

【００４０】この波形整形器８４により発生する高周波
電圧の具体例について、図１２および図１３を参照しつ
つ説明する。図１２，図１３に示される高周波電圧波形
はいずれも方形波であり、互いにデューティ比が異なっ
ている。ここで、デューティ比Ｒは、図１２，図１３に
おける最大電圧印加時間Ｔａおよび電圧０Ｖ時間Ｔｂに
よって、次式（１）によって示される。 Ｒ＝Ｔａ／（Ｔａ＋２Ｔｂ） …（１） このデューティ比Ｒは、通常用いられるデューティ比の
定義とやや異なるが、本実施例では式（１）で求められ
るデューティ比Ｒの値を指標として、実験結果の比較等
を行っている。

【００４１】ここで、図１２の波形は、周波数が１０ｋ
Ｈｚ，最大印加電圧が５０Ｖで、デューティ比が５０％
のものである。この場合の平均電流の大きさは、３Ａと
なる。一方、図１３の波形は、周波数は同じく１０ｋＨ
ｚで、最大印加電圧を１００Ｖと大きくし、デューティ
比を２０％に減らしている。平均電流の大きさは、図１
３と同じく３Ａである。このように、図１２と図１３の
高周波電圧波形による平均電流はいずれも３Ａであり、
この平均電流においては水の実質的電気分解は起こらな
い。すなわち、図１２，図１３の高周波電圧波形は、方
形波のデューティ比が水の実質的電気分解を抑制する大
きさ以下に設定されている。

【００４２】さて、このような二種類の高周波電圧波形
を用いた場合の廃液処理の試験結果について、図１４を
参照しつつ説明する。図１４は、市販のアルカリ洗浄液
９０リットル中に４リットルの油を混合してエマルジョ
ン化した試料廃液を作り、その試料廃液を凝集・分離処
理して、処理後の試料廃液中に含まれるヘキサン抽出物
の量を測定した結果である。測定方法は、ＪＩＳ−Ｋ０
１０２（２４−２）に準じて行なった。図１４の縦軸
は、処理された廃液中のノルマルヘキサン抽出物の量
（重量比）であり、横軸は処理時間である。記号△で示
される実験値は図１２の波形によるものであり、記号○
で示される実験値は図１３の波形を用いたものである。
図１４で示されるように、図１３の波形を用いた場合の
方がより良好な分離結果が得られており、最大印加電圧
が大きいほうが凝集・分離が促進されることがわかる。
すなわち、高周波電圧印加による凝集・分離は、周波数
が同じならば印加電圧が大きいほど促進される。従っ
て、良好な凝集分離結果を得るには、デューティ比Ｒを
なるべく小さくして最大電圧の印加時間を減らすことに
よって、平均電流を増加させずに最大印加電圧を大きく
することが効果的である。実験の結果、デューティ比を
２０％まで減らしても、高周波による凝集・分離の効果
が得られることが判明している。

【００４３】第６実施例 この実施例は、コロイド溶液をこれと反対の極性に帯電
したエマルジョン溶液と混合した後に高周波電圧を印加
することによって、非常に微小なコロイド粒子をエマル
ジョン粒子とともに凝集・分離させる方法である。通常
の高周波電界印加法によってコロイド粒子のみを凝集体
として凝集させても、元のコロイド粒子の径が極めて小
さい場合には凝集体の径も小さいものにしかならず、分
離することができない。本実施例においては、かかる微
小なコロイド粒子を、これを反対極性の帯電を有するエ
マルジョン粒子と会合させることによって、分離を促進
させるものである。すなわち、疎水コロイド粒子が＋に
帯電しているときは−に帯電したエマルジョン粒子を含
む溶液と、また疎水コロイド粒子が−に帯電していると
きは＋に帯電したエマルジョン粒子を含む溶液と混合す
る。

【００４４】図１５に本実施例の凝集分離方法のフロー
チャートを示す。処理対象として用意されたコロイド溶
液およびエマルジョン溶液の一組について、このフロー
チャートに示される手順に従って、処理が実行される。
ステップＳ１０において処理が開始されると、まず、処
理対象となるコロイド溶液の帯電が＋か−かが判定され
る（ステップ１２）。この判定は、Ｂｕｒｔｏｎ法（Ｕ
字管を使用した電気泳動法）によって行われる。コロイ
ド粒子が＋に帯電している場合はステップＳ１４に、ま
たコロイド粒子が−に帯電している場合はステップＳ２
０に進み、続いてエマルジョン溶液の種類が判定され
る。エマルジョン溶液の種類とは、エマルジョン粒子を
構成する界面活性剤がカチオン系か、アニオン系か、ノ
ニオン系かを意味する。エマルジョン溶液の種類は、溶
液中の界面活性剤に何を使用するかが分かっていれば、
カチオン系，アニオン系，ノニオン系のいずれかの判別
はできる。もし、エマルジョン溶液の種類が不明である
時は、電気泳動法によって確認することかできる。ここ
で、コロイド粒子の帯電とエマルジョン粒子の帯電とが
同じ極性の場合、すなわちステップＳ１４でカチオン
系、ステップＳ２０でアニオン系と判定された場合に
は、両者を混合しても凝集させることができない。よっ
て、ステップＳ１６あるいはステップＳ２２へ進んで、
コロイド溶液またはエマルジョン溶液の一方を取り替え
て、再びステップＳ１２以下の処理が行われる。

【００４５】一方、コロイド粒子の帯電とエマルジョン
粒子の帯電が反対極性の場合、すなわちステップＳ１４
でアニオン系、ステップＳ２０でカチオン系と判定され
た場合は、ともにステップＳ２６へ進み、両溶液が混合
される。この結果、反対極性の帯電を有するコロイド粒
子とエマルジョン粒子が静電的引力で引き合って会合す
る。次に、この混合液が槽に入れられて高周波電圧が印
加される（ステップＳ２８）。これによって、コロイド
粒子とエマルジョン粒子が会合してゼータ電位の低下し
た会合体が互いに凝集して径の大きい凝集体となり、浮
上または沈降することによって分離される。また、ステ
ップＳ１４，Ｓ２０でエマルジョン粒子を構成する界面
活性剤がノニオン系であると判定された場合は、それぞ
れステップＳ１８，Ｓ２４へ進み、エマルジョン粒子の
帯電が−とみなされる。すなわち、ノニオン系界面活性
剤は、カチオン系やアニオン系のような形式荷電はもた
ないが、電気陰性度の大きい酸素原紙が親水性基を作っ
ているため、水溶液中では−に帯電している。従って、
コロイド粒子に対しては、アニオン系界面活性剤と同様
の挙動を示すためである。

【００４６】そして、ステップＳ１８の場合には、ステ
ップＳ２６へ進んで、上述と同様の処理が行われる。す
なわち、両溶液が混合された後に、ステップＳ２８にお
いて高周波電圧が印加されて、凝集・分離が行われる。
一方、ステップＳ２４の場合には、ステップＳ３０へ進
んで、高周波電圧を印加しながら両溶液の混合が行われ
る。すなわち、両溶液中の粒子の帯電が同符号であるた
め、そのまま混合したのでは静電反発力によって会合が
妨げられる。そこで、高周波電圧を印加しながら両溶液
を混合することによって、電位を中和してコロイド粒子
とエマルジョン粒子を会合させ、凝集させるものである
（ステップＳ３２）。このようにして、コロイド溶液と
エマルジョン溶液の組合せに応じてステップＳ２６〜Ｓ
２８またはステップＳ３０〜Ｓ３２の処理が行われて、
凝集分離工程が完了する（ステップＳ３４）。

【００４７】なお、いずれかの溶液について帯電が不明
な場合、またはいずれかの溶液中に帯電の極性の異なる
粒子が混合している場合は、図１５のステップＳ３０〜
Ｓ３２の処理が適用される。この処理によれば、コロイ
ド溶液とエマルジョン溶液とがいかなる帯電の粒子を含
んでいても、確実に凝集・分離を行うことができる。

【００４８】図１６〜図１９は、本実施例の方法によっ
て処理されて凝集した粒子の観察結果を示す図である。
図１６は、電着塗装廃液にアニオン系界面活性剤からな
るエマルジョン溶液を混合して処理した場合の観察結果
であり、図１７は、同じ電着塗装廃液にノニオン系界面
活性剤からなるエマルジョン溶液を混合した場合を示し
ている。また、図１８は二酸化鉄のコロイド溶液にアニ
オン系界面活性剤からなるエマルジョン溶液を混合して
処理した場合の観察結果であり、図１９は、同じ二酸化
鉄のコロイド溶液にノニオン系界面活性剤からなるエマ
ルジョン溶液を混合した場合を示している。図１８，図
１９の観察は、＋に電荷していることが明らかな二酸化
鉄のコロイド溶液を用いることによって、電着塗装廃液
に含まれるコロイド粒子の帯電の極性を明らかにするた
めのものである。図１６，図１７と図１８，図１９の比
較により、電着塗装廃液中のコロイド粒子も＋に電荷し
ていることが分かる。なお、図中の左右方向が電圧の印
加方向である。

【００４９】図１６，図１８の「＋帯電のコロイド粒子
＋アニオン系エマルジョン粒子」の場合は、径の大きな
エマルジョン粒子に微小なコロイド粒子が取り込まれて
いることが分かる。また、図１７，図１９の「＋帯電の
コロイド粒子＋ノニオン系エマルジョン粒子」の場合
は、粒子が電圧印加方向（図の左右方向）に沿って振動
し、また個々の粒子の水平位置での界面電気の二重構造
が中和されて、電圧印加方向に連続していることが分か
る。

【００５０】以上いずれの実施例の場合も、電極間に印
加する電圧は比較的小さい。このため水の電気分解は起
り難く、そのうえ高周波電圧を利用することによって水
の電気分解がほとんど生じなくされている。

【００５１】

【発明の効果】本発明によると、水の電気分解を抑制し
た状態でコロイド粒子の凝集を促進させるために、水を
主とする分散媒に粒子が分散しているような系から粒子
を効率よく凝集させて分離することが可能となり、環境
の保全と資源の再利用に大きく貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の凝集分離装置の縦断面図である。

【図２】第１実施例の凝集分離装置の水平断面図であ
る。

【図３】電源装置のブロック図である。

【図４】振動エネルギーと反発エネルギーと粒子径と周
波数の関係を示す図である。

【図５】凝集した粒子群の実例を示す図である。

【図６】第２実施例の凝集分離装置の縦断面図である。

【図７】第２実施例の凝集分離装置の水平断面図であ
る。

【図８】第２実施例の処理結果を示す図である。

【図９】第３実施例の凝集分離装置の水平断面図であ
る。

【図１０】第４実施例の電極を示す図である。

【図１１】第５実施例の凝集分離装置における電源装置
のブロック図である。

【図１２】第５実施例の凝集分離装置における高周波電
圧波形を示す図である。

【図１３】よりデューティ比を小さくした高周波電圧波
形を示す図である。

【図１４】第５実施例の凝集分離装置における処理結果
を示す図である。

【図１５】第６実施例における凝集分離の手順を示すフ
ローチャートである。

【図１６】第６実施例における凝集した粒子群の実例を
示す図である。

【図１７】第６実施例における凝集した粒子群の実例を
示す図である。

【図１８】第６実施例における凝集した粒子群の実例を
示す図である。

【図１９】第６実施例における凝集した粒子群の実例を
示す図である。

【符号の説明】

１，２１，４１ 槽 ２，２２，４２，８２ 電源装置 ５，２５，４５，６５ 電極 ６，２６，４６，６６ 電極 ３２，５２，７２ 絶縁体 ８４ 波形整形器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河原 文雄 愛知県豊田市柿本町７丁目16番地１ 株式 会社メックインターナショナル内 (72)発明者 井上 昇 兵庫県小野市船木町727番地

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水系コロイド溶液中のコロイド粒子の凝
   集を促進して水とコロイド粒子の凝集体に分離する方法
   であり、 少なくとも１対の電極を備えた槽内に前記水系コロイド
   溶液を収容する工程と、 前記１対の電極間に高周波電圧を印加する工程とを備
   え、 前記高周波電圧の周波数が、通電によって発生する発生
   期酸素が前記コロイド粒子と反応するよりも早く極性が
   反転する周波数以上に設定されていることを特徴とする
   凝集分離方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の凝集分離方法におい
   て、 前記高周波電圧の電圧が、水の実質的電気分解を抑制す
   る電圧以下に設定されていることを特徴とする凝集分離
   方法。
3. 【請求項３】 水系コロイド溶液中のコロイド粒子の凝
   集を促進して水とコロイド粒子の凝集体に分離する方法
   であり、 絶縁体を挟んで対向する少なくとも１対の電極を備えた
   槽内に前記水系コロイド溶液を収容する工程と、 前記１対の電極間に高周波電圧を印加する工程とを備
   え、 前記高周波電圧の周波数が、通電によって発生する発生
   期酸素が前記コロイド粒子と反応するよりも早く極性が
   反転する周波数以上に設定されており、かつ前記絶縁体
   が、前記水系コロイド溶液を流れる電流が水の実質的電
   気分解を抑制する電流以下となるように配置されている
   ことを特徴とする凝集分離方法。
4. 【請求項４】 水系コロイド溶液を水とコロイド粒子の
   凝集体に分離する装置であり、 前記水系コロイド溶液を収容する槽と、 その槽内に配置された少なくとも１対の電極と、 その１対の電極に高周波電圧を印加する電源装置とを備
   え、 前記電源装置の周波数が、通電によって発生する発生期
   酸素が前記コロイド粒子と反応するよりも早く極性が反
   転する周波数以上に設定されていることを特徴とする凝
   集分離装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の凝集分離方法におい
   て、 前記高周波電圧の波形が方形波であり、 該方形波のデューティ比が水の実質的電気分解を抑制す
   る大きさ以下に設定されていることを特徴とする凝集分
   離方法。
6. 【請求項６】 請求項４に記載の凝集分離装置におい
   て、 前記高周波電圧の波形を方形波とするとともに該方形波
   のデューティ比を水の実質的電気分解を抑制する大きさ
   以下に設定する波形整形器が付加されていることを特徴
   とする凝集分離装置。
7. 【請求項７】 水系コロイド溶液と、該水系コロイド溶
   液中のコロイド粒子の帯電とは反対の極性に帯電したエ
   マルジョン粒子が分散した水系エマルジョン溶液とを混
   合させる工程と、 該混合液に高周波電圧を印加する工程とを備えているこ
   とを特徴とする凝集分離方法。