JP5535985B2

JP5535985B2 - 廃液浄化装置

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Publication number: JP5535985B2
Application number: JP2011119066A
Authority: JP
Inventors: 克之服部
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2031-05-27
Also published as: JP2012245466A

Description

本発明は、機械加工油、水溶性冷却液等の廃液を浄化する装置に関する。

下記特許文献１には、水系産業廃液を物理的手法により処理し、再利用可能な清澄かつ活性化された水を生成する装置が開示されている。具体的には、下記特許文献１の装置は、界面活性剤注入装置に貯留された水系産業廃液を循環管路によって還流し、循環管路中に乱流形成部と磁気処理部とを設けて、循環管路中の廃液を乱流によって攪拌するとともに磁化することにより、廃液中の油脂及び汚泥の粒子に微小気泡を付着して、界面活性剤注入装置内で水系産業廃液中の油脂及び汚泥の粒子を浮上させて分離回収するものである。

特開２００６−２８９３１７号公報

しかし、汚れ成分が金属化合物のような重量物の場合、粒子に微小気泡が付着しても界面活性剤注入装置内での浮力が充分ではなく、効率的な分離回収ができない問題がある。
本発明は、このような問題に鑑み、物理的な手法により汚れ成分を沈殿させて分離することにより、廃液中に汚れ成分として金属化合物のような重量物を含む場合でも汚れ成分を効率的に分離回収することを課題とする。

本発明の第１発明は、廃液に凝集剤として磁性体粉を注入する磁性体粉注入装置と、前記磁性体粉が混入された廃液に回転磁界をかけて磁性体粉を磁化すると共に攪拌する凝集反応装置と、凝集反応装置からの廃液が注入され、磁性体粉を沈殿させて上部から浄化された液体を取り出し可能とする沈殿槽とを備えることを特徴とする廃液浄化装置である。
第１発明によれば、磁性体粉表面に廃液中の汚れ成分を付着させて沈殿槽にて沈殿させるため、汚れ成分に金属化合物が含まれていても浄化機能を果たさせることができる。
しかも、廃液中の汚れ成分を沈殿させて液体との分離を行うので、汚れ成分を浮上させるものに比べて汚れ成分の除去作業を容易にすることができる。ここでは凝集剤が磁性体粉であるため、一般的な凝集剤に比べて比重が高く、汚れ成分が比重の低いもの、例えばセラミックスであっても、汚れ成分を付着させた磁性体粉の沈殿槽での沈殿を早めることができる。

本発明の第２発明は、上記第１発明において、前記磁性体粉は、フェライト粉であることを特徴とする。
第２発明によれば、フェライト粉表面には微細な空洞があるため、凝集剤としての表面積を大きくすることができ、廃液中の汚れ成分を効率的に付着させることができる。

本発明の第３発明は、上記第１又は２発明において、前記凝集反応装置は、三相交流電流を供給されて内部に回転磁界を発生するように円筒状に配置されたコイルを備えることを特徴とする。
第３発明によれば、フェライト粉が混入された廃液が回転磁界を受けることにより攪拌されるため、廃液が回転磁界中を通過している時間が長く維持され、フェライト粉表面への汚れ成分の付着を促進させることができる。

本発明の第４発明は、上記第３発明において、前記凝集反応装置は、前記円筒状配置のコイルの円筒内部に、廃液を通過させる螺旋状のパイプを備えることを特徴とする。
第４発明によれば、フェライト粉が混入された廃液が回転磁界を受けることにより攪拌され、しかもパイプが螺旋状とされているため、廃液が回転磁界中を通過している時間が長く維持され、フェライト粉表面への汚れ成分の付着を促進させることができる。

本発明の第５発明は、上記第１乃至４発明のいずれかにおいて、前記凝集反応装置は、前記回転磁界を発生させるための交流電流の周波数を任意に切り換える周波数変換装置を備えることを特徴とする。
第５発明によれば、回転磁界を発生させるための交流電流の周波数を切り換えることができ、例えば汚れ成分に応じた周波数に設定して効率的に汚れ成分を磁性体粉の表面に付着させることができる。

本発明の第６発明は、上記第１乃至第５発明のいずれかにおいて、前記沈殿槽の下部には磁石が設けられていることを特徴とする。
第６発明によれば、沈殿槽下部に磁石を設けたので、汚れ成分が付着した磁性体粉を重力と磁石による吸引力とによって速やかに沈殿させることができ、廃液の浄化効率を高めることができる。

本発明の第７発明は、上記第１乃至第６発明のいずれかにおいて、前記沈殿槽にて沈殿された磁性体粉を受けて、磁性体粉の塊を生成する遠心分離機を備えることを特徴とする。
第７発明によれば、磁性体粉を回収して再生処理を施せば磁性体粉を再利用することができる。

本発明の第８発明は、上記第７発明において、前記遠心分離機は、回転中心が縦方向に設定されたフィルタ製の回転ドラムと、該回転ドラム内に摺動可能に配置され、前記回転ドラムと同軸上で相対回転して回転ドラム内壁に付着した回収物を下方に掻き落とすスクレーパとを備え、前記回転ドラム内に沈殿槽からの磁性体粉を供給し、回転ドラムを回転させると共に前記スクレーパを回転ドラムに対して相対回転させることにより、回転ドラムの外周側から液体を取り出し、且つスクレーパの下方から回収物としての磁性体粉を取り出すことを特徴とする。
第８発明によれば、スクレーパは回転ドラム内壁に付着した回収物を下方に掻き落とすので、遠心分離機を作動させながら連続的に回収物を回収することができる。

本発明の第９発明は、上記第８発明において、前記回転ドラム及びスクレーパは、スクレーパが回転ドラムと同方向で、且つ回転ドラムより高速回転されることにより、回転ドラムに対して相対回転される回転機構を備えることを特徴とする。
第９発明によれば、回転ドラム及びスクレーパを共に回転させながら両者間に相対回転を生じさせるので、遠心分離機を作動させながらの連続的な回収物の回収を実現することができる。

本発明の第１０発明は、上記第８又は９発明において、前記回転ドラムの内壁と前記スクレーパの外周端との間に所定の隙間が形成されるように設定し、前記沈殿槽からの磁性体粉は前記回転ドラムの下部に供給され、前記回転ドラムの外周側に流出せず残った液体は前記隙間を通って回転ドラムの上部から流出させることを特徴とする。
第１０発明によれば、上記隙間には回転ドラムを成すフィルタを通過できなかった磁性体粉が積層され、その積層体を通って磁性体粉中の液体が濾過され、濾過して下から上へ押し出された液体が回転ドラムの上部から取り出される。このため、回転ドラムのフィルタに加えて積層された磁性体粉によっても液体が濾過され、遠心分離機としての濾過能力を高めることができる。

本発明の第１１発明は、上記８乃至１０発明のいずれかにおいて、前記回転ドラムの外周には任意のタイミングで回転ドラム外周に向けて所定圧力の気体を噴出する洗浄器を備え、その噴出された気体により回転ドラムの内壁に付着した磁性体粉を除去させることを特徴とする。
第１１発明によれば、任意のタイミングで洗浄器から噴出された気体により回転ドラム内壁に付着した磁性体粉が除去されるため、磁性体粉が回転ドラム内壁に付着して固まることを防止することができる。従って、遠心分離機の性能を維持することができる。

本発明の第１２発明は、上記第１乃至１１発明のいずれかにおいて、前記凝集反応装置に供給される廃液には、界面活性剤が注入されることを特徴とする。
第１２発明によれば、廃液に界面活性剤が注入されることにより磁性体粉表面への廃液の付着が良くなり、磁性体粉表面への汚れ成分の付着を促進させることができる。

本発明の第１３発明は、上記第１乃至第１２発明のいずれかにおいて、廃液を生じる機能装置に付属させて貯液槽を設け、機能装置からの廃液を貯液槽に貯え、前記凝集反応装置に供給すると共に、前記沈殿槽から取り出される浄化された液体を貯液槽に貯えることを特徴とする。
第１３発明によれば、機能装置に付属する貯液槽に廃液浄化機能を循環系として設けたので、廃液の浄化機能を簡潔に構成することができる。

本発明の第１４発明は、抽出した廃液中に凝集剤として磁性体粉を注入し、磁性体粉が混入された廃液に回転磁界をかけて攪拌し、攪拌後の廃液を沈殿槽に入れて磁性体粉を沈殿させ、沈殿槽の上部から浄化された液体を取り出すことを特徴とする廃液浄化方法である。
第１４発明によれば、磁性体粉に廃液中の汚れ成分を付着させて沈殿槽にて沈殿させるため、汚れ成分に金属化合物が含まれていても浄化機能を果たさせることができる。
しかも、廃液中の汚れ成分を沈殿させて液体との分離を行うので、汚れ成分を浮上させるものに比べて汚れ成分の除去作業を容易にすることができる。

本発明の第１５発明は、上記第１４発明において、前記磁性体粉は、フェライト粉であることを特徴とする。
第１５発明によれば、フェライト粉表面には微細な空洞があるため、凝集剤としての表面積を大きくすることができ、廃液中の汚れ成分を効率的に付着させることができる。

本発明に係る廃液浄化装置の一実施形態の配管図である。上記実施形態における遠心分離機の部分断面平面図である。図２のＩＩＩ―ＩＩＩ線断面図である。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１の実施形態は、鍛造装置或いは転造装置（本発明における機能装置に相当）において加工油として使用され、排出される使用済の加工油を浄化するための装置に本発明を適用した場合を示す。
図中、５０は上記機能装置（不図示）に付属され、上記使用済の加工油を貯える貯油槽（本発明における貯液槽に相当）であり、この貯油槽５０は機能装置からの加工油を傾斜面部５１で受け、ここで機械加工時に油中に混入した大きな金属粉が除去され、その加工油は、その後フィルタ５２で更に細かな金属粉が除去されて、廃油（本発明における廃液に相当）として貯油槽５０内に貯えられる。

ここで貯えられた廃油は、ポンプ６１によって凝集反応装置２０に供給される。この供給路中には磁性体粉注入装置１０、凝集剤注入装置７１及び界面活性剤注入装置７２が接続されており、磁性体粉注入装置１０からは凝集剤としてフェライト粉（本発明における磁性体粉に相当）が廃油中に注入される。ここで、１２はフェライト粉を貯えているタンクであり、１１はタンク１２中のフェライト粉を廃油供給の配管に向けて送り出すチューブポンプである。なお、ここで使用されるフェライト粉は、その粉体の大きさが例えば２〜６ミクロン程度とされている。
凝集剤注入装置７１も磁性体粉注入装置１０と同様の構成であり、一般的な凝集剤が廃油中に注入される。凝集剤としては藁灰、鹿児島県産のシラス等が使用される。
また、界面活性剤注入装置７２からは、界面活性剤が廃油中に注入される。界面活性剤としては、一般的に塗料に混入されるシリコン系の溶液が使用される。

凝集反応装置２０は、図１では詳細に示されていないが、三相交流電流を供給されて内部に回転磁界を発生するように円筒状に配置されたコイルと、この円筒状に配置されたコイルの円筒内部に、廃油を通過させる螺旋状のパイプとを備える。
凝集反応装置２０では、フェライト粉が混入された廃油が回転磁界を受けることによりフェライト粉が磁化されると共に攪拌され、フェライト粉表面に廃液中の汚れ成分が付着される。廃油を通すパイプは螺旋状とされているため、廃油が回転磁界中を通過している時間が長く維持され、フェライト粉表面への汚れ成分の付着を促進させることができる。また、上述のように廃油に一般的な凝集剤及び界面活性剤が注入されているため、廃油に対する一般的な凝集作用が行われると共に、界面活性剤によりフェライト粉表面への廃液の付着が良くなり、フェライト粉表面への汚れ成分の付着を促進させることができる。
コイルの円筒内部に廃油を通過させるパイプは、上記のように螺旋状とせず、上記螺旋状パイプの外縁径に相当する太さのストレートなパイプとしても良い。この場合、パイプ内では回転磁界によって廃油内に複数の小さな渦流が発生され、更にその渦流によって大きな渦流が誘導されて発生される。このような複雑な渦流によって、フェライト粉表面への汚れ成分の付着を促進させることができる。

凝集反応装置２０は、図示を省略したが、回転磁界を発生させるための交流電流の周波数を任意に切り換える周波数変換装置を備えている。周波数変換装置は、浄化対象である廃油中の汚れ成分である金属化合物の種類に応じて１０〜５００ヘルツに調整される。
このように、回転磁界を発生させるための交流電流の周波数を切り換えることにより、汚れ成分に応じた周波数に設定して効率的に汚れ成分をフェライト粉の表面に付着させることができる。

凝集反応装置２０を通った廃油は沈殿槽３０に送られ、ここで廃油中のフェライト粉及び一般的な凝集剤が沈殿される。沈殿槽３０の内部には廃油流入路３１が形成されており、この廃油流入路３１は沈殿槽３０の上縁部から沈殿槽３０の底部付近まで延びている。凝集反応装置２０からの廃油は廃油流入路３１の上部で受け入れられ、その下部から沈殿槽３０内に流入する。
沈殿槽３０は、その上部外周側にオーバーフロー部３３を備え、オーバーフローした油がフィルタ５２を介して貯油槽５０に戻されるように配管されている。
また、廃油流入路３１の下部には電磁石（本発明における磁石に相当）３２が設けられている。このように廃油流入路３１の下部に磁石を設けたので、汚れ成分が付着したフェライト粉を重力と磁石による吸引力とによって速やかに沈殿させることができ、廃油の浄化効率を高めることができる。
更に、沈殿槽３０の下部のフェライト粉が沈殿する部分には、配管が接続され、バルブ６７及びスラリーポンプ６８を介して遠心分離機４０に沈殿物を供給するようにされている。

遠心分離機４０は、回転ドラム４１がモータ４２によって回転され、沈殿物中に含まれる油分を分離して、その油分を貯油槽５０に戻すように配管されている。また、回転ドラム４１の下部には、押出器８１が一体に設けられており、押出器８１は回転ドラム４１内に残ったフェライト粉を回転ドラム４１から押し出してフェライト粉のケーキを成形するようにされている。押出器８１の下方には、ケーキタンク８２が設けられ、押出器８１から押出成形されたケーキを貯えるようにされている。
ケーキは、加熱されて油分を除去して再利用することができる。或いは、油分を含んだフェライト粉は、そのまま焼却炉に入れて焼却炉の加熱促進剤として使うこともできる。

沈殿槽３０の下部に沈殿したフェライト粉は、遠心分離機４０に送られる経路から分岐されて、バルブ６９及びスラリーポンプ６３を介して脱磁器６６に送られ、ここでフェライト粉の脱磁が行われた後、再び凝集反応装置２０に供給されている。このように循環路を構成することによりフェライト粉を繰り返し活用することができる。

上述の実施形態の浄化装置により浄化された切削油の分析結果は次表１のとおりであり、診断結果は継ぎ足し油として再使用可能とされた。

表１において、「診断結果」の「○」は良好、「△」は経過観察要、「×」は要注意を意味する。
また、この切削油の濾過後の残渣量の比較は表２のとおりとなっている。なお、残渣量の求め方は、試料を１００ｍＬ分取し、ヘキサン・アセトン混合溶媒に溶かし、孔径０．２μｍのメンブランフィルタで濾過し、濾過前後の重量差から濾過残渣量を求めた。

以上のように、実施形態の廃油浄化装置によれば、フェライト粉に廃油中の汚れ成分を付着させて沈殿槽３０にて沈殿させるため、汚れ成分に金属化合物が含まれていても浄化機能を果たさせることができる。しかも、廃油中の汚れ成分を沈殿させて油との分離を行うので、汚れ成分を浮上させるものに比べて汚れ成分の除去作業を容易にすることができる。ここでは凝集剤がフェライト粉であるため、一般的な凝集剤に比べて比重が高く、汚れ成分が比重の低いもの、例えばセラミックスであっても、汚れ成分を付着させたフェライト粉の沈殿槽３０での沈殿を早めることができる。
また、機能装置に付属する貯油槽５０に廃油浄化機能を循環系として設けたので、廃油の浄化機能を簡潔に構成することができる。

なお、図１の実施形態では、機能装置から排出され、凝集反応装置２０、沈殿槽３０を含む浄化装置で上述のように浄化されて貯油槽５０に循環され貯留された加工油は、ポンプ６５によって再び機能装置に供給され使用されている。

次に上記遠心分離機４０の詳細構造を図２、３に基づいて説明する。
遠心分離機４０は、回転中心が縦方向に設定された焼結フィルタ製の回転ドラム４１と、該回転ドラム４１内に摺動可能に配置され、回転ドラム４１と同軸上で相対回転して回転ドラム４１内壁に付着した回収物を下方に掻き落とすスクレーパ４３とを備えている。
具体的には、回転ドラム４１は、その上下端がリング体４１２に挟まれており、上側のリング体４１２は支持体４０１内に回転自在に支持された外筒４１１の下端に固定されている。また、下側のリング体４１２は、ガイド４１３の上端に固定され、ガイド４１３は大略漏斗状に形成されており、スクレーパ４３によって掻き落とされる固形物（フェライト粉）を、その下方に設けられた基台４９の方向へ誘導する。図示を省略したが、基台４９の下部には上述の押出器８１が設けられている。
一方、スクレーパ４３は、本体４３２が回転ドラム４１と回転中心を共通にするように配置されており、本体４３２の外周には螺旋状にフィン４３４が設けられ、フィン４３４の先端は回転ドラム４１の内周に対して所定の隙間を形成して配置されている。この隙間は、例えば３ミリに設定されている。また、回転ドラム４１のフィルタの孔径は２ミクロンとされている。
本体４３４の上部は、上記外筒４１１内で回転自在とされた内筒４３１の下端に固定されており、本体４３４の下部は、上記ガイド４１３内に配置された下部体４３３の上端に固定されている。
支持体４０１の側方にはモータ４２が連結体４０２を介して固定されており、モータ４２の出力軸にはダブル溝のプーリ４４１が固定され、このプーリ４４１とそれぞれベルト結合された２つのプーリ４４２、４４３が内筒４３１と外筒４１１を回転駆動するように、それぞれの上端に固定されている。プーリ４４２はプーリ４４３よりも小径とされており、そのため内筒４３１は外筒４１１よりも高速回転されることになる。ここで、２つのプーリ４４２、４４３は本発明の回転機構４４を成している。
内筒４３１と本体４３２には、その回転中心部に貫通孔が形成されており、内筒４３１の上端にはヘッド４６が接続され、このヘッド４６を介して内筒４３１の貫通孔には沈殿槽３０からフェライト粉のスラリーが供給されている。一方、本体４３２の下端部には上記貫通孔に連通された半径方向の孔が形成されており、内筒４３１の貫通孔を介して供給されるフェライト粉のスラリーを回転ドラム４１内に導入するようにしている。
従って、回転ドラム４１内に沈殿槽３０からのフェライト粉のスラリーを供給し、回転ドラム４１を回転させると共にスクレーパ４３を回転ドラム４１に対して相対回転させることにより、焼結フィルタである回転ドラム４１の外周側からフェライト粉のスラリー中の油分を取り出し、且つスクレーパ４３の下方から回収物としてのフェライト粉を取り出す。

このように遠心分離機４０が構成され、スクレーパ４３は回転ドラム４１内壁に付着した回収物を下方に掻き落とすので、遠心分離機４０を作動させながら連続的に回収物を回収することができる。
また、回転ドラム４１及びスクレーパ４３を共に回転させながら両者間に相対回転を生じさせるので、遠心分離機４０を作動させながらの連続的な回収物の回収を実現することができる。

上述のように回転ドラム４１の内壁とスクレーパ４３の外周端との間に所定の隙間が形成され、また、フェライト粉のスラリーは回転ドラム４１の下部に供給されている。そして、回転ドラム４１の内周側に流出せず残った油があると、その油は上記隙間を通って回転ドラム４１の上部から流出される。即ち、回転ドラム４１の上側のリング体４１２の内周端とスクレーパ４３の本体４３２の外周端との間には通路が形成されており、また、この通路に連通されて外筒４１１の下部には半径方向の孔が形成されている。
上記隙間には回転ドラム４１を成すフィルタを通過できなかったフェライト粉が積層され、その積層体を通ってフェライト粉中の油が濾過され、濾過して下から上へ押し出された油が回転ドラム４１の上部から取り出される。このため、回転ドラム４１のフィルタに加えて積層されたフェライト粉によっても油が濾過され、遠心分離機４０としての濾過能力を高めることができる。
遠心分離機４０の上部にはヘッド４６を除いて遠心分離機４０の全体を覆うケース上部４７が被せられ、遠心分離機４０の下部はケース上部４７に一部が結合されたケース下部４８で覆われている。
上述のように回転ドラム４１のフィルタを通して外周側に通過した油、及び外筒４１１の下部から流出する油はケース下部４８の内側に捕捉され、貯油槽５０に送られる。

回転ドラム４１の外周のケース下部４８には任意のタイミングで回転ドラム４１外周に向けて所定圧力の空気（気体）を噴出する洗浄器４５を備えている。その噴出された空気により回転ドラム４１の内壁に付着したフェライト粉を除去している。
このように、任意のタイミングで洗浄器４５から噴出された空気により回転ドラム４１内壁に付着したフェライト粉が除去されるため、フェライト粉が回転ドラム４１内壁に付着して固まることを防止することができる。従って、遠心分離機４０の性能を維持することができる。

本発明は、上記実施形態で説明した外観、構成に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、廃液としては廃油以外に廃水でも良い。また、凝集剤としての磁性体粉は、磁性体の粉末であればフェライト粉以外でも良い。

１０磁性体粉注入装置
２０凝集反応装置
３０沈殿槽
３２電磁石（磁石）
４０遠心分離機
４１回転ドラム
４２モータ
４３スクレーパ
４４回転機構
４５洗浄器
４６ヘッド
８１押出器
５０貯油槽
６６脱磁器
７１凝集剤注入装置
７２界面活性剤注入装置

Claims

廃液に凝集剤として磁性体粉を注入する凝集剤注入装置と、
前記磁性体粉が混入された廃液に回転磁界をかけて磁性体粉を磁化すると共に攪拌する凝集反応装置と、
凝集反応装置からの廃液が注入され、磁性体粉を沈殿させて上部から浄化された液体を取り出し可能とする沈殿槽と、
前記沈殿槽にて沈殿された磁性体粉を受けて、磁性体粉の塊を生成する遠心分離機
を備え、
前記遠心分離機は、回転中心が縦方向に設定されたフィルタ製の回転ドラムと、該回転ドラム内に摺動可能に配置され、前記回転ドラムと同軸上で相対回転して回転ドラム内壁に付着した回収物を下方に掻き落とすスクレーパとを備え、
前記回転ドラム内に沈殿槽からの磁性体粉を供給し、回転ドラムを回転させると共に前記スクレーパを回転ドラムに対して相対回転させることにより、回転ドラムの外周側から液体を取り出し、且つスクレーパの下方から回収物としての磁性体粉を取り出す
ことを特徴とする廃液浄化装置。
請求項１において、前記回転ドラム及びスクレーパは、スクレーパが回転ドラムと同方向で、且つ回転ドラムより高速回転されることにより、回転ドラムに対して相対回転される回転機構を備えることを特徴とする廃液浄化装置。
請求項１又は２において、前記回転ドラムの内壁と前記スクレーパの外周端との間に所定の隙間が形成されるように設定し、
前記沈殿槽からの磁性体粉は前記回転ドラムの下部に供給され、前記回転ドラムの外周側に流出せず残った液体は前記隙間を通って回転ドラムの上部から流出させることを特徴とする廃液浄化装置。
請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記回転ドラムの外周には任意のタイミングで回転ドラム外周に向けて所定圧力の気体を噴出する洗浄器を備え、その噴出された気体により回転ドラムの内壁に付着した磁性体粉を除去させることを特徴とする廃液浄化装置。