環境対応型の固液分離システム
【課題】ＣＯ２の発生を間接的に抑えた環境対応型の固液分離システムを提供する。
【解決手段】環境対応型の固液分離システム１００は、製造ライン５で使用したクーラント液を回収する原液タンク１と、第１電動ポンプＰ１から原液が送給管２１により送給される遠心分離機２と、遠心分離機２により分離され、分離液が送給される膜ろ過装置３と、膜ろ過装置３により分離したろ過液が貯蔵されるろ過液タンク４と、ろ過液タンク４のろ過液を前記製造ライン５へ送給する第２電動ポンプＰ２と、製造ライン５から原液タンク１にクーラント液の使用済液を送給する第３電動ポンプＰ３と、膜ろ過装置３より分離した濃縮液が回収路２５により回収される濃縮液タンク６と、濃縮液タンク６に設けられた第４電動ポンプＰ４と、を有し、送給管２１に設けられたバルブ７と、第４電動ポンプＰ４との間に送給管３０を配設し、濃縮液タンク６の濃縮液を遠心分離機２に供給する。
【解決手段】環境対応型の固液分離システム１００は、製造ライン５で使用したクーラント液を回収する原液タンク１と、第１電動ポンプＰ１から原液が送給管２１により送給される遠心分離機２と、遠心分離機２により分離され、分離液が送給される膜ろ過装置３と、膜ろ過装置３により分離したろ過液が貯蔵されるろ過液タンク４と、ろ過液タンク４のろ過液を前記製造ライン５へ送給する第２電動ポンプＰ２と、製造ライン５から原液タンク１にクーラント液の使用済液を送給する第３電動ポンプＰ３と、膜ろ過装置３より分離した濃縮液が回収路２５により回収される濃縮液タンク６と、濃縮液タンク６に設けられた第４電動ポンプＰ４と、を有し、送給管２１に設けられたバルブ７と、第４電動ポンプＰ４との間に送給管３０を配設し、濃縮液タンク６の濃縮液を遠心分離機２に供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＯ２の発生を削減した環境対応型の固液分離システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、ウェーハの製造工程において、ウェーハの素材となるシリコン単結晶の塊（インゴット）は、例えば、１２インチの場合は直径が３００ｍｍ、長さが２ｍにもなる。このインゴットを１ｍｍほどの厚みにスライスするためには、まず両端部をフラット状に削除し、外周を研削加工して円筒状に加工して形を整える。そして、円筒状の素材の外周に面方位マークとなるＶ溝形状のノッチを加工した後、ウェーハの素材をワイヤーソーによって複数枚同時にスライス加工をする。この時使用されるクーラント液には、高硬度で耐久性があり、研磨材として効果を発揮する例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ：Silicon Carbide）の微粉が混入される。これによりワイヤーソーのワイヤーに付着した研磨材がインゴットをスライス状に切断する。
このようなウェーハのスライス加工や、その前加工であるインゴットの外周研削加工などに使用するクーラント液の使用済液は浄化して河川に排水され、また、その一部は、ろ過されて再利用されていることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３１９９１５９号公報（段落００１３〜２０、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような、クーラント液の再利用のシステムには、多くの電動ポンプが使用され、多くのポンプを駆動するモータが接続されている。
日本の電力事情では、電気は６０％が火力発電、３０％が原子力発電、１０％が水力発電で作られるため、電力１ｋｗｈを使用すると、０．３６ｋｇのＣＯ２を発生させることになる。このため、多くの電気モータを使用するシステムでは、ＣＯ２を間接的に発生させ、環境問題を発生させるという問題があった。
【０００５】
図２は、排液の一部を浄化して河川に排水する従来の固液分離システムを示す構成図である。従来の固液分離システム１０１は、原液が原液タンク１から遠心分離機１２に供給され、ここで固形物と液体が分離され、分離された液体の分離液が送給管２２を介して膜ろ過装置１３へ供給される。膜ろ過装置１３においては、分離液中の前記固形物より微細な粒子を取り除いたろ過液がろ過液タンク４へ貯蔵される。また、このろ過液がろ過液タンク４の第２電動ポンプ（Ｍ２＋Ｐ２）により送給管２６を介して、製造ライン５に再生したクーラント液として供給される。製造ライン５で再利用されたクーラント液は使用済液となって回収管２７により第３電動ポンプ（Ｍ３＋Ｐ３）に送られ、回収管２８を介して原液タンク１に戻される。戻った使用済液は原液という。
【０００６】
一方、遠心分離機１２の固形分受皿１２ａの滞留液が回収管２３により濃縮液タンク６へ回収される。また、膜ろ過装置１３から出た濃縮液も回収管２５により濃縮液タンク６へ回収される。濃縮液タンク６には沈降物の沈降を高めるために、例えば、次亜塩素酸ナトリウムや高分子凝集剤(ポリ塩化アルミニウム・PACなど)の凝集剤６ａが送給管３１を介して添加される。濃縮液タンク６の上層部の分離液は、第５電動ポンプ（Ｍ５＋Ｐ５）により送給管３２を介して汚濁水処理装置であるシックナー８へ供給される。このシックナー８の上層部の清水は、第７電動ポンプ（Ｍ７＋Ｐ７）によって送給管３４によりＰＨ処理槽１１に送給され、ＰＨを整えた後、図示しない活性炭フィルター、イオン交換樹脂装置、ＵＶ殺菌機等を通して第９電動ポンプ（Ｍ９＋Ｐ９）により下水または一般河川へ排水される。
【０００７】
他方の濃縮液タンク６の下層部の沈降物は、第６電動ポンプ（Ｍ６＋Ｐ６）によって送給管３３によりフィルタープレス装置９へ送給される。また、シックナー８の下層部の沈降物も、第８電動ポンプ（Ｍ８＋Ｐ８）により送給管３６を介してフィルタープレス装置９へ送給される。フィルタープレス装置９ではこれらの沈降物をプレスし、固形物は産廃業者へ廃棄処分される。
【０００８】
つまり、これらの第１〜第３電動ポンプには、ポンプＰ１〜Ｐ３を駆動する電動モータ（以下、モータ）Ｍ１〜Ｍ３が接続され、第５〜第９電動ポンプには、ポンプＰ５〜Ｐ９を駆動するモータＭ５〜Ｍ９が接続されている。この結果、これらのモータＭ１〜Ｍ３、Ｍ５〜Ｍ９の稼動時間から、年間のＣＯ２の発生量を算出することができる。
なお、ウェーハを製造する工場においては、高額な設備機械のためフル稼働（３交替勤務）が一般的であるため、一日の稼動時間は２２時間とし、月の稼動日は２４日とする。
また、それぞれのモータＭ１〜Ｍ３、Ｍ５〜Ｍ９の出力は、モータＭ１〜モータＭ３が３．７ｋｗ、モータＭ５が３．７ｋｗ、モータＭ６が５．５ｋｗ、モータＭ７〜モータＭ９が３．７ｋｗの合計は、３３．２ｋｗとなる。
そこで、年間の稼働時間に単位時間当たりのＣＯ２の発生量を積算する。
３３．２ｋｗ×２２ｈ×２４日×１２月×０．３６ｋｇ／ｈ＝７５．７tonとなる。
【０００９】
このように、従来の固液分離システム１０１では、ポンプＰ１〜Ｐ３、Ｐ５〜Ｐ９の数が多いため、モータＭ１〜Ｍ３、Ｍ５〜Ｍ９の電力消費量も大きいことから、年間７５．７ｔｏｎのＣＯ２を発生させているという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明では、使用電力量を削減し、地球温暖化防止のためにＣＯ２の発生を抑えた環境対応型の固液分離システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載された環境対応型の固液分離システム（１００）は、製造ライン（５）にて使用したクーラント液を回収し、固液を分離し、ろ過して再利用する環境対応型の固液分離システム（１００）であって、前記製造ライン（５）で使用したクーラント液を回収する原液タンク（１）と、前記原液タンク（１）から原液を送給する第１電動ポンプ（Ｍ１＋Ｐ１）と、前記第１電動ポンプ（Ｍ１＋Ｐ１）から送給管（２１）により原液が送給される遠心分離機（２）と、前記遠心分離機（２）により前記原液の固形物と分離液に分離され、前記分離液が送給管（２２）により送給される膜ろ過装置（３）と、前記膜ろ過装置（３）により前記分離液をろ過液と濃縮液とに分離した後、ろ過液が送給管（２４）により送給されて貯蔵されるろ過液タンク（４）と、前記ろ過液タンク（４）に貯蔵された前記ろ過液を前記製造ライン（５）へ送給する第２電動ポンプ（Ｍ２＋Ｐ２）と、前記製造ライン（５）から前記原液タンク（１）に前記クーラント液の使用済液を送給する第３電動ポンプ（Ｍ３＋Ｐ３）と、前記膜ろ過装置（３）の前記濃縮液が回収路（２５）により回収される濃縮液タンク（６）と、前記濃縮液タンク（６）に設けられた第４電動ポンプ（Ｍ４＋Ｐ４）と、を有し、前記送給管（２１）に設けたバルブ（７）と、前記第４電動ポンプ（Ｍ４＋Ｐ４）との間に送給管（３０）を配設し、前記濃縮液タンク（６）の濃縮液を前記遠心分離機（２）に供給することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載の環境対応型の固液分離システム（１００）であって、前記遠心分離機（２）は立形の遠心分離機であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明によれば、送給管に設けたバルブを切り換えることによって、濃縮液タンク６の濃縮液を立形の遠心分離機へ供給し、立形の遠心分離機の分離処理によって濃縮液の分離をすることができるため、固形分の回収後の分離液は液分だけになり、膜ろ過装置からろ過液としてろ過液タンクに回収され、濃縮液を再利用することが可能になる。また、このように、濃縮液の処理が容易できるため、従来の排水処理設備を不要にすることができて、河川への排水をなくすことができる環境対応型の固液分離システムが可能になる。
これにより、従来の排水処理設備のモータとポンプの使用個数を半減することができることから、電気エネルギーを削減した環境対応型の固液分離システムを提供することができる。この結果、使用済のクーラント液を河川に排出せずに固液分離システム内にて循環させて繰り返し使用することができるため、回りの環境を汚染することがなく、さらに、消費電力を抑えることができることから、世界環境問題の温暖化の主因とされるＣＯ２の発生も抑えることができる。
【００１４】
請求項２に係る発明によれば、立形の遠心分離機は、従来の横形の遠心分離機に比べ、原液が頂上から入り、重力に逆らわず落下し、回転軸と一体のスクリュー羽根に遠心力が付加されることから、微細な固体が均等に分散され、かつ高回収率と低含液率を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の環境対応型の固液分離システムを摸式的に示す構成図である。
【図２】従来の固液分離システムを摸式的に示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る無排液の固液分離システムの一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、クーラント液とは、水以外の油も含めた切削液をいう。
図１に示すように、原液タンク１には、製造ライン５の切削加工用に供給されたクーラント液の使用済液が回収される。原液タンク１の第１電動ポンプ（Ｍ１＋Ｐ１）は、モータＭ１の駆動によってポンプＰ１が回転し、原液を送給管２１により立形の遠心分離機２に供給する。立形の遠心分離機２に供給された原液は、固形物と分離液に分離され、固形物は下方の固形物受皿２ａへ排出され、分離液は送給管２２により膜ろ過装置３へ送給される。膜ろ過装置３では、ろ過液と濃縮液に分離され、ろ過液は送給管２４によりろ過液タンク４へ回収されて貯蔵され、濃縮液は送給管２５により濃縮液タンク６へ回収されて貯蔵される。また、このろ過液はろ過液タンク４の第２電動ポンプ（Ｍ２＋Ｐ２）により送給管２６を介して、繰り返し製造ライン５に供給される。
【００１７】
原液タンク１は、製造ライン５で使用した使用済液のクーラント液を回収するタンクである。原液タンク１は地下に設けられたピットに配置してもよいし、地上フロアに設置してもよい。
製造ライン５からの使用済液が原液タンク１に入ると、使用済液は原液となる。
原液タンク１の上部には第１電動ポンプ（Ｍ１＋Ｐ１）がセットされている。原液はこのポンプＰ１に接続された送給管２１により、立形の遠心分離機３の頂上に供給される。また、送給管２１にはバルブ（３方向電磁弁）７が配置されている。
【００１８】
遠心分離機２は立形であり、原液は原液タンク１から立形遠心分離機２の頂上へ投入される。立形の遠心分離機２は、図２に示すように、従来の横形の遠心分離機２のよりも重力に逆らわず、遠心力が利用できることから、固体が均等に分散され、高回収率と低含液率を実現できる。
通常の原液処理（１次処理という）においては、粒径（１〜１０μ）までの固形分が回収できる。しかし、それより小さい粒径（０．１〜１μ）の固形分は分離液と共に膜ろ過装置３に流れ、膜ろ過装置３によって分離された粒子は濃縮液となって回収管２５を介して濃縮液タンク６に回収される。
【００１９】
そこで、立形の遠心分離機２の分離条件の時間を変えて再分離（２次処理という）することにより、濃縮液の小さい粒径（０．１〜１μ）を分離することができる。
この分離条件とは、立形の遠心分離機２の遠心効果及び堰板サイズを変更せず固定して、遠心時間を増加させるだけでよい。
例えば、１次処理では粒径（１〜１０μ）の固形分の分離は、１０秒の遠心効果で可能とすると、より小さい粒径（０．１〜１μ）の固形分は、必要遠心時間は粒径比の２乗に比例することから、１０秒×１０２＝１０００秒(≒１６．７分)。つまり、２次処理は、内部滞留容積分ずつ供給し、例えば１７分間稼動させて処理すればよい。
【００２０】
したがって、２次処理の場合は１次処理の原液の供給を止め、立形の遠心分離機２に濃縮液タンク６の濃縮液を供給し、しかも遠心時間を例えば１７分間稼動して小さい粒径（０．１〜１μ）の固形分を回収する。
また、一般に膜ろ過装置３の濃縮限界は濃度０．５％(５０００ＰＰＭ)程度であり、立型の遠心分離機２の分離水中の浮遊物質量のＳＳ成分が５００ＰＰＭであれば、１０倍濃縮、１００ＰＰＭならば５０倍濃縮となり濃縮液量も決まる。１次処理と２次処理のバランスを取り、立形の遠心分離機２の型式や台数を決めれば、充分な効果が発揮できる。
この結果、固形分の回収後の分離液は液分だけであるため、膜ろ過装置３からろ過液としてろ過液タンク４に回収され、再利用する循環サイクルが可能になった。
このように、濃縮液の処理が容易できるため、排水処理設備を全部不要にすることができる。
【００２１】
膜ろ過装置３は、セラミック膜フィルターを用いた装置である。膜ろ過装置３では、さらに微細な粒子を取り除いたろ過液と、その残り液である濃縮液に分離され、ろ過液は送給管２４によりろ過液タンク４へ回収され、濃縮液は送給管２５により濃縮液タンク６へ回収される。
セラミック膜は孔径０．１μの多孔質セラミック膜による精密ろ過であり、中空糸膜などの高分子膜に比べて機械的な強度が高く、膜破損がないため、安全な水を供給できるほか、耐久性に優れ、ランニングコストが低い。
ここでは０．１〜１ミクロンの優れたろ過能力を発揮する。これにより、安定した分離液のろ過ができる。さらに、環境対応型の固液分離システム１００は、構成がシンプルであるため、容易な操作性とメンテナンス、さらに凝集剤の無注入による膜ろ過が可能であり、運転管理が容易である。また、環境対応型の固液分離システム１００は、前記した従来の固液分離システム１０１と比較してポンプなどの数が少ないので、装置のコンパクト化と省スペースおよび処理能力のアップが図れる。
【００２２】
ろ過液タンク４は、膜ろ過装置３によりろ過させたろ過液が、回収路２４により貯蔵されるタンクである。
【００２３】
製造ライン５は、シリコン単結晶の塊（インゴット）の両端部をフラット状に削除する工程、外周を研削加工して円筒状に加工して形を整える工程、円筒状の外周に面方位マークとなるＶ溝形状のノッチを加工する工程、ワイヤーソーによって所定の厚みにスライス加工をする工程等に使用される複数の工作機械群をいう。
また、製造ライン５の使用済液は、回収路２８を介して第３電動ポンプＭ３＋Ｐ３により原液タンク１に戻されて原液となる。
なお、製造ライン５とは、クーラント液を使用する１台の機械であってもよい。
【００２４】
また、製造ライン５は、ウェーハ製造工程で説明したが、レアメタルなどの金属粉を製造するアトマイズ法による製造工程の製造ラインであっても構わない。
アトマイズ法とは、高圧水を用いて熔融金属の粉砕と急冷凝固を瞬時に行い、金属粉を製造する方法で、粉末の成分、形状、密度、粒度等を自由にコントロールできる特徴がある。本願発明の環境対応型の固液分離システム１００は、このアトマイズ法による製造工程で使用する高圧水にも採用することができる。また、この他の製造ラインであっても構わない。
【００２５】
濃縮液タンク６は、前記膜ろ過装置３の濃縮液が回収路２５により回収されるタンクである。濃縮液タンク６上には第４電動ポンプ（Ｍ４＋Ｐ４）が配置され、このポンプＰ４によって、濃縮液が送給管２１の３方向電磁弁７に送給される。濃縮液タンク６の濃縮液を分離する専用時間を設けることにより、２次処理の濃縮液のろ過が可能になる。
なお、立形の遠心分離機２内の分離固形物受け２ａに貯まった滞留液は、回収路２９より原液タンク１に回収される。
【００２６】
バルブ７は、ここでは３方向電磁弁が好適であるが、その他の型式のバルブであってもよい。バルブ７は、濃縮液タンク６の濃縮液を処理する２次処理をする場合、原液タンク１からの原液の流れを遮断して切り換える切換弁である。これらの３方向電磁弁７と、モータＭ１〜Ｍ４、立形遠心分離機２、膜ろ過装置３等は、不図示の制御装置に電気的に接続されて、その制御装置によって制御される。２次処理も制御プログラムにより自動制御される。また、分離時間の延長等は材料の濃度に合わせて決められる。
この２次処理では、立形の遠心分離機２の運転時間が変更され、適切な時間の２次処理によって濃縮液内の固形分を取り除くことができ、再生したクーラント液が取り出せることになる。
これにより、環境対応型の固液分離システム１００は、排水処理設備が不要となり、河川、下水等の工場外には流さない無排液、無排水のシステムとなる。
【００２７】
なお、立形の遠心分離機２による２次処理によって固形分を取り除くことができるため、後に膜ろ過装置３を配置したことにより、システムの信頼性アップを図ることができる。膜ろ過装置３から出る濃縮液は、結果としてろ過液にするため、クーラント液の濃度の上昇を抑え、クーラント液の寿命を延長することができる。
つまり、濃度が増加すると平均粒子間距離が短くなるため、静電反発子効果が低下し立体障害効果が作用しにくくなり、凝集しやすくなる。したがって、システム内の膜ろ過装置３によって濃縮液を出し、凝集しやすい状態を作り出すことになり、２次処理には有利に働くことになる。したがって、立形遠心分離機２と膜ろ過装置３との組合せにより、システムの信頼性を高め、クーラント液の浄化の問題が解決できる。
【００２８】
ここで、本発明の環境対応型の固液分離システム１００の使用電力量を集計し、ＣＯ２の発生量を計算し、従来の発生量との差を求め、効果を確認する。
第１〜第４電動ポンプには、ポンプＰ１〜Ｐ４を駆動するために、モータＭ１〜Ｍ４が配置されている。これらのモータの稼動時間から、年間のＣＯ２の発生量を算出する。
なお、稼動条件は同じとする。
また、それぞれのモータの出力は、
モータＭ１〜Ｍ３：３．７ｋｗ、モータＭ４：５．５ｋｗの合計は１６．６ｋｗとなる。１６．６ｋｗ×２２ｈ×２４日×１２月×０．３６ｋｇ＝３７．８tonとなる。
【００２９】
［比較表］
このように、従来の固液分離システム１０１では、年間７５．７ｔｏｎのＣＯ２を発生させているのに対し、本発明のシステムでは、ちょうど５０％の電力の消費を抑え、３７．９tonのＣＯ２の発生を削減した効果を奏する環境対応型の無排水固液分離システムを提供することができる。
【００３０】
なお、クーラント液が製造ライン５に供給されて、原液タンク１に戻るまで、大気にさらされ、相当量蒸発するため、製造ライン５の一つ手前の送給管２６には補給液を補給するための給水口が設けてある。この給水口からは、図示しない例えば純水化処理装置を経由して製造した純水を供給してもよい。
また、従来の固液分離システム１０１において、遠心分離機１２と膜ろ過装置１３との間には、図示しない分離液タンク１０が配置され、この分離液タンク１０上には第１０電動ポンプ（Ｍ１０＋Ｐ１０）を配置されている。同様に、本発明の環境対応型の固液分離システム１００にも遠心分離機２と膜ろ過装置３との間には配置されているが、双方とも図示していない。
【００３１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、この実施形態に限定されることなく、適宜変更して実施することができる。例えば、ポンプＰ１〜Ｐ４の型式を消費電力の低い型式のものに変更してもよい。また、遠心分離機２と膜ろ過装置３は、その製造ラインでのクーラント液の使用量に合わせて複数台ずつ設置してもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１ 原液タンク
２ 遠心分離機（立形の遠心分離機）
２ａ 固形物受皿
３ 膜ろ過装置
４ ろ過液タンク
５ 製造ライン
６ 濃縮液タンク
７ バルブ（３方向電磁弁）
２１，２２，２４，２６ 送給管
２５，２７，２８，２９ 回収管
Ｍ１＋Ｐ１ 第１電動ポンプ
Ｍ２＋Ｐ２ 第２電動ポンプ
Ｍ３＋Ｐ３ 第３電動ポンプ
Ｍ４＋Ｐ４ 第４電動ポンプ
Ｍ１ 第１モータ
Ｍ２ 第２モータ
Ｍ３ 第３モータ
Ｍ４ 第４モータ
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４ ポンプ
１００ 固液分離システム（環境対応型の固液分離システム）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＯ２の発生を削減した環境対応型の固液分離システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、ウェーハの製造工程において、ウェーハの素材となるシリコン単結晶の塊（インゴット）は、例えば、１２インチの場合は直径が３００ｍｍ、長さが２ｍにもなる。このインゴットを１ｍｍほどの厚みにスライスするためには、まず両端部をフラット状に削除し、外周を研削加工して円筒状に加工して形を整える。そして、円筒状の素材の外周に面方位マークとなるＶ溝形状のノッチを加工した後、ウェーハの素材をワイヤーソーによって複数枚同時にスライス加工をする。この時使用されるクーラント液には、高硬度で耐久性があり、研磨材として効果を発揮する例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ：Silicon Carbide）の微粉が混入される。これによりワイヤーソーのワイヤーに付着した研磨材がインゴットをスライス状に切断する。
このようなウェーハのスライス加工や、その前加工であるインゴットの外周研削加工などに使用するクーラント液の使用済液は浄化して河川に排水され、また、その一部は、ろ過されて再利用されていることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３１９９１５９号公報（段落００１３〜２０、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような、クーラント液の再利用のシステムには、多くの電動ポンプが使用され、多くのポンプを駆動するモータが接続されている。
日本の電力事情では、電気は６０％が火力発電、３０％が原子力発電、１０％が水力発電で作られるため、電力１ｋｗｈを使用すると、０．３６ｋｇのＣＯ２を発生させることになる。このため、多くの電気モータを使用するシステムでは、ＣＯ２を間接的に発生させ、環境問題を発生させるという問題があった。
【０００５】
図２は、排液の一部を浄化して河川に排水する従来の固液分離システムを示す構成図である。従来の固液分離システム１０１は、原液が原液タンク１から遠心分離機１２に供給され、ここで固形物と液体が分離され、分離された液体の分離液が送給管２２を介して膜ろ過装置１３へ供給される。膜ろ過装置１３においては、分離液中の前記固形物より微細な粒子を取り除いたろ過液がろ過液タンク４へ貯蔵される。また、このろ過液がろ過液タンク４の第２電動ポンプ（Ｍ２＋Ｐ２）により送給管２６を介して、製造ライン５に再生したクーラント液として供給される。製造ライン５で再利用されたクーラント液は使用済液となって回収管２７により第３電動ポンプ（Ｍ３＋Ｐ３）に送られ、回収管２８を介して原液タンク１に戻される。戻った使用済液は原液という。
【０００６】
一方、遠心分離機１２の固形分受皿１２ａの滞留液が回収管２３により濃縮液タンク６へ回収される。また、膜ろ過装置１３から出た濃縮液も回収管２５により濃縮液タンク６へ回収される。濃縮液タンク６には沈降物の沈降を高めるために、例えば、次亜塩素酸ナトリウムや高分子凝集剤(ポリ塩化アルミニウム・PACなど)の凝集剤６ａが送給管３１を介して添加される。濃縮液タンク６の上層部の分離液は、第５電動ポンプ（Ｍ５＋Ｐ５）により送給管３２を介して汚濁水処理装置であるシックナー８へ供給される。このシックナー８の上層部の清水は、第７電動ポンプ（Ｍ７＋Ｐ７）によって送給管３４によりＰＨ処理槽１１に送給され、ＰＨを整えた後、図示しない活性炭フィルター、イオン交換樹脂装置、ＵＶ殺菌機等を通して第９電動ポンプ（Ｍ９＋Ｐ９）により下水または一般河川へ排水される。
【０００７】
他方の濃縮液タンク６の下層部の沈降物は、第６電動ポンプ（Ｍ６＋Ｐ６）によって送給管３３によりフィルタープレス装置９へ送給される。また、シックナー８の下層部の沈降物も、第８電動ポンプ（Ｍ８＋Ｐ８）により送給管３６を介してフィルタープレス装置９へ送給される。フィルタープレス装置９ではこれらの沈降物をプレスし、固形物は産廃業者へ廃棄処分される。
【０００８】
つまり、これらの第１〜第３電動ポンプには、ポンプＰ１〜Ｐ３を駆動する電動モータ（以下、モータ）Ｍ１〜Ｍ３が接続され、第５〜第９電動ポンプには、ポンプＰ５〜Ｐ９を駆動するモータＭ５〜Ｍ９が接続されている。この結果、これらのモータＭ１〜Ｍ３、Ｍ５〜Ｍ９の稼動時間から、年間のＣＯ２の発生量を算出することができる。
なお、ウェーハを製造する工場においては、高額な設備機械のためフル稼働（３交替勤務）が一般的であるため、一日の稼動時間は２２時間とし、月の稼動日は２４日とする。
また、それぞれのモータＭ１〜Ｍ３、Ｍ５〜Ｍ９の出力は、モータＭ１〜モータＭ３が３．７ｋｗ、モータＭ５が３．７ｋｗ、モータＭ６が５．５ｋｗ、モータＭ７〜モータＭ９が３．７ｋｗの合計は、３３．２ｋｗとなる。
そこで、年間の稼働時間に単位時間当たりのＣＯ２の発生量を積算する。
３３．２ｋｗ×２２ｈ×２４日×１２月×０．３６ｋｇ／ｈ＝７５．７tonとなる。
【０００９】
このように、従来の固液分離システム１０１では、ポンプＰ１〜Ｐ３、Ｐ５〜Ｐ９の数が多いため、モータＭ１〜Ｍ３、Ｍ５〜Ｍ９の電力消費量も大きいことから、年間７５．７ｔｏｎのＣＯ２を発生させているという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明では、使用電力量を削減し、地球温暖化防止のためにＣＯ２の発生を抑えた環境対応型の固液分離システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載された環境対応型の固液分離システム（１００）は、製造ライン（５）にて使用したクーラント液を回収し、固液を分離し、ろ過して再利用する環境対応型の固液分離システム（１００）であって、前記製造ライン（５）で使用したクーラント液を回収する原液タンク（１）と、前記原液タンク（１）から原液を送給する第１電動ポンプ（Ｍ１＋Ｐ１）と、前記第１電動ポンプ（Ｍ１＋Ｐ１）から送給管（２１）により原液が送給される遠心分離機（２）と、前記遠心分離機（２）により前記原液の固形物と分離液に分離され、前記分離液が送給管（２２）により送給される膜ろ過装置（３）と、前記膜ろ過装置（３）により前記分離液をろ過液と濃縮液とに分離した後、ろ過液が送給管（２４）により送給されて貯蔵されるろ過液タンク（４）と、前記ろ過液タンク（４）に貯蔵された前記ろ過液を前記製造ライン（５）へ送給する第２電動ポンプ（Ｍ２＋Ｐ２）と、前記製造ライン（５）から前記原液タンク（１）に前記クーラント液の使用済液を送給する第３電動ポンプ（Ｍ３＋Ｐ３）と、前記膜ろ過装置（３）の前記濃縮液が回収路（２５）により回収される濃縮液タンク（６）と、前記濃縮液タンク（６）に設けられた第４電動ポンプ（Ｍ４＋Ｐ４）と、を有し、前記送給管（２１）に設けたバルブ（７）と、前記第４電動ポンプ（Ｍ４＋Ｐ４）との間に送給管（３０）を配設し、前記濃縮液タンク（６）の濃縮液を前記遠心分離機（２）に供給することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載の環境対応型の固液分離システム（１００）であって、前記遠心分離機（２）は立形の遠心分離機であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明によれば、送給管に設けたバルブを切り換えることによって、濃縮液タンク６の濃縮液を立形の遠心分離機へ供給し、立形の遠心分離機の分離処理によって濃縮液の分離をすることができるため、固形分の回収後の分離液は液分だけになり、膜ろ過装置からろ過液としてろ過液タンクに回収され、濃縮液を再利用することが可能になる。また、このように、濃縮液の処理が容易できるため、従来の排水処理設備を不要にすることができて、河川への排水をなくすことができる環境対応型の固液分離システムが可能になる。
これにより、従来の排水処理設備のモータとポンプの使用個数を半減することができることから、電気エネルギーを削減した環境対応型の固液分離システムを提供することができる。この結果、使用済のクーラント液を河川に排出せずに固液分離システム内にて循環させて繰り返し使用することができるため、回りの環境を汚染することがなく、さらに、消費電力を抑えることができることから、世界環境問題の温暖化の主因とされるＣＯ２の発生も抑えることができる。
【００１４】
請求項２に係る発明によれば、立形の遠心分離機は、従来の横形の遠心分離機に比べ、原液が頂上から入り、重力に逆らわず落下し、回転軸と一体のスクリュー羽根に遠心力が付加されることから、微細な固体が均等に分散され、かつ高回収率と低含液率を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の環境対応型の固液分離システムを摸式的に示す構成図である。
【図２】従来の固液分離システムを摸式的に示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る無排液の固液分離システムの一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、クーラント液とは、水以外の油も含めた切削液をいう。
図１に示すように、原液タンク１には、製造ライン５の切削加工用に供給されたクーラント液の使用済液が回収される。原液タンク１の第１電動ポンプ（Ｍ１＋Ｐ１）は、モータＭ１の駆動によってポンプＰ１が回転し、原液を送給管２１により立形の遠心分離機２に供給する。立形の遠心分離機２に供給された原液は、固形物と分離液に分離され、固形物は下方の固形物受皿２ａへ排出され、分離液は送給管２２により膜ろ過装置３へ送給される。膜ろ過装置３では、ろ過液と濃縮液に分離され、ろ過液は送給管２４によりろ過液タンク４へ回収されて貯蔵され、濃縮液は送給管２５により濃縮液タンク６へ回収されて貯蔵される。また、このろ過液はろ過液タンク４の第２電動ポンプ（Ｍ２＋Ｐ２）により送給管２６を介して、繰り返し製造ライン５に供給される。
【００１７】
原液タンク１は、製造ライン５で使用した使用済液のクーラント液を回収するタンクである。原液タンク１は地下に設けられたピットに配置してもよいし、地上フロアに設置してもよい。
製造ライン５からの使用済液が原液タンク１に入ると、使用済液は原液となる。
原液タンク１の上部には第１電動ポンプ（Ｍ１＋Ｐ１）がセットされている。原液はこのポンプＰ１に接続された送給管２１により、立形の遠心分離機３の頂上に供給される。また、送給管２１にはバルブ（３方向電磁弁）７が配置されている。
【００１８】
遠心分離機２は立形であり、原液は原液タンク１から立形遠心分離機２の頂上へ投入される。立形の遠心分離機２は、図２に示すように、従来の横形の遠心分離機２のよりも重力に逆らわず、遠心力が利用できることから、固体が均等に分散され、高回収率と低含液率を実現できる。
通常の原液処理（１次処理という）においては、粒径（１〜１０μ）までの固形分が回収できる。しかし、それより小さい粒径（０．１〜１μ）の固形分は分離液と共に膜ろ過装置３に流れ、膜ろ過装置３によって分離された粒子は濃縮液となって回収管２５を介して濃縮液タンク６に回収される。
【００１９】
そこで、立形の遠心分離機２の分離条件の時間を変えて再分離（２次処理という）することにより、濃縮液の小さい粒径（０．１〜１μ）を分離することができる。
この分離条件とは、立形の遠心分離機２の遠心効果及び堰板サイズを変更せず固定して、遠心時間を増加させるだけでよい。
例えば、１次処理では粒径（１〜１０μ）の固形分の分離は、１０秒の遠心効果で可能とすると、より小さい粒径（０．１〜１μ）の固形分は、必要遠心時間は粒径比の２乗に比例することから、１０秒×１０２＝１０００秒(≒１６．７分)。つまり、２次処理は、内部滞留容積分ずつ供給し、例えば１７分間稼動させて処理すればよい。
【００２０】
したがって、２次処理の場合は１次処理の原液の供給を止め、立形の遠心分離機２に濃縮液タンク６の濃縮液を供給し、しかも遠心時間を例えば１７分間稼動して小さい粒径（０．１〜１μ）の固形分を回収する。
また、一般に膜ろ過装置３の濃縮限界は濃度０．５％(５０００ＰＰＭ)程度であり、立型の遠心分離機２の分離水中の浮遊物質量のＳＳ成分が５００ＰＰＭであれば、１０倍濃縮、１００ＰＰＭならば５０倍濃縮となり濃縮液量も決まる。１次処理と２次処理のバランスを取り、立形の遠心分離機２の型式や台数を決めれば、充分な効果が発揮できる。
この結果、固形分の回収後の分離液は液分だけであるため、膜ろ過装置３からろ過液としてろ過液タンク４に回収され、再利用する循環サイクルが可能になった。
このように、濃縮液の処理が容易できるため、排水処理設備を全部不要にすることができる。
【００２１】
膜ろ過装置３は、セラミック膜フィルターを用いた装置である。膜ろ過装置３では、さらに微細な粒子を取り除いたろ過液と、その残り液である濃縮液に分離され、ろ過液は送給管２４によりろ過液タンク４へ回収され、濃縮液は送給管２５により濃縮液タンク６へ回収される。
セラミック膜は孔径０．１μの多孔質セラミック膜による精密ろ過であり、中空糸膜などの高分子膜に比べて機械的な強度が高く、膜破損がないため、安全な水を供給できるほか、耐久性に優れ、ランニングコストが低い。
ここでは０．１〜１ミクロンの優れたろ過能力を発揮する。これにより、安定した分離液のろ過ができる。さらに、環境対応型の固液分離システム１００は、構成がシンプルであるため、容易な操作性とメンテナンス、さらに凝集剤の無注入による膜ろ過が可能であり、運転管理が容易である。また、環境対応型の固液分離システム１００は、前記した従来の固液分離システム１０１と比較してポンプなどの数が少ないので、装置のコンパクト化と省スペースおよび処理能力のアップが図れる。
【００２２】
ろ過液タンク４は、膜ろ過装置３によりろ過させたろ過液が、回収路２４により貯蔵されるタンクである。
【００２３】
製造ライン５は、シリコン単結晶の塊（インゴット）の両端部をフラット状に削除する工程、外周を研削加工して円筒状に加工して形を整える工程、円筒状の外周に面方位マークとなるＶ溝形状のノッチを加工する工程、ワイヤーソーによって所定の厚みにスライス加工をする工程等に使用される複数の工作機械群をいう。
また、製造ライン５の使用済液は、回収路２８を介して第３電動ポンプＭ３＋Ｐ３により原液タンク１に戻されて原液となる。
なお、製造ライン５とは、クーラント液を使用する１台の機械であってもよい。
【００２４】
また、製造ライン５は、ウェーハ製造工程で説明したが、レアメタルなどの金属粉を製造するアトマイズ法による製造工程の製造ラインであっても構わない。
アトマイズ法とは、高圧水を用いて熔融金属の粉砕と急冷凝固を瞬時に行い、金属粉を製造する方法で、粉末の成分、形状、密度、粒度等を自由にコントロールできる特徴がある。本願発明の環境対応型の固液分離システム１００は、このアトマイズ法による製造工程で使用する高圧水にも採用することができる。また、この他の製造ラインであっても構わない。
【００２５】
濃縮液タンク６は、前記膜ろ過装置３の濃縮液が回収路２５により回収されるタンクである。濃縮液タンク６上には第４電動ポンプ（Ｍ４＋Ｐ４）が配置され、このポンプＰ４によって、濃縮液が送給管２１の３方向電磁弁７に送給される。濃縮液タンク６の濃縮液を分離する専用時間を設けることにより、２次処理の濃縮液のろ過が可能になる。
なお、立形の遠心分離機２内の分離固形物受け２ａに貯まった滞留液は、回収路２９より原液タンク１に回収される。
【００２６】
バルブ７は、ここでは３方向電磁弁が好適であるが、その他の型式のバルブであってもよい。バルブ７は、濃縮液タンク６の濃縮液を処理する２次処理をする場合、原液タンク１からの原液の流れを遮断して切り換える切換弁である。これらの３方向電磁弁７と、モータＭ１〜Ｍ４、立形遠心分離機２、膜ろ過装置３等は、不図示の制御装置に電気的に接続されて、その制御装置によって制御される。２次処理も制御プログラムにより自動制御される。また、分離時間の延長等は材料の濃度に合わせて決められる。
この２次処理では、立形の遠心分離機２の運転時間が変更され、適切な時間の２次処理によって濃縮液内の固形分を取り除くことができ、再生したクーラント液が取り出せることになる。
これにより、環境対応型の固液分離システム１００は、排水処理設備が不要となり、河川、下水等の工場外には流さない無排液、無排水のシステムとなる。
【００２７】
なお、立形の遠心分離機２による２次処理によって固形分を取り除くことができるため、後に膜ろ過装置３を配置したことにより、システムの信頼性アップを図ることができる。膜ろ過装置３から出る濃縮液は、結果としてろ過液にするため、クーラント液の濃度の上昇を抑え、クーラント液の寿命を延長することができる。
つまり、濃度が増加すると平均粒子間距離が短くなるため、静電反発子効果が低下し立体障害効果が作用しにくくなり、凝集しやすくなる。したがって、システム内の膜ろ過装置３によって濃縮液を出し、凝集しやすい状態を作り出すことになり、２次処理には有利に働くことになる。したがって、立形遠心分離機２と膜ろ過装置３との組合せにより、システムの信頼性を高め、クーラント液の浄化の問題が解決できる。
【００２８】
ここで、本発明の環境対応型の固液分離システム１００の使用電力量を集計し、ＣＯ２の発生量を計算し、従来の発生量との差を求め、効果を確認する。
第１〜第４電動ポンプには、ポンプＰ１〜Ｐ４を駆動するために、モータＭ１〜Ｍ４が配置されている。これらのモータの稼動時間から、年間のＣＯ２の発生量を算出する。
なお、稼動条件は同じとする。
また、それぞれのモータの出力は、
モータＭ１〜Ｍ３：３．７ｋｗ、モータＭ４：５．５ｋｗの合計は１６．６ｋｗとなる。１６．６ｋｗ×２２ｈ×２４日×１２月×０．３６ｋｇ＝３７．８tonとなる。
【００２９】
［比較表］
このように、従来の固液分離システム１０１では、年間７５．７ｔｏｎのＣＯ２を発生させているのに対し、本発明のシステムでは、ちょうど５０％の電力の消費を抑え、３７．９tonのＣＯ２の発生を削減した効果を奏する環境対応型の無排水固液分離システムを提供することができる。
【００３０】
なお、クーラント液が製造ライン５に供給されて、原液タンク１に戻るまで、大気にさらされ、相当量蒸発するため、製造ライン５の一つ手前の送給管２６には補給液を補給するための給水口が設けてある。この給水口からは、図示しない例えば純水化処理装置を経由して製造した純水を供給してもよい。
また、従来の固液分離システム１０１において、遠心分離機１２と膜ろ過装置１３との間には、図示しない分離液タンク１０が配置され、この分離液タンク１０上には第１０電動ポンプ（Ｍ１０＋Ｐ１０）を配置されている。同様に、本発明の環境対応型の固液分離システム１００にも遠心分離機２と膜ろ過装置３との間には配置されているが、双方とも図示していない。
【００３１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、この実施形態に限定されることなく、適宜変更して実施することができる。例えば、ポンプＰ１〜Ｐ４の型式を消費電力の低い型式のものに変更してもよい。また、遠心分離機２と膜ろ過装置３は、その製造ラインでのクーラント液の使用量に合わせて複数台ずつ設置してもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１ 原液タンク
２ 遠心分離機（立形の遠心分離機）
２ａ 固形物受皿
３ 膜ろ過装置
４ ろ過液タンク
５ 製造ライン
６ 濃縮液タンク
７ バルブ（３方向電磁弁）
２１，２２，２４，２６ 送給管
２５，２７，２８，２９ 回収管
Ｍ１＋Ｐ１ 第１電動ポンプ
Ｍ２＋Ｐ２ 第２電動ポンプ
Ｍ３＋Ｐ３ 第３電動ポンプ
Ｍ４＋Ｐ４ 第４電動ポンプ
Ｍ１ 第１モータ
Ｍ２ 第２モータ
Ｍ３ 第３モータ
Ｍ４ 第４モータ
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４ ポンプ
１００ 固液分離システム（環境対応型の固液分離システム）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造ライン（５）にて使用したクーラント液を回収し、固液を分離し、ろ過して再利用する環境対応型の固液分離システム（１００）であって、
前記製造ライン（５）で使用したクーラント液を回収する原液タンク（１）と、
前記原液タンク（１）から原液を送給する第１電動ポンプ（Ｍ１＋Ｐ１）と、
前記第１電動ポンプ（Ｍ１＋Ｐ１）から送給管（２１）により原液が送給される遠心分離機（２）と、
前記遠心分離機（２）により前記原液の固形物と分離液に分離され、前記分離液が送給管（２２）により送給される膜ろ過装置（３）と、
前記膜ろ過装置（３）により前記分離液をろ過液と濃縮液とに分離した後、ろ過液が送給管（２４）により送給されて貯蔵されるろ過液タンク（４）と、
前記ろ過液タンク（４）に貯蔵された前記ろ過液を前記製造ライン（５）へ送給する第２電動ポンプ（Ｍ２＋Ｐ２）と、
前記製造ライン（５）から前記原液タンク（１）に前記クーラント液の使用済液を送給する第３電動ポンプ（Ｍ３＋Ｐ３）と、
前記膜ろ過装置（３）の前記濃縮液が回収路（２５）により回収される濃縮液タンク（６）と、
前記濃縮液タンク（６）に設けられた第４電動ポンプ（Ｍ４＋Ｐ４）と、を有し、
前記送給管（２１）に設けたバルブ（７）と、前記第４電動ポンプ（Ｍ４＋Ｐ４）との間に送給管（３０）を配設し、前記濃縮液タンク（６）の濃縮液を前記遠心分離機（２）に供給することを特徴とする環境対応型の固液分離システム（１００）。
【請求項２】
前記遠心分離機（２）は立形の遠心分離機であることを特徴とする請求項１に記載の環境対応型の固液分離システム（１００）。
【請求項１】
製造ライン（５）にて使用したクーラント液を回収し、固液を分離し、ろ過して再利用する環境対応型の固液分離システム（１００）であって、
前記製造ライン（５）で使用したクーラント液を回収する原液タンク（１）と、
前記原液タンク（１）から原液を送給する第１電動ポンプ（Ｍ１＋Ｐ１）と、
前記第１電動ポンプ（Ｍ１＋Ｐ１）から送給管（２１）により原液が送給される遠心分離機（２）と、
前記遠心分離機（２）により前記原液の固形物と分離液に分離され、前記分離液が送給管（２２）により送給される膜ろ過装置（３）と、
前記膜ろ過装置（３）により前記分離液をろ過液と濃縮液とに分離した後、ろ過液が送給管（２４）により送給されて貯蔵されるろ過液タンク（４）と、
前記ろ過液タンク（４）に貯蔵された前記ろ過液を前記製造ライン（５）へ送給する第２電動ポンプ（Ｍ２＋Ｐ２）と、
前記製造ライン（５）から前記原液タンク（１）に前記クーラント液の使用済液を送給する第３電動ポンプ（Ｍ３＋Ｐ３）と、
前記膜ろ過装置（３）の前記濃縮液が回収路（２５）により回収される濃縮液タンク（６）と、
前記濃縮液タンク（６）に設けられた第４電動ポンプ（Ｍ４＋Ｐ４）と、を有し、
前記送給管（２１）に設けたバルブ（７）と、前記第４電動ポンプ（Ｍ４＋Ｐ４）との間に送給管（３０）を配設し、前記濃縮液タンク（６）の濃縮液を前記遠心分離機（２）に供給することを特徴とする環境対応型の固液分離システム（１００）。
【請求項２】
前記遠心分離機（２）は立形の遠心分離機であることを特徴とする請求項１に記載の環境対応型の固液分離システム（１００）。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−１７３２２７（Ｐ２０１１−１７３２２７Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４１１６２（Ｐ２０１０−４１１６２）
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（３９１０１９７０６）新潟ウオシントン株式会社 (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（３９１０１９７０６）新潟ウオシントン株式会社 (5)
【Ｆターム（参考）】
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