CN105793198A - 水处理装置和使用该水处理装置的水处理方法 - Google Patents

水处理装置和使用该水处理装置的水处理方法 Download PDF

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Abstract

一种水处理装置，其包括沿大致竖直方向放置的筒状本体。该水处理装置利用设置在本体中的多个处理层对从上方供应的待处理液进行净化，并且从下方排出处理过的液体。该水处理装置包括：从上游侧起依次为：第一处理层，其容纳有多个第一颗粒；第一隔板，其用于防止第一颗粒掉落；第二处理层，其容纳有多个第二颗粒，第二颗粒的平均直径小于第一颗粒的平均直径；以及第二隔板，其用于防止第二颗粒掉落，其中，在稳定状态下，第二处理层的上方设置有空间部。该水处理装置还可以包括：第三处理层，其设置在第二隔板的下方并且容纳有用于吸附油的吸附剂。第一颗粒的平均直径优选地为100μm以上且500μm以下。

Description

水处理装置和使用该水处理装置的水处理方法
技术领域
本发明涉及水处理装置和使用该水处理装置的水处理方法。
背景技术
从环境保护的角度来看，在油田、工厂等产生的含有油和悬浮物的油水混合液需要在将油和悬浮物的混合量降低到特定值以下之后排放。从混合液中分离和去除油和悬浮物的方法的实例包括重力分离、蒸馏分离、化学药剂分离等。以低成本分离和去除油和悬浮物的方法的实例包括采用容纳有颗粒的处理罐的方法。
采用处理层的水处理装置利用处理层中的颗粒来分离油水混合液中的油分和悬浮物，并排出去除了油分和悬浮物的水(参考日本专利公开No.5-154309)。
[引用文献列表]
专利文献
专利文献1：日本专利公开No.5-154309
发明内容
[技术问题]
前述常规的水处理装置可能适用于油水混合液中的诸如油等杂质的颗粒尺寸处于特定范围内的情况。然而，处理层的数量是一层。因此，在油水混合液包含不同尺寸的悬浮物、油的乳浊液等的情况下，必须多级式地多次重复处理，因而不可避免地增大了装置的尺寸。
鉴于上述情况而做出本发明，本发明的目的在于提供一种水处理装置和使用该水处理装置的水处理方法，以便能够以节省空间的方式有效地处理包含不同粒径的油滴和悬浮物的待处理液。
[技术方案]
旨在解决前述问题的本发明涉及一种水处理装置。该水处理装置包括沿大致竖直方向放置的筒状本体，通过利用设置在本体中的多个处理层对从上方供应的待处理液进行净化，并且从下方回收处理过的液体。该水处理装置包括：
从上游侧起依次为：第一处理层，其容纳有多个第一颗粒；第一隔板，其用于防止第一颗粒掉落；第二处理层，其容纳有多个第二颗粒，第二颗粒的平均直径小于第一颗粒的平均直径；以及第二隔板，其用于防止第二颗粒掉落，
其中，在稳定状态下，在第二处理层的上方设置有空间部。
旨在解决前述问题的本发明的另一方面涉及一种水处理方法，该水处理方法具有向水处理装置供应待处理液的步骤和回收处理过的液体的步骤。
[本发明的有益效果]
根据本发明的水处理装置能够以节省空间的方式有效地处理包含不同粒径的油滴和悬浮物的待处理液。因此，根据本发明的水处理装置和使用该水处理装置的水处理方法能够分离和处理包含油和多种悬浮物的大量油水混合液。
附图说明
图1是示出根据本发明的一个实施例的水处理装置的示意性侧视图。
图2是示出根据与图1的实施例不同的实施例的水处理装置的一部分的示意性侧视图。
图3是示出根据与图1及图2的实施例不同的实施例的水处理装置的一部分的示意性侧视图。
具体实施方式
[本发明实施例的描述]
本发明涉及一种水处理装置，该水处理装置包括沿大致竖直方向放置的筒状的本体。水处理装置通过利用设置在本体中的多个处理层对从上方供应的待处理液进行净化，并且从下方回收处理过的液体。水处理装置包括：
从上游侧起依次为：第一处理层，其容纳有多个第一颗粒；第一隔板，其用于防止第一颗粒掉落；第二处理层，其容纳有多个第二颗粒，第二颗粒的平均直径小于第一颗粒的平均直径；以及第二隔板，其用于防止第二颗粒掉落；
其中，在稳定状态下，在第二处理层的上方设置有空间部。
在水处理装置中，从上游侧起依次设置容纳有多个第一颗粒的第一处理层和容纳有多个第二颗粒的第二处理层，第二颗粒的平均直径小于第一颗粒的平均直径。这样，可以在第一处理层中分离粒径较大的油滴和悬浮物，然后可以在第二处理层中分离乳化油滴与微小悬浮物。因此，水处理装置可以处理包含油和多种悬浮物的待处理液，而无需组合多个水处理装置，因而可以减小装置的尺寸。另外，在水处理装置中，在稳定状态下，在第二处理层的上方设置有空间部。这样，上浮并分离出来的油滴和悬浮物保持在该空间部中，从而可以提高净化处理能力。另外，可以通过反冲洗处理将保持在空间部中的油滴和悬浮物容易且可靠地排出到本体的外部。此外，容纳在第二处理层中的第二颗粒在反冲洗过程中上升到该空间部中，因此还可以有效地排出在第二颗粒之间所捕捉的油滴、悬浮物等。结果，在水处理装置中，可以减少反冲洗时间和反冲洗水量，因而可以实现高的水处理效率。
另外，水处理装置具有用于防止第一颗粒掉落的第一隔板。因此，在稳定状态下和在反冲洗状态下，能够防止第一颗粒从第一处理层流动到第二处理层。
水处理装置还可以包括：第三处理层，其设置在第二隔板的下方，并且容纳有用于吸附油的吸附剂。如上所述，由于设置了用于吸附油的第三处理层，所以可以进一步分离已经通过第二处理层的微小油滴，因而能够进一步提高水处理装置的净化处理能力。另外，由于无需在水处理装置的下游部分单独设置用于吸附油的处理装置，所以能够促进水处理设施的尺寸的减小。
第一颗粒的平均直径优选地为100μm以上且500μm以下，并且第二颗粒的平均直径优选地为10μm以上且200μm以下。如上所述，由于第一颗粒和第二颗粒各自的平均直径被设定在前述范围内，所以可以在水处理装置中分别有效地分离粒径较大的油滴和悬浮物以及粒径较小的油滴和悬浮物。
优选地，空间部在稳定状态下的平均高度为多个第二颗粒的堆积层的平均厚度的一倍以上。如上所述，由于将空间部在稳定状态下的平均高度设定为等于或大于第二颗粒的堆积层的平均厚度，所以能够在反冲洗期间在水处理装置中搅拌第二颗粒的效果提高，并且能够使所捕捉到的油滴和悬浮物的排出效果进一步提高。
水处理装置还可以包括：反冲洗水供应部，其用于从本体的下方供应反冲洗水；以及反冲洗水回收部，其用于从本体的上方回收反冲洗水。如上所述，由于反冲洗水从本体的下方供应并从本体的上方回收，所以可以搅拌容纳在第一处理层和第二处理层中的颗粒，并且可以更有效地排出油滴、悬浮物等。另外，可以利用前述反冲洗水供应部对第一处理层和第二处理层同时进行反冲洗。
水处理装置还可以包括用于向空间部注入反冲洗水的喷射水流产生部。如上所述，由于水处理装置包括喷射水流产生部，用于向空间部注入反冲洗水，所以可以更有力地搅拌因前述反冲洗处理而上升的第二颗粒，并且可以进一步提高反冲洗效果。
第一颗粒和第二颗粒可以主要由高分子化合物构成。如上所述，由于在各处理层中使用了主要由高分子化合物构成的颗粒，所以可以减少水处理装置的成本和重量。另外，可以降低第一颗粒的比重和第二颗粒的比重，因而可以进一步提高反洗过程中的搅拌效果。
当水处理装置包括前述第三处理层时，吸附剂优选地为非织造物，并且非织造物的纤维的平均直径优选地为1μm以下。如上所述，由于使用具有平均直径等于或小于前述下限值的纤维的非织造物作为吸附剂，所以能够有效地吸附油。结果，可以进一步提高水处理装置的处理能力。
因此，水处理装置可以适合用作这样的装置：该装置从包含油和悬浮物的待处理液中获取去除了油和悬浮物的处理过的水。
本发明的另一方面涉及一种水处理方法，该水处理方法具有向水处理装置供应待处理液的步骤和回收处理过的液体的步骤。
在该水处理方法中，利用水处理装置来处理待处理液。因此，可以减小装置的尺寸，并且能够减小水处理所需的空间。另外，可以获得由高反冲洗效率所带来的高水处理效率。
优选地，待处理液的供应量为100m3/m2·天以上。由于将待处理液的供应量设定为等于或大于前述下限值，所以水处理方法适于在产生大量油水混合液的设施(例如油田等)中使用。
[本发明实施例的细节]
下面将对根据本发明的水处理装置和水处理方法的实施例进行详细描述。
<水处理装置>
图1的水处理装置1包括沿大致竖直方向设置的筒状本体2和设置在本体2中的多个处理层。按照从上游侧起的顺序，前述多个处理层由以下处理层形成：第一处理层3，其容纳有多个第一颗粒3a；第二处理层4，其容纳有多个第二颗粒4a，第二颗粒4a的平均直径小于第一颗粒3a的平均直径；以及第三处理层5，其容纳有用于吸附油的吸附剂。水处理装置1还包括：第一隔板6，其设置在第一处理层3与第二处理层4之间，用以防止第一颗粒3a掉落；第二隔板7，其设置在第二处理层4与第三处理层5之间，用以防止第二颗粒4a掉落；以及第三隔板8，其设置在第三处理层5的下游侧，用以防止吸附剂掉落。水处理装置1还包括：第一空间部9和第二空间部10，其在稳定状态下分别位于第一处理层3和第二处理层4上方；以及头部11，其位于第三处理层5下方。水处理装置1通过利用设置在本体2中的前述多个处理层对从上方供应的待处理液X进行净化，并且从下方回收处理过的液体Y。
此外，水处理装置1还包括：反冲洗水供应部(未示出)，其用于从本体2的下方供应反冲洗水；反冲洗水回收部(未示出)，其用于从本体2的上方回收反冲洗水；以及喷射水流产生部(未示出)，其用于从侧面向前述第二空间部10喷射反冲洗水。
水处理装置1适于处理包含油和悬浮物的待处理液。此悬浮物包括例如砂子、二氧化硅、碳酸钙等颗粒、铁粉、微生物、木屑等。
(本体)
上述本体2是筒状体，并且布置为使其中心轴线与竖直方向基本一致。本体2还具有：供应管12，其与顶面部分相连，用以供应待处理液X；回收管13，其与底面部分相连，用以回收处理过的液体Y；排出管14，其与侧面部分的上部相连，用以在反冲洗过程中排出反冲洗水Z；以及喷射水流供应管15，其与下述第二空间部10的侧面相连，用以供应喷射水流A。
上述回收管13是与下述反冲洗水供应部相连的管，用于在反冲洗状态下将反冲洗水供应到本体2中。上述排出管14是与下述反冲洗水回收部相连的管，用于从本体2的内部排出反冲洗水。上述喷射水流供应管15是与下述喷射水流产生部相连的管，用于在反冲洗状态下将喷射水流A供应到本体2中。在排出管14和喷射水流供应管15处设置有诸如阀门等开闭装置(未示出)，以防止在稳定状态下待处理水流入排出管14侧和喷射水流供应管15侧。
本体2的材料没有特殊限制，可以使用金属、合成树脂等。具体而言，从强度、耐热性、耐化学性等角度来看，优选的是不锈钢或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS树脂)等。
本体2的平面形状(底面形状)没有特殊限制，并且本体2的平面形状可以为圆形、矩形等。然而，圆形是优选的。当本体2的平面形状构造为圆形时，本体2中不存在有任何角部，因而能够防止角部被颗粒等堵塞的情形。具有利于本体2的强度设计的优点。
可以根据待处理液的处理量适当地设计本体2的尺寸。本体2的直径可以设定为例如0.5m以上且5m以下。本体2的高度可以设定为例如0.5m以上且10m以下。
(第一处理层)
上述第一处理层3设置在本体2中的最上游侧，并且容纳有多个第一颗粒3a。利用下述第一隔板6来防止这些第一颗粒3a掉落，并且这些第一颗粒3a堆积在第一隔板6的上表面侧而形成层。第一处理层3主要去除包含在待处理液中的粒径较大的油滴和悬浮物颗粒。
可以使用公知的用于过滤处理的颗粒作为第一颗粒3a，并且例如可以使用粒径较大的主要由砂子、高分子化合物、天然材料等构成的颗粒。上述砂子的实例可以包括例如无烟煤、石榴石、锰砂等，并且这些物质可以单独使用，或者可以将其中的两种或更多种组合使用。
上述高分子化合物的实例可以包括例如乙烯树脂、聚烯烃树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、三聚氰胺树脂，聚碳酸酯树脂等。在这些实例中，优选的是具有优异的耐水性、耐油性等的乙烯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂和丙烯酸树脂，更优选的是具有优异的吸附性的聚烯烃树脂。此外，在聚烯烃树脂中，特别优选的是具有优异的油吸附能力的聚丙烯树脂。另外，在高分子化合物的情况下，优选的是使用无定形粉碎颗粒。当使用无定形粉碎颗粒时，颗粒可以以紧凑的方式堆积，因而可以提高过滤效率，并可以防止在稳定状态下的颗粒隆起。
可以使用已通过筛分调整了粒径的材料作为前述天然材料，并且前述天然材料的实例可以包括例如核桃壳、锯末、诸如麻纤维等天然纤维等。
优选的是，使用主要由前述高分子化合物构成的颗粒作为第一颗粒3a。如上所述，当使用主要由高分子化合物构成的颗粒作为第一颗粒3a时，可以减少水处理装置1的成本和重量。另外，可以降低第一颗粒3a的比重，因而可以提高反洗过程中的搅拌效果。
第一颗粒3a的平均直径的下限值优选地为100μm，更优选地为150μm，进一步优选地为200μm。如果第一颗粒3a的平均直径小于前述下限值，则包含在第一处理层3中的颗粒的密度可能变高，且水处理装置1的压力损失可能变大，从而水处理装置1的成本和重量可能增加。另一方面，第一颗粒3a的平均直径的上限值优选地为500μm，更优选地为400μm，进一步优选地为300μm。如果第一颗粒3a中的平均直径超过前述上限值，则去除具有相对较大粒径的油滴和悬浮物颗粒的能力可能变得不足。应注意的是，使用通过以下方法获得的值作为颗粒的平均直径：利用JIS-Z8801-1(2006)所规定的筛子，按筛孔尺寸的降序来筛选颗粒，并且基于筛子上的颗粒的数量和各个筛子的筛孔尺寸进行计算。
第一颗粒3a的均匀系数的下限值优选地为1.1，并且更优选地为1.3。如果第一颗粒3a的均匀系数小于上述下限值，则颗粒的变化可能变小，并有可能使颗粒不能以紧凑的方式进行沉积。另一方面，第一颗粒3a的均匀系数的上限值优选地为1.8，并且更优选地为1.6。如果第一颗粒3a中的均匀系数超过前述上限值，则第一处理层3中分离油滴和悬浮物的能力可能变得不均匀。应注意的是，当D60表示能够通过60％质量的颗粒的筛子的筛孔尺寸(粒径)并且D10表示能够通过10％质量的颗粒的筛子的筛孔尺寸(粒径)时，利用D60/D10所获得的值使用作为均匀系数。
在稳定状态下(在处理待处理液的过程中)，前述多个第一颗粒3a堆积在下述第一隔板6的上表面上。处于稳定状态的多个第一颗粒3a的堆积层的平均厚度没有特殊限制。然而，为了提高反冲洗过程中的搅拌效果，优选的是，多个第一颗粒3a的堆积层的平均厚度等于或小于下述第一空间部9的平均高度。处于稳定状态的多个第一颗粒3a的堆积层的平均厚度可以设定为例如10cm以上且1m以下。
(第一隔板)
上述第一隔板6是设置在第一处理层3与第二处理层4之间的板，用于防止第一颗粒3a掉落。即，第一隔板6具有不允许第一颗粒3a通过但允许液体通过的构造。具体而言，第一隔板6具有筛状(网状)结构。
第一隔板6的材料没有特殊限制，可以使用金属、合成树脂等。当使用金属时，从防腐的角度来看，优选的是使用不锈钢(特别是SUS316L)等。当使用合成树脂时，优选的是，同时使用诸如加固线材等支撑部件，以使筛孔尺寸不会随着水压和颗粒重量的变化而变化。
第一隔板6的筛孔的标称筛孔尺寸被设计为等于或小于多个第一颗粒3a的最小直径(第一颗粒3a不能通过的筛子的最大筛孔尺寸)。优选的是，将第一隔板6的筛孔的标称筛孔尺寸设定为小于第二颗粒4a的最小直径，以防止下述第二颗粒4a在反洗过程中进入第一处理层3。然而，当第二颗粒4a的最小直径非常小时，筛孔的标称筛孔尺寸变小，并且压差变大。因此，优选的是，将第一隔板6的筛孔的标称筛孔尺寸设定为等于或小于通过从第二颗粒4a的平均直径减去第二颗粒4a的粒径的标准偏差而获得的值。第一隔板6的筛孔的标称筛孔尺寸的上限值优选地为100μm，更优选地为80μm以下。如果前述标称筛孔尺寸超过前述上限值，则第一颗粒3a或第二颗粒4a可以穿过第一隔板6。另一方面，前述标称筛孔尺寸的下限值优选地为10μm，更优选地为40μm。如果前述标称筛孔尺寸小于前述下限值，则水处理装置1的压力损失可能变大。
(第一空间部)
上述第一空间部9是在稳定状态下形成在前述第一处理层3上方且设置在第一处理层3与上述本体2的顶面之间的空间。在第一处理层3中分离出来的油和悬浮物颗粒中的一部分滞留(上浮并分离)在第一空间部9中，并且在反冲洗过程中与反冲洗水Z一起从上述排出管14排出。另外，在反冲洗过程中，第一颗粒3a上升到第一空间部9中并被搅拌，从而可以对第一处理层3进行有效的反冲洗。上述排出管14与第一空间部9的侧部连接。优选的是，排出管14的与第一空间部9相连的部分(开口)设置有网状部件等类似物，该网状部件等类似物的标称筛孔尺寸的级别与第一隔板6的标称筛孔尺寸的级别相同，以防止第一颗粒3a流入排出管14侧。
第一空间部9在稳定状态下的平均高度没有特殊限制。然而，为了提高反冲洗过程中的搅拌效果，优选的是，第一空间部9在稳定状态下的平均高度等于或大于前述多个第一颗粒3a的堆积层的平均厚度。第一空间部9在稳定状态下的平均高度可以设定为例如10cm以上且2m以下。
第一空间部9在稳定状态下的平均高度与前述多个第一颗粒3a的堆积层的平均厚度之间的比率的下限值优选地为1倍，更优选地为2倍。如果前述比率小于前述下限值，则有可能不能充分地获得反冲洗第一处理层3的效果。另一方面，前述比率的上限值优选地为10倍。如果前述比率超过前述上限值，则水处理装置1的高度可能变得很没必要。
(第二处理层)
上述第二处理层4设置在上述第一处理层3的下游侧，并且容纳有多个第二颗粒4a。利用下述第二隔板7来防止这些第二颗粒4a掉落，并且这些第二颗粒4a堆积在第二隔板7的上表面侧而形成层。第二处理层4主要去除包含在待处理液中的微小油滴和悬浮物。
可以使用公知的用于过滤处理的颗粒作为第二颗粒4a，并且例如可以使用粒径较小的主要由砂子、高分子化合物等构成的颗粒。前述砂子的实例可以包括例如硅藻土等。上述高分子化合物的实例可以包括例如乙烯树脂、聚烯烃树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、三聚氰胺树脂，聚碳酸酯树脂等。在这些实例中，优选的是具有优异的耐水性、耐油性等的乙烯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂和丙烯酸树脂，更优选的是具有优异的吸附性的聚烯烃树脂。此外，在聚烯烃树脂中，特别优选的是具有优异的油吸附能力的聚丙烯树脂。另外，在高分子化合物的情况下，优选的是使用的无定形粉碎颗粒。当使用无定形粉碎颗粒时，颗粒可以以紧凑的方式堆积，因而可以提高过滤效率，并可以防止在稳定状态下的颗粒隆起。
优选的是，使用主要由前述高分子化合物构成的颗粒作为第二颗粒4a。如上所述，当使用主要由高分子化合物构成的颗粒作为第二颗粒4a时，可以减少水处理装置1的成本和重量。另外，可以降低第二颗粒4a的比重，因而可以提高反洗过程中的搅拌效果。
第二颗粒4a的平均直径小于上述第一颗粒3a的平均直径。第二颗粒4a的平均直径的下限值优选地为10μm，更优选地为20μm，进一步优选地为30μm。如果第二颗粒4a的平均直径小于前述下限值，则包含在第二处理层4中的颗粒的密度可能变高，且水处理装置1的压力损失可能变大，从而成本和重量可能增加。另一方面，第二颗粒4a的平均直径的上限值优选地为200μm，更优选地为150μm，进一步优选地为100μm。如果第二颗粒4a中的平均直径超过前述上限值，则去除微小油滴和悬浮物的能力可能变得不足。第二颗粒4a的均匀系数可以与上述第一颗粒3a的均匀系数类似。
在稳定状态下(在处理待处理液的过程中)，前述多个第二颗粒4a堆积在下述第二隔板7的上表面上。处于稳定状态的多个第二颗粒4a的堆积层的平均厚度没有特殊限制。然而，为了提高反冲洗过程中的搅拌效果，优选的是，处于稳定状态的多个第二颗粒4a的堆积层的平均厚度等于或小于下述第二空间部10的平均高度。处于稳定状态的多个第二颗粒4a的堆积层的平均厚度可以设定为例如1cm以上且50cm以下。
(第二隔板)
上述第二隔板7是设置在第二处理层4与第三处理层5之间的板，用于防止第二颗粒4a掉落。即，与上述第一隔板6类似，第二隔板7具有不允许第二颗粒4a通过但允许液体通过的构造，并且具体地具有筛状(网状)结构。
第二隔板7的材料可以与上述第一隔板6的材料类似。
优选的是，第二隔板7的筛孔的标称筛孔尺寸被设计为等于或小于多个第二颗粒4a的最小直径(第二颗粒4a不能通过的筛子的最大筛孔尺寸)。然而，当第二颗粒4a的最小直径非常小时，筛孔的标称筛孔尺寸变小，并且压差变大。因此，将第二隔板7的筛孔的标称筛孔尺寸设定为等于或小于通过从第二颗粒4a的平均直径减去第二颗粒4a的粒径的标准偏差而获得的值。第二隔板7的筛孔的该标称筛孔尺寸的上限值优选地为80μm，更优选地为50μm以下。如果前述标称筛孔尺寸超过前述上限值，则第二颗粒4a可以穿过第二隔板7。另一方面，前述标称筛孔尺寸的下限值优选地为10μm，更优选地为20μm。如果前述标称筛孔尺寸小于前述下限值，则水处理装置1的压力损失可能变大。
(第二空间部)
上述第二空间部10是在稳定状态下形成在前述第二处理层4上方且设置在第二处理层4与上述第一隔板6之间的空间。在第二处理层4中分离出来的油和悬浮物颗粒中的一部分滞留(上浮并分离)在第二空间部10中，并且在反冲洗过程中沿着与稳定状态的方向相反的方向穿过第一处理层3，并且与反冲洗水Z一起经由上述第一空间部9从上述排出管14排出。另外，在反冲洗过程中，第二颗粒4a上升到第二空间部10中并被搅拌，从而可以对第二处理层4进行有效的反冲洗。在反冲洗过程中，因诸如油滴等导致滞留颗粒的生长及其粒径的增大，所以第二空间部10还具有提高去除效果的作用。上述喷射水流供应管15与第二空间部10的侧部相连。优选的是，喷射水流供应管15的与第二空间部10相连的部分(开口)设置有网状部件等类似物，该网状部件等类似物的标称筛孔尺寸的级别与第二隔板7的标称筛孔尺寸的级别相同，以防止第二颗粒4a流入喷射水流供应管15侧。
第二空间部10在稳定状态下的平均高度没有特殊限制。然而，为了提高反冲洗过程中的搅拌效果，优选的是，第二空间部10在稳定状态下的平均高度等于或大于前述多个第二颗粒4a的堆积层的平均厚度。第二空间部10在稳定状态下的平均高度可以设定为例如2cm以上且1m以下。
第二空间部10在稳定状态下的平均高度与前述多个第二颗粒4a的堆积层的平均厚度之间的比率的下限值优选地为1倍，更优选地为2倍。如果前述比率小于前述下限值，则有可能不能充分地获得反冲洗第二处理层4的效果。另一方面，前述比率的上限值优选地为10倍。如果前述比率超过前述上限值，则水处理装置1的高度可能会变得很没必要。
从前述多个第二颗粒4a的堆积层的表面到喷射水流供应管15的在本体2上的开口中心的距离的上限值优选地为第二空间部10在稳定状态下的平均高度的0.8倍，更优选地为0.6倍。另一方面，前述距离的下限值优选地为第二空间部10的前述平均高度的0.2倍，更优选为0.3倍。当前述距离设定在上述范围内时，可以使喷射水流A搅拌第二颗粒4a的效果显著提高。
(第三处理层)
上述第三处理层5设置在上述第二处理层4的下游侧，并且容纳有用于吸附油的吸附剂。利用下述第三隔板8来防止吸附剂掉落，并且吸附剂填充在第三隔板8与上述第二隔板7之间的空间中而形成层。第三处理层5主要吸附并去除不能在第一处理层3和第二处理层4中去除的微小油滴。
可以使用公知的用于油的吸附剂作为前述吸附剂，并且吸附剂的实例可以包括例如多孔陶瓷、非织造物、织造物、纤维、活性炭等。在这些实例中，优选的是由多条有机纤维形成的非织造物。由多条有机纤维形成的非织造物利用有机纤维吸附油分，从而实现油水分离。因此，在非织造物中，可以增大孔径，而无需对形成在纤维之间的孔进行微细化处理，因而能够抑制孔被高粘度油堵塞，并且能够抑制压力损失增大。
形成前述非织造物的有机纤维的主要成分没有特殊限制，只要主要成分是能够吸附油的有机树脂即可，并且有机树脂的实例可以包括例如纤维素树脂、人造丝树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、聚烯烃树脂(例如，聚乙烯树脂和聚丙烯树脂)、聚酰胺树脂(例如，脂肪族聚酰胺树脂和芳香族聚酰胺树脂)、丙烯酸树脂、聚丙烯腈树脂、聚乙烯醇树脂、聚酰亚胺树脂、硅树脂、氟树脂等。在这些实例中，优选的是氟树脂或聚烯烃树脂。当使用主要由氟树脂构成的有机纤维时，可以提高非织造物的耐热性和耐化学性。此外，在氟树脂中，特别优选的是具有优异的耐热性等的聚四氟乙烯树脂。另外，当使用主要由聚烯烃树脂构成的有机纤维时，可以提高非织造物的油吸附能力。此外，在聚烯烃树脂中，特别优选的是具有优异的油吸附能力的聚丙烯树脂。可以将其它聚合物、诸如润滑剂等添加剂适当混合到用于有机纤维的材料中。
前述有机纤维的平均直径的上限值优选地为1μm，更优选地为0.9μm，进一步优选地为0.1μm。如果有机纤维的平均直径超过前述上限值时，则有机纤维每单位体积的表面积变小，因此必须增大纤维密度以确保一定水平的油吸附能力。结果，非织造物的孔径和孔隙率下降，并且被油堵塞的情况变得更容易发生。特别是在待处理液X包含燃油C的情况下，扩散并包含在水中的燃油C的粒径可能为大约0.1μm至1.0μm。因此，当有机纤维的平均直径设定为等于或小于前述上限值时，可以更可靠地吸附燃油C。另一方面，有机纤维的平均直径的下限值优选地为10nm。如果有机纤维的平均直径小于前述下限值，则非织造物的形成可能变得困难，并且强度可能变得不足。
前述非织造物的孔隙率的下限值优选地为80％，更优选地为85％，进一步优选地为88％。如果非织造物的孔隙率小于前述下限值，则待处理液通过非织造物的量(处理量)可能下降，并且非织造物的孔可变得更容易被油分堵塞。另一方面，非织造物的孔隙率的上限值优选地为99％，并且更优选地为95％。如果非织造物的孔隙率超过前述上限值，则存在不能维持该非织造物的强度的可能性。
前述非织造物的平均孔径的下限值优选地为1μm，更优选地为2μm，进一步优选地为5μm。如果非织造物的平均孔径小于前述下限值，则待处理液通过非织造物的量(处理量)可能下降，并且非织造物的孔可变得更容易被油分堵塞。另一方面，非织造物的平均孔径的上限值优选地为20μm，更优选地为8μm。如果非织造物的平均孔径超过前述上限值，则非织造物的油吸附能力可能下降，并且存在不能维持该非织造物的强度的可能性。
用于制造前述非织造物的方法没有特殊限制，并且可以使用公知的用于制造非织造物的方法。用于制造非织造物的方法的具体实例可以包括如下方法：例如，使用水刺(spunlace)法、热结合法、针刺法、化学结合法、针脚式结合法、热风法、点结合法等来结合利用干式法、湿式法、纺粘法、熔喷法等制造的起绒布。或者，具体实例可以包括使用熔喷法高速喷出粘合剂纤维体从而形成网的方法。在这些结合方法中，优选的是使用熔喷法来形成网的方法，该方法允许相对容易地形成具有小纤维直径的非织造物。
也可以通过将多条纤维填充到本体2中形成第三处理层5。优选的是，使用平均直径为1μm以下的长纤维作为该纤维。
可以根据吸附剂的类型来适当地设计第三处理层5的平均厚度，并且可以将其设定为例如1cm以上且1m以下。
(第三隔板)
上述第三隔板8是设置在第三处理层5的下游侧的板，用于防止吸附剂掉落。即，第三隔板8具有不允许吸附剂通过但允许液体通过的构造，并且具体而言具有筛状(网状)结构。
第三隔板8的材料可以与上述第一隔板6的材料类似。此外，第三隔板8的筛孔的标称筛孔尺寸可以仅为能够防止吸附剂掉落(流出)的尺寸，并且可以根据吸附剂的类型来适当地设计。
(头部)
上述头部11是形成在上述第三处理层5下方的空间，即形成在第三隔板8与上述本体2的底面之间的空间。用于回收处理过的液体Y的回收管13与头部11的下部相连，并且已通过第一处理层3、第二处理层4和第三处理层5的处理过的液体Y被收集在头部11中，然后被回收。
(反冲洗水供应部)
前述反冲洗水供应部(未示出)通过上述回收管13将反冲洗水从水处理装置1的下部供应到上部。
例如，反冲洗水供应部利用泵来压力输送处理过的液体，以供应反冲洗水。由于反冲洗水向上流动，所以多个第一颗粒3a和第二颗粒4a上升并被搅拌，从而将在颗粒之间所捕捉到的油滴、悬浮物等分离出来，并使其流动到水处理装置1的上部。已经流动到上部的油滴和悬浮物随反冲洗水Z一起经由排出管14而被回收到下述反冲洗水回收部中。
(喷射水流产生部)
前述喷射水流产生部通过上述喷射水流供应管15向第二空间部10注入喷射水流A(反冲洗水)。
喷射水流产生部向第二空间部10注入喷射水流A。可以将例如发泡喷射装置、喷射器等用作该喷射水流产生部。
前述发泡喷射装置是这样的装置：在该装置中，在上述喷射水流供应管15处设置有发泡喷嘴，并且气体和反冲洗水被供应至该发泡喷嘴，以注入喷射水。作为前述气体，例如可以使用空气，并且可以使用水处理装置1所吸入的外部空气。此外，优选的是，将喷射水中的气体与反冲洗水之间的体积比设置得较高，并且气体体积与反冲洗水体积之间的比率例如优选地为2倍以上且5倍以下。另外，由该气体形成的气泡的平均直径优选地为1mm以上且4mm以下。此外，反冲洗水的供水压力优选地为0.2MPa以上，并且发泡喷嘴的排出口处的喷射水的流量优选地为20m/d以上。
前述喷射器是用于抽吸周围的水并产生强大水流的装置。例如，能够使用包括位于喉部处的吸入口的装置，该喉部位于用于排出喷射水的喷嘴与用于将流体(反冲洗水)供应到该喷嘴的管之间，其中，利用穿过该喉部的流体的流动从前述吸入口进一步吸入流体，从而从前述喷嘴注入喷射水。
将喷射水流产生部所产生的喷射水流A从喷射水流供应管15从侧面注入第二空间部10。由于喷射水流A来自侧面，加上从前述反冲洗水供应部供应的反冲洗水所造成的向上流动，使得第二颗粒4a被更剧烈地搅拌，从而可以更可靠地分离和去除所捕捉到的油滴、悬浮物等。
反冲洗水的流量(反冲洗水供应部和喷射水流产生部中的总流量)可以被设定为过滤过程中待处理液的供应量的例如两倍。反冲洗时间可以设定为例如30秒以上且10分钟以下，并且反冲洗的时间间隔可以设定为例如1小时以上且12小时以下。
(反冲洗水回收部)
前述反冲洗水回收部(未示出)通过排出管14回收包含油滴和悬浮物的反冲洗水Z。所回收的反冲洗水可以例如作为待处理液X被再次供应到水处理装置1。
(优点)
在水处理装置1中，可以在第一处理层3中分离粒径较大的油滴和悬浮物，然后可以在第二处理层4中分离乳化油滴与微小悬浮物。因此，水处理装置1可以处理包含油和不同悬浮物的待处理液，而无需组合多个水处理装置，因而可以减小装置的尺寸。另外，水处理装置1包括在稳定状态下分别位于第一处理层3和第二处理层4上方的第一空间部9和第二空间部10。因此，上浮并分离出来的油滴和悬浮物被保持在这些空间部中，从而可以提高净化处理能力。另外，可以通过反冲洗将保持在这些空间部中的油滴和悬浮物容易且可靠地排出到本体2的外部。此外，容纳在第一处理层3和第二处理层4中的颗粒在反冲洗过程中上升到这些空间部中，因而可以有效地排出在颗粒之间所捕捉的诸如油滴和悬浮物等的颗粒等。结果，在水处理装置1中，可以减少反冲洗时间和反冲洗水的量，因而可以实现高的水处理效率。
另外，水处理装置1具有用于防止第一颗粒3a和第二颗粒4a掉落的第一隔板6和第二隔板7。因此，在稳定状态下和在反冲洗状态下，能够防止第一颗粒3a和第二颗粒4a流到其它处理层。
此外，水处理装置1包括第三处理层5，该第三处理层5容纳有用于吸附油的吸附剂。因此，可以进一步分离已经通过第二处理层4的微小油滴，并且获得较高的油分离能力。另外，由于无需在水处理装置1的下游部分单独设置用于油吸附的处理装置，所以能够促进水处理设施的尺寸的减小。
另外，水处理装置1包括：反冲洗水供应部和喷射水流产生部，用于从本体2的下方和侧面供应反冲洗水；以及反冲洗水回收部，用于从本体2的上方回收反冲洗水。因此，可以搅拌容纳在第一处理层3和第二处理层4中的颗粒，并且可以有效地排出油滴、悬浮物等。另外，可以利用前述反冲洗水供应部对第一处理层3和第二处理层4同时进行反冲洗。
<水处理方法>
水处理方法包括如下步骤：向水处理装置供应待处理液并回收处理过的液体。
用于供应待处理液的方法没有特殊限制，并且可以使用例如利用泵或供水压力罐将待处理液压力供给至水处理装置的方法。
水处理方法中的待处理液的供应量的下限值优选地为100m3/m2·天，更优选地为200m3/m2·天，进一步优选地为300m3/m2·天。当待处理液的油分浓度、悬浮物浓度和粘度较高时，即使处理速度低于前述下限值，也可以得到较高的水质量，并且能够进行足够便宜的处理。然而，当待处理液的浓度较低且从成本角度考虑希望高速处理时，如果待处理液的供应量小于前述下限值，在产生大量待处理液的环境下，则水处理方法可能变得不适用。待处理液的供应量的上限值没有特殊限制，并且可以设定为例如1000m3/m2·天。
按照水处理方法回收的处理过的液体的悬浮物浓度的上限值优选地为10ppm，更优选地为5ppm，进一步优选地为3ppm，特别优选地为1ppm以下。当将处理过的液体的悬浮物浓度设定为等于或小于前述上限值时，按照上述水处理方法处理过的液体可以排放到环境中而不会对环境施加任何负荷，并且可以用作工业用水。应注意的是，悬浮物浓度是指浮游物质(SS)的浓度，并且使用遵照JIS-K0102(2008)中的“14.1悬浮物”测定的值。
按照水处理方法回收的处理过的液体的油浓度的上限值优选地为100ppm，更优选地为50ppm，进一步优选地为10ppm，特别优选地为1ppm以下。当将处理过的液体的油浓度设定为等于或小于前述上限值时，可以使在水处理方法之后进行的油水分离处理的负荷减小。根据这些条件，即使不进行其它油水分离处理，按照上述水处理方法进行油水分离的处理过的液体也可以排放到环境中而不会对环境施加任何负荷。
(优点)
上述水处理方法具有优异的净化包含油和悬浮物的待处理液的能力，并且能够以节省空间的方式有效地处理待处理液。
[其它实施例]
应理解的是，本文所公开的实施例在所有方面仅是说明性的而非限制性的。本发明的范围不限于前述实施例的构造，而是由各项权利要求来限定，并且意图包括在与各项权利要求等同的范围和含义内所做的任何修改。
根据前述实施例的水处理装置包括位于第二处理层的下游侧的第三处理层。然而，当待处理液中的所包含油的量小时，可以省略第三处理层。另外，在设置有第三处理层的情况下，第三隔板和主体的底面可以彼此邻接，而无需设置头部。在这种情况下，第三隔板可以仅设置在回收管的开口处。
另外，在水处理装置中，在稳定状态下形成在第一处理层上方的第一空间部不是必要的构成要素，而是可以省略的要素。然而，为了在第一处理层中实现有效的反冲洗效果和反冲洗水的回收效果，优选的是设置第一空间部。
此外，如图2所示的喷射水流供应管115那样，水处理装置的喷射水流供应管可以形成为从第二空间部10的上方向下方注入喷射水流A。下面将给出具体描述。喷射水流供应管115插入到第一处理层3中，并且具有形成在第二空间部10中的多个开口(喷嘴)115a。开口115a在第二空间部10中形成为口朝下。根据这样的喷射水流供应管115，由于从下方供应的反冲洗水向上流动以及从该喷射水流供应管115注入的喷射水流A向下流动，因此可以更有力地搅拌第二颗粒4a，并且可以更可靠地分离油滴、悬浮物等。优选的是，上述开口115a设置有网状部件等，该网状部件等的标称筛孔尺寸的级别与第二隔板7的标称筛孔尺寸的级别相同，以防止第二颗粒4a流入喷射水流供应管115侧。
此外，如图3所示的喷射水流供应管215那样，水处理装置的喷射水流供应管可以形成为从第三处理层5向位于上方(第二处理层4侧)的第二空间部10注入喷射水流A。下面将给出具体描述。喷射水流供应管215插入到第三处理层5中，并且具有形成在第三处理层5中的多个开口(喷嘴)215a。开口215a在第三处理层5中形成为口朝上。根据这样的喷射水流供应管215，由于除了通过回收管13从反冲洗水供应部供应的反冲洗水之外还存在从喷射水流供应管215注入的喷射水流A的喷流，所以可以更有力地搅拌第二颗粒4a和第一颗粒3a，并且可以更可靠地分离油滴、悬浮物等。喷射水流供应管215可以设置在头部11中。前述喷射水流供应管215的具有开口215a的部分(向上延伸的部分)可以穿过第二隔板7，并且上述开口215a可以形成在第二处理层4中或者可以与第二隔板7成为一体。在这种情况下，优选的是，开口215a设置有网状部件等，该网状部件等的标称筛孔尺寸的级别与第二隔板7的标称筛孔尺寸的级别相同，以防止第二颗粒4a流入喷射水流供应管215侧。
可以省略水处理装置的喷射水流供应管。相反地，水处理装置的第一空间部还可以设置用于搅拌第一颗粒的喷射水流产生部。
[工业实用性]
如上所述，根据本发明的水处理装置能够以节省空间的方式有效地处理包含不同粒径的油滴和悬浮物的待处理液。因此，根据本发明的水处理装置和使用该水处理装置的水处理方法能够有效地分离和处理包含油和悬浮物的待处理液，因而适合在诸如工厂和油田等生产设施中使用。
[附图标记列表]
1水处理装置；2本体；3第一处理层；3a第一颗粒；4第二处理层；4a第二颗粒；5第三处理层；6第一隔板；7第二隔板；8第三隔板；9第一空间部；10第二空间部；11头部；12供应管；13回收管；14排出管；15、115、215喷射水流供应管；115a、215a开口。

Claims (11)

1.一种水处理装置，所述水处理装置包括沿大致竖直方向放置的筒状的本体，所述水处理装置通过利用设置在所述本体中的多个处理层对从上方供应的待处理液进行净化，并且从下方回收处理过的液体，所述水处理装置包括：
从上游侧起依次为：第一处理层，其容纳有多个第一颗粒；第一隔板，其用于防止所述第一颗粒掉落；第二处理层，其容纳有多个第二颗粒，所述第二颗粒的平均直径小于所述第一颗粒的平均直径；以及第二隔板，其用于防止所述第二颗粒掉落；
其中，在稳定状态下，在所述第二处理层的上方设置有空间部。
2.根据权利要求1所述的水处理装置，还包括：
第三处理层，其设置在所述第二隔板的下方并且容纳有吸附油的吸附剂。
3.根据权利要求1或2所述的水处理装置，其中，
所述第一颗粒的平均直径为100μm以上且500μm以下，并且所述第二颗粒的平均直径为10μm以上且200μm以下。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的水处理装置，其中，
所述空间部在稳定状态下的平均高度为所述多个第二颗粒的堆积层的平均厚度的一倍以上。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的水处理装置，还包括：
反冲洗水供应部，其用于从所述本体的下方供应反冲洗水；以及反冲洗水回收部，其用于从所述本体的上方回收所述反冲洗水。
6.根据权利要求5所述的水处理装置，还包括：
喷射水流产生部，其用于向所述空间部喷射所述反冲洗水。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的水处理装置，其中，
所述第一颗粒和所述第二颗粒主要由高分子化合物构成。
8.根据权利要求2所述的水处理装置，其中，
所述吸附剂为非织造物，并且所述非织造物的纤维的平均直径为1μm以下。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的水处理装置，其中，
所述待处理液包含油和悬浮物，并且所述油和所述悬浮物从所述待处理液分离。
10.一种水处理方法，包括：
向根据权利要求1至9中的任一项所述的水处理装置供应待处理液的步骤；以及
回收处理过的液体的步骤。
11.根据权利要求10所述的水处理方法，其中，
所述待处理液的供应量为100m3/m2·天以上。
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