JP2004195364A - エマルジョン化した油を含む被処理水の油水分離方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水に、油が界面活性剤にてエマルジョン化（乳化）した状態で混じっている場合に、前記エマルジョン化した油を水から分離することが、低い運転コストで且つ高い分離率にて確実にできるようにする。
【解決手段】エマルジョン化した油を含む被処理水を、粗粒化エレメント３を通過し、次いで、水及び界面活性剤が透過するようにした濾過膜７を使用した濾過器６の入り口６ａにその一部が濾過膜を透過するように供給し、その透過水を処理済水として処理済水排出管路１２から排出する一方、前記濾過器６に供給した被処理水のうち前記透過水を除く残りの被処理水の総てを濾過器の出口６ｂから被処理水戻し管路１３を介して前記粗粒化エレメント３に戻す。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃水等の被処理水に油が界面活性剤にてエマルジョン化（乳化）した状態で混じっている場合において、この被処理水に対する油水分離方法と、その装置とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、油分を含む廃水等の被処理水に対する油水分離処理には、第１に、例えば、特許文献１にに記載されているように、被処理水中に含有される油分を先ず浮上分離した後、さらに被処理水中に含有する微小油滴を２段の粗粒化エレメント（透過孔を通過する間に極微細な油同士を結合して粗大化させる機能を有する材料）によつて油分を粗大化して浮上分離する方法ががある。
【０００３】
また、第２に、例えば、特許文献２に記載されているように、被処理水を２段階に構成した分離容器内に設けた粗粒化エレメントを通過させることにより小さな油滴を凝集して大きな油滴に成長させ、大きくなつた油滴を水との比重差により分離器内の上部に浮上させて分離する方法がある。
【０００４】
更にまた、第３に、特許文献３に記載されているように、被処理水を、先ず荷電濾過装置に送って粗ゴミを除去し、この荷電濾過装置が出た被処理水を、荷電コアレッサー型の油水分離器に供給して油滴を分離し、この油水分離器から出た被処理水を、限界濾過膜（ＵＦ膜）又は逆浸透膜（ＲＯ膜）を使用した濾過装置において、その入り口と出口との間を繋ぐ循環管路に供給することにより、前記ＵＦ膜又はＲＯ膜を濾過した濾過液を清浄水として取り出す一方、前記循環管路における被処理水の一部を、前記荷電濾過装置に戻すように構成した方法がある。
【０００５】
【特許文献１】
実公平６−２１５２１号公報
【特許文献２】
特開平８−３０９１０２号公報
【特許文献３】
特開平８−１０８０２０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記被処理水に含まれている油分の一部又は全部が、界面活性剤にてエマルジョン化（乳化）している場合に、前記第１の油水分離方法では、油滴を粗粒化エレメントにおいて凝集させて大きな油滴に成長させるときにおいて、油をエマルジョン化するために使用した界面活性剤が油滴の凝集を妨げることになり、この結果油の粗大化が阻害されるために粗粒化エレメントにおけるエマルジョン化した油の分離率が著しく低いという問題がある。
【０００７】
前記第２の油水分離方法は、一応、エマルジョン化（乳化）した油を含む被処理水に対する油水分離を目的するものであるものの、基本的に、油を粗粒化エレメントに凝集して粗大化することに依存するものであって、油をエマルジョン化するために使用した界面活性剤が油滴の凝集を妨げるから、処理済水における油分濃度規制が厳しい場合には十分な機能を発揮できないという問題がある。
【０００８】
そこで、この第２の方法において、処理済水における油分濃度を厳しい規制値にまで下げるには、前記粗粒化エレメントを通過した後の被処理水を活性炭の等吸着剤の層を通過させ、ここで粗粒化エレメント通過したエマルジョン油を吸着して除去するか、あるいは、界面活性剤でエマルジョン化した油を粗粒化エレメントに供給する前に分解剤を添加するなどによリエマルジョンを破壊したうえで通常の油と同じ状況にして粗粒化エレメントに供給し、粗大化した油分を重力分離する方法などがある。
【０００９】
しかしながら、前者では活性炭等の吸着剤における吸着能力に限度があり、適宜、活性炭等の吸着剤の取替え又は再生操作が必要となる。また、後者の方法ではエマルジョンを破壊するための分解剤を常時添加する必要があり、いずれも、運転経費の大幅なアップを招来することになる。
【００１０】
前記第３の油水分離方法は、被処理水を最終的に、限界濾過膜又は逆浸透膜を使用した濾過装置において超精密濾過することによって、不純物の少ない純粋の清浄水として取り出すことを目的とすることにより、この超精密濾過に使用する前記限界濾過膜又は逆浸透膜は、水のみが透過するものに限られる。
【００１１】
従って、この第３の油水分離方法を、エマルジョン化した油を含む被処理水に適用した場合には、濾過装置より前の荷電コアレッサー型油水分離器において分離することができなかったエマルジョン化した油は、エマルジョン化したままの状態で、前記濾過装置における被処理水の入り口と出口との間を循環することになり、前記限界濾過膜又は逆浸透膜の目を詰まらせたり、循環する被処理水における界面活性剤の濃度が高くなったりするだけになるから、この第３の油水分離方法は、エマルジョン化した油を含む被処理水における油水分離に適用することができないという問題がある。
【００１２】
本発明は、これらの問題を解決し、エマルジョン化した油を含む被処理水における油水分離に確実に適用できるようにすることを技術的課題とするものである。詳しくは、界面活性剤によリエマルジョン化された油を含有する被処理水に対して簡易な装置により処理済水中の油分濃度を十分に低減して環境への影響を最小化できる油水分離方法と、その装置とを提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この技術的課題を達成するため本発明の油水分離方法は、
「界面活性剤にてエマルジョン化した油を含む被処理水を、当該被処理水中の油分を大きい油滴に凝集して分離するようにした粗粒化エレメントに供給し、次いで、前記粗粒化エレメントから排出される被処理水を、水及び界面活性剤が透過するようにした濾過膜を使用した濾過器の入り口にその一部が濾過膜を透過するように供給し、その透過水を処理済水として排出する一方、前記濾過器に供給した被処理水のうち前記透過水を除く残りの被処理水の総てを濾過器の出口から前記粗粒化エレメントに戻す。」
ことを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の油水分離装置は、
「被処理水中の油分を大きい油滴に凝集して分離するようにした粗粒化エレメントと、水及び界面活性剤が透過するようにした濾過膜を使用した濾過器とを備え、更に、界面活性剤にてエマルジョン化した油を含む被処理水を前記粗粒化エレメントに供給する管路と、前記粗粒化エレメントから排出される被処理水を前記濾過器の入り口にその一部が透過するように供給する管路と、前記濾過器における透過水を処理済水として排出する管路と、前記濾過器に供給した被処理水のうち前記透過水を除く残りの被処理水の総てを前記濾過器の出口から前記粗粒化エレメントに戻す管路とを備えている。」
ことを特徴としている。
【００１５】
【発明の作用・効果】
油を含有する被処理水を粗粒化エレメントを通過させると、この被処理水中に含有される微小油滴は、前記粗粒化エレメントにおいて凝集してより大きな油滴となり、この大きな油滴が被処理水から比重差により浮上分離する。
【００１６】
しかしながら、前記被処理水中に界面活性剤が含まれる場合には、被処理水中に含まれる一部又は全部の油が界面活性剤でエマルジョン化しており、粗粒化エレメントを通しても十分に凝集・分離されることはない。
【００１７】
そして、この粗粒化エレメントから排出される被処理水は、水及び界面活性剤のみが透過する濾過膜を使用した濾過器に供給され、この被処理水のうち一部の水及び界面活性剤のみが、前記濾過膜を透過して、この透過水が、油分が少ない状態の処理済水として排出される。
【００１８】
前記濾過器において濾過膜を透過しない残りの被処理水は、その油分濃度が当該被処理水における一部が濾過膜を透過する分だけ当然に高くなり、その総てが、濾過器における入り口と出口との間を循環することなく、濾過器より前記粗粒化エレメントに供給され、この粗粒化エレメントによる凝集・分離が再び繰り返される。
【００１９】
このとき、濾過器から粗粒化エレメントに戻される被処理水における一部のエマルジョン化した油は、当該被処理水中における界面活性剤の量が濾過膜より透過する分だけ減少することによって、エマルジョン化した状態を維持するのが困難になって、エマルジョン化していない状態の油滴に戻り、これが粗粒化エレメントにおいて凝集・分離されることになるから、エマルジョン化した油の分離を、前記濾過器において界面活性剤の一部を処理済水と一緒に濾過膜を透過することで大幅に促進することができる一方、油分濃度の高い被処理水が粗粒化エレメントに戻されて油分が分離されることにより、前記濾過膜に目詰まりが発生することを確実に低減できる。
【００２０】
従って、本発明によると、被処理水にエマルジョン化した油を含んでいる場合において、その油の分離率を、処理済水における油分濃度が厳しい規制値にまで下げるように向上することを、従来のように、吸着剤又は分解剤等を使用することなく、ひいては、運転経費の大幅なアップを招来することなく、確実に達成できる。
【００２１】
また、前記濾過器における濾過膜としては、請求項３に記載したように、精密濾過膜（ＭＦ膜）を使用することができるほか、請求項４に記載したように、界面活性剤が透過する分子量分画性にした限界濾過膜（ＵＦ膜）を使用することができる。
【００２２】
特に、請求項５に記載したように、疎水性高分子膜の精密濾過膜（ＭＦ膜）を使用した場合には、水の透過性が良くなるから、濾過面積を縮小できるとともに、濾過器に対する被処理水の供給圧、つまり、被処理水の濾過圧を下げることができる利点がある。
【００２３】
更にまた、請求項６又は７に記載した構成にすることにより、処理済水における油分濃度を、当該処理済水の量を少なくすることがない状態のもとで、所定値を越えることがないように確実に規制することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。
【００２５】
図１は、第１の実施の形態を示す。
【００２６】
この図において、符号１は、本装置の系外に配置された被処理水タンクを示し、この被処理水タンク１内には、界面活性剤でエマルジョン化した油を含有する被処理水が入れられている。
【００２７】
符号２は、油分を大きい油滴に凝集して分離するようにした粗粒化エレメント３を内蔵した分離装置を示し、この分離装置２の上部には、排出弁４を備えた油取り出し管路５を備えている。
【００２８】
符号６は、濾過器を示し、この濾過器６は、一般に、孔径０．１ミクロン程度の微小孔を有する親水性有機高分子膜による精密濾過膜（ＭＦ膜）７を備えている。
【００２９】
そして、被処理水タンク１内における被処理水を、ポンプ８を備えた被処理水供給管路９にて、前記分離装置２に対して、当該分離装置２内における粗粒化エレメント３を通過するように供給する。
【００３０】
次いで、前記分離装置２内において粗粒化エレメント３を通過した後における被処理水を、ポンプ１０にて汲み出し、管路１１を介して前記濾過器６に、その入り口６ａから当該被処理水のうち一部の被処理水が濾過器６における精密濾過膜７を透過するように供給する。
【００３１】
そして、前記精密濾過膜７からの透過水を、処理済水として処理済水排出管路１２より排出する一方、前記濾過器６に供給した被処理水のうち前記透過水を除く残りの被処理水の総てを濾過器６における出口６ｂから被処理水戻し管路１３を介して、前記被処理水タンク１に戻すように構成する。
【００３２】
この構成において、前記被処理水タンク１における被処理水を、分離装置２内における粗粒化エレメント３を通過させると、この被処理水中に含有される微小油滴は、前記粗粒化エレメント３において凝集してより大きな油滴となり、この大きな油滴が被処理水から比重差により浮上分離する。
【００３３】
しかしながら、前記被処理水中に界面活性剤が含まれる場合には、被処理水中に含まれる一部又は全部の油が界面活性剤でエマルジョン化しており、粗粒化エレメントを通しても十分に凝集・分離されることはない。
【００３４】
そして、前記粗粒化エレメント３を通過して分離装置２から排出される被処理水は、精密濾過膜（ＭＦ膜）７を使用した濾過器６に供給され、この被処理水のうち一部の水及び界面活性剤のみが、前記精密濾過膜７を透過して、この透過水が、油分が少ない状態の処理済水として、処理済水排出管路１２より排出される。
【００３５】
前記濾過器６において精密濾過膜７を透過しない残りの被処理水は、その油分濃度が当該被処理水における一部が精密濾過膜７を透過する分だけ当然に高くなり、その総てが、濾過器６における入り口６ａと出口６ｂとの間を循環することなく、被処理水戻し管路１３を介して前記被処理水タンク１に戻り、分離装置２における粗粒化エレメント３に供給され、この粗粒化エレメント３による凝集・分離が再び繰り返される。
【００３６】
このとき、濾過器６から粗粒化エレメント３に戻される被処理水における一部のエマルジョン化した油は、当該被処理水中における界面活性剤の量が精密濾過膜７より透過する分だけ減少することによって、エマルジョン化した状態を維持するのが困難になって、エマルジョン化していない状態の油滴に戻り、これが粗粒化エレメント３において凝集・分離されることになるから、エマルジョン化した油の分離を、前記濾過器６において界面活性剤の一部が処理済水と一緒に精密濾過膜７を透過することで大幅に促進することができる一方、油分濃度の高い被処理水が粗粒化エレメント３に戻されて油分が分離されることにより、前記精密濾過膜７に目詰まりが発生することを確実に低減できる。
【００３７】
なお、前記分離装置２において粗粒化エレメント３から浮上分離した油は、分離装置２の上部における排出弁４を、適宜時間の間隔で開くことにより、油取り出し管路５から器外に排出される。
【００３８】
また、前記濾過器６からの被処理水を、その戻し管路１３を前記被処理水タンク１に接続することによって、粗粒化エレメント３に戻すように構成することに代えて、二点鎖線で示すように、前記戻し管路１３を前記分離装置２への被処理水供給管路９に接続することによって、粗粒化エレメント３に戻すように構成しても良い。
【００３９】
次に、図２は、第２の実施の形態を示す。
【００４０】
この第２の実施の形態は、前記第１の実施の形態において、粗粒化エレメント３を内蔵した分離装置２を一段目の分離装置とし、この一段目の分離装置２と濾過器６との間に、同じく粗粒化エレメント３′を内蔵した二段目の分離装置２′を設けたものである。
【００４１】
すなわち、前記一段目の分離装置２における粗粒化エレメント３を通過した後の被処理水を、前記二段目の分離装置２′における粗粒化エレメント３′を通過したのち、前記濾過器６に供給するように構成したものであり、その他の構成は前記第１の実施の形態と同様であり、前記二段目の分離装置２′の上部には、排出弁４′を設けた油取り出し管路５′を備えている。
【００４２】
この第２の実施の形態は、油分の分離を、一段目の粗粒化エレメント３と、二段目の粗粒化エレメント３′との二段によって行うものである。
【００４３】
次に、本発明者達は、以下に述べる三つの装置、
［装置１］
前記図１に示す第１の実施の形態（分離装置が一段のもの）において、分離装置２における粗粒化エレメント３として、孔径７ミクロンの親油性の不織布等の繊維を使用する一方、濾過器６における濾過膜７として、、孔径０．１ミクロン程度の微小孔を有する親水性有機高分子膜による精密濾過膜（ＭＦ膜）を使用した装置。
［装置２］
前記図１に示す第１の実施の形態（分離装置が一段のもの）において、分離装置２における粗粒化エレメント３として、孔径２ミクロンの親油性の不織布等の繊維を使用する一方、濾過器６における濾過膜７として、孔径０．１ミクロン程度の微小孔を有する親水性有機高分子膜による精密濾過膜（ＭＦ膜）を使用した装置。
［装置３］
前記図２に示す第２の実施の形態（分離装置が二段のもの）において、一段目の分離装置２における粗粒化エレメント３として、孔径５０ミクロンの親油性の不織布等の繊維を使用し、二段目の分離装置２′における粗粒化エレメント３′として、孔径２ミクロンの親油性の不織布等の繊維を使用する一方、濾過器６における濾過膜７として、、孔径０．１ミクロン程度の微小孔を有する親水性有機高分子膜による精密濾過膜（ＭＦ膜）を使用した装置。
により、界面活性剤にてエマルジョン化した油を含む油分濃度が３０００ｐｐｍの被処理水について、油水分離を行う実験を行った。
【００４４】
この実験において、処理済水排出管路１２より排出される処理済水の量が４５リットルになった時点で、前記図１及び図２に示したＡ箇所（粗粒化エレメント３を通過する前の箇所）、Ｂ箇所（粗粒化エレメント３を通過した後の箇所）、Ｃ箇所（二段目の粗粒化エレメント３′を通過した後の箇所）、Ｄ箇所（被処理水戻し管路１３の箇所）及びＥ箇所（処理済水排出管路１２）における油分濃度を測定したところ、表１のとおりであった。
【００４５】
【表１】

【００４６】
すなわち、粗粒化エレメント３又は３及び３′を通過した被処理水は、濾過器６においてその一部が精密濾過膜７を透過することにより、その油分濃度が高くなるが、この被処理水の透過と同時に界面活性剤の一部も前記精密濾過膜７を透過し、この状態で、濾過器６内に停滞することなく、前記粗粒化エレメント３又は３及び３′に、これを再び通過するように戻されることにから、エマルジョン化した油を高い分離率で分離できるとともに、処理済水排出管路１２から排出される処理済水における油分濃度を、処理済水における油分濃度を、前記従来のように、活性炭等の吸着剤又は分解剤を使用することなく、厳しい規制値以下に確実に下げることができた。
【００４７】
前記分離装置２又は２及び２′における粗粒化エレメント３又は３及び３′としては、例えば、前記特許文献２等に開示されているように、主に親油性の織布、編布、不織布などの布又はマット状、シート状、フェルト状などの繊維シートが使用されるが、これらに限らず、特許文献１に開示されている金属繊維の焼結体のものでも、さらにはゴム製あるいはセラミック製のものも使用可能である。勿論、特許文献３に記載されているような荷電型コアレッサーも使用可能である。
【００４８】
一方、前記濾過器６においては、前記した親水性有機高分子による精密濾過膜（ＭＦ膜）７を使用することに代えて、界面活性剤が透過する分子量分画性にした限界濾過膜（ＵＦ膜）を使用することができるほか、精密濾過膜（ＭＦ膜）のうち疎水性高分子のものを使用することができ、この疎水性高分子による精密濾過膜（ＭＦ膜）を使用した場合には、水の透過性が良くなって、濾過抵抗を低減できる。
【００４９】
次に、図３は、第３の実施の形態を示す。
【００５０】
この第３の実施の形態は、前記第１又は第２の実施の形態を前提として、その処理済水排出管路１２に、油分濃度計１４と、これに次いで三方切換弁１５とを設け、前記油分濃度計１４にて測定した油分濃度が予め設定した所定値を越えていないときには、濾過器６からの処理済水を、前記処理済水排出管路１２から排出するが、前記前記油分濃度計１４にて測定した油分濃度が前記所定値を越えているはときには、前記三方切換弁１５を作動することにより、濾過器６からの処理済水を、戻し管路１６を介して、前記被処理水供給管路９又は前記被処理水タンク１に戻すして、再度の油水分離を行うように構成する。
【００５１】
これにより、前記処理済水排出管路１２から排出される処理済水における油分濃度を、前記所定値を越えることをないように規制することができる。
【００５２】
そして、図４は、第４の実施の形態を示す。
【００５３】
この第４の実施の形態は、前記第１又は第２の実施の形態を前提として、その処理済水排出管路１２に、油分検出計１４と流量制御弁１７とを、油分検出計１４を下流側に位置して設ける一方、前記被処理水戻し管路１３中に流量制御弁１７を設け、前記油分検出計１４により前記処理済水排出管路１２における流量制御弁１７と、前記被処理水戻し管路１３における流量制御弁１８を以下に述べるように制御するように構成する。
【００５４】
すなわち、前記油分検出計１４にて検出した油分濃度が予め設定した所定値を越えているときには、前記処理済水排出管路１２における流量制御弁１７を閉じて、前記被処理水戻し管路１３における流量制御弁１８を開くように制御する一方、前記油分検出計１４にて検出した油分濃度が前記所定値を越えていないときには、前記処理済水排出管路１２における流量制御弁１７を開いて、前記被処理水戻し管路１３における流量制御弁１８を閉じるように制御する。
【００５５】
これにより、前記処理済水排出管路１２から排出する処理済水における油分濃度を、当該処理済水の量を少なくすることがない状態で、予め設定した所定値を越えることがないように規制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を示すフローシートである。
【図２】第２の実施の形態を示すフローシートである。
【図３】第３の実施の形態を示すフローシートである。
【図４】第４の実施の形態を示すフローシートである。
【符号の説明】
１ 被処理水タンク
２，２′ 分離装置
３，３′ 粗粒化エレメント
５，５′ 油取り出し管路
６ 濾過器
６ａ 濾過器の入り口
６ｂ 濾過器の出口
７ 濾過膜
９ 被処理水供給管路
１２ 処理済水排出管路
１３ 被処理水戻し管路
１４ 油分検出計
１５ 三方切換弁
１７，１８ 流量制御弁

Claims (7)

1. 界面活性剤にてエマルジョン化した油を含む被処理水を、当該被処理水中の油分を大きい油滴に凝集して分離するようにした粗粒化エレメントに供給し、次いで、前記粗粒化エレメントから排出される被処理水を、水及び界面活性剤が透過するようにした濾過膜を使用した濾過器の入り口にその一部が濾過膜を透過するように供給し、その透過水を処理済水として排出する一方、前記濾過器に供給した被処理水のうち前記透過水を除く残りの被処理水の総てを濾過器の出口から前記粗粒化エレメントに戻すことを特徴とするエマルジョン化した油を含む被処理水の油水分離方法。
2. 被処理水中の油分を大きい油滴に凝集して分離するようにした粗粒化エレメントと、水及び界面活性剤が透過するようにした濾過膜を使用した濾過器とを備え、更に、界面活性剤にてエマルジョン化した油を含む被処理水を前記粗粒化エレメントに供給する管路と、前記粗粒化エレメントから排出される被処理水を前記濾過器の入り口にその一部が透過するように供給する管路と、前記濾過器における透過水を処理済水として排出する管路と、前記濾過器に供給した被処理水のうち前記透過水を除く残りの被処理水の総てを前記濾過器の出口から前記粗粒化エレメントに戻す管路とを備えていることを特徴とするエマルジョン化した油を含む被処理水の油水分離装置。
3. 前記濾過膜が、精密濾過膜（ＭＦ膜）であることを特徴とする請求項２に記載したエマルジョン化した油を含む被処理水の油水分離装置。
4. 前記濾過膜が、界面活性剤が透過する分子量分画性にした限界濾過膜（ＵＦ膜）であることを特徴とする請求項２に記載したエマルジョン化した油を含む被処理水の油水分離装置。
5. 前記精密濾過膜（ＭＦ膜）が、疎水性高分子膜であることを特徴とする請求項３に記載したエマルジョン化した油を含む被処理水の油水分離装置。
6. 前記濾過器からの処理済水の排出管路に設けた油分濃度計と、この油分濃度計で検出した油分濃度が所定値を越えているとき前記処理済水を前記粗粒化エレメントに戻す手段を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載したエマルジョン化した油を含む被処理水の油水分離装置。
7. 前記濾過器からの処理済水の排出管路に設けた油分濃度計と、この油分濃度計で検出した油分濃度が所定値を越えることがないように前記濾過器から粗粒化エレメントへの戻り管路における流量及び前記濾過器からの処理済水の排出管路における流量を制御するようにした手段を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載したエマルジョン化した油を含む被処理水の油水分離装置。

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