JP2005125167A

JP2005125167A - 油水分離装置

Info

Publication number: JP2005125167A
Application number: JP2003361391A
Authority: JP
Inventors: Kimio Saito; 公男齋藤; Satoshi Tsukahara; 聰塚原
Original assignee: Hitachi Industries Co Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2003-10-22
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2023-10-22
Also published as: JP4194469B2

Abstract

【課題】
装置が大型化することなく、簡単な構成であっても浮上油を確実に回収できる、保守が容易な油水分離装置が欲しい。
【解決手段】
処理槽に貯留した被処理液中に微細気泡を供給することによって被処理液に含まれる油分を浮上させ水と油分とを分離させる油水分離装置であり、処理槽は槽内を被処理液６１を貯留し油水分離が行われる分離部８１とこの分離部で浮上分離した油分を回収する浮上油受け部８２とに仕切る遮蔽板１２を有し、分離部の下部に気泡を吹き出すノズル３３を設け、ノズル３３から吹き出した気泡のうち大きい気泡９３を分離部上方の液面部に導く余剰空気排出管９を設け、余剰空気排出管９はその開口１４が浮上油受け部８２に向いており、余剰空気排出管９の開口１４から出る空気の流れで液面部の浮上油６２を浮上油受け部８２に押し流し回収するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、貯留した被処理液中に微細気泡を供給することによって被処理液に含まれる油分を浮上させ水と油分とを分離させる浮上分離法による油水分離装置に関するものである。

浮上分離法による油水分離装置として、下記する特許文献１に記述されるものがある。

この装置では、大容量の処理槽から被処理液を汲み上げ加圧した後に加圧空気を混合溶解させ、余剰空気を除去した後に処理槽内に噴射減圧することによって、処理槽内の被処理液中に微細気泡を発生させている。この微細気泡と油分が付着することで、油分は浮上し、油と水分が分離する。

下記特許文献１では、浮上させた油分の回収について言及されていない。

下記特許文献１とは異なる形態で処理槽内の被処理液中に微細気泡を発生させて浮上分離法により油水分離を行う油水分離装置として、下記する特許文献２に記述されるものがある。

この特許文献２では、油分回収を行う手段として、液面近くにスカム掻き出し装置を設けて、定期的にスカム掻き出し装置を作動させて、スカム受けに集積させるようにしている。

なお、スカムとは、被処理液に含まれる塵埃などの浮遊物質が油分とともに微小気泡に凝集して浮上しクリーム状になったものであるとされている。

特開平５−３１７８４７号公報

特開２００１−３００５４０号公報

上記特許文献２のように液面に浮上した油分もしくはスカムは定期的に除去するスカム掻き出し装置を液面近くに設けると、液面部が複雑になり被処理液を貯留した処理槽内の掃除が困難になり、スカム掻き出し装置に付着し固化するスカム自体も除去しなければならず保守が容易ではない恐れがあった。また、スカム掻き出し装置を設けることで装置が大型になる。

それゆえ本発明の目的は、装置が大型化することなく簡単な構成であっても浮上油を確実に回収できる保守が容易な油水分離装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明油水分離装置の特徴とするところは、処理槽に貯留した被処理液中に微細気泡を供給することによって被処理液に含まれる油分を浮上させ水と油分とを分離させる油水分離装置において、処理槽は槽内を被処理液を貯留し油水分離が行われる分離部とこの分離部で浮上分離した油分を回収する浮上油受け部とに仕切る遮蔽板を有し、該分離部の下部に気泡を吹き出すノズルを設け、該ノズルから吹き出した気泡のうち大きい気泡を分離部上方の液面部に導く余剰空気排出管を設け、該余剰空気排出管はその開口が浮上油受け部に向いており、該余剰空気排出管の開口から出る空気の流れで液面部の浮上油を浮上油受け部に押し流し回収するようにしたことにある。

本発明によれば、該ノズルから吹き出した気泡のうち油分分離に寄与しない大きい気泡を利用してその排出のエネルギーで分離部における被処理液の液面部に浮上した浮上油を浮上油受け部に押し流すようにしているので、スカム掻き出し装置など特別な装置を設ける必要はなく、それゆえ装置が大型化することなく簡単な構成であって浮上油を確実に回収でき、装置の保守も容易である。

以下、スクリュー圧縮機から排出されるドレン（被処理液）を処理することを例にとって、図１に示した本発明の一実施形態について説明する。

図１において、処理槽１１には槽内に被処理液６１を貯留し油水分離を行う分離部８１とこの分離部８１で浮上分離した油分を回収する浮上油受け部８２とを分離する遮蔽板１２を設けてある。処理槽１１の底に取り付けた配管３０はバルブ３６を介して循環ポンプ３１と接続し、循環ポンプ３１の出口側配管３７は処理槽１１に接続された大気泡除去器１０内のノズル３３に接続してある。大気泡除去器１０内のノズル３３は噴出方向を分離部８１としている。配管３０から循環ポンプ３１を経て大気泡除去器１０に至る経路は槽外循環をなす被処理液循環配管系を構成している。

尚、大気泡除去器１０は、分離部８１内に延びた円筒部を有し、この円筒部の両脇や上部に複数の小口があり、その円筒部内にノズル３３から被処理液６１を噴出することで、各小口から被処理液が微細気泡とともに分離部８１に供給される構成であっても良い。

大気泡除去器１０は２つに別れ、一部は処理槽１１の分離部８１に接続され、他方は上部から大きい気泡が混合された分岐流れを流すための余剰空気排出管９が取り付けられている。この余剰空気排出管９の余剰空気排出部１３は処理槽１１における分離部８１の被処理液面６１Ａの近傍になる位置に配置してあり、この余剰空気排出部１３の先端に浮上油６２を浮上油受け部８２に向けて押し流す空気を排出する開口１４を配置してある。余剰空気排出部１３の開口１４は、図２に示すように、処理槽１１を分離部８１と浮上油受け部８２に区画する遮蔽板１２に平行で被処理液面６１Ａに水平な１段構成としている。また、開口１４は複数の小口を水平に並べたものであっても良い。

図１に戻って、配管３０には、空気を供給する空気供給管３５をバルブ３４を介して接続してあるほかに、被処理液供給系統を構成する供給管２３を接続してあり、供給管２３にバルブ２２を介して供給ポンプ２１を設けてある。図示していないが、供給ポンプ２１の先には未処理の被処理液を貯留したタンクがある。

分離部８１の上部には分離部８１の上部から処理済の被処理液６１を排出する排出管４１の管座を設けてあり、排出管４１は分離部８１との接続部（管座）から持上げ、その下流を分離部８１との接続部よりも低い位置まで配管してあり、その途中にバルブ４２を有している。

排出管４１の最高位は、処理槽１１の遮蔽板１２の最高位より低くして位置差Ｄ１を持たせてある。従って、分離部８１内に被処理液６１を供給し貯留させる場合、バルブ４２を開放してあれば、被処理液６１は排出管４１から流出して、分離部８１における被処理液面６１Ａは排出管４１の最高位で規制され、バルブ４２を閉止し分離槽８１内に被処理液６１を供給していけば、被処理液面６１Ａは排出管４１の最高位よりも上昇していくので、排出管４１はバルブ４２の開閉で被処理液６１を排出したり水位を調整する機能を備えていることになる。因みに、被処理液面６１Ａの上部に形成される油水分離で上昇した浮上油６２の浮上油液面６２Ａも被処理液６１の供給とバルブ４２の開閉で上下する。

排出管４１の管座周囲を囲むように仕切板１５を設け、ポケット状吸入部８３を形成して、分離部８１から排出管４１へ流入する処理済の被処理液６１に分離部８１を上昇中の微細気泡および油粒子（油分）が混入することを防止するようにしている。

仕切板１５の最高位は排出管４１の最高位より低くして、位置差Ｄ２を持たせている。また、仕切板１５の最高位は排出管４１の分離部８１との接続部（管座）より高くして、位置差Ｄ３を持たせている。

排出管４１における被処理液６１の流出量と吸入部８２の入口面積で決まる吸入部８３での被処理液６１の下降速度が微細気泡の上昇速度より遅ければ、分離部８１を上昇中の微細気泡および油粒子は吸入部８３に流入して排出管４１に混入することはない。

浮上油受け部８２の底部には、回収した油分６３を排出する油分排出管５１が設けてある。また、図示しないが、分離部８１の底部に配管を設け、その途中にバルブを設けてあり、分離部８１内部の被処理液６１を排出する必要がある場合にこれらを用いる。なお、被処理液６１は、供給管２３を分離部８１の下部に接続して供給してもよい。

次に、その動作を説明する。
なお、以下の説明において、微細気泡に被処理液６１中の油粒子や浮遊物が付着し浮上しつつあるもの、或いは被処理液面６１Ａ上に浮上したものを総括して浮上油と称する。

先ず、図３に示した絶対湿度が高くドレン流量が多い時期に行う連続処理について説明する。

準備として、バルブ２２を閉止し、供給ポンプ２１も停止させ、バルブ４２は開放状態として処理槽１１の分離部８１を清水または処理済の被処理液を充填し、被処理液面６１Ａが排出管４１の最高位に一致したら、循環ポンプ３１を運転させ連続処理を開始する。連続処理開始では、バルブ２２は開放し供給ポンプ２１を作動させる。バルブ３４、３６は開放状態としてあり、被処理液６１が配管３０を流れることによって空気供給管３５側が負圧となり、溶解用空気が空気供給管３５から流入する。

溶解する空気量は加圧下ではヘンリー（Ｈｅｎｒｙ）の法則に従ったものとなり、配管３０を流れる被処理液６１にかかる圧力及び流量に比例して溶解する空気量は多くなる。また配管３０を流れる被処理液６１の温度が低い程、溶解する空気量は多くなる。実際の運転では圧力、流量を設定値一定となるように運転する。

分離部８１の上部にある吸入部８３では、被処理液供給系統から供給された未処理状態の被処理液相当分の処理済の被処理液６１を微細気泡の上昇速度よりも遅い速度で吸込んで排出管４１から排出する。

循環ポンプ３１出口での圧力は、所要動力を少なくすることと微細気泡の直径を小さくすることを考慮すると０．３〜０．８ＭＰａ程度が好ましい。溶解空気量が圧力に比例することを考慮すると、循環水流量は被処理液供給系統から供給された未処理状態の被処理液量の３０〜１００倍で、未処理状態の被処理液６１は循環水によって３０〜１００倍に希釈されるので、分離部８１に供給される被処理液６１における油分は低濃度である。

ノズル３３から噴出する被処理液６１は大気泡除去器１０において減圧し、被処理液６１に溶解した空気は微細気泡となるが、溶解できなかった空気は大きな気泡となってノズル３３から吹き出る。大気泡に加わる浮力は微細気泡のそれより大きいので、余剰空気排出管９内を大気泡９３となって上昇する。余剰空気排出管９内における被処理液にも油分があり、その油分の一部は大気泡９３に付着して上昇するが大半はゆっくり上昇し、余剰空気排出部１３の開口１４から空気の流れに誘引されて流出する。

微細気泡はノズル３３から出る被処理液６１の流れに乗って、分離部８１に至り、ゆっくり上昇して、油分や浮遊物を付着凝集して浮上油６２となる。

この連続処理では、被処理液供給系統から供給された未処理状態の被処理液量相当の処理済みの被処理液６１を分離部８１の上部における吸入部８３から排出管４１を通して流出させているので、槽外循環だけをしている場合よりも油水分離の障害となる下降流は少なくなり、分離部を小型なものとしても、微細気泡による分離性能を維持できる。

分離部８１上部の浮上油６２は連続運転中に排出管４１の途中に設けたバルブ４２を一時的に閉じると、分離部８１内部の被処理液面６１Ａおよび浮上油液面６２Ａが上昇し、余剰空気排出部１３の開口１４から排出されている余剰空気で、被処理液面６１Ａ上の浮上油６２を遮蔽板１２の方に押し流し、遮蔽板１２を超え、浮上油受け部８２へ流下させる。

被処理液面６１Ａ上の浮上油６２が減少すると、バルブ４２を開けて、排出管４１から被処理液６１を排出して被処理液面６１Ａを下げて、連続処理を継続する。

次に、図４に示した絶対湿度が低くドレン流量の少ない時期に行う間歇処理について説明する。

まず、準備として連続処理と同様に、分離部８１に清水または処理済の被処理液６１を充満させた状態で循環ポンプ３１を運転する。バルブ３６、バルブ３４は開放状態にしてあり、溶解用空気が空気供給管３５から流入する。

循環ポンプ３１の動力が熱となり配管３０を流れる被処理液６１に伝わり、分離部８１における被処理液６１の温度を上昇させるため、被処理液６１の密度は小さくなる。尚、被処理液６１の密度を小さくするためには分離部８１において被処理液６１の温度を上昇させるための加熱手段を配置してもよい。

被処理液循環系統における循環ポンプ３１の運転を停止し、バルブ４２と被処理液供給系統のバルブ２２を開放状態にして供給ポンプ２１を運転し、未処理の被処理液６１を供給すると、被処理液６１は配管３０，配管３７，ノズル３３から分離部８１に流入する。

被処理液６１は分離部８１内の清水または処理済の被処理液６１よりも温度が低く密度が大きいために分離部８１の底部に溜って行き、密度が小さい処理済の油分濃度の低い被処理液６１は分離部８１の上部に押し上げられた形となって、吸入部８３から排出管４１，バルブ４２を経由して排出される。

例えば、仕切板１５上端から分離部８１の底部までにおける容積が４０Ｌ，清水または処理済の被処理液温度が３２０Ｋ，未処理の被処理液温度が２８３Ｋ，未処理の被処理液６１の供給を２０Ｌ／ｈで行うと、処理済の被処理液６１のみを３０Ｌ以上排出可能である。

処理済の被処理液６１のみの排出が済んだら、バルブ２２とバルブ４２を閉状態にして未処理の被処理液６１の供給を止めて、循環ポンプ３１による槽外循環を実施する。バルブ３６，バルブ３４は開放状態にしてあり、溶解用空気が空気供給管３５から流入する。この場合も連続処理と同様に、圧力，流量を設定値一定となるように運転する。

バルブ４２は閉止してあり、分離部８１の被処理液６１中に気泡が存在することにより、被処理液面６１Ａは排出管４１の最高位置よりも高くなる。この状態で分離部８１内部の被処理液面６１Ａ上側に浮上油６２が溜まり、更に余剰空気排出管９を通る浮上油６２は余剰空気排出部１３から同様に被処理液面６１Ａ上側に溜まるが、浮上油液面６２Ａよりも遮蔽板１２を高く配置してあり、循環中に浮上油６２が浮上油受け部８２へ遮蔽板１２からオーバフローすることはない。槽外循環中に分離部８１の油分は微細気泡によって上昇し、油水分離する。

浮上分離法では油分が高濃度であるほど分離性能は良いので、中間濃度以下までは高速に分離できる。低濃度域は、連続処理に近い分離性能を有する。

本発明者らの観察によれば、槽外循環の前半５０％の時間で未処理の被処理液６１の油分濃度は中間濃度以下の１／５程度に低下し、後半５０％の時間で中間濃度以下の油分濃度からさらにその１／５程度の低濃度（連続処理での目標濃度）に低下することを確認している。前後半で低減する比率は同程度であるが、絶対値でみれば前半に大半の油分が分離されていることになる。

分離部８１における被処理液６１が目標とする油分濃度に低下したら、循環ポンプ３１を停止し、バルブ２２とバルブ４２を開放させ、供給ポンプ２１を運転して未処理の被処理液６１を供給する。この期間中に分離部８１の処理済の被処理液６１は供給した未処理状態の被処理液６１と同量だけ排出管４１から排出される。

被処理液６１の供給と循環のために供給ポンプ２１の運転と停止を交互に繰り返し、浮上油液面６２Ａと被処理液面６１Ａとの差が大きくなったら、即ち分離部８１上部に浮上油６２が溜まったら、供給ポンプ２１の運転中に排出管４１のバルブ４２を閉止状態にし、被処理液面６１Ａが遮蔽板１２と同一高さになるようにする。次に、循環ポンプ３１を稼動させ通常の処理液を処理する運転とすることで、余剰空気９３が余剰空気排出部１３の開口１４から排出される。開口１４から流出した空気は被処理液面６１Ａ上の浮上油６２を吹き、浮上油６２を遮蔽板１２を超え浮上油受け部８２に導く。

通常のスクリュー圧縮機では一週間の連続運転により浮上油６２が約１ｍｍ溜まるので、浮上油６２の排出は一週間に１回程度行う。この排出時期は運転時間で決定するだけでなく、浮上油量，浮上油厚さを測定することによっても決定できる。

この間歇処理では、分離部８１内に清水または処理済の被処理液と約５０％の未処理被処理液を混合して油水分離処理し、油分は高濃度から低濃度まで短時間で下げることになる。

図３は、処理運転時と浮上油回収時の被処理液面高さの差が大きい場合に好適な余剰空気排出部１３の構成を示している。

図１，図２のように余剰空気排出部１３の開口１４を処理運転時の被処理液面６１Ａに水平な１段構成とすると、処理運転時と浮上油回収時の被処理液面６１Ａの差が大きい場合（具体的には１５ｍｍ以上）には、浮上油回収時の被処理液面６１Ａよりも余剰空気排出部１３における開口の位置が低くなる。

この状態で浮上油排出部１３の開口１４から余剰空気が流出しても、余剰空気は液面方向の上方向に向かい浮上油６２を遮蔽板１２の方向に押せなくなり、浮上油６２を浮上油受け部８２へ導けない。

そこで、処理運転時と浮上油回収時の被処理液面高さの差が大きい場合に好適なものとして、余剰空気排出部１３には処理運転時の被処理液面高さに対応した位置の開口１４Ａと浮上油回収時の被処理液面高さ（遮蔽板１２の高さ位置）に対応した位置の開口１４Ｂの２個を設け、下部における開口１４Ａの断面積は上部における開口１４Ｂの断面積より大きくしてある。余剰空気排出部１３の開口１４Ａ，１４Ｂは、図２に示した開口１４のように遮蔽板１２に平行であるが、各開口１４Ａ，１４Ｂは複数の小口を水平に並べたものであっても良く、この場合、複数の小口の断面積の総和において下部における開口１４Ａの断面積は上部における開口１４Ｂの断面積より大きくしてあれば良い。

処理運転時の被処理液面６１Ａは、被処理液面高さを余剰空気排出部１３の下部開口１４Ａに合わせると、図３（ａ）に示すように、余剰空気は下部の開口１４Ａから浮上油６２とともに流出する。

この時、上部の開口１４Ｂは被処理液面６１Ａよりも高い位置にあるので上部の開口１４Ｂからも余剰空気の一部が流出するが、両開口１４Ａ，１４Ｂの断面積の関係から開口１４Ｂでの流出量は少なく、処理性能を維持した運転が可能である。

浮上油回収時には上昇させた被処理液面６１Ａの高さ位置（遮蔽板１２の高さ位置）近傍に上部開口１４Ｂを設けてあることにより、図３（ｂ）に示すように、余剰空気は上部の開口１４Ｂから浮上油６２とともに排出される。

この時には、余剰空気は被処理液面６１Ａに平行に遮蔽板１２の方向に流れて浮上油６２を押す。この時の余剰空気排出部１３内の余剰空気は、被処理液面６１Ａに平行な水平配管内部の上部を通り、その先にある被処理液面６１Ａに垂直な配管内部を上方に向かう流れとなる。下部開口１４Ａはこの余剰空気が流れないところに配置してあるので余剰空気は流出しない。また、上部開口１４Ｂの開口断面積は下部開口１４Ａの開口断面積より小さくしてあることで余剰空気排出部１３内の圧力が上昇し、上部開口１４Ｂから流出する空気の流速は高くなり、浮上油６２を浮上油受け部８２へ導き、浮上油６２を回収することができる。

図４は、一般的なスクリュー圧縮機のドレン流量と油分濃度の関係を示している。夏季に相当する大気中の水分量が多い時期には、ドレン流量が多く、油分濃度は低い。冬季に相当する大気中の水分量が少ない時にはドレン流量が少なく、油分濃度は高い。そこで前記２つの運転方法の特徴を生かして、ドレン流量が多く、油分濃度が低い場合には連続処理を行い、ドレン流量が少なく油分濃度が高い場合には間歇運転を行うことにより、小型で高速処理可能な油水分離装置を構成できる。

間歇処理運転は、槽外循環期間と被処理液供給期間の長さを異ならせた複数のパターンを用意して、中間濃度域の余裕を広くすることも可能である。

図４の一点鎖線は、２パターンに分ける濃度域を示している。高濃度の第Ｉ領域、中濃度の第II領域に分けて、第Ｉ領域では槽外循環期間と被処理液供給期間を共に長い第一運転パターンとし、第II領域では槽外循環期間と被処理液供給期間を共に第Ｉ領域より短い第二運転パターンとしている。冬季には第一運転パターンの間歇処理を行い、春秋には第二運転パターンの間歇処理を行う。こうすることで、年中、如何なる状態の被処理液であっても1台の装置で対応できる。なお、槽外循環期間のみを変化させることによっても同様に対応できる。

これらの運転パターンの選択には、ドレン流量または油分濃度の情報が必要である。油分濃度を短時間で計測する方法が無いので、運転パターンの選択にはドレン流量の情報を用いる。ドレン流量は、大気中の水分量，圧縮機吐出空気圧力，空気冷却器出口温度，凝縮水補集効率から計算できる、従って、大気温度と大気湿度を計測する方法がある。

一方、通常は圧縮機からのドレンを一旦溜めるタンクを設けており、この中に液面計を取付け、液面の変化からドレン流量を算出する方法がある。また、大気温度のみを測定して、大気湿度１００％としたドレン最大流量を計算し、この値を制御に用いることも可能である。実際にはこれらの方法を単独もしくは組合わせて制御に用いる。

これらのパターンや運転モードの切り替えは、図示していない制御装置にシーケンスプログラムとして用意しておき、油分濃度を確認するための大気中の湿度などの上述した各項目の計測結果やカレンダーなどに基づいて、適宜に切り替えるようにしておくことができる。

本発明によれば、油水分離に貢献しない大きな気泡を利用して特別な装置を設けることなく、浮上油を確実に回収することができ、装置は簡単な構成となり大型化せず、掃除などの保守が容易である油水分離装置が得られる。

本発明の一実施形態になる油水分離装置を示す図である。図１に示した余剰空気排出部を上から見たとき概略断面図である。本発明の他の実施形態になる余剰空気排出部の構成を示す図である。圧縮機におけるドレンの流量と油分濃度の関係を示す図である。

符号の説明

９…余剰空気排出管
１０…大気泡除去器
１１…処理槽
１２…遮蔽板
１３…余剰空気排出部
１４，１４Ａ，１４Ｂ…開口
１５…仕切板
２１…供給ポンプ
３１…循環ポンプ
３３…ノズル
４１…排出管
４２…バルブ
６１…被処理液
６１Ａ…被処理液面
６２…浮上油
６２Ａ…浮上油液面
８１…分離部
８２…浮上油受け部
８３…ポケット状吸入部
９３…大気泡（余剰空気）

Claims

処理槽に貯留した被処理液中に微細気泡を供給することによって被処理液に含まれる油分を浮上させ水と油分とを分離させる油水分離装置において、
処理槽は槽内を被処理液を貯留し油水分離が行われる分離部とこの分離部で浮上分離した油分を回収する浮上油受け部とに仕切る遮蔽板を有し、該分離部の下部に気泡を吹き出すノズルを設け、該ノズルから吹き出した気泡のうち大きい気泡を分離部上方の液面部に導く余剰空気排出管を設け、該余剰空気排出管はその開口が浮上油受け部に向いており、該余剰空気排出管の開口から出る空気の流れで液面部の浮上油を浮上油受け部に押し流し回収するようにしたことを特徴とする油水分離装置。
上記請求項１に記載の油水分離装置において、該余剰空気排出部は上下2個の開口を有し、下部の開口は処理運転時の被処理液面に合わせてあり、上部の開口は浮上油回収時の被処理液面上に浮上した油分の位置に合わせてあり、上部の開口から流出する空気で該油分を浮上油受け部に押し流すことを特徴とする油水分離装置。
上記請求項２に記載の油水分離装置において、該上部の開口は該下部の開口よりも断面積が小さいことを特徴とする油水分離装置。