JP2009148731A - 油水分離方法および油水分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】疎水性の低い油を含む水を排水基準にまで高速に油水分離ができるようにしたい。
【解決手段】処理槽１１に貯留した被処理液中に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気泡と共に浮上させ水と油分とを分離させるものであり、処理槽１１の下部から汲み出した被処理液に空気を混合させ、循環ポンプ３１で昇圧して処理槽１１の下部に設けたノズル３３から噴射して被処理液を処理槽１１に戻して被処理液を循環させ、未処理状態の被処理液は被処理液の循環配管系か処理槽１１の下部に供給する。この系統に少量の凝集剤と分離補助剤を添加し、混合器にて油凝集を促進し、油分離性能を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は油水分離装置に係り、特に、微細気泡を用いて水と油分とに分離させる浮上分離法による油水分離装置に関する。

浮上分離法による分離装置として、下記の特許文献１に記載されるように、渦流ポンプの液体吸込口に気体吸込手段を設けておき、渦流ポンプでの加圧過程で空気を被処理液に溶解（気液混合溶解）させ、処理槽内にノズルから噴射減圧することによって、処理槽内の被処理液中に気泡を発生させるものがある。

特開２００３−２３６３０５号公報

上記従来技術においては、油自体の疎水性が高い場合には処理槽内に発生する微小気泡と油分が結合して，油分は気泡とともに浮上し，油水分離できる。しかし、油自体の疎水性が低い場合には微小気泡と油分の結合が十分に進まず、油水分離することができない。

この結果、疎水性の低い油を含む廃水では鉱物油の排水基準である５ｍｇ／Ｌにまで油を分離できないことがあった。

それゆえ本発明の目的は、疎水性の低い油を含む水を排水基準にまで高速に油水分離ができる油水分離方法および油水分離装置を提供することにある。

被処理液に空気を供給し循環ポンプで加圧して被処理液に空気を溶解させ、処理槽の下部から溶解させた空気を気泡として被処理液と共に吹き出させることによって、処理槽において被処理液に含まれる油分を気泡と共に浮上させことで水と油分とに分離させるものにおいて、被処理液に凝集剤及び分離補助剤を供給し、凝集剤と分離補助剤の混ざった被処理液を供給ポンプにより混合器に供給して混合し、その後被処理液に気泡を供給した後、分離部で油分と水に分離することを特徴とする。

本発明によれば、油分が凝集剤である塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）又は、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ_２）又は，硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ_４）によって凝集し、この凝集を分離補助剤である水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）が促進させる。これにより、分散している微小な油粒子が粗大化し易くなり、更に混合器を通すことで、油粒子同士を衝突させ油粒子同士を効率的に吸着させ粗大化することで、浮上しやすくなるだけでなく循環ポンプで加圧溶解された空気で製造される微細気泡と吸着しやすくなって、一層浮上しやすくなり、油水分離が高速に進む。

凝集剤である塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウムは、食品添加物であり、それらの水溶液は被処理液で希釈した形で水酸化ナトリウムと共に排水するので、環境を汚染することはない。即ち、疎水性の低い油を含む水であっても、排水基準にまで高速に油水分離をして、分離後油分は回収され、水はそのまま廃棄することができる。

また、本発明によれば、金属に対し腐食性を有する塩化カルシウムや塩化マグネシウムの添加量を少なくして水酸化ナトリウム水溶液の濃度を高くし、全体として油分凝集効果を維持するとともに処理済液のpＨ値を排水基準内で高めることにより、塩化カルシウムや塩化マグネシウムの腐食性を低減せしめて、処理槽や配管などの諸金属部材が腐食しにくくなるようにすると共に、被処理液をアルカリ性状態にすることによって油水分離を促進させることができる。

以下、本発明の実施例になる油水分離装置について説明する。

図１に本発明の油水分離装置の一例の全体構成の概略を示す。なお、ここで説明する油水分離装置は、一例として油成分を含む廃水を処理するものとして使用されるものである。

図１において、処理槽１１には、槽内に被処理液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８３とが設けてあり、両部は遮蔽板１２で分離されている。処理槽１１の分離部８１の側壁下部であって浮上油受け部８３の反対側の場所に大気泡分離部１３が設けてある。

分離部８１の底に取り付けた配管３０はバルブ３６を介して配管３２に接続されている。配管３２は循環ポンプ３１の入口側に接続されている。この、循環ポンプ３１の出口側の配管３７はノズル２に接続されている。ノズル２は、油を粗大化する混合器１を介し、配管３に接続されている。配管３は配管１１２と配管４に分岐している。配管１１２はバルブ１１３を介し、処理槽１１の分離部８１に接続されている。一方、配管４は大気泡分離部１３に設置してあるノズル３３に接続している。

配管３２には、バルブ４２を有する空気供給配管４１の一端が接続してあり、空気供給配管４１の他端は大気に開放してある。

配管３，４，３０，３２，３７，１１２によって分離部８１における被処理液の外部循環系が構成されている。なお、配管３，４，３０，３２，３７は循環ポンプ３１の作動で空気供給配管４１から空気を吸引すると共に加圧し被処理液中に溶解させ、かつ、混合器１でさらに空気を溶解させた後、その空気を溶解させた被処理液をノズル３３から噴き出す。また、配管１１２は混合器１を通か後の被処理液を処理槽１１に直接吐き出すようにしている。

本実施例では循環ポンプ３１に渦流ポンプを使用しており、図示していないが、循環ポンプ３１の出口には被処理液の圧力（水圧）を測定するゲージが設けてある。

ノズル３３は大気泡分離部１３と共に処理槽１１における分離部８１の下部の側壁に設けてある。大気泡分離部１３はノズル３３から噴き出すかもしれない大気泡を分離部８１に廻さないようにする排出管１４が設けてあり、排出管１４の排出口は分離部８１の上部に位置せしめてある。

配管３２には、供給ポンプ２１とバルブ２２を有し未処理の被処理液を供給する供給系統を構成する供給管２３が接続されている。なお、供給管２３を分離部８１の下部に接続して、分離部８１内の未処理の被処理液を供給するようにしてもよい。

配管３２には分離補助剤の一つである水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）及び少なくとも一種類のアルカリ性物質の水溶液を蓄えた分離補助剤溶液タンク７１からの配管７２がバルブ７７を介して接続してある。また、配管３２には凝集剤の一つである塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ_２）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ_４）及び溶解しイオンとなったときに＋２価以上の電荷をもつ物質の少なくとも１種類の水溶液を蓄えている凝集剤溶液タンク９１からの配管９２がバルブ９７を介して接続してある。なお、本実施例では凝集剤として塩化カルシウムを用いた例を示してある。

分離部８１の上部には処理済の被処理液を排出する排出管５１が設けてある。この排出管５１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５２を有している。排出管５１の最高位は、処理槽１１の遮蔽板１２の最高位より低く設けてあり、その位置の差はＤ１にしてある。

従って、分離部８１内に被処理液を供給し貯留させる場合、バルブ５２を開放してあれば、被処理液は排出管５１から流出して、分離部８１における被処理液面６１は排出管５１の最高位で規制される。バルブ５２を閉止し分離槽８１内に被処理液を供給していけば、被処理液面６１は排出管５１の最高位よりも上昇する。このため、排出管５１はバルブ５２の開閉で被処理液を排出、貯留するため、バルブの開閉で水位を調整することができる。

排出管５１に設けた配管５３は、処理済の被処理液をサイホン効果で排出管５１の最高位水平面以下まで排水されないように大気に開放している。なお、被処理液面６１の上部には油水分離で上昇した浮上油の浮上油液面６２が形成される。

さらに、分離部８１内を上昇中の微細気泡および油粒子が分離部８１から排出管５１を介して流出する処理済の被処理液に混入することを防止するため仕切り板１５によりポケット状の吸入部８２が形成してある。即ち、排出管５１における被処理液の流出量と吸入部８２の入口面積で決まる吸入部８２での被処理液の下降速度が気泡の上昇速度より遅くなるようにしてある。これにより、分離部８１を上昇中の微細気泡および油粒子が吸入部８２に流入して排出管５１から流出することはない。

仕切り板１５の最高位は、排出管５１の最高位、即ち、バルブ５２を開放している時の被処理液面６１より低く設定してある。すなわち、被処理液面６１と仕切り板１５の最高位の位置差をＤ２としてある。また、仕切り板１５の最高位は排出管５１の分離部８１との接続部（管座）より高く設定してあり、その位置の差はＤ３としてある。

浮上油受け部８３の底部には、分離部８１から遮蔽板１２を乗り越えて流入（溢流）する廃油６３を排出するための油分排出管５５が設けてある。また、図示していないが、分離部８１の底部から外部に配管を設け、その途中にバルブを設けてある。この配管は、分離部８１内部の液体を排出する必要がある場合に用いられる。

分離部８１内には被処理液の温度を測定するための温度測定器８４が設けてある。この温度測定器８４に代えて、配管３０から循環ポンプ３１を経由しノズル３３までの配管３７中に温度測定器を設置して、被処理液の温度を測定してもよい。

次に、図１に示す油水分離装置の処理運転を説明する。

準備として、バルブ５２は閉じた状態にして、分離部８１に清水または処理済の被処理液を充満させた状態で循環ポンプ３１の運転を開始する。この時、バルブ２２は閉じてあるが、バルブ３６，４２，１１３は開放してあり、溶解用空気が空気供給配管４１からノズル３３を介して分離部８１に流入する。この時、循環ポンプ３１の動力が熱となり被処理液に伝わり、分離部８１内の被処理液の温度を上昇させるため、被処理液の密度は小さくなる。尚、被処理液の密度を小さくするために、分離部８１に被処理液の温度を上昇させるための加熱手段を配置してもよい。

温度測定器８４が、分離部８１内の被処理液の温度が予定した値まで上昇したことを検出すると、循環系統の循環ポンプ３１の運転を停止する。同時に、バルブ４２を閉じ、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の運転を開始して、未処理状態の被処理液を分離部８１に供給する。すなわち、被処理液は、配管３０の経路及び配管３２，３７を経由し一部は配管１１２から、他は配管４を経てノズル３３から分離部８１に流入する。

被処理液は分離部８１内の清水または処理済の被処理液よりも温度が低く密度が大きいために分離部８１の底部に溜って行く。この時、密度が小さい処理済の被処理液や油分濃度の低い被処理液は分離部８１の上部に押し上げられる。そして、吸入部８２から排出管５１とバルブ５２を経由して排出される。例えば、仕切り板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、未処理状態の被処理液温度が２８３Ｋ、未処理状態の被処理液の供給を２０Ｌ／ｈで行うと、処理済の被処理液のみを３０Ｌ以上排出可能である。

処理済の被処理液のみの排出が済んだら、バルブ２２とバルブ５２を閉状態にし、供給ポンプ２１を停止して未処理状態の被処理液の供給を止め、循環ポンプ３１を起動して槽外循環を実施する。次に、バルブ３６（圧力調整弁の働きを持つ）を調節して図示しない循環ポンプ３１に設けた圧力計で循環ポンプ入口圧力が大気圧よりも低いことを確認する。次に、バルブ９７を開放してこの圧力と塩化カルシウム水溶液の圧力との差を駆動力として凝集剤タンク９１から塩化カルシウム水溶液を供給する。塩化カルシウム水溶液を所望量供給し終わると、バルブ９７を閉止する。同時にバルブ７７を開放して分離補助剤タンク７１から所望量の水酸化ナトリウム水溶液を供給する。所望量供給し終わると、バルブ７７を閉止する。上記の動作により、被処理液と塩化カルシウムと水酸化ナトリウムは循環ポンプ３１によりノズル２に送られる。ノズル２には円弧状に噴射するホローコーンノズル(図６参照)が用いられている。ノズル２から噴射された被処理液と塩化カルシウムと水酸化ナトリウムは、混合器１の内部で不均一な流れにより被処理液中の油粒子と塩化カルシウムと水酸化ナトリウムとが効率良く混合することができる。これより、油粒子同士が反発し吸着し難くする力の表面電位が低下し、油粒子同士が吸着し易くなる。混合器１の内部では不均一な流れとなっているため、油粒子同士が衝突し表面電位が低下した油粒子同士が吸着し凝集する。油粒子が凝集し粒子径が大きくなると浮上速度が速くなり、油水分離性能が向上する。また、表面電位が低下し、油粒子が凝集し表面積が大きくなっているため微細気泡に吸着し易くなる。このため油水分離性能が向上する。混合器１で凝集した油を含む被処理液の一部は、配管３，１１２を経て直接分離部８１に送られ、他は配管３，４を経てノズル３３から大気泡分離部１３より分離部８１に送られる。

バルブ４２を開放状態とすると、溶解用空気が空気供給配管４１から流入する。循環ポンプ３１による加圧で被処理液に溶解する空気量は、加圧下ではヘンリー（Ｈｅｎｒｙ）の法則に従ったものとなる。そのため、配管３７を流れる清水または処理済の被処理液にかかる圧力及び配管３７を流れる流量に比例して溶解する空気量は多くなる。また配管３７を流れる清水または処理済の被処理液の温度が低い程、溶解する空気量は多くなる。実際の運転では圧力、流量が一定の設定値とし、一定時間運転する。この運転によってノズル３３から微細気泡と共に被処理液が噴射され、被処理液中の塩化カルシウム水溶液と水酸化ナトリウム水溶液との不均一な流れの混合により、凝集した油分は微細気泡に付着して浮上することで油分が被処理液（水）から分離する。この際、循環ポンプ３１の動力が熱となり被処理液に伝わり、液温が上昇し、溶解する空気量は減少する。そこで、予め液温度と溶解空気量の関係を求めておき、温度測定器８４で検出した液温度を用いて、空気供給管４１から流入させる溶解用空気量を分離部８１内で気泡がほぼ揃って浮上する量になるようにバルブ４２で調節する。径の大きな気泡の大気泡は浮力が大きく働くから微細気泡よりも早く浮上する。早い浮上速度の気泡は、油水分離に寄与せず、分離部８１内での流れを乱して微細気泡と油分の接触を阻害し、分離性能を低下させかねない。そのため、このように余剰空気による大気泡の連続発生を防止している。もし、大気泡が発生した場合には大気泡を大気泡分離部１３の排出管１４に抜き出し、ノズル３３から噴き出すかもしれない大気泡を分離部８１に廻さないようにしているので油水分離性能を低下させることはない。

この時、バルブ５２は閉止してあり、分離部８１の被処理液中に微細気泡が存在することになり、被処理液面６１は排出管５１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６１上側に浮上油が溜まるが、浮上油液面６２よりも遮蔽板１２の上端位置を高くしてあり、被処理液の循環中に浮上油が浮上油受け部８３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下方の油分は微細気泡によって上昇し、油水分離する。浮上油分離法では油分が高濃度であるほど分離性能は良いため、中間濃度以下までは高速に分離できる。低濃度域は分離性能が低下する。

本発明者らの実験によれば、槽外循環の前半５０％の時間で未処理状態の被処理液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４２を閉じて、バルブ２２とバルブ５２を開放し、供給ポンプ２１を運転して未処理状態の被処理液を分離部８１の底部から供給する。この期間中に分離部８１上部の処理済の被処理液は、新たに供給した未処理状態の被処理液と同量だけ排出管５１から流出する。

以上説明した被処理液の供給と循環のために供給ポンプ２１、循環ポンプ３１の運転と停止を交互に繰り返し、浮上油液面６２と被処理液面６１との差が大きくなったら、即ち、分離部８１上部に浮上油が溜まったら、供給ポンプ２１の運転中に排出管５１のバルブ５２を閉止状態にし、被処理液面６１が遮蔽板１２と同一高さになることによって浮上油を遮蔽板１２の上端からオーバフローさせ、浮上油受け部８３へ排出する。

塩化カルシウムと、水酸化ナトリウムとを添加して油水分離を促進する方法では、塩化カルシウムと被処理液が十分混合した後に水酸化ナトリウムを添加すると油水分離効果が大きくなるので、間歇処理運転は油水分離性能が高くなる。又、分離補助剤である水酸化ナトリウムは使用せずに、凝集剤である塩化カルシウムを用いて油を凝集させるだけでもある程度の効果がある。

図２に本発明の他の実施例の構成を示す。

図２において、図１と異なる点は、図１では凝集剤（塩化カルシウム）溶液及び分離補助剤（水酸化ナトリウム）溶液を被処理液に混合した後で分離部８１に供給するようにしていたものを、凝集剤溶液及び分離補助剤溶液を分離部８１上部から直接供給するように構成したものである。すなわち、凝集剤溶液タンク９１からの配管に専用の定量ポンプ９６とバルブ９７を、分離補助剤溶液タンク７１の配管にも同じように定量ポンプ７６とバルブ７７を設けて、それぞれの溶液を供給する構成としてある。

本構成でも分離処理の基本的な動作は略同じであるが、異なる点は、先の実施例では被処理液を分離部８１に供給後、配管３０のバルブ３６を開放し循環ポンプ３１を駆動して配管３２を流れる被処理水の流れに伴って発生する負圧を利用して凝集剤と分離補助剤を被処理水に供給して混合器１でそれらを混合するようにしていた。これに対して本実施例では、分離部８１に被処理水を供給中あるいは供給後、凝集剤と分離補助剤をそれぞれの定量ポンプを駆動して所定量分離部８１に供給し、その後、配管３０のバルブ３６を開放して、且つ空気供給循環ポンプ３１を起動し混合器１を介して分離部８１に吐出する工程を繰り返すことで凝集剤と分離補助剤を混合と、空気の溶解及び気泡の発生を行い、水と油分に分離する。その後の工程は先の図１の実施例と同じである。

この構成では、分離部８１内に供給された塩化カルシウムの溶液と水酸化ナトリウムの溶液は外部循環系の運転に伴って配管３０，３２から循環ポンプ３１で加圧され、ノズル２を介して混合器１に送られ、被処理液と混合され、ノズル３３より再度分離部８１に供給される。

このように構成することで、外部循環系の運転に左右されることなく、分離部８１内に必要なときに必要な量だけ、塩化カルシュウムや水酸化ナトリウムを供給することができ、かつ外部循環系の動作に伴い十分に混合され油の分離を向上させることができる。

次に、図３に示した本発明の他の実施例について説明する。

この実施例では、被処理液を処理槽８１に供給する前に、所定量を一旦貯留する前処理槽（前処理タンクと称する場合も有る）２４を備えている。この前処理タンク２４には配管２６より被処理液が供給される。このタンク内部の被処理液を混合するための循環経路を構成してある。循環経路は、供給ポンプ２１、配管１３１、バルブ１１０、ノズル２、混合器１、配管１１１から構成してある。また、分離補助剤である水酸化ナトリウムの溶液と凝集剤である塩化カルシウムの溶液の各溶液タンク７１，９１にそれぞれの配管９２，７２に専用の定量ポンプ７６，９６とバルブ７７，９７を設けた構成としてある。この定量ポンプ７６，９６を駆動して所定量の水酸化ナトリウムと塩化カルシウムを前処理タンクに供給する。また循環ポンプ３１の出口側の配管３７は、直接処理槽の設けてあるノズル接続した構成としてある。本構成では凝集剤と分離補助剤を被処理液に混合するために供給ポンプ２１、配管１３１、バルブ１１０、混合器１、配管１１１からなる循環系が前処理タンク側に設けてあり、処理槽１１側には被処理液に空気を溶融するための配管３０、バルブ３６、配管３２、循環ポンプ３１、配管３７、ノズル３３からなる外部循環系を設けた構成となっている。

この構成でも、循環ポンプ３１などを含む外部循環系の運転条件に左右されることなく、水酸化ナトリウム水溶液と塩化カルシウム水溶液を前処理タンク２４内へ供給できる。そして、バルブ１３０を閉じ、バブル１１０開放して供給ポンプ２１を運転することで、前処理タンク内の被処理液と分離補助剤（水酸化ナトリウム）と凝集剤（塩化カルシウム）を十分に混合する。なお、分離補助剤と凝集剤の供給量を任意に調節できる。分離補助剤と凝集剤を十分に混合した被処理液は、混合のための処理運転が終了するとバルブ４２を閉止し、循環ポンプ３１を停止する。その後、バルブ２２を開放し、バルブ１３０を閉じて供給ポンプ２１を駆動することによって配管２３を及び配管３２を経由して分離補助剤と凝集剤の混合された被処理液が分離部８１に供給する。この構成にすることによって処理槽１１での油水分離運転中に被処理液と添加薬品類との混合を並行して行うことができるので、１回の処理運転時間を短くできる。

なお、上記図３の実施例では、凝集剤溶液及び分離補助剤溶液がそれぞれ定量ポンプを用いて前処理槽に供給するように構成したが、凝集剤溶液タンク及び分離補助剤溶液タンクを前処理タンクの被処理液の最大液面位置よりも高い位置に配置して、バルブの開閉だけで凝集剤溶液や分離補助剤溶液を前処理タンクに供給するように構成しても油水分離効果を向上させることができる。

次に、図４に示した本発明の他の実施例について説明する。

この実施例で図３の実施例との違いは、処理槽１１の分離部８１の底部に配水管５１を設置して、仕切り板１５により設けた吸入部８２をなくした点にある。この配水管５１の途中にバルブ５２を設けている。そして、被処理液を分離部８１に供給する前に所定量を一旦貯留する前処理タンク２４とタンク内部の被処理液を混合するための供給ポンプ２１、配管１３１、バルブ１１０、ノズル２、混合器１、配管１１１を設けた点は図３と同じである。さらに、水酸化ナトリウム溶液と塩化カルシウム溶液との各溶液タンク７１，９１にそれぞれに専用の定量供給ポンプ７６，９６を設けている点も図３と同じである。

油水分離運転中に所定量の被処理液を前処理タンク２４に供給し、バルブ１３０を閉じ、バブル１１０開放し供給ポンプ２１を運転しながら水酸化ナトリウム水溶液と塩化カルシウム水溶液を各タンク７１，９１からそれぞれに専用の定量ポンプ７６，９６によって前処理タンク２４内へ順次供給し、被処理液と混合する。前処理が終了すると被処理液を分離部に供給して油水分離処理する。

油水分離運転が終了するとバルブ４２を閉止し、循環ポンプ３１を停止した後に処理槽１１の底部に設置した配水管５１からバルブ５２を開放することによって、処理液を液面が６３に達するまで排出し、バルブ５２を閉止する。その後、バルブ２２を開放し、バルブ１３０を開放し、バブル１１０閉じ、配管２３を介して供給ポンプ２１によって配管３２から分離部８１に分離補助剤と凝集剤を十分に混合した被処理液を再供給する。この構成にすることによって処理槽１１で油水分離運転中に被処理液と分離補助剤と凝集剤との混合を前処理タンクで並行して行うことができるので、１回の処理運転時間を短くできる。又、処理部８１内に仕切り板がないため油水分離処理の効率を向上させることができる。

図５に、本発明による油分離効果の一例を示す。

図５は油の一例としてスクリュー圧縮機の油を例としたものを示す。

スクリュー圧縮機潤滑油の特殊油であるスーパールブ（コベルコ・コンプレッサ株式会社の商品名）は圧縮機からのドレンを６ヶ月以上静置しておいても、油分はコロイド状を保持し、油分が浮上分離することはない。この油と純水を混合して模擬ドレンを製造した場合も、長期間静置しても油分が浮上分離することはない。

この模擬ドレンの油分濃度を通常のスクリュー圧縮機ドレンと同等の３００ｍｇ／Ｌにした場合、ドレン１Ｌに対して、塩化カルシウムだけを0.5ｇ以上添加して図１の処理装置を運転すると排水基準の５ｍｇ／Ｌまで油分離可能である。油分濃度を変化させても同様の結果であり、その特性を図５のＯＢＣで囲まれた領域で示す。

塩化カルシウムは食品添加物として使用されており、正の２価金属イオンであるカルシウムは負に帯電した油粒子を電気的に中和して凝集する効果を有する。しかし、塩化カルシウムは融雪剤としても使用されており、高濃度の場合には金属を腐食させることが知られている。従って、油水分離に塩化カルシウムを使用する場合には塩化カルシウムの添加量を少なくする必要がある。圧縮機ドレンの水分は大気中の水分が凝縮したものであり、潤滑油が混合した状態でもｐＨ値が４から６の酸性である。このドレンに無機塩の塩化カルシウムを添加してもｐＨ値は変化せず、４から６の酸性である。

この塩化カルシウムの添加量を低減しても油水分離が可能な方法を種々検討した結果、塩化カルシウムを予め添加し、次に水酸化ナトリウムを加え、ｐＨ値を８以上にして図１の処理装置を運転すると、塩化カルシウム単独添加の５０％でも排水基準の５ｍｇ／Ｌ以下まで油分離が可能であることが判った。その特性を図５のＯＣＥで囲まれた領域で示す。

塩化カルシウム添加量をさらに減少すると、水酸化ナトリウムを添加しても排水基準の５ｍｇ／Ｌまで油水分離できない。その特性を図５のＯＡＥで囲まれた領域で示す。従って、線分ＯＣ，ＯＥは、それぞれドレンの油分濃度に対する塩化カルシウム単独や水酸化ナトリウム併用したことによる油水分離効果の下限を示している。

上記特性は、以下のように説明することもできる。即ち、塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）添加量をＢ１としてドレン中油分濃度が増加すると、油分濃度がＡ１以上では排水基準の５ｍｇ／Ｌまで油を分離できない。そこで、塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）をＢ１の分量で添加した後に水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を添加してドレンをアルカリ性にする方法を用いると、油分濃度Ａ３までは排水基準の５ｍｇ／Ｌまで油を分離できるようになる。油分濃度がＡ３以上になると塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）の添加量がＢ１では油水分離できない。

油の凝集剤として、食品添加物としての使用が認められている塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ_２）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ_４）があり、塩化カルシウムと同様に水酸化ナトリウムと組合せて使用すると、図５と同様の効果が得られる。

油の凝集剤として、正の３価金属であるアルミニウムの化合物である塩化アルミニウムを用いると、塩化カルシウムよりも凝集効果が高い。しかし、アルミニウムは金属腐食性が特に強いために金属を使用できないので装置構成が困難になる。また、人体への影響が懸念され、水処理での使用が制限される方向にある。

以上の説明では鉱物油の油水分離について説明したが、他の油水分離にも適用できる。また、油以外で水に溶解しない液体で密度が水と同等か水より小さいもの、もしくは固形物で比重が水と同等か水より小さいものにも適用可能である。

次に図６について説明する。
図６はノズル２から噴射された被処理液の状況を示したものである。使用するノズル２は噴射された被処理液がＢの噴射角度により円弧状に広がるホローコーンと呼ばれるノズルである。この噴射角度は１１０度であれば凝集能力は高くなるが４５度から１３０度程度でも凝集させることは可能である。この噴射された状況を図６に示すＡの方向から見ると円弧状の内部は空洞となっている。このため、噴射された被処理液の部分は流速が速いために負圧となり、空洞の部分はこの流れ部分より圧力が高い状態となる。このホローコーンノズルの一例としてスプレーイングシステムジャパン株式会社の型式Ｂ１/２５ＢＤ−ＳＳ１５−１５Ｗがある。

次に、図７に混合器の形状を示す。
混合器１は高さＬと内径φＦの円筒形状であり、その下部にノズル２が取り付けられている。この時、高さＬと内径φＦの関係をＬ／Ｆ＜１０の関係に形成することが望ましい。Ｌ／Ｆが１０より大きくなると不均一な混合が小さくなり、油粒子が凝集し難くなる。また、本図で混合器１はパイプ状の上下に蓋をしたような形状としているが、多角形のものを用いてもよく蓋状の部分も水平でなくとも油粒子を凝集できる。

図８に混合器内の被処理水の混合の状態を示す。
図８は本開発品の混合器１の衝突が多い流れについてのものと衝突が少ないタンク内に攪拌翼１４２を用いた場合の流れを示したものである。タンク内に攪拌翼１４２を用い攪拌を行うとタンク内の流れは流れｅのように乱れが少なく液同士が衝突しない流れとなる。一方、本開発品の混合器１はノズル２からの流れａが混合器１の上部に衝突し流れｂと流れｃに別れる。流れｂは混合器１の下方に移動し、流速が速く負圧となっている流れａに取り込まれる。また流れｃは中心方向に向かい、一方は後流速が速く負圧となっている流れａに取り込まれ、他方は配管３へ送られる。このように本開発品の混合器１は衝突の多い流れとなり、凝集剤と分離補助剤と被処理液中の油粒子が良く混合され、油粒子表面電位を低下させ、さらに油同士を衝突させ効率的に凝集させることで油水分離性能を向上させることが可能である。

本発明の一実施例になる油水分離装置を示す図である。 本発明の他の実施例になる油水分離装置を示す図である。 本発明のもう１つの実施例になる油水分離装置を示す図である。 本発明のさらにもう１つの実施例になる油水分離装置を示す図である。 本発明の油水分離効果の一例を示す図である。 本発明のノズルからの噴射形状を示す図である。 本発明の混合器形状を示す図である。 本発明の混合器内部流れを示す図である。

符号の説明

１…混合器、２…ノズル、１１…処理槽、１２…遮蔽板、１５…仕切り板、２１…供給ポンプ、２２，３６，３９，４２，５２，１１０，１１２…バルブ、３，４，２３，３０，３２，３７，４１，５１，１１１，１１３…配管、３１…循環ポンプ、３３…ノズル、６１…被処理液面、６２…浮上油液面、７１…水酸化ナトリウム液タンク、８１…分離部、８２…ポケット状吸入部、８３…浮上油受け部、９１…塩化カルシウム水溶液タンク。

Claims (11)

1. 被処理液に空気を供給し循環ポンプで加圧して被処理液に空気を溶解させ、処理槽の下部から溶解させた空気を気泡として被処理液と共に吹き出させることによって、前記処理槽において被処理液に含まれる油分を気泡と共に浮上させことで水と油分とに分離させる油水分離装置において、
   前記被処理液に凝集剤を供給し、前記凝集剤の混ざった被処理液を混合器に供給し、その後前記被処理液に気泡を供給することを特徴とする油水分離方法。
2. 請求項１に記載の油水分離方法において、
   前記被処理液に凝集剤に加えて分離補助剤を供給し、凝集剤と分離補助剤の供給された被処理液を混合器に送り、その後該被処理液に気泡を供給することを特徴とする油水分離方法。
3. 被処理液に空気を供給し循環ポンプで加圧して被処理液に空気を溶解させ、処理槽の下部の設けたノズルから溶解させた空気を気泡として被処理液と共に吹き出させ、前記処理槽において被処理液に含まれる油分を気泡と共に浮上させ被処理液を水と油分とを分離させる油水分離装置において、
   前記循環ポンプの吸込み側に凝集剤を供給する配管を設け、前記循環ポンプの吸込み側に圧力調整弁を設けて、前記圧力調整弁の開度調整により前記循環ポンプの吸込み側圧力を大気圧よりも低くして、大気圧と前記循環ポンプの吸込側圧力との差圧を駆動力として凝集剤を前記被処理液に混合させ、混合後の前記被処理液を混合器に送ることを特徴とする油水分離装置。
4. 請求項３に記載の油水分離装置において、
   前記循環ポンプの吸込み側に前記凝集剤を供給する配管に加えて前記凝集剤供給部の下流側に分離補助剤を供給する配管を設け、前記被処理液に凝集剤を供給した後で、前記分離補助剤を供給し、凝集剤と分離補助剤を供給した後の被処理液を混合器に送ることを特徴とする油水分離装置。
5. 被処理液に空気を供給し循環ポンプで加圧して被処理液に空気を溶解させ、処理槽の下部から溶解させた空気を気泡として被処理液と共に吹き出させることによって、該処理槽において被処理液に含まれる油分を気泡と共に浮上させ該被処理液を水と油分とを分離させる油水分離装置において、
   前記処理槽の被処理液に凝集剤タンクから凝集剤を直接供給する配管を設け、前記配管に定量供給する供給ポンプを設け、前記供給ポンプを駆動して定量の凝集剤を処理槽に送り、処理槽下部に設けた配管より前記循環ポンプにより混合器に送られ混合することを特徴とする油水分離装置。
6. 請求項５に記載の油水分離装置において、
   前記処理槽の被処理液に凝集剤を供給する配管とは別に、分離補助剤の溶液を蓄えた分離補助剤タンクから前記処理槽に供給する配管と、前記配管途中に分離補助剤溶液を定量供給する供給ポンプを設け、前記供給ポンプを駆動して定量の分離補助剤溶液を前記処理槽に直接供給する構成としたことを特徴とする油水分離装置。
7. 被処理液に空気を供給し循環ポンプで加圧して被処理液中に空気を溶解させ、処理槽の下部に設けたノズルから溶解させた空気を気泡として被処理液と共に吹き出させることによって、前記処理槽において被処理液に含まれる油分を気泡と共に浮上させ、前記被処理液を水と油分とに分離させる油水分離装置において、
   前記処理槽とは別に、前記被処理液を溜める前処理タンクと、前記前処理タンクに凝集剤と分離補助剤を別々に供給する配管と、被処理液を前記前処理タンクから混合器を経由して前記前処理タンクに循環させる循環系を設けて、凝集剤と分離補助剤を混合する処理を行った後、前記処理槽に前記凝集剤と分離補助剤を混合した被処理液を供給する構成としたことを特徴とする油水分離装置。
8. 請求項７に記載の油水分離装置において、前記処理槽で油と水に分離した後の処理済みの水を前記処理槽から排出するため、処理槽内の上部に仕切り板で区画された吸入部を設け、前記吸入部に排出用配管を設けたことを特徴とする油水分離装置。
9. 請求項７に記載の油水分離装置において、前記処理槽の分離部の底部に処理済の水を排出するためバルブを備えた排出配管を設けたことを特徴とする油水分離装置。
10. 請求項７に記載の油水分離装置において、
    前記前処理タンクに凝集剤及び分離補助剤を供給する配管にそれぞれ供給ポンプと、バルブを設けた構成としたことを特徴とする油水分離装置。
11. 請求項７に記載の油水分離装置において、
    前記前処理タンクの被処理液面の最大位置となる位置よりも高い位置に凝集剤溶液タンクと、分離補助剤溶液タンクの底面が位置するように配置して、凝集剤溶液タンク及び分離補助剤溶液タンクの底部から前記前処理タンクにバルブを備えた配管を設けたことを特徴とする油水分離装置。

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