JP2014226604A - 水処理装置及びこれを用いた水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な粒径の油滴や濁質を含有する被処理液を省スペースで効率的に処理できる水処理装置及びこれを用いた水処理方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の水処理装置は、略鉛直方向に設置される筒状の本体を備え、この本体内に配設される複数の処理層により上方から供給される被処理液を浄化し、下方から処理済液を排出する水処理装置であって、上流側から順に、複数の第１粒子を封入する第１処理層と、この第１粒子の降下を防止する第１仕切板と、この第１粒子より平均径が小さい複数の第２粒子を封入する第２処理層と、この第２粒子の降下を防止する第２仕切板とを備え、定常状態において上記第２処理層の上方に空間部を有する。上記第２仕切板の下方に配設され、油を吸着する吸着剤を封入する第３処理層をさらに備えるとよい。第１粒子の平均径としては１００μｍ以上５００μｍ以下が好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、水処理装置及びこれを用いた水処理方法に関する。

油田や工場等で発生する油や濁質を含んだ油水混合液は、環境保全の観点から油や濁質の混合量を一定値以下まで低減してから廃棄する必要がある。油や濁質を混合液から分離除去する方法としては、重力分離、蒸留分離、薬品分離等があるが、低コストで油や濁質を分離除去する方法として粒子を封入した処理槽を用いる方法がある。

上記処理層を用いた水処理装置は、処理層の粒子によって油水混合液の油分及び濁質を分離し、これらを除去した水を排出するものである（特開平５−１５４３０９号公報参照）。

特開平５−１５４３０９号公報

上記従来の水処理装置は、油等の不純物の粒子の大きさが一定範囲内にある油水混合液には好適に用いることができる。しかし、処理層の数が１層であるため、様々な大きさの濁質や油のエマルジョン等をも含有している油水混合液の場合は、複数回に分けて多段的に処理を繰り返す必要があり、装置の大型化が避けられない。

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、様々な粒径の油滴や濁質を含有する被処理液を省スペースで効率的に処理できる水処理装置及びこれを用いた水処理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた発明は、
略鉛直方向に設置される筒状の本体を備え、この本体内に配設される複数の処理層により上方から供給される被処理液を浄化し、下方から処理済液を回収する水処理装置であって、
上流側から順に、複数の第１粒子を封入する第１処理層と、この第１粒子の降下を防止する第１仕切板と、この第１粒子より平均径が小さい複数の第２粒子を封入する第２処理層と、この第２粒子の降下を防止する第２仕切板とを備え、
定常状態において上記第２処理層の上方に空間部を備える。

また、上記課題を解決するためになされた別の発明は、
当該水処理装置に被処理液を供給し、処理済液を回収する工程を有する水処理方法である。

本発明の水処理装置は、様々な粒径の油滴や濁質を含有する被処理液を省スペースで効率的に処理できる。従って、本発明の水処理装置及びこれを用いた水処理方法は、油に加えて種々の濁質を含む油水混合液を大量に分離処理することができる。

図１は、本発明の一実施形態の水処理装置を示す模式的端面図である。 図２は、図１の実施形態とは異なる実施形態の水処理装置の一部分を示す模式的端面図である。 図３は、図１及び図２の実施形態とは異なる実施形態の水処理装置の一部分を示す模式的端面図である。

［本願発明の実施形態の説明］
本願発明は、
略鉛直方向に設置される筒状の本体を備え、この本体内に配設される複数の処理層により上方から供給される被処理液を浄化し、下方から処理済液を回収する水処理装置であって、
上流側から順に、複数の第１粒子を封入する第１処理層と、この第１粒子の降下を防止する第１仕切板と、この第１粒子より平均径が小さい複数の第２粒子を封入する第２処理層と、この第２粒子の降下を防止する第２仕切板とを備え、
定常状態において上記第２処理層の上方に空間部を備える。

当該水処理装置は、複数の第１粒子を封入する第１処理層と、この第１粒子よりも平均径が小さい複数の第２粒子を封入する第２処理層が上流側からこの順に配設されるため、第１処理層で粒径の比較的大きい油滴や濁質を分離し、その後エマルジョン化した油滴や微細な濁質を第２処理層で分離することができる。そのため、当該水処理装置は、複数の水処理装置を組み合わせることなく油や種々の濁質を含む被処理液を処理することができ、装置の小型化を図ることができる。また、当該水処理装置は、定常状態で第２処理層の上方に空間部を備えるため、この空間部に浮上分離した油滴や濁質を保持することで浄化処理能力を向上することができ、加えて逆洗によって空間部に保持した油滴や濁質を容易かつ確実に本体外へ排出することができる。また、逆洗時に第２処理層に封入された第２粒子がこの空間部内に舞い上がるため、第２粒子間に捕捉された油滴や濁質等も効果的に排出することができる。これにより当該水処理装置は、逆洗時間及び逆洗水量を低減することができ、ひいては高い水処理効率を発揮することができる。

また、当該水処理装置は第１粒子の降下を防止する第１仕切板を有するため、定常状態及び逆洗状態において第１粒子が第１処理層から第２処理層に流動することを防止することができる。

上記第２仕切板の下方に配設され、油を吸着する吸着剤を封入する第３処理層をさらに備えるとよい。このように油を吸着する第３処理層を設けることで、第２処理層を通過したより微細な油滴をさらに分離することができるため、当該水処理装置の浄化処理能力をさらに向上させることができる。また、当該水処理装置の下流に油吸着用の処理装置を別途設ける必要がないため、水処理設備の小型化を促進することができる。

上記第１粒子の平均径としては１００μｍ以上５００μｍ以下が好ましく、上記第２粒子の平均径としては１０μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。このように第１粒子及び第２粒子の平均径をそれぞれ上記範囲内とすることで、当該水処理装置において、粒径の比較的大きい油滴及び濁質と、粒径の比較的小さい油滴及び濁質をそれぞれ効果的に分離することができる。

定常状態における上記空間部の平均高さとしては、上記複数の第２粒子の堆積層の平均厚さの１倍以上が好ましい。このように定常状態における空間部の平均高さを第２粒子の堆積層の平均厚さ以上とすることで、当該水処理装置の逆洗時における第２粒子の撹拌効果を高めて、捕捉した油滴や濁質の排出効果をさらに高めることができる。

上記本体の下方から逆洗水を供給する逆洗水供給部と、上記本体の上方から逆洗水を回収する逆洗水回収部とをさらに備えるとよい。このように本体の下方から逆洗水を供給し上方から回収することで、第１処理層及び第２処理層が封入する粒子を撹拌してより効果的に油滴や濁質等を排出させることができる。また、上記逆洗水供給部により第１処理層と第２処理層とを同時に逆洗することができる。

上記空間部に逆洗水を噴射するジェット水流発生部をさらに備えるとよい。このように上記空間部に逆洗水を噴射するジェット水流発生部を備えることで、上記逆洗により舞い上げられた第２粒子をより強力に撹拌することができ、逆洗効果をさらに向上させることができる。

上記第１粒子及び第２粒子が高分子化合物を主成分としているとよい。このように高分子化合物を主成分とする粒子を各処理層に用いることで、当該水処理装置のコスト及び重量を低減することができる。また、第１粒子及び第２粒子の比重を小さくできるため、逆洗時の撹拌効果をさらに高めることができる。

当該水処理装置が上記第３処理層を備える場合、上記吸着剤が不織布であることが好ましく、この不織布が有する繊維の平均径としては１μｍ以下が好ましい。このように吸着剤として平均径が上記下限以下の繊維を有する不織布を用いることで、油を効果的に吸着することができる。その結果、当該水処理装置の処理能力をさらに高めることができる。

従って、当該水処理装置は、油と濁質とを含有する被処理液に対し、油と濁質とを分離した処理水を得る装置として好適に用いることができる。

また、別の本願発明は、
当該水処理装置に被処理液を供給し、処理済液を回収する工程
を有する水処理方法である。

当該水処理方法は、当該水処理装置を用いて被処理液を処理するため、装置の小型化によって水処理に必要なスペースの縮小が図れるほか、逆洗効率の高さに起因した高い水処理効率を得ることができる。

上記被処理液の供給量としては１００ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以上が好ましい。被処理液の供給量を上記下限以上とすることで、油田等の大量に油水混合液が発生する施設において当該水処理方法を好適に用いることができる。

［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本発明に係る水処理装置及び水処理方法の実施形態について詳説する。

＜水処理装置＞
図１の水処理装置１は、略鉛直方向に配設される筒状の本体２と、この本体２内に配設される複数の処理層とを備える。この複数の処理層は、上流側から順に、複数の第１粒子３ａを封入する第１処理層３と、この第１粒子３ａより平均径が小さい複数の第２粒子４ａを封入する第２処理層４と、油を吸着する吸着剤を封入する第３処理層５とからなる。また、当該水処理装置１は、第１処理層３と第２処理層４との間に配設され、第１粒子３ａの降下を防止する第１仕切板６と、第２処理層４と第３処理層５との間に配設され、第２粒子４ａの降下を防止する第２仕切板７と、第３処理層５の下流側に配設され、吸着剤の降下を防止する第３仕切板８とを備える。さらに、当該水処理装置１は、定常状態において第１処理層３及び第２処理層４の上方にそれぞれ第１空間部９及び第２空間部１０を備え、第３処理層５の下方にヘッダ部１１を備える。当該水処理装置１は、本体２内に配設される上記複数の処理層により上方から供給される被処理液Ｘを浄化し、下方から処理済液Ｙを回収する。

さらに当該水処理装置１は、本体２の下方から逆洗水を供給する逆洗水供給部（図示せず）と、本体２の上方から逆洗水を回収する逆洗水回収部（図示せず）と、上記第２空間部１０に側方から逆洗水を噴射するジェット水流発生部（図示せず）とをさらに備える。

なお、当該水処理装置１は、油と濁質とを含有する被処理液に対し好適に用いることができる。この濁質とは、例えば砂、シリカや炭酸カルシウムなどの粒子、鉄粉、微生物、木片等を含む。

（本体）
上記本体２は筒状体であり、その中心軸が鉛直方向と略一致するように配置される。また本体２は、天面部に接続され、被処理液Ｘを供給する供給管１２と、底面部に接続され、処理済液Ｙを回収する回収管１３と、側面部の上方に接続され、逆洗時に逆洗水Ｚが排出される排出管１４と、後述する第２空間部１０の側面に接続され、ジェット水流Ａを供給するジェット水流供給管１５とを有する。

上記回収管１３は後述の逆洗水供給部に接続され、逆洗状態において逆洗水を本体２内部に供給する管である。上記排出管１４は、後述の逆洗水回収部に接続され、本体２内部から逆洗水を排出する管である。上記ジェット水流供給管１５は、後述のジェット水流発生部に接続され、逆洗状態においてジェット水流Ａを本体２内部に供給する管である。なお、定常状態において被処理水が排出管１４側及びジェット水流供給管１５側に流入しないよう、排出管１４及びジェット水流供給管１５にはバルブ等の開閉手段（図示せず）が設けられる。

本体２の材質としては特に限定されず、金属や合成樹脂等を用いることができる。特に、強度、耐熱性、耐薬品性等の観点からステンレス又はアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）が好ましい。

本体２の平面形状（底面形状）としては特に限定されず、円形、矩形等とすることができるが、円形が好ましい。本体２の平面形状を円形とすることで、本体２内部の角部を無くすことができ、粒子等が角部に詰まることを防止できる。また、本体２の強度設計がし易いというメリットも発生する。

本体２のサイズは、被処理液の処理量によって適宜設計することができる。本体２の直径としては例えば０．５ｍ以上５ｍ以下とすることができる。本体２の高さとしては例えば０．５ｍ以上１０ｍ以下とすることができる。

（第１処理層）
上記第１処理層３は、本体２内部の最も上流側に配設され、複数の第１粒子３ａを封入する。この複数の第１粒子３ａは、後述する第１仕切板６によって降下が防止されており、この第１仕切板６の上面側に堆積し、層を形成している。この第１処理層３は、被処理液に含まれる粒径の比較的大きい油滴や濁質粒子を主に除去する。

第１粒子３ａとしては、公知の濾過処理用の粒子を用いることができ、例えば粒子径の比較的大きい砂、高分子化合物、天然素材等を主成分とする粒子を用いることができる。上記砂としては、例えばアンスラサイト、ガーネット、マンガン砂等を挙げることができ、これらを１種で又は２種以上混合して用いることができる。

上記高分子化合物としては、例えばビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、ポリカーボネート樹脂等を挙げることができる。これらの中でも耐水性、耐油性等に優れるビニル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂が好ましく、吸着性に優れるポリオレフィン樹脂がより好ましい。さらにポリオレフィン樹脂の中でも特に油分吸着能力に優れるポリプロピレン樹脂が好ましい。また、高分子化合物の場合、不定形の粉砕粒子を用いることが好ましい。不定形の粉砕粒子を用いることで、粒子を緻密に堆積させることができ、濾過効率を向上させると共に、定常状態における粒子の浮き上がりを防止することができる。

上記天然素材としては、篩い分けして粒子サイズを整えたものを使用することができ、例えばクルミの殻、おがくず、麻などの天然繊維等を挙げることができる。

第１粒子３ａとしては、上述した高分子化合物を主成分とする粒子を用いることが好ましい。このように高分子化合物を主成分とする粒子を第１粒子３ａとして用いることで、当該水処理装置１のコスト及び重量を低減することができる。また、第１粒子３ａの比重を小さくできるため、逆洗時の撹拌効果を高めることができる。

第１粒子３ａの平均径の下限としては、１００μｍが好ましく、１５０μｍがより好ましく、２００μｍがさらに好ましい。第１粒子３ａの平均径が上記下限未満の場合、第１処理層３に封入される粒子の密度が大きくなり、当該水処理装置１の圧損が大きくなるおそれや、当該水処理装置１のコスト及び重量が増加するおそれがある。一方、第１粒子３ａの平均径の上限としては、５００μｍが好ましく、４００μｍがより好ましく、３００μｍがさらに好ましい。第１粒子３ａの平均径が上記上限を超える場合、粒径の比較的大きい油滴や濁質粒子の除去性能が不十分となるおそれがある。なお、粒子の平均径とは、ＪＩ−Ｚ８８０１−１（２００６）に規定される篩を用い、目開きの大きい篩から順に粒子をかけて篩上の粒子数と各篩の目開きとから算出される値である。

第１粒子３ａの均等係数の下限としては、１．１が好ましく、１．３がより好ましい。第１粒子３ａの均等係数が上記下限未満の場合、粒子のバラツキが小さくなり粒子を緻密に堆積させることができないおそれがある。一方、第１粒子３ａの均等係数の上限としては、１．８が好ましく、１．６がより好ましい。第１粒子３ａの均等係数が上記上限を超える場合、第１処理層３内部で油滴や濁質の分離能力が不均一となるおそれがある。なお、均等係数とは、質量で６０％の粒子が通過した篩の目開き（粒径）をＤ６０、質量で１０％の粒子が通過した篩の目開き（粒径）をＤ１０としたときに、Ｄ６０／Ｄ１０で得られる値である。

上記複数の第１粒子３ａは、定常状態（被処理液の処理時）に後述の第１仕切板６の上面に堆積している。定常状態におけるこの複数の第１粒子３ａの堆積層の平均厚さは特に限定されないが、逆洗時の撹拌効果を高めるために後述する第１空間部９の平均高さ以下が好ましい。定常状態における複数の第１粒子３ａの堆積層の平均厚さとしては、例えば１０ｃｍ以上１ｍ以下とすることができる。

（第１仕切板）
上記第１仕切板６は、第１処理層３と第２処理層４との間に配設され、第１粒子３ａの降下を防止する板である。つまり、第１仕切板６は、第１粒子３ａを通さずに液体を流通可能とする構成を有している。具体的には、第１仕切板６は、メッシュ（網）構造を有している。

第１仕切板６の材質としては特に限定されず、金属や合成樹脂等を用いることができる。金属を用いる場合、防食の観点からステンレス（特にＳＵＳ３１６Ｌ）を用いることが好ましい。合成樹脂を用いる場合、水圧や粒子の重量によって目開きが変化しないよう補強ワイヤー等の支持材を併用することが好ましい。

第１仕切板６のメッシュの公称目開きは、複数の第１粒子３ａの最小径（第１粒子３ａが通過しない篩の最大目開き）以下となるよう設計される。また、第１仕切板６のメッシュの公称目開きは、後述の第２粒子４ａが逆洗時に第１処理層３に侵入しないように第２粒子４ａの最小径よりも小さくすることが好ましいが、第２粒子４ａの最小径が微小である場合、メッシュの公称目開きがさらに微小となり差圧が高くなる。そのため、第１仕切板６のメッシュの公称目開きは、第２粒子４ａの平均径から第２粒子４ａの粒子径の標準偏差を引いた値以下とすることが好ましい。この第１仕切板６のメッシュの公称目開きの上限としては、１００μｍが好ましく、８０μｍ以下がより好ましい。上記公称目開きが上記上限を超える場合、第１粒子３ａ又は第２粒子４ａが第１仕切板６を通過するおそれがある。一方、上記公称目開きの下限としては、１０μｍが好ましく、４０μｍがより好ましい。上記公称目開きが上記下限未満の場合、当該水処理装置１の圧損が大きくなるおそれがある。

（第１空間部）
上記第１空間部９は、定常状態で上記第１処理層３の上方に形成され、第１処理層３と上記本体２の天面との間に設けられる空間である。第１処理層３で分離された油や濁質の粒子の一部はこの第１空間部９に滞留（浮上分離）し、逆洗時に上記排出管１４から逆洗水Ｚと共に排出される。また、逆洗時に第１粒子３ａがこの第１空間部９内に舞い上がり撹拌されることで、効果的に第１処理層３を逆洗することができる。また、上記排出管１４は、この第１空間部９の側方に接続されている。なお、排出管１４の第１空間部９との接続部分（開口部）には、第１粒子３ａが排出管１４側に流入しないよう第１仕切板６と同程度の公称目開きを有するメッシュ部材等を設けることが好ましい。

定常状態における第１空間部９の平均高さは特に限定されないが、逆洗時の撹拌効果を高めるために上記複数の第１粒子３ａの堆積層の平均厚さ以上が好ましい。また、定常状態における第１空間部９の平均高さとしては、例えば１０ｃｍ以上２ｍ以下とすることができる。

また、定常状態における第１空間部９の平均高さの上記複数の第１粒子３ａの堆積層の平均厚さに対する比の下限としては、１倍が好ましく、２倍がより好ましい。上記比が上記下限未満の場合、第１処理層３の逆洗効果が十分に得られないおそれがある。一方、上記比の上限としては、１０倍が好ましい。上記比が上記上限を超える場合、当該水処理装置１の高さが不要に大きくなるおそれがある。

（第２処理層）
上記第２処理層４は、上記第１処理層３の下流側に配設され、複数の第２粒子４ａを封入する。この複数の第２粒子４ａは、後述する第２仕切板７によって降下が防止されており、この第２仕切板７の上面側に堆積し、層を形成している。この第２処理層４は、被処理液に含まれる微細な油滴や濁質を主に除去する。

第２粒子４ａとしては、公知の濾過処理用の粒子を用いることができ、例えば粒子径の比較的小さい砂、高分子化合物等を主成分とする粒子を用いることができる。上記砂としては、例えば珪藻土等を挙げることができる。上記高分子化合物としては、例えばビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、ポリカーボネート樹脂等を挙げることができる。これらの中でも耐水性、耐油性等に優れるビニル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂が好ましく、吸着性に優れるポリオレフィン樹脂がより好ましい。さらにポリオレフィン樹脂の中でも特に油分吸着能力に優れるポリプロピレン樹脂が好ましい。また、高分子化合物の場合、不定形の粉砕粒子を用いることが好ましい。不定形の粉砕粒子を用いることで、粒子を緻密に堆積させることができ、濾過効率を向上させると共に、定常状態における粒子の浮き上がりを防止することができる。

第２粒子４ａとしては、上述した高分子化合物を主成分とする粒子を用いることが好ましい。このように高分子化合物を主成分とする粒子を第２粒子４ａとして用いることで、当該水処理装置１のコスト及び重量を低減することができる。また、第２粒子４ａの比重を小さくできるため、逆洗時の撹拌効果を高めることができる。

第２粒子４ａの平均径は、上記第１粒子３ａの平均径よりも小さい。第２粒子４ａの平均径の下限としては、１０μｍが好ましく、２０μｍがより好ましく、３０μｍがさらに好ましい。第２粒子４ａの平均径が上記下限未満の場合、第２処理層４に封入される粒子の密度が大きくなり、当該水処理装置１の圧損が大きくなるおそれや、コスト及び重量が増加するおそれがある。一方、第２粒子４ａの平均径の上限としては、２００μｍが好ましく、１５０μｍがより好ましく、１００μｍがさらに好ましい。第２粒子４ａの平均径が上記上限を超える場合、微細な油滴や濁質の除去性能が不十分となるおそれがある。なお、第２粒子４ａの均等係数については、上記第１粒子３ａと同様とすることができる。

上記複数の第２粒子４ａは、定常状態（被処理液の処理時）に後述の第２仕切板７の上面に堆積している。定常状態におけるこの複数の第２粒子４ａの堆積層の平均厚さは特に限定されないが、逆洗時の撹拌効果を高めるために後述する第２空間部１０の平均高さ以下が好ましい。定常状態における複数の第２粒子４ａの堆積層の平均厚さとしては、例えば１ｃｍ以上５０ｃｍ以下とすることができる。

（第２仕切板）
上記第２仕切板７は、第２処理層４と第３処理層５との間に配設され、第２粒子４ａの降下を防止する板である。つまり、第２仕切板７は、上記第１仕切板６と同様、第２粒子４ａを通さずに液体を流通可能とする構成を有しており、具体的にはメッシュ（網）構造を有している。

第２仕切板７の材質は、上記第１仕切板６と同様とすることができる。

第２仕切板７のメッシュの公称目開きは、複数の第２粒子４ａの最小径（第２粒子４ａが通過しない篩の最大目開き）以下となるよう設計することが好ましいが、第２粒子４ａの最小径が微小である場合、メッシュの公称目開きがさらに微小となり差圧が高くなる。そのため、第２仕切板７のメッシュの公称目開きは、第２粒子４ａの平均径から第２粒子４ａの粒子径の標準偏差を引いた値以下とする。この第２仕切板７のメッシュの公称目開きの上限としては、８０μｍが好ましく、５０μｍ以下がより好ましい。上記公称目開きが上記上限を超える場合、第２粒子４ａが第２仕切板７を通過するおそれがある。一方、上記公称目開きの下限としては、１０μｍが好ましく、２０μｍがより好ましい。上記公称目開きが上記下限未満の場合、当該水処理装置１の圧損が大きくなるおそれがある。

（第２空間部）
上記第２空間部１０は、定常状態で上記第２処理層４の上方に形成され、第２処理層４と上記第１仕切板６との間に設けられる空間である。第２処理層４で分離された油や濁質の粒子の一部はこの第２空間部１０に滞留（浮上分離）し、逆洗時に第１処理層３を定常状態とは逆方向に通過し上記第１空間部９を経由して上記排出管１４から逆洗水Ｚと共に排出される。また、逆洗時に第２粒子４ａがこの第２空間部１０内に舞い上がり撹拌されることで、効果的に第２処理層４を逆洗することができる。この第２空間部１０においては、滞留した油滴等の粒子が成長し粒径が大きくなることで逆洗時の除去効果を高める効果も奏される。また、上記ジェット水流供給管１５は、この第２空間部１０の側方に接続されている。なお、ジェット水流供給管１５の第２空間部１０との接続部分（開口部）には、第２粒子４ａがジェット水流供給管１５側に流入しないよう第２仕切板７と同程度の公称目開きを有するメッシュ部材等を設けることが好ましい。

定常状態における第２空間部１０の平均高さは特に限定されないが、逆洗時の撹拌効果を高めるために上記複数の第２粒子４ａの堆積層の平均厚さ以上が好ましい。定常状態における第２空間部１０の平均高さとしては、例えば、２ｃｍ以上１ｍ以下とすることができる。

また、定常状態における第２空間部１０の平均高さの上記複数の第２粒子４ａの堆積層の平均厚さに対する比の下限としては、１倍が好ましく、２倍がより好ましい。上記比が上記下限未満の場合、第２処理層４の逆洗効果が十分に得られないおそれがある。一方、上記比の上限としては、１０倍が好ましい。上記比が上記上限を超える場合、当該水処理装置１の高さが不要に大きくなるおそれがある。

上記複数の第２粒子４ａの堆積層表面からジェット水流供給管１５の本体２内部の開口中心までの距離の上限としては、定常状態における第２空間部１０の平均高さの０．８倍が好ましく、０．６倍がより好ましい。一方、上記距離の下限としては、上記第２空間部１０の平均高さの０．２倍が好ましく、０．３倍がより好ましい。上記距離を上記範囲内とすることで、ジェット水流Ａによる第２粒子４ａの撹拌効果を顕著に高めることができる。

（第３処理層）
上記第３処理層５は、上記第２処理層４の下流側に配設され、油を吸着する吸着剤を封入する。この吸着剤は、後述する第３仕切板８によって降下が防止されており、この第３仕切板８と上記第２仕切板７との間に充填され、層を形成している。この第３処理層５は、第１処理層３及び第２処理層４で除去できなかったさらに微細な油滴を主に吸着除去する。

上記吸着剤としては、公知の油用吸着剤を用いることができ、例えば多孔セラミックス、不織布、織布、繊維、活性炭等を挙げることができる。これらの中でも、複数の有機繊維により形成された不織布が好ましい。この複数の有機繊維により形成される不織布は、油分を有機繊維で吸着することで油水を分離する。従って、この不織布は繊維間に形成される空孔を微細化する必要がなく孔径を大きくすることができるため、高粘度油によって空孔が閉塞されることを抑制し、圧力損失の上昇を抑制することができる。

上記不織布を形成する有機繊維の主成分としては、油を吸着可能な有機樹脂であれば特に限定されず、例えばセルロース樹脂、レーヨン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂（ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等）、ポリアミド樹脂（脂肪族ポリアミド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂等）、アクリル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等を挙げることができる。これらの中でも、フッ素樹脂又はポリオレフィン樹脂が好ましい。フッ素樹脂を主成分とする有機繊維を用いることで、不織布の耐熱性及び耐薬品性を高めることができる。さらにフッ素樹脂の中でも特に耐熱性等に優れるポリテトラフルオロエチレン樹脂が好ましい。また、ポリオレフィン樹脂を主成分とする有機繊維を用いることで、不織布の油分吸着能力を高めることができる。さらにポリオレフィン樹脂の中でも特に油分吸着能力に優れるポリプロピレン樹脂が好ましい。なお、有機繊維の形成材料には、他のポリマー、潤滑剤などの添加剤等が適宜配合されていてもよい。

上記有機繊維の平均径の上限としては、１μｍが好ましく、０．９μｍがより好ましく、０．１μｍがより好ましい。有機繊維の平均径が上記上限を超えると、有機繊維の単位体積あたりの表面積が小さくなるため一定の油吸着能力を確保するために繊維密度を大きくする必要が生じる。その結果、不織布の孔径及び空隙率が小さくなって油による閉塞が発生し易くなる。特に、被処理液ＸがＣ重油を含有する場合、水中に分散含有されるＣ重油の粒径は０．１〜１．０μｍ程度になりやすいため、有機繊維の平均径を上記上限以下とすることで、より確実にＣ重油を吸着することができる。一方、有機繊維の平均径の下限としては、１０ｎｍが好ましい。有機繊維の平均径が上記下限未満の場合、不織布の形成が困難になるおそれや、強度が不足するおそれがある。

上記不織布の空隙率の下限としては、８０％が好ましく、８５％がより好ましく、８８％がさらに好ましい。不織布の空隙率が上記下限未満の場合、不織布の被処理液の通過量（処理量）が低下するおそれや、油分によって不織布の空孔が閉塞され易くなるおそれがある。一方、不織布の空隙率の上限としては、９９％が好ましく、９５％がより好ましい。不織布の空隙率が上記上限を超える場合、不織布の強度が維持できないおそれがある。

上記不織布の平均孔径の下限としては、１μｍが好ましく、２μｍがより好ましく、５μｍがさらに好ましい。不織布の平均孔径が上記下限未満の場合、不織布の被処理液の通過量（処理量）が低下するおそれや、油分によって不織布の空孔が閉塞され易くなるおそれがある。一方、不織布の平均孔径の上限としては、２０μｍが好ましく、８μｍがより好ましい。不織布の平均孔径が上記上限を超える場合、不織布の油吸着機能が低下するおそれや、不織布の強度が維持できないおそれがある。

上記不織布の製造方法としては特に限定されず、公知の不織布の製造方法を用いることができる。具体的には、例えば乾式法、湿式法、スパンボンド法、メルトブロー法等で製造されたフリースを、スパンレース法、サーマルボンド法、ニードルパンチ法、ケミカルボンド法、ステッチボンド法、ニードルパンチ法、エアスルー法、ポイントボンド法等で結合させる方法、又はメルトブローで接着性を有する繊維体を高速噴出することでウエブを形成する方法を挙げることができる。これらの結合方法の中でも、繊維径の小さい不織布を比較的容易に形成することが可能なメルトブローによるウエブ形成方法が好ましい。

また、第３処理層５は、複数の繊維を本体２内に充填することで形成することもできる。この繊維としては、平均径が１μｍ以下の長繊維を用いることが好ましい。

第３処理層５の平均厚さは、吸着剤の種類によって適宜設計することができるが、例えば１ｃｍ以上１ｍｍ以下とすることができる。

（第３仕切板）
上記第３仕切板８は、第３処理層５の下流側に配設され、吸着剤の降下を防止する板である。つまり、第３仕切板８は、吸着剤を通さずに液体を流通可能とする構成を有しており、具体的にはメッシュ（網）構造を有している。

第３仕切板８の材質は、上記第１仕切板６と同様とすることができる。また、第３仕切板８のメッシュの公称目開きは、吸着剤の降下（流出）を防止できる大きさであればよく、吸着剤の種類によって適宜設計することができる。

（ヘッダ部）
上記ヘッダ部１１は、上記第３処理層５の下方、つまり第３仕切板８と上記本体２の底面との間に形成される空間である。このヘッダ部１１の下部には処理済液Ｙを回収する回収管１３が接続され、第１処理層３、第２処理層４、及び第３処理層５を通過した処理済液Ｙがこのヘッダ部１１で収集された後に回収される。

（逆洗水供給部）
上記逆洗水供給部（図示せず）は、上記回収管１３を介して逆洗水を当該水処理装置１の下方から上方へ供給する。

逆洗水供給部は、例えばポンプによって処理済液を圧送することで逆洗水を供給する。この逆洗水の上昇流によって、複数の第１粒子３ａ及び第２粒子４ａが上方に舞い上がり撹拌されることで、各粒子間に捕捉されていた油滴や濁質等が分離され、これらが当該水処理装置１の上方に流動する。上方に流動した油滴や濁質は、排出管１４を介して逆洗水Ｚと共に後述の逆洗水回収部で回収される。

（ジェット水流発生部）
上記ジェット水流発生部は、上記ジェット水流供給管１５を介してジェット水流Ａ（逆洗水）を第２空間部１０に向けて噴射する。

ジェット水流発生部は、ジェット水流Ａを第２空間部１０に向けて噴射する。このジェット水流発生部としては、例えばバブリングジェット装置や、エダクタ等を用いることができる。

上記バブリングジェット装置は、上記ジェット水流供給管１５にバブリングジェットノズルを配設し、このバブリングジェットノズルに気体及び逆洗水を供給することでジェット水を噴射する装置である。上記気体としては例えば空気を用いることができ、当該水処理装置１の外気を吸入して使用することができる。また、ジェット水において逆洗水に対する気体の体積比を大きくすることが好ましく、逆洗水の体積に対する気体の体積の比としては、例えば２倍以上５倍以下が好ましい。また、この気体によって形成される泡の平均径としては、１ｍｍ以上４ｍｍ以下が好ましい。さらに、逆洗水の送水圧としては、０．２ＭＰａ以上が好ましく、バブリングジェットノズルの吐出口でのジェット水の流束としては２０ｍ／ｄ以上が好ましい。

上記エダクタは、周囲の水を引き込んで強力な水流を発生する装置であり、例えばジェット水を吐出するノズルとこのノズルに流体（逆洗水）を供給する管との間の咽部に吸引口を設け、この咽部を通過する流体の流れによって上記吸引口からさらに流体を吸引することで、ジェット水を上記ノズルから噴射する装置を用いることができる。

ジェット水流発生部によって発生するジェット水流Ａは、ジェット水流供給管１５から第２空間部１０内に側方から噴射される。上記逆洗水供給部から供給される逆洗水による上昇流に加えて、側方からのジェット水流Ａによって、第２粒子４ａがより大きく撹拌され、捕捉されていた油滴や濁質等をより確実に分離除去することができる。

なお、逆洗水の流量（逆洗水供給部とジェット水流発生部との合計流量）としては、例えば濾過時における被処理液の供給量の倍とすることができる。また、逆洗時間としては例えば３０秒以上１０分以下とすることができ、逆洗間隔としては例えば１時間以上１２時間以下とすることができる。

（逆洗水回収部）
上記逆洗水回収部（図示せず）は、排出管１４を介して油滴や濁質を含む逆洗水Ｚを回収する。この回収した逆洗水は、例えば当該水処理装置１に被処理液Ｘとして再度供給することができる。

（利点）
当該水処理装置１は、第１処理層３で粒径の比較的大きい油滴や濁質を分離し、その後エマルジョン化した油滴や微細な濁質を第２処理層４で分離することができる。そのため、当該水処理装置１は、複数の水処理装置を組み合わせることなく油や種々の濁質を含む被処理液を処理することができ、装置の小型化を図ることができる。また、当該水処理装置１は、定常状態で第１処理層３及び第２処理層４の上方にそれぞれ第１空間部９及び第２空間部１０を備えるため、これらの空間部に浮上分離した油滴や濁質を保持することで浄化処理能力を向上することができ、加えて逆洗によって空間部に保持した油滴や濁質を容易かつ確実に本体２外へ排出することができる。また、逆洗時に第１処理層３及び第２処理層４に封入された粒子がこの空間部内に舞い上がるため、粒子間に捕捉された油滴や濁質等の粒子等も効果的に排出することができる。これにより当該水処理装置１は、逆洗時間及び逆洗水量を低減することができ、ひいては高い水処理効率を発揮することができる。

また、当該水処理装置１は、第１粒子３ａ及び第２粒子４ａの降下を防止する第１仕切板６及び第２仕切板７を有するため、定常状態及び逆洗状態において第１粒子３ａ及び第２粒子４ａが他の処理層に流動することを防止することができる。

さらに、当該水処理装置１は、油を吸着する吸着剤を封入する第３処理層５を備えるため、第２処理層４を通過したより微細な油滴をさらに分離することができ、高い油分分離能力を有する。また、当該水処理装置１の下流に油吸着用の処理装置を別途設ける必要がないため、水処理設備の小型化を促進することができる。

また、当該水処理装置１は、上記本体２の下方及び側方から逆洗水を供給する逆洗水供給部及びジェット水流発生部と、本体２の上方から逆洗水を回収する逆洗水回収部とを備えるため、第１処理層３及び第２処理層４が封入する粒子を撹拌して効果的に油滴や濁質等を排出させることができる。また、上記逆洗水供給部により第１処理層３と第２処理層４とを同時に逆洗することができる。

＜水処理方法＞
当該水処理方法は、当該水処理装置に被処理液を供給し、処理済液を回収する工程を有する。

被処理液の供給方法は特に限定されず、例えばポンプ又は水頭で当該水処理装置に被処理液を圧送する方法を用いることができる。

当該水処理方法における被処理液の供給量の下限としては、１００ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙが好ましく、２００ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙがより好ましく、３００ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙがさらに好ましい。被処理液の油分濃度、濁質濃度及び粘度が高い場合には、上記下限未満の処理速度でも高水質が得られ十分安価な処理を行うことができるが、被処理液の濃度が低くコストの点で高速処理が望まれる場合には、被処理液の供給量が上記下限未満の場合、大量に被処理液が発生する環境下で当該水処理方法が使用に適さなくなるおそれがある。なお、被処理液の供給量の上限は特に限定されないが、例えば１０００ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙとすることができる。

当該水処理方法で回収した処理済液の濁質濃度の上限としては、１０ｐｐｍが好ましく、５ｐｐｍがより好ましく、３ｐｐｍがさらに好ましく、１ｐｐｍ以下が特に好ましい。処理済液の濁質濃度を上記上限以下とすることで、当該水処理方法で処理した処理済液を環境に負荷を与えず廃棄することや産業用水として利用することが可能となる。なお、濁質濃度とは、浮遊物質（ＳＳ）の濃度を意味し、ＪＩＳ−Ｋ０１０２（２００８）の「１４．１ 懸濁物質」に準拠して測定される値である。

当該水処理方法で回収した処理済液の油濃度の上限としては、１００ｐｐｍが好ましく、５０ｐｐｍがより好ましく、１０ｐｐｍがさらに好ましく、１ｐｐｍ以下が特に好ましい。処理済液の油濃度を上記上限以下とすることで、当該水処理方法の後で行う油水分離処理の負荷を低減することや、条件によっては他の油水分離処理を行なわずとも当該水処理方法で油水分離した処理済液を環境に負荷を与えず廃棄することができる。

（利点）
当該水処理方法は、油及び濁質を含む被処理液の浄化処理能力に優れ、被処理液を省スペースでかつ効率的に処理することができる。

［その他の実施形態］
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

上記実施形態の水処理装置は第２処理層の下流側に第３処理層を備えていたが、被処理液の油含有量が少ない場合、第３処理層を省略することも可能である。また、第３処理層を設ける場合において、ヘッダ部を設けずに第３仕切板と本体の底面とを当接させてもよい。この場合、第３仕切板は、回収管の開口部分にのみ設けてもよい。

また、当該水処理装置において、定常状態において第１処理層の上方に形成される第１空間部は必須の構成要素ではなく、省略が可能である。ただし、第１処理層の逆洗効果及び逆洗水の回収を効果的にするためには第１空間部を設けることが好ましい。

さらに、当該水処理装置のジェット水流供給管は、図２に示すジェット水流供給管１１５のように第２空間部１０の上方から下方に向かってジェット水流Ａを噴射するように形成されていてもよい。具体的に説明すると、ジェット水流供給管１１５は第１処理層３内を挿通し、第２空間部１０内に形成された複数の開口部（ノズル）１１５ａを有する。この開口部１１５ａは、第２空間部１０内で下方を向くように形成されている。このようなジェット水流供給管１１５によれば、下方からの逆洗水の上昇流とこのジェット水流供給管１１５から噴射されるジェット水流Ａの下降流とによってより強力に第２粒子４ａを撹拌し、より確実に油滴や濁質等を分離することができる。なお、上記開口部１１５ａには、第２粒子４ａがジェット水流供給管１１５側に流入しないよう第２仕切板７と同程度の公称目開きを有するメッシュ部材等を設けることが好ましい。

また、当該水処理装置のジェット水流供給管は、図３に示すジェット水流供給管２１５のように第３処理層５から上方（第２処理層４側）の第２空間部１０に向かってジェット水流Ａを噴射するように形成されていてもよい。具体的に説明すると、ジェット水流供給管２１５は第３処理層５内を挿通し、第３処理層５内に形成された複数の開口部（ノズル）２１５ａを有する。この開口部２１５ａは、第３処理層５内で上方を向くように形成されている。このようなジェット水流供給管２１５によれば、回収管１３を介して逆洗水供給部から供給される逆洗水に加えて、さらにこのジェット水流供給管２１５から噴射されるジェット水流Ａの噴流によってより強力に第２粒子４ａ及び第１粒子３ａを撹拌し、より確実に油滴や濁質等を分離することができる。このジェット水流供給管２１５は、ヘッダ部１１内に配設してもよい。なお、上記ジェット水流供給管２１５の開口部２１５ａを有する部分（上方延伸部分）を第２仕切板７に貫通させ、上記開口部２１５ａを第２処理層４内に形成するか又は第２仕切板７と一体化してもよい。この場合、第２粒子４ａがジェット水流供給管２１５側に流入しないよう第２仕切板７と同程度の公称目開きを有するメッシュ部材等を開口部２１５ａに設けることが好ましい。

なお、当該水処理装置のジェット水流供給管は省略が可能である。逆に、当該水処理装置の第１空間部に第１粒子を撹拌するためのジェット水流発生部をさらに設けてもよい。

以上のように、本発明の水処理装置は、様々な粒径の油滴や濁質を含有する被処理液を省スペースで効率的に処理できる。従って、本発明の水処理装置及びこれを用いた水処理方法は、油や濁質を含有する被処理液を効率よく分離処理することができるため、工場や油田等の生産施設において好適に用いることができる。

１ 水処理装置
２ 本体
３ 第１処理層
３ａ 第１粒子
４ 第２処理層
４ａ 第２粒子
５ 第３処理層
６ 第１仕切板
７ 第２仕切板
８ 第３仕切板
９ 第１空間部
１０ 第２空間部
１１ ヘッダ部
１２ 供給管
１３ 回収管
１４ 排出管
１５、１１５、２１５ ジェット水流供給管
１１５ａ、２１５ａ 開口部

Claims (11)

1. 略鉛直方向に設置される筒状の本体を備え、この本体内に配設される複数の処理層により上方から供給される被処理液を浄化し、下方から処理済液を回収する水処理装置であって、
   上流側から順に、複数の第１粒子を封入する第１処理層と、この第１粒子の降下を防止する第１仕切板と、この第１粒子より平均径が小さい複数の第２粒子を封入する第２処理層と、この第２粒子の降下を防止する第２仕切板とを備え、
   定常状態において上記第２処理層の上方に空間部を備える水処理装置。
2. 上記第２仕切板の下方に配設され、油を吸着する吸着剤を封入する第３処理層をさらに備える請求項１に記載の水処理装置。
3. 上記第１粒子の平均径が１００μｍ以上５００μｍ以下、上記第２粒子の平均径が１０μｍ以上２００μｍ以下である請求項１又は請求項２に記載の水処理装置。
4. 定常状態における上記空間部の平均高さが、上記複数の第２粒子の堆積層の平均厚さの１倍以上である請求項１、請求項２又は請求項３に記載の水処理装置。
5. 上記本体の下方から逆洗水を供給する逆洗水供給部と、上記本体の上方から逆洗水を回収する逆洗水回収部とをさらに備える請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の水処理装置。
6. 上記空間部に逆洗水を噴射するジェット水流発生部をさらに備える請求項５に記載の水処理装置。
7. 上記第１粒子及び第２粒子が高分子化合物を主成分としている請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の水処理装置。
8. 上記吸着剤が不織布であり、この不織布が有する繊維の平均径が１μｍ以下である請求項２に記載の水処理装置。
9. 上記被処理液が油と濁質とを含有し、この被処理液から油と濁質とを分離する請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の水処理装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の水処理装置に被処理液を供給し、処理済液を回収する工程
    を有する水処理方法。
11. 上記被処理液の供給量が１００ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以上である請求項１０に記載の水処理方法。

Images