JP2015174062A - 水処理装置及びこれを用いた水処理方法 - Google Patents

水処理装置及びこれを用いた水処理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】処理層洗浄の構成が簡潔で、製造コストの低い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、横向きに設置される筒状の本体を備え、この本体の軸方向の一端側から被処理液を供給し、他端側から処理済液を排出する水処理装置であって、上記本体の周面下方に接続され、洗浄用流体を本体内部に供給する洗浄用流体供給部と、上記本体の周面上方に接続され、洗浄用流体を本体内部から回収する洗浄用流体回収部とを備え、上記本体が、軸方向に沿って区画され、複数の粒子が封入される複数の処理層を有する。上記複数の処理層が上記複数の粒子の上方に空間を有しているとよい。上記複数の処理層が上記複数の粒子の上方に空間を有しているとよい。上記複数の処理層の隣接する処理層への流体の流通路が上下方向交互に形成されているとよい。上記複数の処理層が本体の軸方向に対して傾斜しているとよい。
【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層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)。このような水処理装置は、様々な大きさの濁質や油のエマルジョン等を含有する油水混合液を処理する場合は、粒子の大きさの異なる複数の処理層を備える。
ところで、上記従来の水処理装置では油滴や濁質が処理層内に蓄積されるため、処理層内に油滴や濁質がある程度蓄積すると、処理層の粒子の洗浄を行う必要がある。この洗浄では、一般に処理層の下方から上方へ向けて水等の洗浄用流体を送り込んで行う洗浄と、気泡を送り込んで行うエアスクラビングとが同時又は個別に行われる。
特開平5−154309号公報
上記複数の処理層を有する従来の水処理装置は、処理層が上下方向に配列される。従って、そのまま下方から上方(又はその逆)に向けて洗浄を行うと、洗浄後の濁質を伴った洗浄用流体が上層(又は下層)に流れ込んでしまうため、処理層ごとに洗浄が行えるような配管等が必要となる。従って、処理層の増加に伴い水処理装置が複雑化し水処理装置の製造コストが上昇する。また、処理層ごとに洗浄を行うため、洗浄に時間を要する。
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、処理層洗浄の構成が簡潔で、かつ処理層の洗浄時間を低減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、横向きに設置される筒状の本体を備え、この本体の軸方向の一端側から被処理液を供給し、他端側から処理済液を排出する水処理装置であって、上記本体の周面下方に接続され、洗浄用流体を本体内部に供給する洗浄用流体供給部と、上記本体の周面上方に接続され、洗浄用流体を本体内部から回収する洗浄用流体回収部とを備え、上記本体が、軸方向に沿って区画され、複数の粒子が封入される複数の処理層を有する。
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、処理層洗浄の構成が簡潔であるので、処理層の洗浄時間を低減できる。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効率よく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を示す模式的端面図である。
[本発明の実施形態の説明]
本発明の水処理装置は、横向きに設置される筒状の本体を備え、この本体の軸方向の一端側から被処理液を供給し、他端側から処理済液を排出する水処理装置であって、上記本体の周面下方に接続され、洗浄用流体を本体内部に供給する洗浄用流体供給部と、上記本体の周面上方に接続され、洗浄用流体を本体内部から回収する洗浄用流体回収部とを備え、上記本体が軸方向に沿って区画され、複数の粒子が封入される複数の処理層を有する。
当該水処理装置は、被処理液が流れる方向(横方向)と洗浄用流体が流れる方向(上下方向)とが異なるため、1つの処理層を洗浄した後の濁質を伴った洗浄用流体が下流又は上流側の処理層に流れ込むことを防止できる。従って、処理層ごとに洗浄を行うための複雑な配管等が不要であり、処理層洗浄の構成が簡潔にできる。このため、水処理装置の設計が容易であり、水処理装置の製造コストを抑えられる。また、当該水処理装置は、処理層ごとに洗浄を行う必要がないため、処理層の洗浄時間を短縮できる。
上記複数の処理層が上記複数の粒子の上方に空間を有しているとよい。このように上記複数の処理層が上記複数の粒子の上方に空間を有していることで、処理層の洗浄時に粒子が流動しやすくなり、洗浄効率が向上する。
上記複数の処理層の空間同士が流体を透過させない壁部で隔てられているとよい。このように上記複数の処理層の空間同士が流体を透過させない壁部で隔てられていることで、被処理液が処理層に封入される複数の粒子により形成される粒子層をより確実に通過するようになり、十分に濾過されずに処理層を通過することを防ぐことができる。
上記複数の処理層の隣接する処理層への流体の流通路が上下方向交互に形成されているとよい。このように上記複数の処理層の隣接する処理層への流体の流通路が上下方向交互に形成されていることで、被処理液の流通路が長くなり、水処理効率が向上する。
上記複数の処理層が本体の軸方向に対して傾斜しているとよい。このように上記複数の処理層が本体の軸方向に対して傾斜していることで、被処理液の流通路が長くなり、水処理効率が向上する。また、粒子層に傾斜が与えられることで粒子層の高さが減るので、下方から上方へ向けての洗浄用流体による洗浄効率が向上する。
上記複数の処理層の間に粒子が封入されない空隙層をさらに有するとよい。このように上記複数の処理層の間に粒子が封入されない空隙層をさらに有することで、下方より送り込まれる洗浄用液体が処理層の下方からのみならず空隙層を経由する側方から流入する経路が存在するため、上記複数の粒子がより大きく撹拌され、洗浄効率が向上する。
上記洗浄用流体供給部に洗浄用流体を導入する導入管が本体の被処理液供給側及び処理済液排出側のいずれか一方に接続され、上記洗浄用流体回収部から洗浄用流体を回収する回収管が本体の被処理液供給側及び処理済液排出側の他方に接続されているとよい。このように上記導入管が本体の被処理液供給側及び処理済液排出側のいずれか一方に接続され、上記回収管が本体の被処理液供給側及び処理済液排出側の他方に接続されていることで、洗浄用流体が本体内を一方向にスムーズに流れ、本体内に洗浄用流体の滞留が発生しにくい。従って、各粒子から分離した油滴や濁質等が本体内に留まりにくくなり、洗浄効率が向上する。
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、別の発明は、当該水処理装置に被処理液を供給し、処理済液を排出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、水処理装置の製造コストを抑えられる。また、処理層ごとに洗浄を行う必要がないため、処理層の洗浄時間を低減できる。従って、本発明の水処理装置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効率よく分離処理することができる。
ここで、処理層の「空間」とは、処理層内の複数の粒子の上方に形成される仕切板と粒子層の表面との間の領域を意味する。
[本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。
[第一実施形態]
図1の水処理装置1は、横向きに設置される筒状の本体100を備え、この本体100の軸方向の一端側(図中右側)から被処理液Xを供給し、他端側(図中左側)から処理済液Yを排出する。また、当該水処理装置1は、上記本体100の周面下方に接続され、洗浄用流体Aを本体100内部に供給する洗浄用流体供給部10と、上記本体の周面上方に接続され、洗浄に使用された洗浄用流体Zを本体100内部から回収する洗浄用流体回収部11とを備える。また、上記本体100が、軸方向に沿って区画され、複数の粒子21a、22a、23aが封入される複数の処理層(第一処理層21、第二処理層22及び第三処理層23)を有する。また、上記本体100は、上記第一処理層21と第二処理層22との間及び上記第二処理層22と第三処理層23との間に粒子が封入されない空隙層(第一空隙層24及び第二空隙層25)をさらに有する。
さらに上記本体100は、油を吸着する吸着剤が封入される第四処理層26と、ヘッダ部27とを備え、被処理液Xが供給される一端側から第一処理層21、第一空隙層24、第二処理層22、第二空隙層25、第三処理層23、第四処理層26、ヘッダ部27の順に直列に配列されている。これらの層及びヘッダ部の間は、仕切板31乃至36で仕切られている。
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100は筒状体であり、その中心軸が横向き(水平方向)に配置される。また、この本体100の軸方向の一端側に、被処理液Xを供給する供給管41が接続され、他端側に、処理済液Yを排出する排出管42が接続されている。
本体100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。また、さらに強度及び耐熱性が求められる場合は、繊維強化プラスチック(FRP)が好ましい。FRPとしては、例えば繊維がガラス繊維やカーボン繊維等であり、樹脂がエポキシ樹脂で構成されたものを用いることができる。
本体100の軸方向に垂直な断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。本体100の断面形状を円形とする場合、本体100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100の強度設計がし易いというメリットも得られる。一方、本体100の断面形状を矩形とする場合、本体100が製作しやすく、低コストになる。また、洗浄の際に洗浄水やエアーを各処理層の下方から均一に供給しやすい。
本体100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100の直径(矩形の場合は1辺の長さ)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100の軸方向の長さとしては例えば0.5m以上10m以下とすることができる。
また、本体100は、供給管41との接続部分に第一処理層21の粒子21a(第一粒子21a)の流出を防止する仕切板41a(供給部仕切板41a)を有するとよい。つまり、供給部仕切板41aは、第一粒子21aを通さずに液体を流通可能とする構成を有する。具体的には、供給部仕切板41aは、メッシュ(網)構造を有する。
なお、本体100に接続される供給管41及び排出管42の材質としては特に限定されないが、本体100の材質と同じものとすることができる。また、供給管41及び排出管42の断面積は、本体100に接続される側に近づくに従って大きくするとよい。このように本体100に接続される側に近づくに従って断面積が大きくすることで、当該水処理装置1に供給される際の被処理液Xの流速が遅くなり、水処理効率が向上する。
(複数の粒子が封入される処理層)
上記複数の粒子21a、22a、23aが封入される複数の処理層21、22、23は、本体100内部の上流側から第一処理層21、第二処理層22、第三処理層23の順に配設され、上記複数の粒子21a、22a、23aは、各処理層21、22、23内に粒子層を形成する。例えば第一処理層21は被処理液X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し、第二処理層22は被処理液Xに含まれる粒径の中程度の油滴や濁質粒子を、第三処理層23は被処理液Xに含まれる微細な油滴や濁質を主に除去する。
上記複数の処理層21、22、23の本体100の軸方向の長さ(幅)としては、特に制限されないが、例えば100mm以上300mm以下とすることができる。
上記第一粒子21aの平均径の下限としては、200μmが好ましく、250μmがより好ましく、300μmがさらに好ましい。また、第一粒子21aの平均径の上限としては、500μmが好ましく、450μmがより好ましく、400μmがさらに好ましい。第一粒子21aの平均径が上記下限未満の場合、第一処理層21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のコスト及び重量が増加するおそれがある。一方、第一粒子21a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。
第二粒子22aの平均径は、第一粒子21aの平均径よりも小さい。第二粒子22aの平均径の下限としては、100μmが好ましく、120μmがより好ましく、140μmがさらに好ましい。また、第二粒子22aの平均径の上限としては、300μmが好ましく、250μmがより好ましく、200μmがさらに好ましい。第二粒子22aの平均径が上記下限未満の場合、第二処理層22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のコスト及び重量が増加するおそれがある。一方、第二粒子22a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。
第三粒子23aの平均径は、第二粒子22aの平均径よりも小さい。第三粒子23a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。また、第三粒子23aの平均径の上限としては、100μmが好ましく、80μmがより好ましく、60μmがさらに好ましい。第三粒子23aの平均径が上記下限未満の場合、第三処理層23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のコスト及び重量が増加するおそれがある。一方、第三粒子23a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。
上記複数の粒子21a、22a、23a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。また、上記複数の粒子21a、22a、23a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。上記複数の粒子21a、22a、23a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、上記複数の粒子21a、22a、23aの均等係数が上記上限を超える場合、各処理層21、22、23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。
上記複数の粒子としては、公知の濾過処理用の粒子を用いることができ、例えば砂、高分子化合物、天然素材等を主成分とする粒子が挙げられる。
上記砂としては、例えば粒子径の比較的大きいアンスラサイト、ガーネット、マンガン砂、粒子径の比較的小さい珪藻土等を挙げることができる。これらは2種以上を混合して用いてもよい。
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、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、メラミン樹脂、ポリカーボネート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、エポキシ樹脂が好ましく、吸着性に優れるポリオレフィンがより好ましい。さらにポリオレフィンの中でも特に油分吸着能力に優れるポリプロピレンが好ましい。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、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。
複数の粒子21a、22a、23a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複数の粒子21a、22a、23a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、複数の粒子21a、22a、23aの比重を小さくできるため、処理層の洗浄時の撹拌効果を高めることができる。
また、上記複数の処理層21、22、23は、上記複数の粒子21a、22a、23aの上方に空間21b、22b、23b(第一空間21b、第二空間22b及び第三空間23b)を有している。上記複数の処理層21、22、23がこの空間21b、22b、23bを有していることにより、処理層の洗浄時に複数の粒子21a、22a、23aがこの空間21b、22b、23b内に舞い上がり撹拌されることで、効果的に複数の処理層21、22、23を洗浄することができる。また、複数の処理層21、22、23で分離された油や濁質の粒子の一部はこの空間21b、22b、23bに滞留(浮上分離)し、処理層の洗浄時に洗浄用流体Zと共に排出される。
上記空間21b、22b、23bの平均高さの下限としては、5cmが好ましく、20cmがより好ましい。また、上記平均高さの上限としては、40cmが好ましく、30cmがより好ましい。上記平均高さが上記下限未満の場合、複数の処理層21、22、23の洗浄効果が十分に得られないおそれがある。一方、上記平均高さが上記上限を超える場合、複数の粒子21a、22a、23aの粒子層の高さが小さくなり過ぎ、水処理能力が不十分となるおそれがある。なお、ここで空間の「平均高さ」とは、上記粒子層の表面から後述する洗浄用流体回収部11の接続部61までの距離の平均を意味するものとする。
(空隙層)
2つの空隙層24、25は、第一処理層21と第二処理層22との間及び第二処理層22と第三処理層23との間に配設された粒子が封入されない層である。このように第一処理層21と第二処理層22との間及び第二処理層22と第三処理層23との間に粒子が封入されない空隙層24、25を配設することにより、洗浄を行う際に下方より送り込まれる洗浄用液体が処理層21、22、23の下方からのみならず空隙層24、25を経由する側方から流入する経路が存在するため、複数の粒子21a、22a、23a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。
上記空隙層24、25の本体100の軸方向の長さ(幅)としては、特に制限されないが、例えば100mm以上200mm以下とすることができる。また、空隙層の幅と処理層の幅との比(空隙層の幅/処理層の幅)としては、例えば1/5以上1以下とすることができる。
(第四処理層)
第四処理層26は、上記第三処理層23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、第四処理層26内に層を形成する。この第四処理層26は、第一処理層21、第二処理層22及び第三処理層23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、圧損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、ポリウレタン、ポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレン等)、ポリアミド(脂肪族ポリアミド、芳香族ポリアミド等)、アクリル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリイミド、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が好ましい。また、ポリオレフィン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の中でも特に油分吸着能力に優れるポリプロピレンが好ましい。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。また、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。また、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下限未満の場合、不織布の被処理液の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。また、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下限未満の場合、不織布の被処理液の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。
また、第四処理層26は、複数の繊維を本体100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。
上記第四処理層26の本体100の軸方向の長さとしては、特に制限されないが、例えば10mm以上100mm以下とすることができる。
(仕切板)
仕切板31乃至36は、各処理層間に配設され、複数の粒子21a、22a、23a及び吸着剤の流出を防止する板であり、供給部仕切板41aと同様にメッシュ構造を有している。
これらの仕切板31乃至36、41a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。
上記供給部仕切板41aと、空隙層24と第一処理層21との間に配設される仕切板31(第一仕切板31)とのメッシュの公称目開きは、複数の第一粒子21aの最小径(第一粒子21aが通過しない篩の最大目開き)以下となるように設計される。この第一仕切板31のメッシュの公称目開きの上限としては、200μmが好ましく、180μmがより好ましい。また、上記公称目開きの下限としては、10μmが好ましく、80μm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、第一粒子21aが供給部仕切板41a及び第一仕切板31を通過するおそれがある。一方、上記公称目開きが上記下限未満の場合、圧損により被処理液の流速が遅くなり過ぎ水処理装置の処理効率が不十分となるおそれがある。
空隙層24と第二処理層22との間に配設される仕切板32(第二仕切板32)及び第二処理層22と空隙層25との間に配設される仕切板33(第三仕切板33)のメッシュの公称目開きは複数の第二粒子22aの最小径(第二粒子22aが通過しない篩の最大目開き)以下となるように設計される。この第二仕切板32及び第三仕切板33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がより好ましい。また、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上限を超える場合、第二粒子22aが第二仕切板32及び第三仕切板33を通過するおそれがある。一方、上記公称目開きが上記下限未満の場合、圧損により被処理液の流速が遅くなり過ぎ水処理装置の処理効率が不十分となるおそれがある。
空隙層25と第三処理層23との間に配設される仕切板34(第四仕切板34)のメッシュの公称目開きは複数の第三粒子23aの最小径(第三粒子23aが通過しない篩の最大目開き)以下となるように設計される。この第四仕切板34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がより好ましい。また、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上限を超える場合、第三粒子23aが第四仕切板34を通過するおそれがある。一方、上記公称目開きが上記下限未満の場合、圧損により被処理液の流速が遅くなり過ぎ水処理装置の処理効率が不十分となるおそれがある。
第三処理層23と第四処理層26との間に配設される仕切板35(第五仕切板35)及び第四処理層26とヘッダ部27との間に配設される仕切板36(第六仕切板36)のメッシュの公称目開きは、吸着剤の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。なお、第五仕切板35は第三処理層23からの第三粒子23aの流出を防ぐ必要もあるため、第五仕切板のメッシュの公称目開きは、第四仕切板34のメッシュの公称目開きよりも小さい値が好ましい。
上部に空間21b、22b、23bを有する第一処理層21、第二処理層22及び第三処理層23に接する第一仕切板31、第二仕切板32、第三仕切板33、第四仕切板34及び第五仕切板35は、その上部に流体を透過させない壁部31a、32a、33a、34a、35a(それぞれ第一壁部31a、第二壁部32a、第三壁部33a、第四壁部34a及び第五壁部35a)を有する。上記第一壁部31aは、第一処理層21の第一空間21bを隣接する第一空隙層24から隔てる。このように第一壁部31aが第一処理層21の第一空間21bを隣接する第一空隙層24から隔てることにより、被処理液Xが第一空間21bをすり抜けて第一空隙層24へ流入することを防止できる。同様に第二壁部32a、第三壁部33a、第四壁部34a及び第五壁部35aについても、各処理層の被処理液Xが、処理層上部の空間をすり抜けて隣接する処理層へ流入することを防止できる。
(ヘッダ部)
ヘッダ部27は、上記第四処理層26の下流側に配設される。このヘッダ部27の下流側には処理済液Yを排出する排出管42が接続され、各処理層を通過した処理済液Yがこのヘッダ部25で収集された後に排出される。
(洗浄用流体供給部)
洗浄用流体供給部10は、本体100の周面下方に接続され、洗浄用流体Aを本体100内部に供給する。具体的には、洗浄用流体供給部10は、洗浄用流体Aを導入する導入管10aを本体100の被処理液供給側(図中右側)に備え、本体100の第一処理層21、第一空隙層24、第二処理層22、第二空隙層25、第三処理層23、第四処理層26及びヘッダ部27の下方にこれらを跨いで配設されるとともに、第一処理層21、第一空隙層24、第二処理層22、第二空隙層25、第三処理層23、第四処理層26及びヘッダ部27と仕切板60(流体供給部仕切板60)を介して接続される。
洗浄用流体供給部10の材質としては特に限定されないが、本体100の材質と同じものとすることができる。洗浄用流体供給部10は、例えば流体供給部仕切板60を介して本体100と洗浄用流体供給部10とに筒状体を仕切ることで、本体100と一体形成することができる。
流体供給部仕切板60は、第一粒子21a、第二粒子22a、第三粒子23a及び吸着剤を通さずに液体を流通可能とする構成を有する。具体的には、流体供給部仕切板60は、メッシュ構造を有する。例えば上記第一粒子21a、第二粒子22a、第三粒子23a及び吸着剤のうちで最小の粒子の流出を防止できる大きさであればよく、粒子の種類によって適宜設計することができる。流体供給部仕切板60のメッシュの公称目開きを最小の粒子の流出を防止できる大きさとすることで、流体供給部仕切板60のメッシュは第一粒子21a、第二粒子22a、第三粒子23a及び吸着剤が洗浄用流体供給部10に降下することを防げる。なお、流体供給部仕切板60のメッシュの公称目開きは、第一粒子21a、第二粒子22a、第三粒子23a及び吸着剤が洗浄用流体供給部10に降下しない限り、接続される処理層ごとに変えてもよい。
また、流体供給部仕切板60は、ヘッダ部27との接続部分に壁部60aを有する。この壁部60aにより、洗浄用流体Aが、洗浄すべき粒子等が存在しないヘッダ部27を通過して、洗浄用流体回収部11に回収されることを防ぎ、洗浄効率が向上する。また、被処理液Xが十分に濾過されずにヘッダ部27に流入することを防ぐことができる。
また、洗浄用流体供給部10の導入管10aは、洗浄用流体Aの洗浄用流体供給部10への流入を制御できる開閉口(図示せず)を有する。上記開閉口は、処理層の洗浄時には開けられ、洗浄用流体Aを洗浄用流体供給部10へ供給する。一方、上記開閉口は、水処理時には閉じられ、本体100から洗浄用流体供給部10を通じて被処理液が流出することを防ぐ。
この洗浄水供給部10の導入管10aには、例えばポンプによって圧送することで洗浄用流体Aがジェット水流として供給される。このジェット水流は、流体供給部仕切板60を通過し上昇流となって、複数の第一粒子21a、第二粒子22a及び第三粒子23aを上方に舞い上げ撹拌する。この撹拌により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、後述する洗浄用流体回収部11を介して洗浄用流体Zと共に回収される。洗浄用流体Aの送水圧としては、0.2MPa以上が好ましく、流体供給部仕切板60におけるジェット水の流束としては20m/d以上が好ましい。
また、洗浄水供給部10の導入管10aから気泡を送るエアスクラビングにより各処理層の粒子を洗浄してもよい。具体的には、洗浄用流体Aを滞留させた後、本体100へ気泡を送り、複数の第一粒子21a、第二粒子22a及び第三粒子23aの表面を擦過し、さらに複数の第一粒子21a、第二粒子22a及び第三粒子23aを振動させて付着物を除去する。
ジェット水流による洗浄とエアスクラビングによる洗浄とは、同時に行ってもよいが、交互に行うことが好ましい。ジェット水流による洗浄とエアスクラビングによる洗浄とを交互に行うことで、洗浄効果が高まる。
なお、洗浄用流体の流量としては、例えば水処理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、処理層の洗浄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、洗浄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。
(洗浄用流体回収部)
洗浄用流体回収部11は、本体100の周面上方に接続され、洗浄用流体Zを本体100内部から回収する。具体的には、洗浄用流体供給部11は、洗浄用流体Zを回収する回収管11aを本体100の被処理液排出側(図中左側)に備え、本体100の第一処理層21、第一空隙層24、第二処理層22、第二空隙層25、第三処理層23、第四処理層26及びヘッダ部27の上方にこれらを跨いで配設されるとともに、第一処理層21、第一空隙層24、第二処理層22、第二空隙層25、第三処理層23、第四処理層26及びヘッダ部27と接続部61を介して接続される。
洗浄用流体回収部11の材質としては特に限定されないが、洗浄用流体供給部10の材質と同じものとすることができる。また、洗浄用流体回収部11は、例えば洗浄用流体供給部10と同様に本体100と一体形成することができる。
上記回収管11aが、洗浄用流体回収部11内の圧力を調整できるコントロールバルブ(図示せず)を有するとよい。このコントロールバルブにより洗浄用流体回収部11内の圧力を調整することで、各層に行き渡る洗浄用流体や気泡の量を制御でき、洗浄効率が向上する。
また、洗浄用流体回収部11の回収管11aは、洗浄用流体Zの洗浄用流体回収部11からの回収を制御できる開閉口(図示せず)を有する。上記開閉口は、処理層の洗浄時には開けられ、洗浄用流体Zを洗浄用流体回収部11から回収する。一方、上記開閉口は、水処理時には閉じられ、本体100から洗浄用流体回収部11を通じて被処理液Xが流出することを防ぐ。
洗浄用流体回収部11は、接続部61を介して本体100に接続される。この接続部61は、第一粒子21a、第二粒子22a、第三粒子23a及び吸着剤を通さずに液体を流通可能とする構成を有する。具体的には、接続部61はメッシュ構造を有する。このように接続部61をメッシュ構造とすることで、接続部61から処理層内の粒子が流出することを防げる。接続部61のメッシュの公称目開きは、例えばこれらのうちで最小の粒子の流出を防止できる大きさであればよく、粒子の種類によって適宜設計することができる。
また、接続部61は、第一空隙層24、第二空隙層25及びヘッダ部27との接続部分に壁部61aを有する。この壁部61aにより、洗浄用流体Aが、洗浄すべき粒子等が存在しない第一空隙層24、第二空隙層25及びヘッダ部27を通過して、洗浄用流体回収部11に回収されることを防ぎ、洗浄効率が向上する。また、被処理液Xが処理層をバイパスしてヘッダ部27へ流入することを抑止できる。
(利点)
当該水処理装置1は、被処理液Xが流れる方向(横方向)と洗浄用流体Aが流れる方向(上下方向)とが異なるため、1つの処理層を洗浄した後の濁質を伴った洗浄用流体Zが下流又は上流側の処理層に流れ込むことを防止できる。従って、処理層ごとに洗浄を行うための複雑な配管等が不要であり、処理層洗浄の構成が簡潔にできる。このため、水処理装置の設計が容易であり、水処理装置の製造コストを抑えられる。また、当該水処理装置1は、処理層ごとに洗浄を行う必要がないため、処理層の洗浄時間を短縮できる。
また、洗浄用流体供給部10の導入管10aが本体100の被処理液供給側に接続され、洗浄用流体回収部11の回収管11aが本体100の処理済液排出側に接続されているため、洗浄用流体が本体100内の上流側から下流側へスムーズに流れ、本体100内に滞留が発生しにくい。従って、各粒子から分離した油滴や濁質等が本体100内に留まりにくくなり、洗浄効率が向上する。また、導入管10aが上流側にあるので、粒子の大きい第一粒子21aに、より強いジェット水流を当てることが容易であり、洗浄効果をさらに向上できる。
<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/m・dayが好ましく、200m/m・dayがより好ましく、300m/m・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/m・dayとすることができる。
当該水処理方法で排出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。
当該水処理方法で排出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、当該水処理装置1を用いて被処理液Xを処理するため、水処理装置の製造コストを抑えられる。また、処理層ごとに洗浄を行う必要がないため、処理層の洗浄時間を低減できる。従って、当該水処理方法は、油に加えて種々の濁質を含む油水混合液を効率よく分離処理することができる。
[第二実施形態]
図2の水処理装置2は、横向きに設置される筒状の本体200、洗浄用流体供給部10及び洗浄用流体回収部11を主に備える。上記本体200は、被処理液Xが供給される一端側から順に直列に配列される第一処理層21、第一空隙層24、第二処理層22、第二空隙層25、第三処理層23、第四処理層26及びヘッダ部27を有し、これらの層及びヘッダ部の間は、仕切板51乃至56で仕切られている。図2において、図1と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略する。
(仕切板)
当該水処理装置2において、図2に示すように複数の処理層21、22、23の隣接する空隙層24、25への流体の流通路が上下方向交互に形成されている。具体的には、第一仕切板51は仕切板の上部側に壁部51aを有し、第二仕切板52は仕切板の下部側に壁部52aを有し、同様に第三仕切板53は上部側、第四仕切板54は下部側、第五仕切板55は上部側、第六仕切板56は下部側に壁部53a乃至56aを有するというように壁部の位置が交互に形成されている。そして、仕切板51乃至56は壁部以外の部分にメッシュ構造を有する。また、供給管41は本体200の側面上側に接続されている。これにより当該水処理装置2の流通路を長くすることができる。
上記壁部51a乃至56aの仕切板51乃至56に対する長さの割合の下限としては、0.5が好ましく、0.6がより好ましい。また、上記壁部の仕切板に対する長さの割合の上限としては、0.9が好ましく、0.8がより好ましい。上記壁部の仕切板に対する長さの割合が上記下限未満である場合、圧損により被処理液の流速が遅くなり過ぎ水処理装置の処理効率が不十分となるおそれがある。一方、上記壁部の仕切板に対する長さの割合が上記上限を超える場合、被処理液Xの流通経路の拡張効果が十分に得られないおそれがある。
(利点)
当該水処理装置2は、上記複数の処理層の隣接する処理層への流体の流通路が上下方向交互に形成されていることで、被処理液Xが上下に蛇行して流れるため流通経路が長くなり、水処理効率が向上する。
なお、上記実施形態では第一仕切板51から第六仕切板56に向かって壁部51a乃至56aが上部、下部の順に交互に形成されるが、その逆、すなわち第一仕切板51から第六仕切板56に向かって壁部51a乃至56aが下部、上部の順に形成されても同様の効果が得られる。
[第三実施形態]
図3の水処理装置3は、横向きに設置される筒状の本体300、洗浄用流体供給部10及び洗浄用流体回収部11を主に備える。上記本体300は、被処理液Xが供給される一端側から順に直列に配列される第一処理層21、第一空隙層24、第二処理層22、第二空隙層25、第三処理層23、第四処理層26及びヘッダ部27を有し、これらの層及びヘッダ部の間は、仕切板31乃至36で仕切られている。図3において、図1と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略する。
(処理層)
当該水処理装置3において、図3に示すように各処理層の上側が被処理液供給側に向かうように各処理層が本体300の軸方向に対して傾斜している。これにより当該水処理装置3の流通路を長くすることができる。
上記各処理層の傾斜角度の下限としては、10°が好ましく、15°がより好ましい。また、上記各処理層の傾斜角度の上限としては、30°が好ましく、25°がより好ましい。上記各処理層の傾斜角度が上記下限未満である場合、流通路の拡張効果が十分に得られないおそれがある。また、本体300の長さが大きくなり過ぎるおそれがある。一方、上記各処理層の傾斜角度が上記上限を超える場合、洗浄用流体が隣接する処理層へ流入しやすくなるおそれがある。
(利点)
当該水処理装置3は、上記複数の処理層が本体300の軸方向に対して傾斜していることで、被処理液の流通路が長くなり水処理効率が向上する。また、粒子層に傾斜が与えられることで粒子層の高さが減るので、下方から上方へ向けての洗浄用流体による洗浄効率が向上する。
なお、上記水処理装置3では、各処理層の上側が被処理液供給側に向かうように傾斜させたが、各処理層の上側が被処理液排出側に向かうように傾斜させても同様の効果が得られる。
[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、洗浄用流体供給部が洗浄用流体を導入する導入管を本体の被処理液供給側に備え、洗浄用流体供給部が洗浄用流体を回収する回収管を本体の被処理液排出側に備えるが、上記導入管を本体の被処理液排出側に、上記回収管を本体の被処理液排出側に備えてもよい。このように導入管を本体の被処理液排出側に、上記回収管を本体の被処理液排出側に備えることで、洗浄用流体が本体内の下流側から上流側へ流れるため、被処理液の進行方向と逆方向の水流で洗浄することとなり、洗浄効果が高まる。
上記実施形態の水処理装置は、複数の粒子が封入される処理層を3層有していたが、2層又は4層以上有していてもよい。
また、上記実施形態の水処理装置では、複数処理層に封入される粒子の平均径は上流側の層から順に大きいものとしたが、下流側の処理層の粒子の平均径が上流側の処理層の粒子の平均径と同等又は大きくてもよい。
上記実施形態の水処理装置は第三処理層の下流側に第四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等、第四処理層を省略することも可能である。また、ヘッダ部を設けずに、例えば第四処理層を設ける際に第五仕切板と排出管とを当接させてもよい。
また、当該水処理装置において、第一処理層、第二処理層及び第三処理層の上方に形成される第一空間、第二空間及び第三空間は必須の構成要素ではなく、適宜省略が可能である。ただし、各処理層の洗浄を効果的に行うためにはこれらの空間を設けることが好ましい。
当該水処理装置において、第一処理層と第二処理層との間及び第二処理層と第三処理層との間に配設される空隙層は必須の構成要素ではなく、省略が可能である。ただし、各処理層の洗浄を効果的に行うためにはこの空隙層を設けることが好ましい。逆に、第一処理層の上流側や第三処理層と第四処理層との間に空隙層を配設してもよい。このように空隙層を配設することで、空隙層に隣接する処理層の洗浄効果がさらに高まる。
上記実施形態の水処理装置では、1つの洗浄用流体供給部が本体の各処理層の下方に各処理層を跨いで接続されたが、複数の洗浄用流体供給部を複数の処理層それぞれに接続してもよい。
また、上記第三実施形態の流体の流通路を上記第二実施形態のように上下方向交互に形成してもよい。このように流体の流通路を上下方向交互に形成することで、さらに流通経路を拡張できる。
上記実施形態では、洗浄用流体回収部の接続部が第一空隙層及び第二空隙層との接続部分に壁部を有する構造を示したが、洗浄用流体供給部の流体供給部仕切板が第一空隙層及び第二空隙層との接続部分に壁部をさらに有してもよい。また、洗浄用流体回収部の接続部が第一空隙層及び第二空隙層との接続部分にメッシュ構造を有し、かつ洗浄用流体供給部の流体供給部仕切板が第一空隙層及び第二空隙層との接続部分に壁部を有してもよい。このように洗浄用流体供給部の流体供給部仕切板が第一空隙層及び第二空隙層との接続部分に壁部を有することで、洗浄用流体Aが各処理層の下部から流入しやすくなるため、特に粒子層下部の洗浄効果が高まる。
以上のように、本発明の水処理装置は、処理層洗浄の構成が簡潔であるので、処理層の洗浄時間を低減できる。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効率よく分離処理することができる。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、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、2、3 水処理装置
10 洗浄用流体供給部
10a 導入管
11 洗浄用流体回収部
11a 回収管
21 第一処理層
21a 第一粒子
21b 第一空間
22 第二処理層
22a 第二粒子
22b 第二空間
23 第三処理層
23a 第三粒子
23b 第三空間
24 第一空隙層
25 第二空隙層
26 第四処理層
27 ヘッダ部
31 第一仕切板
31a 第一壁部
32 第二仕切板
32a 第二壁部
33 第三仕切板
33a 第三壁部
34 第四仕切板
34a 第四壁部
35 第五仕切板
35a 第五壁部
36 第六仕切板
41 供給管
41a 仕切板
42 排出管
51、52、53、54、55、56 仕切板
51a、52a、53a、54a、55a、56a 壁部
60 仕切板
60a 壁部
61 接続部
61a 壁部
100、200、300 本体
X 被処理液
Y 処理済液
A、Z 洗浄用流体

Claims (9)

  1. 横向きに設置される筒状の本体を備え、この本体の軸方向の一端側から被処理液を供給し、他端側から処理済液を排出する水処理装置であって、
    上記本体の周面下方に接続され、洗浄用流体を本体内部に供給する洗浄用流体供給部と、
    上記本体の周面上方に接続され、洗浄用流体を本体内部から回収する洗浄用流体回収部と
    を備え、
    上記本体が、軸方向に沿って区画され、複数の粒子が封入される複数の処理層を有する水処理装置。
  2. 上記複数の処理層が上記複数の粒子の上方に空間を有している請求項1に記載の水処理装置。
  3. 上記複数の処理層の空間同士が流体を透過させない壁部で隔てられている請求項2に記載の水処理装置。
  4. 上記複数の処理層の隣接する処理層への流体の流通路が上下方向交互に形成されている請求項1又は請求項2に記載の水処理装置。
  5. 上記複数の処理層が本体の軸方向に対して傾斜している請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の水処理装置。
  6. 上記複数の処理層の間に粒子が封入されない空隙層をさらに有する請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の水処理装置。
  7. 上記洗浄用流体供給部に洗浄用流体を導入する導入管が本体の被処理液供給側及び処理済液排出側のいずれか一方に接続され、上記洗浄用流体回収部から洗浄用流体を回収する回収管が本体の被処理液供給側及び処理済液排出側の他方に接続されている請求項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7のいずれか1項に記載の水処理装置。
  9. 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に被処理液を供給し、処理済液を排出する工程
    を備える水処理方法。
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