JP2016064388A - 油水分離濾過装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】水と油とを含む混合液体から、容易に、かつ低コストに油分を分離して回収することが可能な油水分離濾過装置を提供する。【解決手段】水と油とを含む混合液体を水分と油分に分離する油水分離体と、該油水分離体を介して上下領域に区画された液槽と、を備え、重力によって混合液体を濾過する油水分離濾過装置であって、前記油水分離体は、前記混合液体の流路を有する基材を備え、前記基材には、油水分離層が形成され、前記油水分離層は、撥油性付与基および親水性付与基とを有するフッ素系化合物を含み、前記液槽の下領域には、前記水分を放出する排水口が形成されてなることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、水と油とを含む混合液体を水分と油分に分離する油水分離体を備えた油水分離濾過装置に関する。
従来から、一般家庭や営業用調理場、ビルの排水、公共事業体の汚水廃液処理施設への導管からの排水には、油・ラード類が混入しており、このような水と油が混合した混合液体である排水は、油分の固着による下水道管の詰まりや、油分の酸化による臭気などの原因となる。さらには、公共下水道施設の機能の著しい妨げとなるという問題や、大雨の後等に下水道施設からの油塊（白色固形物）が港湾に流出するという問題等もあった。このため、各地域では、飲食店事業者に対して、混合液体中の油脂類等を分離、回収する阻集器を設置させて、下水道への油・ラード類を流出させないという対策もとられている。
また、食品製造、繊維処理、機械加工、石油精製などの廃液処理、さらに事故などによる河川、海洋などへの油の流出による油回収作業として、油水混合液を油と水とに分離する処理が行われている。
その他にも、例えば、原油採掘の際に海水を地層の油層に注入して、非水溶性油分の圧力を高め、生産量を確保することが一般的に行われているが、このような原油採掘に使用された排水である「油田随伴水」は非水溶性油分を多く含むため、非水溶性油分の除去処理がなされた後に廃棄されている。しかしながら、近年、海洋・湖沼等の汚染を引き起こす要因となることから、排水中の非水溶性油分含有量の規制が強化されてきており、最も厳格な国や地域では５ｍｇ／Ｌ未満の非水溶性油分含有量とすることが要求されている。
ところで、従来の油水分離方法としては、凝集剤による分離、吸着分離、遠心分離、加圧浮上分離、電解浮上法、コアレッサーによる粗粒化分離（例えば、特許文献１を参照）、微生物分解による分離等が知られている。
しかしながら、凝集剤を用いる分離方法の場合には、経費が日常的に掛かるばかりか濾過した凝集物の処理も手間と費用が掛かるという課題があった。また、遠心分離器のような機械によるもの、加圧浮上分離によるものは、多量に且つ大型の施設においては有効だが、限られたスペースに備え付けるには困難であるという課題があった。また、電解浮上法では、安定な油水分離を行うために、処理液の電気伝導度と処理量に応じて印加電力を変えるなど、制御が煩雑であるという課題があった。コアレッサー法では、超極細繊維の網目構造を有するフィルターを用いるため、保守管理上、常に目詰まりが問題になるという課題があった。さらに、微生物を用いる分離方法では、時間が掛かるとともに管理が煩雑であるという課題があった。
一方で、従来から、多孔質膜を用いた分離膜による水処理が行われている。そして、油水分離においても、逆浸透法、限外濾過法、精密濾過法（例えば、特許文献２を参照）等が知られている。
しかしながら、逆浸透法、限外濾過法、精密濾過法は、上記分離膜の孔径によって油水を分離するため、膜透過流束が小さいという課題があった。さらに、水処理を行う過程において、原水中に存在する油などの分離対象物質が分離膜に付着して起こるファウリング（目詰り）のため、定期的に逆圧洗浄、エアスクラビング等の物理洗浄を行う必要があるという課題があった。したがって、多孔質膜を用いた分離膜には、長期間継続して使用できるようにするために、油の吸着しにくさ（防汚性）や、吸着した油の除去し易さ（易洗浄性）の向上が望まれているのが実情であった。
特開２００６−１９８４８３号公報 特開平０５−１３７９０３号公報
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で低コストに、水と油とを含む混合液体を水分と油分に分離して濾過することが可能な油水分離濾過装置を提供することを課題とする。
すなわち、本発明の油水分離濾過装置は、以下の構成を有する。
［１］水と油とを含む混合液体を水分と油分に分離する油水分離体と、該油水分離体を介して上下領域に区画された液槽と、を備え、重力によって混合液体を濾過する油水分離濾過装置であって、前記油水分離体は、前記混合液体の流路を有する基材を備え、前記基材には、油水分離層が形成され、前記油水分離層は、撥油性付与基および親水性付与基とを有するフッ素系化合物を含み、前記液槽の下領域には、前記水分を放出する排水口が形成されてなることを特徴とする。
このような構成の油水分離濾過装置によれば、基材に油水分離層が形成されることによって、撥油性賦与基と親水性賦与基とを分子中に含むフッ素系化合物が存在することになる。このため、油水分離濾過装置に水と油との混合液体を導入した場合、水分は基材の流路を通過するのに対して、油分は殆ど通過できない。したがって、重力のみで水と油との混合液体から水分と油分とを効率的に分離可能であり、簡易な構成で低コストに水分と油分とを分離可能な油水分離濾過装置を提供することができる。
［２］前記フッ素系化合物は、下記式（１）〜（４）で示される構造の化合物のうち、一種又は二種以上を含むことを特徴とする。
Figure 2016064388
Figure 2016064388
Figure 2016064388
Figure 2016064388
上記式（１）及び（２）中、Ｒｆ１、Ｒｆ２は、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数１〜６であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基である。また、Ｒｆ３は、炭素数１〜６であって、直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。
上記式（３）及び（４）中、Ｒｆ４、Ｒｆ５は、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数１〜６であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基である。また、Ｒｆ６は、炭素数１〜６であって、直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。また、Ｚは、酸素原子、窒素原子、ＣＦ２基又はＣＦ基である。
また、上記式（２）及び（４）中、Ｒは、２価の有機基であって、直鎖状又は分岐状の連結基である。
また、上記式（１）〜（４）中、Ｘは、アニオン型、カチオン型及び両性型からなる群から選択されるいずれか１の親水性賦与基である。
［３］前記油水分離層は、有機結合剤、無機結合剤の少なくとも一方、または両方によって前記基材に結合されていることを特徴とする。
［４］前記液槽の上領域には、前記油分を放出させる排油口が形成されてなることを特徴とする。
［５］前記液槽の上領域の前記油水分離体近傍には、前記油水分離体に堆積した残渣を含む排液を放出させる排液口が形成されてなることを特徴とする。
［６］前記液槽の上領域には、鉛直方向に延在する整流板が形成され、該整流板の下端は前記油水分離体に対して離間し、前記液槽の上領域は、前記整流板によって２以上の小領域に区画され、前記混合液体は、前記小領域のうちの１つから供給されるとともに、前記整流板の下端と前記油水分離体との隙間を介して、前記２以上の小領域どうしの間で流通することを特徴とする。
［７］前記油水分離体を形成した前記液槽を複数直列に設け、それぞれの前記油水分離体は、前記流路の平均開口径が互いに異なり、該平均開口径が相対的に小さい前記油水分離体をもつ前記液槽ほど、後段側に配したことを特徴とする。
［８］前記油水分離体を形成した前記液槽を複数直列に設け、前記排水口は、隣接する液槽どうしを区画する仕切板の下部に形成した開口からなり、２段目以降の液槽には、それぞれ前段の液槽から排出された排出液をそれぞれの液槽の上領域に導く誘導板が形成されていることを特徴とする。
［９］複数の前記液槽のうち、後段側の液槽ほど、直前段の液槽よりも前記誘導板の上端の高さ位置が相対的に低いことを特徴とする。
本発明の油水分離濾過装置によれば、簡易な構成で低コストに、水と油とを含む混合液体を水分と油分に分離して濾過することが可能になる。
本発明の油水分離濾過装置の第一実施形態を示す断面図である。 本発明の油水分離濾過装置の第一実施形態の変形例を示す断面図である。 本発明の油水分離濾過装置の第二実施形態を示す断面図である。 本発明の油水分離濾過装置の第三実施形態を示す断面図である。 本発明の油水分離濾過装置の第四実施形態を示す断面図である。 本発明の油水分離濾過装置の第五実施形態を示す断面図である。
以下、本発明を適用した一実施形態である油水分離濾過装置について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
＜第一実施形態＞
図１（ａ）は、第一実施形態の油水分離濾過装置の一例を示す断面図である。また、図１（ｂ）は、この油水分離濾過装置を構成する油水分離体を示す要部拡大断面図である。
本実施形態の油水分離濾過装置１０は、油水分離体１１と液槽１２とを備えている。また、油水分離体１１を液槽１２に対して着脱自在に支持する支持部材１８を備えている。油水分離体１１は、基材１３と該基材１３の例えば表面に形成された油水分離層１４とを備えている。
油水分離体１１は、本実施形態においては、全体がシート状に形成されている。なお、油水分離体１１は、濾紙や濾過繊維シートなどの平膜フィルターや、袋状のバッグフィルター、不定形の繊維フィルターなど、各種形状の濾過材を用いて油水分離体１１を形成することができる。
油水分離体１１は、支持部材１８によって液槽１２の内部に、例えば着脱自在に設けられている。液槽１２は、例えば上面が開放面とされた液体の貯留槽であり、油水分離体１１を介して上下領域に区画される。即ち、液槽１２の内部空間のうち、油水分離体１１の一面１１ａよりも上側は上領域Ｅ１、油水分離体１１の他面１１ｂよりも下側は下領域Ｅ２とされる。
油水分離体１１は、親水性および撥油性（以下、親水撥油性と称する）によって、水と油とを含む混合液体から、水分を通過させる。例えば、混合液体が液槽１２の上領域Ｅ１に供給されると、油水分離体１１の親水撥油性によって水分と油分に分離され、水分（図１（ａ）中のＷ）が重力によって油水分離体１１を通過して液槽１２の下領域Ｅ２に溜る。一方、油水分離体１１によって分離された油分（図１（ａ）中のＧ）は、比重差によって混合液体の液面付近に浮遊する。
液槽１２の下領域Ｅ２には、濾過されて下領域Ｅ２に溜った水分を液槽１２の外部に放出するための排水口１５が形成されている。こうした排水口１５は、例えば、液槽１２の壁面を貫通する液管とバルブとから構成されていればよい。
支持部材１８は、例えば取っ手１９を備えた籠状の部材であり、底部に油水分離体１１が配される。
なお、液槽１２の下領域Ｅ２には、水分の貯留に伴い液槽１２内の空気を排気するための排気口（図示略）が形成されている。
図１（ｂ）に示すように、油水分離体１１は、液体の流路１７が形成された基材１３を備えている。そして、この基材１３に油水分離層１４が形成されている。本実施形態では、流路１７の内壁表面を含む基材１３の表面全体を覆うように、油水分離層１４が形成されている。流路１７は、油水分離体１１の一面１１ａと他面１１ｂとの間を連通し、例えば、主に水分を通過させる。
油水分離層１４は、撥油性付与基および親水性付与基とを有するフッ素系化合物を含む材料から構成されている。撥油性付与基は、油水分離層１４の表面に例えば４０°以上の接触角で油滴を形成させる官能基である。また、親水性付与基は、油水分離層１４の表面に例えば２０°以下の接触角で水分に対する濡れ性を付与する官能基である。
なお、こうした接触角は、例えば、自動接触角計（協和界面科学社製、「Ｄｒｏｐ Ｍａｓｔｅｒ ７０１」）により測定することができる。
油水分離層１４は、こうした撥油性付与基および親水性付与基の存在によって、親水撥油性を持つ。この油水分離層１４に水と油とを含む混合液体（以下、単に液体と称することがある）が接触すると、油分は接触角の大きい油滴として凝集し、水分は接触角が小さい濡れ性を保ったままとなる。これによって、凝集して大きい油滴となった油分は流路１７を通過することができずに油水分離層１４の表面に留まる。一方、濡れ性を保った水分は凝集することなく流路１７を通過することができる。こうした作用によって、油水分離層１４は液体の油分だけを選択的に分離することができる。
油水分離層１４を構成するフッ素系化合物としては、例えば、下記式（１）〜（４）で示されるフッ素系化合物のうち、少なくとも一種又は二種以上を含む。
Figure 2016064388
Figure 2016064388
Figure 2016064388
Figure 2016064388
ここで、上記式（１）及び（２）中、Ｒｆ１、Ｒｆ２は、それぞれ同一または互いに異なる炭素数１〜６のペルフルオロアルキル基、Ｒｆ３は、炭素数１〜６のペルフルオロアルキレン基であって、直鎖状又は分岐状であってもよい。
また、上記式（３）及び（４）中、Ｒｆ４、Ｒｆ５は、それぞれ同一または互いに異なる炭素数１〜６のペルフルオロアルキレン基、Ｒｆ６は、炭素数１〜６のペルフルオロアルキレン基であって、直鎖状又は分岐状であってもよい。また、Ｚは、酸素原子、窒素原子、ＣＦ２基又はＣＦ基である。また、Ｚが窒素原子又は炭素原子の場合、Ｚから分岐したペルフルオロアルキル基が当該Ｚに結合していてもよい。
また、上記式（２）及び（４）中、Ｒは、２価の有機基であって、直鎖状又は分岐状の連結基であり、分子鎖中にエーテル結合、エステル結合、アミド結合及びウレタン結合から選択される１種以上の結合を含んでいてもよいし、含まなくてもよい。
また、上記式（１）〜（４）中、Ｘは、アニオン型、カチオン型及び両性型からなる群から選択されるいずれか１の親水性賦与基である。
上述したように、上記式（１）〜（４）で示されるフッ素系化合物は、分子中に撥油性賦与基と親水性賦与基とを含む親水撥油剤である。換言すると、本実施形態の油水分離濾過装置１０を構成する油水分離体１１は、流路１７が基材１３によって形成されるとともに、この流路１７の表面に親水撥油性の油水分離層１４が存在するものである。また、上記式（１）〜（４）で示されるフッ素系化合物からなる群から選ばれる一種又は二種以上のフッ素系化合物を含む混合物を、油水分離層１４として用いてもよい。
以下、油水分離層１４を構成する親水撥油剤について、フッ素系化合物ごとに詳細に説明する。
（親水撥油剤）
「直鎖状の含窒素フッ素系化合物」
上記式（１）又は上記式（２）に示す、直鎖状（又は分岐状）の含窒素フッ素系化合物では、Ｒｆ１とＲｆ２からなる含窒素ペルフルオロアルキル基およびＲｆ３からなる含窒素ペルフルオロアルキレン基が、撥油性賦与基を構成する。
また、上記式（１）又は上記式（２）に示す含窒素フッ素系化合物では、上記撥油性賦与基であるＲｆ１〜Ｒｆ３中の、フッ素が結合した炭素数の合計が４〜１８個の範囲であることが好ましい。フッ素が結合した炭素数が４未満であると、撥油効果が不十分であるために好ましくない。
なお、上記式（２）中、Ｒは、分子鎖中において撥油性賦与基と親水性賦与基とを繋ぐ連結基である。連結基Ｒの構造は、直鎖状又は分岐状の、２価の有機基であれば特に限定されるものではない。また、連結基Ｒは、分子鎖中にエーテル結合、エステル結合、アミド結合及びウレタン結合から選択される１種以上の結合を含んでいてもよいし、含まなくてもよい。
具体的には、例えば、連結基Ｒは、炭素数１〜２０の炭化水素基であってもよいし、ポリオキシアルキレン基及びエポキシ基から選択される１種以上を含んでいてもよい。
また、連結基Ｒは、分子鎖中に、二元共重合体又は三元共重合体以上のポリマーを有していてもよい。
なお、連結基Ｒは、親水撥油剤に賦与したい特性に応じて、適宜選択して導入することが好ましい。具体的には、例えば、水や有機溶媒への溶解性を調整したい場合、親水撥油剤を含む表面被覆材（コーティング剤）と基材との密着性を改善して耐久性を向上させたい場合、親水撥油剤と樹脂成分又は塗料成分との相溶性を向上させたい場合等が挙げられる。その方法としては、分子間相互作用に影響を及ぼす極性基の有無や種類を調整する、直鎖状又は分岐構造とした炭化水素基の鎖長を調整する、基材や樹脂成分又は塗料成分に含まれる化学構造の一部と類似の構造を導入する、などがある。
また、上記式（１）又は上記式（２）中、Ｘは、アニオン型、カチオン型及び両性型からなる群から選択されるいずれか１の親水性賦与基である。
以下、親水性賦与基Ｘを場合分けして、親水撥油剤の構造を説明する。
［アニオン型］
親水性賦与基Ｘがアニオン型である場合、上記Ｘは、末端に「−ＣＯ２Ｍ１」、「−ＳＯ３Ｍ１」、「−ＯＳＯ２Ｍ１」、「−ＯＰ（ＯＨ）Ｏ２Ｍ１」、「−ＯＰＯ３Ｍ１ ２」又は「＝Ｏ２ＰＯ２Ｍ１」（Ｍ１は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Ｍｇ、Ａｌ、Ｒ１Ｒ２Ｒ３Ｒ４Ｎ＋；Ｒ１〜Ｒ４は水素原子またはそれぞれ独立した炭素数１〜２０までの直鎖もしくは分岐状のアルキル基）を有する。
アルカリ金属としては、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、セシウム（Ｃｓ）が挙げられる。また、アルカリ土類金属しては、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）が挙げられる。
また、第４級アンモニウム塩（Ｒ１Ｒ２Ｒ３Ｒ４Ｎ＋）としては、Ｒ１〜Ｒ４が水素原子またはそれぞれ独立した炭素数１〜２０までの直鎖もしくは分岐状のアルキル基であれば、特に限定されるものではない。より具体的には、Ｒ１Ｒ２Ｒ３Ｒ４が全て同じ化合物としては、例えば、（ＣＨ３）４Ｎ＋、（Ｃ２Ｈ５）４Ｎ＋、（Ｃ３Ｈ７）４Ｎ＋、（Ｃ４Ｈ９）４Ｎ＋、（Ｃ５Ｈ１１）４Ｎ＋、（Ｃ６Ｈ１３）４Ｎ＋、（Ｃ７Ｈ１５）４Ｎ＋、（Ｃ８Ｈ１７）４Ｎ＋、（Ｃ９Ｈ１９）４Ｎ＋、（Ｃ１０Ｈ２１）４Ｎ＋等が挙げられる。また、Ｒ１Ｒ２Ｒ３が全てメチル基の場合としては、例えば、Ｒ４が（Ｃ２Ｈ５）、（Ｃ６Ｈ１３）、（Ｃ８Ｈ１７）、（Ｃ９Ｈ１９）、（Ｃ１０Ｈ２１）、（Ｃ１２Ｈ２５）、（Ｃ１４Ｈ２９）、（Ｃ１６Ｈ３３）、（Ｃ１８Ｈ３７）等の化合物が挙げられる。さらに、Ｒ１Ｒ２が全てメチル基の場合としては、例えば、Ｒ３Ｒ４が全て（Ｃ８Ｈ１７）、（Ｃ１０Ｈ２１）、（Ｃ１２Ｈ２５）、（Ｃ１４Ｈ２９）、（Ｃ１６Ｈ３３）、（Ｃ１８Ｈ３７）等の化合物が挙げられる。更にまた、Ｒ１がメチル基の場合としては、例えば、Ｒ２Ｒ３Ｒ４が全て（Ｃ４Ｈ９）、（Ｃ８Ｈ１７）等の化合物が挙げられる。
ところで、油水分離用の濾材など、水と接触させて使用するような用途においては、水に対する耐久性や親水撥油効果の持続性を有することが望まれる。上記観点から、本実施形態の油水分離層１４を構成する親水撥油剤は、水への溶解性が低い難溶性化合物であることが望ましい。すなわち、本実施形態の油水分離層１４を構成する親水撥油剤は、親水性賦与基Ｘがアニオン型である場合、対イオンである上記Ｍ１が、アルカリ土類金属やＭｇ、Ａｌであることが好ましく、特にＣａ、Ｂａ、Ｍｇが親水撥油性に優れ、水への溶解度が低いことから好ましい。
［カチオン型］
親水性賦与基Ｘがカチオン型である場合、上記Ｘは、末端に「−Ｎ＋Ｒ５Ｒ６Ｒ７・Ｃｌ−」、「−Ｎ＋Ｒ５Ｒ６Ｒ７・Ｂｒ−」、「−Ｎ＋Ｒ５Ｒ６Ｒ７・Ｉ−」、「−Ｎ＋Ｒ５Ｒ６Ｒ７・ＣＨ３ＳＯ３ −」、「−Ｎ＋Ｒ５Ｒ６Ｒ７・ＮＯ３ −」、「（−Ｎ＋Ｒ５Ｒ６Ｒ７）２ＣＯ３ ２−」又は「（−Ｎ＋Ｒ５Ｒ６Ｒ７）２ＳＯ４ ２−」（Ｒ５〜Ｒ７は水素原子またはそれぞれ独立した炭素数１〜２０までの直鎖もしくは分岐状のアルキル基）を有する。
［両性型］
親水性賦与基Ｘが両性型である場合、上記Ｘは、末端に、カルボキシベタイン型の「−Ｎ＋Ｒ８Ｒ９（ＣＨ２）ｎＣＯ２ −」、スルホベタイン型の「−Ｎ＋Ｒ８Ｒ９（ＣＨ２）ｎＳＯ３ −」又はアミンオキシド型の「−Ｎ＋Ｒ８Ｒ９Ｏ−」（ｎは１〜５の整数、Ｒ８、Ｒ９は水素原子または炭素数１〜１０のアルキル基）を有する。
なお、本実施形態における油水分離層１４を構成する親水撥油剤は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上述した含窒素フッ素系化合物の構造の具体例においては、含窒素ペルフルオロアルキル基からなる撥油性賦与基として、式（１）及び式（２）中に示すＲｆ１及びＲｆ２が対称である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、非対称であってもよい。
「環状の含窒素フッ素系化合物」
上記式（３）又は上記式（４）に示す、環状の含窒素フッ素系化合物では、Ｒｆ４、Ｒｆ５およびＲｆ６からなる含窒素ペルフルオロアルキレン基、さらにはＺが、撥油性賦与基を構成する。
また、上記式（３）又は上記式（４）に示す含窒素フッ素系化合物では、上記撥油性賦与基であるＲｆ４〜Ｒｆ６及びＺ中の、フッ素が結合した炭素数の合計が４〜１８個の範囲であることが好ましい。フッ素が結合した炭素数が４未満であると、撥油効果が不十分であるために好ましくない。
なお、上記式（４）中、Ｒは、分子鎖中において撥油性賦与基と親水性賦与基とを繋ぐ連結基である。連結基Ｒの構造は、直鎖状又は分岐状の、２価の有機基であれば特に限定されるものではない。また、連結基Ｒは、分子鎖中にエーテル結合、エステル結合、アミド結合及びウレタン結合から選択される１種以上の結合を含んでいてもよいし、含まなくてもよい。
具体的には、例えば、連結基Ｒは、炭素数１〜２０の炭化水素基であってもよいし、ポリオキシアルキレン基及びエポキシ基から選択される１種以上を含んでいてもよい。
また、連結基Ｒは、分子鎖中に、二元共重合体又は三元共重合体以上のポリマーを有していてもよい。
また、上記式（３）又は上記式（４）中、Ｘは、アニオン型、カチオン型及び両性型からなる群から選択されるいずれか１の親水性賦与基である。
以下、親水性賦与基Ｘを場合分けして、親水撥油剤の構造を説明する。
［アニオン型］
親水性賦与基Ｘがアニオン型である場合、上記Ｘは、末端に「−ＣＯ２Ｍ１」、「−ＳＯ３Ｍ１」、「−ＯＳＯ２Ｍ１」、「−ＯＰ（ＯＨ）Ｏ２Ｍ１」、「−ＯＰＯ３Ｍ１ ２」又は「＝Ｏ２ＰＯ２Ｍ１」（Ｍ１は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Ｍｇ、Ａｌ、Ｒ１Ｒ２Ｒ３Ｒ４Ｎ＋；Ｒ１〜Ｒ４は水素原子またはそれぞれ独立した炭素数１〜２０までの直鎖もしくは分岐状のアルキル基）を有する。
アルカリ金属としては、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、セシウム（Ｃｓ）が挙げられる。また、アルカリ土類金属しては、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）が挙げられる。
また、第４級アンモニウム塩（Ｒ１Ｒ２Ｒ３Ｒ４Ｎ＋）としては、Ｒ１〜Ｒ４が水素原子またはそれぞれ独立した炭素数１〜２０までの直鎖もしくは分岐状のアルキル基であれば、特に限定されるものではない。より具体的には、Ｒ１Ｒ２Ｒ３Ｒ４が全て同じ化合物としては、例えば、（ＣＨ３）４Ｎ＋、（Ｃ２Ｈ５）４Ｎ＋、（Ｃ３Ｈ７）４Ｎ＋、（Ｃ４Ｈ９）４Ｎ＋、（Ｃ５Ｈ１１）４Ｎ＋、（Ｃ６Ｈ１３）４Ｎ＋、（Ｃ７Ｈ１５）４Ｎ＋、（Ｃ８Ｈ１７）４Ｎ＋、（Ｃ９Ｈ１９）４Ｎ＋、（Ｃ１０Ｈ２１）４Ｎ＋等が挙げられる。また、Ｒ１Ｒ２Ｒ３が全てメチル基の場合としては、例えば、Ｒ４が（Ｃ２Ｈ５）、（Ｃ６Ｈ１３）、（Ｃ８Ｈ１７）、（Ｃ９Ｈ１９）、（Ｃ１０Ｈ２１）、（Ｃ１２Ｈ２５）、（Ｃ１４Ｈ２９）、（Ｃ１６Ｈ３３）、（Ｃ１８Ｈ３７）等の化合物が挙げられる。さらに、Ｒ１Ｒ２が全てメチル基の場合としては、例えば、Ｒ３Ｒ４が全て（Ｃ８Ｈ１７）、（Ｃ１０Ｈ２１）、（Ｃ１２Ｈ２５）、（Ｃ１４Ｈ２９）、（Ｃ１６Ｈ３３）、（Ｃ１８Ｈ３７）等の化合物が挙げられる。更にまた、Ｒ１がメチル基の場合としては、例えば、Ｒ２Ｒ３Ｒ４が全て（Ｃ４Ｈ９）、（Ｃ８Ｈ１７）等の化合物が挙げられる。
なお、本実施形態のように、油水分離層１４が水と常に接触するような用途においては、水に対する耐久性や親水撥油効果の持続性を有することが望まれる。上記観点から、本実施形態の油水分離層１４に用いられる親水撥油剤は、水への溶解性が低い難溶性化合物であることが望ましい。すなわち、本実施形態の油水分離層１４に用いられる親水撥油剤は、親水性賦与基Ｘがアニオン型である場合、対イオンである上記Ｍ１が、アルカリ土類金属やＭｇ、Ａｌであることが好ましく、特にＣａ、Ｂａ、Ｍｇが親水撥油性に優れ、水への溶解度が低いことから好ましい。
［カチオン型］
親水性賦与基Ｘがカチオン型である場合、上記Ｘは、末端に「−Ｎ＋Ｒ５Ｒ６Ｒ７・Ｃｌ−」、「−Ｎ＋Ｒ５Ｒ６Ｒ７・Ｂｒ−」、「−Ｎ＋Ｒ５Ｒ６Ｒ７・Ｉ−」、「−Ｎ＋Ｒ５Ｒ６Ｒ７・ＣＨ３ＳＯ３ −」、「−Ｎ＋Ｒ５Ｒ６Ｒ７・ＮＯ３ −」、「（−Ｎ＋Ｒ５Ｒ６Ｒ７）２ＣＯ３ ２−」又は「（−Ｎ＋Ｒ５Ｒ６Ｒ７）２ＳＯ４ ２−」（Ｒ５〜Ｒ７は水素原子またはそれぞれ独立した炭素数１〜２０までの直鎖もしくは分岐状のアルキル基）を有する。
［両性型］
親水性賦与基Ｘが両性型である場合、上記Ｘは、末端に、カルボキシベタイン型の「−Ｎ＋Ｒ８Ｒ９（ＣＨ２）ｎＣＯ２ −」、スルホベタイン型の「−Ｎ＋Ｒ８Ｒ９（ＣＨ２）ｎＳＯ３ −」又はアミンオキシド型の「−Ｎ＋Ｒ８Ｒ９Ｏ−」（ｎは１〜５の整数、Ｒ８、Ｒ９は水素原子または炭素数１〜１０のアルキル基）を有する。
なお、本実施形態の油水分離濾過装置１０を構成する油水分離層１４に用いる親水撥油剤は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上述した含窒素フッ素系化合物の構造の具体例においては、含窒素ペルフルオロアルキル基からなる撥油性賦与基として、式（３）及び式（４）中に示すＲｆ４及びＲｆ５がＺを挟んで対称である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、非対称であってもよい。
（結合剤）
本実施形態における油水分離層１４は、基材１３によって形成された流路１７の表面に上記式（１）〜（４）で示される含窒素フッ素系化合物（親水撥油剤）が単独または結合剤と複合化されたものである。換言すると、基材１３の表面に油水分離層１４を構成する上記フッ素系化合物（親水撥油剤）が存在するものである。また、本実施形態の油水分離濾過装置１０は、分離対象である液体によって上記フッ素系化合物が流失しないために、基材１３の表面に当該フッ素系化合物が油水分離層１４として固着されている。
具体的には、本実施形態の油水分離濾過装置１０は、基材１３の表面の一部又は全部が、上記式（１）〜（４）で示される含窒素フッ素系化合物（親水撥油剤）を含む塗膜（塗布膜）、あるいは上記式（１）〜（４）で示される含窒素フッ素系化合物と結合剤とを含む塗膜（塗布膜）によって被覆されていてもよい。
塗膜（塗布膜）は、上述したフッ素系化合物（親水撥油剤）のみからなる場合と、結合剤を含む場合とがある。結合剤を含む場合は、親水撥油剤と結合剤との質量組成比は、１０対９０から９９．９対０．１の範囲であることが好ましい。ここで、親水撥油剤の質量組成比が１０未満であると、十分な親水撥油性が得られないために好ましくない。基材１３との密着性や塗布膜の耐久性を加味すると、１０対９０から９０対１０が特に好ましい。
結合剤としては、具体的には、例えば、有機結合剤（樹脂）や無機結合剤（無機ガラス）が挙げられる。有機結合剤（樹脂）としては、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、熱硬化性樹脂、ＵＶ硬化性樹脂等があり、具体的には、例えば、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、シリコーン樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、アクリルポリオール系樹脂、ポリエステルポリオール系樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、熱可塑性アクリル樹脂等の熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂、フェノール樹脂や熱硬化性アクリル樹脂等の熱硬化性樹脂等が挙げられる。
油水分離層１４がもつ親水撥油性の特性を最大限に発揮させるためには、結合剤を用いることが望ましい。結合剤としては、親水性ポリマーを用いることが好ましい。また、親水性ポリマーとしては、ヒドロキシル基を含有しているものが好ましい。
親水性ポリマーとしては、具体的には、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、セルロースなどの多糖およびその誘導体などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。親水性ポリマーは、架橋剤により架橋してもよい。このような架橋により、塗膜の耐久性が向上する。
架橋剤としては、特に限定されるものではなく、目的に応じて適宜選択することができる。具体的には、例えば、エポキシ化合物、イソシアネート化合物、アルデヒド化合物、紫外線架橋型化合物、脱離基含有化合物、カルボン酸化合物、ウレア化合物などが挙げられる。
無機結合剤（無機ガラス）としては、具体的には、例えば、化学式［Ｒ１４Ｓｉ（ＯＲ１５）３］で示されるトリアルコキシシラン、化学式［Ｓｉ（ＯＲ１６）４］（Ｒ１４〜Ｒ１６はそれぞれ独立した炭素数１〜６までのアルキル基）で示されるテトラアルコキシシラン等のシラン化合物や、水ガラス等が挙げられる。これらの中でも、水ガラスは、耐久性の向上効果が高いために好ましい。
（基材）
本実施形態の油水分離濾過装置１０において、分離された水を主体的に通過させる液体の流路１７は、基材１３によって形成されている。具体的には、本実施形態の油水分離体１１が、繊維状の基材１３によって膜状に形成される場合、上記繊維どうしの空間が液体の流路１７となる。また、油水分離体１１が、粒子状の基材１３が積層（あるいは充填）されて形成される場合、粒子どうしの隙間が液体の流路１７となる。また、基材１３が多孔質体である場合、当該多孔質体の気孔内も液体の流路１７となる。また、基材１３が網状の部材、例えば金属で形成された微細な孔径を持つ網体で形成する場合、網体の空孔が液体の流路１７となる。
また、上記基材１３の材質としては、分離対象である液体の流路１７を形成可能であれば特に限定されるものではなく、有機物であってもよいし、無機物であってもよい。更には有機物と無機物との複合物であってもよい。したがって、本実施形態の油水分離濾過装置１０における基材１３の態様としては、繊維状の有機物、粒子状の有機物、繊維状の無機物、粒子状の無機物、有機物の多孔質体及び無機物の多孔質体が挙げられる。
ここで、基材１３として利用可能な有機物としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、熱硬化性樹脂、ＵＶ硬化性樹脂等の各種樹脂、セルロースなどの天然高分子およびその誘導体などが挙げられる。具体的には、例えば、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、シリコーン樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、アクリルポリオール系樹脂、ポリエステルポリオール系樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、熱可塑性アクリル樹脂等の熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂、フェノール樹脂や熱硬化性アクリル樹脂等の熱硬化性樹脂等、パルプや綿等が挙げられる。
また、基材１３として利用可能なものとしては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、活性炭等の炭素系物質や、アンスラサイト、砂、砂利、ガーネット、セラミックス等の無機系物質の焼結体なども用いることができる。
さらに、基材１３として利用可能な多孔質体（多孔質基材ともいう）としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、主にセルロース製のろ紙、ろ布（ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ナイロン、ポリイミド、ポリアクリロニトリル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイド等）、不織布フィルター（ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、レーヨン、ナイロン、ポリフェニレンサルファイド等）、繊維フィルター（樹脂、ガラス、セラミックス、金属）、焼結フィルター（金属、セラミックス、プラスチック等の粉末や繊維を熱および圧力により直接接着したもの）、金属網、金属メッシュ、ろ過板（セルロース、グラスファイバーなどを圧縮成型したもの）、シリカ、アルミナ、ゼオライト、炭酸カルシウム、タルクやモンモリロナイト等の粘土鉱物等が挙げられる。
繊維状の基材１３および粒子状の基材１３において、流路１７の幅（すなわち、繊維の間隔、粒子間の隙間）は、０．１〜１５０μｍであることが好ましく、０．５〜７５μｍであることがより好ましく、１〜５０μｍであることがさらに好ましい。ここで、流路１７の幅が０．１μｍ未満であると、水（水分）の透過抵抗が大きくなり、加圧が必要となる場合や、透過に時間が必要となる場合があるために好ましくない。一方、流路１７の幅が１５０μｍを超えると、油（油分）が通過し始めるために好ましくない。これに対して、流路１７の幅が上記範囲内であると、油の透過が起こらず、実用上適した範囲の通水速度となるために好ましい。一方、流路１７の幅を段階的に狭くするなどした複数の油水分離体１１を形成する場合などにおいては、前段側の油水分離体１１の流路１７の幅を上述した範囲よりも広くすることもできる。即ち、基材１３に形成された流路１７は、必ずしも油分を全く通過させない構成に限定されるものではなく、水分を主体的に通過させ、油分も一定割合で通過可能な幅のものも含む。
また、本実施形態の油水分離濾過装置１０における基材１３が多孔質基材の場合には、多孔質基材の気孔径（すなわち、流路径）は、０．１〜１５０μｍであることが好ましく、０．５〜７５μｍであることがより好ましく、１〜５０μｍであることがさらに好ましい。ここで、気孔径が０．１μｍ未満であると、水の透過抵抗が大きくなり、加圧が必要となる場合や、透過に時間が必要となる場合があるために好ましくない。一方、流路１７の幅が１５０μｍを超えると、油が通過し始めるために好ましくない。これに対して、多孔質基材の気孔径が上記範囲内であると、油の透過が起こらず、実用上適した範囲の通水速度となるために好ましい。一方、気孔径（流路１７の幅）を段階的に狭くするなどした複数の油水分離体１１を形成する場合などにおいては、前段側の油水分離体１１の気孔径を上述した範囲よりも広くすることもできる。即ち、基材１３に形成された流路１７は、必ずしも油分を全く通過させない構成に限定されるものではなく、水分を主体的に通過させ、油分も一定割合で通過可能な気孔径のものも含む。
また、多孔質基材の場合には、上記式（１）〜（４）で示されるフッ素系化合物（親水撥油剤）を当該多孔質基材に担持させる。
フッ素系化合物を多孔質基材に担持させる方法としては、上記フッ素系化合物（親水撥油剤）の溶解液または分散液に、担持させる多孔質体（多孔質基材）を添加し、乾燥により溶媒を除去する手法などが適用可能である。担持する割合としては、親水撥油剤と担持する多孔質体との質量組成比を１対９９から５０対５０の範囲から選択するのが、親水撥油性の特性面で好ましい。
なお、得られた多孔質体（多孔質基材）が多孔質粒子である場合には、ろ紙や不織布等の基材の表面に固着処理することによって、より優れた油水分離性能が得られるため、さらに好ましい。また、基材１３への固着には、上述した樹脂やガラス質材料を用いることが可能である。
また、本実施形態の油水分離濾過装置１０における基材１３としては、上述した有機物（樹脂）と上記式（１）〜（４）で示されるフッ素系化合物（親水撥油剤）のうち、一種又は二種以上とを含む樹脂組成物によって、繊維状又は粒子状に形成された態様であってもよい。すなわち、上述した親水撥油剤は、各種樹脂に親水撥油性の機能を付与するための添加剤として用いられている。
樹脂組成物は、親水撥油剤と樹脂とのほかに、流動性改善剤、界面活性剤、難燃剤、導電付与剤、防カビ剤等の親水撥油以外の機能を付与するために添加剤を任意成分としてさらに含んでもよい。
樹脂組成物の形成方法としては、樹脂の種類にあわせて適切に選択された親水撥油剤が分散又は溶解できる方法であれば、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、熱可塑性樹脂への親水撥油剤の混合方法としては、押し出し法やロール法による練り込み等により混合する方法がある。
樹脂組成物において、親水撥油剤と樹脂との質量組成比が、１０対９０〜９９．９対０．１の範囲であることが好ましい。親水撥油剤の質量組成比が１０未満であると、親水撥油機能を十分に発揮することができないために好ましくない。一方、親水撥油剤の質量組成比が９９．９を超えると、樹脂物性を損ない、成形性を維持することが難しいために好ましくない。
さらに、本実施形態の油水分離濾過装置を構成する油水分離体の基材が多孔質体である場合、上記式（１）〜（４）で示される一種又は二種以上のフッ素系化合物（親水撥油剤）を多孔質体の態様で使用してもよい。これにより、優れた油水分離性能が得られるために、好ましい。
多孔質体を得る方法としては、一般に知られている手法が適用可能である。具体的には、例えば、親水撥油剤の溶解液または分散液を、スプレードライ法で乾燥する手法が挙げられる。これによって得られる粒子は、多孔質体の形成とともに粒子径の制御が可能であり、そのまま濾過材として適用することができることから、特に好ましい。
また、多孔質粒子を製造する際に、樹脂やガラス質などの結合剤を親水撥油剤の溶解液または分散液に加えることにより、多孔質粒子を結合させることで、多孔質体の物理的強度を高めることや、水への溶解性を制御して低減することが可能である。
樹脂としては、上述した熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を、ガラス質としては、上述のシラン化合物や水ガラスを使用することができる、また、親水撥油剤に対する結合剤の使用量としては、特に限定されるものではなく、粒子を結合可能な範囲で適宜添加すればよい。典型的には、親水撥油剤と結合剤との質量組成比を１０対９０から９９．９対０．１の範囲で使用するのが好ましい。
以上説明したように、本実施形態の油水分離濾過装置１０によれば、基材１３に油水分離層１４が形成されることによって、例えば流路１７の表面に、撥油性賦与基と親水性賦与基とを分子中に含むフッ素系化合物が一種又は二種以上存在することになる。このため、本実施形態の油水分離濾過装置１０に、水と油との混合液体を導入した場合、水分は基材１３の流路１７を通過するのに対して、油分は殆ど通過できない。したがって、本実施形態の油水分離濾過装置１０は、重力のみで水と油とを分離可能であり、簡易な構成で低コストに水分と油分とを分離することができる。
また、油水分離体１１によって分離された水分Ｗが溜る液槽１２の下領域Ｅ２に、水分を放出するための排水口１５を形成することによって、例えばポンプなどで下領域Ｅ２に溜った水分を汲み上げるなどの手間をかけずに、排水口１５を開放させるだけで重力によって分離した水分を容易に液槽１２の外部に排水させることができる。なお、油水分離体１１によって分離された油分Ｇは、水分Ｗとの比重差によって混合液体の表層に浮くため、取っ手１９を把持して支持部材１８とともに油水分離体１１を液槽１２から取り出すことによって、油分Ｇを容易に回収することができる。また、混合液体の表層に浮いた油分Ｇを柄杓等で掬い取って回収することもできる。
更に、本実施形態の油水分離濾過装置１０は、基材１３によって形成された流路１７に親水撥油性が付与されているため、有機分子や土泥類が付着し難く、優れた耐ファウリング性が得られる。また、逆圧洗浄等の物理処理によって付着した汚れが除去され易く、易洗浄性にも優れる。
また、本実施形態の油水分離濾過装置１０は、上記式（１）〜（４）に示すフッ素系化合物のみを含む場合には、連続して結合している炭素数８以上のペルフルオロアルキル基を含有せず、生体蓄積性や環境適応性の点で問題となるＰＦＯＳまたはＰＦＯＡを生成する懸念がない化学構造でありながら、優れた親水撥油性を付与することが可能である。
＜第一実施形態の変形例＞
図２は、図１に示した実施形態の油水分離濾過装置１０に用いる油水分離体１１としてバッグ型（袋型）のフィルターを適用した例である。この実施形態の油水分離濾過装置１０では、底面および側面（周面）から液体を透過可能なバッグ型に形成した油水分離体１１を用いている。こうした油水分離体１１は、例えば、取り出し用の取っ手１９が取り付けられ、油水分離体１１全体が液槽１２に対して脱着自在にされている。
また、液槽１２には、こうしたバッグ型の油水分離体１１の底面を支持する支持部材１８が取り付けられている。この実施形態の支持部材１８は、液体が通過可能な穴が多数形成された板材、例えばパンチングメタルプレートが用いられる。
このような実施形態の油水分離濾過装置１０では、油水分離体１１の底面に加えて、更に側面（周面）でも油水分離が可能であり、より一層効率的に液体から油分を分離、回収することが可能になる。
＜第二実施形態＞
図３は、本発明の第二実施形態の油水分離濾過装置を示す断面図である。
本実施形態の油水分離濾過装置２０は、第一実施形態と同様の油水分離体１１と、液槽１２とを備えている。油水分離体１１は、親水撥油性によって、液槽１２に導入された水と油とを含む混合液体を水分と油分に分離し、水分を通過させる。例えば、混合液体が液槽１２の上領域Ｅ１に供給されると、油水分離体１１の親水撥油性によって水分と油分に分離され、水分（図３中のＷ）が重力によって油水分離体１１を通過して液槽１２の下領域Ｅ２に溜る。一方、油水分離体１１によって分離された油分（図３中のＧ）は、比重差によって混合液体の液面付近に浮遊する。
液槽１２の下領域Ｅ２には、濾過されて下領域Ｅ２に溜った水分を液槽１２の外部に放出するための排水口２５が形成されている。こうした排水口２５は、例えば、液槽１２の壁面を貫通する液管とバルブとから構成されていればよい。
また、液槽１２の上領域Ｅ１において、導入した混合液体の液面に相当する位置の近傍には、油水分離体１１によって分離され液面付近に浮遊する油分を液槽１２の外部に放出するための排油口２６が形成されている。こうした排油口２６は、例えば、液槽１２の壁面を貫通する液管とバルブとから構成されていればよい。
さらに、液槽１２の上領域Ｅ１において、油水分離体１１の形成位置の近傍には、排液口２７が形成されている。この排液口２７は、混合液体に含まれる固形物や、油水分離によって生じた不純物など、油水分離体１１の一面１１ａ側に堆積した固体を混合溶液と共に液槽１２の外部に流出させるものである。こうした排液口２７は、例えば、液槽１２の壁面を貫通する液管とバルブとから構成されていればよい。
本実施形態では、液槽１２に排水口２５とともに排油口２６を設けることによって、例えば、油水分離体１１によって分離され混合液体の液面付近に浮遊した油分を、排油口２６を開くだけで容易に液槽１２の外部に放出させることができる。これによって、液面付近に浮遊した油分を柄杓などで掬い取って回収する手間がなく、油分だけを容易に液槽１２から取り出すことができる。
なお、液槽１２に上領域Ｅ１に、油水分離体１１によって分離され混合液体の液面位置を検知する液面検知手段を設けることが好ましい。液面検知手段としては、液槽１２の内部と連通した液面計や、光学センサーを用いた液面検知装置などが挙げられる。こうした液面検知手段を設けることによって、液槽１２の内部を直接視認できない構造であっても、排油口２６を操作して浮遊した油分を排出するタイミングを正確に知ることができ、油分だけを排油口２６から適切に排出することができる。
また、本実施形態では、油水分離体１１付近に排液口２７を設けることによって、油水分離体１１の一面１１ａ側に堆積した固体を混合溶液とともに流出させることができる。これによって、例えば、油水分離体１１を液槽１２から取り出して、体積した固体を除去するなど手間の掛かる目詰まり防止作業を行うことなく、排液口２７を開くだけで体積した固体を含む排液を流出させて、油水分離体１１の目詰まりを防止することができる。よって、油水分離体１１のメンテナンスに係る手間を大いに低減することができる。
＜第三実施形態＞
図４は、本発明の第三実施形態の油水分離濾過装置を示す断面図である。
本実施形態の油水分離濾過装置３０は、第一実施形態と同様の構成の油水分離体１１と、液槽１２とを備えている。油水分離体１１は、親水撥油性によって、液槽１２に導入された水と油とを含む混合液体を水分と油分に分離し、水分を通過させる。例えば、混合液体が液槽１２の上領域Ｅ１に供給されると、油水分離体１１の親水撥油性によって水分と油分に分離され、水分（図４中のＷ）が重力によって油水分離体１１を通過して液槽１２の下領域Ｅ２に溜る。一方、油水分離体１１によって分離された油分（図４中のＧ）は、比重差によって混合液体の液面付近に浮遊する。
本実施形態の油水分離濾過装置３０では、液槽１２の上領域Ｅ１を更に複数の小領域Ｅ１１，Ｅ１２に区画する整流板３１が形成されている。この整流板３１は、液槽１２の上領域Ｅ１内で鉛直方向に沿って伸びる板状部材である。こうした整流板３１によって、液槽１２の上領域Ｅ１は、水平方向に沿って並ぶ小領域Ｅ１１と小領域Ｅ１２に区画される。
整流板３１の下端３１ａは、油水分離体１１に対して離間し、小領域Ｅ１１と小領域Ｅ１２とを結ぶ隙間３２が形成される。混合液体は、この隙間３２を介して、小領域Ｅ１１と小領域Ｅ１２との間で流通可能にされる。
また、液槽１２の下領域Ｅ２には、水分を液槽１２の外部に放出する排水口２５が形成されている。液槽１２の上領域Ｅ１のうち、小領域１２には、油分を液槽１２の外部に放出する排油口２６が形成されている。液槽１２の上領域Ｅ１の油水分離体１１の近傍には、油水分離体１１の一面１１ａ側に堆積した固体を排出する排液口２７が形成されている。
本実施形態の油水分離濾過装置３０では、油水分離前の混合液体は、例えば小領域Ｅ１１に導入される。小領域Ｅ１１に導入された混合液体は、整流板３１によって油水分離体１１の一面１１ａに沿って流れ、隙間３２を介して小領域Ｅ１２に流入する。こうした整流板３１を液槽１２の上領域Ｅ１に設けることによって、混合液体を油水分離体１１にムラなく接触させることができ、油水分離体１１によって混合液体を効率よく油分Ｇと水分Ｗに分離することができる。さらに、小領域Ｅ１１では、混合液体の導入に伴う液の乱れが発生するのに対し、整流板３１によって仕切られた小領域Ｅ１２では、液の乱れが抑えられ、安定した油相（油分）と水相（水分）の界面を形成することができる。
そして、油水分離体１１によって分離された水分は、重力によって油水分離体１１を通過して、液槽１２の下領域Ｅ２に溜る。こうした分離された油分Ｇと水分Ｗは、それぞれ排油口２６、排水口２５を開放することによって、液槽１２から外部に容易に放出することができる。
＜第四実施形態＞
図５は、本発明の第四実施形態の油水分離濾過装置を示す断面図である。
本実施形態の油水分離濾過装置４０は、第一実施形態と同様の構成の油水分離体１１が設けられた液槽１２が、例えば３つ直列に配置されている。即ち、前段側から後段側に向けて順に液槽１２Ａ，液槽１２Ｂ，液槽１２Ｃが配置されている。また、液槽１２Ａの下領域Ｅ２に設けられた排水口２５Ａから排出される液体が、液槽１２Ｂの上領域Ｅ１に流入するように配液管が設けられ、同様に液槽１２Ｂの下領域Ｅ２に設けられた排水口２５Ｂから排出される液体が、液槽１２Ｃの上領域Ｅ１に流入するように配液管が設けられている。
本実施形態の油水分離濾過装置４０の液槽１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃにそれぞれ設けられる油水分離体１１は、互いに流路１７（図１参照）の幅（平均開口径）が異なっている。即ち、液槽１２Ｂに設けられる油水分離体１１Ｂの流路１７の幅は、液槽１２Ａに設けられる油水分離体１１Ａの流路１７の幅よりも狭くされている。また、液槽１２Ｃに設けられる油水分離体１１Ｃの流路１７の幅は、液槽１２Ｂに設けられる油水分離体１１Ｂの流路１７の幅よりも更に狭くされている。即ち、流路１７の幅（平均開口径）は、油水分離体１１Ａ、油水分離体１１Ｂ、油水分離体１１Ｃの順に段階的に狭く（小さく）なっている。
こうした流路１７の幅（平均開口径）は、それぞれの基材１３（図１参照）の形成材料に応じて変更することができる。例えば、基材１３が多孔質基材の場合には、互いに気孔径の異なる多孔質基材を用いて油水分離体１１Ａ、油水分離体１１Ｂ、油水分離体１１Ｃを形成すればよい。また、例えば、基材１３が繊維状基材や粒子状基材の場合には、互いに繊維の間隔や粒子間の隙間が異なる繊維状基材、粒子状基材を用いて油水分離体１１Ａ、油水分離体１１Ｂ、油水分離体１１Ｃを形成すればよい。
本実施形態では、互いに流路１７の幅が異なる油水分離体１１Ａ、油水分離体１１Ｂ、油水分離体１１Ｃをそれぞれ備えた液槽１２Ａ，液槽１２Ｂ，液槽１２Ｃを直列に配置して油水分離濾過装置４０を構成することによって、油水分離体による濾過に伴う圧力損失を低減することができる。
即ち、１つの油水分離体だけで混合液体を油水分離して水分だけを濾過させる場合、その油水分離体の流路は、油水分離層で凝集された油分が完全に透過しない程度の微細な幅にする必要があり、油分による流路の閉塞等で圧力損失が大きくなる。
一方、本実施形態では、前段側の流路幅が大きい油水分離体１１Ａで混合液体に含まれる油分を大まかに分離回収し、後段側の流路幅が小さい油水分離体１１Ｂや油水分離体１１Ｃで、前段側の油水分離体１１Ａで回収されなかった油分を確実に捕捉して回収する。従って、本実施形態では、油水分離体１１Ａや油水分離体１１Ｂを構成する基材１３に形成された流路１７は、水分を主体的に通過させるとともに、ある程度の油分の通過も許容する。
前段側の油水分離体１１Ａで大まかに油分を回収し、流路幅が小さい油水分離体１１Ｂや油水分離体１１Ｃに流入する混合液体の油分の割合を低減することで、圧力損失が生じやすい流路幅が小さい油水分離体１１Ｂや油水分離体１１Ｃでの油分による流路１７の閉塞を低減する。これによって、全体として圧力損失が小さく、重力だけで効率的に油水分離が可能な油水分離濾過装置４０を実現できる。
また、流路幅を段階的に狭めた本実施形態の油水分離濾過装置４０によれば、目詰まりし易い比較的高粘度の油、例えば常温で凝固するラードなどを、流路幅が大きい油水分離体１１Ａで分離回収することで、後段側での油水分離が容易にできるとともに、懸濁物質が含まれる油水混合液についても、効率的な油水分離処理が可能になる。
なお、本実施形態では、液槽１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、互いに同一面上に配置してもよいが、例えば、液槽１２Ｂの上端を液槽１２Ａの排水口２５Ａよりも低い位置に、また、液槽１２Ｃの上端を液槽１２Ｂの排水口２５Ｂよりも低い位置に、それぞれ階段状に配置することで、ポンプ等の外部動力を用いずとも、重力だけで段階的に混合溶液の油水分離を行うことが可能になる。
＜第五実施形態＞
図６は、本発明の第五実施形態の油水分離濾過装置を示す断面図である。
本実施形態の油水分離濾過装置５０は、第一実施形態と同様の構成の油水分離体１１が設けられた液槽１２が、例えば３つ直列に配置されている。即ち、前段側から後段側に向けて順に液槽１２Ａ，液槽１２Ｂ，液槽１２Ｃが配置されている。また、液槽１２Ａの前段側に導入槽（液槽）５１が、液槽１２Ｃの後段側に排出槽（液槽）５２が配置されている。
これら各槽１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，５１，５２の互いに隣接する面は、仕切壁５３ａ〜５３ｄによって区画されている。それぞれの仕切壁５３ａ〜５３ｄの下部には、各槽１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，５１の排水口に相当する開口５４ａ〜５４ｄがそれぞれ形成されている。また、各槽１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，５１には、それぞれ前段の液槽から排出された排出液をそれぞれの液槽の上領域Ｅ１に導く誘導板５５ａ〜５５ｄが形成されている。
導入槽（液槽）５１は、例えば混合液体に含まれる固形物（ゴミ等）を除去するための網籠５７が着脱自在に形成されている。なお、こうした網籠５７の上面、下面、あるいは側面にも油水分離体１１を形成してもよい。また、排出槽（液槽）５２は例えばバッファ槽であり、排水口２５が形成されている。
本実施形態においても、第三実施形態と同様に、液槽１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃにそれぞれ設けられる油水分離体１１は、互いに流路１７（図１参照）の幅（平均開口径）が異なっている。即ち、液槽１２Ｂに設けられる油水分離体１１Ｂの流路１７の幅は、液槽１２Ａに設けられる油水分離体１１Ａの流路１７の幅よりも狭くされている。また、液槽１２Ｃに設けられる油水分離体１１Ｃの流路１７の幅は、液槽１２Ｂに設けられる油水分離体１１Ｂの流路１７の幅よりも更に狭くされている。即ち、流路１７の幅（平均開口径）は、油水分離体１１Ａ、油水分離体１１Ｂ、油水分離体１１Ｃの順に段階的に狭く（小さく）なっている。
また、誘導板５５ａ〜５５ｄは、後段側の液槽ほど、直前段の液槽よりも誘導板の上端の高さ位置が相対的に低くなるように形成されている。即ち、誘導板５５ａ〜５５ｄの上端の高さは、誘導板５５ａが最も高く、誘導板５５ｄに向かって段階的に低くなっている。それぞれの液槽１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，５２は、誘導板５５ａ〜５５ｄの上端をオーバーフローすることで、前段の槽からの液体が流入する。よって、それぞれの液槽１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，５２の静止時の水位は誘導板５５ａ〜５５ｄの上端の高さと同一になり、液槽１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，５２の静置時の水位は、液槽１２Ａから排出槽（液槽）５２に向かって段階的に低くなる。
このような構成の油水分離濾過装置５０を用いて混合溶液の油水分離を行う際には、まず、混合溶液を導入槽（液槽）５１に導入する。導入槽（液槽）５１に流入した混合溶液は、まず、後段の油水分離体１１Ａを閉塞する虞のある固形物（ゴミ等）を網籠５７によって除去する。固形物が除去された混合溶液は、開口５４ａから流出し、誘導板５５ａをオーバーフローして液槽１２Ａの上領域Ｅ１に流入する。そして、流入した混合溶液が油水分離体１１Ａに接触することによって、油分の大半が分離され、排油口２６ａを介して回収される。
流路１７の幅の大きい油水分離体１１Ａを通過した水分と少量の油分は、開口５４ｂから流出し、誘導板５５ｂをオーバーフローして液槽１２Ｂの上領域Ｅ１に流入する。そして、流入した油分の少ない混合溶液が、流路１７の幅の小さい油水分離体１１Ｂに接触することによって、残留している油分の大半が分離され、排油口２６ｂを介して回収される。
流路１７の幅の小さい油水分離体１１Ｂを通過した水分と微量の油分は、開口５４ｃから流出し、誘導板５５ｃをオーバーフローして液槽１２Ｃの上領域Ｅ１に流入する。そして、流入した微量の油分を含む混合溶液が、流路１７の幅の更に小さい油水分離体１１Ｃに接触することによって、残留している微量の油分が全て分離され、排油口２６ｃを介して回収される。
流路１７の幅の更に小さい油水分離体１１Ｃを通過した水分は、開口５４ｄから流出し、誘導板５５ｄをオーバーフローして排出槽（液槽）５２に流入する。そして、排出槽（液槽）５２に設けられた排水口２５から、濾過された水分だけが排出される。
このような構成の油水分離濾過装置５０によれば、誘導板５５ａ〜５５ｄの上端の高さを後段側の液槽に向けて低くすることによって、各槽の液面位置を段階的に低くし、重力だけで多段濾過を可能にする。そして、油水分離体１１Ａ〜１１Ｃを構成する基材１３の流路１７を幅を段階的に小さくすることで、全体として圧力損失が小さく、重力だけで効率的に油水分離が可能な油水分離濾過装置５０を実現できる。
以上、本発明の油水分離濾過装置の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
上述した実施形態では、液槽を１つないし３つ直列に設けた例を示しているが、４つ以上の液槽を配置することもできる。この場合、いずれか１つ以上の液槽に油水分離体を設置することによって、本発明の油水分離濾過装置を実現することができる。
本発明の油水分離濾過装置の効果を検証した。
検証にあたっては、不織布に対して、撥油性賦与基と親水性賦与基とを分子中に含むフッ素系化合物をコーティングした油水分離体を備えた、図１に示す構成の油水分離濾過装置を作成した。
具体的には、面積３１４ｃｍ２のポリプロピレン不織布（目付：４０ｇ／ｍ２、厚さ：０．０９ｍｍ）を、親水撥油剤として合成例１にて合成した含窒素フッ素系化合物２質量％、ポリビニルブチラール（積水化学社製エスレックＢＬ−１）４質量％をエタノール９４質量％に調製した液（表面被覆材）に浸漬処理し、自然乾燥して（乾燥後の増量：０．５ｇ）、図１に示す構成の油水分離体を作成した。
この油水分離体を備えた油水分離濾過装置に、５Ｌの水と１Ｌのｎ−ヘキサデカンとを混合した模擬液をよくかき混ぜながら室温・常圧下で供給し、油水分離体を水が１Ｌ通過する毎に経過時間を測定して、透過流束（単位：ｃｍ３／ｃｍ２・ｍｉｎ）を算出した。通過した水の積算量が３Ｌになった時点で模擬液の供給を停止し、通過した３Ｌの水を集積して、水中のｎ−ヘキサデカンをヘキサン抽出・ガスクロマトグラフィー法により濃度を定量分析した。この測定結果を表１に示す。
Figure 2016064388
表１の結果から、本発明の油水分離濾過装置を用いれば、水と油とが混合した混合溶液を、水分と油分に高精度に分離可能であることが確認され、例えば、分離された水分は、５ｍｇ／Ｌ未満（水質汚濁防止法・下水道法で定められた排水中の鉱油類の許容限度）の非水溶性油分含有量にすることができる。
また、本発明の油水分離濾過装置に記載に形成された油水分離層のフッ素系化合物の種類を変えた場合の実験例及び効果をさらに詳細に説明する。本発明はこれら実験例によって、なんら限定されるものではない。
（合成例１）
「２−［３−［ペルフルオロ（２−メチル−３−ジブチルアミノプロパノイル）］アミノプロピル−ジメチル−アンモニウム］アセテートの合成」
２−メチル−３−ジブチルアミノプロピオン酸メチルの電解フッ素化により得られたペルフルオロ（２−メチル−３−ジブチルアミノプロピオン酸）フルオリド１２０ｇを、ジメチルアミノプロピルアミン３９ｇをＩＰＥ溶媒５００ｍｌに溶解した溶液に、氷浴下滴下した。室温で２時間撹拌した後にろ過を行い、ろ液のＩＰＥ層をＮａＨＣＯ３水溶液と、ＮａＣｌ水溶液とで洗浄処理し、分液した後に水洗を行った。その後、ＩＰＥを留去し、さらに蒸留して粗生成物として、（Ｃ４Ｆ９）２ＮＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３）ＣＯＮＨＣ３Ｈ６Ｎ（ＣＨ３）２を６４ｇ得た（収率４７％）。
次いで、得られた（Ｃ４Ｆ９）２ＮＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３）ＣＯＮＨＣ３Ｈ６Ｎ（ＣＨ３）２を８ｇ、エタノール中で撹拌下モノクロル酢酸ナトリウムと一晩還流させ、ろ過、濃縮後、ジメチルベタイン体を９ｇ得た（収率９９％）。
（合成例２）
「２−［３−［ペルフルオロ（３−ジブチルアミノプロパノイル）］アミノプロピル−ジメチル−アンモニウム］アセテートの合成」
３−ジブチルアミノプロピオン酸メチルの電解フッ素化により得られたペルフルオロ（３−ジブチルアミノプロピオン酸）フルオリド２０ｇを、ジメチルアミノプロピルアミン４ｇをＩＰＥ溶媒５０ｍｌに溶解した溶液に、氷浴下滴下した。室温で２時間撹拌した後にろ過を行い、ろ液のＩＰＥ層をＮａＨＣＯ３水溶液と、ＮａＣｌ水溶液とで洗浄処理し、分液した後に水洗を行った。その後、ＩＰＥを留去したところ、粗生成物として、（Ｃ４Ｆ９）２ＮＣ２Ｆ４ＣＯＮＨＣ３Ｈ６Ｎ（ＣＨ３）２を１４ｇ得た（収率６０％）。
次いで、得られた（Ｃ４Ｆ９）２ＮＣ２Ｆ４ＣＯＮＨＣ３Ｈ６Ｎ（ＣＨ３）２３ｇを、エタノール中で撹拌下モノクロル酢酸ナトリウムと一晩還流させて、ジメチルベタイン体を３ｇ得た（収率９２％）。
（合成例３）
「２−［３−［ペルフルオロ（２−メチル−３−ピペリジノプロパノイル）］アミノ］プロピル−ジメチル−アンモニウム］アセテートの合成」
電解フッ素化により得られたペルフルオロ（２−メチル−３−ピペリジノプロピオン酸）フルオリド２０ｇを、ジメチルアミノプロピルアミン９ｇをＩＰＥ溶媒１１０ｍｌに溶解した溶液に氷浴下で滴下した。室温で２時間撹拌した後にろ過を行い、ろ液のＩＰＥ層をＮａＨＣＯ３水溶液と、ＮａＣｌ水溶液で洗浄処理し、分液した後に水洗を行った後、ＩＰＥを留去したところ、粗生成物として、ＣＦ２（ＣＦ２ＣＦ２）２ＮＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３）ＣＯＮＨＣ３Ｈ６Ｎ（ＣＨ３）２を１８ｇ得た（粗収率７６％）。
次いで、得られた粗成生物ＣＦ２（ＣＦ２ＣＦ２）２ＮＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３）ＣＯＮＨＣ３Ｈ６Ｎ（ＣＨ３）２１０ｇを、エタノール中で撹拌下モノクロル酢酸ナトリウム３ｇと一晩還流させて、ジメチルベタイン体を１１ｇ得た（収率９９％）。
（合成例４）
「２−［３−［［ペルフルオロ（２−メチル−３−モルホリノプロパノイル）］アミノ］プロピル−ジメチル−アンモニウム］アセテートの合成」
電解フッ素化により得られたペルフルオロ（３−メチル−３−モルホリノプロピオン酸）フルオリド２１ｇを、ジメチルアミノプロピルアミン１０ｇをＩＰＥ溶媒１００ｍｌに溶解した溶液に氷浴下で滴下した。その後、室温下で２時間撹拌した後にろ過を行い、ろ液のＩＰＥ層をＮａＨＣＯ３水溶液と、ＮａＣｌ水溶液で洗浄処理し、分液した後に水洗を行った後、ＩＰＥを留去したところ、粗生成物として、Ｏ（ＣＦ２ＣＦ２）２ＮＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３）ＣＯＮＨＣ３Ｈ６Ｎ（ＣＨ３）２を２２ｇ得た（粗収率８８％）。
得られた粗成生物 Ｏ（ＣＦ２ＣＦ２）２ＮＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３）ＣＯＮＨＣ３Ｈ６Ｎ（ＣＨ３）２を１０ｇ、エタノール中で撹拌下モノクロル酢酸ナトリウム３ｇと一晩還流させて、ジメチルベタイン体を１１ｇ得た（収率９９％）。
（合成例５）
「ペルフルオロ（３−ジブチルアミノプロピオン酸）カルシウムの合成」
２Ｌガラスフラスコに１２．５％の水酸化ナトリウム水溶液３５２ｇを仕込み、３−ジブチルアミノプロピオン酸メチルの電解フッ素化により得られたペルフルオロ（３−ジブチルアミノプロピオン酸）フルオリド８３７ｇを滴下して反応を行った。滴下後、酢酸エチル５００ｍＬを加え、ペルフルオロ（３−ジブチルアミノプロピオン酸）ナトリウムを抽出した。酢酸エチル層を水と分離後、ロータリーエバポレーターにて酢酸エチルを留去して、淡黄色固体のペルフルオロ（３−ジブチルアミノプロピオン酸）ナトリウム４８８ｇを得た。
次いで、１Ｌのガラスフラスコにペルフルオロ（３−ジブチルアミノプロピオン酸）ナトリウム４８８ｇと９５％硫酸２８０ｇとを仕込んで混合し、減圧蒸留を行い、常温で固体のペルフルオロ（３−ジブチルアミノプロピオン酸）４３６ｇを得た（ナトリウム塩からの収率９３％）。
ペルフルオロ（３−ジブチルアミノプロピオン酸）２３．５ｇを、メタノール／水混合液中で水酸化カルシウム１．５ｇによって中和した。析出した結晶をろ過にて分離し、１００℃で乾燥して、ペルフルオロ（３−ジブチルアミノプロピオン酸）カルシウム２３．５ｇを得た（収率９７％）。なお、本化合物の水に対する室温での溶解度は０．０２質量％であった。
（合成例６）
「３−［［ペルフルオロ（３−ジブチルアミノプロパノイル）］アミノ］プロピル−トリメチル−アンモニウム アイオダイドの合成」
３−ジブチルアミノプロピオン酸メチルの電解フッ素化により得られたペルフルオロ（３−ジブチルアミノプロピオン酸）フルオリド１０ｇを、ジメチルアミノプロピルアミン４ｇをＩＰＥ溶媒５０ｍｌに溶解した溶液に、氷浴下滴下した。室温で２時間撹拌した後にろ過を行い、ろ液のＩＰＥ層をＮａＨＣＯ３水溶液と、ＮａＣｌ水溶液とで洗浄処理し、分液した後に水洗を行った。その後、ＩＰＥを留去したところ、粗生成物として、（Ｃ４Ｆ９）２ＮＣ２Ｆ４ＣＯＮＨＣ３Ｈ６Ｎ（ＣＨ３）２を７ｇ得た（収率６２％）。
次いで、得られた粗生成物にメチルエチルケトン中でヨウ化メチルを加え、室温で一晩撹拌した。反応終了後にろ別回収して、４級アンモニウムアイオダイド体を６ｇ得た（収率７１％）。
（結合剤）
結合剤として、ポリビニルブチラール（積水化学工業（株）製エスレックＢ ＢＬ−１、同ＢＬ−Ｓ、同ＢＭ−２、エスレックＫ ＫＳ−１０）、アクリル樹脂（東亜合成（株）製アルフオンＵＣ−３０００）、テルペンフェノール樹脂（ヤスハラケミカル（株）ＹＳポリスターＮ１２５）を使用した。
＜油水分離体の作製＞
先ず、親水撥油剤と結合剤および溶媒であるメタノール又はエタノールを所定の割合で配合し、表面被覆材を作製した。
次に、この表面被覆材に上記基材をディップし、溶液を十分に含浸させたのち、引き揚げて自然乾燥により溶媒を除去した。このようにして、浸透試験用油水分離体を作製した。
＜油水分離体浸透試験による評価＞
作成した浸透試験用油水分離体に、水とｎ−ヘキサデカンをそれぞれ滴下し、その浸透性を下記定義に基づき目視判定して、親水撥油性を評価した。
なお、水及びｎ−ヘキサデカンの滴下方法としては、下記の条件を用いた。
滴下容量：（４０〜４５）μＬ／滴（水）
滴下容量：（２０〜２５）μＬ／滴（ｎ−ヘキサデカン）
滴下高さ：油水分離体の表面から５ｃｍ
滴下冶具：ポリスポイト
また、油水分離体浸透試験において、評価結果の定義は以下の通りである。
直ちに浸透：浸透試験用油水分離体に液滴を滴下後、３０秒以内に浸透するもの
徐々に浸透：液滴を滴下後、３０秒超過〜５分以内に浸透するもの
浸透しない：液滴を滴下後、３０分間浸透しないもの
＜超音波洗浄による耐久性の評価＞
さらに、浸透試験用油水分離体を５０ｍｌ純水に浸漬し、アズワン製超音波洗浄器ＵＳＫ−５Ｒ（２４０Ｗ，４０ｋＨｚ）を用いて室温下で超音波洗浄を行った。
超音波照射開始から６時間後までは９０分毎に、６時間以降は６０分毎に純水の入替えを行った。
超音波照射３時間後、同６時間後、同８時間後に油水分離体を取り出し、上記油水分離体浸透試験と同様な方法で親水撥油性を評価した。
（実験例１）
親水撥油剤として合成例１にて合成した含窒素フッ素系化合物を２質量％、結合剤としてエスレックＢ ＢＬ−Ｓを４質量％、溶媒としてメタノールを９４質量％の割合で配合して溶解させた表面被覆材を作製した。
次いで、基材として目付７２ｇ／ｍ２、厚さ０．２６ｍｍのポリプロピレン製不織布を用い、当該基材に作製した表面被覆材を上述した方法によってコーティングして、実験例１の浸透試験用油水分離体を作製した。なお、作製条件を下記表２に示す。
実験例１の浸透試験用油水分離体に水とｎ−ヘキサデカンをそれぞれ滴下し、初期性能と超音波洗浄後の浸透性を評価した。評価結果を下記表３に示す。
（実験例２）
結合剤としてエスレックＢ ＢＬ−１、溶媒としてエタノールを用いた以外は実験例１と同様にして、実験例２の浸透試験用油水分離体を作製し、実験例１と同様の方法で、初期性能と超音波洗浄後の浸透性を評価した。作製条件を下記表２に、評価結果を下記表３にそれぞれ示す。
（実験例３）
親水撥油剤として合成例１にて合成した含窒素フッ素系化合物を２質量％、結合剤としてエスレックＢ ＢＬ−１を２０質量％、エタノールを７８質量％の割合で配合して溶解させた表面被覆材を作製した。
次いで、実験例１と同様にして、実験例２の浸透試験用油水分離体を作製し、実験例１と同様の方法で、初期性能と超音波洗浄後の浸透性を評価した。作製条件を下記表２に、評価結果を下記表３にそれぞれ示す。
（実験例４）
結合剤としてエスレックＢ ＢＭ−２を用いた以外は実験例１と同様にして、実験例４の浸透試験用油水分離体を作製し、実験例１と同様の方法で、初期性能と超音波洗浄後の浸透性を評価した。作製条件を下記表２に、評価結果を下記表３にそれぞれ示す。
（実験例５）
結合剤としてエスレックＫ ＫＳ−１０を用いた以外は実験例１と同様にして、実験例５の浸透試験用油水分離体を作製し、実験例１と同様の方法で、初期性能と超音波洗浄後の浸透性を評価した。作製条件を下記表２に、評価結果を下記表３にそれぞれ示す。
（実験例６）
結合剤としてアルフオンＵＣ−３００、溶媒としてエタノールを用いた以外は実験例１と同様にして、実験例２の浸透試験用油水分離体を作製し、実験例１と同様の方法で、初期性能と超音波洗浄後の浸透性を評価した。作製条件を下記表２に、評価結果を下記表３にそれぞれ示す。
（実験例７）
結合剤としてＹＳポリスターＮ１２５、溶媒としてエタノールを用いた以外は実験例１と同様にして、実験例７の浸透試験用油水分離体を作製し、実験例１と同様の方法で、初期性能と超音波洗浄後の浸透性を評価した。作製条件を下記表２に、評価結果を下記表３にそれぞれ示す。
（実験例８）
親水撥油剤として合成例１にて合成した含窒素フッ素系化合物を２質量％、結合剤としてエスレックＢ ＢＬ−１を４質量％、溶媒としてメタノールを９４質量％の割合で配合して溶解させた表面被覆材を作製した。
次いで、基材として目付６０ｇ／ｍ２、厚さ０．４０ｍｍのポリエチレン／ポリプロピレン複合不織布を用い、当該基材に作製した表面被覆材を上述した方法によってコーティングして、実験例８の浸透試験用油水分離体を作製した後、実験例１と同様の方法で、初期性能と超音波洗浄後の浸透性を評価した。作製条件を下記表２に、評価結果を下記表３にそれぞれ示す。
（実験例９）
親水撥油剤として合成例２にて合成した含窒素フッ素系化合物を２質量％、結合剤としてエスレックＢ ＢＬ−１を４質量％、溶媒としてメタノールを９４質量％の割合で配合して溶解させた表面被覆材を作製した。
次いで、基材として目付７２ｇ／ｍ２、厚さ０．２６ｍｍのポリプロピレン製不織布を用い、当該基材に作製した表面被覆材を上述した方法によってコーティングして、実験例９の浸透試験用油水分離体を作製した後、実験例１と同様の方法で、初期性能と超音波洗浄後の浸透性を評価した。作製条件を下記表２に、評価結果を下記表３にそれぞれ示す。
（実験例１０）
親水撥油剤として合成例３にて合成した含窒素フッ素系化合物を用いた以外は実験例９と同様にして、実験例１０の浸透試験用油水分離体を作製し、実験例１と同様の方法で、初期性能と超音波洗浄後の浸透性を評価した。作製条件を下記表２に、評価結果を下記表３にそれぞれ示す。
（実験例１１）
親水撥油剤として合成例４にて合成した含窒素フッ素系化合物を用いた以外は実験例９と同様にして、実験例１１の浸透試験用油水分離体を作製し、実験例１と同様の方法で、初期性能と超音波洗浄後の浸透性を評価した。作製条件を下記表２に、評価結果を下記表３にそれぞれ示す。
（実験例１２）
親水撥油剤として合成例５にて合成した含窒素フッ素系化合物を用いた以外は実験例９と同様にして、実験例１２の浸透試験用油水分離体を作製し、実験例１と同様の方法で、初期性能と超音波洗浄後の浸透性を評価した。作製条件を下記表２に、評価結果を下記表３にそれぞれ示す。
（比較実験例１）
分子内に直鎖状の含窒素ペルフルオロアルキル基と、親水基としてポリオキシアルキレン基を持つ化合物をメタノールに溶解させて、２．０質量％メタノール溶液を作製した。
これを比較例１の表面被覆材とした。この溶液に目付７２ｇ／ｍ２、厚さ０．２６ｍｍのポリプロピレン製不織布にコーティングして、比較例１の浸透試験用油水分離体を作製した後、実験例１と同様の方法で、初期性能と超音波洗浄後の浸透性を評価した。作製条件を下記表２に、評価結果を下記表３にそれぞれ示す。
（比較実験例２）
分子内に環状の含窒素ペルフルオロアルキル基と、親水基としてポリオキシアルキレン基を持つ化合物をメタノールに溶解させて、２．０質量％メタノール溶液を作製した。これを比較例２の表面被覆材とした。この溶液に目付７２ｇ／ｍ２、厚さ０．２６ｍｍのポリプロピレン製不織布にコーティングして、比較例２の浸透試験用油水分離体を作製した後、実験例１と同様の方法で、初期性能と超音波洗浄後の浸透性を評価した。作製条件を下記表２に、評価結果を下記表３にそれぞれ示す。
（比較実験例３）
市販のペルフルオロヘプタン酸カルシウム２質量％に、溶媒としてメタノール９８質量％を加えて溶解させた溶液を、比較例３の表面被覆材とした。
次いで、基材として直径４７ｍｍの市販のＰＴＦＥメンブレンフィルター（ＡＤＶＡＮＴＥＣ Ｔ１００Ａ−：孔径１μｍ、空隙率７９％、厚さ７５μｍ）を用い、当該基材に作製した表面被覆材を上述した方法によってコーティングして、比較例３の浸透試験用油水分離体を作製した後、実験例１と同様の方法で、初期性能と超音波洗浄後の浸透性を評価した。作製条件を下記表２に、評価結果を下記表３にそれぞれ示す。
Figure 2016064388
Figure 2016064388
表３に示すように、実験例１，３の浸透試験用油水分離体は、浸透性の初期性能が親水撥油性であり、超音波洗浄８時間後も親水撥油性を維持した。
また、実験例２，４，５の浸透試験用油水分離体は、浸透性の初期性能が親水撥油性であり、超音波洗浄６時間後も親水撥油性を維持した。
また、実験例６，８，９の浸透試験用油水分離体は、浸透性の初期性能が親水撥油性であり、超音波洗浄３時間後も親水撥油性を維持した。
一方、実験例７，１０，１１，１２の浸透試験用油水分離体は、浸透性の初期性能が親水撥油性であったものの、超音波洗浄３時間後には親水親油性を示した。
これに対して、比較例１〜２の浸透試験用油水分離体では、水の浸透結果が「直ちに浸透」であり、ｎ−ヘキサデカンの浸透結果が「直ちに浸透」であることから、親水親油性であることが確認された。
また、比較例３の浸透試験用油水分離体では、水の浸透結果が「浸透しない」であり、ｎ−ヘキサデカンの浸透結果が「徐々に浸透」であることから、撥水親油性であることが確認された。
なお、本発明の油水分離濾過装置を構成する油水分離体である親水撥油剤で表面処理した不織布フィルターに、水とｎ−ヘキサデカンをそれぞれ滴下すると、水は濡れ拡がって不織布フィルターに浸透した。これに対して、ｎ−ヘキサデカンは油滴状に保持された。
同様に、未処理の不織布に水とｎ−ヘキサデカンをそれぞれ滴下すると、水は水滴状に保持され、ｎ−ヘキサデカンは濡れ広がって不織布フィルターに浸透した。
＜油水分離試験による評価＞
（実験例１３）
ポリプロピレン不織布（目付：１５ｇ／ｍ２、厚さ：０．１６ｍｍ、平均気孔径：７μｍ、最大気孔径１４μｍ）を直径６０ｍｍの円形フィルター状に切り取り、親水撥油剤として合成例１にて合成した含窒素フッ素系化合物２ｇ、ポリビニルブチラール（積水化学社製エスレックＢＬ−１）４ｇをメタノール９４ｇに溶解した液（表面被覆材）に浸漬処理し、自然乾燥後（乾燥後の増量：０．０１４１ｇ）、室温下、常圧濾過装置にて油水分離試験を行った。
なお、試験液には、水３０ｍＬとｎ−ヘキサデカン１０ｍＬとの混合液を用いた。
試験液をよくかき混ぜながら常圧濾過装置に供給したところ、水は不織布を通過したものの（透過流束：１．２ｃｍ３／ｃｍ２・ｍｉｎ）、ｎ−ヘキサデカンは不織布を通過することができず、油水が完全に分離された。
（実験例１４）
ポリプロピレン不織布（目付：２０ｇ／ｍ２、厚さ：０．２１ｍｍ、平均気孔径：１４μｍ、最大気孔径２３μｍ）を直径６０ｍｍの円形フィルター状に切り取り、実験例１４と同じ組成の表面被覆材に浸漬処理し、自然乾燥後（乾燥後の増量：０．０２９８ｇ）、室温下、常圧濾過装置にて油水分離試験を行った。
なお、試験液には、水３０ｍＬとｎ−ヘキサデカン１０ｍＬとの混合液を用いた。
試験液をよくかき混ぜながら常圧濾過装置に供給したところ、水は不織布を通過したものの（透過流束：２．４ｃｍ３／ｃｍ２・ｍｉｎ）、ｎ−ヘキサデカンは不織布を通過することができず、油水が完全に分離された。
（実験例１５）
ポリプロピレン不織布（目付：２０ｇ／ｍ２、厚さ：０．２４ｍｍ、平均気孔径：２１μｍ、最大気孔径３７μｍ）を直径６０ｍｍの円形フィルター状に切り取り、実験例１４と同じ組成の表面被覆材に浸漬処理し、自然乾燥後（乾燥後の増量：０．０２１６ｇ）、室温下、常圧濾過装置にて油水分離試験を行った。
なお、試験液には、水３０ｍＬとｎ−ヘキサデカン１０ｍＬとの混合液を用いた。
試験液をよくかき混ぜながら常圧濾過装置に供給したところ、水は不織布を通過したものの（透過流束：６．３ｃｍ３／ｃｍ２・ｍｉｎ）、ｎ−ヘキサデカンは不織布を通過することができず、油水が完全に分離された。
本発明の油水分離濾過装置は、油水分離体の親水撥油性によって透水性や耐ファウリング性、易洗浄性に優れているため、油水分離を目的とした各種機器、治具への適用が可能である。また、本発明の油水分離濾過装置は、例えば、一般家庭、商業施設、公共施設、工場等から排出される油を含む排水の処理、石油採掘時の含油排水の一種である油田随伴水から非水溶性油分を除去する際の油水分離濾過装置として使用することが可能である。
１０ 油水分離濾過装置
１１ 油水分離体
１２ 液槽
１３ 基材
１４ 油水分離層
１７ 流路
Ｅ１ 上領域
Ｅ２ 下領域

Claims (9)

  1. 水と油とを含む混合液体を水分と油分に分離する油水分離体と、該油水分離体を介して上下領域に区画された液槽と、を備え、重力によって混合液体を濾過する油水分離濾過装置であって、
    前記油水分離体は、前記混合液体の流路を有する基材を備え、
    前記基材には、油水分離層が形成され、
    前記油水分離層は、撥油性付与基および親水性付与基とを有するフッ素系化合物を含み、
    前記液槽の下領域には、前記水分を放出する排水口が形成されてなることを特徴とする油水分離濾過装置。
  2. 前記フッ素系化合物は、下記式（１）〜（４）で示される構造の化合物のうち、一種又は二種以上を含むことを特徴とする請求項１に記載の油水分離濾過装置。
    Figure 2016064388
    Figure 2016064388
    Figure 2016064388
    Figure 2016064388
     上記式（１）及び（２）中、Ｒｆ１、Ｒｆ２は、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数１〜６であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基である。また、Ｒｆ３は、炭素数１〜６であって、直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。
    上記式（３）及び（４）中、Ｒｆ４、Ｒｆ５は、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数１〜６であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基である。また、Ｒｆ６は、炭素数１〜６であって、直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。また、Ｚは、酸素原子、窒素原子、ＣＦ２基又はＣＦ基である。
    また、上記式（２）及び（４）中、Ｒは、２価の有機基であって、直鎖状又は分岐状の連結基である。
    また、上記式（１）〜（４）中、Ｘは、アニオン型、カチオン型及び両性型からなる群から選択されるいずれか１の親水性賦与基である。
  3. 前記油水分離層は、有機結合剤、無機結合剤の少なくとも一方、または両方によって前記基材に結合されていることを特徴とする請求項１または２記載の油水分離濾過装置。
  4. 前記液槽の上領域には、前記油分を放出させる排油口が形成されてなることを特徴とする請求項１ないし３いずれか一項記載の油水分離濾過装置。
  5. 前記液槽の上領域の前記油水分離体近傍には、前記油水分離体に堆積した残渣を含む排液を放出させる排液口が形成されてなることを特徴とする請求項１ないし４いずれか一項記載の油水分離濾過装置。
  6. 前記液槽の上領域には、鉛直方向に延在する整流板が形成され、該整流板の下端は前記油水分離体に対して離間し、
    前記液槽の上領域は、前記整流板によって２以上の小領域に区画され、
    前記混合液体は、前記小領域のうちの１つから供給されるとともに、前記整流板の下端と前記油水分離体との隙間を介して、前記２以上の小領域どうしの間で流通することを特徴とする請求項１ないし５いずれか一項記載の油水分離濾過装置。
  7. 前記油水分離体を形成した前記液槽を複数直列に設け、それぞれの前記油水分離体は、前記流路の平均開口径が互いに異なり、該平均開口径が相対的に小さい前記油水分離体をもつ前記液槽ほど、後段側に配したことを特徴とする請求項１ないし６いずれか一項記載の油水分離濾過装置。
  8. 前記油水分離体を形成した前記液槽を複数直列に設け、前記排水口は、隣接する液槽どうしを区画する仕切板の下部に形成した開口からなり、２段目以降の液槽には、それぞれ前段の液槽から排出された排出液をそれぞれの液槽の上領域に導く誘導板が形成されていることを特徴とする請求項１ないし７いずれか一項記載の油水分離濾過装置。
  9. 複数の前記液槽のうち、後段側の液槽ほど、直前段の液槽よりも前記誘導板の上端の高さ位置が相対的に低いことを特徴とする請求項８記載の油水分離濾過装置。
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