JP2016064403A - 油水分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で低コストに、水と油とを含む混合液体を回収して水分と油分とを確実に分離可能な油水分離装置を提供する。
【解決手段】水と油とが混濁した混合液体に接触して、水滴を液膜化し、かつ撥油性を有する繊維集合体と、該繊維集合体に形成され、親水撥油性を有する油水分離体とを有する油水分離フィルタとを備え、前記油水分離体は、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から水分と油分に分離させる油水分離装置に関する。

水中に分散した微小な油滴を分離する方法として、例えば、水と油を含む混合液体を特定の粗粒化フィルタに通過させて液中の油滴のサイズを大きくして（以下、粗粒化と称する）顕在化させ、粗粒化させた油滴を比重差によって水分から分離する粗粒化分離方法が知られている。

例えば、特許文献１には、粗粒化フィルタとして、繊維表面の臨界表面張力が２０〜４０ｄｙｎｅ／ｃｍ の親油性の繊維状シートを粗粒化フィルタとして用いることが記載されている。
また、例えば特許文献２には、油中に混在する微小水滴の比率が高い場合でも、微小水滴を容易にかつ短時間で粗粒化させるために、繊維表面の臨界表面張力が４０ｄｙｎｅ／ｃｍ 以上である繊維状シートと 、疎水性の繊維状シートと 、繊維表面の臨界表面張力が５０ｄｙｎｅ／ｃｍ 以下である繊維状シートとを３層に重ね合わせた粗粒化フィルタが記載されている。

特開昭６１−２５７２１１号公報 特開２０００−２８８３０３号公報

しかしながら、粗粒化フィルタは、微細な油滴や水滴を粗粒化することはできるものの、粗粒化フィルタとして用いることのできる、市販されている材料であるポリエチレンやポリプロピレンの臨界表面張力は３０ｄｙｎｅ／ｃｍ前後であり、ポリビニルアルコールやポリエステル、ナイロンでもその臨界表面張力は３７〜４６ｄｙｎｅ／ｃｍ程度で、親水性が十分ではないため、微小水滴の粗粒化に時間を要し、粗粒化フィルターへの混合液体の通液速度を上げられないという問題がある。また、上述した特許文献１、２に開示されている方法では、水分と油分との分離は両者の比重差に依存しているため、水分と油分とを確実に分離することは困難であり、水分中に僅かに油分が残ってしまうといった課題があった。

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から水分と油分とを確実に分離可能な油水分離装置を提供することを課題とする。

すなわち、本発明の油水分離装置は以下の構成を有する。
［１］繊維集合体、および該繊維集合体に形成され親水撥油性を具備した油水分離体を有し、水と油とが混濁した混合液体に接触して水滴を液膜化しかつ油分を弾く油水分離フィルタを備え、前記油水分離体は、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ことを特徴とする。

このような構成の油水分離装置によって混合液体の油水分離を行うことにより、親水撥油性を兼ね備えた油水分離フィルタの高い親水撥油特性により、油を弾いて微小水滴の液膜化を促進させる。そして、液膜化した水分は油水分離体に沿って流れ、油分との比重差によって油水分離装置の底部に溜まる。こうした作用によって、液滴の粗粒化だけでは困難であった油分と水分との確実な分離を可能にするとともに、油水分離に掛かる時間を短縮して、短時間で効率よく油水分離を行うことを可能にする。

［２］本発明の別な構成は、水と油とが混濁した混合液体に接触して水滴または油滴を粗粒化させる粗粒化部材を有する粗粒化フィルタと、該粗粒化フィルタの後段側に配され、繊維集合体に親水撥油性を有する油水分離体を形成した油水分離フィルタと、前記粗粒化フィルタおよび前記油水分離フィルタの間で液体を移送する移送部を備え、
前記油水分離体は、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ことを特徴とする。
［３］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。

上記式（１）及び（２）中、Ｒｆ^１、Ｒｆ^２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、Ｒｆ^３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、Ｒｆ^４、Ｒｆ^５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レン基である。また、Ｒｆ^６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、ＣＦ_２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。

［４］前記油水分離体は、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繊維集合体に結合されていることを特徴とする。

［５］前記粗粒化部材は、親油性を有する繊維集合体からなることを特徴とする。

［６］前記粗粒化部材は、親水性を有する繊維集合体から成ることを特徴とする。

［７］前記繊維集合体は、多孔質体から成ることを特徴とする。

［８］前記油水分離体に、更にフッ素樹脂粒子を添加したことを特徴とする。

［９］前記粗粒化フィルタには、前記油水分離体が更に形成されてなることを特徴とする。

［１０］前記移送部は、前記粗粒化フィルタを経た液体をオーバーフローによって前記油水分離フィルタに向けて移送することを特徴とする。

［１１］前記移送部は、前記粗粒化フィルタを経た液体をアンダーフローによって前記油水分離フィルタに向けて移送することを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成で低コストに、水と油とを含む混合液体から水分と油分とを確実に分離可能な油水分離装置を提供できる。

第一実施形態における油水分離装置を示す断面図および要部拡大模式図である。 第二実施形態における油水分離装置を示す断面図である。 第二実施形態における油水分離装置の別な構成例を示す断面図である。 第三実施形態における油水分離装置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、第一実施形態における油水分離装置を示す断面図である。図１（ｂ）は、油水分離フィルタを示す要部拡大模式図である。
本実施形態の油水分離装置２０は、筐体（外殻）２１と、この筐体２１の内部に配置した複数の油水分離フィルタ１０とを備えている。
本実施形態では、油水分離フィルタ１０は、横方向に沿って間隔を開けて複数配置した多段配置としている。それぞれの油水分離フィルタ１０は、油が通過可能な流路を有する繊維集合体１１であり、油分と水分とが混合した混合液体が、多段の油水分離フィルタ１０を通過する間に、混合液体中の微小水滴が、親水撥油性を有する油水分離体１４の表面で液膜化される。そして、油水分離フィルタ１０の表面を鉛直方向に沿って、比重差によって流下する。

こうした油水分離フィルタ１０を構成する繊維集合体１１は、編物、織物、不織布などの布や、撚糸や長毛繊維などを用いることができる。個々の油水分離フィルタ１０は、例えば、周縁部分が枠体に固定され、この枠体を筐体２１内部の上部または下部または両方で固定する。また、筐体２１の側面に枠体のガイド溝などを配置して、枠体をこのガイドに差し込んで固定することもできる。あるいは、枠体に孔を設けて棒材をこの孔に通すことによって、複数の油水分離フィルタ１０を筐体２１内で多段に並べた構成とすることもできる。

繊維集合体１１を撚糸（紐状体）で構成する場合には、枠体の鉛直方向に沿って繊維集合体１１を簾状に張架させたものでも良い。また、繊維集合体１１が長毛繊維の場合には、直接、筐体２１内に吊下させる構成であってもよいし、長毛繊維を枠体に吊下させた構成であってもよい。

混合液体の油分は繊維集合体１１に形成されている油水分離体１４の撥油性によって弾かれ、微小水滴は油水分離体１４の親水性によってトラップされて液膜化し、毛管現象と重力との組み合わせにより鉛直方向の下方に向かって移動する。
本実施形態では、繊維集合体１１を有する油水分離フィルタ１０が、混合液体の流れ方向に対して多段に設けられているため、水滴の除去効率が高く、繊維集合体１１に対する通液速度は、例えば単純な親水繊維で構成された繊維集合体１１と比較して高められる。
なお、本実施形態においては、混合液体は、油分を主成分として、この油分の中に微細な水滴となった水分が混濁した液体とされている。

筐体２１は、例えば、外形形状が中空を成し、内部に複数の油水分離フィルタ１０を収容している。また、筐体２１の側面には、混合液体の流入口２１ａが形成されている。更に、筐体２１の側面底部には排水口２１ｂが、側面上部には排油口２１ｃが、それぞれ形成されている。

筐体２１の流入口２１ａは、微細な水滴が混じった油からなる混合液体を油水分離フィルタ１０の円筒側面から流入させる。一方、排水口２１ｂは、油水分離フィルタ１０によって分離され、油分との比重差によって筐体２１の底部に溜った水分を筐体２１の外部に排水させる。また、排油口２１ｃは、油水分離フィルタ１０によって水分が分離された後の油分を、筐体２１の上部からオーバーフローによって筐体２１の外部に排油させる。

油水分離フィルタ１０は、繊維集合体１１と、この繊維集合体１１に形成され、親水撥油性を有する油水分離体１４とを有する。本実施形態では、繊維集合体１１に油水分離体１４を所定の厚み範囲で繊維集合体１１の全面に形成させてなる。

一方、油水分離体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によって、繊維集合体１１に対して親水撥油性を付与している。
なお、油水分離体１４は、油水分離体１４が繊維集合体１１の表面に層状を成すように形成されていればよく、更に、繊維集合体１１の厚み方向の内側まで油水分離体１４が含浸されていてもよい。

このような親水撥油性を兼ね備えた油水分離フィルタ１０に、例えば、油分を主体として微細な水滴が混合した混合溶液を圧送により通過させると、油水分離フィルタ１０の表面に接触した油分は撥油性によって接触角の大きい油滴となって弾かれる。一方、微細な水滴は親水性によって接触角が小さい濡れ性を示して、繊維表面に濡れ、広がり、水滴の付着量の増大と毛細管現象により、繊維集合体１１の下方に移動し、下部において保水量を超えた水分が繊維集合体１１からの脱離を生じる。こうした作用によって、親水撥油性を兼ね備えた油水分離フィルタ１０は、微細な水滴が油分に拡散した状態であっても、水滴を液膜化捕集して油分と水分とを瞬時にかつ確実に分離させる。

図１（ｂ）に示すように、多孔質体からなる繊維集合体１１には、液体の流路１７が形成されている。こうした流路１７は、繊維集合体１１を構成する多孔質体の空孔（細孔、空洞、連通孔）からなる。

油水分離体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、油水分離体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、油水分離体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。

油水分離体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、繊維集合体１１に親水撥油性を付与する。この油水分離体１４が形成された繊維集合体１１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、油分は繊維集合体１１に弾かれて接触角の大きい油滴を形成して凝集し、水分は接触角が小さい濡れ性を保ち、油水分離体１４に沿って重力方向に進む。これによって、油分と水分とが分離される。こうした作用によって、油水分離体１４は液体の水分だけを選択的に分離することができるのみならず、透水速度を高めることができる。

繊維集合体１１の流路１７の口径を油の表面張力を上回る大きさにすると、凝集した油も圧力の影響で通り抜けることができるが、図１に示すように多段に油水分離体１４を形成すれば、混合液体中から水分のみを除くことができる。

本実施形態に示す構成では、混合液体の通過速度を上げ、効率よく油水分離を行うことができる。油分と水分の混合液体の組成比に応じて、繊維集合体１１の開口径は適宜変えられる。混合液体中の水分が多い場合は、油水分離体１４で油を遮断し、混合液体中の水分が少ない場合は、油水分離体１４による水分の吸収除去を図り、油を通過させる繊維集合体１１の開口径とすることが好ましい。

油水分離体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。

ここで、上記式（１）及び（２）中、Ｒｆ^１、Ｒｆ^２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、Ｒｆ^３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、Ｒｆ^４、Ｒｆ^５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、Ｒｆ^６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、ＣＦ_２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、油水分離フィルタ１０を構成する油水分離体１４は、流路１７が粗粒化部材１１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体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、油水分離体１４として用いてもよい。
以下、油水分離体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、Ｒｆ^１とＲｆ^２からなる含窒素ペルフルオロアルキル基およびＲｆ^３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Ｒｆ^１〜Ｒｆ^３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。

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「−ＣＯ_２Ｍ^１」、「−ＳＯ_３Ｍ^１」、「−ＯＳＯ_２Ｍ^１」、「−ＯＰ（ＯＨ）Ｏ_２Ｍ^１」、「−ＯＰＯ_３Ｍ^１ _２」又は「＝Ｏ_２ＰＯ_２Ｍ^１」（Ｍ^１は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Ｍｇ、Ａｌ、Ｒ^１Ｒ^２Ｒ^３Ｒ^４Ｎ^＋；Ｒ^１〜Ｒ^４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（Ｒ^１Ｒ^２Ｒ^３Ｒ^４Ｎ^＋）としては、Ｒ^１〜Ｒ^４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、Ｒ^１Ｒ^２Ｒ^３Ｒ^４が全て同じ化合物としては、例えば、（ＣＨ_３）_４Ｎ^＋、（Ｃ_２Ｈ_５）_４Ｎ^＋、（Ｃ_３Ｈ_７）_４Ｎ^＋、（Ｃ_４Ｈ_９）_４Ｎ^＋、（Ｃ_５Ｈ_１１）_４Ｎ^＋、（Ｃ_６Ｈ_１３）_４Ｎ^＋、（Ｃ_７Ｈ_１５）_４Ｎ^＋、（Ｃ_８Ｈ_１７）_４Ｎ^＋、（Ｃ_９Ｈ_１９）_４Ｎ^＋、（Ｃ_１０Ｈ_２１）_４Ｎ^＋等が挙げられる。また、Ｒ^１Ｒ^２Ｒ^３が全てメチル基の場合としては、例えば、Ｒ^４が（Ｃ_２Ｈ_５）、（Ｃ_６Ｈ_１３）、（Ｃ_８Ｈ_１７）、（Ｃ_９Ｈ_１９）、（Ｃ_１０Ｈ_２１）、（Ｃ_１２Ｈ_２５）、（Ｃ_１４Ｈ_２９）、（Ｃ_１６Ｈ_３３）、（Ｃ_１８Ｈ_３７）等の化合物が挙げられる。さらに、Ｒ^１Ｒ^２が全てメチル基の場合としては、例えば、Ｒ^３Ｒ^４が全て（Ｃ_８Ｈ_１７）、（Ｃ_１０Ｈ_２１）、（Ｃ_１２Ｈ_２５）、（Ｃ_１４Ｈ_２９）、（Ｃ_１６Ｈ_３３）、（Ｃ_１８Ｈ_３７）等の化合物が挙げられる。更にまた、Ｒ^１がメチル基の場合としては、例えば、Ｒ^２Ｒ^３Ｒ^４が全て（Ｃ_４Ｈ_９）、（Ｃ_８Ｈ_１７）等の化合物が挙げられる。

ところで、油水分離フィルタ１０など、水分を含む液体に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。こうした観点から、本実施形態の油水分離体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体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Ｍ^１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^＋Ｒ^５Ｒ^６Ｒ^７・Ｃｌ⁻」、「−Ｎ^＋Ｒ^５Ｒ^６Ｒ^７・Ｂｒ⁻」、「−Ｎ^＋Ｒ^５Ｒ^６Ｒ^７・Ｉ⁻」、「−Ｎ^＋Ｒ^５Ｒ^６Ｒ^７・ＣＨ_３ＳＯ_３ ⁻」、「−Ｎ^＋Ｒ^５Ｒ^６Ｒ^７・ＮＯ_３ ⁻」、「（−Ｎ^＋Ｒ^５Ｒ^６Ｒ^７）_２ＣＯ_３ ^２−」又は「（−Ｎ^＋Ｒ^５Ｒ^６Ｒ^７）_２ＳＯ_４ ^２−」（Ｒ^５〜Ｒ^７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^＋Ｒ^８Ｒ^９（ＣＨ_２）_ｎＣＯ_２ ⁻」、スルホベタイン型の「−Ｎ^＋Ｒ^８Ｒ^９（ＣＨ_２）_ｎＳＯ_３ ⁻」又はアミンオキシド型の「−Ｎ^＋Ｒ^８Ｒ^９Ｏ⁻」（ｎは１〜５の整数、Ｒ^８、Ｒ^９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体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Ｒｆ^１及びＲｆ^２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、Ｒｆ^４、Ｒｆ^５およびＲｆ^６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Ｒｆ^４〜Ｒｆ^６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、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「−ＣＯ_２Ｍ^１」、「−ＳＯ_３Ｍ^１」、「−ＯＳＯ_２Ｍ^１」、「−ＯＰ（ＯＨ）Ｏ_２Ｍ^１」、「−ＯＰＯ_３Ｍ^１ _２」又は「＝Ｏ_２ＰＯ_２Ｍ^１」（Ｍ^１は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Ｍｇ、Ａｌ、Ｒ^１Ｒ^２Ｒ^３Ｒ^４Ｎ^＋；Ｒ^１〜Ｒ^４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（Ｒ^１Ｒ^２Ｒ^３Ｒ^４Ｎ^＋）としては、Ｒ^１〜Ｒ^４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、Ｒ^１Ｒ^２Ｒ^３Ｒ^４が全て同じ化合物としては、例えば、（ＣＨ_３）_４Ｎ^＋、（Ｃ_２Ｈ_５）_４Ｎ^＋、（Ｃ_３Ｈ_７）_４Ｎ^＋、（Ｃ_４Ｈ_９）_４Ｎ^＋、（Ｃ_５Ｈ_１１）_４Ｎ^＋、（Ｃ_６Ｈ_１３）_４Ｎ^＋、（Ｃ_７Ｈ_１５）_４Ｎ^＋、（Ｃ_８Ｈ_１７）_４Ｎ^＋、（Ｃ_９Ｈ_１９）_４Ｎ^＋、（Ｃ_１０Ｈ_２１）_４Ｎ^＋等が挙げられる。また、Ｒ^１Ｒ^２Ｒ^３が全てメチル基の場合としては、例えば、Ｒ^４が（Ｃ_２Ｈ_５）、（Ｃ_６Ｈ_１３）、（Ｃ_８Ｈ_１７）、（Ｃ_９Ｈ_１９）、（Ｃ_１０Ｈ_２１）、（Ｃ_１２Ｈ_２５）、（Ｃ_１４Ｈ_２９）、（Ｃ_１６Ｈ_３３）、（Ｃ_１８Ｈ_３７）等の化合物が挙げられる。さらに、Ｒ^１Ｒ^２が全てメチル基の場合としては、例えば、Ｒ^３Ｒ^４が全て（Ｃ_８Ｈ_１７）、（Ｃ_１０Ｈ_２１）、（Ｃ_１２Ｈ_２５）、（Ｃ_１４Ｈ_２９）、（Ｃ_１６Ｈ_３３）、（Ｃ_１８Ｈ_３７）等の化合物が挙げられる。更にまた、Ｒ^１がメチル基の場合としては、例えば、Ｒ^２Ｒ^３Ｒ^４が全て（Ｃ_４Ｈ_９）、（Ｃ_８Ｈ_１７）等の化合物が挙げられる。

なお、本実施形態のように、油水分離体１４が水分を含む液体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体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体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Ｍ^１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^＋Ｒ^５Ｒ^６Ｒ^７・Ｃｌ⁻」、「−Ｎ^＋Ｒ^５Ｒ^６Ｒ^７・Ｂｒ⁻」、「−Ｎ^＋Ｒ^５Ｒ^６Ｒ^７・Ｉ⁻」、「−Ｎ^＋Ｒ^５Ｒ^６Ｒ^７・ＣＨ_３ＳＯ_３ ⁻」、「−Ｎ^＋Ｒ^５Ｒ^６Ｒ^７・ＮＯ_３ ⁻」、「（−Ｎ^＋Ｒ^５Ｒ^６Ｒ^７）_２ＣＯ_３ ^２−」又は「（−Ｎ^＋Ｒ^５Ｒ^６Ｒ^７）_２ＳＯ_４ ^２−」（Ｒ^５〜Ｒ^７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^＋Ｒ^８Ｒ^９（ＣＨ_２）_ｎＣＯ_２ ⁻」、スルホベタイン型の「−Ｎ^＋Ｒ^８Ｒ^９（ＣＨ_２）_ｎＳＯ_３ ⁻」又はアミンオキシド型の「−Ｎ^＋Ｒ^８Ｒ^９Ｏ⁻」（ｎは１〜５の整数、Ｒ^８、Ｒ^９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、油水分離フィルタ１０の油水分離体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Ｒｆ^４及びＲｆ^５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。

なお、油水分離体１４には、更にフッ素樹脂粒子を含有させることも好ましい。フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ, ＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）などが挙げられる。
この場合、前記油水分離体１４がフッ素系樹脂粒子を含むことで、撥油性を長期間維持することができる。

（結合剤）
本実施形態における油水分離体１４は、繊維集合体１１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、繊維集合体１１に油水分離体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、油水分離フィルタ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、繊維集合体１１に当該フッ素系化合物が油水分離体１４として固着されている。

具体的には、油水分離フィルタ１０は、油水分離体１４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、０．２〜９９．８対９９．８〜０．２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０．２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。また、親水撥油剤の質量組成比が９９．８を超えると、結合剤による親水撥油剤の固定効果が相対的に低下するため、経済的に好ましくない。

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。

油水分離体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［Ｒ^１４Ｓｉ（ＯＲ^１５）_３］で示されるトリアルコキシシラン、化学式［Ｓｉ（ＯＲ^１６）_４］（Ｒ^１４〜Ｒ^１６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フィルタ１０において、分離された水を保持、移動および通過させる液体の流路１７は、繊維集合体１１を構成する基材によって形成されている。繊維集合体１１の材質としては、分離対象である液体の流路１７を形成可能な繊維質材料または多孔質材料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。好ましい繊維集合体としては、撚糸、織物、編物、不織布が好ましい。したがって、本実施形態の油水分離フィルタ１０における基材の態様としては、有機物の繊維質材料または多孔質材料、無機物の繊維質材料または多孔質材料が挙げられる。

ここで、基材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、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（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（樹脂、ガラス、セラミックス、金属）、焼結フィルタ（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）などが挙げられる。

これら繊維質材料または多孔質材料からなる基材において、流路１７の幅（すなわち、繊維の間隔）は、油を通すか通さないかで異なる。油を通さない場合は、油の表面張力より、例えば、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。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、複数の油水分離フィルタ１０を多段に配置して、油分を通し、水分を油水分離体１４に吸蔵させて取り除く第一実施形態の場合は、流路１７の幅は１５０μｍ以上にするか、撚糸を用いて簾状にするか、長毛繊維を吊り下げるのが良い。撚糸の場合は、表面が毛羽だった撚糸であればさらに好ましい。

油水分離体１４は、上記式（１）〜（４）で示されるフッ素系化合物（親水撥油剤）を繊維多孔質体からなる基材に担持させる。
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）を浸漬、あるいは前記溶解液または分散液を担持させる多孔質体（多孔質基材）にスプレーコートし、乾燥により溶媒を除去する手法などが適用可能である。

また、油水分離体１４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、親水撥油剤と結合剤および後述する無機化合物のほかに、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、０．２〜９９．８対９９．８〜０．２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０．２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９９．８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。

（無機化合物）
本実施形態における油水分離体１４は、繊維集合体１１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が、さらに無機化合物を加えても良い。
本実施形態の親水撥油剤に適用可能な無機化合物としては、電荷を有する無機化合物であれば、特に限定されるものではない。このような無機化合物としては、具体的には、例えば、無機粒子や粘土鉱物が挙げられる。

無機粒子としては、電荷を有するものであれば、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカ、ムライト、アルミナ、ゼオライト等が挙げられる。また、無機粒子としては、これらのうちいずれか一種を単独で用いてもよいし、二種以上の混合物を用いてもよい。なお、無機粒子は、一次粒子の凝集体であってもよい。

無機化合物として無機粒子を用いた場合、当該無機粒子の表面に含窒素フッ素系化合物の少なくとも一部が電気的に結合して複合化した複合体が得られる。
粘土鉱物としては、電荷を有するものであれば、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、ベントナイト、有機ベントナイト、スメクタイト、カオリナイト等が挙げられる。また、粘土鉱物としては、これらのうちいずれか一種を単独で用いてもよいし、二種以上の混合物を用いてもよい。
無機化合物として粘土鉱物を用いた場合、当該粘土鉱物の層間に含窒素フッ素系化合物が取り込まれて複合化した複合体が得られる。

本実施形態の油水分離体１４は、含窒素フッ素系化合物を、電荷を有する無機化合物に少なくとも一部を担持させたものであっても良い。
ここで、本実施形態の油水分離体１４において、含窒素フッ素系化合物と、無機化合物との組合せは、特に限定されるものではなく、含窒素フッ素系化合物の分子構造あるいは無機化合物の有する電荷に応じて適宜選択することができる。また、本実施形態の油水分離体１４において、含窒素フッ素系化合物と無機化合物との質量組成比は、特に限定されるものではなく、親水撥油性の特性値や、上記特性の持続性に応じて適宜選択することができる。具体的には、含窒素フッ素系化合物と無機化合物との質量組成比は、１〜９９対９９〜１の範囲から選択することができる。

さらに、本実施形態の油水分離体１４は、含窒素フッ素系化合物と、電荷を有する無機化合物との複合体を含むため、繊維集合体１１の表面に固着処理することによって、親水性および撥油性が向上し、より優れた油水分離性能を得ることができる。また、含窒素フッ素系化合物と、電荷を有する無機化合物とは電気的な結合を有することから、油水分離体１４中の含窒素フッ素系化合物の溶出を低減でき、耐久性の向上を図ることができる。なお、基材への固着には、前記結合剤を用いることが可能である。

以上のような構成の油水分離装置２０によれば、例えば、油分を主体として微細な水滴が混合した混合溶液を筐体２１の流入口２１ａから油水分離フィルタ１０に圧送すると、油水分離フィルタ１０に接触した混合溶液の油分は、油水分離フィルタ１０の撥油性によって接触角の大きい油滴となって弾かれる。一方、微細な水滴は親水性によって接触角が小さい濡れ性を保ち、油水分離体に沿って重力方向に進む。これによって油分と水分とが分離される。こうして粗粒化されて油分から分離された水分は、油分との比重差によって筐体２１の底部に滞留する。

油水分離フィルタ１０によって水分が分離された後の油分は、筐体２１の上部からオーバーフローによって筐体２１の外部に排油させることができる。また、油分との比重差によって筐体２１の底部に溜った水分は、排水口２１ｂから筐体２１の外部に排水させることができる。

このように、本発明のような親水撥油性を兼ね備えた油水分離フィルタ１０を用いることによって、例えば、油分を主体として微細な水滴が混合した混合溶液を圧送により通過させると、油水分離フィルタ１０の表面に接触した油分は撥油性によって接触角の大きい油滴となって弾かれる。一方、微細な水滴は親水性によって接触角が小さい濡れ性を示して、繊維表面に濡れ、広がり、水滴の付着量の増大と毛細管現象により、繊維集合体１１の下方に移動し、下部において保水量を超えた水分が繊維集合体１１からの脱離を生じる。
また、親水撥油性を兼ね備えた油水分離フィルタ１０を用いることによって、油水分離に掛かる時間を短縮して、短時間で効率よく油水分離を行うことができる。

また、繊維集合体からなる油水分離フィルタ１０が、圧縮可能な材料で構成されていれば、例えば、筐体内の油水混合液を空気圧などにより加圧して、繊維集合体を圧縮することにより、繊維集合体に吸蔵した水分を効果的に排出することができ、油水分離に掛かる時間をさらに短縮できる。このような圧縮可能な材料としては、前述した長毛繊維ろ過材が好適に使用できる。

また、油水分離フィルタ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。

＜第二実施形態＞
図２は、第二実施形態における油水分離装置を示す断面図である。
本実施形態の油水分離装置３０は、筐体３１の内部に配され、フィルタケース３２に収容された粗粒化フィルタ３３を備えた粗粒化ユニット３５と、油水分離フィルタ５０を備え、粗粒化ユニット３５の後段側（下流側）に配された油水分離ユニット４０と、粗粒化ユニット３５および油水分離ユニット４０の間で液体を移送する移送部５９とを有する。

粗粒化フィルタ３３は、例えば外形形状が円筒形に形成され、混合液体が通過する。本実施形態では、混合液体は、水分を主成分として、この水分の中に微細な油滴となった油分が混濁した液体とされている。

粗粒化ユニット３５を構成する筐体３１は、例えば、外形形状が中空円筒形を成し、内部に粗粒化フィルタ３３を収容したフィルタケース３２を保持可能にされている。また、筐体３１の一方の開口端側には、混合液体の流入口３１ａが形成されている。更に、筐体３１の側面底部には排水口３１ｂが、側面上部には排油口３１ｃが、それぞれ形成されている。

筐体３１の流入口３１ａは、微細な油滴が混じった水からなる混合液体を粗粒化フィルタ３３の円筒底部から流入させる。一方、排水口３１ｂは、粗粒化フィルタ３３によって分離され、油分との比重差によって筐体３１の下部からアンダーフローによって水分を筐体３１の外部に排水させる。また、排油口３１ｃは、粗粒化フィルタ３３によって水分の上層に浮上した油分を、筐体３１の上部からオーバーフローによって筐体３１の外部に排油させる。

フィルタケース３２は、内部に粗粒化フィルタ３３を収容する円筒形のケースであり、周面に多数の貫通孔が形成されている。こうしたフィルタケース３２は、粗粒化フィルタ３３の変形や流出を防止するものであり、網状の筒体などを用いることもできる。

粗粒化フィルタ３３は、多孔質材料からなる基材に粗粒化性を付与した粗粒化部材３７からなる。こうした部材は一般に親油性を有する繊維集合体が用いられる。粗粒化部材３７は、水と油とが混濁した混合液体に接触して、微細な油滴を凝集させることによって、油滴のサイズを大きくする。具体的には、粗粒化とは、例えば０．１〜５０μｍ程度の直径（液滴径）を持つ微小液滴を、例えば０．１ｍｍ以上の粗大な液滴にすることをいう。

油水分離ユニット４０は、例えば有底円筒形に形成された油水分離フィルタ５０を内部に保持し、下部に排液口４９が形成された液槽４１を備えている。この液槽４１は、上部が開放面を成し、開放面の近傍には、液槽４１の外方に延びる排油流路４２が一体に形成されている。排油流路４２は、油水分離フィルタ５０によって分離された油分を液槽４１の外部に誘導する。排油流路４２は、例えば、液槽４１の上縁部分の一部を切り欠いて外方に展開することにより形成できる。

油水分離フィルタ５０の開放端５１ｅの近傍、即ち排油流路４２に接する部分には、分離した油分を排油流路４２に向けて流す排油口５５が形成されている。こうした排油口５５は、例えば、油水分離フィルタ５０の周面に形成した開口と、この開口に接続した筒状部材とからなる。筒状部材は、油水分離フィルタ５０の周面に縫い合わせや熱融着などによって接合することができる。

油水分離フィルタ５０の内面５１ａ側には、更に例えば網状部材のような分散板４８が設けられている。分散板４８は、例えば有底円筒形を成し、上縁部を外方に屈曲させることによって、油水分離フィルタ５０の上方に離間して液槽４１の開放面４１ａ側の縁部に引っ掛けて係止される。このような分散板４８は、水と油とを含む混合液体を液槽４１に入れる際に、分散板４８が混合液体を一旦受けることにより、混合液体は分散板４８を通過する際に大きく速度を落とすことになり、油水分離フィルタ５０に加わる混合液体の衝撃を大きく緩和できる。また、空気の巻き込みを抑えることができるとともに、油水分離ユニット４０に流入させる混合液体中に、ゴミなどの比較的大きなサイズの固形物が混入していても、これらを予め取り除くことができ、ゴミによる油水分離フィルタ５０の閉塞を防止する。

油水分離フィルタ５０の外面５１ｂ側には、支持部材４５が重ねて配されている。支持部材４５は、例えば有底円筒形を成し、上縁部を外方に屈曲させることによって、油水分離フィルタ５０に重ねて液槽４１の開放面４１ａ側の縁部に引っ掛けて係止される。支持部材４５は、少なくとも水分が通過可能な硬質部材、例えば、多数の開口が形成された金属材料（パンチングプレート）から構成されている。こうした支持部材４５は、柔軟な油水分離フィルタ５０を外面５１ｂ側から支持する。

このような支持部材４５を油水分離フィルタ５０の外面５１ｂ側に重ねて形成することによって、例えば、油水分離フィルタ５０に多量の混合液体を一気に流入させても、液体の重みによって油水分離フィルタ５０が変形したり、底部が破損することを防止でき、効率的に液体の油水分離濾過を行うことができる。なお、こうした支持部材４５は、比較的に空孔の大きなセラミックス材料や、開口を形成した硬質プラスチック材料などを用いることもできる。

排油流路４２の流出端４２ｅには、排油流路４２を介して流出する油分を受け止める油槽４３が配されている。更に、油水分離ユニット４０は、液槽４１を上下動させる液槽可動手段４４を備えている。なお、液槽４１の開放面４１ａを覆う蓋部材４６や、油槽４３の開放面４３ａを覆う蓋部材４７を更に備えることが好ましい。

本実施形態の油水分離装置３０は、前段側である粗粒化ユニット３５によって、微細な油滴が混合した混合液体の油滴を粗粒化して水層に浮上させて排油させる。そして、更に後段側の油水分離ユニット４０で、排油させた油分に交じっている水分と油分とを完全に油水分離させる。

まず、粗粒化ユニット３５では、水分を主体として微細な油滴が混合した混合溶液を筐体３１の流入口３１ａから粗粒化フィルタ３３に圧送すると、粗粒化フィルタ３３に接触した混合溶液の油分は、粗粒化フィルタ３３の粗粒化性によって凝集し、粗大な油滴となって水分から脱離する。こうして粗粒化されて水分から分離された油分は、水分との比重差によって筐体３１の上部に浮上する。

粗粒化フィルタ３３によって水分から分離された油分は、筐体３１の上部からオーバーフローによって筐体３１の外部に排油させることができる。また、油分との比重差によって筐体３１の下部に溜った水分は、排水口３１ｂから筐体３１の外部に排水させることができる。

粗粒化フィルタ３３によって水分が分離された後の油分は、オーバーフローによって排油口３１ｃから排油されるため、若干の水分が混合する。こうした水分を含む油分からなる混合液体は、配管などからなる移送部５９を介して油水分離ユニット４０に移送される。

油水分離ユニット４０に流入した混合液体は、油水分離フィルタ５０の親水撥油性によって、油分に残留する水分だけが油水分離フィルタ５０を通過し、液槽４１の下部に貯留される。一方、水分が完全に取り除かれた油分は、排油流路４２を介して油槽４３によって回収される。一方、油分から取り除かれた水分は、排水口４９から液槽４１の外部に容易に排水することができる。なお、液槽可動手段４４を用いることで、油槽４３の高さに合わせて液槽４１の高さを最適な位置にすることができる。

本実施形態のように、水と油を含む混合液体中の微小な油滴を粗粒化し、水と油を比重差によって分離する粗粒化フィルタ３３と、水面に浮上した油に含まれる水分を除去する油水分離フィルタ５０をそれぞれ独立して設けることにより、混合液体の油水分離能力が高められ、効率よく混合液体を油分と水分とに分離することが可能になる。

図２に示した構成例では、粗粒化ユニット３５によって、微細な油滴が混合した混合液体の油滴を粗粒化して水層に浮上させてオーバーフローによって排油させているが、図３に示すように、粗粒化ユニット３５Ａによって、混合液体の水滴を粗粒化して油層の下部に沈殿させて、アンダーフローによって排水する構成とすることも好ましい。

図３に示す油水分離装置３０Ａでは、粗粒化ユニット３５Ａを構成する粗粒化フィルタ３３Ａが親水性を有する。こうした粗粒化ユニット３５Ａに油分を主体として微細な水滴が混合した混合溶液が接すると、水滴が粗粒化される。こうして粗粒化されて油分から分離された水分は、油分との比重差によって筐体３１の底部に滞留する。そして、互いに分離された油分と水分との界面付近から、アンダーフローによって油分が混じった水分を排水口３１ｂを介して排水させる。粗粒化ユニット３５Ａから排水された油混じりの水分は、移送部５９を介して油水分離ユニット４０に送られ、油分が完全に分離、除去される。

＜第三実施形態＞
図４は、第三実施形態における油水分離装置を示す断面図である。
本実施形態の油水分離装置６０は、中央で仕切板６１ａによって区画された筐体６１の上部領域Ｅ１に配され、フィルタケース６２に収容された粗粒化フィルタ６３と、筐体６１の下部領域Ｅ２に配された油水分離フィルタ７３と、筐体６１の上部領域Ｅ１と下部領域Ｅ２とを結ぶ固形物除去フィルタユニット８１とを備えている。なお、こうした固形物除去フィルタユニット８１は、粗粒化フィルタ６３と油水分離フィルタ７３とを接続する移送部として機能する。

また、上部領域Ｅ１における粗粒化フィルタ６３の前段側には、更にプレフィルタ８３が形成されている。また、筐体６１の上部領域Ｅ１の上部には、水と油との混合液体の流入口９１が形成されている。また、筐体６１の上部領域Ｅ１および下部領域Ｅ２には、それぞれ排油口９２，９３が形成され、更に、下部領域Ｅ２の下部には排水口９４が形成されている。

このような構成の油水分離装置６０は、例えば、水と油との混合液体を流入口９１から流入させると、まず、プレフィルタ８３によって比較的大きな固形物などが除去される。そして、筐体６１の上部領域Ｅ１に配された粗粒化フィルタ６３によって、混合液体の水滴や油滴が粗粒化され、油分と水分とに分離される。このうち、油分は分離された水分の上部に浮上し、排油口９２から筐体６１の外部に排油させることができる。なお、この粗粒化フィルタ６３だけでは、油分と水分とを全て分離することは難しく、分離した水分に若干の油滴が残留している。

粗粒化フィルタ６３によって油分が大よそ取り除かれ、水分に若干の油分が残る混合液体は、上部領域Ｅ１から固形物除去フィルタユニット８１に流入する。ここで、固形物除去フィルタユニット８１に形成された固形物除去フィルタ８２によって、混合液体に含まれる微細な固形物などが取り除かれる。こうした固形物除去フィルタ８２は、不織布フィルタやセラミックスフィルタなど、各種の固形物濾過フィルタを用いることができる。

固形物除去フィルタユニット８１を経た混合液体は、筐体６１の下部領域Ｅ２に流入し、筐体６１の下部領域Ｅ２に配された油水分離フィルタ７３の親水撥油性によって、混合液体の水分と油分とが完全に分離される。即ち、水分は油水分離フィルタ７３を透過して筐体６１の底部に溜る。

一方、油分は油水分離フィルタ７３の撥油性によって弾かれて、隔壁７２によって区画された下部領域Ｅ２の下流側の区画Ｅ２ｅに向かって流れ、この区画Ｅ２ｅ内で比重差によって液面に浮上する。こうして分離された油分は、排油口９３から筐体６１の外部に排油させることができる。また、油分が完全に取り除かれた水分は、筐体６１の下部の排水口９４から排水させることができる。

本実施形態のように、水と油を含む混合液体中の微小な水滴粗粒化し、水と油を比重差によって分離する粗粒化フィルタ６３を前段側に配し、水分に残留する油分を除去する油水分離フィルタ７３を後段側に配することにより、混合液体の油水分離能力が高められ、効率よく混合液体を油分と水分とに分離することが可能になる。

また、粗粒化フィルタ６３を前段側や、粗粒化フィルタ６３と油水分離フィルタ７３との間に固形物濾過のためのフィルタ８２，８３を形成することによって、油水分離と共に混合液体に含まれる固形物も除去することができる。

以上、本発明の油水分離濾過フィルターを備えた油水分離濾過モジュール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。

以下、実施例によって本発明の効果をさらに詳細に説明する。なお、本発明は実施例によって、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ＮａＨＣＯ_３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、（Ｃ_４Ｆ_９）_２ＮＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３）ＣＯＮＨＣ_３Ｈ_６Ｎ（ＣＨ_３）_２を６４ｇ得た（収率４７％）。

次いで、得られた（Ｃ_４Ｆ_９）_２ＮＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３）ＣＯＮＨＣ_３Ｈ_６Ｎ（ＣＨ_３）_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、下記の式５で示されるジメチルベタイン体を９ｇ得た（収率９９％）。

本発明の油水分離装置の効果を検証した。
（実験例１）
公称ろ過精度２００μｍのポリプロピレン製不織布を、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０．５質量部、結合剤としてポリビニルブチラール（積水化学工業株式会社製 エスレックＢＬ−１）０．５質量部、無機化合物としてシリカゾル（日産化学社製 オルガノシリカゾルＩＰＡ−ＳＴ）０．５質量部（ＳｉＯ_２として）、溶媒９７．１質量部（ヘキサフルオロキシレン５５．５質量部、エタノール３７．０質量部、ｎ−ブタノール４．６質量部）に調製した液（表面被覆材）に浸漬処理し、自然乾燥した（乾燥後の増量：２１．７ｇ／ｍ^２）。

この不織布の上に、水及びｎ−ヘキサデカンをそれぞれ滴下し、試験片表面と液滴との接触部位で形成される角度（単位：度）を、自動接触角計（協和界面科学社製、「Ｄｒｏｐ Ｍａｓｔｅｒ ７０１」）により測定した。
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：２μＬ／滴（水）
滴下容量：２μＬ／滴（ｎ−ヘキサデカン）

その結果、水に対する接触角は、水が直ちに不織布に吸収されたため測定不能であり、見掛け上の接触角は０度であった。一方、ｎ−ヘキサデカンの接触角は１１０度であった。
次に、５０ｍｌメスシリンダーに水５ｍｌとｎ−ヘキサデカンとを入れて全量４０ｍｌとした油水混合液を調製した。油水混合液は二層に分離し、その液深は１１５ｍｍであった。この油水混合液中に、幅１５ｍｍ、長さ１５０ｍｍに切り取った親水撥油処理したポリエステル不織布の試験片を浸漬したところ、試験片は浸漬開始直後から水を吸い上げ、１５分後には、メスシリンダー中の水が４．５ｍｌに減少した。試験片を油水混合液から取り出したところ、試験片に吸い上げられた水の高さは９８ｍｍまで上昇しており、試験片の保水量を超えた水が試験片を伝わり落ちる様子が観察できた。一方、ｎ−ヘキサデカンは試験片に付着していなかった。

（実験例２）
ポリプロピレン不織布（目付：２０ｇ／ｍ^２、厚さ：０．２４ｍｍ、平均気孔径：２１μｍ、最大気孔径３７μｍ）を７０ｃｍ×５０ｃｍの長方形に切り取り、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０．５質量％、ポリビニルブチラール（積水化学工業株式会社製 エスレックＢＬ−１）０．５質量％、アエロジル３００（日本アエロジル株式会社製）０．５質量％、エタノール９８．５質量％に調製した液（表面被覆材）に浸漬処理し、自然乾燥した（乾燥後の増量：０．０６１ｇ）。

内寸法６０ｃｍ×４０ｃｍの木製枠を横にして樹脂製バット上に据え付け、上記親水撥油処理したシートを、中心部の弛みが５ｃｍになるようにして、木枠に固定した。
次に、容量比６対１の水とｎ−ヘキサデカンの混合液５Ｌをよくかき混ぜながら、室温・常圧下、約１０秒間で親水撥油処理したシート上に注ぎ、シートを混合液で満たした。水がシートを通過し始めてから８０秒間で全量の水が排出され、シート上にはｎ−ヘキサデカンが残った。通過した水を目視観察したところ、ｎ−ヘキサデカン由来の油膜は認められなかった。油と水とが完全に分離された。

（比較例１）
親水撥油処理をしていない、公称ろ過精度２００μｍのポリプロピレン製不織布の水及びｎ−ヘキサデカンの接触角を測定したところ、水もｎ−ヘキサデカンも不織布に浸透し、どちらの場合も見掛け上の接触角は０度であった。
このポリエステル不織布を、実施例１と同じく幅１５ｍｍ、長さ１５０ｍｍに切り取った試験片を、実施例１と同様の５０ｍｌメスシリンダーを使用して水５ｍｌとｎ−ヘキサデカンとを入れて全量４０ｍｌとした油水混合液中に浸漬した。試験片は浸漬開始直後からｎ−ヘキサデカンを吸収し、１５分後には、メスシリンダー中のｎ−ヘキサデカンの液面が３８．５ｍｌに減少していた。一方、水の液面は５ｍｌから変化がなかった。１５分後に試験片を取り出したところ、試験片に吸い上げられたｎ−ヘキサデカンの高さは１５０ｍｍまで上昇していた。

（比較例２）
親水撥油処理をしていないポリプロピレン不織布を、実施例１同様にして容量比６対１の水とｎ−ヘキサデカンの混合液を注いだところ、ｎ−ヘキサデカンは不織布を通過した。油と水とが分離されなかった。

以上の結果から、油水が共存した液体中に親水撥油処理したポリエステル不織布などの繊維集合体を存在させると、親水撥油処理したポリエステル不織布は、油をはじいて水を吸収でき、保水量を超えた水がポリエステル不織布を伝わり落ちることが確認された。よって、混合液体の油分と水分とを確実に分離できることが実証された

本発明の油水分離装置は、粗粒化部材の粗粒化性、および油水分離体の親水撥油性によって透水性および撥油性に優れているため、水面上に浮遊した油や、水と油の混合液体から、水と油とを分離して回収できるので、水と油とを分離する必要のある施設等に幅広く適用することが可能である。

１０ 油水分離フィルタ
１１ 粗粒化部材
１４ 油水分離体
１７ 流路
２０ 油水分離装置

Claims (11)

1. 繊維集合体、および該繊維集合体に形成され親水撥油性を具備した油水分離体を有し、水と油とが混濁した混合液体に接触して水滴を液膜化しかつ油分を弾く油水分離フィルタを備え、
   前記油水分離体は、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ことを特徴とする油水分離装置。
2. 水と油とが混濁した混合液体に接触して水滴または油滴を粗粒化させる粗粒化部材を有する粗粒化フィルタと、該粗粒化フィルタの後段側に配され、繊維集合体に親水撥油性を有する油水分離体を形成した油水分離フィルタと、前記粗粒化フィルタおよび前記油水分離フィルタの間で液体を移送する移送部を備え、
   前記油水分離体は、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ことを特徴とする油水分離装置。
3. 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または２記載の油水分離装置。
   

   

   

   

   

   上記式（１）及び（２）中、Ｒｆ^１、Ｒｆ^２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、Ｒｆ^３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、Ｒｆ^４、Ｒｆ^５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レン基である。また、Ｒｆ^６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、ＣＦ_２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。
4. 前記油水分離体は、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繊維集合体に結合されてい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装置。
5. 前記粗粒化部材は、親油性を有する繊維集合体からなることを特徴とする請求項２ないし４いずれか一項記載の油水分離装置。
6. 前記粗粒化部材は、親水性を有する繊維集合体から成ることを特徴とする請求項２ないし４いずれか一項記載の油水分離装置。
7. 前記繊維集合体は、多孔質体から成る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装置。
8. 前記油水分離体に、更にフッ素樹脂粒子を添加した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装置。
9. 前記粗粒化フィルタには、前記油水分離体が更に形成されてなることを特徴とする請求項２ないし８いずれか一項記載の油水分離装置。
10. 前記移送部は、前記粗粒化フィルタを経た液体をオーバーフローによって前記油水分離フィルタに向けて移送することを特徴とする請求項２ないし５、７ないし８いずれか一項記載の油水分離装置。
11. 前記移送部は、前記粗粒化フィルタを経た液体をアンダーフローによって前記油水分離フィルタに向けて移送することを特徴とする請求項２ないし４、６ないし９いずれか一項記載の油水分離装置。

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