JP2017039088A - 含油廃水の処理方法及び処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】油分の少なくとも一部がエマルジョンを形成した被処理水から、油分を効率よく安価に除去することが可能な含油廃水の処理方法及び処理装置を提供する。【解決手段】油分を含み、且つ、該油分の少なくとも一部がエマルジョンを形成した被処理水から油分を除去する処理方法であり、被処理水に塩を添加することで、被処理水中に形成されたエマルジョンを油水分離する前処理工程と、被処理水に凝集剤を添加することにより、被処理水中に油分を含むフロックを形成する凝集処理工程と、を順次備える。【選択図】図１

Description

本発明は、含油廃水の処理方法及び処理装置に関し、より詳しくは、油分を含む被処理水から効果的に油分を除去する含油廃水の処理方法及び処理装置に関する。

従来から、含油廃水に対する処理技術として、重力分離や溶剤処理等の様々な技術が提案されており、各種方法で含油廃水中の油分の除去が行われている。ここで、含油廃水の中でも、特に、油滴が廃水中でエマルジョンを形成している場合（水中油滴型エマルジョン）には、粒径の非常に小さな油滴までも除去することが要求されている。このような、水中油滴型エマルジョンが形成された含油廃水の例としては、例えば、石油随伴水が挙げられる。

上記の石油随伴水は、石油や天然ガスの生産に伴って副次的に発生し、油分やガス成分のみならず、塩類、有機物、無機物、重金属類等の種々の成分を含んでいる。このため、石油随伴水を河川や海洋に放流することは、環境負荷が非常に大きく好ましくないことから、石油随伴水については、特に適切に処理することが求められている。さらに、近年においては、高水圧によって地層を破砕することでシェールガスを採掘することが盛んになっていることから、フローバック水として大量に発生する石油随伴水（以下、単に「随伴水」と称することがある）を効率的に処理することが強く求められている。

上記のような石油随伴水等からなる含油廃水を処理する方法としては、例えば、分離膜を用いて油分を除去する処理方法が提案されている（例えば、特許文献１，２を参照）。
また、含油廃水を処理する方法として、油分吸着剤を用いて油分を除去する処理方法が提案されている（例えば、特許文献３，４を参照）。

さらに、含油廃水を処理する方法として、薬剤を添加することで含油廃水中の油分を凝集させる処理方法も提案されている（例えば、特許文献５，６を参照）。特許文献５，６に記載されたような、薬剤を添加することで、含油廃水中の油分をフロック化して除去する処理方法は、処理装置を簡便な構成とすることができるとともに、処理操作も簡便なものとなるので、効果的な処理方法として広く採用されている。ここで、油分を含むフロックを分離除去する方法に関しては、例えば、特許文献５においては磁気分離法が用いられ、特許文献６においては凝集浮上分離法が用いられているが、添加薬剤としては、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）等の凝集剤が広く用いられている。

特開２０１４−０５０８１１号公報 特開２０１５−０２９９４９号公報 特開２０１３−１０３２１５号公報 特開２０１３−２０８５９５号公報 特開２００５−１７７５３２号公報 特開２０１２−０６１４５９号公報

一方、ＰＡＣ等の凝集剤を用いて石油随伴水等からなる含油廃水を処理する場合、実際の処理を行う現場においては、その処理効率や処理費用等の観点から、油分を含有するフロックの生成を最小限にすることが求められる。このため、従来は、事前に確認試験を行うことで凝集剤の最適添加量を決定し、凝集剤の過剰な添加を抑制する手法が採用されている。しかしながら、含油廃水への凝集剤の添加量は、廃水に含まれる懸濁物や油分の量に依存すると考えられることから、高濃度で油分が含まれる廃水に対しては、凝集剤の添加量を多くせざるを得ないという問題があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、油分の少なくとも一部がエマルジョンを形成した被処理水から、油分を効率よく安価に除去することが可能な含油廃水の処理方法及び処理装置を提供することを目的とする。

まず、本発明における第一の発明は、油分を含み、且つ、該油分の少なくとも一部がエマルジョンを形成した被処理水から前記油分を除去する、含油廃水の処理方法であって、前記被処理水に塩を添加することで、前記被処理水中に形成されたエマルジョンを油水分離する前処理工程と、前記被処理水に凝集剤を添加することにより、前記被処理水中に、前記油分を含むフロックを形成する凝集処理工程と、を順次備えることを特徴とする。

上記構成の含油廃水の処理方法によれば、水中油滴型エマルジョンが形成された被処理水中の油分を凝集処理（フロック形成）するにあたり、凝集剤を添加する凝集処理工程の前に、被処理水に塩を添加する前処理工程を備えることにより、予め、エマルジョンの油水分離を促進させる。これにより、エマルジョンを形成する油分の濃度が低下し、凝集処理工程において添加する凝集剤の添加量を削減することができるので、油分を含有するフロックの生成量を低減させることが可能になる。従って、被処理水中から除去された油分を含有するフロックを効率よく処理することができ、処理コストの削減が可能となる。

次に、本発明における第２の発明は、上記構成の含油廃水の処理方法において、前記前処理工程が、前記塩として、前記被処理水中に溶解して陽イオンとして存在可能な塩を添加することを特徴とする。
また、本発明における第３の発明は、上記構成の含油廃水の処理方法において、前記前処理工程が、前記塩として、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウムのうちの少なくとも何れか１種を添加することを特徴とする。

上記構成の含油廃水の処理方法によれば、前処理工程において、上記の塩を添加することにより、エマルジョンの油水分離をより促進できる。これにより、凝集処理工程における凝集剤の添加量をさらに削減してフロックの生成量を低減させることができるので、油分を含有するフロックを効率よく除去し、処理コストを削減できる効果がより顕著に得られる。

次に、本発明における第４の発明は、上記構成の含油廃水の処理方法において、前記前処理工程が、前記被処理水を用いた事前試験によって前記油水分離が可能な塩濃度を決定した後、該塩濃度に基づいて前記塩の添加量を決定することを特徴とする。

上記構成の含油廃水の処理方法によれば、前処理工程において、事前試験に基づいて塩の添加量を調整して被処理水中における塩濃度を最適化することにより、上記同様、エマルジョンの油水分離をさらに促進できる。これにより、凝集処理工程における凝集剤の添加量及びフロックの生成量を低減させることができ、フロックを効率よく除去して処理コストを削減できる効果がより顕著に得られる。

次に、本発明における第５の発明は、上記構成の含油廃水の処理方法において、前記凝集処理工程が、前記凝集剤として、ポリ塩化アルミニウム及び硫酸バンドのうちの少なくとも何れかを添加し、且つ、ポリマーからなる高分子凝集剤を併用して添加することを特徴とする。

上記構成の含油廃水の処理方法によれば、凝集処理工程において、凝集剤として上記の化合物を添加することにより、凝集剤の添加量を効果的に削減しながらフロックの生成量を低減させることができる。これにより、油分を含有するフロックを効率よく除去して処理コストを削減できる効果がより顕著に得られる。

次に、本発明における第６の発明は、上記構成の含油廃水の処理方法において、前記凝集処理工程に次いで、前記被処理水中に形成された前記フロックを除去する除去工程を備えることを特徴とする。

上記構成の含油廃水の処理方法によれば、上記の凝集処理工程で油分を含有するフロックを形成した後、除去工程においてフロックを含油廃水中から除去することにより、処理効率の向上及び処理コスト削減効果が安定して得られる。

次に、本発明における第７の発明は、上記構成の含油廃水の処理方法において、前記被処理水が、エネルギー資源の採掘で発生した随伴水であることを特徴とする。

上記構成の含油廃水の処理方法によれば、例えば、石油や天然ガスの生産に伴って副次的に発生する、油分やガス成分を含む被処理水の処理に適用した場合において、上述したような、凝集剤の添加量を削減しながらフロックの生成量を低減させることができる。これにより、油分を含有するフロックを効率よく除去して処理コストを削減できる効果がより顕著に得られる。

本発明における第８の発明は、油分を含み、且つ、該油分の少なくとも一部がエマルジョンを形成した被処理水から前記油分を除去する、含油廃水の処理装置であって、前記被処理水に塩を添加することで、前記被処理水中に形成されたエマルジョンを油水分離する前処理手段と、前記被処理水に凝集剤を添加することにより、前記被処理水中に、前記油分を含むフロックを形成する凝集処理手段と、を順次備えることを特徴とする。

上記構成の含油廃水の処理装置によれば、被処理水に塩を添加する前処理手段を備えることにより、凝集処理手段において凝集剤を添加する前に、予め、エマルジョンの油水分離を促進させる。これにより、エマルジョンを形成する油分の濃度が低下し、凝集処理手段において添加する凝集剤の添加量を削減することができるので、油分を含有するフロックの生成量を低減させることが可能になる。従って、被処理水中から除去された油分を含有するフロックを効率よく処理することができ、処理コストの削減が可能となる。

なお、本発明においては、石油随伴水等の油分を含有する被処理水から、該被処理水中でエマルジョンを形成する油分を除去することを目的としているが、本発明に係る含油廃水の処理方法及び処理装置によって得られる作用は、原油や重油等の油分を除去することのみに限定されるものではない。例えば、本発明に係る含油廃水の処理方法及び処理装置は、上記の水中油滴型と同様のエマルジョンを形成する、非水溶性物質による水中エマルジョンの除去処理にも適用することが可能なものである。

本発明に係る含油廃水の処理方法によれば、前処理工程において被処理水に塩を添加し、エマルジョンの油水分離を促進させ、エマルジョンを形成する油分の濃度を低下させてから、凝集処理工程において凝集剤を添加するので、凝集剤の添加量を削減することができ、油分を含有するフロックの生成量を低減させることが可能になる。
また、本発明に係る含油廃水の処理装置によれば、上記同様、前処理手段において被処理水に塩を添加し、エマルジョンの油水分離を促進させ、エマルジョンを形成する油分の濃度を低下させてから、凝集処理手段において凝集剤を添加するので、凝集剤の添加量を削減することができ、油分を含有するフロックの生成量を低減させることが可能になる。
従って、本発明に係る含油廃水の処理方法及び処理装置によれば、被処理水中から除去された油分を含有するフロックを効率よく処理することができ、処理コストの削減が可能となる。

本発明の実施形態である含油廃水の処理方法及び処理装置を模式的に説明する図であり、処理装置の構成を示す概略図である。 本発明に係る含油廃水の処理方法及び処理装置の実施例について説明する図であり、種々の塩濃度に調整した水溶液に重油を添加して作製した模擬含油廃水を用いて、水中油滴型エマルジョンの形成状態を確認した写真である。 本発明に係る含油廃水の処理方法及び処理装置の実施例について説明する図であり、図２に示した模擬含油廃水中の塩濃度を変化させた実験で得られたデータを示すグラフで、（ａ）は塩濃度と油分濃度との関係、（ｂ）は塩濃度と濁度との関係、（ｃ）は塩濃度とＴＯＣ（全有機炭素）との関係を、それぞれ示すグラフである。 本発明に係る含油廃水の処理方法及び処理装置の実施例について説明する図であり、種々の塩濃度に調整した水溶液に重油を添加して作製した模擬含油廃水を用いて、水中油滴型エマルジョンの形成状態を確認した写真である。 本発明に係る含油廃水の処理方法及び処理装置の実施例について説明する図であり、水中油滴型エマルジョンが形成された含油廃水に添加する塩の量を変化させることで、含油廃水中の塩を種々の濃度に変化させて水中油滴型エマルジョンの状態を確認した写真であり、（ａ）は塩の添加前の状態を示し、（ｂ）は塩を添加した後の状態を示す写真である。 本発明に係る含油廃水の処理方法及び処理装置の実施例について説明する図であり、模擬含油廃水中の塩濃度を変化させた実験で得られたデータを示すグラフである。 本発明に係る含油廃水の処理方法及び処理装置の実施例について説明する図であり、種々の塩濃度に調整した水溶液に重油を添加して作製した模擬含油廃水を用いて、水中油滴型エマルジョンの形成状態を確認した写真であり、（ａ）は塩として塩化マグネシウムを用いた場合、（ｂ）は塩化カルシウムを用いた場合、（ｃ）は硝酸ナトリウムを用いた場合の状態を示す写真である。 本発明に係る含油廃水の処理方法及び処理装置の実施例について説明する図であり、種々の塩濃度に調整した塩化カルシウム水溶液に重油を添加して作製した模擬含油廃水を用いて、水中油滴型エマルジョンの形成状態を確認した写真である。

以下、本発明の実施形態である含油廃水の処理方法及び処理装置（以下、単に処理方法又は処理装置と略称することがある）の一例を挙げ、その構成について、図１〜図８を適宜参照しながら詳述する。

［含油廃水の処理方法］
本実施形態の含油廃水の処理方法は、油分を含み、且つ、該油分の少なくとも一部がエマルジョンを形成した被処理水から油分を除去する処理方法であり、被処理水に塩を添加することで、被処理水中に形成されたエマルジョンを油水分離する前処理工程と、被処理水に凝集剤を添加することにより、被処理水中に油分を含むフロックを形成する凝集処理工程と、を順次備える方法である。具体的には、本実施形態の含油廃水の処理方法は、例えば、図１に示すような、詳細を後述する処理装置１０を用いて実施することができる。

（被処理水：含油廃水）
本実施形態の処理方法における被処理水としては、油分を含む廃水であれば特に限定されず、種々の含油廃水が挙げられ、例えば、石油や天然ガス等のエネルギー資源の採掘に伴って発生する随伴水が挙げられる。その他、被処理水としては、例えば、工場、ガソリンスタンド、厨房、家庭等から排出される食用油、鉱物油、ガソリン等を含む含油排水であってもよく、本実施形態の処理方法は、何れの含油廃水に適用した場合であっても、その効果が顕著に発揮されるものである。

本実施形態の処理方法においては、含油廃水（被処理水）に含まれる油分の種類は、特に限定されない。上記のような、石油採掘時の随伴水等の含油廃水中に含まれる油分の種類を特定することは、非常に困難である場合もあり得るが、例えば、炭素原子数が５〜３０の炭化水素等を、油分の一例として挙げることができる。

被処理水である含油廃水に含まれる油分の量は、特に制限されるものではないが、油分の除去処理が必要になる濃度として、例えば、０．１ｍｇ／Ｌ以上の油分含有量を例示できる。また、石油採掘時の随伴水に含まれる油分の一例として、１０〜２００ｍｇ／Ｌ程度の油分含有量が例示できる。
本実施形態の処理方法においては、被処理水である含油廃水に含まれる油分の量１〜１０００ｍｇ／Ｌ程度であれば、容易に油分を除去することが可能である。

さらに、本実施形態における被処理水である含油廃水には、上記の油分の他に、例えば、ポリマー増粘剤、塩類、油分やポリマー増粘剤以外の有機物、無機物、重金属類等の夾雑成分が含まれていても構わない。一方、これらの夾雑成分が、本実施形態の処理方法による油分除去を妨げるおそれがある場合には、予め、夾雑成分を除去するための処理を行ってもよいし、含油廃水を水で希釈することによって夾雑成分による影響を低減してもよい。通常、上記の夾雑成分の濃度が１〜５質量％未満であれば、油分除去に対する影響は、ほとんどみられない。

（処理方法）
本実施形態の処理方法においては、上述したように、含油廃水中に含まれる油分を凝集処理してフロックを形成させる凝集処理工程に先立ち、含油廃水に塩を添加することで、含油廃水中に存在する水中油滴型エマルジョンの油水分離を促進するための前処理工程を備えている。

本発明者等は、含油廃水に含有される油分を凝集させて除去する処理に関し、処理効率の向上や処理コストの削減を実現することを目的として、油分を含有するフロックの生成量を低減することが求められていることに対し、鋭意検討を重ねた。この結果、本発明者等は、含油廃水に凝集剤を添加する前の工程において塩を添加する前処理を施すことで、油分から形成されるエマルジョンの油水分離を促進できることを知見した。これにより、含油廃水中においてエマルジョンを形成する油分の濃度が低下するので、含油廃水中に含まれる油分をフロック化するにあたり、凝集剤の添加量を減量することが可能になり、且つ、油分を含有するフロックの生成量を低減できることを見出し、本発明を完成させたものである。上記のような、塩の添加によって水中油滴型エマルジョンの油水分離を促進できる作用は、塩による塩析で得られるものであり、含油廃水中においてエマルジョンを形成する油分の濃度を低下させるにあたり、非常に効果的である。

前処理工程は、上述したように、油分を含み、且つ、該油分の少なくとも一部がエマルジョンを形成した含油廃水に対して塩を添加することで、含油廃水中に形成されたエマルジョンを油水分離する工程である。

前処理工程において含油廃水に添加する塩の種類としては、特に限定されるものではないが、被処理水である含油廃水中に溶解し、陽イオンとして存在することが可能な塩、より具体的には、例えば、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウムのうちの少なくとも何れか１種を添加することが好ましい。本実施形態においては、上記のような塩を選択して添加することにより、エマルジョンの油水分離が顕著に促進される作用が得られ、次の凝集処理工程における凝集剤の添加量をさらに削減してフロックの生成量を低減させることが可能となる。

前処理工程における塩の添加量としては、特に限定されず、水中油滴型エマルジョンの形成状況に応じて、事前試験を行うことで適宜決定すればよい。即ち、前処理工程においては、まず、被処理水である含油廃水を用いて予め事前試験を行い、当該含油廃水の油水分離が可能な塩濃度を決定した後、この塩濃度に基づいて塩の添加量を決定する方法を採用することができる。このように、含油廃水に対する塩の添加量を、塩濃度が最適化されるように調整することで、エマルジョンの油水分離が顕著に促進される作用が得られるので、凝集処理工程における凝集剤の添加量をさらに削減してフロックの生成量を低減させることが可能となる。
上記のような、エマルジョンの油水分離を顕著に促進できる効果は、塩濃度が最適化されるように、含油廃水に塩を添加することで得られるが、過剰な濃度になるまで塩を添加しても、油水分離に対する寄与度は変わらないため、塩の添加量は、処理コストを考慮しながら決定することが好ましい。

ここで、本発明においては、上述したように、塩の添加により、この塩が含油廃水中に陽イオンとして存在することが、エマルジョンの油水分離を促進する作用を得るうえで重要となるが、これについては、後述の実施例において詳述する。

上述したような、塩の添加による含油廃水中の水中油滴型エマルジョンの油水分離の作用については、後述の実施例においても詳細に説明する。

凝集処理工程は、前処理工程に次いで行われる工程であり、上述したように、塩を添加して前処理を行った後の含油廃水に対し、凝集剤を添加することにより、含油廃水中に油分を含むフロックを形成する工程である。また、通常、含油廃水中の油分をフロック化することで、含油廃水の濁度を低下させることもできる。

凝集処理工程において添加する凝集剤の種類としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリ塩化アルミニウム及び硫酸バンド（硫酸アルミニウム）のうちの少なくとも何れかを添加し、且つ、ポリマーからなる高分子凝集剤を併用して添加することが好ましい。本実施形態においては、凝集剤として、上記の化合物群から適宜選択したものを、高分子凝集剤を併用して添加することにより、凝集剤の添加量をさらに削減してフロックの生成量を低減させる効果がより顕著に得られる。また、凝集処理工程において用いる凝集剤としては、比較的低濃度で優れたフロック化率を示す観点からポリ塩化アルミニウムを用いることがより好ましい。あるいは、ポリ塩化アルミニウム及び硫酸バンドを併用してもよいし、さらに、これら以外の公知の凝集剤を併用することも可能である。

凝集処理工程における凝集剤の添加量としては、特に限定されず、前処理工程における塩の添加量と同様、事前試験を行うことで、含油廃水中における油分の含有状況に応じて適宜決定すればよい。含油廃水に対する凝集剤の添加量を、事前試験結果に基づいて最適範囲に調整することで、凝集剤の添加量をさらに削減しながら、フロックの生成量を低減させることができるので、処理効率が向上するとともに、処理コストを低減する効果がより顕著に得られる。

また、凝集処理工程においては、含油廃水にＰＡＣ等の凝集剤を添加し、比較的小さなフロックを形成した後、高分子凝集剤と混合・撹拌することにより、油分のフロック化をより促進することが可能となる。この際のフロックの平均的な直径は５ｍｍ以上になり得る。

本実施形態の含油廃水の処理方法においては、さらに、上記の凝集処理工程で油分を含有するフロックが形成された含油廃水を、除去工程に供することでフロックを除去する。
除去工程において含油廃水からフロックを除去する方法としては、特に限定されず、従来公知の方法を採用することができる。このような方法としては、例えば、含油廃水を浮上槽内に一定時間で貯留することで、フロックを水面付近まで浮上させた後、このフロックを除去・回収する方法を採用できる。あるいは、逆にフロックを沈殿させて除去・回収する方法を採用してもよく、また、フロックを処理槽の壁や底にスカムとして吸着させて除去・回収する方法を採用してもよい。

そして、フロックを除去した後の含油廃水に、さらに、ろ過処理や吸着処理を施すことにより、フロック化せずに含油廃水中に残留した油分や、その他の有機物質及び無機物質等を除去することにより、油分が除去されて高度に精製された処理水を得る。
この処理水は、例えば、石油や天然ガス等の採掘現場において再利用するか、あるいは廃棄することができる。

本実施形態の含油廃水の処理方法によれば、上記のような前処理工程を備えることにより、油分を凝集させてフロックを生成する前に、予め、エマルジョンの油水分離を促進させて該エマルジョンを形成する油分の濃度を低下させることで、次の凝集処理工程における凝集剤の添加量を削減できることから、フロックの生成量を低減することが可能になる。従って、含油廃水中に含有される油分を効率よく、且つ、低コストで除去することが可能になる。

ここで、本実施形態の処理方法において、被処理水（含油廃水）中における塩濃度が高まるが、このような場合、処理水を海洋に放流したり地中へ返送したりすることには問題無いものの、処理水を別途使用する場合には所定の処理が必要となる。

また、本実施形態の処理方法は、油分を含む被処理水のみならず、上記の水中油滴型と類似したエマルジョンを形成する、非水溶性物質による水中エマルジョンの処理にも適用可能である。

［含油廃水の処理装置］
図１は、本実施形態の含油廃水の処理装置１０の構成を示す概略図である。
本実施形態の処理装置１０は、油分を含み、且つ、該油分の少なくとも一部がエマルジョンを形成した含油廃水（被処理水）５０から油分を除去する装置であり、含油廃水５０に塩６０を添加することで、含油廃水５０中に形成されたエマルジョンを油水分離する前処理部（前処理手段）２と、含油廃水５０に凝集剤７０を添加することにより、含油廃水５０中に油分を含むフロックを形成する凝集処理部（凝集処理手段）３と、を順次備えて概略構成される。

また、図１に示す例の処理装置１０においては、さらに、凝集処理部３に次いで、含油廃水５０中のフロックを除去するための除去処理部４と、フロックが除去された含油廃水５０をろ過するためのろ過処理部５と、ろ過後の含油廃水５０中に残留する油分等を吸着して除去するための吸着処理部６とが、順次備えられている。

図１に示すように、石油採掘時に発生する随伴水等からなる含油廃水５０は、まず、原液タンク１に導入される。原液タンク１に一時貯留された含油廃水５０は、ポンプ１１によって前処理部２に向けて送出される。

前処理部２は、含油廃水５０を内部に貯留する前処理タンク２１と、原液タンク１から導入される含油廃水５０に対して塩６０を添加する塩供給タンク２２とから構成される。
前処理タンク２１の内部には、塩６０が添加された含油廃水５０を撹拌するための攪拌子２１Ａが配置されている。この攪拌子２１Ａは、モータによって回転駆動され、回転軸と同軸で２枚設けられている。

塩供給タンク２２の内部には、貯留された塩６０を撹拌するための攪拌子２２Ａが配置されており、この攪拌子２２Ａもモータによって回転駆動される。また、塩供給タンク２２には、塩６０を送出するためのポンプ２２Ｂが備えられている。
図示例の塩供給タンク２２は、塩６０を、原液タンク１と前処理タンク２１とを接続する配管経路に供給するように構成されているが、例えば、前処理タンク２１内に向けて塩６０を供給するように構成することもできる。

前処理部２において塩６０が供給され、油分から形成されたエマルジョンが油水分離された含油廃水５０は、ポンプ２３によって凝集処理部３に向けて送出される。
また、図示例の前処理部２には、前処理タンク２１の上部近傍にスクレーパー２４が備えられている。このスクレーパー２４は、前処理タンク２１に収容された含油廃水５０の上澄みに存在する、油水分離された油分を除去するものであり、この油分は、スカムタンク８に導入された後、脱水機９によって脱水乾燥されることでスラッジとされ、廃棄処分される。このように、前処理部２にスクレーパー２４を設けることで、後段の凝集処理部３に対する油分の流入を抑制できるというメリットがある。

凝集処理部３は、油水分離の前処理が施された含油廃水５０を内部に貯留する凝集タンク３１と、前処理部２から導入される含油廃水５０に対して凝集剤７０を添加する凝集剤供給タンク３２とから構成される。
凝集タンク３１の内部には、槽内を上流側と下流柄とに仕切る２枚の邪魔板３１Ｃ，３１Ｄが設置されている。
また、凝集タンク３１の内部には、凝集剤７０が添加された含油廃水５０を撹拌するための攪拌子３１Ａ，３１Ｂが２箇所に配置されており、図示例では、攪拌子３１Ａが上流側に、攪拌子３１Ｂが下流側に、それぞれ配置されている。これら攪拌子３１Ａ，３１Ｂは、モータによって回転駆動され、それぞれ、回転軸と同軸で２枚ずつ設けられている。

凝集剤供給タンク３２の内部には、貯留された凝集剤７０を撹拌するための攪拌子３２Ａが配置されており、この攪拌子３２Ａも、モータによって回転駆動される。また、凝集剤供給タンク３２には、凝集剤７０を送出するためのポンプ３２Ｂが備えられている。
図示例の凝集剤供給タンク３２は、凝集剤７０を、前処理タンク２１と凝集タンク３１とを接続する配管経路に供給するように構成されているが、例えば、凝集タンク３１内に向けて凝集剤７０を供給するように構成することもできる。

凝集処理部３において凝集剤７０が供給され、油分を含有するフロックが形成された含油廃水５０は、マイクロバブルポンプ３３によって除去処理部４に向けて送出される。マイクロバブルポンプ３３には、不燃ガス供給部３４が接続されている。マイクロバブルポンプ３３は、不燃ガス供給部３４から供給された不燃ガスＮを用いて、含油廃水５０中にマイクロバブルを生成させながら、この含油廃水５０を除去処理部４に導入する。

本実施形態においては、上記のようなマイクロバブルポンプ３３及び不燃ガス供給部３４を備え、不燃ガスＮによるマイクロバルブを含油廃水５０中に生成させることで、後述の除去処理部４において、フロックの浮上性を向上させる効果が得られる。マイクロバルブを不燃ガスＮから生成させる理由としては、可燃ガスや助燃ガスに比べて安全性が高いことが挙げられ、例えば、窒素ガスを用いることができる。

除去処理部４は、油分を含有するフロックが形成された含油廃水５０を内部に貯留し、フロックを浮上させて除去するためのする処理槽である。
除去処理部４は、内部が浮上槽４１と排出槽４２の２槽に分割されており、凝集処理部３の凝集タンク３１から送出された含油廃水５０が浮上槽４１に貯留される。さらに、排出槽４２には、浮上槽４１からオーバーフローした含油廃水５０が、フィルター４２Ａを介して排出槽４２に流入するように構成されている。

また、図１に例示する処理装置１０には、内部に高分子凝集剤Ｐを貯留するポリマー供給タンク４６が備えられている。ポリマー供給タンク４６には、上述した塩供給タンク２２等と同様、内部に、モータによって駆動される攪拌子４６Ａが配置されている。また、ポリマー供給タンク４６は、内部に貯留された高分子凝集剤Ｐを、ポンプ４６Ｂにより、凝集タンク３１と浮上槽４１とを接続する配管経路に供給するように構成されている。

本実施形態においては、上記のようなポリマー供給タンク４６を備え、含油廃水５０に高分子凝集剤Ｐを添加することにより、ＰＡＣや硫酸バンド等によって形成された比較的小さなフロック同士を凝集させることで、フロックをより大きくする作用が得られる。これにより、除去処理部４におけるフロックの除去効率が向上する効果が得られる。このような高分子凝集剤Ｐとしては、例えば、アニオン系の高分子凝集剤を用いることができる。

浮上槽４１の内部には、槽内を上流側と下流側とに仕切る２枚の邪魔板４１Ａ，４１Ｂが設置されている。これら邪魔板４１Ａ，４１Ｂは、未除去のフロックが下流側に流出するのを防止するものであり、これら邪魔板４１Ａ，４１Ｂの間を通過したフロック除去後の含油廃水５０が、浮上槽４１からオーバーフローして排出槽４２に流入する。また、邪魔板４１Ａ，４１Ｂの間を通過した小さなフロックについては、排出槽４２の上端に設けられたフィルター４２Ａにより、排出槽４２への流入を規制する。

浮上槽４１の上端近傍には、浮上槽４１において浮上した油分を含有するフロックを掬い取って除去するためのスクレーパー４３が備えられている。また、浮上槽４１の上端の一部には、スクレーパー４３によって掬い取ったフロックを収容するための容器４５が接続されている。また、浮上槽４１と容器４５との境界には、油分を含有するフロック以外の水分が容器４５に流入するのを防止するための堰部材４４が設置されている。

除去処理部４において油分を含有するフロックが除去された含油廃水５０は、ポンプ４７によってろ過処理部５に向けて送出される。また、含油廃水５０から除去された油分を含有するフロックは、容器４５からスカムタンク８に導入された後、脱水機９によって脱水乾燥されることでスラッジＳとされ、廃棄処分される。

ろ過処理部５は、含油廃水５０中において凝集浮上処理で処理出来なかった濁質をろ過して除去するものである。このようなろ過処理部５としては、汚水処理等の分野における懸濁物の除去手段として通常用いられているろ過手段を何ら制限無く採用することができ、例えば、アンスラサイトによって構成されたものを採用できる。

吸着処理部６は、さらに、含油廃水５０中においてフロック化せずに、凝集浮上処理で処理出来なかった有機物質を吸着して除去することで、より高度に精製された処理水を得るものである。吸着処理部６としても、この分野において有害物等の除去に通常用いられている吸着手段を何ら制限無く採用することができ、例えば、活性炭等に含油廃水５０を接触させることで各種物質を吸着可能な構成とされたものを採用できる。

吸着処理部６において、高度に精製された被処理水は、浄化された処理水８０として処理水タンク７に貯留された後、石油採掘現場等において再利用するか、あるいは、排水処分することができる。

［作用効果］
以上説明したように、本実施形態の含油廃水の処理方法によれば、前処理工程において被処理水である含油廃水に塩を添加し、エマルジョンの油水分離を促進させ、エマルジョンを形成する油分の濃度を低下させてから、凝集処理工程において凝集剤を添加するので、凝集剤の添加量を削減することができ、油分を含有するフロックの生成量を低減させることが可能になる。

また、本実施形態の含油廃水の処理装置１０によれば、前処理部２において被処理水である含油廃水５０に塩６０を添加し、エマルジョンの油水分離を促進させ、エマルジョンを形成する油分の濃度を低下させてから、凝集処理部３において凝集剤７０を添加するので、凝集剤７０の添加量を削減することができ、油分を含有するフロックの生成量を低減させることが可能になる。

従って、本実施形態の含油廃水の処理方法及び処理装置１０によれば、含油廃水５０中から除去された油分を含有するフロックを効率よく処理することができ、処理コストの削減が可能となる。

次に、本発明の実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、本実施例によってその範囲が制限されるものではない。

［実施例１］
実施例１においては、まず、塩濃度（ＮａＣｌ含有）を種々の濃度（０〜２５質量％の範囲で１４ポイント：０，０．２，０．４，０．６，０．８，１，２，４，６，８，１０，１５，２０，２５質量％）に調整した水溶液を各々５０ｍＬ作製した。
そして、各塩水に対してＡ重油０．１５ｍＬを添加し、試験瓶に収容した状態で一昼夜（１２時間以上）にわたって振とうすることで、水中油滴型エマルジョンを含んだ模擬含油廃水を調製した。

図２に、実施例１において塩濃度を各濃度に調整して作製した模擬含油廃水を、各々試験瓶に収容した状態で、水中油滴型エマルジョンが形成された様子を確認した写真を示す。
また、図２の写真に示した、模擬含油廃水中の塩濃度を変化させた実験で得られたデータとして、図３（ａ）に塩濃度と油分濃度との関係を表すグラフ、図３（ｂ）に塩濃度と濁度との関係を表すグラフ、図３（ｃ）に塩濃度とＴＯＣ（全有機炭素）との関係を表すグラフを、それぞれ示す。

図２の写真に示すように、塩濃度が高くなるほど模擬含油廃水の濁りが減少しており（透明度が増しており）、水中油滴型エマルジョンを形成している油分濃度が低下していることが伺える。これは、図３（ａ）〜（ｃ）の各グラフに示すデータからも明らかであり、模擬含油廃水の塩濃度が高くなるにつれ、油分濃度、濁度、ＴＯＣの各値が低下する傾向があることが確認できる。

［実施例２］
実施例２においては、各塩水に添加するＡ重油の量を０．３０ｍＬとした点を除き、実施例１と同様の手順で、種々の塩濃度を有する、水中油滴型エマルジョンを含んだ模擬含油廃水を調製した。
図４に、実施例２において塩濃度を各濃度に調整して作製した模擬含油廃水を、各々試験瓶に収容した状態で、水中油滴型エマルジョンが形成された様子を確認した写真を示す。

図４の写真に示すように、実施例１における結果（図２参照）と同様、塩濃度が高くなるほど模擬含油廃水の濁りが減少している（透明度が増している）。しかしながら、図２及び図４の写真における同じ塩濃度のサンプル同士を比較すると、図４の写真中のサンプルの方がより濁っているのが分かり、これは、図６のグラフに示した、実施例１と実施例２の結果を比較するデータからも明らかである。この結果より、初期における油分の濃度が高めである場合でも、塩添加による塩析が作用し、水中油滴型エマルジョンを形成している油分濃度の低下に寄与していると考えられる。一方、その油分濃度の低下度合は、初期条件（油分濃度）に依存すると考えられる。

［実施例３］
実施例３においては、実際の石油採掘現場等における含油廃水の処理を考慮し、水中油滴型エマルジョンが形成された含油廃水に対して塩（ＮａＣｌ）を添加した後、試験瓶に収容した状態で一昼夜（１２時間以上）にわたって振とうし、含油廃水の状態を確認した。

具体的には、まず、水道水５０ｍＬに対してＡ重油１５ｍＬを添加して模擬含油廃水を調製した。
そして、塩濃度が０〜２５％の範囲で種々の濃度（１４ポイント：０，０．２，０．４，０．６，０．８，１，２，４，６，８，１０，１５，２０，２５質量％）となるように、上記の模擬含油廃水に対して塩（ＮａＣｌ）を添加した後、試験瓶に収容した状態で１時間にわたって振とうした。
図５（ａ）に、模擬含油廃水の初期状態における写真を示すとともに、図５（ｂ）に、塩の量を変更しながら添加して振とうした後の含油廃水の写真を示す。なお、実施例３においては、模擬含油廃水を調製した後に塩を添加していることから、図５（ｂ）に示す写真においては、図５（ａ）に示す状態に比べて、試験瓶に収容した模擬含油廃水の量が若干多くなっている。

図５（ａ）に示すように、模擬含油廃水に塩を添加する前の初期状態においては、全ての試験瓶に収容した模擬含油廃水が濁った状態となっている。
一方、図５（ｂ）に示すように、実施例３においても、実施例１，２における結果（図２及び図４参照）と同様、塩濃度が高くなるほど模擬含油廃水の濁りが減少している（透明度が増している）ことがわかる。この結果より、実際の石油採掘現場等における含油廃水の処理を考慮した条件下においても、塩添加による塩析が作用し、水中油滴型エマルジョンを形成している油分濃度を低下させることが可能であることが明らかとなった。

［実施例４〜６］
実施例４〜６においては、塩として、塩化マグネシウム・ＭｇＣｌ_２（実施例４）、塩化カルシウム・ＣａＣｌ_２（実施例５）、硝酸ナトリウム・ＮａＮＯ_３（実施例６）を用いた点を除き、実施例１と同様の手順で、種々の塩濃度を有する、水中油滴型エマルジョンを含んだ模擬含油廃水を調製した。

図７（ａ）〜（ｂ）に、実施例４〜６において塩濃度を各濃度に調整して作製した模擬含油廃水を、各々試験瓶に収容した状態で、水中油滴型エマルジョンが形成された様子を確認した写真を示す。ここで、図７（ａ）は塩として塩化マグネシウムを用いた場合、図７（ｂ）は塩化カルシウムを用いた場合、図８（ｃ）は硝酸ナトリウムを用いた場合の状態を示す写真である。

図７（ａ）に示した実施例４（塩化マグネシウム）、及び、図７（ｂ）に示した実施例５（塩化カルシウム）においては、図２に示したような塩化ナトリウムを用いた実施例１に比べて、特に、塩濃度が０．２〜１％の低濃度領域において模擬含油廃水の濁りが減少しており（透明度が増しており）、水中油滴型エマルジョンを形成している油分濃度が低下していることが伺える。これは、２価の陽イオン（ＭｇＣｌ_２、ＣａＣｌ_２）による塩析効果は、１価の陽イオン（ＮａＣｌ）による塩析効果に比べて大きくなるためではないかと考えられる。

一方、図７（ｃ）に示した実施例６（ＮａＮＯ_３）においては、図２に示した実施例１（ＮａＣｌ）とほぼ同様の結果（模擬含油廃水の濁り：透明度）となった。これは、硝酸ナトリウムは、塩化ナトリウムの場合と同様に、１価の陽イオンによる塩析作用を発現するためと考えられる。

［実施例１〜６の結果に基づく評価］
上記の各実施例の結果より、石油採掘現場等で発生する随伴水のような含油廃水を処理するにあたっては、以下のようなことが考えられる。
即ち、水中油滴型エマルジョンを形成している油分濃度を低下させるためには、塩を最適な量で添加する必要があり、その把握が求められる。実施例１〜３で実施した実験においては、模擬含油廃水中における塩濃度（塩化ナトリウム）が高くなるにつれて、油分濃度が低下していく傾向はみられるものの、塩濃度（塩化ナトリウム）が１％以上だと、大きな油分濃度の低下は見られなかった。従って、本発明に係る含油廃水の処理方法においては、含油廃水中における塩濃度（塩化ナトリウム）が１％程度となるように塩を添加するのが、最も効率的であると考えられる。しかしながら、実際には、含油廃水の水質や経済性等を考慮し、石油採掘現場等において、塩の最適添加量を設定するための事前試験を実施することが必要であると考えられる。
また、実施例１と実施例４〜６とを比較すると、添加する塩の陽イオンの価数が大きいほど、少ない添加量で効果的な油水分離（塩析）が可能となることを確認することが出来た。

なお、本発明者等は、実施例４のような塩として塩化カルシウムを用いた場合において、さらに、塩濃度が次の３ポイント：０．０１，０．０５，０．１質量％となるように塩水を調整し、同様の条件で模擬含油廃水を調製して、同様に観察する参考実験を行った。この結果、図８の写真に示すように、塩濃度が０．０１質量％、０．０５質量％、０．１質量％と高くなるにつれて油分濃度が低下していく傾向が見られ、塩濃度を低めに設定した場合であっても、本発明の処理方法による効果が得られることが確認できた。

以上説明した各実施形態及び各実施例における 各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。

本発明の含油廃水の処理方法及び処理装置によれば、たとえば、石油や天然ガスの生産に伴って副次的に発生する随伴水等、含油廃水の処理に幅広く適用することができることから、環境保全等の観点からも寄与度の高いものである。

１…原液タンク
２…前処理部（前処理手段）
３…凝集処理部（凝集処理手段）
４…除去処理部（除去手段）
１０…処理装置（含油廃水の処理装置）

Claims (8)

1. 油分を含み、且つ、該油分の少なくとも一部がエマルジョンを形成した被処理水から前記油分を除去する、含油廃水の処理方法であって、
   前記被処理水に塩を添加することで、前記被処理水中に形成されたエマルジョンを油水分離する前処理工程と、
   前記被処理水に凝集剤を添加することにより、前記被処理水中に、前記油分を含むフロックを形成する凝集処理工程と、
   を順次備えることを特徴とする含油廃水の処理方法。
2. 前記前処理工程は、前記塩として、前記被処理水中に溶解して陽イオンとして存在可能な塩を添加することを特徴とする請求項１に記載の含油廃水の処理方法。
3. 前記前処理工程は、前記塩として、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウムのうちの少なくとも何れか１種を添加することを特徴とする請求項２に記載の含油廃水の処理方法。
4. 前記前処理工程は、前記被処理水を用いた事前試験によって前記油水分離が可能な塩濃度を決定した後、該塩濃度に基づいて前記塩の添加量を決定することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の含油廃水の処理方法。
5. 前記凝集処理工程は、前記凝集剤として、ポリ塩化アルミニウム及び硫酸バンドのうちの少なくとも何れかを添加し、且つ、ポリマーからなる高分子凝集剤を併用して添加することを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の含油廃水の処理方法。
6. 前記凝集処理工程に次いで、前記被処理水中に形成された前記フロックを除去する除去工程を備えることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の含油廃水の処理方法。
7. 前記被処理水が、エネルギー資源の採掘で発生した随伴水であることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の含油廃水の処理方法。
8. 油分を含み、且つ、該油分の少なくとも一部がエマルジョンを形成した被処理水から前記油分を除去する、含油廃水の処理装置であって、
   前記被処理水に塩を添加することで、前記被処理水中に形成されたエマルジョンを油水分離する前処理手段と、
   前記被処理水に凝集剤を添加することにより、前記被処理水中に、前記油分を含むフロックを形成する凝集処理手段と、
   を順次備えることを特徴とする含油廃水の処理装置。