JP2017140545A

JP2017140545A - エマルジョン化した油を含む水の油水分離方法

Info

Publication number: JP2017140545A
Application number: JP2014082388A
Authority: JP
Inventors: 一三栗木; Kazumi Kuriki
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-04-12
Filing date: 2014-04-12
Publication date: 2017-08-17
Also published as: WO2015156386A1

Abstract

【課題】パームオイル工場から有機排水として発生するＰＯＭＥや、石油採掘現場において発生する石油随伴水などの、エマルジョン化した油を含む水の効果的な処理方法を提供すること。
【解決手段】本発明のエマルジョン化した油を含む水の油水分離方法は、マイクロバブルを含む水を加えたエマルジョン化した油を含む水、および／または、その水中にマイクロバブルを発生させたエマルジョン化した油を含む水を、マイクロバブル発生装置に循環させることによるものである。
【選択図】図４

Description

本発明は、パームオイル工場から有機排水として発生するＰＯＭＥ（ＰａｌｍＯｉｌＭｉｌｌＥｆｆｌｕｅｎｔ：パームオイル廃液）や、石油採掘現場において発生する石油随伴水などの、エマルジョン化した油を含む水の油水分離方法に関する。

アブラヤシから採取されるパームオイルは、食品をはじめとする様々な製品の原料として用いられている植物油である。その二大産地はマレーシアとインドネシアであり、これらの国のパームオイル工場では、日々、大量のパームオイルが生産されている。パームオイルは、アブラヤシの果実を圧搾することによって生産されるが、その過程において、パームオイルを含んだ水であるＰＯＭＥが有機排水として発生する。ＰＯＭＥは、パームオイルをエマルジョン化した油として含むため、処分が困難なものである。従って、現在のところ、パームオイル工場から大量に発生したＰＯＭＥは、ため池に数か月間放置した後に自然環境に戻されている。しかしながら、こうした処理方法によってため池は無酸素状態となり、大量のメタンガスが発生することで地球温暖化の元凶の一つになっていることに加え、結果としてＰＯＭＥに含まれるパームオイルは回収されることなく廃棄されている。ＰＯＭＥの処理方法については、例えば特許文献１において、ＰＯＭＥを、ＢＯＤ成分とＳＳ成分を十分に低減してから排水するための装置が提案されているが、ＰＯＭＥに含まれるパームオイルの回収が可能な処理方法が望まれている。

また、石油採掘現場において発生する石油随伴水も、エマルジョン化した油を含む水であり、ＰＯＭＥと同様に処分が困難なものであるため、その効果的な処理方法が求められている。

特開２０１１−８３７４５号公報

そこで本発明は、ＰＯＭＥや石油随伴水などのエマルジョン化した油を含む水の効果的な処理方法を提供することを目的とする。

本発明者は上記の点に鑑みて鋭意検討を行った結果、ＰＯＭＥや石油随伴水などのエマルジョン化した油を含む水をマイクロバブル発生装置に循環させると、エマルジョン化した油を含む水が徐々に油と水に分離することを見出した。

上記の知見に基づいてなされた本発明のエマルジョン化した油を含む水の油水分離方法は、請求項１記載の通り、マイクロバブルを含む水を加えたエマルジョン化した油を含む水、および／または、その水中にマイクロバブルを発生させたエマルジョン化した油を含む水を、マイクロバブル発生装置に循環させることによるものである。
また、請求項２記載の方法は、請求項１記載の方法において、エマルジョン化した油を含む水がＰＯＭＥまたは石油随伴水である。

本発明によれば、吸着剤や凝集剤を添加することなく、エマルジョン化した油を含む水を油と水に分離することが可能であり、油を回収することができるとともに、油から分離した水を再利用や排水することができる。従って、これまで処分が困難であったＰＯＭＥや石油随伴水などの処理を効果的に行うことができる。

水中の油滴にナノバブルが付着している概念図である。実施例１において用いるマイクロバブル発生装置のマイクロバブル発生性能を示すグラフ（蒸留水から発生させたマイクロバブルの気泡分布を示すグラフ）である。実施例１における、ＰＯＭＥのマイクロバブル発生装置への循環を開始させた直後の処理槽内の様子を示す写真である（内容物はＰＯＭＥである）。同、ＰＯＭＥのマイクロバブル発生装置への循環を開始させてから約３０分後の処理槽内の様子を示す写真である（内容物がＰＯＭＥから水とその表面上に形成された泡沫に変化している）。

本発明のエマルジョン化した油を含む水の油水分離方法は、マイクロバブルを含む水を加えたエマルジョン化した油を含む水、および／または、その水中にマイクロバブルを発生させたエマルジョン化した油を含む水を、マイクロバブル発生装置に循環させることによるものである。

本発明における処理対象水であるエマルジョン化した油を含む水は、例えば、粒径が０．１〜５００μｍの油滴が乳化状態で分散した水であり、その具体例としては、パームオイル工場から有機排水として発生するＰＯＭＥや、石油採掘現場において発生する石油随伴水などが挙げられる。

本発明のエマルジョン化した油を含む水の油水分離方法において、マイクロバブルを含む水を加えたエマルジョン化した油を含む水は、例えば、水道水や蒸留水をマイクロバブル発生装置に送り込むことで調製したマイクロバブルを含む水を、処理対象水であるエマルジョン化した油を含む水に加えることで得ることができる。その水中にマイクロバブルを発生させたエマルジョン化した油を含む水は、例えば、処理対象水であるエマルジョン化した油を含む水をマイクロバブル発生装置に送り込むことで調製することができる。こうした、マイクロバブルを含む水を加えたエマルジョン化した油を含む水や、その水中にマイクロバブルを発生させたエマルジョン化した油を含む水を、マイクロバブル発生装置に循環させることで、エマルジョン化した油を含む水を油と水に分離することができる。その分離メカニズムは以下の通りである。

本発明のエマルジョン化した油を含む水の油水分離方法において、エマルジョン化した油を含む水に加える水に含まれるマイクロバブルや、エマルジョン化した油を含む水中に発生させたマイクロバブルは、例えば、粒径が１〜１００μｍの気泡である。本発明において、マイクロバブルに期待する効果は、水中に乳化状態で分散する油滴と合体することにより、トータルの比重を水よりも軽量化することで油滴を浮上させ、その結果として油と水を分離することである。油滴は疎水的な性質を有しているため、気体と接触するとその状況を永続できる特徴がある。しかしながら、水中に存在する油滴やマイクロバブルは帯電しており、その程度は異なるものの基本的に同じ符号の電荷を帯びているため、両者の間に静電的反発力が作用することに加え、マイクロバブルの多くは内部に含まれる気体を水中に溶解させながら縮小して粒径が１μｍ未満（典型的には２００〜７００ｎｍ）のナノバブルになるので、油滴とマイクロバブルが接触する機会は多くない。そのため、エマルジョン化した油を含む水にマイクロバブルを含む水を加えたり、エマルジョン化した油を含む水中にマイクロバブルを発生させたりしただけでは、油滴とマイクロバブルを合体させることは困難であり、結果として油と水を分離することも困難である。
以上の点を踏まえ、本発明では、マイクロバブルを含む水を加えたエマルジョン化した油を含む水や、その水中にマイクロバブルを発生させたエマルジョン化した油を含む水を、マイクロバブル発生装置に循環させることを行う。上述の通り、マイクロバブルは、内部に含まれる気体を水中に溶解させながら縮小してナノバブルになる性質を有している。従って、エマルジョン化した油を含む水にマイクロバブルを含む水を加えたり、エマルジョン化した油を含む水中にマイクロバブルを発生させたりすると、マイクロバブルの多くは、油滴との間で作用する静電的反発力によって油滴と接触することなく縮小してナノバブルになる。マイクロバブルやナノバブルは、表面付近に存在する電荷を濃縮する効果を有するが、マイクロバブルがナノバブルに縮小すると、電荷の濃縮の程度が高まるため、縮小速度がマイクロバブルの縮小速度よりも非常に緩やかになり、結果的に、ナノバブルは、一時的に安定化して数分間（典型的には１〜１０分間）は水中をほぼ同じ大きさで浮遊する。こうした状況下でも、ナノバブルは電荷を帯びているため、油滴との間で静電的反発力は変わらずに作用している。しかしながら、ナノバブルは、非常に微小なので、気泡の表面に対して熱分子運動の効果として衝突してくる水分子に方向的な偏りが生じ、いわゆるブラウン運動と呼ばれる動きがナノバブルには認められる。その結果、油滴の近傍に位置するナノバブルに対して水分子の衝突によって油滴方向に移動させる力が加わると、ナノバブルは、油滴との間で作用する静電的反発力を上回って油滴と接触する。いったん、ナノバブルが油滴と接触すると、両者は同じ疎水的な性質を有しているため一体化する。一般的な状況下においては、マイクロバブルを含む水を加えたエマルジョン化した油を含む水中や、その水中にマイクロバブルを発生させたエマルジョン化した油を含む水中では、相対的に大きな油滴の表面にナノバブルが付着している様相を呈する（図１参照）。但し、ナノバブルの大きさは油滴の大きさよりも小さいため、ある程度の個数のナノバブルが油滴の表面に付着しても、油滴を浮上させる効果は小さい。そこで、その表面にナノバブルが付着している油滴を含む水を、マイクロバブル発生装置に送り込むことにより、油滴の表面に付着したナノバブルを核としてマイクロバブルに成長させることで、油滴を浮上させる効果を高めることが本発明の要点である。
即ち、本発明によれば、マイクロバブルを含む水を加えたエマルジョン化した油を含む水や、その水中にマイクロバブルを発生させたエマルジョン化した油を含む水を、マイクロバブル発生装置に循環させることで、こうした水に含まれる油滴の表面に付着したナノバブルがマイクロバブルに成長して油滴を浮上させるとともに、こうした水から新たなマイクロバブルが発生し、ナノバブルに縮小した後に油滴の表面に付着し、その表面にナノバブルが付着している油滴を含む水が、マイクロバブル発生装置に送り込まれることにより、油滴の表面に付着したナノバブルがマイクロバブルに成長して油滴を浮上させるといった現象が次々に引き起こされることで、結果として油と水が効果的に分離される。なお、マイクロバブルを含む水を加えたエマルジョン化した油を含む水や、その水中にマイクロバブルを発生させたエマルジョン化した油を含む水の、マイクロバブル発生装置への循環の１サイクルの時間は、１０秒間〜１０分間が望ましく、３０秒間〜５分間がより望ましい。１サイクルの時間が短すぎると、マイクロバブルがナノバブルに縮小できないことで、油滴の表面に十分な個数のナノバブルが付着できないおそれがある一方、１サイクルの時間が長すぎると、マイクロバブルがナノバブルを経て消滅してしまうおそれがある。

本発明のエマルジョン化した油を含む水の油水分離方法において、エマルジョン化した油を含む水に加えるマイクロバブルを含む水を調製するためのマイクロバブル発生装置、エマルジョン化した油を含む水中にマイクロバブルを発生させるためのマイクロバブル発生装置、マイクロバブルを含む水を加えたエマルジョン化した油を含む水や、その水中にマイクロバブルを発生させたエマルジョン化した油を含む水を循環させるマイクロバブル発生装置は、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、自体公知の装置、例えば、加圧溶解型の装置や二相流旋回方式の装置などであってよい。しかしながら、マイクロバブルを含む水を加えたエマルジョン化した油を含む水や、その水中にマイクロバブルを発生させたエマルジョン化した油を含む水を循環させるマイクロバブル発生装置は、こうした水に含まれるその表面にナノバブルが付着した油滴に強い物理的ストレスを加えることなく、油滴の表面に付着したナノバブルを核としてマイクロバブルに効率的に成長させることができるとともに、こうした水から新たなマイクロバブルを効率的に発生させることができる装置であることが望ましい。以上の点に鑑みれば、本発明者が特許第３８３６４９７号公報において提案したマイクロバブル発生装置、具体的には、「流体を移送する移送管の流路内に、流体に気体を供給する気体供給部と、流体を螺旋状に案内する羽根と、前記気体供給部及び前記羽根よりも下流側に配置されると共に、前記流路内に配した一又は複数の板状部材の表面で、前記管内に管軸方向へ延び、かつ前記羽根で螺旋状に案内されて旋回する流体を整流する複数の分割流路を区画形成した区画形成部とを備え、前記気体供給部及び前記羽根を通過して旋回する流体中に含まれる気体が、前記区画形成部を通過して微細化され、正又は負の電荷を持ったイオン気泡となるように構成したイオン気泡発生装置」を、本発明において好適に採用することができる。本発明者が提案したこのマイクロバブル発生装置によれば、装置内において、その表面にナノバブルが付着した油滴に強い物理的ストレスが加わることがないので、油滴の表面に付着したナノバブルを核としてマイクロバブルに効率的に成長させることができるとともに、新たなマイクロバブルを効率的に発生させることができる。この装置では、装置内の圧力を３〜５気圧程度に加圧し、外部から取り込んだ気体を渦流の作用によって水に溶解させるため、ノズルから解放された直後においては水中に過飽和な条件で気体が含まれている。過飽和な条件で水中に存在している気体分子は、ガス相を形成することで安定的な飽和条件に戻ろうとする傾向がある。従って、こうした環境下にその表面にナノバブルが付着している油滴が晒されると、周囲の水に含まれる過飽和条件の気体分子が、油滴の表面に付着しているナノバブルの界面を通して、その内部に飛び込んでくる。その結果、油滴の表面に付着しているナノバブルは急激に成長し、とりわけノズルからの解放が４気圧程度の圧力が加えられた上で行われると、ナノバブルの内部に飛び込んでくる気体分子の量が非常に多いため、１秒以内の短時間のうちにナノバブルはマイクロバブルに成長し、油滴を浮上させる効果が高まる。また、油滴の表面に付着しているナノバブルは、一時的に安定化していることで電荷の濃縮が抑制されているため、油滴の電荷と均一となり、油滴の表面に付着しているナノバブル同士の合体も生じる。気泡は大きいほど内部圧力の上昇が小さいため、気液界面における気体分子は、水中からナノバブル同士が合体して生成した気泡の内部に加速度的に移動し、最終的に、典型的には粒径が１００〜２００μｍのマイクロバブルよりも大きい気泡が油滴と一体となることで、非常に大きな浮力を生じる。加えて、このような状況でも、合体した油滴とマイクロバブルは疎水的な性質を維持しているため、急速に上方に持ち上げられ、最終的には水面まで浮上する。通常、マイクロバブルは水面まで浮上すると、その内部の加圧された気体を気相に放出して崩壊する。しかしながら、油滴と合体したマイクロバブルは、水面まで浮上しても崩壊せず、水中から次々に上昇してくる油滴と合体したマイクロバブルやマイクロバブルよりも大きい気泡と合体を繰り返すことで、非常に大きな気泡として存在するに至り、水面上において泡沫を形成する。加えて、油滴もまた合体を繰り返すため、油滴に由来する油によって泡沫が安定なものとなる。結果として、水面上に泡沫が次々と積み重なり、油滴の濃縮が進行する。こうして成長する泡沫は、重力の作用により泡沫界面に含まれる水分を下方に追いやるため、泡沫に含まれる水の割合が低下し、逆に油の割合が上昇する。本発明者が特許第３８３６４９７号公報において提案したマイクロバブル発生装置は、こうした一連の現象を引き起こすのに好適なものである。

例えば処理槽とマイクロバブル発生装置を回路で接続し、処理槽内のエマルジョン化した油を含む水をマイクロバブル発生装置に循環させることで、処理槽の内容物は、次第に水とその表面上に形成された油を含む泡沫に変化する。所定の時間、例えば１０分間〜２４時間、マイクロバブル発生装置を運転した後、油を含む泡沫は、スクレーパーを用いて掻き取るなどすることにより回収することができる。また、油から分離した水は、再利用や排水することができる。処理槽内のエマルジョン化した油を含む水をマイクロバブル発生装置に循環させている途中で、新たなエマルジョン化した油を含む水を系内に加えたり、油から分離した水を系内から排出したりしてもよい。

なお、本発明において、マイクロバブル発生装置に外部から取り込む気体は、特に限定されるものではなく、例えば空気であってよいが、処理対象水とするエマルジョン化した油を含む水が酸化されることを望まざる場合、マイクロバブル発生装置に外部から取り込む気体は、窒素やアルゴンなどの不活性気体であることが望ましい。

また、本発明のエマルジョン化した油を含む水の油水分離方法においては、処理対象水とするエマルジョン化した油を含む水に、凝集剤などを添加してもよい。

以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明は以下の記載に限定して解釈されるものではない。

実施例１：
３５Ｌの処理槽と、本発明者が特許第３８３６４９７号公報において提案したマイクロバブル発生装置（ポンプ駆動量：４０Ｌ、５分間程度の運転で蒸留水から図２に示す気泡分布のマイクロバブルを発生させることができるもの）を、回路で接続し、処理対象水としてインドネシアのパームオイル工場から入手した２０ＬのＰＯＭＥを処理槽に入れ、マイクロバブル発生装置に循環させた（循環の１サイクルの時間：約３０秒間）。循環を開始させた直後の処理槽内の様子を図３に、循環を開始させてから約３０分後の処理槽内の様子を図４に、それぞれ示す。図３と図４から明らかなように、ＰＯＭＥをマイクロバブル発生装置に循環させることで、処理槽内のＰＯＭＥは、水とその表面上に形成された泡沫に変化した。ＰＯＭＥの油分と水の表面上に形成された泡沫の油分をノルマルヘキサン抽出法によって測定したところ、ＰＯＭＥの油分の約８６％を泡沫として回収できたことがわかった。なお、処理槽内のＰＯＭＥをマイクロバブル発生装置に循環させている途中で、油から分離した水に含まれるマイクロバブルの気泡分布を調べたところ、図２に示す気泡分布とほぼ同様であった。

実施例２：
中東の石油採掘現場において発生した石油随伴水を処理対象水とすること以外は実施例１と同様の処理を行ったところ、石油随伴水を油と水に分離することができた。なお、処理対象水とした石油随伴水に凝集剤として例えばポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）を予め添加しておくことで、処理速度を向上することができた。

本発明は、ＰＯＭＥや石油随伴水などのエマルジョン化した油を含む水の効果的な処理方法を提供することができる点において産業上の利用可能性を有する。

Claims

マイクロバブルを含む水を加えたエマルジョン化した油を含む水、および／または、その水中にマイクロバブルを発生させたエマルジョン化した油を含む水を、マイクロバブル発生装置に循環させることによる、エマルジョン化した油を含む水の油水分離方法。
エマルジョン化した油を含む水がＰＯＭＥまたは石油随伴水である、請求項１記載の方法。