JP3359448B2 - 油水分離装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は水性の分散媒中に油粒子
が混入する処理液を、分散媒と油分とに分離する油水分
離装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属機械部品の洗浄（部品に付着した切
削油、プレス油、研削油等を除去すること）や電子部品
の洗浄（基板等に付着している異物・微粒子等を除去す
ること）においては、、従来採用されてきたフロン、ト
リクロロエタンの使用が法的に制限を受け、代替の洗浄
方法の一つとして水系洗浄が採用される傾向にある。

【０００３】これには、水あるいは洗浄剤を含んだ水溶
液をウォータジェットとして部品にぶつけて油分を除去
する方法、液中に部品を浸漬した状態で超音波を発振さ
せる方法等がある。

【０００４】いずれの方法にしても常に新しい洗浄液を
用いるということは、その分だけ廃液が発生することに
なるため、同じ洗浄液でより多くの部品を洗浄すること
が要求される。

【０００５】洗浄液の寿命とは、部品より脱離した油分
濃度が大きくなり、逆に部品を汚染してしまうような状
態や洗浄剤（界面活性剤、アルカリ成分等）の劣化した
状態＝油分との化学反応により洗浄剤としての濃度が低
下した状態であるが、液中から油分のみを除去すること
及び洗浄剤を補給することで洗浄液の再生がなされる。

【０００６】油水分離装置に関しては、加圧浮上式油水
分離、コアレッサーフィルタータイプ（極細繊維構造体
に液を透過させることによって油滴径を大きくして比重
差分離を促進させる）、種々の粗粒化エレメントを使用
したタイプ（コアレッサータイプと同原理）、電位差分
離・荷電凝集分離（液中に分散している微粒子、液滴に
電荷を与え凝集させたうえでろ過あるいは比重差分離を
行う）等があるが、これらのいずれの方法も水中に分散
している油分が不安定な存在であり、油分が凝集し比重
の小さい油分が浮上しやすいという特性を利用してい
る。

【０００７】ところが、超音波洗浄（超音波分散）等、
高度に分散された油水混合液では、その油滴径は非常に
小さく（０．１〜１［μｍ］）、安定なエマルジョンを
形成しており静置しておいた場合には数週間〜数カ月経
たないと油分が浮上してこないような液が形成されてい
る。このような液に関しては、上記油水分離法の適用は
不可となり、油滴径より小さな孔径を有する膜（精密ろ
過膜、限外ろ過膜等）による方法が採用される。

【０００８】膜式油水分離法の欠点としては、通常用い
られる膜材質としてはポリスルホン等の高分子系材質や
セラミック系があるが、いずれの材質にしても安定なエ
マルジョンを形成していない、いわゆる浮上油が膜面に
接触すると油膜が形成され透過流束が著しく低下する。

【０００９】したがって、膜寿命を確保するためには、
前処理（従来型油水分離）によりなるべく浮上油を除去
してから膜処理を施すこと、膜面への油分の堆積・吸着
の進行を防ぐためにクロスフローろ過方式を採用すると
ともに、定期的な逆洗を行うこと、等の対策が必要であ
る。

【００１０】なお、精密ろ過膜・限外ろ過膜と全量ろ過
・クロスフローろ過の組み合わせによる油水分離では、
次のような問題がある。

【００１１】 限外ろ過膜でのクロスフローろ過方式 膜表面に形成されている孔の径は、油滴径より十分小さ
いため油滴は膜表面で阻止される。また、膜面に堆積し
ようとする油滴は原液の循環流（クロスフロー）によっ
て掻き取られ、膜面が洗浄される。さらに定期的な逆洗
によりこの膜面洗浄効果は促進される。

【００１２】 精密ろ過膜でのクロスフローろ過方式 膜表面の孔径が油滴径と近接しているため、ろ過圧によ
って油滴が膜内部にまで入り込んでしまう。クロスフロ
ーでは膜表面洗浄効果はあるが、膜内部に入り込んだも
のは除去できないため目詰まり・流量低下が著しい。

【００１３】 限外ろ過膜での全量ろ過方式 油滴は膜表面で阻止されるが、そのまま膜面を覆ってし
まうため水の透過を妨げる。寿命は著しく短い。

【００１４】 精密ろ過膜での全量ろ過方式 と同様に寿命は短い。この場合、油滴は膜内部にまで
入り込んだ状態で捕捉される。

【００１５】したがって、ろ過膜の寿命を確保するに
は、上記したように、限外ろ過膜でのクロスフローろ過
方式が推奨される。

【００１６】しかしながら、クロスフローろ過において
は、クロスフローを作りだすための比較的大型のポンプ
を含め複雑な配管を要し、さらに逆洗機構についても複
雑となり装置としてのコストアップはさけられないとい
った問題がある。

【００１７】また、ろ過膜による濃縮運転となるため、
濃縮液の処理方法を検討する必要がある。

【００１８】本発明は上記した従来技術の問題点を解決
するためになされたもので、その目的とするところは、
ろ過膜を用いる方式で、簡単な構造で長寿命の油水分離
装置を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明にあっては、水性の分散媒中に油粒子が混入
する処理液を、分散媒と油分とに分離するろ過手段を備
えた油水分離装置において、前記ろ過手段は、多数本の
中空糸膜を束ねて構成され、該中空糸膜を前記処理液の
全量が通過する中空糸膜モジュールであり、 該中空糸膜
モジュールを収納する中空のハウジングと、該ハウジン
グに設けられた前記処理液を供給する供給口と、前記中
空糸膜モジュールの下部に設けられ、前記中空糸膜を透
過した膜透過液を取り出す取出口と、前記ハウジングの
内部であって前記中空糸膜モジュールの上方に設けら
れ、前記処理液から分離された浮上油分を溜めるための
空間と、前記浮上油分を排出するために前記ハウジング
の上部に設けられた排出口と、を有することを特徴とす
る。

【００２０】

【００２１】

【作用】前述したように、油分を含有した処理液を直接
ろ過膜でろ過しようとすると、膜面への油分の堆積・吸
着により著しく透過性能が損なわれる。

【００２２】これに対して、本願発明のように、ろ過膜
として中空糸膜モジュールを用いた場合には、中空糸膜
モジュールは形態的には細い中空糸膜が密集した集合体
なので、油を含有した処理液をろ過しようすると、ま
ず、中空糸膜束外周部の各中空糸膜の間を処理液が通り
抜けながらろ過が進行する。

【００２３】この際、油分は膜面に吸着・捕捉される。
さらに油含有処理液を供給しろ過を続けると、油分は膜
束内部にまで入り込もうとするのと同時に、外周部です
でに吸着していた油分に覆い被さるように合一化してい
く。

【００２４】そして、外周部付近の糸束で捕捉されてい
る油分量が一定量以上となると、大きな油の固まりとな
って、比重差により膜面を離れ浮上油化することとな
る。

【００２５】外周部でこれだけの油分がすでに除去され
てしまうため、膜束中央部まで油分が浸透するまでには
かなりの時間を要し、結果として膜による全量ろ過を行
っているにもかかわらず、長寿命を得ることができる。

【００２６】全量ろ過方式の中空糸膜モジュールを使用
し、膜透過液取出口が下になるようにハウジング内にセ
ットし、また、中空糸膜モジュール上部の空間には、浮
上油や原液側から混入したエアが捕捉され、排出口から
排出される。

【００２７】

【実施例】以下に本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。

【００２８】図１(ａ)は本発明の一実施例に係る油水分
離装置のシステム構成が示されている。

【００２９】この油水分離装置１は、水性の分散媒中に
油粒子が混入する処理液ＬWｏを、透過液ＬWと油分Ｌo
とに分離する中空糸膜モジュール２を備えている。

【００３０】この中空糸膜モジュール２は、図１(ｂ)に
示すように、多数本の中空糸膜３をループ状に束ね、そ
の端末をケース４の片側に位置させてポッティング剤
（充填接着剤）５にて封止した構造となっている。封止
部においては、各中空糸膜３と中空糸膜３の隙間及び中
空糸膜３とケース４内周との隙間にポッティング剤５に
て密封状態に封止されており、各中空糸膜３の端末はそ
れぞれ開口して、透過液の取出口６となる。

【００３１】上記中空糸膜モジュール３は、密閉された
中空のハウジング７内に、中空糸膜モジュール３の透過
液取出口６が下になるようにセットされている。

【００３２】また、ハウジング７上部には、この浮上油
や原液側から混入したエアをトラップする空間８が設け
られ、さらにこれを排出する排出口９が設けられ、この
排出口に接続される油排出通路１０を通じて空糸膜モジ
ュール２内の浮上油を排除することが可能である。油排
出通路１０には排出バルブ１１が設けられている。

【００３３】また、ハウジング７には、処理液供給口１
２が設けられ、この処理液供給口１２には原液タンク１
３から延びる供給路１４が接続され、供給路１４には供
給ポンプ１５及び供給バルブ１６さらに圧力計１７が設
けられている。

【００３４】また、透過液取出口６には透過液タンク１
８に透過液を排出する透過液排出路１９が接続され、こ
の排出路１９の途中にバルブ２０が設けられている。

【００３５】水中で分散している油を、その油滴径で大
まかに分類すると、 １００［μｍ］以上 ； 浮上油 １〜１００［μｍ］ ； 分散油 ０．１〜１［μｍ］ ； 乳化油 ０．１［μｍ］以下 ； 溶解油 のようになる。

【００３６】溶解油については、一般的な排水処理技術
（希釈、生物処理処理、吸着処理等）で処理可能なもの
であるため、今回の対象から外れる。

【００３７】一方、従来型油水分離、すなわち水と油の
比重差による分離にとって重要な因子は、油分の浮上速
度であり、一般的に、 Ｖ＝２ａ²（ρーρ0）ｇ／９η Ｖ；油の沈降（浮上）速度 ａ；油滴の半径 ρ；油の密度 ρ0；分散媒（水）の密度 η；分散媒（水）の粘度 ｇ；重力加速度 のように表され、通常は油の密度は水に比べて小さいた
め、油は浮上する。

【００３８】また、浮上速度は密度差よりも油滴径に大
きく影響を受ける。

【００３９】したがって、強力な分散力によって一旦微
粒子化してしまった油滴は単なる比重差分離では分離困
難となる。一般的には、浮上油化するのに数週間〜数カ
月を要する。

【００４０】膜分離では油滴を微粒子として取り扱うた
め、油分の阻止率に関しては問題なく、１パスで処理可
能であるが膜面への油の堆積・吸着のため処理流量が低
下するという問題がある。

【００４１】そこで、本発明は、比較的小処理量の場合
を想定したものであり、高分子系膜素材（今回の実施例
では膜材質はポリスルホン）に油が吸着しやすいことを
逆に利用している。すなわち、微細化した油滴の系を大
きくしてやれば比重差分離が可能になるわけである。

【００４２】ろ材が油と親和性が強い（親油性）場合に
はろ材が油で濡れ易く表面に油膜が形成される。そこに
後から供給された油が接触することによって油滴が合一
（coalescence）し、ある一定以上の量になるとろ材か
ら脱離し浮上油化する。

【００４３】ポリスルホンという材質はもともと疎水性
材質であり比較的油は吸着しやすい。

【００４４】一方、ろ材としての中空糸膜モジュール２
は形態的には細い繊維状の中空糸膜３の集合体であり、
ある一定以上に密集された中空糸膜束３０で油含有処理
液をろ過しようとした場合には、まず、中空糸膜束３０
外周部の中空糸膜３間を処理液が通り抜けながらろ過が
進行する（図１(ｃ)参照）。

【００４５】この際、油分は膜面に吸着・捕捉される。
この時点でこの部分の中空糸膜３は透水性能は失われ、
油膜が形成された繊維としての機能を始める。

【００４６】さらに油含有処理液を供給しろ過を続ける
と、油分は中空糸膜束内部にまで入り込もうとするのと
同時に、外周部ですでに吸着していた油分に覆い被さる
ように合一化していく。

【００４７】外周部付近の糸束で捕捉されている油分量
が一定量以上となると、大きな油の固まりＯとなって、
比重差により膜面を離れ浮上油化することとなる。外周
部でこれだけの油分がすでに除去されてしまうため、膜
束中央部まで油分が浸透するまでにはかなりの時間を要
し、結果として膜による全量ろ過を行っているにもかか
わらず、長寿命を得ることができる。

【００４８】このように中空糸膜モジュール２の外周部
を油膜の合一化・浮上油化いわゆるコアレッサーフィル
ターとして利用し、中央部を本来のろ過フィルターとし
て用いるため、実際に水ろ過に使われる膜面積は小さく
なり、所定の処理能力を凌ぐためにはかなり大面積のモ
ジュールを使用する必要があるが、それでもクロスフロ
ーろ過のような大容量の循環ポンプや逆洗機構等の複雑
な配管を要するシステムに比べれば、単純なワンウェイ
のろ過であり装置コストは格段に低く抑えられるととも
にメンテナンスとしては定期的なモジュール交換のみで
あるため、特に小処理用の油水分離装置として好適であ
る。

【００４９】［実験例］ここで、本発明の実験例につい
て説明する。

【００５０】コンプレッサドレンの廃水を毎分１００ｃ
ｃの流量で、膜面積２．２［ｍｍ２乗］、高さ２５０
［ｍｍ］のポリスルホン中空糸膜モジュールでろ過した
場合、ろ過圧力０．１［kgf/cm2］以下の状態で２００
０リットル処理しても圧力損失の上昇ま認められず、長
寿命であることが確認された。

【００５１】なお、この時の処理前の原液と処理後の透
過後の水質を表１に示す。

【００５２】

【表１】 表１に示す通り、鉱物油については、処理前は４８［mg
／ｌ］であったものが、２［mg／ｌ］となった。また、
動植物油についても、９［mg／ｌ］であったものが１
［mg／ｌ］未満となった。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
全量ろ過方式の中空糸膜モジュールを用い、密集した中
空糸膜束の外周部に油分を捕捉して粒径の大きい油滴に
成長させて浮上油化を図り、中央部を本来のろ過フィル
タとして利用するようにしたので、外周部で油分が除去
され、膜束中央部まで油分が浸透するまでにはかなりの
時間を要し、結果として膜による全量ろ過を行っている
にもかかわらず、長寿命を得ることができる。

【００５４】したがって、複雑なシステムを要すること
なく、油含有液の全量処理が可能であり、装置コストは
格段に低く抑えられるとともに、メンテナンスとしては
定期的な中空糸膜モジュールの交換のみで済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】図 １は本発明の一実施例に係る油水分離装置
を示す図である。

【符号の説明】

１ 油水分離装置 ２ 中空糸膜モジュール ３ 中空糸膜 ４ ケース ５ ポッティング剤 ６ 透過液取出口 ７ ハウジング ８ 空間 ９ 油排出口 １０ 油排出通路 １１ 排出バルブ １２ 処理液供給口 １３ 原液タンク １４ 供給路 １５ 供給ポンプ １６ 供給バルブ １７ 圧力計 １８ 透過液タンク １９ 透過液排出路 ２０ バルブ ３０ 中空糸膜束 Ｌｗｏ 処理液 Ｌw 透過液 Ｌo 油分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｃ０２Ｆ 1/44 Ｃ０２Ｆ 1/44 Ｆ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水性の分散媒中に油粒子が混入する処理液
   を、分散媒と油分とに分離するろ過手段を備えた油水分
   離装置において、 前記ろ過手段は、多数本の中空糸膜を束ねて構成され、
   該中空糸膜を前記処理液の全量が通過する中空糸膜モジ
   ュールであり、 該中空糸膜モジュールを収納する中空のハウジングと、 該ハウジングに設けられた前記処理液を供給する供給口
   と、 前記中空糸膜モジュールの下部に設けられ、前記中空糸
   膜を透過した膜透過液を取り出す取出口と、 前記ハウジングの内部であって前記中空糸膜モジュール
   の上方に設けられ、前記処理液から分離された浮上油分
   を溜めるための空間と、 前記浮上油分を排出するために前記ハウジングの上部に
   設けられた排出口と、 を有すること を特徴とする油水分離装置。