JP4058422B2 - 油水分離装置 - Google Patents

Description

本発明は油水分離装置に係わり、特に水タンクとポンプとエゼクタを含む水の循環系における水の循環に伴い、エゼクタで油水混合液を導入した真空チャンバを減圧化させるとともに、真空チャンバ内の油水混合液を減圧下で沸とうさせて水蒸気を発生させて油水分離を行ない、真空チャンバから水タンクに水蒸気を抜き出して処理水として排出する油水分離装置に関するものである。

従来のこの種油水分離装置は図５に示す構成となっており、図５において、１は真空チャンバ、２は冷却器、３はエゼクタ、４は水タンク、５はポンプ、６は三方弁、７はフロート管、８は冷凍機、９は凝縮器、１０は加熱器、１１は放熱器、１２は熱交換器、１３は放気弁、１４は圧力調整弁、１５，１６は電磁弁、１７〜１９は手動弁である。

水タンク４は清浄な水を収容しており、ポンプ５の作動により水タンク４内の水を汲み出して三方弁６，エゼクタ３を介して水タンク４に戻すようになっていて、エゼクタ３，水タンク４，ポンプ５，そして三方弁６は水の循環系を構成している。

エゼクタ３を流れる循環水は、エゼクタ３において高速となり減圧化し、真空チャンバ１から冷却器２を介して空気を抜き出し、真空チャンバ１内を減圧化させる。真空チャンバ１にはドレンを導入してあり、ドレンは加熱器１０で昇温させている。

真空チャンバ１が減圧下における沸点に達するとドレン中の水が気化して、冷却器２で液化され、エゼクタ３を介し水タンク４に入り、処理水となり水タンク４の排出口４ａから排出され、真空チャンバ１には水分が蒸発したことで油分濃度が高い濃縮ドレンが残留するようになると、定期的に電磁弁１６を開放して、廃液として排出している。

フロート管７は水位センサを内蔵し、真空チャンバ１内のドレン量を検知し、減少すると電磁弁１５を開いてドレンを導入し、上限に達すると電磁弁１５を閉じるように作動している。従って、フロート管７の作動により、ドレンを逐次真空チャンバ１に導入して、油と水を分離しつつ、真空チャンバ１内に残留した油を排出するものである。

冷凍機８は圧縮機であり、冷媒に加わった熱を真空チャンバ１内の放熱器１１で放熱させ、ドレンの昇温に利用し、その後、凝縮器９で水分を除去してから、図示していないキャピラリなどで減圧低温化させて水タンク４の熱交換器１２に送り、水タンク４内の循環水を冷却する。それにより、高温化すると能力が落ちるエゼクタ３を循環水で冷却し高温化しないようにしている。

放気弁１３は清掃時などに開放し、冷却器２や配管を大気に戻すものであり、圧力調整弁１４は冷凍機８で作られる圧縮空気が所望圧以上に上昇しないように制御するものであり、手動弁１７は真空チャンバ１内の清掃を行なうときに真空チャンバ１内ドレンを排出するものであり、手動弁１８は真空チャンバ１内の清掃を行なうときにフロート管７内ドレンを排出するものであり、手動弁１９は水タンク４内の清掃を行なうときに水タンク４内の循環水を排出するものである。

三方弁６を真空チャンバ１側に切り替えると、ポンプ５で水タンク４内の循環水を真空チャンバ１に供給することができる。このような装置を示すものとして、下記の特許文献１がある。

特開２００３−１２６８４２号公報

ドレンを未処理のまま下水道又は河川に放流すると環境汚染の原因となるので、水質汚濁防止法の排水基準を定める省令では、ノルマルヘキサン抽質物質含有量は、鉱油類の場合５ｍｇ/Ｌ以下と定められており、社会的環境保護が高まるなか油水分離装置においても浄化処理の高効率化、環境負荷への軽減化等が急務である。

上記従来技術では、真空チャンバ１内で気化した水蒸気を後段に設けた冷却器２で凝縮させて蒸留水に還元し、エゼクタ３で水タンク４に抜き出して、凝縮水は処理水として水タンク４の排出口４ａから排出するようになっている。

この場合、真空チャンバ１内で気化した水蒸気だけが水タンク４に抜き出されるなら、水タンク４から清浄な処理水が排出されるはずであるが、真空チャンバ１内で激しい沸騰が起こると、微量の油分が気化し水蒸気とともに水タンク４に到る恐れのあることが確認された。

また、ポンプ５において使用されている潤滑油が循環水中に微量溶け出して水タンク４に到ることがあることも確認された。

それゆえ本発明の目的は、水タンクから油分混入のない処理水を排出させ、環境負荷を軽減させることができる油水分離装置を提供することである。

上記目的を達成する本発明の特徴とするところは、水タンクとポンプとエゼクタを含む水の循環系における水の循環に伴い、エゼクタで油水混合液を導入した真空チャンバを減圧化させるとともに、真空チャンバ内の油水混合液を減圧下で沸騰させて水蒸気を発生させて油水分離を行ない、真空チャンバから水タンクに水蒸気を抜き出して処理水として排出する油水分離装置において、水タンクは底部から天井部に至らない位置まで垂直に設置された内筒を備えた二重構造で、天井部に循環水の供給口を設けてあり、内筒内の底部に循環水の汲み出し口を設けてあり、水タンクの外筒と内筒の間の底部もしくは底部近くの外筒に処理水の排出口を設けたことにある。

本発明装置においては、水タンクは内筒により循環水が流れる主流域と主流から分かれた分流域に仕切ってあり、分流域を流れる水を処理水として排出するようになっている。

具体的には水タンクの内筒内を循環水の流路（主流）としており、水タンクの内筒と外筒の間は主流から分かれた分流域の流れになっていて、分流域では主流域を流れる循環水の影響を受けない。そして、水タンクの外筒と内筒の間の底部もしくは底部近くの外筒から処理水を排出するようにしている。

循環水の流量に較べて処理水の排出量は僅かであるために、水タンクに油分が混入することがあっても、水タンクの外筒と内筒の間における処理水の流速は緩やかで、水タンクの外筒と内筒の間に混入したエマルジョン化していない油分は浮上して循環水の流れに乗って循環系を流れ続け、水タンクから処理水とともに排出される恐れは殆どない。

従って、本発明によれば、水タンクから油分混入のない処理水を排出させ、環境負荷を軽減させることができる油水分離装置が得られる。

以下、図１乃至図３に示した一実施形態について説明する。なお、図１乃至図３では、図５に示したものと同一物・相当物には同一符号を付けて、説明は省略する。

図１乃至図３において、４０は本発明になる水タンク、５０は油分吸着剤を充填してある吸着器、５１は目詰まり検出機、５２，５３は手動弁、５４は温度センサ、５５，５６は電磁弁、５７は流量調整弁である。

先ず、図５に示した従来装置との構成の相違点を簡単に説明する。

真空チャンバ１はエゼクタ３と直接接続して、冷却器を省略し、放気弁１３は真空チャンバ１に直接連通するようにしている。真空チャンバ１には中間部に出口１ａを設けて電磁弁５５を有する配管を接続しており、真空チャンバ１と連通したフロート管７の底部は電磁弁５６を介して水タンク４０と接続してある。

真空チャンバ１には温度センサ５４を設けて、温度を計測し加熱器１０の給電を制御し、ドレンが過熱されないようにしている。温度センサ５４は、真空チャンバ１内の異常時の水位低下による空焼き防止のため加熱器１０の最上段に直付けで設置している。

フロート管７は、図２に示すように３個の水位センサ７ａ〜７ｃを有している。水位センサ７ａは真空チャンバ１におけるドレンの下限位置を検出する下限検出センサ、水位センサ７ｂは真空チャンバ１におけるドレンの上限位置を検出する上限検出センサ、水位センサ７ｃは真空チャンバ１におけるドレンの異常水位を検出するオーバフローセンサとして用いている。出口１ａの位置と水位センサ７ｂを設けた真空チャンバ１におけるドレンの上限位置は一致させている。

熱交換器１２は水タンク４０内ではなく循環系の配管において、熱交換をして循環水を冷却している。なお、キャピラリなどの冷媒の減圧低温化手段は図示を省略したが、凝縮器９と熱交換器１２の間に設けてある。また、熱交換器１２はポンプ５の２次側に設けているが、水の循環系内であれば、どこに設けてもよい。

水タンク４０は、図３に示したように、内部に内筒４１を有し、上部に循環水の入口４２、底部の内筒４１内に循環水の出口４３、底部の内筒４１と外筒（水タンク４０のハウジング）の間に処理水の出口４４を設けてある。なお、図３（ａ）におけるＡ−Ａ切断線に沿った横断面を図３（ｂ）で示している。

水タンク４０における循環水の水位は内筒４１の上端部より上部になるようにし、電磁弁５６を有しフロート管７の底部と連通する配管５８の下端は水タンク４０における循環水の水位より下方に位置するようにしてある。

水タンク４０における循環水の出口４３は配管で手動弁５２を介して吸着器５０における底部の入口に接続してある。吸着器５０における上部の出口は手動弁１９に接続している。

次に、油水分離処理について説明する。

水タンク４０には、予め所定量の循環水を供給しておく。油水分離をするために、油水混合液であるドレンを電磁弁１５を介して真空チャンバ１に導入する。導入に際しては真空チャンバ１に設けている放気弁１３は閉じて、ポンプ５を運転して水タンク４０内の循環水をエゼクタ３を通して循環させると、エゼクタ３によって真空チャンバ１０内が負圧になる。

真空チャンバ１にドレンが無く、水位センサ７ａ〜７ｃは全てＯＦＦで、電磁弁１５は開放され、真空チャンバ１にドレンが導入される。このドレンは水位センサ７ｂが水位を検知するまで導入され、動作すると電磁弁１５は閉じられ、ドレンの導入は完了する。

ドレン導入が完了した時点で加熱器１０に通電して昇温し、真空チャンバ１内は減圧下にあるので、ドレンの水分は低温で沸騰する。真空チャンバ１の内部には前述した冷凍システムの放熱器１１を設けてあるので、加熱器１０による昇温と共にドレンの昇温が促進される。

真空チャンバ１内の水分の蒸発が進み、真空チャンバ１内部の水位が下がり水位センサ７ａが動作すると、加熱器１０はＯＦＦになり、電磁弁１５を開放し新しいドレンを供給する。加熱器１０は水位センサ７ｂが動作すると、再びＯＮする。加熱器１０ならびに放熱器１１は水位センサ７ａの位置より下げた位置に設けて、常にドレン中に没しており、加熱器１０，放熱器１１の局部過熱ならびにドレン中に含まれるスケールの堆積を防止している。

ドレン導入時の水位センサ７ａの動作から水位センサ７ｂの動作までのドレン吸い込み（導入）時間を設定し、設定時間以上になっても水位センサ７ｂが動作しない場合は、電磁弁１５等で異物の詰まりがあったものとして警報装置が作動するようにしても良い。また蒸発工程時の水位センサ７ｂの動作から水位センサ７ａの動作までの蒸発時間を設定し、設定時間以上になっても水位センサ７ａが動作しない場合は，加熱器１０における断線等により出力不足があったとして、警報装置が作動するようにしても良い。

このように真空チャンバ１内でドレンの導入，蒸発のバッチ処理を繰り返えすと、真空チャンバ１内に濃縮ドレンが溜まる。この濃縮ドレンは比重の小さい油分が表層部に滞留したものであることから、真空チャンバ１内の上面液の排出するタイミングはドレン吸い込み工程において水位センサ７ｂが動作したら、装置を一旦停止させ、放気弁１３を開放し，真空チャンバ１内を大気圧にする。

蒸発工程中では真空チャンバ１内のドレンは沸騰攪拌されているため、装置を停止することで油水分離が促進される。停止時間は３分程度に設定し、油水分離されたのち電磁弁５５を開放し、上面に溜まった油分を廃液として排出させる。

真空チャンバ１内に溜まった上面液を設定時間毎に繰り返して排出させ、残留ドレンをさらに濃縮する。上面液の排出回数が設定数に達し、水位センサ７ａがドレン無しを検知して蒸発工程を完了すると、装置を一旦停止させ、放気弁１３を開放し真空チャンバ１内を大気圧にして、電磁弁１６を開放し、排液する。

このように真空チャンバ１内の上面に溜まった油分を定期的に排液し、真空チャンバ１の下方に溜まったドレンを濃縮して、全量排出回数を減らすことで、産業廃棄物量の削減ができる。また、上面排液、全量排液時の真空チャンバ内を真空から大気圧に開放することで、真空チャンバ内の排液をスムーズに行うことができる。

真空チャンバ１内で沸騰したドレンの水分は、油分を含まない水蒸気となってエゼクタ３の負圧吸引作用と水の循環系で凝縮され、水に戻されて処理水となり、水タンク４０に回収される。前述したように、エゼクタ３は駆動水温が上昇すると精度が低下するので、冷凍システムの熱交換器１２が水温の上昇を防止している。

真空チャンバ１内の空気をエゼクタ３で強制的に吸引しているため、真空チャンバ１内の若干の油分も蒸気と共にエゼクタ３を介し水タンク４０に入る可能性があり、水の循環系に設置したポンプ５の潤滑油も若干水タンク４０に入る可能性がある。

水タンク４０に入る循環水に混入した油は、真空チャンバ１内で油水分離されているため、エマルジョン化しておらず油水分離性が良く、水タンク４０内では浮上が早く、浮上油として水タンク４０の水面に浮き、水面に滞留する。そこで、定期的に電磁弁５６を開放して、真空チャンバ１の減圧を利用して真空チャンバ１へ油戻しを行ない、水タンク４０内の浄化をする。また、真空チャンバ１へ油戻しをすることによって、再度油水分離に掛けて、電磁弁１５から廃液として排出させることができる。

水タンク４０は内筒４１を設けて２重構造になっており、処理水の出口４４は循環水圧送の影響を受けない外筒と内筒４２に囲まれた底部に設けてある。水タンク４０の外筒と内筒４１に囲まれた空間では出口４４から処理水として排出される水があるだけで、循環系とは分離した形になっており、流速は緩やかであるために油分は上昇し、出口４４から排出される処理水は油分を殆ど含んでいない。

このまま、処理水を下水道又は河川に放流することができるが、装置トラブル時の油分流出に備え、処理水の排水系に直列に吸着器５０を設け、吸着器５０と並列に目詰まり検出機５１を設けてある。

水タンク４０から放出された処理水は、通常は吸着器５０を介し浄化処理され最終処理水として排出される。吸着器５０が油、ゴミ等により詰まって、吸着器５０の流路抵抗が上昇すると、流路抵抗の低い目詰まり検出器５１側を流れる。目詰まり検出器５１は水位センサを有し、水タンク４０の処理水が流れることで吸着器５０の目詰まり状況を検出する。目詰まり検出機５１における水位センサの作動で、吸着器５０における目詰まり警報を出す。

この実施形態では、処理水の通常の流れと目詰まり検出機５１側のバイパス時の流れが末端配管では同一になっているが、配管は別系統に分けることもできる。
図４は、水タンク４０内で循環水冷却を行なう他の実施形態を示しており、熱交換器１２を内筒４１の内部に設置している。また、処理水の出口４４を底部でなくて、外筒の下部に設けている。

水タンク４０の清掃を行なう場合は、手動弁１９，５３を開放して水タンク４０の排水を行なう。フロート管７の清掃は、電磁弁５６を開放し真空チャンバ１の減圧を利用して水タンク４０から循環水を引き込んで行なう。真空チャンバ１の清掃を行なう場合は、放気弁１３，手動弁１７を開放して、真空チャンバ１の排水を行なう。

本発明の一実施形態である油水分離装置を示す構成図である。 図１に示した真空チャンバの構造を示す縦断面図である。 図１に示した水タンクの構造を示す断面図である。 水タンクの他の実施形態を示す縦断面図である。 従来技術による油水分離装置を示す構成図である。

符号の説明

１‥真空チャンバ
３‥エゼクタ
４，４０‥水タンク
５‥ポンプ
７‥フロート管
８‥‥冷凍機
９‥凝縮器
１１‥放熱器
１２‥熱交換器
４１‥内筒
５０‥吸着器
５１‥目詰まり検出器

Claims (5)

1. 水タンクとポンプとエゼクタを含む水の循環系における水の循環に伴い、エゼクタで油水混合液を導入した真空チャンバを減圧化させるとともに、真空チャンバ内の油水混合液を減圧下で沸騰させて水蒸気を発生させて油水分離を行ない、真空チャンバから水タンクに水蒸気を抜き出して処理水として排出する油水分離装置において、
   水タンクは底部から天井部に至らない位置まで垂直に設置された内筒を備えた二重構造で、天井部に循環水の供給口を設けてあり、内筒内の底部に循環水の汲み出し口を設けてあり、水タンクの外筒と内筒の間の底部もしくは底部近くの外筒に処理水の排出口を設けたことを特徴とする油水分離装置。
2. 水タンクに設けた処理水の排出口の下流に油分の吸着器を設けたことを特徴とする請求項１に記載の油水分離装置。
3. 真空チャンバに水位を検出するフロート管を設け、フロート管の底部は電磁弁を介して水タンクに連通してあり、電磁弁開放により水タンク内の循環水を吸い上げるようにしてあることを特徴とする請求項１に記載の油水分離装置。
4. 真空チャンバとエゼクタは直接接続してあることを特徴とする請求項１に記載の油水分離装置。
5. 水タンクとポンプとエゼクタを含む水の循環系における水の循環に伴い、エゼクタで油水混合液を導入した真空チャンバを減圧化させるとともに、真空チャンバ内の油水混合液を減圧下で沸騰させて水蒸気を発生させて油水分離を行ない、真空チャンバから水タンクに水蒸気を抜き出して処理水として排出する油水分離装置において、
   水タンクは、内筒により循環水が流れる主流域と、主流から分かれて前記主流域を流れる循環水の影響を受けない分流域とに仕切ってあり、
   この分流域を流れる水を、前記分流域下部から処理水として排出するようになっていることを特徴とする油水分離装置。

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