JP4165392B2 - 油汚濁水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、採油時産出水処理，油流出事故における水処理，産業プロセスにおける廃水処理などの油を含む水を対象とした油汚濁水処理装置に係り、特に、高除去率で油成分を除去するとともに、微小な有機物までも除去する油汚濁水処理手段に関する。

海底油田から採油する場合、通常多くの水の産出を伴う。この産出水は、大量に油分を含んでいるので、そのまま海洋に放流することはできない。

また、重油の流出事故や産業プロセスの廃水などにおいても、油を含んだ水から油分を除去する必要性は大きい。

採油時における産出水の処理に関しては、液体サイクロンにより油と水を分離し、油分を除去する方法がある(例えば、非特許文献１参照)。

しかし、処理対象水中にエマルジョン化した油が含まれており、現状では、このエマルジョン化した油を除去できないので、十分な除去率を上げられない。

一方、エマルジョン化した油と水との分離に関しては、乳化破壊剤を使用し、油相と水相とを分離する方法が提案されている(例えば、特許文献１参照)。

しかし、この技術を適用しても廃水側には依然としてかなりの油分が残ってしまうのに対して、その残留油分の処理方法は示されていない。

乳化破壊を起こさせて油水分離した廃水を微生物分解処理する方法も提案されている(例えば、特許文献２参照)。

しかし、大量の油汚濁水を処理する場合には、処理速度の点で実用的ではない。また、自然界の水中には浮遊固形物が多数存在し、これらのうち、砂などの比重が水より大きいものは、油相ではなく、水相側に分離されてしまう。油分は、水中の固形物表面に吸着することも多く、この方法では、高除去率の油分分離は難しい。

油分を高除去率で分離するには、凝集手段により油エマルジョンを凝集して分離する方法が有望である(例えば、特許文献３参照)。

この分離方法は、比較的小さくエマルジョン化した油粒子でも凝集させて、極めて高い油分除去率を達成することが可能である。

特開平０７−３１００７７号公報 (第３，４頁 図面無し) 特開平１１−２９０６１０号公報 (第３，４頁 図面無し) 特開２００３−１４４８０５号公報 (第３，４頁 図１〜図３) Experience of Produced Water Treatment inthe North Sea, Marine Pollution Bulletin, Vol.29, No.6-12, (1994), pp.312-316

油を含む水から油分を高速・高除去率で分離するには、凝集剤により油分を凝集させ、それを分離するのが有効であると考えられる。

また、このような凝集＋分離方式を採れば、処理対象水中の固形浮遊物質も凝集・分離させることが可能になるため、水質基準としてよく用いられるSS(Suspended Solids)の値も低減させることが可能である。

しかし、このような凝集＋分離方式は、基本的に粒子状の物質を凝集させて分離させることを特徴としており、例えば０.１μｍ以下の微小粒子やイオン化した物質などを除去することは困難である。

また、活性炭を使用すればある程度の微小粒子やイオン化した物質を除去できるが、活性炭は定期的な交換が必要であり、コスト的に非常に高くつく上に、廃棄された活性炭の処理が環境上の新たな問題となる。

本発明の目的は、油を含んだ処理対象水中から高除去率で油分を分離し、さらにイオン化した微小有機物までも除去でき、再利用可能な処理水を得る手段を備えた油汚濁水処理装置を提供することである。

上記目的は、油を含有する処理対象水から油成分を除去する油汚濁水処理装置において、凝集分離により油エマルジョンを除去した後、表面を疎水化した粒子状又は網状の吸着材を用いた微小有機物分離手段により、微小な油分やフェノールなどのイオン化した有機物を除去することで達成できる。

具体的には、前記処理対象水中の油分を凝集する凝集手段と、凝集した油分を分離する分離手段と、少なくとも前記凝集手段の後段に配置され疎水化された表面を有する粒子状と網状のいずれかの吸着材により、前記処理対象水中の微小有機物を吸着して分離する微小有機物分離手段と、前記微小有機物を吸着した前記吸着材を有機溶媒などの洗浄剤により洗浄して再生する再生手段を備えたことを特徴とする。

上記の場合において、前記微小有機物分離手段は、前記分離手段の後段に配置され、凝集した油分が分離された前記処理対象水が切り替えて送水される複数の微小有機物除去槽を備え、前記再生手段は、前記処理対象水の送水が停止された前記微小有機物除去槽に前記洗浄剤を注入して前記吸着材を洗浄し再生する構成とすることができる。

また、前記微小有機物分離手段は、前記分離手段の後段に配置され内筒と外筒からなる二重円筒の縦型の微小有機物除去槽を備え、前記外筒と前記内筒との間に前記分離手段から排出される凝集した油分が分離された前記処理対象水が送水されて、前記内筒の上部側面の一部に形成されたメッシュ部から流出され、前記外筒と前記内筒との間に注入された粒子状の前記吸着材が前記内筒内に回転可能に設置された螺旋回転体の回転により上昇して内筒上端から排出されるように形成され、前記再正手段は、前記微小有機物除去槽の内筒上端から排出される粒子状の前記吸着材を受ける容器を備え、該容器内に蓄積された前記吸着材を洗浄剤により洗浄して再正した後、前記微小有機物除去槽の前記外筒と前記内筒との間に注入して再利用させる構成とすることができる。

さらに、前記微小有機物分離手段は、前記分離手段の後段に配置され、凝集した油分が分離された前記処理対象水が送水される微小有機物除去槽と、該微小有機物除去槽に粒子状の前記吸着材を注入するポンプと、前記微小有機物除去槽を攪拌する攪拌機とを備えてなり、前記再正手段は、前記微小有機物除去槽から前記処理対象水と分離して排出される前記吸着材を前記洗浄剤により洗浄して再正する構成とすることができる。この場合において、粒子状の前記吸着材は、強磁性体により構成され、前記微小有機物除去槽から排出される前記処理対象水から前記吸着材が磁気分離により分離される構成とすることができる。

本発明によれば、処理対象水中に含まれる油分を高除去率で除去でき、フェノール類などの除去も可能である。その結果、処理水の公共水圏などへの排水や、処理水の再利用が容易になる。

次に、図１〜図５を参照して、本発明による油汚濁水処理装置の実施形態を説明する。

≪実施形態１≫
図１は、本発明による油汚濁水処理装置の実施形態１の系統構成を示す図である。

油を含んだ処理対象水１は、配管２中を流れる過程で薬剤注入設備３により磁性粒子４と凝集剤５とを添加される。凝集剤５としては、鉄やアルミニウムの塩、例えば硫酸第二鉄，塩化第一鉄やポリ塩化アルミニウムなどを用いる。磁性粒子としては、強磁性体、例えばマグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）やγヘマタイト（Ｆｅ_２Ｏ_３）が適している。

油エマルジョン粒子，水中の固形浮遊物質，添加した磁性粒子などは、凝集槽６内で凝集剤により凝集し、多数のフロックを形成する。この時、水酸化ナトリウムなどのｐＨ調整剤７によりｐＨを最適値に調整すると、凝集能力を高めることができる。また、凝集槽６内にアニオン系高分子ポリマなどの凝集助剤８を注入すれば、フロックを大きく強固に形成できる。

このフロックを多数含む水を分離部９に通水する。分離部９においては、回転濾過膜１０が、フロックを多数含む水を濾過し、内部に濾過水(中間水)１１を得る。回転濾過膜１０のメッシュは、フロックの除去率を考慮すると、50μｍ以下が望ましい。

回転濾過膜１０に堆積したフロックは、洗浄装置１２の洗浄水によって剥がされ、回転円筒体１３近傍に落とされる。

回転円筒体１３の内側には、永久磁石，超電導バルク磁石，または電磁石の磁場発生手段１４が取り付けられている。回転円筒体１３近傍に落とされたフロックは、磁石１４の磁気力で吸引され、回転円筒体１３の表面に沿って移動し、汚泥回収板１５により掻き取られ、汚泥タンク１６に溜められる。

汚泥回収板１５によるフロックの掻き取りは、水中でなく、大気中で行われるので、ある程度の水分は下に落ち、含水率の低い油汚泥を回収できる。したがって、汚泥の処分コストを削減でき、場合によっては、新たな燃料をほとんど加えなくても、汚泥を燃焼させることができる。

油を中心とするフロックは、比重が軽いため、水に浮くものが多い。しかし、水中の固形物の影響や凝集剤の量によっては、比重が大きくなり、水に沈むフロックも存在し、比重差による水からの高除去率分離は難しい。

これに対して、磁気力による分離は、容易に高除去率を得ることが可能である。

実施形態１では、回転濾過膜と磁気分離との組み合わせによる分離の例を示したが、凝集沈殿方式や凝集加圧浮上方式などの他の分離方式を用いた場合でも、本発明の効果は同様である。

この分離部９で得られる濾過水(中間水)１１は、含有油分は劇的に低減しているが、もともと処理対象水１に含まれていた微小粒子である有機物やイオン化した物質、例えば化学的酸素要求量(ＣＯＤ)成分，生物化学的酸素要求量(ＢＯＤ)成分，フェノールなど液体状のものが含まれている場合が多い。

そこで、この濾過水(中間水)１１を微小有機物除去槽１８ａに送水する。微小有機物除去槽１８ａの中には、表面を疎水化した微小粒子１９ａが充填されており、濾過水(中間水)１１中に残存する微小有機物を吸着できる。微小粒子１９ａは、例えば金属粒子や樹脂粒子であり、表面に直鎖アルキル基などを固定し、疎水表面としたものである。

アルキル基を固定するには、例えば、片方の末端がトリメトキシシランで他方の末端が長鎖アルキル基の材料をヘキサンや酢酸エチルなどの溶媒に溶解し、その中にマグネタイトなどの磁性粒子を浸して攪拌した後、炉により百数十度に加熱すればよい。他に、ベンゼン環やアミノ基を同様の方法で表面に固定しても、有効である。

なお、微小有機物除去槽１８ａ，１８ｂは、複数系統からなっており、例えば図１に示したように２系統の場合には、弁１７ａ，１７ｂ，２２ａ，２２ｂを切り替え、１系統が微小有機物の除去運転をしている時に、別の１系統を再生運転する。

再生運転時には、弁２１ａまたは２１ｂを通して、アルコールなどの洗浄剤２３を注入し、微小粒子１９ａまたは１９ｂを洗浄し再生する。その際に、ここでは図示していないが、エアーを注入すると、洗浄効率が上がる。

実施形態１においては、前の凝集分離過程において、固形物がほとんど除去されているので、除去運転時に目詰まりを起こしにくく、微小粒子１９ａ，１９ｂを小さくし、単位体積当たりの表面積を大きくできるので、微小有機物の除去効率を高めることが可能である。

また、エマルジョン化した油分は、ほとんどが前過程で取り除かれているので、微小有機物除去槽１８ａ，１８ｂで吸着する有機物は少量となり、再生のインターバルを長くできる。

微小粒子１９ａ，１９ｂは固定されていても、除去効果は同様であるが、流動床状とした方が、除去運転時の圧力損失が小さい上に、洗浄効率が高くなる。

≪実施形態２≫
図２は、本発明による油汚濁水処理装置の実施形態２の系統構成を示す図である。ただし、濾過水(中間水)１１が得られた後の処理系統のみを示している。

実施形態２の微小有機物除去槽１８ｃ，１８ｄは、固定式のメッシュ状表面を有する疎水網２５ａ，２５ｂを使用している。固定式の疎水網２５ａまたは２５ｂは、処理対象水とともに流出するおそれが無いので、比重を考慮せずに樹脂などの材質を使用できる。

≪実施形態３≫
図３は、本発明による油汚濁水処理装置の実施形態３の系統構成を示す図である。ただし、濾過水(中間水)１１が得られた後の処理系統のみを示している。

実施形態３の微小有機物除去槽１８ｅは、二重円筒になっており、中に疎水表面粒子３２が入っている。

内筒３３内には回転可能な螺旋状回転体３４が設置され、螺旋状回転体３４がモータにより回転すると、中の疎水表面粒子３２が上昇する。

内筒３３の上部側面の一部はメッシュ部３６となっており、このメッシュ部３６から処理水２４を取り出すことができる。

メッシュ部３６のメッシュサイズは、疎水表面粒子３２の径より小さいので、疎水表面粒子３２が処理水２４側に流出することは無い。

また、メッシュ部３６のメッシュサイズは、前段の凝集分離に膜を利用した場合の膜メッシュサイズよりは大きいので、凝集分離で除去しきれなかったもので目詰まりすることは無い。

なお、メッシュ部３６を親水処理しておけば、メッシュ部３６に微小有機物が吸着して目詰まりすることを防ぐとともに、処理水２４を通しやすくできる。螺旋状回転体３４の回転に伴って上昇してきた疎水表面粒子３２は、螺旋状回転体３４の上部で重力によりガイド３５に沿って転がり落ち、容器３７に蓄積される。

容器３７に蓄積された疎水表面粒子３２は、再生され、リサイクル３８される。再生は、アルコールなどの洗浄剤による洗浄でもよいし、加熱により表面の有機物を燃焼または蒸発させてしまってもよい。

燃焼を利用した場合は、表面がガラス化するため、再度表面処理すると、容易に再利用可能である。

これらの再生・再利用方法は、本実施形態に限らず、本発明の他の実施形態に対しても有効である。

なお、リサイクル３８には、微小有機物除去槽１８ｅ内に設置したものと同様の螺旋状回転体で上昇させ、微小有機物除去槽１８ｅの外筒と内筒の間に自然落下させる機構を採用することもできる。

≪実施形態４≫
図４は、本発明による油汚濁水処理装置の実施形態４の系統構成を示す図である。ただし、濾過水(中間水)１１が得られた後の処理系統のみを示している。

実施形態４では、表面を疎水化した粒子３１を微小有機物除去槽１８ｆの前でポンプによりラインに注入する。

微小有機物除去槽１８ｆは、攪拌機２６を備えており、攪拌により疎水表面微細粒子３１を均一的に分散させ、微小有機物を効率よく吸着する構造にしてある。

微小有機物除去槽１８ｆから処理対象水とともに流出する疎水表面微細粒子３１は、サイクロンなどにより水と分離され回収される。

実施形態４では、サイクロンではなく、磁気分離によって回収する。疎水表面微細粒子３１として、例えば四三酸化鉄などの磁性粒子の表面を疎水化したものを使用する。この疎水表面微細粒子３１は、磁石に吸引されるので、磁気分離機２８により回収できる。

磁気分離機２８は、少なくとも１枚の円盤上に複数個の永久磁石２９を取り付けておき、処理対象水に半分程度浸す。円盤を回転させると、浸された永久磁石に磁性体である疎水表面微細粒子３１が吸引され、回転に伴って大気中まで運ばれ、セパレータ３０によって掻き落とされ、容器２７に貯えられる。
容器２７に堆積された疎水表面微細粒子３１は、アルコールなどの洗浄剤２３で洗われ再利用される。

実施形態４によれば、疎水表面微細粒子３１は、処理対象水とともに微小有機物除去槽１８ｆから流出してもよいので、粒子径を小さくして単位体積辺りの表面積を大きくし、微小有機物の除去効率を高めることができる。

本実施形態４では、疎水表面微細粒子３１の連続再生処理が可能なので、１系統のみのシステムでも連続運転できる。

≪実施形態５≫
図５に、本発明による油汚濁水処理装置の実施形態５の系統構成を示す図である。

実施形態５は処理装置全体を示しており、凝集手段と分離手段との間に疎水表面を持つ粒子４１を注入する。

疎水表面粒子４１は、四三酸化鉄やγ―ヘマタイトなどの強磁性体の表面を疎水処理したものであり、分離部９の回転濾過膜１０のメッシュサイズより大きな径を有している。

したがって、分離部９では、表面に微小有機物を吸着した疎水表面粒子４１を凝集油フロックと同時に分離できる。

凝集過程により注入する磁性粒子５の径は、疎水表面粒子４１より小さい。例えば、磁性粒子５の径を数μｍ，疎水表面粒子４１の径を約100μｍとしておくと、汚泥タンク１６で堆積した汚泥を分解し、サイクロンなどにより磁性粒子５と疎水表面粒子４１とを容易に分離することが可能となる。なお、汚泥に塩酸や硫酸などの酸を加えてｐＨを３以下に下げたり、熱を加えたりすると、汚泥を分解できる。

実施形態５では、疎水表面粒子４１を強磁性体とし、１つの磁場発生手段を利用して、磁気分離により油フロックと疎水表面粒子４１とを同時に除去する例を示した。

例えば油フロックの分離方法を凝集加圧浮上とし、疎水表面粒子４１の分離方法を重力沈降分離とするような別の分離方法を用いた場合でも、本発明の効果は同様に得られる。

本発明による油汚濁水処理装置の実施形態１の系統構成を示す図である。 本発明による油汚濁水処理装置の実施形態２の系統構成を示す図である。 本発明による油汚濁水処理装置の実施形態３の系統構成を示す図である。 本発明による油汚濁水処理装置の実施形態４の系統構成を示す図である。 本発明による油汚濁水処理装置の実施形態５の系統構成を示す図である。

符号の説明

１ 処理対象水
２ 配管
３ 薬剤注入設備
４ 磁性粒子
５ 凝集剤
６ 凝集槽
７ ｐＨ調整剤
８ 凝集助剤
９ 分離部
１０ 回転濾過膜
１１ 濾過水(中間水)
１２ 洗浄装置
１３ 回転円筒体
１４ 磁石
１５ 汚泥回収板
１６ 汚泥タンク
１７ 弁
１８ａ〜１８ｆ 微小有機物除去槽
１９ａ，１９ｂ 疎水表面微小粒子群
２０ 弁
２１ 弁
２２ 弁
２３ 洗浄剤
２４ 処理水
２５ 疎水網
２６ 攪拌機
２７ 容器
２８ 磁気分離機
２９ 永久磁石
３０ セパレータ
３１ 疎水表面微細粒子
３２ 疎水表面粒子
３３ 内筒
３４ 螺旋状回転体
３５ ガイド
３６ メッシュ部
３７ 容器
３８ リサイクル
４１ 疎水表面粒子

Claims (5)

1. 油を含有する処理対象水から油成分を除去する油汚濁水処理装置において、
   前記処理対象水中の油分を凝集する凝集手段と、凝集した油分を分離する分離手段と、少なくとも前記凝集手段の後段に配置され疎水化された表面を有する粒子状と網状のいずれかの吸着材により、前記処理対象水中の微小有機物を吸着して分離する微小有機物分離手段と、前記微小有機物を吸着した前記吸着材を有機溶媒などの洗浄剤により洗浄して再生する再生手段を備えたことを特徴とする油汚濁水処理装置。
2. 請求項１に記載の油汚濁水処理装置において、
   前記微小有機物分離手段は、前記分離手段の後段に配置され、凝集した油分が分離された前記処理対象水が切り替えて送水される複数の微小有機物除去槽を備え、
   前記再生手段は、前記処理対象水の送水が停止された前記微小有機物除去槽に前記洗浄剤を注入して前記吸着材を洗浄し再生することを特徴とする油汚濁水処理装置。
3. 請求項１に記載の油汚濁水処理装置において、
   前記微小有機物分離手段は、前記分離手段の後段に配置され内筒と外筒からなる二重円筒の縦型の微小有機物除去槽を備え、前記外筒と前記内筒との間に前記分離手段から排出される凝集した油分が分離された前記処理対象水が送水されて、前記内筒の上部側面の一部に形成されたメッシュ部から流出され、前記外筒と前記内筒との間に注入された粒子状の前記吸着材が前記内筒内に回転可能に設置された螺旋回転体の回転により上昇して内筒上端から排出されるように形成され、
   前記再正手段は、前記微小有機物除去槽の内筒上端から排出される粒子状の前記吸着材を受ける容器を備え、該容器内に蓄積された前記吸着材を洗浄剤により洗浄して再正した後、前記微小有機物除去槽の前記外筒と前記内筒との間に注入して再利用させることを特徴とする油汚濁水処理装置。
4. 請求項１に記載の油汚濁水処理装置において、
   前記微小有機物分離手段は、前記分離手段の後段に配置され、凝集した油分が分離された前記処理対象水が送水される微小有機物除去槽と、該微小有機物除去槽に粒子状の前記吸着材を注入するポンプと、前記微小有機物除去槽を攪拌する攪拌機とを備えてなり、
   前記再正手段は、前記微小有機物除去槽から前記処理対象水と分離して排出される前記吸着材を前記洗浄剤により洗浄して再正することを特徴とする油汚濁水処理装置。
5. 請求項4に記載の油汚濁水処理装置において、
   粒子状の前記吸着材は、強磁性体により構成され、前記微小有機物除去槽から排出される前記処理対象水から前記吸着材が磁気分離により分離されることを特徴とする油汚濁水処理装置。

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