JP5157279B2 - 油濁水再利用システム - Google Patents

Description

本発明は、石油生産の際に発生する油濁水を浄化して再利用する油濁水再利用システムに関する。

現在、ほとんどの石油生産は水攻法によって水圧を用いて、油層圧力を高めて行われる。そのため、生産初期は石油のみ生産できるが、徐々に水（油濁水）の比率が高くなる。
油濁水の比率が高くなると、パイプライン等の流量の関係から、石油の生産量が低減するため、生産現場では油濁水を浄化処理して廃棄する必要がある。

このような課題に対応するため、例えば特許文献１には、油濁水に含まれる油濁成分などの固形汚濁物を除去する浄化装置として適用できる固液分離装置が開示されている。特許文献１に開示された固液分離装置は、細めの金網や高分子繊維で編んだメッシュを通水分離膜として使用し、被分離物質である汚濁粒子を有する油濁水に、凝集剤と磁性粉を添加して磁性フロックを生成し、この磁性フロックを通水分離膜で分離し、通水分離膜で分離された磁性フロックを磁場発生手段で発生させた磁気により吸引捕集して高濃度スラッジとして回収するものである。

また、例えば特許文献２には、油濁水を多孔質膜で濾過する技術が開示されている。特許文献２に開示された技術は、孔径が０．１μｍ以下の多孔質膜を使用し、油濁水と多孔質膜との接触角を調整することで、効率よく油濁水を濾過するものである。
特開２００２−２７３２６１号公報（段落００１０、図１参照） 特開平０９−２３４３５３号公報（段落０００８参照）

特許文献１、２に記載された技術は、油濁水の固形汚濁物を除去することで、油濁水を浄化することができる。
しかしながら、主な石油生産地は中東地域であるため、年間降水量が少なく、水は貴重な資源である。したがって、油濁水を浄化して生成される浄化水の再利用の要望が高い。
従来開示されている技術で生成される浄化水は、油濁成分などの固形浮遊物、藻類、菌類、微生物等の固形汚濁物は除去できるが、油濁水に溶解している水溶性有機物や塩分までは除去することができず、再利用可能なレベルまで浄化されていないという問題がある。

そこで、石油生産時に発生する油濁水を浄化して再利用することができる油濁水再利用システムを提供することを課題とする。

前記した課題を解決するため、本発明に係る油濁水再利用システムは、処理水生成手段とＣＯＤ除去手段で油濁水を浄化した後に、塩分除去手段で蒸留することで、浄化水を生成する油濁水再利用システムとした。

本発明によると、石油生産時に発生する油濁水を浄化して再利用することができる油濁水再利用システムを提供することができる。

《油濁水再利用システムの概要》
本実施形態に係る油濁水再利用システムは、例えば、水攻法など水圧を用いて石油を生産する石油生産プラントに設置され、石油生産の過程で発生する油濁水に含まれる油濁成分などの固形汚濁物や水溶性有機物などの被除去物を分離、除去する。はじめに、本実施形態に係る油濁水再利用システムについて説明する。

石油生産の際に発生する油濁水には、油濁成分などの固形浮遊物、藻類、菌類、微生物等の固形汚濁物と、油濁水に溶解している水溶性有機物や塩分などの被除去物が含まれる。このように油濁水に含まれる被除去物を完全に除去し、再利用可能なレベルまで浄化するためには、蒸留による浄化が好ましいが、水溶性有機物が溶解している水を蒸留すると、蒸留の過程で蒸留装置に備わる加熱器の導管に水溶性有機物が析出して、導管が目詰まりを起こす場合がある。また、目詰まりしないまでも、導管の内側に析出する有機物の堆積によって、導管内の流れが阻害されたり伝熱の効率が低下したりする。また，蒸留により得られる蒸留水に水溶性有機物が含有される懸念もある。したがって、水溶性有機物が溶解した水をそのまま蒸留することができない。
そこで、本実施形態においては、油濁水に含まれる固形汚濁物と水溶性有機物を除去した後に蒸留して、塩分を除去することを特徴とする。

図１は、本実施形態に係る油濁水再利用システムの構成を示す図である。図１に示すように、油濁水再利用システム１は、石油生産現場における石油生産の過程で生産される油濁水Ｗ１に含まれる油濁成分などの固形浮遊物、藻類、菌類、微生物等の固形汚濁物を凝集分離する凝集磁気分離機（処理水生成手段）１０と、凝集磁気分離機１０によって固形汚濁物が除去された１次浄化水（処理水）Ｗ２に溶解している水溶性有機物を除去して、化学的酸素要求量（ＣＯＤ：Chemical Oxygen Demand）の値を下げるＣＯＤ除去装置（ＣＯＤ除去手段）３０と、ＣＯＤ除去装置３０によって水溶性有機物が除去されたＣＯＤ処理水Ｗ３を、太陽熱を利用して蒸留し、溶解している塩分を除去して浄化水（有用水）Ｗ４を生成する太陽熱蒸留器（塩分除去手段）５０と、を含んで構成される。

前記のような油濁水再利用システム１で生成される浄化水Ｗ４の利用方法はいろいろ考えられるが、本実施形態においては、植物栽培プラントＰｌに利用して、植物の栽培用の水とする例を示した。

石油生産の工程で発生する油濁水Ｗ１は、凝集磁気分離機１０に注入され、磁気を利用した凝集分離によって固形汚濁物が除去される。すなわち、凝集磁気分離機１０は、油濁水Ｗ１の固形汚濁物を除去して１次浄化水Ｗ２を生成する。この１次浄化水Ｗ２は、固形汚濁物は除去されているが、水溶性有機物や塩分は溶解した状態で含まれている。
一方、除去された固形汚濁物は汚泥として分離され、汚泥処理設備６０で処理される。汚泥には、油濁水Ｗ１に含まれる重金属や、凝集磁気分離機１０で加えられる凝集剤やマグネタイトなどの処理剤等が含まれるため、汚泥処理設備６０で分離回収して、再利用できるものについては再利用し、廃棄するものについては、必要に応じてさらなる処理（無毒化など）を加えて廃棄する。

凝集磁気分離機１０で生成された１次浄化水Ｗ２は、ＣＯＤ除去装置３０に注入される。ＣＯＤ除去装置３０では、１次浄化水Ｗ２に溶解している水溶性有機物を、オゾンによる酸化作用を利用して除去することで１次浄化水Ｗ２のＣＯＤの値を下げて、ＣＯＤ処理水Ｗ３を生成する。
なお、１次浄化水Ｗ２はその一部を河川等に放流してもよい。
また、ＣＯＤ除去装置３０に注入される１次浄化水Ｗ２には塩分が溶解している場合がある。ちなみに、海岸沿いの油田はもちろん、海岸線から数十キロメートルの内陸部にある油田でも、油濁水Ｗ１には１％程度の塩分が含まれている場合がある。しかしながら、無機物である塩分はＣＯＤ除去装置３０で除去されない。したがって、ＣＯＤ除去装置３０で生成されるＣＯＤ処理水Ｗ３には塩分が溶解している場合がある。

植物の栽培用の水については、栽培する植物の種類にもよるが、１％程度の塩分濃度を有すると、植物に致命的な影響を与えることが知られている。このことから、本実施形態にかかるＣＯＤ除去装置３０で生成されたＣＯＤ処理水Ｗ３は、植物の栽培には利用できない。
しかしながら、ＣＯＤ処理水Ｗ３は、水溶性有機物が除去されているので、蒸留手段で蒸留することができる。したがって、ＣＯＤ除去装置３０で生成されたＣＯＤ処理水Ｗ３を太陽熱蒸留器５０に注入して蒸留し、塩分を除去することができる。

太陽熱蒸留器５０に注入されたＣＯＤ処理水Ｗ３は、太陽熱蒸留器５０において、太陽熱を利用した加熱器で加熱されて蒸留される。そして、太陽熱蒸留器５０は蒸留で得られる蒸留水を浄化水Ｗ４として生成する。
なお、ＣＯＤ処理水Ｗ３に溶解している塩分は、太陽熱蒸留器５０での蒸留過程において塩Ｓとして析出されることから、例えば貯蔵タンクに蓄えて保管し、適宜トラック等で処理場に運んで処理すればよい。

太陽熱蒸留器５０で生成される浄化水Ｗ４は、固形汚濁物、水溶性有機物、塩分等が除去されていることから、浄化水Ｗ４を様々な目的に利用することができる。
図１においては、油濁水再利用システム１で生成された浄化水Ｗ４を、例えばバイオ燃料用の植物（ジャトロファなど）の栽培用の植物栽培プラントＰｌに使用した。そして、バイオ燃料生産プラントなどで、植物栽培プラントＰｌで栽培されたジャトロファなどの植物からバイオ燃料を生産することができる。このように、本実施形態に係る油濁水再利用システム１によって油濁水Ｗ１から生成された浄化水Ｗ４は、バイオ燃料の生産に利用（再利用）することができる。
以下、油濁水再利用システム１を構成する各機器について説明する。

《凝集磁気分離機》
図２は、凝集磁気分離機の概略を示す図である。図２において、油濁成分等を含んだ油濁水Ｗ１は、ポンプＰによって原水タンク１２に送り込まれて一旦溜められる。原水タンク１２では、モータＭによって駆動される攪拌機１２ａによって油濁水Ｗ１を攪拌する。攪拌された油濁水Ｗ１は、油濁水Ｗ１中の油は水面近傍に薄く広がると同時にエマルジョン化して水中に分散する。凝集磁気分離機１０では、原水タンク１２から出た配管にインラインミキサー１３を介して再び原水タンク１２に戻るような循環経路１４が設けられており、インラインミキサー１３を運転して循環経路１４内で油濁水Ｗ１を循環させることにより原水タンク１２内の水中油を充分にエマルジョン化する。循環系を構成するインラインミキサー１３、循環経路１４を所定時間運転させて油濁水Ｗ１の油がエマルジョン化した後で、インラインミキサー１３を止めて原水バルブ１５を開ける。
なお、ここでは貯留式のエマルジョン生成法を示したが、連続式のＡＰＩ（American Petroleum Institute）型、ＰＰＩ（Parallel Plate Interceptor）型、ＣＰＩ（Coagulated Plate Interceptor）型の油分離方式やサイクロンを用いて油層を取り除き、エマルジョン状態の油濁水Ｗ１のみを凝集槽１６へ送水する方式でも良い。

これにより、エマルジョン化した油を含む油濁水Ｗ１は凝集槽１６に流れ込む。この時、油濁水Ｗ１に泥、砂、塩等の小さな固形物が入っていると、これらの固形物は流れとともに凝集槽１６に流入する。また、固形物によっては、油が表面に吸着しているものも存在する。
凝集槽１６では、鉄やアルミニウムの塩である凝集剤、例えば硫酸第２鉄や塩化第１鉄、ポリ塩化アルミニウム等を加えて、モータＭで駆動する攪拌機１６ａで攪拌し、凝集を起こさせる。この時、同時にマグネタイト（四三酸化鉄）等の磁性体の粒子（磁性成分）を添加することにより、油のエマルジョン粒子、水中の固形汚濁物、磁性粒子が凝集して、数百マイクロメートルから数ミリメートル程度の大きさのフロック（磁性フロック）が形成される（凝集槽１６においてフロックを形成した水を以下、中間処理水と称す）。したがって、凝集槽１６が磁性フロック生成手段となる。

ここで、前記循環経路１４によってエマルジョン化が充分に行えていないと、均一にフロックを形成することができず、凝集剤の必要投入量が多くなる上に、汚泥発生量が増える。さらに、フロックに取り込まれなかった油相が下流に流出して排水に含有するとともに、下流の分離装置を油で汚染してしまう。また、凝集反応において、凝集剤は通常酸性を示すものが多いため、水酸化ナトリウム等のアルカリを入れてｐＨを調整するのが望ましい。さらに、凝集課程中に高分子ポリマー等を注入することによってフロックの強度を高めることも可能である。この中間処理水を分離部１７に通水する。

分離部１７には、数マイクロメートルから数十マイクロメートル程度の目開きの回転濾過膜１８が存在し、濾過膜によって濾過されて回転濾過膜１８内部に１次浄化水Ｗ２を得ることができる。回転濾過膜１８に堆積したフロックは洗浄装置１９による洗浄水によって剥がされ、回転円筒体（磁気分離手段）２０の近傍に落とされる。回転円筒体２０の内側には、永久磁石、超電導バルク磁石、あるいは電磁石の磁場発生手段（磁気分離手段）２１が取り付けられており、この磁場発生手段２１の磁気力によってフロックは吸引され、回転円筒体２０の表面に沿って汚泥回収板２２によって掻き取られて汚泥タンク２３に溜められる。汚泥回収板２２による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下し、含水率の低い汚泥を得ることができる。

これにより、汚泥を処分する際のコストが低減でき、場合によっては燃料を新たにほとんど加えなくても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、水中の固形汚濁物の影響や凝集剤の量によっては比重が重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。この点、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。

さらに、凝集剤として硫酸アルミニウム等のアルミニウム化合物を使用することで、油濁水Ｗ１に含まれるホウ素を除去し、油濁水Ｗ１のホウ素濃度を低くすることができる。ホウ素が多量に含まれる水を植物の栽培に利用すると植物に悪影響を及ぼすことが知られているため、ホウ素が多量に含まれる水を植物の栽培に利用することは避けたほうがよい。
とくに、中東地域のような乾燥した地域では、乾燥が原因で土壌中のホウ素が過剰になりがちで、しばしばホウ素過剰による植物の生育障害を引き起こすことが知られている。したがって、特に乾燥した地域での植物の栽培に使用する水には、ホウ素が少ないことが好ましい。例えば、ジャトロファの場合、ホウ素濃度が４ｐｐｍ以上の水の使用は、致命的な影響を与えることが知られている。
本実施形態における、凝集磁気分離機１０は、油濁成分である固形汚濁物の除去の際にあわせてホウ素を除去することができ、油濁水Ｗ１のホウ素濃度を下げることができるので、ホウ素濃度が４ｐｐｍ未満になるように設定（凝集槽１６で使用するアルミニウム化合物の種類や量、攪拌時間の設定など）することで、図１に示すように、油濁水再利用システム１で生成される浄化水Ｗ４を、ジャトロファの植物栽培プラントＰｌにも利用することができる。
なお、栽培する植物の種類や、栽培する環境条件（土壌や気象など）によって、許容されるホウ素濃度は異なることも知られており、凝集磁気分離機１０で除去するホウ素の量は適宜設定すればよい。本実施形態の油濁水再利用システム１によれば、前記のように例えばアルミニウム化合物の種類や量、攪拌時間などを適宜設定することで、ホウ素濃度を幅広く設定できる。
さらに、後段の処理である蒸留によってもホウ素を除去できるため、さらにホウ素濃度を低くすることができ、乾燥した地域における植物栽培に好適な水（浄化水Ｗ４）を得ることができる。

また、凝集磁気分離機１０に使用する磁石は、永久磁石や電磁石でも効果はあるが、超電導のバルク体、特に高温超電導のバルクを利用すれば小型で大きな磁気力を発生できるため、高除去率装置として適している。また、この時、高温超電導のバルクをＧＭ（Gifford McMahon）冷凍機やパルスチューブ冷凍機等の小型冷凍機で伝導的に冷却する方式をとれば、液体ヘリウムや液体窒素等の冷媒を補充する必要が無いため、操作性も優れる。
本実施形態に係る油濁水再利用システム１（図１参照）は、前記のような構成の凝集磁気分離機１０を有し、油濁水Ｗ１の固形汚濁物を除去した１次浄化水Ｗ２を生成することができる。
本実施形態では，油濁成分や固形汚濁物の除去法として凝集磁気分離の例を示したが、凝集過程において、磁性粒子（磁性成分）の代わりに砂粒子や加圧空気を入れて、沈降や浮上やサイクロン等を利用して分離する、他の凝集分離方式を用いた場合でも、本実施形態と同等の効果が得られる。

《ＣＯＤ除去装置》
１次浄化水Ｗ２に溶解する水溶性有機物を除去するＣＯＤ除去手段として、本実施形態においては、オゾン分解処理と活性炭吸着処理を利用するＣＯＤ除去装置を使用した。図３は、本実施形態に使用するＣＯＤ除去装置の構成を示す図である。図３に示すように、ＣＯＤ除去装置３０は、凝集磁気分離機１０が生成する１次浄化水Ｗ２を注入するオゾン処理槽３１と、オゾン処理槽３１にオゾンを供給するオゾン発生器３２と、活性炭３３ａが充填されている活性炭処理層３３とを含んで構成される。

オゾン発生器３２は、特に限定するものではないが、例えば空気や誘電体を挟んだ２つの電極間に、交流の高電圧を通電して放電を発生させ、放電プラズマのエネルギで酸素をオゾン化する方式（無声放電方式）のものなどが使用できる。

図３に示すように、凝集磁気分離機１０で生成された１次浄化水Ｗ２は、オゾン処理槽３１に注入されて貯留され、オゾン処理槽３１には、オゾン発生器３２で発生したオゾンが供給される。オゾンは非常に酸化力が強い物質であるため、オゾン槽３１に貯留される１次浄化水Ｗ２に溶解している水溶性有機物を酸化して、生物分解で除去しやすい物質（生物易分解性物質）に分解することができる。

オゾン処理槽３１で、水溶性有機物が生物易分解性物質に分解された１次浄化水Ｗ２は、活性炭３３ａが充填される活性炭処理槽３３に注入される。
活性炭処理槽３３では、活性炭３３ａの表面に付着している微生物によって、１次浄化水Ｗ２に含まれる生物易分解性物質を生物分解するとともに、１次浄化水Ｗ２に残留している水溶性有機物を吸着除去する。

このように、本実施形態に係るＣＯＤ除去装置３０においては、１次浄化水Ｗ２に溶解している水溶性有機物をオゾンで酸化分解するとともに、酸化分解によって生成される生物易分解性物質を活性炭に付着する微生物で生物分解することで浄化し、ＣＯＤ処理水Ｗ３を得る。

オゾンは酸素から生成される物質であることから、浄化処理した後の水（ＣＯＤ処理水Ｗ３）に不純物が残留しないという利点がある。また、空気中に広く存在する酸素から生成されるため、必要なときに必要な量を得ることができるという利点もある。このことから、本実施形態においては、オゾン分解処理によるＣＯＤ除去装置３０を使用した。さらに、オゾン分解処理で生成される生物易分解性物質を生物分解するためと、残留する水溶性有機物を吸着除去するために、ＣＯＤ除去装置３０に活性炭吸着処理を備えた。しかしながら、ＣＯＤ除去手段は、オゾン分解処理と活性炭吸着処理によるＣＯＤ除去装置３０に限定されるものではない。油濁水等に溶解している水溶性有機物を除去して浄化する技術としては、オゾン分解処理と活性炭吸着処理によるもののほか、フェントン処理、電気分解処理によるものなどが周知であり、これらの技術をＣＯＤ除去手段として使用してもよい。これらの技術は単独で使用してもよいし、２つ以上を組み合わせて使用してもよい。

このようにして得られたＣＯＤ処理水Ｗ３には、水溶性有機物が含まれないことから、蒸留手段で蒸留しても水溶性有機物が析出したり、生成される蒸留水に残留することがない。さらに、固形汚濁物は凝集磁気分離機１０（図２参照）によって除去されている。したがって、ＣＯＤ処理水Ｗ３を蒸留手段で蒸留しても、固形汚濁物や水溶性有機物によって、蒸留手段の加熱器が有する導管が目詰まりを起こすことがない。このことから、本実施形態に係るＣＯＤ処理水Ｗ３は、蒸留手段でさらに浄化して、塩分を除去することが可能である。

なお、図３に示すＣＯＤ除去装置３０においては、吸着剤として活性炭３３ａを使用したが、これに限定されるものではなく、例えばゼオライトであってもよい。さらに、図３に示すＣＯＤ除去装置３０においては、活性炭処理槽３３で生物分解を実施しているが、これも限定されるものではなく、活性炭処理槽３３とは別の装置で行うように構成してもよい。

《太陽熱蒸留器》
本実施形態においては、ＣＯＤ除去装置３０（図３参照）で生成されたＣＯＤ処理水Ｗ３（図３参照）を蒸留手段で蒸留して、塩分を除去した浄化水Ｗ４（図１参照）を得ることを特徴としているが、ＣＯＤ処理水Ｗ３を蒸留する蒸留手段として、太陽熱を利用した加熱器を有する太陽熱蒸留器を使用した。太陽熱蒸留器として、例えば図４に示すものが知られている。図４は、太陽熱蒸留器の一例を示す図である。

図４に示すように、ＣＯＤ除去装置３０で生成されたＣＯＤ処理水Ｗ３は、ポンプＰによって太陽熱蒸留器５０の加熱器５１に導水され、太陽熱によって加熱される。加熱器５１は、例えばＣＯＤ処理水Ｗ３が流れる導管が太陽の照射面に平行に広がるように配置され、導管に照射される太陽熱によって、導管を流れるＣＯＤ処理水Ｗ３が加熱される。ここで、導管を例えば黒色など、太陽熱を吸収しやすい色にすることで、太陽熱の吸収効率が向上し、ＣＯＤ処理水Ｗ３を効率よく加熱することができる。さらに、導管の肉厚を薄くすることで伝熱の効率が向上し、内部を流れるＣＯＤ処理水Ｗ３が効率よく加熱される。また、導管を太陽の照射面に対して可能な限り広げて配置することでも加熱の効率が向上する。そして、送水の圧損を抑制するためには管径を太く曲管部を少なくすることが好ましい。

加熱されたＣＯＤ処理水Ｗ３は、散水器５２によって冷却槽５３に散水され、散水されたＣＯＤ処理水Ｗ３は、冷却槽５３の空気との熱交換によって、蒸発して蒸気ＳＴを得る。なお、散水器５２は特に限定するものではなく、例えば図示しないファンの回転によって、ＣＯＤ処理水Ｗ３を散水する機能を有すればよい。
冷却槽５３では、蒸発に伴う潜熱によってＣＯＤ処理水Ｗ３は冷却され、蒸発しないＣＯＤ処理水Ｗ３は冷却水として、冷却槽５３に貯留される。

一方、蒸発して蒸気ＳＴとなったＣＯＤ処理水Ｗ３は、凝縮槽５４に注入される。凝縮槽５４には、冷却槽５３で冷却されたＣＯＤ処理水Ｗ３が冷却水Ｗｃとして循環していて、凝縮槽５４に注入された蒸気ＳＴは、冷却水Ｗｃで冷却されて凝縮され、浄化水Ｗ４を得る。そして、蒸気ＳＴを冷却したＣＯＤ処理水Ｗ３は冷却槽５３に戻される。

このような構成の太陽熱蒸留器５０では、ポンプＰによってＣＯＤ処理水Ｗ３が加熱器５１に注入される。ＣＯＤ処理水Ｗ３は加熱器５１で太陽日射により１０℃乃至２０℃程度温度が上昇し、散水器５２によって冷却槽５３に散水される。冷却槽５３では温度が上昇したＣＯＤ処理水Ｗ３が空気との熱交換により蒸発し、この蒸発に伴う潜熱によりＣＯＤ処理水Ｗ３が冷却される一方、空気が加熱される。冷却槽５３で蒸発した蒸気ＳＴは、凝縮槽５４に送られ、冷却槽５３で冷却されたＣＯＤ処理水Ｗ３によって蒸気ＳＴが冷却されて凝縮される。冷却槽５３で蒸発して凝縮槽５４に送られる蒸気ＳＴは、冷却槽５３で冷却されて凝縮槽５４に送られるＣＯＤ処理水Ｗ３よりも、１０℃程度温度が高いので、凝縮槽５４では蒸気ＳＴの一部が冷却されて凝縮され、浄化水Ｗ４を得る。

図４に示す構成の太陽熱蒸留器５０において、加熱器５１で太陽熱を利用してＣＯＤ処理水Ｗ３を加熱し、さらに蒸発及び凝縮によって浄化水Ｗ４を得るようにしているので、浄化水Ｗ４を得るのに必要な動力は、ポンプＰの動力及び散水器５２の動力であり、自然エネルギである太陽熱を最大限に利用して、非常に少ない動力で浄化水Ｗ４を得ることが可能になる。従って、低コストでＣＯＤ処理水Ｗ３を蒸留して浄化水Ｗ４を得ることができるとともに、二酸化炭素の排出を抑えることができ、地球環境に配慮したシステムを構築することができる。

なお、本実施形態における蒸留手段として、図４に示すように、冷却槽５３及び凝縮槽５４を有する太陽熱蒸留器５０を使用したが、これに限定されるものではなく、例えば疎水性多孔質膜を使用した膜蒸留器なども知られている。

図５は、膜蒸留器の一例を示す図である。図５に示すように、膜蒸留器５５は、加熱されたＣＯＤ処理水Ｗ３が流れる導管と、冷却水Ｗｃが流れる導管とが疎水性多孔質膜５６を介して接する構造を有する。
疎水性多孔質膜５６は、水蒸気となった水分子が透過可能なサイズの多数の微細な孔を有する膜であり、液体である水（ＣＯＤ処理水Ｗ３）と気体である水蒸気とを分離することができる。そして、疎水性多孔質膜５６を透過した水蒸気は、冷却水Ｗｃで冷却され凝縮し、浄化水Ｗ４を得る。なお、図５に示すように、疎水性多孔質膜５６と冷却水Ｗｃが流れる導管の間に、浄化水Ｗ４が凝縮する空間領域を有していてもよい。

そして、図５に示すような、膜蒸留器５５を使用した場合であっても、ＣＯＤ処理水Ｗ３の加熱に太陽熱を利用することができる。
そして、ＣＯＤ除去装置３０（図３参照）によってＣＯＤが除去されていることから、膜蒸留器５５を使用した場合であっても、加熱段階での伝熱効率が低下したり、疎水性多孔質膜５６が目詰まりしたりしない。

このように、蒸留手段として、太陽熱を利用した太陽熱蒸留器５０を使用することで、地球環境に与える負担を小さくできる。そして、ＣＯＤ処理水Ｗ３を蒸留し、蒸留によって浄化された浄化水Ｗ４を得ることができる。さらに、ＣＯＤ除去装置３０（図３参照）によってＣＯＤが除去されているので、伝熱効率が低下することなく、太陽熱を有効に利用できる。

なお、塩分除去手段は、太陽熱蒸留器５０（図４参照）や膜蒸留器５５（図５参照）に限定されるものではない。塩分を含む水の浄化技術としては、例えば逆浸透膜法や凍結法などが周知の技術であり、本実施形態に係る塩分除去手段として使用できる。

以上のように、本実施形態においては、石油生産時に発生する油濁水を、最終的に蒸留して浄化することから、生成される浄化水は、被除去物である固形汚濁物、水溶性有機物および塩分がほとんど含まれないクリーンな水である。このため、浄化水を幅広い用途に利用することができる。さらに、凝集磁気分離機１０（図１参照）においては、前記のように、凝集剤としてアルミニウム化合物を添加して凝集分離することによって、油濁水Ｗ１（図１参照）に含まれるホウ素を除去して、ホウ素濃度を下げることができる。
このように、凝集磁気分離機１０において凝集剤を使用した凝集処理を行うことで、ホウ素が除去されることから、その後の工程において機器選択の自由度が広がる。
さらに、前記のように、ホウ素の過剰は植物には有害であり、特に乾燥した地域では、与える水にホウ素が多く含まれていなくても、ホウ素が過剰になりがちで植物の生育障害が発生することがあるため、ホウ素を含んだ水を植物の栽培に利用することは避けたほうがよい。本実施形態に係る油濁水再利用システム１で生成される浄化水Ｗ４は、ホウ素が除去され、含まれるホウ素濃度が低いため植物の栽培にも利用できる。

本実施形態においては、図１に示すように、油濁水Ｗ１から生成される浄化水Ｗ４を植物栽培プラントＰｌ、特にジャトロファの栽培プラントに利用した例を示した。ジャトロファは、その種子から抽出される油分でバイオ燃料を生成できるうえ、食用の植物ではない。したがって、トウモロコシやサトウキビなどとは異なり、食糧の供給に影響を与えることなく、バイオ燃料の生産のためだけに栽培できることから、その栽培量の増加が見込まれる植物である。さらに、栽培に必要な水分の量も比較的少なくてよいことから、例えば石油生産地である中東地域のような、降水量の少ない乾燥した地域でも比較的栽培しやすい植物である。

図６は、ジャトロファ栽培畑を示す模式図である（写真は参考図）。図６に示すように、ジャトロファＪａは、約２．５ｍ（２〜３ｍ）の間隔で栽培でき、１ｈａのジャトロファ栽培畑７０には約１６００本のジャトロファＪａが栽培できる。そして、１６００本のジャトロファＪａを１ｈａのジャトロファ栽培畑７０に栽培すると、栽培開始から６年後には、約２．５〜１２トンの種の収穫が見込まれ、この収穫量の種からは約０．７１〜３．４ｋＬのバイオ燃料が生産できる。すなわち、１ｈａのジャトロファ栽培畑７０から、年間約０．７１〜３．４ｋＬのバイオ燃料が生産できる。
なお、このようなジャトロファ栽培畑７０が集約して、広大なジャトロファ栽培畑７０からなる植物栽培プラントＰｌ（図１参照）が形成される。そして、植物栽培プラントＰｌで生産されるジャトロファＪａからバイオ燃料が生産される。

ここで、前記のように、ジャトロファＪａは乾燥に強い植物であるが、１６００本のジャトロファＪａが栽培される１ｈａのジャトロファ栽培畑７０には、１年間で２５００ｍ^３の水が必要となり、これは、年間降水量２５０ｍｍに相当する。
この年間降水量は、主な石油生産地である中東地域の年間降水量の数倍（例えば、オマーンの年間降水量約４０〜５０ｍｍの５〜６倍）であることから、中東地域の降水量だけでは、ジャトロファＪａの栽培に必要な水を確保できない。

本実施形態においては、石油生産で生じる油濁水から生成される浄化水をジャトロファＪａの栽培に利用することで、降水量の少ない中東地域でもジャトロファＪａが栽培できるようになる。そして、ジャトロファＪａからバイオ燃料を生産することで、新規のエネルギ資源供給源を得ることができるという優れた効果を奏するとともに、砂漠の緑化にも貢献できるという優れた効果を奏する。

本実施形態に係る油濁水再利用システムの構成を示す図である。 凝集磁気分離機の概略を示す図である。 ＣＯＤ除去装置の構成を示す図である。 太陽熱蒸留器の一例を示す図である。 膜蒸留器の一例を示す図である。 ジャトロファ栽培畑を示す模式図である。

符号の説明

１ 油濁水再利用システム
１０ 凝集磁気分離機（処理水生成手段）
１６ 凝集槽（磁性フロック生成手段）
２０ 回転円筒体（磁気分離手段）
２１ 磁場発生手段（磁気分離手段）
３０ ＣＯＤ除去装置（ＣＯＤ除去手段）
３２ オゾン発生器
３３ 活性炭処理槽
５０ 太陽熱蒸留器（塩分除去手段）
５１ 加熱器
５３ 冷却槽
５４ 凝縮槽
Ｗ１ 油濁水
Ｗ２ １次浄化水（処理水）
Ｗ３ ＣＯＤ処理水
Ｗ４ 浄化水（有用水）
Ｗｃ 冷却水
Ｐｌ 植物栽培プラント

Claims (4)

1. 石油生産の際に発生する油濁水から被除去物である油濁成分を除去した処理水を生成する処理水生成手段と、
   前記生成した処理水から被除去物である水溶性有機物を除去するＣＯＤ除去手段と、
   前記水溶性有機物が除去された処理水に熱を加えることにより被除去物である塩分を除去して有用水を得る塩分除去手段と、を含んで構成され、
   前記処理水生成手段は、
   前記油濁水に、油濁成分を凝集させる凝集剤および磁性成分を添加することで磁性フロックを生成させる磁性フロック生成手段と、
   生成した磁性フロックを磁気の作用で吸引捕集する磁気分離手段と、を備え、
   前記塩分除去手段は、加熱された処理水が流れる導管と、冷却水が流れる導管とが、水蒸気となった水分子が透過可能なサイズの多数の微細な孔を有する疎水性多孔質膜を介して接する構造の膜蒸留器であることを特徴とする油濁水再利用システム。
2. 前記ＣＯＤ除去手段は、
   オゾン分解処理、フェントン処理、電気分解処理、および活性炭吸着処理のうちの少なくとも１つを用いてＣＯＤを除去する手段であることを特徴とする請求項１に記載の油濁水再利用システム。
3. 前記塩分除去手段は、
   太陽熱で加熱することにより前記処理水に熱を加えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の油濁水再利用システム。
4. 前記塩分を除去した処理水を、植物の栽培に利用することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の油濁水再利用システム。