JP5784046B2 - 油水ヘドロ分離装置 - Google Patents

Description

本発明は油水ヘドロ分離装置に関するものである。

油水分離装置は、空気圧縮機に接続して使用されることが多い。空気圧縮機は、周囲の空気の吸引と圧縮によって圧縮空気を生成する。物理的な理由のため、及び圧縮空気を乾燥させるため、空気中に含まれる湿気は凝縮物として蓄積される。この凝縮物は、空気圧縮機による潤滑油が導入されるために排水となるが、炭化水素濃度の規制値を超えているため、公共下水道に流出させることが許されないことが多い。

６０ｍ^３／ｈの流入空気量が与えられると、３００ｍｇ／ｈの油を含んだ１．６ｌ／ｈの通常不連続な凝縮物の流れが形成されるが、これは１９０ｐｐｍに相当する。

気候（外気の気温と湿度）、使用される油、空気圧縮機などの構造および運転の種類によって、これらの値は変動する。

水と潤滑油の間の結合も変動し、油と水の混合が分散状態からエマルション状態まである。衛生的な下水道に流すことができる値は、２０または１０ｐｐｍ（１００万分の１単位）であり、一部においては５ｐｐｍである。このように、特別廃棄物が生成され、その９９．５％が空気中の水分であるにもかかわらず、高い費用をかけて廃棄物処理業者によって廃棄される。

商業的に利用可能な油水分離装置は、排水できるようにオンサイトで凝縮物を水処理すること、すなわちコストパフォーマンスの良い方法で水から油分を除去することを目的とする。この構造の公知の装置は、通常、望ましい純度を達成するためにいくつかの分離段階を採用している。

この凝縮物は、圧力除去要素によって、小さな乱流で、前段の分離装置の中にゆっくりと排水される。この分離装置は、重力分離の原理に基づいて、重い沈殿した汚物（密度１ｋｇ／ｄｍ^３以上）及び油分を含む浮遊物（密度１ｋｇ／ｄｍ^３以下）を沈殿させ、その後、当該浮遊物を受け入れ容器に流し込む。第二段階では、主に親油性材料と内側表面積が非常に大きい活性炭から構成された吸着フィルターによって、洗練された油滴が凝縮物から分離される。

先行技術に対応する別な構造では、浮遊している油含有物と共に、凝縮物は、沈殿によって凝縮物の表面上に浮いている油含有物（密度１ｋｇ／ｄｍ^３以上）を吸着する吸着フィルターに通される。この構造は、対応する水柱の原理に基づいて作用し、処理された凝縮物は、新たに流れ込んでくる凝縮物と同量で処理済排水用の排水口から排出され、下水の方へ流れていく。

集められた油分及び油分で満たされたフィルターは、通常は、熱的に利用されるが、処理される場合もある。

強く分散した、または乳化した凝縮物は、これらの装置では処理することができず、通常は、例えば膜処理、蒸発処理、または分解処理など、より複雑な方法で処理される。

実際の使用では、フィルターや油水分離装置が油の流入以外で詰まってしまう問題、すなわち異物の混入の問題がある。これは、凝縮物中のバクテリア、藻類、または菌類の存在があるためである。これは、例えば果汁飲料製造会社におけるシステムの設置状況、または高度な機械能力を必要とする運転状況によって発生する。また、現代の空気圧縮機用の潤滑油が長い間使用され、柔軟材などの殺菌用添加物がどんどん少なくなっている潤滑油及び潤滑油の使用を含んでいることも主な原因である。

油水分離装置に運転上、滞在する期間に、バクテリア、藻類、及び菌類がヘドロを生成し、水面上にその一部を集積させるが、沈殿して堆積したり、浮かんだまま残ったりもする。ヘドロがフィルターを流れるとき、ヘドロはフィルター表面に沈着し、その後、フィルターが詰まって、運転上の流入圧力が低いため、凝縮物が通過することはない。その後、この装置から溢れ出すので、フィルターの寿命は、許容できない程度、例えば少なくとも６カ月間から６週間へと短くなってしまう。

本発明は、ヘドロ状の物質が分離される混合物中に蓄積されるときであっても長寿命を有する油水ヘドロ分離装置を提供することを目的とする。また、この油水ヘドロ分離装置は、単純な構造で安価に製造できるものを前提とする。

本発明によれば、油水混合物からヘドロ状の物質を分離する追加の機械的な分離装置によって特徴づけられる油水ヘドロ分離装置によってその目的を達成することができる。

以下、単純化するために、油水混合物という用語は、液体中の油の含有量や成分を問わず、分離装置を通じて導かれた液体として用いる。このように、この用語は、流れ方向において、フィルター要素の後方の液体に関するものでもある。

本発明は、凝縮物の殺菌処理の見識に基づいており、これは、最初は明らかに長所であるように見えたが、いくつかの理由のために短所になる。凝縮物の中に、すなわち排水の中に、追加の有害物質が導入されると、下流にある下水処理場の負荷増大につながる。また、使用の仕方によって状況が異なるため、適切な物質を特定することは困難である。また、その後も油水ヘドロ分離装置に滞在する期間が続くため、完全に除去することも困難であり、バクテリア、藻類、及び菌類の残りは、再び問題となる大きさまで成長する。さらに、このような方法では、最も高い頻度で逆流洗浄等のより完全なプラント技術が求められ、その結果、油水ヘドロ分離装置を容易に商業的に利用することとのバランスが取れなくなる。

本発明の必要不可欠な基本的概念は、ヘドロ状の物質の成長を押さえることだけにあるのではなく、むしろ、実質的に制限される運転時間を伴わずに、油水ヘドロ分離装置のヘドロ状の物質の成長や蓄積の増加に対して、補償すること又は耐えることを可能とする構造にある。この解決策は、ヘドロ状の物質の機械的な分離がほとんど不可能、または何らかの工夫を加えた場合のみ可能であるという一般的な偏見と相反するものである。

本発明によれば、油水混合物からヘドロ状の物質を分離する分離装置を多様なシステムによって形成することができる。

以下の実施形態は、特に長所を有することが証明できた。
・上流のフィルター要素
・統合されたフィルター要素
・流量調整器を備えたろ過方法
・曝気と共に行うろ過方法
・曝気及び沈降分離と共に行うろ過方法
・沈降分離と共に行うろ過方法
すべての実施形態において、分離装置に流入するヘドロがフィルタリングされ、保持されるという共通点がある。

上流のフィルター要素すなわちメインフィルターのハウジングの外側に配置されたフィルター要素の長所は、分離装置またはメインコンテナから独立して清掃し、交換できるという点にある。

すべての実施形態において、ヘドロのろ過または分離は、清潔な状態を維持し、油水混合物から油を分離するメインフィルターが詰まる速度を遅くすることに役立つ。このため、ヘドロの分離は常に、油水混合物からの油または油含有成分の分離よりも先立って行われる。

ヘドロフィルターに接続された流量調整器としての吸引ポンプまたは加圧ポンプの利用は、フィルター要素を詰まりにくくし、詰まるのを著しく遅らせるという大きな利点を有する。いずれにしても、この目的は、従来の油水分離装置に与えられる油水混合物の流量を常に維持することであり、このことがポンプを流量調整器として考える理由である。これは、分離装置の運転寿命を著しく長くするという結果をもたらす。このことは、定期的なメンテナンスが予定され、フィルター要素の交換がメンテナンス日の間を避けなければならない場合に、特に有利である。ポンプは、水位制御または時間制御することができる。水位制御は、分離装置内に相当な注入量が到達したときにポンプのスイッチをオンにすることを意味する。代わりに、特に分離装置に一定供給する場合において、ポンプは一定時間経過後にスイッチをオンにすることもできる。これら２つの選択肢を組合せることも考えられる。

もう一つの必要不可欠な利点は、ポンプが逆方向にも供給することができ、分離装置を逆流洗浄することができるというポンプの使用にある。

非常に低い流動抵抗を有する一方で、大きな表面積を有するため、不織布が特にフィルター材料に適している。

曝気の統合は、油水混合物が流れる方向に対してガスが逆方向に移動する、または沈殿物に引き込まれるようにガスを供給することを意味する。このように、油水混合物から油含有成分を除去することになっているメインフィルターが沈殿物で塞がることを回避することができ、少なくともメインフィルターが塞がるまでの速度が遅くすることができる。この曝気機能に加えて、沈殿物が移動できるように特別な沈殿物用スペースが設けることもできる。不織布と曝気機能と沈殿物用スペースを組合せることも可能である。

以下、図面を参照しながら多様な実施形態について説明する。

上流のフィルター要素を備えた本発明の油水ヘドロ分離装置の第一の変形例を示す図である。 深層ろ過に基づく本発明の油水ヘドロ分離装置の第二の変形例を示す図である。 吸引と深層ろ過に基づく本発明の油水ヘドロ分離装置の第三の変形例を示す図である。 曝気機能を備えた本発明の油水ヘドロ分離装置の第四の変形例を示す図である。 曝気機能及び沈殿分離器を備えた本発明の油水ヘドロ分離装置の第五の変形例を示す図である。 沈殿分離器及び不織布を備えた本発明の油水ヘドロ分離装置の第六の変形例を示す図である。 沈殿分離器及び不織布を備えた本発明の油水ヘドロ分離装置の第二の変形例を示す図である。 曝気機能と沈殿分離器と不織布とを備えた本発明の油水ヘドロ分離装置の第七の変形例を示す図である。 統合されたフィルター要素を備えた本発明の油水ヘドロ分離装置の第八の変形例を示す図である。 統合されたフィルター要素及び多段階のメインフィルターを備えた本発明の油水ヘドロ分離装置の第九の変形例を示す図である。

以下の図面は、本発明の油水ヘドロ分離装置20の多様な変形例を示している。または、ハウジング23を有している。

本発明の第一の実施形態では、商業的に利用可能な油水ヘドロ分離装置20またはそのハウジング21の供給口において、油水混合物からヘドロ状の物質を除去するフィルター要素22が設けられる。フィルター要素22がナノシルバーコーティングされたアルミニウム発泡体から形成されることが好ましいことがわかっているが、基本的には、少なくとも殺菌性を有する材料を含んで形成されていれば何でも良い。例えば、フィルター要素22は、D45ディスクが積層配置されたハウジングからなり、0.2〜0.5リットルの体積を有する。混合物は、圧力をかけて供給され、その速度が増加することにより、フィルター要素22の内部に混合物が滞在する時間が短いため、フィルター要素22はクリーンな状態のままであり、長期間にわたって塞がることがない。

図２は、油水ヘドロ分離装置20の内部でろ過する本発明の別な変形例を示している。液体は流路41を流れる。まず、油水混合物は、キャップ24を介して、中央スクリーニングチューブ21を通過して、プリフィルター26の中に誘導される。この処理において、キャップ24は、内側プリフィルター26用の締め具としても機能する。好ましくは、紡績糸として構成され、少なくともかなりの量のヘドロを保持する不織フィルター材料が、プリフィルター26の内部に設けられる。不織フィルター布は、交換が可能であり、洗浄した後に再利用できることが好ましい。このような不織フィルター布の本質的な長所は、流動抵抗が小さいことにある。この実施形態は、さらに図１に示すフィルター要素22を備えることができる。

前記浄化された液体が、プリフィルター開口部31を通ってプリフィルター26から流出し、一つ以上のスペーサー28によってプリフィルター26から分離されているメインフィルター30に流入する。特に、このスペーサー28は、前記浄化された液体がメインフィルター30に流れ込む前に集まってまとまるようにする。その後、後段のメインフィルター30において油の分離が行われる。この浄化された液体は、ライザー33を介して油水ヘドロ分離装置20の外部に誘導される。

図３は、油水混合物からヘドロ状の物質を分離する本発明の油水ヘドロ分離装置20が、水位検出装置32と組み合わせたポンプ36によって形成されている場合の実施形態を示している。このポンプ36は、メインフィルター30の流れ方向の後方にある接続部34を介して付随する水路により、油水ヘドロ分離装置20に接続される。この油水混合物は、ポンプ36によって吸い込まれ、ヘドロ状の物質の蓄積については、油水ヘドロ分離装置20の動作時間を増加させる。油水ヘドロ分離装置20内の液体の水位がプリフィルター26より下がることを防止するために水位検出装置32が設けられる。油水ヘドロ分離装置20内の水位が低くなったら、すぐにポンプ36のスイッチがオフになる。この場合、ポンプの容量は、通常の油水ヘドロ分離装置の容量の１〜２倍に相当する。水位の制限値Ａ、Ｂが例として図示されている。

また、本発明によれば、ポンプ36を時間に依存した手段で、調整又は制御することも可能である。特に、もし、単位時間当たりの油水ヘドロ分離装置20への供給量が分かっている場合には、このことは、まったく問題なく可能である。水位検出装置32は、バックアップシステムとして設けたままにすることができるが、単純な変形例では、水位検出装置32は完全に除外される。

ポンプ36の本質的な長所は、ポンプ36の容量が、現場によって異なる条件又は液体の汚染状態に、適合できることである。ポンプ36を使用することによって、フィルター26、30に起因する流動抵抗に問題なく打ち勝つことができる。この動作形態のために、単位時間当たりの油水混合物と同一容量の単純な油水分離器として扱われる。このように、装置の負荷、構造及び動作形態は同一のままであり、ポンプは、ヘドロ状の物質による障害の場合には単なる流量調整器として機能する。

別な代わりの実施形態では、加圧ポンプ36をフィルター26,30の流れ方向から見て前方に配置して、吸引ポンプ36の代わりに使用することができる。

本発明によれば、ポンプ36を備えた図１に対応する実施形態を使用することも可能である。

本発明の図４に対応する実施形態では、ヘドロ状の物質のための分離装置は曝気要素42を介して形成される。ガス、例えば圧縮空気は、曝気パイプを介して曝気要素に導かれ、そこから放出される。曝気要素42は、分割プレート45の下方のメインフィルター30の領域に配置されたフィルターカップ52の内部に配置される。導入されたガスは曝気要素42から放出され、フィルターコンテナ52と分割プレート45を介して上方へ流れるので、ヘドロ状の物質がそれに取り込まれてメインフィルター（30）から遠ざけられる。油水混合物の流れの方向に逆行するヘドロ状の物質の取り込み又は渦巻きは、メインフィルター30の開口部又はメインフィルター30自身が詰まるのを防止する。ガスの流れ43は、矢印で示している。このガスの供給は、有孔チューブを用いて行うこともできる。２つの異なる曝気要素42が示されており、横方向にその両側からガスが放出される。曝気要素42の形状は、油水ヘドロ分離装置20の各構造に適応させることができる。油水混合物は、メインフィルター注入口38を介してメインフィルター30に流れ込み、その後、浄化された液体がライザー33を介して油水ヘドロ分離装置から排出される。

図５は、本発明の油水ヘドロ分離装置20の第五の変形例を示しており、先に述べた曝気システムを備え、さらに追加の沈殿分離要素44も備えている。沈殿分離要素44は、曝気の浮力が不十分であれば沈むヘドロ状の物質が沈殿スペース45に残ったままになるようにし、メインフィルター供給口38には定着しないようにするため、メインフィルター供給口38は長い運転時間に渡ってクリーンな状態に保たれる。基本的な構造は、図４の装置の構造に相当し、沈殿分離要素44が追加されただけである。これは、遮蔽材49によって封着されたパイプ47によって形成されている。このガスは、曝気パイプ40を介して遮蔽材49を通って供給され、再び曝気パイプ及び曝気パイプの開口部46を通って下側方向に放出される。また、ガスを排出するための遮蔽材の開口部48は、遮蔽材49内に設けられる。本実施形態の一つの利点は、沈殿スペース45をメインフィルター30の交換無しで容易に洗浄できることにある。

図６から図８は、沈殿分離要素44を備え、さらに不織布50を備えた油水ヘドロ分離装置20を示している。この油水混合物は不織布50を介してメインフィルター30へ導かれる。不織布は、ヘドロを包む。図７の実施形態では、材料が沈殿可能な沈殿スペース45は、不織布50に加えて設けられる。これらの変形例が図３に示す流量調整器すなわちポンプ36と組み合わせることができることがわかる。

図８の実施形態では、上述した曝気システムがさらに設けられる。この場合においても、ガス流はパイプ開口部46と遮蔽材の開口部48を通じて放出される。図７と図８の実施形態によれば、不織布50は、垂直壁54に立て掛けられる。本実施例においても沈殿スペース45が設けられる
最後に、図９は、本発明の別な実施形態を示しており、フィルタリングされた油水混合物は油水ヘドロ分離装置20のできる限り低い位置で排出され、メインフィルター30が詰まったとき、油水ヘドロ分離装置20内のより高圧の位置が形成される。したがって、分離される混合物はヘドロ状の物質を介して押圧される。

好適には、上述したすべての実施形態において、メインフィルター30も多段構造にすることができ、図１０は好ましい典型例を示している。特に、エマルションを分離しなければならない場合に、時間と共に変化する蓄積量が最悪の場合であっても、理にかなっている。メインフィルター30が、例えばアルキン又はオレフィン、油吸収材料からなる第二のフィルター段55を備えることもできることがわかる。例えば、アタパルジャイト又はフラー土が適しており、これらの物質は、最も小さく乳化された油含有物であっても、ろ過して除去することができる。

２つのフィルター段は、互いに分離して成立させることができるが、互いに組み合わせて一つのフィルター段とすることもできる。後者の変形例では、２つのフィルター処理が一つのフィルター段で行われる。もし、２つのフィルター段が成立すれば、それらは互いに隣接させること、すなわち、互いに接触させることができるが、スクリーン状の層によって互いに分離させることもできる。このスクリーンは適切な材料なら何で構成しても良い。特に好適な実施形態においては、様々なフィルター段が互いに独立して交換することができ、このことは、それらの間に配置されたスクリーンが容易にしているものでもある。外面上のバクテリア等によって塞がれた場合であっても、ポンプがメインフィルターを介して油水混合物を吸引したり、押し出したりするので、メインフィルター30の多段構造は、特に吸引ポンプ又は加圧ポンプを使用するのに適している。

本発明は上記実施形態に限定するものではなく、特に、ヘドロ状の物質を分離及び沈殿できる可能性を有する異なる組合せも含んでいる。

Claims (10)

1. ハウジング（23）内に配置され、油水混合物から油含有成分を除去するメインフィルター（30）と、
   前記油水混合物からヘドロ状の物質を分離する第１の機械的な分離装置であって、一方で、前記ハウジング（23）内に配置されたプリフィルター（26）によって形成され、当該プリフィルター（26）が前記油水混合物からヘドロ状の物質を保持する、第１の機械的な分離装置と、
   を備える油水ヘドロ分離装置（20）であって、
   ・流れ方向から見て前記プリフィルター（26）と前記ハウジング（23）の後方に配置され、
   ・前記プリフィルター（26）と前記ハウジング（23）を通過するように前記油水混合物を供給し、
   ・前記ヘドロ状の物質の蓄積が引き起こす、前記プリフィルター（26）と前記メインフィルター（30）に起因する流動抵抗に問題なく打ち勝つように、容量を適合でき、
   ・油分を除去された処理水を前記ハウジング（23）から吸い出す、
   ポンプ（36）として構成されている流量調整器と、
   前記プリフィルター（26）と前記メインフィルター（30）が前記ハウジング（23）内で鉛直位置に固定されていることを特徴とする油水ヘドロ分離装置（20）。
2. 第２の機械的な分離装置が、前記油水ヘドロ分離装置（20）のハウジング（23）の外側の供給路に配置されたフィルター要素（22）によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の油水ヘドロ分離装置（20）。
3. 前記フィルター要素（22）及び／又は前記プリフィルター（26）が殺菌性材料を備えていることを特徴とする請求項２記載の油水ヘドロ分離装置（20）。
4. 前記流量調整器が、ハウジング（23）内の液体の水位を計測する水位検出装置（32）によって制御されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の油水ヘドロ分離装置（20）。
5. 前記流量調整器が時間に依存した手段で制御されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の油水ヘドロ分離装置（20）。
6. 前記プリフィルター（26）が、ハウジング（23）内において、流れ方向から見て前記メインフィルター（30）の前に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の油水ヘドロ分離装置（20）。
7. 前記メインフィルター（30）が、乳化した油水混合物を分離することに適するように構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の油水ヘドロ分離装置（20）。
8. 前記メインフィルター（30）が、多段に形成されていることを特徴とする請求項７記載の油水ヘドロ分離装置（20）。
9. 曝気が行われ、ヘドロ状の物質を前記メインフィルター（30）から遠ざけるガス流（43）が、当該曝気によって前記ハウジング（23）の中に導入されるように、曝気要素が設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の油水ヘドロ分離装置（20）。
10. 沈殿スペース（45）を備えた沈殿分離要素（44）が設けられ、曝気の浮力が不十分であれば沈むヘドロ状の物質が沈殿スペース（45）に残ったままになるようにしていることを特徴とする請求項９記載の油水ヘドロ分離装置（20）。
    

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