JP5831736B2

JP5831736B2 - 加圧浮上分離装置

Info

Publication number: JP5831736B2
Application number: JP2011110352A
Authority: JP
Inventors: 岡村　和夫; 和夫岡村; 田崎　雅晴; 雅晴田崎; 光博隅倉
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2010-08-19
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2031-05-17
Also published as: JP2012061459A

Description

本発明は、油含有排水に凝集剤を添加して浮上槽内で油水分離する加圧浮上分離装置に関する。

種々の油分を含む排水には、厨房排水を代表とする食品排水処理やガソリンスタンドなどの鉱物油を含有する排水（油含有排水）が存在している。このような排水中の油分を分離する方法として、水槽内に油含有排水を一定時間滞留させ、自然に浮上する油分を除去するＡＰＩや、水槽内に傾斜板を設置して油分の分離を促進するＰＰＩやＣＰＩなどのオイルセパレータを用いて処理する方法が一般的に知られている。
ところが、これらの方法は油含有排水の中に存在する比較的大きな粒子の油滴を除去するには効果的であるが、排水中にエマルジョンとして分散している油分に対してはほとんど除去効果がないのが現状となっている。
そこで、これらの排水中に分散しているエマルジョンタイプの油分を除去するために、ＰＡＣなどの凝集剤を添加し、油含有排水の中の油分を凝集させた後に加圧浮上処理により処理している（例えば、特許文献１参照）。

ここで、図２には、特許文献１に記載されるような従来の加圧浮上処理方法の一例を示している。
すなわち、図２に示す加圧浮上処理を行う装置１０において、供給ポンプ１１によって凝集槽１２内に送られた油含有排水Ｗ０は、その凝集槽１２内でＰＡＣなどの凝集剤Ｔが添加され、油含有排水Ｗ０の中の油分を凝集させた後の排水Ｗ４が浮上槽１３内で油水分離される。そして、このときの処理水Ｗ５を加圧ポンプ１５により加圧しながら加圧タンク１４へ送水するとともに、加圧タンク１４へ空気Ｅを送り込むことにより加圧水Ｗ６を作成し、この加圧水Ｗ６を浮上槽１３に送っている。そして、加圧水Ｗ６が減圧されることで微細な気泡を発生し、この微細気泡に排水Ｗ４の油分を付着させて浮上分離させている。

特開平３−１７４２９２号公報

しかしながら、図２に示すような従来の加圧浮上処理方法では、その機構が複雑であり、排水量（すなわち、浮上槽１３に対する送り込み量と排水量）と加圧水との水バランスが難しいうえ、加圧水の作成も加圧した処理水Ｗ５に空気Ｅを混合させるといった難しい運転管理が必要となる問題があり、簡単な構造で、容易に運転できる処理装置が求められていた。
また、鉱物油には発揮性の炭化水素が含まれており、空気を使用する場合には引火、爆発の可能性があるため、危険物取り扱い施設や防爆施設内での使用が困難であり、その点で改良の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、非爆発性ガスを用いた簡単な構造で油水分離することができ、運転管理が容易になるとともに、適用範囲を広げることができる加圧浮上分離装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る加圧浮上分離装置では、油含有排水に凝集剤を添加して浮上槽内で油水分離するための加圧浮上分離装置であって、浮上槽に油含有排水を送水するための加圧ポンプが設けられ、加圧ポンプには非爆発性ガスが供給され、この加圧ポンプ内で非爆発性ガスと油含有排水とが混合され、運転中の非爆発性ガスと油含有排水との混合条件は、加圧ポンプの運転圧力が０．２〜０．５ＭＰａで、気液比で２．５〜１０．０％であり、非爆発性ガスが窒素ガスであることを特徴としている。

本発明では、油含有排水が加圧ポンプへ送り込まれると、加圧ポンプ内で油含有排水と非爆発性ガスとが混合され、過飽和で微細に裁断された非爆発性ガスにより微細気泡が形成され、この微細気泡を混合させた混合排水が浮上槽へ送られる。このとき、油含有排水と非爆発性ガスとの混合が加圧ポンプ内で行われるので、加圧ポンプ内の混合部に空気が混ざることがなく、酸素が存在しない状態の混合排水が浮上槽へ移送される。
さらに、油含有排水に例えば前記混合部や加圧ポンプの上流側等の位置での適宜なタイミングで添加剤を添加することで、この凝集剤によりフロック化した油分スカムが浮上槽内で微細気泡に付着して浮上し、上層に蓄積される。

そして、上層に蓄積された油分スカムは、定期的に掻き取り機等によって回収し、浮上槽の外部へ排出することができる。さらに、油分スカムが除去された処理水は、放流或いは再利用することができる。このように、本発明では、非爆発性ガスを供給することが可能な加圧ポンプ内に油含有排水を通過させるといった簡単な構造であり、従来のような凝集処理した後の処理水に対して加圧タンク内で加圧するとともに空気を混入させて加圧水を作成し、さらにその加圧水を浮上槽に戻すといった複雑な構造ではなくなるので、運転上の管理も簡単となる。
さらに、空気を使用しない構成となるので、危険物取り扱い施設や防爆施設などでも使用することが可能となる。
また、本発明では、気液比で２．５〜１０．０％の非爆発性ガスを用いることで、微細気泡を作成することができ、油分スカムが浮上槽内で微細気泡に付着して浮上し、良好な油水分離を行うことができる。

また、本発明に係る加圧浮上分離装置では、浮上槽は、密閉されていることが好ましい。本発明では、密閉された浮上槽に送られる油含有排水と非爆発性ガスとの混合排水が大気に接触することがなくなることから、設備の防爆化を確実に実現することができる。

また、本発明に係る加圧浮上分離装置では、加圧ポンプ内に、凝集剤が添加されることが好ましい。
本発明では、非爆発性ガスとともに添加剤も空気に触れることのない加圧ポンプ内に添加することで、添加剤の添加時の空気の混入を防ぐことができ、これによりさらに防爆化の確実性を高めることができる。

本発明の加圧浮上分離装置によれば、加圧ポンプ内で油含有排水と非爆発性ガスとを混合させ、その混合排水を浮上槽へ送るといった簡単な構造によって油水分離が行えるので、運転管理が容易になり、従来のような水バランスを考慮した管理が不要となる利点がある。
また、浮上槽に送り込まれる油含有排水と非爆発性ガスとの混合排水に空気が混じることがないので、防爆化を図ることができ、これにより危険物取り扱い施設等での使用も可能となり、適用範囲を広げることができる。

本発明の実施の形態による加圧浮上分離装置の一例を模式的に示した図である。従来の加圧浮上分離装置の一例を模式的に示した図である。

以下、本発明の実施の形態による加圧浮上分離装置について、図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施の形態による加圧浮上分離装置１は、食品排水処理やガソリンスタンドなどの鉱物油を含有する排水（以下、油含有排水W０という）に凝集剤Ｔを添加して浮上槽２内で油水分離する際に用いられるものである。

すなわち、加圧浮上分離装置１は、浮上槽２に油含有排水W０（図１では後述する混合排水Ｗ１）を送水するための加圧ポンプ３が設けられ、この加圧ポンプ３に非爆発性ガスＧが供給されるとともに凝集剤Ｔが添加され、この加圧ポンプ３内で非爆発性ガスＧと凝集剤Ｔとを油含有排水Ｗ０に混合させる構成となっている。

浮上槽２は、とくに形状、大きさに限定されるものではないが、上部に蓋部２ａを有する密閉型であり、加圧ポンプ３の下流側に送水管４を介して接続され、油分スカムＦを分離させた処理水Ｗ２を排出するための排水管５が所定位置に設けられている。

加圧ポンプ３は、原水（油含有排水Ｗ０）用の原水吸入部３ａと、気体（非爆発性ガスＧ）用の気体供給部３ｂと、薬剤（凝集剤Ｔ）用の薬剤供給部３ｃと、これら油含有排水Ｗ０と非爆発性ガスＧと凝集剤Ｔとが混合された混合排水Ｗ１を浮上槽２へ向けて送出する送出部３ｄとを備えている。そして、加圧ポンプ３内には、図示しないポンプ回転翼の上流側に原水吸入部３ａ、気体供給部３ｂ、および薬剤供給部３ｃが設けられるとともに、油含有排水Ｗ０と非爆発性ガスＧと凝集剤Ｔとが混合する図示しない混合部が設けられている。
なお、このような加圧ポンプ３として、例えばエアターボミキサー（株式会社ニクニ社製）を採用することができる。

加圧ポンプ３の原水吸入部３ａに接続される原水供給管６、および送出部３ｄに接続される送水管４には、それぞれ開閉バルブ７が設けられ、それら配管内を流通する排水Ｗ０、Ｗ１の流量を調整できるようになっている。

加圧ポンプ３に供給される非爆発性ガスＧとしては、窒素ガス、ヘリウム及びアルゴンなどの非引火、非爆発性のガスを用いることができ、或いは周知のＰＳＡ装置（酸素ガス発生装置）等を使用して空気中から酸素を除去した気体を使用しても良い。
また、凝集剤Ｔとしては、一般的なＰＡＣを用いることができる。

なお、運転中の非爆発性ガスＧと油含有排水Ｗ０との混合条件として、加圧ポンプ３の運転圧力０．２〜０．５ＭＰａで排水量の２．５〜１０％量（気液比で２．５〜１０％）の非爆発性ガスＧを供給することが好ましい。

次に、上述した加圧浮上分離装置１の作用と、この加圧浮上分離装置１を用いた排水処理方法について、図１に基づいて詳細に説明する。
先ず、油含有排水W０が原水供給管６から加圧ポンプ３へ送り込まれると、加圧ポンプ３内の前記混合部でその油含有排水Ｗ０と非爆発性ガスＧとが混合され、その混合排水Ｗ１には過飽和で微細に裁断された非爆発性ガスＧにより微細気泡が形成され、その混合排水Ｗ１が浮上槽２へ送られる。このとき、油含有排水Ｗ０と非爆発性ガスＧとの混合が加圧ポンプ３内で行われるので、その混合部に空気が混ざることがなく、酸素が存在しない状態の混合排水Ｗ１が浮上槽２へ移送される。

さらに、油含有排水Ｗ０には加圧ポンプ３内の混合部で非爆発性ガスＧとともに添加剤Ｅが添加されるので、この凝集剤Ｔによりフロック化した油分スカムＦが、浮上槽２内で微細気泡に付着して浮上し、上層に蓄積されることになる。
そして、浮上槽２に浮上して蓄積された油分スカムＦは、定期的に図示しない掻き取り機等によって回収され、浮上槽２の外部へ排出される（図１に示す矢印Ｓ参照）。さらに、油分スカムＦが除去された処理水Ｗ２は、排水管５より放流、或いは再利用することができる。

このように、加圧浮上分離装置１では、非爆発性ガスＧを供給することが可能な加圧ポンプ３内に油含有排水Ｗ０を通過させるといった簡単な構造であり、従来のような凝集処理した後の処理水に対して加圧タンク内で加圧するとともに空気を混入させて加圧水を作成し、さらにその加圧水を浮上槽２に戻すといった複雑な構造ではなくなるので、運転上の管理も簡単となる。
さらに、空気を使用しない構成となるので、危険物取り扱い施設や防爆施設などでも使用することが可能となる。

なお、浮上槽２の内部に溜まる揮発性ガスは、浮上槽２に設けた適宜な排気手段により大気放出時に活性炭などにより吸着除去したり、或いは燃焼処理を行うことも可能である。

また、加圧浮上分離装置１では、浮上槽２が蓋部２ａにより密閉されているので、浮上槽２に送られる油含有排水Ｗ０と非爆発性ガスＧとの混合排水Ｗ１が大気と接触することがなくなることから、設備の防爆化を確実に実現することができる。
さらにまた、非爆発性ガスＧとともに添加剤Ｔも空気に触れることのない加圧ポンプ３内の図示しない混合部に添加されることから、添加剤Ｔの添加時の空気の混入を防ぐことができ、これによりさらに防爆化の確実性を高めることができる。

上述のように本実施の形態による加圧浮上分離装置では、加圧ポンプ３内で油含有排水Ｗ０と非爆発性ガスＧとを混合させ、その混合排水Ｗ１を浮上槽２へ送るといった簡単な構造によって油水分離が行えるので、水バランスなどの運転管理が容易になり、従来のような水バランスを考慮した管理が不要となる利点がある。
また、浮上槽２に送り込まれる油含有排水Ｗ０と非爆発性ガスＧとの混合排水に空気が混じることがないので、防爆化を図ることができ、これにより危険物取り扱い施設等での使用も可能となり、適用範囲を広げることができる。

次に、上述した実施の形態による加圧浮上分離装置の効果を裏付けるために行った試験例について以下説明する。

（実施例）
本実施例では、上述の実施の形態の加圧浮上分離装置を使用して微細気泡を発生させ、油分を付着させた浮上試験を行い、本実施の形態の有効性について確認した。
浮上槽として、水槽高さ１．５ｍ、容積１ｍ^３のものを使用した。加圧ポンプにおいて、通水量２ｍ^３／ｈｒの排水を使用し、浮上槽における滞留時間を３０分とした条件で、窒素ガス（Ｎ_２ガス）と空気の二種を排水に混合させて微細気泡を作成した。そして、気液比（％）（ガス量／排水量×１００）を変化させて気泡の発生度、気泡の上昇速度（ｍ／ｈｒ）、油分除去率（％）を計測し、比較を行った。本試験で行った窒素ガスと空気のそれぞれの気液比は、２．５〜１０％までの範囲において７点（２．５％、３％、４％、５％、６％、８％、１０％）とした。

表１には、窒素ガスの場合と空気の場合のそれぞれの試験結果を示している。
なお、気泡の発生度は、加圧ポンプで作成された微細気泡をビーカー等に取り出したものを目視によって判定した状態を示している。判定結果としては、微細な気泡で白濁と判定したものを「◎」で示し、中規模な白濁と判定したものを「○」で示し、僅かな微細気泡が発生したものを「△」で示すようにした。

表１に示すように、窒素ガスを用いた場合は、気液比３％以上で白濁した微細気泡が発生し、その微細気泡は３．５ｍ／ｈｒ以上の上昇速度があり、排水中に含まれる油分等に微細気泡が付着し、これら油分等が微細気泡とともに上昇することから、油分除去率も８０〜９５％となって概ね良好であった。とくに、気液比が３．０〜４．０％では、油分除去率が９５％でより一層良好であることを確認することができた。

一方、空気を用いた場合は、気液比が３％以上で白濁した微細気泡が発生するが、微細気泡を作成するためのガス供給量は窒素ガスと同様の気液比で比較すると、空気による微細気泡の上昇速度は、窒素ガスに比べて遅く、且つより微細な気泡となっており、気泡が上昇する前に微細気泡が処理水に混入する確率が高くなっていることが確認できる。つまり、気泡が処理水側に漏洩するということは、排水中の油分等も加圧浮上することができず、処理水とともに流出してしまうため、油分除去率も３０〜６０％であり窒素ガスに比べて低下している結果となった。
なお、空気による微細気泡を使用するためには、加圧浮上槽の容積を大きくし、滞留時間を多くする必要がある。そのため、本実施例による試験結果では、窒素ガスを使用した微細気泡を使用した方がより装置を小型化することができる。

上述した実施例より、前記非爆発性ガスは、気液比で２．５〜１０％の窒素ガスであることが好ましく、さらに気液比で３．０〜４．０％の窒素ガスであることがより好ましいことがわかった。微細気泡の発生には、気液比が３．０％以上あれば、白濁した微細気泡ができる。そして、気液比が４．０％を超えると、窒素ガスを注入しても余剰分のガスは微細気泡にならずに大きなガスの塊となって曝気状となり、そのガス塊によって浮上槽内を掻き回して整流を壊し、効果的な浮上分離が抑制されるため、油分除去率が気液比で３．０〜４．０％の場合に比べて１５％程度低下することが確認された。
なお、空気を使用する場合には爆発の可能性があるため、窒素ガスを使用するのが好ましいが、油分除去性能としても窒素ガスの方が空気よりも優れていることが確認できた。

以上、本発明による加圧浮上分離装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施の形態では、凝集剤Ｔを加圧ポンプ３内に添加する構成としているが、これに限定されることはない。例えば、加圧ポンプの上流側に従来から使用される凝集反応槽を設け、この凝集反応槽で凝集剤を添加した後、加圧ポンプで混合された油含有排水Ｗ０と非爆発性ガスＧとの混合排水を浮上槽２へ送るようにしてもよい。また、加圧ポンプの下流側に高分子凝集剤を添加し、ＰＡＣにより形成したフロックをラインミキサーの使用等によりさらに大きくして浮上を促進させることもできる。

また、本実施の形態では、非爆発性ガスとして気液比で２．５〜１０％の窒素ガスが好ましいとしているが、上記実施の形態で挙げたようにヘリウムやアルゴン等の非爆発性ガスを適用することも勿論可能である。

１加圧浮上分離装置
２浮上槽
２ａ蓋部
３加圧ポンプ
Ｆ油分スカム
Ｇ非爆発性ガス
Ｔ凝集剤
Ｗ０油含有排水
Ｗ１混合排水
Ｗ２処理水

Claims

油含有排水に凝集剤を添加して浮上槽内で油水分離するための加圧浮上分離装置であって、
前記浮上槽に前記油含有排水を送水するための加圧ポンプが設けられ、
該加圧ポンプには非爆発性ガスが供給され、この加圧ポンプ内で前記非爆発性ガスと前記油含有排水とが混合され、
運転中の前記非爆発性ガスと前記油含有排水との混合条件は、前記加圧ポンプの運転圧力が０．２〜０．５ＭＰａで、気液比で２．５〜１０．０％であり、
前記非爆発性ガスが窒素ガスであることを特徴とする加圧浮上分離装置。
前記浮上槽は、密閉されていることを特徴とする請求項１に記載の加圧浮上分離装置。
前記加圧ポンプ内に、前記凝集剤が添加されることを特徴とする請求項１又は２に記載の加圧浮上分離装置。