JP6508718B2 - 油水分離濾過装置、油水分離体回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、水と油とを含む混合液体を水分と油分に分離する油水分離体を備えた油水分離濾過装置、およびこの油水分離濾過装置の油水分離体回収方法に関する。

従来から、一般家庭や営業用調理場、ビルの排水、公共事業体の汚水廃液処理施設への導管からの排水には、油・ラード類が混入しており、このような水と油が混合した混合液体である排水は、油分の固着による下水道管の詰まりや、油分の酸化による臭気などの原因となる。さらには、公共下水道施設の機能の著しい妨げとなるという問題や、大雨の後等に下水道施設からの油塊（白色固形物）が港湾に流出するという問題等もあった。このため、各地域では、飲食店事業者に対して、混合液体中の油脂類等を分離、回収する阻集器を設置させて、下水道への油・ラード類を流出させないという対策もとられている。

また、食品製造、繊維処理、機械加工、石油精製などの廃液処理、さらに事故などによる河川、海洋などへの油の流出による油回収作業として、油水混合液を油と水とに分離する処理が行われている。

その他にも、例えば、原油採掘の際に海水を地層の油層に注入して、非水溶性油分の圧力を高め、生産量を確保することが一般的に行われているが、このような原油採掘に使用された排水である「油田随伴水」は非水溶性油分を多く含むため、非水溶性油分の除去処理がなされた後に廃棄されている。しかしながら、近年、海洋・湖沼等の汚染を引き起こす要因となることから、排水中の非水溶性油分含有量の規制が強化されてきており、最も厳格な国や地域では５ｍｇ／Ｌ未満の非水溶性油分含有量とすることが要求されている。

ところで、従来の油水分離方法としては、凝集剤による分離、吸着分離、遠心分離、加圧浮上分離、電解浮上法、コアレッサーによる粗粒化分離（例えば、特許文献１を参照）、微生物分解による分離等が知られている。

しかしながら、凝集剤を用いる分離方法の場合には、経費が日常的に掛かるばかりか濾過した凝集物の処理も手間と費用が掛かるという課題があった。また、遠心分離器のような機械によるもの、加圧浮上分離によるものは、多量に且つ大型の施設においては有効かもしれないが、限られたスペースに備え付けるには困難であるという課題があった。また、電解浮上法では、安定な油水分離を行うために、処理液の電気伝導度と処理量に応じて印加電力を変えるなど、制御が煩雑であるという課題があった。コアレッサー法では、超極細繊維の網目構造を有するフィルターを用いるため、保守管理上、常に目詰まりが問題になるという課題があった。さらに、微生物を用いる分離方法では、時間が掛かるとともに管理が大変であるという課題があった。

一方で、従来から、多孔質膜を用いた分離膜による水処理が行われている。そして、油水分離においても、逆浸透法、限外濾過法、精密濾過法（例えば、特許文献２を参照）等が知られている。

しかしながら、逆浸透法、限外濾過法、精密濾過法は、上記分離膜の孔径によって油水を分離するため、膜透過流束が小さいという課題があった。さらに、水処理を行う過程において、原水中に存在する油などの分離対象物質が分離膜に付着して起こるファウリング（目詰り）のため、定期的に逆圧洗浄、エアスクラビング等の物理洗浄を行う必要があるという課題があった。したがって、多孔質膜を用いた分離膜には、長期間継続して使用できるようにするために、油の吸着しにくさ（防汚性）や、吸着した油の除去し易さ（易洗浄性）の向上が望まれているのが実情であった。

特開２００６−１９８４８３号公報 特開平０５−１３７９０３号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、濾過層に混合液体の油分が付着して濾過性能が低下したり、油分が残留した水が油水分離濾過装置から流出することを防止することができる油水分離濾過装置を提供することを課題とする。
また、油水分離濾過装置を構成するの油水分離体を液槽から容易に回収することが可能な油水分離体回収方法を提供することを課題とする。

すなわち、本発明の油水分離濾過装置は、以下の構成を有する。
［１］ 濾過材が形成された濾過層と、該濾過層に重ねて形成され、水と油とを含む混合液体を水分と油分に分離する油水分離層と、前記濾過層および前記油水分離層を収容する液槽と、を備え、重力によって混合液体を濾過する油水分離濾過装置であって、前記油水分離層は、塊状ないし粒状の油水分離体を敷設したものからなり、前記油水分離体は、基材と、該基材に形成した油水分離材からなり、前記油水分離材は、撥油性付与基および親水性付与基とを有するフッ素系化合物を含むことを特徴とする。

このような構成の油水分離濾過装置によれば、基材に油水分離材が形成された油水分離体を用いて油水分離層を形成することによって、重力のみで混合液体を水と油とを分離可能であり、簡易な構成で低コストに水分と油分とを分離することができる。よって、濾過層に重ねて油水分離層を形成することで、濾過層が油分の付着によって濾過性能が低下したり、油分が残留した水が油水分離濾過装置から流出することを防止できる。

［２］ 前記フッ素系化合物は、下記式（１）〜（４）で示される構造の化合物のうち、一種又は二種以上を含むことを特徴とする。

上記式（１）及び（２）中、Ｒｆ^１、Ｒｆ^２は、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数１〜６であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基である。また、Ｒｆ^３は、炭素数１〜６であって、直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。

上記式（３）及び（４）中、Ｒｆ^４、Ｒｆ^５及びＲｆ^６は、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数１〜６であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。また、Ｚは、酸素原子、窒素原子、ＣＦ_２基及びＣＦ基のいずれかを含む。

また、上記式（２）及び（４）中、Ｒは、２価の有機基である連結基である。

また、上記式（１）〜（４）中、Ｘは、アニオン型、カチオン型及び両性型からなる群から選択されるいずれか１の親水性賦与基である。

［３］ 前記油水分離層は、有機結合剤、無機結合剤の少なくとも一方、または両方によって前記基材に結合されていることを特徴とする。

［４］ 前記油水分離材は、前記基材の表面を覆うことを特徴とする。

［５］ 前記油水分離材は、前記基材に散在することを特徴とする。

［６］ 前記基材は、強磁性体を含むことを特徴とする。

［７］ 前記強磁性体は、マグネタイトまたはフェライトのうち、少なくとも一方を含むことを特徴とする。

［８］ 前記基材は、多孔質材料からなることを特徴とする。

［９］ 前記多孔質材料は、炭素質材料を含むことを特徴とする。

［１０］ 前記炭素質材料は、アンスラサイトまたは活性炭のうち少なくとも一方を含むことを特徴とする。

［１１］ 前記基材は、密度が１．０５g/cm^３以上、２．０g/cm^３以下であることを特徴とする。

［１２］ 前記濾過材は、砂または砂利のうち少なくとも一方を含むことを特徴とする。

［１３］ 前記油水分離体は、前記濾過材よりも比重が軽いことを特徴とする。

［１４］ ［６］または［７］記載の油水分離濾過装置の油水分離体回収方法であって、 前記油水分離体を磁力によって吸着し、前記液槽から取り出す回収工程を備えたことを特徴とする。

本発明の油水分離濾過装置によれば、簡易な構成で低コストに、水と油とを含む混合液体を水分と油分に分離して濾過することが可能になる。
また、本発明の油水分離体回収方法によれば、油水分離濾過装置を構成する油水分離体を液槽から容易に回収することが可能になる。

本発明の油水分離濾過装置を示す断面図である。 本発明の油水分離濾過装置のうち、油水分離層を示す要部拡大断面図である。 本発明の油水分離体回収方法を示す説明図である。

以下、本発明を適用した一実施形態である油水分離濾過装置、および油水分離体回収方法について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

＜油水分離濾過装置＞
図１は、第一実施形態の油水分離濾過装置の一例を示す断面図である。
本実施形態の油水分離濾過装置１０は、油水分離濾過槽１２と、この油水分離濾過槽１２の前段側に設けられた導入槽１１と、油水分離濾過槽１２の後段側に設けられた排出槽１３と、からなる液槽１５を備えている。

導入槽１１は、例えば水、油などを含む混合液体（汚水）を液槽１５に導入するバッファ槽である。油水分離濾過槽１２は、導入槽１１から流入した混合液体を油分と水分に分離し、更に水分に含まれる固形物や有機物などを取り除く。排出槽１３は、油水分離濾過槽１２の液面位置を一定に保つとバッファ槽であり、排水口２７が形成されている。

油水分離濾過槽１２には、上側から順に、油水分離層２１、第一の濾過層２２、第二の濾過層２３が重ねて形成されている。また、第二の濾過層２３の下部には集水体２５が設けられている。

油水分離層２１は、後述する油水分離体３１を多数、層状に敷設したものからなり、混合液体を油分と水分とに分離し、重力によって水分を下層の第一の濾過層２２に向けて流す。

第一の濾過層（濾過層）２２は、濾過材３２を層状に敷設したものからなる。また、第二の濾過層２３（濾過層）は、濾過材３３を層状に敷設したものからなる。第一の濾過層２２を構成する濾過材３２としては、例えば砂が好ましく用いられる。また、第二の濾過層２３を構成する濾過材３３としては、例えば砂利が好ましく用いられる。これら第一の濾過層２２は、例えば砂層であり、砂による浮遊物の阻止・吸着、水溶物の吸着などの物理的作用と、生物化学的な相互作用によって、油水分離層２１を通過した水分に分散している微細な固形物、溶存している水溶性不純物、および雑菌等の有機物を取り除く。

こうした第一の濾過層２２に用いられる砂は、石英質の多い硬度の高い砂が好ましく、例えば、日本水道協会規格（ＪＷＷＡ−Ａ１０３：２００６）に記載された性状を有するものを用いることができる。例えば、本実施形態の油水分離濾過装置１０を用いて緩速濾過（５〜１０ｍ／日程度）を行う場合には、有効径が０．３０〜０．４５ｍｍ程度、均等係数は２．０以下の砂を用いることが好ましい。一方、本実施形態の油水分離濾過装置１０を用いて急速濾過（１００〜２００ｍ／日程度）を行う場合には、有効径が０．５〜０．８ｍｍ程度、均等係数は１．５以下の砂を用いることが好ましい。

なお、第一の濾過層２２に用いる砂の有効径および均等係数は、例えば、ＪＩＳ Ｚ ８８０１で定められている試験用ふるいで篩い、ふるいを通過した砂の重量の百分率をに基づいて粒度加績曲線を作成して算出する。有効径が小さければ砂の粒子は小さく、粒径がよく揃っていれば、均等係数の値は小さくなる。

第二の濾過層２３は、例えば砂利層であり、水分の濾過作用もあるが、主な目的は第一の濾過層２２を構成する砂が集水体２５に入り込むことを防止する、砂層の支持層の役割を果たす。また、油水分離濾過装置１０を逆流洗浄を行う場合に、洗浄水を均等に分散させる。こうした第二の濾過層２３に用いられる砂利は、硬度が高く、角の少ない丸みを帯びた形状のものを用いることが好ましい。
なお、油水分離層２１と第一の濾過層２２との間には、織布や不織布など、水が通過可能なシート状の部材からなる支持体が更に設けられていてもよい。

第二の濾過層２３の下部に設けられる集水体（集水装置）２５は、第二の濾過層２３を構成する砂利層を支持するとともに、濾過された水分を通過させる。こうした集水体２５は、液槽１５の底板に対して離間して配置され、集水体２５と液槽１５の底板との隙間から、重力によって濾過された水分が排出槽１３に向けて流出する。

図２は、油水分離層の一部を示す要部拡大断面図である。
油水分離体３１は、断面形状が楕円形や円形、あるいは不定形の塊状物、ないし粒状物である。個々の油水分離体３１は、基材４１と、この基材４１に形成された油水分離材４２とからなる。油水分離材４２は、基材４１の表面全体を覆うように形成されていればよい。あるいは、基材４１の表面にも油水分離材４２が表出するように、油水分離材４２が基材に散在していてもよい。本実施形態では、油水分離材４２は、基材４１の表面全体を覆うよう形成されている。

油水分離体３１は、個々の塊、ないし粒子の平均径が、例えば０．０４ｍｍ〜３ｍｍ程度のものを用いることができる。油水分離層２１は、単一サイズの油水分離体３１だけを用いて構成してもよく、複数のサイズの油水分離体３１を用いて構成してもよい。複数のサイズの油水分離体３１を用いる場合、上層の油水分離体３１ほどサイズが大きく、下層の油水分離体３１ほどサイズが小さいものを敷設することが好ましい。こうした敷設方法によれば、油水分離体３１が積層されている油水分離層２１において、油水分離体３１を下層まで有効に利用できるために好ましい。さらに、油水分離体３１の粒子間の隙間によって構成されている液体の流路が上層から下層に向けて次第に狭められることから、油水分離体３１の撥油効果により弾かれた油滴同士の接触機会も次第に増えて、上層から下層に向かうにつれて油滴の凝集・粗粒化が促進され、微小な油滴に対しても比重差による浮上分離効果がより得られ易くなる。

このような油水分離体３１を敷設してなる油水分離層２１は、油水分離材４２の親水性および撥油性（以下、親水撥油性と称する）によって、水と油とを含む混合液体を水分と油分に分離する。例えば、導入槽１１から油水分離濾過槽１２に向けて混合液体が流入すると、混合液体は油水分離層２１を構成する油水分離体３１の親水撥油性によって水分と油分に分離され、水分（図１中のＷ）が重力によって油水分離層２１を通過して、第一の濾過層２２に達する。一方、油水分離層２１で分離された油分（図１中のＧ）は、凝集されて油水分離層２１に留められ、また一部は比重差によって油水分離濾過槽１２の液面付近を浮遊する。こうした油水分離層２１の作用によって、分離された水分だけが下層である第一の濾過層２２に達する。
なお、別な実施形態として、例えば、タンク型の油水分離濾過槽に油水分離体３１を充填したものや、カラム型の油水分離濾過槽に油水分離体３１を充填したものも好適に適用できる。

油水分離材４２は、撥油性付与基および親水性付与基とを有するフッ素系化合物を含む材料から構成されている。撥油性付与基は、油水分離材４２の表面に例えば４０°以上の接触角で油滴を形成させる官能基である。また、親水性付与基は、油水分離材４２の表面に例えば２０°以下の接触角で水分に対する濡れ性を付与する官能基である。
なお、こうした接触角は、例えば、自動接触角計（協和界面科学社製、「Ｄｒｏｐ Ｍａｓｔｅｒ ７０１」）により測定することができる。

油水分離材４２は、こうした撥油性付与基および親水性付与基の存在によって、親水撥油性を持つ。この油水分離材４２に水と油とを含む混合液体（以下、単に液体と称することがある）が接触すると、油分は接触角の大きい油滴として凝集し、水分は接触角が小さい濡れ性を保ったままとなる。これによって、凝集して大きい油滴となった油分は油水分離材４２の表面に留まり、あるいは水との比重差によって混合液体の表層に浮遊する。一方、濡れ性を保った水分は凝集することなく油水分離層２１を通過して、下層の第一の濾過層（砂層）２２に向けて流下する。こうした作用によって、油水分離材４２を敷設してなる油水分離層２１は、液体から油分を取り除くことができる。

油水分離材４２を構成するフッ素系化合物としては、例えば、式（１）〜（４）で示されるフッ素系化合物のうち、少なくとも一種又は二種以上を含む。

なお、式（１）及び（２）中、Ｒｆ^１、Ｒｆ^２は、それぞれ同一または互いに異なる炭素数１〜６のペルフルオロアルキル基、Ｒｆ^３は、炭素数１〜６のペルフルオロアルキレン基であって、直鎖状又は分岐状であってもよい。
Ｒｆ^１及びＲｆ^２は、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数１〜４であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基であることが好ましい。また、Ｒｆ^３は、炭素数１〜４であって、直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基であることが好ましい。

また、式（３）及び（４）中、Ｒｆ^４、Ｒｆ^５及びＲｆ^６は、それぞれ同一または互いに異なる炭素数１〜６のペルフルオロアルキレン基であって、直鎖状又は分岐状であってもよい。また、Ｚは、酸素原子、窒素原子、ＣＦ_２基及びＣＦ基のいずれかを含む。また、Ｚが窒素原子又はＣＦ基を含む場合、Ｚから分岐したペルフルオロアルキル基が当該Ｚに結合していてもよい。
Ｒｆ^４、Ｒｆ^５及びＲｆ^６は、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数１〜４であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基であることが好ましい。

また、式（２）及び（４）中、Ｒは、２価の有機基である連結基である。ここで、前記Ｒは、直鎖状又は分岐状の有機基であってもよい。また、前記Ｒは、分子鎖中にエーテル結合、エステル結合、アミド結合及びウレタン結合から選択される１種以上の結合を含んでいてもよいし、含まなくてもよい。

また、式（１）〜（４）中、Ｘは、アニオン型、カチオン型及び両性型からなる群から選択されるいずれか１の親水性賦与基である。

上述したように、式（１）〜（４）で示されるフッ素系化合物は、分子中に撥油性賦与基と親水性賦与基とを含む親水撥油剤である。換言すると、本実施形態の油水分離濾過装置１０の油水分離層２１を構成する油水分離体３１は、基材４１の少なくとも表面に親水撥油性の油水分離材４２が存在するものである。
以下、油水分離材４２を構成する親水撥油剤について、フッ素系化合物ごとに詳細に説明する。

（親水撥油剤）
「直鎖状の含窒素フッ素系化合物」
式（１）又は式（２）に示す、直鎖状（又は分岐状）の含窒素フッ素系化合物では、Ｒｆ^１とＲｆ^２からなる含窒素ペルフルオロアルキル基およびＲｆ^３からなる含窒素ペルフルオロアルキレン基が、撥油性賦与基を構成する。
また、式（１）又は式（２）に示す含窒素フッ素系化合物では、上記撥油性賦与基であるＲｆ^１〜Ｒｆ^３中の、フッ素が結合した炭素数の合計が４〜１８個の範囲であることが好ましい。フッ素が結合した炭素数が４未満であると、撥油効果が不十分であるために好ましくない。

［環状の含窒素フッ素系化合物］
式（３）又は式（４）に示す、環状の含窒素フッ素系化合物では、Ｒｆ^４、Ｒｆ^５およびＲｆ^６からなる含窒素ペルフルオロアルキレン基、さらにはＺが、撥油性付与基を構成する。
また、式（３）又は式（４）に示す含窒素フッ素系化合物では、上記撥油性付与基であるＲｆ^４〜Ｒｆ^６及びＺ中の、フッ素が結合した炭素数の合計が４〜１８個の範囲であることが好ましく、５〜１２個の範囲にあることがより好ましい。フッ素が結合した炭素数が４未満であると、撥油効果が不十分であるために好ましくない。

ここで、式（２）及び式（４）中、Ｒは、分子鎖中において撥油性付与基と親水性付与基とを繋ぐ連結基である。連結基Ｒの構造は、２価の有機基であれば特に限定されるものではない。連結基Ｒとしては、具体的には、例えば、酸素原子［−Ｏ−］、カルボニル基［−Ｃ（＝Ｏ）−］、イミノ基［−ＮＨ−］、スルホニル基［−Ｓ（＝Ｏ）_２−］、−ＯＰ（＝Ｏ）（Ｏ⁻）Ｏ−基、炭素数１〜２０の炭化水素基及びこれらの組合せを挙げることができる。また、連結基Ｒは、ポリオキシアルキレン基及びエポキシ基から選択される１種以上を含んでいてもよい。炭化水素基は、飽和炭化水素基であってもよいし不飽和炭化水素基であってもよい。また、炭化水素基は鎖状炭化水素基であってもよいし、環状炭化水素基であってもよい。鎖状炭化水素基は、直鎖状であってもよいし分岐状であってもよい。炭化水素基の例としては、アルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基を挙げることができる。イミノ基及び炭化水素基は置換基を有していてもよい。

また、連結基Ｒは、分子鎖中にエーテル結合、エステル結合、アミド結合及びウレタン結合から選択される１種以上の結合を含んでいてもよいし、含まなくてもよい。アミド結合は、カルボン酸アミド結合及びスルホンアミド結合を含む。エステル結合は、カルボン酸エステル結合、スルホン酸エステル結合及びリン酸エステル結合を含む。

なお、連結基Ｒは、親水撥油剤に賦与したい特性に応じて、適宜選択して導入することが好ましい。具体的には、例えば、水や有機溶媒への溶解性を調整したい場合、親水撥油剤を含む表面被覆材（コーティング剤）と基材との密着性を改善して耐久性を向上させたい場合、親水撥油剤と樹脂成分又は塗料成分との相溶性を向上させたい場合等が挙げられる。その方法としては、分子間相互作用に影響を及ぼす極性基の有無や種類を調整する、直鎖状又は分岐構造とした炭化水素基の鎖長を調整する、基材や樹脂成分又は塗料成分に含まれる化学構造の一部と類似の構造を導入する、などがある。

また、式（１）〜（４）中、Ｘは、アニオン型、カチオン型及び両性型からなる群から選択されるいずれか１の親水性賦与基である。
以下、親水性賦与基Ｘを場合分けして、親水撥油剤の構造を説明する。

［アニオン型］
親水性賦与基Ｘがアニオン型である場合、上記Ｘは、末端に「−ＣＯ_２Ｍ^１」、「−ＳＯ_３Ｍ^１」、「−ＯＳＯ_２Ｍ^１」、「−ＯＰ（ＯＨ）Ｏ_２Ｍ^１」、「−ＯＰＯ_３Ｍ^１ _２」又は「＝Ｏ_２ＰＯ_２Ｍ^１」又は「−ＰＯ（ＯＨ）_ｙ（ＯＭ^１）_２−ｙ」（Ｍ^１は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Ｍｇ、Ａｌ、Ｒ^１Ｒ^２Ｒ^３Ｒ^４Ｎ^＋；Ｒ^１〜Ｒ^４は水素原子またはそれぞれ独立した炭素数１〜２０まで、好ましくは炭素数１〜１０までの直鎖もしくは分岐状のアルキル基、ｙは０〜２の整数）を有する。なお、上記Ｍ^１が２価の金属（アルカリ土類金属、Ｍｇ）である場合、上記Ｍ^１に同一のアニオンが２個結合していてもよいし、異なる２種のアニオンが結合していてもよい。また、上記Ｍ１がアルミニウムである場合、上記Ｍ１に同一のアニオンが３個結合していてもよいし、異なる２種もしくは３種のアニオンが結合していてもよい。

アルカリ金属としては、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、セシウム（Ｃｓ）が挙げられる。また、アルカリ土類金属しては、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）が挙げられる。

また、第４級アンモニウム塩（Ｒ^１Ｒ^２Ｒ^３Ｒ^４Ｎ^＋）としては、Ｒ^１〜Ｒ^４が水素原子またはそれぞれ独立した炭素数１〜２０まで、好ましくは炭素数１〜１０までの直鎖もしくは分岐状のアルキル基であれば、特に限定されるものではない。ここで、上記アルキル基の炭素数が２０以下であれば、親水撥油性を損なうことがないために好ましい。より具体的には、Ｒ^１Ｒ^２Ｒ^３Ｒ^４が全て同じ化合物としては、例えば、（ＣＨ_３）_４Ｎ^＋、（Ｃ_２Ｈ_５）_４Ｎ^＋、（Ｃ_３Ｈ_７）_４Ｎ^＋、（Ｃ_４Ｈ_９）_４Ｎ^＋、（Ｃ_５Ｈ_１１）_４Ｎ^＋、（Ｃ_６Ｈ_１３）_４Ｎ^＋、（Ｃ_７Ｈ_１５）_４Ｎ^＋、（Ｃ_８Ｈ_１７）_４Ｎ^＋、（Ｃ_９Ｈ_１９）_４Ｎ^＋、（Ｃ_１０Ｈ_２１）_４Ｎ^＋等が挙げられる。また、Ｒ^１Ｒ^２Ｒ^３が全てメチル基の場合としては、例えば、Ｒ^４が（Ｃ_２Ｈ_５）、（Ｃ_６Ｈ_１３）、（Ｃ_８Ｈ_１７）、（Ｃ_９Ｈ_１９）、（Ｃ_１０Ｈ_２１）、（Ｃ_１２Ｈ_２５）、（Ｃ_１４Ｈ_２９）、（Ｃ_１６Ｈ_３３）、（Ｃ_１８Ｈ_３７）等の化合物が挙げられる。さらに、Ｒ^１Ｒ^２が全てメチル基の場合としては、例えば、Ｒ^３Ｒ^４が全て（Ｃ_８Ｈ_１７）、（Ｃ_１０Ｈ_２１）、（Ｃ_１２Ｈ_２５）、（Ｃ_１４Ｈ_２９）、（Ｃ_１６Ｈ_３３）、（Ｃ_１８Ｈ_３７）等の化合物が挙げられる。更にまた、Ｒ^１がメチル基の場合としては、例えば、Ｒ^２Ｒ^３Ｒ^４が全て（Ｃ_４Ｈ_９）、（Ｃ_８Ｈ_１７）等の化合物が挙げられる。

ところで、油水分離濾材など、水と接触させて使用するような用途においては、水に対する耐久性や親水撥油効果の持続性を有することが望まれる。上記観点から、本実施形態の油水分離材４２は、水への溶解性が低い難溶性化合物であることが望ましい。すなわち、本実施形態の油水分離材４２を構成する親水撥油剤は、親水性賦与基Ｘがアニオン型である場合、対イオンである上記Ｍ^１が、アルカリ土類金属やＭｇ、Ａｌであることが好ましく、特にＣａ、Ｂａ、Ｍｇが親水撥油性に優れ、水への溶解度が低いことから好ましい。

［カチオン型］
親水性賦与基Ｘがカチオン型である場合、上記Ｘは、末端に「−Ｎ^＋Ｒ^５Ｒ^６Ｒ^７・Ｃｌ⁻」、「−Ｎ^＋Ｒ^５Ｒ^６Ｒ^７・Ｂｒ⁻」、「−Ｎ^＋Ｒ^５Ｒ^６Ｒ^７・Ｉ⁻」、「−Ｎ^＋Ｒ^５Ｒ^６Ｒ^７・ＣＨ_３ＳＯ_３ ⁻」、「−Ｎ^＋Ｒ^５Ｒ^６Ｒ^７・Ｒ^７ＳＯ_４ ⁻」、「−Ｎ^＋Ｒ^５Ｒ^６Ｒ^７・ＮＯ_３ ⁻」、「（−Ｎ^＋Ｒ^５Ｒ^６Ｒ^７）_２ＣＯ_３ ^２−」又は「（−Ｎ^＋Ｒ^５Ｒ^６Ｒ^７）_２ＳＯ_４ ^２−」（Ｒ^５〜Ｒ^７は水素原子またはそれぞれ独立した炭素数１〜２０まで、好ましくは炭素数１〜１０までの直鎖もしくは分岐状のアルキル基）を有する。ここで、炭素数が２０以下であれば、親水撥油性を損なうことがないために好ましい。

［両性型］
親水性賦与基Ｘが両性型である場合、上記Ｘは、末端に、カルボキシベタイン型の「−Ｎ^＋Ｒ^８Ｒ^９（ＣＨ_２）_ｎＣＯ_２ ⁻」、スルホベタイン型の「−Ｎ^＋Ｒ^８Ｒ^９（ＣＨ_２）_ｎＳＯ_３ ⁻」又はアミンオキシド型の「−Ｎ^＋Ｒ^８Ｒ^９Ｏ⁻」又はホスホベタイン型の「−ＯＰＯ_３ ⁻（ＣＨ_２）_ｎＮ^＋Ｒ^８Ｒ^９Ｒ^１０」（ｎは１〜５の整数、Ｒ^８、Ｒ^９は水素原子または炭素数１〜１０のアルキル基、Ｒ^１０は水素原子または炭素数１〜１０のアルキル基または炭素数１〜１０のアルキレン基）を有する。ここで、炭素数が１０以下であれば、親水撥油性を損なうことがないために好ましい。

なお、本実施形態の油水分離濾過装置１０における油水分離体３１を構成する油水分離材４２に用いる親水撥油剤は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上述した含窒素フッ素系化合物の構造の具体例においては、含窒素ペルフルオロアルキル基からなる撥油性賦与基として、式（１）及び式（２）中に示すＲｆ^１及びＲｆ^２が対称である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、非対称であってもよい。

また、含窒素ペルフルオロアルキル基からなる撥油性賦与基として、式（３）及び式（４）中に示すＲｆ^４及びＲｆ^５がＺを挟んで対称である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、非対称であってもよい。例えば親水撥油剤は、分子中に同一又は異なる撥油性賦与基を２以上有していてもよい。さらに、分子中に撥油性賦与基を２以上有する場合、分子の両末端に設けられていてもよいし、分子鎖中に設けられていてもよい。また、親水撥油剤は、分子中に同一又は異なる親水性賦与基を２以上有していてもよい。

（結合剤）
本実施形態における油水分離材４２は、基材４１の表面に式（１）〜（４）で示される含窒素フッ素系化合物（親水撥油剤）が単独または結合剤と複合化されて存在する。換言すると、基材４１の表面に油水分離材４２を構成する上記フッ素系化合物（親水撥油剤）が存在するものである。また、本実施形態の油水分離濾過装置１０は、分離対象である液体によって上記フッ素系化合物が流失しないために、基材４１の表面に当該フッ素系化合物が油水分離材４２として固着されている。

具体的には、本実施形態の油水分離濾過装置１０は、基材４１の表面の一部又は全部が、式（１）〜（４）で示される含窒素フッ素系化合物（親水撥油剤）を含む塗膜（塗布膜）、あるいは式（１）〜（４）で示される含窒素フッ素系化合物と結合剤とを含む塗膜（塗布膜）によって被覆されていてもよい。

塗膜（塗布膜）は、上述したフッ素系化合物（親水撥油剤）のみからなる場合と、結合剤を含む場合とがある。結合剤を含む場合は、親水撥油剤と結合剤との質量組成比は、０．２〜９９．９対９９．８〜０．１の範囲であることが好ましく、より好ましくは２〜９８対９８〜２の範囲、さらに好ましくは１０〜９０対９０〜１０の範囲である。親水撥油剤の質量組成比が０．２以上であると、親水撥油性が充分得られるために好ましい。また、親水撥油剤の質量組成比が９９．９以下であると、結合剤による親水撥油剤の固定効果が相対的に向上するために好ましい。基材４１との密着性や塗布膜の耐久性を加味すると、１０〜９０対９０〜１０が特に好ましい。

結合剤としては、具体的には、例えば、有機結合剤（樹脂）や無機結合剤（無機ガラス）が挙げられる。有機結合剤（樹脂）としては、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、熱硬化性樹脂、ＵＶ硬化性樹脂等があり、具体的には、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスチレン、シリコーン樹脂、ポリビニルアセタール、ポリビニルアルコール、アクリルポリオール系樹脂、ポリエステルポリオール系樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、熱可塑性アクリル樹脂等の熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂、フェノール樹脂や熱硬化性アクリル樹脂等の熱硬化性樹脂等が挙げられる。

油水分離材４２がもつ親水撥油性の特性を最大限に発揮させるためには、結合剤として、親水性ポリマーを用いることも好ましい。また、親水性ポリマーとしては、基材への密着性や親水撥油複合体と水素結合等の相互作用をもたらすヒドロキシル基を含有しているものが好ましい。

親水性ポリマーとしては、具体的には、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、セルロースなどの多糖およびその誘導体などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。親水性ポリマーは、架橋剤により架橋してもよい。このような架橋により、塗膜の耐久性が向上する。

架橋剤としては、特に限定されるものではなく、目的に応じて適宜選択することができる。具体的には、例えば、エポキシ化合物、イソシアネート化合物、アルデヒド化合物、紫外線架橋型化合物、脱離基含有化合物、カルボン酸化合物、ウレア化合物などが挙げられる。

無機結合剤（無機ガラス）としては、具体的には、例えば、化学式［Ｒ^１４Ｓｉ（ＯＲ^１５）_３］で示されるトリアルコキシシラン、化学式［Ｓｉ（ＯＲ^１６）_４］（Ｒ^１４〜Ｒ^１６はそれぞれ独立した炭素数１〜６までのアルキル基）で示されるテトラアルコキシシラン等のシラン化合物や、水ガラス等が挙げられる。これらの中でも、水ガラスは、耐久性の向上効果が高いために好ましい。

（基材）
本実施形態の油水分離濾過装置１０における油水分離体を構成する基材４１は、強磁性体を含む材料を用いることができる。強磁性体としては、例えば、鉄、ケイ素鋼、マグネタイト、パーマロイ、フェライト、アモルファス磁性合金、サマリウム、コバルト、ニッケルなどが挙げられる。
これら強磁性体のうち、特にマグネタイトまたはフェライトが特に好ましく用いることができる。

基材４１を構成する強磁性体は、この強磁性体だけで基材４１を構成してもよく、また、強磁性体を他の材料に分散、混合させて基材４１を構成してもよい。
強磁性体を分散させる材料としては、例えば、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、熱硬化性樹脂、ＵＶ硬化性樹脂等の各種樹脂、セルロースなどの天然高分子およびその誘導体などが挙げられる。具体的には、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスチレン、シリコーン樹脂、ポリビニルアセタール、ポリビニルアルコー、アクリルポリオール系樹脂、ポリエステルポリオール系樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、熱可塑性アクリル樹脂等の熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂、フェノール樹脂や熱硬化性アクリル樹脂等の熱硬化性樹脂等、パルプや綿等が挙げられる。

また、強磁性体と上記分散材を結合剤で結着させたものも用いることができる。結合剤としては、具体的には、例えば、有機結合剤（樹脂）や無機結合剤（無機ガラス）が挙げられる。有機結合剤（樹脂）としては、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、熱硬化性樹脂、ＵＶ硬化性樹脂等があり、具体的には、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスチレン、シリコーン樹脂、ポリビニルアセタール、ポリビニルアルコール、アクリルポリオール系樹脂、ポリエステルポリオール系樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、熱可塑性アクリル樹脂等の熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂、フェノール樹脂や熱硬化性アクリル樹脂等の熱硬化性樹脂等が挙げられる。
強磁性体を他の分散材に分散、混合、結合剤を用いて結着させたものを、粉砕、解砕し、ふるい等で分級することにより、所望の粒径のものを基材４１として得ることができる。

こうした基材４１の形状は、球体、楕円球体、直方体、不定形体など、各種形状にすることができる。特に、円滑に液体を通過させ、損耗を防ぐ観点から、球体や楕円球体にすることが好ましい。

本実施形態の油水分離濾過装置１０における油水分離体を構成する基材４１は、多孔質材料を用いることもできる。多孔質材料としては、例えば、主にセルロース製のろ紙、ろ布（ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ナイロン、ポリイミド、ポリアクリロニトリル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイド等）、不職布フィルター（ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、レーヨン、ナイロン、ポリフェニレンサルファイド等）、繊維フィルター（樹脂、ガラス、セラミックス、金属）、焼結フィルター（金属、セラミックス、プラスチック等の粉末や繊維を熱および圧力により直接接着したもの）、金属網、金属メッシュ、ろ過板（セルロース、グラスファイバーなどを圧縮成型したもの）、シリカ、アルミナ、ゼオライト、炭酸カルシウム、タルクやモンモリロナイト等の粘土鉱物、グラファイト、アンスラサイト、フェロライト、サンゴ砂、活性炭などの炭素質材料等が挙げられる。
これら多孔質体のうち、炭素質材料が好ましく、炭素質材料としては、特にアンスラサイト、活性炭が好ましく挙げられる。

また、多孔質基材の場合には、式（１）〜（４）で示されるフッ素系化合物（親水撥油剤）を当該多孔質基材に担持させる。

フッ素系化合物を多孔質基材に担持させる方法としては、上記フッ素系化合物（親水撥油剤）の溶解液または分散液に、担持させる多孔質体（多孔質基材）を添加し、乾燥により溶媒を除去する手法などが適用可能である。担持する割合としては、親水撥油剤と担持する多孔質体との質量組成比を１〜５０対９９〜５０の範囲から選択するのが、親水撥油性の特性面で好ましい。また、基材４１への固着には、上述した樹脂やガラス質を用いることが可能である。

また、本実施形態の油水分離濾過装置１０における基材４１としては、上述した有機物（樹脂）と式（１）〜（４）で示されるフッ素系化合物（親水撥油剤）のうち、一種又は二種以上とを含む樹脂組成物によって、繊維状又は粒子状に形成された態様であってもよい。すなわち、上述した親水撥油剤は、各種樹脂に親水撥油性の機能を付与するための添加剤として用いられている。

樹脂組成物は、親水撥油剤と樹脂とのほかに、流動性改善剤、界面活性剤、難燃剤、導電付与剤、防カビ剤等の親水撥油以外の機能を付与するために添加剤を任意成分としてさらに含んでもよい。

樹脂組成物の形成方法としては、樹脂の種類にあわせて適切に選択された親水撥油剤が分散又は溶解できる方法であれば、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、熱可塑性樹脂への親水撥油剤の混合方法としては、押し出し法やロール法による練り込み等により混合する方法がある。

樹脂組成物において、親水撥油剤と樹脂との質量組成比が、０．２〜９９．９対９９．８〜０．１の範囲であることが好ましく、より好ましくは２〜９８対９８〜２の範囲、さらに好ましくは１０〜９０対９０〜１０の範囲である。親水撥油剤の質量組成比０．２以上であると、親水撥油機能を十分に発揮することができるために好ましい。一方、親水撥油剤の質量組成比が９０以下であれば、樹脂物性を損ない、成形性を維持することが容易となるために好ましい。

さらに、本実施形態の油水分離濾過装置を構成する油水分離体の基材が多孔質体である場合、式（１）〜（４）で示される一種又は二種以上のフッ素系化合物（親水撥油剤）を多孔質体の態様で使用してもよい。これにより、優れた油水分離性能が得られるために、好ましい。

多孔質体を得る方法としては、一般に知られている手法が適用可能である。具体的には、例えば、親水撥油剤の溶解液または分散液を、スプレードライ法で乾燥する手法が挙げられる。これによって得られる粒子は、多孔質体の形成とともに粒子径の制御が可能であり、そのまま濾過材として適用することができることから、特に好ましい。

また、多孔質粒子を製造する際に、樹脂やガラス質などの結合剤を親水撥油剤の溶解液または分散液に加えることにより、多孔質粒子を結合させることで、多孔質体の物理的強度を高めることや、水への溶解性を制御して低減することが可能である。

樹脂としては、上述した熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を、ガラス質としては、上述のシラン化合物や水ガラスを使用することができる、また、親水撥油剤に対する結合剤の使用量としては、特に限定されるものではなく、粒子を結合可能な範囲で適宜添加すればよい。典型的には、親水撥油剤と結合剤との質量組成比を０．２〜９９．９対９９．８〜０．１の範囲で使用するのが好ましく、より好ましくは２〜９８対９８〜２の範囲、さらに好ましくは１０〜９０対９０〜１０の範囲である。

以上、詳細に説明した材料から構成される基材４１は、その密度が１．０５g/cm^３以上、１．６g/cm^３以下であることが好ましい。こうした密度範囲の基材４１を油水分離体３１に用いることによって、油水分離体３１は、第一の濾過層（濾過層）２２を構成する濾過材３２よりも比重を軽くすることができる。油水分離体３１が濾過材３２よりも比重が軽いことで、例えば、油水分離濾過装置１０を逆流洗浄した後、比重差によって、自然に第一の濾過層２２が下層に、また、油水分離体３１が上層になる。これによって、油水分離濾過装置１０の逆流洗浄時に、それぞれの層の構成物を再度敷設し直すなどの手間を省き、容易に油水分離濾過装置１０の逆流洗浄を行うことができる。

以上説明したように、本実施形態の油水分離濾過装置１０によれば、基材４１に油水分離材４２が形成された油水分離体３１を用いて油水分離層２１を形成することによって、重力のみで混合液体を水と油とを分離可能であり、簡易な構成で低コストに水分と油分とを分離することができる。そして、例えば砂層などの第一の濾過層（濾過層）２２の上層にこうした油水分離層２１を形成することで、第一の濾過層（濾過層）２２が油分の付着によって濾過性能が低下したり、油分が残留した水が油水分離濾過装置１０から流出することがない。

また、本実施形態の油水分離濾過装置１０は、油水分離体３１を構成する油水分離材４２に親水撥油性が付与されているため、有機分子や土泥類が付着し難く、優れた耐ファウリング性が得られる。また、逆流洗浄等の物理処理によって付着した汚れが除去され易く、易洗浄性にも優れる。

また、本実施形態の油水分離濾過装置１０における油水分離体３１を構成する油水分離材４２は、式（１）〜（４）に示すフッ素系化合物のみを含む場合には、連続して結合している炭素数８以上のペルフルオロアルキル基を含有せず、生体蓄積性や環境適応性の点で問題となるＰＦＯＳまたはＰＦＯＡを生成する懸念がない化学構造でありながら、優れた親水撥油性を付与することが可能である。

＜油水分離体回収方法＞
図３は、本発明の油水分離体回収方法を示す模式図である。
上述した油水分離濾過装置１０は、通常のメンテナンスにおいては、排水口２７から導入槽１１に向けて洗浄水を逆流させる逆流洗浄によって、油水分離層２１を構成する油水分離体３１の汚れや、第一の濾過層（濾過層）２２を構成する砂などの濾過材３２の汚れを洗浄することができる。

しかしながら、長期間の油水分離によって、油水分離体３１に油や不純物が固着すると、逆流洗浄によってこうした固着物を取り除くことは難しい。こうした固着物を放置すると、油水分離層２１の油水分離性能が低下する懸念がある。このため、定期的に油水分離体３１を液槽１５から取り出して個別に洗浄したり、あるいは未使用の油水分離体３１に交換する必要がある。

こうした油水分離体３１を液槽１５から取り出す際に、本発明の油水分離体回収方法では、油水分離体３１を磁力によって吸着し、液槽１５から取り出す回収工程を実施する。本実施形態の回収工程に適用可能な油水分離体３１としては、基材４１が強磁性体を含むものからなる油水分離体３１である。

こうした強磁性体を含む油水分離体３１が敷設された油水分離層２１に、例えば磁石５１を接触させることによって、磁力で油水分離体３１を吸着して回収する。このような回収工程を適用することで、塊状や粒状など、回収に手間の掛かる性状の油水分離体３１を、短時間で容易に液槽１５から取り出すことが可能になり、メンテナンス性を大いに向上させることができる。

また、油水分離体３１を液槽１５内に敷設する際にも、例えば電磁石によって油水分離体３１を吸着して液槽１５内に導入し、磁力を消失させることで、下層である第一の濾過層（濾過層）２２を乱すことなく油水分離体３１を容易に敷設することが可能になる。

なお、油水分離体３１を液槽１５から取り出す方法として、磁力以外にも、例えば、帯電による吸着を利用して油水分離体３１を回収し、液槽１５から取り出すことも可能である。

以上、本発明の油水分離濾過装置、油水分離体回収方法の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施形態では、液槽内の最上層（上流側）に油水分離層を配しているが、濾過層よりも下層側（下流側）に油水分離層を配してもよい。また、油水分離層は、１層ではなく、複数の層に分割して配置することもできる。

本発明の油水分離濾過装置の効果を検証した。
検証にあたっては、マグネタイト粉末とナイロン粉末をバインダーで結着させた紛体粒子およびマグネタイト粉末とポリエチレン粉末をバインダーで結着させた紛体粒子に対して、撥油性賦与基と親水性賦与基とを分子中に含むフッ素系化合物を油水分離材としてコーティングした油水分離体を敷設してなる油水分離層を備えた、図１に示す構成の油水分離濾過装置を作成した。
次に、水とｎ−ヘキサデカンとを重量比３対１の割合で混合した混合溶液を用意した。
そして、この混合溶液を、上述した油水分離濾過装置に投入し、油水分離試験を行った。

そして、油水分離後の油分を回収して、分離した油分中に含まれる水分を測定した。水分の測定はカールフィッシャー滴定（電量滴定）によって行った。この結果、水分は１００ｐｐｍ程度であった。
また、油水分離後の水分を回収して、分離した水分中に含まれるｎヘキサデカン（油分）を測定した。この結果、ｎ−ヘキサデカンは検出限界以下であり、検出されなかった。

以上の結果から、本発明の油水分離濾過装置を用いれば、水と油とが混合した混合溶液を、水分と油分に高精度に分離可能であることが確認され、例えば、分離された水分は、５ｍｇ／Ｌ未満の非水溶性油分含有量にすることができる。

また、本発明の油水分離濾過装置に記載に形成された油水分離層のフッ素系化合物の種類を変えた場合の実験例及び効果をさらに詳細に説明する。本発明はこれら実験例によって、なんら限定されるものではない。

（合成例１）
「２−［３−［［ペルフルオロ（２−メチル−３−ジブチルアミノプロパノイル）］アミノ］プロピル−ジメチル−アンモニウム］アセテートの合成」
２−メチル−３−ジブチルアミノプロピオン酸メチルの電解フッ素化により得られたペルフルオロ（２−メチル−３−ジブチルアミノプロピオン酸）フルオリド１２０ｇを、ジメチルアミノプロピルアミン３９ｇをＩＰＥ溶媒５００ｍｌに溶解した溶液に、氷浴下滴下した。室温で２時間撹拌した後にろ過を行い、ろ液のＩＰＥ層をＮａＨＣＯ_３水溶液と、ＮａＣｌ水溶液とで洗浄処理し、分液した後に水洗を行った。その後、ＩＰＥを留去し、さらに蒸留して粗生成物として、（Ｃ_４Ｆ_９）_２ＮＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３）ＣＯＮＨＣ_３Ｈ_６Ｎ（ＣＨ_３）_２を６４ｇ得た（収率４７％）。

次いで、得られた（Ｃ_４Ｆ_９）_２ＮＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３）ＣＯＮＨＣ_３Ｈ_６Ｎ（ＣＨ_３）_２を８ｇ、エタノール中で撹拌下モノクロル酢酸ナトリウムと一晩還流させ、ろ過、濃縮後、式（５）に示すジメチルベタイン体を９ｇ得た（収率９９％）。

（合成例２）
「３−［３−［［ペルフルオロ（２−メチル−３−ジブチルアミノプロパノイル）］アミノ］プロピル−ジメチル−アンモニウム］プロパンスルホネートの合成」
２−メチル−３−ジブチルアミノプロピオン酸メチルの電解フッ素化により得られたペルフルオロ（２−メチル−３−ジブチルアミノプロピオン酸）フルオリド１２０ｇを、ジメチルアミノプロピルアミン３９ｇをＩＰＥ溶媒５００ｍｌに溶解した溶液に、氷浴下滴下した。室温で２時間撹拌した後にろ過を行い、ろ液のＩＰＥ層をＮａＨＣＯ_３水溶液と、ＮａＣｌ水溶液とで洗浄処理し、分液した後に水洗を行った。その後、ＩＰＥを留去し、さらに蒸留して粗生成物として、（Ｃ_４Ｆ_９）_２ＮＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３）ＣＯＮＨＣ_３Ｈ_６Ｎ（ＣＨ_３）_２を６４ｇ得た（収率４７％）。

次いで、得られた（Ｃ_４Ｆ_９）_２ＮＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３）ＣＯＮＨＣ_３Ｈ_６Ｎ（ＣＨ_３）_２を１５ｇ、アセトニトリル中で撹拌下１，３−プロパンスルトンと２３時間還流させた後、フッ素系溶剤ＡＫ２２５とＩＰＥ混合溶剤中で再沈殿を行い、式（６）に示すスルホベタイン体を１３ｇ得た（収率７５％）。

（基材）
基材として、平均粒径４５〜７５μｍのアンスラサイトおよびマグネタイト粉末とナイロン粉末またはポリエチレン粉末との混合粉末にバインダーを加えて造粒しさらに０．２〜２ｍｍに分級したものを使用した。

（結合剤）
結合剤として、ポリビニルブチラール（積水化学工業（株）製エスレックＢ ＢＬ−１、同ＢＨ−３）を使用した。

＜油水分離体の作製＞
先ず、親水撥油剤と結合剤および溶媒であるエタノールを所定の割合で配合し、表面被覆材（油水分離材）を作製した。

次に、この表面被覆材に上記基材をディップし、溶液を十分に含浸させたのち、引き揚げて自然乾燥により溶媒を除去した。このようにして、浸透試験用油水分離体を作製した。

＜油水分離体浸透試験による評価＞
作成した浸透試験用油水分離体を敷設した油水分離層に、水とｎ−ヘキサデカンをそれぞれ滴下し、その浸透性を下記定義に基づき目視判定して、親水撥油性を評価した。

なお、水及びｎ−ヘキサデカンの滴下方法としては、下記の条件を用いた。
滴下容量：（４０〜４５）μＬ／滴（水）
滴下容量：（２０〜２５）μＬ／滴（ｎ−ヘキサデカン）
滴下高さ：油水分離体の表面から５ｃｍ
滴下冶具：ポリスポイト
測定温度：室温（２２±１℃）

また、油水分離体浸透試験において、評価結果の定義は以下の通りである。
直ちに浸透：浸透試験用油水分離体に液滴を滴下後、３０秒以内に浸透するもの。
徐々に浸透：液滴を滴下後、３０秒超過〜５分以内に浸透するもの。
浸透しない：液滴を滴下後、３０分間浸透しないもの。

（実験例１）
親水撥油剤として合成例１にて合成した含窒素フッ素系化合物を２質量部、結合剤としてポリビニルブチラール（積水化学社製エスレックＢＨ−３）を４質量部、溶媒としてエタノールを９４質量部の割合で配合して溶解させた表面被覆材を作製した。
次いで、基材としてアンスラサイト（市販品ろ過砂：有効径０．７ｍｍ、密度１．４０〜１．６９ｇ／ｃｍ^３）を粉砕・篩い分けして４５〜７５μｍの粒子を選別した。このアンスラサイト５質量部を上述した表面被覆材１００質量部に浸漬し、表面被覆材を十分に含浸させてから溶液をろ過して、親水撥油処理したアンスラサイトを回収し、６０℃で乾燥して溶媒を除去した。得られた親水撥油処理アンスラサイトをＮｏ．５Ｃろ紙（桐山製：直径２１ｍｍ）上に敷き詰めて集合体とし、水とｎ−ヘキサデカンの浸透性を評価した。作製条件および評価結果を表１に示す。

（比較実験例１）
含窒素フッ素系化合物を添加しない他は実験例１と同様な処理液を作製し、この処理液で処理したアンスラサイトを、実験例１と同様にＮｏ．５Ｃろ紙（桐山製：直径２１ｍｍ）上に敷き詰めて集合体とし、実験例１と同様の方法で、浸透性を評価した。作製条件および評価結果を表１に示す。

表１に示すように、実験例１の浸透試験用油水分離体は親水撥油性であることが確認された。これに対して、比較実験例１の浸透試験用油水分離体では、水の浸透結果が「直ちに浸透」であり、ｎ−ヘキサデカンの浸透結果が「直ちに浸透」であることから、親水親油性であることが確認された。

＜油水分離試験による評価＞
（実験例２）
市販のマグネタイト（関東化学製：四三酸化鉄）とナイロンビーズ（不二製作所製：密度１．１４ｇ／ｃｍ^３、粒度０．２ｍｍ×０．２ｍｍ）とを質量比１０対９０で混合したものに、ポリビニルブチラール（積水化学社製エスレックＢＬ−１）の２．５質量％エタノール溶液を８５ｇを加え、６００ｒｐｍで1分間撹拌混合して造粒した。次いで、８５℃で一晩乾燥し、比重１．５４ｇ／ｃｍ^３のマグネタイト−ナイロン混合紛体を得た。次に、造粒紛体を解砕機で解砕し、ふるい分けにより粒径０．２〜０．５ｍｍに分級した。また、前記マグネタイトと市販のポリエチレン粉末（密度０．９５ｇ／ｃｍ^３、粒度０．０８〜０．１５ｍｍ）とを質量比１０対９０で混合し造粒して、比重１．３８のマグネタイト−ポリエチレン混合紛体を得た。

次に、造粒紛体を解砕機で解砕し、ふるい分けにより粒径０．５〜１ｍｍに分級した。さらに、前記マグネタイトと前記ポリエチレン粉末とを質量比５対９５で混合し造粒して、比重１．１６ｇ／ｃｍ^３のマグネタイト−ポリエチレン混合紛体を得た。次に、造粒紛体を解砕機で解砕し、ふるい分けにより粒径１〜２ｍｍに分級した。

これらの紛体に、親水撥油剤として合成例２にて合成した含窒素フッ素系化合物２質量％、ポリビニルブチラール（積水化学社製エスレックＢＬ−１）４質量％のエタノール溶液をスプレーコーティングし、自然乾燥して油水分離磁性粒子を得た。

内径３７ｍｍ×長さ１１８ｍｍ、上端が開放され、底部に１００メッシュのＳＵＳ３１６製サポートスクリーンを備え、その下が窄まり外径１６ｍｍの排出管が接合されているガラス製フィルターホルダー（アドバンテック東洋(株)）を用意し、サポートスクリーン上にＮｏ．５Ａのろ紙を乗せ、排出管にゴムチューブを取り付けてピンチコックでチューブを押さえた。

始めにこのフィルターホルダー内を水で満たしておき、その中にろ過砂（ (株)トーケミ製、粒径０．３０〜０．４５ｍｍ、密度２．５７〜２．６７ｇ／ｃｍ^３）をゆっくりと少量ずつ入れて、ろ過砂の層高が１０ｍｍとなるように充填した。次に粒径０．２〜０．５ｍｍの油水分離磁性粒子をゆっくりと少量ずつフィルターホルダー内に入れて、ろ紙上に層高１０ｍｍとなるように充填した。その上に、粒径０．５〜１ｍｍの油水分離磁性粒子を層高１０ｍｍとなるように充填し、さらにその上に、粒径１〜２ｍｍ油水分離磁性粒子を層高１０ｍｍとなるように充填し、最後に油水分離磁性粒子層の上１０ｍｍが水面となるように水位を調整した。

室温（２２℃）下、水とｎ−ヘキサデカンとの容量比３対１の混合液５０ｍｌを良く振り混ぜてから、充填層の上部が乱れないように、ロートを使ってフィルターホルダーの内壁に沿わせながらゆっくりと管の中に注いだ。ピンチコックを緩めてフィルターホルダーから液を流出させたところ、水のみがフィルターホルダーから排出され、ｎ−ヘキサデカンは油水分離磁性粒子層内に留まった。その後ピンチコックを閉じて、水をフィルターホルダー内の油水分離磁性粒子層の上まで入れて放置した。１６時間経過後、ｎ−ヘキサデカンは油水分離磁性粒子層の上に浮上していた。
最後に、フィルターホルダーの中の油水分離磁性粒子をステンレスバットに移し、磁石を使用して油水分離磁性粒子を回収した。

本発明の油水分離濾過装置は、油水分離体の親水撥油性によって透水性や耐ファウリング性、易洗浄性に優れているため、油水分離を目的とした各種機器、治具への適用が可能である。また、本発明の油水分離濾過装置は、例えば、一般家庭、商業施設、公共施設、工場等から排出される油を含む排水の処理、石油採掘時の含油排水の一種である油田随伴水から非水溶性油分を除去する際の油水分離濾過装置として使用することが可能である。

１０ 油水分離濾過装置
１５ 液槽
２１ 油水分離層
２２ 第一の濾過層（濾過層）
４１ 基材
４２ 油水分離材

Claims (14)

1. 濾過材が形成された濾過層と、該濾過層に重ねて形成され、水と油とを含む混合液体を水分と油分に分離する油水分離層と、前記濾過層および前記油水分離層を収容する液槽と、を備え、重力によって混合液体を濾過する油水分離濾過装置であって、
   前記油水分離層は、塊状ないし粒状の油水分離体を敷設したものからなり、
   前記油水分離体は、基材と、該基材に形成した油水分離材からなり、
   前記油水分離材は、撥油性付与基および親水性付与基とを有するフッ素系化合物を含むことを特徴とする油水分離濾過装置。
2. 前記フッ素系化合物は、下記式（１）〜（４）で示される構造の化合物のうち、一種又は二種以上を含むことを特徴とする請求項１に記載の油水分離濾過装置。
   

   

   

   

   

   上記式（１）及び（２）中、Ｒｆ^１、Ｒｆ^２は、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数１〜６であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基である。また、Ｒｆ^３は、炭素数１〜６であって、直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である；
   上記式（３）及び（４）中、Ｒｆ^４、Ｒｆ^５及びＲｆ^６はそれぞれ同一または互いに異なる、炭素数１〜６であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基であり、Ｚは、酸素原子、窒素原子、ＣＦ_２基及びＣＦ基のいずれかを含む；
   また、上記式（２）及び（４）中、Ｒは、２価の有機基である連結基である。
   また、上記式（１）〜（４）中、Ｘは、アニオン型、カチオン型及び両性型からなる群から選択されるいずれか１の親水性賦与基である。
3. 前記油水分離材は、有機結合剤、無機結合剤の少なくとも一方、または両方によって前記基材に結合されていることを特徴とする請求項１または２記載の油水分離濾過装置。
4. 前記油水分離材は、前記基材の表面を覆うことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一項記載の油水分離濾過装置。
5. 前記油水分離材は、前記基材に散在することを特徴とする請求項１ないし３いずれか一項記載の油水分離濾過装置。
6. 前記基材は、強磁性体を含むことを特徴とする請求項１ないし５いずれか一項記載の油水分離濾過装置。
7. 前記強磁性体は、マグネタイトまたはフェライトのうち、少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項６記載の油水分離濾過装置。
8. 前記基材は、多孔質材料からなることを特徴とする請求項１ないし７いずれか一項記載の油水分離濾過装置。
9. 前記多孔質材料は、炭素質材料を含むことを特徴とする請求項８記載の油水分離濾過装置。
10. 前記炭素質材料は、アンスラサイトまたは活性炭のうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項９記載の油水分離濾過装置。
11. 前記基材は、密度が１．０５g/cm^３以上、２．０g/cm^３以下であることを特徴とする請求項１ないし１０いずれか一項記載の油水分離濾過装置。
12. 前記濾過材は、砂または砂利のうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１ないし１１いずれか一項記載の油水分離濾過装置。
13. 前記油水分離体は、前記濾過材よりも比重が軽いことを特徴とする請求項１ないし１２いずれか一項記載の油水分離濾過装置。
14. 請求項６または７記載の油水分離濾過装置の油水分離体回収方法であって、
    前記油水分離体を磁力によって吸着し、前記液槽から取り出す回収工程を備えたことを特徴とする油水分離体回収方法。

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