JPH0947657A

JPH0947657A - 油水分離方法

Info

Publication number: JPH0947657A
Application number: JP7204445A
Authority: JP
Inventors: Nami Hirata; 奈美平田; Motohiro Okazaki; 素弘岡崎; Yasushi Tateishi; 康立石
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1995-08-10
Filing date: 1995-08-10
Publication date: 1997-02-18

Abstract

(57)【要約】【目的】エマルジョンを含む含油排水に対して、合理的
かつ経済的な油水分離方法を提供する。【構成】光酸触媒を用いて界面活性剤を分解することに
よってエマルジョンの油水分離を行なった後、膜分離に
よって油分と水分を分取する、油水分離方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエマルジョンを含む含油
排水の分離方法に関するものであり、さらに詳しくは、
エマルジョンを含む含油排水に含まれる界面活性剤を光
触媒の存在下で光照射して分解した後、膜分離によって
油分と水分を分取する油水分離方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、様々なところで洗浄作業が行なわ
れており、使用した水は排水として処分されている。た
とえば機械加工の自動化に伴なう切削，研磨などの工程
で使用される水溶性切削油の洗浄水や、フロン全廃を間
近に控えての代替水系洗浄方法は増加することが容易に
推察されるし、その他いたるところで洗剤と水を用いて
の洗浄は行なわれていることから、水，油分，界面活性
剤が混在したエマルジョン性含油排水は多量に排出され
ている。

【０００３】界面活性剤を含む含油排水は物理的に安定
なエマルジョンを形成しており、その油水分離は比重差
を利用した方法が取れないため非常に難しい。従来、こ
れらエマルジョンの処理方法としては凝集法（例えば特
開昭６１−２８３３３６号）がもっとも広く用いられ、
膜分離法（特開平４−２１０２８９号）、電解法（特開
平６−３０４４０６号）、熱分解法（特開平４−３３８
２０１号）などが挙げられる。これらについては以下に
示すようにそれぞれ問題点を有しており、まだ傑出した
方法が得られていない。

【０００４】凝集法においては、処理工程中にｐＨ調整
が複数組み込まれており、その管理の複雑さやコストア
ップ、また装置の大型化などの問題点が指摘されてい
る。また処理後の油分に凝集剤が多く含まれており、廃
棄物の減量化が必要な分野であるだけに新しい問題とな
っている。

【０００５】セラミックフィルタや限外瀘過膜を用いた
膜分離法は、膜の細孔のふるい効果により径の小さい水
分を通過させて取りだし、エマルジョンを濃縮している
が、膜の目づまりや膜面の汚れによって分離効率が落
ち、それを防ぐための装置の維持管理が非常に繁雑なこ
とや、エマルジョンと油分の分離ができないことから濃
縮廃液量が多く、その処分が大変なことなどが問題とさ
れている。

【０００６】電解法は処理速度を上げるための凝集剤の
添加や、定期的な電極の極性切り替えなど装置の維持管
理が難しく、また消費電力が大きくて運転費用が非常に
かかることが問題視されている。

【０００７】熱分解法は設置分離または遠心分離で一次
分離を行なった後に加熱分解する方法であるが、処理時
間が長いなどの欠点がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記の問題点に鑑み
て、本発明は合理的かつ経済的な油水分離方法を提供す
ることを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、下記の構成を有する。

【００１０】エマルジョンを含む含油排水に含まれる界
面活性剤を光触媒の存在下で光照射して分解した後、膜
分離によって油分と水分を分取する油水分離方法。

【００１１】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１２】本発明において最も重要であるのは、油水
分離が困難なエマルジョン状態にある排水を光酸化処理
して径の全く異なる油滴と水滴とに分解し、つぎに分離
膜の細孔のふるい効果によって分離してそのまま分取し
てしまうという合理的かつ経済的な方法とすることであ
る。

【００１３】そのため、本発明の方法構成は油分と水分
を結び付けているエマルジョンの構成要素となっている
界面活性剤を光触媒によって酸化分解して界面活性効果
を失わせ、水と油がそれぞれ混合している状態まで分離
する反応部と、その後膜分離によって油水分離し、分取
を行なう分離部とからなる。

【００１４】反応部で使用される光触媒としては、二酸
化チタン，三酸化タングステン，酸化亜鉛，酸化鉄，チ
タン酸ストロンチウムなどの金属酸化物や、硫化カドミ
ウム，硫化亜鉛，硫化インジウムなどの金属硫化物や、
セレン化カドミウム，セレン化亜鉛などの金属セレン化
物、リン化ゲルマニウム，リン化インジウムなどの金属
リン化物など、およびこれらの光触媒に白金，ロジウ
ム，ルテニウム，銅，鉄などの金属および金属酸化物を
担持したものなど公知のものならばどんなものでも良
い。そのうち特に好ましくは二酸化チタンであり、その
理由として触媒活性，安全性，低価格，化学的安定性な
どが挙げられるが、これに限るものではない。光触媒
はどんな形態で用いても良い。例えば、粉末状や粒状で
分散させる方法や膜状，多孔質状，繊維状などの形態に
加工するもしくはそれらの形態の担体に担持させる方
法、ハニカムやメッシュ状の加工品とするなどが挙げら
れるが、これらに限るものではない。

【００１５】反応のための活性表面積が大きくとれるこ
とから、粉末状での使用が好ましい反面、微粒子は液体
中から取り出すことが困難であり反応槽に止めておくこ
とが難しい。反応槽から触媒を流出させず、処理液のみ
を通過させるフィルターとしてはエレクトレットフィル
ターの使用が好ましい。エレクトレットフィルターとは
表裏に異なる電荷を有し、不織布形態をとっており、エ
レクトレットの効果である微粒子の電気的吸着と不織布
の効果である繊維の絡まりによるフィルター効果を合わ
せ持つ。フィルターを構成する繊維の平均繊維径につい
ては、たとえば微粒子粒径が数μｍ程度ならば、繊維系
は好ましくは３０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以
下である。さらに粒子径がより微細なサブミクロンオー
ダーのレベルでは繊維の平均繊維径が３μｍ以下である
ことが好ましく、より好ましくは２μｍ以下であること
が好ましい。これは繊維径が小さいほど単位体積あたり
の繊維数が飛躍的に増えて不織布が緻密になり、空隙率
が変わること無く阻止率が上がる、つまり低圧で大流量
であるのに微粒子漏れが無いという高性能の一因となる
からである。また、繊維径が小さいということは比表面
積が大となり、電気的吸着を起こす面積が大きく広がる
ことからも性能が向上する。

【００１６】繊維を不織布化する際の目付けは２０ｇ／
ｍ²以上，５０ｇ／ｍ²以下であることが好ましい。目
付が小さすぎると捕捉するべき微粒子と繊維の接触確率
が低くなってリークが多くなり、阻止率が低下する。反
対に目付が大きすぎると水溶液の流れを阻害し、圧損が
かかって透過流量が低下し、目的とする一連の流動系の
中でそのまま使用することが難しくなるからである。

【００１７】該シートを装置に組み込めるようフィルタ
ー化する方法は任意である。樹脂，金属，その他のフレ
ームを付けて装置に組み込めるように成型する方法が最
も容易であるがこれに限るものでは無い。また、該シー
トを何枚も重ね合わせて使用してももちろん問題無い。
流量・流束が大きく、シート強度に問題がある場合は補
強用シートを張り合わせる方法や金網・プラスチックス
網などの補強材を付けるなどの補強策を取ることも何等
問題がない。

【００１８】次に重要なこととして、反応部には光触媒
を励起するために光線を放出するランプが必要である。
その波長としては光触媒の電荷分離を引き起こす波長
（可視および／または紫外）を含むものであればどんな
ものでも良い。例えば白熱灯などのフィラメントラン
プ，水銀灯，キセノン灯などの高輝度放電灯、蛍光灯，
ブラックライト，殺菌灯などの蛍光灯類，レーザー光な
どの人工光源、または装置の形態状可能でさえあれば太
陽光を用いることができる。また、太陽光の補助光源と
して人工光源を同時に使用してももちろん良い。

【００１９】次に本発明において重要なことは、界面活
性剤が分解された処理液について油水分離および分取を
行なう分離部に分離膜が使用されることである。

【００２０】分離膜は通常知られているどんな膜でも良
いが、通水のための大がかりな圧力装置が必要無く方法
化しやすいこと、また水滴は通すが油滴は通さない程度
の膜として限外瀘過膜または精密瀘過膜が好ましい。そ
の細孔径は１ｎｍ以上１０μｍ以下であることが好まし
く、より好ましくは１ｎｍ以上１μｍ以下であることが
好ましい。細孔径は小さすぎると通水圧損が大きくな
り、膜の目詰まりも増えること、大きすぎると油分のリ
ークが見られることから上記の範囲が好ましい。通常、
分散系（水と油が混合している状態）の油滴径は１〜１
００μｍといわれている。この油滴は時間とともに凝集
し、浮上系になると１００〜１０００μｍとなる。本発
明では、反応部で分散系の状態にされている処理水を分
離部で分取することから、上記の範囲の細孔径が好まし
い。

【００２１】膜の形態は通常使用されている平膜やスパ
イラル膜、中空糸膜、プリーツ膜などどのようなもので
も良いが、コンパクトな装置で瀘過面積を大きくできる
ことや逆洗性が良いこと、限外瀘過膜または精密瀘過膜
の使用に適していることなどから中空糸膜が好ましい。

【００２２】その素材は中空糸膜状に成型できれば特に
限定されるものではない。例えば公知の、セルロース系
・ポリアミド系・ポリスルフォン系・ポリオレフィン系
およびポリアクリロニトリルなどの高分子物質を挙げる
ことができる。素材は使用する際の要求条件によって適
宜選択し、例えば強度が高いものが必要であればポリア
クリロニトリル、疎水性を強くしたいのであればポリオ
レフィン系というように選択可能である。

【００２３】また、中空糸膜の外径は１００μｍ以上２
０００μｍ以下、内径は５０μｍ以上１０００μｍ以
下、膜厚は２０μｍ以上５００μｍ以下のものが好まし
く適用でき、より好ましくは外径１５０μｍ以上１７０
０μｍ以下、内径は６０μｍ以上９００μｍ以下、膜厚
は２０μｍ以上４００μｍ以下のものが好ましい。これ
は外径あるいは膜厚がこれ以上小さすぎると中空糸膜自
体の強度が小さくなり、膜の損傷を招くことになる。反
対に大きすぎると逆洗性が低下したり、単位体積あたり
の瀘過面積が低下するからである。

【００２４】中空糸膜には内表面が緻密で外側に向かっ
て孔径が大きくなるものと、外表面が緻密で内側に向か
って孔径が大きくなるものがあり、通水方向さえ間違え
なければどちらを用いても良い。また、内表面と外表面
の両側に緻密層を持つものであってももちろん良い。

【００２５】これら中空糸膜は何本も束ねるもしくは編
み込んで、モジュールとして使用することが好ましい。
中空糸膜束をガラス製、金属製、プラスチック製などの
パイプに充填し、中空糸膜の少なくとも一端を集束しウ
レタン系などの接着剤で固定してモジュール化する方法
が一般的であるがこれに限るものではない。

【００２６】本発明において、処理される排水について
も何等限定されるものでは無い。目的とするエマルジョ
ンを含む含油排水について特に限定はない。最後に、本
発明の方法に加えて、有効な処理方法を重ねて行なうこ
とは何等問題はない。例えば、浮上している余剰油分を
除去したり、浮遊する固形分を取り除いたり、消泡剤を
混入したりする前処理や、分取された油分を固化したり
固形物に吸着したりする後処理などを組み合わせること
はより好ましい。

【００２７】以下に実施例を示すが本発明はこれらに限
定されるものでは無い。

【００２８】

【実施例】

実施例１図１に示すフローで実験装置を組んだ。

【００２９】まず、ステンレス製の反応槽に１００ｐｐ
ｍの界面活性剤（ＰＯＥ（１０）ノニルフェニルエーテ
ル：日本サーファクタント工業社製）水溶液を１５００
ｍｌ入れ、撹拌しながら潤滑油（ダフニーカットＬＰ−
３０：出光興産社製）を１００ｐｐｍになるように添加
して、完全にエマルジョン化させた。そこに０．１５ｇ
の二酸化チタン粉末（ＭＣ−９０：石原産業社製）を添
加し、懸濁させながら撹拌を続け、水面２０ｃｍ上部か
ら５００Ｗの高圧水銀灯を３時間照射した。

【００３０】その後、エレクトレットフィルターを通過
して二酸化チタン粉末を瀘過された処理水はポンプによ
って図２に示す中空糸モジュールに通水された。モジュ
ールは長さ約２０ｃｍ、外径５００μｍ、内径３８０μ
ｍ、細孔径５μｍのポリアクリロニトリル製中空糸膜を
４００本束ねたものを外圧型で通水して使用した（透過
水量０．１６ｍ³／ｍ²／ｈ／Ｋｇ）。膜面を通過して
出てきた処理水について、表面張力とＴＯＣ濃度を測定
した。また上記膜処理後逆洗して、膜によって瀘過され
た油分リッチの廃棄物を取りだし、油吸着剤（ウォーセ
ップ：東レファインケミカル社製）に吸着させたものを
常温で真空乾燥して水分と残っているエマルジョン分を
蒸発させて、膜分離によっ分取した油分の重量を測定し
た。

【００３１】その結果を表１に示す。

【００３２】比較例１二酸化チタン粉末を添加しないこと以外は実施例と全く
同様の試験を行なった。エマルジョンをダイレクトにモ
ジュールに通水することになった結果、通水当初は水が
通過していたがすぐに膜面が詰まって膜分離がスムーズ
に進まず分取不可能であった。

【００３３】比較例２実施例で反応槽からでた処理水を中空糸膜モジュールに
通水せず、そのまま表面張力とＴＯＣ濃度を測定した。
また少量別に取っておいた同様の処理水について一晩放
置後、水面上に浮いて来た油分を油吸着剤で吸着させた
ものについても同様の測定を行なった。その結果を表１
に示す。

【００３４】

【表１】これらの結果より、エマルジョンを含む含油排水につい
て、界面活性剤を光触媒の存在下で光照射して分解して
水分と油分にしてしまう工程と、その後膜分離によって
油分と水分を分取する工程を組み合わせた方法をとるこ
とによって、油分が浮上する時間を待つなどのロス時間
もなく、経済的かつ簡単に処理することが可能になっ
た。

【００３５】

【発明の効果】本発明により、これまで処理が難しいと
されていたエマルジョン含有排水について、処理装置の
コンパクト化、処理精度の向上、分取による水もしくは
／そして油分のリサイクルの可能性、廃棄物の低減など
様々な利点をもった油水分離方法が確立された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における、油水分離方法の実験装置フロ
ーを示す図面である。

【図２】中空糸膜モジュールの構造を示す図面である。

【符号の説明】

１：５００Ｗの高圧水銀灯２：ステンレス製反応槽３：スターラー４：エレクトレットフィルター５：反応後の処理水口６：コック７：ポンプ８：中空糸膜モジュール９：処理水口１０：中空糸１１：ハウジングケース１２：下部注型固定端１３：被処理水入り口１４：上部注型固定端１５：中空糸上端１６：処理水出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０２Ｆ 1/30 Ｃ０２Ｆ 1/30 1/44 ＺＡＢ 1/44 ＺＡＢＦ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エマルジョンを含む含油排水に含まれる界
面活性剤を光触媒の存在下で光照射して分解した後、膜
分離によって油分と水分を分取する油水分離方法。
【請求項２】光触媒が二酸化チタンであることを特徴と
する請求項１に記載の油水分離方法。
【請求項３】該光触媒を粉末あるいは粒状で水中に分散
させて使用することを特徴とする請求項１に記載の油水
分離方法。
【請求項４】該光触媒の形状が膜状，多孔質状，繊維
状，ハニカム，メッシュであることを特徴とする請求項
１に記載の油水分離方法。
【請求項５】該膜分離に使用する膜の細孔径が１ｎｍ以
上１０μｍ以下である限外瀘過膜または精密瀘過膜であ
ることを特徴とする請求項１に記載の油水分離方法。
【請求項６】該膜分離に使用する膜が中空糸膜であるこ
とを特徴とする請求項５に記載の油水分離方法。
【請求項７】該中空糸膜の外径が１００μｍ以上２００
０μｍ以下、内径が５０以上１０００μｍ以下、膜厚が
２０μｍ以上５００μｍ以下の範囲であることを特徴と
する請求項６に記載の油水分離方法。
【請求項８】該中空糸膜をモジュールとして使用するこ
とを特徴とする請求項６に記載の油水分離方法。