JPWO2017110288A1 - 水処理方法及び水処理システム - Google Patents
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Abstract
本発明の水処理方法は、油分及び第一鉄イオンを含有する被処理水から油分を膜分離する水処理方法であって、被処理水中の第一鉄イオンを酸化する酸化工程と、上記酸化工程後の被処理水を膜濾過する濾過工程とを備え、上記酸化工程で、被処理水のｐＨを６以上９以下、酸化還元電位を４５０ｍＶ以上７５０ｍＶ以下に調整する。
Description
本発明は、水処理方法及び水処理システムに関する。本出願は、２０１５年１２月２２日出願の日本出願第２０１５−２５０３３７号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
油田等で発生する油や濁質を含んだ油水混合液（随伴水）は、環境保全の観点から油や濁質の混合量を一定値以下まで低減してから廃棄する必要がある。油や濁質を油水混合液から分離除去する方法としては、重力分離、蒸留分離、薬品分離等がある。
このような分離方法の中でも、分離工程の下流側で微細な油分等を分離除去する手段として、分離膜を用いた水処理が用いられる。この分離膜としては、例えば複数本の中空糸膜を集束した濾過モジュールを用いることができる（特開２０１０−４２３２９号公報参照）。
本発明の一態様に係る水処理方法は、油分及び第一鉄イオンを含有する被処理水から油分を膜分離する水処理方法であって、被処理水中の第一鉄イオンを酸化する酸化工程と、上記酸化工程後の被処理水を膜濾過する濾過工程とを備え、上記酸化工程で、被処理水のｐＨを６以上９以下、酸化還元電位を４５０ｍＶ以上７５０ｍＶ以下に調整する。
また、本発明の別の一態様に係る水処理システムは、油分及び第一鉄イオンを含有する被処理水から油分を膜分離する水処理システムであって、被処理水中の第一鉄イオンを酸化する酸化装置と、酸化後の被処理水を膜濾過する濾過装置とを備え、上記酸化装置が、被処理水のｐＨを６以上９以下、酸化還元電位を４５０ｍＶ以上７５０ｍＶ以下に調整する機構を有する。
１、１１、２１、３１ 水処理システム
２ 酸化装置
２ａ 酸化槽
２ｂ 酸化剤供給装置
２ｃ 脱酸化剤塔
２ｄ 計測器
２ｅ 調整機構
２ｆ 散気管
３、２３ 濾過装置
３ａ、２３ａ 濾過モジュール
３ｂ、２３ｂ バッファ槽
３ｃ、２３ｃ 濾過用ポンプ
４ 貯留槽
５ 移送ポンプ
６ 曝気装置
６ａ 曝気槽
６ｂ、２３ｄ 気体供給装置
６ｃ、２３ｅ 第二計測器
６ｄ、２３ｆ 第二調整機構
６ｅ、２３ｇ 散気管
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３、２３ 濾過装置
３ａ、２３ａ 濾過モジュール
３ｂ、２３ｂ バッファ槽
３ｃ、２３ｃ 濾過用ポンプ
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５ 移送ポンプ
６ 曝気装置
６ａ 曝気槽
６ｂ、２３ｄ 気体供給装置
６ｃ、２３ｅ 第二計測器
６ｄ、２３ｆ 第二調整機構
６ｅ、２３ｇ 散気管
[本開示が解決しようとする課題]
上記公報に記載されるような分離膜では、随伴水中の不溶油分を効果的に除去することができる。しかし、随伴水には第一鉄イオンが含まれることが多く、この第一鉄イオンは、分離膜を通過し、その後酸化することで水酸化第二鉄として水中に析出する。そのため、従来の水処理方法では、分離膜による濾過後の処理水が懸濁する不都合があった。
上記公報に記載されるような分離膜では、随伴水中の不溶油分を効果的に除去することができる。しかし、随伴水には第一鉄イオンが含まれることが多く、この第一鉄イオンは、分離膜を通過し、その後酸化することで水酸化第二鉄として水中に析出する。そのため、従来の水処理方法では、分離膜による濾過後の処理水が懸濁する不都合があった。
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、被処理水から油分を除去でき、かつ処理後の水の懸濁を防止できる水処理方法及び水処理システムの提供を目的とする。
[本開示の効果]
本開示の水処理装置及び水処理システムは、被処理水から油分を除去でき、かつ処理後の水の懸濁を防止できる。
本開示の水処理装置及び水処理システムは、被処理水から油分を除去でき、かつ処理後の水の懸濁を防止できる。
［本発明の実施形態の説明］
本発明の一態様に係る水処理方法は、油分及び第一鉄イオンを含有する被処理水から油分を膜分離する水処理方法であって、被処理水中の第一鉄イオンを酸化する酸化工程と、上記酸化工程後の被処理水を膜濾過する濾過工程とを備え、上記酸化工程で、被処理水のｐＨを６以上９以下、酸化還元電位を４５０ｍＶ以上７５０ｍＶ以下に調整する。
本発明の一態様に係る水処理方法は、油分及び第一鉄イオンを含有する被処理水から油分を膜分離する水処理方法であって、被処理水中の第一鉄イオンを酸化する酸化工程と、上記酸化工程後の被処理水を膜濾過する濾過工程とを備え、上記酸化工程で、被処理水のｐＨを６以上９以下、酸化還元電位を４５０ｍＶ以上７５０ｍＶ以下に調整する。
当該水処理方法は、濾過工程の前に被処理水中の第一鉄イオンを酸化する酸化工程を備えるため、この酸化工程により第一鉄イオンを水酸化第二鉄等として析出させ、濾過膜により油分と共に分離することができる。そのため、当該水処理方法では、被処理水から油分を除去できると共に、濾過後の水の懸濁を防止できる。また、当該水処理方法は、酸化工程で被処理水のｐＨ及び酸化還元電位（ＯＲＰ）をそれぞれ上記範囲に調整することで、第一鉄イオンが酸化されやすい環境下に置かれ、その酸化が促進されるので、上述の水の懸濁防止効果が顕著に奏される。なお、「酸化還元電位」とは、銀／塩化銀電極を用いて測定される電位を意味する。
上記酸化工程で、被処理水にオゾン、塩素、過酸化水素又は次亜塩素酸を接触させるとよい。このように酸化工程で上述の酸化剤を用いることで、第一鉄イオンを比較的低コストで容易かつ確実に酸化することができる。
上記酸化工程後の被処理水を曝気する曝気工程をさらに備えるとよい。このように酸化工程後に被処理水を曝気することで、酸化工程で被処理水に含まれた酸化剤を気相に放出し、被処理水から除去することができる。その結果、濾過工程で用いる分離膜の劣化を防止し、処理効率を向上することができる。
上記曝気を空気又は窒素ガスにより行うとよい。これらのガスを用いて曝気を行うことで、比較的低コスト酸化剤を除去することができる。
上記曝気工程で、被処理水のｐＨを６以上９以下、酸化還元電位を０ｍＶ以上３００ｍＶ以下に調整するとよい。このように曝気工程で酸化工程後の被処理水のｐＨ及び酸化還元電位をそれぞれ上記範囲に調整することで、より確実に分離膜の劣化を防止し、分離効率を向上することができる。
本発明の別の一態様に係る水処理システムは、油分及び第一鉄イオンを含有する被処理水から油分を膜分離する水処理システムであって、被処理水中の第一鉄イオンを酸化する酸化装置と、酸化後の被処理水を膜濾過する濾過装置とを備え、上記酸化装置が、被処理水のｐＨを６以上９以下、酸化還元電位を４５０ｍＶ以上７５０ｍＶ以下に調整する機構を有する。
当該水処理システムは、酸化装置により被処理水中の第一鉄イオンを水酸化第二鉄等として析出させ、濾過装置により油分と共に分離することができる。そのため、当該水処理システムでは、被処理水から油分を除去できると共に、濾過後の水の懸濁を防止できる。また、当該水処理システムは、酸化装置が被処理水のｐＨ及び酸化還元電位（ＯＲＰ）をそれぞれ上記範囲に調整することで、第一鉄イオンが酸化されやすい環境下に置かれ、その酸化が促進されるので、上述の水の懸濁防止効果が顕著に奏される。
［本発明の実施形態の詳細］
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る水処理システム及び水処理方法について説明する。
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る水処理システム及び水処理方法について説明する。
［第一実施形態の水処理システム］
図１の水処理システム１は、油分及び第一鉄イオンを含有する被処理水から油分を膜分離する水処理システムである。当該水処理システム１は、被処理水中の第一鉄イオンを酸化する酸化装置２と、酸化後の被処理水を膜濾過する濾過装置３とを主に備える。また、当該水処理システム１は、被処理水を貯留する貯留槽４と、貯留槽４から酸化装置２へ被処理水を移送する移送ポンプ５とをさらに備える。
図１の水処理システム１は、油分及び第一鉄イオンを含有する被処理水から油分を膜分離する水処理システムである。当該水処理システム１は、被処理水中の第一鉄イオンを酸化する酸化装置２と、酸化後の被処理水を膜濾過する濾過装置３とを主に備える。また、当該水処理システム１は、被処理水を貯留する貯留槽４と、貯留槽４から酸化装置２へ被処理水を移送する移送ポンプ５とをさらに備える。
＜被処理水＞
当該水処理システム１で処理の対象とする被処理水は、油分及び第一鉄イオンを含有する水であり、例えば油田等で発生する随伴水である。一般に油田で発生する随伴水のｐＨは４以上１０以下である。
当該水処理システム１で処理の対象とする被処理水は、油分及び第一鉄イオンを含有する水であり、例えば油田等で発生する随伴水である。一般に油田で発生する随伴水のｐＨは４以上１０以下である。
＜酸化装置＞
酸化装置２は、酸化剤を用いて被処理水の第一鉄イオンを酸化する。酸化装置２は、酸化槽２ａと、酸化剤供給装置２ｂと、脱酸化剤塔２ｃと、ｐＨ及び酸化還元電位の計測器２ｄと、被処理水のｐＨ及び酸化還元電位を調整する調整機構２ｅとを有する。
酸化装置２は、酸化剤を用いて被処理水の第一鉄イオンを酸化する。酸化装置２は、酸化槽２ａと、酸化剤供給装置２ｂと、脱酸化剤塔２ｃと、ｐＨ及び酸化還元電位の計測器２ｄと、被処理水のｐＨ及び酸化還元電位を調整する調整機構２ｅとを有する。
（酸化剤）
酸化装置２で用いる酸化剤としては、第一鉄イオンを酸化し、化合物として析出させることができるものであれば特に限定されないが、オゾン、塩素、過酸化水素及び次亜塩素酸が好ましい。これらの酸化剤を用いることで、比較的低コストで容易かつ確実に酸化を行えるほか、被処理水からの除去も比較的容易に行うことができる。上記酸化剤の中でも、酸化力が高く、短時間で確実に第一鉄イオンを酸化できる等の観点から、特にオゾンが好ましい。
酸化装置２で用いる酸化剤としては、第一鉄イオンを酸化し、化合物として析出させることができるものであれば特に限定されないが、オゾン、塩素、過酸化水素及び次亜塩素酸が好ましい。これらの酸化剤を用いることで、比較的低コストで容易かつ確実に酸化を行えるほか、被処理水からの除去も比較的容易に行うことができる。上記酸化剤の中でも、酸化力が高く、短時間で確実に第一鉄イオンを酸化できる等の観点から、特にオゾンが好ましい。
（酸化槽）
酸化槽２ａは、被処理水に酸化剤を接触させ、第一鉄イオンを酸化させるための槽である。酸化剤としてオゾン、塩素等の気体を用いる場合、図１に示すように散気管２ｆが酸化槽２ａの底部に配設され、この散気管２ｆから酸化剤が吐出されることで、被処理水との接触が行われる。また、酸化剤として過酸化水素、次亜塩素酸ナトリウム等の液体や次亜塩素酸カルシウム等の固体を用いる場合、酸化槽２ａに酸化剤投入口が設けられ、酸化剤が被処理水中に投入される。
酸化槽２ａは、被処理水に酸化剤を接触させ、第一鉄イオンを酸化させるための槽である。酸化剤としてオゾン、塩素等の気体を用いる場合、図１に示すように散気管２ｆが酸化槽２ａの底部に配設され、この散気管２ｆから酸化剤が吐出されることで、被処理水との接触が行われる。また、酸化剤として過酸化水素、次亜塩素酸ナトリウム等の液体や次亜塩素酸カルシウム等の固体を用いる場合、酸化槽２ａに酸化剤投入口が設けられ、酸化剤が被処理水中に投入される。
酸化槽２ａは、下方に後述する貯留槽４からの供給経路が接続され、上方に後述する濾過装置３のバッファ槽３ｂへの供給経路が接続される。
（酸化剤供給装置）
酸化剤供給装置２ｂは、酸化剤を酸化槽２ａに供給する装置である。酸化剤としてオゾン、塩素等の気体を用いる場合、酸化剤供給装置２ｂは、このような気体（酸化剤）を発生させる機構を含む。また、酸化剤供給装置２ｂは、図１に示すように酸化槽２ａの底部に配設された散気管２ｆに気体を圧送することで、散気管２ｆからの吐出によって酸化剤を酸化槽２ａ内の被処理水に接触させ、溶解させる。なお、酸化剤供給装置２ｂは、酸化剤そのものを貯留する容器とその供給機構とを有する構成とすることもできる。
酸化剤供給装置２ｂは、酸化剤を酸化槽２ａに供給する装置である。酸化剤としてオゾン、塩素等の気体を用いる場合、酸化剤供給装置２ｂは、このような気体（酸化剤）を発生させる機構を含む。また、酸化剤供給装置２ｂは、図１に示すように酸化槽２ａの底部に配設された散気管２ｆに気体を圧送することで、散気管２ｆからの吐出によって酸化剤を酸化槽２ａ内の被処理水に接触させ、溶解させる。なお、酸化剤供給装置２ｂは、酸化剤そのものを貯留する容器とその供給機構とを有する構成とすることもできる。
（脱酸化剤塔）
脱酸化剤塔２ｃは、酸化剤として気体を用いた場合、又は気体が発生するものを用いた場合に、酸化槽２ａから酸化剤の供給に起因して発生するガスの成分の一部（有害成分等）を除去するものである。この脱酸化剤塔２ｃにより有害成分等が除去された気体は大気解放される。脱酸化剤塔２ｃとしては、使用する酸化剤の種類に合わせて公知のものを使用できる。
脱酸化剤塔２ｃは、酸化剤として気体を用いた場合、又は気体が発生するものを用いた場合に、酸化槽２ａから酸化剤の供給に起因して発生するガスの成分の一部（有害成分等）を除去するものである。この脱酸化剤塔２ｃにより有害成分等が除去された気体は大気解放される。脱酸化剤塔２ｃとしては、使用する酸化剤の種類に合わせて公知のものを使用できる。
（計測器）
計測器２ｄは、酸化槽２ａから濾過装置３のバッファ槽３ｂへの供給経路に配設され、酸化槽２ａから濾過装置３へ移送される被処理水のｐＨ及び酸化還元電位を計測する。計測器２ｄとしては、公知のセンサ等を使用できる。
計測器２ｄは、酸化槽２ａから濾過装置３のバッファ槽３ｂへの供給経路に配設され、酸化槽２ａから濾過装置３へ移送される被処理水のｐＨ及び酸化還元電位を計測する。計測器２ｄとしては、公知のセンサ等を使用できる。
（調整機構）
調整機構２ｅは、計測器２ｄで測定される被処理水のｐＨ及び酸化還元電位を所定の範囲に調整する。
調整機構２ｅは、計測器２ｄで測定される被処理水のｐＨ及び酸化還元電位を所定の範囲に調整する。
調整機構２ｅにより調整する被処理水のｐＨの下限としては、６であり、７がより好ましい。一方、上記ｐＨの上限としては、９であり、８．５がより好ましい。上記ｐＨが上記下限より小さい場合、水酸化第二鉄の一部がイオンに解離し、分離膜を通過するおそれがある。逆に、上記ｐＨが上記上限を超える場合、ｐＨ調整が困難となり、処理コストが過大となるおそれがある。
調整機構２ｅにより調整する被処理水の酸化還元電位の下限としては、４５０ｍＶであり、５００ｍＶがより好ましく、５５０ｍＶがさらに好ましい。一方、上記酸化還元電位の上限としては、７５０ｍＶであり、７００ｍＶがより好ましく、６５０ｍＶがさらに好ましい。上記酸化還元電位が上記下限より小さい場合、第一鉄イオンの酸化が不十分となるおそれがある。逆に、上記酸化還元電位が上記上限を超える場合、酸化還元電位の調整が困難となり、処理コストが過大となるおそれがある。
被処理水のｐＨ及び酸化還元電位の調整方法としては、例えば酸化剤、ｐＨ調整剤等の添加量の調整などが挙げられる。上記ｐＨ調整剤は、酸又はアルカリであり、酸としては塩酸、硫酸等の無機酸が好ましく、アルカリとしては水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が好ましい。
＜濾過装置＞
濾過装置３は、分離膜を用いて被処理水を膜濾過する。濾過装置３は、濾過モジュール３ａと、バッファ槽３ｂと、濾過用ポンプ３ｃとを有する。
濾過装置３は、分離膜を用いて被処理水を膜濾過する。濾過装置３は、濾過モジュール３ａと、バッファ槽３ｂと、濾過用ポンプ３ｃとを有する。
（濾過モジュール）
濾過モジュール３ａは、濾過用ポンプ３ｃの圧力により分離膜に被処理水を通過させ濾過する外圧式の濾過モジュールである。この濾過モジュール３ａとしては、公知の濾過モジュールが使用できるが、例えば上下に引き揃えられる複数本の中空糸膜を備えるものが好適に使用できる。
濾過モジュール３ａは、濾過用ポンプ３ｃの圧力により分離膜に被処理水を通過させ濾過する外圧式の濾過モジュールである。この濾過モジュール３ａとしては、公知の濾過モジュールが使用できるが、例えば上下に引き揃えられる複数本の中空糸膜を備えるものが好適に使用できる。
上記中空糸膜は、液を透過させる一方、被処理水に含まれる不純物の透過を阻止する多孔性の膜を管状に成形したものである。中空糸膜としては、熱可塑性樹脂を主成分とするものを用いることができる。この熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、ポリサルホン、ポリビニルアルコール、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。これらの中でも機械的強度、耐薬品性、耐熱性、耐候性、不燃性等に優れ、多孔質性であるＰＴＦＥが好ましく、１軸又は２軸延伸したＰＴＦＥがより好ましい。なお、中空糸膜の形成材料には、他のポリマー、潤滑剤などの添加剤等が適宜配合されていてもよい。
中空糸膜の空孔の平均径の上限としては、１μｍが好ましく、０．５μｍがより好ましい。一方、中空糸膜の空孔の平均径の下限としては、０．０１μｍが好ましい。中空糸膜の空孔の平均径が上記上限を超える場合、被処理水に含まれる不純物の中空糸膜内部への透過を阻止できないおそれがある。逆に、中空糸膜の空孔の平均径が上記下限より小さいと、透水性が低下するおそれがある。なお、空孔の平均径とは、中空糸膜の外周面（濾過層表面）の空孔の平均径を意味し、細孔直径分布測定装置（例えばＰｏｒｏｕｓ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製 多孔質材料自動細孔径分布測定システム）により測定できる。
（バッファ槽）
バッファ槽３ｂは、酸化槽２ａから酸化後の被処理水を受け入れる槽である。バッファ槽３ｂに貯留された被処理水は、濾過用ポンプ３ｃにより濾過モジュール３ａに供給される。バッファ槽３ｂの容量は特に限定されないが、酸化槽２ａの容量以上であることが好ましい。
バッファ槽３ｂは、酸化槽２ａから酸化後の被処理水を受け入れる槽である。バッファ槽３ｂに貯留された被処理水は、濾過用ポンプ３ｃにより濾過モジュール３ａに供給される。バッファ槽３ｂの容量は特に限定されないが、酸化槽２ａの容量以上であることが好ましい。
（濾過用ポンプ）
濾過用ポンプ３ｃは、バッファ槽３ｂに貯留された被処理水を一定の水圧で濾過モジュール３ａに供給し、分離膜を通過させる。濾過用ポンプ３ｃの吐出圧は、当該水処理システム１の処理能力等によって適宜設計される。
濾過用ポンプ３ｃは、バッファ槽３ｂに貯留された被処理水を一定の水圧で濾過モジュール３ａに供給し、分離膜を通過させる。濾過用ポンプ３ｃの吐出圧は、当該水処理システム１の処理能力等によって適宜設計される。
＜貯留槽＞
貯留槽４は、被処理水を貯留し、酸化装置２に供給する。
貯留槽４は、被処理水を貯留し、酸化装置２に供給する。
＜移送ポンプ＞
移送ポンプ５は、貯留槽４から酸化装置２への被処理水の供給路に配設され、被処理水を酸化槽２ａに移送する。
移送ポンプ５は、貯留槽４から酸化装置２への被処理水の供給路に配設され、被処理水を酸化槽２ａに移送する。
［第一実施形態の水処理方法］
次に、図１の水処理システム１を用いた本発明の一実施形態の水処理方法について説明する。当該水処理方法は、油分及び第一鉄イオンを含有する被処理水から油分を膜分離する水処理方法であり、被処理水中の第一鉄イオンを酸化する酸化工程と、上記酸化工程後の被処理水を膜濾過する濾過工程とを備える。
次に、図１の水処理システム１を用いた本発明の一実施形態の水処理方法について説明する。当該水処理方法は、油分及び第一鉄イオンを含有する被処理水から油分を膜分離する水処理方法であり、被処理水中の第一鉄イオンを酸化する酸化工程と、上記酸化工程後の被処理水を膜濾過する濾過工程とを備える。
＜酸化工程＞
酸化工程では、酸化装置２を用いて、貯留槽４から移送される被処理水中の第一鉄イオンを主に酸化する。また、酸化工程では、計測器２ｄにより被処理水のｐＨ及び酸化還元電位を測定し、ｐＨを６以上９以下、酸化還元電位を４５０ｍＶ以上７５０ｍＶ以下に調整する。
酸化工程では、酸化装置２を用いて、貯留槽４から移送される被処理水中の第一鉄イオンを主に酸化する。また、酸化工程では、計測器２ｄにより被処理水のｐＨ及び酸化還元電位を測定し、ｐＨを６以上９以下、酸化還元電位を４５０ｍＶ以上７５０ｍＶ以下に調整する。
酸化工程における被処理水のｐＨ及び酸化還元電位の範囲、並びにその調整方法は、上述の水処理システムで説明した通りである。
酸化槽２ａに供給する酸化剤の量、接触時間等は、被処理水の第一鉄イオンの含有量、ｐＨ、酸化還元電位等により適宜設定される。
＜濾過工程＞
濾過工程では、酸化装置２により酸化された被処理水を濾過装置３により膜濾過する。
濾過工程では、酸化装置２により酸化された被処理水を濾過装置３により膜濾過する。
当該水処理方法は、上記酸化工程及び濾過工程を連続式で行ってもよく、バッチ式で行ってもよいが、当該水処理システム１は貯留槽４及びバッファ槽３ｂを備えるため、連続式で処理を行うことで処理効率を向上できる。
当該水処理方法は、濾過工程の前に被処理水中の第一鉄イオンを酸化する酸化工程を備えるため、この酸化工程により第一鉄イオンを水酸化第二鉄等として析出させ、濾過膜により油分と共に分離することができる。そのため、当該水処理方法では、被処理水から油分を除去できると共に、濾過後の水の懸濁を防止できる。また、当該水処理方法は、酸化工程で被処理水のｐＨ及び酸化還元電位をそれぞれ上記範囲に調整することで、第一鉄イオンが酸化されやすい環境下に置かれ、その酸化が促進されるので、上述の水の懸濁防止効果が顕著に奏される。
［第二実施形態の水処理システム］
図２の水処理システム１１は、被処理水中の第一鉄イオンを酸化する酸化装置２と、酸化後の被処理水を膜濾過する濾過装置３と、酸化後かつ濾過前の被処理水を曝気する曝気装置６とを主に備える。酸化装置２及び濾過装置３は、濾過装置３がバッファ槽３ｂを有しない点を除き、図１の水処理システム１と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。
図２の水処理システム１１は、被処理水中の第一鉄イオンを酸化する酸化装置２と、酸化後の被処理水を膜濾過する濾過装置３と、酸化後かつ濾過前の被処理水を曝気する曝気装置６とを主に備える。酸化装置２及び濾過装置３は、濾過装置３がバッファ槽３ｂを有しない点を除き、図１の水処理システム１と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。
＜曝気装置＞
曝気装置６は、酸化後の被処理水を曝気し、酸化剤を除去する。曝気装置６は、曝気槽６ａと、気体供給装置６ｂと、ｐＨ及び酸化還元電位の第二計測器６ｃと、被処理水のｐＨ及び酸化還元電位を調整する第二調整機構６ｄとを有する。
曝気装置６は、酸化後の被処理水を曝気し、酸化剤を除去する。曝気装置６は、曝気槽６ａと、気体供給装置６ｂと、ｐＨ及び酸化還元電位の第二計測器６ｃと、被処理水のｐＨ及び酸化還元電位を調整する第二調整機構６ｄとを有する。
（曝気槽）
曝気槽６ａは、被処理水に気体を接触させ曝気することで、酸化剤を除去するための槽である。曝気槽６ａは、図２に示すように散気管６ｅが底部に配設され、この散気管６ｅから気体が吐出されることで、被処理水の曝気が行われる。また、曝気槽６ａは、濾過装置３のバッファ槽を兼ねる。
曝気槽６ａは、被処理水に気体を接触させ曝気することで、酸化剤を除去するための槽である。曝気槽６ａは、図２に示すように散気管６ｅが底部に配設され、この散気管６ｅから気体が吐出されることで、被処理水の曝気が行われる。また、曝気槽６ａは、濾過装置３のバッファ槽を兼ねる。
曝気槽６ａは、上方に酸化槽２ａからの供給経路が接続され、下方に濾過装置３への供給経路が接続される。また、曝気槽６ａには上部に気体排出路が接続される。この気体排出路は、酸化装置２の脱酸化剤塔２ｃに接続される。なお、気体排出路は、脱酸化剤塔２ｃとは別の処理塔に接続する酸化装置２とは独立した経路であってもよい。
（気体供給装置）
気体供給装置６ｂは、曝気用の気体を曝気槽６ａに散気管６ｅを介して供給する。曝気用の気体としては、被処理水中の酸化物を還元しないものであれば限定されないが、取り扱い性やコストの観点から、空気及び窒素ガスが好ましい。
気体供給装置６ｂは、曝気用の気体を曝気槽６ａに散気管６ｅを介して供給する。曝気用の気体としては、被処理水中の酸化物を還元しないものであれば限定されないが、取り扱い性やコストの観点から、空気及び窒素ガスが好ましい。
曝気用の気体として空気を用いる場合、気体供給装置６ｂとして、コンプレッサー等の公知の装置を用いることができる。また、窒素ガス等を用いる場合、気体供給装置６ｂは、これらのガスを貯留する容器と、これらのガスを圧送する装置とを有する構成とすることができる。
（第二計測器）
第二計測器６ｃは、曝気槽６ａから濾過モジュール３ａへの供給経路に配設され、曝気槽６ａから濾過装置３へ移送される被処理水のｐＨ及び酸化還元電位を計測する。なお、第二計測器６ｃとしては、酸化装置２の計測器２ｄと同じものを使用できる。
第二計測器６ｃは、曝気槽６ａから濾過モジュール３ａへの供給経路に配設され、曝気槽６ａから濾過装置３へ移送される被処理水のｐＨ及び酸化還元電位を計測する。なお、第二計測器６ｃとしては、酸化装置２の計測器２ｄと同じものを使用できる。
（第二調整機構）
第二調整機構６ｄは、第二計測器６ｃで測定される被処理水のｐＨ及び酸化還元電位を所定の範囲に調整する。
第二調整機構６ｄは、第二計測器６ｃで測定される被処理水のｐＨ及び酸化還元電位を所定の範囲に調整する。
第二調整機構６ｄにより調整する被処理水のｐＨの下限としては、６が好ましく、７がより好ましい。一方、上記ｐＨの上限としては、９が好ましく、８．５がより好ましい。上記ｐＨが上記下限より小さい場合、又は上記上限を超える場合、膜の材質によっては濾過モジュール３ａの分離膜の劣化が進行するおそれがある。
第二調整機構６ｄにより調整する被処理水の酸化還元電位の下限としては、０ｍＶが好ましく、５０ｍＶがより好ましく、１００ｍＶがさらに好ましい。一方、上記酸化還元電位の上限としては、３００ｍＶが好ましく、２５０ｍＶがより好ましく、２００ｍＶがさらに好ましい。上記酸化還元電位が上記下限より小さい場合、水酸化第二鉄の一部が還元して第一鉄イオンに変化するおそれがある。逆に、上記酸化還元電位が上記上限を超える場合、膜の材質によっては濾過モジュール３ａの分離膜の劣化が進行するおそれがある。
曝気装置６における被処理水のｐＨ及び酸化還元電位の調整方法としては、例えば曝気量、ｐＨ調整剤等の添加量の調整などが挙げられる。
［第二実施形態の水処理方法］
次に、図２の水処理システム１１を用いた本発明の一実施形態の水処理方法について説明する。当該水処理方法は、被処理水中の第一鉄イオンを酸化する酸化工程と、酸化工程後の被処理水を曝気する曝気工程と、上記曝気工程後の被処理水を膜濾過する濾過工程とを備える。
次に、図２の水処理システム１１を用いた本発明の一実施形態の水処理方法について説明する。当該水処理方法は、被処理水中の第一鉄イオンを酸化する酸化工程と、酸化工程後の被処理水を曝気する曝気工程と、上記曝気工程後の被処理水を膜濾過する濾過工程とを備える。
酸化工程及び濾過工程は、上記第一実施形態の水処理方法と同様であるため、説明を省略する。
＜曝気工程＞
曝気工程では、曝気装置６を用いて、酸化槽２ａから移送される被処理水を曝気する。また、曝気工程では、第二計測器６ｃにより被処理水のｐＨ及び酸化還元電位を測定し、ｐＨを６以上９以下、酸化還元電位を０ｍＶ以上３００ｍＶ以下に調整する。
曝気工程では、曝気装置６を用いて、酸化槽２ａから移送される被処理水を曝気する。また、曝気工程では、第二計測器６ｃにより被処理水のｐＨ及び酸化還元電位を測定し、ｐＨを６以上９以下、酸化還元電位を０ｍＶ以上３００ｍＶ以下に調整する。
曝気工程における被処理水のｐＨ及び酸化還元電位の範囲、並びにその調整方法は、上述の水処理システムで説明した通りである。
曝気槽６ａに供給する気体の量は、被処理水の酸化剤の含有量、ｐＨ、酸化還元電位等により適宜設定される。
当該水処理方法は、酸化工程後に被処理水を曝気することで、酸化工程で被処理水中に含まれた酸化剤を気相に放出し、被処理水から除去することができる。その結果、濾過工程で用いる分離膜の劣化を防止し、処理効率を向上することができる。
［第三実施形態の水処理システム］
図３の水処理システム２１は、被処理水中の第一鉄イオンを酸化する酸化装置２と、酸化後の被処理水を膜濾過する濾過装置２３とを主に備える。当該水処理システム２１における濾過装置２３は曝気装置を兼ねる。なお、酸化装置２は、図１の水処理システム１と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。
図３の水処理システム２１は、被処理水中の第一鉄イオンを酸化する酸化装置２と、酸化後の被処理水を膜濾過する濾過装置２３とを主に備える。当該水処理システム２１における濾過装置２３は曝気装置を兼ねる。なお、酸化装置２は、図１の水処理システム１と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。
＜濾過装置＞
濾過装置２３は、濾過モジュール２３ａと、バッファ槽２３ｂと、濾過用ポンプ２３ｃと、気体供給装置２３ｄと、第二計測器２３ｅと、第二調整機構２３ｆとを備える。濾過モジュール２３ａ、バッファ槽２３ｂ及び濾過用ポンプ２３ｃは、図１の水処理システム１の濾過モジュール３ａ、バッファ槽３ｂ及び濾過用ポンプ３ｃと同様である。
濾過装置２３は、濾過モジュール２３ａと、バッファ槽２３ｂと、濾過用ポンプ２３ｃと、気体供給装置２３ｄと、第二計測器２３ｅと、第二調整機構２３ｆとを備える。濾過モジュール２３ａ、バッファ槽２３ｂ及び濾過用ポンプ２３ｃは、図１の水処理システム１の濾過モジュール３ａ、バッファ槽３ｂ及び濾過用ポンプ３ｃと同様である。
濾過装置２３の気体供給装置２３ｄ、第二計測器２３ｅ及び第二調整機構２３ｆは、図２の曝気装置６の気体供給装置６ｂ、第二計測器６ｃ及び第二調整機構６ｄに対応する。また、濾過モジュール２３ａは、図２の曝気装置６の曝気槽６ａを兼ねる。
気体供給装置２３ｄは、濾過用ポンプ２３ｃの下流に気体を供給することで、濾過モジュール２３ａ内の被処理水を曝気する。また、濾過モジュール２３ａの上方にはバッファ槽２３ｂと接続される管路が設けられ、バッファ槽２３ｂの上部には、酸化装置２の脱酸化剤塔２ｃに接続される気体排出路が接続される。この構成により、被処理水中の酸化剤が曝気により除去される。
第二計測器２３ｅは、濾過モジュール２３ａからの排出経路に配設され、曝気及び濾過後の被処理水のｐＨ及び酸化還元電位を計測する。第二調整機構２３ｆは、第二計測器２３ｅの計測値に基づき、被処理水のｐＨ及び酸化還元電位を所定の範囲に調整する。被処理水のｐＨ及び酸化還元電位の調整範囲は、図２の水処理システム１１と同様とすることができる。
［第三実施形態の水処理方法］
図３の水処理システム２１を用いた本発明の一実施形態の水処理方法は、被処理水中の第一鉄イオンを酸化する酸化工程と、酸化工程後の被処理水を曝気する曝気工程と、上記酸化工程後の被処理水を膜濾過する濾過工程とを備え、上記曝気工程と濾過工程とを同時に行う。
図３の水処理システム２１を用いた本発明の一実施形態の水処理方法は、被処理水中の第一鉄イオンを酸化する酸化工程と、酸化工程後の被処理水を曝気する曝気工程と、上記酸化工程後の被処理水を膜濾過する濾過工程とを備え、上記曝気工程と濾過工程とを同時に行う。
当該水処理システム２１及び水処理方法では、酸化後の被処理水の曝気を濾過モジュール２３ａ内で行うため、曝気用の気体により濾過モジュール２３ａの分離膜の洗浄を同時に行うことができる。そのため、濾過モジュール２３ａの洗浄装置を曝気装置と兼用させることができ、設備費用及びランニングコストを低減することができる。
［その他の実施形態］
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
当該水処理システムは、上記各実施形態で説明した分離膜の外面側を高圧にして被処理液を分離膜の内面側に透過する外圧式の濾過モジュール以外に、浸透圧又は内面側の負圧により被処理液を分離膜の内面側に透過する浸漬式、分離膜の内面側を高圧にして被処理液を分離膜の外面側に透過する内圧式等種々の濾過モジュールを使用できる。
図４に図３の水処理システムで浸漬式の濾過モジュールを用いた例を示す。この図４の水処理システム３１では、濾過モジュール２３ａをバッファ槽２３ｂ内に浸漬し、濾過用ポンプ２３ｃを濾過モジュール２３ａの排出側に吸引ポンプとして配設したものである。水処理システム３１では、例えばバッファ槽２３ｂの底部に配設した散気管２３ｇから気体を供給することで、被処理水の曝気及び濾過モジュール２３ａの分離膜の洗浄を行うことができる。
また、当該水処理方法では、酸化処理において紫外線（ＵＶ）等の光線の照射により被処理水中の第一鉄イオンを酸化してもよい。
さらに、当該水処理方法では、酸化槽等の槽内ではなく、配管を流れる被処理水に対し酸化処理や曝気を行ってもよい。この場合、酸化槽等は省略が可能である。
また、当該水処理システムにおいて、脱酸化剤塔は酸化剤及び曝気用気体の種類によっては必須でなく、各槽から発生する気体をそのまま放出することも可能である。
さらに、ｐＨ及び酸化還元電位の計測器の配設位置は経路（配管）に限定されず、酸化槽、曝気槽、バッファ槽等の槽内に配設してもよい。
以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
中国の油田随伴水５Ｌに対し、ｐＨを８．０、酸化還元電位を６５０ｍＶに調整しながら、オゾンガスを酸化剤として、５Ｌ／ｍｉｎの流量で３０分供給した後、分離膜で濾過した。濾過後の処理水について、米国のＳｔａｎｄａｒｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ２１３０Ｂに準拠して濁度を測定したところ、０．１９ＮＴＵであった。ここでＮＴＵはＮｅｐｈｅｌｏｍｅｔｒｉｃ Ｔｕｒｂｉｄｉｔｙ Ｕｎｉｔの略号で濁度の単位である。
中国の油田随伴水５Ｌに対し、ｐＨを８．０、酸化還元電位を６５０ｍＶに調整しながら、オゾンガスを酸化剤として、５Ｌ／ｍｉｎの流量で３０分供給した後、分離膜で濾過した。濾過後の処理水について、米国のＳｔａｎｄａｒｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ２１３０Ｂに準拠して濁度を測定したところ、０．１９ＮＴＵであった。ここでＮＴＵはＮｅｐｈｅｌｏｍｅｔｒｉｃ Ｔｕｒｂｉｄｉｔｙ Ｕｎｉｔの略号で濁度の単位である。
（比較例１）
中国の油田随伴水５Ｌに対し、オゾンガスの供給を行わずに分離膜で濾過した。濾過後の処理水について濁度を測定したところ、８５ＮＴＵであった。
中国の油田随伴水５Ｌに対し、オゾンガスの供給を行わずに分離膜で濾過した。濾過後の処理水について濁度を測定したところ、８５ＮＴＵであった。
（実施例２）
日本のガス田随伴水５Ｌに対し、ｐＨを７．５、酸化還元電位を７００ｍＶに調整しながら、オゾンガスを酸化剤として、５Ｌ／ｍｉｎの流量で３０分供給した後、分離膜で濾過した。濾過後の処理水について濁度を測定したところ、０．８３ＮＴＵであった。
日本のガス田随伴水５Ｌに対し、ｐＨを７．５、酸化還元電位を７００ｍＶに調整しながら、オゾンガスを酸化剤として、５Ｌ／ｍｉｎの流量で３０分供給した後、分離膜で濾過した。濾過後の処理水について濁度を測定したところ、０．８３ＮＴＵであった。
（比較例２）
日本のガス田随伴水５Ｌに対し、オゾンガスの供給を行わずに分離膜で濾過した。濾過後の処理水について濁度を測定したところ、２３８ＮＴＵであった。
日本のガス田随伴水５Ｌに対し、オゾンガスの供給を行わずに分離膜で濾過した。濾過後の処理水について濁度を測定したところ、２３８ＮＴＵであった。
図５は、実施例１及び比較例１の随伴水の濾過後の処理水の写真であり、左側が比較例１、右側が実施例１である。また、図６は、実施例２及び比較例２の随伴水の濾過後の処理水の写真であり、左側が比較例２、右側が実施例２である。このように随伴水を酸化した後に濾過することで、濾過後の第一鉄イオンの酸化物の析出を防止して、濾過水の濁度を大幅に低減できることがわかる。
Claims (6)
- 油分及び第一鉄イオンを含有する被処理水から油分を膜分離する水処理方法であって、 被処理水中の第一鉄イオンを酸化する酸化工程と、
上記酸化工程後の被処理水を膜濾過する濾過工程と
を備え、
上記酸化工程で、被処理水のｐＨを６以上９以下、酸化還元電位を４５０ｍＶ以上７５０ｍＶ以下に調整する水処理方法。 - 上記酸化工程で、被処理水にオゾン、塩素、過酸化水素又は次亜塩素酸を接触させる請求項１に記載の水処理方法。
- 上記酸化工程後の被処理水を曝気する曝気工程をさらに備える請求項１又は請求項２に記載の水処理方法。
- 上記曝気を空気又は窒素ガスにより行う請求項３に記載の水処理方法。
- 上記曝気工程で、被処理水のｐＨを６以上９以下、酸化還元電位を０ｍＶ以上３００ｍＶ以下に調整する請求項３又は請求項４に記載の水処理方法。
- 油分及び第一鉄イオンを含有する被処理水から油分を膜分離する水処理システムであって、被処理水中の第一鉄イオンを酸化する酸化装置と、
酸化後の被処理水を膜濾過する濾過装置と
を備え、
上記酸化装置が、被処理水のｐＨを６以上９以下、酸化還元電位を４５０ｍＶ以上７５０ｍＶ以下に調整する機構を有する水処理システム。
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