WO2020116005A1 - 含油排水のろ過装置及びろ過方法並びにろ過膜装置の再生方法及び再生装置 - Google Patents

Abstract

コンパクトでかつ含油固形物が付着しにくい、含油排水のろ過装置及びろ過方法を提供する。含油排水のろ過装置１は、含油排水が導入される膜浸漬槽２と、膜浸漬槽２に導入される含油排水に浸漬され、含油排水をろ過するろ過膜装置３と、膜浸漬槽２に設けられ、膜浸漬槽２に貯留される含油排水を攪拌する攪拌機８と、を有する。含油排水のろ過方法は、ろ過膜装置３が収容された膜浸漬槽２に含油排水を導入し、含油排水でろ過膜装置３を浸漬することと、膜浸漬槽２に導入された含油排水を膜浸漬槽２に設けられた攪拌機８で攪拌しながら、ろ過膜装置３で含油排水をろ過することと、を有する。

Description

含油排水のろ過装置及びろ過方法並びにろ過膜装置の再生方法及び再生装置

　本出願は、２０１８年１２月７日出願の日本出願である特願２０１８－２２９８００及び特願２０１８－２２９８０１に基づき、かつ同出願に基づく優先権を主張する。これらの出願は、その全体が参照によって本出願に取り込まれる。

　本発明は含油排水のろ過装置及びろ過方法並びにろ過膜装置の再生方法及び再生装置に関し、特に膜浸漬型のろ過装置の構成に関する。

　含油排水をろ過して減量化する技術が知られている。含油排水の一例として、船舶の排ガススクラバから排出されるスクラバ排水が挙げられる。排ガススクラバは、船舶に搭載されるディーゼルエンジンの排ガスに含まれる硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去する装置である。排ガススクラバにはいくつかの種類があるが、その一つとして水洗浄式が知られている。水洗浄式の排ガススクラバでは、ディーゼルエンジンの排ガスに洗浄水を噴霧し、噴霧された洗浄水を排ガスと気液接触させ、ＳＯｘを吸収して除去する。スクラバ排水はＳＯｘの他、排ガスに含まれている煤塵などの微細粒状体、油分、芳香族炭化水素等を含む。スクラバ排水は例えばろ過膜によって浄化することができる。

　含油排水は高粘度である場合があり、ろ過膜でろ過を行うと、膜面に油分と懸濁物質から構成される含油固形物（ケーキともいう）が付着することがある。含油固形物は徐々に圧密され膜閉塞が進行するため、膜面への含油固形物の付着を抑制することが望まれている。従来、含油排水のろ過にはモジュール型のろ過膜が使われることもあるが、膜モジュール内部及び膜モジュールと容器との間の空間が含油固形物で閉塞しやすく、安定的な運転ができない場合がある。このため、ろ過膜を浸漬槽に浸漬した膜浸漬型のろ過装置が含油排水のろ過に使用されることがある。特開２０１３－５２３６４号公報には、中空糸膜モジュールを浸漬させた浸漬槽の上流に、含油排水の油分を浮上分離させる分離層を設ける方法が開示されている。

　特開２０１３－５２３６４号公報に記載された方法は浸漬槽を用いるため、モジュール型のろ過膜と比べて含油固形物が付着する可能性は少ない。しかし、高粘度の含油排水を用いる場合、浸漬槽の壁面やろ過膜の膜面への含油固形物の付着を抑制することは依然として困難である。また、浸漬槽とは別に分離槽を設けるため、設置面積やコストの観点から改善の余地がある。

　本発明はコンパクトでかつ含油固形物が付着しにくい、含油排水のろ過装置及びろ過方法を提供することを目的とする。

　本発明の含油排水のろ過装置は、含油排水が導入される膜浸漬槽と、膜浸漬槽に導入される含油排水に浸漬され、含油排水をろ過するろ過膜装置と、膜浸漬槽に設けられ、膜浸漬槽に貯留される含油排水を攪拌する攪拌機と、を有する。

　本発明の含油排水のろ過方法は、ろ過膜装置が収容された膜浸漬槽に含油排水を導入し、含油排水でろ過膜装置を浸漬することと、膜浸漬槽に導入された含油排水を膜浸漬槽に設けられた攪拌機で攪拌しながら、ろ過膜装置で含油排水をろ過することと、を有する。

　本発明によれば、膜浸漬槽に設けられた攪拌機によって膜浸漬槽に導入された含油排水が攪拌されるため、コンパクトでかつ含油固形物が付着しにくい、含油排水のろ過装置及びろ過方法を提供することできる。

　上述した、およびその他の、本出願の目的、特徴、および利点は、本出願を例示した添付の図面を参照する以下に述べる詳細な説明によって明らかとなろう。

本発明の第１の実施形態に係るろ過装置の概略構成図である。 図１に示すろ過装置の膜浸漬槽の上面図である。 ろ過膜モジュールの側面図である。 ろ過膜モジュールの断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るろ過装置の膜浸漬槽の上面図である。 図４Ａの部分拡大図である。 本発明の第３の実施形態に係るろ過装置の概略構成図である。 セラミック膜の概略構造を示す斜視図である。 本発明の第４の実施形態に係るろ過装置の概略構成図である。 本発明の第４の実施形態に係るろ過装置の変形例の概略構成図である。 本発明の第５の実施形態に係るろ過装置の概略構成図である。 逆洗の前後における吸引圧力の変化を示す模式図である。 本発明の第６の実施形態に係るろ過装置の概略構成図である。 本発明の第７の実施形態に係るろ過装置の概略構成図である。 実施例における通水日数と吸引圧力との関係を示すグラフである。

　１　ろ過装置
　２　膜浸漬槽
　３　ろ過膜装置
　３Ａ　ろ過膜モジュール
　３Ｂ　サブモジュール
　３Ｃ　中空糸膜フィルタ
　３Ｄ　セラミック膜
　４　含油排水供給手段
　５　吸引手段
　５Ａ　吸引ライン
　５Ｂ　吸引ポンプ
　６　ろ過水タンク（ろ過水貯蔵手段）
　８　攪拌手段（攪拌機）
　８Ａ　回転軸
　８Ｂ　攪拌翼
　１１　逆洗ライン
　１２　逆洗ポンプ
　１３　ドレンライン
　１４　廃液貯槽
　１５　ドレンポンプ
　１６　循環ライン
　１７　薬剤供給手段
　１７Ａ　薬剤貯蔵タンク
　１７Ｂ　薬剤供給ライン
　１８　再生装置
　１９　第１の清水供給ライン
　２０　吹き付け装置
　２１　清水タンク
　２２　第２の清水供給ライン
　３１　上部コンテナ
　３２　下部コンテナ
　３４　揚重機

　以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。本発明は含油排水をろ過するろ過装置に適用される。含油排水としては船舶の排ガススクラバ（図示せず）から排出されるスクラバ排水の他、食品工場から排出される油かすを含んだ廃液などが挙げられ、本発明は油分を含む液体に広く適用することができる。スクラバ排水は油分のほか懸濁物質（ＳＳ）も含んでいる。

　（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態に係るろ過装置１の概略構成図を示している。含油排水のろ過装置１は、含油排水が導入される膜浸漬槽２と、膜浸漬槽２に収容されたろ過膜装置３と、膜浸漬槽２に含油排水を供給する含油排水供給手段４と、含油排水のろ過水を吸引する吸引手段５と、吸引されたろ過水を貯蔵するろ過水タンク（ろ過水貯蔵手段）６と、を有している。

　膜浸漬槽２は概ね円筒形状、すなわち含油排水の液面と平行な平面Ｐにおいて円形形状を有している。膜浸漬槽２はろ過膜装置３の設置スペースよりも十分に大きな容積を有し、膜浸漬槽２とろ過膜装置３との間の空間が含油固形物で閉塞されることが防止される。また、含油固形物の付着を抑えるため、膜浸漬槽２はステンレス鋼などの材料で形成し、及び／または内面にポリエチレンライニングを施すことが好ましい。膜浸漬槽２は、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）またはセラミックで形成することも好ましい。水流の複雑化のため、膜浸漬槽２の側面に凹凸、リブ、邪魔板（バッフル）などを設けてもよい。

　ろ過膜装置３は膜浸漬槽２に導入される含油排水に浸漬され、含油排水をろ過する。ろ過膜装置３は複数の中空糸膜フィルタ３Ｃを有し、複数の中空糸膜フィルタ３Ｃが共通の上部支持部７Ａと下部支持部７Ｂとの間に設けられている。中空糸膜フィルタ３Ｃはケーシング等で覆われておらず、膜浸漬槽２の含油排水に対してむき出しの状態とされている。中空糸膜フィルタ３Ｃの外側から中空糸膜フィルタ３Ｃの側壁に接液する含油排水は中空糸膜フィルタ３Ｃの側壁でろ過され、油分等が側壁の外側に残存する。油分やＳＳ（以下、油分等という）が除去または低減されたろ過水は中空糸膜フィルタ３Ｃの内側空間に侵入する。以下の説明において、中空糸膜フィルタ３Ｃの外側空間を１次側空間９、中空糸膜フィルタ３Ｃの内側空間を２次側空間１０という。中空糸膜フィルタ３Ｃの材料としては親水性の高いものであれば限定されないが、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）などが挙げられる。図１は概念図であり、２本の中空糸膜フィルタ３Ｃだけを図示している。

　含油排水供給手段４は膜浸漬槽２に含油排水を供給する含油排水供給ライン４Ａを有している。含油排水供給手段４はろ過膜装置３を含油排水で浸漬可能な含油排水の供給能力を有している。

　膜浸漬槽２の内部には、膜浸漬槽２に貯留される含油排水を攪拌する攪拌手段８が設けられている。攪拌手段８は、回転軸８Ａと回転軸８Ａに固定された複数の攪拌翼８Ｂとを有する攪拌機８である。回転軸８Ａは上下方向、すなわち膜浸漬槽２の液面と垂直な方向に延びている。攪拌機８の回転軸８Ａの中心は膜浸漬槽２の中心軸２Ａ（図２参照）と同心である。回転軸８Ａはモータ８Ｃによって回転駆動され、攪拌翼８Ｂが膜浸漬槽２の内部の含油排水を攪拌する。これによって油分等の沈降や浮上を防止し、ろ過効率を高めることができる。また、ろ過膜装置３の膜面及び膜浸漬槽２の側面への含油固形物の付着を防止することができる。攪拌機８の回転速度は、含油固形物付着防止の観点から、Ｇ値が３０～３０００であることが望ましく、さらに経済性の観点から、１００～２０００であることがより望ましい。Ｇ値とは、攪拌におけるエネルギーの指標であり、次式で表される。
Ｇ＝（Ｐ／（Ｖ×μ））^0.5
Ｐ：攪拌エネルギー（Ｗ）
Ｖ：撹拌槽（膜浸漬槽２）の容積（ｍ³）
μ：攪拌される液体の粘性係数（ｋｇ／（ｍ・ｓ））
　図２は、膜浸漬槽２の上面図、すなわち含油排水の液面と平行な断面を示している。図３Ａはろ過膜モジュール３Ａの側面図を、図３Ｂは図３ＡのＡ－Ａ線に沿ったろ過膜モジュール３Ａの断面図、すなわち含油排水の液面と平行な断面を示している。ろ過膜装置３は各々が複数の中空糸膜フィルタ３Ｃを備えた複数のろ過膜モジュール３Ａを有している。各ろ過膜モジュール３Ａは吸引ライン５Ａに接続されている（一部のみ図示）。複数のろ過膜モジュール３Ａは含油排水の液面と平行な平面Ｐにおいて、長軸３Ｌを有する細長い形状を有している。複数のろ過膜モジュール３Ａは攪拌機８の回転軸８Ａの中心８Ｄから放射状に延びている。すなわち、各ろ過膜モジュール３Ａの長軸３Ｌの延長線３Ｅは攪拌機８の回転軸８Ａの中心８Ｄを通っている。複数のろ過膜モジュール３Ａの長軸３Ｌは、攪拌機８の回転軸８Ａの中心８Ｄと同心の同心円Ｃ１上の、周方向の互いに異なる位置を起点とし、同心円Ｃ１から離れる向きに延びている。本実施形態では８つのろ過膜モジュール３Ａが４５°間隔で回転対称に配列されている。しかし、ろ過膜モジュール３Ａの数は８以外でもよく、同一間隔で配列されなくてもよい。また、全てのろ過膜モジュール３Ａは一つの同心円Ｃ１を起点として径方向外側に延びているが、互いに異なる同心円Ｃ１を起点としてもよい。つまり、各ろ過膜モジュール３Ａの回転軸８Ａの中心８Ｄからの距離は互いに異なっていてもよい。

　図３Ｂに示すように、各ろ過膜モジュール３Ａは、長軸３Ｌに沿って互いに間隔Ｇをおいて、複数のサブモジュール３Ｂに分割されている。各サブモジュール３Ｂは複数の中空糸膜フィルタ３Ｃを束ねたバンドルで構成されている。各サブモジュール３Ｂ内では複数の中空糸膜フィルタ３Ｃは密集配置されており、中空糸膜フィルタ３Ｃ同士の間隔は一定ではなく、中空糸膜フィルタ３Ｃ同士が接触していることもある。このため、各サブモジュール３Ｂ内部の流路形状を厳密に制御することは困難である。一方、サブモジュール３Ｂ間の間隔Ｇは調整可能であるため、含油排水がサブモジュール３Ｂの間の隙間を確実に通ることができ、サブモジュール３Ｂへの含油固形物の付着を抑制することができる。サブモジュール３Ｂの数、長手方向の長さ及び間隔Ｇは特に限定されず適宜設定することができ、間隔Ｇはサブモジュール３Ｂの幅Ｗ以上であるのが好ましい。サブモジュール３Ｂの間の隙間の流れを多くするには、攪拌翼８Ｂとろ過膜モジュール３Ａが同一断面に存在しないほうが好ましい。膜浸漬槽２内の含油排水の流速の大きいところは含油固形物が付着しにくいことから、サブモジュール３Ｂの長さを長くし、あるいは間隔Ｇを狭くすることも可能である。複数のサブモジュール３Ｂで一つのろ過膜モジュール３Ａを構成する代わりに、各サブモジュール３Ｂを膜浸漬槽２内に分散配置することも可能である。しかし、ろ過膜装置３の膜浸漬槽２内の固定治具の構成、据付、交換などの手間を考慮すると、ろ過膜モジュール３Ａの形態のほうがより好ましい。ろ過膜モジュール３Ａの攪拌機８への接触を防止するために、ろ過膜モジュール３Ａと撹拌機８との間に防護柵（図示せず）を設けることも可能である。防護柵は一般的には格子形状を有するが、攪拌機８の水流を妨げない形状であれば特に限定されない。

　吸引ライン５Ａは各中空糸膜フィルタ３Ｃの２次側空間１０と接続されている。吸引ライン５Ａにはろ過水を２次側空間１０に吸引するための吸引ポンプ５Ｂが設けられている。吸引ライン５Ａと吸引ポンプ５Ｂはろ過水の吸引手段５を構成する。吸引フラックス（吸引によるろ過水の流束：単位面積あたりの流量）を高くすれば処理量が増加し、中空糸膜フィルタ３Ｃの数を減らすことができるが、膜面に付着した含油固形物が高粘度の油成分で圧密化され、吸引圧力が急上昇する場合がある。排ガススクラバから排出されるスクラバ排水の場合、吸引フラックスは０．１～１ｍ／ｄ程度が望ましい。図示は省略するが、水頭圧を利用してろ過水を吸引するようにしてもよい。例えば、吸引ライン５Ａを上下方向に配置し、ろ過水が下向きに流れるようにすることでろ過水を２次側空間１０に吸引するための駆動力を得ることができる。

　２次側空間１０に吸引されたろ過水は、所定の水質基準を満たすことが確認された後、系外に排出することができる。ろ過水の一部は、吸引ライン５Ａに接続されたろ過水タンク６に貯蔵され、逆洗水として利用される。ろ過水タンク６には逆洗ライン１１が接続されている（図１では吸引ライン５Ａと区別するため、破線で表示している）。逆洗ライン１１は中空糸膜フィルタ３Ｃと吸引ポンプ５Ｂとの間の位置で吸引ライン５Ａに合流している。逆洗ライン１１には逆洗水を圧送するための逆洗ポンプ１２が設けられている。逆洗時にはろ過水タンク６に貯蔵されたろ過水が逆洗ライン１１を通って中空糸膜フィルタ３Ｃの２次側空間１０に供給され、中空糸膜フィルタ３Ｃの膜面に付着した油分等が剥離され、１次側空間９に放出される。ろ過装置１を船舶に設置する場合などユーティリティ水がある場合は、そのユーティリティ水を逆洗水として使用してもよい。図示は省略するが、吸引ライン５Ａと逆洗ライン１１を組み替え、吸引ライン５Ａと逆洗ライン１１を弁によって切り替えることで吸引ポンプ５Ｂと逆洗ポンプ１２を共用化することもできる。

　膜浸漬槽２の底部には、内部の含油廃液を排出するためのドレンライン１３が接続されている。ドレンライン１３は膜浸漬槽２からの含油廃液を貯留する廃液貯槽１４と接続され、ドレンライン１３には含油廃液を廃液貯槽１４に移送するドレンポンプ１５が設けられている。さらに、ドレンライン１３のドレンポンプ１５の下流から分岐してドレンポンプ１５の上流側の膜浸漬槽２に接続された循環ライン１６が設けられている。含油廃液の水質によっては循環ライン１６を省略してもよい。ドレンライン１３からは高度に濃縮された含油廃液が排出されるため、循環ライン１６で含油廃液を循環させることで、ドレンライン１３が閉塞する可能性を低減させることができる。膜浸漬槽２からドレンライン１３への含油廃液の取り出しは連続的に行ってもよいし、間歇的に行ってもよい。あるいは膜浸漬槽２内の含油排水のＳＳ濃度、油濃度を測定し、これらの一方または双方が一定の基準値に達したときに含油廃液を取り出すようにしてもよい。廃液貯槽１４には含油廃液を取り出すためのドレンライン１７が設けられている。ドレンライン１３には、薬品貯槽１８から薬品供給ライン１９を介して、界面活性剤などの薬剤を添加することができる。薬品供給ライン１９には薬品供給ポンプ２０が配置されている。含油廃液に界面活性剤を付加することで、含油廃液によってドレンライン１３が閉塞する可能性をさらに低減させることができる。廃液貯槽１４、ドレンポンプ１５、循環ライン１６を省略し、ドレンライン１３から排出された含油廃液を廃棄処分とすることもできる。ドレンライン１３を省略し、膜浸漬槽２に貯留した含油廃液をポンプ（図示せず）で吸い出してもよい。

　ろ過装置１は以下のように作動する。排ガススクラバからの含油排水は含油排水供給ライン４によって膜浸漬槽２に供給される。吸引ポンプ５Ｂの吸引圧力によって含油排水は中空糸膜フィルタ３Ｃの１次側空間９から２次側空間１０に移動し、油分等が中空糸膜フィルタ３Ｃに捕捉される。この間、攪拌機８により膜浸漬槽２内の含油排水が水平方向及び上下方向に攪拌される。攪拌によって発生する水流により、中空糸膜フィルタ３Ｃの膜表面にせん断力が作用する。このせん断力によって、膜表面への含油固形物の付着が防止されるとともに、付着した含油固形物の剥離が促進される。すなわち、本実施形態によれば、ろ過膜装置３が収容された膜浸漬槽２に含油排水を導入し、含油排水でろ過膜装置３が浸漬される。そして、膜浸漬槽２に導入された含油排水を膜浸漬槽２に設けられた攪拌機８で攪拌しながら、ろ過装置１で含油排水がろ過される。なお、含油固形物の剥離をさらに促進するため、モータ８Ｃの電動機にインバータ（図示せず）を設けて攪拌機８の回転速度を変更したり、切替装置（図示せず）を設けて攪拌機８の回転方向を変更することもできる。膜浸漬槽２の底部に空気吹き出し部（図示せず）を設けてエアレーション操作を行ってもよい。

　一定時間吸引ポンプ５Ｂを作動させてろ過工程を行った後、吸引ポンプ５Ｂを停止し、不図示の弁を切り替えて、逆洗ライン１１による短時間の逆洗（この逆洗を簡易逆洗という）を行うことが好ましい。ろ過と簡易逆洗のセットを繰り返し、かつ攪拌機８で含油排水を攪拌することで、中空糸膜フィルタ３Ｃの性能を維持しながらろ過工程を行うことができる。簡易逆洗の際にも、攪拌機８で膜浸漬槽２内の含油排水を攪拌することで、逆洗の効果を高めることができる。

　上述のように、膜浸漬槽２は円形であり、攪拌機８が膜浸漬槽２の中心に設置されているため、矩形の膜浸漬槽のようにコーナー部に含油排水が滞留することがなく、膜浸漬槽２の全域で一定以上の流速が得られる。また、ろ過膜モジュール３Ａは細長い形状のため、全体として一種のバッフル板として機能する。このため、水流が複雑化し、ろ過膜モジュール３Ａ間の空間及び膜浸漬槽２の側壁の近傍にも水流が行き渡る。

　（第２の実施形態）
　図４Ａは、本発明の第２の実施形態に係るろ過装置１の膜浸漬槽２の、図２と同様の上面図を、図４Ｂは図４Ａの部分拡大図を示している。本実施形態においても、複数のろ過膜モジュール３Ａの長軸３Ｌは、攪拌機８の回転軸８Ａの中心８Ｄと同心の同心円Ｃ１上の周方向に互いに異なる位置を起点とし、同心円Ｃ１から離れる向きに延びている。しかし、各ろ過膜モジュール３Ａの長軸３Ｌの延長線３Ｅは、同心円Ｃ１と同心で且つ同心円Ｃ１より径の小さい他の同心円Ｃ２に接している。この結果、複数のろ過膜モジュール３Ａは攪拌機８の回転軸８Ａの周りに羽根車のように配置される。本実施形態では１２個のろ過膜モジュール３Ａが３０°間隔で回転対称に配列されている。しかし、ろ過膜モジュール３Ａの数は１２以外でもよく、同一間隔で配列されなくてもよい。また、全てのろ過膜モジュール３Ａは一つの同心円Ｃ１を起点として径方向外側に延びているが、互いに異なる同心円を起点としてもよい。つまり、各ろ過膜モジュール３Ａの回転軸８Ａの中心８Ｄからの距離は互いに異なっていてもよい。

　攪拌機８の回転軸８Ａは図４Ａ，４Ｂにおいて時計回りに回転することが望ましい。より一般的には、攪拌機８の回転軸８Ａは、各ろ過膜モジュール３Ａの延長線３Ｅの他の同心円Ｃ２との接点Ｃにおいて、各ろ過膜モジュール３Ａから接点Ｃへの延長線３Ｅの向きＤ１が攪拌機８によって誘起される流れの向きＤ２と一致する方向に回転することが望ましい。これによって、各ろ過膜モジュール３Ａの径方向内側領域で、各ろ過膜モジュール３Ａの径方向側面とほぼ垂直な方向からろ過膜モジュール３Ａに水流が加わり、含油固形物の付着をより効果的に抑制することができる。本実施形態によればろ過膜モジュール３Ａの充填効率が改善され、第１の実施形態と比べてより多くのろ過膜モジュール３Ａを配置することができる。本実施形態のろ過膜モジュール３Ａは、第１の実施形態のろ過膜モジュール３Ａと同じ形状及び寸法を有しており、膜浸漬槽２の大きさも第１の実施形態と同様であるが、本実施形態では１２個のろ過膜モジュール３Ａを膜浸漬槽２に収容することができる。

　（第３の実施形態）
　図５は、本発明の第３の実施形態に係るろ過装置１の概略構成図を示している。本実施形態は、ろ過膜装置３のろ過膜モジュール３Ａとしてセラミック膜３Ｄが使用されている点で第１の実施形態と異なり、その他の構成は第１の実施形態と同じである。隣接するセラミック膜３Ｄの間には含油排水が流通可能なギャップが設けられている。セラミック膜３Ｄは親水性の膜であることが好ましい。膜浸漬槽２には複数のセラミック膜３Ｄがむき出しで収容される。図示は省略するが、複数のセラミック膜３Ｄは図２，４Ａに示したのと同様の態様で膜浸漬槽２に配置される。図６にセラミック膜３Ｄの概略構造を示す。セラミック膜３Ｄはセラミック製の平膜であり、内部に含油排水が流通する複数の流路４１が形成されている。流路４１はセラミック膜３Ｄの２次側空間１０を形成する。流路４１の両端はセラミック膜３Ｄの側面で開口しており、両端には集水管１０７Ａ，１０７Ｂ（図５参照）が接続されている。集水管１０７Ａ，１０７Ｂは吸引ライン５Ａに接続されている。含油排水は矢印４３で示すようにセラミック膜３Ｄの外表面からセラミックの無数の細孔を通って内部に浸透する。粒径の大きな油分等はセラミック膜３Ｄの外表面にとどまり、粒径の小さな油分等はセラミックの細孔に捕捉される。流路４１には油分等が十分に除去されたろ過水が集水され、ろ過水は矢印４４で示すように流路４１から排出される。図示は省略するが、第１の実施形態と同様に、セラミック膜３Ｄを長軸３Ｌに沿って互いに間隔をおいて、複数のサブモジュールに分割することも可能である。

　（第４の実施形態）
　図７は、本発明の第４の実施形態に係るろ過装置１の概略構成図を示している。ろ過装置１は上部コンテナ３１と下部コンテナ３２とに分割収容されている。具体的には、上部コンテナ３１には膜浸漬槽２とろ過水タンク６が収容され、下部コンテナ３２には廃液貯槽１４が収容されている。本実施形態では、廃液貯槽１４の内部に含油廃液を攪拌するための２基の攪拌機３３が設置されている。第１の実施形態と同様、ドレンライン１３とドレンポンプ１５と循環ライン１６を設けてもよい。また、第１の実施形態と同様、薬品貯槽１７と薬品供給ライン１８と薬品供給ポンプ１９を設けてもよい。下部コンテナ３２は上部コンテナ３１の下方、好ましくは直下に配置されており、ドレンライン１３が上部コンテナ３１と下部コンテナ３２との間を延びている。下部コンテナ３２を上部コンテナ３１から離れたところに配置することも可能であり、その場合、ドレンライン１３上に移送ポンプ（図示せず）を設けてもよい。

　例えば、ろ過装置１がコンテナ船に設置される場合、上部コンテナ３１と下部コンテナ３２はコンテナ船に搭載される一般的なコンテナと同じ大きさ及び形状とすることが好ましい。これによって、上部コンテナ３１と下部コンテナ３２の設置場所の制約が緩和される可能性がある。ろ過装置１はあらかじめ工場にて上部コンテナ３１と下部コンテナ３２とに分割して設置され、車両、貨物列車等で運搬される。上部コンテナ３１と下部コンテナ３２は船上で合体され、ドレンライン１３で接続される。上部コンテナ３１と下部コンテナ３２の運送時にはコンテナ運搬用の一般的なトラック、トレーラ、貨車等を使用することができ、据付時には船舶や港湾設備が備えるコンテナ搭載用の揚重機を使用することができるため、運送や据付に関して特殊な設備や装置を必要としない。また、予め工場でプレハブ化されるため、船舶への据付工程が短縮される。

　図８は、第４の実施形態の変形例に係るろ過装置１の概略構成図を示している。図８は上部コンテナ３１のみを示しているが、下部コンテナ３２は第４の実施形態と同様とすることができる。本変形例では、上部コンテナ３１の上部空間に、ろ過膜装置３の膜浸漬槽２への設置及び膜浸漬槽２からの取り出しのための揚重機３４が設けられている。揚重機３４としては上部コンテナ３１の天板に設けられたモノレール３５上を走行可能なチェーンブロックまたはホイストを用いることが好ましいが、他の揚重機を使用することもできる。ろ過装置１を船舶に設置する場合、航行中または停泊中にろ過膜装置３の交換またはメンテナンスのため、ろ過膜装置３の膜浸漬槽２からの取り出し及び据付が必要となることがある。ろ過膜装置３は人力で取り扱うのが困難であるため何らかの揚重設備が必要となるが、船舶内でこのような設備を使用することは困難である場合がある。本実施形態では、上部コンテナ３１の内部に揚重機３４が設けられているため、メンテナンス性が改善されるとともに、設置場所の制約（例えば、船舶の揚重設備の近傍に配置する必要性）が緩和される。

　（第５の実施形態）
　図９は、本発明の第５の実施形態に係るろ過装置１の概略構成図を示している。第５の実施形態に係るろ過装置１は第１の実施形態に係るろ過装置１とほぼ同様の構成を有している。図９では一つのろ過膜モジュール３Ａだけを示している。中空糸膜フィルタ３Ａの２次側空間１０に接続された吸引ライン５Ａには吸引ライン５Ａの圧力、すなわち吸引圧力を測定する圧力計２３が設けられている。圧力計２３の測定値と膜浸漬槽２の液位から、中空糸膜フィルタ３Ｃに生じている差圧（１次側空間９と２次側空間１０の圧力差）を算出することができる。

　ろ過装置１は薬剤貯蔵タンク１７Ａと薬剤貯蔵タンク１７Ａを逆洗ライン１１に接続する薬剤供給ライン１７Ｂと、を有している。薬剤貯蔵タンク１７Ａを薬剤供給ライン１７Ｂは薬剤供給手段１７を構成する。また、薬剤供給手段１７と膜浸漬槽２と逆洗ライン１１はろ過膜装置３の再生装置１８を構成する。ろ過膜３の再生装置１８は、含油排水に浸漬され含油排水をろ過する中空糸膜フィルタ３Ｃを再生する。薬剤は界面活性剤を含み、好ましくは水酸化ナトリウムをさらに含んでいる。

　本実施形態のろ過装置１は第１の実施形態のろ過装置１と同様に作動する。しかしながら、簡易逆洗の効果が限定的であるため、中空糸膜フィルタ３Ｃの１次側空間９に面する膜面には時間とともに油分等がケーキ状に付着していく。このため、従来はろ過と簡易逆洗をセットとする運転を所定時間行った後、流水や薬剤による洗浄ないし再生を行い、膜面に付着した含油固形物を除去し、再生された中空糸膜フィルタで再び含油排水のろ過を行う。図１０には、従来の方法で中空糸膜フィルタを再生する前後における吸引圧力の変化を模式的に示している。ここでは、新品の中空糸膜フィルタを用いてろ過を行っており、時間とともに中空糸膜フィルタの膜面に含油固形物が付着し吸引圧力が上昇している（ろ過工程Ａ）。吸引圧力が一定のレベルに達したときに再生を行う（図１０のＢ）。これによって、中空糸膜フィルタの膜面に付着した含油固形物が除去され、吸引圧力が回復する。その後ろ過を行うと吸引圧力は再び上昇する（ろ過工程Ｃ）。しかし、吸引圧力は前回のろ過工程と比べてより急激に増加する。すなわち、図１０に示すように、吸引圧力は前回のろ過工程（ろ過工程Ａ）の増加率（破線で示す）よりも大きな増加率で増加する。

　これに対し、本実施形態では、含油排水をろ過した中空糸膜フィルタ３Ｃは、逆洗時に界面活性剤を含む薬剤で再生される。界面活性剤には、イオン性界面活性剤と非イオン性界面活性剤があり、イオン性界面活性剤は、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤に分類される。本発明における界面活性剤としては、いずれの種類の界面活性剤でも適用可能であるが、非イオン性界面活性剤またはアニオン界面活性剤が排水に含まれる懸濁物質、油分との親和性の観点から好ましい。非イオン性界面活性剤としては、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルを主成分にしたもの（例えば、セドラン（三洋化成工業株式会社製）など）や、ポリオキシエチレン脂肪酸ジエステルやポリオキシエチレン脂肪酸モノエステルを主成分としたもの（例えば、イオネット（三洋化成工業株式会社製）など）が好ましい。アニオン界面活性剤としては、ドデシルジメチルアミンオキドやドデシル硫酸ナトリウムを主成分としたもの（例えば、ＭＣＬ－２０（住友電気工業株式会社製）など）が好ましい。また、非イオン性界面活性剤とアニオン界面活性剤とが含まれているもの（例えば、ピンク石鹸（monotaRO社製）など）も好ましい。

　薬剤は薬剤供給ライン１７Ｂから逆洗水に添加される。図１０に示すように、吸引圧力は従来例と同程度まで低下し（回復し）、再生直後（図１０のＢ）においては本実施形態と従来例で吸引圧力に顕著な差はない。しかし、本実施形態では、その後のろ過工程における吸引圧力の増加は従来例よりも緩やかであり、かつ吸引圧力の増加率は前回のろ過工程（ろ過工程Ａ）の増加率（破線）よりも小さい。

　この理由は以下のように考えられる。本実施形態においても従来例においても含油固形物は薬剤によって完全に除去されない（中空糸膜フィルタ３Ｃの膜面は新品状態には戻らない）。このため、従来例においては僅かに付着した（残存した）油分等に新たな油分等が付着しやすくなり、新品状態と比べて油分等の付着速度が速くなる。この結果、吸引圧力は急激に増加する。これに対して、本実施形態では僅かに付着した（残存した）油分等が界面活性剤で覆われ、親水基である－ＯＨ基などが表面に形成されるため、新たな油分等の付着が生じにくくなる。換言すれば、中空糸膜フィルタ３Ｃの膜面に付着した油分等の表面が界面活性剤によって一種の改質を受け、新たな油分等が付着しにくくなっている。

　逆洗を行うタイミング（薬剤による再生を行うタイミング）は特に限定されないが、逆洗は中空糸膜フィルタ３Ｃの膜面への油分等の付着量が小さいときに実施することが好ましい。逆洗のタイミングは、例えば圧力計２３で測定した２次側空間１０の圧力が所定値を下回ったとき（１次側空間９と２次側空間１０の差圧が所定値を越えたとき）または、吸引ライン５Ａの流量が所定値を下回ったときとすることができる。あるいは、中空糸膜フィルタ３Ｃの膜面に付着した含油固形物の膜厚をカメラで撮像し測定してもよい。一般的な使用環境であれば、薬剤による再生は数時間から数日に１回の頻度で行えば十分である。

　さらに、逆洗時に攪拌手段８によって、中空糸膜フィルタ３Ｃの周囲の含油排水（ろ過膜装置３の周囲の、薬剤が含まれる液体の一例）を攪拌してもよい。攪拌効果によって含油固形物の膜面からの剥離が促進される。また、逆洗の前に膜浸漬槽２の含油排水をドレンライン１３から排水してもよい。

　従来、特開平４－１９０８０８号公報に開示されているように、含油排水の流路を確保するため、凝集ろ過や珪藻土ろ過が行われることがある。これらの方法では、ろ過膜の膜面に粒径の大きい凝集物や珪素土が付着するため、含油排水の流路の確保が容易となる。しかし、凝集ろ過や珪藻土ろ過は凝集剤や珪藻土の定期的な補充が必要であるため、ランニングコスト及び廃棄物量の低減が難しい。本実施形態は経済的で廃棄物量が少ないろ過膜装置３の再生方法を提供することができる。

　上述の通り、本実施形態ではろ過膜装置３として中空糸膜フィルタ３Ｃを用いている。セラミック膜３Ｂを用いた場合でも、界面活性剤を含む薬剤で逆洗再生することで同様の効果が得られる。

　図１１は本発明の第６の実施形態に係るろ過装置１の概略構成図を示している。本実施形態では、薬剤は含油排水供給ライン４Ａに注入される。ろ過膜装置３の再生時には、薬剤が添加された含油排水を含油排水供給ライン４Ａから供給しながら、ろ過膜装置３が逆洗される。換言すれば、ろ過膜装置３が浸漬されている含油排水に含油排水供給ライン４Ａから新たな含油排水を加えながらろ過膜装置３が逆洗され、薬剤は新たな含油排水に添加される。この際、攪拌翼１４によってろ過膜装置３の周囲の含油排水（ろ過膜装置３の周囲の、薬剤が含まれる液体の一例）を攪拌してもよい。本実施形態によれば、逆洗により膜表面に堆積した油分等の一部が剥離し、膜表面に残った油分等に界面活性剤が付着する。これによって新たな油分等の堆積が起こりにくくなるため、ろ過圧力の上昇が緩やかになる。ただし、逆洗によって剥離する油分等は一部であるため、浸漬槽内の水を抜いて膜を露出し、吹きつけ洗浄などで油分などを落としてから界面活性剤に接触させることが望ましい。ろ過膜装置３は中空糸膜フィルタ３Ｃであっても、セラミック膜３Ｄであってもよい。

　第６の実施形態の変形例として、まず、ろ過膜装置３が浸漬される含油排水をドレンライン１３によって排水し、その後薬剤が添加された含油排水を含油排水供給ライン４Ａから膜浸漬槽２に供給してもよい。ろ過膜装置３は薬剤が添加された含油排水で再浸漬される。この際、攪拌手段８によってろ過膜装置３の周囲の含油排水（ろ過膜装置３の周囲の、薬剤が含まれる液体の一例）を攪拌してもよい。本変形例は第６の実施形態に係るろ過装置１と同じ構成のろ過装置１を用いて実施することができる。本変形例も第６の実施形態と同様の効果を奏する。

　図１２は本発明の第７の実施形態に係るろ過装置１の概略構成図を示している。本実施形態では、第１の清水供給ライン１９が膜浸漬槽２に接続されている。薬剤供給ライン１７Ｂが第１の清水供給ライン１９に合流しており、第１の清水供給ライン１９からは薬品が添加された清水が供給される。また、膜浸漬槽２の上部には清水の吹き付け装置２０が設けられている。吹き付け装置２０は第２の清水供給ライン２２を介して清水タンク２１に接続されている。吹き付け装置２０は清水をろ過膜装置３に吹き付けることができれば特に限定されないが、多数のノズルを備えた散水手段などを用いることができる。本実施形態では、まず含油排水が貯蔵された膜浸漬槽２に、清水タンク２１に貯蔵された清水を、第２の清水供給ライン２２を介して吹き付け装置２０でろ過膜装置３に吹き付ける。これによって予めろ過膜装置３を露出させることができる。含油固形物を下に落とすため、清水はろ過膜３の上から下に向けて吹き付けることが望ましい。これによって膜表面に付着した含油固形物の一部が剥離される。次に、ドレンライン１３を通して膜浸漬槽２の含油排水を排水する。その後、薬剤が添加された清水を第１の清水供給ライン１９から膜浸漬槽２に供給し、ろ過膜装置３を再浸漬する。この際、攪拌手段８によってろ過膜装置３の周囲の薬剤が添加された清水（ろ過膜装置３の周囲の薬剤が含まれる液体の一例）を攪拌してもよい。吹き付け装置２０は省略することもできる。この場合、ドレンライン１３を通して膜浸漬槽２の含油排水を排水した後、薬剤が添加された清水を第１の清水供給ライン１９から膜浸漬槽２に供給し、ろ過膜装置３を再浸漬する。ろ過膜装置３は中空糸膜フィルタ３Ｃであっても、セラミック膜３Ｄであってもよい。

　（実施例）
　図９に示すろ過装置１を用いて、第１のろ過工程と、中空糸膜フィルタ３Ｃの再生工程と、第２のろ過工程とを行い吸引圧力の変化を測定した。具体的には、含油排水としてカーボンブラック含有液を用い、第１のろ過工程において吸引圧力が所定値まで上昇した後、薬剤を含む再生液に中空糸膜フィルタ３Ｃを約３時間浸漬し、その後第２のろ過工程を行った。第１及び第２のろ過工程では約３０分のろ過と約１分の逆洗のセットを繰り返し実施した。実施例１では、界面活性剤（ドデシルジメチアミンオキドを主成分とする）と１％濃度の水酸化ナトリウムとを含む再生液を用い、実施例２では、界面活性剤（ドデシルジメチアミンオキドを主成分とする）のみを含む再生液を用いた。再生液は水に薬剤を溶かしたものを用いた。比較例は薬剤による再生を行わず、流水洗浄のみを行った。図１３は第２のろ過工程の開始時点からの通水時間（単位：日）と吸引圧力との関係を示している。比較例では通水日数の経過とともに徐々に吸引圧力が増加している。実施例１，２では吸引圧力は徐々に増加しているが増加率は比較例より小さい。特に実施例１は吸引圧力の増加率が最小であった。実施例１は水酸化ナトリウムを含む薬剤を用いているため、水酸化ナトリウムの加水分解によって油分等の分解が促進されたと考えられる。ただし、実施例２に示すように水酸化ナトリウムを用いない場合でも比較例と比べると吸引圧力の増加が抑えられ、本発明の効果が得られる。

　以上、本発明を実施形態によって説明したが、本発明はこれらに限定されない。例えば、本実施形態は含油排水をろ過するろ過装置及び含油排水をろ過するろ過膜の再生方法を対象としているが、本発明は油分以外の高粘性物質を含む液体をろ過するろ過装置及び油分以外の高粘性物質を含む液体をろ過するろ過膜の再生方法にも用いることができる。粘性の高い物質がろ過膜の膜面に付着すると本実施形態と同様、付着した物質による膜閉塞あるいは吸引圧力の増加が生じる。

　また、本実施形態においては、攪拌手段８としては攪拌機８が用いられるが、膜浸漬槽２に導入された含油排水を攪拌することができる限り、攪拌手段８は攪拌機８に限定されない。例えば、膜浸漬槽２の外部に設置された循環ラインと、循環ライン上に設けられた循環ポンプと、によって含油排水を攪拌することができる。あるいは、膜浸漬槽２の内部に循環ポンプを設置することもできる。または、膜浸漬槽２の底部に散気ノズルを設け、ブロワ等で散気ノズルに空気を供給し、含油排水を空気攪拌することもできる。もしくは、膜浸漬槽２の側面に設置した撹拌機により含油排水を攪拌することができる。攪拌手段８はこれらの手段単独で、または組み合わせによって、あるいはこれらの手段と攪拌機８との組み合わせによって構成することもできる。

　また、本実施形態においては、膜浸漬槽２の断面形状は円形であるが、膜浸漬槽２の全域が攪拌手段８によって良好に攪拌される限り、円形以外の形状、例えば楕円形などであってもよい。攪拌機８は膜浸漬槽２の中央に配置する代わりに多少偏心して配置してもよいし、２以上の攪拌機８を設置することもできる。

　また、本実施形態では膜浸漬槽２を用いてろ過膜の再生を行っているが、ろ過膜の再生は専用の再生槽で行うこともできる。すなわち、ろ過膜の再生を行うときはろ過膜を膜浸漬槽２から取り出し、界面活性剤、より好ましくは水酸化ナトリウムをさらに含む再生液に浸漬し、再生されたろ過膜を膜浸漬槽２に戻すことができる。ろ過膜装置の連続運転が求められる場合は、複数のろ過膜装置を並列設置してもよい。再生が必要な系統を隔離することで、ろ過膜装置の運転と、隔離したろ過膜装置の再生と、を同時に行うことができる。

　第５～７の実施形態に係るろ過装置１は第１～第４の実施形態に係るろ過装置１と同様、攪拌手段８を備えているが、攪拌手段８がないろ過装置においても、第５～７の実施形態に係る発明を実行することができる。

　本発明のいくつかの好ましい実施形態を詳細に示し、説明したが、添付された請求項の趣旨または範囲から逸脱せずに様々な変更および修正が可能であることを理解されたい。

Claims (18)

1. 　含油排水が導入される膜浸漬槽と、
   　前記膜浸漬槽に導入される含油排水に浸漬され、前記含油排水をろ過するろ過膜装置と、
   　前記膜浸漬槽に設けられ、前記膜浸漬槽に導入される前記含油排水を攪拌する攪拌機と、を有する含油排水のろ過装置。
2. 　前記攪拌機は回転軸と前記回転軸に固定された攪拌翼とを有し、前記ろ過膜装置は各々が複数のろ過膜を備えた複数のろ過膜モジュールを有し、各ろ過膜モジュールは前記含油排水の液面と平行な平面において、前記攪拌機の前記回転軸の同心円上の互いに異なる位置を起点とし、前記同心円から離れる向きに延びる長軸を有する、請求項１に記載のろ過装置。
3. 　各ろ過膜モジュールの前記長軸の延長線は前記攪拌機の前記回転軸の中心を通る、請求項２に記載のろ過装置。
4. 　各ろ過膜モジュールの前記長軸の延長線は、前記同心円と同心で且つ前記同心円より径の小さい他の同心円に接する、請求項２に記載のろ過装置。
5. 　各ろ過膜モジュールは、前記長軸に沿って互いに間隔をおいて、複数のサブモジュールに分割されている、請求項２から４のいずれか１項に記載のろ過装置。
6. 　前記膜浸漬槽の底部に接続されたドレンラインと、
   　前記ドレンラインに接続され、前記膜浸漬槽からの廃液を貯留する廃液貯槽と、
   　前記ドレンラインに設けられ、前記廃液を前記廃液貯槽に移送するドレンポンプと、
   　前記ドレンラインの前記ドレンポンプの下流から分岐して前記膜浸漬槽に接続された、前記廃液の循環ラインと、を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載のろ過装置。
7. 　前記膜浸漬槽が収容された上部コンテナと、前記廃液貯槽が収容され、前記上部コンテナの下方に配置される下部コンテナと、を有し、前記ドレンラインが前記上部コンテナと前記下部コンテナとの間を延びている、請求項６に記載のろ過装置。
8. 　前記上部コンテナの上部に、前記ろ過膜装置の前記膜浸漬槽への設置及び前記膜浸漬槽からの取り出しを行うための揚重機を備える、請求項７に記載のろ過装置。
9. 　ろ過膜装置が収容された膜浸漬槽に含油排水を導入し、前記含油排水で前記ろ過膜装置を浸漬することと、
   　前記膜浸漬槽に導入された前記含油排水を前記膜浸漬槽に設けられた攪拌機で攪拌しながら、前記ろ過膜装置で前記含油排水をろ過することと、を有する、含油排水のろ過方法。
10. 　請求項１から８のいずれか１項に記載のろ過装置におけるろ過膜装置の再生方法であって、
    　前記含油排水をろ過した前記ろ過膜装置を、界面活性剤を含む薬剤で再生することを有する、ろ過膜装置の再生方法。
11. 　前記薬剤は水酸化ナトリウムを含む、請求項１０に記載のろ過膜装置の再生方法。
12. 　前記ろ過膜装置を逆洗することを有し、前記薬剤は逆洗水に添加される、請求項１０または１１に記載のろ過膜装置の再生方法。
13. 　前記ろ過膜装置が浸漬される前記含油排水に新たな含油排水を加えながら前記ろ過膜装置を逆洗することを有し、前記薬剤は前記新たな含油排水に添加される、請求項１０または１１に記載のろ過膜装置の再生方法。
14. 　前記ろ過膜装置が浸漬される前記含油排水を排水し、その後前記薬剤が添加された含油排水で前記ろ過膜装置を再浸漬する、請求項１０または１１に記載のろ過膜装置の再生方法。
15. 　前記ろ過膜装置が浸漬される前記含油排水を排水し、その後前記薬剤が添加された清水で前記ろ過膜装置を再浸漬する、請求項１０または１１に記載のろ過膜装置の再生方法。
16. 　前記ろ過膜装置の周囲の、前記薬剤が含まれる液体を攪拌する、請求項１２から１５のいずれか１項に記載のろ過膜装置の再生方法。
17. 　含油排水でろ過膜装置を浸漬し、前記ろ過膜装置が浸漬される前記含油排水を前記ろ過膜装置でろ過することと、
    　請求項１０から１６のいずれか１項に記載のろ過膜装置の再生方法によって、前記含油排水をろ過した前記ろ過膜装置を再生することと、
    　再生された前記ろ過膜装置で再び含油排水をろ過することと、を含む含油排水のろ過方法。
18. 　請求項１から８のいずれか１項に記載のろ過装置におけるろ過膜装置の再生装置であって、
    　前記ろ過膜装置が収容される膜浸漬槽と、
    　前記ろ過膜装置を再生させる薬剤を前記膜浸漬槽に供給する供給手段と、を有し、
    　前記薬剤は界面活性剤を含む、ろ過膜装置の再生装置。

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