油水分離装置
【課題】浮上分離法に基づく油水分離装置の処理槽が小型であっても低油分濃度まで高速で処理でる油水分離装置を提供する。
【解決手段】処理槽１１に送る被処理液に空気を混合溶解せしめ、空気を混合溶解した被処理液を処理槽１１内の被処理液中に吐出し、処理液に混合溶解した空気を気泡として処理槽１１内の被処理液に供給することによって被処理液中の油分を浮上させ油水の分離を行う油水分離装置であり、第１処理槽８１内に空気を混合溶解した被処理液を被処理液中に吐出するものとしてノズル３３を用い、第１処理槽８１内の微細気泡を含む被処理液を第２処理槽８２内の被処理液に吐出するものとしてノズル４７を設け、２つの処理槽を被処理液面近傍で連通したものとした。
【解決手段】処理槽１１に送る被処理液に空気を混合溶解せしめ、空気を混合溶解した被処理液を処理槽１１内の被処理液中に吐出し、処理液に混合溶解した空気を気泡として処理槽１１内の被処理液に供給することによって被処理液中の油分を浮上させ油水の分離を行う油水分離装置であり、第１処理槽８１内に空気を混合溶解した被処理液を被処理液中に吐出するものとしてノズル３３を用い、第１処理槽８１内の微細気泡を含む被処理液を第２処理槽８２内の被処理液に吐出するものとしてノズル４７を設け、２つの処理槽を被処理液面近傍で連通したものとした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は油水分離装置に係わり、特に、処理槽に送る被処理液に空気を供給しポンプで加圧して被処理液に空気の一部または全部を溶解させ、被処理液を処理槽の下部から空気を気泡として被処理液とともに吹き出させることによって、処理槽における被処理液に含まれる油分を気泡とともに浮上させ被処理液を水と油分とに分離させる浮上分離法による油水分離装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の浮上分離法による油水分離装置は、下記の特許文献１に記述されたものでは、大容量の処理槽からポンプで汲み上げた被処理液にポンプ入口で空気を混合し、ポンプ出口の気液混合手段（空気粉砕手段）で更に空気を混合・溶解させた後に被処理液を処理槽内に戻し、その際ノズル（又は圧力弁）から噴射、減圧することによって微細気泡を発生させて、この微細気泡が被処理液中の油分に付着することで油分が水中を浮上し、油と水分が分離するようにしている。
【特許文献１】特開２００５−２４６１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来技術において、気液混合手段（空気粉砕手段）の出口までに被処理液中に溶解できなかった空気は大部分が処理槽内で大気泡となり浮上分離性能を低下させるので、ノズルと処理槽をつなぐ大気泡分離器を設け、この大気泡分離器には大気泡のみを分離排出する大気泡排出管を設けている。
【０００４】
そして、この装置の油分離能力を高める１つの方法として被処理液中に溶解する空気量を多くすることがあるが、実現手段として気液混合手段の容積を大きくし、被処理液滞留時間を長くして溶解量を増加する方法では、装置が大型化しかつ処理時間がかかるという問題がある。
【０００５】
また、処理対象が空気圧縮機のドレンの場合は少量の被処理液が連続して排出され、大気中の水分量によってその流量および油分濃度が変化する。これを確実に処理するには最大の油分濃度の処理能力を備えていることが必要である。他方、ニーズとして油水分離装置自体の設置面積が小さく、処理槽を小型にすることが望まれる。
【０００６】
設置面積を単純に小型化すると、処理槽を深く（高く）しなければならず、処理槽内で上下する循環流が強くなり、一旦液面上まで浮上した油粒子が水の下降流に乗って処理槽底部近傍まで下降するため、油分濃度が一定値以下には下がらない。
【０００７】
油分分離性能を向上させるべく、圧力弁（ノズル）から大量の微細気泡を発生させるように圧力弁から噴出させる被処理液量を増加させると、処理槽内を上下する循環流は一層強くなり、油水分離性能が低下する。
【０００８】
本発明の目的は、小型の処理槽であっても低油分濃度まで高速で処理できる浮上分離法に基づく油水分離装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、処理槽に送る被処理液に空気を混合溶解せしめ、空気を混合溶解した被処理液を処理槽内の被処理液中に吐出し、被処理液に混合溶解した空気を気泡として処理槽内の被処理液に供給することによって被処理液中の油分を浮上させ油水の分離を行う油水分離装置において、前記処理槽は第１処理槽と第２処理槽からなり、第１処理槽に処理液を送る第１ポンプ、処理液に空気を混合溶解させる空気溶解器、およびこの空気溶解器からの空気を混合溶解した処理液を処理槽内の被処理液中に吐出する第１ノズルからなる第１循環系と、前記第１処理槽の気泡を含む被処理液を吸込む第２ポンプ、および吸込んだ被処理液を第２処理槽内に吐出して微細な気泡を供給する第２ノズルからなる第２循環系を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、前記第１処理槽の底面積を前記第２処理槽の底面積よりも大きくしたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明では、処理槽に送る被処理液に空気を混合せしめ、空気を含んだ被処理液を処理槽内の被処理液中に吐出し、被処理液に溶解した空気と溶解しなかった空気の一部を気泡として処理槽内の被処理液に供給することによって被処理液中の油分を浮上させ油水の分離を行う油水分離装置において、処理槽を被処理液液面下で水平方向に２つに分割する仕切壁を設けて第１処理槽と第２処理槽に分け、第１処理槽では被処理液に空気を混合溶解せしめ、空気を混合溶解した被処理液を処理部内の被処理液中にノズルを用いて吐出する第１循環系統を構成し、被処理液に混合溶解した空気を微細気泡として処理部内の被処理液に供給することによって被処理液中の油分を浮上させ、第２処理槽では第１処理槽から微細気泡を含む被処理液を汲み出し、空気を混合することなくポンプで加圧して処理槽下部のノズルから処理槽内の被処理液中に噴射する第２循環系統を構成する。第１処理槽と第２処理槽は液面を共有しており、処理運転中は被処理液が第２処理槽から第１処理槽へと連続して流れるようにした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第２処理槽の循環系統が第１処理槽から吸い込む被処理液に微細気泡を一様に含んでいるが、被処理液の溶解空気量が多いことと配管内滞留時間が短いことから、ポンプでの加圧だけではこの微細気泡の過半の被処理液への溶解に不足があるため、補強としてノズルから第２処理槽内の被処理液中に噴射される。この噴射によって噴射流近傍に負圧領域が形成されるので噴射流内の微細気泡が一旦膨張し、その下流部で圧力が回復することによって膨張した気泡が圧縮されることで分裂し、初期よりも径の小さい微細気泡になる。気泡径が小さくなると表面積が増加し、油粒子を吸着する性能が向上する。
【００１３】
しかし、気泡径が小さくなると浮上分離に必要な浮上速度が小さくなるので油分離性能が低下すると考えられる。そこで第２処理槽では被処理液を下部から上部へ向けて一様に流している。このため、微細気泡はこの被処理液の上昇速度と静止液体中を浮上する速度を合計した速度で処理槽内を上昇することになり、第１処理槽内で微細気泡が浮上する速度と同等以上にできる。
【００１４】
この結果、第１処理槽と同等径の微細気泡では油分離速度が遅い微細油粒子を、第２処理槽では短時間で分離でき、第１処理槽での大きめの油粒子分離の高い能力と合わせて、全体の油分離速度が速くなる。これらの効果によって、小さな処理槽でも直接排水路へ排出可能な低油分濃度にまで短時間でしかも確実に油水分離ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図に示す実施形態について説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明実施例の油水分離装置１０を示している。図１において、処理槽１１の内部は被処理液面位置６１よりも下方の仕切壁１３によって、第１処理槽８１と第２処理槽８２に区画してあり、遮蔽板１２により第２処理槽８２と浮上油受け部８３とに区画している。第１処理槽８１、第２処理槽８２は処理液を収容して油水分離を行ない、浮上油受け部８３では処理槽８１、８２で分離浮上し遮蔽板１２を溢流した油分６４を受ける。
【００１７】
この遮蔽板１２は、設計上の被処理液面位置６１および浮上油面位置６２より高くなるように配置してある。
【００１８】
処理槽１１の第１処理槽８１側の下方には大気泡分離器１４があり、大気泡分離器１４の内部には処理液を吐出するノズル（第１ノズル）３３があり、大気泡分離器１４から第１処理槽８１の上部に連通するように大気泡排出管１５が設けてある。大気泡分離器１４の上部に下端部を接続してある大気泡排出管１５はその上端部が処理液面位置６１近傍に開口するようにしてある。大気泡分離器１４は止む無く生じる大気泡を抜くものであるが、加圧しておらず上部は開放状態にあり、大気泡分離器１４から第１処理槽８１に吐出される微細気泡に影響しないようになっている。
【００１９】
第１処理槽８１には、油水分離されて浄化された被処理液を下部から排出する排出配管６８が設けてあり、この排出配管６８の途中にはバルブ６６を設けている。
【００２０】
第１処理槽８１の底部には被処理液循環系統を構成する配管３０が接続してあり、配管３０の途中にはバルブ３６を有し、配管３２を介して第１ポンプ３１に接続し、第１ポンプ３１の出口側は配管３５、空気溶解器３９を介して大気泡分離器１４内部に設けたノズル３３に接続している。なお、第１ポンプ３１出口の配管３５には第１ポンプ入口の配管３２とを接続する配管３７を設けており、この途中にはバルブ３８を設けている。
【００２１】
配管３２には空気を導入する空気供給管５１がバルブ５２を介して接続しており、更に、被処理液タンク１８から被処理液を導入する系統を構成する供給管２３を接続しており、供給管２３にはバルブ２２を設けている。
【００２２】
また、処理槽１１の第２処理槽８２下方には気泡発生筒１６を設けており、気泡発生筒１６の内部には被処理液を吐出するノズル（第２ノズル）４７を設けている。第１処理槽８１の底部には第２の処理液循環系統を構成する配管４２が接続してあり、配管４２の途中に設けているバルブ４４を介して第２ポンプ４１に接続し、第２ポンプ４１の出口側は配管４３を介して気泡発生筒１６内部に設けたノズル４７に接続している。なお、第２ポンプ４１出口の配管４３には第２ポンプ入口の配管４２とを接続する配管４５を設けており、配管４５の途中にはバルブ４６を設けている。
【００２３】
第２処理槽８２には清浄になった被処理液を下部から排出する排出配管６８が設けてあり、この排出配管６８は第１処理槽８１からの排出配管６７に接続しており、その位置はバルブ６６よりも上流側である。浮上油受け部８３の底部には、油分６４を排出する油分排出管６３を設けている。なお、供給管２３を第１処理槽８１の下部に接続してその途中にポンプを設置し、被処理液を第１処理槽８１に直接供給するようにしてもよい。
【００２４】
次にその動作を説明する。図１の油水分離装置１０は第１処理槽８１、第２処理槽８２に被処理液を一定量供給し、油水分離の処理を行った後に排出する、間歇運転法で処理する。
【００２５】
先ず、処理槽１１の第１処理槽８１に清水または処理済液を大気泡分離器１４の上端まで供給した状態で、第１ポンプ３１を運転する。この時、バルブ３６は開放状態にしてあり、バルブ３８は第１ポンプ３１の出口圧力が所定値になるように調節してある。この運転を行うと、第１処理槽８１内部の清水または処理済液は、第１ポンプ３１により配管３０から汲み上げられ、配管３２、３５や空気溶解器３９を経てノズル３３から大気泡分離器１４に吐出され、第１処理槽８１に戻る第１の被処理液循環（第１循環系）が行なわれる。
【００２６】
続いて第１の被処理液循環系統を運転しながら、第１ポンプ３１の入口圧力が負圧の所定値になるようにバルブ３６の開度を調節する。そして被処理液供給系統のバルブ２２を開放にすると、被処理液は第１ポンプ３１、配管３５、空気溶解器３９、ノズル３３を通って第１処理槽８１に供給され、さらに仕切壁１３の上部を通って第２処理槽８２にも供給される。被処理液面位置６１が所定位置に達したことが液面計７１によって検知されると、バルブ２２を閉じ被処理液供給を終了する。
【００２７】
次に負圧になっている空気供給管５１の途中に設けてあるバルブ５２を開くと、空気が吸引されるので所定量になるようにバルブ開度を調節する。流入した空気は配管３２内を流れる被処理液に混合し、第１ポンプ３１で加圧される過程で一部が被処理液に溶解する。溶解しきれなかった空気は第１ポンプ３１下流の空気溶解器３９で混合されることによって溶解量が増加し、空気の溶解した被処理液と一緒にノズル３３から大気泡分離器１４内に吐出する。
【００２８】
ノズル３３から吐出することで圧力の加わっていた液体および気体は減圧されるので、水に溶解していた空気は微細気泡となり、溶解しきれなかった空気の一部はそのまま微細気泡となり、残りは大気泡となる。空気溶解器３９を設けると内部での攪拌効果によって大気泡が細かくなり、気泡と液体との接触面積が増加するとともに滞留時間も長くなるので溶解空気量が増加し、大気泡は大幅に減少する。
【００２９】
つぎにノズル３３を出た被処理液と空気は大気泡分離器１４内部を旋回しながら流れ、中心部の圧力が低下することで逆流領域が形成され、空気が被処理液によってせん断される。この効果によって大気泡の一部が粉砕され、溶解空気とともに微細気泡となる。そして第１処理槽８１全体に微細気泡が存在する状態になる。被処理液に純水を用いるとこの微細気泡発生量は減少し、微細気泡径は大きくなる特性を有するが、上記の装置では純水を用いた場合でも不透明の乳白色状態になり、平均気泡径は４０〜５０μｍである。そして第１処理槽８１の底部、とくに大気泡分離器１４よりも下部は被処理液の下降流速が遅いために、第１処理槽８１内に存在する微細気泡のなかの特に微細な気泡が存在する。
【００３０】
つぎに第２処理槽８２では前記第１の被処理液循環系統を運転しながら、第１処理槽８１内の特に微細な気泡を含む被処理液を第１処理槽８１の底部から汲み出し、配管４２、バルブ４４を介して空気を混合することなく第２ポンプ４１で加圧して、配管４３を経て気泡発生筒１６内部のノズル４７から、槽内の被処理液中に被処理液を噴射する第２の循環系統（第２循環系）を運転する。この第２循環系統運転時には外部から空気を供給しない。
【００３１】
第２の循環系統では、第１処理槽８１から吸い込む被処理液に微細気泡を一様に含んでおり、被処理液の溶解空気量が多いことと配管内滞留時間が短いことから、ポンプでの加圧だけではこの微細気泡は被処理液にほとんど溶解しない。そして、ノズル４７から第２処理槽８２内の被処理液中に噴射されることによって噴射流近傍に負圧領域が形成され、噴射流内の微細気泡が一旦膨張し、その下流部で圧力が回復することによって膨張した気泡が圧縮されることで初期よりも径の小さい微細気泡（１０〜２０μｍ）になる。したがって、第２処理槽８２内は第１処理槽８１内よりも小さな微細気泡で満たされる。これらの小さな微細気泡には、第１処理槽８１内では吸着できなかった微細な油粒子が吸着され、浮上することで油分離が進行する。
【００３２】
被処理液油分濃度が所定値になるとバルブ５２を閉止し、第１ポンプ３１と第２ポンプ４１を停止する。そしてバルブ６６を開き、被処理液面位置６１が大気泡分離器１４の上面になるまで被処理液を排出して１回目の処理運転を終了する。２回目以降も同様の手順で油分離運転を繰り返す。この運転を繰り返すと浮上油が上部に溜まり、浮上油面位置６２と被処理液面位置６１との差が大きくなる。処理液面位置６１が遮蔽板１２と同一高さになるまで被処理液供給を続行することによって、浮上した油分は遮蔽板１２を溢流（オーバフロー）し、浮上油受け部８３へ流出させ、分離した油分６４は配管６３から回収する。
【００３３】
この排出時期は運転時間で決定するだけでなく、浮上油量、浮上油厚さを測定することによっても決定できる。
【００３４】
次に図２を用いて第１処理槽８１内部及び第２処理槽８２内部の被処理液流動状態と油分離機能を説明する。第１処理槽８１の下部には、ノズル３３から噴射した被処理液が微細気泡とともに大気泡分離器１４から流入する。微細気泡は密度が被処理液よりも小さいので浮上するが、この際に被処理液も同伴流となって上昇する流れが形成される。上昇流が存在すると同流量の下降流が第１処理槽８１内に形成される。
【００３５】
一方、第１処理槽８１の上部には第２処理槽８２から被処理液が流入しており、また、第１処理槽８１の底部には第１ポンプ３１へ被処理液を送る配管３０と、第２ポンプ４１へ被処理液を送る配管４２が接続しており、連続して被処理液を送っている。このために第１処理槽８１には底部に向かう下降流が形成される。微細気泡による油浮上分離を実現するためには油粒子が付着した微細気泡が一旦浮上した後に下降流によって第１処理槽８１の底部へ戻ることを防ぐ必要があり、第１処理槽８１の下降流速度が微細気泡の上昇速度よりも遅くなるように、第１処理槽８１の底面積をより大きく形成するのが良い。
【００３６】
しかし、微細気泡径は一様ではないので平均よりも小さい微細気泡は下降流によって下降しやすく、油吸着性能は高いが浮上分離性能は低い。したがって、第１処理槽８１では平均よりも大き目の微細気泡を活用して油を浮上分離することになる。
【００３７】
第２処理槽８２の下部には、ノズル４７から噴射した被処理液が微細気泡とともに気泡発生筒１６から低速で流入する。第２処理槽８２では被処理液が仕切壁１３の上部から第１処理槽８１へと排出される。このため第２処理槽８２内では被処理液が下部から上部へとゆるやかに流れ、微細気泡は密度が被処理液よりも小さいので、被処理液の上昇流に乗りながら被処理液よりもわずかに速い速度で浮上する。このように第２処理槽８２内は一方向のゆるやかな流れであるので下降流はほとんど存在せず、油の浮上分離に必要な微細気泡の上昇速度を第１処理槽８１と同等以上に設定することができる。なお、下降流がほとんど存在しないので、底面積は小さくても良い。
【００３８】
この結果、第２処理槽８２内では微細な油粒子を吸着しやすい非常に微細な気泡を活用して油粒子を高速で浮上分離できる。
【００３９】
本実施例と従来例の油分離特性を図３を用いて説明する。縦軸は対数表示の油分濃度であり、横軸は処理運転時間である。処理槽１１内の被処理液の初期油分濃度がＡであり、従来例では破線で示すように、油分濃度Ｂまでは処理運転時間に対してほぼ直線的に分離できる。しかし、油分濃度が低くなると、残留油粒子径が小さくなって径の大きい微細気泡では吸着しにくくなり、油分濃度の低下速度が小さくなる。この結果、排水基準の油分濃度Ｃまで分離する処理運転時間はＴ１となる。
【００４０】
本実施例では、実線で示すように初期油分濃度Ａから油分濃度Ｂ以下までほぼ直線的に分離でき、さらに排水基準の油分濃度Ｃまで分離した場合の油分濃度低減速度が小さくならず、全体の処理運転時間は従来法よりも短いＴ２で分離可能である。これは、油分濃度ＡからＢ近傍までは、比較的大きな粒子径の残留油が分離され、Ｂ以降は小さくなった粒子径の残留油が効率的に分離するためである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例を示す油水分離装置の全体系統図である。
【図２】同じく油水分離装置の処理槽内流動状態図である。
【図３】本発明の実施例と従来例を比較して示す油分離特性図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０…油水分離装置、１１…処理槽、１２…遮蔽板、１３…仕切壁、３１…第１ポンプ、３３…第１ノズル、３２、３５…配管、３９…空気溶解器、４１…第２ポンプ、４２、４３…配管、４７…第２ノズル、８１…第１処理槽、８２…第２処理槽、８３…浮上油受け部、３１、３３、３９…第１循環系、４１、４７…第２循環系。
【技術分野】
【０００１】
本発明は油水分離装置に係わり、特に、処理槽に送る被処理液に空気を供給しポンプで加圧して被処理液に空気の一部または全部を溶解させ、被処理液を処理槽の下部から空気を気泡として被処理液とともに吹き出させることによって、処理槽における被処理液に含まれる油分を気泡とともに浮上させ被処理液を水と油分とに分離させる浮上分離法による油水分離装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の浮上分離法による油水分離装置は、下記の特許文献１に記述されたものでは、大容量の処理槽からポンプで汲み上げた被処理液にポンプ入口で空気を混合し、ポンプ出口の気液混合手段（空気粉砕手段）で更に空気を混合・溶解させた後に被処理液を処理槽内に戻し、その際ノズル（又は圧力弁）から噴射、減圧することによって微細気泡を発生させて、この微細気泡が被処理液中の油分に付着することで油分が水中を浮上し、油と水分が分離するようにしている。
【特許文献１】特開２００５−２４６１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来技術において、気液混合手段（空気粉砕手段）の出口までに被処理液中に溶解できなかった空気は大部分が処理槽内で大気泡となり浮上分離性能を低下させるので、ノズルと処理槽をつなぐ大気泡分離器を設け、この大気泡分離器には大気泡のみを分離排出する大気泡排出管を設けている。
【０００４】
そして、この装置の油分離能力を高める１つの方法として被処理液中に溶解する空気量を多くすることがあるが、実現手段として気液混合手段の容積を大きくし、被処理液滞留時間を長くして溶解量を増加する方法では、装置が大型化しかつ処理時間がかかるという問題がある。
【０００５】
また、処理対象が空気圧縮機のドレンの場合は少量の被処理液が連続して排出され、大気中の水分量によってその流量および油分濃度が変化する。これを確実に処理するには最大の油分濃度の処理能力を備えていることが必要である。他方、ニーズとして油水分離装置自体の設置面積が小さく、処理槽を小型にすることが望まれる。
【０００６】
設置面積を単純に小型化すると、処理槽を深く（高く）しなければならず、処理槽内で上下する循環流が強くなり、一旦液面上まで浮上した油粒子が水の下降流に乗って処理槽底部近傍まで下降するため、油分濃度が一定値以下には下がらない。
【０００７】
油分分離性能を向上させるべく、圧力弁（ノズル）から大量の微細気泡を発生させるように圧力弁から噴出させる被処理液量を増加させると、処理槽内を上下する循環流は一層強くなり、油水分離性能が低下する。
【０００８】
本発明の目的は、小型の処理槽であっても低油分濃度まで高速で処理できる浮上分離法に基づく油水分離装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、処理槽に送る被処理液に空気を混合溶解せしめ、空気を混合溶解した被処理液を処理槽内の被処理液中に吐出し、被処理液に混合溶解した空気を気泡として処理槽内の被処理液に供給することによって被処理液中の油分を浮上させ油水の分離を行う油水分離装置において、前記処理槽は第１処理槽と第２処理槽からなり、第１処理槽に処理液を送る第１ポンプ、処理液に空気を混合溶解させる空気溶解器、およびこの空気溶解器からの空気を混合溶解した処理液を処理槽内の被処理液中に吐出する第１ノズルからなる第１循環系と、前記第１処理槽の気泡を含む被処理液を吸込む第２ポンプ、および吸込んだ被処理液を第２処理槽内に吐出して微細な気泡を供給する第２ノズルからなる第２循環系を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、前記第１処理槽の底面積を前記第２処理槽の底面積よりも大きくしたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明では、処理槽に送る被処理液に空気を混合せしめ、空気を含んだ被処理液を処理槽内の被処理液中に吐出し、被処理液に溶解した空気と溶解しなかった空気の一部を気泡として処理槽内の被処理液に供給することによって被処理液中の油分を浮上させ油水の分離を行う油水分離装置において、処理槽を被処理液液面下で水平方向に２つに分割する仕切壁を設けて第１処理槽と第２処理槽に分け、第１処理槽では被処理液に空気を混合溶解せしめ、空気を混合溶解した被処理液を処理部内の被処理液中にノズルを用いて吐出する第１循環系統を構成し、被処理液に混合溶解した空気を微細気泡として処理部内の被処理液に供給することによって被処理液中の油分を浮上させ、第２処理槽では第１処理槽から微細気泡を含む被処理液を汲み出し、空気を混合することなくポンプで加圧して処理槽下部のノズルから処理槽内の被処理液中に噴射する第２循環系統を構成する。第１処理槽と第２処理槽は液面を共有しており、処理運転中は被処理液が第２処理槽から第１処理槽へと連続して流れるようにした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第２処理槽の循環系統が第１処理槽から吸い込む被処理液に微細気泡を一様に含んでいるが、被処理液の溶解空気量が多いことと配管内滞留時間が短いことから、ポンプでの加圧だけではこの微細気泡の過半の被処理液への溶解に不足があるため、補強としてノズルから第２処理槽内の被処理液中に噴射される。この噴射によって噴射流近傍に負圧領域が形成されるので噴射流内の微細気泡が一旦膨張し、その下流部で圧力が回復することによって膨張した気泡が圧縮されることで分裂し、初期よりも径の小さい微細気泡になる。気泡径が小さくなると表面積が増加し、油粒子を吸着する性能が向上する。
【００１３】
しかし、気泡径が小さくなると浮上分離に必要な浮上速度が小さくなるので油分離性能が低下すると考えられる。そこで第２処理槽では被処理液を下部から上部へ向けて一様に流している。このため、微細気泡はこの被処理液の上昇速度と静止液体中を浮上する速度を合計した速度で処理槽内を上昇することになり、第１処理槽内で微細気泡が浮上する速度と同等以上にできる。
【００１４】
この結果、第１処理槽と同等径の微細気泡では油分離速度が遅い微細油粒子を、第２処理槽では短時間で分離でき、第１処理槽での大きめの油粒子分離の高い能力と合わせて、全体の油分離速度が速くなる。これらの効果によって、小さな処理槽でも直接排水路へ排出可能な低油分濃度にまで短時間でしかも確実に油水分離ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図に示す実施形態について説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明実施例の油水分離装置１０を示している。図１において、処理槽１１の内部は被処理液面位置６１よりも下方の仕切壁１３によって、第１処理槽８１と第２処理槽８２に区画してあり、遮蔽板１２により第２処理槽８２と浮上油受け部８３とに区画している。第１処理槽８１、第２処理槽８２は処理液を収容して油水分離を行ない、浮上油受け部８３では処理槽８１、８２で分離浮上し遮蔽板１２を溢流した油分６４を受ける。
【００１７】
この遮蔽板１２は、設計上の被処理液面位置６１および浮上油面位置６２より高くなるように配置してある。
【００１８】
処理槽１１の第１処理槽８１側の下方には大気泡分離器１４があり、大気泡分離器１４の内部には処理液を吐出するノズル（第１ノズル）３３があり、大気泡分離器１４から第１処理槽８１の上部に連通するように大気泡排出管１５が設けてある。大気泡分離器１４の上部に下端部を接続してある大気泡排出管１５はその上端部が処理液面位置６１近傍に開口するようにしてある。大気泡分離器１４は止む無く生じる大気泡を抜くものであるが、加圧しておらず上部は開放状態にあり、大気泡分離器１４から第１処理槽８１に吐出される微細気泡に影響しないようになっている。
【００１９】
第１処理槽８１には、油水分離されて浄化された被処理液を下部から排出する排出配管６８が設けてあり、この排出配管６８の途中にはバルブ６６を設けている。
【００２０】
第１処理槽８１の底部には被処理液循環系統を構成する配管３０が接続してあり、配管３０の途中にはバルブ３６を有し、配管３２を介して第１ポンプ３１に接続し、第１ポンプ３１の出口側は配管３５、空気溶解器３９を介して大気泡分離器１４内部に設けたノズル３３に接続している。なお、第１ポンプ３１出口の配管３５には第１ポンプ入口の配管３２とを接続する配管３７を設けており、この途中にはバルブ３８を設けている。
【００２１】
配管３２には空気を導入する空気供給管５１がバルブ５２を介して接続しており、更に、被処理液タンク１８から被処理液を導入する系統を構成する供給管２３を接続しており、供給管２３にはバルブ２２を設けている。
【００２２】
また、処理槽１１の第２処理槽８２下方には気泡発生筒１６を設けており、気泡発生筒１６の内部には被処理液を吐出するノズル（第２ノズル）４７を設けている。第１処理槽８１の底部には第２の処理液循環系統を構成する配管４２が接続してあり、配管４２の途中に設けているバルブ４４を介して第２ポンプ４１に接続し、第２ポンプ４１の出口側は配管４３を介して気泡発生筒１６内部に設けたノズル４７に接続している。なお、第２ポンプ４１出口の配管４３には第２ポンプ入口の配管４２とを接続する配管４５を設けており、配管４５の途中にはバルブ４６を設けている。
【００２３】
第２処理槽８２には清浄になった被処理液を下部から排出する排出配管６８が設けてあり、この排出配管６８は第１処理槽８１からの排出配管６７に接続しており、その位置はバルブ６６よりも上流側である。浮上油受け部８３の底部には、油分６４を排出する油分排出管６３を設けている。なお、供給管２３を第１処理槽８１の下部に接続してその途中にポンプを設置し、被処理液を第１処理槽８１に直接供給するようにしてもよい。
【００２４】
次にその動作を説明する。図１の油水分離装置１０は第１処理槽８１、第２処理槽８２に被処理液を一定量供給し、油水分離の処理を行った後に排出する、間歇運転法で処理する。
【００２５】
先ず、処理槽１１の第１処理槽８１に清水または処理済液を大気泡分離器１４の上端まで供給した状態で、第１ポンプ３１を運転する。この時、バルブ３６は開放状態にしてあり、バルブ３８は第１ポンプ３１の出口圧力が所定値になるように調節してある。この運転を行うと、第１処理槽８１内部の清水または処理済液は、第１ポンプ３１により配管３０から汲み上げられ、配管３２、３５や空気溶解器３９を経てノズル３３から大気泡分離器１４に吐出され、第１処理槽８１に戻る第１の被処理液循環（第１循環系）が行なわれる。
【００２６】
続いて第１の被処理液循環系統を運転しながら、第１ポンプ３１の入口圧力が負圧の所定値になるようにバルブ３６の開度を調節する。そして被処理液供給系統のバルブ２２を開放にすると、被処理液は第１ポンプ３１、配管３５、空気溶解器３９、ノズル３３を通って第１処理槽８１に供給され、さらに仕切壁１３の上部を通って第２処理槽８２にも供給される。被処理液面位置６１が所定位置に達したことが液面計７１によって検知されると、バルブ２２を閉じ被処理液供給を終了する。
【００２７】
次に負圧になっている空気供給管５１の途中に設けてあるバルブ５２を開くと、空気が吸引されるので所定量になるようにバルブ開度を調節する。流入した空気は配管３２内を流れる被処理液に混合し、第１ポンプ３１で加圧される過程で一部が被処理液に溶解する。溶解しきれなかった空気は第１ポンプ３１下流の空気溶解器３９で混合されることによって溶解量が増加し、空気の溶解した被処理液と一緒にノズル３３から大気泡分離器１４内に吐出する。
【００２８】
ノズル３３から吐出することで圧力の加わっていた液体および気体は減圧されるので、水に溶解していた空気は微細気泡となり、溶解しきれなかった空気の一部はそのまま微細気泡となり、残りは大気泡となる。空気溶解器３９を設けると内部での攪拌効果によって大気泡が細かくなり、気泡と液体との接触面積が増加するとともに滞留時間も長くなるので溶解空気量が増加し、大気泡は大幅に減少する。
【００２９】
つぎにノズル３３を出た被処理液と空気は大気泡分離器１４内部を旋回しながら流れ、中心部の圧力が低下することで逆流領域が形成され、空気が被処理液によってせん断される。この効果によって大気泡の一部が粉砕され、溶解空気とともに微細気泡となる。そして第１処理槽８１全体に微細気泡が存在する状態になる。被処理液に純水を用いるとこの微細気泡発生量は減少し、微細気泡径は大きくなる特性を有するが、上記の装置では純水を用いた場合でも不透明の乳白色状態になり、平均気泡径は４０〜５０μｍである。そして第１処理槽８１の底部、とくに大気泡分離器１４よりも下部は被処理液の下降流速が遅いために、第１処理槽８１内に存在する微細気泡のなかの特に微細な気泡が存在する。
【００３０】
つぎに第２処理槽８２では前記第１の被処理液循環系統を運転しながら、第１処理槽８１内の特に微細な気泡を含む被処理液を第１処理槽８１の底部から汲み出し、配管４２、バルブ４４を介して空気を混合することなく第２ポンプ４１で加圧して、配管４３を経て気泡発生筒１６内部のノズル４７から、槽内の被処理液中に被処理液を噴射する第２の循環系統（第２循環系）を運転する。この第２循環系統運転時には外部から空気を供給しない。
【００３１】
第２の循環系統では、第１処理槽８１から吸い込む被処理液に微細気泡を一様に含んでおり、被処理液の溶解空気量が多いことと配管内滞留時間が短いことから、ポンプでの加圧だけではこの微細気泡は被処理液にほとんど溶解しない。そして、ノズル４７から第２処理槽８２内の被処理液中に噴射されることによって噴射流近傍に負圧領域が形成され、噴射流内の微細気泡が一旦膨張し、その下流部で圧力が回復することによって膨張した気泡が圧縮されることで初期よりも径の小さい微細気泡（１０〜２０μｍ）になる。したがって、第２処理槽８２内は第１処理槽８１内よりも小さな微細気泡で満たされる。これらの小さな微細気泡には、第１処理槽８１内では吸着できなかった微細な油粒子が吸着され、浮上することで油分離が進行する。
【００３２】
被処理液油分濃度が所定値になるとバルブ５２を閉止し、第１ポンプ３１と第２ポンプ４１を停止する。そしてバルブ６６を開き、被処理液面位置６１が大気泡分離器１４の上面になるまで被処理液を排出して１回目の処理運転を終了する。２回目以降も同様の手順で油分離運転を繰り返す。この運転を繰り返すと浮上油が上部に溜まり、浮上油面位置６２と被処理液面位置６１との差が大きくなる。処理液面位置６１が遮蔽板１２と同一高さになるまで被処理液供給を続行することによって、浮上した油分は遮蔽板１２を溢流（オーバフロー）し、浮上油受け部８３へ流出させ、分離した油分６４は配管６３から回収する。
【００３３】
この排出時期は運転時間で決定するだけでなく、浮上油量、浮上油厚さを測定することによっても決定できる。
【００３４】
次に図２を用いて第１処理槽８１内部及び第２処理槽８２内部の被処理液流動状態と油分離機能を説明する。第１処理槽８１の下部には、ノズル３３から噴射した被処理液が微細気泡とともに大気泡分離器１４から流入する。微細気泡は密度が被処理液よりも小さいので浮上するが、この際に被処理液も同伴流となって上昇する流れが形成される。上昇流が存在すると同流量の下降流が第１処理槽８１内に形成される。
【００３５】
一方、第１処理槽８１の上部には第２処理槽８２から被処理液が流入しており、また、第１処理槽８１の底部には第１ポンプ３１へ被処理液を送る配管３０と、第２ポンプ４１へ被処理液を送る配管４２が接続しており、連続して被処理液を送っている。このために第１処理槽８１には底部に向かう下降流が形成される。微細気泡による油浮上分離を実現するためには油粒子が付着した微細気泡が一旦浮上した後に下降流によって第１処理槽８１の底部へ戻ることを防ぐ必要があり、第１処理槽８１の下降流速度が微細気泡の上昇速度よりも遅くなるように、第１処理槽８１の底面積をより大きく形成するのが良い。
【００３６】
しかし、微細気泡径は一様ではないので平均よりも小さい微細気泡は下降流によって下降しやすく、油吸着性能は高いが浮上分離性能は低い。したがって、第１処理槽８１では平均よりも大き目の微細気泡を活用して油を浮上分離することになる。
【００３７】
第２処理槽８２の下部には、ノズル４７から噴射した被処理液が微細気泡とともに気泡発生筒１６から低速で流入する。第２処理槽８２では被処理液が仕切壁１３の上部から第１処理槽８１へと排出される。このため第２処理槽８２内では被処理液が下部から上部へとゆるやかに流れ、微細気泡は密度が被処理液よりも小さいので、被処理液の上昇流に乗りながら被処理液よりもわずかに速い速度で浮上する。このように第２処理槽８２内は一方向のゆるやかな流れであるので下降流はほとんど存在せず、油の浮上分離に必要な微細気泡の上昇速度を第１処理槽８１と同等以上に設定することができる。なお、下降流がほとんど存在しないので、底面積は小さくても良い。
【００３８】
この結果、第２処理槽８２内では微細な油粒子を吸着しやすい非常に微細な気泡を活用して油粒子を高速で浮上分離できる。
【００３９】
本実施例と従来例の油分離特性を図３を用いて説明する。縦軸は対数表示の油分濃度であり、横軸は処理運転時間である。処理槽１１内の被処理液の初期油分濃度がＡであり、従来例では破線で示すように、油分濃度Ｂまでは処理運転時間に対してほぼ直線的に分離できる。しかし、油分濃度が低くなると、残留油粒子径が小さくなって径の大きい微細気泡では吸着しにくくなり、油分濃度の低下速度が小さくなる。この結果、排水基準の油分濃度Ｃまで分離する処理運転時間はＴ１となる。
【００４０】
本実施例では、実線で示すように初期油分濃度Ａから油分濃度Ｂ以下までほぼ直線的に分離でき、さらに排水基準の油分濃度Ｃまで分離した場合の油分濃度低減速度が小さくならず、全体の処理運転時間は従来法よりも短いＴ２で分離可能である。これは、油分濃度ＡからＢ近傍までは、比較的大きな粒子径の残留油が分離され、Ｂ以降は小さくなった粒子径の残留油が効率的に分離するためである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例を示す油水分離装置の全体系統図である。
【図２】同じく油水分離装置の処理槽内流動状態図である。
【図３】本発明の実施例と従来例を比較して示す油分離特性図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０…油水分離装置、１１…処理槽、１２…遮蔽板、１３…仕切壁、３１…第１ポンプ、３３…第１ノズル、３２、３５…配管、３９…空気溶解器、４１…第２ポンプ、４２、４３…配管、４７…第２ノズル、８１…第１処理槽、８２…第２処理槽、８３…浮上油受け部、３１、３３、３９…第１循環系、４１、４７…第２循環系。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理槽に送る被処理液に空気を混合溶解せしめ、空気を混合溶解した被処理液を処理槽内の被処理液中に吐出し、被処理液に混合溶解した空気を気泡として処理槽内の被処理液に供給することによって被処理液中の油分を浮上させ油水の分離を行う油水分離装置において、
前記処理槽は第１処理槽と第２処理槽からなり、第１処理槽に処理液を送る第１ポンプ、処理液に空気を混合溶解させる空気溶解器、およびこの空気溶解器からの空気を混合溶解した処理液を処理槽内の被処理液中に吐出する第１ノズルからなる第１循環系と、前記第１処理槽の気泡を含む被処理液を吸込む第２ポンプ、および吸込んだ被処理液を第２処理槽内に吐出して微細な気泡を供給する第２ノズルからなる第２循環系を備えたことを特徴とする油水分離装置。
【請求項２】
前記第１処理槽の底面積を前記第２処理槽の底面積よりも大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の油水分離装置。
【請求項１】
処理槽に送る被処理液に空気を混合溶解せしめ、空気を混合溶解した被処理液を処理槽内の被処理液中に吐出し、被処理液に混合溶解した空気を気泡として処理槽内の被処理液に供給することによって被処理液中の油分を浮上させ油水の分離を行う油水分離装置において、
前記処理槽は第１処理槽と第２処理槽からなり、第１処理槽に処理液を送る第１ポンプ、処理液に空気を混合溶解させる空気溶解器、およびこの空気溶解器からの空気を混合溶解した処理液を処理槽内の被処理液中に吐出する第１ノズルからなる第１循環系と、前記第１処理槽の気泡を含む被処理液を吸込む第２ポンプ、および吸込んだ被処理液を第２処理槽内に吐出して微細な気泡を供給する第２ノズルからなる第２循環系を備えたことを特徴とする油水分離装置。
【請求項２】
前記第１処理槽の底面積を前記第２処理槽の底面積よりも大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の油水分離装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−１８３８９０（Ｐ２００９−１８３８９０Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７６７６（Ｐ２００８−２７６７６）
【出願日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
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