(57)【要約】【課題】  含油水から低コストで効率よく油分を除去する方法を提供する。【解決手段】  随伴水に代表される含油水から油分を除去する方法であって、油分を吸着及び凝集させるタルク等の吸着凝集剤を、含油水中の該吸着凝集剤の濃度に対する含油水中の油分の濃度が所定の濃度比となるように含油水に添加する工程と、該吸着凝集剤が添加された含油水をろ過処理する工程とを含んでいる。該濃度比の調整は、含油水をクロスフロー方式のろ過処理で循環させることにより行うのが好ましく、また、該吸着凝集剤が添加された含油水のろ過処理を行う際の含油水中の油分及び吸着凝集剤の濃度をそれぞれＡ（ｍｇ／Ｌ）及びＢ（ｍｇ／Ｌ）としたとき、濃度比Ａ／Ｂが０.５以上１０以下であるのが好ましい。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
含油水から油分を除去する方法であって、油分を吸着及び凝集させる吸着凝集剤を、含油水中の該吸着凝集剤の濃度に対する含油水中の油分の濃度が所定の濃度比となるように含油水に添加する工程と、該吸着凝集剤が添加された含油水をろ過処理する工程とを含む含油水からの油分の除去方法。
【請求項２】
前記ろ過処理を行う際の含油水中の前記油分及び前記吸着凝集剤の濃度をそれぞれＡ（ｍｇ／Ｌ）及びＢ（ｍｇ／Ｌ）としたとき、濃度比Ａ／Ｂが０.５以上１０以下である、請求項１に記載の含油水からの油分の除去方法。
【請求項３】
前記吸着凝集剤がタルクからなる、請求項１又は２に記載の含油水からの油分の除去方法。
【請求項４】
前記所定の濃度比となるように、前記含油水を濃縮してから前記吸着凝集剤を添加するか、又は前記吸着凝集剤を添加してから前記含油水を濃縮するか、又は前記含油水を濃縮しながら前記吸着凝集剤を添加する、請求項１〜３のいずれかに記載の含油水からの油分の除去方法。
【請求項５】
前記含油水の濃縮をクロスフロー方式のろ過処理で行う、請求項４に記載の含油水からの油分の除去方法。
【請求項６】
前記含油水が随伴水である、請求項１〜５のいずれかに記載の含油水からの油分の除去方法。
【請求項７】
含油水の油分濃度を測定する油分濃度測定手段と、油分を吸着及び凝集させる吸着凝集剤を該油分濃度測定手段で得られた油分濃度に基づいて含油水に添加する添加手段と、該吸着凝集剤が添加された含油水をろ過処理するろ過手段とを備えた含油水から油分を除去する装置であって、含油水中の該吸着凝集剤濃度に対する油分濃度が所定の濃度比となるように該添加手段からの該吸着凝集剤の添加量を調整する含油水からの油分の除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油分を含む水から油分を除去する除去方法及び除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原油や天然ガスの採掘に伴って取り出される随伴水や石油精製プラントから排出される排水等には通常は油分が含まれており、環境保全の観点からそのまま海域や河川に放流することができない。そこで、これら油分を含んだ水（以降、含油水とも称する）から油分を取り除く処理が一般に行われている。含油水から油分を取り除く方法としては、油と水の比重差を利用した相分離法、凝集剤を添加して油分を沈殿させる凝集沈殿法等が一般に用いられている。
【０００３】
例えば特許文献１には、製油所で排出されるエマルジョンオイルを含んだ水に対してミョウバン等の凝固剤やアクリルアミドポリマー等の凝集剤を添加してエマルジョンオイルを凝集させた後、これを沈殿槽で沈殿させて油分を含まない水を上澄み液として得る方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００５／０９２４６９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、相分離法は含油水に混入しているフリーオイルは効率的に分離できるものの、細かな油滴状で水中に分散しているエマルジョンオイルは効率よく分離することができなかった。また、凝集沈殿法は処理される含油水の量が膨大になると沈殿槽の設置面積が広くなることが問題になっていた。特に近年は採掘の難しい井戸の出現などによって船舶や海洋リグ等のスペースに制限のある場所で処理することが求められるケースが増えており、広いスペースを必要とする凝集沈殿法は採用するのが難しい場合が多かった。
【０００６】
本発明は上記した従来の状況に鑑みてなされたものであり、含油水から低コストで効率よく油分を除去する除去方法及び除去装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明が提供する含油水からの油分の除去方法は、油分を吸着及び凝集させる吸着凝集剤を、含油水中の該吸着凝集剤の濃度に対する含油水中の油分の濃度が所定の濃度比となるように含油水に添加する工程と、該吸着凝集剤が添加された含油水をろ過処理する工程とを含むことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明が提供する含油水からの油分の除去装置は、含油水の油分濃度を測定する油分濃度測定手段と、油分を吸着及び凝集させる吸着凝集剤を該油分濃度測定手段で得られた油分濃度に基づいて含油水に添加する添加手段と、該吸着凝集剤が添加された含油水をろ過処理するろ過手段とを備えた除去装置であって、含油水中の該吸着凝集剤濃度に対する油分濃度が所定の濃度比となるように該添加手段からの該吸着凝集剤の添加量を調整することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、低コストで効率よく含油水から油分を除去することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る含油水からの油分の除去方法を好適に実施できる除去装置の概略のフロー図である。
【図２】タルク粒子が油分を吸着して凝集する様子を示す模式図である。
【図３】実施例で使用した含油水から油分を除去する実験装置の概略のフロー図である。
【図４】実施例で得られた膜差圧の変化の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図１を参照しながら本発明に係る含油水からの油分の除去方法の一実施形態について、含油水が随伴水である場合を例に挙げて説明する。井戸元から石油や随伴ガスと共に取り出される随伴水は、先ず図示しない３相分離装置やＣＰＩ（Ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ  Ｐｌａｔｅ  Ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｏｒ）セパレータ等によってフリーオイルとして存在する石油や随伴ガスが除去された後、受水槽１に受け入れられる。
【００１２】
受水槽１に受け入れられた随伴水にはフリーオイルはほとんど含まれていないが、容易には目視確認できない油滴状のエマルジョンオイル（乳化オイル）がノルマルヘキサン抽出物質濃度基準で１〜１０００ｍｇ／Ｌ程度液中に分散した状態で含まれている。この油分を含む随伴水を槽底部から抜き出して循環ポンプ２で所定の圧力まで昇圧した後、供給ライン３を経てろ過装置４に送る。
【００１３】
ろ過装置４は、例えば柱状のセラミックス製の多孔質体に軸方向に貫通する１又は複数本の流路が設けられたろ材で構成されており、この流路の内側を入口側の開口部から出口側の開口部に向けて随伴水が流れる間に、多孔質体に設けられた多数の微細な孔を随伴水中の一部の水分が通り抜ける。その際、これら微細な孔の孔径よりも大きな油分の塊や固形分は当該微細な孔を通り抜けることができないので、そのまま出口側の開口部に向かう。
【００１４】
このようにして流路の内壁面近傍を流れる一部の随伴水のろ過処理が行われ、柱状の多孔質体の外表面からろ液（透過液とも称する）が浸み出てくる。このろ液すなわち油分が除去された随伴水は、流量の調節を行う調節弁５を備えた透過ラインを経て透過液槽６に受け入れられる。一方、上記ろ過により分離された油分を含む随伴水は、ろ過処理が施されることのない流路の中央部分を流れる大部分の随伴水と共に流路の出口側開口部から排出された後、戻りライン７を経て濃縮液として受水槽１に戻される。
【００１５】
なお、透過液槽６に受け入れられた透過液は、必要に応じて更に活性炭等で処理して難分解性物質や重金属等が除去された後、海域等に放流されるか、あるいは灌漑水等の用途に再利用される。また、含油水に懸濁物質（ＳＳ）が含まれている場合は、この懸濁物質も上記したろ過処理によって除去される。
【００１６】
ろ過方式には上記のようなクロスフロー方式のほかにデッドエンド方式で行うこともできるが、ろ過面での目詰まりが生じにくく、且つ随伴水中の油分を濃縮しながら効率よくろ過処理を行うことが可能なクロスフロー方式がより好ましい。クロスフロー方式で含油水のろ過処理を行う場合は、一般に含油水を１.６ｍ／秒以上でろ過面に平行に流すのが好ましく、２.０ｍ／秒以上の流速でろ過面に平行に流すのがより好ましい。この流速が１.６ｍ／秒未満では、ろ過面に油膜が形成されやすくなり、この油膜がろ過を阻害するおそれがある。なお、流速の上限は、特に限定するものではないが、経済的な理由により４.０ｍ／秒以下にすることが好ましい。
【００１７】
前述したようにろ過の役割を担う多孔質体に設けられた多数の微細な孔は、全体に亘って略均質な孔径を有するものでもよいし、流路の内壁面から外側に向かって徐々に孔径が大きくなるものでもよい。いずれの場合でも少なくとも流路の内壁面部分での孔径が０.０１〜１.０μｍ程度であるのが好ましく、０.１〜０.５μｍ程度であるのがより好ましい。この孔径が０.０１μｍ未満では目詰まりが起こりやすくなり、安定な運転が継続できなくなるおそれがある。一方、１.０μｍを超えると油分が透過水側に流出するおそれがある。
【００１８】
上記多孔質体の材料であるセラミックスには、アルミナ、シリカ、チタニアなどの親水性のセラミックスを用いるのが好ましい。ろ過面となる流路の内壁面や多孔質体の孔内に油分が付着しにくく、付着しても容易に洗い流すことができるからである。なお、ろ材の材質には上記セラミックスのほかに有機膜を用いることができるが、有機膜は一般に親油性であるので含油水の処理にはセラミックスがより好ましい。また、セラミックスは有機膜に比べて一般に高い機械的強度を有しているので、逆洗を行う場合は高差圧をかけて効率よく逆洗できるという利点も有している。
【００１９】
上記したように親水性のセラミックスからなるろ材を用いて含油水をろ過処理することにより、ろ過面から油分がはじかれて水分のみの透過が容易になるので、ある程度油分と水分とを分離することができるが、より効率よく油分と水分とを分離するため、本実施形態ではろ過装置４の一次側を循環している随伴水にタルク材を添加している。
【００２０】
このように随伴水にタルク材を添加することにより、図２（ａ）の矢印の左側に示すように各タルク粒子Ｔが油滴状の油分Ｏを吸着し、更に図２（ａ）の矢印の右側に示すように油分Ｏを吸着したタルク粒子Ｔ同士が凝集する。これにより、細かな油滴状で水中に分散していた油分を凝集させてより大きな油の塊を形成することができるので、ろ材となる多孔質体の孔の目詰まりを起こしにくくすることができる。その結果、循環ポンプ２の吐出圧を低めに設定することが可能になり、設備コストや運転コストを抑えることができる。また、逆洗装置を設ける場合はその使用頻度を減らすことができるので、処理能力を高めることも可能になる。更に、後述するように、随伴水中のタルクの量に対する油分の量がより多い方が高い効率で油分を凝集させ得る場合があるので、随伴水中のこれらタルク及び油分の濃度を適切に調整することで必要以上にタルクを添加する必要がなくなり、経済的に随伴水を処理することが可能になる。
【００２１】
このように含油水に油分の吸着凝集剤として添加するタルク材の形状や大きさに特に制約はないが、取り扱いの容易さやエマルジョンオイルとして随伴水中に分散している油分の効率のよい吸着及び凝集のためには体積平均径１ｍｍ以下程度のタルクを使用するのが好ましい。また、吸着凝集剤はタルク材に限定されるものではなく、親油性の強い無機鉱物、例えばパーライト、有機ベントナイト、珪藻土、活性白土、酸性白土等を用いてもよい。
【００２２】
ところで、発明者らは随伴水にタルク材を添加してクロスフロー式でろ過処理を行う場合の運転条件について鋭意研究を行ったところ、随伴水中のタルク材の量に対する油分の量が多ければ多いほど、油分が凝集しやすくなる傾向があることを見出した。詳しい理由はよく分からないが、随伴水中の油分の濃度が低ければ図２（ｂ）に示すようにタルク粒子Ｔの表面に油分Ｏで被覆されていない部位が比較的広範囲に生じるためタルク粒子Ｔ同士の凝集が効率よく進まないが、随伴水中の油分の濃度がある程度高くなることによって、図２（ａ）の矢印の左側に示すようにタルク粒子Ｔの表面のほぼ全体を覆うように油分Ｏによる油膜が形成されやすくなり、その結果、油分を吸着したタルク粒子Ｔ同士がより効率よく凝集し、大きな油の塊が容易に形成されるためであると発明者らは推測している。
【００２３】
含油水中の吸着凝集剤の量に対する油分の量の具体的な値としては、含油水中の油分の濃度をＡ（ｍｇ／Ｌ）、含油水中の吸着凝集剤の濃度をＢ（ｍｇ／Ｌ）とした時、これらの濃度比Ａ／Ｂは０.５以上１０以下であるのが好ましく、０.８以上６以下であるのがより好ましい。この値が０.５未満では油分を吸着したタルクの凝集が起こりにくくなる。一方、この値が１０を超えるとタルクに吸着しない油分が増大し、効率的なろ過ができなくなる。
【００２４】
図１に示すフローでは、クロスフロー方式で随伴水中の油分を連続的に濃縮しながら単位時間当たり一定の量のタルク材を添加することで随伴水中のタルクの量に対する油分の量を上記した所定の範囲内に調整している。すなわち、透過ラインの調節弁５の開度や濃縮液の抜き出しラインの調節弁８の開度を調節することで透過液の流量を自在に変えることができるので、受水槽１に受け入れられる原水中の油分濃度が分かれば原水の供給量に対して透過液の流量と濃縮液の抜き出し流量とのバランス適切に調整することで、原水中の油分に対する循環する随伴水中の油分の濃縮度を調整でき、よって随伴水中の吸着凝集剤の量に対する油分の量の比を上記した所望の値に調整することができる。
【００２５】
具体的には、油田から取り出される随伴水の場合は、通常５００〜１,０００ｍｇ／Ｌ程度の油分がエマルジョンオイルとして随伴水に含まれており、上記した吸着凝集剤の量に対する油分の量となるようにするにはろ過装置４の一次側を循環する随伴水中の油分濃度を２,５００〜５０,０００ｍｇ／Ｌとする必要が生じた場合、クロスフロー方式のろ過処理により５〜５０倍に濃縮すればよい。例えば５倍濃縮する場合は、受水槽１に受け入れられる原水の流量１００に対して、透過液の流量８０となるように調節弁５及び調節弁８の開度を調節すればよい。なお、調節弁８を備えた濃縮液抜き出しラインから抜き出される濃縮液は、必要に応じて濃縮液処理工程で処理される。
【００２６】
実際の操業では、例えば原水中の油分を油分濃度計などの油分濃度測定手段で連続的又は定期的に測定し、これにより得られる油分濃度に基づいて好適な濃度比Ａ／Ｂとなるようにタルクなどの吸着凝集剤を薬剤供給装置などの添加手段を用いて添加してから上記したセラミックス製多孔質体などのろ過手段を用いてろ過処理すればよい。その際、原水の油分濃度が十分に高い場合は原水を濃縮せずにそのまま吸着凝集剤を加えてろ過してもよいが、一般的には前述したように原水を濃縮する工程が含まれる。
【００２７】
この原水の濃縮工程は、吸着凝集剤の添加前でもよいし、吸着凝集剤の添加後でもよい。あるいは、吸着凝集剤を添加しながら原水の油分濃度を濃縮してもよい。特に、濃縮工程に前述したクロスフロー方式のろ過システムを採用することによって、油分濃度の濃縮と吸着凝集剤の添加とろ過処理とを一度に行うことができるので極めて経済的な操業が実現する。なお、好適な濃度比Ａ／Ｂは、サンプリングした原水を用いて予め実験しておくことで定めることができる。
【００２８】
以上、本発明の含油水からの油分の除去方法の一実施形態を、油分を含む水が随伴水である場合を例に挙げて説明したが、本発明はかかる一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨から逸脱しない範囲の種々の態様で実施することができる。例えば、ろ過装置に高圧エアコンプレッサなどの逆洗装置を設けてろ過装置の透過液側（二次側とも称する）から濃縮液側（一次側とも称する）に向けて定期的に逆圧をかけて多孔質体の孔の目詰まり物質を除去する逆洗を行ってもよい。また、含油水は上記した随伴水のほか、石油精製プラントやＬＮＧプラントなどの各種プラントから排出される油分を含んだ排水、オイルタンカー等の事故で漏出したオイルを含む海水などであっても好適に実施することができる。
【実施例】
【００２９】
図３のフロー図に示すような濃縮槽１１、循環ポンプ１２、ろ過装置１３、及びろ過ポンプ１４からなる実験装置を組み立てた。ろ過装置１３には、クロスフロー方式でろ過処理できるように、ベンチ試験用のセラミック製多孔質体（外径３０ｍｍ×長さ１,０００ｍｍ、孔径０.１μｍ）を用いた。この濃縮槽１１に原水として油田から採取した懸濁物質（ＳＳ）及び２８０ｍｇ／Ｌの油分を含む随伴水を受け入れた後、この随伴水を循環ポンプ１２を用いて濃縮槽１１とろ過装置１３との間で循環させながら３ｍ３／日／ｍ２の流束でろ過処理を行った。その際、ろ過装置１３からの透過液は排出ライン１５を経て排出しながらろ過処理を行うことにより、循環している随伴水中の油分及び懸濁物質の濃縮を行った。
【００３０】
しばらくして循環している随伴水中の油分の濃縮倍率が原水に対して２倍になった時点でろ過ポンプ１４の吐出側ラインを排出ライン１５から回収ライン１６に切り替え、透過液を濃縮槽１１に戻しながら更にろ過を継続した。同時に濃縮槽１１内の随伴水にタルク材（体積平均径約１４.７μｍ）を循環している随伴水中の濃度で６００ｍｇ／Ｌとなるように添加した。このようにして得た試料１の随伴水を、油分濃度及びタルク濃度が一定の条件下でろ過処理を行い、ろ材の膜差圧（（Ｐ１＋Ｐ２）／２−Ｐ３）の変化を測定した。
【００３１】
また、クロスフロー方式でのろ過処理による濃縮の時間を長くすることで油分の濃縮倍率を原水に対して２５倍にし、これにタルク材を濃度１,２００ｍｇ／Ｌとなるように添加した以外は試料１と同様に調製した試料２の随伴水、及びクロスフロー方式でのろ過処理による濃縮の時間を更に長くすることで油分の濃縮倍率を原水に対して３０.４倍にし、これにタルク材を濃度６,０００ｍｇ／Ｌとなるように添加した以外は試料１と同様に調製した試料３の随伴水についても、それぞれ試料１の随伴水と同様にして油分濃度及びタルク濃度が一定の条件下でろ過処理を行い、ろ材の膜差圧（（Ｐ１＋Ｐ２）／２−Ｐ３）の変化を測定した。
【００３２】
これら試料１〜３の随伴水をろ過処理した時の水温補正膜差圧（水温が２５℃のときの膜差圧）の変化を横軸を時間にして表したグラフを図４に示す。また、試料１〜３の濃縮倍率、濃縮液側の油分濃度及びタルク濃度並びにこれらの比、透過液側の油分濃度及びＳＳ濃度をまとめたものを下記表１に示す。この図４の試料１〜３の結果から、随伴水にタルクを、随伴水中のタルク濃度に対する随伴水中の油分濃度の比を調整しながら添加してからろ過処理することにより長時間に亘って目詰まりさせることなく良好にろ過処理できることが分かる。
【００３３】
特に、含油水中の吸着凝集剤に対する油分の濃度比Ａ／Ｂがそれぞれ５.８３及び１.４２であった試料２及び３の結果と、０.９３であった試料１の結果とを比較して分かるように、随伴水中の油分濃度を高めて吸着凝集剤の量に対する油分の量を多くして濃度比Ａ／Ｂを高めた方が、より長時間に亘って膜差圧を低く維持することができる。更に、試料２と３の結果から、吸着凝集剤の量に対する油分の量をあまり高くしすぎると再び膜差圧が上昇する傾向があることが分かる。
【００３４】
【表１】
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【符号の説明】
【００３５】
１      受水槽
２      循環ポンプ
３      供給ライン
４      ろ過装置
５      調節弁
６      透過液槽
７      戻りライン
８      調節弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
2015167877.tif 000006
【図４】
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