(57)【要約】  連続多孔質構造で炭化水素からなる樹脂と、前記樹脂の連続多孔質構造の表面又は内部に強磁性の部材が保持されていることを特徴とする油分吸収材。汚水中の油分を回収する油分回収装置において、油分吸収材と汚水とを接触させる処理槽と、前記汚水中の油分を吸着した前記油分吸収材を回収し磁性を有する磁性機構と、回収された前記油分吸収材を加圧する加圧機構と、前記加圧する機構の下方に設けられた油分回収槽とを備えることを特徴とする油分回収装置。
2015040680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続多孔質構造で炭化水素からなる樹脂と、前記樹脂の連続多孔質構造の表面又は内部に強磁性の部材が保持されていることを特徴とする油分吸収材。
【請求項２】
請求項1において、前記油分吸収材の形状が直方体であることを特徴とする油分吸収材。
【請求項３】
請求項1において、前記強磁性の部材が粒子状であることを特徴とする油分吸収材。
【請求項４】
請求項1において、前記強磁性の部材が繊維状であることを特徴とする油分吸収材。
【請求項５】
請求項1において、前記強磁性の部材が箔状であることを特徴とする油分吸収材。
【請求項６】
汚水中の油分を回収する油分回収装置において、
油分吸収材と汚水とを接触させる処理槽と、
前記汚水中の油分を吸着した前記油分吸収材を回収し磁性を有する磁性機構と、
回収された前記油分吸収材を加圧する加圧機構と、
前記加圧する機構の下方に設けられた油分回収槽と
を備えることを特徴とする油分回収装置。
【請求項７】
請求項7において、加圧された前記油分吸収材を前記処理槽に投入する機構を備えることを特徴とする油分回収装置。
【請求項８】
請求項7において、前記磁性機構に回収された前記油分吸収材の水分を除去する除去機構を備え、前記加圧機構は前記除去機構で水分を除去された前記油分吸収材を加圧することを特徴とする油分回収装置。
【請求項９】
請求項7において、前記処理槽に酸を添加する機構を備えることを特徴とする油分吸収装置。
【請求項１０】
汚水中の油分を回収する油分回収装置において、
油分吸収材と汚水とを接触させる処理槽と、
前記汚水中の油分を吸着した前記油分吸収材を回収する複数のローラーと、
回収された前記油分吸収材を前記複数のローラーの何れかと共に加圧する加圧ローラーと、
前記加圧する機構の下方に設けられた油分回収槽と
を備えることを特徴とする油分回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚水中の油分を回収する油分吸収材、及び、それを用いた油分回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
長期間採掘を進めた油田では油分が僅かで随伴水と呼ばれる水分が大量に回収される。これは油分を含んでいるので、河川、或いは海洋に放流することができず、地下に圧入するのが一般的である。【０００３】
また、オイルサンドは重質油が付着した砂である。オイルサンドから油分を回収する際は蒸気、或いは熱水をオイルサンドに投入し、オイルサンドを加温し重質油の成分の粘度を下げ、蒸気、或いは熱水由来の水と一緒に回収後、水より比重が小さい油分を回収し、水と重質油の混合物、いわゆる随伴水はため池に貯留するのが一般的である。【０００４】
このように、随伴水は資源である油分を含んでいながら、油分を含んだ汚水として廃棄されてきたため、含有されている油分は今まで活用されてきていなかった。【０００５】
ところで、随伴水等の油分を含んだ汚水から油分を回収し除去する技術として特許文献1のものがある。特許文献1には、水不溶性有機ポリマー粒子と磁性粉とを樹脂バインダーで結合した油分吸着機能性粒子を含む水処理用組成物により排水等に含まれる油分を吸着することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2010-5489号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献1では、油分の付着した吸着材から油分を除去して再生させるために、環境負荷のある有機溶媒で吸着剤を洗浄する必要がある。しかも洗浄時の油分には有機溶媒が含まれ、資源として活用し難いものとなっている。【０００８】
本発明の目的は、有機溶媒を使用せずに油分吸収材を再生し、油分を回収することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、請求項に記載の発明により達成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、有機溶媒を使用せずに油分吸収材を再生し、油分を回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】油分吸収材の構造の模式図である。
【図２】油分吸収材の製法の模式図である。
【図３】油分吸収材の構造の模式図である。
【図４】油分吸収材の製法の模式図である。
【図５】油分吸収材の構造の模式図である。
【図６】油分吸収材の構造の模式図である。
【図７】油分吸収材の製法の模式図である。
【図８】油分回収装置の模式図である。
【図９】油分回収装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。
1.油分吸収材
（1）構成
本実施形態の油分吸収材は、連続多孔質構造の炭化水素樹脂、及び磁気の力で引き寄せられる性質のある強磁性の金属部材、又は強磁性金属の酸化物部材を含む複合体である。
【００１３】
なお、本実施形態で炭化水素系樹脂とは、炭素、及び水素からなる樹脂を意味している。
（A）連続多孔質構造の炭化水素樹脂
連続多孔質構造の炭化水素樹脂は化学構造の主構造が炭化水素である油分と化学構造が近いため、樹脂表面に油分を付着させやすい。また多孔質が連なった構造を採ることにより、油分吸収材の外側表面だけでなく内表面にも油分を吸着可能のため、単位体積あたりの表面積が増え、より大量の油分を吸収することが可能となる。更に後述する油分回収装置では油分吸収材を加圧することにより、油分吸収材が縮み、それに伴い、内部に吸収した油分を排出する。こうして油分を回収可能となる。一度回収に使用した油分吸収材は内部の油分を放出した後は再度油分回収に用いることが可能となる。
【００１４】
ところで上記特許文献1では表面積を増大させるため多孔質にすることが好ましいとあるが、表面積を増大させる具体的な方法の記載は無い。また多孔質でも独立多孔質の場合は、吸収材内部まで油分を吸着させることは困難であり、単位体積当たりの油分吸着量が小さくなる。本実施形態のように連続多孔質にすることにより、吸収材の内部まで汚水が浸透し、油分が吸着できるようになる。また、加圧により吸収材をつぶすことで、内部の空隙が狭くなり、油分が押し出される。こうして油分を回収でき、且つ油分吸収材を再生することが可能となる。
（B）強磁性の金属部材、強磁性金属の酸化物部材
磁気の力で引き寄せられる性質のある強磁性の金属、又は強磁性金属の酸化物部材を本明細書では金属部材と記述する。この油分吸収材の表面、又は内部にこれら金属部材を内包又は保持させることにより、磁気によって油分吸収材を回収することが可能となる。後述の油分回収装置は磁気力により、油分吸収材を回収し、そこから油分を回収する機構を有している。
(2)材質
本実施形態の油分吸収材の材質を下記する。
（A）炭化水素系樹脂
構成元素が炭素、及び水素からなる炭化水素系樹脂としてはポリエチレン、ポリプロピレンが挙げられる。これら樹脂は汎用的な樹脂として社会全般で大量に使われているため、価格も安価で入手しやすい。これ以外の樹脂としては環状炭化水素樹脂もあるが、価格面ではポリエチレン、ポリプロピレンに比べると高価である。ただし、樹脂がアモルファス構造であり、分子鎖同士の相互作用が強いため、樹脂として物理的強度が高く、後述する油分回収装置で油分回収のため頻繁に加圧されても樹脂が裂けにくく、多数回の繰り返し使用に耐える特徴がある。
【００１５】
また連続多孔質構造とすることにより、油分を大量に付着させ、且つ加圧により付着した油分を排出することが可能である。多孔質化することにより比重はバルクの炭化水素系樹脂より極めて小さくなる。通常の多孔質部材の製法でも台所などで使われるスポンジ同様、密度はバルクの2〜10％程度まで小さくすることが可能である。
（B）金属部材
金属部材は永久磁石、又は電磁石から発生する磁力により引き付けられる部材であればよい。そのため、材質は強磁性を示す鉄、コバルト若しくはニッケル等の金属、又はその酸化物であるフェライト等が挙げられる。
(3)形状・製法
油分吸収材の形状は、球状、直方体状、シート状等、特に限定は無い。図1に示すように(a)球状又は(b)直方体状構造の連続多孔質炭化水素系樹脂1の内部又は表面に強磁性の金属部材2をドープする。但し、製造が容易な点で直方体構造が望ましい。製造方法の概略は後述する図2、4、7に示す。
【００１６】
次に金属部材が粉末状、箔状、網状、細線状の場合でドープする方法を下記する。なお、ここに示す以外の方法でドープしてもかまわない。
（A）金属部材が粉末状の場合
図2に示すように、油分吸収材に粉末状の金属部材をドープする場合は、シート状の連続多孔質炭化水素系樹脂3の表面に粉末状の金属部材4を載せ、誘導加熱により、金属部材のみを加熱する。
【００１７】
これにより、高温となった金属部材は連続多孔質炭化水素系樹脂の接触している部分を溶解する。更に連続多孔質炭化水素系樹脂に比べて比重が大きいので、溶解した部分から、連続多孔質炭化水素系樹脂の内部に沈む形で入り込んでいく。誘導加熱を止めると金属部材が冷えて連続多孔質炭化水素系樹脂を溶解しなくなるので、金属部材は連続多孔質炭化水素系樹脂の中に留まる。金属部材と複合化した連続多孔質炭化水素系樹脂を適宜切断すると、粉末状の金属部材をドープした油分吸収材5を製することが可能となる。
（B）金属部材が箔状の場合
図3に箔状の金属部材6を連続多孔質炭化水素系樹脂1の表面に形成したものを示す。
【００１８】
図4に示すようにシート状の連続多孔質炭化水素系樹脂3の1つの面を覆うサイズの箔状の金属部材7を接触させる。この状態でシート表面が僅かに溶解するレベルまで金属の薄膜を誘導加熱し、連続多孔質炭化水素系樹脂表面に接着する。この状態で直方体状に切断することにより図3に示すような箔状の金属部材を有する油分吸収材8を製する。箔状の金属部材を用いると、油分吸収材の外面に金属部材が接着されるので、油分吸収材の外面に磁石成分が集中するため、磁気回収する際に磁石にくっつきやすくなる。
【００１９】
図5に示す網状の金属部材を有する油分吸収材9の場合は箔状の金属部材6の代わりにメッシュ状の金属部材10を用いることにより箔状の金属部材を有する油分吸収材8と同様の方法で形成可能である。メッシュ状の金属部材を用いる場合も、油分吸収材の外面に金属部材が接着されるので、油分吸収材の外面に磁石成分が集中するため、磁気回収する際に磁石にくっつきやすくなる。
（C）金属部材が細線状の場合
細線状の金属部材11を連続多孔質炭化水素系樹脂の表面に形成する方法を図6に示す。
【００２０】
図7に示すように連続多孔質炭化水素系樹脂シートの1つの面に細線状の金属部材12を刺し、押し込む。この状態で直方体状に切断することにより図6に示すような細線状の金属部材を有する油分吸収材13を製する。
2.油分回収装置
本実施形態の油分回収装置の一例を図8に示す。
【００２１】
処理槽21中で攪拌機構22で攪拌されている随伴水（汚水）の中に油分吸収材23を加える。加えられた油分吸収材は随伴水中の油分を吸収する。その後、磁性を帯びたローラー24に引き寄せられ、付着し回収される。このときローラー表面がメッシュ状になっていると、付着した水分25は油分吸収材から除去される。この水分25は油分が少なければ河川に放流するか、地下に圧入され、油分が多い場合は随伴水中に戻される。ローラー上の油分吸収材はスクライバー26でローラーから剥離され、カゴ27の中に集められる。その後、カゴ27を遠心分離器で回転させ、油分吸収材表面に付着している水分25を除く。
【００２２】
カゴの中に入っている油分吸収材を、上から圧縮冶具28により圧縮する。このとき、油分吸収材が吸収してきた油分29が細い空隙から染み出してきて、下にある回収槽30に回収される。その後、油分吸収材は再び搬送機器31を使って随伴水中に投下され、上記プロセスを行う。
【００２３】
こうして環境負荷の高い有機溶媒を使用することなく油分吸収材を再生して繰り返し使うことが可能となり、有機溶媒を含まない油分を回収することができる。そして、廃棄物の少ない油分回収プロセスを構築することが可能となる。
【００２４】
なお、随伴水中には炭化水素の一部が酸化されたことにより、カルボキシル基を有する有機酸が含まれている場合もある。また随伴水中ではカルボキシル基がアンモニウム塩又はアルカリ金属塩となっている場合が多い。そこで塩酸、硫酸、硝酸等の無機の酸を加えることにより随伴水中に含まれている水溶性の有機酸塩を疎水性の有機酸に変換することが可能となり、本実施形態の油分吸収材を用いて回収しやすくなる。具体的には酸のタンク32から配管33を通って随伴水中に酸の水溶液を投入する。これにより、有機酸塩となっていた有機物が疎水性の有機酸に変化する。有機酸を回収することにより油分回収率が更に向上する。
【００２５】
また油分回収装置の一例を図9に示す。
【００２６】
処理槽34中の随伴水の中に布状の油分吸収材35を通す。油分吸収材は複数のローラー36〜45により随伴水中を移動し、その際油分吸収材は随伴水中の油分を吸収する。その後、加圧ローラー46で油分吸収材を加圧し、吸収した油分47が油分吸収材から排出され、バット48に回収される。油分吸収材はループ状になっていて、油分を絞った後の油分吸収材は再度随伴水に通される。
【００２７】
本実施形態では油分吸収材は強磁性体を有する必要はない。ただ、ローラーの形状に対応するため、薄いシート状である必要がある。なお、シート状にした場合は油分を吸収し重くなった場合、シートが破ける等の問題を生じる恐れがある。そこで、シート内部に繊維を織り込んで耐久性を向上させるのが望ましい。
【００２８】
また、強磁性金属の繊維を織り込んだシートとすれば、磁気によってシートを回収可能となるため、図9に示す構成の装置が不要となる。シート形状のものは例えばタンカー等の船舶から原油等の油分が漏洩した場合、油分が浮かんでいる領域に敷き、油分吸収材が油分を吸収したら、磁気により回収し、その後絞って油分を回収後、再び油分が浮かんでいる領域に敷くという操作を繰り返すことにより油分を回収することが可能となる。
【実施例１】
【００２９】
実施例1は油分吸収材の製法、並びに使い方について説明する。
(1)油分吸収材の製法
（A）粉末の金属部材を用いた場合
本実施例では炭化水素系樹脂としてポリエチレンを用いて実験を行う。具体的には空隙率95体積％、厚さ5mmのポリエチレン製連続多孔質部材の上に、平均粒子径が約50μmの鉄粉（金属部材）を1g／cm2の割合で載せる。この状態で市販のIHヒーターで誘導加熱を行い、鉄粉を加熱する。すると、ポリエチレン製連続多孔質部材が溶解を始めるので、その状態で加熱を終了する。すると、鉄粉の一部（主にポリエチレン製連続多孔質部材に接している分）がポリエチレン製連続多孔質部材の内部に入り込み、結果としてこの部材に固定化される。固定されなかった鉄粉は電気掃除機等で吸引して除去する。【００３０】
この後多孔質部材を5mm角に切断し油分吸収材を得る。これを油分吸収材Aとする。吸引された鉄粉の重量から算出すると鉄粉の約40％が油分吸収材Aにドープされていると算出された。この値から計算すると1個あたりの油分吸収材Aに鉄粉が0.1ｇドープされていると見積もられた。なお、油分吸収材Aの１個の平均重量は0.1063ｇであった。
（B）箔状の金属部材を用いた場合
厚さが約50μm（0.04g/cm2）の鉄板表面をサンドペーパーで擦り、表面に数μmの凹凸を形成する。次にこの鉄板をIHヒーターの上に凹凸面が上になるように載せる。この鉄板の上に厚さ5mmのポリエチレン製連続多孔質部材を載せる。この状態で市販のIHヒーターで誘導加熱を行い、鉄板を加熱する。すると、ポリエチレン製連続多孔質部材の鉄板と接している面が溶解を始めるので、その状態で加熱を終了する。すると、鉄板がポリエチレン製連続多孔質部材に固定化される。【００３１】
この後多孔質部材を5mm角に切断し油分吸収材を得る。これを油分吸収材Bとする。なお、油分吸収材Bの１個の平均重量は0.0163ｇであった。
（C）メッシュ状の金属部材を用いた場合
太さ0.2mmの円筒状鉄製細線が縦横とも0.2mmの間隔で配置されているメッシュをIHヒーターの上に載せる。このメッシュの上に厚さ5mmのポリエチレン製連続多孔質部材を載せる。この状態で市販のIHヒーターで誘導加熱を行い、メッシュを加熱する。すると、ポリエチレン製連続多孔質部材のメッシュと接している面が溶解を始めるので、その状態で加熱を終了する。すると、メッシュがポリエチレン製連続多孔質部材に固定化される。【００３２】
この後多孔質部材を5mm角に切断し油分吸収材を得る。これを油分吸収材Cとする。なお、油分吸収材Cの１個の平均重量は0.161ｇであった。
（D）細線状の金属部材を用いた場合
太さ0.5mmの鉄製細線を厚さ5mmのポリエチレン製連続多孔質部材に1mm間隔で突き刺す。その後、この後多孔質部材を5mm角に切断し油分吸収材を得る。これを油分吸収材Dとする。なお、油分吸収材Dの１個の平均重量は0.045ｇであった。
(2)油分回収試験
平均炭素数10の飽和炭化水素が1000ppm、これに界面活性剤としてオクタン酸ナトリウム100ppmが加えられた模擬随伴水１リットルに、上記で試作した油分吸収材を10個投入し模擬随伴水を撹拌した後、磁石を用いて油分吸収材を回収する。回収した油分回収材を金属のかごに入れ、かごを回転させることにより、油分吸収材表面に付着した水を除去する。その後、かごの下にバットを置き、油分吸収材を上から押すと油分が表面から排出され、かごの目をくぐってバットに落ちる。バットに回収された油分の重量を測定したところ油分回収材A〜Dのいずれを用いた場合も約1.05ｇであった。模擬随伴水１リットルには平均炭素数10の飽和炭化水素とオクタン酸ナトリウムは合計で1.1ｇ含まれているので、模擬随伴水中の90％以上が回収されたことを確認した。【００３３】
以上よりポリエチレン製連続多孔質部材と金属部材を有する本実施例の油分吸収材を用いることにより随伴水中の油分を回収できることが確認できた。
【実施例２】
【００３４】
本実施例では炭化水素系樹脂としてポリエチレンの代わりにポリプロピレンを用いて実験を行う。具体的には空隙率95体積％、厚さ5mmのポリエチレン製連続多孔質部材の代わりに空隙率95体積％、厚さ5mmのポリプロピレン製連続多孔質部材を用いる以外は実施例と同様にして油分吸収材を作製した。【００３５】
なお、粉末の金属部材を用いて作製した油分吸収材をE、箔状の金属部材を用いて作製した油分吸収材をF、メッシュ状の金属部材を用いて作製した油分吸収材をG、細線状の金属部材を用いて作製した油分吸収材をHとする。【００３６】
油分回収材A〜Dの代わりに油分吸収材E〜Hを用いる以外は実施例1と同様の油分回収試験を行った。その結果、バットに回収された油分の重量を測定したところ油分回収材E〜Hのいずれを用いた場合も約1.05ｇであった。模擬随伴水１リットルには平均炭素数10の飽和炭化水素とオクタン酸ナトリウムは合計で1.1ｇ含まれているので、模擬随伴水中の90％以上が回収されたことを確認した。【００３７】
以上より、炭化水素系樹脂からなる連続多孔質部材と金属部材からなる本実施例の油分吸収材を用いることにより随伴水中の油分を回収できることが確認できた。
【実施例３】
【００３８】
本実施例では、図8に示す油分回収装置を用いて油分を回収する検討を記す。【００３９】
実施例1で用いた模擬随伴水100リットルの入った処理槽に実施例1で製作した油分吸収材Cを1,000個加え、撹拌、磁性を帯びたローラーでの回収、スクライバーでのひき剥がし、かごを使った水分除去、加圧冶具を用いた油分回収を行った。その結果、模擬随伴水から油分を105ｇ回収した。模擬随伴水100リットルには平均炭素数10の飽和炭化水素とオクタン酸ナトリウムは合計で110ｇ含まれているので、模擬随伴水中の90％以上が回収されたことを確認した。
【符号の説明】
【００４０】
1…連続多孔質炭化水素系樹脂
2…金属部材
3…シート状の連続多孔質炭化水素系樹脂
4…粉末状の金属部材
5…粉末状の金属部材をドープした油分吸収材
6…箔状の金属部材
7…シート状の連続多孔質炭化水素系樹脂の1つの面を覆うサイズの箔状の金属部材
8…箔状の金属部材を有する油分吸収材
9…網状の金属部材を有する油分吸収材
10…メッシュ状の金属部材
11…細線状の金属部材
12…細線状の金属部材
13…細線状の金属部材を有する油分吸収材
21…処理槽
22…攪拌機構
23…油分吸収材
24…磁性を帯びたローラー
25…水分
26…スクライバー
27…カゴ
28…圧縮冶具
29…油分
30…回収槽
31…搬送機器
32…酸のタンク
33…配管
34…処理槽
35…布状の油分吸収材
36…ローラー
37…ローラー
38…ローラー
39…ローラー
40…ローラー
41…ローラー
42…ローラー
43…ローラー
44…ローラー
45…ローラー
46…加圧ローラー
47…油分
48…バット
【図１】
2015040680.tif 000003
【図２】
2015040680.tif 000004
【図３】
2015040680.tif 000005
【図４】
2015040680.tif 000006
【図５】
2015040680.tif 000007
【図６】
2015040680.tif 000008
【図７】
2015040680.tif 000009
【図８】
2015040680.tif 000010
【図９】
2015040680.tif 000011
【国際調査報告】
2015040680.tif 000012
2015040680.tif 000013
2015040680.tif 000014
2015040680.tif 000015