油水分離: 技術、システム設計、および機器の選択

井戸元からの生産水、食品工場からの洗浄水、船舶からのビルジ水にはすべて、水を再利用または排出する前に石油が出てこなければならないという 1 つの問題があります。本当に難しいのは、油の総濃度ではなく、液滴のサイズです。約 150 ミクロンを超える遊離油は数分で上昇します。 20 ミクロン未満の乳化油は数週間安定した状態を保つことができます。したがって、適切に設計された油水分離システムは、単一の機械ではなく段階的なトレインに依存し、粗い除去から始まり、排出または再利用の目的に合わせた研磨で仕上げられます。エンジニアの計画 生成水処理 またはより広い範囲の 産業排水処理 プロジェクトは同じロジックに従います。まずストリームの特性を評価し、次に各テクノロジーを実際に供給できるオイルの状態に適合させます。

油水分離は油の状態を知ることから始まります

まず結論として、液滴サイズが小さくなると分離コストが急激に上昇します。遊離油を重力で除去する場合の費用は立方メートルあたりわずか数セントですが、乳化した油を除去するには浮選、濾過、または化学薬品が必要となる場合があり、その費用の何倍もかかります。したがって、ストリーム内の油の状態を知ることは、油水分離システムの範囲を決定する上で最も重要なステップとなります。実験室での液滴サイズ分析と簡単なジャーテストを組み合わせると、重力だけで機能するのか、それとも浮遊選鉱や濾過を追加する必要があるのか​​が分かります。多くの植物は流入水中の乳化油の割合を過小評価しており、後に許可の逸脱で苦労します。数百ドルの 1 回限りのラボ投資で、やり直し作業にかかる数万ドルを節約できます。

廃水中の油は一般に、液滴のサイズに基づいて 4 つの状態に分類されます。以下の表は、各状態、その動作、および適用されるテクノロジーをまとめたものです。

コア油水分離技術の比較

各テクノロジーには、治療トレイン内での位置を決定する動作範囲があります。 API セパレーターは依然としてフリーオイルの最も経済的な主要ステップですが、エマルジョンを破壊することはできません。プレートコアレッサーは、液滴が上昇しなければならない垂直距離を短縮することにより、重力分離を改善します。溶解空気浮遊選鉱 (DAF) は油滴に微小気泡を付着させ、現在では多くの工業プラントで乳化油のデフォルトの第 2 ステップとなっています。液体サイクロンは、特に設置面積が限られている海洋プラットフォーム上で、遊離分散油のコンパクトな代替手段を提供します。膜濾過は非常に低いオイルレベルまで研磨しますが、より高いエネルギーと汚れのリスクが伴います。

化学的抗乳化剤は、多くの場合、タイトなエマルジョンを破壊する最も安価な方法であるため、言及する価値があります。これらは、液滴を安定化させる界面膜を中和することで機能し、穏やかな撹拌下での合体を可能にします。ただし、運用コストが追加され、油と水の化学スラッジが生成され、慎重な投与量制御が必要となるため、ほとんどの恒久的な設備では第 2 段階として DAF などの物理的方法が好まれます。

API 分離器の設計ガイダンスおよび米国 EPA の廃水処理参考資料によると、これらの動作範囲は製油所、石油化学、海洋、地方自治体の施設全体で一貫しています。以下のレーダー チャートは、5 つの実用的な基準にわたって 3 つの一般的なテクノロジーを比較しています。

多段階油水分離システムの設計

まず、流入液の特性を評価します。つまり、液滴サイズの分布、油の濃度、温度、固形分含有量、排出または再利用のターゲットです。たとえば、米国海域での海洋操業の場合、40 CFR Part 435 に基づく EPA オイルおよびグリースの制限は月平均 29 mg/L、1 日最大 42 mg/L です。陸上の許可はより厳格であることが多いため、それに応じて研磨ステージのサイズを調整する必要があります。

ステップ 1 - 前処理。 機械式スクリーンは、下流の凝集媒体や浮選ノズルを詰まらせる可能性のある粗い固体や繊維状の破片を除去します。回転ドラム スクリーンは、懸濁物質を運ぶ入口流にコンパクトな選択肢です。

前処理ステージ用回転ドラムスクリーン このコンパクトな機械スクリーンは、流入水から粗い固体と繊維状の破片を除去し、目詰まりを防ぎ、下流の凝集媒体と浮選ノズルを摩耗から保護します。 製品を見る→

ステップ 2 - 一次重力分離。 API セパレーターまたはプレート コアレッサーは、遊離オイルの大部分を除去します。砂は同じタンクに沈殿し、下流のポンプや機器を摩耗から保護します。次に、砂分級機が脱水し、沈降した砂をほぼ乾燥した状態で排出します。

砂と水の分離用砂分級機 このスクリュー式分級機は、水分60%以下の沈降砂を脱水・排出し、一次分離槽をクリーンかつ効率的に保ちながらポンプや器具を保護します。 製品を見る→

ステップ 3 - 二次浮選。 DAF ユニットは、マイクロバブルを液滴に付着させ、表面に浮かせてスキミングすることにより、分散および部分的に乳化した油を除去します。横型空気浮選機は既存のタンクレイアウトにうまく統合でき、縦型設計よりも必要なスペースが少なくなります。

横型エアー浮遊選油機 マイクロバブルを利用して分散・乳化した油や懸濁物質を浮遊させるDAFユニットは、省スペースで分離効率を高め、二次浮遊選鉱に最適です。 製品を見る→

ステップ 4 - 研磨。 許可限界または再利用仕様により、浮遊選鉱だけで到達できるレベルを下回る油レベルが要求される場合、カートリッジ濾過、膜分離、または活性炭吸着が追加されます。セパレーターからのスキムされた油層は、量が十分であれば回収できますが、DAF スキマーからの油性スラッジは、通常、現場外に廃棄する前に脱水する必要があります。設計見積もりにスラッジの処理を含めることで、試運転中の予期せぬ事態を回避できます。

アイソメ図での典型的な API セパレーター

油水分離装置選定チェックリスト

以下の表に基づいて機器を選択すると、サイズが過小または過大になるリスクが軽減されます。現場での経験によると、セパレータの故障のほとんどは、これら 6 つのパラメータのいずれかを無視したことが原因で発生します。

既存のシステムが過大であることの兆候には、排水中の目に見える油の光沢、数日で詰まるフィルター カートリッジ、同じ飼料品質でも化学物質の消費量が増加することが含まれます。新しい装置に投資する前に、少なくとも全生産サイクルにわたって実際の液滴サイズの分布を測定してください。日中のピークは、平均濃度よりもオイルの状態を大きく変化させることがよくあります。

油水分離に関するよくある質問