JP2000262925A - 磁気分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気分離部に分離領域と洗浄領域が設けられ
ており、洗浄領域における吸着手段の洗浄に気泡を用い
る磁気分離装置について、洗浄用の気泡が分離領域へ侵
入するのを防止できるようにする。 【解決手段】 磁気分離装置は、吸着手段１３が配され
た磁気分離部１５を備え、この磁気分離部に導いた流体
中からそれに含まれる磁性体を吸着手段に吸着させて分
離する。その磁気分離部には分離領域１６と洗浄領域１
７が設けられ、これら分離領域と洗浄領域に吸着手段の
一部ずつを交互に位置させることで、吸着手段による磁
性体の吸着と吸着手段の洗浄とを並行的になす。そして
この並行処理に際して、洗浄領域で吸着手段の洗浄に用
いる気泡が分離領域に侵入するのを防止すために、一例
として磁気分離部を覆う容器１２の一部を上側に向けて
凹ませたポケット構造とする気泡移動防止手段２１を洗
浄領域に設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば水のような
流体中に混入している磁性体を吸着除去するための磁気
分離装置に関し、特に汚濁水中から懸濁物を磁性凝集体
化して吸着除去するなどの場合に好適な磁気分離装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】流体からそれに含まれる磁性体を分離す
る磁気分離技術は古くから研究開発が進められてきた。
この磁気分離技術は公害問題対策における水処理にも用
いられてきている（例えば１９８１年電気学会技術報告
（２部）第１１４号。公害対策電気技術常置専門委員会
「大勾配磁気分離技術の現状とその動向」）。磁気分離
は、磁場発生手段により発生させた磁場領域中に流体を
導き、そこにおいて流体からそれに含まれる磁性体を磁
気力により吸着することで分離して除去したり回収した
りする方法であり、その磁場発生手段には永久磁石、電
磁磁石、超電導磁石等が用いられる。磁気分離における
分離能力を大きくするには磁気力を大きくする必要があ
る。磁気力は磁場勾配に比例するので、この磁場勾配を
高める方法として、例えば磁性細線構造による磁気フィ
ルタの形態をとる吸着手段の使用が採用されている。こ
れは磁場中にステンレスなどの磁性体で作製された磁性
細線構造の磁気フィルタを置き、この磁気フィルタにお
ける磁性細線に局所的に磁場勾配の大きな場所を発生さ
せるというものである。このような原理による技術を汚
濁水の浄化用として応用する例はすでに多数ある（例え
ば特開平１−２４５８１６号公報、特開平２−２６５６
１３号公報、特開平４−３１７７０７号公報、、特開平
１０−２７２４７６号、特開平１０−１９２７３１号、
特開平１０−３１２号、特開平９−７５６３０号公報、
特開平１０−１１８４２４号公報など）。

【０００３】磁気分離技術を利用した水の浄化処理にあ
っては、一般に、被処理水を流す流路を形成し、その途
中に磁場発生手段により磁場が印加される領域を設けて
磁気分離部とし、この磁気分離部を通過する被処理水中
からそれに含まれる磁性フロック（これは被処理水に磁
性物質と凝集剤を添加することで被処理水中に生成され
る）を磁気吸着により吸着して除去する。このような方
法は、被処理水を一旦貯水して処理する方法に比べれ
ば、すばやく大量に処理することが出来るという点にお
いて効果的な処理方法といえる。特に、磁気分離部に磁
気フィルタのような吸着手段を設置し、この吸着手段中
に被処理水を通過させて処理する方法は効果的であり、
実施化が図られている例も多くある。

【０００４】しかし、磁性細線構造の磁気フィルタを吸
着手段に用いる磁気分離装置には吸着手段の目詰まりと
いう問題がある。すなわち経時的に吸着手段の吸着能力
や通水性が低下するという問題である。こうした吸着手
段の目詰まりは磁気分離部における処理能力を低下させ
る。また、被処理水中に含まれる磁性フロックが大きい
場合や、目詰まりを起こしやすいようなごみが被処理水
中に混入している場合などにあっては、吸着手段の目詰
まりにより被処理水の流路が完全に塞がれて処理を継続
することができなくなってしまうようなことも起こり得
る。

【０００５】このような問題を避けるには吸着手段を逆
洗などにより洗浄してその能力を回復させる洗浄処理を
適宜に行なう必要がある。吸着手段の洗浄に際しては吸
着手段に吸着されている磁性フロックの剥離を生じやす
くするために磁場の発生を一旦停止させる必要があり、
また吸着手段への被処理水の流入を止める必要もある。
つまり吸着手段を洗浄中はこれを被処理水の浄化処理に
用いることができない。このため被処理水に対する浄化
処理と吸着手段の洗浄処理とを交互的に行なう必要があ
り、したがって被処理水に対する浄化処理が断続的なも
とのなる。

【０００６】このことは磁気分離装置における処理能力
を大きく制限することになるが、その対策としては、例
えば特開平９−７５６３０号公報や特開平１０−１１８
４２４号公報などで開示されるような方式がある。この
方式では磁気分離部に分離領域と洗浄領域を設ける。そ
してこれら分離領域と洗浄領域に吸着手段の一部ずつを
交互に位置させるこができるようにし、分離領域に位置
している吸着手段で浄化処理をなし、これに並行して洗
浄領域に位置している吸着手段について洗浄処理をな
す。つまりと吸着手段による磁性フロックの吸着除去と
吸着手段の洗浄の各処理を並行してなすようにし、これ
により連続運転を行なえるようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な並行処理方式にあっても吸着手段の洗浄処理を効率的
に行なえるようにすることは磁気分離装置における処理
能力を高める上で大切なことである。吸着手段の洗浄効
率を高める有力な方法としてバブル洗浄がある（例えば
特開平１０−３４００９号公報や特開平１０−２７２４
７６号公報など）。つまり気泡を供給してこの気泡によ
る攪拌力などを利用して磁性フロックの吸着手段からの
分離を促進する方法である。このバブル洗浄法は、より
大量の気泡を供給することでその効果を高めることがで
きる。しかしその一方で、気泡を大量に供給するとその
気泡の一部が洗浄領域から分離領域へ流入して分離領域
における吸着手段への磁性フロックの吸着を阻害すると
いう現象を伴うことが分かってきた。したがって、磁気
分離部に分離領域と洗浄領域を設けて磁性フロックの吸
着除去と吸着手段の洗浄の各処理を並行してなすことで
連続運転を行なえるようにするについて、洗浄効率の高
いバブル洗浄法をより有効に利用できるようにするため
には、洗浄用の気泡が洗浄領域から分離領域へ侵入する
のを効果的に防止する必要がある。

【０００８】本発明は、上記のような知見に基づいてな
されたものであり、磁気分離部に分離領域と洗浄領域が
設けられており、洗浄領域における吸着手段の洗浄に気
泡を用いる磁気分離装置について、洗浄用の気泡が洗浄
領域から分離領域へ侵入するのを効果的に防止できるよ
うにすることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的のために本発明
では、磁場発生手段により発生させた磁場を受けて磁性
体を吸着する吸着手段が配された磁気分離部を備え、こ
の磁気分離部に導いた流体中からそれに含まれる磁性体
を前記吸着手段に吸着させて分離するようになっている
と共に、前記磁気分離部に分離領域と洗浄領域が設けら
れ、これら分離領域と洗浄領域に前記吸着手段の一部ず
つを交互に位置させることで、前記分離領域に位置して
いる前記吸着手段の一部で前記磁性体の吸着処理と並行
して、前記洗浄領域に位置している前記吸着手段の他の
一部について、これに吸着されている磁性体を剥離して
再生するための洗浄処理をなし、この吸着除去と洗浄の
並行処理により連続運転が可能となるようにされている
磁気分離装置であって、前記洗浄領域に入り込んでいる
流体中に前記洗浄のための気泡を供給する気泡供給手段
を設けると共に、この気泡供給手段で給気された気泡が
流体に乗って前記分離領域に移動するのを防止するため
の気泡移動防止手段を設けたことを特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を水処理に適用する場合の例について説明する。先ず本
発明による磁気分離装置を組み込んだ水処理システムに
ついて簡単に説明する。図１に水処理システムの概略を
示す。この水処理システムは、河川や湖沼あるいは内海
などの浄化対象水域において例えば赤潮などとなるプラ
ンクトンの大量発生を生じた場合にこれを迅速に除去し
て浄化するなどとして用いるの適しており、例えば船舶
に載せて移動しながら用いる構造とすることができる。
このような水処理システムによる浄化処理の概略は以下
の通りである。

【００１１】対象水域１から汲上系で被処理水を汲み上
げる。その汲上系は、ポンプ２ｐと被処理水中の大きな
ゴミなどを事前に除去するための濾過槽２ｆを含む。汲
み上げられた被処理水は、注入系を構成する各装置３、
４、５、６により凝集剤、高分子系のフロック強化剤、
磁性粉および中和剤が注入された後、磁性フロック形成
槽７に導かれる。磁性フロック形成槽７では適当な攪拌
が被処理水に加えられることで被処理水に含まれている
懸濁物（プランクトンあるいは有機性や無機性の物質な
ど）が磁性粉を取り込みつつ凝集して磁性フロックを生
成する。このようにして磁性フロック形成槽７を通過し
た被処理水は磁気分離装置８に流入し、そこで磁気分離
装置８が内蔵している磁気式の吸着手段で吸着されるこ
とで磁性フロックの除去を受け、最終的に処理済水９と
して対象水域１に戻される。一方、吸着手段に吸着され
た磁性フロックは、吸着手段の洗浄により回収されて汚
泥処理装置１０に送られ、そこで処理される。

【００１２】次に、磁気分離装置について、その概略構
造を示す図２および図３を参照して説明する。図２およ
び図３においては上下方向が装置の上下方向である。本
実施形態における磁気分離装置は、磁場発生手段である
電磁コイル１１、軸線が上下方向となるように配置され
る筒形の本体容器１２、この本体容器１２の内部で上下
２段にして吸着手段として設けられた磁気フィルタ１
３、およびこれら磁気フィルタ１３にその中心を貫通す
るように接続された駆動軸１４を備えている。

【００１３】磁気フィルタ１３は、例えばステンレスな
どで作製される磁性細線を駆動軸１４に関して回転対称
となる形状に配して形成されており、駆動軸１４により
連続的または断続的に回転できるようにされている。こ
の磁気フィルタ１３を設置した部分が磁気分離部１５を
形成しており、したがって磁気分離部１５も上下２段と
なっている。この磁気分離部は、分離領域１６と洗浄領
域１７に分けられている。そしてこの両領域１６、１７
に対し磁気フィルタ１３が上記の回転によりその一部ず
つを交互に位置させるようになっている。分離領域１６
は、本体容器１２の下部に接続の流入管路１８を介して
導入されて本体容器１２の上部に接続の排出管路１９か
ら排出される、被処理水の流路に臨むように設けられて
おり、また電磁コイル１１による磁場を効率的に受ける
ように位置させられている。一方、洗浄領域１７は、被
処理水の流路から外れるように位置させられ、また電磁
コイル１１による磁場を受けないか、あるいは受けても
わずかであるように位置させられている。

【００１４】この洗浄領域１７には、後述するような洗
浄により磁気フィルタ１３から落ちる磁性フロックを沈
降により回収する回収槽２０がシックナ構造（サイクロ
ン構造）にして下側に設けられ、また本体容器１２の一
部を上側に向けて凹ませたポケット構造の気泡移動防止
手段２１が設けられている。またその回収槽２０には洗
浄領域１７に流入して洗浄に利用された被処理水つまり
洗浄水を回収するための洗浄水排出路２２が接続され、
気泡移動防止手段２１にはエア抜き弁２３が接続されて
いる。さらに洗浄用の気泡を発生させるための手段であ
る散気手段２４と、洗浄用の気泡とともに上昇して気泡
移動防止手段２１に溜まる磁性フロックを洗浄領域に位
置している磁気フィルタ１３に対し迂回するようにして
回収槽２０に導くための回収流路２５が設けられてい
る。

【００１５】以上のような磁気分離装置における、被処
理水からの磁性フロックの除去処理や磁気フィルタの洗
浄処理などは以下のようになされる。磁気分離装置に流
入管路１８を介して流入する被処理水はそれに含まれる
懸濁物が図１に関して説明したようにして磁性フロック
化されている。この被処理水中における磁性フロックに
は慣性力、重力、流体力などが働いている。被処理水中
の磁性フロックはこれらの力を受けながら被処理水の流
れにしたがって磁気分離部１５における分離領域１６に
流入する。電磁コイル１１による強い磁場を受けている
分離領域１６では磁気フィルタ１３の磁性細線およびそ
の付近で磁場勾配が高くなっている。そして磁気力が磁
場勾配に比例することから、この高磁場勾配域に大きな
磁気力が発生している。このため被処理水中の磁性フロ
ックは被処理水の流れに乗って磁気フィルタ１３を通過
しようとする際に、大きな磁気力を受ける。この磁気力
が上記の流体力などと釣り合うと磁性フロックはその運
動を停止させると共に磁気フィルタ１３の磁性細線に引
きつけられ、それに吸着される。

【００１６】このようにして磁気フィルタ１３による磁
性フロックの吸着が進むと、磁気フィルタ１３に次第に
目詰まりが生じ、それが一定以上になると通水性や吸着
能力が大幅に低下して磁気フィルタ１３が有効に機能し
なくなる。そこでそうなる前に磁気フィルタ１３の洗浄
が必要になる。この洗浄は洗浄領域において上記のよう
な磁性フロックの吸着処理と並行してなされる。すなわ
ち磁気フィルタ１３は上記のようにその一部ずつを分離
領域１６と洗浄領域１７に交互に位置させるようになっ
ており、分離領域１６に位置している部分により磁性フ
ロックの吸着がなされ、洗浄領域１７に位置している部
分について洗浄がなされる。洗浄領域１７では、そこに
浸入して来ている被処理水中に散気手段２４により気泡
が供給され、この気泡により被処理水に攪拌が与えられ
ることでせん断力が発生し、これにより磁気フィルタ１
３から磁性フロックが効率よく剥ぎ落とされ、したがっ
て効率的な洗浄がなされる。

【００１７】このような洗浄は気泡の供給量を増やすこ
とでその効率をさらに高めることができる。しかし気泡
の供給量を増やすと、気泡が被処理水に乗って分離領域
１６に侵入するという現象を生じやすくなる。つまり磁
気フィルタ１３による磁性フロックの吸着と磁気フィル
タ１３の洗浄を並行して行なうために磁気フィルタ１３
の一部ずつを交互に分離領域１６と洗浄領域１７に位置
させるについて、本実施形態における磁気フィルタ１３
を回す方式のように、分離領域１６と洗浄領域１７が空
間的に連続せざるをえず、その結果として被処理水が洗
浄領域１７にも入り込むようになる方式となる場合に
は、この被処理水に乗って洗浄領域１７の気泡が分離領
域１６に入り込みやすくなる。もし気泡が分離領域１６
に侵入すると、その気泡は上記と同様な現象により分離
領域１６においても磁気フィルタ１３から磁性フロック
を剥ぎ落とすように働く。つまり結果として分離領域１
６における磁気フィルタ１３への磁性フロックの吸着を
阻害することになる。したがって洗浄領域１７で大量に
気泡を供給してもこれが分離領域１６に入り込むことの
ないようにすることが、全体の効率を高める上で大切な
ことになる。この防止に働くのが本実施形態におけるポ
ケット構造の気泡移動防止手段２１である。

【００１８】図４にその原理が示されている。洗浄領域
１７に供給された気泡Ｂは上記のような働きをなしつつ
被処理水中を上昇して最終的にはエア抜き弁２３から外
部に排出される。しかしその過程で洗浄領域１７と分離
領域１６つまり磁気分離部１５を覆う本体容器１２の内
壁面、特に上側の内壁面にへばりつくように集積する。
この状態でもし本体容器の上側内壁面が、洗浄領域１７
と分離領域１６で同じレベルつまり面一となっている
と、気泡Ｂは被処理水に乗って洗浄領域１７から分離領
域１６へ移動しやすい状態となる。これに対し、図４に
おけるように、本発明によるポケット構造の気泡移動防
止手段２１があると、本体容器１２の上側内壁面に集積
した気泡Ｂは、気泡移動防止手段２１における凹部構造
（ポケット構造）により移動を阻止されてそこに止ま
り、分離領域１６の側に移動するようなことはない。ま
たあったとして僅かで済む。このように機能するポケッ
ト構造の気泡移動防止手段２１は、その水平断面の断面
積が洗浄領域１７におけるそれと同じ程度になるように
形成し、またその高さ（凹みの深さ）は数ｃｍ以上とす
るのが好ましい。

【００１９】洗浄領域１７において上記のようにして磁
気フィルタ１３から剥ぎ落とされた磁性フロックＦ（図
４）には、そのまま回収槽２０に向けて沈降するもの
と、気泡Ｂの上昇力を受けて気泡移動防止手段２１に向
けて上昇するものがある。気泡移動防止手段２１に向け
て上昇した磁性フロックは、これを回収槽２０に集める
必要がある。それは回収流路２５により磁気フィルタ１
３を迂回するようにしてなされる。すなわち磁気フィル
タ１３を迂回するように設けてある回収流路２５に被処
理水を循環的に流し、この流れに乗せて磁性フロックを
回収槽２０に集める。

【００２０】図５に示すのは他の実施形態による洗浄領
域３０の構造である。本実施形態では、上記実施形態に
おける回収流路２５に対応する回収流路３１を外付け式
にしている。つまり本体容器１２の外側にパイプ構造と
した回収流路３１を取り付けるようにしている。このよ
うにすることで、洗浄領域自体の容積を小さくすること
ができる。

【００２１】以上の実施形態では磁場発生手段として電
磁コイルを用いていたが、これに限られず、永久磁石な
どを用いることもできる。また電磁コイルを用いる場合
でも、通常の電磁コイルとしたり、超電導式の電磁コイ
ルとすることができる。また以上の実施形態では本体容
器を鉛直方向に配置して被処理水を下側から上側に向け
て流すようにしてあったが、これらについても適宜に設
計変更が可能である。また以上の実施形態は磁気分離装
置を水の浄化処理に適用する例であったが、この他に水
中に存在する磁性粒子や重金属を回収するなどの用途に
も本発明による磁気分離装置を利用できることは言うま
でもない。さらに以上の実施形態では気泡移動防止手段
をポケット構造としていたが、他の構造とすることも可
能である。要は洗浄領域に供給された気泡が分離領域に
侵入するのを有効に防止する機能を発揮できるものであ
れば、気泡移動防止手段として採用することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明したように、本発明による
と、洗浄用の気泡が洗浄領域から分離領域に侵入するの
を有効に防止することができる。この結果、洗浄領域に
おいて大量の気泡を供給することで洗浄効率を高めるこ
とができ、したがって連続運転式の磁気分離装置におけ
る処理効率をより一層向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による磁気分離装置を用いた水処理シス
テムの構成図である。

【図２】一実施形態による磁気分離装置の模式化した断
面図である。

【図３】図２に示す磁気分離装置の簡略化した部分斜視
図である。

【図４】図２に示す磁気分離装置の洗浄領域について気
泡と磁性フロックの動きを模式化して示した部分断面図
である。

【図５】他の実施形態による磁気分離装置についての図
４相当の部分断面図である。

【符号の説明】

１１ 電磁コイル（磁場発生手段） １２ 本体容器 １３ 磁気フィルタ（吸着手段） １５ 磁気分離部 １６ 分離領域 １７ 洗浄領域 ２０ 回収槽 ２１ 気泡移動防止手段 ２４ 散気手段（気泡供給手段） ２５ 回収流路 Ｂ 気泡 Ｆ 磁性フロック（磁性体）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁場発生手段により発生させた磁場を受
   けて磁性体を吸着する吸着手段が配された磁気分離部を
   備え、この磁気分離部に導いた流体中からそれに含まれ
   る磁性体を前記吸着手段に吸着させて分離するようにな
   っていると共に、前記磁気分離部に分離領域と洗浄領域
   が設けられ、これら分離領域と洗浄領域に前記吸着手段
   の一部ずつを交互に位置させることで、前記分離領域に
   位置している前記吸着手段の一部で前記磁性体の吸着処
   理と並行して、前記洗浄領域に位置している前記吸着手
   段の他の一部について、これに吸着されている磁性体を
   剥離して再生するための洗浄処理をなし、この吸着除去
   と洗浄の並行処理により連続運転が可能となるようにさ
   れている磁気分離装置であって、前記洗浄領域に入り込
   んでいる流体中に前記洗浄のための気泡を供給する気泡
   供給手段を設けると共に、この気泡供給手段で給気され
   た気泡が流体に乗って前記分離領域に移動するのを防止
   するための気泡移動防止手段を設けたことを特徴とする
   磁気分離装置。
2. 【請求項２】 前記気泡移動防止手段は、前記磁気分離
   部を覆う容器の一部を前記洗浄領域において上側に向け
   て凹ませたポケット構造により形成されている請求項１
   に記載の磁気分離装置。
3. 【請求項３】 前記吸着手段から剥離された磁性体を回
   収するための回収槽を前記洗浄領域の下部に設けると共
   に、前記ポケット構造とされた気泡移動防止手段に洗浄
   時の気泡とともに上昇して溜まる磁性体を、前記洗浄領
   域に位置している吸着手段を迂回して前記回収槽に導く
   ための回収流路を設けた請求項２に記載の磁気分離装
   置。