JP2002066375A - 被除去物の磁気分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】磁性フロックを洗浄水をほとんど使用せずに分
離し高密度スラッジを生成できる磁気分離装置を提供す
る。 【解決手段】被処理水中の磁性フロック３８をドラム外
周上の濾過面上に付着させ、堆積物を被処理水液面近傍
で剥離手段により剥離させる。被処理水液面近傍に磁石
３５を配置したシェル１７，３７又はベルト状の移動体
を設け、移動体上に堆積物を磁気力で移動させ移動体の
回転により大気中に移動させる。余分な水分を重力で堆
積物から離脱して濃縮し、移動先に配置したへら４２で
堆積物を移動体から剥離し、剥離物を槽に回収する。捕
捉装置は少なくとも一端に大気開口部１５５を有し、磁
場発生部は大気開口部を貫通する支持体３６によって捕
捉装置の内部に捕捉部に非接触で支持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水質浄化や固液分
離等を目的とした磁気分離装置に関し、特に磁性物質の
磁気分離を、連続的に良好に動作することができる装置
の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】固液分離等を目的として、細めの金網や
高分子繊維で編んだ網を通水分離膜として粒子を膜で分
離し除去する浄化装置がある。本構造は、例えば化学技
術誌ＭＯＬ Ｖol.２２，Ｎo.１２ ｐ４７−５１（１９
８４）に記載されている。ステンレス鋼の細線やポリエ
ステル繊維等で膜を構成し、例えばその数十ミクロンメ
ートルの目開きを有した開口部を被処理水の水は通過す
るが、被処理水中の被処理物、例えばアオコや有機物等
の汚濁物質はその投影面積や投影直径が開口部の投影面
積や投影直径よりも大きい場合通過できず捕捉分離さ
れ、膜を透過した水は浄化水となる。このまま、同じ膜
面に被処理水を通水し続けると、膜の通水側面に被処理
物が堆積して通水抵抗が増大し、通水量が極端に低下
し、浄化操作に支障をきたす。したがって、被処理水液
面以下の部位にあるこの堆積物のある膜面を被処理水液
面上の大気部まで移動させ、例えばシャワー状の浄化水
を使用して膜を洗浄し、その洗浄水と堆積物の混合水を
スラッジとして分離部系から排除し、膜面を洗浄再生し
再び被処理水液面以下の部位に戻す構造となっている。

【０００３】また、上記の場合では捕捉できない、開口
部の投影面積や投影直径よりも小さい微細な汚濁物質も
分離する場合には、予め被処理水に例えば凝集剤の硫酸
バン土やポリ塩化アルミニウムやポリ硫酸鉄を加えて撹
絆し、原水中の微細な固形浮遊物や藻類，菌類，微生物
を、凝縮剤によって数百ミクロンメートル程度の大きさ
に結合させたフロックを形成させる。このフロックは数
十ミクロンメートルの目開きを有した開口部を通過でき
ず高い除去率で捕捉分離され、膜を透過した水はさらに
水質が高い浄化水となる。膜の洗浄構造は前記と同様で
ある。

【０００４】スラッジは最終的には、通常トラックで処
分場や焼却場に運搬したり、コンポスト化する。

【０００５】被処理水中の磁性物質を吸着して被処理水
から不純物を除去する構成を示す例として特開平１０−
１９２６２０号公報がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来例では、堆積物の
濃度が洗浄水で薄まる、すなわちスラッジの含水率が水
面上堆積時の場合よりもはるかに増加する。例えば、膜
面上の堆積物は堆積密度が高く、すなわち堆積物の隙間
に含まれる水分量が少なく含水率が小さい。しかし、こ
の堆積物を洗浄水で洗浄すると洗浄水の分がスラッジに
加わり含水率が大きくなる。

【０００７】スラッジをトラックで処分場や焼却場に運
搬する場合やコンポスト化する場合、運搬時にスラッジ
から水が漏れないように含水率を約８５％に、またコン
ポスト時の有機物を分解する微生物の活性化を図るよう
に含水率を約７５％にするように運搬前、コンポスト処
理前にスラジの含水率を小さくしなければならない。し
かし、通常前記したように、水による洗浄後のスラッジ
の含水率は高く９９.５％程度であり、スラッジの体積
は後者が前者の３０倍の体積となり、差分の水分を脱水
する必要がある。このため、前記スラッジを更に遠心脱
水機やベルトプレス機等の脱水手段を使用して脱水処理
を行うが、脱水手段投入部でのスラッジの含水率が大き
ければ大きいほど、処理能力の大きな脱水手段が必要と
なり、この装置コストや運転エネルギ費が増大するとい
う問題がある。

【０００８】また、膜の堆積物を洗浄する洗浄水には、
汚濁を除去した浄化水の５％〜１０％の洗浄水を使用す
るので、処理水量がその分減少し、浄化容量が少なくな
るという問題がある。

【０００９】本発明は、かかる点に鑑み、堆積物に近接
して磁場発生装置を効果的に配設する構造を提供し、堆
積物に洗浄水が再び含まれることを効果的に防止する構
造を提供し、または／及び強力な磁気力発生の手段を有
する構造を提供し、以って磁性物質を含む被除去物を被
処理水から良好に分離可能で、高密度のスラッジを排出
可能な磁気分離装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】被処理水に磁性粉を添加
し、凝集剤の硫酸バン土やポリ塩化アルミニウムやポリ
硫酸鉄を加えてアルミニウムイオンや鉄イオンを発生さ
せて撹絆し、被除去物である被処理水中の固形浮遊物や
藻類，菌類，微生物等の汚濁物と磁性粉を、凝縮剤によ
って数百ミクロンメートル程度の大きさに結合させた磁
性フロックを形成させる。また、このフロックは数十ミ
クロンメートルの目開きを有した開口部を通過できず高
い除去率で捕捉分離され堆積物となり、膜を透過した水
は水質が高い浄化水となる。

【００１１】また、被処理水に化学反応により磁性を有
するような物質を加えて磁性粒子を生成し、被除去物で
ある被処理水中の固形浮遊物や藻類，菌類，微生物等の
汚濁物を前記磁性粒子に吸着させ、数百ミクロンメート
ル程度の大きさに結合させた磁性フロックを形成させ
る。また、このフロックは数十ミクロンメートルの目開
きを有した開口部を通過できず高い除去率で捕捉分離さ
れ堆積物となり、膜を透過した水は水質が高い浄化水と
なる。

【００１２】また、被処理水中にアルミニウムや鉄電極
を配置し、電気化学反応によりアルミニウムイオンや鉄
イオンを発生させて撹絆し、被除去物である被処理水中
の固形浮遊物や藻類，菌類，微生物等の汚濁物と磁性粉
を、凝縮剤によって数百ミクロンメートル程度の大きさ
に結合させた磁性フロックを形成させる。また、このフ
ロックは数十ミクロンメートルの目開きを有した開口部
を通過できず高い除去率で捕捉分離され堆積物となり、
膜を透過した水は水質が高い浄化水となる。

【００１３】被処理水液面以下の部位にあるこの磁性フ
ロックの堆積物を有する膜面を被処理水液面上の大気部
まで移動させる。この時、磁性フロック中の或る程度の
余分な水分は重力で膜面を伝って流下し、大気部の膜面
上の堆積物の含水率は例えば９５％程度まで低下する。
この磁性フロックが堆積した膜面の近傍に磁場発生手段
の例えば永久磁石や超電導コイル磁石や超電導バルク磁
石を配置し、更にこの磁場発生手段と膜面との間に非磁
性の材質で作られたシェル状やベルト状の移動体を配置
する。

【００１４】大気部に移動した膜面上の磁性フロック
は、磁場発生手段の磁気力により強力に吸引され膜面上
から磁気分離し、磁場発生手段側に大気中を高速で移動
し、移動体面上に付着する。この時の衝突力でさらに磁
性フロック中の或る程度の余分な非磁性物質である水分
は磁性フロックから分離し、重力で移動体面を伝って流
下したり滴下して含水率は低下し、更に磁場発生手段の
磁気力により磁性フロックは移動体面上で磁気圧縮され
磁性フロック中の余分な水分は磁性フロックから押し出
され、重力で移動体面を伝って流下したり滴下してさら
に含水率は低下し、含水率は例えば９５％程度まで低下
する。

【００１５】移動体は単独で磁場発生手段から遠ざかる
方向に移動し、磁気力が減少した部位で例えばへら等の
掻き取り手段で移動体面上から掻き取り磁性フロックを
剥離させこれをスラッジとして分離部から除去する。こ
の場合、洗浄水は使用せずに、磁気力で膜面を再生で
き、再び被処理水液面以下の部位に戻す。一方、移動体
面はへらで磁性物を剥した後再生され、再び磁場発生手
段から遠ざかる方向に移動し膜面上の磁性フロックを面
上に付着させる。

【００１６】もしくは、被処理水液面近傍の部位にある
この磁性フロックの堆積物を、膜を通過した水をポンプ
等で加圧して洗浄水として使用し、この洗浄水で洗浄す
る。この磁性フロックを洗浄する部位の近傍に磁場発生
手段の例えば永久磁石や超電導コイル磁石や超電導バル
ク磁石を配置し、更にこの磁場発生手段と膜面との間に
非磁性の材質で作られたシェル状やベルト状の移動体を
配置する。

【００１７】また、洗浄水を使用する場合には、洗浄さ
れた磁性フロックは、磁場発生手段の磁気力により強力
に吸引され被処理水中から磁気分離し、磁場発生手段側
に水中を高速で移動し、移動体面上に付着する。移動体
面上の磁性フロックは移動体が大気部に移動することに
より、水分は磁性フロックから重力により分離し、重力
で移動体面を伝って流下したり滴下して含水率は低下す
る。さらに、磁場発生手段の磁気力により磁性フロック
は移動体面上で磁気圧縮され磁性フロック中の余分な水
分は磁性フロックから押し出され、重力で移動体面を伝
って流下したり滴下してさらに含水率は低下し、含水率
は例えば９５％程度まで低下する。

【００１８】移動体は単独で磁場発生手段から遠ざかる
方向に移動し、磁気力が減少した部位で例えばへら等の
掻き取り手段で移動体面上から掻き取り磁性フロックを
剥離させこれをスラッジとして分離部から除去する。こ
の場合、洗浄水は使用せずに、磁気力で膜面を再生で
き、再び回転方向に移動し被処理水液面以下の部位に戻
す。一方、移動体面はへらで磁性物を剥した後再生さ
れ、再び磁場発生手段から遠ざかる方向に移動し膜面上
の磁性フロックを面上に付着させる。

【００１９】本構造により、水面上に移動され水を切ら
れたスラッジの体積は、従来技術の水による洗浄後のス
ラッジの含水率９９.５％の場合に比べ、約１／１０と
なる。したがって、スラッジをトラックで処分場や焼却
場に運搬する場合やコンポスト化する場合、運搬時にス
ラッジから水が漏れないように含水率を約８５％に、ま
たコンポスト時の有機物を分解する微生物の活性化を図
るように含水率を約７５％にするように運搬前、コンポ
スト処理前にスラジの含水率を小さくするための、遠心
脱水機やベルトプレス機等の脱水手段の処理量は従来に
比べ１／１０の能力のものでよく、かつ脱水水分量も減
少でき脱水手段の装置コストや運転エネルギ費が大幅に
低減する効果が生じ、上記問題点を解決することができ
る。

【００２０】また、膜の堆積物を洗浄する洗浄水を使用
しないので、浄化水量が減少せず浄化容量が少なくなら
なという効果が生じ、上記問題点を解決することができ
る。

【００２１】また、膜の堆積物を膜上から剥離させるた
め剥離水を使用する場合においても、剥離水は膜外の通
過水側に戻るため汚泥側には入らず、回収汚泥の含水率
を増加させない効果が生じ、上記問題点を解決すること
ができる。

【００２２】本発明は、次に掲げる構成を備えた磁気分
離装置を提供する。

【００２３】磁性を持つ被除去物の磁性物質を含む被処
理流体、あるいは、非磁性の被除去物を含む流体に、磁
性体と凝集剤、または被除去物と化学反応し磁性物体を
生じる添加物を添加することにより、前記被除去物に磁
性をもたせた磁性物質を含む被処理流体を、あるいは、
非磁性の被除去物を含む流体に磁性体の磁性物質を添加
した被処理流体（以下、磁性物質を有する被除去物を含
む被処理水という。）を、被除去物や磁性物質が通過で
きない目開きを有する濾過手段と、前記堆積物を前記濾
過手段の表面から磁気力で移動させる磁場発生手段と、
前記堆積物が前記磁場発生手段の方向に移動する間に前
記堆積物を表面に乗せて捕捉する捕捉手段と、前記捕捉
手段は少なくとも一端に大気空間に開放された大気開口
部を有し、前記磁場発生手段は前記大気開口部から前記
捕捉手段内部空間に挿入配置支持され、前記捕捉手段は
前記磁場発生手段の磁場強度の大小の空間の間を移動す
る構造であり、前記堆積物を磁場強度が小さい空間にお
いて前記捕捉手段上の堆積物を掻き取る掻き取り手段を
設け、少なくとも前記濾過手段を包含するケーシングを
設け、前記堆積物を回収する堆積物回収手段を有する。

【００２４】あるいは、磁性を持つ被除去物の磁性物質
を含む被処理流体、あるいは、非磁性の被除去物を含む
流体に、磁性体と凝集剤、または被除去物と化学反応し
磁性物体を生じる添加物を添加することにより、前記被
除去物に磁性をもたせた磁性物質を含む被処理流体を、
あるいは、非磁性の被除去物を含む流体に磁性体の磁性
物質を添加した被処理流体を、前記磁性物質を前記被処
理流体中から磁気力で移動させる磁場発生手段と、前記
磁性物質が前記磁場発生手段の方向に空間を移動する間
に前記磁性物質を表面に乗せて捕捉する捕捉手段と、前
記捕捉手段は少なくとも一端に大気空間に開放された大
気開口部を有し、前記磁場発生手段は前記大気開口部か
ら前記捕捉手段内部空間に挿入配置支持され、前記捕捉
手段は前記磁場発生手段の磁場強度の大小の空間の間を
移動する構造であり、前記磁性物質を磁場強度が小さい
空間において前記捕捉手段上の磁性物質を掻き取る掻き
取り手段を設け、前記磁性物質を回収する磁性物質回収
手段を有する。

【００２５】前記捕捉手段に磁性体で構成した磁気勾配
発生手段を付加することができる。

【００２６】前記捕捉手段に金属イオンを溶出する金属
イオン溶出手段を付加することができる。

【００２７】前記堆積物を前記濾過手段の表面から剥離
する剥離手段を設けることができる。

【００２８】前記剥離手段が超音波発生手段とすること
ができる。

【００２９】前記濾過手段の一端が、前記ケーシングか
ら弾性支持されたフランジとの間で、回転水密手段を介
して接触する構成とすることができる。

【００３０】前記濾過手段の表面に水との接触角が５°
以下の超親水性処理、もしくは、水との接触角が１５°
以上の超はっ水性処理を施すことが効果的である。

【００３１】前記被処理流体の水位を検知する水位検知
手段を設け、前記水位検知手段の信号値に対応し、前記
被処理流体の流量を制御し、あるいは、前記濾過手段の
処理量を制御する磁気分離装置の運転方法を提供するこ
とができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１，
図２および図３により説明する。図２は図１の膜分離装
置１４の拡大断面図、図３は図２の上部から見た図２の
Ｘ−Ｘ断面の半断面図である。被処理水である原水を、
水源例えば貯水池１から、導管２，大きなゴミを取るた
めのフィルタ３を通してポンプ４で原水貯槽５に汲み上
げ、この原水６に、シーディング剤調整装置７から四酸
酸化鉄等の磁性粉とｐＨ調整剤，ポリ塩化アルミニウム
や塩化鉄や硫酸第二鉄等の水溶液等のアルミニウムイオ
ンや鉄イオンを提供する凝集剤や高分子補強剤等を導管
８を通じて加え、撹絆槽９でモータ１０で回転駆動され
る攪拌翼１１で撹絆し、数百ミクロンメートル〜数ミリ
メートル程度の大きさの磁性フロックを含む前処理水１
２を生成する。このように生成した前処理水１２を矢印
Ａで示すように導管１３を通じて膜磁気分離装置１４に
通水する。このようして、前述のように、磁性物質を有
する被除去物を含む被処理水が通水される。図２および
図３に膜磁気分離装置１４の構造が示される。排出され
たスラッジは、配管４８の通じてスラッジ槽４９に貯め
られ、運搬時にスラッジから水が漏れないように含水率
を約８５％に、またコンポスト時の有機物を分解する微
生物の活性化を図るように含水率を約７５％にするよう
に運搬前、コンポスト処理前にスラッジの含水率を、遠
心分離機やベルトプレス機等の脱水手段５０によって更
に小さく濃縮される。スラッジはトラックで処分場や焼
却場に運搬したり、後段に堆肥化槽５１を設け、スラッ
ジを堆肥化槽５１に流路５２を通じて移送し、コンポス
ト化する。堆肥化した後、堆肥を粉状に破砕し肥料中の
磁性粉や生成磁性物質を他の磁石磁気分離装置で回収し
て再利用しても良い。

【００３３】図２および図３により膜磁気分離装置１４
を説明する。ステンレス鋼の細線や多数の貫通細孔を有
するステンレス薄肉平板や銅の細線やポリエステル繊維
等で数ミクロンメートルから数十ミクロンメートルの目
開きを有した開口部を有する膜となる膜１５をドラム状
に構成し、膜１５の両端は目開きのないドラム状のシェ
ル１６，１７に接合され、その一方向はフランジ１８に
接合されて一体化され、フランジ１８の中央部はロッド
１９に接合されロッド１９がモータ２０で回転すること
により、フランジ１８，ドラム状の膜１５，シェル１７
が回転する。シェル１７と支持フランジ２１は摺動抵抗
が小さい高分子材料で製作されたリング状の摺動体２
２，２３で水密性を維持しながら回転摺動する。摺動体
２２は支持フランジ２１に接着等で一体化され、摺動体
２３はシェル１７端部のＯリング溝内に設置され、シリ
コンゴム製等のＯリング１２４で水密性を維持しながら
摺動体２２側に押し付けるように弾性支持される。支持
フランジ２１は、ケーシング２５に固定支持された支持
体２６で支持されるスプリング２７により、ケーシング
２５側からシェル１７側に押し付けるように弾性支持さ
れる。スプリング２７を円周上に数箇所配置することに
より、シェル１７の摺動面の起伏に対応して水密性の性
能を向上維持できる。支持フランジ２１はノズル２８を
有し、Ｏリング２９で水密性を維持し、ケーシング２５
に固定支持される。

【００３４】浄化水槽のケーシング２５の内側に膜１５
を配置する。前処理水１２は導管１３からドラム状の膜
１５外に流入し、前処理水１２は膜１５を通過する。こ
の時、前処理水中の磁性フロック２４は膜１５外面に捕
捉され、膜１５を通過し磁性フロック２４を分離された
水は浄化水２５となり、矢印Ｂで示すように配管１６を
通って貯水池１に放流される。前処理水が膜１５を通水
する動力は前処理水１２と浄化水２７との液面位差であ
る。

【００３５】一方、磁性フロック２４は図２で時計回り
に回転する膜１５の外面に通水抵抗によって付着し堆積
物となって水面近傍に移動する。浄化水２７の一部をポ
ンプ（図示せず）で加圧し、導管３０から注入し、シャ
ワー管３１に送り、孔からシャワー水３２を、膜１５内
表面から外面側に吹き付ける。膜１５の外表面に蓄積し
た堆積物はシャワー水３２で剥がれ膜１５面は再生さ
れ、磁性フロック２４は前処理水１２の水面部に戻され
る。導管３０は、Ｏリング３３で水密性を維持し、ネジ
止め型のケーシング３４に固定支持される。ここで、膜
１５の表面、例えばステンレス４３０金網の表面に水と
の接触角が５°以下の超親水性の処理皮膜を設けたり、
または、水との接触角が１５°以上の超はっ水性の処理
皮膜を設けることにより、蓄積した堆積物の剥離特性が
向上し、シャワー水３２の使用量を大幅に低減できる効
果が生じる。

【００３６】膜１５から剥離した磁性フロック２４は水
面近傍に漂い、例えば表面磁場強度０.５テスラの永久
磁石３５と支持体３６で構成された磁場発生手段に近づ
くとその外部の磁気勾配により永久磁石３５に向かって
高速で磁気分離し移動する。ここで、膜１５移動した磁
性フロック３８は、磁場発生手段の外側を例えば回転移
動する非磁性のステンレス鋼製やプラスチック製等の移
動体の薄肉のシェル３７面上に付着する。図において、
反時計回りに回転するシェル３７上に付着した磁性フロ
ック３８は水面上の大気部に露出する。この時の磁性フ
ロック３８中の余分な水分が重力分離しシェル３７面上
を流下したり、滴下し、磁性フロック３８濃縮し、さら
に、磁気力により磁気圧縮され更に濃縮される。ここ
で、省エネルギで磁性フロックの含水率は９５％程度ま
で低下する。

【００３７】シェル３７は、その端部をフランジ３９に
接合され、フランジ３９に接合されたロッド４０がモー
タ４１で回転する。ロッド４０はＯリング１４２で水密
性を維持しながらケーシング２５に支持される。モータ
４１はケーシング２５に固定支持される（図示せず）。
シェル３７の他端は、Ｏリング１４３で水密性を維持し
ながらケーシング２５に回転支持され、シェル３７の内
部は大気に開放されている。永久磁石３５は支持体３６
によって大気側から支持部材１５４を介して、ケーシン
グ２５からボルト等により固定支持される。この構造に
より、磁場発生手段を容易に外部から自由に配置でき
る。モータ４１はケーシング２５に固定支持される（図
示せず）。シェル３７（捕捉手段）は、一端に大気空間
に開放された大気開口部１５５を有し、永久磁石３５
（磁場発生手段の一部）は、大気開口部１５５からシェ
ル３７内部空間１５６に挿入配置されて、大気開口部１
５５を貫通する支持体３６によって支持される。この大
気開放支持方式によって永久磁石３５は片持ち梁状態に
よって、被処理水に触れることなく効果的にシェル３７
に近接配置されることになる。

【００３８】シェル３７面上の濃縮された磁性フロック
３８は、回転移動し、磁場発生手段から遠ざかり磁気吸
引力ははるかに小さくなり、掻き取り手段の平板状のへ
ら４２でシェル３７面上で剥離され、スラッジ槽４３に
スラッジとして分離捕集される。スラッジ槽４３内のス
ラッジは、スラッジ槽４３下部に配置したかき寄せ板４
４群とこれに結合したロッド４５をモータ４６で回転さ
せ、図２上方に移送され、出口４７から排出される。

【００３９】へら４２の両側には側壁５３を取り付け、
スラッジがケーシング２５内に零れるのを防止する。側
壁５３とへら４２はケーシング２５に水密性を有し、へ
ら４２はスプリング等（図示せず）で弾性的にへら４２
の先端をシェル３７面上に押し付ける。へら４２の先端
は硬質ゴム等で構成する。

【００４０】シャワー水３２の水流がシェル３７面上に
かかり、磁性フロック３８が再び水を含まないように、
ケーシング２５から固定支持された非磁性物質で製作し
たシャワー水遮蔽板５４（シャワー水遮蔽部）を配置す
る。また、シェル３７下部に、ケーシング２７から固定
支持された非磁性物質で製作した壁５５を配置し、シャ
ワー水３２で膜１５から剥離した磁性フロック３８が剥
離場所から遠くに飛散しないようにし、発生磁場内に漂
い磁気吸引されてシェル３７面上に磁気捕捉されるよう
にする。

【００４１】また、シェル１７内の浄化水をポンプ５６
の取水口５７から吸い込み導管５８からシャワー管５９
に送り、孔から高圧のシャワー水６０を、膜１５内表面
から外面側に吹き付ける。膜１５の外表面に残留蓄積し
た堆積物はシャワー水で剥がれ膜１５面は再生され、内
側に設けたトレイ６１に堆積物を含む洗浄水は溜り、排
水口６２から矢印Ｃに示すように流失し、ポンプ６３，
配管６４を通り原水貯槽５の上流側に戻し、再磁性化し
て磁気力により分離するようにする。

【００４２】以上のような構成によれば、磁性物質を有
する被除去物を含む被処理流体から水の一部を通過せし
めて濾過を行う濾過部を有し、該濾過部を移動させる濾
過装置と、前記濾過部に近接して配設された磁場発生部
を有し、該磁場発生部に近接し、磁気力で吸引された被
除去物を捕捉して堆積させ、磁場発生部から遠ざかる捕
捉部を有する被除去物の捕捉装置と、磁場発生部から遠
ざかった位置で堆積した被除去物を掻き取る掻き取り装
置とを設けた被除去物の磁気分離装置において、前記捕
捉装置は、少なくとも一端に大気空間に開放された大気
開口部を有し、前記磁場発生部は、前記大気開口部を貫
通する支持体によって前記捕捉装置の内部に、前記捕捉
部に望ましくは非接触で支持される被除去物の磁気分離
装置が提供される。

【００４３】あるいは、磁性物質を有する被除去物を含
む被処理流体から磁場発生部による磁気力で吸引された
被除去物を捕捉して堆積させ、磁場発生部から遠ざかる
捕捉部を有する被除去物の捕捉装置と、磁場発生部から
遠ざかった位置で堆積した被除去物を掻き取る掻き取り
装置とを設けた被除去物の磁気分離装置において、前記
捕捉装置は、少なくとも一端に大気空間に開放された大
気開口部を有し、前記磁場発生部は、前記大気開口部を
貫通する支持体によって前記捕捉装置の内部に、前記捕
捉部に望ましくは非接触で支持される被除去物の磁気分
離装置が提供される。

【００４４】前記捕捉装置は、少なくとも一端に大気空
間に開放された大気開口部を有し、前記磁場発生部は、
前記大気開口部を貫通する支持体によって前記捕捉装置
の内部に、前記捕捉部に非接触で支持される被除去物の
磁気分離装置が提供される。

【００４５】また、超音波方式の液面計１００等の液面
検知手段を配置し、磁気分離部近傍の水面を維持しシェ
ル３７状の磁性フロック３８が水面下で再び前処理水１
２側に流されないようにする。すなわち、液面計１００
が所定の水位を超えると、ポンプ４の回転数等を減少さ
せ前処理水１２の流量を低減させるか、または、膜１５
の回転数を増加させ膜１５を通過する浄化水２５の流量
を増して被処理流体の制御を行い、ケーシング２７内の
前処理水１２の水位を低減させる。この場合、磁性フロ
ック３８の量も増加するので、シェル３７の回転数も増
加させて濾過手段の処理量制御を行う。

【００４６】本実施例により、水面近傍に集められた磁
性フロックを磁気分離で回転シェル上に捕集し、これを
水面上に移動させ剥離分離できるので含水率９５％程度
の高濃度スラッジで回収できる。したがって、スラッジ
の体積は、従来技術の水による洗浄後のスラッジの含水
率９９.５％の場合に比べ、約１／１０となる。したが
って、スラッジをトラックで処分場や焼却場に運搬する
場合やコンポスト化する場合の処理前にスラッジの含水
率を小さくするための、遠心脱水機やベルトプレス機等
の脱水手段の処理量は１／１０の能力のものでよく、脱
水手段の装置コストや脱水運転エネルギ費が大幅に低減
する効果が生じる。

【００４７】また、膜上の堆積物の磁化率が大きい場合
や、超電導磁石や超電導バルク体磁石等を使用して発生
磁場が非常に大きい場合には、さらに効果が生じる。こ
の超電導バルク体磁石は超電導永久磁石として働き、高
温超電導体はその主成分がＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏで表せ
る酸化物超電導体であり、いわゆる溶融法で合成される
成形体で超電導バルク体と呼ばれる。ＲＥはイトリウム
（元素番号Ｙ），サマリュウム（Ｓｍ），ランタン（Ｌ
ａ），ネオジュウム（Ｎｄ），ユーロビュム（Ｅｕ），
ガドリュウム（Ｇｄ），エルビュム（Ｅｒ），イッテビ
ュム（Ｙｂ）を表し、そのうち少なくとも１種または２
種以上を合わせてなるものである。

【００４８】絶対温度で９０Ｋ以上の超電導遷移温度Ｔ
ｃを持つイットリウム系，ネオジュウム系，サマリュウ
ム系などの高温超電導体を合成する際、原料を一旦融点
よりも高く過熱して溶融し、再び凝固させるいわゆる溶
融法で合成すると、粗大な結晶が成長し形成される高温
超電導バルク体が得られる。超電導となる母相には絶縁
相が微細に分散した組織が得られ、この分散相の存在に
起因するピン止め点が磁束を捕捉して、超電導バルクは
擬似的な永久磁石として働く。超電導バルクの合成には
５０μｍ以下の銀（Ａｇ）が添加されることもある。銀
は超電導相の性能を大きく損まうことなく組織中に分散
し、試料中の亀裂の伝播を抑制して機械的強度を向上し
たり、融点を降下して結晶成長を早くしたり、種結晶と
の温度差を与えてその融点を抑制して結晶方位に寄与す
る。

【００４９】超電導体は、その結晶方位によって超電導
特性に異方性があり、結晶軸のｃ軸に垂直な方向の臨界
電流密度が他の結晶方位に比べて高い。このため結晶軸
のｃ軸を一方向に配向すると優秀な磁場の捕捉ができ
る。したがって、図５に示すように絶対温度で９０Ｋ以
下に冷却された超電導バルク体１００を、外部より着磁
する磁場１０１の方向にｃ軸を配向すると、磁場１０１
を消磁した後も図６に示すような多数のピン止め点周り
に永久電流１０２が残存し磁束１０３を捕捉してバルク
体全体として磁場分布１０４に示すような捕捉磁場特性
が得られる。

【００５０】真空断熱容器（図示せず）内に配置された
超電導バルク体は液体窒素（図示せず）または冷凍機
（図示せず）の冷却部分で超電導遷移温度以下に冷却さ
れる。冷凍機は小型冷凍機が主に使われる。これらはバ
ルス管冷凍機，ＧＭサイクル冷凍機，ソルベイサイクル
冷凍機，スターリング冷凍機等の中から一種が用いられ
る。超電導遷移温度以下に冷却後もしくは冷却過程の間
の超電導バルクには静磁場やパルス磁場によって着磁が
され、超電導永久磁石として機能するようになる。した
がって、超電導バルク体により発生される磁気力は大き
くなり、洗浄水量を極端に少なくしたり、膜を洗浄する
洗浄水を使用しないで磁性フロックを膜１５から剥離分
離でき、浄化水の水圧による膜への繰り返し応力が小さ
くほとんど作用しないので、膜の繊維が破断することが
なく膜の寿命が延び膜を交換する頻度が極端に少なくな
り、また、洗浄水量の低減により運転コストを大幅に低
減することができる効果が生じる。

【００５１】また、本バルク体はその構成において１本
で構成しても、また複数個のバルク体を複数個シェル３
７の回転軸方向に一列や複数配置し冷凍機等で断熱手段
を介して冷却してもよい。

【００５２】また、ケーシング２５内の前処理水１２の
水面の過度な上昇を防止できるので、高濃度の磁性フロ
ック３８を連続的に排出できる効果がある。

【００５３】また、本実施例においてシーディング剤調
整装置７から四酸酸化鉄等の磁性粉は投入せず、ｐＨ調
整剤と塩化鉄や硫酸第二鉄等の水溶液の薬剤で鉄イオン
を提供するのみとし、水酸化鉄を主な凝集構成物質とす
るフロックを生成し、この水酸化鉄の弱い磁化率を利用
し、これを磁気力で分離しても同様な効果が生じる。こ
の場合、磁性粉を使用しないので運転コストを低減でき
る新たな効果が生じる。

【００５４】図４に本発明になる他の実施例を示す。こ
れが図２と異なる点は、例えば表面磁場強度０.５テス
ラの永久磁石６５をシェル３７の円周上の３箇所に配置
し、支持体６６に固定支持する。これによって、異方向
を指向する磁場を発生させることになって磁性フロック
２４を膜面上によく長く捕捉しておくことができ、捕捉
効率を上げることができる。図４に示すように３異方向
指向は効果的である。

【００５５】以上のような構成によれば、磁性物質を有
する被除去物を含む被処理水から磁場発生部による磁気
力で吸引された被除去物を捕捉して堆積させ、磁場発生
部から遠ざかる捕捉部を有する被除去物の捕捉装置と、
磁場発生部から遠ざかった位置で堆積した被除去物を掻
き取る掻き取り装置とを設けた被除去物の磁気分離装置
において、前記磁場発生部は前記捕捉部に近接して配置
され、かつ異方向を指向する磁場を発生させる構造とさ
れた被除去物の磁場分離装置が提供される。

【００５６】また、シェル３７と前処理水１２の水面近
傍の膜１５の内外の部位に、超音波発振する振動素子６
７とこれに固着した振動板６８を配置し、外部電源（図
示せす）からの入力で振動板６８から膜１５に向かって
例えば数ＭＨｚの超音波の振動波を送る。この振動波に
より、膜面上に付着した磁性フロック２４は膜面上から
剥離する。この構成により、発生磁場の発生範囲が広が
り、磁気力による磁性フロック２４磁気力捕捉範囲が広
がり捕捉効率向上し、捕捉量が増加し、膜１５回転数を
増し磁性フロック量を増やすことができる。これは、膜
１５の再生を高速化することになり、前処理水の処理量
を増加させて原水の浄化処理量を大幅に増加させること
ができる。また、シェル３７上で水面上の磁性フロック
３８に磁気力が作用する範囲が広がり、磁性フロックは
磁気圧縮作用によりさらに水分がフロック外に排出さ
れ、磁性フロック３８の含水率を低減することができ
る。さらには、超音波により大半の磁性フロック２４を
膜１５面上から剥離できるので、洗浄用のシャワー水３
２の使用量を無くすか、または大幅に低減できるので、
浄化処理水２５の増加することができ、運転効率を向上
させることができる。なお、本実施例では、磁場発生手
段に３個の永久磁石を使用したが、３個の長尺の高温超
電導バルク体を冷凍機などの冷却手段で真空容器等の断
熱容器内で冷却し、外部で着磁した後シェル３７内に設
置するとその強力発生機構によって前述した例以上の捕
捉効果が生じる。

【００５７】図５に示す高温超電導バルク体１００を図
２に示す永久磁石３５あるいは図４に示す永久磁石６５
に代えて使用する。この場合、先に示した例と同じに、
着磁した高温超電導バルク体９２を捕捉部に近接配置す
る。また、先例と同じに、異方向を指向する磁場を発生
させる構造とすることができる。その他の構成について
も前例と同様とすることができる。

【００５８】以上のような構成によれば、磁性物質を有
する被除去物を含む被処理水から磁場発生部による磁気
力で吸引された被除去物を捕捉して堆積させ、磁場発生
部から遠ざかる捕捉部を有する被除去物の捕捉装置と、
磁場発生部から遠ざかった位置で堆積した被除去物を掻
き取る掻き取り装置とを設けた被除去物の磁気分離装置
において、前記磁場発生部は、着磁した高温超電導バル
ク体で構成し、該高温超電導バルク体を前記捕捉部に近
接配置する被除去物の磁場分離装置が提供される。

【００５９】図７に本発明になる他の実施例を示す。こ
れが図４と異なる点は、例えば永久磁石６５をシェル３
７の円周上の３箇所に配置し、支持体６９に固定支持
し、膜１５を前処理水１２の液面近くまで埋没させた点
にある。また、スラッジ槽４３をケーシング２５内に配
置する。シェル３７面上の濃縮された磁性フロック３８
は、回転移動し、磁場発生手段から遠ざかり磁気吸引力
ははるかに小さくなり、掻き取り手段の平板状のへら４
２でシェル３７面上で剥離され、スラッジ槽４３にスラ
ッジとして分離捕集される。磁性フロック３８が移動中
に前処理水１２中に零れないように側壁７０をへら４２
の両側に配置する。

【００６０】本構成により、膜１５の水処理に活かせる
有効な面積を約２倍に増加でき、ほぼ同一のサイズで処
理量を倍増することができる効果がある。

【００６１】図８に本発明になる他の実施例を示す。こ
れが図２に示す例と異なる点は、非磁性物のプラスチッ
ク製や樹脂製のシェル３７の外表面近くにステンレス４
３０製等の磁性物で製作された細線や細球等を埋め込ん
だ点にある。本実施例によれば、磁場発生手段が発生す
る磁場内に移動した際、細線や細球表面に大きな磁気勾
配が生じ前処理水中の磁性フロックや磁性物質を吸引す
る磁気力が大きくなり、磁化率が小さい水酸化鉄やりん
酸鉄等の浮遊粒子をシェル３７表面上に磁気分離捕捉す
ることができる効果がある。また、図９に示すように、
磁性メタルウール７２を埋め込んでも同様な効果が生じ
る。シェル３７の外表面にメタルウール７２が露出して
もよく、この場合、シェル３７上に磁気吸着した磁性物
はへらの代わりに圧縮空気を使用してスラッジ槽４３内
に磁性物を排出しても（図示せず）、同様な効果があ
る。

【００６２】図１０に本発明になる他の実施例を示す。
本構造が図１〜図３に示す例と異なる点を以下に説明す
る。同一構成については繰り返し説明しないので図１〜
図３を参照されたい。本構成は原水中に含まれるりん酸
イオン等の金属イオンと結合し、反応物が磁性を有する
ものを除去する磁気分離装置に関するものである。原水
は配管７３から流入する。シェル３７の外周部には円筒
状の鉄製の円筒７４が配置され、この円筒７４には交流
もしくは直流の電源７５の一端に回転を阻止しない状態
で電気的に接続され、電源の他端は非伝導性を有したプ
ラスチック製等のケーシング７６内の原水に電気的に接
続されている。電源７５から電気入力すると円筒７４表
面から原水中に鉄イオンが溶出し、原水中のりん酸イオ
ンと化学反応により磁性を有するりん酸鉄の粒子７７と
なる。このりん酸鉄は、永久磁石３５の磁場で磁気吸引
されシェル３７外周の円筒７４上に捕捉される。捕捉さ
れたりん酸鉄は、反時計回りに回転するシェル３７，円
筒７４上にのりへら４２でかきとられてスラッジ槽４３
に分離される。また、円筒７４の表面には鉄イオンと原
水中の水酸化イオンとが結合して酸化鉄等のコロイド状
の物質が集積し、このコロイド状の中に原水中の汚濁物
質が取り込まれる。水酸化鉄は磁性を有しているため磁
気力によって円筒７４上に捕捉される。これもへら４２
でかきとられるので電極となる円筒７４の表面は水酸化
物が蓄積せず、連続的に良好に鉄イオンを供給すること
ができる。処理水は壁７８を越え、配管７９から排出さ
れる。本実施例によれば、鉄イオンを溶出する回転する
電極上に鉄イオンとの化学化合物、およびこの化合物に
吸着された原水中の汚濁粒子を、磁気吸引して原水から
磁気分離し、これを連続的に剥離除去できるので、凝集
剤を使用せずに原水中のりん及び汚濁粒子を良好に除去
できる効果がある。

【００６３】図１１，図１２に本発明になる他の実施例
を示す。図１２は図１１の上部から見た図２のＹ−Ｙ断
面の半０断面図である。本構造は粘土と水が混合した原
料スラリー中の酸化鉄等を除去する磁気分離装置に関す
るものである。ヘマタイトやマグネタイト等の酸化鉄を
含む原料のスラリー９０は前処理を行わずに流入管８０
から矢印Ｅの方向に流入する。ケーシング８１内には、
回転するシェル３７とその外周部に磁性体のステンレス
４３０等で製作された複数枚の金網８２が固着支持され
る。シェル３７とシェル３７に軸方向に積層された金網
８２は反時計回りに回転し、スラリー９０は壁８３とシ
ェル３７の間を通り、その移動中にスラリー９０中の酸
化鉄は、磁石６５の磁場中を移動する金網８２の表面に
その高い磁気勾配による磁気力により金網８２の表面に
捕捉される。酸化鉄を除去されたスラリー９０は排出管
８４から矢印Ｆの方向に排出される。金網８２の表面に
蓄積された酸化鉄はスラリー液面上に露出し、粘土のス
ラリーは滴下し、酸化鉄のみが金網８２上に磁気力で捕
捉されたまま回転移動し、磁場がはるかに小さい空間で
ある反対側のスラリー９１の液面内に移動し、ここで壁
８５中に組み込まれた配管８６を通じ外部空気圧縮機８
９から加圧空気や、原料のスラリー９０の一部を供給
し、その流れの乱れで金網８２上の酸化鉄を剥離させ、
濃縮された酸化鉄を多量に含むスラリー９１を排出管８
７から矢印Ｇの方向に排出される。スラリー９１の排出
量は排出管８７流量調整弁８８等の流量調整手段で制御
する。本実施例において、磁場発生手段に永久磁石を使
用した場合について説明したが、冷却後に着磁されたビ
スマス系やサマリウム系の酸化物超電導材のバルクを使
用すればさらに大きな磁場を提供でき、酸化鉄の除去性
能は向上する。本実施例によれば、磁場発生手段で作ら
れた大磁場と、小磁場空間を移動する磁性金網を使用
し、金網近傍に生じる高磁気勾配で、スラリー中の酸化
鉄等の磁性粒子を直接に連続的に高い除去率で除去でき
る効果がある。

【００６４】なお、以上の実施例では膜１５をドラム状
に形成した場合について説明したが、膜１５をディスク
状に構成して、このディスクを回転軸方向に複数枚配置
して装置を構成した場合でも同様な効果が生じる。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、堆積物に近接して磁場
発生装置を効果的に配設する構造を提供し、堆積物に洗
浄水が再び含まれることを効果的に防止する構造が提供
され、または／及び強力な磁気力発生の手段を有する構
造が提供され、以って磁性物質を含む被除去物を被処理
水から良好に分離可能で、高密度のスラッジを排出可能
な磁気分離装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の磁気分離装置のフロ−図。

【図２】本発明の一実施例の磁気分離装置の断面図。

【図３】図１に示した本発明の一実施例の磁気分離装置
のＸ−Ｘ半断面図。

【図４】本発明の他の実施例の磁気分離装置の断面図。

【図５】超電導バルク体の構成図。

【図６】超電導バルク体の捕捉磁場特性図。

【図７】本発明の他の実施例の磁気分離装置の断面図。

【図８】本発明の他の実施例の磁気分離装置のシェルの
部分断面図。

【図９】本発明の他の実施例の磁気分離装置のシェルの
部分断面図。

【図１０】本発明の他の実施例の磁気分離装置の断面
図。

【図１１】本発明の他の実施例の磁気分離装置の断面
図。

【図１２】図１１のＹ−Ｙ半断面図。

【符号の説明】

１４…磁気分離装置、１５…膜、１７，３７…シェル、
２４，３８…磁性フロック、２５…ケーシング、３５…
永久磁石、３６…支持体、４２…へら、４３…スラッジ
槽、１００…超電導バルク体、１５４…支持部材、１５
５…大気開口部、１５６…内部空間。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水守 隆司 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 西嶋 規世 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Ｆターム(参考） 4D026 BA03 BB01 BC24 BC26 BC29 BD01 BD02 BD05 BD06 BF11 BF13 BF21

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁性物質を有する被除去物を含む被処理流
   体から水の一部を通過せしめて濾過を行う濾過部を有
   し、該濾過部を移動させる濾過装置と、前記濾過部に近
   接して配設された磁場発生部を有し、該磁場発生部に近
   接し、磁気力で吸引された被除去物を捕捉して堆積さ
   せ、磁場発生部から遠ざかる捕捉部を有する被除去物の
   捕捉装置と、磁場発生部から遠ざかった位置で堆積した
   被除去物を掻き取る掻き取り装置とを設けた被除去物の
   磁気分離装置において、 前記捕捉装置は、少なくとも一端に大気空間に開放され
   た大気開口部を有し、 前記磁場発生部は、前記大気開口部を貫通する支持体に
   よって前記捕捉装置の内部に支持されることを特徴とす
   る被除去物の磁気分離装置。
2. 【請求項２】磁性物質を有する被除去物を含む被処理流
   体から磁場発生部による磁気力で吸引された被除去物を
   捕捉して堆積させ、磁場発生部から遠ざかる捕捉部を有
   する被除去物の捕捉装置と、磁場発生部から遠ざかった
   位置で堆積した被除去物を掻き取る掻き取り装置とを設
   けた被除去物の磁気分離装置において、 前記捕捉装置は、少なくとも一端に大気空間に開放され
   た大気開口部を有し、 前記磁場発生部は、前記大気開口部を貫通する支持体に
   よって前記捕捉装置の内部に支持されることを特徴とす
   る被除去物の磁気分離装置。
3. 【請求項３】請求項１または２において、 前記捕捉装置は、円筒状捕捉装置であり、該円筒状捕捉
   装置の上方部は大気中に位置し、下方部は被処理流体中
   に位置して回転することを特徴とする被除去物の磁気分
   離装置。
4. 【請求項４】請求項３において、 前記掻き取り装置は、大気中に位置した部分で円筒状捕
   捉装置から堆積した被除去物を掻き取ることを特徴とす
   る被除去物の磁気分離装置。
5. 【請求項５】請求項１または２において、 前記磁場発生部の反対側で、捕捉部に向けて開口部を有
   するシャワー水吹き付け装置を設けたことを特徴とする
   被除去物の磁気分離装置。
6. 【請求項６】請求項５において、 前記開口部の上方部で、前記捕捉部に近接してシャワー
   水遮蔽部を設けたことを特徴とする被除去物の磁気分離
   装置。
7. 【請求項７】磁性物質を有する被除去物を含む被処理流
   体から磁場発生部による磁気力で吸引された被除去物を
   捕捉して堆積させ、磁場発生部から遠ざかる捕捉部を有
   する被除去物の捕捉装置と、磁場発生部から遠ざかった
   位置で堆積した被除去物を掻き取る掻き取り装置とを設
   けた被除去物の磁気分離装置において、 前記磁場発生部は前記捕捉部に近接して配置され、かつ
   異方向を指向する磁場を発生させる構造とされたことを
   特徴とする被除去物の磁気分離装置。
8. 【請求項８】請求項７において、 前記捕捉装置は、少なくとも一端に大気空間に開放され
   た大気開口部を有し、 前記磁場発生部は、前記大気開口部を貫通する支持体に
   よって前記捕捉装置の内部に支持されることを特徴とす
   る被除去物の磁気分離装置。
9. 【請求項９】請求項８において、 前記磁場発生部は、片持ち梁り状態で支持されることを
   特徴とする被除去物の磁気分離装置。
10. 【請求項１０】磁性物質を有する被除去物を含む被処理
    水から磁場発生部による磁気力で吸引された被除去物を
    捕捉して堆積させ、磁場発生部から遠ざかる捕捉部を有
    する被除去物の捕捉装置と、磁場発生部から遠ざかった
    位置で堆積した被除去物を掻き取る掻き取り装置とを設
    けた被除去物の磁気分離装置において、 前記磁場発生部は、着磁した高温超電導バルク体で構成
    し、該高温超電導バルク体を前記捕捉部に近接配置する
    ことを特徴とする被除去物の磁場分離装置。
11. 【請求項１１】請求項１０において、 前記磁場発生部は前記捕捉部に近接して配置され、かつ
    異方向を指向する磁場を発生させる構造とされたことを
    特徴とする被除去物の磁場分離装置。