JP2004143007A - 焼却灰によるゼオライト製造方法およびその装置 - Google Patents
焼却灰によるゼオライト製造方法およびその装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】超伝導磁界を用いた物質分離回収方式により、効率のよい物質分離回収を行うことが可能となり、焼却灰の有害物質を無害化してゼオライトを生成可能にする。
【解決手段】焼却灰を第１タンク２内に導入し、溶媒としてのアルカリ水溶液または水・空気・電解水とを含んだ液状にして第１の物質分離回収装置１Ａ内に連続環流的に圧送導入して無害化するステップと、前記第１の物質分離回収装置１Ａ内で分離回収され第１タンク２内に戻された清澄液を第２タンク３内に導入し、溶媒としてのアルカリ水溶液を含んだ熱処理された液状にして第２の物質分離回収装置１Ｂ内に連続環流的に圧送導入してテクトアルミノケイ酸塩構造のゼオライトに結晶化させるステップとを有する。
【選択図】 図１
【解決手段】焼却灰を第１タンク２内に導入し、溶媒としてのアルカリ水溶液または水・空気・電解水とを含んだ液状にして第１の物質分離回収装置１Ａ内に連続環流的に圧送導入して無害化するステップと、前記第１の物質分離回収装置１Ａ内で分離回収され第１タンク２内に戻された清澄液を第２タンク３内に導入し、溶媒としてのアルカリ水溶液を含んだ熱処理された液状にして第２の物質分離回収装置１Ｂ内に連続環流的に圧送導入してテクトアルミノケイ酸塩構造のゼオライトに結晶化させるステップとを有する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば都市ゴミ等の焼却灰に含まれているダイオキシン類（ＰＣＤＤおよびＰＣＤＦ）、ＰＣＢの他、多種の重金属類を含有する液状からそれぞれダイオキシン類、ＰＣＢ、重金属類等を磁気分離して無害化することによりゼオライトを生成可能にした焼却灰によるゼオライト製造方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば都市ゴミ等の焼却灰からゼオライトを生成するには、当該焼却灰を、温度１００℃、２Ｎの水酸化ナトリウムを入れたタンク内に導入し、攪拌させることで約６時間でゼオライトを生成する煮沸無圧方式と、当該焼却灰を温度１７４℃、圧力約８ｋｇｆ／平方ｃｍの高温圧力釜に入れて、３．５Ｎの水酸化ナトリウムを加えて攪拌することで約３時間でゼオライトを生成するオートクレーブ方式とが多く採用されている。図１１は従来の人工ゼオライト製造設備を対比した比較図である。比較図中年間生産能力は設備Ａを除き計画生産量である。なお、いずれの設備も連続大量生産が不可能である。一般的にいって一生産ラインに３回の固液分離が必要であるため、固液分離装置、つまり高価なスーパーデカンタ、遠心分離機、フィルタープレスなどが必要となり設備が高価となる。
【０００３】
また、焼却灰に含まれるダイオキシン類やＰＣＢなどの一部の化挙物質や重金属は、強い毒性を持ち、環境の正常な営みに対しいびつな影響を与え被害をもたらすという問題を発生させており、これら有害物質の分離・回収再利用技術が求められている。例えば、熱溶媒型接触循環方式による熱分解回収装置を使用した場合、この熱溶媒の加熱に多大なエネルギーを費やすものであり、熱交換効率も非常に悪いものである。
【０００４】
物質の分離方法には、物理的分離方法と化学的分離方法があるが、物理的分離方法は化学的な二次処理を必要とせずに行なえるという利点がある。かかる物理的分離分野において、特に、磁気分離を利用すると、原子・分子レベルの大きさの微粒子が懸濁している懸濁液系で所望する微粒子物質を多量に高速に分離・回収することが可能となる。
【０００５】
ここで、強磁場の下では、反磁性物質や常磁性物質でさえ引きつけることができることが判明した。水や石英ガラスといった反磁性物質やアルミニウムや酸素のような常磁性物質や非磁性物質は、比磁化率の大きさが１０−３〜１０−４であり、強磁性物質の比磁化率１０３ の１／１０６ 〜１／１０７ 程度と小さい。このため従来は上記非磁性物質等のエネルギーは、過少として無視されてきた。
【０００６】
日常生活で使用されている磁石は、１００ガウス（０．０１Ｔ（テスラー））
程度のものであるが、１０Ｔ磁場を利用すると、これの１０３ 倍の磁場を利用できることになる。磁気エネルギーは磁場の二乗に比例することから１０Ｔを越える強磁場内では非磁性体の分離ができることとなる。
【０００７】
従来、磁力を用いて物質を分離・除去する磁力分離システムとしては、例えば、特開平２０００−２９６３０３号公報に開示されているように、分離円筒の外側へ磁場強さの異なる複数のソレノイドコイルを並列設置し、前記分離円筒を複数本並列設置して磁着分離回収対象物質を分離回収するシステムがあった。
【特許文献１】特開平２０００−２９６３０３号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来における煮沸無圧方式もしくはオートクレーブ方式によるゼオライト生成方式はいずれも生成に要する時間やコストが掛かり過ぎてしまい、しかもバッチ式であるため連続運転が不可能である。
【０００９】
また、従来技術を用いて強磁性体、常磁性体のみならず、非磁性体をも引きつけて分離しようとすると、高い磁力を発生させるために分離機に用いるマグネットを窒索ガスで冷やす必要があるため、システム全体が大規模な施設とならざるを得なかった。また、システム運転時の消費電力が約６０ｋＷとなるなど過大なものであった。さらに、従来技術のものでは、分離機の回転速度が１分間に５回程度であって、高速な連続運転ができないものであった。
【００１０】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、例えば都市ゴミ等の焼却灰に含まれているダイオキシン類 （ＰＣＤＤおよびＰＣＤＦ） 、ＰＣＢの他、多種の重金属類を含有する液状から、それぞれダイオキシン類、ＰＣＢ、重金属類等を磁気分離することにより焼却灰の無害化を可能にし、同時に無害化された焼却灰からゼオライトの製造原料を効率良く生成可能とすると共に、消費電力を抑え高速な連続運転が可能となるようにした焼却灰によるゼオライト製造方法およびその装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１記載の発明は、焼却灰を第１タンク２内に導入し、溶媒としてのアルカリ水溶液または水・空気・電解水とを含んだ液状にして第１の物質分離回収装置１Ａ内に連続環流的に圧送導入して無害化するステップと、前記第１の物質分離回収装置１Ａ内で分離回収され第１タンク２内に戻された清澄液を第２タンク３内に導入し、溶媒としてのアルカリ水溶液を含んだ熱処理された液状にして第２の物質分離回収装置１Ｂ内に連続環流的に圧送導入してテクトアルミノケイ酸塩構造のゼオライトに結晶化させるステップとを有することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２記載の発明は、焼却灰を第１タンク２内に導入し、溶媒としてのアルカリ水溶液または水・空気・電解水とを含んだ液状にして物質分離回収装置１Ａ内に連続環流的に圧送導入して無害化するステップと、
前記物質分離回収装置１Ａ内で分離回収され第１タンク２内に戻された清澄液をバッファタンク５を介して第２タンク３内に導入し、溶媒としてのアルカリ水溶液を含んだ熱処理された液状にして前記物質分離回収装置１Ａ内に連続環流的に圧送導入してテクトアルミノケイ酸塩構造のゼオライトに結晶化させるステップとを有することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１、第２の物質分離回収装置１Ａ，１Ｂは、一つの回転軸を中心に高速回転する回転体を用いて前記導入した液状に遠心力を加えることを通じて前記液状から遠心力分離回収対象物質を遠心分離するとともに、前記液状を霧状に状態変化させるステツプと、
前記霧状に状態変化した液状に磁着分離回収対象物質の磁化率に対応した超伝導磁界を作用させて磁着分離回収対象物質を分離し、回収するステップとを行う。
【００１４】
さらに、請求項４記載の発明は、請求項１乃至３記載の発明において、前記磁着分離回収対象物質は、ダイオキシン類 （ＰＣＤＤおよびＰＣＤＦ） であり、前記磁着分離回収対象物質は、重金属類であることを特徴とする。
【００１５】
さらに、請求項５記載の発明は、請求項１乃至３記載の発明において、前記磁着分離回収対象物質は、重金属類であることを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載の発明は、焼却灰を、溶媒としてのアルカリ水溶液または水・空気・電解水とを含んだ液状にして第１の物質分離回収装置１Ａ内に連続環流的に圧送導入させる第１タンク２と、前記第１の物質分離回収装置１Ａ内で分離回収され第１タンク２内に戻された清澄液を、溶媒としてのアルカリ水溶液を含んだ熱処理された液状にして第２の物質分離回収装置１Ｂ内に連続環流的に圧送導入させる第２タンク３と
中空円筒状の回転体、前記回転体の回転軸、前記回転体の内周に回転可能に設けられた複数枚の掻き落とし板、前記回転体の回転軸と中心軸が同一である前記掻き落とし板の回転軸、前記回転体の外周に設けられて中空円筒状に配置された非液冷型超伝導マグネットのそれぞれを備えた前記第１、第２の物質分離回収装置１Ａ，１Ｂとから構成されたことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項７記載の発明は、焼却灰を、溶媒としてのアルカリ水溶液または水・空気・電解水とを含んだ液状にして物質分離回収装置１Ａ内に連続環流的に圧送導入させる第１タンク２と、前記物質分離回収装置１Ａ内で分離回収され第１タンク２内に戻された清澄液を、溶媒としてのアルカリ水溶液を含んだ熱処理された液状にして前記物質分離回収装置１Ａ内に連続環流的に圧送導入させる第２タンク３と
中空円筒状の回転体、前記回転体の回転軸、前記回転体の内周に回転可能に設けられた複数枚の掻き落とし板、前記回転体の回転軸と中心軸が同一である前記掻き落とし板の回転軸、前記回転体の外周に設けられて中空円筒状に配置された非液冷型超伝導マグネットのそれぞれを備えた前記物質分離回収装置１Ａとから構成され、
第１タンク２内に戻された清澄液は、これを所定の量に達するまで貯留しておくためのバッファタンク５を介してアルカリ水溶液を含んだ第２タンク３内に導入され、そこで汚液と共に再び物質分離回収装置１Ａ内に切替弁４を介して導入されるものとしたことを特徴とする。
【００１８】
前述の構成によれば、焼却灰を第１タンク２内に導入し、溶媒としてのアルカリ水溶液または水・空気・電解水とを含んだ液状にして第１の物質分離回収装置１Ａ内に連続環流的に圧送導入する。そして前記第１の物質分離回収装置１Ａ内で分離回収され第１タンク２内に戻された清澄液を第２タンク３内に導入し、溶媒としてのアルカリ水溶液を含んだ熱処理された液状にして第２の物質分離回収装置１Ｂ内に連続環流的に圧送導入してテクトアルミノケイ酸塩構造のゼオライトに結晶化させる。
【００１９】
この磁着分離回収対象物質の分離には超伝導マグネットを用いる。超伝導物体を冷やしていくと、ある温度で抵抗がなくなり、完全導電性を有するようになる。この完全導電性を有することとなった超伝導物体をコイルに用いて電磁石としたものが超伝導マグネットである。従来、超伝導物体を冷却するのに液状ヘリウムを用いていたが、近年、高温超伝導体を用いて、液状ヘリウムを使用しないいわゆる無液冷型の超伝導マグネット（ 以下、「ドライマグネット」と称する） が開発された。かかるドライマグネットは、無液冷型なので、ドライマグネットを用いれば物質分離回収装置の規模を小さく抑えることが可能となる。そして、このためもあって、消費電力も小さくすることができる。
【００２０】
本発明は、まず、物質分離回収装置内に導入された磁着分離回収対象物質を含んだ液状に対して、遠心力を加えることにより、遠心力分離回収対象物質を遠心分離する。本発明では第一の処理過程で分離される物質の質量に応じて、加える遠心力の大きさを制御する。また、加えられた遠心力により、前記液状が霧状に状態変化する。
【００２１】
また、本発明は、霧状に状態変化した前記液状にドライマグネットを用いた超伝導磁界を作用させて前記液状から磁着分離回収対象物質を分離し、回収する第二の処理過程を有する。作用させる超伝導磁界の大きさは前記磁着分離回収対象物質の磁化率に対応させて設定する。超伝導磁界の作用により分離された磁着分離回収対象物質は、ドライマグネットを消磁することを通じて物質分離回収装置の下部に設けたスライドに落とされ、物質分離回収装置外に排出される。ドライマグネットの着磁と消磁は、１分程度で可能であるため、本発明の超伝導磁界を用いた物質分離回収装置は高速な連続運転が可能となる。
【００２２】
本発明は、上記のように第一の処理過程と第二の処理過程とを有することにより、まず、第一の処理過程において、遠心力分離回収対象物質を分離した上で、第二の処理過程において、磁着分離回収対象物質をドライマグネットを用いて磁気分離することができるため、磁着分離回収対象物質の磁気分離を効率よく行うことが可能となる。
【００２３】
また、本発明を用いることにより、例えば都市ゴミ等の焼却灰に含まれているダイオキシン類 （ＰＣＤＤおよびＰＣＤＦ） 、ＰＣＢの他、多種の重金属類を含有する液状から、それぞれダイオキシン類、ＰＣＢ、重金属類等を磁気分離することにより焼却灰の無害化を可能にし、同時に無害化された焼却灰からゼオライトの製造原料を効率良く生成可能とする。また物質分離回収装置全体の規模を小さく抑え、消費電力を小さくすることができるとともに高速な連続運転ができ、しかも効率のよい物質分離回収を行うことが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に、図を用いて本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の原理を説明するための概略断面図である。同図において、１Ａ，１Ｂは超伝導磁界を用いた物質分離回収装置、１１はドライマグネット、１２は回転軸１３を中心に高速回転する回転体、１３は回転軸、１４は超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂ内に導入された汚液の通路となる汚液管である。また、１７は汚液に含まれる磁着分離回収対象物質、１８は汚液に含まれる遠心力分離回収対象物質である。また、磁着分離回収対象物質は、溶媒としての水酸化ナトリウムまたは水・空気・電解水とを含んだ液状にして物質分離回収装置１内に連続環流的に導入される。
【００２５】
本発明の原理は、図１、図５に示すように、例えば都市ゴミ等の焼却灰を第１タンク２内に導入し、溶媒としてのアルカリ水溶液または水・空気・電解水とを含んだ液状にして第１の物質分離回収装置１Ａ内に連続環流的に圧送導入して無害化するステップと、前記第１の物質分離回収装置１Ａ内で分離回収され第１タンク２内に戻された清澄液を第２タンク３内に導入し、溶媒としてのアルカリ水溶液を含んだ熱処理された液状にして第２の物質分離回収装置１Ｂ内に連続環流的に圧送導入してテクトアルミノケイ酸塩構造のゼオライトに結晶化させるステップとから構成されている。
【００２６】
第１タンク２では焼却灰を、溶媒としてのアルカリ水溶液または水・空気・電解水とを含んだ液状にして超伝導磁界を用いた第１の物質分離回収装置１Ａ内に導入する。導入された汚液は、汚液管１４を通り、高速回転している回転体１２に送られる。そして、回転体１２によって汚液に遠心力が加えられて、遠心力分離回収対象物質１８が汚液から分離され、回転体１２の内周付近に沈殿する。沈殿した遠心力分離回収対象物質１８は、後述する回転体１２の内周に取り付けられた掻き落とし板の作用によって、超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ下部に掻き落とされて除去される。物質分離回収装置１Ａから出る清澄液は再び第１タンク２内に戻される。
【００２７】
また、第１タンク２に戻された清澄液は、第２タンク３内に導入され、そこで温度約１００℃〜２００℃の２Ｎ乃至５Ｎのアルカリ水溶液として例えばカセイソーダすなわち水酸化ナトリウム等の溶媒と共に清澄液を、超伝導磁界を用いた第２の物質分離回収装置１Ｂ内に導入する。導入された清澄液は、汚液管１４を通り、高速回転している回転体１２に送られる。そして、回転体１２によって清澄液に遠心力が加えられて、遠心力分離回収対象物質１８が清澄液から分離され、回転体１２の内周付近に沈殿する。沈殿した遠心力分離回収対象物質１８は、後述する回転体１２の内周に取り付けられた掻き落とし板の作用によって、超伝導磁界を用いた第２の物質分離回収装置１Ｂ下部に掻き落とされて除去される。第２の物質分離回収装置１Ｂから出る清澄液は再び第２タンク３内に戻される。
【００２８】
また、汚液は、加えられた遠心力によって、例えば７μｍ程度の大きさの分子の霧状に状態変化し、回転体１２の上面を超えてオーバーフローする。次に、回転体１２の上面を超えてオーバーフローした前記霧状に状態変化した汚液中の磁着分離回収対象物質１７は、ドライマグネット１１の超伝導磁界の作用により、汚液から分離し、図１に示すように超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂのドライマグネット１１が設置された部分の内壁に磁着する。そして、ドライマグネット１１を消磁することを通じて超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂの内壁に磁着した磁着分離回収対象物質１７が内壁から落ち、回収される。
【００２９】
また、図６には本発明に係る他の実施の形態が示されている。本実施の形態では、超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂを無害化ステップとゼオライト生成ステップにおいてそれぞれ２基使用する替わりに、超伝導磁界を用いた単一の物質分離回収装置１Ａでもって併用させている。すなわち、第１タンク２から物質分離回収装置１Ａ内に導入された汚液は磁着分離回収対象物質１７が分離されることによって清澄液となり、超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａの外側へ排出され、再び第１タンク２内に戻され切替弁４を介して物質分離回収装置１Ａ内に導入される。また、第２タンク３から物質分離回収装置１Ａ内に導入された汚液は磁着分離回収対象物質１７が分離されることによって清澄液となり、超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａの外側へ排出され、再び第２タンク３内に戻され切替弁４を介して物質分離回収装置１Ａ内に導入される。この切替弁４は第１タンク２または第２タンク３から物質分離回収装置１Ａ内への液の導入を切り替え制御するものである。
【００３０】
また、第１タンク２と第２タンク３とはバッファタンク５によって接続されている。すなわち、第１タンク２内に戻された清澄液は、これを所定の量に達するまで貯留しておくためのバッファタンク５を介してアルカリ水溶液として例えば水酸化ナトリウムを含んだ第２タンク３内に導入され、そこで汚液と共に再び物質分離回収装置１内に切替弁４を介して導入されるものとしてある。
【００３１】
こうしてダイオキシン類 （ＰＣＤＤおよびＰＣＤＦ） 、ＰＣＤの他、多種の重金属類を含有する汚液から、それぞれダイオキシン類、ＰＣＢ、重金属類等を持続的に磁気分離することができ、石炭灰や都市ゴミ等の有害物質を含んだゴミ類の無害化のための連続運転が可能となるのである。しかも石炭灰および都市ゴミ等の可燃性廃棄物の焼却灰を水酸化ナトリウム（カセイソーダ）等のアルカリ溶液中で加熱処理して物質分離回収装置１Ａまたは１Ｂ内に導入するので、焼却灰から人工ゼオライトへの転換が容易に行える。
【００３２】
図２は、本発明の実施の形態における超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂの詳細な構成の一例を示す図である。この物質分離回収装置１Ａ，１Ｂは、全体が縦長となるように形成されていて、汚液の装置内部での滞在時間を増やすことで、磁着分離時間および磁着分離面積を増やして効率良く分離回収できるようにしている。斜線部に示す１２は回転体である。２０は回転軸１３を回転させるモータ，２１は回転体１２の内周に付けられた２枚の羽根の形をした掻き落とし板、２２は回転体の回転軸１３と中心軸が同一である掻き落とし板２１の羽根軸，２３はブロック，２４は回転軸１３を制動するストッパー，２５はスライド，２６は排出管，２７は清澄液が排出される排液口である。なお、２枚の掻き落とし板２１は、回転体１２を挟んで例えば、互いに１８０°の方向に付けられている。
【００３３】
本発明の実施の形態においては、まず、磁着分離回収対象物質１７を含む汚液がポンプで超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂ内に導入される。導入された汚液は、汚液管１４を通って図２に示すように回転体１２内に送られる。そして、汚液には高速回転する回転体１２の作用により、遠心力が加えられる。遠心力が加えられた汚液から遠心力分離回収対象物質１８が分離され、回転体１２の内周付近に沈殿する。
【００３４】
次に、羽根軸２２を回転させることによって回転体１２の回転方向と逆方向に掻き落とし板２１を回転させ、回転体１２の内周付近に沈殿した遠心力分離回収対象物質１８を掻き落とす。ここで、羽根軸２２の回転は、手動で行なっても自動で行なってもよい。掻き落とされた遠心力分離回収対象物質１８は、スライド２５上に落ち、スライド２５に開いた穴から排出管２６に送られ、排出管２６を通って超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂ外に排出される。
【００３５】
次に、高速回転する回転体１２により遠心力が加えられた汚液は、霧状に状態変化し、回転体１２の内側から図２の矢印に示すように回転体１２の上面をオーバーフローする。そして、回転体１２の上面をオーバーフローした霧状の汚液は、磁着分離回収対象物質１８の磁化率に対応して設定したドライマグネット１１の超伝導磁界の作用により、汚液から分離し、図２に示すように超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂのドライマグネット１１が設置された部分の内壁に磁着する。
【００３６】
そして、ドライマグネット１１を適宜のタイミングにおいて消磁することを通じて超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂの内壁に磁着した磁着分離回収対象物質１７が内壁からスライド２５に落ち、スライド２５に開いた穴から排出管２６に送られ、排出管２６を通って超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂ外に排出される。また、汚液は磁着磁着分離回収対象物質１７が分離されることによって清澄液となり、排液口２７から超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂ外に排出される。
【００３７】
図３（Ａ）は本発明の実施の形態における超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１の正面図の一例である。また、図３（Ｂ）は超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１の側面図の一例である。図３に示す超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１のモータ２０の駆動電力は例えば３．７ｋＷであり、処理流量は、毎分２０ＯＬである。超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１の大きさは図３に示すものに限られず、小型にしてモータ２０の駆動電力を例えば２．２ｋＷとすることも可能である。
【００３８】
上記のように、本発明の超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂの消費電力は、例えば３．７ｋＷ程度であり、従来技術の消費電力が例えぱ６０ｋＷ程度であるのに対して消費電力が極めて少ない。また、本発明は、例えぱ４０００回転／ 分で回転体１２を高速回転させて遠心力分離回収対象物質を汚液からまず分離させた後にドライマグネット１１の作用によって磁着分離回収対象物質１８を分離することから、磁着分離回収対象物質１８を効率よく分離回収することが可能となる。
【００３９】
次に、本発明に係る超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂを用いた実施例について説明する。
【００４０】
本実施例では、超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂを用いて都市ゴミ焼却灰を水に溶かした灰液からダイオキシン類 （ＰＣＤＤおよびＰＣＤＦ） を分離する。
【００４１】
ダイオキシン類の除去を科学的方法で行うと、装置が大がかりとなり、処理コストも高額となる。かかるダイオキシン類を含む焼却灰に超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１を用いて１０００Ｇａｕｓｓ（０．１Ｔ）程度の高磁気を作用させることにより、ダイオキシン類を分離回収することができる。例えば、前記焼却灰液に含まれるダイオキシン類 （ＰＣＤＤおよびＰＣＤＦ） については、焼却灰液中の濃度が当初１１０ピコグラムであったが、本発明の超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂを用いることにより、検出下限値以下となり、ダイオキシン類が殆ど分離される。
【００４２】
また、例えば、焼却場の煙突に付着した煤煙を洗った洗浄液に含まれるダイオキシン類を超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂを用いて分離した結果、当初ダイオキシン類の濃度が３６万ピコグラムであったが、その９９％程度が分離除去された。
【００４３】
また、超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂを用いてＰＣＢを含んだ液状からＰＣＢを分離することも可能である。
【００４４】
さらに、本発明の超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂは、上記ダイオキシン類，ＰＣＢを分離できるのみでなく、以下に示す重金属類を分離することができる。例えば、強磁性粒子である鉄粒子やＭｎは、超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１を用いて１０００ガウス（０．１Ｔ）程度の超伝導磁界を作用させて磁着することができる。また、弱磁性粒子であるＣａやＭｇは、１００００ガウス（１Ｔ）程度の超伝導磁界を作用させて磁着することができる。また、反磁性粒子である金や窒素についても、５００００ガウス（５Ｔ）程度の超伝導磁界を作用させて磁着することができるため、これらの物質を含む液状からそれぞれ分離することができる。
【００４５】
また、燃焼残滓（灰） を水に溶解し、含水率が７０％〜９０％である液状に超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂを作用させて磁気分離した場合の実験結果を図４に示す。かかる実験では、毎分４０Ｌを処理し、濃度の単位はｍｇ／Ｌ、分析方法としては、フレーム原子吸光法を用いた。
【００４６】
より具体的には、本発明の超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂを用いて、強磁性粒子であるＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，単体と化合物の双方が弱磁牲粒子であるＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｙ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｂ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｕ，Ｐｕ，Ａｍ，また、単体のみ弱磁性のＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｄ，Ａｌ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｌｕ，Ｏ，酸化物のみ弱磁性のＲｂ，Ｃｓ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｎをも磁着分離することができる。単体のみ弱磁性の物は単体として磁着分離し酸化物のみ弱磁性の物は酸化物として磁着分離できる。
【００４７】
前記以外の他の粒子は非磁性であるので磁性粒子と結合させれば磁性粒子と同様に磁着分離できる。例えば、Ｓｉ，Ａｓは非磁性であるが磁性物質（シード剤） を添加することによって磁性を持つことになり磁着分離できる。シード剤としては、鉄粉，磁鉄鉱，水酸化鉄等が使用できる。
【００４８】
また、下水汚泥の焼却灰に水を溶媒として含んだ汚液の磁着分離回収における実験例について図７，図８に基づき説明する。図７には処理前の原水に含まれている各種の有害物質の計量結果と、計量方法と、排水基準値が示されている。一方、図８には処理後の原水に含まれている各種の有害物質の計量結果と、計量方法と、排水基準値が示されている。これから解るように、原水に含まれていたダイオキシン類は、１８００ｐｇ−ＴＥＱ／ｌから０．５８ｐｇ−ＴＥＱ／ｌに極端に減少し、フッ素もまた３１０ｍｇ／ｌから７．５ｍｇ／ｌに減少した。また、ＢＯＤは２２０ｍｇ／ｌから４ｍｇ／ｌに減少し、ＣＯＤは２８０ｍｇ／ｌから７４ｍｇ／ｌに減少し、鉛は１８０ｍｇ／ｌから０．０１ｍｇ／ｌ未満に減少した。
【００４９】
図９に処理前のフライアッシュの粒状体と処理後のゼオライトの粒状体を対比して示した図である。図中（Ａ）に示す粒状体は処理前のフライアッシュそのものの拡大図であって、表面は円滑である。図中（Ｂ）に示す粒状体は磁力分離装置（約５０，０００ガウス）に約１分間反応させた後のゼオライトを示す。表面に結晶体が現れている。
【００５０】
図１０は従来方式の人工ゼオライト製造方式の２例と本発明によるゼオライトの製造方式を比較して示す。図中Ａ方式は煮沸無圧方式の従来例、中央の高温高圧オートクレーブ方式は高温高圧バッチ式の従来例である。右側に本発明方法による（超伝導非液体型マグネット使用電解水処理連続方式）を示す。
これらの対比から本発明方法は従来の２例に比較して反応時間が１〜２分と最も短く必要量が連続生産可能であることが理解できる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば都市ゴミ等の焼却灰に含まれているダイオキシン類 （ＰＣＤＤおよびＰＣＤＦ） 、ＰＣＢの他、多種の重金属類を含有する液状から、それぞれダイオキシン類、ＰＣＢ、重金属類等を磁気分離することにより焼却灰の無害化を可能にし、同時に無害化された灰からゼオライトの製造原料を効率良く生成可能とする。また物質分離回収装置全体の規模を小さく抑え、消費電力を小さくすることができるとともに高速な連続運転ができ、しかも効率のよい物質分離回収を行うことが可能となる。なお前述した溶媒として電解水を用いると分離の効果をさらに高めることができる。しかも、都市ゴミ等の可燃性廃棄物の焼却灰を水酸化ナトリウム（カセイソーダ）等のアルカリ溶液中で加熱処理して物質分離回収装置１Ａ，１Ｂ内に連続環流的に導入するので、都市ゴミ焼却灰から人工ゼオライトへの転換が効率良く行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用する装置の原理を説明する概略断面図である。
【図２】超伝導磁界を用いた物質分離回収装置の詳細な構成の一例を示す断面図である。
【図３】超伝導磁界を用いた物質分離回収装置の一例を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図４】燃焼残滓（灰）を水に溶解した液状からの磁気分離の一例を示す表形式の図である。
【図５】本発明のゼオライト製造装置の概略を示す構成図である。
【図６】本発明の他の実施の形態におけるゼオライト製造装置の概略を示す構成図である。
【図７】焼却灰に水を溶媒として含んだ汚液の磁着分離回収における実験例を示すもので、処理前の原水に含まれている各種の有害物質の計量結果と、計量方法と、排水基準値とを表形式で示した図である。
【図８】同じく処理後の原水に含まれている各種の有害物質の計量結果と、計量方法と、排水基準値とを表形式で示した図である。
【図９】処理前のフライアッシュの粒状体と処理後のゼオライトの粒状体を対比して示した図である。
【図１０】従来方式の人工ゼオライト製造方式の２例と本発明によるゼオライトの製造方式（超伝導非液体型マグネット使用電解水処理連続方式）を対比した比較図である。
【図１１】従来の人工ゼオライト製造設備を対比した比較図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ 超伝導磁界を用いた物質分離回収装置
２ 第１タンク
３ 第２タンク
４ 切替弁
５ バッファタンク
１１ ドライマグネット
１２ 回転体
１３ 回転軸
１４ 汚液管
１７ 磁着分離回収対象物質
１８ 遠心力分離回収対象物質
２０ モータ
２１ 掻き落とし板
２２ 羽根軸
２３ ブロック
２４ ストッッパー
２５ スライド
２６ 排出管
２７ 排液口
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば都市ゴミ等の焼却灰に含まれているダイオキシン類（ＰＣＤＤおよびＰＣＤＦ）、ＰＣＢの他、多種の重金属類を含有する液状からそれぞれダイオキシン類、ＰＣＢ、重金属類等を磁気分離して無害化することによりゼオライトを生成可能にした焼却灰によるゼオライト製造方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば都市ゴミ等の焼却灰からゼオライトを生成するには、当該焼却灰を、温度１００℃、２Ｎの水酸化ナトリウムを入れたタンク内に導入し、攪拌させることで約６時間でゼオライトを生成する煮沸無圧方式と、当該焼却灰を温度１７４℃、圧力約８ｋｇｆ／平方ｃｍの高温圧力釜に入れて、３．５Ｎの水酸化ナトリウムを加えて攪拌することで約３時間でゼオライトを生成するオートクレーブ方式とが多く採用されている。図１１は従来の人工ゼオライト製造設備を対比した比較図である。比較図中年間生産能力は設備Ａを除き計画生産量である。なお、いずれの設備も連続大量生産が不可能である。一般的にいって一生産ラインに３回の固液分離が必要であるため、固液分離装置、つまり高価なスーパーデカンタ、遠心分離機、フィルタープレスなどが必要となり設備が高価となる。
【０００３】
また、焼却灰に含まれるダイオキシン類やＰＣＢなどの一部の化挙物質や重金属は、強い毒性を持ち、環境の正常な営みに対しいびつな影響を与え被害をもたらすという問題を発生させており、これら有害物質の分離・回収再利用技術が求められている。例えば、熱溶媒型接触循環方式による熱分解回収装置を使用した場合、この熱溶媒の加熱に多大なエネルギーを費やすものであり、熱交換効率も非常に悪いものである。
【０００４】
物質の分離方法には、物理的分離方法と化学的分離方法があるが、物理的分離方法は化学的な二次処理を必要とせずに行なえるという利点がある。かかる物理的分離分野において、特に、磁気分離を利用すると、原子・分子レベルの大きさの微粒子が懸濁している懸濁液系で所望する微粒子物質を多量に高速に分離・回収することが可能となる。
【０００５】
ここで、強磁場の下では、反磁性物質や常磁性物質でさえ引きつけることができることが判明した。水や石英ガラスといった反磁性物質やアルミニウムや酸素のような常磁性物質や非磁性物質は、比磁化率の大きさが１０−３〜１０−４であり、強磁性物質の比磁化率１０３ の１／１０６ 〜１／１０７ 程度と小さい。このため従来は上記非磁性物質等のエネルギーは、過少として無視されてきた。
【０００６】
日常生活で使用されている磁石は、１００ガウス（０．０１Ｔ（テスラー））
程度のものであるが、１０Ｔ磁場を利用すると、これの１０３ 倍の磁場を利用できることになる。磁気エネルギーは磁場の二乗に比例することから１０Ｔを越える強磁場内では非磁性体の分離ができることとなる。
【０００７】
従来、磁力を用いて物質を分離・除去する磁力分離システムとしては、例えば、特開平２０００−２９６３０３号公報に開示されているように、分離円筒の外側へ磁場強さの異なる複数のソレノイドコイルを並列設置し、前記分離円筒を複数本並列設置して磁着分離回収対象物質を分離回収するシステムがあった。
【特許文献１】特開平２０００−２９６３０３号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来における煮沸無圧方式もしくはオートクレーブ方式によるゼオライト生成方式はいずれも生成に要する時間やコストが掛かり過ぎてしまい、しかもバッチ式であるため連続運転が不可能である。
【０００９】
また、従来技術を用いて強磁性体、常磁性体のみならず、非磁性体をも引きつけて分離しようとすると、高い磁力を発生させるために分離機に用いるマグネットを窒索ガスで冷やす必要があるため、システム全体が大規模な施設とならざるを得なかった。また、システム運転時の消費電力が約６０ｋＷとなるなど過大なものであった。さらに、従来技術のものでは、分離機の回転速度が１分間に５回程度であって、高速な連続運転ができないものであった。
【００１０】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、例えば都市ゴミ等の焼却灰に含まれているダイオキシン類 （ＰＣＤＤおよびＰＣＤＦ） 、ＰＣＢの他、多種の重金属類を含有する液状から、それぞれダイオキシン類、ＰＣＢ、重金属類等を磁気分離することにより焼却灰の無害化を可能にし、同時に無害化された焼却灰からゼオライトの製造原料を効率良く生成可能とすると共に、消費電力を抑え高速な連続運転が可能となるようにした焼却灰によるゼオライト製造方法およびその装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１記載の発明は、焼却灰を第１タンク２内に導入し、溶媒としてのアルカリ水溶液または水・空気・電解水とを含んだ液状にして第１の物質分離回収装置１Ａ内に連続環流的に圧送導入して無害化するステップと、前記第１の物質分離回収装置１Ａ内で分離回収され第１タンク２内に戻された清澄液を第２タンク３内に導入し、溶媒としてのアルカリ水溶液を含んだ熱処理された液状にして第２の物質分離回収装置１Ｂ内に連続環流的に圧送導入してテクトアルミノケイ酸塩構造のゼオライトに結晶化させるステップとを有することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２記載の発明は、焼却灰を第１タンク２内に導入し、溶媒としてのアルカリ水溶液または水・空気・電解水とを含んだ液状にして物質分離回収装置１Ａ内に連続環流的に圧送導入して無害化するステップと、
前記物質分離回収装置１Ａ内で分離回収され第１タンク２内に戻された清澄液をバッファタンク５を介して第２タンク３内に導入し、溶媒としてのアルカリ水溶液を含んだ熱処理された液状にして前記物質分離回収装置１Ａ内に連続環流的に圧送導入してテクトアルミノケイ酸塩構造のゼオライトに結晶化させるステップとを有することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１、第２の物質分離回収装置１Ａ，１Ｂは、一つの回転軸を中心に高速回転する回転体を用いて前記導入した液状に遠心力を加えることを通じて前記液状から遠心力分離回収対象物質を遠心分離するとともに、前記液状を霧状に状態変化させるステツプと、
前記霧状に状態変化した液状に磁着分離回収対象物質の磁化率に対応した超伝導磁界を作用させて磁着分離回収対象物質を分離し、回収するステップとを行う。
【００１４】
さらに、請求項４記載の発明は、請求項１乃至３記載の発明において、前記磁着分離回収対象物質は、ダイオキシン類 （ＰＣＤＤおよびＰＣＤＦ） であり、前記磁着分離回収対象物質は、重金属類であることを特徴とする。
【００１５】
さらに、請求項５記載の発明は、請求項１乃至３記載の発明において、前記磁着分離回収対象物質は、重金属類であることを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載の発明は、焼却灰を、溶媒としてのアルカリ水溶液または水・空気・電解水とを含んだ液状にして第１の物質分離回収装置１Ａ内に連続環流的に圧送導入させる第１タンク２と、前記第１の物質分離回収装置１Ａ内で分離回収され第１タンク２内に戻された清澄液を、溶媒としてのアルカリ水溶液を含んだ熱処理された液状にして第２の物質分離回収装置１Ｂ内に連続環流的に圧送導入させる第２タンク３と
中空円筒状の回転体、前記回転体の回転軸、前記回転体の内周に回転可能に設けられた複数枚の掻き落とし板、前記回転体の回転軸と中心軸が同一である前記掻き落とし板の回転軸、前記回転体の外周に設けられて中空円筒状に配置された非液冷型超伝導マグネットのそれぞれを備えた前記第１、第２の物質分離回収装置１Ａ，１Ｂとから構成されたことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項７記載の発明は、焼却灰を、溶媒としてのアルカリ水溶液または水・空気・電解水とを含んだ液状にして物質分離回収装置１Ａ内に連続環流的に圧送導入させる第１タンク２と、前記物質分離回収装置１Ａ内で分離回収され第１タンク２内に戻された清澄液を、溶媒としてのアルカリ水溶液を含んだ熱処理された液状にして前記物質分離回収装置１Ａ内に連続環流的に圧送導入させる第２タンク３と
中空円筒状の回転体、前記回転体の回転軸、前記回転体の内周に回転可能に設けられた複数枚の掻き落とし板、前記回転体の回転軸と中心軸が同一である前記掻き落とし板の回転軸、前記回転体の外周に設けられて中空円筒状に配置された非液冷型超伝導マグネットのそれぞれを備えた前記物質分離回収装置１Ａとから構成され、
第１タンク２内に戻された清澄液は、これを所定の量に達するまで貯留しておくためのバッファタンク５を介してアルカリ水溶液を含んだ第２タンク３内に導入され、そこで汚液と共に再び物質分離回収装置１Ａ内に切替弁４を介して導入されるものとしたことを特徴とする。
【００１８】
前述の構成によれば、焼却灰を第１タンク２内に導入し、溶媒としてのアルカリ水溶液または水・空気・電解水とを含んだ液状にして第１の物質分離回収装置１Ａ内に連続環流的に圧送導入する。そして前記第１の物質分離回収装置１Ａ内で分離回収され第１タンク２内に戻された清澄液を第２タンク３内に導入し、溶媒としてのアルカリ水溶液を含んだ熱処理された液状にして第２の物質分離回収装置１Ｂ内に連続環流的に圧送導入してテクトアルミノケイ酸塩構造のゼオライトに結晶化させる。
【００１９】
この磁着分離回収対象物質の分離には超伝導マグネットを用いる。超伝導物体を冷やしていくと、ある温度で抵抗がなくなり、完全導電性を有するようになる。この完全導電性を有することとなった超伝導物体をコイルに用いて電磁石としたものが超伝導マグネットである。従来、超伝導物体を冷却するのに液状ヘリウムを用いていたが、近年、高温超伝導体を用いて、液状ヘリウムを使用しないいわゆる無液冷型の超伝導マグネット（ 以下、「ドライマグネット」と称する） が開発された。かかるドライマグネットは、無液冷型なので、ドライマグネットを用いれば物質分離回収装置の規模を小さく抑えることが可能となる。そして、このためもあって、消費電力も小さくすることができる。
【００２０】
本発明は、まず、物質分離回収装置内に導入された磁着分離回収対象物質を含んだ液状に対して、遠心力を加えることにより、遠心力分離回収対象物質を遠心分離する。本発明では第一の処理過程で分離される物質の質量に応じて、加える遠心力の大きさを制御する。また、加えられた遠心力により、前記液状が霧状に状態変化する。
【００２１】
また、本発明は、霧状に状態変化した前記液状にドライマグネットを用いた超伝導磁界を作用させて前記液状から磁着分離回収対象物質を分離し、回収する第二の処理過程を有する。作用させる超伝導磁界の大きさは前記磁着分離回収対象物質の磁化率に対応させて設定する。超伝導磁界の作用により分離された磁着分離回収対象物質は、ドライマグネットを消磁することを通じて物質分離回収装置の下部に設けたスライドに落とされ、物質分離回収装置外に排出される。ドライマグネットの着磁と消磁は、１分程度で可能であるため、本発明の超伝導磁界を用いた物質分離回収装置は高速な連続運転が可能となる。
【００２２】
本発明は、上記のように第一の処理過程と第二の処理過程とを有することにより、まず、第一の処理過程において、遠心力分離回収対象物質を分離した上で、第二の処理過程において、磁着分離回収対象物質をドライマグネットを用いて磁気分離することができるため、磁着分離回収対象物質の磁気分離を効率よく行うことが可能となる。
【００２３】
また、本発明を用いることにより、例えば都市ゴミ等の焼却灰に含まれているダイオキシン類 （ＰＣＤＤおよびＰＣＤＦ） 、ＰＣＢの他、多種の重金属類を含有する液状から、それぞれダイオキシン類、ＰＣＢ、重金属類等を磁気分離することにより焼却灰の無害化を可能にし、同時に無害化された焼却灰からゼオライトの製造原料を効率良く生成可能とする。また物質分離回収装置全体の規模を小さく抑え、消費電力を小さくすることができるとともに高速な連続運転ができ、しかも効率のよい物質分離回収を行うことが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に、図を用いて本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の原理を説明するための概略断面図である。同図において、１Ａ，１Ｂは超伝導磁界を用いた物質分離回収装置、１１はドライマグネット、１２は回転軸１３を中心に高速回転する回転体、１３は回転軸、１４は超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂ内に導入された汚液の通路となる汚液管である。また、１７は汚液に含まれる磁着分離回収対象物質、１８は汚液に含まれる遠心力分離回収対象物質である。また、磁着分離回収対象物質は、溶媒としての水酸化ナトリウムまたは水・空気・電解水とを含んだ液状にして物質分離回収装置１内に連続環流的に導入される。
【００２５】
本発明の原理は、図１、図５に示すように、例えば都市ゴミ等の焼却灰を第１タンク２内に導入し、溶媒としてのアルカリ水溶液または水・空気・電解水とを含んだ液状にして第１の物質分離回収装置１Ａ内に連続環流的に圧送導入して無害化するステップと、前記第１の物質分離回収装置１Ａ内で分離回収され第１タンク２内に戻された清澄液を第２タンク３内に導入し、溶媒としてのアルカリ水溶液を含んだ熱処理された液状にして第２の物質分離回収装置１Ｂ内に連続環流的に圧送導入してテクトアルミノケイ酸塩構造のゼオライトに結晶化させるステップとから構成されている。
【００２６】
第１タンク２では焼却灰を、溶媒としてのアルカリ水溶液または水・空気・電解水とを含んだ液状にして超伝導磁界を用いた第１の物質分離回収装置１Ａ内に導入する。導入された汚液は、汚液管１４を通り、高速回転している回転体１２に送られる。そして、回転体１２によって汚液に遠心力が加えられて、遠心力分離回収対象物質１８が汚液から分離され、回転体１２の内周付近に沈殿する。沈殿した遠心力分離回収対象物質１８は、後述する回転体１２の内周に取り付けられた掻き落とし板の作用によって、超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ下部に掻き落とされて除去される。物質分離回収装置１Ａから出る清澄液は再び第１タンク２内に戻される。
【００２７】
また、第１タンク２に戻された清澄液は、第２タンク３内に導入され、そこで温度約１００℃〜２００℃の２Ｎ乃至５Ｎのアルカリ水溶液として例えばカセイソーダすなわち水酸化ナトリウム等の溶媒と共に清澄液を、超伝導磁界を用いた第２の物質分離回収装置１Ｂ内に導入する。導入された清澄液は、汚液管１４を通り、高速回転している回転体１２に送られる。そして、回転体１２によって清澄液に遠心力が加えられて、遠心力分離回収対象物質１８が清澄液から分離され、回転体１２の内周付近に沈殿する。沈殿した遠心力分離回収対象物質１８は、後述する回転体１２の内周に取り付けられた掻き落とし板の作用によって、超伝導磁界を用いた第２の物質分離回収装置１Ｂ下部に掻き落とされて除去される。第２の物質分離回収装置１Ｂから出る清澄液は再び第２タンク３内に戻される。
【００２８】
また、汚液は、加えられた遠心力によって、例えば７μｍ程度の大きさの分子の霧状に状態変化し、回転体１２の上面を超えてオーバーフローする。次に、回転体１２の上面を超えてオーバーフローした前記霧状に状態変化した汚液中の磁着分離回収対象物質１７は、ドライマグネット１１の超伝導磁界の作用により、汚液から分離し、図１に示すように超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂのドライマグネット１１が設置された部分の内壁に磁着する。そして、ドライマグネット１１を消磁することを通じて超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂの内壁に磁着した磁着分離回収対象物質１７が内壁から落ち、回収される。
【００２９】
また、図６には本発明に係る他の実施の形態が示されている。本実施の形態では、超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂを無害化ステップとゼオライト生成ステップにおいてそれぞれ２基使用する替わりに、超伝導磁界を用いた単一の物質分離回収装置１Ａでもって併用させている。すなわち、第１タンク２から物質分離回収装置１Ａ内に導入された汚液は磁着分離回収対象物質１７が分離されることによって清澄液となり、超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａの外側へ排出され、再び第１タンク２内に戻され切替弁４を介して物質分離回収装置１Ａ内に導入される。また、第２タンク３から物質分離回収装置１Ａ内に導入された汚液は磁着分離回収対象物質１７が分離されることによって清澄液となり、超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａの外側へ排出され、再び第２タンク３内に戻され切替弁４を介して物質分離回収装置１Ａ内に導入される。この切替弁４は第１タンク２または第２タンク３から物質分離回収装置１Ａ内への液の導入を切り替え制御するものである。
【００３０】
また、第１タンク２と第２タンク３とはバッファタンク５によって接続されている。すなわち、第１タンク２内に戻された清澄液は、これを所定の量に達するまで貯留しておくためのバッファタンク５を介してアルカリ水溶液として例えば水酸化ナトリウムを含んだ第２タンク３内に導入され、そこで汚液と共に再び物質分離回収装置１内に切替弁４を介して導入されるものとしてある。
【００３１】
こうしてダイオキシン類 （ＰＣＤＤおよびＰＣＤＦ） 、ＰＣＤの他、多種の重金属類を含有する汚液から、それぞれダイオキシン類、ＰＣＢ、重金属類等を持続的に磁気分離することができ、石炭灰や都市ゴミ等の有害物質を含んだゴミ類の無害化のための連続運転が可能となるのである。しかも石炭灰および都市ゴミ等の可燃性廃棄物の焼却灰を水酸化ナトリウム（カセイソーダ）等のアルカリ溶液中で加熱処理して物質分離回収装置１Ａまたは１Ｂ内に導入するので、焼却灰から人工ゼオライトへの転換が容易に行える。
【００３２】
図２は、本発明の実施の形態における超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂの詳細な構成の一例を示す図である。この物質分離回収装置１Ａ，１Ｂは、全体が縦長となるように形成されていて、汚液の装置内部での滞在時間を増やすことで、磁着分離時間および磁着分離面積を増やして効率良く分離回収できるようにしている。斜線部に示す１２は回転体である。２０は回転軸１３を回転させるモータ，２１は回転体１２の内周に付けられた２枚の羽根の形をした掻き落とし板、２２は回転体の回転軸１３と中心軸が同一である掻き落とし板２１の羽根軸，２３はブロック，２４は回転軸１３を制動するストッパー，２５はスライド，２６は排出管，２７は清澄液が排出される排液口である。なお、２枚の掻き落とし板２１は、回転体１２を挟んで例えば、互いに１８０°の方向に付けられている。
【００３３】
本発明の実施の形態においては、まず、磁着分離回収対象物質１７を含む汚液がポンプで超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂ内に導入される。導入された汚液は、汚液管１４を通って図２に示すように回転体１２内に送られる。そして、汚液には高速回転する回転体１２の作用により、遠心力が加えられる。遠心力が加えられた汚液から遠心力分離回収対象物質１８が分離され、回転体１２の内周付近に沈殿する。
【００３４】
次に、羽根軸２２を回転させることによって回転体１２の回転方向と逆方向に掻き落とし板２１を回転させ、回転体１２の内周付近に沈殿した遠心力分離回収対象物質１８を掻き落とす。ここで、羽根軸２２の回転は、手動で行なっても自動で行なってもよい。掻き落とされた遠心力分離回収対象物質１８は、スライド２５上に落ち、スライド２５に開いた穴から排出管２６に送られ、排出管２６を通って超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂ外に排出される。
【００３５】
次に、高速回転する回転体１２により遠心力が加えられた汚液は、霧状に状態変化し、回転体１２の内側から図２の矢印に示すように回転体１２の上面をオーバーフローする。そして、回転体１２の上面をオーバーフローした霧状の汚液は、磁着分離回収対象物質１８の磁化率に対応して設定したドライマグネット１１の超伝導磁界の作用により、汚液から分離し、図２に示すように超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂのドライマグネット１１が設置された部分の内壁に磁着する。
【００３６】
そして、ドライマグネット１１を適宜のタイミングにおいて消磁することを通じて超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂの内壁に磁着した磁着分離回収対象物質１７が内壁からスライド２５に落ち、スライド２５に開いた穴から排出管２６に送られ、排出管２６を通って超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂ外に排出される。また、汚液は磁着磁着分離回収対象物質１７が分離されることによって清澄液となり、排液口２７から超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂ外に排出される。
【００３７】
図３（Ａ）は本発明の実施の形態における超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１の正面図の一例である。また、図３（Ｂ）は超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１の側面図の一例である。図３に示す超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１のモータ２０の駆動電力は例えば３．７ｋＷであり、処理流量は、毎分２０ＯＬである。超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１の大きさは図３に示すものに限られず、小型にしてモータ２０の駆動電力を例えば２．２ｋＷとすることも可能である。
【００３８】
上記のように、本発明の超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂの消費電力は、例えば３．７ｋＷ程度であり、従来技術の消費電力が例えぱ６０ｋＷ程度であるのに対して消費電力が極めて少ない。また、本発明は、例えぱ４０００回転／ 分で回転体１２を高速回転させて遠心力分離回収対象物質を汚液からまず分離させた後にドライマグネット１１の作用によって磁着分離回収対象物質１８を分離することから、磁着分離回収対象物質１８を効率よく分離回収することが可能となる。
【００３９】
次に、本発明に係る超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂを用いた実施例について説明する。
【００４０】
本実施例では、超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂを用いて都市ゴミ焼却灰を水に溶かした灰液からダイオキシン類 （ＰＣＤＤおよびＰＣＤＦ） を分離する。
【００４１】
ダイオキシン類の除去を科学的方法で行うと、装置が大がかりとなり、処理コストも高額となる。かかるダイオキシン類を含む焼却灰に超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１を用いて１０００Ｇａｕｓｓ（０．１Ｔ）程度の高磁気を作用させることにより、ダイオキシン類を分離回収することができる。例えば、前記焼却灰液に含まれるダイオキシン類 （ＰＣＤＤおよびＰＣＤＦ） については、焼却灰液中の濃度が当初１１０ピコグラムであったが、本発明の超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂを用いることにより、検出下限値以下となり、ダイオキシン類が殆ど分離される。
【００４２】
また、例えば、焼却場の煙突に付着した煤煙を洗った洗浄液に含まれるダイオキシン類を超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂを用いて分離した結果、当初ダイオキシン類の濃度が３６万ピコグラムであったが、その９９％程度が分離除去された。
【００４３】
また、超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂを用いてＰＣＢを含んだ液状からＰＣＢを分離することも可能である。
【００４４】
さらに、本発明の超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂは、上記ダイオキシン類，ＰＣＢを分離できるのみでなく、以下に示す重金属類を分離することができる。例えば、強磁性粒子である鉄粒子やＭｎは、超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１を用いて１０００ガウス（０．１Ｔ）程度の超伝導磁界を作用させて磁着することができる。また、弱磁性粒子であるＣａやＭｇは、１００００ガウス（１Ｔ）程度の超伝導磁界を作用させて磁着することができる。また、反磁性粒子である金や窒素についても、５００００ガウス（５Ｔ）程度の超伝導磁界を作用させて磁着することができるため、これらの物質を含む液状からそれぞれ分離することができる。
【００４５】
また、燃焼残滓（灰） を水に溶解し、含水率が７０％〜９０％である液状に超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂを作用させて磁気分離した場合の実験結果を図４に示す。かかる実験では、毎分４０Ｌを処理し、濃度の単位はｍｇ／Ｌ、分析方法としては、フレーム原子吸光法を用いた。
【００４６】
より具体的には、本発明の超伝導磁界を用いた物質分離回収装置１Ａ，１Ｂを用いて、強磁性粒子であるＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，単体と化合物の双方が弱磁牲粒子であるＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｙ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｂ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｕ，Ｐｕ，Ａｍ，また、単体のみ弱磁性のＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｄ，Ａｌ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｌｕ，Ｏ，酸化物のみ弱磁性のＲｂ，Ｃｓ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｎをも磁着分離することができる。単体のみ弱磁性の物は単体として磁着分離し酸化物のみ弱磁性の物は酸化物として磁着分離できる。
【００４７】
前記以外の他の粒子は非磁性であるので磁性粒子と結合させれば磁性粒子と同様に磁着分離できる。例えば、Ｓｉ，Ａｓは非磁性であるが磁性物質（シード剤） を添加することによって磁性を持つことになり磁着分離できる。シード剤としては、鉄粉，磁鉄鉱，水酸化鉄等が使用できる。
【００４８】
また、下水汚泥の焼却灰に水を溶媒として含んだ汚液の磁着分離回収における実験例について図７，図８に基づき説明する。図７には処理前の原水に含まれている各種の有害物質の計量結果と、計量方法と、排水基準値が示されている。一方、図８には処理後の原水に含まれている各種の有害物質の計量結果と、計量方法と、排水基準値が示されている。これから解るように、原水に含まれていたダイオキシン類は、１８００ｐｇ−ＴＥＱ／ｌから０．５８ｐｇ−ＴＥＱ／ｌに極端に減少し、フッ素もまた３１０ｍｇ／ｌから７．５ｍｇ／ｌに減少した。また、ＢＯＤは２２０ｍｇ／ｌから４ｍｇ／ｌに減少し、ＣＯＤは２８０ｍｇ／ｌから７４ｍｇ／ｌに減少し、鉛は１８０ｍｇ／ｌから０．０１ｍｇ／ｌ未満に減少した。
【００４９】
図９に処理前のフライアッシュの粒状体と処理後のゼオライトの粒状体を対比して示した図である。図中（Ａ）に示す粒状体は処理前のフライアッシュそのものの拡大図であって、表面は円滑である。図中（Ｂ）に示す粒状体は磁力分離装置（約５０，０００ガウス）に約１分間反応させた後のゼオライトを示す。表面に結晶体が現れている。
【００５０】
図１０は従来方式の人工ゼオライト製造方式の２例と本発明によるゼオライトの製造方式を比較して示す。図中Ａ方式は煮沸無圧方式の従来例、中央の高温高圧オートクレーブ方式は高温高圧バッチ式の従来例である。右側に本発明方法による（超伝導非液体型マグネット使用電解水処理連続方式）を示す。
これらの対比から本発明方法は従来の２例に比較して反応時間が１〜２分と最も短く必要量が連続生産可能であることが理解できる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば都市ゴミ等の焼却灰に含まれているダイオキシン類 （ＰＣＤＤおよびＰＣＤＦ） 、ＰＣＢの他、多種の重金属類を含有する液状から、それぞれダイオキシン類、ＰＣＢ、重金属類等を磁気分離することにより焼却灰の無害化を可能にし、同時に無害化された灰からゼオライトの製造原料を効率良く生成可能とする。また物質分離回収装置全体の規模を小さく抑え、消費電力を小さくすることができるとともに高速な連続運転ができ、しかも効率のよい物質分離回収を行うことが可能となる。なお前述した溶媒として電解水を用いると分離の効果をさらに高めることができる。しかも、都市ゴミ等の可燃性廃棄物の焼却灰を水酸化ナトリウム（カセイソーダ）等のアルカリ溶液中で加熱処理して物質分離回収装置１Ａ，１Ｂ内に連続環流的に導入するので、都市ゴミ焼却灰から人工ゼオライトへの転換が効率良く行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用する装置の原理を説明する概略断面図である。
【図２】超伝導磁界を用いた物質分離回収装置の詳細な構成の一例を示す断面図である。
【図３】超伝導磁界を用いた物質分離回収装置の一例を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図４】燃焼残滓（灰）を水に溶解した液状からの磁気分離の一例を示す表形式の図である。
【図５】本発明のゼオライト製造装置の概略を示す構成図である。
【図６】本発明の他の実施の形態におけるゼオライト製造装置の概略を示す構成図である。
【図７】焼却灰に水を溶媒として含んだ汚液の磁着分離回収における実験例を示すもので、処理前の原水に含まれている各種の有害物質の計量結果と、計量方法と、排水基準値とを表形式で示した図である。
【図８】同じく処理後の原水に含まれている各種の有害物質の計量結果と、計量方法と、排水基準値とを表形式で示した図である。
【図９】処理前のフライアッシュの粒状体と処理後のゼオライトの粒状体を対比して示した図である。
【図１０】従来方式の人工ゼオライト製造方式の２例と本発明によるゼオライトの製造方式（超伝導非液体型マグネット使用電解水処理連続方式）を対比した比較図である。
【図１１】従来の人工ゼオライト製造設備を対比した比較図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ 超伝導磁界を用いた物質分離回収装置
２ 第１タンク
３ 第２タンク
４ 切替弁
５ バッファタンク
１１ ドライマグネット
１２ 回転体
１３ 回転軸
１４ 汚液管
１７ 磁着分離回収対象物質
１８ 遠心力分離回収対象物質
２０ モータ
２１ 掻き落とし板
２２ 羽根軸
２３ ブロック
２４ ストッッパー
２５ スライド
２６ 排出管
２７ 排液口
Claims (7)
- 焼却灰を第１タンク内に導入し、溶媒としてのアルカリ水溶液または水・空気・電解水とを含んだ液状にして第１の物質分離回収装置内に連続環流的に圧送導入して無害化するステップと、
前記第１の物質分離回収装置内で分離回収され第１タンク内に戻された清澄液を第２タンク内に導入し、溶媒としてのアルカリ水溶液を含んだ熱処理された液状にして第２の物質分離回収装置内に連続環流的に圧送導入してテクトアルミノケイ酸塩構造のゼオライトに結晶化させるステップと
を有することを特徴とする焼却灰によるゼオライト製造方法。 - 焼却灰を第１タンク内に導入し、溶媒としてのアルカリ水溶液または水・空気・電解水とを含んだ液状にして物質分離回収装置内に連続環流的に圧送導入して無害化するステップと、
前記物質分離回収装置内で分離回収され第１タンク内に戻された清澄液をバッファタンクを介して第２タンク内に導入し、溶媒としてのアルカリ水溶液を含んだ熱処理された液状にして前記物質分離回収装置内に連続環流的に圧送導入してテクトアルミノケイ酸塩構造のゼオライトに結晶化させるステップと
を有することを特徴とする焼却灰によるゼオライト製造方法。 - 前記第１、第２の物質分離回収装置は、一つの回転軸を中心に高速回転する回転体を用いて前記導入した液状に遠心力を加えることを通じて前記液状から遠心力分離回収対象物質を遠心分離するとともに、前記液状を霧状に状態変化させるステツプと、
前記霧状に状態変化した液状に磁着分離回収対象物質の磁化率に対応した超伝導磁界を作用させて磁着分離回収対象物質を分離し、回収するステップとを行うものである請求項１記載の焼却灰によるゼオライト製造方法。 - 前記磁着分離回収対象物質は、ダイオキシン類 （ＰＣＤＤおよびＰＣＤＦ） であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の焼却灰によるゼオライト製造方法。
- 前記磁着分離回収対象物質は、重金属類であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の焼却灰によるゼオライト製造方法。
- 焼却灰を、溶媒としてのアルカリ水溶液または水・空気・電解水とを含んだ液状にして第１の物質分離回収装置内に連続環流的に圧送導入させる第１タンクと、
前記第１の物質分離回収装置内で分離回収され第１タンク内に戻された清澄液を、溶媒としてのアルカリ水溶液を含んだ熱処理された液状にして第２の物質分離回収装置内に連続環流的に圧送導入させる第２タンクと
中空円筒状の回転体、前記回転体の回転軸、前記回転体の内周に回転可能に設けられた複数枚の掻き落とし板、前記回転体の回転軸と中心軸が同一である前記掻き落とし板の回転軸、前記回転体の外周に設けられて中空円筒状に配置された非液冷型超伝導マグネットのそれぞれを備えた前記第１、第２の物質分離回収装置とから構成されたことを特徴とする焼却灰によるゼオライト製造装置。 - 焼却灰を、溶媒としてのアルカリ水溶液または水・空気・電解水とを含んだ液状にして物質分離回収装置内に連続環流的に圧送導入させる第１タンクと、
前記物質分離回収装置内で分離回収され第１タンク内に戻された清澄液を、溶媒としてのアルカリ水溶液を含んだ熱処理された液状にして前記物質分離回収装置内に連続環流的に圧送導入させる第２タンクと
中空円筒状の回転体、前記回転体の回転軸、前記回転体の内周に回転可能に設けられた複数枚の掻き落とし板、前記回転体の回転軸と中心軸が同一である前記掻き落とし板の回転軸、前記回転体の外周に設けられて中空円筒状に配置された非液冷型超伝導マグネットのそれぞれを備えた前記物質分離回収装置とから構成され、
第１タンク内に戻された清澄液は、これを所定の量に達するまで貯留しておくためのバッファタンクを介してアルカリ水溶液を含んだ第２タンク内に導入され、そこで汚液と共に再び物質分離回収装置内に切替弁を介して導入されるものとしたことを特徴とする焼却灰によるゼオライト製造装置。
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