JP2005131535A - カドミウムの分離除去処理方法とその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ホタテ貝ウロ，イカゴロ，米等に含まれるカドミウムを効率良く短時間に分離可能とし、さらに硫化水素の発生を未然に防止する。
【解決手段】 処理すべきホタテ貝ウロ，イカゴロ，米等のカドミウム汚染物に水を加えてから強磁性シーデイング剤を添加する添加工程Ａと、添加工程Ａの後、高磁力発生可能な電磁石４または高温超伝導による電磁石４の高勾配磁界内に導入してカドミウムを磁気分離させる磁気分離工程Ｂと、磁気分離したカドミウムを、電磁石４の磁界周囲に配したメッシュ状，スパイラル状，筒状等に形成された吸着フィルタ６によって捕獲する捕獲工程Ｃとから構成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えばホタテ貝ウロ，イカゴロ，米等に含まれる人体の腎機能に障害をもたらす汚染物質であるカドミウムを分離除去し、さらに硫化水素の発生を防止するためのカドミウムの分離除去処理方法とその装置に関する。

従来、ホタテ貝の残滓の処理として、嫌気性発酵によるホタテ貝ウロ処理が行われている。これはホタテ貝ウロに乳酸菌，酵母，糖蜜等を加えて嫌気性発酵させてタンパク質を一部分解したｐＨ３〜３．５程度にし、ウロを分離して無害化させてからホタテの貝殻を浸漬させてカドミウムを沈殿分離させることを基本としている。このときの基本原理は、カドミウムとタンパク質（メタロチオネイン）との配位結合を解離させること、およびタンパク質とカドミウムの結合を断ち切ることにある。すなわち、乳酸菌の産出する乳酸の作用により配位結合を解離させること、および酵母の産出するプロテアーゼによりタンパク質の構成アミノ酸であるシステイン側鎖を分断することにある。

また、近年においてはカドミウム濃度が厚生労働省による許容値である０．４ｐｐｍを超えている環境汚染地域での農用地で産出されるカドミウム汚染米による人体の腎機能障害が問題化されている。このようなカドミウム汚染米等の食品の国際規格を決めるコーデイックス委員会は、低濃度のカドミウムの影響を重視し、０．２ｐｐｍを国際基準とする方向で動き始めている。

しかしながら上記従来例においては、トン単位程度の大量のホタテ貝ウロ，イカゴロ，米等に含まれるカドミウムを一度に分離除去処理するには、作業効率が悪いものであって、しかも処理に要する時間もかなり掛かり過ぎてしまい、コストも大幅に高くなってしまう等の問題点を有している。特に、カドミウム汚染米のカドミウムの濃度を０．２ｐｐｍ以下に抑えることは不可能に等しいものであった。

そこで本発明は叙上のような従来存した諸事情に鑑み創出されたもので、大量のホタテ貝ウロ，イカゴロ，米等に含まれるカドミウムを効率良く短時間に分離可能とし、さらに硫化水素の発生を未然に防止することができ、しかも処理に要する時間やコストも大幅に低減できるものとし、特に、カドミウム汚染米においては、これに含まれているカドミウム含有量を０．２ｐｐｍ以下にまで下げることが可能となるカドミウムの分離除去処理方法とその装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明にあっては、処理すべきホタテ貝ウロ，イカゴロ，米等のカドミウム汚染物に水を加えてから強磁性シーデイング剤を添加する添加工程Ａと、添加工程Ａの後、高磁力発生可能な電磁石４または高温超伝導による電磁石４の高勾配磁界内に導入してカドミウムを磁気分離させる磁気分離工程Ｂと、磁気分離したカドミウムを、電磁石４の磁界周囲に配したメッシュ状，スパイラル状，筒状等に形成された吸着フィルタ６によって捕獲する捕獲工程Ｃとから成ることを特徴とする。
捕獲工程Ｃは、吸着フィルタ６によって捕獲されたカドミウムを、カドミウム汚染物中に含まれる硫化水素と反応して硫化カドミウムとなって除去処理されるものとすることができる。
電磁石４は、カドミウムの弱磁性磁化率の値に対応して発生磁場の大きさを５テスラから１０テスラ範囲の間で可変すべく成したものとすることができる。
前記強磁性シーデイング剤としては、水酸化鉄，フェライト，マンガン，αヘマタイト，ドラバイト，トルマリン等の強磁性シーデイング剤を使用するものとすることができる。
２５〜５０ｋＨｚ帯域の高周波電源を使った高周波電流を印加させることによってカドミウムとタンパク質との配位結合を解離して当該カドミウムを捕獲させる工程を含むものとできる。
処理すべきホタテ貝ウロ，イカゴロ，米等のカドミウム汚染物に水を加えて貯留させる貯留タンク２と、貯留タンク２に強磁性シーデイング剤を添加するシーデイング剤添加タンク５と、シーデイング剤添加後に高勾配磁界内に導入してカドミウムを磁気分離させ、磁界周囲に配したメッシュ状，スパイラル状，筒状等に形成された吸着フィルタ６によって、磁気分離したカドミウムを捕獲可能にした電磁石４とを循環流路３に沿って配設して成るものとすることができる。
カドミウムとタンパク質との配位結合を解離して当該カドミウムを捕獲させるよう２５〜５０ｋＨｚ帯域の高周波電源を使った高周波電流を印加可能にした金属製のスパイラルフィルタが、このスパイラル回転軸と循環管路３とが略同軸となるように当該循環管路３内側に張設配置されているものとできる。

以上のように構成された本発明に係るカドミウムの分離除去処理方法とその装置にあって、添加工程Ａは、処理すべきホタテ貝ウロ，イカゴロ，米等のカドミウム汚染物に水を加えてから水酸化鉄、フェライト，マンガン，αヘマタイト，ドラバイト，トルマリン等の強磁性シーデイング剤を添加し、後段の磁気分離工程Ｂにおいて、弱磁性磁化率を有するカドミウムと結合して強磁性粒子と同様に磁気分離させる。また、磁気分離工程Ｂは、添加工程Ａ後に、高磁力発生可能な電磁石４または高温超伝導による電磁石４等の５テスラから１０テスラ範囲の高勾配磁界内に導入してカドミウムを磁気分離させる。捕獲工程Ｃは、前記磁気分離したカドミウムを、電磁石４の磁界周囲に配したメッシュ状，スパイラル状，筒状等に形成された吸着フィルタ６によって完全捕獲させ、カドミウム汚染物中に含まれる硫化水素と反応して硫化カドミウムとなって除去処理される。

本発明は以上のように構成されているために、大量のホタテ貝ウロ，イカゴロ，米等に含まれるカドミウムを効率良く短時間に分離可能とし、さらに硫化水素の発生を未然に防止することができ、しかも処理に要する時間やコストも大幅に低減させることができる。特に、カドミウム汚染米においては、これに含まれているカドミウム含有量を０．２ｐｐｍ以下にまで下げることが可能となる。

尚、上記の課題を解決するための手段および発明の効果の項において付記した符号は、図面中に記載した構成各部を示す部分との参照を容易にするために付したもので、図面中の符号によって示された構造・形状に本発明が限定されるものではない。

以下、本発明を実施する最良の形態を図面を参照して説明すると、図に示される符号１は、液体ヘリウムや液体窒素を用いずに冷凍機で直接冷却可能な例えばソレノイド型・スプリット型の高温超伝導による電磁石４を用いた永久電流運転が可能な所謂超伝導ドライマグネット方式によって、ホタテ貝ウロ，イカゴロ，米等のカドミウム汚染物のタンパク質（ウロの場合はメタロチオネイン）と配位結合しているカドミウムを磁気分離して除去するための装置本体である。尚、このカドミウムの磁化率は−０．１７５×１０−６ｃｍ３／ｇである。また、電磁石４としては、高温超伝導電磁石を利用する替わりに、通常の永久磁石によるコアと、これに巻装されるコイルとによって構成される少なくとも５テスラ以上の高磁力を発生可能とした一般的な電磁石４を使用しても良いことはもちろんである。

図１に示すように、装置本体１は、処理すべきカドミウム汚染物に対し、所定量の水を常時供給すべく例えば全体が攪拌振動できるようにして成る貯留タンク２と、このカドミウム汚染物と水との混合物に、例えば水酸化鉄，フェライト，マンガン，αヘマタイト，ドラバイト，トルマリン等の強磁性シーデイング剤を添加するシーデイング剤添加タンク５と、シーデイング剤添加後に、例えば５テスラから１０テスラ範囲の高勾配磁界内に導入してカドミウム汚染物のカドミウムを磁気分離させ、磁界周囲に配したメッシュ状，スパイラル状，筒状等に形成された吸着フィルタ６によって、磁気分離したカドミウムを捕獲可能にした高温超伝導による電磁石４とを循環流路３に沿って配設して成る。

そして、貯留タンク２に操作弁７を介して接続され、且つ不図示の循環ポンプによって環流させるように形成されている循環管路３の一部に、例えば冷却用循環ポンプ８を介して接続されたクーリングタワー９，冷却装置１０それぞれに接続して成る高温超伝導による電磁石４を配してある。

尚、循環管路３の全長には不図示の金属製のスパイラルフィルタが、このスパイラル回転軸と循環管路３とが略同軸となるように当該循環管路３内側に張設配置され、例えば２５〜５０ｋＨｚ帯域の高周波電源を使った高周波電流をこのスパイラルフィルタに印加させることによってカドミウム汚染物中のタンパク質とカドミウムとの結合を解離して捕獲させるようにしても良い。このときスパイラルフィルタにおいて高周波電源を使うことで、タンパク質とカドミウムとは循環管路３内部で高速で反転を繰り返しこのときの振動・衝突によって効率良く分離作用が行われるようにしてある。またこのスパイラルフィルタの替わりに銅板を使用することもできる。

また、カドミウム汚染物中のタンパク質とカドミウムとが、渦巻き回転力によって迅速に解離できるようにするために、耐食性のある金属製の材質によってスパイラルフィルタを形成し、これを例えば電磁石４部分を除いた循環管路３全長の内壁部分に配設すると共に、当該スパイラルフィルタ自身を回転駆動用モータによって循環管路３内部で任意の角速度で回転できるように構成しても良い。このとき回転可能なスパイラルフィルタは、循環管路３内壁面に付着した汚染物質を剥離除去する機能を備えているものとできる。

高温超伝導を利用した電磁石４は、シーデイング剤添加後のカドミウム汚染物を水と共に高磁場且つ高勾配の磁界内に導入して、磁化率の小さなカドミウムを磁気分離させるものであり、しかも磁気分離したカドミウムを捕獲して除去可能にすべく、電磁石４の磁界周囲には、例えばメッシュ状、スパイラル状、筒状等に成形された例えば不織布等の吸着フィルタ６をスペアのものと容易に交換できるよう着脱可能となって配設されている。この吸着フィルタ６によって捕獲されたカドミウムは、混合水中に含まれる硫化水素と反応して硫化カドミウムとなって除去処理されるようにしてある。

高温超伝導を利用した電磁石４は、電流スイッチのＯＮ／ＯＦＦ操作により、カドミウムの弱磁性磁化率の値に対応して発生磁場の大きさを５テスラから１０テスラ範囲の間で可変できるようにしてある。また、弱磁性磁化率を有するカドミウムを磁気分離力を介して効率良く捕獲可能にすべくカドミウム汚染物混合水の中に水酸化鉄，フェライト，マンガン，αヘマタイト，ドラバイト，トルマリン等の強磁性シーデイング剤、あるいは高浸透性を有する特殊なナノカーボン等のシーデイング剤を添加するものとしてある。特に、平均粒径約１μｍの磁性の弱い常磁性ヘマタイト粉を使用することが好ましい。また、この特殊高機能性ナノカーボンをカドミウム汚染物の水溶液中に分散する場合、そのナノカーボンを素材にした高速磁気分離回転筒を、電磁石４による強磁場を発生させる磁界発生管内壁に装着しても良い。

電磁石４による強磁場を発生させる磁界発生管内をカドミウム汚染物混合水が直角の状態で流れると、混合水内に自由電子の分極が起こり、誘導電圧が発生するという所謂ファラデーの電磁誘導の法則のもとで、一定の流れの速さを保ち反復循環させることで、弱磁性のカドミウムイオンを除去する作用が発生するものである。このように磁気エネルギーは磁場の二乗に正比例することから５テスラを超える強磁場内においては、あらゆる非磁性体の分離が可能で、例えばカドミウム単体のみの弱磁性体のものは単体として磁気分離できるものとなる。

すなわち、一様でない靜磁場中に置かれた体積Ｖ、一様な磁化Ｍ（ｒ，Ｈ）の粒子に働く力Ｆは、磁場勾配がｘ軸方向であるとすると、Ｆ＝ＶＭ（Ｈ）ｄＨ／ｄｘである。尚、カドミウムイオンの反磁性磁化率は−０．１７５×１０−６ｃｍ３／ｇであり、このような非磁性粒子と、タンパク質の構成アミノ酸による磁性粒子との混合物が不均一磁場を通過するとき、磁性粒子の移動軌跡は磁気力の作用により非磁性粒子のそれとは必然的に異なる。この差を利用して物質を分離するのが磁気分離である。

カドミウム汚染物混合水中の残留するカドミウムイオンを完全捕獲してリサイクル利用可能にすべく循環管路３から分岐した一端排出口から出される流路に沿って金属膜によるフィルタを積層状に配設した室を複数に接続されて成る積層吸着フィルタ装置を設けても良い。この積層吸着フィルタ装置は、カドミウム汚染物混合水の流れがフィルタに対し抵抗とならないように金属膜の積層間の隙間に沿って混合水が流れるようにしてある。

次に以上のように構成された最良の形態についての使用、動作の一例を説明するに、図２に示すように、添加工程Ａにおいて、処理すべきホタテ貝ウロ，イカゴロ，米等のカドミウム汚染物に水を加えてから水酸化鉄，フェライト，マンガン，αヘマタイト，ドラバイト，トルマリン等の強磁性シーデイング剤を添加してカドミウムイオンと結合させた後、操作弁７を開いて循環管路３に送る。こうして後段の磁気分離工程Ｂにおいて、弱磁性磁化率を有するカドミウムと結合して強磁性粒子と同様に磁気分離可能な状態としておく。

磁気分離工程Ｂにおいて、電流スイッチのＯＮ／ＯＦＦ操作により、カドミウムイオンの弱磁性磁化率の値に対応して電磁石４の発生磁場の大きさを５テスラから１０テスラ範囲の間で可変設定させておき、添加工程Ａ後の混合水を高勾配磁界内に導入してカドミウムを磁気分離させる。このとき、強磁性シーデイング剤が弱磁性磁化率を有するカドミウムイオンと結合しているため、弱磁性のカドミウムイオンであっても強磁性粒子と同様に磁気分離される。

捕獲工程Ｃにおいて、前記磁気分離したカドミウムを、電磁石４の磁界周囲に配したメッシュ状，スパイラル状，筒状等に形成された吸着フィルタ６によって完全捕獲させる。このときカドミウムは、混合水中に含まれる硫化水素と反応して硫化カドミウムとなって除去処理される。これによって硫化水素の発生が阻止される。特に、カドミウム汚染物が米であっては、これに含まれているカドミウム濃度を０．２ｐｐｍ以下にまで下げられるものとなる。また、この吸着フィルタ６は、使用後にはスペアのものと交換する。

尚、前記磁気分離工程Ｂに加えて、循環管路３内側に張設配置された例えば２５〜５０ｋＨｚ帯域の高周波電源を使った高周波電流を印加させるスパイラルフィルタを使用することによってタンパク質からカドミウムを解離して捕獲除去させる工程を更に加えても良い。

本発明を実施するための最良の形態における構成を示す使用状態の概略構成図である。 同じくカドミウムを分離除去する処理工程の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

Ａ 添加工程
Ｂ 磁気分離工程
Ｃ 捕獲工程
１ 装置本体
２ 貯留タンク
３ 循環管路
４ 電磁石
５ シーデイング剤添加タンク
６ 吸着フィルタ
７ 操作弁
８ 冷却用循環ポンプ
９ クーリングタワー
１０ 冷却装置

Claims (7)

1. 処理すべきホタテ貝ウロ，イカゴロ，米等のカドミウム汚染物に水を加えてから強磁性シーデイング剤を添加する添加工程と、添加工程の後、高磁力発生可能な電磁石または高温超伝導による電磁石の高勾配磁界内に導入してカドミウムを磁気分離させる磁気分離工程と、磁気分離したカドミウムを、電磁石の磁界周囲に配したメッシュ状，スパイラル状，筒状等に形成された吸着フィルタによって捕獲する捕獲工程とから成ることを特徴とするカドミウムの分離除去処理方法。
2. 捕獲工程は、吸着フィルタによって捕獲されたカドミウムを、カドミウム汚染物中に含まれる硫化水素と反応して硫化カドミウムとなって除去処理されるものとした請求項１記載のカドミウムの分離除去処理方法。
3. 電磁石は、カドミウムの弱磁性磁化率の値に対応して発生磁場の大きさを５テスラから１０テスラ範囲の間で可変すべく成した請求項１または２記載のカドミウムの分離除去処理方法。
4. 前記強磁性シーデイング剤として、水酸化鉄，フェライト，マンガン，αヘマタイト，ドラバイト，トルマリン等を使用するものとした請求項１乃至３のいずれか記載のカドミウムの分離除去処理方法。
5. ２５〜５０ｋＨｚ帯域の高周波電源を使った高周波電流を印加させることによってカドミウムとタンパク質との配位結合を解離して当該カドミウムを捕獲させる工程を含む請求項１乃至４のいずれか記載のカドミウムの分離除去処理方法。
6. 処理すべきホタテ貝ウロ，イカゴロ，米等のカドミウム汚染物に水を加えて貯留させる貯留タンクと、貯留タンクに強磁性シーデイング剤を添加するシーデイング剤添加タンクと、シーデイング剤添加後に高勾配磁界内に導入してカドミウムを磁気分離させ、磁界周囲に配したメッシュ状，スパイラル状，筒状等に形成された吸着フィルタによって、磁気分離したカドミウムを捕獲可能にした電磁石とを循環流路に沿って配設して成ることを特徴としたカドミウムの分離除去処理装置。
7. カドミウムとタンパク質との配位結合を解離して当該カドミウムを捕獲させるよう２５〜５０ｋＨｚ帯域の高周波電源を使った高周波電流を印加可能にした金属製のスパイラルフィルタが、このスパイラル回転軸と循環管路とが略同軸となるように当該循環管路内側に張設配置されている請求項６記載のカドミウムの分離除去処理装置。

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