JP2005169250A

JP2005169250A - 磁気分離装置及び水の浄化設備

Info

Publication number: JP2005169250A
Application number: JP2003412706A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Yoda; 裕明依田; Satoshi Yumoto; 聡湯本; Minoru Morita; 穣森田
Original assignee: T TEKKU KK; Tekku Kk T; Hitachi Industries Co Ltd
Current assignee: T TEKKU KK; Tekku Kk T; Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2003-12-11
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2023-12-11
Also published as: US20050126976A1; US7371320B2; JP4309753B2

Abstract

【課題】
磁気分離装置において、通水管内壁に磁性凝集体が堆積して水路を閉塞することを防止して磁気分離性能の安定化を図ると共に、通水管の小径部によって低コスト化を図ること。
【解決手段】
磁気分離装置は、汚濁物と磁性粉とが凝集された磁性凝集体を含む被処理水を下方より導水する通水管３０１の周囲に空心ソレノイド形マグネット１０５を設け、通水管３０１から供給される被処理水中の磁性凝集体を吸着するマトリックス群を装着した回転円盤形磁気フィルタケース１０３を空心ソレノイド形マグネット１０５の上方に設置すると共に、磁性凝集体が吸着したマトリックス群を洗浄する洗浄手段１１１を設けている。そして、通水管３０１は、空心ソレノイド形マグネット１０５内に位置する小径管３０１ａと、小径管３０１ａから回転円盤形磁気フィルタケース１０３の通水部側に拡大する拡大管３０１ｂとを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気分離装置及び水の浄化設備に係り、特に汚濁物と磁性粉が凝集された磁性凝集体を含む被処理水を磁気分離により浄化する磁気分離装置及び水の浄化設備に好適なものである。

従来の磁気分離装置及び水の浄化設備としては、特開２００１−９６１８８号公報（特許文献１）に示されたものがある。

この特許文献１の水の浄化設備は、汚濁成分を含んだ原水を取水する取水装置と、取水装置が取水した原水に凝集剤や磁性粉を注入する添加剤注入装置と、凝集剤や磁性粉の注入により汚濁物と磁性粉とが凝集された磁性凝集体を形成するフロック形成装置と、磁性凝集体を含んだ原水から磁性凝集体を分離する磁気分離装置と、磁性凝集体が除かれた原水を浄化水として放流する浄化水放流装置とを具備して構成されている。

前記磁気分離装置は、汚濁物と磁性粉とが凝集された磁性凝集体を含む被処理水を下方より導水する通水管の周囲に超電導マグネットである空心ソレノイド形マグネットを設け、通水管から供給される被処理水中の磁性凝集体を吸着する回転円盤形磁気フィルタを空心ソレノイド形マグネットの上方に設置すると共に、回転円盤形磁気フィルタに吸着された磁性凝集体を洗浄する洗浄手段を設けて構成されている。そして、通水管は、空心ソレノイド形マグネット内に位置する部分から回転円盤形磁気フィルタの通水部に至る部分までの管径が同一に構成されている。

係る磁気分離装置は、空心ソレノイド形マグネットの上側に配置した回転円盤形磁気フィルタにより磁性凝集体を吸着しているので、被処理水を停止させることなく連続処理が可能である。さらに、マグネットに超電導マグネットを用いることにより、省エネルギーであり、磁気フィルタ部の磁場勾配を大きくして、高速浄化が行なえるように構成されている。

特開２００１−９６１８８号公報

特許文献１の磁気分離装置において、回転円盤形磁気フィルタを回転させて高勾配磁気分離を連続的に行なう場合、高速処理するには回転円盤形磁気フィルタの磁気勾配を出来るだけ高く設定することが必要である。そのため、磁性細線で構成される磁気フィルタ部の磁気勾配が極めて高く（概略１０^３Ｔ/Ｍ程度）なるように空心ソレノイド形マグネットの磁力が設定されている。しかし、その磁気勾配の高い範囲は細線周囲の数ｍｍに限定されるので、効率的に磁気分離を行なわせるためには、細線を空間的に密に積層させて磁気フィルタ部を構成すると共に、この磁気フィルタ部を通過する被処理水の流速を遅くすることが必要である。

通水管は空心ソレノイド形マグネット内に位置する部分から回転円盤形磁気フィルタの通水部に至る部分までの管径が同一に構成されているので、磁気フィルタ部を通過する被処理水の流速を遅くすると、空心ソレノイド形マグネット内を通過する被処理水も遅くなる。そして、空心ソレノイド形マグネットは軸方向の中心付近がもっとも磁場強度が高いので、被処理水中の磁性凝集体は、この部位を通過する際に連続的に磁気力を受けてその軌道が曲げられ、通水管内壁に捕捉される可能性がある。このように磁性凝集体が通水管内壁に捕捉されると、通水部が閉塞されて磁気分離性能が低下するおそれがある。

本発明の目的は、通水管内壁に磁性凝集体が堆積して水路を閉塞することを防止して磁気分離性能の安定化が図れると共に、通水管の小径部による低コスト化が図れる磁気分離装置及び水の浄化設備を得ることにある。

前記目的を達成するために、本発明は、汚濁物と磁性粉とが凝集された磁性凝集体を含む被処理水を下方より導水する通水管の周囲に空心ソレノイド形マグネットを設け、前記通水管から供給される被処理水中の磁性凝集体を吸着する回転円盤形磁気フィルタを前記空心ソレノイド形マグネットの上方に設置すると共に、前記磁性凝集体が吸着したマトリックス群を洗浄する洗浄手段を設けた磁気分離装置であって、前記通水管は、前記空心ソレノイド形マグネット内に位置する小径管と、前記小径管から前記回転円盤形磁気フィルタの通水部側に拡大する拡大管とを有する構成にしたことにある。

この発明において、より好ましくは次の構成としたことにある。
（１）前記通水管の拡大管は前記空心ソレノイド形マグネット内の上部から拡大されていること。
（２）前記空心ソレノイド形マグネットは真空断熱容器内に設けられる超電導マグネットで構成されていること。
（３）前記通水管の拡大管内に整流装置を配置したこと。
（４）前記整流装置は前記通水管の拡大管の断面積が拡大する拡大部分に中心軸に沿って円錐状に拡大するバッフルを設けて構成したこと。
（５）前記通水管の小径管の前記空心ソレノイド形マグネット内における流速を０．２ｍ/ｓ〜１．０ｍ/ｓの範囲に設定したこと。
（６）前記通水管の拡大管から通水される前記回転円盤形磁気フィルタの通水部における流速を０．１ｍ/ｓ程度に設定した。

前記目的を達成するために、本発明は、汚濁成分を含んだ原水を取水する取水装置と、前記取水装置が取水した原水に凝集剤や磁性粉を注入する添加剤注入装置と、前記凝集剤や磁性粉の注入により汚濁物と磁性粉とが凝集された磁性凝集体を形成するフロック形成装置と、前記磁性凝集体を含んだ原水から前記磁性凝集体を分離する磁気分離装置と、前記磁性凝集体が除かれた原水を浄化水として放流する浄化水放流装置とを具備した水の浄化設備であって、前記磁気分離装置は、汚濁物と磁性粉とが凝集された磁性凝集体を含む被処理水を下方より導水する通水管の周囲に空心ソレノイド形マグネットを設け、前記通水管から供給される被処理水中の磁性凝集体を吸着する回転円盤形磁気フィルタを前記空心ソレノイド形マグネットの上方に設置すると共に、前記磁性凝集体が吸着したマトリックス群を洗浄する洗浄手段を設け、前記通水管は、前記空心ソレノイド形マグネット内に位置する小径管と、前記小径管から前記回転円盤形磁気フィルタの通水部側に拡大する拡大管とを有する構成にしたことにある。

この発明において、より好ましくは次の構成としたことにある。
（１）前記通水管の拡大管の断面積が拡大する拡大部分に中心軸に沿って円錐状に拡大するバッフルを設けて前記整流装置としたこと。
（２）前記通水管の小径管の前記空心ソレノイド形マグネット内における流速を０．２ｍ/ｓ〜１．０ｍ/ｓの範囲に設定すると共に、前記通水管の拡大管から通水される前記回転円盤形磁気フィルタの通水部における流速を０．１ｍ/ｓ程度に設定したこと。

本発明の磁気分離装置及び水の浄化設備によれば、汚濁物と磁性粉とが凝集された磁性凝集体を含む被処理水を下方より導水する通水管を、空心ソレノイド形マグネット内に位置する小径管と、小径管から回転円盤形磁気フィルタの通水部側に拡大する拡大管とを有して構成しているので、通水管内壁に磁性凝集体が堆積して水路を閉塞することを防止して磁気分離性能の安定化が図れると共に、通水管の小径部による低コスト化が図れる。

以下、本発明の複数の実施例について図を用いて説明する。各実施例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。

まず、本発明の第１実施例の磁気分離装置を図１及び図２を用いて説明する。図１は本発明の第１実施例の磁気分離装置を示す構成図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。

磁気分離装置は、図１に示すように、強磁性体で構成されたマトリックス群１０１を装着して中心軸１０２を軸に回転することで連続処理が可能な回転円盤形磁気フィルタケース１０３が真空断熱容器１０４に格納された液体ヘリウム冷却式超電導マグネット１０５の空心軸の上側延長上に配置されて構成されている。この冷却式超電導マグネット１０５は空心ソレノイド形マグネットで構成されている。ドーナツ状のマトリックス群１０１は、図２に示すように、回転円盤形磁気フィルタケース１０３に装着されている。

回転円盤形磁気フィルタケース１０３は超電導マグネット１０５の上側に配置されている。超電導マグネット１０５によるマトリックス群１０１の磁気吸引は超電導マグネット１０５の自重とバランスさせている。これによって、真空断熱容器１０４内に設けられる超電導マグネット１０５の支持構造（図示せず）に加わる支持力を低減できるので、超電導マグネット１０５の真空断熱容器１０４内の支持構造が簡素化され、超電導マグネット１０５のイニシャルコストを低減することができる。また、超電導マグネット１０５はその空心軸上側延長上に配置されている回転円盤形磁気フィルタケース１０３のマトリックス群１０１部に磁性粉の飽和磁束密度以上の高磁場を発生することができるように構成され、さらにマトリックス群１０１に高勾配磁場を確保できる網目構造磁性体を用いている。これによって、低濃度（例えば被処理水汚泥濃度の５〜１０％）磁性粉注入量でも磁気分離が可能になり、ランニングコストが低減できる。さらに、超電導マグネット１０５には図示していないが電源と永久電流スイッチが接続されており、永久電流モードで運転することにより、ランニングコストの低減ができる。

本実施例の磁気分離の動作は次のとおりである。前処理で生成された磁性凝集体を含む被処理水１０６は超電導マグネット１０５の空心内を通る通水管３０１の小径管３０１ａ内に下側１０７から０．２ｍ/ｓ〜１．０ｍ/ｓ程度の高流速で流入して上向きに流れ、空心内部中央付近から拡大管３０１ｂによって減速流れとなり、磁気フィルタ直前に配置された非磁性細線を積層した整流装置３１１によって整流されて、回転円盤形磁気フィルタケース１０３には流速０．１ｍ/ｓ程度で流入する。回転円盤形磁気フィルタケース１０３に装着されたマトリックス群１０１を通過する時点で被処理水１０６中の磁性凝集体がマトリックス群１０１に吸着されて浄化水流出口１０８から浄化水が流出する。

磁性凝集体を吸着したマトリックス群１０１を装着した回転円盤形磁気フィルタケース１０３は電源に接続された電動機１０９の駆動力を受けて中心軸１０２を軸に回転され、通水管１１０側で磁性凝集体を吸着したマトリックス群１０１は通水管１１０側とは反対側の洗浄部に回転移動される。洗浄部では回転円盤形磁気フィルタケース１０３の上側に配置された散水管１１１から浄化水を散水することでマトリックス群１０１に付着した磁性凝集体などの粒子群を剥離させる。散水管１１１は洗浄手段を構成する。洗浄部の磁場強度は真空断熱容器１０４の外周に設けられた鉄シールド１１２によって低減されており、マトリックス群１０１に付着した磁性凝集体などの粒子群は容易に離脱させることができる。マトリックス群１０１の構造は網状磁性ステンレス鋼が縦または横または斜めまたは同心形状またはそのいずれかの組合せで積層された構造として高勾配磁場の確保を可能とし、超電導マグネット１０５の発生磁場を超電導マグネット１０５の空心軸延長上に配置されているマトリックス群１０１部で磁性粉の飽和磁束密度（約０．５Ｔ）以上の磁場とすることで、高勾配磁気分離装置を提供することができる。

洗浄部でマトリックス群１０１から剥離された粒子群は洗浄部下側の集泥容器１１３で集泥され送泥管１１４を通って濃縮槽１１５に流下される。そこで、沈降濃縮された汚泥は汚泥引抜き口１１６から引抜かれる。

このように磁気分離マトリックス群１０１を真空断熱容器１０４の上部に配置することによって、集泥容器１１３及び濃縮槽１１５をほぼ真空断熱容器１０４に略平行に配置できるので、回転円盤形磁気フィルタケース１０３を超電導マグネット１０５の下側に配置する場合に比べて装置全体の高さを高くせずに濃縮槽１１５の高さも大きくとれ、汚泥濃縮度をより高めることができる。

濃縮槽１１５のオーバーフロー取り出し口１１７からは粒子群が沈降分離された上澄水を取り出すことができる。集泥容器１１３から濃縮槽１１５への流下量はオーバーフロー調整弁１１８調整と汚泥引抜き口１１６からの引抜き量調整により調節が可能である。また、汚泥濃縮槽１１５の上澄水は配管１１７から流量調整弁１１８を経て、原水槽へもどされる。散水管１１１の上流側には逆止弁１１９がとりつけられて逆流を防いでいる。なお、散水量調整弁１２４と逆止弁１１９の配置順は本実施例と逆でも支障はない。

集泥容器１１３の側壁の傾斜角度は沈降する粒子の安息角よりも大きな角度をとることにより粒子群は集泥容器１１３内に堆積することなく、濃縮槽１１５へ沈下する。また、濃縮槽１１５も濃縮粒子の安息角より大きな角度をとることにより、重力によって濃縮された汚泥を汚泥引抜き口１１６から取り出すことができる。

回転円盤形磁気フィルタケース１０３は固定のフィルタケース１２０の中に格納され、外部への水密は隔壁によって保たれている。回転円盤形磁気フィルタケース１０３は中心軸１０２を中心に変速可能な電動機１０９の駆動力により連続または断続で回転でき、中心軸１０２がフィルタケース１２０を貫通する部分は軸封機構により水漏れのない構造になっている。電動機１０９は超電導マグネット１０５から距離を離して配置している。なお、チェーンやベルトやシャフトなどを介して磁気フィルタを駆動してもよい。

真空断熱容器１０４には仕切弁１２１を介して液体ヘリウムを注入するための注入口１２２とヘリウムガスの安全弁１２３が設けられている。これによって、超電導マグネット１０５がクエンチした時などは、真空断熱容器１０４内のヘリウムガスは安全弁１２３に接続されている導管を通って安全な場所へ放出される。

本実施例によれば、磁気分離装置の構造が簡素化されるばかりでなく、高磁場でかつ高勾配磁場を保持できるフィルタ構造により磁性粉注入量を大幅に低減することができ、さらに、洗浄剥離した磁性凝集体が濃縮により減容化されることにより磁性粉回収処理や汚泥脱水などの後処理設備を小型化することもできるので、イニシャルコスト、ランニングコストの低減が可能である。

また、本実施例の磁気分離装置は、汚濁物と磁性粉とが凝集された磁性凝集体を含む被処理水を下方から超電導マグネット１０５の空心部を通過させる通水管３０１において、その上流側を細くして、下流側を太くさせた拡大通水管として、磁性凝集体が空心管壁にトラップされて堆積するのを防止するようになっている。このようにすれば、流速の高い上流側においては磁性凝集体に作用する流体力は磁気力に打ち勝って、管壁方向に軌道を大きく曲げられることなく、超電導マグネット１０５の最高磁場部を通過できる。

また、下流の拡大部内に整流装置３１１を配置しているので、さらに下流に配置される磁気フィルタ部には均一な流速分布で流出できる。このような構成の磁気分離装置により、磁気分離性能の安定化を図ることができる。但し、通水路縮小部の流速には範囲があり、実験結果より、下限流速は約０．２ｍ/ｓ、上限値は、流速の増大に伴って、流体中のせん断力が大きくなり、磁性凝集体が破壊されるおそれのある約１．０ｍ/ｓが目安である。また、磁性細線で構成される磁気フィルタ部に至る通水管３０１の大部分を管径の小さな水路で構成することができるために、磁気分離装置の低コスト化を図ることができる。

係る磁気分離装置を用いた水の浄化設備を図３を用いて説明する。図３は図１の磁気分離装置を用いた水の浄化設備の構成図である。

磁性粉回収再利用を含む水の浄化設備は、大きく分けると、取水装置、送水装置、添加剤注入装置、フロック形成装置、磁気分離装置、浄化水放流装置、磁性粉回収再利用装置、汚泥脱水装置で構成される。リン酸塩やアオコなどの汚濁物を含んだ原水は取水装置により湖沼などから取水され、送水装置により磁気分離装置に送られる。磁気分離装置までの送水経路では、添加剤注入装置により磁性凝集体の生成に必要な添加剤が注入され、フロック形成装置では磁性粉と汚濁物との集合体である磁性凝集体が生成される。汚濁物質が溶解性無機リン酸の場合には、凝集添加剤と化学反応して不溶性の金属塩が作られ、凝集体が生成される。磁気分離装置では磁性凝集体を含んだ被処理水から磁性凝集体が分離、濃縮され、浄化水は浄化水放流装置により放流または添加剤の希釈水として再利用される。濃縮された磁性凝集体は磁性粉回収再利用装置で磁性粉と汚濁物の汚泥とに分離されて磁性粉は再利用される。汚泥は汚泥脱水装置で脱水され、脱水汚泥となる。

取水装置はスクリーン１２８、取水槽１２９、取水ポンプ１３０などで構成されている。リン酸塩、固形浮遊物などの汚濁物が含まれた原水１３１はスクリーン１２８を通過して取水槽１２９に流下し、取水槽１２９中に設置された取水ポンプ１３０によって取水されて原水タンク１３２に送られる。スクリーン１２８では原水中に浮遊する粗大なゴミなどが予め除去され、除去されたゴミなどは廃棄処分される。取水ポンプ１３０は水中ポンプであり、取水槽１２９および原水タンク１３２にそれぞれ設けられた水位計に連動して制御される。１３３は送水管であり、取水ポンプ１３０の吐出口から原水タンク１３２に接続され、その間には仕切弁と逆止弁が接続されている。

送水装置は原水タンク１３２、原水攪拌機１３４、送水ポンプ１３５、送水管１３６などで構成されている。原水タンク１３２には取水装置で取水された原水と図１で説明した濃縮槽１１５の上澄水と汚泥脱水装置の分離水などの被処理水が流入し、原水攪拌機１３４により汚濁物濃度の均一化および汚濁物の沈積防止が図られる。被処理水は原水タンク１３２に導管で接続された送水ポンプ１３５によって原水タンク１３２から引抜かれ、送水ポンプ１３５の吐出口に接続された送水管１３６を通って添加剤注入装置、フロック形成装置を経て磁気分離装置に送られる。送水管１３６には、流量調整弁１３７、逆止弁１３８、流量計１３９、濁度計１４０、圧力計１４１が接続されている。また、送水管１３６は途中で分岐して被処理水の一部を原水タンク１３２に返水することで送水量の調整や原水タンク１３２内の攪拌を行なうこともできる。調整弁１４２で調整された被処理水は返水管１４３を通って原水タンク１３２に返水される。返水管１４３の途中には逆止弁が設けられて逆流が防止されている。送水ポンプ１３５は原水タンク１３２に設けられた水位計に連動しており、原水タンク１３２の水位が異常低下した際は停止して送水ポンプ１３５の故障などの事故が未然に防止される。

添加剤注入装置は磁性粉注入手段と無機凝集剤注入手段とｐＨ調整剤注入手段と高分子凝集剤注入手段で構成されている。

磁性粉注入手段には磁性粉ホッパー１４４、磁性粉フィーダ１４５、希釈水注水管１４６、磁性粉スラリー攪拌機１４７が備えられている。磁性粉は磁性粉ホッパー１４４に貯蔵され、磁性粉ホッパー１４４から磁性粉ホッパー１４４の下部に設けられた磁性粉フィーダ１４５によって磁性粉希釈タンク１４８に投入される。希釈水は浄化水タンク１４９から浄化水ポンプ１５０により希釈水注水管１４６を通って磁性粉希釈タンク１４８に注入され、磁性粉希釈タンク１４８に設けられた磁性粉スラリー攪拌機１４７によって磁性粉と混合されることで磁性粉スラリーが補充される。磁性粉ホッパー１４４には磁性粉投入口１５１と回収磁性粉投入手段１５２が接続されており磁性粉が補充される。磁性粉フィーダ１４５は磁性粉希釈タンク１４８に設けられた水位計と投入量積算計１５３に連動し、磁性粉希釈タンク１４８の液面水位が所定の位置まで低下すると運転が開始され、投入量積算計１５３で所定量が積算されると運転が停止される。希釈水注入管１４６には積算流量計１４５と電磁弁１５５が接続されており、電磁弁１５５は磁性粉希釈タンク１４８の水位計と積算流量計１５４に連動し、磁性粉希釈タンク１４８の液面水位が所定の位置まで低下すると開いて注水が開始され、積算流量計１５４で所定の流量が積算されると閉じて注水が停止される。また、磁性粉スラリー注入ポンプ１５６は磁性粉希釈タンク１４８の水位計に連動し、磁性粉希釈タンク１４８の液面水位が異常低下した際は停止して磁性粉スラリー注入ポンプ１５６の故障などの事故が未然に防止される。磁性粉ホッパー１４４には図示していないがアーチブレーカーが設けられ、乾燥空気が送られている。磁性粉フィーダ１４５にはスクリューフィーダやテーブルフィーダが用いられる。

無機凝集剤注入手段は無機凝集剤貯留タンク１５７に貯留された無機凝集剤を無機凝集剤注入ポンプ１５８、無機凝集剤注入管１５９で送水管１３６に注入する手段である。無機凝集剤貯留タンク１５７には無機凝集剤攪拌機１６０が設けられ、無機凝集剤貯留タンク１５７内の無機凝集剤濃度の均一化や沈積防止が図られる。無機凝集剤注入ポンプ１５８は容積式定量ポンプであり、無機凝集剤貯留タンク１５７に設けられた水位計に連動し、無機凝集剤貯留タンク１５７の液面水位が異常低下した際は停止して無機凝集剤注入ポンプ１５７の故障などの事故が未然に防止される。また、前記磁性粉注入量制御手段に無機凝集剤注入量調節機能を付加して無機凝集剤注入ポンプ１５８に接続することで被処理水の汚濁物量に合わせて無機凝集剤注入量を制御することも可能である。無機凝集剤には硫酸バン土や鉄系の無機凝集剤が用いられ、補充口１６１から無機凝集剤貯留タンク１５７に補充される。無機凝集剤注入管１５９は逆止弁を介して送水管１３６に接続されている。

ｐＨ調整剤注入手段はｐＨ調整剤貯留タンク１６２に貯留されたｐＨ調整剤をｐＨ調整剤注入ポンプ１６３、ｐＨ調整剤注入管１６４で送水管１３６に注入して被処理水のｐＨを凝集に適した値に調整する手段である。ｐＨ調整剤貯留タンク１６２にはｐＨ調整剤攪拌機１６５が設けられ、ｐＨ調整剤貯留タンク１６２内のｐＨ調整剤濃度の均一化と沈積防止が図られている。ｐＨ調整剤注入ポンプ１６２は容積式定量ポンプであり、ｐＨ調整剤貯留タンク１６２に設けられた水位計に連動し、ｐＨ調整剤貯留タンク１６２の液面水位が異常低下した際は停止してｐＨ調整剤注入ポンプ１６３の故障などの事故が未然に防止される。また、ｐＨ計とｐＨ調節計を用いてｐＨ調整剤注入ポンプの吐出量を制御することで被処理水のｐＨ制御も可能である。ｐＨ調整剤には水酸化ナトリウム溶液や水酸化カルシウム溶液が用いられ、補充口１６６からｐＨ調整剤貯留タンク１６２に補充される。ｐＨ調整剤注入管１６４は逆止弁を介して送水管１３６に接続されている。

高分子凝集剤注入手段は高分子凝集剤ホッパー１６７、投入量積算計１６８、高分子凝集剤フィーダ１６９、高分子凝集剤溶解タンク１７０、１７１、高分子凝集剤攪拌機１７２、１７３、高分子凝集剤注入ポンプ１７４、１７５などで構成される。

高分子凝集剤は高分子凝集剤ホッパー１６７に貯蔵されており、高分子凝集剤ホッパー１６７から高分子凝集剤ホッパー１６７の下部に設けられた高分子凝集剤フィーダ１６９により高分子凝集剤溶解タンク１７０または１７１に投入され、希釈水は浄化水タンク１４９から浄化水ポンプ１５０により希釈水注水管１７６または１７７を通って高分子凝集剤溶解タンク１７０または１７１に注入される。高分子凝集剤溶解タンク１７０または１７１では高分子凝集剤攪拌機１７２または１７３によって希釈水に高分子凝集剤が溶解される。高分子凝集剤の溶解には１時間程度の時間を要するため、高分子凝集剤溶解タンク１７０、１７１では溶解と貯留が交互に行われ、タンクの容量はそれぞれ１時間使用容量以上にされており、貯留されている側の高分子凝集剤溶解タンクから高分子凝集剤注入ポンプ１７４、１７５と高分子凝集剤注入管１７６、１７７によって送水管１３６または汚泥脱水装置に注入される。高分子凝集剤ホッパー１６７には高分子凝集剤投入口１７８から高分子凝集剤が補充される。

高分子凝集剤フィーダ１６９は高分子凝集剤溶解タンク１７０または１７１に設けられた水位計と投入量積算計１６８に連動し、高分子凝集剤溶解タンク１７０または１７１の液面水位が所定の位置まで低下すると投入が開始され、投入量積算計１６８で所定量が積算されると投入が停止される。また、高分子凝集剤フィーダ１６９は投入先を切替えられる機構を有しており、投入先を高分子凝集剤溶解タンク１７０または１７１に切替えることができる。

高分子凝集剤ホッパー１６７には図示していないがアーチブレーカーが設けられ、乾燥空気が送られており、高分子凝集剤ホッパー１６７にはスクリューフィーダやテーブルフィーダが用いられる。希釈水注入管には積算流量計１７９と電磁弁２２５が接続されており、電磁弁２２５は高分子凝集剤溶解タンク１７０または１７１の水位計と積算流量計１７９に連動し、高分子凝集剤溶解タンク１７０または１７１の液面水位が所定の位置まで低下すると開いて注水が開始され、積算流量計１７９で所定の流量が積算されると閉じて注水が停止される。さらに、希釈水注入管は希釈水注入管１７６と希釈水注入管１７７に分岐して高分子凝集剤溶解タンク１７０または１７１の水位計に連動して開閉する電磁弁１８０または１８１を介して高分子凝集剤溶解タンク１７０または１７１に接続され、電磁弁１８０または１８１は液面水位が所定の低水位位置まで低下したとき開いて希釈水が注入され、所定の高水位位置まで上昇したとき閉じて希釈水の注入が停止される。

高分子凝集剤注入ポンプ１７４、１７５は容積式の定量ポンプであり、高分子凝集剤溶解タンク１７０または１７１の水位計に連動し、高分子凝集剤溶解タンク１７０または１７１の液面水位が異常低下した際は停止して高分子凝集剤注入ポンプ１７４、１７５の故障などの事故が未然に防止される。高分子凝集剤注入ポンプ１７４、１７５それぞれの吸込口は高分子凝集剤溶解タンク１７０と１７１に並列に接続されており、弁１８２と１８３を切替えて貯蔵が行われている高分子凝集剤溶解タンクを選択して高分子凝集剤を引抜くことができる。弁１８２、１８３には電磁弁や電動弁などを用いられ、高分子凝集剤溶解タンク１７０、１７１の水位計と連動させることで開閉制御が可能である。高分子凝集剤注入管１７６，１７７の管路の途中には逆止弁が接続され逆流が防がれている。

フロック形成装置は送水管１３６が接続された急速攪拌機１８４と緩速攪拌機１８５で構成され、急速攪拌機１８４と緩速攪拌機１８５に接続されている導管には高分子凝集剤注入管１７６が接続されて高分子凝集剤が注入される。添加剤注入装置で添加剤が注入された被処理水は送水管１３６を通って急速攪拌機に送られ、添加剤と汚濁物（例えば、固形浮遊物、リン酸塩類、大腸菌などのバクテリアなど）が被処理水中に均一に分散されてマイクロフロックが生成された後、被処理水に高分子凝集剤が注入されて緩速攪拌機によって磁性凝集体が形成される。急速攪拌機には可動部がないスタティックミキサーが用いられ、緩速攪拌機には所定容量の密閉攪拌槽と攪拌機が用いられるが、双方にスタティックミキサーを使用したり、管路式攪拌装置を用いたりすることも可能である。

磁気分離装置は図１及び図２で説明した磁気分離装置によるものであり、磁性凝集体を含む被処理水は緩速攪拌機１８５から磁気分離部の通水管１１０に接続された導管１８６によって磁気分離装置に送られ磁性凝集体が磁気分離された後、浄化水は導管１８７を通って浄化水タンク１４９に送られる。磁気分離装置で使用される洗浄用水は加圧ポンプ１８８から散水管１１１に送られる。洗浄水配管には、逆止弁１１９、流量調整弁１２４、流量計１２６、が設けられている。磁気分離装置の濃縮槽１１５から取り出される上澄水は濃縮槽の上澄水取出口から分離水タンク１８９に接続された導管１９０によって分離水タンク１８９に送られる。導管１９０の上澄水取出口側には流量計１９１と調整弁１１８が設けられて上澄水取出量を調整することができる。濃縮槽１１５で濃縮されて減容した汚泥は磁性粉回収再利用装置に送られる。磁気分離装置の真空断熱容器の安全弁からのヘリウムガスは安全弁に接続された導管１９２を通って安全な放出口１９３から大気に放出される。

浄化水は磁気分離装置で得られた浄化水を湖沼などに放流を主として、回転円盤形磁気フィルタケース１０３に装着されたマトリックス群１０１の洗浄水の他、磁性粉や凝集剤の希釈水として利用される。浄化水の一部が希釈水として利用されるため、一旦浄化水タンク１４９に貯留されて浄化水ポンプ１５０と放流管１９４によって放流される。放流管１９４は管路の途中で希釈水送水管１９５に分岐されて浄化水の一部が添加剤注入装置の希釈水として利用される。浄化運転開始前など浄化水タンク１４９が空であったり、水量が少なかったりした場合は浄化水タンク１４９に水道水を必要量補充しておくことで運転開始時の回転円盤形磁気フィルタケース１０３の洗浄水及び希釈水は確保される。水道は水道水接続口１９６に接続され、弁を介して浄化水タンク１４９に注入される。

放流管１９４、希釈水移送管１９５にはそれぞれ調整弁１９７、１９８が接続されており、放流管１９４から希釈水移送管１９５への浄化水分配圧力を調整することができ、逆止弁により逆流防止が図られている。また、浄化水ポンプ１５０と希釈水移送管１９５分岐点の間の管路には圧力計１９９が設けられ、放流圧力を監視することができる。浄化水ポンプ１５０は浄化水タンク１４９に設けられた水位計に連動し、浄化水タンク１４９の液面水位が異常低下した際は停止して浄化水ポンプ１５０の故障などの事故が未然に防止される。その他、浄化水放流先が浄化水タンク１４９よりも低かったりして放流に浄化水ポンプ１５０が必要ない場合、浄化水ポンプ１５０は希釈水送水用のみに用いて、放流は浄化水タンク１４９からのオーバーフローを導管により放流先に流下させれば浄化水ポンプ１５０を小型化することができ、さらに希釈水送水用にも浄化水ポンプ１５０が必要ない場合、浄化水ポンプ１５０は不必要となり、装置を簡素化することができる。回転円盤形磁気フィルタケース１０３の洗浄水も同様に浄化水タンクから洗浄水加圧ポンプによって送水される。洗浄水配管途中には洗浄流量計１２６、流量調整弁１２４、逆止弁１１９が配置されて、洗浄流量の調整や、磁気分離本体からの逆流を防止している。

磁性粉回収再利用装置では磁気分離装置の濃縮槽下部から引抜かれた磁性凝集体の汚泥が磨砕機２００で磨砕されて汚濁物と磁性粉に純度よく分解された後、汚泥ポンプ２０１、汚泥移送管２０２によって磁選機２０３に送られ、磁選機２０３を通過した汚泥は導管２０４を流下して汚泥タンク２０５に入り、磁選機２０３で回収された磁性粉は回収磁性粉投入手段１５２を通って磁性粉ポッパー１４４に補充されて再利用される。磨砕機２００にはホモミクサが用いられ、入口と出口をバイパスする導管２０６とその管路中の弁２０７により汚泥の一部を連続循環させることができるので分解純度を高めることができる。また、本例では磨砕機２００の後段に汚泥ポンプ２０１を設置しているが、汚泥ポンプ２０１の後段に磨砕機２０１を設置しても差し支えない。

濃縮槽１１５から磨砕機２００、汚泥ポンプ２０１を経て磁選機２０３に送られる汚泥量は汚泥移送管２０２に設けられた弁によって調整される。磁選機２０３は永久磁石が埋め込まれた電動機駆動の回転円板と磨砕汚泥が入る分離槽、円盤の永久磁石に吸着された磁性粉を掻き取るスクレーパーを備え、回転円板の一部分が分離槽の汚泥に浸されて回転し、分離槽に入った汚泥が反対側の溢流側に向かって流れて溢流するまでの間に回転円板の永久磁石で磁性粉が吸着され、吸着した磁性粉は回転円板の回転とともに空気中に移動してスクレーパーで掻き取られ、回収される。また、回転円板の外周と分離槽の内壁には攪拌翼が設けられており、回転円板が回転することで分離槽内の汚泥が攪拌されて磁性粉の沈積が防がれている。回収磁性粉投入手段１５２には例えばスクリューフィーダやベルトコンベアなどを用いることができるが、磁選機２０３を磁性粉ホッパー１４４の磁性粉投入口の真上に配置して、回収された磁性粉が重力落下で磁性粉ホッパー１４４に投入されるようにすれば、回収磁性粉投入手段１５２は不必要になって装置をさらに簡素化することができる。また、磁選機２０３を磁性粉希釈タンク１４８の真上に配置して、回収された磁性粉が重力落下で磁性粉希釈タンク１４８に投入されるようにしても、回収磁性粉投入手段１５２を省略することができ、装置を簡素化することができる。

汚泥脱水装置は汚泥脱水機２０８によって汚泥を脱水して減容化すると共に、汚泥運搬を容易にするための手段で、汚泥は汚泥タンク２０５から汚泥供給ポンプ２０９、供給管２１０により汚泥脱水機２０８に供給される。汚泥脱水機２０８には添加剤注入装置からの高分子凝集剤注入管１７７が接続されて高分子凝集剤が注入されており、脱水汚泥は汚泥排出口からシューター２１１に落とされて汚泥フィーダ２１２により汚泥回収容器２１３に移送され、分離水は導管２１４を通って分離水排出口から分離水タンク１８９に流下して磁気分離装置の濃縮槽上澄水とともに分離水ポンプ２１５、導管１８９によって原水タンク１３２に送られる。汚泥供給ポンプ２０９はフリクトスイッチ付きの水中スラリーポンプで、汚泥タンク２０５の汚泥液面が異常低下した際は停止して汚泥供給ポンプ２０９の故障などの事故が未然に防止される。また、分離水ポンプ２１５はフリクトスイッチ付きの水中ポンプで、分離水タンク２０９の水位が異常低下した際は停止して浄化水ポンプ１５０の故障などの事故が未然に防止される。供給管２１０の管路の途中にはスラリー流量計２１６と流量調整弁２１７が設けられている。また、導管２１６の管路の途中には流量計２１８、弁２１９、逆止弁が接続されている。汚泥回収容器２１３に貯まった脱水汚泥２２０は、例えば廃棄物処分場など運搬されて処分されたり、コンポストの原料としてリサイクルされたりすることができる。特に、磁性鉄粉を回収再利用しない設備においては汚泥中の鉄分含有量が高くなるので、鉄分が必要なセメントの原材料としてリサイクルすることもできる。

次に、本発明の第２実施例について図４を用いて説明する。図４は本発明の第２実施例の磁気分離装置の構成図である。この第２実施例は、以下に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。

この第２実施例では、空心ソレノイド超電導マグネットの内部通水管が異なり、細管から拡大部に断面積が変化する部位に中心軸に添って円錐状のバッフル（コーン）３２１をとりつけたものである。このバッフル３２１は整流装置を構成するものである。このバッフル３２１によって、細管出口部の流れはバッフル３２１周囲に均等に分散放射されて、より均一化され、回転円盤形磁気フィルタケース１０３のマトリックス群１０１に流出して、そこで磁性凝集体１０６は磁気分離される。ここでバッフル３２１の円錐角度は一般には８０度から１２０度程度の大きな角度が好ましい。なぜなら、空心マグネット（真空容器１０４）の上下方向寸法は空心直径と同程度しかなく、極めて短距離で流れを拡大均一化する必要があるためである。このようにコ−ンを用いることにより空心マグネットへの入口において、流速を高めて、マグネット管壁への磁性凝集体１０６のトラップを防止すると共に後半の流れを拡大均一化させることができるので、磁気分離性能の低下を防ぐことができる。特に、バッフル３２１としたことにより、整流装置での詰まりの解消に効果的である。

本発明の第１実施例の磁気分離装置を示す構成図である。図１のＡ−Ａ断面図である。図１の磁気分離装置を用いた水の浄化設備の構成図である。本発明の第２実施例の磁気分離装置を示す構成図である。

符号の説明

１０３…回転円盤形磁気フィルタ、１０５…超伝導マグネット（空心ソレノイド形マグネット）、１０６…被処理水、１１１…散水管（洗浄手段）、３０１…通水管、３０１ａ…小径管、３０１ｂ…拡大管。

Claims

汚濁物と磁性粉とが凝集された磁性凝集体を含む被処理水を下方より導水する通水管の周囲に空心ソレノイド形マグネットを設け、
前記通水管から供給される被処理水中の磁性凝集体を吸着する回転円盤形磁気フィルタを前記空心ソレノイド形マグネットの上方に設置すると共に、
前記回転円盤形磁気フィルタに吸着された磁性凝集体を洗浄する洗浄手段を設けた磁気分離装置であって、
前記通水管は、前記空心ソレノイド形マグネット内に位置する小径管と、前記小径管から前記回転円盤形磁気フィルタの通水部側に拡大する拡大管とを有する構成にした
ことを特徴とする磁気分離装置。
請求項１に記載の磁気分離装置において、前記通水管の拡大管は前記空心ソレノイド形マグネット内の上部から拡大されていることを特徴とする磁気分離装置。
請求項１または２に記載の磁気分離装置において、前記空心ソレノイド形マグネットは真空断熱容器内に設けられる超電導マグネットで構成されていることを特徴とする磁気分離装置。
請求項１から３の何れかに記載の磁気分離装置において、前記通水管の拡大管内に整流装置を配置したことを特徴とする磁気分離装置。
請求項４に記載の磁気分離装置において、前記整流装置は前記通水管の拡大管の断面積が拡大する拡大部分に中心軸に沿って円錐状に拡大するバッフルを設けて構成したことを特徴とする磁気分離装置。
請求項１から５の何れかに記載の磁気分離装置において、前記通水管の小径管の前記空心ソレノイド形マグネット内における流速を０．２ｍ/ｓ〜１．０ｍ/ｓの範囲に設定したことを特徴とする磁気分離装置。
請求項４に記載の磁気分離装置において、前記通水管の拡大管から通水される前記回転円盤形磁気フィルタの通水部における流速を０．１ｍ/ｓ程度に設定したことを特徴とする磁気分離装置。
汚濁成分を含んだ原水を取水する取水装置と、
前記取水装置が取水した原水に凝集剤や磁性粉を注入する添加剤注入装置と、
前記凝集剤や磁性粉の注入により汚濁物と磁性粉とが凝集された磁性凝集体を形成するフロック形成装置と、
前記磁性凝集体を含んだ原水から前記磁性凝集体を分離する磁気分離装置と、
前記磁性凝集体が除かれた原水を浄化水として放流する浄化水放流装置とを具備した水の浄化設備であって、
前記磁気分離装置は、
汚濁物と磁性粉とが凝集された磁性凝集体を含む被処理水を下方より導水する通水管の周囲に空心ソレノイド形マグネットを設け、
前記通水管から供給される被処理水中の磁性凝集体を吸着するマトリックス群が装着された回転円盤形磁気フィルタを前記空心ソレノイド形マグネットの上方に設置すると共に、
前記磁性凝集体が吸着したマトリックス群を洗浄する洗浄手段を設け、
前記通水管は、前記空心ソレノイド形マグネット内に位置する小径管と、前記小径管から前記回転円盤形磁気フィルタの通水部側に拡大する拡大管とを有する構成にした
ことを特徴とする水の浄化設備。
請求項８に記載の水の浄化設備において、前記通水管の拡大管の断面積が拡大する拡大部分に中心軸に沿って円錐状に拡大するバッフルを設けて前記整流装置としたことを特徴とする水の浄化設備。
請求項８または９に記載の水の浄化設備において、前記通水管の小径管の前記空心ソレノイド形マグネット内における流速を０．２ｍ/ｓ〜１．０ｍ/ｓの範囲に設定すると共に、前記通水管の拡大管から通水される前記回転円盤形磁気フィルタの通水部における流速を０．１ｍ/ｓ程度に設定したことを特徴とする水の浄化設備。