JP2009214053A - 磁気分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性粒子が非磁性物質に付着する捕獲確率を高めると共に、非磁性物質に付着しなかった磁性粒子を再利用することができる磁気分離装置を提供する。
【解決手段】非磁性物質を含む処理液中に磁性粒子を添加し、該磁性粒子を非磁性物質に付着させて磁性を帯びた非磁性物質を磁気フィルタで磁着して分離する磁気分離装置であって、磁性粒子を添加した処理液の配管に磁気分離処理部を設け、下流側から磁着区間、担磁区間、磁性粒子再混合区間とし、配管内には複数の磁気フィルタを軸線方向に並設すると共に、これら磁気フィルタを上流に向けて移動させる移動手段を設け、磁着区間で磁気フィルタに磁着した磁性粒子を磁性粒子再混合区間で磁気フィルタから離脱させて処理液中に泳動させて非磁性物質に再付着させ、担磁区間で処理液中を泳動している磁性物質の移動速度を処理液中の非磁性物質の移動速度よりも高速として非磁性物質に付着させやすくしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気分離装置に関し、詳しくは、処理液中から除去する非磁性物質に磁性粒子を効率良く付着させて、処理液から高速かつ確実に非磁性物質を除去するものであり、特に、多量の処理水から非磁性物質を除去する水処理に好適に用いられるものである。

近年、工場廃水、生活廃水等から河川や海洋の汚染が拡大している。
これらの汚染された水に含まれる固形物等を除去処理する場合、水量が大量であるため洗浄処理の高速化が要求される。
しかし、汚染の要因となる微生物、プランクトン、菌体をミクロン単位の空孔を有する濾過膜で捕捉する場合には、濾過膜の通過に時間がかかり、かつ、濾過膜に捕捉粒子が堆積して目詰まりが発生しやすいため、間欠的に洗浄が必要である等の理由から、処理水の高速大量処理が困難である。

また、近年、船舶に積載するバラスト水の処理が問題となっている。バラスト水は空荷状態でも安全に航行するために積載される海水であり、バラスト水は出港時に付近の海域から取水し、入港時の積荷の積載時に海洋へ排水され、例えば、日本から出港するオイルタンカーに日本海域の海水がバラスト水として積載され、入港地の中近東の海域に排水される。このようにバラスト水が取水した海域と異なる海域に排水されると、海水中の生物が本来の生息地でない海域に移動させられることとなり、海洋の生態系に大きな影響を及ぼすこととなる。よって、「船舶のバラスト水および沈殿物の規制および管理」のための国際条約が採択され、条約内容に沿ってバラスト水を浄化処理することが求められている。

この種の水浄化装置として、本出願人は、特開２０００−２５４５４４号公報（特許文献１）において、藻等の植物性微生物からなる被除去物を含む原水を、比較的高速で被除去物を分離除去できる磁気分離装置を提供している。
該磁気分離装置は、原水に鉄酸化物粒子を添加して、被除去物に磁性を付与した後に、磁気フィルタを通過させて、被除去物を磁気フィルタに磁着して分離除去している。このように磁気で被除去物を分離除去しているため、磁気フィルタの水通過用の空孔を広くしても被除去物を分離除去でき、水処理の高速化を図ることができる。
該特許文献１の磁気分離装置では、磁気により磁性を付与した被除去物を捕捉するため、磁気フィルタの空孔を大きくすることができ、よって、膜濾過より目詰まりが極めて生じにくく、大量かつ高速での水処理が可能となるという利点を有する。

特開２０００−２５４５４４号公報

しかしながら、前記磁気分離装置では、磁性粒子が被除去物に付着する捕獲確率は高いとは言えず、被除去物に磁性粒子が付着せずに磁性が付与されない被除去物を捕捉できず、除去率を確実に高めることは困難であり、この点で改善の余地がある。
また、被除去物に付着できなかった磁性粒子も磁気フィルタに磁着して処理水より分離除去されてしまうため、被除去物に対して大量の磁性粒子が必要となりコスト高となっており、この点でも改善の余地がある。

本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、磁性粒子が非磁性物質に付着する捕獲確率を高めると共に、非磁性物質に付着しなかった磁性粒子を再利用することができる磁気分離装置を提供することを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は、非磁性物質を含む処理液中に磁性粒子を添加し、該磁性粒子を非磁性物質に付着させて磁気フィルタで磁着し、前記非磁性物質を分離する磁気分離装置であって、
前記磁性粒子を添加した前記処理液の配管に磁気分離処理部を設け、該磁気分離処理部の配管は透磁性材から形成し、
前記磁気分離処理部の配管の下流端から上流に向けた中間位置までは外周に磁石を配置した磁着区間とし、
前記磁着区間から上流端までは磁石を配置せず、磁着区間に隣接した上流部分を担磁区間、該担磁区間から上流端までを磁性粒子再混合区間とし、かつ、
前記配管内には、複数の磁気フィルタを軸線方向に並設すると共に、これら磁気フィルタを少なくとも下流から上流に向けて移動させる移動手段を備え、
前記磁着区間で磁気フィルタに磁着した磁性粒子を前記磁性粒子再混合区間で磁気フィルタから離脱させて非磁性物質に再付着させ、さらに、前記担磁区間で処理液中に泳動している磁性粒子の移動速度を処理液中の非磁性物質の移動速度より高速として非磁性物質への磁性粒子の付着を促進していることを特徴とする磁気分離装置を提供している。

前記構成からなる本発明の磁気分離装置では、磁性粒子が付着して磁性を帯びた非磁性物質および非磁性物質に付着していない磁性粒子を前記磁着区間の磁石により磁化された磁気フィルタに磁着させて捕獲することにより、処理液から非磁性物質および磁性粒子を除去している。
さらに、非磁性物質に付着していない磁性粒子が磁気フィルタに磁着した状態のままであると、磁性粒子の無駄になるため、磁性粒子を磁着させた磁気フィルタを移動手段により磁着区間から離れた上流の前記磁性粒子再混合区間へ移動させている。これにより、磁気フィルタに磁着させた磁性粒子を磁気フィルタから離脱させ、処理液内に再び遊離させて利用することができる。処理液に再度混合された磁性粒子は、さらに、下流側の担磁区間において処理液中を高速で移動し、処理液中の非磁性物質に付着しやすくなる。
非磁性物質に付着した磁性物質は、下流側の磁着区間に配置された磁気フィルタに磁着され、磁気フィルタで非磁性物質が捕獲される。
このように、非磁性物質に付着せずに磁気フィルタに磁着した磁性粒子を、再度、上流側の非磁性領域で磁気フィルタより離脱させて処理液に混合して再利用することにより、磁性粒子の使用量を低減することができ、コストを低減することができる。

詳細には、前記磁着区間には複数の磁気フィルタが並設され、これら磁気フィルタは周囲に配置された磁石により磁化されている。前記磁性粒子が付着して磁性を帯びた非磁性物質および非磁性物質に付着しなかった磁性粒子は、磁化された磁気フィルタに磁着される。このとき、磁性粒子は上流側の磁気フィルタから順に磁着していくため、上流側の磁気フィルタに多くの磁性粒子が磁着した状態となる。

前記磁性粒子が付着して磁性を帯びた非磁性物質および非磁性物質に付着しなかった磁性粒子が磁着した磁気フィルタを移動手段により下流側から上流側へ移動させ、該磁気フィルタが磁着区間の磁場の影響を受けない磁性粒子再混合区間までくると、磁気フィルタは磁気は消え、磁気フィルタに磁着していた非磁性物質および磁性粒子が磁気フィルタから遊離し、再び処理液内に混合されて磁性粒子が再利用される。
磁気フィルタから遊離した非磁性物質および磁性粒子は、下流側の磁着区間に並設された他の磁気フィルタにより再度磁着させて捕獲する。
前記の操作により、殆どの磁性粒子が非磁性物質に付着した後に、磁気フィルタを磁気分離装置外で洗浄して、磁気フィルタに磁着した磁性粒子を再利用せずに廃棄している。

また、前記磁性粒子再混合区間と磁着区間の間に設けた担磁区間において、磁着区間の磁石により発生する磁場によって磁性粒子が加速される。また、磁気フィルタを上流側へ移動させて担磁区間に磁気フィルタを位置される場合には、該担磁区間に位置された磁気フィルタは磁着区間の磁石により磁化されたままの状態となっているため、該磁気フィルタに残存した磁場によって磁性粒子が加速される。
これにより、加速された磁性粒子と、処理液の流速で流れる前記非磁性物質との間に速度差が生じ、磁性粒子が非磁性物質と接触する確率が高くなって、磁性粒子が非磁性物質に付着する捕獲確率を高めることができる。
即ち、磁性粒子と非磁性物質とが同速度で流れている場合には、磁性粒子と非磁性物質とが接触しにくいため、磁性粒子が非磁性物質に付着する捕獲確率が低い。磁性粒子の泳動速度が非磁性物質の泳動速度よりも高速となると、磁性粒子が下流を流れる非磁性物質に追いついて付着し、磁性粒子を非磁性物質に効率良く付着させることができる。
なお、前記担磁区間に配置された磁気フィルタは、磁着区間の磁石から少し離れているため、磁性粒子が磁着されるほど強くは磁化されておらず、磁性粒子の速度を加速させる程度に磁化されている。

前記移動手段は、前記複数の磁気フィルタを下流側から上流側へと整列状態を保持しながら移動させた後に、上流側から下流側へと移動させて初期位置に戻し、再度、上流側へと移動させる往復移動を可能としている。

前記構成によれば、複数の磁気フィルタを下流側から上流側へと移動させて、全ての磁気フィルタで磁性粒子が付着した非磁性物質を捕獲した後、さらに、磁気フィルタを下流側へと移動させて初期位置に戻し、該初期位置から、再度上流側へと移動させることで、磁性粒子を用いて非磁性物質を磁性フィルタで捕獲することができる。これにより、磁性粒子を有効に利用でき、無駄に破棄される磁性粒子を減少することができると共に、磁気フィルタを複数回利用することができる。
ただし、最下流端側の磁気フィルタに非磁性物質および磁性粒子が磁着している場合には、該磁気フィルタから非磁性物質および磁性粒子が遊離すると再補足できないため、最下流端側の磁気フィルタを磁着区間の磁場の影響を受ける範囲内でのみ移動させるようにしている。

前記処理液の流速と担磁区間における磁性粒子の泳動速度との速度差は０．１〜５０ｍｍ／ｓｅｃとしていることが好ましい。
前記処理液の流速と担磁区間における磁性粒子の泳動速度の速度差が０．１ｍｍ／ｓｅｃより小さいと、非磁性物質と磁性粒子との速度差が小さく、磁性粒子が非磁性物質に付着する捕獲確率を十分に高めることができない。一方、処理液の流速と担磁区間における磁性粒子の泳動速度の速度差が５０ｍｍ／ｓｅｃより大きいと磁性粒子と非磁性物質が接触しても固着せず分離してしまうという問題がある。

前記磁着区間に配置する前記磁石は超電導コイルであることが好ましい
前記超電導コイルを形成する超電導線材は、高温超電導線材（Ｂｉ−2223系銀シース線材、Ｒｅ系薄膜線材）を用い、高温超電導コイルとしていることが好ましい。
この高温超電導コイルの冷却は、冷媒を用いない（冷媒フリー）の冷凍機冷却型システムとしても良いし、液体窒素を用いた液体窒素冷却または液体窒素過冷却システムとしても良い。

前記のように、超電導コイルを用いて磁気分離を行うと、超電導コイルが発生する強い磁界中に配置するステンレス鋼等の磁性体からなる磁気フィルタの細線の回りに強い磁場を形成できる。この強い磁場を利用して、処理液中の前記磁性粒子が付着して磁性が付与された非磁性物質を細線回りに磁着して処理液より分離できる。
また、超電導線材として酸化物超電導線材を用いると、金属系超電導線材と比較して、臨界温度が高いため、温度上昇による臨界電流密度の低下が小さく、クエンチしにくい高い安定性を有し、超電導コイルの動作が安定する。また、冷媒として液体窒素を用いることができる。

前記磁気フィルタは、ステンレス鋼、鉄、ニッケル、コバルト等を主成分とした磁性体からなる細線をメッシュ状に編成して空孔を形成し、該空孔の平均面積は０．５ｍｍ^２〜１００ｍｍ^２としていることが好ましい。
磁気フィルタをステンレス線材で形成すると、錆が発生しにくく、耐久性を有する磁気フィルタとすることができる。
また、ステンレス線等の線材のメッシュで磁気フィルタを形成し、該メッシュにより形成される空孔の平均面積は１ｍｍ^２〜２５ｍｍ^２とすると、特に５μｍ以上の磁性が付与された被除去物の９０％以上を分離することができる。

前記磁性粒子の平均粒径は１μｍ〜５０μｍとしていることが好ましく、１μｍ〜２０μｍとしていることがより好ましい。
前記磁性粒子の平均粒径を前記範囲とすることにより、２μｍ〜１０μｍの生物からなる非磁性物質を効率良く捕獲することができる。
また、磁性粒子の平均粒径を１μｍ以上とすることで、磁性粒子を非磁性物質に付着しやすくすると共に付着後に遊離させにくくできる。一方、磁性粒子の平均粒径が５０μｍを越えると流路を構成する配管の底に堆積して有効に働かないという問題が生じる。

また、前記磁性粒子は、鉄、ニッケル、コバルト、銀等の磁性金属の単体あるいは合金、これらの酸化物が好適に用いられ、特に、マグネタイト等の鉄酸化物粒子が好適に用いられる。
該磁性粒子として表面に水酸基を有する鉄酸化物粒子を用いると、該鉄酸化物粒子と同様に、処理液中の藻等の植物性微生物が存在すると、これら植物性微生物の表面にも水酸基が存在するため、水素結合が形成され、鉄酸化物粒子により微生物に磁性を付与することができる。

処理液量を１００質量％とすると磁性粒子は０．２〜５質量％添加していることが好ましい。
前記磁性粒子の配合量を０．２質量％以上とすることで、磁性粒子を処理液中の非磁性物質の９０％以上に付着させることができる一方、５質量％未満とすることで過剰に添加されて、非磁性物質に付着されずに処理液中に浮遊する磁性粒子を抑制できる。

本発明の磁気分離装置は、大量の処理液を効率良く処理できる点から、オイルタンカー等の船舶に貯留されるバラスト水の水処理に好適に用いられる。
バラスト水の処理装置に用いる場合、前記処理液は船舶のバラストタンクに貯留されるバラスト水であり、前記非磁性物質はバラスト水中に浮遊及び沈殿する藻類を含む植物微生物もしくは動物微生物からなる。
前記磁性物質をバラスト水に投下して撹拌する磁性粒子供給手段を備え、該磁性粒子供給手段から、前記磁性粒子が付着された非磁性物質および浮遊している前記磁性粒子が含まれるバラスト水を前記配管へ送給している。
前記磁性粒子供給手段により磁性粒子を処理液中に投入時に撹拌すると、磁性粒子を処理液中に均一に分散させることができ、処理液中に分散する非磁性物質に効率良く付着させることができる。

前述したように、本発明によれば、磁性粒子が付着して磁性を帯びた非磁性物質および非磁性物質に付着していない磁性粒子を磁気フィルタに磁着させて捕獲した後、該磁気フィルタを上流側へ移動させ、磁気分離処理部の磁性粒子再混合区間において、磁気フィルタに磁着させた磁性粒子を処理液内に再び遊離させることにより、磁性粒子を再利用できるようにしている。これにより、非磁性物質に付着しない状態で磁気フィルタに磁着した磁性粒子を即座に廃棄するのではなく、上流側で再び処理液に混合して再利用することにより、磁性粒子の使用量を低減することができ、コストを低減することができる。
また、磁着区間の磁石および担磁区間に配置された磁気フィルタによって担磁区間に発生する磁場により、前記磁性粒子が処理液の流速より高速化するため、処理液の流速で流れる前記非磁性物質との間に速度差が生じる。これにより、磁性粒子が非磁性物質と接触する確率が高くなって、磁性粒子が非磁性物質に付着する捕獲確率を高めることができる。

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図５に、第１実施形態の磁気分離装置１０を示す。
本実施形態の磁気分離装置１０は、工場廃水、生活廃水等の非磁性物質を含む処理液Ｌから非磁性物質を分離して浄化処理するものである。

磁気分離装置１０は、処理液Ｌを貯留する処理液貯留槽（図示せず）と、該処理液貯留槽と接続され、処理液Ｌの流路となる配管１１を備え、該配管１１に磁気分離処理部２０を設けている。
前記配管１１の上流端で投入された処理液Ｌは、磁気分離処理部２０を通過することにより非磁性物質３０が分離されて浄化処理され、配管１１の下流端から浄化処理液Ｌ’として排水される。

前記処理液貯留槽には、貯留する処理液Ｌに粉末状の磁性粒子３１を添加すると共に、処理液Ｌと磁性粒子３１とを撹拌混合する磁性粒子供給手段（図示せず）を設けている。磁性粒子３１として表面に水酸基を有するマグネタイトからなる鉄酸化物粒子を用いている。
処理液Ｌと磁性粒子３１とを撹拌して、処理液貯留層内おいても、処理液Ｌに含まれる非磁性物質３０に磁性粒子３１を付着させるようにしている。該非磁性物質３０は２μｍ〜１０μｍの生物からなり、該非磁性物質に付着させる磁性粒子３１は、平均粒径を１μｍ〜５０μｍとしている。
処理液量を１００質量％とすると磁性粒子３１を０．２〜５質量％添加している。

前記配管１１は非磁性ステンレス、またはＦＲＰやプラスチック等からなる透磁性材で形成している。該配管１１に設けた磁気分離処理部２０は、図１及び図２に示すように、上流側から下流に向けて、順に磁性粒子再混合区間２１、担磁区間２２、磁着区間２３から構成している。該磁気分離処理部２０の配管内に、磁気フィルタ１２を後述する移動手段１５により下流側から上流側へ、即ち、磁着区間２３、担磁区間２２、磁性粒子再混合区間２１へ順に移動させている。

前記磁着区間２３は、図２に示すように、配管１１を超電導磁石１３で囲むと共に、内部に軸線方向に間隔をあけて、多数（例えば、２０枚）の磁気フィルタ１２を並設している。
前記超電導磁石１３は酸化物超電導線材が巻回されたコイル１３ａで形成し、該コイル１３ａを超電導温度に保持する冷却容器１３ｂ内に収容している。本実施形態では、ビスマス２２２３系の酸化物超電導線材のダブルパンケーキコイルを軸線方向に積層した積層コイルから構成している。

該磁着区間２３では、超電導磁石１３で発生する磁場により磁気フィルタ１２を磁化させている。処理液Ｌが磁化された磁気フィルタ１２を通過すると、処理液Ｌに含まれた磁性粒子３１が付着して磁性を帯びた非磁性物質３０および非磁性物質に付着していない磁性粒子３１が磁気フィルタ１２に磁着する。これにより、磁気フィルタ１２を通過した処理液Ｌは非磁性物質３０および磁性粒子３１を含まない浄化処理液Ｌ’となる。
磁着区間２３に並設した磁気フィルタ１２は、移動手段１５により上流側の担磁区間２２、さらに、磁性粒子再混合区間２１へ移動させる構成としている。

前記磁着区間２３の上流側に隣接して設ける担磁区間２２は、磁着区間２３の超電導磁石１３で発生する磁場の影響を受ける領域である。
前記磁性粒子３１は、超電導磁石１３の磁場が強い方へ近付こうとするため、担磁区間２２では、磁性粒子３１が加速されて下流側へと移動し、担磁区間２２の磁性粒子３２の移動速度は処理液Ｌの流速よりも高速となる。
さらに、磁着区間２３で磁化した磁気フィルタ１２を移動させて担磁区間２２に位置させると、担磁区間２２に位置する磁気フィルタ１２は、まだ消磁されずに磁化された状態を保持し、該磁気フィルタ１２に残存した磁場によっても磁性粒子３１の移動速度が加速される。一方、磁性粒子３１が付着されずに処理液中を浮遊している非磁性物質３０は磁場に関係なく、処理液Ｌの流速と同速度で移動する。
よって、担磁区間２２では、図４に示すように、磁性粒子３１が付着していない非磁性物質３０と磁性粒子３１の泳動速度に差が生じ、磁性粒子３１が下流を流れる非磁性物質３０に追いついて付着する。
このように、担磁区間２２において、非磁性物質３０への磁性粒子３１の付着を促進しているため、大部分の非磁性物質３０に磁性粒子３１を付着されることができる。

本実施形態では、処理液Ｌの流速と担磁区間２２における磁性粒子３１の泳動速度との速度差を０．１〜５０ｍｍ／ｓｅｃとしている。
なお、図４では矢印の長さが泳動速度を示し、矢印が長いほど速度が速いことを示している。また、図４では、磁気フィルタ１２の図示を省略している。

処理液Ｌの流速、即ち非磁性物質３０の速度と担磁区間２２における磁性粒子３１の泳動速度との速度差をｖ（μｍ／ｓｅｃ）、磁性粒子３１の半径をｒ（μｍ）、磁性粒子３１の泳動時間をｔ（ｓｅｃ）とすると、磁性粒子３１の非磁性物質３０に対する相対的な泳動体積は、図５（Ａ）に示すように、πｒ^２ｖｔ（μｍ^３）となる。よって、磁性粒子３１の濃度をＣｍ（ｐｐｍ）とすると、磁性粒子３１全体の前記泳動体積は、πｒ^２ｖｔ・Ｃｍ（μｍ^３）となる。
そして、非磁性物質３０の濃度をＣ（ｐｐｍ）とすると、前記磁性粒子３１全体の泳動体積πｒ^２ｖｔ・Ｃｍ（μｍ^３）の中にπｒ^２ｖｔ・Ｃｍ・Ｃ（個）の非磁性物質３０が存在することとなる。πｒ^２ｖｔ・Ｃｍ・Ｃの値が大きい程、磁性粒子３１の非磁性物質３０への付着率が高くなる。

非磁性物質３０の半径によっても、磁性粒子３１の非磁性物質３０への付着率が左右される。非磁性物質３０の半径をｒｃ（μｍ）とすると、磁性粒子３１の中心と非磁性物質３０の中心の距離がｒ＋ｒｃ（μｍ）以下となると、磁性粒子３１が非磁性物質３０に付着する。よって、図５（Ｂ）に示すように、π（ｒ＋ｒｃ）^２ｖｔ（μｍ^３）が大きい程、磁性粒子３１の非磁性物質３０への付着率が高くなる。

磁性粒子３１が付着していない非磁性物質３０の濃度をＣ１、磁性粒子３１が非磁性物質３０に接触したときに付着する確率をαとすると、磁性粒子３１が非磁性物質３０に付着することによるＣ１の変化は、
ｄＣ１／ｄｔ＝−απ（ｒ＋ｒｃ）^２・ｖ・Ｃｍ・Ｃ１
磁性粒子３１の個数が磁性粒子３１の付着していない非磁性物質３０の個数より多いと仮定し、Ｃｍが一定とすると、
Ｃ１＝Ｃ１（ｔ＝０）・ｅｘｐ（−［απ（ｒ＋ｒｃ）^２・ｖ・Ｃｍ］・ｔ）
半減期Ｔｈは、Ｔｈ＝απ（ｒ＋ｒｃ）^２・ｖ・Ｃｍとなる。この式に基づいて、磁性粒子３１の泳動速度との速度差ｖや磁性粒子３１の濃度Ｃｍの最適値を設定している。

前記担磁区間２２の上流側に隣接して設けた磁性粒子再混合区間２１は、磁着区間２３の超電導磁石１３で発生する磁場の影響を受けない領域である。
非磁性物質３０および磁性粒子３１が磁着した磁気フィルタ１２を磁性粒子再混合区間２１まで移動させると、磁気フィルタ１２に磁着した磁性粒子３１が遊離し、処理液Ｌ内に再混合される。
なお、磁気フィルタ１２に付着した非磁性物質は、磁気フィルタ１２が消磁しても遊離しないが、遊離したとしても再度磁性粒子３１が付着して、磁着区間で磁気フィルタ１２により捕獲される。

前記磁気分離処理部２０の配管１１には、磁気フィルタユニット４０を取り付けている。該磁気フィルタユニット４０は、前記した多数の磁気フィルタ１２と、該磁気フィルタ１２を間隔をあけて整列状態で支持するボールネジ４１と、該ボールネジ４１を回転させるモータ（図示せず）と、ボールネジ４１を配管１１の中心軸線上に支持する支持部材４２と、配管１１に設けたユニット取出口１１ａを閉鎖するカバー４３からなる。

前記各磁気フィルタ１２は磁性体からなる金属線材のメッシュで形成している。
本実施形態では、線径２ｍｍのステンレス網から形成し、直径３０ｍｍ、メッシュで囲まれる空孔２１ａの１辺の長さを約４ｍｍとして１６ｍｍ^２の空孔とし、５μｍ以上の固形物を磁着して捕捉できるようにしている。また、該ステンレス網からなる磁気フィルタ１２を前記配管１１内に、前記のように２０枚程度を一定ピッチで並設している。

前記磁気フィルタ１２の中心を貫通するボールネジ４１と、該ボールネジ４１を回転させるモータにより移動手段１５を構成している。モータによりボールネジを回転させると配管１１内で回転不可とした磁気フィルタ１２が下流側から上流側へ移動する構成としている。
また、ボールネジ４１は、支持部材４２とカバー４３に貫通させ、軸受４４、４５で回転自在に支持している。
前記カバー４３は、配管１１のユニット取出口１１ａの周縁に設けたフランジ１１ｂにボルト締め等により取り付けている。図２に示すように、ユニット取出口１１ａを磁気分離処理部２０の配管１１と同一軸線上に設けているため、磁気分離処理部２０の下流側で処理液Ｌ’の流路を屈曲させている（図２では上方）。

次に、分離処理装置１０で行う処理液の浄化処理工程を説明する。
初期状態において、整列した磁気フィルター１２は図１（Ａ）および図２に示す位置に配置し、上流端に位置する磁気フィルター１２を磁着区間２３の上流端に位置させている。

処理液Ｌには、処理液貯留槽内で磁性粒子供給手段により粉末状の磁性粒子３１を添加すると共に、処理液Ｌと磁性粒子３１とを撹拌混合し、処理液Ｌに含まれる一部の非磁性物質３０に磁性粒子３１を付着させて磁性を付与している。

処理液貯留槽から、磁性粒子３１が添加された処理液Ｌを配管１１に投入し、配管１１に設けた磁気分離処理部２０の担磁区間２２で、磁性粒子３１を処理液Ｌの流速よりも高速として、前記処理液貯留槽で磁性粒子３１が付着しなかった非磁性物質３０に磁性粒子３１を効率良く付着する。

次いで、磁性粒子３１が付着することにより磁性を帯びた非磁性物質３０および非磁性物質３０に付着しなかった磁性粒子３１を、磁着区間２３の超電導磁石１３により磁化された磁気フィルタ１２に磁着させ、捕捉する。
磁気フィルタ１２を通過した処理液Ｌは、非磁性物質３０および磁性粒子３１が除去された浄化処理液Ｌ’として、配管１１の下流端より排水される。

前記処理液Ｌの浄化処理を続けると、磁性粒子３１により磁性を帯びた非磁性物質３０および磁性粒子３１が上流側の磁気フィルタ１２から順に磁着していくため、図２に示すように、上流側の磁気フィルタ１２に多くの非磁性物質３０および磁性粒子３１が磁着した状態となる。このとき、磁気フィルタ１２に磁着した磁性粒子３１の中には非磁性物質３０に付着していない磁性粒子３１が多数含まれている。

そこで、以下の工程で非磁性物質３０に付着していない磁性粒子３１を再利用して処理液Ｌの浄化処理を行なう。
前記移動手段１５により、全ての磁気フィルタ１２を整列状態を保持しながら、下流から上流に向けて間欠的に移動させ、図１（Ｂ）の状態とする。
磁性粒子再混合区間２１まで移動した磁気フィルタ１２Ａは、磁着区間２３の超電導磁石１３から遠くへ離されたことにより消磁され、図３に示すように、磁気フィルタ１２に磁着していた磁性粒子３１が磁気フィルタ１２から離れ、磁性粒子３１を再び処理液Ｌ内に浮遊し、処理液Ｌと再混合される。
磁気フィルタ１２から離れて処理液Ｌ中に浮遊する磁性粒子３１は、下流側の担磁区間２２で非磁性物質３０に付着し、さらに、下流側の磁着区間２３に位置する磁気フィルタ１２で磁性粒子３１が付着した非磁性物質３０を再度磁着させて捕獲する。これにより、前記図１（Ａ）では非磁性物質３０を捕獲していなかった磁気フィルタ１２で非磁性物質３０を捕獲する。
また、磁性粒子再混合区間２１で磁気フィルタ１２から非磁性物質３０が離れても、再度磁性粒子３１と付着して、下流の磁気フィルタ１２で非磁性物質３０を磁性粒子３１と共に再補足する。

前記動作を繰り返して、図１（Ｃ）に示すように、磁気フィルタ１２を移動手段１５により順次上流側へと移動させ、下流側に位置する磁気フィルタ１２で非磁性物質３０を捕獲していく。最終的に、整列させた磁気フィルタ１２の下流端側の磁気フィルタ１２で非磁性物質３０を捕獲する。

前記のように、下流側の磁気フィルタ１２に磁性粒子３１および非磁性物質３０を磁着させた後に、磁気分離装置１０から磁気フィルタユニット４０を取り外し、非磁性物質３０および磁性粒子３１が磁着した磁気フィルタ１２を磁気分離装置１０外で洗浄して、磁気フィルタ１２に磁着した磁性粒子３１を再利用せずに廃棄している。

前記構成によれば、磁性粒子３１が付着して磁性を帯びた非磁性物質３０および非磁性物質３０に付着していない磁性粒子３１を磁着区間２３の超電導磁石１３で磁化させた磁気フィルタ１２に磁着させて捕獲した後、該磁気フィルタ１２を上流側の磁性粒子再混合区間２１まで移動させ、磁気フィルタ１２に磁着させた磁性粒子３１を処理液Ｌ内に再び遊離させることにより、磁性粒子３１を再利用できる。
これにより、非磁性物質３０に付着しない状態で磁気フィルタ１２に磁着した磁性粒子３１を即座に廃棄するのではなく、上流側で再び処理液に混合して再利用することにより、磁性粒子３１の使用量を低減することができ、コストを低減することができる。

また、磁気分離処理部２０の担磁区間２２において、磁着区間２３の超電導磁石１３によって担磁区間内に発生する磁場および担磁区間２２に配置された磁気フィルタ１２に残存する磁場により、磁性粒子３１が処理液Ｌの流速より高速化するため、処理液Ｌの流速で流れる非磁性物質３０との間に速度差が生じる。これにより、磁性粒子３１が非磁性物質３０と接触する確率が高くなり、磁性粒子３１が非磁性物質３０に付着する捕獲確率を高めることができ、効率良く磁性粒子３１を非磁性物質３０に付着させることができる。

図６に、本発明の第２実施形態を示す。
前記第１実施形態では、非磁性物質３０および磁性粒子３１の磁着と遊離を繰り返して下流側の磁気フィルタ１２に非磁性物質３０および磁性粒子３１が磁着されると、磁気フィルタ１２を磁気分離装置１０から取り外して外部で洗浄している。
これに対し、本実施形態では、磁気フィルタ１２を上流側と下流側との間で磁着区間２３、担磁区間２２、磁性粒子再混合区間２１を往復移動できるようにし、下流端の磁気フィルタ１２Ｂに非磁性物質３０および磁性粒子３１が磁着された後、図６（Ｃ）に示すように、磁気フィルタ１２を移動手段１５により下流側へ移動させて元の初期位置に戻し、再度処理液の浄化処理を行なうようにしている。

このとき、非磁性物質３０および磁性粒子３１が磁着した最下流端の磁気フィルタ１２Ｂから非磁性物質３０および磁性粒子３１が遊離すると再補足できないため、この磁気フィルタ１２Ｂを磁着区間２３の磁場の影響を受ける範囲内でのみ移動させるようにして、磁気フィルタ１２Ｂから非磁性物質３０および磁性粒子３１が遊離しないようにしている。

前記構成によれば、上流側まで移動させた複数の磁気フィルタ１２を下流側の元の位置まで戻すことにより、再度磁気フィルタ１２を上流側へ移動させながら、磁性粒子３１が付着した非磁性物質３０および非磁性物質３０に付着しなかった磁性粒子３１を磁着させて捕捉して処理液を浄化処理することができる。
なお、他の構成及び作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。

図７に本発明の第３実施形態を示す。
本実施形態の磁気分離装置１０では、船舶のバラストタンクに貯留されるバラスト水からなる処理液を浄化処理するものとしている。
本実施形態では、磁気分離装置１０をオイルタンカー等の大型船舶１００に搭載し、積載したバラスト水からなる処理液Ｌに浮遊及び沈殿する藻類を含む植物微生物もしくは動物微生物からなる非磁性物質の除去処理を航行中に行なう。
詳細には、バラストタンク１０１に貯留された処理液Ｌを配管１０２を介して磁気分離装置１０の処理液貯留槽に供給し、磁気分離処理部２０で浄化処理された浄化処理液Ｌ’を配管１０３を介して空きのバラストタンク１０１に送給している。
なお、他の構成及び作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。

半径１０μｍ以上の非磁性物質が８×１０^７個／ｍ^３含まれた海水１０００ｍ^３を第１実施形態の磁気分離装置１０を用いて浄化処理した。最初は磁性粒子の濃度が常に５００ｐｐｍとなるように海水に磁性粒子を加え、後は所要量の磁性粒子を自動的に加えた。浄化処理の処理速度は１時間あたり１００ｔとし、磁着区間２３における超電導磁場を２Ｔとした。
前記条件で１０００ｍ^３の海水を浄化処理すると、浄化処理後の非磁性物質は５×１０^５個／ｍ^３であった。使用した磁性粒子は１０８ｋｇであった。

「比較例１」
前記実施形態のような担磁区間２２を設けておらず、かつ磁気フィルタに付着した磁性粒子を再利用しない磁気分離装置を用いて海水の浄化処理を行なった。
処理液貯留槽を２ｔの担磁槽とし、磁性粒子の濃度が常に１００ｐｐｍとなるように海水に連続的に磁性粒子を加えた。その他の条件は前記実施例と同様とした。
前記条件で１０００ｍ^３の海水を浄化処理すると、浄化処理後の非磁性物質は３×１０^７個／ｍ^３であった。使用した磁性粒子は１０３ｋｇであった。
比較例１では、実施例と略同量の磁性粒子を用いたにもかかわらず、浄化処理能力ははるかに劣っていた。

「比較例２」
前記実施形態のような担磁区間２２を設けておらず、かつ磁気フィルタに付着した磁性粒子を再利用しない磁気分離装置を用いて海水の浄化処理を行なった。
磁性粒子の濃度が常に１０００ｐｐｍとなるように海水に連続的に磁性粒子を加えた。
その他の条件は前記実施例と同様とした。
前記条件で１０００ｍ^３の海水を浄化処理すると、浄化処理後の非磁性物質は６×１０^５個／ｍ^３であった。使用した磁性粒子は９５０ｋｇであった。
比較例２では、実施例よりも大量の磁性粒子を用いたにもかかわらず、浄化処理能力が劣っていた。

本発明の非磁性物質への磁性粒子の付着方法および非磁性物質の磁気分離装置は、バラスト水等の処理や、製紙排水の処理、工場排水（半導体、鉄鋼、食品処理等）の処理、病院の排水処理、等の固形物を多く含む工業排水の浄化装置として広く用いることができる。さらには、海水淡水化装置の脱塩工程の前処理装置としても有効である。

（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第１実施形態の磁気分離装置を示す概略図である。 磁気フィルタを下流側へ移動させる前の磁気分離装置の断面図である。 磁気フィルタを下流側へ移動させた状態の磁気分離装置の断面図である。 担磁区間における非磁性物質への磁性粒子の付着方法を示す図面である。 （Ａ）（Ｂ）は磁性粒子の泳動体積に関する図面である。 （Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第２実施形態を示す図面である。 本発明の第３実施形態を示す図面である。

符号の説明

１０ 磁気分離装置
１１ 配管
１２ 磁気フィルタ
１３ 超電導磁石
１３ａ 超電導コイル
１３ｂ 冷却容器
１５ 移動手段
２０ 磁気分離処理部
２１ 磁性粒子再混合区間
２２ 担磁区間
２３ 磁着区間
３０ 非磁性物質
３１ 磁性粒子
１００ 船舶
１０１ バラストタンク
Ｌ 処理液
Ｌ’ 浄化処理液

Claims (5)

1. 非磁性物質を含む処理液中に磁性粒子を添加し、該磁性粒子を非磁性物質に付着させて磁気フィルタで磁着し、前記非磁性物質を分離する磁気分離装置であって、
   前記磁性粒子を添加した前記処理液の配管に磁気分離処理部を設け、該磁気分離処理部の配管は透磁性材から形成し、
   前記磁気分離処理部の配管の下流端から上流に向けた中間位置までは外周に磁石を配置した磁着区間とし、
   前記磁着区間から上流端までは磁石を配置せず、磁着区間に隣接した上流部分を担磁区間、該担磁区間から上流端までを磁性粒子再混合区間とし、かつ、
   前記配管内には、複数の磁気フィルタを軸線方向に並設すると共に、これら磁気フィルタを少なくとも下流から上流に向けて移動させる移動手段を備え、
   前記磁着区間で磁気フィルタに磁着した磁性粒子を前記磁性粒子再混合区間で磁気フィルタから離脱させて非磁性物質に再付着させ、さらに、前記担磁区間で処理液中に泳動している磁性粒子の移動速度を処理液中の非磁性物質の移動速度より高速として非磁性物質への磁性粒子の付着を促進していることを特徴とする磁気分離装置。
2. 前記移動手段は、前記複数の磁気フィルタを下流側から上流側へと整列状態を保持しながら移動させた後に、上流側から下流側へと移動させて初期位置に戻し、再度、上流側へと移動させる往復移動を可能としている請求項１に記載の磁気分離装置。
3. 前記磁着区間に配置する前記磁石は超電導コイルである請求項１または請求項２に記載の磁気分離装置。
4. 前記磁性粒子の平均粒径は１μｍ〜５０μｍとし、該磁性粒子の添加量は、処理液量を１００質量％とすると磁性粒子は０．２〜５質量％とし、
   前記処理液の流速と前記担磁区間における磁性粒子の泳動速度の速度差を、０．１〜５０ｍｍ／ｓｅｃとしている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の磁気分離装置。
5. 前記処理液は船舶のバラストタンクに貯留されるバラスト水であり、前記非磁性物質はバラスト水中に浮遊及び沈殿する藻類を含む植物微生物もしくは動物微生物からなり、かつ、前記磁性物質をバラスト水に投下して撹拌する磁性粒子供給手段を備え、該磁性粒子供給手段から、前記磁性粒子が付着された非磁性物質および浮遊している前記磁性粒子が含まれるバラスト水を前記配管へ送給している請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の磁気分離装置。

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