JP2012040536A - 凝集磁気分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性粉とともに凝集剤の使用量を低減し、処理水質の向上を図った凝集磁気分離装置を提供する。
【解決手段】処理対象の排水に凝集剤及び磁性粉を添加することにより磁性フロックを生成する凝集部と、生成された磁性フロックを磁気力により分離する磁気分離部とを有して、磁性フロックを分離することにより被除去物を排水から除く凝集磁気分離装置において、前記分離された磁性フロックをせん断力により分解して磁性体を回収する磁性体回収部と、回収された磁性体を前記凝集部に返送する回収磁性体返送ラインと、返送された回収磁性体に基づく物理量によって、凝集剤の添加量を制御する制御部を設けたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、排水に凝集剤や磁性粉を投入し、凝集磁気分離によって排水を処理する凝集磁気分離装置に関するものである。

凝集磁気分離による水処理とは、被処理対象である排水に凝集剤と磁性粉を投入し、攪拌することにより生成させた磁性フロックを磁力で回収することにより、排水から被除去物を除いて処理水を得る方式である。本方式では回収したフロックが産業廃棄物として廃棄されるが、フロックに含まれる磁性粉も一緒に廃棄されるため磁性粉供給コストが高くなり、また、産業廃棄物としての回収フロックが増大してその処分費用が装置のランニングコストを上昇させている。この課題を解決するための技術として、特許文献１および２に、磁性粉を含有する汚泥を水熱反応により分解し、汚泥を減容化する技術が示されている。

特開平11-123399号公報 特開平11-207399号公報

上記特許文献１および２に開示された技術では、凝集磁気分離により汚水を浄化し、その際発生する汚泥を高温高圧で水熱処理し、高温高圧ラインのなかで磁性粉を磁気分離により回収している。高温高圧とすることにより、凝集剤の機能を低下させてフロックを分解させ、フロックから磁性粉を分離し回収している。このように回収した磁性粉を再利用することにより磁性粉の使用量低減を図っている。

しかしながら、フロックの分解には高温高圧条件が必要であり、分解率を向上させようとするほど、より高い温度と圧力を必要とし、エネルギー使用量が増えてしまう。また、高温高圧とすることにより凝集剤の凝集性能を低下させるので、フロックが分解し易くなる反面、分解された後の凝集剤は再利用できない。

更に、回収された磁性粉には、分解しきれなかった被除去物や、性能の低下した凝集剤が不純物としてある程度の割合で付着しているが、回収された磁性粉を再利用する際に、これらの不純物が凝集性能を悪化させるので、凝集剤の追加使用量が増加するという問題もある。

本発明は、上記問題を解決するために、磁性粉とともに凝集剤の使用量を低減し、処理水質の向上を図った凝集磁気分離装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、処理対象の排水に凝集剤及び磁性粉を添加することにより磁性フロックを生成する凝集部と、生成された磁性フロックを磁気力により分離する磁気分離部とを有して、磁性フロックを分離することにより被除去物を排水から除く凝集磁気分離装置において、前記分離された磁性フロックをせん断力により分解して磁性体を回収する磁性体回収部と、回収された磁性体を前記凝集部に返送する回収磁性体返送ラインと、返送された回収磁性体に基づく物理量によって、凝集剤の添加量を制御する制御部を設けたことを特徴とする。

また、上記に記載の凝集磁気分離装置において、前記磁性体回収部は磁性フロックにせん断力を加えるせん断付加手段と、分解された磁性フロックから磁性体を回収する回収手段からなることを特徴とする。

また、上記に記載の凝集磁気分離装置において、前記物理量は、返送された回収磁性体の流量、濁度、ゼータ電位の中の少なくとも一つであり、前記制御部はその物理量を基に凝集剤の添加量および前記回収磁性体の注入量を制御することを特徴とする。

また、上記に記載の凝集磁気分離装置において、前記物理量は、回収磁性体が返送された前記凝集部内の濁度、粒子の代表粒径、ゼータ電位の中の少なくとも一つであり、前記制御部はその物理量を基に凝集剤の添加量および前記回収磁性体の注入量を制御することを特徴とする。

また、上記に記載の凝集磁気分離装置において、前記添加量が制御された凝集剤は、前記凝集部の前記回収磁性体の注入位置より下流側で添加されることを特徴とする。

また、上記に記載の凝集磁気分離装置において、前記凝集部が前段の第１凝集部と後段の第２凝集部とからなり、前記凝集剤の添加位置と前記回収磁性体返送ラインの戻り位置は前記第１凝集部であり、前記磁性粉の添加位置は前記第２の凝集部であることを特徴とする。

また、上記に記載の凝集磁気分離装置において、前記第１凝集部は上流側凝集部と下流凝集部とからなり、前記回収磁性体返送ラインの戻り位置は前記上流側凝集部であり、前記凝集剤の添加位置は前記下流側凝集部であることを特徴とする。

本発明によれば、被処理対象である排水を処理するに際し、ランニングコストの低減と、処理水質の向上を図ることができる。

本発明の実施例１の構成の概略図である。 本発明の実施例２の構成の概略図である。 本発明の実施例３の構成の概略図である。 本発明の実施例４の構成の概略図である。 本発明の実施例の制御動作のフロー図である。

以下、本発明の実施形態として図面を用いて各実施例について説明する。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１の構成の概略図である。１は被処理水となる排水を蓄える原水タンク、２はタンク１の排水を凝集部６へ送水する原水ポンプ、３は新たな無機の凝集剤を蓄える凝集剤タンクである。４は新たな磁性粉を蓄える磁性粉タンク、５は高分子の凝集剤を蓄える高分子凝集剤タンク、６は急速攪拌槽の第１凝集部、７は凝集部６の下流側に連通して接続された緩速攪拌槽の第２凝集部である。

凝集部６にタンク１から排水が送水され、凝集剤タンク３内の無機の凝集剤、例えばPAC（ポリ塩化アルミニウム）、硫酸第二鉄、塩化第二鉄、硫酸アルミニウム等を、無機凝集剤注入ポンプ２３より添加して、急速に攪拌を行う。凝集部６内の排水中には、表面が負に帯電した浮遊物質、あるいは油等のエマルジョンなどの被除去物が分散しており、被除去物の表面電荷を凝集剤が中和することにより凝集がなされる。また、急速攪拌によって衝突頻度が高まることで凝集が進み、マイクロフロックと呼ばれる多数の小さな塊のフロックが形成される。

次に、凝集部６で小さなフロックが形成された排水は凝集部７に送水され、凝集部７の排水に磁性粉注入ポンプ２４より、磁性粉槽４からマグネタイト粒子等の新たな磁性粉が添加される。また、ほとんど同時に高分子凝集剤ポンプ２５を介して高分子凝集剤タンク５から高分子凝集剤も注入され、凝集部７内でゆっくり攪拌することで磁性粉を含んだ状態で凝集が進み、磁性フロックが成長する。凝集部７は２段の槽で構成され、より大きな磁性フロックに成長させる。

ここで、高分子凝集剤はアニオン系が望ましく、例えばポリアクリルアミドが適している。ポリアクリルアミドの場合は粉末で保管しておき、フィーダで定量高分子ポリマータンク５に注入して攪拌する構造が考えられる。

８は凝集部７の後段に配置された磁気分離部で、例えばネオジウム磁石等の永久磁石を内蔵する磁気ドラム８ａと、磁気ドラム８ａの外周に接触するスクレーパ８ｂから構成される。磁気ドラム８ａは、下半分が凝集部７から送水された凝集水に浸り、上半分が上方空間に臨んでいる。凝集水が磁気ドラム８ａに接触して通過する際に、凝集水中の磁性フロックに含まれた磁性粉が永久磁石の磁気力によって磁気ドラム８ａの外周表面に吸着される。吸着された磁性フロックは、磁気ドラム１３の回転とともに空中に上げられ、スクレーパ１４によって掻き取られる。掻き取られた磁性フロックは、磁性体回収用として磁性体回収部９へ送られる。磁性フロックが取り除かれた凝集水は処理水１０として排出される。

磁性体回収部９は、前記磁気分離部８と同様な磁気ドラム方式の回収部であり、フロック移送ポンプ９ａと磁気ドラム９ｂから構成される。フロック移送ポンプ９ａは磁性フロックにせん断力を与えるせん断付加手段であり、磁気フロックを磁気分離部８の場合より高速で磁気ドラム９ｂ周辺を通過させることにより、大きなせん断力を与えて磁気フロックを分解する。このせん断力による磁性フロックの分解は、加熱することなく常温の環境で行われる。

このように分解されたフロックのうち、磁性粉を多く含んだものは回収磁性体として磁気ドラム９ｂの外周表面に吸着して回収され、それ以外は汚泥１１として排出される。回収磁性体は回収磁性体返送ライン１２を通じて回収磁性体タンク１３に留保される。回収磁性体タンク１３に溜められた回収磁性体は、必要に応じて回収磁性体ポンプ２９により凝集部６に注入され再利用される。

回収された回収磁性体は、前記凝集部７で緩速攪拌によって形成されるフロックと比較して磁性粉を含む割合が多く、分解時に加熱されてないので、磁気特性が劣化してない。したがって、回収磁性体は、磁気分離の性能を向上させるために再使用することができ、新たな磁性粉使用量を低減することができる。さらに、回収磁性体は、依然として凝集剤が付着しているが、磁性フロックの分解時に熱が加えられてないので、表面電位はプラスのままである。したがって、回収磁性体は新たな凝集剤と同様に、浮遊物質やエマルジョン化した油の表面（マイナス電位）を中和させる凝集機能が維持された状態にあり、新たな凝集剤の使用量も低減することが可能となる。

本実施例では、回収磁性体返送ライン１２を通じて返送された回収磁性体を、回収磁性体タンク１３内に攪拌しながら溜めており、制御部１４によって溜められた回収磁性体の物理量を測定し、この測定結果に基いて回収磁性体、新たな凝集剤、新たな磁性粉などの凝集部への供給量を制御している。

回収磁性体タンク１３内の回収磁性体の物理量とは、流量、濁度、ゼータ電位（表面電位）、磁化量の少なくとも一つであり、これらの物理量を制御部１４内の測定器１４ａで測定し、予め設定しているテーブル１４ｂのデータと比較して、凝集剤ポンプ２３、磁性粉ポンプ２４、高分子凝集剤ポンプ２５、回収磁性体ポンプ２９の吐出量を決定し、制御信号１５によって各ポンプを制御する。本制御系により、新たな凝集剤と回収磁性体を調整することで、表面電位が過剰にプラス側になることを防止できるため、凝集性能を向上させ、凝集剤の使用量を低減することができる。

ここで、物理量のゼータ電位は回収磁性体に付着している凝集体の凝集性能を示しており、プラス側に高いとき凝集性能が高いので新たな凝集剤の添加量が少なくてよい。また、磁化量は回収磁性体の磁気特性を示しており、磁化量が大きいとき新たな磁性粉が少なくて済む。なお、高分子凝集剤ポンプ２５の吐出量はあまり変化させなくてもよいと考えられるので、本制御系から除いても差し支えない場合が多い。

本実施例では、磁性体回収部として、磁気ドラム方式の装置例を示したが、他の装置、例えば高速噴流、攪拌、超音波、マイクロバブル等を利用したせん断力付加手段や、それらを組み合わせた熱を加えない方式を用いた場合でも、同様の効果が得られる。

（実施例２）
図２は本発明の実施例２の構成の概略図である。図１に示した実施例１との違いは、磁性粉ポンプ２４の吐出量制御を回収磁性体タンク１７内の磁性体の物理量ではなく、処理水１０のライン中に設けた濁度計または浮遊物質濃度計２０の信号２１により実施しているところにある。

磁性粉の添加量は、凝集性能よりむしろ磁気分離性能に大きく影響を与えるため、磁気分離直後の処理水質の情報により決定すればよい。この場合、前記濁度計または浮遊物質濃度計２０の値が所定の閾値を超えて（濁りが多い）磁気力による分離性能劣化が確認された時に、磁性粉注入ポンプ２４の吐出量を増加させて磁気分離性能を向上させれば良い。その後、水質が再び向上した後、所定の時間を経て磁性粉注入ポンプ２４の吐出量を絞ることにより、磁性粉の使用量を最適に保つことができる。

なお、制御部１４は、回収磁性粉タンク９の濁度、ゼータ電位等を測定し、磁化量を測定から外し、凝集剤ポンプ２３、回収磁性粉ポンプ２９の吐出量を決定し、制御信号１９によって両ポンプを制御する。

（実施例３）
図３は本発明の実施例３の構成の概略図である。図２で示した実施例２と異なる点は、回収磁性体に基づく物理量として、回収磁性体タンク１３内の磁性体ではなく、凝集部６内の濁度、粒子径やゼータ電位のうちの一つ、あるいは複数を制御部２２で測定している。制御部２２は実施例１の制御部１４と同一構成であり、測定した物理量と内部のテーブルのデータと比較し、比較結果に基いて信号１９により凝集剤注入ポンプ２３と回収磁性体注入ポンプ２９の吐出量を制御している。

原水タンク１からの排水は時間と共に被除去物の状態が変化し、これに対して適切な量の凝集剤と磁性粉の添加が必要である。本実施例によれば、排水に回収磁性体と凝集剤が注入された後の凝集部６内の排水の物理量を測定し、その測定結果に基いて凝集剤注入ポンプ２３と回収磁性体注入ポンプ２９の吐出量を制御しているので、より実際の凝集状況に即した制御が可能となる。もちろん、図１に示したように回収磁性体タンク９内の物理量も測定してそれらの情報を連携させて制御すれば、より高精度な制御が可能となる。

（実施例４）
図４は本発明の実施例４の構成の概略図である。図３で示した実施例３と異なる点は、第１凝集部６を上流側の上流側凝集部６ａと下流側の下流側凝集部６ｂの２つに分け、回収磁性体の返送ライン１２による戻り位置（注入位置）を上流側凝集部６ａ、新たな凝集剤の添加位置を下流側凝集部６ｂにしている。回収磁性体に基づく物理量として、上流側凝集部６ａ内の濁度、粒子径やゼータ電位のうちの一つ、あるいは複数を制御部２２で測定している。制御部２２は実施例３の制御部と同一構成である。

本実施例では、まず回収磁性体に付着している凝集剤の凝集効果を上流側凝集部６ａ内で発揮させてから、それでも足りない分の新たな無機凝集剤を下流側凝集部６ｂに添加すればよいので、より実際の凝集状況に即した制御が可能となり、新たな凝集剤の添加量を可能な限り低減させることができる。

図４では上流側凝集部６ａにおける物理量を測定する例を示しているが、下流側凝集部６ｂや、回収磁性体タンク１３のいずれかの物理量を測定して制御する場合でも効果は同様であり、さらに複数の物理量情報を連携させて制御すれば、より高精度な制御が可能となる。

図５は上記の各実施例の制御動作のフロー図である。凝集部６内のゼータ電位を測定して新たな凝集剤添加量を制御する場合を説明する。凝集部６内のゼータ電位測定値がζ_oとすると、ζ_H（ゼータ電位許容上限界）＜ζ_ｏの時は凝集剤の注入ポンプ２３を制御して凝集剤の添加流量を少なくし、ζ_ｏ＜ζ_Ｌ（ゼータ電位許容下限界）の時は凝集剤の注入ポンプ２３を制御して制御して凝集剤の添加量を増加させる。これにより、凝集部のゼータ電位をある一定範囲、例えば０〜＋20mVに制御することにより、凝集部６内の凝集性能を均一に保つことが可能である。

一方、回収磁性体のゼータ電位ζ_RMを測定することにより、より精密に制御することが可能となる。原水のゼータ電位ζ_I、磁性粉のゼータ電位ζ_M、凝集剤のゼータ電位ζ_ｃとをあらかじめ計っておくと、凝集部６のゼータ電位ζ_ｏを、ζ_ｏ＝ａζ_Ｉ＋ｂζ_Ｍ＋ｃWc・ζ_ｃ＋ｄζ_RMで近似できるとすれば、ζ_ｏ＝A＋ｃWc・ζ_ｃ＋ｄζ_RMとなる（ここで、Wcは凝集剤注入量）。よって、

となり、ζ_RM（回収磁性対のゼータ電位）とWc（凝集剤注入量）とは、最適なζoに対して一次関数の関係があると近似することができる。したがって、あらかじめ最適な凝集条件を与える上記の一次関数の実験式をジャーテスト等により求めておけば、この式に基づいた凝集剤注入量に制御すればよいことがわかる。

さらに精度を上げるためには、回収磁性体の流量を測定して制御に組み入れることが考えられる。回収磁性体を含む水の流量とその濃度の測定値から、回収磁性体自体の流量W_RMを得ることができる。凝集部のゼータ電位ζ_ｏは、ζ_ｏ＝ａζ_Ｉ＋ｂζ_Ｍ＋ｃWc・ζ_ｃ＋d’W_RMζ_RMと近似できるとすれば、上記同様、

である。すなわち、測定した回収磁性粉流量W_RMと回収磁性粉ゼータ電位ζ_RMにより制御すべき凝集剤注入量Wcを得ることが可能である。

１…原水タンク、２…原水ポンプ、３…凝集剤タンク、４…磁性粉タンク、５…高分子凝集剤タンク、６…凝集部、第１凝集部、急速攪拌槽、７…凝集部、第２凝集部、緩速攪拌槽、８…磁気分離部、８ａ…磁気ドラム、８ｂ…スクレーパ、９…磁性体回収部、９ａ…せん断付加手段、９ｂ…回収手段、１０…処理水、１１…汚泥、１２…回収磁性粉返送ライン、１３…回収磁性体タンク、１４…制御部、１４ａ…測定器、１４ｂ…テーブル、２３…凝集剤注入ポンプ、２４…磁性粉注入ポンプ、２５…高分子凝集剤ポンプ、２９…回収磁性体ポンプ。

Claims (7)

1. 処理対象の排水に凝集剤及び磁性粉を添加することにより磁性フロックを生成する凝集部と、生成された磁性フロックを磁気力により分離する磁気分離部とを有して、磁性フロックを分離することにより被除去物を排水から除く凝集磁気分離装置において、
   前記分離された磁性フロックをせん断力により分解して磁性体を回収する磁性体回収部と、
   回収された磁性体を前記凝集部に返送する回収磁性体返送ラインと、
   返送された回収磁性体に基づく物理量によって、凝集剤の添加量を制御する制御部を設けたことを特徴とする凝集磁気分離装置。
2. 請求項１に記載の凝集磁気分離装置において、
   前記磁性体回収部は磁性フロックにせん断力を加えるせん断付加手段と、分解された磁性フロックから磁性体を回収する回収手段からなることを特徴とする凝集磁気分離装置。
3. 請求項１または２に記載の凝集磁気分離装置において、
   前記物理量は、返送された回収磁性体の流量、濁度、ゼータ電位の中の少なくとも一つであり、前記制御部はその物理量を基に凝集剤の添加量および前記回収磁性体の注入量を制御することを特徴とする凝集磁気分離装置。
4. 請求項１または２に記載の凝集磁気分離装置において、
   前記物理量は、回収磁性体が返送された前記凝集部内の濁度、粒子の代表粒径、ゼータ電位の中の少なくとも一つであり、前記制御部はその物理量を基に凝集剤の添加量および前記回収磁性体の注入量を制御することを特徴とする凝集磁気分離装置。
5. 請求項４に記載の凝集磁気分離装置において、
   前記添加量が制御された凝集剤は、前記凝集部の前記回収磁性体の注入位置より下流側で添加されることを特徴とする凝集磁気分離装置。
6. 請求項１〜４の何れかに記載の凝集磁気分離装置において、
   前記凝集部が前段の第１凝集部と後段の第２凝集部とからなり、前記凝集剤の添加位置と前記回収磁性体返送ラインの戻り位置は前記第１凝集部であり、前記磁性粉の添加位置は前記第２の凝集部であることを特徴とする凝集磁気分離装置。
7. 請求項６に記載の凝集磁気分離装置において、
   前記第１凝集部は上流側凝集部と下流凝集部とからなり、前記回収磁性体返送ラインの戻り位置は前記上流側凝集部であり、前記凝集剤の添加位置は前記下流側凝集部であることを特徴とする凝集磁気分離装置。

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