JP2014018763A - 磁性汚泥の処理方法および磁気分離浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は，磁性汚泥中の磁性フロックを常温低圧力状態で分解して磁性物質を高い品質で回収し、さらには磁性物質を新生し汚泥を減量できる処理方法と、常温低圧の汚泥処理部を有した安価な磁気分離浄化装置を提供することである。
【解決手段】鉄イオンやアルミニウムイオンを含む凝集剤で凝集した磁性汚泥の磁気分離の後段に、オゾン発生装置およびオゾン注入装置を備えた磁性汚泥処理槽を設け、オゾンにより磁性汚泥から磁性粉を解放させ、回収する磁気分離装置と、回収した磁性粉を磁性粉投入装置に移送するための移送装置と、磁性粉回収後の汚泥を搬送する汚泥搬送装置とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁性汚泥の処理方法および磁気分離浄化装置に関する。さらに詳しくは、磁性汚泥から磁性物質を高品質に分離回収し、磁気分離浄化装置で再利用することが可能な、磁性汚泥の処理方法および磁気分離浄化装置に関する。

従来のこの種の磁気分離浄化装置では、原水の非磁性の被除去物質を磁気分離するために、原水に直径数十ミクロンメートルの粉状の磁性物質を混合させ、そののち鉄イオンやアルミニュウムイオンを付加するために凝集剤を注入して磁性マイクロフロックを形成し、さらに高分子ポリマー等の高分子剤を注入して前記磁性マイクロフロック群を結合させて直径数ミリメートルの磁性フロックを形成させ、これを永久磁石や超伝導磁石の磁気力で磁気分離捕捉し、原水を浄化すると同時に多量の磁性フロックを分離捕集した汚泥である多量の磁性汚泥が発生する。前記磁性物質は、例えば複写機の黒色トナーと同品質のマグネタイト微粒子を使用するため非常に高価であり、浄化運転の運転コストが高くなる要因の１つとなっており、磁性物資を安価な方法で良質な状態で回収し、何度でも磁性物質を再利用できる磁性汚泥の処理方法および回収した磁性物質を再利用できる構造を有する磁気分離浄化装置の提供が求められている。

磁性汚泥から高価な磁性物質を回収する処理方法としては、水分を多量に含む磁性汚泥を亜臨界状態に加熱加圧し、磁性汚泥を熱分解したのち磁性物質を磁気分離する方法が特開１９９９−２０７３９９号公報および特開１９９９−１２３３９９号公報に提案されている。開示されたそれぞれの発明では、磁気分離部において磁気力で原水から捕捉、捕集された磁性汚泥を高温高圧状態での水熱反応によりフロックの結合を分解し、磁性物質単独を後段の磁気分離手段で回収し、浄化装置に再利用する技術が開示されている。

特開１９９９−２０７３９９号公報 特開１９９９−１２３３９９号公報

上記の開示された発明では、約温度２００℃、圧力２ＭＰの高温高圧の亜臨界状態に磁性汚泥全体を加熱加圧し、水熱反応により磁性汚泥を分解しているため、加熱する投入エネルギーが過大で運転コストが上昇し、かつ汚泥処理部を高温高圧に耐える容器で構成する必要があり製造コストが高くなる課題があった。

また、汚泥を均一に加熱する必要があるが、不均一に加熱された場合、水熱反応が不足したり、過大になるために磁性物質の分離が不十分で汚物が混入したり、酸化反応が進みすぎて磁性物質の磁化率が低下する等の再生磁性物質として品質が低下する課題があった。

本発明の目的は、磁性汚泥中の磁性フロックを常温低圧力状態で分解して磁性物質を高い品質で回収し、さらには磁性物質を新生し、汚泥を減量できる処理方法と、常温低圧の汚泥処理部を有した安価な磁気分離浄化装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の磁性汚泥処理法および磁気分離浄化装置は、浄化対象とする非磁性物質の被除去物質を含有する原水を保留する原水槽と、原水に磁性物質となる磁性粉を注入する磁性粉注入装置と、原水に鉄イオンもしくはアルミニュウムイオンの金属イオンを供給する凝集剤を供給する少なくとも１つの集剤注入装置と、高分子ポリマーを供給する高分子剤注入装置と、撹拌して磁性フロックを形成する少なくとも一つの撹拌装置と、生じた磁性フロックを分離する磁気分離装置と、磁性フロックの捕集体である磁性汚泥を搬送する磁性汚泥搬送装置と、搬送された磁性汚泥を処理する磁性汚泥処理槽と、磁性汚泥処理槽にオゾンを注入するためのオゾン発生装置と、処理後の磁性汚泥から磁性粉を回収する磁気分離装置と、回収した磁性粉を磁性粉投入装置に移送するための移送装置と、磁性粉回収後の汚泥を搬送する汚泥搬送装置と、汚泥を保留する汚泥保留槽とを、備えたことを特徴としている。

本磁性汚泥処理法によれば、原水中の被除去物質や磁性物質が有するマイナスの電荷と凝集剤の金属イオンのプラスの電荷が中和結合し、これらの電荷が無くなった被除去物質と金属の結合体と、磁性物質と金属の結合体同士が弱い結合力で結合形成されたマイクロフロック群を、高分子ポリマーの細い絹糸のようなポリマー体で絡み込ませ強い結合で形成された磁性フロック群を磁気分離して捕集した磁性汚泥内に、オゾン発生装置から供給されるオゾンを注入することにより、常温常圧状態でオゾンの活性酸素マイナスイオンを各マイクロフロックに接触させ、オゾンの強力な酸化反応により、磁性物質と金属の結合体における鉄イオンもしくはアルミニュウムイオンのプラスイオンと結合し、マイナスの電荷の磁性物質はマイクロフロックより開放され、元のマイナスの電荷を有する磁性物質に戻る。元に戻った品質が変わらない磁性物質のみを磁性汚泥から磁気分離手段で回収し、再利用することが可能となる。

請求項２に記載の本磁性汚泥処理法および磁気分離浄化装置は、請求項１において、磁性汚泥を搬送する磁性汚泥搬送装置の後段に配した遠心分離装置と、遠心分離された分離水を原水槽に戻す分離水搬送装置と、遠心分離された高濃度磁性汚泥を磁性汚泥処理槽に搬送するする高濃度磁性汚泥搬送装置とを、備えたことを特徴としている。

請求項３に記載の本磁性汚泥処理法および磁気分離浄化装置は、請求項１と請求項２において、オゾンを注入する磁性汚泥処理槽内と大気とを導通した配管と、配管の途中にオゾン吸着装置とを、備えたことを特徴としている。

請求項４に記載の本磁性汚泥処理法および磁気分離浄化装置は、請求項１、請求項２と請求項３において、磁性汚泥処理槽内の圧力を大気圧より低くするための負圧発生装置と、磁性汚泥処理槽と負圧発生装置を連結する配管と、配管途中にオゾン吸着装置とを、備えたことを特徴としている。

請求項５に記載の本磁性汚泥処理法および磁気分離浄化装置は、請求項１、請求項２、請求項３と請求項４において、撹拌翼の羽根表面の細孔からオゾンを供給する撹拌翼を磁性汚泥処理槽内に備えたことを特徴としている。

請求項６に記載の本磁性汚泥処理法および磁気分離浄化装置は、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４と請求項５において、凝集剤として鉄イオンを供給する凝集剤を使用することを特徴としている。

本発明によれば、磁性汚泥処理槽中の磁性フロックに常温低圧力状態で分解して磁性物質を高い品質で回収でき、回収した磁性物質および新生された磁性物質を再利用し、汚泥の発生量を減量できるので、装置コストおよび運転コストを低減できる磁性汚泥の処理方法および磁気分離浄化装置を提供できる。

本発明の実施形態１における磁気分離浄化装置の構成図である。 本発明の実施形態２における磁性汚泥処理槽の構成図である。 本発明の実施形態３における磁性汚泥処理槽の構成図である。 本発明の実施形態３における攪拌翼の拡大断面図である。

[実施例１]

図１は本発明の第１の実施形態における磁気分離浄化装置の構成を示す図である。原水貯槽１内に数ミリメートルの大きなゴミを取り除いた被浄化水である原水２を貯留し、この原水２をポンプ３で配管４に所定の量を送水する。シーディング剤調整装置５から磁性物資である四三酸化鉄等の磁性粉７７と、ｐＨ調整剤、ポリ塩化アルミニウムや塩化鉄や硫酸第二鉄等の水溶液等のアルミニュウムイオンや鉄イオンを提供する凝集剤を、導管６を通じて配管４内に加え、撹絆槽７においてモータ８で回転駆動される攪拌翼９により高速度で撹絆し、大きさが数十から数百ミクロンメートルの磁性マイクロフロックを生成する。その後、高分子剤調整装置１１から高分子補強剤等を、導管１２を通じて配管１０内に加え、撹絆槽１３のモータ１４で回転駆動される攪拌翼１５で、低速度でゆっくりと撹絆し、添加された高分子剤の細長いポリマーにより捕集された数ミリメートル程度の大きさの磁性フロック１６を含む前処理水１７を生成する。

このように生成した前処理水１７は、導管１８を通じて磁気分離装置１９に送水される。水槽２０に流入した前処理水１７内の磁性フロック１６は、紙面時計回りに回転し表面に永久磁石を取付けた回転磁石円筒体２１に磁気吸引されて表面に捕捉され、回転にともなって磁性フロック１６は水面２２上に露出され、スクレーパ２３で回転磁石円筒体２１から掻き取られ、汚泥槽２４内に捕集され、磁性フロック群の磁性汚泥２５が保留される。

磁性フロック１６を除去された高水質の浄化水は、越流堰２６を越えて浄化水槽２７に配管２８を通り保留される。

磁性汚泥２５は、汚泥ポンプ２９で圧送され配管３０を介して遠心分離機３１に注入され、水分と高濃度磁性汚泥３２に分離され、水分は配管３３を介して原水槽１に戻される。

高濃度磁性汚泥３２は配管３４を介して、磁性汚泥処理槽３５に搬送され、オゾン発生装置３６で発生させたオゾンガスを、配管３７を通じて磁性汚泥処理槽３５底部より微細オゾン気泡として注入し、撹拌モータ３８で回転させる撹拌翼３９で高濃度磁性汚泥３２とオゾンを混合接触させ、オゾンの強力な酸化作用で凝集剤の鉄イオンやアルミニュウムイオンを酸化させて、前記イオンと中和していた被除去物と磁性粉７７とが解除され磁性汚泥からの磁性粉７７の単独分離が可能となる。

撹拌翼３９で磁性汚泥３２を混合しながら、紙面時計回りに回転し表面に永久磁石を取付けた回転磁石円筒体４０に磁性粉７７が磁気吸引されて表面に捕捉され、回転にともなって磁性粉７７は水面上に露出され、スクレーパ４１で回転磁石円筒体４０から掻き取られ、磁性粉回収槽４２内に捕集され、回収再生された磁性粉７７が保留される。磁性粉７７のサイズは数十ミクロンメートルと小さく、高分子ポリマーの糸状ポリマー体の絡込んだ隙間を自由に通過できる。

回収された水とのスラッジ状の磁性粉７７は、輸送ポンプ４３により配管４４を通りシーディング剤調整装置５に回送されて再利用される。磁性粉に伴って回収された非磁性物質は、再度浄化装置内で磁気分離されて浄化される。

いっぽう、磁性粉を回収された高濃度汚泥は、配管４５を通り、高濃度汚泥槽４６に保留される。

本実施形態での磁性汚泥処理法によれば、原水中の磁性物質の負の電荷と金属イオン正の電荷による中和結合体の弱い結合力で形成されたそれぞれのマイクロフロックにおいて、磁性粉の四三酸化鉄は非常に安定な状態で酸化し難いためオゾンとは反応せず、オゾンは優先的に凝集剤の金属イオンと酸化反応を生じ、金属イオンが鉄イオンの場合オゾンとの反応で酸化鉄が生成され、新生の磁性粉として回収される。したがって、従来技術では汚泥となっていた凝集剤の鉄イオンが磁性粉として再利用されるので、水酸化鉄の形としての汚泥を減量することができる。

ここで、磁性粉はオゾンとの反応が無いため、回収された磁性粉の品質はほとんど変わらず、何度回収再生使用されても品質を担保できる。したがって、磁性粉を高品質の状態で再利用できるので磁気分離浄化装置としての運転コストを低減することができる。

また、磁性汚泥処理を常温常圧の状態で処理できるので、加熱のための熱エネルギーの投入が無く、運転コストも低減でき、また、処理装置の高圧耐圧構造をとる必要もなく、１つの処理装置で連続処理ができるので、装置コストを低減できる効果がある。

[実施例２]

図２は本発明の第２の実施形態における、高濃度磁性汚泥処理装置の構成図である。本実施例が図１と異なる点は、磁性粉回収槽４２内と大気間を連通する配管４７とその途中にシリカゲルや活性炭等のオゾン吸着剤を内蔵したオゾン吸着器４８が備えられ、配管４７の端部には負圧発生ポンプ４９が配置されていることである。

本形態によれば、オゾンが高濃度磁性汚泥処理装置外に漏洩することがないので、オゾンが外部に漏洩して磁気分離浄化装置の構成品がオゾンと接触し、酸化腐食することを防止できるので装置のメンテナンスコストが含まれる運転コストがさらに低減できる効果がある。

[実施例３]

図３および図４は本発明の第３の実施形態を説明する図であり、図３は磁性汚泥処理装置の構成図、図４は攪拌翼の拡大断面図である。本実施形態が図１および図２と異なる点は、オゾン発生装置からオゾンガスを注入する部位を、磁性汚泥処理槽の底部ではなく攪拌翼の羽根表面の細孔から磁性汚泥に供給する構造とした点である。すなわち、オゾンガスは、オゾン発生装置３６から配管５０を通り、細孔を有した攪拌翼５２に供給される。すなわち、オゾンガスは、攪拌翼５２に直結した回転軸５３内に設けたガス通路５４から供給され、回転軸５３の孔５５を通り、羽根内空洞部５６を通って細孔５１から細かい気泡状態で攪拌される磁性汚泥中に供給される。一般的には、細孔出口周りは、汚泥中の有機物等が堆積し目詰まりを生じ易いが、本実施の形態では、噴出するオゾンガスの酸化作用で有機物は分解され、目詰まりを生じることを防止できる。

本実施形態によれば、オゾンを多量の微細な気泡で磁性汚泥に供給できるので、オゾンとの酸化反応効率を高め、オゾンの消費量を低減でき、運転コストを低減できる効果が生じる。

以上の実施形態では、磁性汚泥処理装置と再利用回路を磁気分離浄化装置内に備えたが、磁性汚泥処理装置を磁気分離浄化装置外に備えて、回収された磁性粉を手動で磁気分離浄化装置に供給しても同様な効果が生じる。

以上、本発明によれば、磁性汚泥処理槽中の磁性フロックに常温低圧力状態で分解して磁性物質を高い品質で回収でき、回収した磁性物質を何度も再利用できるので、装置コストおよび運転コストを削減できる磁性汚泥の処理方法および磁気分離浄化装置を提供できる。

さらに、凝集剤に鉄イオンを用いる場合、鉄イオンとオゾンにより酸化鉄が生成され、磁気分離用の磁性粉として新生されるので、磁性粉を製造しつつ、汚泥を減量できる磁性汚泥の処理方法および磁気分離浄化装置を提供できる。

５・・・・シーディング剤調整装置
１６・・・磁性フロック
１７・・・前処理水
１９・・・磁気分離装置
２１・・・回転円筒体
２４・・・汚泥槽
２５・・・磁性汚泥
２９・・・汚泥ポンプ
３１・・・遠心分離機
３２・・・高濃度磁性汚泥
３５・・・磁性汚泥処理槽
３６・・・オゾン発生装置
３７・・・配管
３８・・・撹拌モータ
３９・・・撹拌翼
４０・・・回転磁石円筒体
４２・・・磁性粉回収槽
４３・・・輸送ポンプ
４６・・・高濃度汚泥槽
５１・・・細孔
５２・・・撹拌翼
５３・・・回転軸
５４・・・ガス通路

Claims (6)

1. 非磁性の被除去物を含む被処理流体に，磁性物質と、金属イオンを含有する凝集剤を添付して生成された磁性フロックを，磁気分離して前記被処理流体を浄化し、前記磁性フロックを捕集した磁性汚泥を一時保留する磁性汚泥捕集槽を備えた磁気分離浄化装置において、前記磁性汚泥捕集槽に連通したオゾン発生手段と、解放された磁性物質を回収する磁気分離手段と、回収された磁性物質を一時保留する磁性物質回収槽を設けたことを特徴とする磁性汚泥の処理方法および磁気分離浄化装置。
2. 非磁性の被除去物を含む被処理流体に，磁性物質と金属イオンを含有する凝集剤を添付して生成された磁性フロックを，磁気分離して前記被処理流体を浄化し、前記磁性フロックを捕集した磁性汚泥を一時保留する磁性汚泥捕集槽を備えた磁気分離浄化装置において、前記磁性汚泥捕集槽の後段に遠心分離手段を備え、前記遠心分離手段で生成した高濃度磁性汚泥を高濃度磁性汚泥貯留槽に移送し、前記高濃度磁性汚泥貯留槽に連通したオゾン発生手段と、解放された磁性物質を回収する磁気分離手段と、回収された磁性物質を一時保留する磁性体回収槽を設けたことを特徴とする磁性汚泥の処理方法および磁気分離浄化装置。
3. 前記オゾン発生手段と連通した前記磁性汚泥捕集槽もしくは前記高濃度磁性汚泥貯留槽と大気とを通気手段で連通し、前記通気手段内にオゾン吸着手段を設けたことを特徴とする請求項１および請求項２記載の磁性汚泥の処理方法および磁気分離浄化装置。
4. 前記通気手段を、前記磁性汚泥捕集槽もしくは前記高濃度磁性汚泥貯留槽内を負圧にする負圧発生手段を内蔵した通気手段で構成し、前記通気手段内にオゾン吸着手段を内臓したことを特徴とする請求項１、請求項２および請求項３記載の磁性汚泥の処理方法および磁気分離浄化装置。
5. 前記磁性汚泥収処理納槽もしくは前記高濃度磁性汚泥貯留槽内に設けた汚泥撹拌翼表面の細孔と前記オゾン発生手段とを連通し、前記細孔より放出するオゾン気泡と前記磁性汚泥とを混合撹拌させることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３および請求項４記載の磁性汚泥の処理方法および磁気分離浄化装置。
6. 前記凝集剤に鉄イオン含有し、前記磁性汚泥もしくは前記高濃度磁性汚泥と前記オゾンの反応により新規磁性物質を生成させることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４および請求項５記載の磁性汚泥の処理方法および磁気分離浄化装置