JP2016007584A - 磁気分離装置および凝集磁気分離システム - Google Patents

Abstract

【課題】原水と接液する部品数を少なくし、耐食性に優れた適用部品の標準化を図ることのできる磁気分離装置を提供する。【解決手段】磁性フロックを含有する原水から磁性フロックを吸着分離する磁気分離装置であって、極性の異なる永久磁石を対として備え、２つの極を跨ぐ磁力線を生じさせる磁力線発生部３０と、非磁性体２６ｂを介して配置される複数のヨーク２６ａにより構成され、前記極性の異なる永久磁石の双方を単一のヨーク２６ａに接触あるいは近接させることにより前記磁力線を短絡させ、前記極性の異なる永久磁石のそれぞれを異なるヨーク２６ａに接触あるいは近接させることにより前記磁力線を増幅させる磁気スイッチ部３４と、を有し、磁力線発生部３０を磁気スイッチ部３４を備える鞘管２６に内装し、鞘管２６の磁気スイッチ部３４を原水に接触させることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、磁気分離装置に係り、特に、随伴水の処理に好適な磁気分離装置およびこの磁気分離装置を備えた凝集磁気分離システムに関する。

従来、磁性フロックを含有する原水から、磁性フロックを吸着除去する際には、特許文献１、２に開示されているように、ドラムやディスクに磁石を埋め込んで回転させる方式が主体とされてきた。

このような構成の磁気分離装置では、原水を流入させる水槽に、ドラムやディスクの略下半部を水没させ、これを回転させる。原水に含まれる磁性フロックは、ドラムやディスクに備えられた磁石に吸着され、ドラムやディスクの回転と共に水上に引き上げられる。引き上げられた磁性フロックは、スクレーパなどにより、ドラムやディスクの表面から掻き取られて排出される。

特許第５１１５２１９号公報 特開２００５−３４２５５１号公報

上記特許文献に開示されているような磁気分離装置は、原水からの磁気分離という課題に対し、優れた効果を発揮することができる。しかし、上記特許文献に開示されているような構成の磁気分離装置では、塩分や硫化水素など腐食性の強い物質を含む流体（例えば石油随伴水など）や、高温の流体を原水として適用する場合、様々な課題が生ずることとなる。

例えば、接液部に様々な部品を用いているため、個々の部品に対して耐久性を確認するための試験を行うと共に、組み付け状態での耐久性試験も行う必要があり、その試験数は膨大なものとなってしまう。

ここで、磁気分離装置を構成する各部品は、各々耐腐食性や耐油性、耐熱性を有する必要があるが、石油随伴水の性質は、油井により大きく異なる。このため、各部品の交換時期や寿命を正確に予測するためには、油井毎に逐次耐久性の検討や試験を行う必要があり、適用部品の標準化を図ることだけでも困難を極めることとなってしまう。

そこで本発明では、原水と接液する部品数を少なくし、耐食性に優れた適用部品の標準化を図ることのできる磁気分離装置、及びこの磁気分離装置を備えた凝集磁気分離システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る磁気分離装置は、磁性フロックを含有する原水から磁性フロックを吸着分離する磁気分離装置であって、極性の異なる永久磁石を対として備え、２つの極を跨ぐ磁力線を生じさせる磁力線発生部と、非磁性体を介して配置される複数の継鉄により構成され、前記極性の異なる永久磁石の双方を単一の継鉄に接触あるいは近接させることにより前記磁力線を短絡させ、前記極性の異なる永久磁石のそれぞれを異なる継鉄に接触あるいは近接させることにより前記磁力線を増幅させる磁気スイッチ部と、を有し、前記磁力線発生部と、前記磁気スイッチ部と、を容器に内装し、前記容器を前記原水に接触させることを特徴とする磁気分離装置。

また、上記のような特徴を有する磁気分離装置において前記磁力線発生部は、対として配置される極性の異なる永久磁石をユニットとして複数備え、各ユニット同士の間には、非磁性体を配置すると共に、隣り合うユニットにおいて近接している前記永久磁石同士の極性を一致させる。
このような構成とすることで、各ユニットの半分程度の距離だけ磁力線発生部をずらすことで、磁気的なスイッチのＯＮ、ＯＦＦを切り替えることが可能となる。

また、上記のような特徴を有する磁気分離装置は、前記容器は鞘管とし、前記原水を流入させる水槽に複数配置するようにすると良い。
このような構成とすることで、スクレーパが不要となる。よって、構成部品に関し、摩耗試験が不要となる。

また、上記のような特徴を有する磁気分離装置は、前記容器はドラム状とし、前記原水を流入させる水槽に、下半部を水没させると共に、ドラム中心を基点として回動可能に構成することもできる。

さらに、上記のような特徴を有する磁気分離装置は、前記容器はディスク状とし、前記原水を流入させる水槽に、下半部を水没させると共に、ディスク中心を基点として回動可能に構成することもできる。

また、上記目的を達成するための凝集磁気分離システムは、上記のような構成の磁気分離装置を、原水タンクと凝集攪拌槽の後段に配置すると共に、前記原水タンクを介して前記磁気分離装置内に貯留された液を、前記凝集攪拌槽を介して前記原水タンクに重力で戻すための管路を備えたことを特徴とする。

上記のような特徴を有する磁気分離装置によれば、原水と接液する部品数を少なくし、耐食性に優れた適用部品の標準化を図ることが可能となる。
また、上記のような特徴を有する凝集磁気分離システムによれば、分離した磁性フロックを排出することに伴い、磁気分離装置に貯留された未処理の液を後段に流すことなく磁性フロックの排出工程への移行が可能となる。さらに、液を逆流させる際に、動力を不要とすることができる。

発明に係る磁気分離装置を適用する凝集磁気分離システムの構成例を示す図であり、（Ａ）は側面構成、（Ｂ）は平面構成をそれぞれ示す。 第１の形態に係る磁気分離装置の磁気スイッチ部の構成を説明するための図である。 複数のマグネットバーを１つのアクチュエータでスライドさせるための構成例を示す平面図である。 複数のマグネットバーを１つのアクチュエータでスライドさせるための構成例を示す側断面図である。 凝集磁気分離システムによる水処理の流れを示すフロー図である。 第２の形態に係る磁気分離装置の磁気スイッチ部の構成を説明するための図である。 直動フレームを用いて複数のマグネットバーを一度に回転させるための構成の一例を示す図である。 直動フレームを用いたマグネットバーの回転方式の応用形態を示す図である。 ドラム型の磁気分離装置への適用例を示す図である。 ディスク型の磁気分離装置への適用例を示す図である。

［凝集磁気分離システム全体構成］
以下、本発明の磁気分離装置、および磁気分離システムに係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の実施形態に係る磁気分離装置は、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すような凝集磁気分離システム１に組み込まれることを基本として構成される。なお、図１（Ａ）は、凝集磁気分離システムの側面構成を示す図であり、同図（Ｂ）は、平面構成を示す図である。凝集磁気分離システム１では、実施形態に係る磁気分離装置１０の前段に、原水タンク２や凝集攪拌槽３等の処理装置が備えられている。

ここで、原水タンク２は、汚濁物質などを含有する被処理水を貯留するためのタンクである。本実施形態では、例えば海底や陸上の油田やガス田から原油やガスを採掘する際に排出される随伴水を被処理水（原水）として、原水タンク２に貯留する。原水には、粒子の大きなものからエマルジョン状の微細なものまで、多くの油分が含まれている。このため、環境基準に沿って原水を廃棄するためには、これらの油分を除去する必要がある。

凝集攪拌槽３は、原水に含まれる油分や濁質などをフロック化するための貯留槽である。凝集攪拌槽３には、原水タンク２に貯留された原水が供給される。凝集攪拌槽３には、貯留された原水を攪拌する攪拌翼４が備えられており、供給された原水に磁性粉と凝集剤等の薬品を添加することで、攪拌された原水に含まれる油分や濁質などが凝集され、磁性を帯びたフロック（以下、磁性フロックと称す）化される。攪拌翼４は、モータ等の電動機５に接続された回転軸６に複数備えられ、電動機５を稼働させることにより攪拌翼４が旋回し、槽内の攪拌が成される。

なお、原水タンク２と凝集攪拌槽３とを繋ぐ流水経路には、原水を原水タンク２から凝集攪拌槽３へ送水するための原水ポンプ７と、凝集攪拌槽３から原水タンク２へ戻すための逆流バルブ８が備えられている。また、原水タンク２への戻りラインは、凝集攪拌槽を経由するアイデアを説明したが、別案として磁気分離装置から原水タンクへの戻り配管を設け、当該配管に逆流バルブを設けても良い。

磁気分離装置１０では、凝集攪拌槽３から供給された磁性フロックを含有する原水から、磁性フロックを除去する処理が成される。以下、第１の実施形態に係る磁気分離装置１０の構成について、図１から図４を参照して説明する。

［磁気分離装置の構成］
本実施形態に係る磁気分離装置１０は、凝集攪拌槽３から供給される磁性フロックを含有する原水を流入させる水槽として、筒状部１４と漏斗部１６を備えるホッパー型のタンク１２を採用している。

タンク１２の外部には、原水流入口１８と処理水排出口２０、および汚泥排出口２２が備えられている。原水流入口１８は、凝集攪拌槽３から排出された原水をタンク１２内に引き込む引き込み口である。原水流入口１８は、タンク１２を構成する筒状部１４における漏斗部１６側、すなわち筒状部１４の下半部に備えられている。また、原水流入口１８は、図１（Ｂ）に示すように、円筒状の筒状部１４に対して、接線方向に沿って配置されている。このような配置構成とすることで、タンク１２内に流入した原水は、筒状部１４の側壁に沿って旋回流を生じさせることとなる。

処理水排出口２０は、原水から磁性体を含有する磁性フロック等の汚泥を取り除いた処理水を排出するための排出口である。処理水排出口２０は、タンク１２を構成する筒状部１４の上半部に備えられている。タンク１２の上部側に処理水排出口２０を配置することにより、筒状部１４の下部側から流入された原水が、旋回流として磁気分離されながら上昇し、処理水排出口２０に至ることとなる。このため、原水を流す経路を長くすることができ、効果的な磁気分離を実施することができる。処理水排出口２０には、濁度計２４が備えられており、処理水に含まれる油分等の濃度検出を行うようにしている。

汚泥排出口２２は、漏斗部１６の先端、すなわちタンク１２の最下部に備えられている。このような配置構成とすることで、タンク１２内で磁気分離された汚泥（磁性フロック）を重力により漏斗部１６に貯留し、汚泥排出口２２から排出することが可能となる。汚泥排出口２２には、汚泥引抜バルブ２２ａが備えられ、開閉状態に合わせて、汚泥の引き抜き、貯留が可能な構成とされている。

タンク１２の内部には、複数の鞘管２６が配置されている。鞘管２６は、詳細を後述するマグネットバー２８を内装するための容器であり、マグネットバー２８との配置構成の変化により、磁力のＯＮ、ＯＦＦ切替が成される磁気スイッチ部３４を構成し、原水に含有される磁性フロックの吸着を図る。このため、タンク１２の内部に鞘管２６を複数配置することで、原水と鞘管２６との接触面積を増やすことができる。

本実施形態に係る鞘管２６は、ヨーク（継鉄；磁性体）２６ａと非磁性体２６ｂとの組み合わせにより構成されている。具体的には、図２に示すように、円環状のヨーク２６ａと、同じく円環状の非磁性体２６ｂを交互に積層させることで、筒状の鞘管２６を構成している。

鞘管２６の内部には、マグネットバー２８が備えられている。マグネットバー２８は、磁力線発生部３０と非磁性体により構成される非磁性体３２とを交互に積層させ、これを棒状に形成することで構成されている。磁力線発生部３０は、極性の異なる２つの永久磁石を１対組み合わせることで構成されている。また、非磁性体３２を介して隣接配置される２つの磁力線発生部３０では、隣り合う永久磁石の磁極が一致するように構成されている。

鞘管２６とマグネットバー２８とは、鞘管２６の内径に対してマグネットバー２８の外形が、鞘管２６の内径より０．３ｍｍ〜１．０ｍｍ程度小さく、または、鞘管２６の内径に対して０．５％〜３％程度小さくなるように構成されている。このような構成とすることで、鞘管２６を構成するヨーク２６ａとマグネットバー２８を構成する磁力線発生部３０は、接触、あるいは極めて近接して配置されることとなる。

本実施形態では、ヨーク２６ａにおける積層方向の厚みと磁力発生部における積層方向の厚みが同じになるように構成し、鞘管２６を構成する非磁性体２６ｂとマグネットバー２８を構成する非磁性体３２の厚みが同じとなるように構成している。さらに、磁力発生部３０を構成する２つの永久磁石の中心を、鞘管２６を構成する非磁性体の中心に位置させた際、２つの永久磁石がそれぞれ別個のヨーク２６ａに掛かることとなる厚みに調整されている。

このような構成の鞘管２６とマグネットバー２８は、ヨーク２６ａと磁力線発生部３０、および非磁性体２６ｂ，３２相互の接触、あるいは近接状態の変化により磁気スイッチ部３４のＯＮ、ＯＦＦが切り替えられることとなる。具体的には、図２（Ｂ）に示すように、図中上下方向において、ヨーク２６ａと磁力線発生部３０とが接触、あるいは近接している状態では、対を成すように配置された極性の異なる磁極の双方が、単一のヨーク２６ａと接触、あるいは近接した状態となる。このような配置形態となっている場合、２つの永久磁石の磁極間に生ずる磁束（Ｓ極からＮ極へ向かう磁力線の束）は、ヨーク２６ａに沿って、その内部を通過する状態、いわゆる短絡状態となる。このため、図２（Ｂ）に示すような配置形態では、鞘管２６の外部へ磁力線の漏れが生じなく（あるいは生じ難く）なり、磁力が「ＯＦＦ」の状態となる。このような構成とした場合、鞘管２６の外周側での磁力の発生は殆ど無く、磁性フロックは吸着されることが無い。

一方、図２（Ａ）に示すように対を成す２つの磁極が、それぞれ別個のヨーク２６ａに掛かるように配置されている状態では、極性の異なる磁極間に生ずる磁束（Ｓ極からＮ極へ向かう磁力線の束）は、ヨーク２６ａにより増幅され、Ｓ極から鞘管２６の外部に放出された後、Ｎ極へ到達することとなる。このため、図２（Ａ）に示すような配置形態では、鞘管２６の外部へ磁力線が放出されることとなり、磁力が「ＯＮ」の状態となる。このような構成とした場合、鞘管２６の外周側において強い磁力が発生するため、磁性フロックは、鞘管２６の外周に吸着されることとなる。

このように、本実施形態に係る磁気スイッチ部３４では、鞘管２６の内部に配置されたマグネットバー２８を鞘管２６の長手方向にヨーク２６ａの厚みと非磁性体２６ｂの厚みの加算値の１／２程度ずらすことで、磁力のＯＮ、ＯＦＦを切り替えることが可能となる。極性の異なる２つの永久磁石から成る磁力線発生部３０と、この磁力線発生部３０に積層配置された１つの非磁性体３２（または一対のヨーク２６ａと非磁性体２６ｂ）を１ユニットとした場合、磁力をＯＮ、ＯＦＦ切替するために必要とされるマグネットバー２８のスライド量は、１／２ユニット分となる。

マグネットバー２８のスライドは、手動で行うことも可能であるが、効率的に処理を行うためには、適切な時間配分で切り替えを行う制御係を持つことが望ましく、この場合には、図３、図４に示すように、油圧シリンダ等のアクチュエータにより、実現することができる。ここで、図３は、タンク１２の平面構成を示す図であり、図４は、タンク１２の上半部における側断面の概略を示す図である。

タンク１２内には、複数の鞘管２６と、水位計３５が備えられている。それぞれの鞘管２６に対してマグネットバー２８が配置されることとなるこのため、アクチュエータとして油圧シリンダ３６を採用する場合には、１つの油圧シリンダ３６により複数のマグネットバー２８をスライドさせる構成を採ることが望ましい。図３、図４に示す例では、タンク１２の上部に突出させた鞘管２６の上端にベース板３８を配置し、このベース板３８に油圧シリンダ３６を配置している。

油圧シリンダ３６のロッド３６ａには、シェアプレート４０が配置され、このシェアプレート４０に対して、複数（図３、図４に示す形態では３本）のマグネットバー２８を接続する構成を採っている。このような構成とすることにより、１つの油圧シリンダ３６を稼働させることで、複数のマグネットバー２８を同時にスライドさせることができる。なお、各油圧シリンダ３６には、作動油を供給するための油圧ポンプ４２が接続されている。また、水位計３５は、タンク１２内に貯留されている原水の水位を計測可能な構成とされている。

このような構成の磁気分離装置１０では、磁力をＯＮにした状態で原水をタンク１２内に引き込み、原水に含有される磁性フロックを鞘管２６の外周に吸着させ、凝集フロックを除去した水を処理水として排出する。鞘管２６の外部に吸着される凝集フロックの量が規定量を超えると、排出される処理水に含まれる凝集フロックを含む油分等の濃度（汚濁度）が上昇する。このような状態となった場合、鞘管２６に吸着された凝集フロックを排出するため、タンク１２内への原水の引き込みを停止後、タンク１２内に流入された原水を原水流入口１８から逆流させ、漏斗部１６分を除くタンク１２内の原水を排出する。なお、図１（Ａ）より明らかなように、本実施形態に係る凝集磁気分離システム１では、タンク１２は、凝集攪拌槽３や原水タンク２よりも高い位置に配置されている。このため、原水流入口１８を介した凝集攪拌槽３、原水タンク２への原水の逆流は、重力による自然流下を利用して成されることとなる。

タンク１２内の原水を排出した後、磁力をＯＦＦとすることで、鞘管２６の外周に吸着された磁性フロックは、重力により引き落とされ、タンク１２下部の漏斗部１６に貯留されることとなる。なお、タンク１２内の原水が排出された後も、図１に示す鞘管２６の下端は漏斗部１６に残された原水中に水没している。これにより、磁性フロックは鞘管２６の外面を伝って直接原水中に流下するため、液面に落下した場合の衝撃で漏斗部１６の原水が攪拌され、フロックが壊されることを防止することができる。

また、前記実施例では、タンク１２内の原水を排出後に磁石ＯＦＦをし、フロックを流下させる例について説明したが、原水ポンプＯＦＦ、薬品注入ＯＦＦ、電動機ＯＦＦの後に、磁石ＯＦＦをして磁性フロックを沈降させてから原水を排出させても良い。この場合は、磁力の保持力が少なくて済む効果が期待できる。原水タンクに原水がある場合（つまり液中）で必要とされる保持力は、原水排出後（つまり気中）で必要とされる保持力よりも小さくて済むためである。

漏斗部１６に貯留された磁性フロックは、汚泥排出口２２に設けられた汚泥引抜バルブ２２ａを解放することで排出することができる。
このような構成の磁気分離装置１０によれば、接液部が、タンク１２の内周面およびタンク１２内部に配置された鞘管２６のみとなる。このため、耐食性に優れた適用部品の標準化を図ることが容易となる。また、タンク１２の密閉化も容易となるこのため、防爆対応、酸素混入防止、硫化水素のリーク防止等の対策を施すことが容易となる。さらに、鞘管２６に吸着された磁性フロックは、磁力をＯＦＦにすることで落下し、貯留される。このため、スクレーパ等の掻き落とし手段が不要となる。よって、構成部材に対する摩耗試験も不要となる。

なお、上記のような構成の凝集磁気分離システム１には、濁度計２４や水位計３５によって検出された検出値が入力されると共に、電動機５、原水ポンプ７、逆流バルブ８、汚泥引抜バルブ２２ａ、および油圧シリンダ５６等のアクチュエータに対して稼働・停止を制御するための信号を出力する制御部９が設けられている。

［磁気分離の流れ］
次に、上記実施形態に係る磁気分離装置１０を含めた凝集磁気分離システム１による水処理の流れについて、図５を参照して説明する。
まず、水処理を開始する際には、原水タンク２と凝集攪拌槽３との間の逆流バルブ８を閉じ、原水ポンプ７をＯＮにすることで、原水を凝集攪拌槽３、および磁気分離装置１０に供給する。凝集攪拌槽３では、磁性粉や凝集剤等の薬品を添加すると共に、攪拌翼４を回転させるための電動機５を稼働させる。さらに、磁気分離装置１０では、磁気スイッチ部３４の磁力をＯＮにすることで、原水に含まれる磁性フロックを鞘管２６の外周に吸着させる（ステップ１０）。磁気分離装置１０の処理水排出口２０からは、磁性フロックが吸着除去された処理水が排出される（ステップ２０）。

処理水排出口２０に備えられた濁度計２４により、処理水に含まれる油分等の濃度が計測される。濁度計２４による計測値が、予め定められた値（規定値）未満である場合には、原水の処理を連続的に行う（ステップ３０）。一方、汚濁計２４による計測値が規定値以上となった場合には、原水ポンプ７を止め、これと同時に凝集攪拌槽３では、薬品の添加を中止し、電動機５も停止し、磁気分離装置１０内への連続的な原水の供給を停止させる（ステップ４０）。原水の供給を停止した上で逆流バルブ８を開くことで、原水の逆流が促される（ステップ５０）。このような制御を行うことにより、タンク１２内に残留している原水は、凝集攪拌槽３、および原水タンク２へと逆流し、その水位が低下する。タンク１２内の水位は、水位計３５で計測されており、タンク１２内の水位が原水流入口１８の高さ以上である間は、原水を逆流させる（ステップ６０）。

タンク１２内の水位が原水流入口１８の高さ未満となった後、磁気スイッチ部３４の磁力をＯＦＦにする。磁気スイッチ部３４の磁力をＯＦＦとすることで、鞘管２６の外周に付着した磁性フロックはタンク１２下部の漏斗部１６へと流れ落ちる。磁性フロック等の汚泥が漏斗部１６へ貯留された後、タンク１２から磁性フロックの排出を行う。

なお、原水の逆流が終了した後も、鞘管２６の下端は原水中に没している。これにより、磁性フロックは鞘管２６の外周を伝って原水中に流下されるので、フロックが壊される虞がない。

磁性フロックの排出工程では、逆流させることが不要となった逆流バルブを閉じる。その後、汚泥排出口の汚泥引抜バルブを開くことで、漏斗部に貯留された磁性フロック等の汚泥が排出される（ステップ７０、ステップ８０）。

タンク１２内の磁性フロック等の汚泥の量は、タンク１２内の水位により認識することができる。このため、タンク１２内の水位がゼロとなるまで、あるいはフロックがゼロとなるまで、汚泥の排出が成される。タンク内の水位がゼロとなった場合、タンク１２内に残留する汚泥が無くなった事を意味するため、汚泥引抜バルブ２２ａを閉じ、ステップ１０へ回帰して、再び連続的な水処理を行う（ステップ９０）。

なお、前記実施例では、汚泥を排出した後に再び連続的な水処理を開始する例について説明したが、タンク１２内の汚泥が少ない場合又はその貯留量が所定の量に満たない場合は、汚泥排出のステップを経ずに（省略して）水処理を再開しても良い。この場合は、水処理の休止時間（汚泥排出の時間）を短くできるという効果がある。

［回転式のマグネットバーの構成］
次に、本発明の磁気分離装置に係る第２の実施形態について、図６から図８を参照して説明する。なお、本実施形態に係る磁気分離装置の殆どの構成は、上述した第１の実施形態に係る磁気分離装置と同様である。よって、その機能を同様とする箇所には図面に同一符号を付して、その詳細な説明は省略することとする。

本実施形態に係る磁気分離装置と、第１の実施形態に係る磁気分離装置との違いは、タンク１２の内部に配置される鞘管２６と、この鞘管２６に内装されるマグネットバー２８の構造にある。よって、その他の構成については、図１、図３を援用して説明する。相違点の構成を具体的に説明すると、本実施形態に係るマグネットバー２８は、磁極の異なる２つの永久磁石をそれぞれ半月状の断面を有する柱として形成し、これを対として組み合わせることで構成され、これを磁力線発生部３０としている。

また、このマグネットバー２８を内装する鞘管２６は、断面形状を扇状とするヨーク２６ａを線対称に配置し、対を成すヨーク２６ａ間にそれぞれ扇状の非磁性体２６ｂを配置する構成としている。このような構成のマグネットバー２８と鞘管２６であっても、上記第１の実施形態に係る磁気分離装置１０と同様に、２つの磁極が共に単一のヨーク２６ａに接触、あるいは近接している場合には、磁力線が短絡した状態となり、鞘管２６の外部に磁力線が漏れ難くなる（図６（Ｂ）参照）。一方、図６（Ａ）に示すように、２つの磁極がそれぞれ別個のヨーク２６ａに接触、あるいは近接している場合には、ヨーク２６ａにより磁力線が増幅されることとなり、鞘管２６の外部に磁力線が配されることとなる。

本実施形態に係る磁気分離装置の場合、このような磁気スイッチ部３４のＯＮ、ＯＦＦは、鞘管２６内部に配置したマグネットバー２８を９０°回転させることで成すことができる。マグネットバー２８の回転は、モータ等の回転式のアクチュエータを用いて行うことも可能であるが、直動リンクを介在させることにより、油圧シリンダをアクチュエータとして採用することが可能となる。また、直動リンクを介在させることによれば、複数のマグネットバー２８を同時に回動させる構成とすることもできる。

例えば図７に示すように、油圧シリンダ３６のロッド３６ａに接続された直動フレーム４４に対し、マグネットバー２８の端部に接続されたリンク片４６を連結することで、直動フレーム４４の動きに従ってマグネットバー２８を回転させることができる。ここで、直動フレーム４４には、リンク片４６を連結するための複数の凸部４４ａが設けられている。そして、リンク片４６における直動フレーム４４との連結部を長孔４６ａとすることで、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）に示すように、リンク片４６の回転運動と直動フレーム４４の直線運動との間に生ずる連結部間の距離の差による変位を長孔４６ａが吸収することとなる。

このような構成の磁気分離装置では、直動フレーム４４の形態を工夫することで、さらに複数のマグネットバー２８を一度に回転させることができるようになる。例えば、図８に示す形態は、直動フレーム４４を枠状に形成し、この枠内に、平行なサブフレーム４４ｂを複数配置する形態としている。このような構成としているため、図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示す例では、２つの油圧シリンダにより、タンク１２に配置された全ての磁気スイッチ部３４の磁力切替が可能となる。

磁気分離装置の構成をこのようなものとした場合であっても、原水との接液部は、タンク内部と、管の外周のみとなり、第１の実施形態に係る磁気分離装置と同様な効果を得ることができる。

［ドラム型磁気分離装置］
上記実施形態では、タンクの形態をホッパー型とし、その内部に鞘管を配置して磁気スイッチ部を構成する磁気分離装置について説明した。しかしながら、本発明に係る磁気分離装置は、ドラム型や、ディスク型の磁気分離装置へも応用適用することが可能である。例えば、ドラム型の磁気分離装置へ適用する場合、図９に示すように、回転ドラム４８を外ドラム５０と内ドラム５２により構成する。

外ドラム５０は、ヨーク２６ａと非磁性体２６ｂとを交互に連続させて円筒状に構成しており、上記実施形態における鞘管２６に対応する要素である。また、内ドラム５２は、極性の異なる２つの永久磁石により構成された磁力線発生部３０と、非磁性体３２を交互に連続させて円筒状に構成し、上記実施形態におけるマグネットバー２８に対応する要素である。

このような構成の回転ドラム４８では、外ドラム５０におけるヨーク２６ａと非磁性体２６ｂと、内ドラム５２における磁力線発生部３０と非磁性体３２とにより、磁気スイッチ部３４を構成している。また、外ドラム５０におけるヨーク２６ａと非磁性体２６ｂにより構成されるユニットと、内ドラム５２における磁力線発生部３０と非磁性体３２により構成されるユニットとは、その配置ピッチを若干異ならせており、両者が一回転する間に、１ユニット分のズレが生じるように構成する。このような構成は、いわゆる波動歯車の原理に従えば良い。図９の実施例を用いて具体的に説明する。図９の例では、外ドラム５０のユニット数が１５に対し、内ドラム５２のユニット数が１６となっている。そこで、内ドラム５２の回転数を外ドラム５０よりも１／１６遅く設定することにより、外ドラム５０とスクレーパ５４の接触部、つまり、掻き取り部で磁気スイッチがＯＦＦ（図９の状態）になるように維持することができる。

一般的に、回転ドラムは、その下半部がタンク１２に浸漬された状態で稼働される。図９に示す構成の回転ドラム４８では、外ドラム５０の外周の役半分で、磁気スイッチ部３４がＯＮ状態となり、残りの半分がＯＦＦ状態となる。このため、タンク１２に浸かっている部分から、回転ドラム４８の上部側に至るまでの範囲で磁気スイッチ部３４がＯＮ状態であれば、外ドラム５０の外周面に磁性フロックを吸着させて引き上げることができる。

一方、回転ドラム４８の上側、すなわちタンク１２から露出している部分の頂点近傍では、磁気スイッチ部３４がＯＦＦ状態となることで、スクレーパ５４による磁性フロックの掻き落としが容易となり、かつ吸着された磁性フロックの落下も防ぐことができる。

このような形態の磁気分離装置であっても、接液部は、タンク１２の内面と、外ドラム５０の外周面のみとなるため、上述した第１の実施形態に係る磁気分離装置と同様な効果を得ることができる。また、本発明に係る磁気分離装置を本形態に適用させることによれば、磁気分離装置を長時間に亙り連続運転することが可能となる。

さらに、スクレーパ５４による磁性フロックの掻き取り部付近では、磁気スイッチ部３４がＯＦＦとなっているため、外ドラム５０に対するスクレーパ５４の押し付け力を高める必要性が無く、スクレーパ５４の摩耗を抑制することができる。

［ディスク型磁気分離装置］
本発明に係る磁気分離装置をディスク型の磁気分離装置に適用する場合は、図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示すような形態とすれば良い。すなわち、本形態に係るディスク５５は、ヨーク２６ａと非磁性体２６ｂを放射状に配置して構成されたケーシングディスク５６と、極性の異なる２つの永久磁石により構成した磁力線発生部３０を放射状に配置して形成したインナディスク５８を組み合わせることにより構成すれば良い。

なお、図１０（Ａ）は、ケーシングディスク５６を基点としたインナディスク５８（磁気スイッチ部）の関係を示す図であり、図１０（Ｂ）は、インナディスク５８を基点としたケーシングディスク５６（磁気スイッチ部）の関係を示す図である。また、図１０（Ｃ）は、タンク１２に対し、複数のディスク５５を並列配置する場合の構成例を示す図である。

図１０に示す形態では、ケーシングディスク５６は、非磁性体２６ｂにより構成したフレームに形成した開口部に、ヨーク２６ａを配置する構成としている。フレームをヨークにより構成した場合、磁気スイッチ部が成立しなくなってしまうからである。

このような形態の磁気分離装置であっても、接液部は、タンク１２の内面と、ケーシングディスク５６の外周面のみとなるため、上述した第１の実施形態に係る磁気分離装置と同様な効果を得ることができる。

１………凝集磁気分離システム、２………原水タンク、３………凝集攪拌槽、４………攪拌翼、５………電動機、６………回転軸、７………原水ポンプ、８………逆流バルブ、９………制御部、１０………磁気分離装置、１２………タンク、１４………筒状部、１６………漏斗部、１８………原水流入口、２０………処理水排出口、２２………汚泥排出口、２２ａ………汚泥引抜バルブ、２４………濁度計、２６………鞘管、２６ａ………ヨーク、２６ｂ………非磁性体、２８………マグネットバー、３０………磁力線発生部、３２………非磁性体、３４………磁気スイッチ部、３５………水位計、３６………油圧シリンダ、３６ａ………ロッド、３８………ベース板、４０………シェアプレート、４２………油圧ポンプ、４４………直動フレーム、４４ａ………凸部、４４ｂ………サブフレーム、４６………リンク片、４６ａ………長孔。

Claims (6)

1. 磁性フロックを含有する原水から磁性フロックを吸着分離する磁気分離装置であって、
   極性の異なる永久磁石を対として備え、２つの極を跨ぐ磁力線を生じさせる磁力線発生部と、
   非磁性体を介して配置される複数の継鉄により構成され、前記極性の異なる永久磁石の双方を単一の継鉄に接触あるいは近接させることにより前記磁力線を短絡させ、前記極性の異なる永久磁石のそれぞれを異なる継鉄に接触あるいは近接させることにより前記磁力線を増幅させる磁気スイッチ部と、を有し、
   前記磁力線発生部と、前記磁気スイッチ部と、を備える容器に内装し、前記容器を前記原水に接触させることを特徴とする磁気分離装置。
2. 前記磁力線発生部は、対として配置される極性の異なる永久磁石をユニットとして複数備え、
   各ユニット同士の間には、非磁性体を配置すると共に、隣り合うユニットにおいて近接している前記永久磁石同士の極性を一致させていることを特徴とする請求項１に記載の磁気分離装置。
3. 前記容器は鞘管とし、前記原水を流入させる水槽に複数配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気分離装置。
4. 前記容器はドラム状とし、前記原水を流入させる水槽に、下半部を水没させると共に、ドラム中心を基点として回動可能に構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気分離装置。
5. 前記容器はディスク状とし、前記原水を流入させる水槽に、下半部を水没させると共に、ディスク中心を基点として回動可能に構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気分離装置。
6. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁気分離装置を、原水タンクと凝集攪拌槽の後段に配置すると共に、前記原水タンクを介して前記磁気分離装置内に貯留された液を、前記凝集攪拌槽を介して前記原水タンクに重力で戻すための管路を備えたことを特徴とする凝集磁気分離システム。

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