JP4139547B2

JP4139547B2 - 膜磁気分離装置

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Publication number: JP4139547B2
Application number: JP2000101193A
Authority: JP
Inventors: 典英佐保; 尚志磯上; 穣森田; 理志佐野
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: DE60018678T2; EP1097905B1; EP1097905A3; US6478955B1; DE60018678D1; JP2001190981A; EP1097905A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水質浄化や固液分離等を行なうための膜磁気分離装置に関し、特に膜による磁性物質の捕捉及び捕捉物の磁気分離を連続的に行なうようにしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
固液分離による水質浄化等を目的とし、細めの金網や高分子繊維で編んだ網を通水分離膜として粒子を膜で分離除去する浄化装置が、例えば化学技術誌ＭＯＬ Vol.22, No.12 p47-51, (1984) に記載されている。このような浄化装置においては、ステンレス鋼の細線やポリエステル繊維等で、例えば数十ミクロンメートルの目開きを有する網を構成し、その開口部を被処理水が通過するように構成される。被処理水中の被処理物（例えばアオコや有機物等の汚濁物質）は、その投影面積（または投影直径）が、網の開口部投影面積よりも大きい場合通過できず捕捉分離され、膜（網）を透過した水は浄化水となる。このまま、同じ膜面に被処理水を通水し続けると、膜の通水側面に被処理物が堆積して通水抵抗が増大し、通水量が極端に低下する。したがって、この堆積物のある膜面（被処理水が通過する液面以下の部位）を、被処理水液面より上方の大気部まで移動させ、例えばシャワー状の浄化水を使用して膜を洗浄する。その洗浄水と堆積物の混合水をスラッジとして分離部系から排除し、膜面を洗浄再生して再び被処理水の液面以下に戻す構成としている。
【０００３】
また、開口部の投影面積（投影直径）よりも小さい微細な汚濁物質も分離する場合には、予め被処理水に、例えば硫酸バン土，ポリ塩化アルミニウム，ポリ硫酸鉄等の凝集剤を添加して撹絆し、原水中の微細な固形浮遊物，藻類，菌類，微生物等は数百ミクロンメートル程度の大きさに凝集されてフロックが形成される。このようにフロックとすることにより、数十ミクロンメートルの目開きを有する膜（網）でも微細な汚濁物質を高い除去率で捕捉分離でき、水質の高い浄化水を得ることができる。膜の洗浄構造は上記と同様である。スラッジは最終的には、トラックで処分場や焼却場に運搬されたり、或いはコンポスト化される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例において、膜面上の堆積物は堆積密度が高く（堆積物の隙間に含まれる水分量が少なく）、含水率が小さい。しかし、この堆積物を膜から除去するためには、多量の洗浄水が使用されるため、堆積物（スラッジ）の濃度が洗浄水で薄まり、その含水率が面上堆積時の場合よりはるかに増加してしまう。
【０００５】
スラッジをトラックで処分場や焼却場に運搬する場合、スラッジから水が漏れないようにするためには含水率を約８５％に、或いはコンポスト化する場合にはコンポスト時の有機物を分解する微生物の活性化を図るため含水率を約７５％にするように、運搬前やコンポスト処理前にスラッジの含水率を小さくしなければならない。しかし、水による洗浄後のスラッジの含水率は９９％程度であり、スラッジの体積は洗浄処理前の１５倍（運搬する場合）或いは２５倍（コンポスト化する場合）にも達する。この差分の水分を脱水する必要があり、スラッジは更に遠心脱水機やベルトプレス機等の脱水手段を使用して脱水処理が行なわれる。脱水手段投入部でのスラッジの含水率が大きければ大きいほど、処理能力の大きな脱水手段が必要となり、装置コストや運転エネルギ費が増大するという課題があった。
【０００６】
また、膜に捕獲された堆積物を洗浄除去するための洗浄水の量は、汚濁物質が除去された浄化水の５％〜１０％をその洗浄水として使用するので、浄化水の処理量がその分減少し、浄化容量が小さくなるという課題があった。
【０００７】
本発明の目的は、膜に捕獲された被除去物を、洗浄水を使用することなく、またはより少ない洗浄水の使用で分離することのできる膜磁気分離装置を得ることにある。
本発明の他の目的は、含水率の少ない高密度の被除去物のスラッジを排出することのできる膜磁気分離装置を得ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、磁性フロックが通過できない目開きの網を外表面に有し前処理水中で回転する回転体と、前記網の外表面に堆積した前記磁性フロックを磁気力で剥離させる磁場発生手段と、この磁場発生手段によって剥離した磁気フロックを外表面に付着させる捕捉移動手段と、この捕捉移動手段の面上に付着した前記磁性フロックを剥ぎ取り手段で剥離させて捕集するスラッジ槽とを備えた磁気分離装置において、前記回転体は時計回りに回転し、この回転体外周の網に付着した磁性フロックを網の内面で処理水の水面近傍から外面に向かうシャワー管から剥離水を吹き付けて水中に浮遊させ、前記捕捉移動手段の磁場発生手段側に移動した前記磁性フロックは大気部に移動して前記回転体とは異なる方向の水切りされる方向に回転して捕集されることにより達成される。
【０００９】
また上記目的は、前記捕捉移動手段に付加された吸水機能を有する吸水手段と、この吸水手段により吸収された水分を脱水する脱水手段とを有することにより達成される。
【００１０】
また上記目的は、前記捕捉移動手段の捕捉面を殺菌する殺菌手段を有することにより達成される。
【００１１】
また上記目的は、前記捕捉移動手段は、捕捉面上の有機物を酸化するための酸化触媒を有することにより達成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施例における特徴を述べる。被処理水に磁性粉を添加し、凝集剤の硫酸バン土やポリ塩化アルミニウムやポリ硫酸鉄を加えて撹絆し、被除去物である被処理水中の固形浮遊物や藻類、菌類、微生物等の汚濁物と磁性粉を凝縮剤によって数百ミクロンメートル程度の大きさに結合させた磁性フロックを形成させる。このフロックは数十ミクロンメートルの目開きを有した開口部を通過できず高い除去率で捕捉分離され堆積物となり、膜を透過した水は水質が高い浄化水となる。
【００１５】
被処理水液面以下の部位にあるこの磁性フロックの堆積物を有する膜面を被処理水液面上の大気部まで移動させる。この時、磁性フロック中の或る程度の余分な水分は重力で膜面を伝って流下し、大気部の膜面上の堆積物の含水率は例えば９５％程度まで低下する。この磁性フロックが堆積した膜面の近傍に磁場発生手段（例えば永久磁石や超電導コイル磁石や超電導バルク磁石）を配置し、更にこの磁場発生手段と膜面との間に、非磁性の材質で作られたベルト状の移動体を配置する。
【００１６】
大気部に移動した膜面上の磁性フロックは、磁場発生手段の磁気力により強力に吸引され膜面上から磁気分離し、磁場発生手段側に大気中を高速で移動し、移動体面上に付着する。この時の衝突力でさらに磁性フロック中の水分は磁性フロックから分離し、重力で移動体面を伝って流下したり滴下して含水率は低下する。また、磁場発生手段の磁気力により磁性フロックは移動体面上で磁気圧縮され磁性フロック中の余分な水分は磁性フロックから押し出され、重力で移動体面を伝って流下したり滴下して含水率は更に低下し、含水率は例えば９０％程度まで低下する。
【００１７】
移動体は単独で磁場発生手段から遠ざかる方向に移動し、磁気力が減少した部位で例えばへら等の掻き取り手段で移動体面上から掻き取り、磁性フロックを剥離させてこれをスラッジとして分離部から除去する。この場合、洗浄水は使用する必要がなく、磁気力で膜面を再生でき、再び被処理水液面以下の部位に戻す。一方、移動体面はへらで磁性物を剥した後再生され、再び磁場発生手段から遠ざかる方向に移動し膜面上の磁性フロックを面上に付着させる。
【００１８】
本構造により、洗浄水を使用せずに膜面上の堆積物を剥離分離できるので、堆積物の含水率を増加させずに含水率９０％程度の高濃度スラッジとして回収できる。したがって、スラッジの体積は、従来技術の水による洗浄後のスラッジの含水率９９％の場合に比べ、約１／１０となる。このため、スラッジをトラックで処分場や焼却場に運搬する場合やコンポスト化する場合、運搬時にスラッジから水が漏れないように含水率を約８５％にする場合や、コンポストにするため、有機物を分解する微生物の活性化を図るように含水率を約７５％にする場合、スラッジの含水率を小さくするため、遠心脱水機やベルトプレス機等の脱水手段が必要とされるが、それら脱水手段の処理量は１／１０の能力のものでよくなり、かつ脱水水分量も１／１０でよいから、脱水手段の装置コストや運転エネルギ費を大幅に低減できる。
【００１９】
また、膜の堆積物を洗浄する洗浄水を使用しなくても良いので、浄化水量が減少せず、浄化容量が少なくならな効果が得られる。
また、膜の堆積物を膜上から剥離させるため剥離水を使用する場合においても、剥離水は膜外の通過水側に戻るため汚泥側には入らず、回収汚泥の含水率を増加させない効果がある。
【００２０】
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づき説明する。図１〜図３は本発明の第１実施例である。図２は図１の膜分離装置１４の拡大断面図、図３は図２に示す膜分離装置を上部から見た半断面図である。
図１に示すように、被処理水である原水は、水源（例えば貯水池）１から、導管２、大きなゴミを取るためのフィルタ３を通り、ポンプ４によって原水貯槽５に汲み上げられる。この原水６にシーディング剤調整装置７から、四酸酸化鉄等の磁性粉、ｐＨ調整剤、アルミニュウムイオンや鉄イオンを提供する凝集剤（ポリ塩化アルミニウム，塩化鉄，硫酸第二鉄等の水溶液等）、及び高分子補強剤等を導管８を通じて加え、撹絆槽９に供給される。攪拌槽９にはモータ１０で回転駆動される攪拌翼１１が設けられ、これにより撹絆されて数百ミクロンメートル〜数ミリメートル程度の磁性フロックが形成され、前処理水１２として生成される。前処理水１２は矢印Ａで示すように導管１３を通り、膜分離装置１４に通水される。
【００２１】
図２，図３により膜磁気分離装置１４の構造を説明する。１５は、ステンレス鋼の細線，銅の細線，或いはポリエステル繊維等で構成されたドラム状の網（膜）で、この網１５は数ミクロンメートルから数十ミクロンメートルの目開きの開口部を有している。網１５の両端は目開きのないドラム状のシェル１６，１７に接合され、その一方側はフランジ１８に接合されて一体化されている。フランジ１８の中央部はロッド１９に固定され、ドラム状の網１５は、ロッド１９，フランジ１８，シェル１６を介してモータ２０により回転される。シェル１７は固定フランジ２１に対し摺動面２２で気密性を維持されながら回転摺動する。網１５の外側には浄化水槽２３が配置される。前処理水１２は、導管１３からドラム状の網１５内に流入され、この網１５を通過する。この時前処理水１２中の磁性フロック２４は網１５内面に捕捉される。網１５を通過することにより磁性フロック２４が分離された水は浄化水２５となって浄化水槽２３に溜り、矢印Ｂで示すように配管２６を通って水源（貯水池）１に放流される。前処理水が網１５を通水する動力は前処理水１２と浄化水２５との液面位差である。一方、磁性フロック２４は網１５内面に通水抵抗によって付着して堆積物となる。網１５は、図２で時計回りに回転し、堆積物となった磁性フロック２４は液面上の大気部に露出する。この時、磁性フロック中の水分の一部は重力により、網１５に沿って流下し液面上の大気部に露出した膜面上の堆積物の含水率は約９５％程度まで低下し濃縮される。
【００２２】
大気部に露出し濃縮された磁性フロック２７は、例えば表面磁場強度０．５テスラの永久磁石２８と鉄製の磁極２９で構成された磁場発生手段に近づくと、その外部の磁気勾配により網１５側から磁極２９に向かって高速に分離して移動する。移動した磁性フロック３０は、磁場発生手段の外側を回転移動する非磁性（例えばステンレス鋼製）の移動体（または薄肉のシェル）３１に付着する。この時の衝突力で移動体３１に付着した磁性フロック３０中から余分な水分が分離され、磁性フロック３０は更に濃縮される。移動体３１に付着した磁性フロック３０には、磁場発生手段の磁気勾配により、磁性フロック中の磁性粉による磁気圧縮力が作用し、磁性フロック３０から更に余分な水分が押し出され、磁性フロック３０は更に濃縮される。これらの分離された水分はシェル３１面上を流下したり滴下する。ここで、磁性フロックの含水率は９０％程度まで低下する。
【００２３】
シェル（移動体）３１はその端部をフランジ３２に一体に接合される。フランジ３２に固定されたロッド３３はモータ３４により図２において時計回りに回転され、シェル３１面上の濃縮された磁性フロック３０は、時計回りに移動する。磁性フロック３０が磁場発生手段から遠ざかることにより磁気吸引力は小さくなり、固定されたへら（掻き取り手段）３５によりシェル３１面上から剥離されてスラッジ槽３６にスラッジ３７として分離捕集される。スラッジ槽３６内のスラッジ３７は、スラッジ槽３６下部に配置したかき寄せ部材（例えば螺旋状の板上部材）３８をロッド３９を介してモータ４０で回転させ、図３において上方に移送され、出口４１から排出される。
【００２４】
排出されたスラッジ３７は、図１に示す配管４２を通ってスラッジ槽４３に貯められる。このスラッジ槽４３では、運搬時にスラッジから水が漏れないように含水率を約８５％以下に、またはコンポスト時の有機物を分解する微生物の活性化を図るためには含水率を約７５％以下にするように、スラッジの含水率を遠心分離機やベルトプレス機等の脱水手段によって更に濃縮される。濃縮されたスラッジはトラックで処分場や焼却場に運搬して処分されるか、或いは後段に堆肥化槽４４を設けて流路４５を通じて移送し、コンポスト化される。堆肥化した後、堆肥を粉状に破砕し、肥料中の磁性粉や生成磁性物質を他の磁石磁気分離装置で回収して再利用しても良い。
【００２５】
本実施例によれば、洗浄水を使用せずに膜（網）面上の堆積物を剥離して分離できるから、堆積物の含水率を増加させず、含水率９０％程度の高濃度スラッジとして回収できる。したがって、スラッジの体積は、水により洗浄除去した場合のスラッジの含水率９９％に比べ、約１／１０にできる。また、スラッジをトラックで処分場や焼却場に運搬する場合やコンポスト化する場合、スラッジの含水率を小さくするため遠心脱水機やベルトプレス機等の脱水手段を使用するが、その脱水手段の処理量も１／１０の能力で良くなり、かつ脱水水分量も１／１０となり、脱水手段の装置コストや脱水運転エネルギ費を大幅に低減できる。さらに、網上の堆積物を洗浄するために洗浄水を使用しないから、浄化水量が減少せず、浄化容量も増大できる。しかも、洗浄水を使用しないから洗浄水の水圧により網への繰り返し応力が作用するのも防止でき、網の繊維が破断するのを防止できる。したがって、網の寿命が延び、網を交換する頻度が少なくなり、コストを大幅に低減することができる。
【００２６】
なお、上記実施例において、シーディング剤調整装置７から四酸酸化鉄等の磁性粉は投入せず、ｐＨ調整剤と塩化鉄や硫酸第二鉄等の水溶液の薬剤で鉄イオンを提供するのみとし、水酸化鉄を主な凝集構成物質とするフロックを生成し、この水酸化鉄の弱い磁化率を利用してこれを磁気力で分離するようにしても同様の効果を得ることができる。このようにすれば、磁性粉を使用しないから運転コストをさらに低減できる。
【００２７】
図４〜図６に本発明の第２の実施例を示す。本実施例において、上記図１〜図３の実施例と異なる点は以下の通りである。すなわち、網（膜）１５上の堆積物のうち、磁気吸引力が作用しない捕捉物（これらは被除去物全体の数％、磁性フロック中の数％を占める）や磁性粉を微量しか含まず磁気力がほとんど作用しない磁性フロックは、磁場発生手段（永久磁石２８、磁極２９）では吸引されない。このため、これらの捕捉物は網１５上に残留するが、少量の堆積物はすぐには通水の障害にはならない。しかし、長時間運転して堆積物が増加していくと通水の障害となるため、本実施例では、この残留物を洗浄するための工夫を加えたものである。浄化水槽２３内の浄化水２５はポンプ４６により取水口４７から吸い込まれ、導管４８を通ってシャワー管４９に送られ、孔からシャワー水５０を、網１５の外表面から内面側に吹き付ける。網１５の内表面に蓄積した堆積物はシャワー水により剥離され、網１５は再生される。シャワー水と剥離された堆積物は網１５の内側に設けたトレイ５１に溜り、排水口５２から配管５４を通り、矢印Ｃに示すように流失する。この洗浄水はポンプ５３，配管５４を介して原水貯槽５の上流側に戻され、上記実施例と同様に被除去物は再磁性化されて磁気力により分離される。この実施例によれば、除去すべき堆積物は少量であるから、使用する洗浄水が少量で良く、浄化水量は数％減少するだけにできるから、浄化容量をほとんど低下させずに、磁気吸引力が作用しない捕捉物が網面上に体積するのを防止できる効果がある。また、洗浄水の使用量が少ないから、洗浄水の水圧による網への繰り返し応力も小さくでき、網の寿命を低下させない。なお、本実施例において、洗浄水を供給するポンプ４６を浄化水槽２３外に配置し、原水等を洗浄水として使用するようにしても良い。
【００２８】
図５において、網１５内面とシェル３１を接するか若しくは接近させることにより、網１５内面とシェル３１の間に液層やスラッジ層をブリッジさせ、磁性フロック２７の表面張力等によるフロックが剥がれる際の剥がれ抵抗を小さくすことができる。これにより少ない磁気力で磁性フロックを磁気分離することが可能となる。この際、網１５内面とシェル３１との間に外部から浄化水２５の一部をポンプ等で供給し、液膜層を故意に形成するようにしても良い。また、網１５内面とシェル３１の間の相対速度が小さくなるようにそれぞれの回転速度を調整すれば、分離効果を更に向上できる。
また、磁場発生手段において、磁石２８の磁気勾配が大きい場合、磁極２９を廃止しても良い。
【００２９】
図７は図２の実施例の改良例を示すものである。この図において、図２に示した実施例と異なる点は、非磁性物のシェル３１上に分離された磁性フロック３０を、電磁波発生手段５５を用いて電磁波を発生させ、乾燥濃縮するようにした点にある。磁性フロック中には磁性体の磁性粉が万遍なく内在しているので、電磁波を受けると磁性粉内に誘導電流が発生し、磁性粉自身の電気抵抗値に比例したジュール熱が発生し、効率よく全体が加熱されて磁性フロック内の水分が蒸発し、磁性フロックの含水率を更に低下できる。したがって、遠心分離機やベルトプレス機等の脱水手段を使用しなくても、含水率を８５％〜７５％程度に低下できる効果がある。なお、電磁波発生手段５５の代わりに赤外ランプやヒータ、或いは温風等の加熱手段でも磁性フロックの濃縮は可能である。
【００３０】
図８は本発明の第３実施例を示す図である。本実施例が図５に示す例と異なる点を以下説明する。前処理水１２は導管１３からドラム状の網１５外部の分離槽５６に流入し、前処理水１２は網１５を通過する。この時、前処理水中の磁性フロック２４は網１５の外周面に捕捉され、網１５を外側から内側へ通過し磁性フロック２４を分離された水は浄化水２５となって網１５内に溜り、配管２６を通って貯水池１等に放流される。前処理水が網１５を通水する動力は前処理水１２と浄化水２５との液面位差である。一方、図８で時計回りに回転する網１５外面に通水抵抗によって付着した磁性フロック２４は堆積物となって液面上の大気部に露出する。この時、磁性フロック中の水分の一部は重力により、網１５に沿って流下し、堆積物は濃縮される。ここで、大気部の膜（網）面上の堆積物の含水率は約９５％程度まで低下する。
【００３１】
大気部に露出した磁性フロック２７は、網１５外部の大気中に配置した磁場発生手段（例えば表面磁場強度０．５テスラの永久磁石２８と鉄製の磁極２９で構成される）に近づくと、その外部の磁気勾配により磁極２９に向かって高速で移動し磁気分離される。移動した磁性フロック３０は、磁場発生手段の外側を回転移動する非磁性のステンレス鋼製等の移動体（又は薄肉のシェル）３１に付着する。この時の衝突力で磁性フロック３０中の余分な水分は分離され、磁性フロック３０は更に濃縮される。また、磁性フロック３０には、磁場発生手段の磁気勾配により、磁性フロック中の磁性粉による磁気圧縮力が作用し、磁性フロック３０中の余分な水分を押し出して更に濃縮され、磁性フロックの含水率は９０％程度まで低下する。
【００３２】
シェル３１は図８において時計回りに回転し、シェル３１面上の濃縮された磁性フロック３０は磁場発生手段から遠ざかり、磁気吸引力が小さくなると、掻き取り手段（へら）３５で剥離され、スラッジ槽５７にスラッジとして分離捕集される。スラッジ槽５７内のスラッジはかき寄せ部材３８により図８の奥の方に移送され、出口から排出される。
【００３３】
一方、浄化水をポンプ４６の取水口４７から吸い込み、導管４８からシャワー管４９に送り、孔からシャワー水５０を網１５の内面から外面方向に吹き付ける。網１５の外表面に蓄積した堆積物はシャワー水で剥がれ、網の外側に設けたトレイ５８に堆積物を含む洗浄水が溜り、同時に網１５面は再生される。トレイ１５内の洗浄水は排水口５９から流失し、図４に示したものと同様に原水貯槽５の上流側に戻される。
スラッジ槽５７から排出されたスラッジは、図１と同様に、配管４２を介してスラッジ槽４３に貯められ、同様に処理される。
【００３４】
本実施例によれば、磁気分離部（磁場発生手段による磁性フロックの分離部）を網１５の外部に配置できるので前処理水の水位を高く取ることができ、前処理水の網内部への通過断面積を大きくとれるから濾過水量が大とできる。したがって、同じ網ドラムの形状寸法で、多量の前処理水を浄化することができる。また、磁気分離部は網内部に設置する場合よりもその設置スペースを大きくとれるから、磁場発生手段の形状を大きくして磁場強度を大きくすることも可能となる。したがって、磁気力を大きくすることにより、磁性粉が微量しか含まれていない磁性フロックも磁気分離でき、この結果、残留堆積物が少なくなり、網の洗浄のために用いる洗浄水（シャワー水５０）を少量にできる効果がある。更に、磁場強度を高くできることにより、磁気圧縮力も大きくなり、磁性フロック３０の含水率を更に小さくできる。
【００３５】
図９，図１０は上記各実施例における磁場発生手段の別の例を示すものである。この例では、温度７７Ｋ前後で超電導となる、例えばビスマス系やサマリウム系の酸化物超電導材のバルク６０を使用し、これを真空断熱容器６１内に配置し、背面には例えば銅製の熱伝導体６２を設けて熱的に一体化する。パルス管式の冷凍機６３等の冷却端６４に一体化された熱伝導板６５を熱伝導体６２の端部に熱的に一体化し、熱伝導体６２を温度約５０Ｋの極低温に冷却する。極低温部は積層断熱材６６で断熱される。パルス管式冷凍機６３と圧縮機６７は圧力配管６８で連結され、冷凍サイクルを構成している。モータ３４の端部と真空断熱容器６１とは支持部材６９で一体化され、静置固定されている。バルク６０の磁性化は、冷凍機６３によるバルクの冷却後に外部から磁化装置（図示せず）で磁場を貫通させ、バルク内に誘導永久電流を生じさせ、極低温に冷却保持している間は、バルクを例えば１Ｔの磁場発生型の永久磁石として運転することができる。したがって、本実施例においては、従来のネオジ系常温永久磁石の数倍の磁場強度が得られ、かつ永久磁石と異なり中央部に最大磁場が発生するから、高勾配磁場を中央部に発生させることができる。したがって、磁場発生手段の磁場強度を高くして、磁気分離効果や脱水効果をさらに向上させることができる。また、中央部に最大磁場が発生し、その周辺で高勾配磁場を徐々に小さくできるので、シェル３１上の磁性フロックが逆移動せず、磁性フロックをシェル回転方向に容易に移動させてその除去をスムースに行うことができる。冷凍機としては、ギフォード・マクマホン式冷凍機、ソルベイ式冷凍機、スターリング式冷凍機、或いは音響式冷凍機等を用いても同様な効果が得られる。また、バルク６０の代わりに磁場発生手段として高温超電導の導体で構成した超電導磁石を使用しても良い。
【００３６】
図１１は図２や図５に示した実施例におけるシェル（移動体）３１の部分の他の例を示すものである。この例では、シェル３１の外周面に、フェルト布や高分子材の吸湿繊維で構成した吸水性材による膜７０を一体に貼り付けている。また、７１はシェル３１内面に配置された固定回転ローラ７１、７３はシェル３１及び吸水性膜７０の外面に配置されかつモータ７２で回転駆動される駆動回転ローラである。これらローラ７１，７３により脱水手段が構成され、シェル３１と膜７０を、固定回転ローラ７１と駆動回転ローラ７３の間に挟み込むように配置して、この脱水手段により膜７０に吸水された水分を絞り出して脱水し、脱水された水分は重力により網１５内に流下する。水分を除去された膜７０は時計方向に移動し、膜上に磁気分離で磁性フロック３０が付着し、フロック中の水分の一部は膜７０に表面張力の作用等で吸収され、フロックはへら３５で膜７０から掻き取られる。この掻き取られた磁性フロック３０の含水率は低下しているから、濃縮された磁性フロックを分離除去できる。磁性フロックが掻き取られた膜７０は再び脱水手段で絞られ、吸水された水分が膜外に排出される。この例では、移動体３１上に磁気分離された磁性フロックが移動中に膜７０により脱水されるので、濃縮された磁性フロックを回収できる効果がある。
【００３７】
図１２は図４に示す実施例において、膜磁気分離装置１４で回収したスラッジを熱分解して磁性粉を回収するようにした変形例を示すものである。この例においては、回収したスラッジは、遠心分離機等の脱水手段を使用せずに、スラッジタンク７４から配管７５を介してスラリ加圧ポンプ７６に導入される。スラリ加圧ポンプ７６の入口部では、薬剤タンク７７から、高温高圧水で処理する際に必要な水や反応促進剤、更に中和剤のアルカリ溶液等を、弁７８を介してスラッジに添加される。スラリ加圧ポンプ７６で２ＭＰａ程度に加圧されたスラッジは、反応管７９内に吐出され、処理後の熱回収用の予熱熱交換器８０で余熱され、ヒータ等を内臓した温度調節器８１で温度２００度の亜臨界状態となる。
【００３８】
スラッジ中の植物や動物プランクトン等は有機物であり、凝集剤は無機或いは有機系である。したがって、亜臨界水中では凝集したフロックや磁性フロックはその結合が破壊され、フロック中の固形物がバラバラとなり、有機物は油状の粘性の高い液体と水分が混在した亜臨界溶液となり、スラッジ中の磁性粉の周りから凝集剤が剥がれ、磁性粉単体で分離する。磁性粉分離器８２では攪拌手段（図示せず）で磁性粉の分離が促進され、磁気発生手段８３、例えば電磁石８３ａ，８３ｂ，８３ｃを使用して、それぞれの電磁石の電源を切り替えることによって前記の分離された磁性粉を容器端部方向に誘導して捕集する。容器内にある程度磁性粉が蓄積すると、電磁石の電源を切り、若しくは通電電流を小さくして電磁力を小さくし、弁８４を開き、内圧を利用して磁性粉スラリを回収槽８５に回収する。回収した磁性粉は磁気分離に再利用される。
【００３９】
スラッジは磁性粉分離器８２を出た後、薬剤タンク８６から、高温高圧水中で酸化処理する際に必要な酸素，過酸化水素水，空気，共晶反応剤，アルカリ溶液等を、弁８７，ポンプ８８を介してヒータを内蔵する反応管９０のスラッジに添加される。反応管９０で温度管理されたスラッジは、反応管９０内でスラッジ物中に含まれる有機物が酸化されて減容化され、スラッジ中に存在するリンは化学反応によってリン酸塩となり固形沈殿物となる。反応管９０には安全弁９１を取り付けている。
【００４０】
その後、高温高圧スラッジ溶液は、配管９２を通り、予熱熱交換器８０で熱を回収された後、フラッシュタンク９３内に、圧力調整弁９４により減圧されて噴霧される。フラッシュタンク９３内は圧力調整弁９４で大気圧より若干高い圧力に調整されている。このフラッシュタンク９３内では、高温・高圧スラッジ溶液中の水分の一部が内部熱容量で自己蒸発し、残りは内蔵されたヒータ等で加熱されて蒸発する。蒸発した蒸気はフラッシュタンク９３を保温し、圧力調整弁９５から放出される。フラッシュタンク９３内でスラッジ中の未酸化有機物や無機物分子は乾燥固形化され、容器底部に乾燥物が沈降分離されてタンク外に取り出される。溶液分には配管９６，流量調整弁９７を介して原水が供給され、配管９８で混合され、水質を調整された後、下水や植生設備等に放流される。
【００４１】
この例においては、高温高圧水で凝集剤の凝集作用が壊れ、フロック中の固形物がバラバラとなり、スラッジ中の磁性粉の周りから凝集剤が剥がれるので、磁性粉単体で分離回収でき、再使用する際、純度の高い磁性粉が得られる効果がある。また、遠心分離機やベルトプレス機等の濃縮手段を使用せずにスラッジを処理できるので、装置コストを低減できると共に、スラッジは減容化されるのでスラッジ処理コストも低減できる。なお、この例では、凝集剤を使用せず磁性フロックを生成しないで、磁性粉と被除去物との混合物を膜磁気分離する場合における磁性粉の回収・再利用にも適用できる。
【００４２】
図１３は図２に示す実施例の改良例を示すもので、図２の例と異なる点は、網１５に被処理水内の微生物等が付着し繁殖して網１５の目を閉塞するこのを防ぐため、紫外線ランプ９９，１００を保護ガラス管１０１，１０２に挿入して配置したものである。保護ガラス管１０１，１０２の内面にはそれぞれ上半分と下半分の部分にアルミニュウム蒸着膜を付着させ紫外線が反射して、網１５の内外面に紫外線が照射されるようにしている。この例においては、網１５に付着した動・植物プランクトン生物の卵や幼虫が紫外線で死滅することにより網上で繁殖することがなくなり、網１５の目を閉塞したり狭くしたりして浄化機能に障害を与えるのを防止できる。また、網１５を構成する細線や繊維上に酸化チタン等の活性酸化触媒物質を固定化することにより、生物以外の付着する有機物も酸化分解でき、網１５の有機物等の汚れを取り除くことができる。
【００４３】
図１４は図８に示す実施例の変形例を示すものである。この例は、磁性フロック２７を表面磁場強度０．５テスラの永久磁石２８と鉄製の磁極２９で構成された磁場発生手段の外部の磁気勾配により、前処理水１２中で磁気分離するようにしたものである。このようにすることにより、ドラム状の網１５上に付着した密度が１．０５程度の磁性フロック２７は、前処理水１２中を移動体３１側に移動するので、その重力分は浮力でほとんどが相殺され、磁性フロックが移動するための磁気力を小さくしても磁気分離が可能となる。移動した磁性フロック３０は、磁場発生手段の外側を回転移動する非磁性の移動体（または薄肉のシェル）３１に付着した後、大気部に移動し、水切りされて濃縮される。磁性フロックの重力分の移動力はシェル３１の回転力で与えられ、磁性フロックは容易に液中から大気部に移動可能となる。この例では、磁性フロック中に存在する磁性粉の量が少なくて済み、磁性粉の添加量が少なくなるので運転コストを低減できる効果がある。
【００４４】
図１５は図１４に示した例の変形例を示すものである。この例では、網１５内部の浄化された浄化水２５を、ポンプ１０５の取水口１０６から吸い込み、導管１０７を介してシャワー管１０３の孔から剥離水１０４を、前処理水の水面近傍で、網１５の内面側から外面側に向かって吹き付け、網１５上の磁性フロック２７を、網１５面から離脱させ、網１５近傍の前処理水１２中に浮遊させるようにしている。このようにすることにより、網１５上に付着した磁性フロック２７（密度が１．０５程度）を、磁場発生手段側に移動させるための磁気力は、剥離力が不要となる分小さくすることができる。また、磁性フロック２７は前処理水１２中を移動するので、その重力分は浮力でほとんどが相殺され、少ない磁気力で磁気分離が可能となる。磁場発生手段側に移動した磁性フロック３０は、磁場発生手段の外側を回転移動する非磁性の移動体（または薄肉のシェル）３１に付着した後容易に大気部に移動して水切りされ、濃縮される。また、この例ではスラッジ槽５７が分離槽５６の外部に配置されている。この例においては、図１４の例に比べ、更に少ない磁気力で磁性フロックを網１５から分離できるので、磁性フロック中に存在する磁性粉の量をさらに少なくでき、磁性粉の添加量が少なくなる分運転コストも低減できる。また、磁性フロックを剥離させるために使用した水は再び網１５を通過して浄化水２５に合流するので、循環水となりスラッジ側には入らないので、スラッジの含水率が高まるのを防止できる。
【００４５】
なお、本発明の上記各実施例では、前処理水として、原水の汚濁物等の被除去物を磁性フロック化した場合について説明したが、大量の磁性フロックを磁気フィルタを使用して高速で捕捉する磁気分離装置において、磁性フロックを捕捉した磁気フィルタの再生時に発生する洗浄水（多量の磁性フロックを含んでおり、含水率も９８％と高い）を前処理水とし、この前処理水（洗浄水）から磁性フロックを除去する装置としても使用できる。
【００４６】
また、被除去物が磁性細菌や酸化鉄等の磁性体である場合や、コロイド状の水酸化鉄やりん酸鉄等の磁性コロイド物質である場合には、前処理なしに被除去物を低い含水率で分離除去できる。
フェライト化法等により砒素等の有害物質を鉄等の共晶体に結合させれば、磁性化した粒子はフロック化する必要がなく、被除去物を低い含水率で分離除去できる。
磁場が異なる磁場発生手段を複数個所、シリーズに設けることにより、磁化率が異なる粒子を分別して磁気分離することもできる。
【００４７】
網１５を構成する線体の表面に、発水性や親水性を与える処理を施し、磁性フロックの網１５表面への付着力を減じることにより、磁性フロックの必要剥離力を小さくでき、これにより剥離水６４の水量を少なくできるからポンプ６０の容量も小さくできる。また、磁性フロック中に存在する磁性粉の量をさらに少なくでき、磁性粉の添加量が少なくなる分運転コストを低減できる。
なお、網１５の代わりに、さらに目の細かい膜を使用するようにしても良い。
【００４８】
また、上記各例では移動体３１として円筒状のシェルを使用したたが、シェルの代わりに非磁性の回転式ベルトで構成しても良い。
シェル３１の表面に移動した磁性フロック３０が、磁性発生手段から遠ざかるとき、磁性発生手段側に磁気力で逆戻りする可能性があるが、シェル３１の表面に凹面や凸面を施すことにより、そのような逆戻りを防止できる。また、シェル３１にフェルト状の布を一体化して取り付け、その表面の微細な凹凸で磁性フロックの静止摩擦抵抗を大きくするしても磁性フロックの逆戻り防止効果が得られる。
【００４９】
また、凝集剤を使用せずに、被除去物とほぼ同じサイズ若しくは被除去物より小さくかつ網で捕捉されるサイズの磁性粉を原水中に注入して混合し、被除去物を磁性粉との混合物として網表面に捕捉堆積させ、この混合物を一気に網から磁気力で剥離させ、空間移動させることにより、凝集剤を使用することなく同様な効果を生じさせることができる。
磁場発生手段として、常電導電磁石や冷凍機等で冷却した超電導電磁石を使用しても良い。
上記各実施例では網１５をドラム状に形成した場合について説明したが、網１５をディスク状に構成し、このディスクを縦方向に複数枚配置して装置を構成し、網１５の内外面に紫外線を照射するようにしても良い。
【００５０】
以上述べた本発明の実施例によれば、膜（網）面上の磁性フロックは磁場発生手段による磁気力により吸引され、膜面上から磁気分離して磁場発生手段側に移動し、移動体（シェル）面上に付着させることができる。この時の衝突力で磁性フロック中の水分は磁性フロックから分離し、重力で箔面を伝って流下或いは滴下して、前記磁性フロックの含水率を低下させることができる。更に、磁気力により、磁性フロックは移動体面上で磁気圧縮され、余分な水分は磁性フロックから押し出され、重力で移動体面を伝って流下したり滴下するから、含水率をより低下させることができる。したがって、移動体上に残った堆積物（被除去物である磁性フロック）をへらで掻き取ることにより含水率の低い濃縮されたスラッジを連続的に回収することができる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、膜に捕獲された被除去物を、洗浄水を使用することなく、或いはより少ない洗浄水の使用で分離することのできる膜磁気分離装置が得られる効果がある。
また、本発明の膜磁気分離装置によれば、含水率のより少ない高密度の被除去物のスラッジを排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す膜磁気分離装置とその周辺の系統図。
【図２】図１に示す膜磁気分離装置の縦断面図。
【図３】図２の膜磁気分離装置の左半分を断面で示した平面図。
【図４】本発明の第２実施例を示す膜磁気分離装置とその周辺の系統図。
【図５】図４に示す膜磁気分離装置の縦断面図。
【図６】図５の膜磁気分離装置の左半分を断面で示した平面図。
【図７】図２の改良例を示す膜磁気分離装置の縦断面図。
【図８】本発明の第３実施例を示す膜磁気分離装置の縦断面図。
【図９】本発明に使用される磁場発生手段の別の例を示す縦断面図。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線断面図。
【図１１】図２に示すシェル（移動体）３１の部分の他の例を説明するもので、図２に相当する縦断面図。
【図１２】図４の変形例を説明する膜磁気分離装置とその周辺の系統図。
【図１３】図２の膜磁気分離装置の改良例を示す縦断面図。
【図１４】図８の膜磁気分離装置の変形例を示す縦断面図。
【図１５】図１４の膜磁気分離装置の変形例を示す縦断面図。
【符号の説明】
１…水源（貯水池）、５…原水貯槽、９…攪拌槽（前処理水を生成する手段）、１２…前処理水、１４…膜磁気分離装置、１５…網（膜）、２３…浄化水槽、２５…浄化水、２４,２７，３０…磁性フロック、２８，２９…磁場発生手段（２８…永久磁石、２９…磁極）、３１…移動体（シェル）（捕捉移動手段）、３５…へら（掻き取り手段）、３６，５７…スラッジ槽（回収手段）、４３…スラッジ槽、４４…堆肥化槽、４６，１０５…ポンプ、４９，１０３…シャワー管、５５…電磁波発生手段（加熱手段）、５６…分離槽、６０…バルク、６１…真空断熱容器、６３…冷凍機、７０…吸水性材の膜、７４…スラッジタンク、７６…スラリ加圧ポンプ、８１…温度調整器、８２…磁性粉分離器、８３…磁気発生手段、８５…回収槽、９３…フラッシュタンク、９９…紫外線ランプ（殺菌手段）、１０１…保護管、１０４…剥離水。

Claims

磁性フロックが通過できない目開きの網を外表面に有し前処理水中で回転する回転体と、前記網の外表面に堆積した前記磁性フロックを磁気力で剥離させる磁場発生手段と、この磁場発生手段によって剥離した磁気フロックを外表面に付着させる捕捉移動手段と、この捕捉移動手段の面上に付着した前記磁性フロックを剥ぎ取り手段で剥離させて捕集するスラッジ槽とを備えた磁気分離装置において、
前記回転体は時計回りに回転し、この回転体外周の網に付着した磁性フロックを網の内面で処理水の水面近傍から外面に向かうシャワー管から剥離水を吹き付けて水中に浮遊させ、前記捕捉移動手段の磁場発生手段側に移動した前記磁性フロックは大気部に移動して前記回転体とは異なる方向の水切りされる方向に回転して捕集されることを特徴とする膜磁気分離装置。
請求項１記載の膜磁気分離装置において、
前記捕捉移動手段に付加された吸水機能を有する吸水手段と、この吸水手段により吸収された水分を脱水する脱水手段とを有することを特徴とする膜磁気分離装置。
請求項１記載の膜磁気分離装置において、
前記捕捉移動手段の捕捉面を殺菌する殺菌手段を有することを特徴とする膜磁気分離装置。
請求項１記載の膜磁気分離装置において、
前記捕捉移動手段は、捕捉面上の有機物を酸化するための酸化触媒を有することを特徴とする膜磁気分離装置。