JP4206691B2 - 磁性体を用いた浄化装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として、磁性体微粒子を含む凝集剤により、被処理水中の汚濁物を、磁性を持った浮遊固形物とし、被処理水の流れの中で、磁力により、前記浮遊固形物を被処理水から分離する浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、浄水（上水、下水、産業廃水）の処理、特に、被処理水中から富栄養化した汚泥（主として、燐含有物）を分離する際に、高勾配磁場を利用して生成された、例えば、マグネタイトなどのフェライト（粉状あるいは粒状の強磁性体：以下、磁性体微粒子と称す）を含む凝集剤で、被処理水中の汚濁物を、予め、磁性を持った浮遊固形物（フロック）としている。
【０００３】
そして、この状態の被処理水を、超伝導ソレノイドコイルを外側に巻回した非磁性材料からなる導管内に導き、前記超伝導ソレノイドコイルの付勢により導管内に磁場を発生し、この磁場の中に置かれたフィルターを介して、被処理水を濾過すると共に、その後、フィルターから、これに付着した浮遊固形物を除去・回収する浄化装置が提唱されている。
【０００４】
この浄化装置は、被処理水の流れに平行な方向の磁場が発生でき、フィルターによる浮遊固形物の分離効率がよい点で優れているが、固液の磁気分離では、被処理水中の磁性粒子を捕捉すると同時に、フィルターを洗浄する必要があり、その間、磁場を切らなければならない。
【０００５】
そこで、フィルターを用いることなく、被処理水の流れに直行する方向の磁場を発生させ、導管壁面を利用して、被処理水中の磁性粒子を捕捉する構成も提案されたが、導管外側に異極の磁石が対向する配置となるので、それらの間の浮遊固形物回収領域での高勾配磁場が得られないという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、磁力による浮遊固形物の捕捉を行う際、被処理水の流れに対して交差する磁場を発生させるが、導管自体に、高勾配の磁場をもたらす工夫をして、高い分離効率を発揮できる、磁性体を用いた浄化装置を安価に提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明では、磁性体微粒子を含む凝集剤で、被処理水中の汚濁物を、磁性を持った浮遊固形物とし、被処理水の流れの中で、磁力により、前記浮遊固形物を被処理水から分離する浄化装置において、非磁性材料からなる導管内の被処理水の流れを挟んで異極を対向させた状態で前記流れと交差する磁場を形成するように、前記導管に対して接近した状態で磁石を配置すると共に、前記導管の少なくとも前記磁石に対向する壁面に、外側からフェライトを含む感磁性材料よりなる多数の誘導片を埋設して、前記導管内での、少なくとも前記磁石間に位置する浮遊固形物回収領域での磁場勾配を高めるように構成し、前記導管内を流れる前記浮遊固形物を、前記浮遊固形物回収領域における前記壁面内側で捕捉するように構成したことを特徴とする。
【０００８】
このような構成では、少なくとも、前記磁石に対向する前記導管の壁面において、誘導片を埋設することで、前記磁石による磁場に高い勾配を与えることになり、前記浮遊固形物回収領域を通る被処理水の全量に対して、全ての浮遊固形物の捕捉機能を十分に発揮できるメリットが得られる。
【０００９】
この場合、本発明の実施の形態として、前記誘導片が、埋め込み先端を、前記導管の内壁面近くまで延出している棒状あるいは扁平なチップで構成していること、あるいは、前記磁石が、超伝導バルク磁石、永久磁石あるいは電磁ソレノイドを用いた電磁石で構成されていることが効果を発揮する。
更に、前記導管には、複数路が並列された構成で、前記磁石と導管とは、前記磁石間に前記導管の一通路が選択的に位置されるように、相対的に移動可能な構成となっていると共に、複数路は、バルブ操作で、流路を切り替えられるように構成されていることは、好ましい実施の形態である。
この場合、前記導管の、少なくとも浮遊固形物回収領域を含む部分が、取り外し可能になっているのがよい。
【００１０】
また、本発明では、磁性体微粒子を含む凝集剤で、被処理水中の汚濁物を、磁性を持った浮遊固形物とし、被処理水の流れの中で、磁力により、前記浮遊固形物を被処理水から分離する浄化装置において、非磁性材料からなる導管内の被処理水の流れを挟んで異極を対向させた状態で前記流れと交差する磁場を形成するように、前記導管に対して接近した状態で磁石を配置すると共に、前記導管内に非磁性材料からなるボードを配置し、該ボード内にフェライトを含む感磁性材料よりなる多数の誘導片を埋設して、前記導管内での、少なくとも前記磁石間に位置する浮遊固形物回収領域での磁場勾配を高めるように構成し、前記導管内を流れる前記浮遊固形物を、前記浮遊固形物回収領域におけるボード表面で捕捉するように構成したことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して、具体的に説明する。なお、図１は、第１の構成事例を示す概略断面図、図２は、第２の構成事例を示す概略断面図、図３は、高勾配磁場発生のための、各実施形態における導管の構造を詳細に示す斜視図、図４は、第２の構成事例における流路切換の構成を示す概略側面図、図５は、第３の構成事例を示す概略断面図である。
【００１２】
本発明に係る浄化装置は、磁性体微粒子を含む凝集剤で、被処理水中の汚濁物を、磁性を持った浮遊固形物Ｓとし、被処理水Ｗの流れの中で、磁力により、浮遊固形物Ｓを被処理水Ｗから分離するものである。ここでは、非磁性材料（例えば、硬質合成樹脂、強化合成樹脂、ガラス、その他）からなる導管１（この実施の形態では、角筒状の配管）内の被処理水の流れを挟んで異極を対向させた状態（図１あるいは図２の構成事例を参照）で前記流れに交差する磁場を形成するように、導管１に対してバルク磁石２を配置している。
【００１３】
なお、バルク磁石２とは、例えば、１〜５テスラに磁化された酸化物超電導体（高温超伝導バルク材としての、各種金属酸化物を焼き固めたセラミックス）のことである。そして、バルク磁石２を導管１に接近させた状態（バルク磁石２相互間での磁場強度として１．７テスラ以上が得られる）で、導管１内を流れる前記浮遊固形物Ｓを、対向する磁石２、２間における導管１内の、浮遊固形物回収領域４で捕捉するように、導管１の、磁石２に対向する壁面に、外側からフェライトなどの感磁性材料からなる多数の誘導片３を埋設している。
【００１４】
この実施の形態において、図１に示す第１の構成事例では、導管１の、磁場が与えられる浮遊固形物回収領域４の壁面（この実施の形態では、上下・左右の側面、特に左右の側面が有効である）に、誘導片３が、その埋め込み先端を、導管１の内壁面近くまで延出した状態で外側から埋設してあり、その形状が棒状あるいは扁平なチップで構成されている。これにより、バルク磁石２と共同して、浮遊固形物回収領域４で、被処理水が、高勾配の磁場を受け、導管１の内壁面（特に左右内側面）に浮遊固形物Ｓを付着する。この分離された浮遊固形物Ｓは、被処理水の供給を遮断すると共に、前記磁場から少なくとも導管１の一部（浮遊固形物回収領域４に対応する箇所）を外して、例えば、洗浄水を用いて、洗浄、排出する。
【００１５】
導管１を挟んで対向するバルク磁石２は、真空容器５内に収容されており、真空ポンプ（図示せず）の働きで、断熱性を高めるため、真空容器５内を真空状態にすると共に、小型冷凍機（図示せず）の働きで、真空容器５中において、バルク磁石２を、ヘリウムガスなどの冷媒を用いて、超低温（好ましくは、絶対温度４〜７７度）に維持する。
【００１６】
このような構成では、超伝導ソレノイドコイルを用いる場合のように、導管１内での被処理水の流れの中で、十分な高勾配磁場を発生させることができる。特に、この構成事例では、バルク磁石２を用いることで、超伝導ソレノイドを用いる設備に比較して、その設備を大幅に簡素化でき、低コストで提供できるメリットが得られる。しかも、フィルターを用いる磁性粒子の捕捉と比べ、目詰まりの畏れもなく、フィルターの場合のような頻繁な洗浄が不要で、処理作業の中断による稼働率の低下も、最小限に留めることができる。
【００１７】
なお、ここでは、バルク磁石２および多数の誘導片３による高勾配磁場の発生、導管１の内壁で浮遊固形物Ｓを捕捉することを簡潔に説明するために、単列の導管１での被処理水からの浮遊固形物の回収について、その構成および作用効果を示しているが、浮遊固形物の除去作業に連続性を持たせるために、実際には、導管１の一部を複列（少なくとも、２列）とし、そこに、浮遊固形物回収領域４およびこれに対応するバルク磁石２を、それぞれ設けると共に、導管１の一部（浮遊固形物回収領域４に対応する箇所）を取り外し、洗浄するための設備を備えており、１つの浮遊固形物回収領域４で洗浄を行っている際でも、他の領域で浮遊固形物Ｓの回収が継続されるように構成するのが好ましい。
【００１８】
図２に示す第２の構成事例では、このような浮遊固形物Ｓの洗浄、排出を、被処理水の継続的な処理作業の中で実現できる工夫がなされている。ここでは、上下に平行して設けた２個の導管１、１’内の浮遊固形物回収領域４、４’に対応する箇所の、被処理水の導入側および導出側に、それぞれ、ゲートバルブ９、９’および１０、１０’を装備すると共に、導管１、１’に連通する洗浄水の導入路１１、導出路１２に、それぞれ、流路切換のための開閉バルブ１３、１４を装備している。
【００１９】
また、各導管１、１’を挟んで対向するバルク磁石２、２は、真空容器５内に収容されており、真空容器５は、支持部材７に支持されている。また、支持部材７は、小型冷凍機および真空ポンプなど（図示せず）を収容した装置筐体８と共に、適宜な駆動手段（図示せず）で、上下方向に昇降動作でき、これによって、導管１、１’から交代的にバルク磁石を接離動作させ、導管１、１’内の浮遊固形物回収領域４、４’での磁場の発生、消滅を瞬時に実現することができる。
【００２０】
従って、ゲートバルブ９、１０を開放し、開閉バルブ１３，１４を閉じた状態で、対応するバルク磁石２、２で、導管１内の被処理水の流れに交差するように、浮遊固形物回収領域４に磁場を与えると、導管１に設けた誘導片３が、機能的に磁場の誘導作用をなし、バルク磁石２、２の磁極端を、実質的に導管１内の壁面（主として、左右側壁面）に導入した形となり、導管１内で、高い磁場の勾配を確保できる。これにより、導管１の内壁に浮遊固形物Ｓが堆積付着する。
【００２１】
また、前記駆動手段（図示せず）の働きで、装置筐体８と共に、バルク磁石２、２が移動して、導管１から離れ、導管１’を挟む状態になると、この状態で、ゲートバルブ９、１０を閉じ、ゲートバルブ９’、１０’および開閉バルブ１３，１４を開くと、導管１’側に被処理水が誘導され、導管１側が、被処理水の流れから遮断されるので、導管１（浮遊固形物回収領域４に対応する導管の一部が分離できる構造の場合は、その部分）を取り外して、内壁面に付着した浮遊固形物Ｓを洗浄し、除去することができ、しかも、この間、実質的に処理作業を中断せず、継続的な処理が維持される。
【００２２】
このような構成では、超伝導ソレノイドコイルを用いる場合のように、導管１内での被処理水の流れの中で、十分な高勾配磁場を発生できる。また、この実施の形態でも、バルク磁石を用いることで、超伝導ソレノイドを用いる設備に比較して、その設備を大幅に簡素化でき、低コストで提供できるメリットが得られる。しかも、フィルターの洗浄が不要であり、低音超伝導ソレノイドのように励磁・消磁に長時間を要する必要がなく、瞬時にして、使用している導管１（１’）の浮遊固形物回収領域４（４’）から磁場を消滅できるので、各導管１、１’の交代的な洗浄時間のための時間短縮が可能で、実質的に処理作業の継続が維持される。これは、全体としての、浮遊固形物の分離効率を高める上で効果がある。
【００２３】
また、図５に示す第３の構成事例では、導管１を上辺が開放したＵ字溝型とし、その両側内壁面に近く、しかも、流路と平行に複数のボード６（非磁性材料を用いる）を挿入する。この場合、これらボード６には、先述の構成事例で導管１の壁に埋設したと同じような、誘導片３を埋設して浮遊固形物回収領域４での高勾配磁場を確保し、浮遊固形物の付着・回収を行うようにしている。そして、要すれば、これらボード６と交代的に出し入れできる別の組のボード６’を用意して、瞬時の入れ替えで、実質的に処理作業を継続すると共に、取り出したボードについては、前記処理作業過程で、これに付着した浮遊固形物の分離・除去を達成することができる。
【００２４】
このような構成では、超伝導ソレノイドコイルを用いる場合のように、導管１内の被処理水の流れの中で、十分な高勾配磁場を発生でき、しかも、バルク磁石を用いることで、超伝導ソレノイドを用いる設備に比較して、その設備を大幅に簡素化でき、低コストで提供できるメリットが得られる。また、第２の構成事例のように、バルク磁石２を上下に昇降移動する必要がなく、全体構成を単純化でき、しかも、ボードの入れ替えが可能なので、この場合には、継続的な処理作業が可能なメリットがある。また、配管を移動して磁場から接離動作させる方法と比べても、駆動手段を要しない点でメリットがある。
【００２５】
なお、上述の構成事例では、導管１の断面形状を、長方形、Ｕ字溝型としたが、円断面、楕円断面などの適当な断面形状にできること、また、導管１を上下（あるいは左右に）複数、重ねた構成とし、これに対応するようにバルク磁石２を複数組用意して、多列の流路を構成することは、本発明において勿論、可能なことである。また、流路の切換における回路構成は、周知の配管技術において、必要に応じた形態に選択できることは勿論である。更に、状角構成事例では、バルク磁石を用いたが、バルク磁石に代えて、公知の超伝導ソレノイドコイルを用いた磁場発生装置においても、導管１における本発明の誘導片の働きにより、同等の効果が得られることは勿論である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、以上詳述したように、磁性体微粒子を含む凝集剤で、被処理水中の汚濁物を、磁性を持った浮遊固形物とし、被処理水の流れの中で、磁力により、前記浮遊固形物を被処理水から分離する浄化装置において、非磁性材料からなる導管内の被処理水の流れを挟んで異極を対向させた状態で前記流れと交差する磁場を形成するように、前記導管に対して接近した状態で磁石を配置すると共に、前記導管の少なくとも前記磁石に対向する壁面に、外側から磁性材料よりなる多数の誘導片を埋設して、前記導管内での、少なくとも前記磁石間に位置する浮遊固形物回収領域での磁場勾配を高めるように構成し、前記導管内を流れる前記浮遊固形物を、前記浮遊固形物回収領域における前記壁面内側で捕捉するように構成したことを特徴とする。
【００２７】
従って、導管の浮遊固形物回収領域を通る被処理水に対して、導管外の磁石でも、誘導片の働きで浮遊固形物回収領域に高勾配磁場が得られ、浮遊固形物の捕捉機能を十分に発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態において、第１の構成事例を示す概略断面図である。
【図２】同じく、第２の構成事例を示す概略断面図である。
【図３】高勾配磁場発生のための、その実施形態における導管での誘導片の配置を示す斜視図である。
【図４】第２の構成事例における配管構造を示す側面図である。
【図５】本発明に係る第３の構成事例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１、１’ 導管（配管）
２ バルク磁石
３ 誘導片
４、４’ 浮遊固形物回収領域
５ 真空容器
６、６’ ボード
７ 支持部材
８ 装置筐体
９、９’、１０、１０’ ゲートバルブ
１１ 導入路
１２ 導出路
１３、１４ 開閉バルブ

Claims (6)

1. 磁性体微粒子を含む凝集剤で、被処理水中の汚濁物を、磁性を持った浮遊固形物とし、被処理水の流れの中で、磁力により、前記浮遊固形物を被処理水から分離する浄化装置において、
   非磁性材料からなる導管内の被処理水の流れを挟んで異極を対向させた状態で前記流れと交差する磁場を形成するように、前記導管に対して接近した状態で磁石を配置すると共に、前記導管の少なくとも前記磁石に対向する壁面に、外側からフェライトを含む感磁性材料よりなる多数の誘導片を埋設して、前記導管内での、少なくとも前記磁石間に位置する浮遊固形物回収領域での磁場勾配を高めるように構成し、前記導管内を流れる前記浮遊固形物を、前記浮遊固形物回収領域における前記壁面内側で捕捉するように構成したことを特徴とする、磁性体を用いた浄化装置。
2. 前記誘導片は、埋め込み先端を、前記導管の内壁面近くまで延出している棒状あるいは扁平なチップで構成していることを特徴とする、請求項１に記載の磁性体を用いた浄化装置。
3. 前記磁石は、超伝導バルク磁石、永久磁石あるいは電磁ソレノイドを用いた電磁石で構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の磁性体を用いた浄化装置。
4. 前記導管は、複数路が並列され、前記磁石と導管とは、前記磁石間に前記導管の一通路が選択的に位置されるように、相対的に移動可能な構成となっていると共に、複数路は、バルブ操作で、流路を切り替えられるように構成されていることを特徴とする、請求項１ないし３の何れか１項に記載の磁性体を用いた浄化装置。
5. 前記導管の、少なくとも浮遊固形物回収領域を含む部分が、取り外し可能になっていることを特徴とする、請求項１ないし４の何れか１項に記載の磁性体を用いた浄化装置。
6. 磁性体微粒子を含む凝集剤で、被処理水中の汚濁物を、磁性を持った浮遊固形物とし、被処理水の流れの中で、磁力により、前記浮遊固形物を被処理水から分離する浄化装置において、
   非磁性材料からなる導管内の被処理水の流れを挟んで異極を対向させた状態で前記流れと交差する磁場を形成するように、前記導管に対して接近した状態で磁石を配置すると共に、前記導管内に非磁性材料からなるボードを配置し、該ボード内にフェライトを含む感磁性材料よりなる多数の誘導片を埋設して、前記導管内での、少なくとも前記磁石間に位置する浮遊固形物回収領域での磁場勾配を高めるように構成し、前記導管内を流れる前記浮遊固形物を、前記浮遊固形物回収領域におけるボード表面で捕捉するように構成したことを特徴とする、磁性体を用いた浄化装置。

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