JP4369705B2 - 廃水の磁気処理装置 - Google Patents

Description

本発明は廃水を磁気処理等により浄化するとともに、活性化するための装置に関するものである。

例えば、塗装工程において大量に消費される洗浄水は、多量の有機溶剤を含んでおり、またプラスチックなどの成形用金型の洗浄水も離型剤廃液などを多量に含んでいる。さらに最近は、工場廃液が従来から問題となっているフッ素等を含む洗浄方法を使用することができなくなったために、水を洗浄に使用する方法が増大し、それとともに廃水の処理が問題化しつつある。しかしながら、このような工業用廃水の浄化は非常に大規模なプラントにより行われており、既存の設備に適用して効果を挙げ得るような装置は殆ど知られていない。

水の浄化という分野では、特開平９−３２７６９５号が出願されている。同号の発明は湖沼からプール、養魚用の水槽等の水質浄化を目的とするもので、汚水を磁気処理し、さらに濾材で濾過して浄化水とするとともに、適時に磁気処理水を逆流させて濾材を洗浄する、という方法を開示している。しかし、濾材で捕捉したごみなどを回収する方式であるため、濾材の管理が重要となる。また、原水は濾過により或る程度は浄化されるが、それ以上に改質されるものではない。

また本発明者は、先に、コロイド粒子が懸濁している液の処理装置を開発した。同装置では、コロイド粒子を凝集処理してフロックと呼ばれる粗大粒子を形成し、これを分離する方法を取っている。しかし、同装置の場合、気体取り込み部を液体循環路とは別に設けており、構成が複雑であるとともに、気体を取り込む効率も好ましいものではなかった。また、同装置では、液体に対する第１磁気作用部と気体に対する第２磁気作用部が必要である点でも望ましいものであるとは言えない。

特開平９−３２７６９５

本発明は前記の点に着目してなされたもので、その課題は、工場排水などの廃水を浄化するとともに、活性化することができる磁気処理装置を提供することである。また本発明の他の課題は、より少ない部品点数によって、水の浄化及び活性化をより効率良く行えるようにすることである。

前記の課題を解決するため、本発明は、コロイド粒子を含む工場排水である廃水を磁気処理等により浄化するとともに、活性化するための装置について、廃水を所望の流速及び圧力で一方向に流す管路を備えており、外部からエアを取り入れるエア取り入れ口を管路に設けるとともに、それよりも下流の管路内にて廃水とエアとを混合する、乱流発生器を有する気水混合部を具備し、管路内を流れている廃水とエアとの微粒状の混合物に対して磁気作用を加える磁気処理部を気水混合部における管路の外側に設けた構成を有し、上記管路は、廃水を貯溜めした廃水槽から出て、元の廃水槽へ戻る循環経路をなし、かつ管路内の廃水を排出するポンプを有しており、上記ポンプを、エア取り入れ口よりも下流の管路に配置し、上記磁気処理部は、管路内を流れる廃水流と磁界とが交叉するように、Ｎ極とＳ極を管路を挟んで対向的に配置した複数個の磁石対によって構成し、上記乱流発生器は２個１対の半管状部材を組み合わせて構成し、各半管状部材は、互いに係合可能な側部凹凸部と、端部凹凸部によって位置決めし、内面中央部に設けた乱流形成のための傾斜の異なる羽根を有し、これらの羽根の半径方向の向きを、端部凹凸部の噛み合いを変えることによって変化させるように構成するという手段を講じたものである。

本発明において取り扱う対象の廃水は、既に一部触れたように、塗装工程から排出される溶剤を含む廃水、プラスチック成形において排出される離型剤を含む廃水、切り粉や研磨粉などを含む洗浄水をフィルター処理した廃水などである。この内、粒径が１０μｍ以下１nｍの範囲の微粒子はコロイド粒子と呼ばれるが、これは本発明の取り扱う対象である。コロイド粒子を含む廃水は本発明において、凝集処理されるが、従来行われた、１）凝集剤の添加、２）荷電凝集法は取らず、本発明では磁気凝集法が適用される。

本発明の装置は、まず、廃水を一方向へ流す管路を備えていなければならない。この管路には、廃水を所望の流速及び圧力で流すための、ポンプ又はそれと同等の手段が必要である。管路は、廃水の排出口と、処理水を貯溜するタンクとを連絡し、管路を流れる廃水をただ１度だけ磁気処理するものであっても良いし、また廃水を貯溜した廃水槽から出て元の廃水槽へ戻す循環経路をなし、管路を流れる廃水を繰り返し磁気処理するためのものであっても良い。

当該管路には、エア取り入れ口が設けられる。エア取り入れ口は、例えば、管路内外に生じる圧力差で外気を取り入れられるものであることが、動力を必要とせず、保守等の負担も少なくて済むために望ましい。その最も単純な方法は管路に通じるエア取り入れパイプを立てて設けることであり、適切な条件が揃えば管路内を流れる廃水流で自然に取りこまれるようになる。条件としては管路内と外気が通じること、負圧を伴う流れであることなどである。そのためにエア取り入れ口は、ポンプ類を有する管路ではそれよりも上流に設けられる。

エア取り入れ口の下流には気水混合部が具備される。気水混合部は、管路内にて廃水とエアとを混合する乱流発生器を有している。乱流発生器は、管路内を流れる廃水流に激しい乱流を生じさせ、擾乱を起こし、微細気泡群を生成することを目的とするもので、微細気泡は、廃水から分離した微粒子及びその凝集フロックに付着し、下流の処理水を貯溜するタンク又は廃水を貯溜した廃水槽において微粒子及びその凝集フロックを浮上させ処理水から分離させる。

乱流発生器は、廃水流中に介在する障害物の一種と考えて良い。しかし単なる障害物程度のものではなく、水流に渦を発生させ、キャビテーションを起こすような機能を有するものであることが望まれる。乱流発生器となる部材を、所定管径の管路の内部に後からセットする場合には同部材容積分だけ管路の断面積が縮小し、それ故その分だけ抵抗が強まり或いは流速が増大する。乱流発生器は、その乱流を発生する部分の個数及び配置を変えることで擾乱の度合いを変化させることができる。

さらに、気水混合部を設けている管路の外部に、磁気処理部を設けることができる。磁気処理部は、管路内を流れる廃水をエアとの混合物に対して磁気作用を加えるもので、このように、気水混合部で混合乱流状態にある間に磁気作用を加えることに本発明の一つの特徴がある。気水混合部にて磁気作用を加えることが、浄化及び活性化の上で最も良い結果になり、しかも、１箇所に集中した気水混合及び磁気処理のために装置の小型化に寄与し、磁気処理部も簡潔化される。

気水混合部にて、廃水は激しい擾乱状態となり、水分子も水以外の粒子も微粒子化された状態にあるが、このような微粒子状態にある流れに対して、強力な磁気を作用させることは、例えばモーゼ効果により磁気の弱い方に移動する水と、常磁性を有する他の微粒子との挙動の相違を際立たせ、分離を助けると考えられる。

なお、本発明の磁気処理部において使用する磁石は、フェライト磁石、ネオジミウム−鉄−ボロン磁石（ネオジウム磁石）その他の永久磁石が望ましい。これらの磁石は、出来るだけ管路内を流れる廃水流と磁界とが交叉するように、かつまた、磁気作用が変化するように配置した複数個の磁石対を構成する。

本発明は以上のような構成を有し、かつ作用するものであるから、磁気凝集を基本とする方法により工場排水などの廃水を浄化することができるとともに、浄化水には多量の微細気泡を取り込むことができ、特に廃水中の異物については、分離結晶が形成されやす
く、コロイド粒子の凝集分離が早く行われ、酸化速度が低下し、劣化を防止する効果があり、浄化水については、マイナスイオン１５００個／ｃｃ以上、水分子のクラスターの細分化、水の表面張力の低下、溶存酸素量の増加、嫌化性細菌の繁殖を抑制するという効果を奏し、また、従来のものに比較して、より少ない部品点数によってより効率の良い水の浄化と活性化が可能となる。

以下図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。図１は、本発明に係る廃水の磁気処理装置１０の１例を示すもので、１１は廃水を貯溜する廃水槽、１２は管路であり、廃水槽１１の底部付近の取水口１３から廃水を取り入れ、磁気処理等ののち廃水槽１１の底部の排水口に処理水を環流する循環経路をなしている。
管路１２の最上流部には開閉栓１５をおいてエア取り入れ口１６が立てに設けてあり、その直後に、廃水を所望の流速及び圧力で一方向に送給するポンプ１７、圧力計１８及び開閉栓１９が設けられ、最下流部に、乱流発生器２０を有する気水混合部２１と、磁気処理部２２とが設置されている。即ち、気水混合部２１と磁気処理部２２とを同じ位置に重ねて設けるのが本発明の特徴である。

乱流発生器２０は、図２及び図３に示すように気水混合部２１の管路１２の内部に嵌め込まれる。例示の乱流発生器２０は２個１対の半管状部材２３、２４を組み合わせて構成され、各半管状部材２３、２４は、互いに係合可能な側部凹凸部２５と、端部凹凸部２６によって位置決めされ、内面中央部に設けた乱流形成のための傾斜の異なる羽根２７、２８を有し、これらの羽根２７、２８の半径方向の向きを、端部凹凸部の噛み合いを変えることによって変化させることができるようになっている。

図３は、端部凹凸部２６の噛み合いをずらすことによって、羽根２７、２８の半径方向の向きを変えた例を示すもので、向きは４５度ずつ変えられる。故に３６０÷４５＝８となり、図２に示したように２個１対の半管状部材２３、２４を８対連結係合した場合に
は、８方向に向きを変えられる。羽根２７、２８の向きの変え方は任意に決められ、図３に示すように必ずしも規則的でなくても良いのは勿論であるが、一方に片寄ることも好ましくないので、均等に向きが散るように配慮する。

気水混合部２１の外側に設置される磁気処理部２２は、管路内を流れる廃水流に磁気作用を加えるもので、例示の場合、２個１対の磁石片２９、３０を管路１２を挟んで対向的に配置した構成を有する。この配置は、磁束が廃水流と交叉する方向の配置であり、磁石片の対３１、３２、３３は、磁束方向を異ならせて配列されていて、その態様は第１対目３１が上→下ＮＳとすれば、第２対目３２は前→後ＮＳ、第３対目３３は下→上ＮＳのような配置を取る。

従って、管路１２を流れる廃水は、気水混合部２１及び磁気処理部２２において、羽根
２７、２８による激しい乱流化作用と、磁束の異なる磁石対３１、３２、３３による磁気作用とを同時に受けることとなる。図において、３４は磁石固定具、３５は接続フランジを示している。また、３９はキャビテーション防止のためのバイパス管であり、ポンプ内と管路とを連絡しており、気水混合流が正圧で流れる。

このような構成を有する本発明の装置１０において、各栓１５、１９を開け、かつポンプ１７を始動すると、廃水槽１１の廃水は取水口１３から管路１２に流入し所定の流速及び圧力で還流し、エア取り入れ口１４からエアが廃水流中に取り込まれ、排水口１４より廃水槽１１へ戻ることが繰り返されることとなる。その循環の過程に設けられた気水混合部２１及び磁気処理部２２において、廃水は、乱流発生部２０の羽根２７、２８によって擾乱を起こし、廃水中の水流はキャビテーションを生じて激しく揺さぶられ、それに伴い廃水中の粒子も激しく振動する。

その際、水分子、そこに溶け込んでいる気泡、コロイド状粒子などは、夫々の質量と形態に応じた運動量変化を行い、かつ磁界によって受ける変化も水分子、溶存酸素及びコロイド粒子の物性に応じた異なるものとなるので、同種のものがフロックを形成する傾向となる、と考えられる。また、気水混合部２１においてキャビテーションを起こした水流は溶存酸素を取り込んで活性化されながら微細気泡へと変化する。

斯くして分離された水分子、コロイド粒子中の常磁性体等は、微細気泡と共に、廃水槽１１に還流し、微細気泡と共に槽内水面へ向かってゆっくりと浮上する。図１において、符号３６は廃水から分離されスカムとなった成分、３７は浄化水を示す。以上の作用が繰り返され廃水は次第に浄化される。

磁気処理部２２については、図６に示すように、２個の磁石を、Ｎ極とＳ極とが向き合い、磁気的に吸着し合うような配置を取ることができる。この配置を取ると、ＮＳ両極間の磁力線が管路１２を貫通するように構成することが可能であり、管路中央付近を流れる廃水流に対しても十分に磁気作用を加えることができる。

これとは逆に、２個の磁石を、Ｎ極同士又はＳ極同士が向き合い、磁気的に反発し合うような配置を取ることも可能であり、これは図７に示されている。この配置の場合、磁力線がぶつかるようにして向きを急激に変化する現象が得られ、廃水流に対して非常に変化に富んだ磁気作用を加えることができる。

本発明は図６の配置もまた図７の配置もとり得るものであり、処理対象に応じて組み合わせ、また組み合わせを変えることもできる。例えば、或る実験では図１及び図２の例における、第１対３１、第２対３２の磁石を図６の配置とし、第３対３３の磁石を図７の配置として好い結果を得ている。

図１に示した装置１０を用いて、自動車用クラッチ板の水洗浄により排出された廃水を磁気処理した。１時間稼働後原廃水と１時間処理水とを分析比較したところ、浮遊物質は
１６００ｍｇ/Ｌから２４ｍｇ／Ｌに、ヘキサン抽出物質は３５０００ｍｇ／Ｌから１００ｍｇ／Ｌに夫々減少した。この減少は画期的なものである。

同様に、プラスチック成形に使用した金型の水洗浄により排出された、明らかに離型剤廃液を含む廃水を磁気処理した。１時間稼働後、原廃水と処理水とを分析比較したとこ
ろ、浮遊物質は３６０００ｍｇ／Ｌから１５０ｍｇ／Ｌに、ノルマルヘキサン抽出物質は１５０００ｍｇ／Ｌから１００ｍｇ／Ｌに夫々減少した。この減少も顕著な効果ということができる。

同様に、プレス部品塗装前洗浄液を廃水として本発明により処理した。１時間稼働後、原廃水と処理水とを分析比較したところ、浮遊物質は６９ｍｇ／Ｌから４ｍｇ／Ｌに、
ノルマルヘキサン抽出物質は１２０ｍｇ／Ｌから２ｍｇ／Ｌと夫々減少した。この減少も十分顕著なものである。

本発明は以上のように構成されかつ作用するものであるから、水洗浄などにおいて排出された廃水から、洗浄工程等において水中に混合している成分を分離回収すると共に、処理水は溶存酸素を多量に含む、クラスターの小さい活性化された水として再生することを可能にするので、水の再利用に関する分野に好適に利用される。

本発明に係る廃水の磁気処理装置の例１を示す模式図。 同上要部の斜視図。 同じく作用説明図。 （ａ）一方の半管状部材の内面図。

（ｂ）同じく平面図。
（ａ）他方の半管状部材の外面図。

（ｂ）同じく平面図。
磁気処理部の作用の例１を示す説明図。 同じく例２を示す説明図。

符号の説明

１０ 本発明に係る磁気処理装置
１１ 廃水槽
１２ 管路
１６ エア取り入れ口
１７ ポンプ
２０ 乱流発生器
２１ 気水混合部
２２ 磁気処理部
２７、２８ 羽根
２９、３０ 磁石片
３１、３２、３３ 第１、第２、第３の各磁石対

Claims (2)

1. コロイド粒子を含む工場排水である廃水を磁気処理等により浄化するとともに、活性化するための装置であって、廃水を所望の流速及び圧力で一方向に流す管路を備えており、外部からエアを取り入れるエア取り入れ口を管路に設けるとともに、それよりも下流の管路内にて廃水とエアとを混合する、乱流発生器を有する気水混合部を具備し、管路内を流れている廃水とエアとの微粒状の混合物に対して磁気作用を加える磁気処理部を気水混合部における管路の外側に設けた構成を有し、上記管路は、廃水を貯溜した廃水槽から出て、元の廃水槽へ戻る循環経路をなし、かつ管路内の廃水を排出するポンプを有しており、上記ポンプを、エア取り入れ口よりも下流の管路に配置し、上記磁気処理部は、管路内を流れる廃水流と磁界とが交叉するように、Ｎ極とＳ極を管路を挟んで対向的に配置した複数個の磁石対によって構成し、上記乱流発生器は２個１対の半管状部材を組み合わせて構成し、各半管状部材は、互いに係合可能な側部凹凸部と、端部凹凸部によって位置決めし、内面中央部に設けた乱流形成のための傾斜の異なる羽根を有し、これらの羽根の半径方向の向きを、端部凹凸部の噛み合いを変えることによって変化させるように構成したことを特徴とする廃水の磁気処理装置。
2. エア取り入れ口は、管路の最上流部における開閉栓の直後の下流に設けられている請求項１記載の廃水の磁気処理装置。

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