JP5808275B2 - 磁気分離装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、廃液に含まれる磁性粒子を分離する磁気分離システム及び磁気分離装置に関する。

磁気分離技術は、半導体のシリコンウェハ加工工場から排出される廃液中に含まれるシリコン粒子や鉄粉等の回収や廃液の浄化、古紙製紙工場から排出される廃液の浄化、地熱発電所で排出される地熱水中の砒素の除去等、地球環境保全や資源回収のために利用されている。

磁気分離装置で廃液中から鉄粉等の磁性粒子を磁気分離する部分は、例えば、配管内に内径を埋めるように磁性材料の金網（フィルタ）を複数枚収納したカラムである。このカラムに利用する配管は、円筒形や多角筒形であって、カラムを磁石で囲むことで、フィルタを磁化する。

磁気分離装置で磁性粒子を分離する場合、磁性粒子を含む廃水がフィルタを通過するとき、磁性粒子はフィルタに吸引、捕獲される。そのため、磁性粒子は磁気分離装置から流れ出ない。また、非磁性粒子を分離する場合、非磁性粒子を吸着する性質のある磁性粒子を廃液に混入する。非磁性粒子は、磁性粒子に吸着されているため、磁性粒子とともにフィルタに吸引、捕獲される。そのため、非磁性粒子も磁気分離装置からは流れ出ない。

しかしながら、長時間処理を続けてフィルタの圧力損失が大きくなった磁気分離装置では、廃水はフィルタを通過せずに、フィルタと配管の内壁との隙間を流れやすくなる。その場合、磁性粒子や磁性粒子に吸着されている非磁性粒子は、磁気分離装置から排出され、磁気分離装置の分離性能が低下する。

特開平７−６８１０９号公報

上述したように、従来の技術では、長時間処理を続けてフィルタの圧力損失が大きくなった磁気分離装置では、分離性能が低下する問題があった。

上記課題に鑑み、本発明の実施形態では、分離性能の高い磁気分離装置を提供する。

上記課題を解決するため、実施形態に係る磁気分離装置は、被処理水が流入されるとともに、内部で処理された処理水を流出する筒型のカラムを有する。また、カラム内に、流入する被処理水の流れに対して垂直に配置され、磁性体材料で形成される複数のフィルタと、中央に被処理水を通過させる通水孔が形成され、外周面がカラムの内壁と接触してカラムの内壁と金網の間を通過する被処理水の流路を遮断する遮断手段を有する。また、カラムの外周の所定位置に配置され、フィルタに磁場を印加する磁石を有する。

第１実施形態に係る磁気分離装置の断面図である。 図１の磁気分離装置の押し治具を説明する図である。 図１の磁気分離装置のパッキンを説明する図である。 図１の磁気分離装置における処理を説明する図である。 図４に続き図１の磁気分離装置における処理を説明する図である。 一般的な磁気分離装置における処理を説明する図である。 一般的な磁気分離装置と図１の磁気分離装置の分離の性能を比較する図である。 第２実施形態に係る磁気分離装置の断面図である。 第３実施形態に係る磁気分離装置の断面図である。

以下に、図面を用いて各実施形態に係る磁気分離装置について説明する。各実施形態に係る磁気分離装置は、磁力を利用して、廃液中の粒子を分離する。分離対象の粒子が磁性粒子である場合、磁性粒子を添加する必要はないが、分離対象の粒子が非磁性粒子である場合、廃液にこの非磁性粒子を吸着する性質をもつ磁性粒子を添加して、この磁性粒子に吸着された状態で非磁性粒子を分離する。

〈第１実施形態〉
図１に示すように、第１実施形態に係る磁気分離装置１ａは、内部に流路が形成されており、被処理水が流入されるとともに、この流路で内部で処理された処理水を流出する筒型のカラム１０と、カラム１０の流路に被処理水の流れに対して垂直に配置される、磁性体材料で形成される複数のフィルタ２１，２２と、カラム１０外周の所定位置に配置され、フィルタ２１，２２に磁場を印加する磁石３０と、被処理水がフィルタ２１，２２を通過して得られる処理水が通る通水孔が形成され、圧力によって外周面がカラム１０内壁と接触してカラム１０内壁とフィルタ２１，２２の隙間の被処理水の流れを遮断する遮断手段４０とを備えている。

カラム１０は、例えば両端が閉塞する四角筒であって、一端に流入管１１が接続されるとともに、他端に流出管１２が接続されている。このカラム１０には、流入管１１を介して廃液が流入し、フィルタ２１，２２で処理した処理水を流出管１２を介して流出する。また、カラム１０は、フィルタ２１を支持する第１支持部１３ａ及び遮断手段４０を支持する第２支持部１３ｂを有している。

磁気分離装置１ａでは、上流側に複数枚（例えば、５０枚）の目の細かい第１フィルタ２１が配置され、第１フィルタ２１よりも下流側に複数枚（例えば、１５０枚）の第１フィルタ２１よりも目の粗い第２フィルタ２２が配置される。例えば、第１フィルタ２１として７０メッシュのフィルタを使用し、第２フィルタ２２として４０メッシュのフィルタを利用する。ここで、メッシュとは、網目の細かさを表わす単位であり、１ｉｎｃｈ（２５．４ｍｍ）あたりの目の数を表わす。

磁石３０は、カラム１０の外部からカラム１０内に配置されるフィルタ２１，２２に磁場を印加することができれば、永久磁石でもよいし、電磁石でもよい。

磁気分離装置１ａの遮断手段４０は、第２フィルタ２２の下流に配置される第１押し治具４２ａと、第１押し治具４２ａの下流に配置されるパッキン４１と、パッキン４１の下流に配置される第２押し治具４２ｂを有している。

パッキン４１は、図２の縦断面図及び上面図に示すように、カラム１０の横断面と同様の形状であるが、中央に液体を通過させる通水孔を有し、圧力で変形する弾性のあるゴムや樹脂で形成されている。このパッキン４１は、外周面がカラム１０の内壁と対向し、処理水の流れと垂直に可動するように配置されている。

第１押し治具４２ａは、図３の上面図及び側面図に示すように、四角錐台形状ではあるが、中央に液体を通過させる通水孔を有し、圧力を受けても変形することのない物質で形成されている。この第１押し治具４２ａは、図１に示すように、カラム１０内で、傾斜がカラム１０の内壁から下流側中央に向かい、処理水の流れと垂直にフィルタ２１，２２よりも下流方向に可動するように配置されている。

また、第２押し治具４２ｂも、第１押し治具４２ａと同様に、四角錐台の形状であるが、中央に液体を通過させる通水孔を有し、圧力を受けても変形することのない物質で形成されている。この第２押し治具４２ｂは、図１に示すように、カラム１０内で、傾斜がカラム１０の内壁から上流側中央に向かい、処理水の流れと垂直にパッキン４１より下流側に可動するように配置されている。すなわち、この第２押し治具４２ｂは、図３に示した第１押し治具４２ａと同一の形状であるが、逆向きで配置される点で異なる。

この遮断手段４０では、上流側から下流側に圧力がかかって第１押し治具４２ａが下流側に移動すると、パッキン４１は第１押し治具４２ａと第２押し治具４２ｂによって外側に押し広げられて外周面がカラム１０の内壁に接触する。

磁気分離装置１ａで廃水を処理する前は、遮断手段４０には上流側から下流側への圧力がかかっておらず、図４に示すように、パッキン４１の外周面はカラム１０の内壁と接触していない。廃水の処理が続けられると、フィルタ２１，２２で捕獲された磁性粒子の量が増加してフィルタ２１，２２の目詰まりが始まる。特に、上流側に配置される目の細かい第１フィルタ２１から目詰まりが始まる。

第１フィルタ２１の目詰まりが始まると、第１フィルタ２１にかかる圧力が大きくなり、カラム１０内で可動自在に設置されている複数の第１フィルタ２１は下流側に押圧される。第１フィルタ２１が下流側に押圧されると、カラム１０内で可動自在に設置されている複数の第２フィルタ２２も下流側に押圧される。

このとき、第１押し治具４２ａは、フィルタ２１，２２によって上流側から下流側への圧力を受けて下流側に押圧される。第１押し治具４２ａが下流側に押圧されると、図５に示すように、パッキン４１は第２支持部１３ｂで支持される第２押し治具４２ｂと下流側に押圧される第１押し治具４２ａに挟まれ、対向する方向から圧力がかかって外側に押し広げられる。したがって、パッキン４１の外周面はカラム１０の内壁と接触し、フィルタ２１，２２とカラム１０の内壁との間の流路はなくなるため、パッキン４１のシール機能（遮断機能）が働いて全ての廃水がフィルタ２１，２２を通過することとなる。したがって、フィルタ２１，２２による磁性粒子の捕獲率が向上し、磁気分離装置１ａの分離効率を向上させることができる。

すなわち、図６に示すように、パッキンを有しない磁気分離装置の場合、目詰まりしてフィルタ２１，２２の圧力損失が大きくなると、水圧は抵抗の小さいフィルタ２１，２２とカラム１０との隙間にかかりやすくなり、フィルタ２１，２２を通らずに、フィルタ２１，２２とカラム１０との隙間を流路とする処理水が多くなっていた。これに対し、図５に示すように、パッキン４１を有する磁気分離装置１ａの場合には、パッキン４１で、フィルタ２１，２２とカラム１０の隙間の流路を塞ぐことができる。

図７は、磁気分離装置１ａによる磁性粒子の捕獲率の変化（Ａ）と、図６に示すパッキンを有しない磁気分離装置による磁性粒子の捕獲率の変化（Ｂ）を比較した一例である。ここでは、カラム１０に０．１５Ｔの磁場を印加し、水に磁性粒子を含む被処理水を２５Ｌ／ｍｉｎの流速でカラム１０に供給した場合に、１分毎に濁度計で処理水の濁度を計測した場合の変化の一例である。

磁性粒子は磁化されたフィルタで捕獲されるが、フィルタが目詰まりしたり、フィルタとカラムの隙間から磁性粒子が流れてフィルタによる磁性粒子の捕獲量が減少すると、磁性粒子に処理水が多く含まれるようになる。

図７に示すように、例では、パッキンを有しない磁気分離装置では１分４０秒経過した時点で捕獲率が低下したのに対し、パッキンを有する磁気分離装置１ａでは８分以上高い捕獲率が継続した。

上述したように、磁気分離装置１ａでは、パッキン４１によってフィルタ２１，２２を通過していない被処理水が処理水として排出されるのを防止することで、磁性粒子が磁気分離装置１ａから排出されるのを防止する。

なお、ここでは、カラム１０が四角筒形の場合で説明したが、円筒形であっても良いし、他の多角筒形であっても良い。仮にカラム１０が円筒形の場合、パッキン４１は中空四角柱ではなく中空円柱であって、押し治具４２ａ，４２ｂは中空四角錐台ではなく中空円錐台である。

〈第２実施形態〉
図８に示すように、第２実施形態に係る磁気分離装置１ｂは、第１実施形態に係る磁気分離装置１ａと比較して、遮断手段４０にバネ４３を備えている点で異なる。このバネ４３は、コイルバネ等であって、一方が第１支持部１３ａに支持されるとともに、他方が第１フィルタ２１に支持され、第１フィルタ２１を下流側に押圧している。

したがって、第２実施に係る磁気分離装置１ｂでは、第１押し治具４２ａは常に下流側に押圧されており、パッキン４１も常に第１押し治具４２ａと第２押し治具４２ｂによって対向する圧力がかけられて外側に広げられている。

第２実施形態に係る磁気分離装置１ｂは、バネ４３によって常時上流側から下流側へ圧力がかけられ、フィルタ２１，２２の外周とカラム１０の内壁との間の流路を塞いでいる。したがって、流入する被処理水が常にフィルタ２１，２２を通過するような流路を形成することができる。

〈第３実施形態〉
図９に示すように、第３実施形態に係る磁気分離装置１ｃは、第１実施形態に係る磁気分離装置１ａと比較して、カラム１０の支持部１３ａ，１３ｂを備えず、可動自在の遮断手段４０に代えて、カラム１０に固定される遮断手段４４を備えている点で異なる。なお、図９では、磁気分離装置１ｃの一部のみを拡大して示し、カラム１０の両端と流入管１１及び流出管１２は省略している。

第３実施形態に係る磁気分離装置１ｃの遮断手段４４は、中央にフィルタ２１，２２の面積よりも小さい通水孔を有し、外周はカラム１０の内壁と接続されている。遮断手段４４は、図９に示すように、複数設けられ、各遮断手段４４の間に複数のフィルタが設けられるようにすることができる。

この遮断手段４４は、その外周とカラム１０との間に隙間ができず、フィルタ２１，２２を支えることができるものであれば材質は問わない。

第３実施形態に係る磁気分離装置１ｃは、カラム１０の内壁に固定されてフィルタ２１，２２の外周とカラム１０の内壁との間の流路を塞いでいる。したがって、流入する被処理水が常にフィルタ２１，２２を通過するような流路を形成することができる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、フィルタ２１，２２を通過していない被処理水が処理水として排出されるのを防止することで、磁性粒子が処理水に混入されるのを防止し、分離性能を向上することができる。

本発明の各実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ａ〜１ｃ…磁気分離装置
１０…カラム
１１…流入管
１２…流出管
１３ａ…第１支持部
１３ｂ…第２支持部
２１…第１フィルタ
２２…第２フィルタ
３０…磁石
４０…遮断手段
４１…パッキン
４２ａ…第１押し治具
４２ｂ…第２押し治具
４３…バネ

Claims (5)

1. 被処理水が流入されるとともに、内部で処理された処理水を流出する筒型のカラムと、
   前記カラム内に、流入する被処理水の流れに対して垂直に配置され、磁性体材料で形成される複数のフィルタと、
   前記カラムの外周の所定位置に配置され、前記フィルタに磁場を印加する磁石と、
   中央に被処理水を通過させる通水孔が形成され、外周面が前記カラムの内壁と接触して前記カラムの内壁と前記フィルタの間を通過する被処理水の流路を遮断する遮断手段と、を備え、
   前記遮断手段は、
   中央に液体を通過させる通水孔を有し、前記カラム内で被処理水の流路と垂直方向に可動自在に配置され、上流側から下流側に押圧されると外側に広がって外周面がカラムの内壁と接触するパッキンと、
   前記フィルタを上流側から下流側に押圧するバネと、を備えることを特徴とする磁気分離装置。
2. 前記遮断手段は、
   前記カラム内で前記フィルタよりも上流側に可動自在に配置され、中央に液体を通過させる通水孔を有し、下流側に傾斜が形成される第１押し治具と、
   前記カラムの内壁に設けられる支持部に支えられるとともに、前記カラム内で前記第１の押し治具より下流側に可動自在に配置され、中央に液体を通過させる通水孔を有し、上流側に傾斜が形成される第２押し治具とをさらに備え、
   前記パッキンは、前記第１押し治具と前記第２押し治具の間に配置され、前記第１押し治具が下流側に移動すると、前記第１押し治具と前記第２押し治具との傾斜部分で外側に広げられて外周面が前記カラムの内壁に接触することを特徴とする請求項１に記載の磁気分離装置。
3. 前記複数のフィルタは、上流側に配置されるフィルタの網目のほうが、下流側に配置されるフィルタの網目より細かく、
   前記遮断手段は、水圧によって上流側から下流側に押圧されることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気分離装置。
4. 前記遮断手段の外周面は、前記カラムの内壁に固定されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の磁気分離装置。
5. 前記カラムの断面形状は、多角形又は円形であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の磁気分離装置。
   

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