JP6116733B1 - 重金属分離システム - Google Patents
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Abstract
【課題】磁性粉を用い処理対象物中の重金属を更に効率的に分離回収する重金属分離システムを提供する。【解決手段】この重金属分離システム１００は、重金属成分を含む処理対象物と磁性粉とを第１槽３０にて混合攪拌しながら、磁石部６０によって重金属成分を磁性粉ごと第２槽４０に移送する。そして、第２槽４０中の酸性溶液によって磁性粉と重金属成分との吸着状態を解消するとともに磁性粉回収部７０へ吐出し、この磁性粉回収部７０において重金属成分と磁性粉とを分離する。そして、これらが機能的に動作することで、焼却灰等の処理対象物中の重金属をより一層効率良く分離回収することができる。【選択図】図１
Description
本発明は、廃棄物の焼却灰、下水処理汚泥、汚水等の処理対象物中に含まれる重金属成分を分離する重金属分離システムに関するものである。
家庭ゴミや産業廃棄物の焼却灰、下水処理汚泥、その他の廃棄物汚泥、汚水等には、亜鉛、銅、マンガン、鉛、カドミウム、クロム等の重金属が含まれている場合がある。そして、これら重金属は自然環境や健康に悪影響を与える虞があり、そのまま埋立てや再利用に用いることは好ましいものではない。このため、例えば重金属を含有する焼却灰等はセメント固化法や溶融固化法等により処理される。しかしながら、セメント固化は近年の酸性雨によって重金属成分が溶出する可能性がある。また、溶融固化は高温処理のため高コストであり、また一部の重金属は揮発するという問題点がある。これらの問題点に関し、下記［特許文献１］には、磁性粉を用いて重金属成分を分離回収する方法に関する発明が開示されている。しかしながら、［特許文献１］には磁性粉を用いた重金属成分の分離回収方法が記載されているのみであって、重金属成分を低コストで効率良く分離回収するシステム構成に関する具体的な記載はない。よって、本願発明者らは磁性粉を用い処理対象物中の重金属を低コストかつ効率的に分離回収する重金属分離システムに関する［特願２０１５−２３６２７５号］に記載の発明を行った。
この［特願２０１５−２３６２７５号］の発明により、処理対象物中の重金属をある程度効率的に分離回収することが可能となった。ただし、分離効率は高い方が好ましく、更なる改善が望まれる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、磁性粉を用い処理対象物中の重金属を更に効率的に分離回収する重金属分離システムを提供することを目的とする。
本発明は、
（１）攪拌手段３２を備え磁性粉と重金属成分を含有する処理対象物とを水中で攪拌する第１槽３０と、前記第１槽３０の下方に設けられた第１沈殿槽３４と、前記第１沈殿槽３４と前記第１槽３０との間を開閉する第１開閉手段３６と、前記第１沈殿槽３４内の沈殿物を排出する第１排出部と、
酸性溶液を貯留した第２槽４０と、前記第２槽４０の下方に設けられた第２沈殿槽４４と、前記第２沈殿槽４４と前記第２槽４０との間を開閉する第２開閉手段４６と、前記第２沈殿槽４４内に沈殿した磁性粉を重金属成分ごと排出する第２排出部と、
前記第１槽３０及び第２槽４０内に出し入れ可能で前記磁性粉を重金属成分ごと磁着する磁石部６０と、前記磁石部６０を移送する移送手段６６と、前記磁石部６０の磁着を解除して前記磁性粉を重金属成分ごと前記第２槽４０内の酸性溶液中に脱落させる消磁手段８０と、前記第２排出部によって排出された沈殿物から磁性粉を分離する磁性粉回収部７０と、を有し、
前記磁石部６０は、複数の棒状磁石６２と、前記複数の棒状磁石６２を所定の間隙を取って鉛直方向に配列固定する保持部６４と、を有することを特徴とする重金属分離システム１００を提供することにより、上記課題を解決する。
（２）第１槽３０内の上澄み液を貯留して、凝固剤の投入により凝集物を除去した後、前記第１槽３０に送出する再生水槽５０を有することを特徴とする上記（１）記載の重金属分離システム１００を提供することにより、上記課題を解決する。
（３）棒状磁石６２が第１槽３０の内形寸法の８０％〜９０％の位置まで設けられ、かつ２ｃｍ〜５０ｃｍの等間隔で配列固定されることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の重金属分離システム１００を提供することにより、上記課題を解決する。
（４）磁性粉が、負荷磁場３９８ｋＡ／ｍにおける飽和磁化量が１０〜４９Ａｍ２／ｋｇ、もしくは１８１〜３００Ａｍ２／ｋｇであることを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の重金属分離システム１００を提供することにより、上記課題を解決する。
（５）棒状磁石６２が、側面に磁着面を備え磁束密度が１００Ｇ〜２００００Ｇの永久磁石であり、
消磁手段８０が、前記棒状磁石６２を挿入可能な鞘管８２と、前記鞘管８２を前記棒状磁石６２から抜き差しする着脱機構８４と、を有し、
前記棒状磁石６２を鞘管８２に収めた状態で第１槽３０内の磁性粉を重金属成分ごと前記鞘管８２表面に磁着するとともに、第２槽４０中の酸性溶液に浸漬した状態で前記鞘管８２から棒状磁石６２を抜くことで磁着を解除し前記磁性粉を前記第２槽４０内に脱落させることを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の重金属分離システム１００を提供することにより、上記課題を解決する。
（６）棒状磁石６２が電磁石であり、消磁手段８０が前記棒状磁石６２への通電をオン・オフするスイッチ機構８８であることを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の重金属分離システム１００を提供することにより、上記課題を解決する。
（７）第２槽４０内に浮上する無機珪素を含む浮上物を回収する浮上物質回収配管５８を前記第２槽４０の液面近傍に備えることを特徴とする上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の重金属分離システム１００を提供することにより、上記課題を解決する。
（１）攪拌手段３２を備え磁性粉と重金属成分を含有する処理対象物とを水中で攪拌する第１槽３０と、前記第１槽３０の下方に設けられた第１沈殿槽３４と、前記第１沈殿槽３４と前記第１槽３０との間を開閉する第１開閉手段３６と、前記第１沈殿槽３４内の沈殿物を排出する第１排出部と、
酸性溶液を貯留した第２槽４０と、前記第２槽４０の下方に設けられた第２沈殿槽４４と、前記第２沈殿槽４４と前記第２槽４０との間を開閉する第２開閉手段４６と、前記第２沈殿槽４４内に沈殿した磁性粉を重金属成分ごと排出する第２排出部と、
前記第１槽３０及び第２槽４０内に出し入れ可能で前記磁性粉を重金属成分ごと磁着する磁石部６０と、前記磁石部６０を移送する移送手段６６と、前記磁石部６０の磁着を解除して前記磁性粉を重金属成分ごと前記第２槽４０内の酸性溶液中に脱落させる消磁手段８０と、前記第２排出部によって排出された沈殿物から磁性粉を分離する磁性粉回収部７０と、を有し、
前記磁石部６０は、複数の棒状磁石６２と、前記複数の棒状磁石６２を所定の間隙を取って鉛直方向に配列固定する保持部６４と、を有することを特徴とする重金属分離システム１００を提供することにより、上記課題を解決する。
（２）第１槽３０内の上澄み液を貯留して、凝固剤の投入により凝集物を除去した後、前記第１槽３０に送出する再生水槽５０を有することを特徴とする上記（１）記載の重金属分離システム１００を提供することにより、上記課題を解決する。
（３）棒状磁石６２が第１槽３０の内形寸法の８０％〜９０％の位置まで設けられ、かつ２ｃｍ〜５０ｃｍの等間隔で配列固定されることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の重金属分離システム１００を提供することにより、上記課題を解決する。
（４）磁性粉が、負荷磁場３９８ｋＡ／ｍにおける飽和磁化量が１０〜４９Ａｍ２／ｋｇ、もしくは１８１〜３００Ａｍ２／ｋｇであることを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の重金属分離システム１００を提供することにより、上記課題を解決する。
（５）棒状磁石６２が、側面に磁着面を備え磁束密度が１００Ｇ〜２００００Ｇの永久磁石であり、
消磁手段８０が、前記棒状磁石６２を挿入可能な鞘管８２と、前記鞘管８２を前記棒状磁石６２から抜き差しする着脱機構８４と、を有し、
前記棒状磁石６２を鞘管８２に収めた状態で第１槽３０内の磁性粉を重金属成分ごと前記鞘管８２表面に磁着するとともに、第２槽４０中の酸性溶液に浸漬した状態で前記鞘管８２から棒状磁石６２を抜くことで磁着を解除し前記磁性粉を前記第２槽４０内に脱落させることを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の重金属分離システム１００を提供することにより、上記課題を解決する。
（６）棒状磁石６２が電磁石であり、消磁手段８０が前記棒状磁石６２への通電をオン・オフするスイッチ機構８８であることを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の重金属分離システム１００を提供することにより、上記課題を解決する。
（７）第２槽４０内に浮上する無機珪素を含む浮上物を回収する浮上物質回収配管５８を前記第２槽４０の液面近傍に備えることを特徴とする上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の重金属分離システム１００を提供することにより、上記課題を解決する。
本発明に係る重金属分離システムによれば、焼却灰等の処理対象物に対し、磁性粉を用いた重金属の分離回収を更に効率良く行うことができる。
本発明に係る重金属分離システムの実施の形態について図面に基づいて説明する。図１に示す本発明に係る重金属分離システム１００は、磁性粉と重金属を含有する処理対象物とを水中で攪拌する第１槽３０と、酸性溶液を貯留した第２槽と４０と、第１槽３０及び第２槽４０内に出し入れ可能で磁性粉を重金属成分ごと磁着する磁石部６０と、この磁石部６０を移送する移送手段６６と、磁石部６０の磁着を解除して磁性粉を重金属成分ごと第２槽４０内の酸性溶液中に脱落させる消磁手段８０と、第２槽４０の沈殿物から磁性粉を分離する磁性粉回収部７０と、を有している。
そして、第１槽３０は下部に攪拌手段３２を有するとともに、下側が漏斗状のホッパ部３０ａとなっている。尚、この攪拌手段３２、及び後述の第２槽４０の攪拌手段４２、再生水槽５０の攪拌手段５２としては、パルセータ型の皿状羽根車を用いることが好ましい。この構成によれば、洗浄等のメンテナンスが楽であることに加え、特に第１槽３０、第２槽４０では攪拌を行いながら槽内に磁石部６０を出し入れすることができ、磁性粉の移送及び分離を効率良く行うことができる。
また、このホッパ部３０ａの先には第１開閉手段３６を介して第１沈殿槽３４が設けられている。尚、第１沈殿槽３４には沈殿の状態を目視可能とする観察窓３８ａもしくは沈殿状態を検知する濁度センサー等の検知手段３８ｂを設けることが好ましい。また、第１沈殿槽３４の先側には吐出弁１０ａとポンプ手段１８と排出配管１２ａとを有する第１排出部が接続する。尚、第１槽３０の沈殿物は一般的に高濃度で含水率が低いため、第１排出部のポンプ手段１８としては詰りが生じにくい真空ポンプ等を用いることが好ましい。また、第１槽３０には、この第１槽３０内の上澄み液を送出する送出配管２０と開閉弁２０ａとポンプ手段２０ｂとを備えた送出手段が接続されている。さらに第１槽３０には、槽内に純水、イオン交換水、水道水、工業用水等の所定の水を供給する給水配管１４が接続されている。尚、処理対象物が焼却灰の場合には、処理対象物と水との混合液はアルカリ性を示す。よって、これらの部材は耐アルカリ性を有する材質、もしくは耐アルカリ性の表面処理を施すことが装置の経年劣化を防止する面から好ましい。
また、第２槽４０は第１槽３０と同様に下部に攪拌手段４２を有するとともに下側が漏斗状のホッパ部４０ａとなっており、このホッパ部４０ａの先には第２開閉手段４６を介して第２沈殿槽４４が設けられている。そして、第２沈殿槽４４の先側には吐出弁１０ｂとポンプ手段１９と排出配管１２ｂとを有する第２排出部が接続する。さらに第２槽４０には、開閉弁２２ａを備え槽内の酸性溶液を回収するための酸性溶液排出配管２２と、液面近傍に設けられるとともに開閉弁５８ａを備え無機珪素等を含む浮上物を回収する浮上物質回収配管５８とが接続している。尚、ここでの無機珪素とは無機珪酸、無機珪素化合物等を指す。また、第２槽４０では酸性溶液を貯留するため、これらの部材等は耐酸性の材質、もしくは耐酸性の表面処理を施すことが装置の経年劣化を防止する面から好ましい。
また、本発明に係る重金属分離システム１００は、第１槽３０内の上澄み液を回収して再利用するための再生水槽５０を備えていても良い。この再生水槽５０も下部に攪拌手段５２を有するとともに、下側が漏斗状のホッパ部５０ａとなっており、このホッパ部５０ａの先側には第３開閉手段５６を介して第３沈殿槽５４が設けられている。また、第３沈殿槽５４の先側には、吐出弁１０ｃと排出配管１２ｃとを有する第３排出部が接続する。また、再生水槽５０には、開閉弁１６ａ及びポンプ手段１６ｂを備え、再生水槽５０内の再処理水を第１槽３０に送出する還流配管１６が接続する。
尚、第１開閉手段３６、第３開閉手段５６、吐出弁１０ａ、１０ｃ及び開閉弁２０ａ、１６ａは、接続する配管に準じた口径を有し、手動及び電気制御により開閉する電磁弁を用いることが好ましい。また、第２開閉手段４６、吐出弁１０ｂ、開閉弁２２ａ、５８ａは安価な手動弁を用いることが好ましい。
また磁石部６０は、複数の棒状磁石６２と、この複数の棒状磁石６２を所定の間隙を取って鉛直方向に配列固定する保持部６４と、を有しており、移送手段６６により第１槽３０と第２槽４０との間を移動する。また、磁石部６０は移送手段６６によって所定の範囲で上下方向に移動が可能で、これにより磁石部６０を第１槽３０及び第２槽４０内へ出し入れすることができる。
ここで、図２を用いて磁石部６０の好ましい構成及び外形寸法を説明する。ここで、図２（ａ）は磁石部６０を第１槽３０に入れた状態の模式的な平面図であり、図２（ｂ）は模式的な側面図である。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、棒状磁石６２は所定の長さを有し、上端側が保持部６４に固定されて下方に垂下するように固定される。この棒状磁石６２に用いる磁石には特に限定は無く、周知のフェライト磁石、希土類磁石等の永久磁石や電磁石を用いることができる。また、棒状磁石６２の径にも特に限定は無くφ５０ｍｍ程度のものを用いることが好ましい。さらに、棒状磁石６２は第１槽３０内の全体に略均等に挿入されることが磁性粉の回収効率の面から好ましい。よって、磁石部６０の両最外部に位置する棒状磁石６２間の距離Ｌ１は、第１槽３０の内径寸法（第１槽３０が角形の場合には各辺の内寸）Ｌ２の８０％〜９０％とすることが好ましい。また、棒状磁石６２の保持部６４への設置本数、設置間隔は棒状磁石６２の磁力によって適宜設定され、棒状磁石６２の磁力が比較的弱い場合には密に配列し、比較的強い場合には疎に配列する。ただし、一般的な棒状磁石６２であれば概ね２ｃｍ〜５０ｃｍ程度の範囲で等間隔に保持部６４に配列固定することが好ましい。尚、棒状磁石６２に永久磁石を用いる場合には、面積の広い側面が磁着面として機能する径方向着磁の磁石を用いた方が磁性粉の回収効率の面から好ましい。このときの棒状磁石６２の磁束密度は１００Ｇ〜２００００Ｇ（ガウス）のものを用いることが可能であり、８０００Ｇ〜１４０００Ｇのものを用いることが特に好ましい。そして、径方向着磁の棒状磁石６２を用いた場合、棒状磁石６２を第１槽３０のなるべく深くまで浸漬することが好ましい。よって、棒状磁石６２の長さは、図２に示すようにホッパ部４０ａの上位置から液面までの距離Ｔよりも長くすることが好ましい。また、図１に示すように、棒状磁石６２の長さを中心側を長く、周側を短くしホッパ部３０ａに沿うようにしても構わない。この構成によれば、棒状磁石６２をホッパ部３０ａの側まで挿し入れることができるため、磁性粉の磁着をさらに効率良く行うことができる。また、棒状磁石６２が電磁石の場合には、磁着面である端面が第２槽４０の中程に位置する長さが好ましい。また、磁着面である端面が第２槽４０内の全体に分布するよう異なる長さの棒状磁石６２を配列するようにしても良い。
また、磁石部６０には磁性粉の磁着を解除する消磁手段８０が設けられる。ここで、図３に消磁手段８０の一例を示す。尚、図３においては、棒状磁石６２の長さが等しい例を示している。先ず、棒状磁石６２が永久磁石の場合の消磁手段８０としては、図３（ａ）に示すように、棒状磁石６２と同数で同位置に配列固定され、棒状磁石６２が挿入可能で自身は磁力を有さない鞘管８２と、これら鞘管８２を棒状磁石６２から抜き差しする着脱機構８４と、を備えるものが好ましい。また、棒状磁石６２が電磁石の場合の消磁手段８０としては、図３（ｂ）に示すように、棒状磁石６２を励磁するコイル８６への通電をオン・オフするスイッチ機構８８とすることが好ましい。尚、電磁石の棒状磁石６２及び鞘管８２は第２槽４０にて酸性溶液に浸漬するため、耐酸性の材質、もしくは耐酸性の表面処理を施すことが好ましい。
また、磁性粉回収部７０は、排出配管１２ｂから吐出した第２槽４０の沈殿物を受ける受け槽７２と、沈殿物中の磁性粉を分離回収する磁性粉分離手段７４と、を有している。尚、磁性粉分離手段７４としては周知の永久磁石、電磁石、もしくは周知のフィルタ等を用いることができる。そして、磁性粉分離手段７４に永久磁石を用いる場合には鞘管やカバー板等の消磁手段を備え、電磁石の場合には磁性粉分離手段７４を励磁するコイルへの通電をオン・オフするスイッチ機構を備えることが好ましい。
次に、本発明に係る重金属分離システム１００の動作を説明する。先ず、第１開閉手段３６、開閉弁２０ａを閉じた状態で、第１槽３０に水を供給する。この際、供給する水はｐＨ７〜８程度の中性に調整された再生水槽５０内の再処理水を用いることが好ましい。また、純水、イオン交換水、水道水、工業用水等を用いても良い。尚、第１槽３０の水に再処理水を用いる場合、再生水槽５０側の開閉弁１６ａを電気制御もしくは手動にて開状態とし、ポンプ手段１６ｂを起動して還流配管１６を通して再生水槽５０内の再処理水を第１槽３０に供給する。また、再処理水が不足した場合等には、給水配管１４から適宜、水道水、工業用水、純水、イオン交換水等を供給する。尚、処理対象物が焼却灰の場合、その給水量は概ね処理対象物の重量の４倍〜５倍程度とすることが好ましい。また、処理対象物が汚水の場合には、汚水の濃度に応じて適宜これらの水を供給する。
次に、焼却灰、下水処理汚泥、汚水等の処理対象物を所定量第１槽３０に投入する。処理対象物の投入方法は圧送、ベルトコンベア、ホッパ等による落下等、如何なる手法を用いても良い。このようにして第１槽３０に水及び処理対象物が投入されると、攪拌手段３２が動作して処理対象物を水中に攪拌する。尚、処理対象物が焼却灰の場合には、処理対象物との混合水はアルカリ性となる。
これと前後して、第１槽３０内に磁性粉を所定量投入する。このとき使用する磁性粉としてはフェライトやマグネタイトのような磁性酸化物粉末、磁性を有する金属粉等、如何なるものを用いても良い。尚、磁性粉は負荷磁場３９８ｋＡ／ｍにおける飽和磁化量が１０〜４９Ａｍ２／ｋｇ、もしくは１８１〜３００Ａｍ２／ｋｇのものを用いることが好ましい。さらに、磁性粉の平均粒径は１００μｍ以下が好ましく、特に１０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましい。また、磁性粉の投入量は処理対象物の重量に対して１ｗｔ％〜１００ｗｔ％が好ましく、特に１０ｗｔ％程度が好ましい。尚、磁性粉の製造方法としては、湿式酸化法等の周知の製造方法を用いることができる。
そして、処理対象物と磁性粉とは攪拌手段３２によって第１槽３０内にて攪拌される。このときの攪拌手段３２の回転数及び攪拌時間は第１槽３０の容量、処理対象物の種類及び量、水の量、攪拌手段３２の能力等にもよるが、概ね１０ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍ、好適には２００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍで３０ｍｉｎ程度とすることが好ましい。これにより、水中の重金属成分は電気的な引力等によって磁性粉に吸着する。また、水中に無機珪素が存在する場合には、これも磁性粉に吸着する。
次に、攪拌手段３２による攪拌を処理対象物及び磁性粉が第１槽３０の底に堆積しない程度に維持しながら移送手段６６を動作させる。そして、磁石部６０を第１槽３０内の磁性粉混合水中に浸漬する。これにより、棒状磁石６２の磁着面もしくは鞘管８２の表面に磁性粉が重金属成分等を吸着したまま磁着する。
次に、移送手段６６は磁石部６０を第１槽３０内から取り出す。このとき、処理対象物は磁石部６０には付着せず、第１槽３０内に残留する。そして、移送手段６６は磁石部６０を第２槽４０上に移動させて第２槽４０内の酸性溶液中に浸漬する。このとき第２開閉手段４６は開いた状態にあり、また吐出弁１０ｂ、開閉弁２２ａ、５８ａは閉じた状態にある。またこのとき、攪拌手段４２を動作させることで第２槽４０内の酸性溶液を攪拌状態とすることが好ましい。尚、第２槽４０の酸性溶液に用いる酸としては塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸類が好ましく、特に硝酸を４倍程度の純水で希釈して用いることが好ましい。
次に、攪拌手段４２による攪拌状態を維持したまま、消磁手段８０を動作させ磁石部６０の磁性粉の磁着を解除する。例えば、図３（ａ）に示す鞘管８２を用いた消磁手段８０では、着脱機構８４を保持して鞘管８２を第２槽４０の酸性溶液中に浸漬したまま磁石部６０を上昇させる。これにより、棒状磁石６２は鞘管８２内から抜き出されて鞘管８２表面の磁性粉の磁着は解除される。これにより、磁性粉及び重金属成分等は第２槽４０の酸性溶液中に脱落する。磁性粉が脱落した鞘管８２は着脱機構８４によって上昇し、第２槽４０から取り出されるとともに棒状磁石６２に着用される。また、図３（ｂ）に示す電磁石で構成された棒状磁石６２に対する消磁手段８０では、棒状磁石６２を酸性溶液中に浸漬したままスイッチ機構８８をオフする。これにより、棒状磁石６２を励磁するコイル８６への通電が停止し、磁性粉の磁着は解除される。これにより、磁性粉及び重金属成分等は第２槽４０の酸性溶液中に脱落する。その後、磁石部６０は移送手段６６によって第２槽４０から取り出される。そして、スイッチ機構８８がオンし、棒状磁石６２は磁石として再び機能する。
この磁石部６０による磁性粉及び重金属成分等の移送は、棒状磁石６２に磁着する磁性粉が無くなるまで５回〜６回繰り返し行われる。そして、第２槽４０内に脱落した磁性粉及び重金属成分等は酸性溶液によって吸着状態が解除され分離する。
磁性粉及び重金属成分が磁石部６０によって移送されると、第１槽３０の攪拌手段３２は回転を停止するとともに、第１開閉手段３６が電気制御もしくは手動にて開状態となる。このとき吐出弁１０ａは閉じた状態にある。そして、この状態で３ｍｉｎ〜６０ｍｉｎ静置する。これにより、処理対象物は開状態にある第１開閉手段３６を通って第１沈殿槽３４内に沈殿する。この処理対象物の沈殿状態は観察窓３８ａによる目視や検知手段３８ｂによってモニタされる。そして、処理対象物が第１沈殿槽３４内に十分に沈殿したと判断された場合、第１開閉手段３６を電気制御もしくは手動にて閉状態とする。そして、第１排出部の吐出弁１０ａを電気制御もしくは手動にて開状態とした後、ポンプ手段１８を起動する。これにより、第１沈殿槽３４内に沈殿した処理対象物は第１排出部の排出配管１２ａを通して所定の槽に排出される。尚、処理対象物に含まれる重金属成分、無機珪素等の鉱物類は前述のように磁性粉と磁石部６０とによって第２槽４０へ移送され、また塩類等は、第１槽３０内の上澄み液中に溶出しているため、沈殿した処理対象物はこれらの成分をほとんど含まず、特に重金属成分は環境省の基準以下となる。よって、第１排出部で排出された処理対象物は、所定の埋立て処理等が可能である他、例えば焼却灰の場合にはセメントやコンクリートブロックの材料として再利用することができる。
また、第１開閉手段３６の閉塞後、送出手段の開閉弁２０ａが電気制御もしくは手動にて開状態とされ、ポンプ手段２０ｂが起動する。この際、再生水槽５０の第３開閉手段５６、開閉弁１６ａは閉じた状態にある。これにより、第１槽３０の上澄み液は送出配管２０を通して再生水槽５０に送出される。上澄み液の送出が完了すると、開閉弁２０ａは閉塞し、ポンプ手段２０ｂは停止する。
そして、再生水槽５０へ送出された第１槽３０の上澄み液は、攪拌手段５２によって攪拌されながら例えばカルシウム系の凝固剤が所定量投入される。これにより上澄み液中に残存する塩類等が例えば塩化カルシウムとなって凝固する。塩類等が凝固すると、攪拌手段５２が停止するとともに第３開閉手段５６が電気制御もしくは手動にて開状態とされる。このとき、吐出弁１０ｃは閉状態にある。そして、この状態で静置する。これにより、塩類等の凝集物は開状態にある第３開閉手段５６を通って第３沈殿槽５４内に沈殿する。そして、所定の時間が経過して凝集物が第３沈殿槽５４内に十分に沈殿した後、第３開閉手段５６を電気制御もしくは手動にて閉状態とする。次に、第３排出部の吐出弁１０ｃを電気制御もしくは手動にて開状態とする。これにより、第３沈殿槽５４内に沈殿した凝集物は第３排出部の排出配管１２ｃを通して所定の槽に排出される。排出された凝集物はその物質に応じたしかるべき処理に付される。また、塩類等の凝集物が分離除去された再処理水は、フィルタ等によりその他の夾雑物が除去された後、水道水（市水）、工業用水、純水、イオン交換水等で適宜希釈され、ｐＨが中性程度に調整された後、前述のように開閉弁１６ａ、ポンプ手段１６ｂにより還流配管１６を通して適宜第１槽３０に供給され再利用される。
また、第２槽４０への磁性粉及び重金属成分等の移送が完了すると、攪拌手段４２は停止する。そして、磁性粉及び重金属成分等は酸性溶液中で２４ｈｒ程度静置される。これにより、磁性粉及び重金属成分は開状態にある第２開閉手段４６を通って第２沈殿槽４４内に沈殿する。また、無機珪素等は気泡を伴って第２槽４０の表面に浮上する。そして、所定の時間が経過して磁性粉及び重金属成分が第２沈殿槽４４内に十分に沈殿し無機珪素等が浮上すると、第２開閉手段４６を閉塞するとともに第２排出部の吐出弁１０ｂを開状態とし、ポンプ手段１９を起動する。これにより、第２沈殿槽４４内に沈殿した磁性粉及び重金属成分は第２排出部の排出配管１２ｂを通して磁性粉回収部７０の受け槽７２に排出される。また、これと前後して開閉弁５８ａが開くとともに浮上物質回収配管５８に接続した図示しないポンプ手段が起動する。これにより、無機珪素を含む浮上物が浮上物質回収配管５８を通して所定の槽に排出される。排出された浮上物はその物質に応じたしかるべき処理に付される。尚、沈殿物と浮上物の排出された酸性溶液はそのまま再使用されるとともに、適宜、酸性溶液排出配管２２を通して回収される。
受け槽７２に排出された磁性粉及び重金属成分は磁性粉分離手段７４によって分離される。ここで、磁性粉分離手段７４に磁石を用いた場合、受け槽７２に排出された磁性粉及び重金属成分に磁性粉分離手段７４を近接もしくは接触させる。これにより、磁性粉分離手段７４に磁性粉が磁着する。この磁性粉の分離は湿式で行っても良いし、乾燥後に乾式で行っても良い。尚、磁性粉と重金属成分は酸性溶液によって分離されているため、磁性粉分離手段７４には磁性粉のみが磁着し、他の重金属成分等は受け槽７２側に残留する。そして、磁性粉分離手段７４に磁着した磁性粉は磁性粉分離手段７４の消磁手段によって磁性粉分離手段７４から脱落し回収される。尚、回収された磁性粉は適宜水洗・乾燥等が施され、再利用される。また、受け槽７２に残留した重金属成分はしかるべき廃棄処理もしくは周知の方法により物質ごとに分離され再利用される。
以上のように、本発明に係る重金属分離システム１００は、重金属成分を含む処理対象物と磁性粉とを第１槽３０にて混合攪拌しながら、磁石部６０によって重金属成分を磁性粉ごと第２槽４０に移送する。そして、第２槽４０中の酸性溶液によって磁性粉と重金属成分との吸着状態を解消するとともに磁性粉回収部７０へ吐出し、この磁性粉回収部７０において重金属成分と磁性粉とを分離する。そして、これらが機能的に動作することで、焼却灰等の処理対象物中の重金属をより一層効率良く分離回収することができる。
尚、本例で示した重金属分離システム１００の各部の構成、形状、動作、各条件、配管経路等は一例であり、本発明は本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。
３０ 第１槽
３２ 攪拌手段
３４ 第１沈殿槽
３６ 第１開閉手段
４０ 第２槽
４４ 第２沈殿槽
４６ 第２開閉手段
５０ 再生水槽
６０ 磁石部
６２ 棒状磁石
６４ 保持部
６６ 移送手段
７０ 磁性粉回収部
８０ 消磁手段
８２ 鞘管
８４ 着脱機構
８８ スイッチ機構
１００ 重金属分離システム
３２ 攪拌手段
３４ 第１沈殿槽
３６ 第１開閉手段
４０ 第２槽
４４ 第２沈殿槽
４６ 第２開閉手段
５０ 再生水槽
６０ 磁石部
６２ 棒状磁石
６４ 保持部
６６ 移送手段
７０ 磁性粉回収部
８０ 消磁手段
８２ 鞘管
８４ 着脱機構
８８ スイッチ機構
１００ 重金属分離システム
Claims (7)
- 攪拌手段を備え、磁性粉と重金属成分を含有する処理対象物とを水中で攪拌する第１槽と、
前記第１槽の下方に設けられた第１沈殿槽と、
前記第１沈殿槽と前記第１槽との間を開閉する第１開閉手段と、
前記第１沈殿槽内の沈殿物を排出する第１排出部と、
酸性溶液を貯留した第２槽と、
前記第２槽の下方に設けられた第２沈殿槽と、
前記第２沈殿槽と前記第２槽との間を開閉する第２開閉手段と、
前記第２沈殿槽内に沈殿した磁性粉を重金属成分ごと排出する第２排出部と、
前記第１槽及び第２槽内に出し入れ可能で前記磁性粉を重金属成分ごと磁着する磁石部と、
前記磁石部を移送する移送手段と、
前記磁石部の磁着を解除して前記磁性粉を重金属成分ごと前記第２槽内の酸性溶液中に脱落させる消磁手段と、
前記第２排出部によって排出された沈殿物から磁性粉を分離する磁性粉回収部と、を有し、
前記磁石部は、複数の棒状磁石と、前記複数の棒状磁石を所定の間隙を取って鉛直方向に配列固定する保持部と、を有することを特徴とする重金属分離システム。 - 第１槽内の上澄み液を貯留して、凝固剤の投入により凝集物を除去した後、前記第１槽に送出する再生水槽を有することを特徴とする請求項１記載の重金属分離システム。
- 棒状磁石が第１槽の内形寸法の８０％〜９０％の位置まで設けられ、かつ２ｃｍ〜５０ｃｍの等間隔で配列固定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の重金属分離システム。
- 磁性粉が、負荷磁場３９８ｋＡ／ｍにおける飽和磁化量が１０〜４９Ａｍ２／ｋｇ、もしくは１８１〜３００Ａｍ２／ｋｇであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の重金属分離システム。
- 棒状磁石が、側面に磁着面を備え磁束密度が１００Ｇ〜２００００Ｇの永久磁石であり、
消磁手段が、前記棒状磁石を挿入可能な鞘管と、前記鞘管を前記棒状磁石から抜き差しする着脱機構と、を有し、
前記棒状磁石を鞘管に収めた状態で第１槽内の磁性粉を重金属成分ごと前記鞘管表面に磁着するとともに、第２槽中の酸性溶液に浸漬した状態で前記鞘管から棒状磁石を抜くことで磁着を解除し前記磁性粉を前記第２槽内に脱落させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の重金属分離システム。 - 棒状磁石が電磁石であり、消磁手段が前記棒状磁石への通電をオン・オフするスイッチ機構であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の重金属分離システム。
- 第２槽内に浮上する無機珪素を含む浮上物を回収する浮上物質回収配管を前記第２槽の液面近傍に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の重金属分離システム。
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