JPH09313977A - 常磁性体の磁気分離方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】工場排水の水質や水量に制約されずに、排水中
の重金属イオンを含む常磁性体を分離回収できる、安価
な処理方法を提供すること。 【解決手段】排水管内の一部に設置した磁心を、配管外
部から筒状コイルで囲い、該コイルにパルス電流または
脈流を流すことによって、該磁心を磁化し、配管内に連
続的に磁場勾配を発生させる。その磁場勾配内を排水を
高速で通過させ、常磁性体の持つ磁気的性質を利用し
て、排水中から常磁性体を分離回収する。なお、この
際、強磁性体も当然同時に回収することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工場排水または実
験室排水などから、重金属イオンなどを含む常磁性体を
磁気的に分離し、常磁性体濃厚液として回収する方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】工場から排出されるカドミュウム、鉛、
水銀、銅、ニッケル、亜鉛、鉄、などのいわゆる重金属
イオンを排水中から分離回収する方法として、従来用い
られている主な方法について説明する。

【０００３】（１）中和凝集沈殿方法。最も広く用いら
れている方法である。この方法では排水を貯水池に貯め
て水量と水質を平均化した後、中和槽に導き、酸または
アルカリでｐＨ調整を行い重金属イオンを重金属水酸化
物として析出させる。これを凝集槽に送り、大きなブロ
ックに成長させてから、さらに固液分離槽に送る。固液
分離槽では固体は沈澱し、分離された上澄み液は最終調
整槽に送られｐＨ調整されてから放流される。固体沈澱
物はこの後、濃縮槽で濃縮され、さらに脱水機で固体ス
ラッジにして処分される。

【０００４】中和凝集沈殿法においては、排水中に含有
される重金属イオンの種類や使用する中和剤の種類によ
って、最適沈澱ｐＨ濃度が異なってくるので、あらかじ
め含有成分の測定を行い、中和剤を選定し、ｐＨを適正
範囲に維持することが重要である。ｐＨ調整が適当でな
いと、重金属水酸化物の再溶解などが生じて、重金属イ
オンが放流される場合がある。

【０００５】分散剤、界面活性剤、還元剤なども中和凝
集沈澱作用を妨げるので、あらかじめこれらの成分が混
入することを防ぐことが必要である。また、排水中に錯
形成成分が含まれている場合には、重金属イオンが錯イ
オンを形成して、重金属水酸化物が生成されず、従って
沈澱物を生じなくなるので、あらかじめ錯形成成分が混
入しないようにするか、放流前に別途錯イオンを吸着す
る装置を設けることが必要になる。

【０００６】（２）イオン交換樹脂法。これは合成樹脂
に特定の活性基を導入したものを用い、排水が活性基面
に接触しながら通過する際に、排水中の溶解塩の陽イオ
ン及び陰イオンが、それぞれ活性基のイオンと交換さ
れ、樹脂に吸着し、代わりに水が生成されるという方法
である。イオン交換樹脂には強酸性陽イオン交換樹脂、
弱酸性陽イオン交換樹脂、強塩基性陰イオン交換樹脂、
弱塩基性陰イオン交換樹脂の４種類があり、それぞれ別
々に樹脂塔に詰めたものを、排水中の含有成分に合わせ
て、組み合わせて使用するものである。

【０００７】イオン交換樹脂法では流速が遅い方が確実
であるため、大量の処理には適さない。活性基のイオン
交換能力には飽和限度があるため、イオン濃度が高い排
水の場合にはすぐに飽和し、再生処理を頻繁に行なわな
ければならなくなる。また、イオン交換樹脂に油分、界
面活性剤などの有機物や、鉄、珪素系のコロイド物質が
付着すると、交換能力が低下するので、あらかじめ活性
炭やフィルターでこれらの阻害物を除去する前処理が必
要である。

【０００８】（３）逆浸透法。これは水分子は通すが溶
質は通さないという性質を持つ半透膜を用い、濃厚液側
から圧力をかけて水を絞り出す方法である。手軽な方法
で少量排水の処理には適しているが、一段処理だけでは
透過水の純度が十分でない場合には、２段処理にしなけ
ればならず、装置が大型化し、高価になる。また、鉄、
カルシュム系のコロイド物質が含有されていると、高価
な半透膜を詰まらせて劣化させるので、前処理が必要に
なる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の主な排水処理方
法のそれぞれについての課題をまとめると下記のように
なる。 （１）中和凝集沈殿法は、排水量が多く、重金属イオン
濃度も高い場合に適した処理方法であるが、以下のよう
な課題を有する。 （イ）貯水池や各種処理槽が必要なため、設備面積が大
きくなる。 （ロ）処理プロセスが多いため、装置が大がかりで高価
になる。 （ハ）ｐＨ管理の程度によっては、重金属が流出する場
合もある。 （ニ）分散剤、活性剤、還元剤等が混入すると、沈澱が
不十分になり、重金属が流出する場合がある。 （ホ）重金属が錯イオンを形成した場合には、沈澱しな
いため流出する。 （ヘ）上記（ハ）〜（ホ）のような場合には、重金属の
流出を防ぐための適当な後処理装置がない。

【００１０】（２）イオン交換法は、重金属イオンの形
態に制約されない方法である。重金属イオン濃度が低
く、処理量も少ない場合に適しているが、以下のような
課題を有する。 （イ）排水中のイオンの種類が多い場合にはイオン交換
塔を複数台設置しなければならないため、複雑で高価に
なる。 （ロ）樹脂の吸着能力が飽和する都度、再生処理を行わ
なければならないので、高濃度または大量水の処理には
不適である。 （ハ）排水中に有機物やコロイド物質が含まれている場
合には吸着能力が低下するので、前処理装置が必要であ
る。

【００１１】（３）逆浸透法はそれだけでは最も手軽な
方法であるが、次のような課題を有する。 （イ）一段処理では処理後の水質が十分ではない。 （ロ）処理後の水質を改善するために２段にすると費用
が高くなる。 （ハ）排水処理能力が小さい。 （ニ）半透膜の損耗が早く、高価である。

【００１２】（４） 上述のように、従来の重金属イオ
ン回収方法に関する課題をまとめると次のようになる。 （イ）重金属イオンの形態や混在成分に制約されずに、
排水を処理できる経済的な方法がない。 （ロ）中規模または小規模の排水を処理するための経済
的な方法がない。 （ハ）保守管理を必要としない、簡便で経済的な処理方
法がない。

【０００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、主として重金
属イオンなどの常磁性体を含む排水の処理を対象とした
もので、従来用いられている中和沈澱法やイオン交換
法、あるいは逆浸透法などの方法とは異なり、すべての
物質が有している磁気的性質を利用して、排水中から重
金属イオンなどの常磁性体を分離回収することができ
る、簡便かつ経済的方法を提供するものである。磁気的
に強磁性体を分離回収することは既に広く行われている
が、これを常磁性体に応用するには、常磁性体の磁化率
が小さいため、そのままでは困難であった。本発明はこ
れを解決したものであり、勿論強磁性体も同時に分離回
収することができるものである。

【００１４】常磁性体は外磁場が作用する中では磁性を
示し、磁場の強い方へ引き付けられる性質を示す。一般
に、このような力は静的状態においてはその物体の体積
と磁場勾配の大きさに比例するが、動的状態においては
磁場勾配の中を物体が移動する速度が速くなるほど大き
くなるものである。

【００１５】また、排水中に含まれる常磁性体以外の物
質は磁気的には反磁性体であり、外磁場に反発し遠ざか
る性質を有する。この反発力はまた、静的にはその物体
の体積と外磁場の磁場勾配の大きさに比例するが、動的
状態ではその物体が磁場に近ずく速度が速くなるほど大
きくなるものである。

【００１６】本発明を図１について説明する。排水管１
外周に設置した筒型コイル２にパルス電流または各種波
形の脈流を流すと、該筒型コイル２の内部には長手方向
に沿って磁束が発生し、これによって棒磁心３が磁化さ
れ、その両端に磁極４、５が形成される。この結果排水
管１内には棒磁心３の両端部磁極４、５を中心にして磁
場勾配 ８、９が誘起される。

【００１７】常磁性体を含む排水１０が該排水管１内を
高速で通過するとき、常磁性体は磁場９に近ずくにつれ
て急速に磁化され、棒磁心３の始端部磁極５に一旦集中
される。その後均一な磁場の中を分散しながら通過する
が、棒磁心３の終端部磁極４に近ずくと、そこでの磁場
勾配８に引かれて再度急速に終端部磁極４に向かって集
中し、該磁極４下方に設置された回収管６内に流入す
る。

【００１８】一方、排水１０中に含まれる反磁性体は磁
場勾配の中を高速で通過する際に反発され、棒磁心３の
終端部磁極４から遠ざけられて回収管６には流入せず
に、放流される。

【００１９】常磁性体の回収効率を高めるためには、棒
磁心３に透磁率の大きい材料を使用し、筒型コイル２へ
の電流を増して誘起される磁場を強くすることが効果的
であるが、また、排水管１を垂直に立て、排水１０の落
下加速を利用することも効果的である。

【００２０】また、図２で示すように、棒磁心３を縦方
向に分割して複数個の分割磁心７とし、それぞれの分割
箇所で発生する磁場１１を利用して、常磁性成分の集中
を繰り返すことによって、より効率的に最終集中へ導く
ことができる。

【００２１】さらに、棒磁心３または分割磁心７の直径
を終端へ向かって徐々に小さくしていくことによって、
回収管６に向かって集中勾配をつけ、回収効率を高める
こともできる。

【００２２】各種製造工場から排出されるものの多く
は、重金属イオンを含む常磁性体である。本発明の原理
は、これらの常磁性体の磁気的性質を利用して分離回収
を行うものであるから、従来の方法との組合せ、または
従来の方法の代替として、「０００９」「００１０」
「００１１」「００１２」に述べた諸課題を以下のよう
に解決することができる。

【００２３】中和凝集沈澱法と組み合わせることによっ
て、「０００９」で述べた中和凝集沈澱法の課題を解決
することができる。 （１）排水量が大量の場合には、本発明における回収管
の口径をやや大きくして一次回収用として、一次回収水
を中和凝集沈澱の対象にすれば、処理水量を大幅に減少
できる。これにより、中和凝集沈澱法の欠点である貯水
池面積を大幅に削減することができる。 （２）この場合、処理プロセスは変わらないが、全て規
模を小さくできるので、設置費用を少なくすることがで
きる。 （３）本発明を既設の中和凝集沈澱法の後に設置するこ
とによって、不適切なｐＨ管理による場合や分散剤など
の混入による場合、または錯イオン化による場合などに
おいても、重金属の流出を防ぐことができる。この場合
回収した液は別途処理をするか、または専門処理業者に
委託することができる。

【００２４】「００１０」で述べたイオン交換法の課題
に対しては、イオン交換法に代わり本発明を用いれば、
安価な設備費用で複数の重金属を回収することができ
る。また、再生処理の手間は不要で、排水中の有機物等
を除去するための前処理も不要である。回収した重金属
濃厚液は別途処理をするか、または専門処理業者に委託
することができる。

【００２５】「００１１」で述べた逆浸透法の課題に対
しては、逆浸透法に代わり本発明を用いれば、安価な設
備費用と安価なランニング費用で重金属を回収すること
ができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明の実施に当たって第一に重
要な要素は、図１で示す筒型コイル２に大きな磁束を発
生させることである。筒型コイル２が発生する磁束強度
は導線の巻数と電流の大きさに比例する。ただし、巻数
と電流が大きくなると、ジュール熱の発生が大きくなる
ため、あらかじめ筒型コイル２には冷却設備を付帯して
おくことが望ましい。筒型コイル２の内径は配管の大き
さに合わせて作成し、コイルの線径と巻数は電流の大き
さとの関係で決定される。

【００２７】第二に重要な要素はパルス電流、または各
種脈流を発生させる電源装置１２である。パルス電流、
または各種脈流を用いることによって、ジュール熱の発
生を防ぎ、筒型コイル２に効率的に大きな磁束を発生さ
せることができる。電流は大きいほど効果的であるが、
電流量を調節することが可能なように設計しておくこと
が望ましい。

【００２８】第三に重要な要素は棒磁心３である。筒型
コイル２の磁束によって磁気誘導され、強い磁場勾配を
発生させることが必要であるから、透磁率の大きい材料
を選定しなければならない。

【００２９】棒磁心３は排水配管１内部に設置されるの
で、排水１０との接触による腐食を防ぐために、表面を
樹脂などで被覆する必要がある。

【００３０】また、棒磁心３は排水の流れを阻害しない
ように、できるだけ小さな径で制作することが望まし
く、配管内への取り付けも、出来るだけ細い支持材で固
定することが望ましい。

【００３１】棒磁心３を分割した分割磁心７として使用
する場合には、図２で示すように、全体を樹脂１３で固
めるなどの方法で一体に成形することがよい。

【００３２】回収管６は先端を漏斗型にして、棒磁心３
の終端部磁極４と適当な距離を保って固定されなければ
ならない。図３で示すように、回収管６は回収槽１４に
接続される。ただし、本発明が中和凝集沈澱法の前処理
に使用される場合には、回収管は貯水池に接続される。

【００３３】本発明の実施にあたっては、上記筒型コイ
ル２、棒磁心３および回収管６を組み込んだ分離装置１
５を別途制作して、図３で示すように、既設配管経路に
差し込むようにする。既設配管経路との接続には管継ぎ
手やフランジ１６などを用いればよい。

【００３４】また、排水の流速を大きくするために、上
記分離装置１５を地面近くに垂直に設置し、上部からの
排水の落下加速度を最大に利用することが望ましい。

【００３５】排水１０をくみ出すポンプと筒型コイル２
の電源とが連動できるようにしておき、ポンプが作動す
る時だけ、電流が流れるようにすることによって、ラン
ニングコストを節減することができる。なお、本発明が
中和凝集沈澱法の後処理に使用される場合には、中和凝
集沈澱装置の放流ポンプと連動させることになる。

【００３６】本発明に基ずく分離装置１５を多段に接続
して設置することにより、分離効率を向上させることが
できる。

【発明の効果】

【００３７】本発明はすべての物質が本来的に有してい
る磁気的性質を利用して、重金属イオンを含む常磁性体
を分離し、濃厚液として回収を行う排水処理方法であ
る。従来の他の排水処理方法との組合せて使用したり、
または従来の方法を置き換えて使用することにより、下
記のような効果を発揮することができる。

【００３８】（１）中和凝集沈澱方法の前処理に用いる
ことにより、処理水量を減らすことが出来るので、中和
凝集沈澱装置を小規模にすることができる。

【００３９】（２）中和沈澱方法の後処理に用いること
により、放流水中への重金属イオンの流出を防止するこ
とができる。

【００４０】（３）イオン交換方法に代えて使用するこ
とにより、設備費用を安価にすることができる。

【００４１】（４）逆浸透法に代えて使用することによ
り、設備費用、ランニング費用を安価にすることができ
る。

【００４２】（５）水質や水量に制約されない方法で、
設備費用、ランニング費用が安価で、また、きわめて小
スペースに設置できるので、小規模工場や実験室などの
少量不定期排水に適する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による分離装置の例を示す断面模
式図

【図２】 分割磁心の例を示す断面模式図

【図３】 本発明の実施形態の例を示す模式図

【符号の説明】

１ 排水管 ２ 筒型コイル ３ 棒磁心 ４ 終端部磁極 ５ 始端部磁極 ６ 回収管 ７ 分割磁心 ８ 終端部磁場勾配 ９ 始端部磁場勾配 １０ 排水 １１ 分割磁場勾配 １２ パルス電流または脈流の電源 １３ 樹脂 １４ 回収槽 １５ 分離装置 １６ フランジ

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【手続補正書】

【提出日】平成８年９月５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】 常磁性体の磁気分離方法

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排水管の一部に断続的に発生させた磁場勾
   配の中を、排水を高速で通過させることによって、排水
   中に含まれる常磁性体を磁極付近に集中させることを特
   徴とする磁気分離方法。
2. 【請求項２】排水管１の内部に磁場勾配を発生させる方
   法として、排水管１の外周に取り付けた筒型コイル２
   に、パルス電流または脈流を流す方法を用いることを特
   徴とする「請求項１」記載の磁気分離方法。
3. 【請求項３】排水管１の内部の磁場勾配を増幅させる方
   法として、排水管１内部に高透磁力の棒磁心３を設置
   し、該棒磁心３が筒型コイル２により磁化され、両端に
   強力な磁極４、５を形成する方法を用いることを特徴と
   する「請求項１」記載の磁気分離方法。
4. 【請求項４】棒磁心３の終端磁極４に集中される常磁性
   体を回収する方法として、該終端磁極４の近傍に漏斗状
   の収集口を有する回収管６を設け、排水管１の外部に常
   磁性体濃厚液を回収する方法を用いることを特徴とする
   「請求項１」記載の磁気分離方法。
5. 【請求項５】棒磁心３の終端磁極４に効率良く常磁性体
   を集中させるために、該棒磁心３を複数個の分割磁心７
   とし、終端磁極４に至るまでの間に磁場勾配の段数を増
   やしたことを特徴とする「請求項１」記載の磁気分離方
   法。
6. 【請求項６】回収管６に効率良く常磁性体を収集するた
   めに、「請求項３」でいう棒磁心３を、先端に向けて勾
   配を付けた形状にしたことを特徴とする「請求項１」記
   載の磁気分離方法。
7. 【請求項７】回収管６に効率良く常磁性体を収集するた
   めに、「請求項５」でいう分割磁心７を、先端に向けて
   勾配を付けた形状にしたことを特徴とする「請求項１」
   記載の磁気分離方法。
8. 【請求項８】排水を汲み上げるポンプと筒型コイル２に
   電流を流す電源とを連動し、汲み上げポンプが作動する
   ときのみ、筒型コイル２に電流が流れるようにしたこと
   を特徴とする「請求項１」記載の磁気分離方法。
9. 【請求項９】排水管１内の磁場勾配の中を排水を高速に
   流すために、磁場勾配に至るまでの配水管１を垂直に設
   置し、落下加速度を利用することを特徴とする「請求項
   １」記載の磁気分離方法。