JPH1033919A - 磁気分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】磁気分離部の電磁石を超電導磁石で構成する
と、超電導磁石の口径が大きくなり、これに伴って、磁
気フィルタの逆洗時に必要となる電磁石の発生磁場を消
磁し再び励磁する場合、電磁石の発熱を抑えるために電
磁石への電流供給，排出に数十分から一時間程度の長時
間を要し、その間浄化運転が停止し、浄化運転効率が低
下する。 【解決手段】小口径の超電導磁石を多数個分離部に配置
し、必要流路断面積をもち浄化処理量を確保する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁気分離装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】固液分離技術を応用した河川，貯水池等
の水浄化装置では、高勾配磁気フィルタを用いた磁気分
離装置を使用する。高勾配電磁フィルタに外部から印加
する磁場発生装置は、直流電源による電磁石を用いる。
この構造は化学工学、第４５巻，第４号（１９８１年）
第２３５頁から２３９頁に記載されている。高勾配電磁
フィルタを鉄製のヨークで囲み、磁力線の通路にしてそ
の漏洩の防止を兼ねている。その内側にコイルが、更に
中央部に高勾配電磁フィルタ部が配置されており、フィ
ルタ容器の中には多数の孔が開いた磁極が高勾配電磁フ
ィルタ部を挟んで上下に対置している。

【０００３】高勾配磁気フィルタは磁性細線で構成さ
れ、金網状の磁性ステンレス細線を充填している。

【０００４】このように均一な磁場内に、曲率半径の極
めて小さな部分を持つ磁性細線を配置することによっ
て、細線表面近傍で局部的な磁場の疎密ができ大きな磁
気勾配が発生する。

【０００５】水処理する原水には、磁気分離工程への前
処理として、例えば、四酸酸化鉄等の磁性粉と凝縮剤の
硫酸バン土やポリ塩化アルミニウムを加えて撹拌し、原
水中の固形浮遊物や藻類，菌類，微生物は、凝縮剤によ
って磁性フロックと結合しコロイド状の多数の磁性を持
った磁性フロックとする。これらのフロックは高勾配磁
気フィルタを通過する際に磁性細線表面に吸引され原水
中から分離される。

【０００６】高直勾配磁気フィルタの運転操作基本系統
図を図１に示す。貯水池１の原水は導水管２から大きな
ごみを取るためのフィルタ３を通してポンプ４で原水貯
槽５に一旦蓄えられ、この原水６に、薬剤調整装置７か
ら四酸酸化鉄の磁性粉とポリ塩化アルミニウム等の凝集
剤を導管８を通じて加え、撹拌槽９でモータ１０で回転
する撹拌機１１で撹拌し、磁性フロックを含む前処理水
１２を製造する。前処理水１２は弁１３を通じ導水管１
４を通り磁気分離容器１５内に流入する。

【０００７】空心コイル１６に直流電源装置１７から直
流電源を流す。直流電流に比例した磁場が、円筒状の磁
気分離容器１５内に発生し、磁場は通水用の多孔磁極１
８によって均一化され、鉄製のヨーク１９で囲み、磁力
線の通路としてその漏洩を防止する。均一化された磁場
によって、高勾配磁気フィルタ２０の磁性細線充填物を
磁化する。磁気分離容器１５内の磁場は、磁化された磁
性細線充填物のために乱れを生じ、局部的に磁束の疎密
ができ、高磁場勾配となる部分が多数発生する。

【０００８】磁性フロックを含んだ前処理水１２を下方
から上向流で送水すると、原水中の磁性フロックは充填
物の磁性細線表面に、大きな磁力で捕捉され、浄化され
た原水は処理水として弁２１，導水管２２を通り処理水
槽２３に一旦蓄えられ、導水管２４を通じて貯水池１に
戻される。

【０００９】磁性フロックが一定量高勾配磁気フィルタ
２０に捕捉された後、磁気分離の性能を回復させるため
に、フィルタの逆洗が行われる。逆洗は、先ず弁１３を
閉じ前処理水１２の送水を止める。次に、直流電源を切
り、磁場をなくした後高勾配磁気フィルタ２０の上部か
ら弁２１を通じて処理水を所定の量逆流させ弁２５を開
く。また、この時、空気タンク２６から弁２７，導管２
８を通じて空気を供給しエアバブリングを行いながら磁
性細線表面に付着した磁性フロックを洗浄除去し、洗浄
水を逆洗処理水槽２９に蓄える。この洗浄水は別途逆洗
処理水槽２９から運び出され、埋め立て地等に廃棄され
たり、焼却される。

【００１０】この後、弁２５，弁２７を閉じ、再び空心
コイル１６に直流電源装置１７から直流電源を流し、弁
２７を開いて磁気分離を再開する。このフィルタの逆洗
の間、原水の浄化は行われない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、水処理
装置の浄化処理量の大容量化に伴い、磁気分離部の大型
化が必要となる。磁気分離部の電磁石を超電導磁石で構
成すると、超電導磁石の口径が大きくなり、これに伴っ
て、磁気フィルタの逆洗時に必要となる電磁石の発生磁
場を消磁し再び励磁する場合、電磁石の発熱を抑えるた
めに電磁石への電流供給，排出に数十分から一時間程度
の長時間を要し、その間浄化運転が停止し、浄化運転効
率が低下する。

【００１２】本発明の目的は、逆洗による原水の未浄化
時間を短くし、浄化運転効率を向上し浄化処理量を増加
できる水浄化装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的は、小口径の超
電導磁石を複数個磁気分離部に設けることにより達成さ
れる。

【００１４】小口径の超電導磁石を複数個磁気分離部に
設けることにより、それぞれの超電導磁石を短時間内に
消磁，励磁できるようにし、磁気フィルタの逆洗を短時
間で行いその間の浄化運転停止時間を短くすることがで
きる。小口径の超電導磁石を多数個分離部に配置するこ
とにより、必要流路断面面積を有し浄化処理量を確保す
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図２に
より説明する。貯水池１の原水は導水管２から大きなご
みを取るためのフィルタ３を通してポンプ４で原水貯槽
５に一旦蓄えられ、この原水６に、薬剤調整装置７から
四酸酸化鉄の磁性粉とポリ塩化アルミニウム等の凝集剤
を導管８を通じて加え、撹拌槽９でモータ１０で回転す
る撹拌機１１で撹拌し、磁性フロックを含む前処理水１
２を製造する。前処理水１２は弁１３を通じ導水管１４
を通り導水口１５から磁気分離容器１６内に流入する。

【００１６】小口径の超電導の空心コイル１７ａ，１７
ｂ，１７ｃには直流電源装置１８ａから電線１８ｂ，１
８ｄ，１８ｃを通じてそれぞれ平行に直流電流を流し、
直流電流に比例した磁場、例えば、五千ガウスから五万
ガウスの均一な磁場がそれぞれの空心コイル内に発生す
る。空心コイル１６ａ，１６ｂ，１６ｃは冷却体１９に
熱的に一体化され、冷却体１９は冷凍機２０ａの冷却部
２０ｂに熱的に一体化され、超電導の空心コイルが超電
導状態になる温度以下に、冷凍機２０ａで冷却される。
また、これらの低温の構成物は真空断熱容器２１ａ内に
設置されている。ヘリウム冷凍機２０ａはヘリウム圧縮
機２２から配管２３ａを通じて、高圧ヘリウムガスを供
給され、冷凍機内で断熱膨張し寒冷を発生する。冷凍機
内で膨張した後の低圧ヘリウムガスは配管２３ｂを通じ
て、ヘリウム圧縮機２２に戻り再び圧縮される。

【００１７】均一化された磁場によって、流路２１ｂ内
に配置したそれぞれの高勾配磁気フィルタ２４ａ，２４
ｂ，２４ｃの磁性細線充填物を磁化し、磁化された磁性
細線充填物のために乱れを生じ、局部的に磁束の疎密が
でき、高磁場勾配となる部分が多数発生する。

【００１８】磁性フロックを含んだ前処理水１２を送水
すると、原水中の磁性フロックは充填物の磁性細線表面
に、大きな磁力で捕捉され浄化される。浄化された原水
は処理水として分離器出口２５，弁２６，導水管２７を
通り処理水槽２８に一旦蓄えられ、導水管２９を通じて
貯水池１に戻される。この時、弁３０，弁３１は閉じて
いる。

【００１９】磁性フロックが一定量高勾配磁気フィルタ
２４ａ，２４ｂ，２４ｃに捕捉された後、磁気分離の性
能を回復させるために、フィルタの逆洗が行われる。逆
洗は、先ず弁１３を閉じ前処理水１２の送水を止める。
次に、直流電源１８ａを切り、超電導の空心コイル１７
ａ，１７ｂ，１７ｃの磁場をなくした後高勾配磁気フィ
ルタ２４ａ，２４ｂ，２４ｃの上部から弁２６を通じて
処理水を所定の量逆流させ弁３０を開く。また、この
時、空気タンク３１から弁３２，導管３３を通じて空気
を供給しエアバブリングを行いながら磁性細線表面に付
着した磁性フロックを洗浄除去し、洗浄水を逆洗処理水
槽３４に蓄える。この洗浄水は別途逆洗処理水槽３４か
ら運び出され、埋め立て地等に廃棄されたり、焼却され
る。この後、弁３０，弁３２を閉じ、再び超電導の空心
コイル１７ａ，１７ｂ，１７ｃに直流電源装置１８ａか
ら直流電源を流し、弁１３を開いて磁気分離を再開す
る。このフィルタの逆洗の間、原水の浄化は行われな
い。

【００２０】逆洗に必要となる時間は、超電導の空心コ
イル１７ａ，１７ｂ，１７ｃの消磁時間、高勾配磁気フ
ィルタ２４ａ，２４ｂ，２４ｃの洗浄時間および超電導
の空心コイル１７ａ，１７ｂ，１７ｃの再励磁時間の合
計が主な時間となる。ここで、高勾配磁気フィルタ２４
ａ，２４ｂ，２４ｃの洗浄時間は数分間で済み、空心コ
イル１７ａ，１７ｂ，１７ｃの消磁時間と再励磁時間も
コイルが小口径で各コイル平行に消励磁できるので数分
間で行える。したがって、逆洗を約１０分間程度で終了
でき、磁気分離装置の浄化運転の停止時間を短くし、実
運転時間を長くし、浄化運転効率を向上させ、浄化処理
量を増加できる。

【００２１】また、電磁石にニオブチタン系やニオブ・
スズ系やニオブ・アルミニウム系やビスマス系やタリウ
ム系等の高温超電導系の超電導磁石を使用することがで
きる。

【００２２】また、本実施例では、冷凍機の寒冷部を直
接電磁石の一端に熱的に一体化させ冷却したが、電磁石
を冷凍機の作動流体が流動する冷却管を介して冷却する
ようにしても同様な効果が生じる。また、電磁石を液体
ヘリウムや液体窒素，液化フロン等の極低温，低温冷媒
で冷却する場合であっても同様な効果が生じる。

【００２３】また、被処理流体は、動物プランクトンや
植物プランクトン，有機，無機物質，重金属物質や化学
物質等を含む、海水，河川水，湖沼水，工業廃水、ごみ
処理場の雨水廃水，下水，排煙、および排煙洗浄水等が
あり、さらに磁性物質を含む排煙等の気体の浄化にも使
用できる。

【００２４】雨水等の廃水中の重金属を磁性物質とする
ためには、廃水を酸，アルカリ処理し、例えば水酸化鉄
を添加する。このようにして、重金属を含む廃水中に磁
性物質が形成される。

【００２５】本発明の他の実施例を図３により説明す
る。本図が図１と異なる点は、大口径の電磁石１６の代
わりに、通水用の多孔磁極１８，高勾配磁気フィルタ２
０の上下部、すなわち被処理流体の上流側と下流側に図
２で示した小口径の超電導空心コイル１７ａ，１７ｂ，
１７ｃをそれぞれ配置した点にある。本実施例によれ
ば、上下に配置した超電導空心コイル１７ａ，１７ｂ，
１７ｃが発生する磁束は上下の多孔磁極１８に吸収され
この間に均一な磁場が発生し高勾配磁気フィルタ２０を
磁化する。

【００２６】前処理水１２は弁１３を通じ導水管１４を
通り導水口１５から磁気分離容器１６内に流入し、流通
口２１ｂを通り、多孔磁極１８を通過して高勾配磁気フ
ィルタ２０で原水中の磁性フロックはフィルタの磁性細
線表面に、大きな磁力で捕捉され浄化される。浄化され
た原水は処理水として分離器出口２５から流出する。

【００２７】本実施例では、図２の場合と同様に、逆洗
に必要となる時間は、超電導の空心コイル１７ａ，１７
ｂ，１７ｃの消磁時間、高勾配磁気フィルタ２４ａ，２
４ｂ，２４ｃの洗浄時間および超電導の空心コイル１７
ａ，１７ｂ，１７ｃの再励磁時間の合計が主な時間とな
る。ここで、高勾配磁気フィルタ２４ａ，２４ｂ，２４
ｃの洗浄時間は数分間で済み、空心コイル１７ａ，１７
ｂ，１７ｃの消磁時間と再励磁時間もコイルが小口径で
各コイル平行に消励磁できるので数分間で行える。した
がって、逆洗を約１０分間程度で終了でき、磁気分離装
置の浄化運転の停止時間を短くし、実運転時間を長く
し、浄化運転効率を向上させ、浄化処理量を増加でき
る。

【００２８】本発明の他の実施例を図４により説明す
る。本図が図２と異なる点は、空心コイル１７ａ，１７
ｂ，１７ｃを紙面上下方向すなわち被処理流体の流動方
向に配置した点にあり、それぞれの空心コイル１７ａ，
１７ｂ，１７ｃは冷却体３５に熱的に一体化されてお
り、冷却体３５は冷凍機２０ａの冷却部２０ｂに熱的に
一体化され、超電導の空心コイルが超電導状態になる温
度以下に、冷凍機２０ａで冷却される。また、これらの
低温の構成物は真空断熱容器３６内に設置されている。
空心コイル１７ａ，１７ｂ，１７ｃの磁束は被処理流体
の流動方向を向いており、流路中２１ｂに配置した高勾
配磁気フィルタ３７の細線表面周りに大きな磁気勾配が
発生する。本実施例では、流路が長いため、被処理流体
中の磁性物質を１流路当たり、より大量に吸引できる。
本実施例でも、逆洗に必要となる時間は、超電導の空心
コイル１７ａ，１７ｂ，１７ｃの消磁時間，再励磁時間
はコイルが小口径で各コイル平行に消励磁できるので数
分間で行える。したがって、逆洗を約１０分間程度で終
了でき、磁気分離装置の浄化運転の停止時間を短くし、
実運転時間を長くし、浄化運転効率を向上させ、浄化処
理量を増加できる効果がある。本実施例では、１流路２
１ｂの場合について説明したが、冷却部２０ｂに多数の
超電導の空心コイル１７ａ，１７ｂ，１７ｃを設け、流
路２１ｂを平行に多数設けることによって、多量の被処
理流体を浄化することができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、小口径の超電導磁石を
複数個磁気分離部に設けることにより、それぞれの超電
導磁石を短時間内に消磁，励磁できるようにし、磁気フ
ィルタの逆洗を短時間で行えるので、その間の浄化運転
停止時間を短くすることができ、小口径の超電導磁石を
多数個分離部に配置することにより、必要流路断面面積
を有し浄化処理量を確保することができる。したがっ
て、逆洗を約１０分間程度で終了でき、磁気分離装置の
浄化運転の停止時間を短くし、実運転時間を長くし、浄
化運転効率を向上させ、浄化処理量を増することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術の磁気分離装置の運転操作基本フロー
の説明図。

【図２】本発明の一実施例の磁気分離装置のフローの説
明図。

【図３】本発明の第二実施例の磁気分離部の構造の説明
図。

【図４】本発明の第三実施例の磁気分離部の構造の説明
図。

【符号の説明】

１７ａ，１７ｂ，１７ｃ…空心コイル、２４ａ，２４
ｂ，２４ｃ…高勾配磁気フィルタ、２１ｂ…流路、３５
…冷却体、２０ａ…冷凍機、２０ｂ…冷却部、２１ａ…
真空断熱容器。

フロントページの続き (72)発明者 半田 文隆 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超電導磁石と前記超電導磁石で発生する磁
   場内に配置した磁性体のフィルタによる磁性物を吸着手
   段を内蔵した分離容器を配置し、前記フィルタで流体中
   の磁性物を吸着除去する磁気分離装置において、前記超
   電導磁石を磁気分離部に複数個設け、それぞれの前記超
   電導磁石で発生する磁場内に磁性体のフィルタを設けた
   ことを特徴とする磁気分離装置。