JPH11226319A - 磁気分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】逆洗時における処理の停止の必要がないため連
続的な処理が可能となり、処理速度を向上できる磁気分
離装置を提供することにある。 【解決手段】超電導磁石（２）で発生させた磁場空間と
低磁場空間とを移動可能な磁性マトリックス（６）を設
置し、被処理水流路を地面と水平方向、逆洗方向を鉛直
方向に配する ことによって、被処理水を停止すること
なく吸着、逆洗の連続運転を可能にし、さらに逆洗時に
マトリックス（６）自身が被除去物の収集の妨げとなら
なくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水質浄化や固液分
離等を目的とした磁気分離装置に関し、特に高勾配磁気
フィルタによる磁気分離を、連続的に動作することがで
きる磁気分離装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】固液分離等を目的として、高勾配電磁フ
ィルタによる磁気分離法（ＨＧＭＳ）が用いられてお
り、本構造は、例えば化学技術誌ＭＯＬ Ｖｏｌ．２
２、Ｎｏ．１２、ｐ４７−５１、（１９８４）に記載さ
れている。

【０００３】直流電源に接続した空心電磁石を鉛直方向
に設置し、前記電磁石のボア内に、被処理水の流路を設
け、この流路内に吸着マトリックスを設置する。吸着マ
トリックスは、フェライト径ステンレス性ウール等の強
磁性細線で構成している。磁場中に置かれた磁性細線は
磁化することにより近傍に高い磁場勾配をつくり、この
高い磁場勾配が大きな磁力となって作用する。

【０００４】磁気分離法を用いて水処理を行うには、ま
ず前処理として被処理水に、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
て撹絆し、原水中の固形浮遊物や藻類、菌類、微生物
を、凝縮剤によって磁性粉と結合させ、コロイド状の多
数の磁性を持った磁性フロックを形成する。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。

【０００５】磁性フロックが一定量吸着マトリックスに
捕捉された後、磁気分離の性能を回復させるために、逆
洗により吸着マトリックスの再生を行う。逆洗は、先ず
通水及び励磁コイルへの通電を停止する。その後、吸着
マトリックス上部から水と圧縮空気を所定の量噴入して
磁性細線表面に付着した磁性フロックを系外に排出す
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来例
では吸着マトリックスの性能回復のため逆洗を行う際、
電磁石の通電を停止（消磁）し、被処理水の通水を停止
するため、逆洗中は磁気分離の動作が停止し、トータル
の処理速度が低下してしまう。被処理水中に含まれる被
除去物の濃度が高ければ高いほど逆洗回数は増加し、そ
れとともに処理速度は減少する。

【０００７】また、電磁石を超電導磁石で構成すれば、
小形の電磁石、小さな消費電力で大きな磁場を得ること
ができ、処理速度の高速化に適しているが、超電導磁石
の消磁速度はあまり大きくすることはできないため、逆
洗時間が長くなり、被除去物の濃度が高い運転条件で
は、超電導化による処理速度の向上は、総合的に見ると
期待できない。通常、超電導磁石はその超電導状態を保
つために、液体ヘリウム等の寒冷材や冷凍機等で直接あ
るいは間接的に冷却するが、定常運転時では電磁石での
ジュール発熱が存在しないために冷却能力は必要最低限
で済む。しかし、通電開始（励磁）時や消磁時には、渦
電流等が発生することにより発熱が生じ、この発熱量を
冷却するだけの冷却能力を必要とする。さらに、たとえ
冷却能力が十分でも局所的に温度が上昇する部分が存在
すると、その部分の超電導状態が破壊（クエンチ）し、
最悪の場合、超電導磁石が破損する恐れがある。このた
め、超電導磁石の消磁速度はあまり大きくすることがで
きない。また、上記問題点を克服するために冷却装置を
大形にすると、設置面積が大きくイニシャルコストが高
くなるだけでなく、寒冷材や冷凍機電力の消費量が多く
なるためにランニングコストも高くなり、超電導化のメ
リットが生かせない。

【０００８】以上のように、従来例では逆洗のために処
理動作が停止する時間が長く、小さな消費電力で大きな
処理速度を得るために超電導磁石を用いた場合でも、ト
ータルの処理速度は大きく向上させることができない
上、被除去物濃度が高くなればなる程トータルの処理速
度が低下するという問題を抱えている。

【０００９】また、逆洗時には、圧縮空気と水を注入す
ることによって吸着した汚泥を洗い流す構造であるが、
一旦吸着していたマトリックスから離脱した被除去物は
その下部にあるマトリックスに落下を妨げられ、被除去
物を収集する汚泥タンクまでたどり着けず、磁性マトリ
ックス内にとどまってしまう。これにより、十分な洗浄
が難しく、十分な洗浄を行うために注入する水量を増や
すと、せっかく濃縮した被除去汚泥の濃度が薄くなって
しまう。

【００１０】本発明の目的は、逆洗時における処理の停
止の必要がないため連続的な処理が可能となり、処理速
度を向上できる磁気分離装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、磁性を持つ
被除去物を含む流体を、電磁石が発生する磁場空間内に
設置した磁性マトリックスにより、被処理流体中から前
記磁性物質を磁気的に分離する機能を有する磁気分離装
置において、前記磁性マトリックスは除去位置と再生逆
洗位置との間を移動可能であり、被処理水の流路が水平
方向に位置し、逆洗流路が鉛直方向に設置される、こと
によって達成される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１、図
２、図３により説明する。

【００１３】図１は本発明の磁気分離装置を被処理水の
入口方向から見た側面図であり、図２は本装置を上から
見た平面図である。図３は本発明の磁気分離装置を応用
した浄化装置の例を示している。

【００１４】被処理水である原水を、水源例えば貯水池
２１から、大きなゴミを取るためのフィルタ２２を通し
てポンプ２３で原水貯槽２４に汲み上げ、この原水に、
シーディング剤調整装置２５から四酸酸化鉄等の磁性粉
とポリ塩化アルミニウム等の凝集剤を加え、撹絆槽２６
で撹絆し、磁性フロックを含む前処理水を生成する。こ
のように生成した前処理水を磁気分離部の被処理水流路
１から通水し、浄化水出口３から浄化水を取り出す。

【００１５】磁気分離装置の動作を図２を用いて説明す
る。超電導磁石２は、真空容器９に挿入されて外部と断
熱され、液体ヘリウム等の冷媒に浸漬されるかあるいは
例えばＧＭ冷凍機のような極低温冷凍機４で伝導的に冷
却される。また、液体窒素等の冷媒やＧＭ冷凍機の第１
ステージで冷却した熱シールド板５で超電導磁石２を囲
むことにより、輻射熱が超電導磁石２に侵入することを
抑制する。

【００１６】超電導磁石は、スプリット型であり、2つ
の磁石を直流電源２７から通電して励磁することによっ
て、磁石間に高磁場空間を発生することができる。この
ようにして発生させた高磁場空間内に、磁性マトリック
スであるフィルタ６を装着する。前記磁性マトリックス
６はＳＵＳ４３０といった耐腐食性の磁性材料で構成さ
れており、金網構造をしている。この金網を積層するこ
とによって磁性マトリックス６を構成する。被処理水は
地面に水平方向に設置し、磁性マトリックス６の積層方
向は、被処理水の流動方向と一致させる。本構造をとる
ことにより、被処理水の流動方向は電磁石で発生させた
磁場方向と一致するため、磁性マトリックス６の積層方
向も磁場方向と一致する。

【００１７】前述のように、マトリックス６が磁場中に
置かれると、磁性マトリックス６の磁性細線近傍に高い
磁場勾配が生じ、この高い磁場勾配が大きな磁気力を生
じさせる。この高い磁場勾配は、磁性細線の表面のうち
空間磁場方向を向いている近傍は吸引力として作用し、
空間磁場方向と垂直な方向に向いている面の近傍は反発
力として作用する。したがって、磁場中におかれた磁性
細線には磁性粒子は空間磁場方向と平行な方向に向いて
いる面に多く吸引される。そこで、図に示されたように
磁性金網を積層方向が磁場方向と一致するように多数積
層するような構造とすることで、空間磁場方向に向いた
面をなるべく多くとることで効率よく吸引除去できる構
造としている。

【００１８】ある程度磁性マトリックス６が被除去物を
吸引すると、マトリックスの再生運転に入る。磁性マト
リックス６は地面と水平方向で、流動方向とは異なる方
向に移動可能であり、移動先の低磁場空間で再生洗浄運
転が行われる。図１中に示した再生用洗浄箱７に取り付
けたエアー入口８より、圧縮機あるいはボンベ１０から
圧縮空気を注入することにより、低磁場空間に移動して
きたマトリックス６を洗浄する。この時、上部孔１１か
ら水を注入した方が洗浄効果は大きいが、水を注入する
とせっかく濃縮した被除去物の濃度が薄くなってしまう
ため、できれば水は注入しない方が良い。この位置では
磁力はほとんど働かないためマトリックス６から離脱容
易となっている被除去物は、注入したエアーによって離
脱させられ、重力によって下方にある洗浄箱方向へ落下
し、さらに下部に設置された汚泥タンク１４に収集され
る。ここで、マトリックス６の金網積層方向は地面に対
して水平であるため、鉛直方向には落下を妨げるものが
ほとんど無く、一度離脱した被除去物が再度マトリック
ス６に付着する可能性は小さい。被処理水流路の磁気分
離装置下流側に被処理水の浄化槽１６を設け、この浄化
槽１６の位置をマトリックス６の洗浄高さより高くして
おけば、洗浄中もマトリックス６内の水がなくなくなら
ず、注入した空気は上部孔１１から大気に放出される。
ここで、上部孔１１は逆止弁構造としておけば、運転途
中にこの孔１１から空気を吸い込むことはない。

【００１９】以上のように、磁性フロックを取り除かれ
た浄化水は図１の裏側方向にある浄化水出口３から排出
され、浄化槽１６に蓄えられ、あるいはそのまま貯水槽
２１に排出される。浄化槽１６が存在しない場合は一部
大気開放した場所をマトリックス洗浄位置より高い位置
に設置するか、マトリックス洗浄位置を貯水槽２１より
低い位置に設置すれば良い。

【００２０】フロックが吸着したマトリックス６は駆動
装置１２により駆動力伝達棒１３によって移動し、電磁
石による磁場空間の外に出る。ここで、超電導磁石１に
よる磁場はまわりに多少は漏洩するであろうが、電磁石
の軸中心位置付近の半径方向に離れた位置にあるマトリ
ックス位置は無視できるほどの磁場強さである。フィル
タには、端部に同一構造で分離運転には寄与しない疑似
フィルタ部１７を設けている。疑似フィルタ１７が存在
するおかげで、フィルタ移動時でもマトリックス間を通
過する磁束密度の変化はほとんどないため、フィルタ全
体に働く磁気力の総和はほとんど無く、容易に移動させ
ることが可能である。強磁場空間外に出たマトリックス
は、磁化が小さくなるため吸着していたフロックははが
れ落ち、圧縮機あるいはボンベ１０からの洗浄用空気を
注入することにより一気にマトリックス６の洗浄を行
う。

【００２１】洗浄した後の磁性フロックを含んだ洗浄排
水は、重力により落下し、洗浄箱７を通過して、汚泥タ
ンク１４に溜められる。その後、ミキサー等１８で粉砕
した後、磁選機１９で磁性粉のみ回収し、遠心分離機等
２０で含水率を低減させた後、バーナー等によって焼却
されるかあるいは堆肥処理槽２８でコンポスト化され肥
料として再利用される。磁選機１９で回収した磁性粉は
再び前処理過程で再利用される。

【００２２】本発明では、連続磁気分離運転が可能であ
るため、平常運転中励磁及び消磁を行う必要が無いの
で、超電導電磁石に永久電流スイッチを設け、永久電流
モードで超電導電磁石を運転することが可能である。こ
れにより、運転時の磁石に流す消費電力をさらに低減す
ることができる上、電流供給リードのジュール発熱も防
げるため、冷却装置にかかる負荷を低減できる。

【００２３】図４に本発明の他の実施例を示す。前述の
実施例では、スプリット型磁石の間にフィルタを挿入し
ていたのに対し、本実施例では磁石端部にフィルタを設
置した構造としている。本実施構造をとることにより、
有効磁場強度の点からあまりフィルタ長さを大きくは取
れないが、磁石が1個ですむことにより、はるかに構造
が簡素になる。また、図ではフィルタを磁石の両端に設
ける例を示したが、どちらか片一方の場合でも、フィル
タ有効長は短くなるものの構造がさらに簡素となり、発
明による効果は同様である。

【００２４】超電導磁石の材質は、NbTiやNb3Sn、Nb3Al
といった金属系超電導材はもちろん、酸化物超伝導体等
どのような超電導材を用いた場合でも効果は同様であ
る。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、連続的に高勾配の磁気
分離装置を運転することができるため、逆洗時における
処理の停止がなく、ト−タルの処理速度が向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の磁気分離装置の側面図。

【図２】本発明の実施例の磁気分離装置の平面図。

【図３】本発明の実施例の磁気分離装置の系統図。

【図４】本発明の他の実施例の磁気分離装置の平面図。

【符号の説明】

１・・被処理水入口、 ２・・超電導磁石、 ３・
・浄化水出口、４・・冷凍機、 ６・・磁性マト
リックス、８・・逆洗用空気入口、９・・真空容器、
10・・圧縮空気ボンベ、 14・・汚泥タンク、16・
・浄化水槽、 18・・ミキサー、 19・・磁
選機、21・・貯水槽、 25・・シーディング調整
槽、26・・撹拌槽。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁性を持つ被除去物を含む流体を、電磁石
   が発生する磁場空間内に設置した磁性マトリックスによ
   り、被処理流体中から前記磁性物質を磁気的に分離する
   機能を有する磁気分離装置において、前記磁性マトリッ
   クスは除去位置と再生逆洗位置との間を移動可能であ
   り、被処理水の流路が水平方向に位置し、逆洗流路が鉛
   直方向に設置されることを特徴とする磁気分離装置。
2. 【請求項２】前記磁性マトリックスは積層構造を有し、
   該積層方向が前記被処理水の流動方向と一致することを
   特徴とする請求項１記載の磁気分離装置。
3. 【請求項３】前記磁性マトリックスの移動方向が流動方
   向と異なることを特徴とする請求項１記載の磁気分離装
   置。
4. 【請求項４】前記電磁石が超電導材で構成されたことを
   特徴とする請求項１記載の磁気分離装置。
5. 【請求項５】磁気分離下流側に被処理水の浄化槽を有
   し、該浄化槽の設置位置が、前記磁性マトリックスの高
   さより高いことを特徴とする請求項１記載の磁気分離装
   置。
6. 【請求項６】前記電磁石がスプリット型磁石であり、そ
   の間にマトリックスが移動自在であることを特徴とする
   請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気分離装置。
7. 【請求項７】前記マトリックスが電磁石の少なくとも一
   方の端部近傍で移動自在な構造であることを特徴とする
   請求項１記載の磁気分離装置。