TWI603923B - Heavy metal separation system - Google Patents
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Description
本發明係關於分離廢棄物之燒卻灰、下水處理污泥、污水等之處理對象物中所含重金屬成分之重金屬分離系統。
家庭垃圾或產業廢棄物之燒卻灰、下水處理污泥、其他之廢棄物污泥、污水等中，有含鋅、銅、錳、鉛、鎘、鉻等之重金屬的情形。並且，此等重金屬有對於自然環境或健康造成不良影響之虞，直接填埋或再利用使用並非良策。因此，例如有藉由水泥凝固法或溶融固化法等處理含有重金屬之燒卻灰等。然而，水泥凝固因近年之酸雨而有重金屬成分溶出之可能性。此外，由於溶融固化係高溫處理，故成本高，此外有一部分之重金屬揮發之問題點。關於此等之問題點，下述〔專利文獻1〕，揭示一種關於使用磁性粉分離回收重金屬成分之方法的發明。
【專利文獻1】日本特開第4861718號公報
然而，〔專利文獻1〕僅記載使用磁性粉之重金屬成分之分離回收方法，關於低成本高效率地將重金屬成分分離回收之系統構成並無具體記載。
本發明係鑑於上述情事所成者，目的在於提供一種重金屬分離系統，其可使用磁性粉而低成本且高效率地將處理對象物中之重金屬分離回收。
本發明，係
藉由提供(1)一種重金屬分離系統100，其特徵係具有：攪拌槽30，具備攪拌手段32，將磁性粉與含有重金屬成分之處理對象物在水中攪拌；處理物沉澱部34，設置於前述攪拌槽30之下方；攪拌槽開閉手段36，使前述處理物沉澱部34與前述攪拌槽30之間可開閉；處理物排出部，將前述處理物沉澱部34內之沉澱物排出；酸水槽40，儲存酸性溶液；磁性粉沉澱部44，設置於前述酸水槽40之下方；酸水槽開閉手段46，使前述磁性粉沉澱部44與前述酸水槽40之間可開閉；磁性粉排出部，將沉澱於前述磁性粉沉澱部44內之磁性粉連同重金屬成分一起排出；磁石部60，可出入前述攪拌槽30及酸水槽40內從而將磁性粉連同重金屬成分一起磁著；移送手段66，移送前述磁石部60；消
磁手段80，解除前述磁石部60之磁著並將前述磁性粉連同重金屬成分一起脫落於前述酸水槽40內之酸性溶液中；及磁性粉回收部70，從藉由前述磁性粉排出部所排出之沉澱物中將磁性粉分離；且前述磁石部60，係具有：複數之棒狀磁石62、及使前述複數之棒狀磁石62間空出所定之間隙而在鉛直方向配列固定之保持部64，從而解決上述課題。
藉由提供(2)一種重金屬分離系統200，其特徵係具有：第1攪拌槽30，具備攪拌手段32並將含有重金屬成分之處理對象物在水中攪拌；處理物沉澱部34，設置於前述第1攪拌槽30之下方；攪拌槽開閉手段36，使前述處理物沉澱部34與前述第1攪拌槽30之間可開閉；處理物排出部，將前述處理物沉澱部34內之沉澱物排出；送出手段，將前述第1攪拌槽30內之上清液送出；第2攪拌槽31，具備攪拌手段33並將從前述送出手段所送出之上清液與磁性粉攪拌；磁石部60，可出入前述第2攪拌槽31內從而將磁性粉連同重金屬成分一起磁著；移送手段66，移送前述磁石部60；酸水槽40，前述磁石部60可出入；消磁手段80，解除前述磁石部60之磁著並將前述磁性粉連同重金屬成分一起脫落於前述酸水槽40內之酸性溶液中；磁性粉沉澱部44，設置於前述酸水槽40之下方；酸水槽開閉手段46，使前述磁性粉沉澱部44與前述酸水槽40之間可開閉；磁性粉排出部，將沉澱於前述磁性粉沉澱部44內之磁性粉連同重金屬成分一起排出；及磁性粉回收部70，從藉由前述磁性粉排出部所排出之沉澱物中將磁性粉分離；且前述磁石部60，係具有：複數之棒狀磁石62、及使前述複數之棒
狀磁石62間空出所定之間隙而在鉛直方向配列固定之保持部64，從而解決上述課題。
藉由提供(3)如上述(1)所記載之重金屬分離系統100，其中，其係具有再生水槽50，且該再生水槽50係儲存攪拌槽30內之上清液，並藉由投入凝固劑而去除凝集物後，送出至前述攪拌槽30，從而解決上述課題。
藉由提供(4)如上述(1)所記載之重金屬分離系統100，其中，棒狀磁石62係設置至攪拌槽30之內形尺寸的80%~90%之位置為止，且係以5cm~50cm之等間隔配列固定者，從而解決上述課題。
藉由提供(5)如上述(2)所記載之重金屬分離系統200，其中，棒狀磁石62係設置至第2攪拌槽31之內形尺寸的80%~90%之位置為止，且係以5cm~50cm之等間隔配列固定者，從而解決上述課題。
藉由提供(6)如上述(1)或(2)所記載之重金屬分離系統100、200，其中，磁性粉，在負荷磁場398kA/m中飽和磁化量係10Am2/kg~300Am2/kg者，從而解決上述課題。
藉由提供(7)如上述(1)或(2)所記載之重金屬分離系統100、200，其中，棒狀磁石62，係側面具備磁著面之磁束密度為100G~20000G的永久磁石；消磁手段80，係具有：前述棒狀磁石62可插入之鞘管82、及將前述鞘管82從前述棒狀磁石62拔離之著脫機構84；在前述棒狀磁石62收納於鞘管82之狀態下將槽內之磁性粉連同重
金屬成分一起磁著於前述鞘管82表面，並在浸漬於酸水槽40中之酸性溶液之狀態下從前述鞘管82拔離棒狀磁石62而解除磁著，從而使前述磁性粉於前述酸水槽40內脫落，從而解決上述課題。
藉由提供(8)如上述(1)或(2)所記載之重金屬分離系統100、200，其中，棒狀磁石62係電磁石，且消磁手段80係開‧關對於前述棒狀磁石62之通電之開關機構88，從而解決上述課題。
藉由提供(9)如上述(1)或(2)所記載之重金屬分離系統100、200，其中，其係於前述酸水槽40之液面附近具備上浮物質回收配管58，且該上浮物質回收配管58係回收於酸水槽40內上浮之含無機矽的上浮物，從而解決上述課題。
藉由本發明之重金屬分離系統，對於燒卻灰等之處理對象物，使用磁性粉之重金屬之分離回收可低成本且高效率地進行。
30‧‧‧攪拌槽，第1攪拌槽
31‧‧‧第2攪拌槽
32、33‧‧‧攪拌手段
34‧‧‧處理物沉澱部
36‧‧‧攪拌槽開閉手段
40‧‧‧酸水槽
44‧‧‧磁性粉沉澱部
46‧‧‧酸水槽開閉手段
50‧‧‧再生水槽
58‧‧‧上浮物質回收配管
60‧‧‧磁石部
62‧‧‧棒狀磁石
64‧‧‧保持部
66‧‧‧移送手段
70‧‧‧磁性粉回收部
80‧‧‧消磁手段
82‧‧‧鞘管
84‧‧‧著脫機構
88‧‧‧開關機構
100、200‧‧‧重金屬分離系統
【圖1】本發明之第1形態之重金屬分離系統的概略構成圖。
【圖2】本發明之第2形態之重金屬分離系統的概略構成圖。
【圖3】說明本發明之重金屬分離系統之磁石部的圖。
【圖4】表示本發明之重金屬分離系統之消磁手段之例的圖。
【圖5】表示藉由本發明之重金屬分離系統所得實驗結果的表格。
基於圖式說明本發明之重金屬分離系統之實施形態。在此，圖1係表示本發明之第1形態之重金屬分離系統100的圖。此外，圖2係表示本發明之第2形態之重金屬分離系統200的圖。
圖1所示之本發明之第1形態之金屬分離系統100，係具有：攪拌槽30，將磁性粉與含有重金屬之處理對象物在水中攪拌；酸水槽40，儲存酸性溶液；磁石部60，可出入攪拌槽30及酸水槽40內從而將磁性粉連同重金屬成分一起磁著；移送手段66，移送此磁石部60；消磁手段80，解除磁石部60之磁著，並使磁性粉連同重金屬成分一起脫落於酸水槽40內之酸性溶液中；磁性粉回收部70，從酸水槽40之沉澱物將磁性粉分離者。
此外，圖2所示本發明之第2形態之重金屬分離系統200，係具有：第1攪拌槽30，將含有重金屬之處理對象物在水中攪拌；第2攪拌槽31，取出此第1攪拌槽30之上清液並與磁性粉混合攪拌；磁石部60，將此第2攪拌槽31中之重金屬成分連同磁性粉一起移送至酸水槽40；酸水槽40，儲存酸性溶液；磁性粉回收部70，從此酸水槽40之沉澱物中將磁性粉分離。
並且，攪拌槽30及第1攪拌槽30係於下部具有攪拌手段32，且下側成為漏斗狀之漏斗部30a。又，此攪拌手段32及後述之各槽所設置之攪拌手段33、42、52，係使用波輪型之皿狀葉輪為佳。藉由此構成，除了洗浄等之保養較為容易之外，特別係在攪拌槽30、第
2攪拌槽31、酸水槽40可一邊進行攪拌一邊使磁石部60出入槽內，磁性粉之移送及分離可高效率地進行。
此外，此漏斗部30a之前端係介在攪拌槽開閉手段36而設置處理物沉澱部34。此外，漏斗部30a之前側的攪拌槽開閉手段36之上係設置放出壓縮空氣之空氣排出口26為佳。此外，攪拌槽開閉手段36之下係設置有排出處理物沉澱部34內之殘留空氣的排氣管28為佳。此外，處理物沉澱部34係設置有可肉眼觀察沉澱狀態之觀察窗38a或檢測沉澱狀態之濁度檢測器等之檢測手段38b為佳。並且，處理物沉澱部34之前側係與處理物排出部連接，且該處理物排出部係具有排出閥10a與泵手段18及排出配管12a。又，由於攪拌槽30之沉澱物一般係高濃度且含水率低者，故處理物排出部之泵手段18係使用堵塞難以發生之真空泵等為佳。
此外，攪拌槽30、第1攪拌槽30，係與送出手段連接，且該送出手段係具備將槽內之上清液送出之送出配管20與開閉閥20a及泵手段20b者。並且，攪拌槽30之送出配管20係與後述之再生水槽50連接。此外，第1攪拌槽30之送出配管20係與後述之第2攪拌槽31連接。此外，攪拌槽30，係與給水配管14連接，且該給水配管14係向槽內供給純水、離子交換水、自來水、工業用水等之所定的水者。
此外，第2形態之重金屬分離系統200的第2攪拌槽31係與第1攪拌槽30相同，下部具有攪拌手段33且下側成為漏斗狀之漏斗部31a。此外，漏斗部31a之前端係介在第2攪拌槽開閉手段37而設置第2攪拌槽沉澱部45。又，以第2攪拌槽開閉手段37之上係設
置有排出壓縮空氣之空氣排出口26，第2攪拌槽開閉手段37之下係設置有排氣管28為佳。並且，第2攪拌槽沉澱部45之前側係與第2攪拌槽排出部連接，且該第2攪拌槽排出部係具有排出閥10d及排出配管12d。此外，第2攪拌槽31，係具有還流配管17，該還流配管17係具備可供給槽內所定之水的給水配管14、開閉閥17a及泵手段17b，且將磁性粉分離後之殘留水送出至第1攪拌槽30者。
又，處理對象物係燒卻灰時，處理對象物與水之混合液係表現出鹼性。因此，基於防止裝置的經年劣化之觀點，攪拌槽30、第1攪拌槽30、第2攪拌槽31及與此等關連之部件，係具有耐鹼性之材質，抑或施有耐鹼性之表面處理為佳。
此外，重金屬分離系統100、200之酸水槽40亦與其他槽相同地，係於下部具有攪拌手段42且下側成為漏斗狀之漏斗部40a，此漏斗部40a之前端係介在酸水槽開閉手段46而設置磁性粉沉澱部44。又，此漏斗部40a之酸水槽開閉手段46之上設置有排出壓縮空氣之空氣排出口26，且酸水槽開閉手段46之下設置有排氣管28為佳。並且，磁性粉沉澱部44之前側係連接磁性粉排出部，且該磁性粉排出部係具有排出閥10b與泵手段19及排出配管12b。進一步，酸水槽40，係與酸性溶液排出配管22及上浮物質回收配管58連接，且該酸性溶液排出配管22係具備開閉閥22a並回收槽內之酸性溶液，該上浮物質回收配管58係設置於液面附近且具備開閉閥58a，並回收含無機矽等之上浮物者。又，在此之無機矽係指無機矽酸、無機矽化合物等。此外，由於酸水槽40係儲存酸性溶液，基於防止裝置的經年劣化之觀點，
此等之部件等係耐酸性之材質，抑或施有耐酸性之表面處理為佳。
此外，本發明之重金屬分離系統100，係亦可具備回收攪拌槽30內之上清液並再利用之再生水槽50。此再生水槽50亦於下部具有攪拌手段52，且下側成為漏斗狀之漏斗部50a，此漏斗部50a之前側係介在再生槽開閉手段56而設置有再生槽沉澱部54。又，亦以此漏斗部50a之再生槽開閉手段56之上設置有排出壓縮空氣之空氣排出口26，且再生槽開閉手段56之下設置有排氣管28為佳。此外，再生槽沉澱部54之前側，係與凝集物排出部連接，且該凝集物排出部係具有排出閥10c及排出配管12c。此外，再生水槽50，係與還流配管16連接，且該還流配管16係具備開閉閥16a及泵手段16b，並將再生水槽50內之再處理水送出至攪拌槽30者。
又，開閉手段36、37、56、排出閥10a、10c、10d及開閉閥20a、16a、17a，係具有以所連接之配管為基準的口徑，且使用藉由手動及電氣控制而開閉之電磁閥為佳。此外，酸水槽開閉手段46、排出閥10b、開閉閥22a、58a係使用低成本之手動閥為佳。
此外，磁石部60，係具有：複數之棒狀磁石62、及使此等前述複數之棒狀磁石62間空出所定之間隙而在鉛直方向配列固定之保持部64。並且，第1形態之重金屬分離系統100中，磁石部60係藉由移送手段66而在攪拌槽30與酸水槽40之間移動。此外，在第2形態之重金屬分離系統200中其係在第2攪拌槽31與酸水槽40之間移動。此外，磁石部60係藉由移送手段66而可在所定之範圍內上下方向
移動，藉此磁石部60可在攪拌槽30、第2攪拌槽31及酸水槽40內出入。
在此，使用圖3說明磁石部60之較佳構成及外形尺寸。在此，圖3(a)係磁石部60進入攪拌槽30、第2攪拌槽31之狀態的模式平面圖，圖3(b)係模式側面圖。如圖3(a)、(b)所示，棒狀磁石62具有所定之長度，上端側由保持部64固定並如向下方垂下般固定。此棒狀磁石62所使用之磁石並無特別限定，可使用習知的鐵氧體磁石、稀土類磁石等之永久磁石或電磁石。此外，棒狀磁石62之徑並無特別限定，使用約φ 50mm者為佳。進一步，基於磁性粉之回收効率的觀點，棒狀磁石62係略均等地插入攪拌槽30、第2攪拌槽31內全體為佳。因此，位於磁石部60之兩最外部的棒狀磁石62間之距離L1，係攪拌槽30、第2攪拌槽31之內徑尺寸(攪拌槽30、第2攪拌槽31為角形時係各邊的內寸)L2之80%~90%為佳。此外，棒狀磁石62對於保持部64之設置數量、設置間隔係根據棒狀磁石62之磁力適宜設定，棒狀磁石62之磁力較弱時密集配列，較強時疏散配列。但，只要係一般之棒狀磁石62，大致以約2cm~50cm之範圍等間隔地由保持部64配列固定為佳。又，棒狀磁石62係使用永久磁石時，基於磁性粉之回收効率的觀點，使用以面積之較廣側面作為磁著面發揮機能，徑方向著磁的磁石為佳。此時之棒狀磁石62之磁束密度可使用100G~20000G(高斯)者，使用8000G~14000G者特佳。並且，使用徑方向著磁之棒狀磁石62時，棒狀磁石62係盡可能深入至攪拌槽30、第2攪拌槽31而浸漬為佳。因此，棒狀磁石62之長度，如圖3
所示，相較於由漏斗部30a、31a之上端位置至液面為止之距離T，係較長為佳。此外，如圖1所示，棒狀磁石62之長度亦可係中心側較長，周側較短而沿著漏斗部30a、31a者。藉由此構成，由於棒狀磁石62可插入至漏斗部30a、31a之側，故可進一步高效率地進行磁性粉之磁著。此外，棒狀磁石62係電磁石時，其係磁著面之端面可位於攪拌槽30、第2攪拌槽31之中間程度之長度為佳。此外，可將長度相異之棒狀磁石62配列為磁著面之端面於攪拌槽30、第2攪拌槽31內之全體中分布。
此外，磁石部60係設置有解除磁性粉之磁著的消磁手段80。在此，圖4係表示消磁手段80之一例。又，圖4中，係表示棒狀磁石62之長度為相等之例。首先，棒狀磁石62係永久磁石時之消磁手段80，如圖4(a)所示，其較佳者係具備：鞘管82，與棒狀磁石62相同數目並於相同位置配列固定，棒狀磁石62可插入且自身不具磁力；著脫機構84，將此等鞘管82從棒狀磁石62取出插入。此外，棒狀磁石62係電磁石時之消磁手段80，如圖4(b)所示，係以對於將棒狀磁石62激磁之線圈86的通電進行開‧關之開關機構88為佳。又，由於電磁石之棒狀磁石62及鞘管82係於酸水槽40中浸漬酸性溶液，故係耐酸性之材質，抑或施有耐酸性之表面處理為佳。
此外，磁性粉回收部70，係具有：接受槽72，接受從排出配管12b排出之酸水槽40的沉澱物；磁性粉分離手段74，將沉澱物中之磁性粉分離回收。又，磁性粉分離手段74可使用習知的永久磁石、電磁石，抑或習知的濾網等。並且，磁性粉分離手段74使用永久磁石時
係具備鞘管或蓋板等之消磁手段，電磁石時係具備對於將磁性粉分離手段74激磁之線圈的通電進行開‧關之開關機構為佳。
接著，說明本發明之重金屬分離系統100之動作。首先，在攪拌槽開閉手段36、開閉閥20a係關閉之狀態下，對於攪拌槽30供給水。此時，供給之水係使用將再生水槽50內之再處理水調整至約pH7~8之中性水為佳。此外，亦可使用純水、離子交換水、自來水、工業用水等。又，使用再處理水作為攪拌槽30之水時，再生水槽50側之開閉閥16a係電氣控制或手動為開啟狀態，啟動泵手段16b且通過還流配管16使再生水槽50內之再處理水向攪拌槽30供給。此外，再處理水不足之情形等，適宜地從給水配管14供給自來水、工業用水、純水、離子交換水等。又，處理對象物係燒卻灰時，其給水量係大約處理對象物之重量的4倍~5倍程度為佳。此外，處理對象物係污水時，可因應污水之濃度而適宜地供給此等之水。
接著，將所定量之燒卻灰、下水處理污泥、污水等之處理對象物投入攪拌槽30。處理對象物之投入方法可係壓送、帶式輸送機、漏斗等所成落下等，亦可使用任意之手段。如此向攪拌槽30投入水及處理對象物，可啟動攪拌手段32而將處理對象物在水中攪拌。又，處理對象物係燒卻灰時，與處理對象物混合之水係鹼性。
與此前後地，將所定量之磁性粉投入攪拌槽30內。此時所使用之磁性粉可係如鐵素體或磁鐵礦之磁性氧化物粉末、具有磁性之金屬粉等，亦可使用任意者。又，磁性粉係磁石所磁著者，基本上自身並未具備磁力。此外，磁性粉使用於負荷磁場398kA/m中之飽和磁化量係
10Am2/kg~300Am2/kg者為佳。進一步，磁性粉之平均粒徑係100μm以下為佳，特別係10nm~500nm較佳。此外，相對於處理對象物之重量，磁性粉之投入量係1wt%~100wt%為佳，特別係約10wt%較佳。又，磁性粉之製造方法，可使用濕式氧化法等之習知的製造方法。
並且，處理對象物與磁性粉係藉由攪拌手段32而於攪拌槽30內攪拌。雖此時之攪拌手段32之回轉數及攪拌時間，係根據攪拌槽30之容量、處理對象物之種類及量、水之量、攪拌手段32之能力等，但大約係以10rpm~3000rpm，合適係以200rpm~3000rpm進行約30min為佳。此時，從空氣排出口26排出壓縮空氣，使攪拌槽30之底部，亦即攪拌槽開閉手段36之上面未堆積處理對象物及磁性粉為佳。藉此，水中之重金屬成分係藉由電引力等而與磁性粉吸著。此外，水中存在無機矽時，此等亦與磁性粉吸著。
接著，一邊維持處理對象物及磁性粉不會堆積於攪拌槽30之底部一邊啟動移送手段66。並且，磁石部60浸漬於攪拌槽30內之磁性粉混合水中。藉此，棒狀磁石62之磁著面或鞘管82之表面可維持磁性粉吸著重金屬成分等而磁著。
接著，移送手段66係將磁石部60從攪拌槽30內取出。此時，處理對象物未與磁石部60附著，而係殘留於攪拌槽30內。並且，移送手段66係將磁石部60移動至酸水槽40上，從而使其浸漬酸水槽40內之酸性溶液中。此時之酸水槽開閉手段46、排出閥10b、開閉閥22a、58a係關閉狀態。此外，此時使攪拌手段42迴轉稼動並從
空氣排出口26排出壓縮空氣，且酸水槽40內之酸性溶液係攪拌狀態為佳。又，酸水槽40之酸性溶液所使用之酸係鹽酸、硫酸、硝酸等之無機酸類為佳，特別係將硝酸以約4倍之純水稀釋使用為佳。此外，使用此酸性溶液所再生之強酸性水，基於環境面、成本面觀點為特佳。
接著，維持酸水槽40之攪拌狀態，並啟動消磁手段80解除磁石部60對於磁性粉之磁著。例如，圖4(a)所示之使用鞘管82的消磁手段80，係保持著脫機構84並在鞘管82浸漬於酸水槽40之酸性溶液中的狀態下使磁石部60上升。藉此，將棒狀磁石62從鞘管82內拔出而解除鞘管82表面之磁性粉的磁著。藉此，磁性粉及重金屬成分等脫落於酸水槽40之酸性溶液中。磁性粉脫落之鞘管82藉由著脫機構84而上升，從酸水槽40取出且著用於棒狀磁石62。此外，圖4(b)所示對於以電磁石構成之棒狀磁石62的消磁手段80，係棒狀磁石62浸漬於酸性溶液中的狀態下使開關機構88成為關閉。藉此，對於將棒狀磁石62激磁之線圈86的通電停止，解除磁性粉之磁著。藉此，磁性粉及重金屬成分等脫落於酸水槽40之酸性溶液中。之後，磁石部60藉由移送手段66從酸水槽40取出。並且，開關機構88成為開啟，棒狀磁石62作為磁石再次發揮機能。
藉由此磁石部60對磁性粉及重金屬成分等之移送，係至棒狀磁石62所磁著之吸著物消失為止重複進行5次~6次。並且，脫落於酸水槽40內之磁性粉及重金屬成分等藉由酸性溶液而解除吸著狀態並分離。又，此時從空氣排出口26排出之空氣亦具有促進此等重金屬成分氧化還元反應之機能。
磁性粉及重金屬成分藉由磁石部60移送時，攪拌槽30之攪拌手段32的迴轉稼動及空氣排出口26之空氣放出皆停止。並且，攪拌槽開閉手段36以電控制或手動成為開啟狀態。此時排出閥10a係關閉狀態。又，由於處理物沉澱部34係與排氣管28連接，故處理物沉澱部34內無殘留空氣，而攪拌槽開閉手段36之開啟稼動時，處理物沉澱部34內之空氣不會排出至攪拌槽30內。並且，在此狀態下静置3min~60min。藉此，處理對象物係通過呈開啟狀態之攪拌槽開閉手段36而在處理物沉澱部34內沉澱。此處理對象物之沉澱狀態係藉由觀察窗38a進行肉眼觀察或檢測手段38b而監控。並且，判斷處理對象物已充分沉澱於處理物沉澱部34內時，攪拌槽開閉手段36藉由電控制或手動成為關閉狀態。並且，處理物排出部之排出閥10a藉由電控制或手動成為開啟狀態後，泵手段18起動。藉此，沉澱於處理物沉澱部34內之處理對象物通過處理物排出部之排出配管12a排出至所定之槽。又，處理對象物所含之重金屬成分、無機矽等之礦物類如前述藉由磁性粉及磁石部60而移送至酸水槽40，此外，由於鹽類等係溶出於攪拌槽30內之上清液中，故沉澱之處理對象物幾乎未含有此等成分，特別係重金屬成分為環境局之基準以下。藉此，處理物排出部所排出之處理對象物，除了可以所定之填埋進行處理等之外，例如為燒卻灰時，亦可作為水泥或混凝土砌塊之材料再利用。
此外，攪拌槽開閉手段36之閉塞後，送出手段之開閉閥20a藉由電控制或手動成為開啟狀態，泵手段20b起動。此時，再生水槽50之再生槽開閉手段56、開閉閥16a係關閉狀態。藉此，攪拌槽
30之上清液通過送出配管20送出至再生水槽50。上清液之送出完成後，開閉閥20a閉塞，泵手段20b停止。
並且，送出至再生水槽50之攪拌槽30之上清液，藉由攪拌手段52而一邊攪拌一邊投入所定量之例如鈣系的凝固劑。藉此，使殘存於上清液中之鹽類等成為例如氯化鈣而凝固。此時，從空氣排出口26排出壓縮空氣，使再生水槽50之底部，亦即再生槽開閉手段56之上面未堆積凝集物為佳。並且，鹽類等凝固時，攪拌手段52之迴轉稼動及空氣排出口26之空氣排出停止，且再生槽開閉手段56藉由電控制或手動成為開啟狀態。此時，排出閥10c係關閉狀態。又，由於再生槽沉澱部54係與排氣管28連接，故再生槽沉澱部54內未殘留空氣，且在再生槽開閉手段56之開啟動作時，再生槽沉澱部54內之空氣不會排出至再生水槽50內。並且，在此狀態下静置。藉此，鹽類等之凝集物通過呈開啟狀態之再生槽開閉手段56而沉澱於再生槽沉澱部54內。並且，經過所定之時間使凝集物於再生槽沉澱部54內充分沉澱後，再生槽開閉手段56藉由電控制或手成為關閉狀態。接著，凝集物排出部之排出閥10c藉由電控制或手動成為開啟狀態。藉此，沉澱於再生槽沉澱部54內之凝集物通過凝集物排出部之排出配管12c排出至所定之槽。對於排出之凝集物因應其物質而賦予相符之處理。此外，鹽類等之凝集物已分離去除之再處理水，藉由濾網等去除其他之夾雑物後，以自來水(市水)、工業用水、純水、離子交換水等進行適宜稀釋，或者藉由投入添加物，從而將pH調整為中性程度後，如前述藉由開閉閥16a、泵手段16b通過還流配管16而適宜供給至攪拌槽30並再利用。
此外，藉由磁石部60將磁性粉及重金屬成分等朝酸水槽40之移送完成後，停止攪拌手段42之迴轉稼動及空氣排出口26之空氣排出。並且，酸水槽開閉手段46藉由電控制或手動成為開啟狀態。此時之排出閥10b係關閉狀態。又，由於磁性粉沉澱部44係與排氣管28連接，故磁性粉沉澱部44內未殘留空氣，且酸水槽開閉手段46之開啟稼動時，不會發生磁性粉沉澱部44內之空氣排出至酸水槽40內。並且，磁性粉及重金屬成分等係静置於酸性溶液中約24hr。藉此，磁性粉及重金屬成分係通過呈開啟狀態之酸水槽開閉手段46沉澱於磁性粉沉澱部44內。此外，無機矽等會伴隨氣泡上浮至酸水槽40之表面。並且，經過所定之時間使磁性粉及重金屬成分充分沉澱於磁性粉沉澱部44內，且無機矽等上浮時，使酸水槽開閉手段46閉塞且磁性粉排出部之排出閥10b成為開啟狀態，泵手段19起動。藉此，沉澱於磁性粉沉澱部44內之磁性粉及重金屬成分係通過磁性粉排出部之排出配管12b排出至磁性粉回收部70之接受槽72。此外，與此前後地，開閉閥58a開啟，且與上浮物質回收配管58連接之圖式未表示的泵手段起動。藉此，含有無機矽之上浮物通過上浮物質回收配管58排出至所定之槽。排出之上浮物係因應其物質而被賦予相符之處理。又，沉澱物與上浮物已排出的酸性溶液可直接或補充不足部分之酸，作為強酸性水再使用。此外，適宜地，通過酸性溶液排出配管22回收。
排出至接受槽72之磁性粉及重金屬成分藉由磁性粉分離手段74而分離。在此，磁性粉分離手段74使用磁石時，係將排出至接受槽72之磁性粉及重金屬成分與磁性粉分離手段74相鄰或接觸。藉
此，使磁性粉分離手段74磁著磁性粉。此磁性粉之分離係可藉由濕式進行，亦可乾燥後藉由乾式進行。又，由於磁性粉與重金屬成分係藉由酸性溶液而分離，故磁性粉分離手段74係僅磁著磁性粉，其他之重金屬成分等殘留於接受槽72側。並且，磁性粉分離手段74所磁著之磁性粉係藉由磁性粉分離手段74之消磁手段而從磁性粉分離手段74脫落回收。又，回收之磁性粉係施予適宜地水洗‧乾燥等而再利用。此外，殘留於接受槽72之重金屬成分係藉由相符之廢棄處理或習知的方法而整個物質分離再利用。
接著，說明本發明之第2形態之重金屬分離系統200之動作。首先，在攪拌槽開閉手段36、開閉閥20a係關閉狀態下，投入所定量之處理對象物至第1攪拌槽30。處理對象物之投入方法亦可與第1形態相同使用任何手段。
接著，於第1攪拌槽30供給水。此時，所供給之水亦可使用將第2攪拌槽31內之磁性粉分離後之殘留水調整為約pH7~8之中性者。此時，第2攪拌槽31側之開閉閥17a藉由電控制或手動成為開啟狀態，泵手段17b啟動且通過還流配管17將第2攪拌槽31內之殘留水供給至第1攪拌槽30。此時，第1攪拌槽30之水不足之情形等，亦可從給水配管14等供給市水或工業用水。又，第1攪拌槽30之水量與第1形態相同，處理對象物係燒卻灰時，其大約係處理對象物之重量的約4倍~5倍，處理對象物係污水時，則係因應污水之濃度的量。
向第1攪拌槽30投入水及處理對象物時，攪拌手段32會迴轉稼動且從空氣排出口26排出壓縮空氣，將處理對象物在水中攪拌。
此時之各條件亦與第1形態相同。並且，藉由此攪拌，從而使處理對象物中之重金屬成分在此混合水中溶解。
接著，攪拌手段32之迴轉及空氣排出口26之空氣排出停止，且攪拌槽開閉手段36藉由電控制或手動成為開啟狀態。此時排出閥10a係關閉狀態。又，由於處理物沉澱部34係與排氣管28連接，故處理物沉澱部34內未殘留空氣，且於攪拌槽開閉手段36之開始稼動時，處理物沉澱部34內之空氣不會排出至第1攪拌槽30內。並且，在此狀態下静置3min~60min。藉此，處理對象物係通過呈開啟狀態之攪拌槽開閉手段36而在處理物沉澱部34內沉澱。此處理對象物之沉澱狀態係藉由觀察窗38a進行肉眼觀察或檢測手段38b而監控。並且，判斷處理對象物已充分沉澱於處理物沉澱部34內時，攪拌槽開閉手段36藉由電控制或手動成為關閉狀態。並且，處理物排出部之排出閥10a藉由電控制或手動成為開啟狀態後，泵手段18起動。藉此，沉澱於處理物沉澱部34內之處理對象物通過處理物排出部之排出配管12a排出至所定之槽。又，處理對象物所含之重金屬成分、無機矽等之礦物類、鹽類等，由於係溶出於第1攪拌槽30內之上清液中，故已沉澱之處理對象物幾乎未含有此等成分，特別係重金屬成分為環境局之基準以下。藉此，處理物排出部所排出之處理對象物，除了可以所定之填埋進行處理等之外，例如為燒卻灰時，亦可可作為水泥或混凝土砌塊之材料再利用。
此外，攪拌槽開閉手段36之閉塞後，送出手段之開閉閥20a藉由電控制或手動成為開啟狀態，泵手段20b起動。此時，第2攪拌槽31之第2攪拌槽開閉手段37、開閉閥17a係關閉狀態。藉此，
溶解有重金屬成分之第1攪拌槽30之上清液通過送出配管20送出至第2攪拌槽31。上清液之送出完成後，開閉閥20a閉塞，泵手段20b停止。
接著，對於送出至第2攪拌槽31之上清液，從給水配管14供給市水或工業用水，藉此將上清液之pH調整為中性。接著，向已調整pH之上清液投入所定量磁性粉且啟動攪拌手段33，從而將上清液與磁性粉混合攪拌。攪拌手段33所需攪拌時間係根據第2攪拌槽31之容量或攪拌手段33之能力，大致為約10min。此時，從空氣排出口26排出壓縮空氣，使第2攪拌槽31之底部，亦即第2攪拌槽開閉手段37之上面未堆積磁性粉為佳。並且，溶解於上清液中之重金屬成分藉由將pH調整為中性而析出，以電引力等與磁性粉吸著。此外，上清液中存在有無機矽時，此亦與磁性粉吸著。又，將pH調整為中性可將磁性粉與重金屬成分之吸著力增大。
接著，一邊以磁性粉不會堆積於第2攪拌槽31之底部之程度攪拌，一邊啟動移送手段66使磁石部60浸漬於第2攪拌槽31內之磁性粉混合水中。藉此，於棒狀磁石62之磁著面或鞘管82之表面，磁性粉可維持吸著重金屬成分等而磁著。
接著，移送手段66係將磁石部60從第2攪拌槽31內取出，將其移動至酸水槽40上而浸漬於酸水槽40中。接著，與第1形態相同，啟動消磁手段80而解除磁石部60之磁性粉的磁著。藉此，將磁性粉及重金屬成分等脫落於酸水槽40之酸性溶液中。藉由此磁石部60所成之磁性粉及重金屬成分等從第2攪拌槽31向酸水槽40之移送，係
至棒狀磁石62所磁著之磁性粉消失為止重複進行5次~6次。移送至酸水槽40之磁性粉及重金屬成分等與第1形態完全相同地在酸水槽40內分離後，沉澱於磁性粉沉澱部44內，排出至磁性粉回收部70。並且，於磁性粉回收部70進行磁性粉與重金屬成分的分離。
此外，對於藉由磁石部60而移送磁性粉之第2攪拌槽31中的殘留水投入所定量之例如鈣系的凝固劑。藉此，使殘存於水中之鹽類等成為例如鹽化鈣而凝固。此時，從空氣排出口26排出壓縮空氣，使第2攪拌槽31之底部，亦即第2攪拌槽開閉手段37之上面未堆積凝集物為佳。鹽類等凝固時，空氣排出口26之空氣排出及攪拌手段33之迴轉稼動停止，且第2攪拌槽開閉手段37藉由電控制或手動成為開啟狀態。此時，排出閥10d係關閉狀態。又，由於第2攪拌槽沉澱部45係與排氣管28連接，故第2攪拌槽沉澱部45內無殘留空氣，而第2攪拌槽開閉手段37之開啟稼動時，第2攪拌槽沉澱部45內之空氣不會排出至第2攪拌槽31內。並且，在此狀態下静置。藉此，鹽類等之凝集物係通過呈開啟狀態之第2攪拌槽開閉手段37而在第2攪拌槽沉澱部45內沉澱。並且，經過所定之時間使凝集物充分沉澱於第2攪拌槽沉澱部45內後，第2攪拌槽開閉手段37藉由電控制或手動成為關閉狀態。接著，第2攪拌槽排出部之排出閥10d藉由電控制或手動成為開啟狀態。藉此，沉澱於第2攪拌槽沉澱部45內之凝集物，通過第2攪拌槽排出部之排出配管12d而排出至所定之槽。對於排出之凝集物，因應其物質而賦予相符之處理。此外，鹽類等之凝集物已分離去除之殘留水，如前述藉由開閉閥17a、泵手段17b而通過還流配管17，適宜地供給至第1攪拌槽
30並再利用。此時，殘留水係以自來水(市水)或工業用水等稀釋，將pH調整為中性程度者。
接著，本發明之第1形態之重金屬分離系統100，藉由小規模所得實験結果如以下所示。首先，攪拌槽30中投入水5L與作為處理對象物之可燃垃圾的燒卻灰1Kg及磁性粉130g，以200~300rpm攪拌30min。此時使用之磁性粉係平均粒徑50μm且在負荷磁場398kA/m中飽和磁化量為40emu/g者。此外，準備濃度25%之硝酸水溶液5L於酸水槽40。並且，藉由14000G(高斯)之棒狀磁石62將磁性粉從攪拌槽30移送至酸水槽40。移送係至棒狀磁石62並未吸著(磁著)吸著物為止進行6次。並且，磁性粉沉澱後，將其排出而得到分離物。並且，定量處理前之處理對象物、分離物、及處理後之處理對象物(殘渣物)中的金屬成分之含有率。其結果示於圖5。又，圖5中分離物之鐵成分(Fe)、錳成分(Mn)增大係由於磁性粉的存在所導致之影響。
根據圖5，分離物中可檢測出重金屬成分及金屬成分，從而判明藉由本發明之重金屬分離系統可將重金屬成分分離。又，雖處理後之處理對象物中亦殘留有重金屬成分，但若將此以磁性粉之量或各種條件等進行最適化，則可為環境基準值以下。
如以上所述，本發明之重金屬分離系統100、200，係以磁性粉吸著處理對象物中之重金屬成分，且藉由磁石部60將重金屬成分連同磁性粉一起移送至酸水槽40。並且，藉由酸水槽40中之酸性溶液解除磁性粉與重金屬成分之吸著狀態，且向磁性粉回收部70排出，在
此磁性粉回收部70中將重金屬成分與磁性粉分離。並且，藉由此等之機能性啟動，從而可低成本且高效率地將燒卻灰等之處理對象物中之重金屬分離回收。
又，本例所示重金屬分離系統100、200之各部構成、形狀、動作、各條件、配管經路等僅代表其中一例，只要不脫離本發明之要旨範圍，皆可變更而實施本發明。
30‧‧‧攪拌槽，第1攪拌槽
32‧‧‧攪拌手段
34‧‧‧處理物沉澱部
36‧‧‧攪拌槽開閉手段
40‧‧‧酸水槽
44‧‧‧磁性粉沉澱部
46‧‧‧酸水槽開閉手段
50‧‧‧再生水槽
58‧‧‧上浮物質回收配管
60‧‧‧磁石部
62‧‧‧棒狀磁石
64‧‧‧保持部
66‧‧‧移送手段
70‧‧‧磁性粉回收部
100‧‧‧重金屬分離系統
Claims (9)
- 一種重金屬分離系統，其特徵係具有：攪拌槽，具備攪拌手段，將磁性粉與含有重金屬成分之處理對象物在水中攪拌；處理物沉澱部，設置於前述攪拌槽之下方；攪拌槽開閉手段，使前述處理物沉澱部與前述攪拌槽之間可開閉；處理物排出部，將前述處理物沉澱部內之沉澱物排出；酸水槽，儲存酸性溶液；磁性粉沉澱部，設置於前述酸水槽之下方；酸水槽開閉手段，使前述磁性粉沉澱部與前述酸水槽之間可開閉；磁性粉排出部，將沉澱於前述磁性粉沉澱部內之磁性粉連同重金屬成分一起排出；磁石部，可出入前述攪拌槽及酸水槽內從而將磁性粉連同重金屬成分一起磁著；移送手段，移送前述磁石部；消磁手段，解除前述磁石部之磁著並將前述磁性粉連同重金屬成分一起脫落於前述酸水槽內之酸性溶液中；及磁性粉回收部，從藉由前述磁性粉排出部所排出之沉澱物中將磁性粉分離；且前述磁石部，係具有：複數之棒狀磁石、及使前述複數之棒狀磁石間空出所定之間隙而在鉛直方向配列固定之保持部。
- 一種重金屬分離系統，其特徵係具有：第1攪拌槽，具備攪拌手段並將含有重金屬成分之處理對象物在水中攪拌；處理物沉澱部，設置於前述第1攪拌槽之下方；攪拌槽開閉手段，使前述處理物沉澱部與前述第1攪拌槽之間可開閉；處理物排出部，將前述處理物沉澱部內之沉澱物排出；送出手段，將前述第1攪拌槽內之上清液送出；第2攪拌槽，具備攪拌手段並將從前述送出手段所送出之上清液與磁性粉攪拌；磁石部，可出入前述第2攪拌槽內從而將磁性粉連同重金屬成分一起磁著；移送手段，移送前述磁石部；酸水槽，前述磁石部可出入；消磁手段，解除前述磁石部之磁著並將前述磁性粉連同重金屬成分一起脫落於前述酸水槽內之酸性溶液中；磁性粉沉澱部，設置於前述酸水槽之下方；酸水槽開閉手段，使前述磁性粉沉澱部與前述酸水槽之間可開閉；磁性粉排出部，將沉澱於前述磁性粉沉澱部內之磁性粉連同重金屬成分一起排出；及磁性粉回收部，從藉由前述磁性粉排出部所排出之沉澱物中將磁性粉分離；且前述磁石部，係具有：複數之棒狀磁石、及使前述複數之棒狀磁石間空 出所定之間隙而在鉛直方向配列固定之保持部。
- 如申請專利範圍第1項所記載之重金屬分離系統，其中，其係具有再生水槽，且該再生水槽係儲存攪拌槽內之上清液，並藉由投入凝固劑而去除凝集物後，送出至前述攪拌槽。
- 如申請專利範圍第1項所記載之重金屬分離系統，其中，棒狀磁石係設置至攪拌槽之內形尺寸的80%~90%之位置為止，且係以5cm~50cm之等間隔配列固定者。
- 如申請專利範圍第2項所記載之重金屬分離系統，其中，棒狀磁石係設置至第2攪拌槽之內形尺寸的80%~90%之位置為止，且係以5cm~50cm之等間隔配列固定者。
- 如申請專利範圍第1或2項所記載之重金屬分離系統，其中，磁性粉，在負荷磁場398kA/m中飽和磁化量係10Am2/kg~300Am2/kg者。
- 如申請專利範圍第1或2項所記載之重金屬分離系統，其中，棒狀磁石，係側面具備磁著面之磁束密度為100G~20000G的永久磁石；消磁手段，係具有：前述棒狀磁石可插入之鞘管、及將前述鞘管從前述棒狀磁石拔離之著脫機構；在前述棒狀磁石收納於鞘管之狀態下將槽內之磁性粉連同重金屬成分一起磁著於前述鞘管表面，並在浸漬於酸水槽中之酸性溶液之狀態下從前述鞘管拔離棒狀磁石而解除磁著，從而使前述磁性粉於前述酸水槽內脫落。
- 如申請專利範圍第1或2項所記載之重金屬分離系統，其中，棒狀磁石 係電磁石，且消磁手段係開‧關對於前述棒狀磁石之通電之開關機構。
- 如申請專利範圍第1或2項所記載之重金屬分離系統，其中，其係於前述酸水槽之液面附近具備上浮物質回收配管，且該上浮物質回收配管係回收於酸水槽內上浮之含無機矽的上浮物。
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