WO2021024349A1 - 水処理装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a water treatment device.
  • Patent Document 1 discloses a configuration of a water treatment apparatus.
  • the water treatment device described in Patent Document 1 is a magnetic separation device that separates activated sludge containing magnetic powder in an activated sludge suspension from the liquid by a magnetic force.
  • the magnetic separation device includes a magnetic separation tank, a horizontal rotary drum, a scraper, a sludge recovery trough, a gantry, a drive device, and a support arm provided at the lower part of the gantry.
  • the magnetic separation tank has an inflow part and an outflow part of the activated sludge suspension.
  • a magnet is arranged on the outer peripheral surface of the horizontal rotating drum. The scraper scrapes off the magnetic powder-containing activated sludge adhering to the horizontal rotary drum.
  • the separator magnetizes the activated sludge containing magnetic powder onto the drum using only permanent magnets. Since the strength of the magnetic field generated from the permanent magnet is relatively weak, when the size of the separator is increased, the magnetic powder-containing activated sludge is insufficiently magnetized.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a water treatment apparatus capable of easily scraping off magnetic powder-containing activated sludge magnetized by a superconducting magnet.
  • the water treatment apparatus includes a treatment tank and a separator.
  • the treatment tank stores water to be treated containing activated sludge containing magnetic powder.
  • the separator is located in the treatment tank and separates the activated sludge containing magnetic powder from the water to be treated.
  • the separator includes a drum, a superconducting magnet, a scraper, and a magnetic shield.
  • the drum has a peripheral surface. The drum can rotate while its peripheral surface is in contact with the water to be treated.
  • the superconducting magnets are arranged inside the peripheral surface along the direction of rotation of the drum. The superconducting magnet magnetizes the activated sludge containing magnetic powder on the peripheral surface.
  • the scraper has a sliding contact portion that is in sliding contact with the peripheral surface.
  • the scraper can scrape activated sludge containing magnetic powder.
  • the magnetic shield is a superconductor.
  • the magnetic shield is arranged along the rotation direction inside the peripheral surface so as to face the sliding contact portion via the peripheral surface.
  • the magnetic shield is arranged at a position different from that of the superconducting magnet in the direction of rotation.
  • the magnetic flux density at the sliding contact portion is reduced due to the Meissner effect of the magnetic shield, so that the magnetic powder-containing activated sludge magnetized on the peripheral surface by a superconducting magnet can be easily scraped off.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of a water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the water treatment apparatus 100 according to the embodiment of the present invention includes a treatment tank 110, a magnetic powder tank 120, and a separator 130.
  • a water supply line 111 to be treated is connected to the treatment tank 110.
  • the water to be treated 1 such as sewage or organic wastewater is supplied from the water to be treated line 111 to the treatment tank 110.
  • a flow meter 112 and an organic substance concentration measuring device 113 are arranged on the water supply line 111 to be treated.
  • the flow meter 112 measures the inflow amount of the water to be treated 1 flowing into the treatment tank 110.
  • the organic substance concentration measuring device 113 measures the organic substance concentration of the water to be treated 1 flowing into the treatment tank 110.
  • the processing tank 110 is provided with a suspended matter concentration measuring device 114.
  • the concentration of activated sludge suspended matter (MLSS: Mixed Liquor Suspended Solids) in the water to be treated 1 in the treatment tank 110 is measured by the suspended matter concentration measuring device 114.
  • the organic matter concentration and the activated sludge suspended matter concentration are measured by a suspended substance analysis method based on JIS K 0101 (2017).
  • the organic matter contained in the water to be treated 1 is decomposed by activated sludge.
  • the water 1 to be treated in which the organic substance is treated in the treatment tank 110 is sent to the separator 130.
  • the activated sludge and the purified water 1 to be treated with improved water quality are solid-liquid separated.
  • the solid-liquid separated water 1 to be treated is discharged to the outside of the treatment tank 110 by the water treatment water discharge line 115 provided in the treatment tank 110. The details of the separation method will be described later.
  • the treatment tank 110 includes an adjustment tank for adjusting the inflow amount of the water to be treated 1, a settling pond for removing suspended matter contained in the water 1 to be treated before flowing into the treatment tank 110, and water to be treated in the treatment tank 110.
  • An aeration means for supplying oxygen to 1 and a disinfecting means for disinfecting the water to be treated 1 may be appropriately installed.
  • a settling tank may be provided in the water discharge line 115 to be treated or between the separator 130 and the water discharge line 115 to be treated. In the settling tank, the solid matter that could not be completely removed from the water to be treated 1 by the separator 130 is settled and separated.
  • the magnetic powder is added to the water 1 to be treated in the treatment tank 110.
  • the magnetic powder is added from the magnetic powder tank 120 in a powdery state or in a state in which the magnetic powder is dispersed in a dispersion medium such as water.
  • the magnetic powder may be either paramagnetic powder or ferromagnetic powder, and examples thereof include iron oxide, cobalt, chromium oxide, and ferrite.
  • sludge containing microorganisms grown due to decomposition of organic substances forms flocs.
  • the magnetic powder enters the holes or dents of the three-dimensional structure formed by the sludge flocs.
  • the magnetic powder binds to sludge by electrostatic interaction. In this way, the magnetic powder-containing activated sludge 2 is formed. That is, in the treatment tank 110, the organic matter in the water to be treated 1 is treated by microorganisms, and the water to be treated 1 containing the magnetic powder-containing activated sludge is stored.
  • the separator 130 is located in the treatment tank 110 and separates the magnetic powder-containing activated sludge from the water 1 to be treated.
  • FIG. 2 is a diagram showing a separator and a configuration around the separator in the water treatment apparatus according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the separator 130 includes a drum 131, a superconducting magnet 132, a scraper 133, and a magnetic shield 134.
  • the drum 131 has a peripheral surface 131a.
  • the peripheral surface 131a of the drum 131 is in contact with the water to be treated 1.
  • the lower half portion of the drum 131 is arranged so as to be immersed in the water to be treated 1.
  • the drum 131 is rotatable.
  • a drive device 135 for rotating the drum 131 is provided at the center of the drum 131.
  • the separator 130 further includes a separator tank 136 located below the drum 131 and in the processing tank 110.
  • a separation path 137 is formed under the drum 131 by the separation tank 136.
  • the water 1 to be treated that has flowed into the separation path 137 in the treatment tank 110 flows along the peripheral surface 131a of the drum 131 in the direction opposite to the rotation direction R of the drum 131.
  • the water to be treated water discharge line 115 is connected to the separation tank 136, and the water to be treated 1 flowing through the separation path 137 is discharged from the water to be treated water discharge line 115.
  • the superconducting magnet 132 is arranged inside the peripheral surface 131a along the rotation direction R of the drum 131.
  • the superconducting magnet 132 magnetically magnetizes the magnetic powder-containing activated sludge 2 contained in the water to be treated 1 flowing through the separation path 137 on the peripheral surface 131a.
  • details of the configuration of the superconducting magnet 132 will be described.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a separator in the water treatment apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • the superconducting magnet 132 is composed of one or more superconducting coils 132a, and specifically, is composed of an even number of superconducting coils 132a.
  • An even number of superconducting coils 132a are arranged along the peripheral surface 131a.
  • the polar orientation of each of the even number of superconducting coils 132a is along the radial direction of the drum 131.
  • the polar directions of the adjacent superconducting coils 132a are different from each other in the radial direction.
  • the direction of the polarity of the superconducting coil 132a can be controlled by the direction of the current applied to the superconducting coil 132a. Further, in the present embodiment, an even number of superconducting coils 132a are housed in a single cooling container.
  • the superconducting coil 132a is formed by winding a superconducting wire and fixing and holding the superconducting wires with an adhesive such as epoxy resin or paraffin.
  • the superconducting coil 132a generates a magnetic field for magnetizing the magnetic powder-containing activated sludge 2 on the peripheral surface 131a.
  • a metal-based superconducting conductor made of NbTi (niobium-titanium) and copper can be used as the superconducting wire.
  • the superconducting magnet 132 is formed of the high-temperature superconducting material.
  • the cooling operation temperature of the superconducting coil 132a can be set higher than 4.2K, and the cooling efficiency of a refrigerator (not shown) for cooling the superconducting coil 132a is improved.
  • the operating cost of the water treatment device 100 can be reduced.
  • the cooling efficiency is improved by setting the operating temperature of the refrigerator high, and when the amount of water 1 to be treated temporarily increases due to heavy rain or the like, the operating temperature of the refrigerator is lowered to superconducting.
  • the generated magnetic field is increased by lowering the cooling temperature of the coil 132a and increasing the energizing current of the superconducting coil 132a.
  • the wastewater treatment capacity of the water treatment device 100 can be temporarily increased to cope with the increase in the amount of water to be treated 1.
  • the superconducting coil 132a is operated in the permanent current mode by disconnecting the superconducting coil from the exciting power supply by using a permanent current switch (not shown) after the superconducting coil 132a is energized by connecting an exciting power source (not shown) and energizing the superconducting coil 132a. be able to. Since the exciting power supply is not connected to the superconducting coil 132a during the operation of the separator 130, the superconducting coil 132a does not immediately quench in the event of a trouble such as a power failure. Further, if the power failure is for a short time, the operation of the superconducting coil 132a can be continued as it is even after the power failure is resolved.
  • the exciting power supply is not connected from the outside of the cooling container of the superconducting coil 132a during the operation of the separator 130, the amount of heat that enters the inside of the cooling container of the superconducting coil 132a from the portion connecting the superconducting coil 132a and the exciting power supply. Can be reduced.
  • the superconducting coil 132a a race track-shaped superconducting coil having a length equivalent to the length of the drum 131 in the axial direction of the rotation axis of the drum 131 can be used.
  • the magnetic powder-containing activated sludge 2 can be magnetized on the entire peripheral surface 131a in the axial direction of the rotation axis of the drum 131 without arranging a plurality of superconducting coils in the axial direction of the rotation axis of the drum 131.
  • the water treatment device 100 can be easily assembled.
  • the scraper 133 has a sliding contact portion 133a that is in sliding contact with the peripheral surface 131a.
  • the sliding contact portion 133a is located above the water to be treated 1 stored in the treatment tank 110. That is, the peripheral surface 131a is in sliding contact with the sliding contact portion 133a at the portion exposed from the water to be treated 1.
  • the scraper 133 can scrape the magnetic powder-containing activated sludge 2 magnetically attached to the peripheral surface 131a by the sliding contact portion 133a.
  • the end of the scraper 133 on the side opposite to the sliding contact portion 133a side is in contact with the water 1 to be treated in the treatment tank 110.
  • the magnetic powder-containing activated sludge 2 scraped from the peripheral surface 131a by the scraper 133 is transferred to the upper side of the scraper 133 and returned to the tank 110 to be treated.
  • the magnetic shield 134 is arranged along the rotation direction R inside the peripheral surface 131a so as to face the sliding contact portion 133a via the peripheral surface 131a.
  • the magnetic shield 134 is arranged at a position different from that of the superconducting magnet 132 in the rotation direction R.
  • the magnetic shield 134 is arranged concentrically with the superconducting magnet 132 with respect to the center of the drum 131.
  • the magnetic shield 134 is arranged at a position facing the superconducting magnet 132 with the center of the drum 131 interposed therebetween.
  • the magnetic shield 134 is a superconductor. Further, the magnetic shield 134 is formed of a high-temperature superconducting material.
  • the magnetic shield 134 composed of the superconductor shields the magnetic field that is generated by the superconducting magnet 132 and tries to pass through the magnetic shield 134 by utilizing the Meissner effect that the magnetic field lines cannot enter the inside of the superconductor.
  • the magnetic shield 134 is used after being cooled to a critical temperature or lower and transferred to a superconducting state.
  • the magnetic shield 134 is, for example, a superconductor formed by molding a metal-based superconductor, a bulk type superconductor, or a superconducting coil.
  • the magnetic shield 134 is a bulk type superconductor
  • the bulk type superconductor is formed by sintering fine particles of a ceramic superconductor at a high temperature such as 450 ° C. to 900 ° C.
  • the magnetic shield 134 is a superconducting coil
  • the magnetic shield 134 is a superconducting coil formed by winding a superconducting wire, and both ends are not short-circuited with each other.
  • the superconducting coil is fixed and held by an adhesive such as epoxy resin or paraffin.
  • a metal-based superconducting conductor made of NbTi (niobium titanium) and copper can be used as the superconducting wire material constituting the magnetic shield 134.
  • the magnetic shield 134 shields the magnetic field generated by the superconducting magnet 132, the number of turns of the superconducting coils constituting the magnetic shield 134 is smaller than the number of turns of each of one or more superconducting coils 132a constituting the superconducting magnet 132.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the separator in the water treatment apparatus according to the embodiment of the present invention and the magnetic flux density distribution by the superconducting magnet in the separator in an overlapping manner.
  • the magnitude of the magnetic flux density is shown by shading. That is, the darker the color, the higher the magnetic flux density, and the lighter the color, the lower the magnetic flux density.
  • the magnetic flux density distribution by the superconducting magnet 132 in the present embodiment will be described by comparing with the magnetic flux density distribution in each of the comparative examples described below.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a separator in the water treatment apparatus according to Comparative Example 1.
  • FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the separator in the water treatment apparatus according to Comparative Example 1 and the magnetic flux density distribution by the superconducting magnet in the separator in an overlapping manner.
  • the water treatment device according to Comparative Example 1 is different from the water treatment device 100 according to the embodiment of the present invention only in that the separator 730 does not include a magnetic shield.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a separator in the water treatment apparatus according to Comparative Example 2.
  • FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the separator in the water treatment apparatus according to Comparative Example 2 and the magnetic flux density distribution by the superconducting magnet in the separator in an overlapping manner.
  • the water treatment apparatus according to Comparative Example 2 is a Comparative Example only in that the polar directions of the adjacent superconducting coils 832a in the separator 830 are the same in the radial direction of the drum 131. It is different from the water treatment device according to 1.
  • the magnetic flux density in the vicinity of the sliding contact portion 133a is smaller than that of Comparative Example 2. Therefore, it is easy to scrape off the magnetic powder-containing activated sludge 2 magnetically attached to the peripheral surface 131a of the drum 131.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a separator in the water treatment apparatus according to Comparative Example 3.
  • FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the separator in the water treatment apparatus according to Comparative Example 3 and the magnetic flux density distribution by the superconducting magnet in the separator in an overlapping manner.
  • the water treatment apparatus according to Comparative Example 3 is different from the water treatment apparatus according to Comparative Example 1 in that the superconducting magnet 932 is composed of an odd number of superconducting coils 932a in the separator 930. ..
  • the superconducting magnet 132 is composed of an even number of superconducting coils 132a, it faces the superconducting magnet 132 with the center of the drum 131 interposed therebetween.
  • a spot region S is formed at a position where the magnetic flux density is relatively small with respect to the periphery. Therefore, by arranging the sliding contact portion 133a of the scraper 133 in the vicinity of the spot region S, the magnetic force for magnetizing the magnetic powder-containing activated sludge 2 on the peripheral surface 131a of the drum 131 becomes small, and the circumference of the drum 131 becomes smaller.
  • the magnetic powder-containing activated sludge 2 magnetically attached to the surface 131a can be easily scraped off.
  • the superconducting magnet 932 is composed of an odd number of superconducting coils 932a instead of an even number, the spot region is not formed.
  • the water treatment apparatus according to the comparative example 1 shown in FIGS. 5 and 6 can separate the magnetic powder-containing activated sludge 2 most efficiently.
  • the spot region S where the magnetic flux density becomes small is located concentrically with the superconducting magnet 132 with respect to the center of the drum 131. That is, the spot region S is formed inside the drum 131 and does not overlap with the sliding contact portion 133a.
  • the spot region S is located so as to overlap the sliding contact portion 133a.
  • the magnetic shield 134 is arranged concentrically with the superconducting magnet 132 with respect to the center of the drum 131.
  • the magnetic shield 134 is arranged at a position facing the superconducting magnet 132 with the center of the drum 131 interposed therebetween. That is, the magnetic shield 134 is arranged at the location where the spot region S is located in Comparative Example 1 shown in FIGS. 5 and 6.
  • the spot region S moves outward in the radial direction of the drum 131 from the magnetic shield 134 so as to overlap the sliding contact portion 133a. To position.
  • the separator 130 includes a drum 131, a superconducting magnet 132, a scraper 133, and a magnetic shield 134.
  • the scraper 133 has a sliding contact portion 133a that is in sliding contact with the peripheral surface 131a.
  • the magnetic shield 134 is a superconductor.
  • the magnetic shield 134 is arranged along the rotation direction R inside the peripheral surface 131a so as to face the sliding contact portion 133a via the peripheral surface 131a.
  • the magnetic shield 134 is arranged at a position different from that of the superconducting magnet 132 in the rotation direction R.
  • the magnetic flux density at the sliding contact portion 133a becomes smaller due to the Meissner effect of the magnetic shield 134, so that the magnetic powder-containing activated sludge 2 magnetized on the peripheral surface 131a by the superconducting magnet 132 can be easily scraped off.
  • the superconducting magnet 132 is composed of an even number of superconducting coils 132a.
  • An even number of superconducting coils 132a are arranged along the peripheral surface 131a.
  • the polar orientation of each of the even number of superconducting coils 132a is along the radial direction of the drum 131.
  • the polar directions of the adjacent superconducting coils 132a are different from each other in the radial direction.
  • the magnetic adhesion rate of the magnetic powder-containing activated sludge 2 on the peripheral surface 131a of the drum 131 is improved, and the purification efficiency of the water to be treated 1 can be improved.
  • the magnetic powder-containing activated sludge 2 can be magnetized, so that the amount of magnetic powder charged into the water to be treated 1 is reduced. The cost can be reduced.
  • the magnetic powder-containing activated sludge 2 can be more easily scraped off by the scraper 133.
  • the volume of the magnetic shield 134 can be reduced, and the water treatment device 100 can be made inexpensive.
  • the magnetic powder-containing activated sludge 2 can be easily scraped off, the wear of the scraper 133 and the peripheral surface 131a of the drum 131 can be reduced, and the maintenance cost can be reduced.
  • the magnetic shield 134 is arranged concentrically with the superconducting magnet 132 with respect to the center of the drum 131.
  • the magnetic shield 134 is arranged at a position facing the superconducting magnet 132 with the center of the drum 131 interposed therebetween.
  • the magnetic shield 134 is, for example, a bulk type superconductor. As a result, the magnetic shield 134, which is a superconductor, can be formed into a desired shape.
  • the magnetic shield 134 is, for example, a superconducting coil formed by winding a superconducting wire. As a result, the magnetic shield 134, which is a superconductor, can be manufactured at low cost.
  • the superconducting magnet 132 is composed of one or more superconducting coils 132a.
  • the number of turns of the superconducting coils constituting the magnetic shield 134 is less than the number of turns of each of one or more superconducting coils 132a constituting the superconducting magnet 132.
  • the separator 130 using the superconducting magnet 132 can be manufactured at low cost.
  • the superconducting magnet 132 and the magnetic shield 134 are formed of a high-temperature superconducting material. As a result, the cooling efficiency of the refrigerator that cools each of the superconducting magnet 132 and the magnetic shield 134 is improved, so that the operating cost of the water treatment device 100 can be reduced.

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Abstract

水処理装置(１００)は、処理槽(１１０)と、分離機(１３０)とを備えている。分離機(１３０)は、処理槽(１１０)内に位置し、被処理水(１)から磁性粉含有活性汚泥(２)を分離する。分離機(１３０)は、ドラム(１３１)と、超電導磁石(１３２)と、スクレーパ(１３３)と、磁気シールド(１３４)とを含んでいる。超電導磁石(１３２)は、磁性粉含有活性汚泥(２)を周面(１３１ａ)に磁着させる。スクレーパ(１３３)は、磁性粉含有活性汚泥(２)を掻き取り可能である。磁気シールド(１３４)は、超電導体である。磁気シールド(１３４)は、摺接部(１３３ａ)と周面(１３１ａ)を介して対向するように、周面(１３１ａ)の内側において回転方向(Ｒ)に沿って配置されている。磁気シールド(１３４)は、回転方向(Ｒ)において超電導磁石(１３２)とは異なる位置に配置されている。

Description

水処理装置
　本発明は、水処理装置に関する。
　水処理装置の構成を開示した文献として、特開２００５－１６１１６１号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された水処理装置は、磁気分離装置であって、活性汚泥懸濁液中の磁性粉含有活性汚泥を磁力によって液中から分離する。磁気分離装置は、磁気分離槽と、横型回転ドラムと、スクレーパーと、汚泥回収トラフと、架台と、駆動装置と、当該架台の下部に設けられた支持腕とを備えている。磁気分離槽は、活性汚泥懸濁液の流入部および流出部を有している。横型回転ドラムは、外周面に磁石が配置されている。スクレーパーは、該横型回転ドラムに付着した磁性粉含有活性汚泥を掻き落とす。
特開２００５－１６１１６１号公報
　磁気により活性汚泥を分離する従来の水処理装置においては、分離機が、永久磁石のみにより磁性粉含有活性汚泥をドラムに磁着させる。永久磁石から発生する磁界の強さは比較的弱いため、分離機を大型化させた場合、磁性粉含有活性汚泥の磁着が不十分となる。
　そこで、分離機の大型化のため、超電導磁石の強力な磁界で磁性粉含有活性汚泥を磁着させることが考えられる。しかし、超電導磁石を用いた場合、超電導磁石から発生する磁界の強さが非常に強いため、磁着させた磁性粉含有活性汚泥をスクレーパーで掻き取ることが困難となる。
　本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、超電導磁石により磁着させた磁性粉含有活性汚泥を容易に掻き取ることができる、水処理装置を提供することを目的とする。
　本発明に基づく水処理装置は、処理槽と、分離機とを備えている。処理槽は、磁性粉含有活性汚泥を含む被処理水が貯められている。分離機は、処理槽内に位置し、被処理水から磁性粉含有活性汚泥を分離する。分離機は、ドラムと、超電導磁石と、スクレーパと、磁気シールドとを含んでいる。ドラムは、周面を有している。ドラムは、周面が被処理水に接しつつ、回転可能である。超電導磁石は、周面の内側においてドラムの回転方向に沿って配置されている。超電導磁石は、磁性粉含有活性汚泥を周面に磁着させる。スクレーパは、周面と摺接する摺接部を有している。スクレーパは、磁性粉含有活性汚泥を掻き取り可能である。磁気シールドは、超電導体である。磁気シールドは、摺接部と周面を介して対向するように、周面の内側において回転方向に沿って配置されている。磁気シールドは、回転方向において超電導磁石とは異なる位置に配置されている。
　本発明によれば、磁気シールドのマイスナー効果により、摺接部における磁束密度が小さくなるため、超電導磁石により周面に磁着させた磁性粉含有活性汚泥を容易に掻き取ることができる。
本発明の一実施の形態に係る水処理装置の構成を示す概略図である。 本発明の一実施の形態に係る水処理装置における分離機および分離機周辺の構成を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る水処理装置における分離機の構成を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る水処理装置における分離機の構成と、分離機内の超電導磁石による磁束密度分布とを重ねて示す図である。 比較例１に係る水処理装置における分離機の構成を示す図である。 比較例１に係る水処理装置における分離機の構成と、分離機内の超電導磁石による磁束密度分布とを重ねて示す図である。 比較例２に係る水処理装置における分離機の構成を示す図である。 比較例２に係る水処理装置における分離機の構成と、分離機内の超電導磁石による磁束密度分布とを重ねて示す図である。 比較例３に係る水処理装置における分離機の構成を示す図である。 比較例３に係る水処理装置における分離機の構成と、分離機内の超電導磁石による磁束密度分布とを重ねて示す図である。
　以下、本発明の一実施の形態に係る水処理装置について説明する。以下の実施の形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
　図１は、本発明の一実施の形態に係る水処理装置の構成を示す概略図である。図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る水処理装置１００は、処理槽１１０と、磁性粉タンク１２０と、分離機１３０とを備えている。
　処理槽１１０には、被処理水供給ライン１１１が接続されている。被処理水供給ライン１１１から、処理槽１１０に、下水または有機排水などの被処理水１が供給される。被処理水供給ライン１１１には、流量計１１２と有機物濃度測定器１１３とが配設されている。流量計１１２により、処理槽１１０に流入する被処理水１の流入量が測定される。有機物濃度測定器１１３により、処理槽１１０に流入する被処理水１の有機物濃度が測定される。
　処理槽１１０には、浮遊物濃度測定器１１４が設けられている。浮遊物濃度測定器１１４により、処理槽１１０内の被処理水１中の活性汚泥浮遊物(MLSS:Mixed Liquor Suspended Solids)の濃度が測定される。なお、上記有機物濃度および上記活性汚泥浮遊物の濃度は、ＪＩＳ　Ｋ　０１０１(２０１７)に準拠する懸濁物質の分析方法により測定される。
　処理槽１１０においては、被処理水１に含まれる有機物が、活性汚泥によって分解される。処理槽１１０において有機物が処理された被処理水１は、分離機１３０に送られる。分離機１３０において、活性汚泥と、浄化されて水質の向上した被処理水１とが、固液分離される。固液分離された被処理水１は、処理槽１１０に設けられた被処理水排出ライン１１５によって、処理槽１１０の外部へ排出される。分離方法の詳細については後述する。
　処理槽１１０には、被処理水１の流入量を調整する調整槽、処理槽１１０へ流入する前の被処理水１に含まれる浮遊物を除去する沈澱池、処理槽１１０内の被処理水１に酸素を供給するための曝気手段、および、被処理水１を消毒するための消毒手段などが、適宜設置されてもよい。被処理水排出ライン１１５に、または、分離機１３０と被処理水排出ライン１１５との間に、沈殿槽を設けてもよい。当該沈殿槽においては、分離機１３０では被処理水１から除去しきれなかった固形物が沈殿し、分離される。
　磁性粉タンク１２０からは、処理槽１１０内の被処理水１に磁性粉が添加される。磁性粉は、粉末状のままの状態で、あるいは、水などの分散媒に磁性粉を分散させた状態で、磁性粉タンク１２０から添加される。
　上記磁性粉は、常磁性粉あるいは強磁性粉のいずれであってもよく、たとえば、酸化鉄、コバルト、酸化クロム、フェライトなどが挙げられる。処理槽１１０内の被処理水１においては、有機物の分解に伴い増殖した微生物を含む汚泥が、フロックを形成する。磁性粉は、この汚泥フロックによって形成される３次元構造体が有する孔、または、くぼみ等に入り込む。あるいは、磁性粉は、静電的な相互作用により、汚泥と結合する。このようにして、磁性粉含有活性汚泥２が形成される。すなわち、処理槽１１０においては、被処理水１内の有機物が微生物によって処理されるとともに、上記磁性粉含有活性汚泥を含む被処理水１が貯められている。
　分離機１３０は、処理槽１１０内に位置し、被処理水１から磁性粉含有活性汚泥を分離する。図２は、本発明の一実施の形態に係る水処理装置における分離機および分離機周辺の構成を示す図である。図２に示すように、分離機１３０は、ドラム１３１と、超電導磁石１３２と、スクレーパ１３３と、磁気シールド１３４とを含んでいる。
　ドラム１３１は、周面１３１ａを有している。ドラム１３１は、周面１３１ａが被処理水１に接している。本実施の形態においては、ドラム１３１の下半分の部分が、被処理水１に浸かるように配置されている。ドラム１３１は、回転可能である。ドラム１３１の中心部には、ドラム１３１を回転させる駆動装置１３５が設けられている。
　分離機１３０は、ドラム１３１の下方に位置し、かつ、処理槽１１０内に位置する分離槽１３６をさらに含んでいる。分離槽１３６によって、ドラム１３１の下側に分離経路１３７が形成されている。処理槽１１０内において分離経路１３７内に流入した被処理水１は、ドラム１３１の周面１３１ａに沿って、ドラム１３１の回転方向Ｒとは逆向きに流れる。被処理水排出ライン１１５は、分離槽１３６に接続されており、分離経路１３７を流れた被処理水１は、被処理水排出ライン１１５から排出される。
　超電導磁石１３２は、周面１３１ａの内側においてドラム１３１の回転方向Ｒに沿って配置されている。超電導磁石１３２は、分離経路１３７を流れる被処理水１に含まれている磁性粉含有活性汚泥２を周面１３１ａに磁着させる。以下、超電導磁石１３２の構成の詳細について説明する。
　図３は、本発明の一実施の形態に係る水処理装置における分離機の構成を示す図である。図３に示すように、超電導磁石１３２は、１以上の超電導コイル１３２ａで構成されており、具体的には、偶数個の超電導コイル１３２ａで構成されている。偶数個の超電導コイル１３２ａは周面１３１ａに沿って並んでいる。偶数個の超電導コイル１３２ａの各々の極性の向きは、ドラム１３１の径方向に沿っている。隣接する超電導コイル１３２ａの極性の向きは、径方向において互いに異なっている。超電導コイル１３２ａの極性の向きは、超電導コイル１３２ａに通電させる電流の向きにより制御することができる。また、本実施の形態においては、偶数個の超電導コイル１３２ａが、単一の冷却容器に収納されている。
　超電導コイル１３２ａは、超電導線材が巻回され、エポキシ樹脂またはパラフィン等の接着剤で超電導線材同士が固定および保持されることによって、構成されている。超電導コイル１３２ａは、磁性粉含有活性汚泥２を周面１３１ａに磁着させるための磁場を発生させる。上記超電導線材としては、ＮｂＴｉ（ニオブチタン）および銅からなる金属系超電導導体を用いることができる。
　このように、本実施の形態において、超電導磁石１３２は、高温超電導材料により形成されている。これにより、超電導コイル１３２ａの冷却運転温度を４．２Ｋより高く設定でき、超電導コイル１３２ａを冷却する図示しない冷凍機の冷却効率が向上する。これにより、水処理装置１００の運転コストを低減することができる。また、通常時には、冷凍機の運転温度を高く設定することで冷却効率を向上させ、豪雨等により被処理水１の量が一時的に増加したときには、冷凍機の運転温度を低くすることで超電導コイル１３２ａの冷却温度を低くし、かつ、超電導コイル１３２ａの通電電流を増加させることで発生磁場を大きくする。これにより、一時的に水処理装置１００の排水処理能力を増加させて、被処理水１の水量増加に対応することができる。
　超電導コイル１３２ａは、図示しない励磁電源を接続して超電導コイル１３２ａに通電させて励磁が完了した後、図示しない永久電流スイッチを用いることで、超電導コイルを励磁電源から切り離して永久電流モードで運転することができる。分離機１３０の運転中は励磁電源が超電導コイル１３２ａに接続されていないため、停電等のトラブルが発生した場合に、直ちに超電導コイル１３２ａがクエンチすることがない。また、短時間の停電であれば、停電の解消後もそのまま超電導コイル１３２ａの運転を継続することができる。さらに、分離機１３０の運転中は、超電導コイル１３２ａの冷却容器の外部から励磁電源が接続されないため、超電導コイル１３２ａと励磁電源とを接続する部分から超電導コイル１３２ａの冷却容器の内部に浸入する熱量を低減できる。
　本実施の形態においては、超電導コイル１３２ａとして、ドラム１３１の回転軸の軸方向におけるドラム１３１の長さと同等の長さを有するレーストラック形状の超電導コイルを用いることができる。これにより、ドラム１３１の回転軸の軸方向において複数個の超電導コイルを並べることなく、ドラム１３１の回転軸の軸方向において周面１３１ａ全体に磁性粉含有活性汚泥２を磁着させることができる。ひいては、水処理装置１００の組立が容易となる。
　図２および図３に示すように、スクレーパ１３３は、周面１３１ａと摺接する摺接部１３３ａを有している。摺接部１３３ａは、処理槽１１０に貯められた被処理水１より上方に位置している。すなわち、周面１３１ａは、被処理水１から露出している部分において摺接部１３３ａと摺接している。スクレーパ１３３は、摺接部１３３ａによって、周面１３１ａに磁着した磁性粉含有活性汚泥２を掻き取り可能である。
　スクレーパ１３３の摺接部１３３ａ側とは反対側の端部は、処理槽１１０の被処理水１と接触している。スクレーパ１３３によって周面１３１ａから掻き取られた磁性粉含有活性汚泥２は、スクレーパ１３３の上側で移送されて、被処理槽１１０内に戻される。
　図２および図３に示すように、磁気シールド１３４は、摺接部１３３ａと周面１３１ａを介して対向するように、周面１３１ａの内側において回転方向Ｒに沿って配置されている。磁気シールド１３４は、回転方向Ｒにおいて超電導磁石１３２とは異なる位置に配置されている。磁気シールド１３４は、ドラム１３１の中心に対して超電導磁石１３２と同心円上に配置されている。磁気シールド１３４は、ドラム１３１の中心を挟んで超電導磁石１３２と対向する位置に配置されている。
　磁気シールド１３４は、超電導体である。また、磁気シールド１３４は、高温超電導材料により形成されている。超電導体で構成された磁気シールド１３４は、磁力線が超電導体の内部に入り込めないというマイスナー効果を利用して、超電導磁石１３２によって発生した、磁気シールド１３４を透過しようとする磁場をシールドする。磁気シールド１３４は、臨界温度以下に冷却して超電導状態に転移させて用いられる。
　磁気シールド１３４は、たとえば、金属系超伝導体を成形した超電導体、バルク型超電導体、または、超電導コイルである。磁気シールド１３４がバルク型超電導体である場合、当該バルク型超電導体は、セラミック系超電導体の微細粒子をたとえば４５０℃から９００℃などの高温で焼結して成形される。
　磁気シールド１３４が超電導コイルである場合、磁気シールド１３４は、超電導線材を巻回して形成された超電導コイルであって、両端が互いに短絡されていない解放コイルである。当該超電導コイルは、エポキシ樹脂またはパラフィン等の接着剤で固定および保持される。磁気シールド１３４を構成する超電導線材には、ＮｂＴｉ（ニオブチタン）および銅からなる金属系超電導導体を用いることができる。また、磁気シールド１３４によって超電導磁石１３２により発生する磁場をシールドするため、磁気シールド１３４を構成する超電導コイルの巻数は、超電導磁石１３２を構成する１以上の超電導コイル１３２ａの各々の巻数より少ない。
　図４は、本発明の一実施の形態に係る水処理装置における分離機の構成と、分離機内の超電導磁石による磁束密度分布とを重ねて示す図である。図４においては、磁束密度の大きさが濃淡で示されている。すなわち、色が濃いほど磁束密度が大きく、色が薄いほど磁束密度が小さい。本実施の形態における超電導磁石１３２による磁束密度分布については、以下に説明する各比較例における磁束密度分布と比較することで説明する。
　図５は、比較例１に係る水処理装置における分離機の構成を示す図である。図６は、比較例１に係る水処理装置における分離機の構成と、分離機内の超電導磁石による磁束密度分布とを重ねて示す図である。
　図５に示すように、比較例１に係る水処理装置は、分離機７３０が磁気シールドを含んでいない点でのみ、本発明の一実施の形態に係る水処理装置１００と異なっている。
　図７は、比較例２に係る水処理装置における分離機の構成を示す図である。図８は、比較例２に係る水処理装置における分離機の構成と、分離機内の超電導磁石による磁束密度分布とを重ねて示す図である。
　図７に示すように、比較例２に係る水処理装置は、分離機８３０において隣接する超電導コイル８３２ａの各々の極性の向きが、ドラム１３１の径方向において互いに同一である点でのみ、比較例１に係る水処理装置と異なっている。
　図６および図８に示すように、比較例１における分離機７３０においては、隣接する超電導コイル１３２ａの各々の極性の向きが、ドラム１３１の径方向において互いに異なっているため、比較例２における分離機８３０と比較して、周面１３１ａを挟んで超電導磁石１３２とは反対側の領域、磁束密度が大きくなり、かつ、磁場勾配も大きくなっている。このため、比較例１においては、比較例２と比較して、図２に示す分離経路１３７において磁性粉含有活性汚泥２を周面１３１ａに磁着させる磁気力が大きくなり、磁着率が向上する。また、比較例１における分離機７３０においては、比較例２と比較して、摺接部１３３ａ付近の磁束密度が小さくなっている。このため、ドラム１３１の周面１３１ａに磁着した磁性粉含有活性汚泥２を掻き取りやすくなっている。
　図９は、比較例３に係る水処理装置における分離機の構成を示す図である。図１０は、比較例３に係る水処理装置における分離機の構成と、分離機内の超電導磁石による磁束密度分布とを重ねて示す図である。
　図９に示すように、比較例３に係る水処理装置は、分離機９３０において、超電導磁石９３２が奇数個の超電導コイル９３２ａで構成されている点で、比較例１に係る水処理装置と異なる。
　図６および図１０に示すように、比較例１における分離機７３０においては、超電導磁石１３２が偶数個の超電導コイル１３２ａで構成されているため、ドラムの１３１の中心を挟んで超電導磁石１３２と対向する位置に、磁束密度が周辺に対して相対的に小さくなるスポット領域Ｓが形成される。このため、スクレーパ１３３の摺接部１３３ａを上記のスポット領域Ｓ付近に配置することにより、磁性粉含有活性汚泥２をドラム１３１の周面１３１ａに磁着させる磁気力が小さくなり、ドラム１３１の周面１３１ａに磁着した磁性粉含有活性汚泥２を掻き取りやすくなる。一方、比較例３においては、超電導磁石９３２が、偶数個ではなく奇数個の超電導コイル９３２ａで構成されているため、スポット領域は形成されていない。
　このように、各比較例のうち、図５および図６に示す比較例１に係る水処理装置が最も効率よく磁性粉含有活性汚泥２を分離できる。しかしながら、図６に示すように、磁束密度が小さくなるスポット領域Ｓは、ドラム１３１の中心に対して超電導磁石１３２と同心円状に位置している。すなわち、スポット領域Ｓは、ドラム１３１の内部に形成され、摺接部１３３ａと重なっていない。
　ここで、図４に示すように、本発明の一実施の形態に係る水処理装置１００においては、スポット領域Ｓが、摺接部１３３ａと重なるように位置している。
　図３および図４に示すように、本発明の一実施の形態に係る水処理装置１００においては、磁気シールド１３４が、ドラム１３１の中心に対して超電導磁石１３２と同心円上に配置されている。磁気シールド１３４は、ドラム１３１の中心を挟んで超電導磁石１３２と対向する位置に配置されている。すなわち、図５および図６に示す比較例１においてスポット領域Ｓが位置している場所に、磁気シールド１３４が配置されている。図４に示すように、マイスナー効果によって磁気シールド１３４内には磁束が侵入できないため、スポット領域Ｓは、磁気シールド１３４よりドラム１３１の径方向外側に移動して、摺接部１３３ａと重なるように位置する。これにより、磁性粉含有活性汚泥２をスクレーパ１３３の摺接部１３３ａでさらに掻き落とし易くなる。また、スクレーパ１３３の摺接部１３３ａおよびドラム１３１の周面１３１ａの摩耗を軽減することができるとともに、保守コストを削減できる。
　上記のように、本発明の一実施の形態に係る水処理装置１００においては、分離機１３０が、ドラム１３１と、超電導磁石１３２と、スクレーパ１３３と、磁気シールド１３４とを含んでいる。スクレーパ１３３は、周面１３１ａと摺接する摺接部１３３ａを有している。磁気シールド１３４は、超電導体である。磁気シールド１３４は、摺接部１３３ａと周面１３１ａを介して対向するように、周面１３１ａの内側において回転方向Ｒに沿って配置されている。磁気シールド１３４は、回転方向Ｒにおいて超電導磁石１３２とは異なる位置に配置されている。
　これにより、磁気シールド１３４のマイスナー効果によって、摺接部１３３ａにおける磁束密度が小さくなるため、超電導磁石１３２により周面１３１ａに磁着させた磁性粉含有活性汚泥２を容易に掻き取ることができる。
　超電導磁石１３２は、偶数個の超電導コイル１３２ａで構成されている。偶数個の超電導コイル１３２ａは周面１３１ａに沿って並んでいる。偶数個の超電導コイル１３２ａの各々の極性の向きは、ドラム１３１の径方向に沿っている。隣接する超電導コイル１３２ａの極性の向きは、径方向において互いに異なっている。
　これにより、ドラム１３１の周面１３１ａへの磁性粉含有活性汚泥２の磁着率が向上し、被処理水１の浄化効率を向上できる。また、磁性粉含有活性汚泥２中の磁性粉量が比較的少ない場合においても、磁性粉含有活性汚泥２を磁着させることができるため、被処理水１に投入する磁性粉量を少なくしてコストを低減できる。さらに、磁性粉含有活性汚泥２を、スクレーパ１３３でさらに掻き取り易くなる。ひいては、磁気シールド１３４の体積を小さくすることができ、水処理装置１００を廉価にすることができる。また、磁性粉含有活性汚泥２が掻き取りやすくなることで、スクレーパ１３３とドラム１３１の周面１３１ａの摩耗を軽減することができ、保守コストを削減できる。
　磁気シールド１３４は、ドラム１３１の中心に対して超電導磁石１３２と同心円上に配置されている。磁気シールド１３４は、ドラム１３１の中心を挟んで超電導磁石１３２と対向する位置に配置されている。これにより、磁束密度が相対的に低い領域にスクレーパ１３３の摺接部１３３ａが位置するため、磁性粉含有活性汚泥２をスクレーパ１３３で容易に掻き取ることができる。
　磁気シールド１３４は、たとえば、バルク型超電導体である。これにより、超電導体である磁気シールド１３４を所望の形状に成形することがきる。
　磁気シールド１３４は、たとえば、超電導線材を巻回して形成された超電導コイルである。これにより、超電導体である磁気シールド１３４を廉価に製造することができる。
　超電導磁石１３２は、１以上の超電導コイル１３２ａで構成されている。磁気シールド１３４を構成する超電導コイルの巻数は、超電導磁石１３２を構成する１以上の超電導コイル１３２ａの各々の巻数より少ない。これにより、超電導磁石１３２を用いた分離機１３０を廉価に製造することができる。
　超電導磁石１３２および磁気シールド１３４は、高温超電導材料により形成される。これにより、超電導磁石１３２および磁気シールド１３４の各々を冷却する冷凍機の冷却効率が向上するため、水処理装置１００の運転コストを低減することができる。
　なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
　１　被処理水、２　磁性粉含有活性汚泥、１００　水処理装置、１１０　処理槽、１１１　被処理水供給ライン、１１２　流量計、１１３　有機物濃度測定器、１１４　浮遊物濃度測定器、１１５　被処理水排出ライン、１２０　磁性粉タンク、１３０，７３０，８３０，９３０　分離機、１３１　ドラム、１３１ａ　周面、１３２，９３２　超電導磁石、１３２ａ，８３２ａ，９３２ａ　超電導コイル、１３３　スクレーパ、１３３ａ　摺接部、１３４　磁気シールド、１３５　駆動装置、１３６　分離槽、１３７　分離経路、Ｒ　回転方向、Ｓ　スポット領域。

Claims (7)

  1. 　磁性粉含有活性汚泥を含む被処理水が貯められた処理槽と、
    　前記処理槽内に位置し、前記被処理水から前記磁性粉含有活性汚泥を分離する分離機とを備え、
    　前記分離機は、
    　周面を有し、該周面が前記被処理水に接しつつ、回転可能なドラムと、
    　前記周面の内側において前記ドラムの回転方向に沿って配置され、前記磁性粉含有活性汚泥を前記周面に磁着させる超電導磁石と、
    　前記周面と摺接する摺接部を有し、前記磁性粉含有活性汚泥を掻き取り可能なスクレーパと、
    　前記摺接部と前記周面を介して対向するように、前記周面の内側において前記回転方向に沿って配置され、かつ、前記回転方向において前記超電導磁石とは異なる位置に配置された超電導体の磁気シールドとを含む、水処理装置。
  2. 　前記超電導磁石は、偶数個の超電導コイルで構成されており、
    　前記偶数個の超電導コイルは前記周面に沿って並び、
    　前記偶数個の超電導コイルの各々の極性の向きは、前記ドラムの径方向に沿っており、かつ、隣接する超電導コイルの極性の向きは、前記径方向において互いに異なっている、請求項１に記載の水処理装置。
  3. 　前記磁気シールドは、前記ドラムの中心に対して前記超電導磁石と同心円上に配置され、かつ、前記ドラムの前記中心を挟んで前記超電導磁石と対向する位置に配置される、請求項１または請求項２に記載の水処理装置。
  4. 　前記磁気シールドは、バルク型超電導体である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水処理装置。
  5. 　前記磁気シールドは、超電導線材を巻回して形成された超電導コイルである、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水処理装置。
  6. 　前記超電導磁石は、１以上の超電導コイルで構成されており、
    　前記磁気シールドを構成する超電導コイルの巻数が、前記超電導磁石を構成する１以上の超電導コイルの各々の巻数より少ない、請求項５に記載の水処理装置。
  7. 　前記超電導磁石および前記磁気シールドは、高温超電導材料により形成される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水処理装置。
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