WO2021261078A1 - マイクロプラスチックの磁気分離装置およびマイクロプラスチックの磁気分離方法 - Google Patents

マイクロプラスチックの磁気分離装置およびマイクロプラスチックの磁気分離方法 Download PDF

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正義 大屋
庸子 秋山
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三菱電機株式会社
国立大学法人大阪大学
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    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
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    • B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
    • B03C1/025—High gradient magnetic separators
    • B03C1/031—Component parts; Auxiliary operations
    • B03C1/033—Component parts; Auxiliary operations characterised by the magnetic circuit
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/48—Treatment of water, waste water, or sewage with magnetic or electric fields

Definitions

  • the amount of marine debris in the world is estimated to reach about 6.4 million tons per year at least. According to estimates by the University of Georgia in the United States, the amount of plastics discharged into the world's oceans during the year 2010 will reach 4.8 million tons to 12.7 million tons.
  • microplastic refers to any plastic particle having a size of about 5 mm or less, regardless of its shape. It has been pointed out that such microplastics may be accidentally swallowed by fish and the like, and further, the food chain through the fish and shellfish may affect human health.
  • microplastics In order to prevent environmental pollution or health damage caused by microplastics, technology for separating microplastics from water etc. is required. Generally, various methods are known as a method for separating unnecessary substances from water or the like. For example, membrane separation, centrifugation, activated carbon adsorption, ozone treatment, aggregation, or removal of suspended solids by a filtration aid may be mentioned.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-137973
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-13522
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-13522
  • a technique is known in which a flocculant and a magnetic substance are added to form a magnetic floc in which a substance to be removed in water or the like is aggregated, and the magnetic floc is separated from water or the like by a magnet.
  • a technique of forming a filtration aid containing a magnetic substance on a filter performing filtration, and cleaning and regenerating the filtration aid.
  • a coagulant is required in the method of separating and recovering microplastic as an unnecessary substance from water etc. using magnetism. Therefore, there is a demand for a method for separating and recovering microplastics from water or the like without the need for a flocculant.
  • the present disclosure has been made with such a development, and one purpose is a magnetic separation device for microplastics capable of separating and recovering microplastics from water or the like by magnetism without using a coagulant. And another purpose is to provide a method of magnetic separation of such microplastics.
  • the microplastic magnetic separation device is a microplastic magnetic separation device provided with a magnetic separation unit that separates the microplastic from the water to be treated by magnetically treating the water to be treated containing the microplastic.
  • the magnetic separation unit includes a first storage tank, a first pH adjusting unit, a magnetic particle addition unit, a first stirring unit, and a first separation main body unit.
  • the first storage tank stores water to be treated containing microplastic.
  • the first pH adjusting unit adjusts the pH value of the water to be treated containing the microplastic to 4 or more and 7 or less by adding the first pH adjusting agent to the first storage tank.
  • the magnetic particle addition unit adds magnetic particles to the water to be treated.
  • the first stirring unit agitates the water to be treated and the magnetic particles to form an agglomerate of the microplastic and the magnetic particles.
  • the first separation main body magnetically separates agglomerates from the water to be treated.
  • the magnetic separation device for microplastics by adjusting the pH value of the water to be treated containing microplastic to a value of 4 or more and 7 or less, the water to be treated does not use a coagulant. Aggregates in which microplastics and magnetic particles are aggregated can be separated by magnetic force.
  • FIG. 1 It is a figure which conceptually shows the structure of the magnetic separation apparatus of the microplastic which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. 1 it is a graph which shows an example of the relationship between the zeta potential of each of microplastics and magnetic particles, and the value of pH of the water to be treated.
  • it is a graph which shows the evaluation result of the hydrophilicity and hydrophobicity of a magnetic particle, and the separation rate of a microplastic.
  • FIG. 2 It is a figure which conceptually shows the structure of the magnetic separation apparatus of the microplastic which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is a figure which conceptually shows the structure of the magnetic separation apparatus of the microplastic which concerns on Embodiment 3.
  • Microplastic refers to any plastic particle having a size (average particle diameter) of about 5 mm or less. Microplastics are classified into primary microplastics and secondary microplastics.
  • the primary microplastic is a plastic manufactured in a micro size, and for example, there are spherical (about several mm in diameter) plastic particles used as a raw material for manufacturing plastic products. In addition, there are scrub agents (about 5 ⁇ m to 1 mm) used for face wash, body soap, toothpaste and the like.
  • the primary microplastic is fine in size, it easily flows out into the natural environment through drainage ditches, etc., and once it has flowed out into the natural environment, it is difficult to recover the primary microplastic. ing.
  • secondary microplastics are plastics that have become micro-sized due to deterioration of plastic waste that has flowed out into the environment. Most of the plastic waste drifting in the ocean deteriorates and becomes brittle when exposed to ultraviolet rays from the sun for a long period of time, and the size of the plastic waste becomes smaller. In addition, the size of the plastic waste is reduced by decomposing the plastic waste by irradiation with ultraviolet rays.
  • the agglomerates separated by the first separation main body 13 may be incinerated. Further, a treatment for re-separating the agglomerates into a microplastic and a magnetic material may be performed. The water to be treated W2 left after separating the agglomerates is discharged to the outside.
  • the microplastic magnetic separation device 1 according to the first embodiment is configured as described above.
  • FIG. 3 shows the evaluation results of magnetic separation of microplastics using hydrophilic magnetite and hydrophobic magnetite.
  • the vertical axis is the separation rate (%).
  • Hydrophobic magnetite is magnetite that has been hydrophobically processed by fatty acid modification.
  • the average particle size of nylon as a microplastic is about 10 ⁇ m.
  • the average particle size of magnetite is about 0.5 ⁇ m.
  • 0.05 g of nylon particles were added to 100 ml of distilled water, and the mixture was stirred by ultrasonic waves.
  • 0.1 g of magnetite was added to distilled water and stirred with a stirrer.
  • the sample was magnetically separated using a neodymium magnet (diameter 2.5 cm, surface maximum magnetic flux density 0.4 T).
  • the microplastic in the microplastic magnetic separation device 1 according to the first embodiment, can be separated from the water to be treated containing the microplastic as an agglomerate of the microplastic and the magnetic particles.
  • the second storage tank 17 can stably store the aggregate together with water, the shape, capacity, material, etc. of the container as the second storage tank are not particularly limited.
  • the second storage tank 17 preferably has a capacity capable of storing at least one day's worth of aggregates sent from the magnetic separation unit 3.
  • the agglomerates separated in the magnetic separation unit 3 can be re-separated into microplastic and magnetic particles by the second separation main body unit 23.
  • the re-separated magnetic particles can be reused in the magnetic separation unit 3.
  • the re-separated microplastic can be easily incinerated.
  • the microplastic magnetic separation device 1 has a heat treatment unit 25 in addition to the magnetic separation unit 3.
  • the heat treatment unit 25 includes a drying furnace 27 in which the aggregates separated in the magnetic separation unit 3 are stored and dried, and an incinerator 29 in which the dried aggregates are heat-treated to produce magnetized activated carbon. ..
  • the magnetic separation unit 3 is the same as the magnetic separation unit 3 described in the first embodiment, the same members are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated unless necessary.
  • a desired amount of agglomerates are stored in the drying furnace 27, and when the agglomerates are dried, the agglomerates are sent to the incinerator 29.
  • the magnetized activated carbon W6 is produced by heat-treating the aggregate.
  • the inside of the incinerator 29 has an atmosphere of nitrogen or carbon dioxide.
  • microplastic magnetic separation devices described in each embodiment can be combined in various ways as needed.
  • the microplastic magnetic separation device according to the present disclosure is effectively used as a magnetic separation device that separates microplastics by using magnetism.
  • 1 Microplastic magnetic separation device 3 Magnetic separation part, 5 1st storage tank, 7 1st pH adjustment part, 9 Magnetic particle addition part, 11 1st stirring part, 13 1st separation main body part, 15 Separation recovery part, 17 2nd storage tank, 19 2nd pH adjustment part, 21 2nd stirring part, 23 2nd separation main body part, 25 heat treatment part, 27 drying furnace, 29 incinerator, W1, W2 treated water, W3 aggregate, W4 magnetic particles , W5 microplastic, W6 magnetically activated charcoal.

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Abstract

磁気分離装置（１）は、磁気分離部（３）を有する。磁気分離部（３）は、被処理水を貯溜する貯留槽（５）と、被処理水のｐＨの値を調整するｐＨ調整部（７）と、被処理水に磁性粒子を添加する磁性粒子添加部（９）と、マイクロプラスチックと磁性流体の凝集体を形成する混合部（１１）と、被処理水から凝集体を磁気力によって分離する磁気分離本体部（１３）とを備えている。貯留槽（５）では、被処理水のｐＨの値を４以上７以下に調整されて、マイクロプラスチックと磁性流体との凝集体が形成される。磁気分離本体部（１３）では、磁気力によって、凝集体が被処理水から分離される。

Description

マイクロプラスチックの磁気分離装置およびマイクロプラスチックの磁気分離方法
　本開示は、マイクロプラスチックの磁気分離装置およびマイクロプラスチックの磁気分離方法に関する。
　世界の海洋ごみの量は、少なく見積もっても年間約６４０万トンに達するとされている。また、米国ジョージア大学の試算によれば、２０１０年一年間に世界の海洋に排出されたプラスチック類は、４８０万トンから１，２７０万トンに達するとされている。
　海洋ごみのうち、特に、難分解性のプラスチック類が紫外線によって劣化することによって、マイクロプラスチックと呼ばれるごみが発生する。また、プラスチック類が磨耗等により細片化することによっても、マイクロプラスチックが発生する。マイクロプラスチックとは、形状に関わらず、大きさが約５ｍｍ以下のあらゆるプラスチック粒子のことをいう。そのようなマイクロプラスチックを魚類等が誤飲してしまい、さらに、その魚介類を介した食物連鎖によって、人間の健康にも影響を与える可能性があることが指摘されている。
　マイクロプラスチックによる環境汚染または健康被害を防ぐために、水等からマイクロプラスチックを分離する技術が必要とされている。一般的に、水等から不要な物質を分離する方法として各種の方法が知られている。たとえば、膜分離、遠心分離、活性炭吸着、オゾン処理、凝集、または、ろ過助材による浮遊物質の除去等が挙げられる。
　さらに、昨今、新しい分離方法として、不要な物質に磁性体を吸着させ、磁力により分離回収する試みが広く行われている（特開２００５－１３７９７３号公報（特許文献１）、特開２００８－２８４５２０号公報（特許文献２）、特開２０１６－１３５２２号公報（特許文献３）参照）。たとえば、凝集剤と磁性体とを添加して水等の中の除去物質を凝集させた磁性フロックを形成し、その磁性フロックを、磁石によって水等から分離する技術が知られている。また、磁性体を含有するろ過助剤をフィルター上に形成してろ過をおこない、ろ過助剤を洗浄して再生する技術が知られている。
特開２００５－１３７９７３号公報 特開２００８－２８４５２０号公報 特開２０１６－１３５２２号公報
　不要な物質としてのマイクロプラスチックを、磁気を利用して水等から分離回収する手法では、凝集剤が必要とされる。このため、凝集剤を必要とせずに、水等からマイクロプラスチックを分離回収する手法が求められている。
　本開示は、そのような開発のものとでなされたものであり、一つの目的は、凝集剤を使用することなく磁気によってマイクロプラスチックを水等から分離回収することができるマイクロプラスチックの磁気分離装置を提供することであり、他の目的は、そのようなマイクロプラスチックの磁気分離方法を提供することである。
　本開示に係るマイクロプラスチックの磁気分離装置は、マイクロプラスチックを含んだ被処理水を磁気による処理を施すことによって、被処理水からマイクロプラスチックを分離する磁気分離部を備えたマイクロプラスチックの磁気分離装置であって、磁気分離部は、第１貯留槽と第１ｐＨ調整部と磁性粒子添加部と第１撹拌部と第１分離本体部とを備えている。第１貯留槽は、マイクロプラスチックを含んだ被処理水を貯溜する。第１ｐＨ調整部は、第１貯留槽に第１ｐＨ調整剤を添加することにより、マイクロプラスチックを含んだ被処理水のｐＨの値を、４以上７以下に調整する。磁性粒子添加部は、被処理水に磁性粒子を添加する。第１撹拌部は、被処理水と磁性粒子とを撹拌することによって、マイクロプラスチックと磁性粒子との凝集体を形成する。第１分離本体部は、被処理水から凝集体を、磁気によって分離する。
　本開示に係るマイクロプラスチックの磁気分離方法は、マイクロプラスチックを含んだ被処理水を磁気による処理を施すことによって、被処理水からマイクロプラスチックを分離するマイクロプラスチックの磁気分離方法であって、以下の工程を備えている。磁性粒子が添加され、ｐＨの値が４以上７以下に調整された、マイクロプラスチックを含んだ被処理水を撹拌することによって、マイクロプラスチックと前磁性粒子との凝集体を形成する。被処理水から凝集体を、磁気によって分離する。
　本開示に係るマイクロプラスチックの磁気分離装置によれば、マイクロプラスチックを含んだ被処理水のｐＨの値を４以上７以下の値に調整することで、凝集剤を使用することなく、被処理水からマイクロプラスチックと磁性粒子とを凝集させた凝集体を、磁気力によって分離することができる。
　本開示に係るマイクロプラスチックの磁気分離方法によれば、マイクロプラスチックを含んだ被処理水のｐＨの値を４以上７以下の値に調整することで、凝集剤を使用することなく、被処理水からマイクロプラスチックと磁性粒子とを凝集させた凝集体を、磁気力によって分離することができる。
実施の形態１に係るマイクロプラスチックの磁気分離装置の構成を概念的に示す図である。 同実施の形態において、マイクロプラスチックおよび磁性粒子のそれぞれのゼータ電位と、被処理水のｐＨの値との関係の一例を示すグラフである。 同実施の形態において、磁性粒子の親水性および疎水性と、マイクロプラスチックの分離率との評価結果を示すグラフである。 実施の形態２に係るマイクロプラスチックの磁気分離装置の構成を概念的に示す図である。 実施の形態３に係るマイクロプラスチックの磁気分離装置の構成を概念的に示す図である。
　はじめに、分離処理の対象とされるマイクロプラスチックについて説明する。マイクロプラスチックとは、大きさ（平均粒子径）が約５ｍｍ以下のあらゆるプラスチック粒子のことをいう。マイクロプラスチックは、一次マイクロプラスチックと二次マイクロプラスチックとに分類される。
　一次マイクロプラスチックは、マイクロサイズで製造されたプラスチックであり、たとえば、プラスチック製品を製造するための原料として用いられる球状（直径数ｍｍ程度）のプラスチック粒等がある。また、洗顔料、ボディソープまたは歯磨き粉等に使用されるスクラブ剤（５μｍ～１ｍｍ程度）等がある。
　一次マイクロプラスチックは、サイズが微細であることから、排水溝等を通じて自然環境中に流出しやすく、また、一旦、自然環境中に流出してしまうと、一次マイクロプラスチックを回収することが困難とされている。
　一方、二次マイクロプラスチックは、環境中に流出したプラスチックごみが劣化等することによって、マイクロサイズになったプラスチックである。海洋に漂流しているプラスチックごみの多くは、長期間にわたって太陽から紫外線が照射されることで劣化し、脆くなることで、プラスチックごみの大きさが小さくなる。また、紫外線の照射により、プラスチックごみが分解することによっても、プラスチックごみの大きさが小さくなる。
　さらに、プラスチックごみが物理的な摩耗によって破砕されて、プラスチックごみの大きさが小さくなる。たとえば、プラスチックごみ同士がぶつかることにより、プラスチックごみが破砕されることがある。また、プラスチックごみが、波の作用により岩または砂に擦られることで、プラスチックごみが破砕されることがある。環境汚染と健康被害とを防ぐために、このような二次マイクロプラスチックを回収することが求められている。
　以下、各実施の形態では、凝集剤を使用することなく、マイクロプラスチックと磁性体との凝集体を形成し、その凝集体を含む被処理水から凝集体を分離するマイクロプラスチックの磁気分離装置について具体的に説明する。
　実施の形態１．
　実施の形態１に係るマイクロプラスチックの磁気分離装置の一例について説明する。図１に示すように、マイクロプラスチックを含んだ被処理水からマイクロプラスチックを分離するマイクロプラスチックの磁気分離装置１は、マイクロプラスチックを磁気によって分離する磁気分離部３を有している。磁気分離部３は、被処理水を貯溜する第１貯留槽５と、被処理水のｐＨの値を調整する第１ｐＨ調整部７と、被処理水に磁性粒子を添加する磁性粒子添加部９と、マイクロプラスチックと磁性流体の凝集体を形成する第１撹拌部１１と、被処理水から凝集体を磁気力によって分離する第１分離本体部１３とを備えている。
　被処理水の第１貯留槽５には、処理対象とするマイクロプラスチックを含有する被処理水Ｗ１が供給される。第１貯留槽５では、その被処理水Ｗ１が一時的に貯留される。第１貯留槽５において、マイクロプラスチックを分離するための処理が施された被処理水Ｗ１は、ポンプ（図示せず）によって第１分離本体部１３に送り込まれる。
　第１貯留槽５は、マイクロプラスチックを含有する被処理水を安定に貯留しておくことができれば、貯留槽としての容器の形状、容量、材質等は、特に制限されない。第１貯留槽５としては、被処理水を少なくとも５分程度滞留させておくことができる容量を有していることが好ましい。また、第１貯留槽５として、たとえば、邪魔板を設ける等、被処理水が短絡的に第１分離本体部１３に送り込まれない構造を有していることが好ましい。
　第１ｐＨ調整部７は、第１貯留槽５に貯留された被処理水に、ｐＨの値を調整する調整剤を添加する。第１ｐＨ調整部７は、被処理水のｐＨの値が４以上７以下の値になるように、調整剤を添加する。調整剤としては、被処理水のｐＨの値を４以上７以下の値に調整することが可能な調整剤であれば、特に制限されない。
　調整剤として、たとえば、酸剤としては、塩酸または硫酸等が挙げられる。また、アルカリ剤としては、苛性ソーダまたは消石灰等が挙げられる。被処理水のｐＨの値を４以上７以下の値に調整することで、凝集体を容易に形成することができる。これについては後述する。
　磁性粒子添加部９は、ｐＨの値が調整（４～７）された被処理水に磁性粒子を添加する。ここで、磁性粒子としては、マイクロプラスチックと磁性粒子との凝集体を形成することができる磁性粒子であればよく、磁性粒子中に磁性体を含有するものであれば、特に制限はない。このような磁性粒子としては、たとえば、鉄、鉄を含む合金、磁鉄鉱、チタン鉄鉱、磁硫鉄鉱、マグネシアフェライト、マンガンマグネシウムフェライト、マンガン亜鉛フェライト、コバルトフェライト、ニッケルフェライト、ニッケル亜鉛フェライト、バリウムフェライト、銅亜鉛フェライト等が挙げられる。
　このような磁性粒子の中でも、水中における安定性に優れたフェライト系化合物を含む磁性粒子が、より好ましい。たとえば、磁鉄鉱であるマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）は、安価であり、水中においても磁性体として安定している。また、マグネタイトは、元素としても安全である。このため、マグネタイトは被処理水の処理に好ましい。また、上述した磁性粒子の形状としては、特に制限はなく、球状、多面体、不定形等の種々の形状を取り得る。さらに、上述した磁性粒子は、親水性であることが好ましい。
　このような親水性の磁性粒子とマイクロプラスチックとの凝集体を形成することで、被処理水から凝集体を、磁気力によって簡便に分離することができるようになる。これについては後述する。
　第１撹拌部１１は、マイクロプラスチックを含有した被処理水と磁性粒子とを撹拌し混合することによって、マイクロプラスチックと磁性粒子との一様な凝集体を形成する。ここで、第１撹拌部１１としては、マイクロプラスチックを含有する被処理水と磁性粒子とを撹拌して、一様な凝集体を形成することができれば、特に制限はない。
　第１撹拌部１１として、たとえば、フィンを有する撹拌機またはエアーを使用した撹拌機等が挙げられる。このような第１撹拌部１１を用いてマイクロプラスチックと磁性粒子との一様な凝集体を形成することによって、被処理水から凝集体を磁気力によって分離することができる。
　第１分離本体部１３は、マイクロプラスチックと磁性粒子との凝集体を、磁気力によって被処理水から分離する。被処理水から凝集体を分離させるために、たとえば、磁石が用いられる。磁石としては、磁気力によって凝集体を被処理水から分離して回収することができる磁石であればよく、たとえば、永久磁石または電磁石等が挙げられる。磁石の中でも、超電導マグネットを用いた超電導磁石が好ましい。
　超電導磁石によって強磁場を生じさせることで、被処理水から凝集体を、より簡便に分離させることができる。また、超電導磁石を使用することによって、被処理水から凝集体を分離させる分離効率と、被処理水から凝集体を分離させる処理速度とを上げることができる。
　第１分離本体部１３によって分離された凝集体については、焼却処理を行ってもよい。また、凝集体をマイクロプラスチックと磁性体とに再分離する処理を行うようにしてもよい。凝集体を分離した後に残された被処理水Ｗ２は、外部に排出される。実施の形態１に係るマイクロプラスチックの磁気分離装置１は、上記のように構成される。
　次に、上述したマイクロプラスチックの磁気分離装置１によって、被処理水からマイクロプラスチックを分離するメカニズムについて説明する。まず、凝集体の形成について説明する。上述したように、マイクロプラスチックの磁気分離装置１では、被処理水のｐＨの値を４以上７以下の値に調整することで、凝集体を容易に形成することができる。
　凝集体の形成にはゼータ電位が関与する。ここで、ゼータ電位について説明する。一般的に電解質溶液中の帯電粒子の表面は、反対の電荷のイオンに取り囲まれて、電気二重層が形成されている。ゼータ電位とは、液体中を粒子が移動するとき、粒子とともに移動するイオンと、その場にとどまるイオンとの界面であるすべり面の電位をいう。すべり面は、粒子表面に付着した液体分子の層の分だけ外側に位置するが、近似的には、粒子表面の電位をすべり面の電位とみなすことができる。したがって、ゼータ電位は、近似的に、粒子の表面電位を表しているといえる。
　次に、そのゼータ電位とｐＨの値との関係について説明する。図２に、マイクロプラスチックおよび磁性粒子としてのマグネタイトのそれぞれのゼータ電位と、被処理水のｐＨの値との関係を示す。マイクロプラスチックとして、ナイロンとポリエチレンとが挙げられている。ナイロンの平均粒子径は、約１０μｍ程度である。ポリエチレンの平均粒子径は、約２０μｍ程度である。マグネタイトの平均粒子径は、約０．５μｍ程度である。なお、平均粒子径の定義については後述する。
　図２に示すように、ナイロンのゼータ電位とポリエチレンのゼータ電位については、被処理水のｐＨの値が４以上の状態で、負のゼータ電位を有していることがわかる。一方、マグネタイトのゼータ電位は、被処理水のｐＨの値が７以下の状態で、正のゼータ電位を有していることがわかる。
　したがって、被処理水のｐＨの値を４以上７以下の値にすることで、静電効果によって、マイクロプラスチックと磁性粒子（マグネタイト）との間には引力が生じ、マイクロプラスチックと磁性粒子（マグネタイト）とを凝集させることができ、凝集体を容易に形成することができる。なお、マグネタイト以外の磁性粒子についてのゼータ電位とｐＨの値との関係も、マグネタイトの場合と同様の傾向を示すものと考えられる。
　次に、静電効果によって凝集させた凝集体の分離について説明する。上述したように、親水性の磁性粒子とマイクロプラスチックとの凝集体を形成することによって、被処理水から凝集体を磁気力によって、簡便に分離することができる。
　ここで、図３に、親水性のマグネタイトと疎水性のマグネタイトとを用いて、マイクロプラスチックを磁気分離した評価結果を示す。縦軸は分離率（％）である。疎水性のマグネタイトは、脂肪酸修飾によって疎水加工が施されたマグネタイトである。
　この評価方法について説明する。マイクロプラスチックとしてのナイロンの平均粒子径は、約１０μｍ程度である。マグネタイトの平均粒子径は、約０．５μｍ程度である。まず、蒸留水１００ｍｌに０．０５ｇのナイロンの粒子を添加して超音波による撹拌を行った。次に、０．１ｇのマグネタイトを蒸留水に添加し、撹拌機によって撹拌させた。次に、その試料に対して、ネオジム磁石（直径２．５ｃｍ、表面最大磁束密度０．４Ｔ）を用いて磁気分離を行った。
　磁気分離を行う前の濁度と磁気分離を行った後の濁度とを測定し、その２つの濁度に基づいて、マイクロプラスチックの分離率を算出した。濁度は、測定セルに試料を満たし、その測定セルにＬＥＤ（Light　Emission　Diode）光源によって平行光を照射し、透過光と散乱光とを受光素子によってそれぞれ測定することによって算出した。
　図３に示すように、親水性のマグネタイトを添加した試料の方が、疎水性のマグネタイトを添加した試料に比べて、磁気による分離率が高いことがわかる。この評価結果から、親水性の磁性粒子を被処理水に添加することで、マイクロプラスチックと磁性粒子との凝集体を容易に形成できることがいえる。なお、市販の磁性粒子には、親水性の磁性粒子と疎水性の磁性粒子との双方がある。疎水性の磁性粒子では、表面修飾されている。元来、磁性粒子では、構造的には表面に若干の水酸基が存在しており、磁性粒子は親水性とされる。
　実施の形態１に係るマイクロプラスチックの磁気分離装置１に使用される磁性粒子の平均粒子径は、約１０μｍ程度以下とされ、好ましくは、約５μｍ程度以下である。磁性粒子の平均粒子径が１０μｍよりも大きくなると、磁性粒子がマイクロプラスチックの表面に密に吸着した凝集体を形成することができなくなる。このため、磁気力によって凝集体を被処理水から、容易に分離できない場合がある。
　なお、平均粒子径とは、レーザ回折法によって測定した粒度分布における体積基準の５０％積算値（Ｄ５０）を意味する。すなわち、サイズが小さい粒子からカウントしていき、全粒子数の５０％になったところの粒子のサイズをいう。マイクロプラスチックの平均粒子径についても同様である。
　このようにして、実施の形態１に係るマイクロプラスチックの磁気分離装置１では、マイクロプラスチックを含有した被処理水からマイクロプラスチックを、マイクロプラスチックと磁性粒子との凝集体として分離することができる。
　なお、上述したマイクロプラスチックの磁気分離装置１では、ｐＨの値が４以上７以下の値に調整された被処理水に磁性粒子を添加する場合について説明したが、被処理水に磁性粒子を添加した後に、被処理水のｐＨの値を４以上７以下の値に調整しても、凝集体が形成されて、その凝集体を分離することができる。
　実施の形態２．
　ここでは、マイクロプラスチックと磁性粒子との凝集体を、マイクロプラスチックと磁性粒子とに再分離して、磁性粒子等を回収するマイクロプラスチックの磁気分離装置の一例について説明する。
　図４に示すように、マイクロプラスチックの磁気分離装置１は、磁気分離部３に加えて分離回収部１５を有している。分離回収部１５は、磁気分離部３において分離された凝集体を貯溜して処理を施す第２貯留槽１７と、水とｐＨ調整剤とを添加する第２ｐＨ調整部１９と、凝集体と水とを撹拌する第２撹拌部２１と、水から磁性粒子とマイクロプラスチックとをさらに分離して回収する第２分離本体部２３とを備えている。
　なお、磁気分離部３は、実施の形態１において説明した磁気分離部３と同様なので、同一部材については同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
　第２貯留槽１７は、水とともに凝集体を安定に貯留することができれば、第２貯留槽としての容器の形状、容量、材質等は、特に制限されない。第２貯留槽１７としては、磁気分離部３から送られてくる少なくとも１日分の凝集体を貯溜することができる容量を有していることが好ましい。
　第２ｐＨ調整部１９は、第２貯留槽１７に所望量の凝集体が貯留したタイミングで、凝集体に水とｐＨ調整剤とを添加する。ｐＨ調整剤によって、凝集体を含有する水のｐＨの値は、４よりも小さい値か、または、７よりも高い値に調整される。
　図２に示すように、凝集体を含有する水のｐＨの値が４よりも小さい値の場合には、マイクロプラスチックのゼータ電位と、磁性粒子（マグネタイト）のゼータ電位とは、双方とも正の電位になる。一方、凝集体を含有する水のｐＨの値が７よりも高い値の場合には、マイクロプラスチックのゼータ電位と、磁性粒子（マグネタイト）のゼータ電位とは、双方とも負の電位になる。したがって、静電効果により、マイクロプラスチックと磁性粒子（マグネタイト）との間には斥力が生じ、凝集体を、マイクロプラスチックと磁性粒子（マグネタイト）とに、再び分離させることができる。
　第２撹拌部２１は、凝集体を含有しｐＨの値が調整された水を撹拌することによって、マイクロプラスチックと磁性粒子とを分離させやすくする。第２撹拌部２１としては、凝集体と水とを撹拌して、マイクロプラスチックと磁性粒子とを分離することができれば、特に制限はない。第２撹拌部２１として、たとえば、フィンを有する撹拌機またはエアーを使用した撹拌機等が挙げられる。このような第２撹拌部２１を用いてマイクロプラスチックと磁性粒子とを分離することによって、磁性粒子Ｗ４だけを回収することができる。
　第２分離本体部２３は、磁気力によって、第２貯留槽１７（水の中）において分離されたマイクロプラスチックと磁性粒子とから、磁気力によって磁性粒子を分離する。磁気力として、磁石が用いられる。磁石としては、マイクロプラスチックと磁性粒子とから磁気力によって磁性粒子を分離して回収することができる磁石であればよく、たとえば、永久磁石または電磁石等が挙げられる。
　一方、第２分離本体部２３において、磁性粒子が分離された後に残されたマイクロプラスチックＷ５は、たとえば、焼却処理することができる。
　上述したマイクロプラスチックの磁気分離装置１では、磁気分離部３に分離された凝集体を、第２分離本体部２３によってマイクロプラスチックと磁性粒子とに再分離することができる。これにより、再分離された磁性粒子を、磁気分離部３において再利用することができる。また、再分離されたマイクロプラスチックについては、焼却処理を容易に行うことができる。
　なお、上述したマイクロプラスチックの磁気分離装置１では、ｐＨの値が４より小さい値または７より大きい値に調整された水に凝集体を添加する場合について説明したが、水に凝集体を添加した後に、水のｐＨの値を４より小さい値または７より大きい値に調整しても、凝集体をマイクロプラスチックと磁性粒子とに再分離することができる。
　実施の形態３．
　ここでは、マイクロプラスチックと磁性粒子との凝集体を、マイクロプラスチックと磁性粒子とに再分離せずに、熱処理を施して磁性活性炭を製造するマイクロプラスチックの磁気分離装置の一例について説明する。
　図５に示すように、マイクロプラスチックの磁気分離装置１は、磁気分離部３に加えて熱処理部２５を有している。熱処理部２５は、磁気分離部３において分離された凝集体を貯溜して乾燥処理を施す乾燥炉２７と、乾燥した凝集体に熱処理を施して磁化活性炭を製造する焼却炉２９とを備えている。
　なお、磁気分離部３は、実施の形態１において説明した磁気分離部３と同様なので、同一部材については同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
　乾燥炉２７として、凝集体を安定に貯留するとともに、凝集体に含まれる水分を抜いて乾燥させることができれば、乾燥炉２７としての容器の形状、容量、材料等は、特に制限されない。乾燥炉２７の容量としては、磁気分離部３から送られてくる少なくとも１日分の凝集体を貯溜することができる容量を有していることが好ましい。
　乾燥炉２７に所望量の凝集体が貯溜され、凝集体が乾燥された時点で、凝集体は焼却炉２９へ送られる。焼却炉２９では、凝集体に熱処理が施されることによって、磁化活性炭Ｗ６が製造される。焼却炉２９の内部は、窒素または二酸化炭素の雰囲気とされる。５００℃以上の温度条件のもとで凝集体に熱処理を施すことによって、磁化活性炭Ｗ６を効率的に製造することができる。
　上述したマイクロプラスチックの磁気分離装置１では、熱処理部２５において製造された磁化活性炭Ｗ６は、磁性粒子添加部９に戻される。実施の形態１において説明したように、磁性粒子添加部９から添加される磁性粒子によって、磁性粒子とマイクロプラスチックとの凝集体が形成され、その凝集体が磁気力によって被処理水から分離される。
　したがって、磁化活性炭Ｗ６を磁性粒子添加部９に戻すことで、磁性粒子添加部９に新たに供給する磁性粒子の量を削減することができる。また、分離回収部１５（図４参照）において発生する凝集体を産業廃棄物として廃棄することもなくなる。
　各実施の形態において説明したマイクロプラスチックの磁気分離装置については、必要に応じて種々組み合わせることが可能である。
　今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本開示は上記で説明した範囲ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
　本開示に係るマイクロプラスチックの磁気分離装置は、マイクロプラスチックを磁気を利用して分離する磁気分離装置に有効に利用される。
　１　マイクロプラスチックの磁気分離装置、３　磁気分離部、５　第１貯留槽、７　第１ｐＨ調整部、９　磁性粒子添加部、１１　第１撹拌部、１３　第１分離本体部、１５　分離回収部、１７　第２貯留槽、１９　第２ｐＨ調整部、２１　第２撹拌部、２３　第２分離本体部、２５　熱処理部、２７　乾燥炉、２９　焼却炉、Ｗ１、Ｗ２　被処理水、Ｗ３　凝集体、Ｗ４　磁性粒子、Ｗ５　マイクロプラスチック、Ｗ６　磁性活性炭。

Claims (13)

  1. 　マイクロプラスチックを含んだ被処理水を磁気による処理を施すことによって、前記被処理水から前記マイクロプラスチックを分離する磁気分離部を備えたマイクロプラスチックの磁気分離装置であって、
    　前記磁気分離部は、
    　前記マイクロプラスチックを含んだ前記被処理水を貯溜する第１貯留槽と、
    　前記第１貯留槽に第１ｐＨ調整剤を添加することにより、前記マイクロプラスチックを含んだ前記被処理水のｐＨの値を、４以上７以下に調整する第１ｐＨ調整部と、
    　前記被処理水に磁性粒子を添加する磁性粒子添加部と、
    　前記被処理水と前記磁性粒子とを撹拌することによって、前記マイクロプラスチックと前記磁性粒子との凝集体を形成する第１撹拌部と、
    　前記被処理水から前記凝集体を、磁気によって分離する第１分離本体部と
    を備えた、マイクロプラスチックの磁気分離装置。
  2. 　前記磁性粒子は親水性である、請求項１記載のマイクロプラスチックの磁気分離装置。
  3. 　前記マイクロプラスチックの平均粒子径は１００μｍ以下であり、前記磁性粒子の平均粒子径は５μｍ以下である、請求項１または２に記載のマイクロプラスチックの磁気分離装置。
  4. 　前記第１分離本体部は、超電導磁石を含む、請求項１～３のいずれか１項に記載のマイクロプラスチックの磁気分離装置。
  5. 　前記磁気分離部によって分離された前記凝集体から前記磁性粒子を再分離して回収する分離回収部を備えた、請求項１～４のいずれか１項に記載のマイクロプラスチックの磁気分離装置。
  6. 　前記分離回収部は、
    　前記凝集体を貯溜する第２貯留槽と、
    　前記第２貯留槽に水と第２ｐＨ調整剤とを添加することにより、前記凝集体を含有する前記水のｐＨの値を、４より低い値および７より高い値のいずれかの値に調整する第２ｐＨ調整部と、
    　前記凝集体を含有する前記水を撹拌することによって、前記凝集体を前記マイクロプラスチックと前記磁性粒子とに再分離する第２撹拌部と、
    　再分離された前記マイクロプラスチックと前記磁性粒子とを含む前記水から、前記磁性粒子をさらに分離して回収する第２分離本体部と
    を含む、請求項５記載のマイクロプラスチックの磁気分離装置。
  7. 　前記磁気分離部によって分離された前記凝集体に熱処理を施して磁化活性炭を製造する熱処理部を備えた、請求項１～４のいずれか１項に記載のマイクロプラスチックの磁気分離装置。
  8. 　前記熱処理部は、
    　前記凝集体を貯溜して乾燥する乾燥炉と、
    　前記乾燥炉において乾燥した前記凝集体に熱処理を施す焼却炉と
    を備えた、請求項７記載のマイクロプラスチックの磁気分離装置。
  9. 　前記熱処理部において製造された前記磁化活性炭は、前記磁性粒子添加部へ送られる、請求項７または８に記載のマイクロプラスチックの磁気分離装置。
  10. 　マイクロプラスチックを含んだ被処理水を磁気による処理を施すことによって、前記被処理水から前記マイクロプラスチックを分離するマイクロプラスチックの磁気分離方法であって、
    　磁性粒子が添加され、ｐＨの値が４以上７以下に調整された、前記マイクロプラスチックを含んだ前記被処理水を撹拌することによって、前記マイクロプラスチックと前記磁性粒子との凝集体を形成する工程と、
    　前記被処理水から前記凝集体を、磁気によって分離する工程と
    を備えた、マイクロプラスチックの磁気分離方法。
  11. 　前記凝集体を分離した後、
    　分離された前記凝集体に水を添加する工程と、
    　ｐＨの値が４より低い値および７より高い値のいずれかの値に調整された、前記凝集体を添加した前記水を撹拌することによって、前記凝集体を前記マイクロプラスチックと前記磁性粒子とに再分離する工程と、
    　再分離された前記マイクロプラスチックと前記磁性粒子とを含む前記水から、前記磁性粒子をさらに分離して回収する工程と
    を備えた、請求項１０記載のマイクロプラスチックの磁気分離方法。
  12. 　前記凝集体を分離した後、前記凝集体に熱処理を施す工程を備え、
    　前記熱処理を施す工程では、窒素および二酸化炭素のいずれかの雰囲気中において、５００℃以上の温度条件のもとで前記熱処理を施すことにより、磁化活性炭を製造する、請求項１０記載のマイクロプラスチックの磁気分離方法。
  13. 　前記熱処理を施す工程の後、前記熱処理によって製造された前記磁化活性炭を、前記凝集体を形成する工程に再利用する、請求項１２記載のマイクロプラスチックの磁気分離方法。
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