(57)【要約】【課題】水処理装置として磁気分離装置を備え、該磁気分離装置の磁気フィルタの洗浄時間の短縮化を図る。【解決手段】金属物質あるいは／および磁性物質を含有する除去物を含む処理液を磁気フィルタ１２に通し、除去物を磁着して分離する磁気分離装置５を備えた水処理装置であって、磁気分離装置には、複数の磁気フィルタ１２を並べた状態で支持棒１０に着脱自在に取り付け、該支持棒を透磁性材からなる送液管６内に移動自在に収容し、送液管６の長さ方向の一側部に磁石を配置して前記送液管内の磁気フィルタに磁性を付与する磁気分離領域Ｘ１とすると共に他側部を洗浄領域Ｘ２とし、支持棒１０に連結した移動手段で、支持棒を磁気分離領域と洗浄領域との間で往復移動させている。【選択図】図２
2010149103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属物質あるいは／および磁性物質を含有する除去物を含む処理液を磁気フィルタに通し、前記除去物を磁着して分離する磁気分離装置を備えた水処理装置であって、
前記磁気分離装置には、複数の前記磁気フィルタを並べて支持棒に着脱自在に取り付け、該支持棒を透磁性材からなる送液管内に移動自在に収容し、
前記送液管の長さ方向の一半側に磁石を配置し、前記送液管内の磁気フィルタに磁性を付与する磁気分離領域とすると共に他半側を洗浄領域とし、
前記支持棒に連結した移動手段で、支持棒を前記磁気分離領域と洗浄領域との間で往復移動させることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記送液管の処理液流入側の上流側を、磁石を配置して前記送液管内の磁気フィルタに磁性を付与する磁気分離領域とすると共に下流側を洗浄領域としている請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記送液管の前記洗浄領域の先端に洗浄水供給管を接続し、前記洗浄領域に前記磁気フィルタを移動させている洗浄期間に前記送液管に処理液流入側と反対側から洗浄液を流入して逆洗浄している請求項１または請求項２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記送液管内の支持棒に前記磁気フィルタを間隔をあけて並列して取り付け、これら磁気フィルタと送液管の内周面との間に隙間を設けていると共に、前記磁気フィルタの間あるいは／および磁気フィルタの取付部の両端に補強枠を前記支持棒に取り付け、
前記補強枠は、外周枠部と、中心部に前記支持棒を貫通支持する取付穴を設けた中央部と、該中央部と前記外周枠部とを連結する周方向に間隔をあけて設けた連結部とを有する形状とし、
前記外周枠部の外周面にＯリングを取り付け、該Ｏリングを前記送液管の内周面に摺接させている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記補強枠はエンジニアリングプラスチックあるいは耐海水性ステンレスから形成し、前記Ｏリングはシリコーンゴム、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、ＨＮＢＲ、フッ素ゴムのいずれか一種からなり、その外周面にダイヤモンドライクカーボンからなる表面被覆層を設け、かつ、
前記補強枠が摺接する前記送液管の内周面にダイヤモンドライクカーボンからなる表面被覆層を設けている請求項４に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記送液管を複数本配置し、１本の送液管内の前記支持棒を移動して前記磁気フィルタを前記洗浄領域に移動させている期間は、他の送液管内の支持棒で支持した前記磁気フィルタは前記磁気分離領域に位置させ、処理液処理を継続させている請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記送液管は１本であり、該送液管内の前記支持棒を移動して前記磁気フィルタを前記洗浄領域に移動させている期間は処理液処理の停止期間としている請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項８】
前記磁気分離領域に、円筒状に前記磁石を配置し、該磁石の内部、磁石の外部、あるいは磁石の内部と外部とに前記送液管を配置している請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項９】
前記処理液中に磁性粒子を投入し、該処理液中に含まれる非磁性物質に磁性を付与して前記磁性物質とし、前記磁気フィルタで捕捉している請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記洗浄水供給管は前記送液管の両端と接続し、前記洗浄期間に送液管内に洗浄液を循環して供給している請求項３乃至請求項９のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１１】
前記送液管は、前記洗浄領域の部分では、前記磁気フィルタを取り出し可能に半割管を着脱自在に連結して形成し、前記洗浄領域を磁気フィルタの取出領域と兼用している請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１２】
前記磁気分離領域に配置する前記磁石は超電導磁石からなる請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１３】
前記磁気分離装置の下流に膜濾過装置を設けている請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１４】
前記処理液は５０〜４００℃の高温液である請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１５】
前記処理液はボイラーで発生する復水である請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１６】
前記処理液はバラスト水からなる請求項７乃至請求項１３のいずれか１項に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理液中から除去物を分離する水処理装置に関し、詳しくは、処理液中に含まれる磁性物質を磁気フィルタで捕捉する磁気分離装置を備えたものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所、火力発電所、焼却処理設備のボイラーで発生する復水、前記設備およびその他の工場で発生する排水、さらにタンカーに搭載されるバラスト水貯留タンク内のバラスト水を濾過処理する装置は従来多数提供されている。
【０００３】
従来、原子力プラントで発生する酸性放射線廃棄物溶液の処理システムとして特開平１０−３３２８８５号公報（特許文献１）で、酸性放射線廃棄物溶液の濃縮液をフィルタで不溶性固形物を濾過分離することが提案されている。なお、フィルタの詳細は記載されていない。
また、特開昭６０−１９５４９３号公報（特許文献２）に記載の粒状イオン交換樹脂を用いた覆水脱塩装置よりなる覆水浄化系において、前記復水脱塩装置の上流側に覆水加熱器を設け、覆水中に含まれる鉄クラッドを除去できるものとしている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のようにフィルタ（濾過膜）で固液分離する場合、濾過膜の通過に時間がかかり、かつ、濾過膜に捕捉粒子が堆積して目詰まりが発生しやすいため、間欠的に洗浄が必要である等の理由から、処理水の高速大量処理が困難である。
また、特許文献２に記載の装置では復水脱塩処理装置でも目詰まりが発生しやすいと共に加熱工程が必要となる問題がある。
前記除去物による目詰まりが発生すると、排水処理装置を一旦停止してフィルタ等を交換する必要がある。大量の排水処理を行う場合、フィルタの交換頻度が増え、排水を発生するプラントの稼働を停止しなければならず、稼働停止が長くなると、それに伴う損失は多大となる。
【０００５】
また、排水用の配管には鉄錆びが発生し易く、該鉄錆びを除去できる洗浄液を配管中に供給して錆びを除去しているが、該洗浄液中に浮遊する鉄粉を除去して排水する必要があり、配管の鉄錆処理に時間を必要とすると共に、排水温度が高温であると排水温度を低下させて処理する必要がある。このように、排水処理に時間がかかると、前記と同様に、プラントの稼働を停止しなければならず、稼働停止時間が長くなると、それに伴う損失は多大となっている。
【０００６】
さらに、近年、船舶に積載するバラスト水の処理が問題となっている。バラスト水は空荷状態でも安全に航行するために積載される海水であり、バラスト水は出港時に付近の海域から取水し、入港時の積荷の積載時に海洋へ排水され、例えば、日本から出港するオイルタンカーに日本海域の海水がバラスト水として積載され、入港地の中近東の海域に排水される。このようにバラスト水が取水した海域と異なる海域に排水されると、海水中の生物が本来の生息地でない海域に移動させられることとなり、海洋の生態系に大きな影響を及ぼすこととなる。よって、「船舶のバラスト水および沈殿物の規制および管理」のための国際条約が採択され、条約内容に沿ってバラスト水を浄化処理することが求められている。
【０００７】
この種の水浄化装置として、本出願人は、特開２０００−２５４５４４号公報（特許文献３）において、藻等の植物性微生物からなる被除去物を含む原水を、比較的高速で被除去物を分離除去できる磁気分離装置を提供している。
該磁気分離装置は、原水に鉄酸化物粒子を添加して、被除去物に磁性を付与した後に、磁気フィルタを通過させて、被除去物を磁気フィルタに磁着して分離除去している。このように磁気で被除去物を分離除去しているため、磁気フィルタの水通過用の空孔を広くしても被除去物を分離除去でき、水処理の高速化を図ることができる。
しかしながら、前記磁気分離装置において、被除去物が堆積した磁気フィルタを効率よく洗浄あるいは交換する必要があり、この点でも改善の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−３３２８８５号公報
【特許文献２】特開昭６０−１９５４９３号公報
【特許文献３】特開２０００−２５４５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、従来の水処理装置として濾過膜からなるフィルタを用いた場合は目詰まりの発生により洗浄、交換に時間がかかる問題があり、また、従来提供している磁気分離装置においても磁気フィルタの洗浄、交換の問題が解決されていない。
【００１０】
本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、水処理を高速化できる磁気分離装置を用い、該磁気分離装置において、磁気フィルタの洗浄・交換を迅速に行え、かつ、洗浄による処理停止時間の大幅短縮を図ることを第一の課題としている。
また、洗浄時にも水処理を継続して行えることを第二の課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、本発明は、金属物質あるいは／および磁性物質を含有する除去物を含む処理液を磁気フィルタに通し、前記除去物を磁着して分離する磁気分離装置を備えた水処理装置であって、
前記磁気分離装置には、複数の前記磁気フィルタを並べて支持棒に着脱自在に取り付け、該支持棒を透磁性材からなる送液管内に移動自在に収容し、
前記送液管の長さ方向の一半側に磁石を配置し、前記送液管内の磁気フィルタに磁性を付与する磁気分離領域とすると共に他半側を洗浄領域とし、
前記支持棒に連結した移動手段で、支持棒を前記磁気分離領域と洗浄領域との間で往復移動させることを特徴とする水処理装置を提供している。
【００１２】
前記送液管の処理液流入側の上流側を、磁石を配置して前記送液管内の磁気フィルタに磁性を付与する磁気分離領域とすると共に下流側を洗浄領域としていることが好ましいが、逆配置としてもよい。
【００１３】
前記送液管の前記洗浄領域の先端に洗浄水供給管を接続し、前記洗浄領域に前記磁気フィルタを移動させている洗浄期間に前記送液管に処理液流入側と反対側から洗浄液を流入して逆洗浄する構成としていることが好ましい。
【００１４】
前記のように、本発明の水処理装置の磁気分離装置では、磁気フィルタを支持棒で着脱自在に支持し、該支持棒を送液管中で移動手段により、処理液中に浮遊する金属物質や磁性物質を磁気フィルタに付着させる磁気分離領域と、磁気フィルタに堆積した捕捉物を除去する洗浄および磁気フィルタを取り出す洗浄領域とを往復移動させている。これにより磁気フィルタを管外に取り出さずに、送液管中で洗浄することができ、磁気フィルタの洗浄に要する時間を短縮できる。その結果、再起動時間を大幅に短縮でき、設備の稼働効率を低下させない利点がある。
さらに、定期的に送液管中で磁気フィルタを洗浄しているため、磁気フィルタの交換頻度を大幅に低減でき、磁気フィルタの交換に伴う稼働停止時間を短くすることができる。
【００１５】
前記磁気フィルタはステンレス鋼、鉄、ニッケル、コバルト等を主成分とした磁性金属体からなる細線をメッシュ状に編成して空孔を形成し、該空孔の合計面積（目開き面積）の平均面積を、例えば、磁気フィルタの全投影面積中の２０％から８５％としている。これは２０％より小さいと流速がかせげず、詰まりやすくなり、８５％より大きくなると強度がもたずに破損しやすくなることによる。
前記メッシュ（金網）の作成方法としては、下記の手法が挙げられる。
平織（ひらおり）：標準の織り網（線を１本づつ交差）・最も一般的な織り方
綾織（あやおり）：交互に線２本乗越しさせた織り方
平畳織（ひらたたみおり）：畳表状、縦線(相接)と横線のメッシュがちがう（綾畳織もある）
クリンプ網：ギアで線を波形に曲げて編んだもの・バーベキュー網など
溶接金網：線を編まずに、上下交差させスポット溶接でとめたもの
亀甲金網（きっこう）：六角形に編んだもの・鳥小屋など
前記メッシュは各空孔を囲む一辺を１インチ（２５．４ｍｍ）程度としている。
また、金属板をマスクとエッチング液を用いたメタルマスク法によって作成することも可能である。
磁気フィルタをＣｏやＮｉを多く含むステンレス線材で形成すると、錆が発生しにくく、耐久性を有する磁気フィルタとすることができる。磁化率とトレードオフの関係になりやすく両立させることがポイントとなる。
【００１６】
前記磁気分離領域に配置する磁石は円筒状とし、該磁石の内部、磁石の内部と外部、あるいは磁石を囲んで前記送液管を配置している。
前記磁石として永久磁石を用いても良いが、超電導磁石を用いることが好ましい。
該超電導磁石は、超電導線材からなる超電導コイルを用い、該超電導線材として、高温超電導線材（Ｂｉ−２２２３系銀シース線材、Ｒｅ系薄膜線材）を用いることが好ましい。
この高温超電導コイルの冷却は、冷媒を用いない（冷媒フリー）の冷凍機冷却型システムとしても良いし、液体窒素を用いた液体窒素冷却または液体窒素過冷却システムとしても良い。
【００１７】
前記のように、超電導コイルを用いて磁気分離を行うと、超電導コイルが発生する強い磁界中に配置するステンレス鋼等の磁性体からなる磁気フィルタの細線の回りに強い磁場と磁気勾配を形成できる。この強い磁場と磁気勾配を利用して、前記処理液中に分散する前記磁性粒子が付着して磁性が付与された非磁性物質を細線回りに磁着して分離できる。
また、超電導線材として酸化物超電導線材を用いると、金属系超電導線材と比較して、臨界温度が高いため、温度上昇による臨界電流密度の低下が小さく、クエンチしにくい高い安定性を有し、電磁石の動作が安定する。
また、冷媒として液体窒素を用いることも可能なことから、特にバラスト水の処理装置として用いる場合、船舶に搭載されて用いられても船舶のゆれに対して極めて安定である。かつ、酸化物超電導線材を用いた電磁石は、金属系の超電導線材を用いた電磁石よりも軽量かつコンパクトな構成とすることができ、船舶等の設置面積や重量に制約が大きい場所に設置される場合に有利である。
【００１８】
前記磁気フィルタを支持する支持棒は、並設する磁気フィルタを位置決め支持する一側部と、前記送液管中を貫通させる他側部を備え、かつ、該他側部の先端を油圧シリンダ等の前記移動手段に連結している。前記一側部と他側部とは着脱自在に連結しても良いし、一体化してもよい。
【００１９】
前記支持棒の断面積は磁気フィルタの断面積の１／１０〜１／３程度の細い棒と、磁気フィルタの断面積を大きくすることが好ましい。しかしながら、支持棒は長尺であるため細くすると多数の磁気フィルタを取り付けていると共に、移動手段により送液管中を移動させるため、撓みやすくなるため、補強枠を取り付けて撓むことなく直進できるようにしていることが好ましい。
即ち、前記送液管内の支持棒に前記磁気フィルタを間隔をあけて並列して取り付け、これら磁気フィルタと送液管の内周面との間に隙間を設けていると共に、前記磁気フィルタの間あるいは／および磁気フィルタの取付部の両端に補強枠を前記支持棒に取り付け、
前記補強枠は、外周枠部と、中心部に前記支持棒を貫通支持する取付穴を設けた中央部と、該中央部と前記外周枠部とを連結する周方向に間隔をあけて設けた連結部とを有する形状とし、
前記外周枠部の外周面にＯリングを取り付け、該Ｏリングを前記送液管の内周面に摺接させている。
【００２０】
前記のように、支持棒に補強枠を取り付け、該補強枠の外周のＯリングを送液管の内周面に摺接させると、支持棒を移動時に送液管の中心軸線位置に保持できる。このように、支持棒が撓むことなく移動させることができるため、支持棒に取り付けた磁気フィルタの外周が送液管の内周面に接触して移動がスムーズに行えなくなる事態の発生を防止できる。
【００２１】
前記補強枠はエンジニアリングプラスチックあるいは耐海水性ステンレスから形成し、前記Ｏリングはシリコーンゴム、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、ＨＮＢＲ、フッ素ゴムのいずれか一種からなり、その外周面にダイヤモンドライクカーボンからなる表面被覆層を設け、かつ、前記補強枠が摺接する前記送液管の内周面にダイヤモンドライクカーボンからなる表面被覆層を設けていることが好ましい。
このように、摺接するＯリングの表面と送液管の内周面とにダイヤモンドライクカーボンからなる被覆層を設けると、耐摺動性および耐食性を高めることができる。
【００２２】
本発明では、前記送液管は１本以上とし、１本の場合は、該送液管内の前記支持棒を移動して前記磁気フィルタを前記洗浄領域に移動させている期間は、処理液処理の停止期間としている。
【００２３】
処理液作動を連続させて、前記第二の課題を解決するには、前記送液管を複数本配置し、１本の送液管内の前記支持棒を移動して前記磁気フィルタを前記洗浄領域に移動させている期間は、他の送液管内の支持棒で支持した前記磁気フィルタは前記磁気分離領域に位置させ、処理液処理を継続させている。
該構成とすると、処理液の処理量を常に一定化して、処理液処理を継続することができる。
例えば、６本の送液管を円形に配置し、その周囲を前記磁石で囲んでいる。この場合、１本の送液管を前記洗浄領域に移動させている間、残りの５本の送液管中では磁気フィルタを磁気分離領域に位置させて、磁気フィルタによる除去物の捕捉を行っている。前記洗浄領域で磁気フィルタを洗浄した後は磁気分離領域に移動させ、定期的に、別の１本の送液管中の支持棒を洗浄領域に移動し、これを繰り返すことにより、常に５本の送液管中で磁気分離を継続することができる。
【００２４】
前記処理液中に非磁性物質からなる除去物が含まれている場合には、処理液中に磁性粒子を投入し、該非磁性物質に磁性を付与し磁性物質とし、前記磁気フィルタで捕捉している。
なお、処理液中の鉄錆び等の金属粉末のみを除去する場合には、磁性粒子を投入する必要はないが、磁性物質の磁性が弱い場合には磁性粒子を投入して磁性を強くして磁気フィルタで捕捉し易くすることが好ましい。
【００２５】
また、非磁性物質に付着していない磁性粒子が磁気フィルタに磁着した状態のままであると、磁性粒子の無駄になるが、本発明では、前記磁気フィルタの洗浄領域において、洗浄時には送液管に洗浄液を流入するため、磁気フィルタに付着した磁性粒子を再度洗浄液中に取り出すことができる。該洗浄液を磁気分離領域の送液管中に溜め、洗浄後に流入する処理液と混合すると、再度磁性粒子を処理液中の非磁性物質に付着させて再利用することができる。これにより、磁性粒子の使用量を低減することができ、高価な磁性粒子のコストを低減することができる。
【００２６】
前記磁性粒子の平均粒径は０．１μｍ〜５０μｍとしていることが好ましく、より好ましくは０．１μｍ〜２０μｍである。
前記磁性粒子の平均粒径を前記範囲とすることにより、０．１μｍ〜１００μｍの処理液中に含まれる細菌等の非磁性物質も効率良く捕捉することができる。
また、磁性粒子の平均粒径を０．１μｍ以上とすることで、磁性粒子を非磁性物質に付着しやすくすると共に付着後に遊離させにくくできる。一方、磁性粒子の平均粒径が５０μｍを越えると流路を構成する配管の底に堆積して有効に働かないという問題が生じる。
【００２７】
添加する磁性粒子は、鉄、ニッケル、コバルト、銀等の磁性金属の単体あるいは合金、これらの酸化物が好適に用いられ、生物系や有機系の材料を混ぜ合わせたものでもよい。特に、マグネタイト等の鉄酸化物粒子が好適に用いられる。
該磁性粒子として表面に水酸基を有する鉄酸化物粒子を用いると、処理液中に植物性微生物が存在すると、これら植物性微生物の表面にも水酸基が存在するため、水素結合が形成され、鉄酸化物粒子により微生物に磁性を付与することができる。
【００２８】
前記磁性粒子は、例えば、処理液の供給路に磁性粒子投入部を設けて、処理液中に磁性粒子を投入して分散させている。
【００２９】
また、洗浄水供給管は前記送液管の両端と接続し、前記洗浄期間に送液管内に洗浄液を循環して供給する構成としてもよい。
【００３０】
前記送液管は、前記洗浄領域の部分では、前記磁気フィルタを取り出し可能に半割管を着脱自在に連結して形成し、前記洗浄領域を磁気フィルタの取出領域と兼用していることが好ましい。該構成とすると、磁気フィルタの交換を容易に行うことができる。
【００３１】
さらに、前記送液管の前記洗浄領域の先端側に給水管を接続し、前記磁気フィルタにより除去物を除去した後の前記処理液を、該処理液を排出するプラントあるいはタンクへ給水する配管系を備える構成としてもよい。
この場合、前記送液管に先端に連続する配管を分岐させ、分岐管の一方に前記洗浄水供給管を連結し、他方に給水管を連結し、かつ、これら分岐管に開閉弁を取り付けている。
【００３２】
さらに、前記磁気分離装置の下流に膜濾過装置を設け、該膜濾過装置に、前記処理液を排出するプラントあるいはタンクへ給水する配管系を備えた構成としてもよい。
前記膜濾過装置を構成する濾過膜としては、中空糸膜、スパイラル、平膜などが挙げられる。これらの膜はフッ素系の樹脂で成形することが好ましい。具体的には、ポリテトラフルオラエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオラエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パーフルオロアルコキシエチレン３元重合体（ＥＰＥ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等、およびこれらの任意の２種以上の混合樹脂でもよく、特に、耐熱性、耐久性、耐薬品性を備えたＰＴＦＥ系の中空糸を集束した中空糸膜モジュールが好適に用いられる。
このように、磁気分離装置と膜濾過装置を組み合わせると、磁気分離装置で捕捉できなかったμｍ、サブμｍ単位の微細な不純物まで捕捉でき、処理液を完全な純水とすることができる。
【００３３】
本発明の磁気分離装置で使用する送液管および磁気フィルタはステンレス等の金属製としているため、ボイラーで発生する復水等の５０〜４００℃の高温液であっても、処理液を温度低下させる工程を経ずにそのまま処理することができる。よって、高温処理液の除去物の分離に適したものである。特に、本発明は９０〜２００℃の高温の水処理に適している。
【００３４】
本発明の水処理装置は、原子力発電所、火力発電所、紙パルプ工場、民生のボイラーや焼却設備で用いる冷却液から生じる処理液、ブロー水、復水、循環水等のいずれかで発生する処理液の処理に好適に用いられる。
特に、原子力発電所や火力発電所では処理液処理のために稼働停止が発生すると、該稼働停止による損失額は多大であり、よって、処理液処理を継続でき、処理液処理による稼働停止を発生させないメリットは非常に大きい。
【００３５】
さらに、本発明の水処理装置はバラスト水の処理にも好適に用いられる。
本発明の水処理装置は大量の処理液を効率良く処理できる磁気分離装置を備えているため、オイルタンカー等の船舶に貯留されるバラスト水の水処理に好適となる。
バラスト水の処理に用いる場合、バラスト水中に浮遊及び沈殿する藻類を含む植物微生物もしくは動物微生物は非磁性物質であるため、前記磁性粒子をバラスト水中に投入して磁性物質として送液管に通し、前記磁気フィルタで捕捉している。
【発明の効果】
【００３６】
前述したように、本発明の水処理装置では、磁気フィルタを並設した磁気分離装置において、並設した磁気フィルタを送液管内で洗浄領域に移動して送液管中で一括して洗浄することができ、管外に磁気フィルタを取り出すことなく洗浄することができる。よって、洗浄時間の短縮化を図ることができる。
【００３７】
また、送液管を複数本設けると、その内の一本を順次定期的に洗浄領域に移動し、残りの送液管は磁気分離領域に位置させて磁気分離で処理液処理をすると、前記洗浄領域に磁気フィルタを移動して洗浄している期間は該送液管に処理液の供給を一旦停止しても、他の送液管に継続して処理液を供給でき、処理液処理を停止することなく且つ常時定量の処理液処理を行うことができる。
また、夜間停止する場合等では、送液管を１本としてもよい。
さらに、磁石に対し配管は１本として、磁石と配管が一対のものを多数並べることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の磁気分離装置を備えた水処理装置の第一実施形態の概略構成図である。
【図２】前記磁気分離装置の概略正面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】（Ａ）は前記磁気分離装置で用いる支持棒の平面図、（Ｂ）は支持棒で支持される磁気フィルタの拡大側面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】前記磁気分離装置で用いる送液管を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】送液管を洗浄水供給管と接続している状態を示す説明図である。
【図８】配管図である。
【図９】（Ａ）〜（Ｄ）は作動工程を示す図面である。
【図１０】（Ａ）（Ｂ）は第一実施形態の変形例を示す概略図である。
【図１１】第二実施形態の要部概略図である。
【図１２】第三実施形態のバラスト水処理装置の全体構成図である。
【図１３】第三実施形態の水処理装置のブロック図である。
【図１４】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は第四実施形態を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の水処理装置の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図９に示す第一実施形態は、原子力発電所または火力発電所などで発生するボイラーの復水からなる処理液を処理するものである。
【００４０】
図１に概略的に示すように、発電所の原子炉あるいは燃焼室内１００での冷却水から発生する蒸気を配管を介してタービン１０１、タービン１０１から復水器１へと供給し、該復水器１から給水ポンプ２を経て前記燃焼室１００へと循環させている経路において、復水器１と給水ポンプ２との間に、本発明の図２〜図９に示す磁気分離装置５からなる水処理装置を介設し、復水からなる処理液Ｑ１中に浮遊する除去物（主として金属粉）を磁気分離で捕捉している。
【００４１】
図２に示すように、磁気分離装置５は、復水器１側より復水が流入する上流側に磁気分離領域Ｘ１と下流側に洗浄領域Ｘ２を備え、かつ、洗浄領域Ｘ２の下流に後述する支持棒の引出領域Ｘ３を設けている。
前記磁気分離領域Ｘ１から洗浄領域Ｘ２にかけて、長さＬ１の送液管６を固定している。該送液管６は本実施形態では６本（６Ａ〜６Ｆ）とし、図３に示すように、間隔をあけて円形に配置している。該送液管６は非磁性ステンレス、またはＦＲＰやプラスチック等からなる透磁性材で形成しており、本実施形態では非磁性ステンレスで形成している。
【００４２】
前記送液管６の回りを超電導磁石８で囲んで、各送液管６内に磁場を形成している。該超電導磁石８は酸化物超電導線材が巻回されたコイルで形成し、該コイルを超電導温度に保持する冷却容器９内に収容している。本実施形態では、ビスマス２２２３系の酸化物超電導線材のダブルパンケーキコイルを軸線方向に積層した積層コイルから構成している。なお、超電導磁石に代えて永久磁石を用いても良い。
【００４３】
前記各送液管６内には、支持棒１０を移動自在に収容している。該支持棒１０は図４（Ａ）に示すように、磁気フィルタ支持側となる上流側を左右一対の磁気フィルタ支持棒部１０ａ、１０ｂで形成し、下流側の１本の引出用棒部１０ｃと連結材１０ｄを介して着脱自在に連結している。前記左右一対の磁気フィルタ支持棒部１０ａと１０ｂは送液管６内の対向位置に軸線方向に延在させている。
【００４４】
前記磁気フィルタ支持棒部１０ａ、１０ｂで支持する磁気フィルタ１２は図４（Ｂ）に示すように、磁性体の金属線材のメッシュからなる。本実施形態では、線径１ｍｍのステンレス製の金網１２ａで形成している。金網１２ａの左右両側に前記磁気フィルタ支持棒部１０ａ、１０ｂが貫通する貫通穴１２ｂ、１２ｃを設け、かつ、金網１２ａの外周にステンレス製の外周補強枠１２ｄを設けている。さらに、金網１２ａの中心位置および外周補強枠１２ｄの９０度間隔をあけた位置に図４（Ｃ）に示すようにのステンレス製のスペーサー１２ｅを突設している。
磁気フィルタ支持棒部１０ａ、１０ｂを磁気フィルタ１２の貫通穴１２ｂ、１２ｃにそれぞれ通して、例えば、２０〜３０枚等の多数枚の磁気フィルタ１２を並設している。並列した磁気フィルタ１２は前記スペーサー１２ｅによって隙間が保持され、本実施形態ではスペーサー１２ｅの厚さｔ１を２ｍｍとしているため、隣接する磁気フィルタ１２と２ｍｍの隙間を設けている。本実施形態の磁気フィルタ１２では、外周補強枠１２ｄを含めた直径Ｄ１を７９ｍｍとしている。
かつ、前記磁気フィルタ１２の外周補強枠１２ｄは、送液管６の内周面の全周に移動用隙間をあけて配置している。
【００４５】
前記磁気フィルタ支持棒部１０ａ、１０ｂに連結する引出用棒部１０ｃは、洗浄領域Ｘ２に伸長し、その先端に移動手段を構成する油圧シリンダ１４のロッド１４ａを連結材１５、クランプ１７を介して連結している。該油圧シリンダ１４は図５に示すように、洗浄領域Ｘ２に設置した支持枠台１６の上面に搭載し、該支持枠台１６内に送液管６を配管している。
支持棒１０を油圧シリンダ１４により送液管６内を往復移動させ、ロッド１４ａの引込位置では、図２中に上側位置の送液管６Ａに示すように、支持した磁気フィルタ１２を磁気分離領域Ｘ１に位置させている。また、ロッド１４ａの伸長位置では図２中で下側位置の送液管６Ｄに示すように、支持棒１０を支持棒引出領域Ｘ３へと引き出している。
【００４６】
油圧シリンダ１４は６本のロッド１４ａを備え、各ロッド１４ａは油圧シリンダ１４内に設けた６個の油圧室に取り付け、各ロッド１４ａをそれぞれ連結材１５を介して各支持棒１０に連結し、支持棒１０を順次間欠的に移動させている。
即ち、１本の支持棒１０を支持棒引出領域Ｘ３に移動して磁気フィルタ１２を洗浄している間、残りの５本の支持棒１０を磁気分離領域Ｘ１へ移動して磁気フィルタ１２を超電導磁石８により担磁させて、処理液中の除去物を磁気分離している。
前記磁気フィルタ１２を洗浄領域Ｘ２で洗浄した後、該磁気フィルタ１２を支持する支持棒１０を磁気分離領域Ｘ１へと移動させ、ついで、別の１本の支持棒１０を引き出し、該支持棒１０で支持された磁気フィルタ１２を洗浄している。このように、６本の送液管６Ａ〜６Ｆ内の支持棒１０を順次引き出して洗浄し、これを繰り返すことにより、常時、５本の送液管６内で磁気分離作用を継続している。
【００４７】
前記洗浄領域Ｘ２は、磁気フィルタ１２の取出領域を兼ねるものとしている。
即ち、図６に示すように、前記各送液管６は磁気分離領域Ｘ１に位置する一側部は無端状の円筒６ｉとしている一方、洗浄領域Ｘ２に位置する他側部は軸線方向に沿って分割した半割の円筒６ｈ１、６ｈ２としている。これら半割筒６ｈ１と６ｈ２との上下分割端にはフランジ６ｆ１、６ｆ２を突設し、互いに接合してボルトＢで締結している。磁気フィルタ１２の取り出し時にはボルトＢを外し、半割筒６ｈ１、６ｈ２を分離させて磁気フィルタ１２を取り出している。
【００４８】
前記各送液管６の洗浄領域Ｘ２側の先端外周にそれぞれ配管２０を接続し、図７に示すように、配管２０を分岐させて、分岐管の一方に洗浄水供給管２３を接続する一方、分岐管２４に給水管２５を接続し、該給水管２５に前記給水ポンプ２を設けている。
また、各送液管６の磁気分離領域Ｘ１側の先端外周にそれぞれ配管を接続し、該配管を分岐させて、一方の分岐管に洗浄水循環管２８を接続する一方、他方の分岐管に処理液（復水）供給管３０を接続し、該処理液供給管３０を前記復水器１と接続している。
【００４９】
詳細には、図８の配管図に示すように、復水器１から供給される処理液Ｑ１を原水槽３１に貯留し、処理液供給管３０を通して各送液管６に供給し、処理済み液Ｑ２を配管２４を介して濾過水槽３２に一旦貯留する。該濾過水槽３２内の処理済み液（濾過水）Ｑ２の一部は給水ポンプ側に接続している。処理済み液Ｑ２の残部は洗浄水供給管２３を通して各送液管６に逆洗浄水Ｗ１として供給し、送液管６の洗浄領域Ｘ２の先端側へ所要圧力で流入させている。送液管６内で磁気フィルタ１２を洗浄した洗浄水Ｗ２は洗浄水循環管２８へ流出させ、再度、洗浄水供給管２３を通して送液管６へ供給し、洗浄水を循環させている。なお、前記洗浄水循環管２８に流量計３３を介設し、設定濁度以上の場合は排水槽３４へ排水し、設定濁度未満になると洗浄水供給管へと循環させている。なお、図８中、３６は流路開閉弁、３７は圧力計である。
【００５０】
つぎに、本発明の水処理装置の処理動作を図９を用いて説明する。
処理動作は１本の送液管６で説明するが、残りの他の送液管６においても同様である。
図９（Ａ）に示すように、磁気フィルタ１２を磁気分離領域Ｘ１に位置させ、処理液供給管３０より供給される処理液Ｑ１中に浮遊する鉄粉等を磁気フィルタ１２で捕捉して分離する。
即ち、前記超電導の磁石８で発生する磁場によりこれら磁気フィルタ１２を磁化させており、処理液Ｑ１が磁化された磁気フィルタ１２を通過すると、処理液Ｑ１に含まれた鉄粉等の磁性物質からなる除去物が磁気フィルタ１２に磁着する。かつ、磁気フィルタ１２の網目より大きい非磁性物質の除去物も磁気フィルタ１２で捕捉する。これにより、磁気フィルタ１２を通過した処理済み液Ｑ２は磁性物質の除去物Ｍおよび磁気フィルタ１２の網目より大きな除去物を含まない浄水となる。該処理済み液Ｑ２は分岐管２４を介して濾過水槽３２に一旦貯留し、濾過水槽３２内より一部は給水ポンプ２を介して原子炉等へ送給し、残部は洗浄水用として貯留する。
【００５１】
前記動作が所要時間経過し、送液管６内の磁気フィルタ１２の除去物が堆積する時期になると、図９（Ｂ）に示すように、油圧シリンダ１４のロッド１４ａを伸長させて支持棒１０を移動させ、磁気フィルタ１２を洗浄領域Ｘ２へ移動させる。かつ、処理液供給管３０からの処理液Ｑ１の送液管６への供給を一旦停止し、かつ、送液管６内の処理済み液Ｑ２をすべて排出する。
【００５２】
ついで、図９（Ｃ）に示すように、濾過水槽３２に溜めている処理済み液Ｑ２を洗浄水供給管２３を通して送液管６の洗浄領域Ｘ２の先端側から逆洗浄水Ｗ１として供給し、送液管６の洗浄領域Ｘ２内に所要圧力で流入させ、送液管６中に逆洗浄水Ｗ１を溜めて、磁気フィルタ１２を洗浄する。
【００５３】
ついで、図９（Ｄ）に示すように、送液管６内で磁気フィルタ１２を洗浄した洗浄水Ｗ２は洗浄水循環管２８へ流出させ、再度、洗浄水供給管２３を通して送液管６へ供給し、洗浄水を循環させている。なお、洗浄水循環管２８に介設した流量計３３により濁度を検出し、濁度が設定以上の初期段階は排水槽３４へ排水し、濁度が設定濁度未満になると洗浄水供給管２３へと循環している。
【００５４】
前記した洗浄工程は、６本の送液管のうち、１本の送液管だけを順次行い、他の５本の送液管は図９（Ａ）に示す磁気分離工程を継続している。よって、処理液Ｑ１の供給量を常時５本の送液管６への供給量に保持している。
【００５５】
このように、前記した磁気分離装置５を備えた本発明の水処理装置は、磁気フィルタ１２の洗浄を送液管中から取り出すことなく行え、よって、洗浄時間の大幅短縮を図ることができる。かつ、複数本の送液管を配置し、その内の１本の送液管を洗浄している間、他の送液管では処理液の磁気分離処理を行っているため、継続して定量の処理液の磁気分離処理を行うことができる。
特に、磁気分離装置では、復水等の処理液に含まれる鉄粉等の磁性物質からなる処理液中に浮遊する除去物が磁気フィルタ１２に積極的に磁着するため、磁気フィルタ１２の網目（濾過用空孔）を大きくしても除去物を捕捉できる。その結果、大量の処理液を高速で流通させることができ、処理速度の高速化を図ることができる。
しかも、送液管６、磁気フィルタ１２はステンレス等の金属材で形成しているため耐熱性に優れ、処理液が１００℃を越える復水の処理を行う場合においても、復水を冷却して温度低下を図る工程を必要としない。
【００５６】
前記第一実施形態では、送液管６を６本用いて、超電導磁石８で囲んでいるが、処理液量が比較的少なく、かつ、処理液を排出するプラントのラインが夜間等に定期的に停止する工場等で使用する場合には、１本の送液管を用いてもよい。この場合、ライン停止時に送液管内の磁気フィルタを洗浄領域に移動させて洗浄し、ライン稼働時に磁気分離領域に戻しておけばよい。
【００５７】
また、前記実施形態では、超電導磁石８で送液管６を囲んでいるが、図１０（Ａ）に示すように、複数本の送液管６を円筒状磁石１３の内周側と外周側とに分けて配置してもよい。さらに、図１０（Ｂ）に示すように、円筒状磁石１３を小径とし、その外周に複数本の送液管６を配置してもよい。該構成とすると、円筒状磁石を小型化でき、コスト低下を図ることができる。
【００５８】
図１１に第二実施形態の水処理装置の要部を示す。
第二実施形態では、処理液Ｑ１中に浮遊する非磁性物質からなる除去物を除去するため、処理液Ｑ１を送液管６に供給する前に前記原水槽３１に磁性粒子Ｐの投入部３１ａを設けている。かつ、該投入部３１ａに、処理液Ｑ１と磁性粒子Ｐとを撹拌混合する磁性粒子供給手段（図示せず）を設けていることが好ましい。
前記磁性粒子Ｐとして表面に水酸基を有するマグネタイトからなる鉄酸化物粒子を用いる。磁性粒子Ｐの平均粒径は０．１μｍ〜５０μｍとしている。この場合、非磁性物質が０．１μｍ〜１００μｍの場合、処理液Ｑ１の量を１００質量％とすると磁性粒子Ｐは０．０５〜５質量％添加している。
【００５９】
処理液Ｑ１と磁性粒子Ｐとを撹拌することにより処理液Ｑ１に含まれる非磁性物質に磁性粒子Ｐを付着させて磁性を付与している。
磁性粒子Ｐが非磁性物質に付着することにより磁性を帯びた非磁性物質を磁気フィルタに付着させることができ、かつ、非磁性物質に付着しなかった磁性粒子Ｐも磁気フィルタ１２に磁着させて捕捉できる。
さらに、処理液Ｑ１中に浮遊する鉄粉等の磁性物質にも磁性粒子Ｐが付着し、磁性物質も第一実施形態と同様に磁気フィルタで捕捉できる。
特に、μｍ単位、サブμ単位の微生物等からなる非磁性物質に磁性粒子Ｐを付着させて磁気フィルタで捕捉できるため、磁気分離装置５で処理された処理済み液の浄化度を高めることができる。
【００６０】
前記図８に示す配管図において、第二実施形態の磁性粒子投入部を設ける場合には、復水器１から原水槽３１との間に磁性粒子投入部３８、流量計３３を設け、かつ原水槽３１と処理液供給管３０との間にラインミキサー３５を介設している。該ラインミキサー３５を設けて、原水と磁性粒子とを撹拌している。このように、インラインで磁性粒子の撹拌を行うと、大きなスペースをとるプロペラを付設した貯水タンクで撹拌する必要がなく、該貯水タンクを無くしてもよい。
【００６１】
図１２および図１３に第三実施形態を示す。
第三実施形態の水処理装置は、船舶のバラストタンクに貯留されるバラスト水からなる処理液の浄化処理用としている。
図１２に示すように、磁気分離装置５をオイルタンカー等の大型船舶６０に搭載し、積載したバラスト水からなる処理液Ｑ１に浮遊及び沈殿する藻類を含む植物微生物もしくは動物微生物からなる非磁性物質の除去処理を航行中に行なうものである。
詳細には、バラストタンク５０に貯留された処理液Ｑ１を配管６１を介して磁気分離装置５に供給し、該配管６１の一部に前記第二実施形態と同様に磁性粒子投入部（図示せず）を設け、バラスト水からなる処理液Ｑ１に磁性粒子Ｐを投入している。
磁気分離装置５は２台（５Ａ、５Ｂ）備え、各磁気分離装置５Ａ、５Ｂの構成は第一実施形態と同一の構成としている。
【００６２】
前記磁気分離装置５の下流に一時貯溜槽５５を配置し、その下流に、さらにＰＴＦＥ製の中空糸を集束して設けた中空糸膜モジュール５６を収容した２台の濾過装置５７を配置し、該濾過装置５７で濾過した浄水を空きのバラストタンクに戻している。かつ、一部を電解装置５８へ送り、電解後に中空糸膜モジュール５６へ逆洗浄水として供給している。
前記中空糸膜モジュール５６の各中空糸の平均空孔半径は１．０〜０．１μｍとしている。
このように、下流に中空糸膜モジュール５６を備えた濾過装置５７を配置すると、磁気分離装置でも捕捉できなかった超微細な０．１μｍ以上の固形物や細菌からなる被除去物を捕捉できると共に細菌までも捕捉することができる。かつ、ＰＴＦＥ製の中空糸は、耐久性、耐薬品性に優れている利点がある。
【００６３】
このように、バラスト水の水処理装置では、磁気分離工程と濾過工程により、バラスト水に含まれる０．１μｍ以上の海洋生物を分離除去でき、バラスト水中に含まれる固形物の９５％以上を確実に分離することができる。
詳細には、磁気分離工程でバラスト水中の固形物の９０質量％以上を除去し、濾過工程で、前記磁気分離工程で固形物が分離除去された処理水中の固形物及び磁性粒子を捕捉し、バラスト水中の固形物の９８質量％以上を除去している。
【００６４】
図１４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に、前記第一〜第三実施形態のいずれの実施形態の水処理装置に適用できる送液管６内に配置する支持棒１０に補強枠７０を取り付けた第四実施形態を示す。
【００６５】
図１４（Ａ）に示すように、送液管６内に移動自在に収容している支持棒１０は、長尺で且つ磁気フィルタ１２の取付面積を大きくするために小径としており、本実施形態では支持棒１０の断面積は１／１０〜１／８としている。このように、支持棒１０を小径かつ長尺とし、かつ、多数の磁気フィルタ１２を取り付けているため、移動時等に撓む恐れがある。そのため、支持棒１０には磁気フィルタ１２の間に間隔をあけて補強枠７０を取り付け、該補強枠７０を送液管６の内周面と摺動させる一方、支持棒１０に取り付ける磁気フィルタ１２の外周面と送液管６の内周面との間には隙間を設けて、磁気フィルタ１２の外周枠が送液管６の内周面と摺接しないようにしている。
【００６６】
補強枠７０は送液管６の内径に相当する外径を有する外周枠部７０ａと中央部７０ｂとを放射状に設けた連結部７０ｃで連結し、中央部７０ｂの中心に支持棒１０を密嵌して貫通支持する取付穴７０ｄを設けた円形板としている。このように、補強枠７０を中抜き形状とすることで軽量化し、支持棒１０に荷重をかけないようにしている。
また、外周枠部７０ａの外周面にＯリング７１を外嵌固定し、該Ｏリング７１を送液管６の内周面に摺接させている。
【００６７】
前記補強枠７０は剛性および強度を有するエンジニアプラスチックあるいは耐海水性を有するステンレスで形成している。該ステンレスはＳＵＳ３１６Ｌ、あるいは２９質量％のクロム、４質量％のマグネシウム、２質量％のニッケルを含む合金が好適に用いられる。
【００６８】
前記Ｏリング７１はシリコーンゴムあるいはＥＰＤＭからなり、該ゴム成分の表面にダイヤモンドライクカーボンからなる被覆層７１ａを設け、耐水性、特に、耐海水性を向上させている。前記ダイヤモンドライクカーボンからなる被覆層７１ａは水素含有量が０．０１％〜１０％、好ましくは、０．１％〜５％としている。
また、補強枠７０と摺接する送液管６の内周面にも前記Ｏリング７１の被覆層と同様なダイヤモンドライクカーボンからなる被覆層６ｘを設けている。
【００６９】
前記のように、支持棒１０に補強枠７０を取り付け、該補強枠７０の外周のＯリング７１を送液管６の内周面に沿って摺動させることにより、支持棒１０に撓みを発生させず、送液管６の中心軸線位置に保持して直進できるようにしている。これにより、支持棒１０が撓んだ場合に磁気フィルタ１２の外周枠が送液管６の内周面と接触して、支持棒１０の移動がスムーズに行えなくなる事態の発生を防止している。
一方、支持棒１０の移動時に互いに摺接するＯリング７１の外面の被覆層７１ａと送液管６の内周面の被覆層６ｘとしてダイヤモンドライクカーボンの被覆層を設けているため、耐摺動性および耐食性を高めることができる。
【００７０】
前記実施の形態はすべての点で例示であって、これら実施形態に限定されず、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の磁気分離装置を備えた水処理装置は、前記原子力発電所、火力発電所の排水処理、バラスト水の処理に限定されず、製紙排水の処理、工場排水（半導体、鉄鋼、食品処理等）の処理、病院の排水処理、等の固形物を多く含む工業排水の浄化装置として広く用いることができる。さらには、海水淡水化装置の脱塩工程の前処理装置としても有効である。
【符号の説明】
【００７２】
１  復水器
２  給水ポンプ
５  磁気分離装置
６（６Ａ〜６Ｆ）  送液管
１０  支持棒
１２  磁気フィルタ
１３  磁石
１４  油圧シリンダ
２３  洗浄水供給管
７０  補強枠
Ｘ１  磁気分離領域
Ｘ２  洗浄領域
Ｘ３  支持棒引出領域
Ｑ１  処理液
Ｑ２  処理済み液
Ｗ１  逆洗浄水
Ｐ    磁性粒子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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