(57)【要約】【課題】磁性粒子が非磁性物質に付着する捕獲確率を高めると共に、非磁性物質に付着しなかった磁性粒子の再利用を可能とする。【解決手段】磁性粒子を非磁性物質に付着させて磁性を帯びた非磁性物質を磁気フィルタで磁着して処理液より分離する非磁性物質の磁気分離装置であって、磁性粒子を添加した処理液の配管に磁気分離処理部を設け、該磁気分離処理部は、上流側より磁性粒子再混合区間、担磁流路区間、磁気フィルタ取出区間、磁気フィルタ装着区間、磁気フィルタ取付区間とし、かつ、磁気フィルタ取付区間から磁気フィルタ取出区間で並設する複数の磁気フィルタを下流側から上流側に向けて間欠または連続移動させる移動手段と、磁気フィルタ取出区間で最上流端側の磁気フィルタを取り出して、磁性粒子再混合部区間に再挿入し、所定時間後に該磁気フィルタを取り出して磁気フィルタ取付区間の最下流位置に再挿入する搬送手段とを備えている。【選択図】図１
2009183823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性物質を含む処理液中に磁性粒子を添加し、該磁性粒子を非磁性物質に付着させる方法であって、
前記磁性粒子を添加した前記処理液の流路に、磁石で包囲した担磁流路を設け、該担磁流路内での前記磁性粒子の泳動速度を前記処理液の流速より高速あるいは低速として速度差を持たせ、磁性粒子が非磁性物質に付着する捕獲確率を高めることを特徴とする非磁性物質への磁性粒子の付着方法。
【請求項２】
前記磁性粒子は処理液中に投入時に撹拌して、撹拌した状態で前記担磁流路に流通させており、かつ、
前記磁性粒子の平均粒径は０．１μｍ〜５０μｍ、前記非磁性物質は０．１μｍ〜１００μｍの生物からなり、前記処理液量を１００質量％とすると磁性粒子は０．０５〜５質量％添加し、前記処理液の流速と担磁流路における磁性粒子の泳動速度との速度差を０．１〜５０ｍｍ／ｓｅｃとしている請求項１に記載の非磁性物質への磁性粒子の付着方法。
【請求項３】
非磁性物質を含む処理液中に磁性粒子を添加し、該磁性粒子を非磁性物質に付着させて磁性を帯びた前記非磁性物質を磁気フィルタで磁着して分離する非磁性物質の磁気分離装置であって、
前記磁性粒子を添加した前記処理液の配管に磁気分離処理部を設け、該磁気分離処理部の配管は透磁性材から形成し、上流端より所要間隔離れた下流部までを磁性粒子再混合区間、該磁性粒子再混合区間から下流側へ所定区間を磁石で囲んだ担磁流路区間、該担磁流路区間から下流側へ所定区間を前記配管の上部を開口した磁気フィルタ取出区間、該磁気フィルタ取出区間から下流側への所定区間を磁石で囲むと共に配管内に複数の磁気フィルタを並設した磁気フィルタ装着区間、該磁気フィルタ装着区間から下流端までを前記配管の上部を開口した磁気フィルタ取付区間とし、かつ、
前記磁気フィルタ取付区間から磁気フィルタ取出区間で並設する複数の前記磁気フィルタを下流側から上流側に向けて間欠または連続移動させる移動手段と、
前記磁気フィルタ取出区間で最上流端側の磁気フィルタを取り出して、前記磁性粒子再混合部区間に再挿入し、所定時間後に該磁気フィルタを取り出して前記磁気フィルタ取付区間の最下流位置に再挿入する搬送手段と、
を備えていることを特徴とする非磁性物質の磁気分離装置。
【請求項４】
前記担磁流路区間および前記磁気フィルタ装着区間の配管の外周に配置する前記磁石として超電導コイルを用いている請求項３に記載の非磁性物質の磁気分離装置。
【請求項５】
前記処理液は船舶のバラストタンクに貯留されるバラスト水であり、前記非磁性物質は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からなり、かつ、前記磁性物質をバラスト水に投下して撹拌する磁性粒子供給手段を備え、該磁性粒子供給手段から、前記磁性粒子が付着された非磁性物質および浮遊している前記磁性粒子が含まれるバラスト水を前記配管へ送給している請求項３または請求項４に記載の非磁性物質の磁気分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非磁性物質への磁性粒子の付着方法および非磁性物質の磁気分離装置に関し、詳しくは、処理液中から除去する非磁性物質に磁性粒子を効率良く付着させて、処理液から高速かつ確実に非磁性物質を除去するものであり、特に、多量の処理水から非磁性物質を除去する水処理に好適に用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、工場廃水、生活廃水等から河川や海洋の汚染が拡大している。
これらの汚染された水に含まれる固形物等を除去処理する場合、水量が大量であるため洗浄処理の高速化が要求される。
しかし、汚染の要因となる微生物、プランクトン、菌体をミクロン単位の空孔を有する濾過膜で捕捉する場合には、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。
【０００３】
また、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。
【０００４】
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１）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。
該特許文献１の磁気分離装置では、磁気により磁性を付与した被除去物を捕捉するため、磁気フィルタの空孔を大きくすることができ、よって、膜濾過より目詰まりが極めて生じにくく、大量かつ高速での水処理が可能となるという利点を有する。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２５４５４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記磁気分離装置では、磁性粒子が被除去物に付着する捕獲確率は高いとは言えず、被除去物に磁性粒子が付着せずに磁性が付与されない被除去物を捕捉できず、除去率を確実に高めることは困難であり、この点で改善の余地がある。
また、被除去物に付着できなかった磁性粒子も磁気フィルタに磁着して原水より分離除去されてしまうため、被除去物に対して大量の磁性粒子が必要となりコスト高となっており、この点でも改善の余地がある。
【０００７】
本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、磁性粒子が非磁性物質に付着する捕獲確率を高める方法を提供すると共に、非磁性物質に付着しなかった磁性粒子を再利用することができる磁気分離装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明は、第１の発明として、非磁性物質を含む処理液中に磁性粒子を添加し、該磁性粒子を非磁性物質に付着させる方法であって、
前記磁性粒子を添加した前記処理液の流路に、磁石で包囲した担磁流路を設け、該担磁流路内での前記磁性粒子の泳動速度を前記処理液の流速より高速あるいは低速として速度差を持たせ、磁性粒子が非磁性物質に付着する捕獲確率を高めることを特徴とする非磁性物質への磁性粒子の付着方法を提供している。
【０００９】
前記方法によれば、前記磁石によって担磁流路内に発生する磁場により、前記磁性粒子が処理液の流速より高速化あるいは低速化するため、処理液の流速で流れる前記非磁性物質との間に速度差が生じる。これにより、磁性粒子が非磁性物質と接触する確率が高くなって、磁性粒子が非磁性物質に付着する捕獲確率を高めることができる。
即ち、前記磁性粒子と非磁性物質とが同速度で流れている場合には、磁性粒子と非磁性物質とが接触しにくいため、磁性粒子が非磁性物質に付着する捕獲確率が低い。そこで、磁性粒子と非磁性物質の泳動速度に差を持たせることにより、磁性粒子の方が非磁性物質よりも高速の場合には、磁性粒子が下流を流れる非磁性物質に追いついて付着する一方、磁性粒子の方が非磁性物質よりも低速の場合には、磁性粒子が上流を流れる非磁性物質に追いつかれて付着させることができる。
具体的には、前記磁性粒子は、前記磁石（担磁流路）の軸線方向の中央に近付こうとするため、担磁流路の上流端から中央までは磁性粒子が加速されて処理液の流速よりも高速となる一方、中央から下流端までは磁性粒子が減速されて処理液の流速よりも低速となる。
【００１０】
前記磁性粒子は処理液中に投入時に撹拌して、撹拌した状態で前記担磁流路に流通させていることが好ましい。
前記のように磁性粒子を投入する際に処理液を撹拌することにより、磁性粒子を処理液中に均一に分散させることができ、処理液中に分散する非磁性物質に効率良く付着させることができる。
【００１１】
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、０．１μｍ〜２０μｍとしていることがより好ましい。
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の生物からなる非磁性物質を効率良く捕獲することができる。
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。
【００１２】
前記処理液量を１００質量％とすると磁性粒子は０．０５〜５質量％添加していることが好ましい。
前記磁性粒子の配合量を０．０５質量％以上とすることで、磁性粒子を処理液中の非磁性物質の９０％以上に付着させることができる一方、５質量％未満とすることで過剰に添加されて、非磁性物質に付着されずに処理液中に浮遊する磁性粒子を抑制できる。
【００１３】
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、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、該鉄酸化物粒子と同様に、原水中の藻等の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。
【００１４】
前記処理液の流速と担磁流路における磁性粒子の泳動速度との速度差を０．１〜５０ｍｍ／ｓｅｃとしていることが好ましい。
前記処理液の流速と担磁流路における磁性粒子の泳動速度の速度差が０．１ｍｍ／ｓｅｃより小さいと、非磁性物質と磁性粒子との速度差が小さく、磁性粒子が非磁性物質に付着する捕獲確率を十分に高めることができない。一方、処理液の流速と担磁流路における磁性粒子の泳動速度の速度差が５０ｍｍ／ｓｅｃより大きいと、磁性粒子と非磁性物質が接触しても固着せず分離してしまうという問題がある。
【００１５】
また、本発明は、第２の発明として、非磁性物質を含む処理液中に磁性粒子を添加し、該磁性粒子を非磁性物質に付着させて磁性を帯びた前記非磁性物質を磁気フィルタで磁着して分離する非磁性物質の磁気分離装置であって、
前記磁性粒子を添加した前記処理液の配管に磁気分離処理部を設け、該磁気分離処理部の配管は透磁性材から形成し、上流端より所要間隔離れた下流部までを磁性粒子再混合区間、該磁性粒子再混合区間から下流側へ所定区間を磁石で囲んだ担磁流路区間、該担磁流路区間から下流側へ所定区間を前記配管の上部を開口した磁気フィルタ取出区間、該磁気フィルタ取出区間から下流側への所定区間を磁石で囲むと共に配管内に複数の磁気フィルタを並設した磁気フィルタ装着区間、該磁気フィルタ装着区間から下流端までを前記配管の上部を開口した磁気フィルタ取付区間とし、かつ、
前記磁気フィルタ取付区間から磁気フィルタ取出区間で並設する複数の前記磁気フィルタを下流側から上流側に向けて間欠または連続移動させる移動手段と、
前記磁気フィルタ取出区間で最上流端側の磁気フィルタを取り出して、前記磁性粒子再混合部区間に再挿入し、所定時間後に該磁気フィルタを取り出して前記磁気フィルタ取付区間の最下流位置に再挿入する搬送手段と、
を備えていることを特徴とする非磁性物質の磁気分離装置を提供している。
【００１６】
前記構成からなる本発明の非磁性物質の磁気分離装置では、磁性粒子が付着して磁性を帯びた非磁性物質および非磁性物質に付着していない磁性粒子を前記磁気フィルタ装着区間の磁石により磁化された磁気フィルタに磁着させて捕獲することにより、処理液から非磁性物質および磁性粒子を除去できるようにしている。
さらに、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ため、磁性粒子を磁着させた磁気フィルタを前記磁気フィルタ取出区間より取り出し、搬送手段により上流の前記磁性粒子再混合区間へ搬送して再挿入している。これにより、磁気フィルタに磁着させた磁性粒子が磁気フィルタから離脱して処理液内に再び遊離させて再利用することができる。
このように、非磁性物質を付着せずに磁気フィルタに磁着した磁性粒子を、再度、上流側の非磁性領域に戻して磁気フィルタに磁着した磁性粒子を離脱させて処理液に混合して再利用することにより、磁性粒子の使用量を低減することができ、コストを低減することができる。
【００１７】
詳細には、磁気分離処理部に設けた担磁流路区間において、配管を囲む磁石により発生する磁場によって磁性粒子が加速または減速され、前記第１の発明と同様の方法により磁性粒子が非磁性物質に効率良く付着される。
前記担磁流路区間の下流側に設けた磁気フィルタ装着区間には複数の磁気フィルタを並設しており、これら磁気フィルタは周囲に配置された磁石により磁化されている。前記担磁流路区間で磁性粒子が付着して磁性を帯びた非磁性物質および非磁性物質に付着しなかった磁性粒子は磁化された前記磁気フィルタに磁着される。このとき、磁性粒子は上流端側の磁気フィルタから順に磁着していくため、最上流端側の磁気フィルタに最も多くの磁性粒子が磁着した状態となる。
【００１８】
次いで、最上流端側の磁気フィルタに所定量の磁性粒子が付着した後（あるいは所定時間が経過した後）に、前記担磁流路区間と磁気フィルタ装着区間の間に設けた磁気フィルタ取出区間の上部開口より最上流端側の磁気フィルタを取り出す。
取り出した磁気フィルタを、前記担磁流路空間よりも上流側の磁性粒子再混合区間に搬送手段により搬送して再挿入すると、磁気フィルタは磁気フィルタ装着区間の磁石から離れた位置に配置されたことにより磁化されていないため、磁気フィルタに磁着していた非磁性物質および磁性粒子が磁気フィルタから遊離し、再び処理液内に混合されて磁性粒子が再利用される。このとき磁気フィルタ装着区間に並設された残りの磁気フィルタは移動手段により上流側へ移動させており、これら残りの磁気フィルタにより遊離された非磁性物質および磁性粒子を再度磁着させて捕獲する。
【００１９】
前記のように磁性粒子が遊離された磁気フィルタは、搬送手段により下流側の前記磁気フィルタ取付区間に搬送して最下流位置に再挿入し、移動手段により磁気フィルタ装着区間に移動して、再び磁性粒子の磁着に用いられる。
前記の操作を繰り返し、大半の磁性粒子が非磁性物質に付着した後に、磁気フィルタを磁気分離装置外で洗浄して、磁気フィルタに磁着した磁性粒子を再利用せずに廃棄している。
【００２０】
前記担磁流路区間および前記磁気フィルタ装着区間の配管の外周に配置する磁石として超電導コイルを装着していることが好ましい。
前記超電導コイルを形成する超電導線材は、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、高温超電導コイルとして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。
【００２１】
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を形成できる。この強い磁場を利用して、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。
【００２２】
また、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、該空孔の平均面積は０．５ｍｍ２〜１００ｍｍ２としていることが好ましい。
磁気フィルタを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。
また、ステンレス線等の線材のメッシュで磁気フィルタを形成し、該メッシュにより形成される空孔の平均面積は１ｍｍ２〜２５ｍｍ２とすると、特に５μｍ以上の磁性が付与された被除去物の９０％以上を分離することができる。
【００２３】
本発明の磁気分離装置は、大量の処理液を効率良く処理できる点から、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に用いられる。
バラスト水の処理装置に用いる場合、前記処理液は船舶のバラストタンクに貯留されるバラスト水であり、前記非磁性物質は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からなり、かつ、前記磁性物質をバラスト水に投下して撹拌する磁性粒子供給手段を備え、該磁性粒子供給手段から、前記磁性粒子が付着された非磁性物質および浮遊している前記磁性粒子が含まれるバラスト水を前記配管へ送給している。
【発明の効果】
【００２４】
前述したように、第１の本発明の非磁性物質への磁性粒子の付着方法によれば、前記磁石によって担磁流路内に発生する磁場により、前記磁性粒子が処理液の流速より高速化あるいは低速化するため、処理液の流速で流れる前記非磁性物質との間に速度差が生じる。これにより、磁性粒子が非磁性物質と接触する確率が高くなって、磁性粒子が非磁性物質に付着する捕獲確率を高めることができる。
【００２５】
第２の本発明の非磁性物質の磁気分離装置によれば、磁性粒子が付着して磁性を帯びた非磁性物質および非磁性物質に付着していない磁性粒子を磁気フィルタに磁着させて捕獲した後、該磁気フィルタを上流の磁性粒子再混合区間に挿入し、磁気フィルタに磁着させた磁性粒子を処理液内に再び遊離させることにより、磁性粒子を再利用できるようにしている。これにより、非磁性物質に付着しない状態で磁気フィルタに磁着した磁性粒子を即座に廃棄するのではなく、上流側で再び処理液に混合して再利用することにより、磁性粒子の使用量を低減することができ、コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図６に、実施形態の非磁性物質の磁気分離装置１０（以下、磁気分離装置と略称する）を示す。
本実施形態の磁気分離装置１０は、工場廃水、生活廃水等の非磁性物質を含む処理液Ｌから非磁性物質を分離して浄化処理するものである。
【００２７】
磁気分離装置１０は、処理液Ｌを貯留する処理液貯留槽（図示せず）と、該処理液貯留槽と接続され、処理液Ｌの流路となる配管１１を備え、該配管１１に磁気分離処理部２０を設けている。前記配管１１の上流端で投入された処理液Ｌは、磁気分離処理部２０を通過することにより非磁性物質３０が分離されて浄化処理され、配管１１の下流端から浄化処理液Ｌ’として排水される。
【００２８】
前記処理液貯留槽には、貯留する処理液Ｌに粉末状の磁性粒子３１を添加すると共に、処理液Ｌと磁性粒子３１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。磁性粒子３１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ており、処理液Ｌと磁性粒子３１とを撹拌することにより処理液Ｌに含まれる一部の非磁性物質３０に磁性粒子３１を付着させて磁性を付与している。
前記磁性粒子３１の平均粒径は０．１μｍ〜５０μｍ、前記非磁性物質３０は０．１μｍ〜１００μｍの生物からなり、処理液量を１００質量％とすると磁性粒子３１は０．０５〜５質量％添加している。
【００２９】
前記配管１１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いる。該配管１１に設けた磁気分離処理部２０は、上流側から順に磁性粒子再混合区間２１、担磁流路区間２２、磁気フィルタ取出区間２３、磁気フィルタ装着区間２４、磁気フィルタ取付区間２５からなる。
【００３０】
前記磁気分離処理部２０の構成を上流側から順に説明する。
前記磁性粒子再混合区間２１は、磁気分離処理部２０の上流端より所要間隔離れた下流部までの区間であり、下流側で非磁性物質３０および磁性粒子３１が磁着した磁気フィルタ１２を再挿入するための開口１１ａを配管１１の上部に設けている。非磁性物質３０および磁性粒子３１が磁着した磁気フィルタ１２を該開口１１ａから配管１１内に再挿入することにより、磁気フィルタ１２に磁着した非磁性物質３０および磁性粒子３１を遊離させ、処理液Ｌ内に再混合している。
【００３１】
前記磁性粒子再混合区間２１の下流側の所定区間に設けた担磁流路区間２２は、図２に示すように、配管１１を超電導磁石１３で囲んで、配管１１内に所要の磁場を形成している。該超電導磁石１３は酸化物超電導線材が巻回されたコイル１３ａで形成し、該コイル１３ａを超電導温度に保持する冷却容器１３ｂ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。
【００３２】
前記磁性粒子３１は、超電導磁石１３（担磁流路区間２２）の磁場が強い軸線方向の中央に近付こうとするため、担磁流路区間２２の上流端から中央までは磁性粒子３１が加速されて処理液Ｌの流速よりも高速となる一方、中央から下流端までは磁性粒子３１が減速されて処理液Ｌの流速よりも低速となる。一方、磁性粒子３１が付着していない非磁性物質３０は磁場に関係なく処理液Ｌの流速と同速度で流れている。
よって、担磁流路区間２２では、図２に示すように、磁性粒子３１が付着していない非磁性物質３０と磁性粒子３１の泳動速度に差が生じる。処理液Ｌの流速と担磁流路区間２２における磁性粒子３１の泳動速度との速度差を０．１〜５０ｍｍ／ｓｅｃとしている。なお、図２では矢印の長さが泳動速度を示し、矢印が長いほど速度が速いことを示している。
【００３３】
具体的には、担磁流路区間２２の上流側（図２の左側）では、磁性粒子３１の方が非磁性物質３０よりも高速となり、磁性粒子３１が下流を流れる非磁性物質３０に追いついて付着する一方、下流側（図２の右側）では、磁性粒子３１の方が非磁性物質３０よりも低速となり、磁性粒子３１が上流を流れる非磁性物質３０に追いつかれて付着させることができる。
このように、担磁流路区間２２では、非磁性物質３０と磁性粒子３１とに速度差を持たせることにより、効率良く非磁性物質３０に磁性粒子３１を付着させている。
前記処理液貯留槽における撹拌と、担磁流路区間２２における非磁性物質３０への磁性粒子３１の付着方法により、大部分の非磁性物質３０に磁性粒子３１が付着される。
【００３４】
処理液Ｌの流速、即ち非磁性物質３０の速度と担磁流路区間２２における磁性粒子３１の泳動速度との速度差をｖ（μｍ／ｓｅｃ）、磁性粒子３１の半径をｒ（μｍ）、磁性粒子３１の泳動時間をｔ（ｓｅｃ）とすると、磁性粒子３１の非磁性物質３０に対する相対的な泳動体積は、図３（Ａ）に示すように、πｒ２ｖｔ（μｍ３）となる。よって、磁性粒子３１の濃度をＣｍ（ｐｐｍ）とすると、磁性粒子３１全体の泳動体積は、πｒ２ｖｔ・Ｃｍ（μｍ３）となる。
そして、非磁性物質３０の濃度をＣ（ｐｐｍ）とすると、前記磁性粒子３１全体の泳動体積πｒ２ｖｔ・Ｃｍ（μｍ３）の中にπｒ２ｖｔ・Ｃｍ・Ｃ（個）の非磁性物質３０が存在することとなる。πｒ２ｖｔ・Ｃｍ・Ｃの値が大きい程、磁性粒子３１の非磁性物質３０への付着率が高くなる。
【００３５】
また、非磁性物質３０の半径によっても、磁性粒子３１の非磁性物質３０への付着率が左右される。非磁性物質３０の半径をｒｃ（μｍ）とすると、磁性粒子３１の中心と非磁性物質３０の中心の距離がｒ＋ｒｃ（μｍ）以下となると、磁性粒子３１が非磁性物質３０に付着する。よって、図３（Ｂ）に示すように、π（ｒ＋ｒｃ）２ｖｔ（μｍ３）が大きい程、磁性粒子３１の非磁性物質３０への付着率が高くなる。
【００３６】
また、磁性粒子３１が付着していない非磁性物質３０の濃度をＣ１、磁性粒子３１が非磁性物質３０に接触したときに付着する確率をαとすると、磁性粒子３１が非磁性物質３０に付着することによるＣ１の変化は、
ｄＣ１／ｄｔ＝−απ（ｒ＋ｒｃ）２・ｖ・Ｃｍ・Ｃ１
磁性粒子３１の個数が磁性粒子３１の付着していない非磁性物質３０の個数より多いと仮定し、Ｃｍが一定とすると、
Ｃ１＝Ｃ１（ｔ＝０）・ｅｘｐ（−［απ（ｒ＋ｒｃ）２・ｖ・Ｃｍ］・ｔ）
半減期Ｔｈは、Ｔｈ＝απ（ｒ＋ｒｃ）２・ｖ・Ｃｍとなる。この式に基づいて、磁性粒子３１の泳動速度との速度差ｖや磁性粒子３１の濃度Ｃｍの最適値を設定している。
【００３７】
前記担磁流路区間２２の下流側の所定区間に設けた磁気フィルタ取出区間２３は、下流側の磁気フィルタ装着区間２４に並設した磁気フィルタ１２のうちの最上流端側の磁気フィルタ１２Ａを取り出すための開口１１ｂを配管１１の上部に設けている。
【００３８】
前記磁気フィルタ取出区間２３の下流側の所定区間に設けた磁気フィルタ装着区間２４は、配管１１を超電導磁石１４で囲むと共に、内部に軸線方向に間隔をあけて複数の磁気フィルタ１２を並設し、これら並設した磁気フィルタ１２を下流側から上流側へ間欠または連続移動させる移動手段１５を設けている。
前記超電導磁石１４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Ｌが磁化された磁気フィルタ１２を通過すると、処理液Ｌに含まれた磁性粒子３１が付着して磁性を帯びた非磁性物質３０および非磁性物質に付着していない磁性粒子３１が磁気フィルタ１２に磁着する。これにより、磁気フィルタ１２を通過した処理液Ｌは非磁性物質３０および磁性粒子３１を含まない浄化処理液Ｌ’となる。
なお、並設された磁気フィルタ１２の最上流側の磁気フィルタ１２Ａは、超電導磁石１４の上流端よりも上流側の磁気フィルタ取出区間２３内に配置されているが、磁気フィルタ取出区間２３も超電導磁石１４の磁場の影響を受ける範囲内に設定することにより最上流端側の磁気フィルタ１２Ａは磁化されたままの状態となっている。
【００３９】
前記超電導磁石１４は酸化物超電導線材が巻回されたコイル１４ａで形成し、該コイル１４ａを超電導温度に保持する冷却容器１４ｂ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。
前記各磁気フィルタ１２は磁性体からなる金属線材のメッシュからなる。本実施形態では、線径２ｍｍのステンレス網から形成し、直径３０ｍｍ、メッシュで囲まれる空孔２１ａの１辺の長さを約４ｍｍとして１６ｍｍ２の空孔とし、５μｍ以上の固形物を磁着して捕捉できるようにしている。また、該ステンレス網からなる磁気フィルタ１２を前記配管１１内に２０枚程度を一定ピッチで並設している。
【００４０】
前記移動手段１５は、磁気フィルタ１２の中心を貫通するボールネジと、該ボールネジを回転させるモータ（図示せず）からなり、該モータによりボールネジを回転させると配管１１内で回転不可とした磁気フィルタ１２が下流側から上流側へ移動する構成としている。
前記のように、並設した磁気フィルタ１２のうちの最上流端側の磁気フィルタ１２Ａは磁気フィルタ取出区間２３内に配置されており、該磁気フィルタ１２Ａが配管１１の開口１１ｂより取り出されると、今度はあらたに最上流端側となった磁気フィルタ１２Ｂが磁気フィルタ取出区間２３内に配置されるように移動手段１５により磁気フィルタ１２全体を上流側へ移動させる構成としている。
【００４１】
前記磁気フィルタ装着区間２４の下流側の所定区間に設けた磁気フィルタ取付区間２５は、上流側の磁性粒子再混合区間２１から再び取り出した磁気フィルタ１２を配管１１内に挿入するための開口１１ｃを配管１１の上部に設けている。
【００４２】
また、前記磁気分離装置１０は、磁気フィルタ取出区間２３で最上流端側の磁気フィルタ１２Ａを取り出して、磁性粒子再混合部区間２１に再挿入し、所定時間後に該磁気フィルタ１２Ａを取り出して磁気フィルタ取付区間２５の最下流位置に再挿入する搬送手段１６を備えている。該搬送手段１６は、図４に示すように、配管１１の開口１１ａ、１１ｂ、１１ｃと連通する搬送管１６ａを備え、該搬送管１６ａを通して磁気フィルタ１２を搬送している。該搬送は空気圧またはモータで磁気フィルタ１２を搬送している。
【００４３】
次に、分離処理装置１０で行う処理液の浄化処理工程を説明する。
まず、処理液貯留槽に貯留された処理液Ｌに、磁性粒子供給手段により粉末状の磁性粒子３１を添加すると共に、処理液Ｌと磁性粒子３１とを撹拌混合し、処理液Ｌに含まれる一部の非磁性物質３０に磁性粒子３１を付着させて磁性を付与している。
次いで、磁性粒子３１が添加された処理液Ｌを配管１１に投入し、配管１１に設けた磁気分離処理部２０の担磁流路区間２２で、磁性粒子３１を処理液Ｌの流速よりも高速あるいは低速として、前記処理液貯留槽で磁性粒子３１が付着しなかった残りの非磁性物質３０に磁性粒子３１を効率良く付着する。
【００４４】
次いで、磁性粒子３１が付着することにより磁性を帯びた非磁性物質３０および非磁性物質３０に付着しなかった磁性粒子３１を、磁気フィルタ装着区間２４の超電導磁石１４により磁化された磁気フィルタ１２に磁着させ捕捉する。
このようにして磁気フィルタ１２を通過した処理液Ｌは、非磁性物質３０および磁性粒子３１が除去された浄化処理液Ｌ’として、配管１１の下流端より排水される。
【００４５】
前記処理液Ｌの浄化処理を続けると、磁性粒子３１により磁性を帯びた非磁性物質３０および磁性粒子３１が上流端側の磁気フィルタ１２から順に磁着していくため、最上流端の磁気フィルタ１２Ａに最も多くの非磁性物質３０および磁性粒子３１が磁着した状態となる。このとき、磁気フィルタ１２Ａに磁着した磁性粒子３１の中には非磁性物質３０に付着していない磁性粒子３１が多数含まれている。
【００４６】
そこで、以下の工程で非磁性物質３０に付着していない磁性粒子３１を再利用して処理液Ｌの浄化処理を行なう。
まず、非磁性物質３０および磁性粒子３１が多数磁着した最上流端側の磁気フィルタ１２Ａを、図５に示すように、搬送手段１６により磁気フィルタ取出区間２３の開口１１ｂから取り出し、上流側の磁性粒子再混合区間２１まで搬送して開口１１ａを通して配管１１内に再挿入する。
再挿入された磁気フィルタ１２Ａは磁気フィルタ装着区間２４の超電導磁石１４から遠くへ離されたことにより磁化されていないため、磁気フィルタ１２Ａに磁着していた非磁性物質３０および磁性粒子３１が磁気フィルタ１２Ａから遊離し、磁性粒子３１を再び処理液Ｌ内に混合して再利用している。このとき磁気フィルタ装着区間２４に並設された残りの磁気フィルタ１２は移動手段１５により上流側へ移動させており、これら残りの磁気フィルタ１２により遊離された非磁性物質３０および磁性粒子３１を再度磁着させて捕獲する。
【００４７】
前記のように非磁性物質３０および磁性粒子３１が遊離された磁気フィルタ１２Ａは、図６に示すように、搬送手段１６により磁性粒子再混合区間２１の開口１１ａから再び取出し、下流側の磁気フィルタ取付区間２５に搬送して、開口１１ｃを通して配管１１内に再挿入する。磁気フィルタ取付区間２５に挿入された磁気フィルタ１２Ａは、磁気フィルタ装着区間２４に並設された磁気フィルタ１２の最下流端側に並設され、移動手段１５により磁気フィルタ装着区間２４に移動させて、上流側に移動した後に再び非磁性物質３０および磁性粒子３１の磁着捕捉に用いられる。
前記の操作を繰り返し、大半の磁性粒子３１が非磁性物質３０に付着した後に、これら非磁性物質３０および磁性粒子３１が磁着した磁気フィルタ１２を磁気分離装置１０外で洗浄して、磁気フィルタ１２に磁着した磁性粒子３１を再利用せずに廃棄している。
【００４８】
前記構成によれば、磁性粒子３１が付着して磁性を帯びた非磁性物質３０および非磁性物質３０に付着していない磁性粒子３１を磁気フィルタ装着区間２４の超電導磁石１４で磁化させた磁気フィルタ１２に磁着させて捕獲した後、該磁気フィルタ１２を上流側の磁気フィルタ取出区間２３より取り出して、さらに上流の磁性粒子再混合区間２１に挿入し、磁気フィルタ１２に磁着させた磁性粒子３１を処理液Ｌ内に再び遊離させることにより、磁性粒子３１を再利用できるようにしている。
これにより、非磁性物質３０に付着しない状態で磁気フィルタ１２に磁着した磁性粒子３１を即座に廃棄するのではなく、上流側で再び処理液に混合して再利用することにより、磁性粒子３１の使用量を低減することができ、コストを低減することができる。
【００４９】
また、磁気分離処理部２０の担磁流路区間２２において、超電導磁石１３によって担磁流路内に発生する磁場により、磁性粒子３１が処理液Ｌの流速より高速化あるいは低速化するため、処理液Ｌの流速で流れる非磁性物質３０との間に速度差が生じる。これにより、磁性粒子３１が非磁性物質３０と接触する確率が高くなり、磁性粒子３１が非磁性物質３０に付着する捕獲確率を高めることができ、効率良く磁性粒子３１を非磁性物質３０に付着させることができる。
【００５０】
本実施形態の磁気分離装置１０では、工場廃水や生活廃水である処理液Ｌを浄化処理しているが、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を浄化処理するものとして用いてもよい。
この場合、図７に示すように、磁気分離装置１０をオイルタンカー等の大型船舶１００に搭載し、積載したバラスト水からなる処理液Ｌ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。
詳細には、バラストタンク１０１に貯留された処理液Ｌを配管１０２を介して磁気分離装置１０の処理液貯留槽に供給し、磁気分離処理部２０で浄化処理された浄化処理液Ｌ’を配管１０３を介して空きのバラストタンク１０１に送給している。
【実施例】
【００５１】
半径１０μｍ以上の非磁性物質が８×１０７個／ｍ３含まれた海水１０００ｍ３を前記実施形態の磁気分離装置１０を用いて浄化処理した。処理液貯留槽を２ｔの担磁槽とし、磁性粒子の濃度が常に１００ｐｐｍとなるように海水に連続的に磁性粒子を加えた。浄化処理の処理速度は１時間あたり１００ｔとし、磁気フィルタ装着区間２４における超電導磁場を２Ｔとした。
前記条件で１０００ｍ３の海水を浄化処理すると、浄化処理後の非磁性物質は３×１０５個／ｍ３であった。使用した磁性粒子は１２４ｋｇであった。
【００５２】
（比較例１）
前記実施形態のような担磁流路区間２２を設けておらず、かつ磁気フィルタに付着した磁性粒子を再利用しない磁気分離装置を用いて海水の浄化処理を行なった。
その他の条件は前記実施例と同様とした。
前記条件で１０００ｍ３の海水を浄化処理すると、浄化処理後の非磁性物質は３×１０７個／ｍ３であった。使用した磁性粒子は１０３ｋｇであった。
比較例１では、実施例と略同量の磁性粒子を用いたにもかかわらず、浄化処理能力ははるかに劣っていた。
【００５３】
（比較例２）
前記実施形態のような担磁流路区間２２を設けておらず、かつ磁気フィルタに付着した磁性粒子を再利用しない磁気分離装置を用いて海水の浄化処理を行なった。
磁性粒子の濃度が常に１０００ｐｐｍとなるように海水に連続的に磁性粒子を加えた。
その他の条件は前記実施例と同様とした。
前記条件で１０００ｍ３の海水を浄化処理すると、浄化処理後の非磁性物質は６×１０５個／ｍ３であった。使用した磁性粒子は９５０ｋｇであった。
比較例２では、実施例よりも大量の磁性粒子を用いたにもかかわらず、浄化処理能力が劣っており、実施例の２倍程度の非磁性物質が浄化処理液に残っていた。
【００５４】
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】
【００５５】
本発明の非磁性物質への磁性粒子の付着方法および非磁性物質の磁気分離装置は、バラスト水等の処理や、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。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態の磁気分離装置を示す概略図である。
【図２】担磁流路区間における非磁性物質への磁性粒子の付着方法を示す図面である。
【図３】磁性粒子の泳動体積に関する図面である。
【図４】磁気分離装置の断面図である。
【図５】磁気フィルタを磁気フィルタ取出区間から磁性粒子再混合区間へ搬送する工程を示す図面である。
【図６】磁気フィルタを磁性粒子再混合区間から磁気フィルタ取付区間へ搬送する工程を示す図面である。
【図７】実施形態の磁気分離装置をバラスト水の処理に適用した変形例を示す図面である。
【符号の説明】
【００５７】
１０  非磁性物質の磁気分離装置
１１  配管
１２  磁気フィルタ
１３、１４  超電導磁石
１３ａ、１４ａ  超電導コイル
１３ｂ、１４ｂ  冷却容器
１５  移動手段
１６  搬送手段
２０  磁気分離処理部
２１  磁性粒子再混合区間
２２  担磁流路区間
２３  磁気フィルタ取出区間
２４  磁気フィルタ装着区間
２５  磁気フィルタ取付区間
３０  非磁性物質
３１  磁性粒子
１００  船舶
１０１  バラストタンク
Ｌ  処理液
Ｌ’  浄化処理液
【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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