JP2016007584A - 磁気分離装置および凝集磁気分離システム - Google Patents
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Abstract
【課題】原水と接液する部品数を少なくし、耐食性に優れた適用部品の標準化を図ることのできる磁気分離装置を提供する。【解決手段】磁性フロックを含有する原水から磁性フロックを吸着分離する磁気分離装置であって、極性の異なる永久磁石を対として備え、2つの極を跨ぐ磁力線を生じさせる磁力線発生部30と、非磁性体26bを介して配置される複数のヨーク26aにより構成され、前記極性の異なる永久磁石の双方を単一のヨーク26aに接触あるいは近接させることにより前記磁力線を短絡させ、前記極性の異なる永久磁石のそれぞれを異なるヨーク26aに接触あるいは近接させることにより前記磁力線を増幅させる磁気スイッチ部34と、を有し、磁力線発生部30を磁気スイッチ部34を備える鞘管26に内装し、鞘管26の磁気スイッチ部34を原水に接触させることを特徴とする。【選択図】図2
Description
本発明は、磁気分離装置に係り、特に、随伴水の処理に好適な磁気分離装置およびこの磁気分離装置を備えた凝集磁気分離システムに関する。
従来、磁性フロックを含有する原水から、磁性フロックを吸着除去する際には、特許文献1、2に開示されているように、ドラムやディスクに磁石を埋め込んで回転させる方式が主体とされてきた。
このような構成の磁気分離装置では、原水を流入させる水槽に、ドラムやディスクの略下半部を水没させ、これを回転させる。原水に含まれる磁性フロックは、ドラムやディスクに備えられた磁石に吸着され、ドラムやディスクの回転と共に水上に引き上げられる。引き上げられた磁性フロックは、スクレーパなどにより、ドラムやディスクの表面から掻き取られて排出される。
上記特許文献に開示されているような磁気分離装置は、原水からの磁気分離という課題に対し、優れた効果を発揮することができる。しかし、上記特許文献に開示されているような構成の磁気分離装置では、塩分や硫化水素など腐食性の強い物質を含む流体(例えば石油随伴水など)や、高温の流体を原水として適用する場合、様々な課題が生ずることとなる。
例えば、接液部に様々な部品を用いているため、個々の部品に対して耐久性を確認するための試験を行うと共に、組み付け状態での耐久性試験も行う必要があり、その試験数は膨大なものとなってしまう。
ここで、磁気分離装置を構成する各部品は、各々耐腐食性や耐油性、耐熱性を有する必要があるが、石油随伴水の性質は、油井により大きく異なる。このため、各部品の交換時期や寿命を正確に予測するためには、油井毎に逐次耐久性の検討や試験を行う必要があり、適用部品の標準化を図ることだけでも困難を極めることとなってしまう。
そこで本発明では、原水と接液する部品数を少なくし、耐食性に優れた適用部品の標準化を図ることのできる磁気分離装置、及びこの磁気分離装置を備えた凝集磁気分離システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明に係る磁気分離装置は、磁性フロックを含有する原水から磁性フロックを吸着分離する磁気分離装置であって、極性の異なる永久磁石を対として備え、2つの極を跨ぐ磁力線を生じさせる磁力線発生部と、非磁性体を介して配置される複数の継鉄により構成され、前記極性の異なる永久磁石の双方を単一の継鉄に接触あるいは近接させることにより前記磁力線を短絡させ、前記極性の異なる永久磁石のそれぞれを異なる継鉄に接触あるいは近接させることにより前記磁力線を増幅させる磁気スイッチ部と、を有し、前記磁力線発生部と、前記磁気スイッチ部と、を容器に内装し、前記容器を前記原水に接触させることを特徴とする磁気分離装置。
また、上記のような特徴を有する磁気分離装置において前記磁力線発生部は、対として配置される極性の異なる永久磁石をユニットとして複数備え、各ユニット同士の間には、非磁性体を配置すると共に、隣り合うユニットにおいて近接している前記永久磁石同士の極性を一致させる。
このような構成とすることで、各ユニットの半分程度の距離だけ磁力線発生部をずらすことで、磁気的なスイッチのON、OFFを切り替えることが可能となる。
このような構成とすることで、各ユニットの半分程度の距離だけ磁力線発生部をずらすことで、磁気的なスイッチのON、OFFを切り替えることが可能となる。
また、上記のような特徴を有する磁気分離装置は、前記容器は鞘管とし、前記原水を流入させる水槽に複数配置するようにすると良い。
このような構成とすることで、スクレーパが不要となる。よって、構成部品に関し、摩耗試験が不要となる。
このような構成とすることで、スクレーパが不要となる。よって、構成部品に関し、摩耗試験が不要となる。
また、上記のような特徴を有する磁気分離装置は、前記容器はドラム状とし、前記原水を流入させる水槽に、下半部を水没させると共に、ドラム中心を基点として回動可能に構成することもできる。
さらに、上記のような特徴を有する磁気分離装置は、前記容器はディスク状とし、前記原水を流入させる水槽に、下半部を水没させると共に、ディスク中心を基点として回動可能に構成することもできる。
また、上記目的を達成するための凝集磁気分離システムは、上記のような構成の磁気分離装置を、原水タンクと凝集攪拌槽の後段に配置すると共に、前記原水タンクを介して前記磁気分離装置内に貯留された液を、前記凝集攪拌槽を介して前記原水タンクに重力で戻すための管路を備えたことを特徴とする。
上記のような特徴を有する磁気分離装置によれば、原水と接液する部品数を少なくし、耐食性に優れた適用部品の標準化を図ることが可能となる。
また、上記のような特徴を有する凝集磁気分離システムによれば、分離した磁性フロックを排出することに伴い、磁気分離装置に貯留された未処理の液を後段に流すことなく磁性フロックの排出工程への移行が可能となる。さらに、液を逆流させる際に、動力を不要とすることができる。
また、上記のような特徴を有する凝集磁気分離システムによれば、分離した磁性フロックを排出することに伴い、磁気分離装置に貯留された未処理の液を後段に流すことなく磁性フロックの排出工程への移行が可能となる。さらに、液を逆流させる際に、動力を不要とすることができる。
[凝集磁気分離システム全体構成]
以下、本発明の磁気分離装置、および磁気分離システムに係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の実施形態に係る磁気分離装置は、図1(A)、(B)に示すような凝集磁気分離システム1に組み込まれることを基本として構成される。なお、図1(A)は、凝集磁気分離システムの側面構成を示す図であり、同図(B)は、平面構成を示す図である。凝集磁気分離システム1では、実施形態に係る磁気分離装置10の前段に、原水タンク2や凝集攪拌槽3等の処理装置が備えられている。
以下、本発明の磁気分離装置、および磁気分離システムに係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の実施形態に係る磁気分離装置は、図1(A)、(B)に示すような凝集磁気分離システム1に組み込まれることを基本として構成される。なお、図1(A)は、凝集磁気分離システムの側面構成を示す図であり、同図(B)は、平面構成を示す図である。凝集磁気分離システム1では、実施形態に係る磁気分離装置10の前段に、原水タンク2や凝集攪拌槽3等の処理装置が備えられている。
ここで、原水タンク2は、汚濁物質などを含有する被処理水を貯留するためのタンクである。本実施形態では、例えば海底や陸上の油田やガス田から原油やガスを採掘する際に排出される随伴水を被処理水(原水)として、原水タンク2に貯留する。原水には、粒子の大きなものからエマルジョン状の微細なものまで、多くの油分が含まれている。このため、環境基準に沿って原水を廃棄するためには、これらの油分を除去する必要がある。
凝集攪拌槽3は、原水に含まれる油分や濁質などをフロック化するための貯留槽である。凝集攪拌槽3には、原水タンク2に貯留された原水が供給される。凝集攪拌槽3には、貯留された原水を攪拌する攪拌翼4が備えられており、供給された原水に磁性粉と凝集剤等の薬品を添加することで、攪拌された原水に含まれる油分や濁質などが凝集され、磁性を帯びたフロック(以下、磁性フロックと称す)化される。攪拌翼4は、モータ等の電動機5に接続された回転軸6に複数備えられ、電動機5を稼働させることにより攪拌翼4が旋回し、槽内の攪拌が成される。
なお、原水タンク2と凝集攪拌槽3とを繋ぐ流水経路には、原水を原水タンク2から凝集攪拌槽3へ送水するための原水ポンプ7と、凝集攪拌槽3から原水タンク2へ戻すための逆流バルブ8が備えられている。また、原水タンク2への戻りラインは、凝集攪拌槽を経由するアイデアを説明したが、別案として磁気分離装置から原水タンクへの戻り配管を設け、当該配管に逆流バルブを設けても良い。
磁気分離装置10では、凝集攪拌槽3から供給された磁性フロックを含有する原水から、磁性フロックを除去する処理が成される。以下、第1の実施形態に係る磁気分離装置10の構成について、図1から図4を参照して説明する。
[磁気分離装置の構成]
本実施形態に係る磁気分離装置10は、凝集攪拌槽3から供給される磁性フロックを含有する原水を流入させる水槽として、筒状部14と漏斗部16を備えるホッパー型のタンク12を採用している。
本実施形態に係る磁気分離装置10は、凝集攪拌槽3から供給される磁性フロックを含有する原水を流入させる水槽として、筒状部14と漏斗部16を備えるホッパー型のタンク12を採用している。
タンク12の外部には、原水流入口18と処理水排出口20、および汚泥排出口22が備えられている。原水流入口18は、凝集攪拌槽3から排出された原水をタンク12内に引き込む引き込み口である。原水流入口18は、タンク12を構成する筒状部14における漏斗部16側、すなわち筒状部14の下半部に備えられている。また、原水流入口18は、図1(B)に示すように、円筒状の筒状部14に対して、接線方向に沿って配置されている。このような配置構成とすることで、タンク12内に流入した原水は、筒状部14の側壁に沿って旋回流を生じさせることとなる。
処理水排出口20は、原水から磁性体を含有する磁性フロック等の汚泥を取り除いた処理水を排出するための排出口である。処理水排出口20は、タンク12を構成する筒状部14の上半部に備えられている。タンク12の上部側に処理水排出口20を配置することにより、筒状部14の下部側から流入された原水が、旋回流として磁気分離されながら上昇し、処理水排出口20に至ることとなる。このため、原水を流す経路を長くすることができ、効果的な磁気分離を実施することができる。処理水排出口20には、濁度計24が備えられており、処理水に含まれる油分等の濃度検出を行うようにしている。
汚泥排出口22は、漏斗部16の先端、すなわちタンク12の最下部に備えられている。このような配置構成とすることで、タンク12内で磁気分離された汚泥(磁性フロック)を重力により漏斗部16に貯留し、汚泥排出口22から排出することが可能となる。汚泥排出口22には、汚泥引抜バルブ22aが備えられ、開閉状態に合わせて、汚泥の引き抜き、貯留が可能な構成とされている。
タンク12の内部には、複数の鞘管26が配置されている。鞘管26は、詳細を後述するマグネットバー28を内装するための容器であり、マグネットバー28との配置構成の変化により、磁力のON、OFF切替が成される磁気スイッチ部34を構成し、原水に含有される磁性フロックの吸着を図る。このため、タンク12の内部に鞘管26を複数配置することで、原水と鞘管26との接触面積を増やすことができる。
本実施形態に係る鞘管26は、ヨーク(継鉄;磁性体)26aと非磁性体26bとの組み合わせにより構成されている。具体的には、図2に示すように、円環状のヨーク26aと、同じく円環状の非磁性体26bを交互に積層させることで、筒状の鞘管26を構成している。
鞘管26の内部には、マグネットバー28が備えられている。マグネットバー28は、磁力線発生部30と非磁性体により構成される非磁性体32とを交互に積層させ、これを棒状に形成することで構成されている。磁力線発生部30は、極性の異なる2つの永久磁石を1対組み合わせることで構成されている。また、非磁性体32を介して隣接配置される2つの磁力線発生部30では、隣り合う永久磁石の磁極が一致するように構成されている。
鞘管26とマグネットバー28とは、鞘管26の内径に対してマグネットバー28の外形が、鞘管26の内径より0.3mm〜1.0mm程度小さく、または、鞘管26の内径に対して0.5%〜3%程度小さくなるように構成されている。このような構成とすることで、鞘管26を構成するヨーク26aとマグネットバー28を構成する磁力線発生部30は、接触、あるいは極めて近接して配置されることとなる。
本実施形態では、ヨーク26aにおける積層方向の厚みと磁力発生部における積層方向の厚みが同じになるように構成し、鞘管26を構成する非磁性体26bとマグネットバー28を構成する非磁性体32の厚みが同じとなるように構成している。さらに、磁力発生部30を構成する2つの永久磁石の中心を、鞘管26を構成する非磁性体の中心に位置させた際、2つの永久磁石がそれぞれ別個のヨーク26aに掛かることとなる厚みに調整されている。
このような構成の鞘管26とマグネットバー28は、ヨーク26aと磁力線発生部30、および非磁性体26b,32相互の接触、あるいは近接状態の変化により磁気スイッチ部34のON、OFFが切り替えられることとなる。具体的には、図2(B)に示すように、図中上下方向において、ヨーク26aと磁力線発生部30とが接触、あるいは近接している状態では、対を成すように配置された極性の異なる磁極の双方が、単一のヨーク26aと接触、あるいは近接した状態となる。このような配置形態となっている場合、2つの永久磁石の磁極間に生ずる磁束(S極からN極へ向かう磁力線の束)は、ヨーク26aに沿って、その内部を通過する状態、いわゆる短絡状態となる。このため、図2(B)に示すような配置形態では、鞘管26の外部へ磁力線の漏れが生じなく(あるいは生じ難く)なり、磁力が「OFF」の状態となる。このような構成とした場合、鞘管26の外周側での磁力の発生は殆ど無く、磁性フロックは吸着されることが無い。
一方、図2(A)に示すように対を成す2つの磁極が、それぞれ別個のヨーク26aに掛かるように配置されている状態では、極性の異なる磁極間に生ずる磁束(S極からN極へ向かう磁力線の束)は、ヨーク26aにより増幅され、S極から鞘管26の外部に放出された後、N極へ到達することとなる。このため、図2(A)に示すような配置形態では、鞘管26の外部へ磁力線が放出されることとなり、磁力が「ON」の状態となる。このような構成とした場合、鞘管26の外周側において強い磁力が発生するため、磁性フロックは、鞘管26の外周に吸着されることとなる。
このように、本実施形態に係る磁気スイッチ部34では、鞘管26の内部に配置されたマグネットバー28を鞘管26の長手方向にヨーク26aの厚みと非磁性体26bの厚みの加算値の1/2程度ずらすことで、磁力のON、OFFを切り替えることが可能となる。極性の異なる2つの永久磁石から成る磁力線発生部30と、この磁力線発生部30に積層配置された1つの非磁性体32(または一対のヨーク26aと非磁性体26b)を1ユニットとした場合、磁力をON、OFF切替するために必要とされるマグネットバー28のスライド量は、1/2ユニット分となる。
マグネットバー28のスライドは、手動で行うことも可能であるが、効率的に処理を行うためには、適切な時間配分で切り替えを行う制御係を持つことが望ましく、この場合には、図3、図4に示すように、油圧シリンダ等のアクチュエータにより、実現することができる。ここで、図3は、タンク12の平面構成を示す図であり、図4は、タンク12の上半部における側断面の概略を示す図である。
タンク12内には、複数の鞘管26と、水位計35が備えられている。それぞれの鞘管26に対してマグネットバー28が配置されることとなるこのため、アクチュエータとして油圧シリンダ36を採用する場合には、1つの油圧シリンダ36により複数のマグネットバー28をスライドさせる構成を採ることが望ましい。図3、図4に示す例では、タンク12の上部に突出させた鞘管26の上端にベース板38を配置し、このベース板38に油圧シリンダ36を配置している。
油圧シリンダ36のロッド36aには、シェアプレート40が配置され、このシェアプレート40に対して、複数(図3、図4に示す形態では3本)のマグネットバー28を接続する構成を採っている。このような構成とすることにより、1つの油圧シリンダ36を稼働させることで、複数のマグネットバー28を同時にスライドさせることができる。なお、各油圧シリンダ36には、作動油を供給するための油圧ポンプ42が接続されている。また、水位計35は、タンク12内に貯留されている原水の水位を計測可能な構成とされている。
このような構成の磁気分離装置10では、磁力をONにした状態で原水をタンク12内に引き込み、原水に含有される磁性フロックを鞘管26の外周に吸着させ、凝集フロックを除去した水を処理水として排出する。鞘管26の外部に吸着される凝集フロックの量が規定量を超えると、排出される処理水に含まれる凝集フロックを含む油分等の濃度(汚濁度)が上昇する。このような状態となった場合、鞘管26に吸着された凝集フロックを排出するため、タンク12内への原水の引き込みを停止後、タンク12内に流入された原水を原水流入口18から逆流させ、漏斗部16分を除くタンク12内の原水を排出する。なお、図1(A)より明らかなように、本実施形態に係る凝集磁気分離システム1では、タンク12は、凝集攪拌槽3や原水タンク2よりも高い位置に配置されている。このため、原水流入口18を介した凝集攪拌槽3、原水タンク2への原水の逆流は、重力による自然流下を利用して成されることとなる。
タンク12内の原水を排出した後、磁力をOFFとすることで、鞘管26の外周に吸着された磁性フロックは、重力により引き落とされ、タンク12下部の漏斗部16に貯留されることとなる。なお、タンク12内の原水が排出された後も、図1に示す鞘管26の下端は漏斗部16に残された原水中に水没している。これにより、磁性フロックは鞘管26の外面を伝って直接原水中に流下するため、液面に落下した場合の衝撃で漏斗部16の原水が攪拌され、フロックが壊されることを防止することができる。
また、前記実施例では、タンク12内の原水を排出後に磁石OFFをし、フロックを流下させる例について説明したが、原水ポンプOFF、薬品注入OFF、電動機OFFの後に、磁石OFFをして磁性フロックを沈降させてから原水を排出させても良い。この場合は、磁力の保持力が少なくて済む効果が期待できる。原水タンクに原水がある場合(つまり液中)で必要とされる保持力は、原水排出後(つまり気中)で必要とされる保持力よりも小さくて済むためである。
漏斗部16に貯留された磁性フロックは、汚泥排出口22に設けられた汚泥引抜バルブ22aを解放することで排出することができる。
このような構成の磁気分離装置10によれば、接液部が、タンク12の内周面およびタンク12内部に配置された鞘管26のみとなる。このため、耐食性に優れた適用部品の標準化を図ることが容易となる。また、タンク12の密閉化も容易となるこのため、防爆対応、酸素混入防止、硫化水素のリーク防止等の対策を施すことが容易となる。さらに、鞘管26に吸着された磁性フロックは、磁力をOFFにすることで落下し、貯留される。このため、スクレーパ等の掻き落とし手段が不要となる。よって、構成部材に対する摩耗試験も不要となる。
このような構成の磁気分離装置10によれば、接液部が、タンク12の内周面およびタンク12内部に配置された鞘管26のみとなる。このため、耐食性に優れた適用部品の標準化を図ることが容易となる。また、タンク12の密閉化も容易となるこのため、防爆対応、酸素混入防止、硫化水素のリーク防止等の対策を施すことが容易となる。さらに、鞘管26に吸着された磁性フロックは、磁力をOFFにすることで落下し、貯留される。このため、スクレーパ等の掻き落とし手段が不要となる。よって、構成部材に対する摩耗試験も不要となる。
なお、上記のような構成の凝集磁気分離システム1には、濁度計24や水位計35によって検出された検出値が入力されると共に、電動機5、原水ポンプ7、逆流バルブ8、汚泥引抜バルブ22a、および油圧シリンダ56等のアクチュエータに対して稼働・停止を制御するための信号を出力する制御部9が設けられている。
[磁気分離の流れ]
次に、上記実施形態に係る磁気分離装置10を含めた凝集磁気分離システム1による水処理の流れについて、図5を参照して説明する。
まず、水処理を開始する際には、原水タンク2と凝集攪拌槽3との間の逆流バルブ8を閉じ、原水ポンプ7をONにすることで、原水を凝集攪拌槽3、および磁気分離装置10に供給する。凝集攪拌槽3では、磁性粉や凝集剤等の薬品を添加すると共に、攪拌翼4を回転させるための電動機5を稼働させる。さらに、磁気分離装置10では、磁気スイッチ部34の磁力をONにすることで、原水に含まれる磁性フロックを鞘管26の外周に吸着させる(ステップ10)。磁気分離装置10の処理水排出口20からは、磁性フロックが吸着除去された処理水が排出される(ステップ20)。
次に、上記実施形態に係る磁気分離装置10を含めた凝集磁気分離システム1による水処理の流れについて、図5を参照して説明する。
まず、水処理を開始する際には、原水タンク2と凝集攪拌槽3との間の逆流バルブ8を閉じ、原水ポンプ7をONにすることで、原水を凝集攪拌槽3、および磁気分離装置10に供給する。凝集攪拌槽3では、磁性粉や凝集剤等の薬品を添加すると共に、攪拌翼4を回転させるための電動機5を稼働させる。さらに、磁気分離装置10では、磁気スイッチ部34の磁力をONにすることで、原水に含まれる磁性フロックを鞘管26の外周に吸着させる(ステップ10)。磁気分離装置10の処理水排出口20からは、磁性フロックが吸着除去された処理水が排出される(ステップ20)。
処理水排出口20に備えられた濁度計24により、処理水に含まれる油分等の濃度が計測される。濁度計24による計測値が、予め定められた値(規定値)未満である場合には、原水の処理を連続的に行う(ステップ30)。一方、汚濁計24による計測値が規定値以上となった場合には、原水ポンプ7を止め、これと同時に凝集攪拌槽3では、薬品の添加を中止し、電動機5も停止し、磁気分離装置10内への連続的な原水の供給を停止させる(ステップ40)。原水の供給を停止した上で逆流バルブ8を開くことで、原水の逆流が促される(ステップ50)。このような制御を行うことにより、タンク12内に残留している原水は、凝集攪拌槽3、および原水タンク2へと逆流し、その水位が低下する。タンク12内の水位は、水位計35で計測されており、タンク12内の水位が原水流入口18の高さ以上である間は、原水を逆流させる(ステップ60)。
タンク12内の水位が原水流入口18の高さ未満となった後、磁気スイッチ部34の磁力をOFFにする。磁気スイッチ部34の磁力をOFFとすることで、鞘管26の外周に付着した磁性フロックはタンク12下部の漏斗部16へと流れ落ちる。磁性フロック等の汚泥が漏斗部16へ貯留された後、タンク12から磁性フロックの排出を行う。
なお、原水の逆流が終了した後も、鞘管26の下端は原水中に没している。これにより、磁性フロックは鞘管26の外周を伝って原水中に流下されるので、フロックが壊される虞がない。
磁性フロックの排出工程では、逆流させることが不要となった逆流バルブを閉じる。その後、汚泥排出口の汚泥引抜バルブを開くことで、漏斗部に貯留された磁性フロック等の汚泥が排出される(ステップ70、ステップ80)。
タンク12内の磁性フロック等の汚泥の量は、タンク12内の水位により認識することができる。このため、タンク12内の水位がゼロとなるまで、あるいはフロックがゼロとなるまで、汚泥の排出が成される。タンク内の水位がゼロとなった場合、タンク12内に残留する汚泥が無くなった事を意味するため、汚泥引抜バルブ22aを閉じ、ステップ10へ回帰して、再び連続的な水処理を行う(ステップ90)。
なお、前記実施例では、汚泥を排出した後に再び連続的な水処理を開始する例について説明したが、タンク12内の汚泥が少ない場合又はその貯留量が所定の量に満たない場合は、汚泥排出のステップを経ずに(省略して)水処理を再開しても良い。この場合は、水処理の休止時間(汚泥排出の時間)を短くできるという効果がある。
[回転式のマグネットバーの構成]
次に、本発明の磁気分離装置に係る第2の実施形態について、図6から図8を参照して説明する。なお、本実施形態に係る磁気分離装置の殆どの構成は、上述した第1の実施形態に係る磁気分離装置と同様である。よって、その機能を同様とする箇所には図面に同一符号を付して、その詳細な説明は省略することとする。
次に、本発明の磁気分離装置に係る第2の実施形態について、図6から図8を参照して説明する。なお、本実施形態に係る磁気分離装置の殆どの構成は、上述した第1の実施形態に係る磁気分離装置と同様である。よって、その機能を同様とする箇所には図面に同一符号を付して、その詳細な説明は省略することとする。
本実施形態に係る磁気分離装置と、第1の実施形態に係る磁気分離装置との違いは、タンク12の内部に配置される鞘管26と、この鞘管26に内装されるマグネットバー28の構造にある。よって、その他の構成については、図1、図3を援用して説明する。相違点の構成を具体的に説明すると、本実施形態に係るマグネットバー28は、磁極の異なる2つの永久磁石をそれぞれ半月状の断面を有する柱として形成し、これを対として組み合わせることで構成され、これを磁力線発生部30としている。
また、このマグネットバー28を内装する鞘管26は、断面形状を扇状とするヨーク26aを線対称に配置し、対を成すヨーク26a間にそれぞれ扇状の非磁性体26bを配置する構成としている。このような構成のマグネットバー28と鞘管26であっても、上記第1の実施形態に係る磁気分離装置10と同様に、2つの磁極が共に単一のヨーク26aに接触、あるいは近接している場合には、磁力線が短絡した状態となり、鞘管26の外部に磁力線が漏れ難くなる(図6(B)参照)。一方、図6(A)に示すように、2つの磁極がそれぞれ別個のヨーク26aに接触、あるいは近接している場合には、ヨーク26aにより磁力線が増幅されることとなり、鞘管26の外部に磁力線が配されることとなる。
本実施形態に係る磁気分離装置の場合、このような磁気スイッチ部34のON、OFFは、鞘管26内部に配置したマグネットバー28を90°回転させることで成すことができる。マグネットバー28の回転は、モータ等の回転式のアクチュエータを用いて行うことも可能であるが、直動リンクを介在させることにより、油圧シリンダをアクチュエータとして採用することが可能となる。また、直動リンクを介在させることによれば、複数のマグネットバー28を同時に回動させる構成とすることもできる。
例えば図7に示すように、油圧シリンダ36のロッド36aに接続された直動フレーム44に対し、マグネットバー28の端部に接続されたリンク片46を連結することで、直動フレーム44の動きに従ってマグネットバー28を回転させることができる。ここで、直動フレーム44には、リンク片46を連結するための複数の凸部44aが設けられている。そして、リンク片46における直動フレーム44との連結部を長孔46aとすることで、図7(A)〜図7(C)に示すように、リンク片46の回転運動と直動フレーム44の直線運動との間に生ずる連結部間の距離の差による変位を長孔46aが吸収することとなる。
このような構成の磁気分離装置では、直動フレーム44の形態を工夫することで、さらに複数のマグネットバー28を一度に回転させることができるようになる。例えば、図8に示す形態は、直動フレーム44を枠状に形成し、この枠内に、平行なサブフレーム44bを複数配置する形態としている。このような構成としているため、図8(A)、図8(B)に示す例では、2つの油圧シリンダにより、タンク12に配置された全ての磁気スイッチ部34の磁力切替が可能となる。
磁気分離装置の構成をこのようなものとした場合であっても、原水との接液部は、タンク内部と、管の外周のみとなり、第1の実施形態に係る磁気分離装置と同様な効果を得ることができる。
[ドラム型磁気分離装置]
上記実施形態では、タンクの形態をホッパー型とし、その内部に鞘管を配置して磁気スイッチ部を構成する磁気分離装置について説明した。しかしながら、本発明に係る磁気分離装置は、ドラム型や、ディスク型の磁気分離装置へも応用適用することが可能である。例えば、ドラム型の磁気分離装置へ適用する場合、図9に示すように、回転ドラム48を外ドラム50と内ドラム52により構成する。
上記実施形態では、タンクの形態をホッパー型とし、その内部に鞘管を配置して磁気スイッチ部を構成する磁気分離装置について説明した。しかしながら、本発明に係る磁気分離装置は、ドラム型や、ディスク型の磁気分離装置へも応用適用することが可能である。例えば、ドラム型の磁気分離装置へ適用する場合、図9に示すように、回転ドラム48を外ドラム50と内ドラム52により構成する。
外ドラム50は、ヨーク26aと非磁性体26bとを交互に連続させて円筒状に構成しており、上記実施形態における鞘管26に対応する要素である。また、内ドラム52は、極性の異なる2つの永久磁石により構成された磁力線発生部30と、非磁性体32を交互に連続させて円筒状に構成し、上記実施形態におけるマグネットバー28に対応する要素である。
このような構成の回転ドラム48では、外ドラム50におけるヨーク26aと非磁性体26bと、内ドラム52における磁力線発生部30と非磁性体32とにより、磁気スイッチ部34を構成している。また、外ドラム50におけるヨーク26aと非磁性体26bにより構成されるユニットと、内ドラム52における磁力線発生部30と非磁性体32により構成されるユニットとは、その配置ピッチを若干異ならせており、両者が一回転する間に、1ユニット分のズレが生じるように構成する。このような構成は、いわゆる波動歯車の原理に従えば良い。図9の実施例を用いて具体的に説明する。図9の例では、外ドラム50のユニット数が15に対し、内ドラム52のユニット数が16となっている。そこで、内ドラム52の回転数を外ドラム50よりも1/16遅く設定することにより、外ドラム50とスクレーパ54の接触部、つまり、掻き取り部で磁気スイッチがOFF(図9の状態)になるように維持することができる。
一般的に、回転ドラムは、その下半部がタンク12に浸漬された状態で稼働される。図9に示す構成の回転ドラム48では、外ドラム50の外周の役半分で、磁気スイッチ部34がON状態となり、残りの半分がOFF状態となる。このため、タンク12に浸かっている部分から、回転ドラム48の上部側に至るまでの範囲で磁気スイッチ部34がON状態であれば、外ドラム50の外周面に磁性フロックを吸着させて引き上げることができる。
一方、回転ドラム48の上側、すなわちタンク12から露出している部分の頂点近傍では、磁気スイッチ部34がOFF状態となることで、スクレーパ54による磁性フロックの掻き落としが容易となり、かつ吸着された磁性フロックの落下も防ぐことができる。
このような形態の磁気分離装置であっても、接液部は、タンク12の内面と、外ドラム50の外周面のみとなるため、上述した第1の実施形態に係る磁気分離装置と同様な効果を得ることができる。また、本発明に係る磁気分離装置を本形態に適用させることによれば、磁気分離装置を長時間に亙り連続運転することが可能となる。
さらに、スクレーパ54による磁性フロックの掻き取り部付近では、磁気スイッチ部34がOFFとなっているため、外ドラム50に対するスクレーパ54の押し付け力を高める必要性が無く、スクレーパ54の摩耗を抑制することができる。
[ディスク型磁気分離装置]
本発明に係る磁気分離装置をディスク型の磁気分離装置に適用する場合は、図10(A)〜(C)に示すような形態とすれば良い。すなわち、本形態に係るディスク55は、ヨーク26aと非磁性体26bを放射状に配置して構成されたケーシングディスク56と、極性の異なる2つの永久磁石により構成した磁力線発生部30を放射状に配置して形成したインナディスク58を組み合わせることにより構成すれば良い。
本発明に係る磁気分離装置をディスク型の磁気分離装置に適用する場合は、図10(A)〜(C)に示すような形態とすれば良い。すなわち、本形態に係るディスク55は、ヨーク26aと非磁性体26bを放射状に配置して構成されたケーシングディスク56と、極性の異なる2つの永久磁石により構成した磁力線発生部30を放射状に配置して形成したインナディスク58を組み合わせることにより構成すれば良い。
なお、図10(A)は、ケーシングディスク56を基点としたインナディスク58(磁気スイッチ部)の関係を示す図であり、図10(B)は、インナディスク58を基点としたケーシングディスク56(磁気スイッチ部)の関係を示す図である。また、図10(C)は、タンク12に対し、複数のディスク55を並列配置する場合の構成例を示す図である。
図10に示す形態では、ケーシングディスク56は、非磁性体26bにより構成したフレームに形成した開口部に、ヨーク26aを配置する構成としている。フレームをヨークにより構成した場合、磁気スイッチ部が成立しなくなってしまうからである。
このような形態の磁気分離装置であっても、接液部は、タンク12の内面と、ケーシングディスク56の外周面のみとなるため、上述した第1の実施形態に係る磁気分離装置と同様な効果を得ることができる。
1………凝集磁気分離システム、2………原水タンク、3………凝集攪拌槽、4………攪拌翼、5………電動機、6………回転軸、7………原水ポンプ、8………逆流バルブ、9………制御部、10………磁気分離装置、12………タンク、14………筒状部、16………漏斗部、18………原水流入口、20………処理水排出口、22………汚泥排出口、22a………汚泥引抜バルブ、24………濁度計、26………鞘管、26a………ヨーク、26b………非磁性体、28………マグネットバー、30………磁力線発生部、32………非磁性体、34………磁気スイッチ部、35………水位計、36………油圧シリンダ、36a………ロッド、38………ベース板、40………シェアプレート、42………油圧ポンプ、44………直動フレーム、44a………凸部、44b………サブフレーム、46………リンク片、46a………長孔。
Claims (6)
- 磁性フロックを含有する原水から磁性フロックを吸着分離する磁気分離装置であって、
極性の異なる永久磁石を対として備え、2つの極を跨ぐ磁力線を生じさせる磁力線発生部と、
非磁性体を介して配置される複数の継鉄により構成され、前記極性の異なる永久磁石の双方を単一の継鉄に接触あるいは近接させることにより前記磁力線を短絡させ、前記極性の異なる永久磁石のそれぞれを異なる継鉄に接触あるいは近接させることにより前記磁力線を増幅させる磁気スイッチ部と、を有し、
前記磁力線発生部と、前記磁気スイッチ部と、を備える容器に内装し、前記容器を前記原水に接触させることを特徴とする磁気分離装置。 - 前記磁力線発生部は、対として配置される極性の異なる永久磁石をユニットとして複数備え、
各ユニット同士の間には、非磁性体を配置すると共に、隣り合うユニットにおいて近接している前記永久磁石同士の極性を一致させていることを特徴とする請求項1に記載の磁気分離装置。 - 前記容器は鞘管とし、前記原水を流入させる水槽に複数配置したことを特徴とする請求項1または2に記載の磁気分離装置。
- 前記容器はドラム状とし、前記原水を流入させる水槽に、下半部を水没させると共に、ドラム中心を基点として回動可能に構成したことを特徴とする請求項1または2に記載の磁気分離装置。
- 前記容器はディスク状とし、前記原水を流入させる水槽に、下半部を水没させると共に、ディスク中心を基点として回動可能に構成したことを特徴とする請求項1または2に記載の磁気分離装置。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の磁気分離装置を、原水タンクと凝集攪拌槽の後段に配置すると共に、前記原水タンクを介して前記磁気分離装置内に貯留された液を、前記凝集攪拌槽を介して前記原水タンクに重力で戻すための管路を備えたことを特徴とする凝集磁気分離システム。
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JP2014130502A JP2016007584A (ja) | 2014-06-25 | 2014-06-25 | 磁気分離装置および凝集磁気分離システム |
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2014
- 2014-06-25 JP JP2014130502A patent/JP2016007584A/ja active Pending
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