特許 6647564 マグネタイト懸濁水の製造装置及び製造方法、並びに、重金属類の除去装置及び除去方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6647564

(24)【登録日】2020年1月17日

(45)【発行日】2020年2月14日

(54)【発明の名称】マグネタイト懸濁水の製造装置及び製造方法、並びに、重金属類の除去装置及び除去方法

(51)【国際特許分類】

   C01G 49/08 20060101AFI20200203BHJP

   C02F 1/28 20060101ALI20200203BHJP

   B01J 20/06 20060101ALI20200203BHJP

   B01J 20/30 20060101ALI20200203BHJP

【ＦＩ】

   C01G49/08 A

   C02F1/28 B

   B01J20/06 A

   B01J20/30

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-40071(P2016-40071)

(22)【出願日】2016年3月2日

(65)【公開番号】特開2017-154932(P2017-154932A)

(43)【公開日】2017年9月7日

【審査請求日】2018年11月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】504174135

【氏名又は名称】国立大学法人九州工業大学

(73)【特許権者】

【識別番号】594059385

【氏名又は名称】株式会社テッツコーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】100090697

【弁理士】

【氏名又は名称】中前 富士男

(74)【代理人】

【識別番号】100176142

【弁理士】

【氏名又は名称】清井 洋平

(74)【代理人】

【識別番号】100127155

【弁理士】

【氏名又は名称】来田 義弘

(72)【発明者】

【氏名】木本 徹男

(72)【発明者】

【氏名】川田 勝三

(72)【発明者】

【氏名】高須 登実男

(72)【発明者】

【氏名】阪本 尚孝

(72)【発明者】

【氏名】野澤 忠生

(72)【発明者】

【氏名】横田 漠

【審査官】 ▲高▼橋 真由

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−０２１８８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０１Ｇ ４９／００−４９／１６

Ｂ０１Ｊ ２０／０６

Ｂ０１Ｊ ２０／３０

Ｃ０２Ｆ １／２８

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の鉄粒状物及び水の混合層を蓄え、該鉄粒状物の表面にマグネタイト層を形成させる貯留槽と、
前記貯留槽内で前記混合層を攪拌して前記鉄粒状物を相互に接触させ、前記マグネタイト層をマグネタイト粒子として前記鉄粒状物から剥離させると共に、該鉄粒状物の該マグネタイト層が剥離した部分を前記マグネタイト層の形成可能領域にする攪拌手段と、
前記マグネタイト粒子が前記水中に浮遊したマグネタイト懸濁水を前記貯留槽から取り出す取出部とを備え、
前記鉄粒状物は、平均粒径が０．５ｍｍ以上であることを特徴とするマグネタイト懸濁水の製造装置。

【請求項2】

請求項１記載のマグネタイト懸濁水の製造装置において、前記貯留槽に前記水を連続的に供給する給水部を、更に備え、前記取出部は、前記マグネタイト懸濁水を前記貯留槽から連続的に送り出すことを特徴とするマグネタイト懸濁水の製造装置。

【請求項3】

複数の鉄粒状物及び水の混合層を設け、該混合層において該鉄粒状物の表面にマグネタイト層を形成させる工程Ａと、
前記混合層を連続的、あるいは、間欠的に攪拌して前記鉄粒状物を相互に接触させ、前記マグネタイト層のマグネタイト粒子としての該鉄粒状物からの剥離と、該鉄粒状物の該マグネタイト層の剥離領域への新たな前記マグネタイト層の形成とを繰り返させて、前記マグネタイト粒子が前記水中に浮遊したマグネタイト懸濁水を生成する工程Ｂとを有し、前記鉄粒状物は、平均粒径が０．５ｍｍ以上であることを特徴とするマグネタイト懸濁水の製造方法。

【請求項4】

請求項３記載のマグネタイト懸濁水の製造方法において、前記混合層への前記水の供給を連続的に行うことを特徴とするマグネタイト懸濁水の製造方法。

【請求項5】

重金属類を含む処理対象水から該重金属類を取り除く重金属類の除去装置において、
複数の鉄粒状物及び前記処理対象水の混合層を蓄えて、前記重金属類が付着したマグネタイト層を該鉄粒状物の表面に形成させる貯留槽と、
前記貯留槽内で前記混合層を攪拌して前記鉄粒状物を相互に接触させ、前記マグネタイト層を前記重金属類が付着したマグネタイト粒子として前記鉄粒状物から剥離させると共に、該鉄粒状物の該マグネタイト層が剥離した部分を前記マグネタイト層の形成可能領域にする攪拌手段と、
前記重金属類が付着したマグネタイト粒子を前記貯留槽から取り出す取出部とを備えることを特徴とする重金属類の除去装置。

【請求項6】

請求項５記載の重金属類の除去装置において、前記貯留槽に前記処理対象水を連続的に供給する給水部を、更に備え、前記取出部は、前記重金属類が付着したマグネタイト粒子を前記貯留槽から連続的に送り出すことを特徴とする重金属類の除去装置。

【請求項7】

重金属類を含む処理対象水から該重金属類を取り除く重金属類の除去方法において、
複数の鉄粒状物及び前記処理対象水の混合層を蓄えた貯留槽内で、前記重金属類が付着したマグネタイト層を該鉄粒状物の表面に形成させる工程Ｐと、
前記混合層を連続的、あるいは、間欠的に攪拌し、前記鉄粒状物を相互に接触させて、前記マグネタイト層を前記重金属類が付着したマグネタイト粒子として該鉄粒状物から剥離させること、及び、該鉄粒状物の該マグネタイト層の剥離領域に前記重金属類が付着した前記マグネタイト層を新たに形成させることを繰り返させる工程Ｑと、
前記重金属類が付着したマグネタイト粒子を前記貯留槽から取り出す工程Ｒとを有することを特徴とする重金属類の除去方法。

【請求項8】

請求項７記載の重金属類の除去方法において、前記貯留槽への前記処理対象水の供給、及び、前記重金属類が付着したマグネタイト粒子の取り出しを連続的に行うことを特徴とする重金属類の除去方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マグネタイト懸濁水の製造装置及びその製造方法、並びに、処理対象水から重金属類を取り除く重金属類の除去装置及びその除去方法に関する。

【背景技術】

【0002】

磁気特性を利用した固液分離の凝集核として用いられるマグネタイト粒子は、複数の工程を経ることによって製造でき、その具体例が例えば特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の製造方法は、アルカリ水溶液と２価鉄イオン水溶液とを混合して水酸化鉄微粒子を生成し、水酸化鉄微粒子を焼成してマグネタイトナノ微粒子を製造するものである。

【0003】

また、重金属類を含有する水の浄化は環境問題において重要であり、水の浄化方法として、ポリ塩化アルミニウム等の凝集剤を使用した共沈法（非特許文献１参照）、アルミナや鉄化合物や鉄粉等に重金属類を付着させる方法、ナノ濾膜を用いた濾過法、微生物を利用した生物浄化法等が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１−２３６０８６

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】宇山浩、外２名、「安全かつ簡便なヒ素汚染水浄化技術の開発」生産と技術、生産技術振興協会、第６０巻、第３号（２００８）８１〜８４頁

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載のマグネタイト粒子の製造方法は、マグネタイトを得るまでの工程が煩雑であるという課題があった。
また、上述した従来の水の浄化方法は、効率的な浄化が行えず、例えば、一日あたり数百〜数万立方メートルの規模で大量に流れ出る水の砒素濃度を環境基準である０．０１０ｍｇ／Ｌより低い０．００１ｍｇ／Ｌ以下のレベルまで低下させるのは実質的に不可能であるという共通した課題があった。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされるもので、簡素にマグネタイト懸濁水を製造するマグネタイト懸濁水の製造装置及びその製造方法、並びに、処理対象水から重金属類を効率的に取り除く重金属類の除去装置及びその除去方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記目的に沿う第１の発明に係るマグネタイト懸濁水の製造装置は、複数の鉄粒状物及び水の混合層を蓄え、該鉄粒状物の表面にマグネタイト層を形成させる貯留槽と、前記貯留槽内で前記混合層を攪拌して前記鉄粒状物を相互に接触させ、前記マグネタイト層をマグネタイト粒子として前記鉄粒状物から剥離させると共に、該鉄粒状物の該マグネタイト層が剥離した部分を前記マグネタイト層の形成可能領域にする攪拌手段と、前記マグネタイト粒子が前記水中に浮遊したマグネタイト懸濁水を前記貯留槽から取り出す取出部とを備え、前記鉄粒状物は、平均粒径が０．５ｍｍ以上である。

【0008】

第１の発明に係るマグネタイト懸濁水の製造装置において、前記貯留槽に前記水を連続的に供給する給水部を、更に備え、前記取出部は、前記マグネタイト懸濁水を前記貯留槽から連続的に送り出すのが好ましい。

【0009】

前記目的に沿う第２の発明に係るマグネタイト懸濁水の製造方法は、複数の鉄粒状物及び水の混合層を設け、該混合層において該鉄粒状物の表面にマグネタイト層を形成させる工程Ａと、前記混合層を連続的、あるいは、間欠的に攪拌して前記鉄粒状物を相互に接触させ、前記マグネタイト層のマグネタイト粒子としての該鉄粒状物からの剥離と、該鉄粒状物の該マグネタイト層の剥離領域への新たな前記マグネタイト層の形成とを繰り返させて、前記マグネタイト粒子が前記水中に浮遊したマグネタイト懸濁水を生成する工程Ｂとを有し、前記鉄粒状物は、平均粒径が０．５ｍｍ以上である。

【0010】

第２の発明に係るマグネタイト懸濁水の製造方法において、前記混合層への前記水の供給を連続的に行うのが好ましい。

【0011】

前記目的に沿う第３の発明に係る重金属類の除去装置は、重金属類を含む処理対象水から該重金属類を取り除く重金属類の除去装置において、複数の鉄粒状物及び前記処理対象水の混合層を蓄えて、前記重金属類が付着したマグネタイト層を該鉄粒状物の表面に形成させる貯留槽と、前記貯留槽内で前記混合層を攪拌して前記鉄粒状物を相互に接触させ、前記マグネタイト層を前記重金属類が付着したマグネタイト粒子として前記鉄粒状物から剥離させると共に、該鉄粒状物の該マグネタイト層が剥離した部分を前記マグネタイト層の形成可能領域にする攪拌手段と、前記重金属類が付着したマグネタイト粒子を前記貯留槽から取り出す取出部とを備える。

【0012】

第３の発明に係る重金属類の除去装置において、前記貯留槽に前記処理対象水を連続的に供給する給水部を、更に備え、前記取出部は、前記重金属類が付着したマグネタイト粒子を前記貯留槽から連続的に送り出すのが好ましい。

【0013】

前記目的に沿う第４の発明に係る重金属類の除去方法は、重金属類を含む処理対象水から該重金属類を取り除く重金属類の除去方法において、複数の鉄粒状物及び前記処理対象水の混合層を蓄えた貯留槽内で、前記重金属類が付着したマグネタイト層を該鉄粒状物の表面に形成させる工程Ｐと、前記混合層を連続的、あるいは、間欠的に攪拌し、前記鉄粒状物を相互に接触させて、前記マグネタイト層を前記重金属類が付着したマグネタイト粒子として該鉄粒状物から剥離させること、及び、該鉄粒状物の該マグネタイト層の剥離領域に前記重金属類が付着した前記マグネタイト層を新たに形成させることを繰り返させる工程Ｑと、前記重金属類が付着したマグネタイト粒子を前記貯留槽から取り出す工程Ｒとを有する。

【0014】

第４の発明に係る重金属類の除去方法において、前記貯留槽への前記処理対象水の供給、及び、前記重金属類が付着したマグネタイト粒子の取り出しを連続的に行うのが好ましい。

【発明の効果】

【0015】

第１の発明に係るマグネタイト懸濁水の製造装置及び第２の発明に係るマグネタイト懸濁水の製造方法は、混合層を攪拌して鉄粒状物を相互に接触させ、マグネタイト層をマグネタイト粒子として鉄粒状物から剥離させると共に、鉄粒状物のマグネタイト層が剥離した部分をマグネタイト層が形成可能な領域にするので、簡素にマグネタイト懸濁水を製造可能である。
また、第３の発明に係る重金属類の除去装置及び第４の発明に係る重金属類の除去方法は、貯留槽内で混合層を攪拌して鉄粒状物を相互に接触させ、マグネタイト層を重金属類が付着したマグネタイト粒子として鉄粒状物から剥離させると共に、鉄粒状物のマグネタイト層が剥離した部分をマグネタイト層が形成可能な領域にするので、連続的に処理対象水から重金属類を取り除くことができ、効率的な重金属類の除去が可能である。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係るマグネタイト懸濁水の製造装置の説明図である。

【図2】（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ、マグネタイト粒子が生成されるまでの混合層の各状態を示す混合層の一部拡大図である。

【図3】本発明の第２の実施の形態に係るマグネタイト懸濁水の製造装置の説明図である。

【図4】本発明の第３の実施の形態に係る重金属類の除去装置の説明図である。

【図5】（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ、重金属類が付着したマグネタイト層が鉄粒状物の表面に形成され、重金属類が付着したマグネタイト粒子が鉄粒状物から剥離するまでの混合層の各状態を示す混合層の一部拡大図である。

【図6】懸濁水に含有された懸濁物に対するＸ線回折の結果を示すグラフである。

【図7】処理対象水の砒素濃度の時間経過による推移を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１、図２（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るマグネタイト懸濁水の製造装置１０は、複数の鉄粒状物１１及び水１２の混合層１３を蓄え、鉄粒状物１１の表面にマグネタイト層１４を形成させる貯留槽１５と、貯留槽１５内で混合層１３を攪拌して鉄粒状物１１を相互に接触させ、マグネタイト層１４をマグネタイト粒子１７として鉄粒状物１１から剥離させる攪拌手段１６と、マグネタイト粒子１７が水１２中に浮遊したマグネタイト懸濁水１８を貯留槽１５から取り出す送出部（取出部の一例）１９とを備えている。以下、詳細に説明する。

【0018】

マグネタイト懸濁水の製造装置１０は、図１に示すように、混合層１３を蓄える貯留槽１５及び貯留槽１５内に水１２を供給する給水部２１を備えている。
貯留槽１５には、上下方向に配されて、貯留槽１５内の上側を２分割する隔壁２２が取り付けられている。
混合層１３では、図２（Ａ）に示すように、水１２と複数の鉄粒状物１１が混ざり合っている。混合層１３は、図１に示すように、貯留槽１５の底側半分に貯留されている。隔壁２２は、下端が混合層１３内に配置されている。本実施の形態において、鉄粒状物１１は、７０ｗｔ％以上のＦｅを主要成分（例えば、重量比で１０％以上）としている。なお、図２（Ａ）〜（Ｄ）においては、鉄粒状物１１を球体で描いているが、鉄粒状物１１は、球体である必要はない。

【0019】

給水部２１は、貯留槽１５内の混合層１３の上側の隔壁２２で仕切られた一側に上方から水１２を供給する。以下、貯留槽１５内の混合層１３の上側の隔壁２２で仕切られた一側を、単に「貯留槽１５内の一側」とも言い、貯留槽１５内の混合層１３の上側の隔壁２２で仕切られた他側を、単に「貯留槽１５内の他側」とも言う。本実施の形態では、貯留槽１５内の一側の混合層１３の上側に、給水部２１から供給される水１２が溜まった層が設けられている。

【0020】

貯留槽１５内においては、図２（Ａ）に示すように、混合層１３中で、水１２及び鉄粒状物１１が常時、接触した状態であるため、鉄粒状物１１の表面に図２（Ｂ）に示すマグネタイト層１４が形成される。本実施の形態では、マグネタイト層１４が鉄粒状物１１の一部であり、鉄粒状物１１の表面が、水１２と反応して、マグネタイト層１４に変化する。
マグネタイト層１４は、主としてＦｅ_３Ｏ_４からなり、本実施の形態では、厚みが０．２〜２μｍである。

【0021】

貯留槽１５の底側には、図１に示すように、水平に配された回転軸２３に放射状に複数の棒材２４が連結された攪拌部材２５をモータ２６に取り付けた攪拌手段１６が装着されている。攪拌部材２５は、全部もしくは一部（本実施の形態では全部）が混合層１３内に配されており、モータ２６の駆動による回転によって、混合層１３をかき混ぜる。混合層１３がかき混ぜられると、図２（Ｃ）に示すように、混合層１３中の複数の鉄粒状物１１が相互に接触する（擦り合わさる）。

【0022】

マグネタイト層１４は、鉄粒状物１１のマグネタイト層１４が形成されていない部分に比べてもろく、表面にマグネタイト層１４が形成された鉄粒状物１１が他の鉄粒状物１１に接触すると、マグネタイト層１４が鉄粒状物１１の表面から剥離する。剥離するマグネタイト層１４は、粒子状となって鉄粒状物１１から離脱するため、マグネタイト層１４はマグネタイト粒子１７として鉄粒状物１１から剥がれ、水１２中に浮遊する。

【0023】

貯留槽１５の側壁には、マグネタイト粒子１７が水１２中に浮遊した液体（即ち、マグネタイト懸濁水１８）を、貯留槽１５内の他側から、貯留槽１５の外側に設けられた懸濁水収容槽２８に送り出す送出部１９が取り付けられている。懸濁水収容槽２８には、マグネタイト懸濁水１８を懸濁水収容槽２８から送り出す出水部２９が設けられている。
本実施の形態では、貯留槽１５内の他側の混合層１３の上側に、主としてマグネタイト粒子１７が水１２中に浮遊したマグネタイト懸濁水１８の層があり、送出部１９の貯留槽１５への取り付け位置は、マグネタイト懸濁水１８の層の上面（水面）より下側である。

【0024】

このため、貯留槽１５内全体には、貯留槽１５内の一側から他側に向かう水１２の流れが発生しており、貯留槽１５内の他側においては、貯留槽１５の送出部１９の取り付け位置に向かうマグネタイト懸濁水１８の流れが生じている。
混合層１３において発生したマグネタイト粒子１７は、貯留槽１５内の水１２の流れに沿って、混合層１３からマグネタイト懸濁水１８に移動した後、送出部１９を経由して、懸濁水収容槽２８に送られる。

【0025】

そして、貯留槽１５に供給された水１２は、全て、隔壁２２により進行方向が制限されて、貯留槽１５内の一側から混合層１３を通って他側に流れるため、給水部２１から水１２が供給されている間、混合層１３に対して、新しい水１２（即ち、鉄粒状物１１と反応していない水１２）が常時供給される。
本実施の形態では、給水部２１が、貯留槽１５に連続的に水１２を供給することから、混合層１３には常に新しい水１２が供給され、送出部１９は、マグネタイト懸濁水１８を連続的に送り出す。
なお、新しい水１２を混合層１３に効率的に供給できる構造であれば、隔壁２２を設ける必要はない。

【0026】

また、混合層１３において、マグネタイト層１４が剥離した鉄粒状物１１は、マグネタイト層１４の剥離部分が、混合層１３内で水１２と接触するため、マグネタイト層１４の剥離部分に、図２（Ｄ）に示すように、新たなマグネタイト層１４が形成される（マグネタイト層１４の剥離部分が、マグネタイト層１４となる）。従って、攪拌手段１６は、混合層１３の攪拌によって、鉄粒状物１１を相互に接触させ、マグネタイト層１４をマグネタイト粒子１７として鉄粒状物１１から剥離させると共に、鉄粒状物１１のマグネタイト層１４が剥離した部分を新たなマグネタイト層１４の形成可能領域にする。

【0027】

貯留槽１５内では、混合層１３における鉄粒状物１１からのマグネタイト層１４の剥離とマグネタイト層１４の剥離部分への新たなマグネタイト層１４の形成が、原則、鉄粒状物１１が無くなるまで繰り返される。従って、貯留槽１５内において、効率的にマグネタイト粒子１７、ひいてはマグネタイト懸濁水１８を生成することが可能である。

【0028】

ここで、種々の検証により、混合層における鉄粒状物の含有率及び混合層に含有される鉄粒状物の粒径について、以下のことが判明した。
即ち、混合層における鉄粒状物の含有率が小さくなり過ぎると、鉄粒状物の相互の接触機会が少なくなって、鉄粒状物の表面に形成されたマグネタイト層を効率的に剥離することができず、結果として、マグネタイト粒子の生産効率が低下する。一方、混合層における鉄粒状物の含有率が大きくなり過ぎると、混合層の攪拌に必要な動力が大きくなって、混合層内に水を供給するための動力及び混合層からマグネタイト懸濁水を送り出すための動力が大きくなる。

【0029】

そして、混合層に含有される鉄粒状物の粒径が小さくなり過ぎると、マグネタイト懸濁水中に鉄粒状物が含有される割合が高くなり、マグネタイト懸濁水の純度が低下する。一方、鉄粒状物の粒径が大きくなり過ぎると、混合層の単位体積あたりの反応面積が小さくなって、マグネタイト粒子の生産効率が低下する。そのため、検証を重ね、本実施の形態においては、平均粒径が０．５〜３０ｍｍ（好ましくは、１〜１０ｍｍ）の鉄粒状物１１を、容積比で３０〜９０％（好ましくは、５０〜８０％）含有した混合層１３を採用するようにしている。

【0030】

また、マグネタイト懸濁水の製造装置１０を利用したマグネタイト懸濁水の製造方法は、以下の工程を有することとなる。即ち、当該マグネタイト懸濁水の製造方法は、複数の鉄粒状物１１及び水１２が混合されてなる混合層１３を設け、混合層１３において鉄粒状物１１の表面にマグネタイト層１４を形成させる工程Ａと、混合層１３を連続的、あるいは、間欠的に攪拌して鉄粒状物１１を相互に接触させ、マグネタイト層１４のマグネタイト粒子１７としての鉄粒状物１１からの剥離と、鉄粒状物１１のマグネタイト層１４の剥離領域への新たなマグネタイト層１４の形成とを繰り返させて、マグネタイト粒子１７が水１２中に浮遊したマグネタイト懸濁水１８を生成する工程Ｂとを有する。
そして、混合層１３で鉄粒状物１１と水１２を効率的に反応させるという点においては、混合層１３への水１２の供給を連続的に行うのが好ましいと言える。

【0031】

また、攪拌手段の回転軸は、水平配置されている必要がないのは言うまでもなく、鉛直方向に対して斜めに配されていてもよいし、図３に示す攪拌手段３１のように、回転軸３２が鉛直方向に配されていてもよい。
攪拌手段３１の回転軸３２が鉛直方向に配された本発明の第２の実施の形態に係るマグネタイト懸濁水の製造装置３０を、図３を参照して、以下説明する。マグネタイト懸濁水の製造装置３０において、マグネタイト懸濁水の製造装置１０と同様の構成については、同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

【0032】

マグネタイト懸濁水の製造装置３０は、混合層１３を蓄える貯留槽３３及び混合層１３を攪拌する攪拌手段３１を備え、貯留槽３３に水１２を供給する給水部３４が、貯留槽３３の上部の一側（右側）に連結され、貯留槽３３からマグネタイト懸濁水１８を送り出す送出部（取出部の一例）３５が、貯留槽３３の下部の他側（左側）に連結されている。
貯留槽３３内には、上部の一側から下部の他側に向かう水１２の流れが生じており、給水部３４から供給された水１２は、混合層１３を通過して、送出部３５に送られる。

【0033】

攪拌手段３１は、回転軸３２を駆動回転させるモータ３６及び回転軸３２に放射状に連結された複数の棒材３７を備え、回転することによって、混合層１３を攪拌する。
混合層１３の攪拌により、混合層１３においてマグネタイト粒子１７が次々に生成されて、マグネタイト懸濁水１８が生成される仕組み（過程）は、マグネタイト懸濁水の製造槽１０と同じである。なお、送出部３５には、マグネタイト粒子１７を通し、鉄粒状物１１を通さないフィルタ３８が取り付けられている。

【0034】

次に、処理対象水４１から処理対象水４１に溶けている重金属類４２（図５（Ａ）〜（Ｄ）参照）を取り除く、図４に示す本発明の第３の実施の形態に係る重金属類の除去装置４０について説明する。
重金属類の除去装置４０は、図４、図５（Ａ）に示すように、マグネタイト懸濁水の製造装置１０と原則同じ構造を有し、複数の鉄粒状物４３及び処理対象水４１の混合層４４を蓄える貯留槽４５と、貯留槽４５内で混合層４４を攪拌する攪拌手段４６とを備えている。

【0035】

処理対象水４１においては、図５（Ａ）に示すように、重金属類４２が水４１ａ中に溶解している。重金属類４２は、マグネタイトに取り込まれるイオンであり、例えば、砒素、鉄、フッ素、ホウ素、亜鉛、水銀であるが、これに限定されない。
貯留槽４５内の混合層４４においては、図５（Ａ）に示すように、水４１ａが鉄粒状物４３に接触して反応し、鉄粒状物４３の表面にマグネタイト層４７が形成される。マグネタイト層４７が形成される際、処理対象水４１中の重金属類４２が、図５（Ｂ）に示すように、マグネタイト層４７に付着（マグネタイト層４７が重金属類４２を吸着や吸収）する。

【0036】

よって、貯留槽４５は、重金属類４２が付着したマグネタイト層４７を鉄粒状物４３の表面に形成させる（鉄粒状物４３の表面を重金属類４２が付着したマグネタイト層４７に変化させる）。
重金属類４２のマグネタイト層４７への付着は、特開２０１３−７５２５２号公報に記載されているグリーンラスト／フェライト循環法と同様に、マグネタイト層４７の生成の際、重金属類４２が、マグネタイト層４７の結晶間に層間アニオンとして閉じ込められるために行われると考えられる。

【0037】

攪拌手段４６は、複数の棒材４８が水平配置された回転軸４９に連結された攪拌部材５０及び回転軸４９を中心に攪拌部材５０を回転するモータ５１を具備し、攪拌部材５０を回転することによって混合層４４を攪拌する。攪拌手段４６は、混合層４４の攪拌によって、混合層４４内で、鉄粒状物４３を相互に接触させ、重金属類４２が付着したマグネタイト層４７を、重金属類４２が付着したマグネタイト粒子５２として鉄粒状物４３から剥離させると共に、鉄粒状物４３のマグネタイト層４７が剥離した部分をマグネタイト層４７の形成可能領域にする。
なお、攪拌手段４６の代わり、回転軸が鉛直方向に配された攪拌手段や回転軸が水平方向に対し斜めに配された攪拌手段を採用してもよい。

【0038】

貯留槽４５には、下端が混合層４４内に配され、貯留槽４５内を２分割する隔壁５３が取り付けられている。貯留槽４５の近傍には、貯留槽４５内の混合層４４の上側の隔壁５３で仕切られた一側（以下、単に「貯留槽４５内の一側」とも言う）に上方から処理対処水４１を供給する給水部５４が設けられている。
貯留槽４５には、貯留槽４５内の混合層４４の上側の隔壁５３で仕切られた他側（以下、単に「貯留槽４５内の他側」とも言う）に、重金属類４２が付着したマグネタイト粒子５２が水４１ａ中に浮遊したマグネタイト懸濁水５６を貯留槽４５から送り出す（即ち、マグネタイト粒子５２を送り出す）送出部（取出部の一例）５５が連結されている。

【0039】

そして、貯留槽４５の外側には、送出部５５から送り出されたマグネタイト懸濁水５６を蓄える収容槽５７が設けられている。収容槽５７は、重金属類４２が付着したマグネタイト粒子５２を主成分とする沈殿物を収容槽５７から排出する排出部５８、及び、マグネタイト懸濁水５６からマグネタイト粒子５２を分離して、残った水４１ａを送り出す出水部５９を備えている。

【0040】

給水部５４から供給された処理対象水４１は、隔壁５３によって進行方向が制限されて、混合層４４内に達し、混合層４４内で鉄粒状物４３と反応して、鉄粒状物４３の表面にマグネタイト層４７を形成し、マグネタイト層４７から剥離したマグネタイト粒子５２を水４１ａに浮遊させたマグネタイト懸濁水５６となって、送出部５５に向かう。
本実施の形態では、給水部５４から連続的に処理対処水４１が混合層４４に供給され、送出部５５は、マグネタイト懸濁水５６（即ち、水４１ａに浮遊した、重金属類４２が付着したマグネタイト粒子５２）を連続的に貯留槽４５から収容槽５７に送り出す。

【0041】

以下、重金属類の除去装置４０を利用した処理対象水４１から重金属類４２を取り除く重金属類の除去方法についてまとめると、当該重金属類の除去方法は、複数の鉄粒状物４３及び処理対象水４１の混合層４４を蓄えた貯留槽４５内で、重金属類４２が付着したマグネタイト層４７を鉄粒状物４３の表面に形成させる工程Ｐと、混合層４４を連続的、あるいは、間欠的に攪拌し、鉄粒状物４３を相互に接触させて、マグネタイト層４７を重金属類４２が付着したマグネタイト粒子５２として鉄粒状物４３から剥離させること、及び、鉄粒状物４３のマグネタイト層４７の剥離領域に重金属類４２が付着したマグネタイト層４７を新たに形成させることを繰り返させる工程Ｑと、重金属類４２が付着したマグネタイト粒子５２を貯留槽４５から取り出す工程Ｒとを有することとなる。
そして、本実施の形態では、混合層４４（貯留槽４５）への処理対象水４１の供給、及び、重金属類４２が付着したマグネタイト粒子５２の取り出しを連続的に行っている。

【実施例】

【0042】

次に、本発明の作用効果を確認するために行った第１、第２、第３の実験について説明する。
第１の実験では、マグネタイト懸濁水の製造装置を用いて生成した懸濁水にマグネタイト粒子が含有されていることを確認した。実験の結果、懸濁水には、黒色の懸濁物が含有されているのが視認され、その懸濁物は磁石に引き寄せられることを確認した。
また、濾過によって懸濁水から分離した懸濁物をＸ線回折で同定すると、図６に示す結果が得られた。図６の縦軸は、Ｘ線強度を示し、横軸は、入射Ｘ線方向と回折Ｘ線方向のなす角度を示す。

【0043】

図６に示す結果から、懸濁物のＸ線強度は、マグネタイト特有のピークを有していることが確認され、マグネタイト懸濁水の製造装置によって生成された懸濁水には、マグネタイト粒子が懸濁物として含有されているとの結果を得た。第１の実験で用いた混合層は、含有される鉄粒状物（以下に記載する第３の実験で用いた鉄粒状物についても同じ）が、目開き１．１９ｍｍの篩を通過せず、目開き９．５２ｍｍの篩を全てが通過するものであった。

【0044】

第２の実験では、砒素を含む１０００ｍＬの処理対象水に対し、本実施の形態に係る重金属類の除去方法を適応した場合（以下、「ケース１」とも言う）、及び、処理対象水に複数の鉄片を浸漬した比較例に係る重金属類の除去方法を適応した場合（以下、「ケース２」とも言う）で、処理対象水の砒素濃度をそれぞれ計測し、図７に示す実験結果を得た。なお、第２の実験において、ケース１で用いた混合層は、含有される鉄粒状物が、目開き０．５９ｍｍの篩を通過せず、目開き２．３８ｍｍの篩を全てが通過するものであた。そして、ケース２の処理対象水には、直径が約３ｍｍ、長さが約６０ｍｍの４０本の棒状の鉄片を浸漬した。

【0045】

図７の縦軸は砒素濃度を示し、横軸は時間経過を示している。図７において、折れ線はケース２の処理対象水の砒素濃度の時間経過による推移を表し、グラフの一部を拡大した部分に記載された複数の点は、ケース１による測定を複数回行った結果を示す。
図７に示す結果から、ケース１は、ケース２に比べて、効率的に砒素を除去できるとの結果を得た。

【0046】

また、第３の実験では、所定の流水量で流れる砒素濃度０．２ｍｇ／Ｌの処理対象水に対し、本実施の形態に係る重金属類の除去方法を適用して、処理対象水からの重金属類の除去の処理を行った。
まず、５０Ｌ／分の流水量で流れる処理対象水に対して、重金属類の除去処理を連続的に７時間行い、処理後の処理対象水の砒素濃度を１時間ごとに計測したところ、全ての計測において、砒素濃度は０．００１ｍｇ／Ｌ以下であった。
次に、８０Ｌ／分の流水量で流れる処理対象水に対して、重金属類の除去処理を行い、処理後の処理対象水の砒素濃度を１回計測したところ、砒素濃度は０．００１ｍｇ／Ｌ以下であった。

【0047】

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、マグネタイト懸濁水の製造装置及び重金属類の除去装置における取出部は、マグネタイト懸濁水を貯留槽から送り出す送出部に限定されず、例えば、マグネタイト懸濁水をすくい取るものであってもよい。そして、重金属類の除去装置における取出部は、磁力等を利用して、マグネタイト懸濁水から重金属類が付着したマグネタイト粒子を分離して貯留槽から重金属類が付着したマグネタイト粒子を取り出すものであってもよい。
また、マグネタイト懸濁水の製造装置及び重金属類の除去装置で採用可能な攪拌手段は、上述した構造のものに限定されず、例えば、スクリューを回転させて混合層を攪拌するものであってもよい。

【符号の説明】

【0048】

１０：マグネタイト懸濁水の製造装置、１１：鉄粒状物、１２：水、１３：混合層、１４：マグネタイト層、１５：貯留槽、１６：攪拌手段、１７：マグネタイト粒子、１８：マグネタイト懸濁水、１９：送出部、２１：給水部、２２：隔壁、２３：回転軸、２４：棒材、２５：攪拌部材、２６：モータ、２８：懸濁水収容槽、２９：出水部、３０：マグネタイト懸濁水の製造装置、３１：攪拌手段、３２：回転軸、３３：貯留槽、３４：給水部、３５：送出部、３６：モータ、３７：棒材、３８：フィルタ、４０：重金属類の除去装置、４１：処理対象水、４１ａ：水、４２：重金属類、４３：鉄粒状物、４４：混合層、４５：貯留槽、４６：攪拌手段、４７：マグネタイト層、４８：棒材、４９：回転軸、５０：攪拌部材、５１：モータ、５２：マグネタイト粒子、５３：隔壁、５４：給水部、５５：送出部、５６：マグネタイト懸濁水、５７：収容槽、５８：排出部、５９：出水部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】