CN107848848A - 金属材料絮凝促进层和使用其的水处理装置 - Google Patents

Abstract

金属材料絮凝促进层(202)具有：基材(201)；多孔质载体层(202)，其设置于基材；和，吸附颗粒，其负载于多孔质载体层，且包含选自由Fe₂O₃、Fe₃O₄、Fe(OH)₃和FeOOH组成的组中的至少一种三价铁离子化合物。水处理装置(100)具有：被处理水流路(11、12、13)，其流过包含选自由金属离子、金属颗粒、金属氧化物颗粒和金属氢氧化物颗粒组成的组中的至少一种金属相关物质的被处理水(W)；氧化剂供给部(4)，其向被处理水供给氧化剂O；和，絮凝促进部(2)，其具有金属材料絮凝促进层，且利用氧化剂的作用使被处理水中所含的金属相关物质吸附于吸附颗粒，从而促进金属相关物质的絮凝。

Description

金属材料絮凝促进层和使用其的水处理装置

技术领域

本发明涉及用于净化被处理水的金属材料絮凝促进层、和使用其的水处理装置。

背景技术

一直以来，推进用于净化被处理水的水处理装置的开发。关于水处理装置，例如可以举出如下专利文献1中公开的装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-99612号公报

发明内容

专利文献1中公开的以往的水处理装置一般假定以在公共的水处理设施中进行水的净化为前提的地域中使用。

另一方面，在未推进社会基础的配备的新兴国家等中，也存在许多不具有公共的水处理设施的地域。这样的地域中，有想要通过在各家庭设置水处理装置来净化水的需求。特别是，有想要利用设置于家庭的水处理装置来去除被处理水中所含的金属离子等金属相关物质的需求。然而，为了以符合家庭的水需要的处理时间将金属相关物质从被处理水中去除，根据以往的水处理装置的原理，必须设置大型的储存槽。

然而，一般家庭中，大多情况下不具有适于设置大型的水处理装置的大小的空间。因此，为了应对前述的需求，需要不必设置大型的储存槽就能将被处理水中所含的金属相关物质充分去除至所需程度的水处理装置。因此，寻求能在小的空间内有效地去除被处理水中所含的金属相关物质的水处理装置。

本发明是鉴于这样的现有技术所具有的课题而作出的。而且，本发明的目的在于，提供：能有效地进行金属离子、金属颗粒、金属氧化物颗粒和金属氢氧化物颗粒等金属相关物质的去除的金属材料絮凝促进层；和，使用其的水处理装置。

为了解决上述课题，本发明的第一方案的金属材料絮凝促进层具有：基材；和，设置于基材表面的多孔质载体层。金属材料絮凝促进层还具有吸附颗粒，其负载于多孔质载体层，且包含选自由Fe₂O₃、Fe₃O₄、Fe(OH)₃和FeOOH组成的组中的至少一种三价铁离子化合物。

本发明的第二方案的水处理装置具有：被处理水流路，其流过包含选自由金属离子、金属颗粒、金属氧化物颗粒和金属氢氧化物颗粒组成的组中的至少一种金属相关物质的被处理水；和，氧化剂供给部，其向被处理水供给氧化剂。水处理装置还具有絮凝促进部，其具有第一方案的金属材料絮凝促进层，且利用氧化剂的作用使被处理水中所含的金属相关物质吸附于吸附颗粒，从而促进金属相关物质的絮凝。

附图说明

图1为用于说明本发明的实施方式的水处理装置的整体构成的示意图。

图2为用于说明本发明的实施方式的水处理装置中的水处理的原理的概念图。

图3为用于说明本发明的实施方式的金属材料絮凝促进层的结构的剖视图。

图4为用于说明本发明的实施方式的水处理装置的絮凝促进部中、利用氧化剂的氧化作用、三价铁离子被吸附于负载于多孔质载体的铁氧化物或铁氢氧化物的示意图。

图5为用于说明本发明的实施方式的另一例的水处理装置的整体构成的示意图。

图6为用于说明本发明的实施方式1的水处理装置的整体结构的示意图。

图7为用于说明本发明的实施方式1的水处理装置的氧化剂供给部和混合部的结构的剖视图。

图8为用于说明本发明的实施方式2的水处理装置的整体结构的示意图，为示出被处理水沿顺时针方向流动的图。

图9为用于说明本发明的实施方式2的水处理装置的整体结构的示意图，为示出被处理水沿逆时针方向流动的图。

图10为用于说明本发明的实施方式3的水处理装置的整体结构的示意图。

图11为用于说明实施例中的水处理装置的整体构成的示意图。

图12为示出实施例2中的、残留于处理水的铁的浓度与被处理水中投入的氯浓度的关系的图。

图13为示出实施例2中的、残留于处理水的游离氯的浓度与被处理水中投入的氯浓度的关系的图。

图14为示出关于实施例3、被处理水的流量为0.2L/分钟、0.5L/分钟、0.75L/分钟、1L/分钟、1.5L/分钟、2mL/分钟时的、残留于处理水的铁的浓度与负载有铁化合物的活性炭量的关系的图。

具体实施方式

以下，边参照附图边对本实施方式的水处理装置100进行说明。以下的说明中，对具有同一功能的部位标注同一附图标记，该同一功能的说明如果没有特别必要则不重复。

以下的实施方式的说明中，使用有金属相关物质这样的术语。金属相关物质是指，选自由金属离子M⁺、金属颗粒M、金属氧化物颗粒MO和金属氢氧化物颗粒MOH组成的组中的1种或2种以上的物质。另外，被处理水W包含作为金属相关物质的金属离子M⁺、金属颗粒M、金属氧化物颗粒MO和金属氢氧化物颗粒MOH中的至少任1种。

另外，作为金属相关物质的金属离子M⁺、金属颗粒M、金属氧化物颗粒MO和金属氢氧化物颗粒MOH的任1种被吸附于负载于多孔质载体的金属氧化物颗粒和金属氢氧化物颗粒中的至少任1种。因此，本说明书中，将具有吸附金属相关物质的功能的金属氧化物颗粒和金属氢氧化物颗粒称为吸附颗粒。

如图1所示那样，本实施方式的水处理装置100具备被处理水W流过的被处理水流路11、12、13。在被处理水流路11与被处理水流路12之间连接有混合部1。在被处理水流路12与被处理水流路13之间连接有絮凝促进部2。氧化剂O从氧化剂供给部4向混合部1供给。从絮凝促进部2向被处理水流路13流出的被处理水W利用过滤部3过滤，经由供给流路14，作为处理过的水到达水龙头等。

如图2所示那样，水处理装置100中，包含金属相关物质的被处理水W从被处理水流路11向混合部1流入。即，包含金属离子M⁺、金属颗粒M、金属氧化物颗粒MO和金属氢氧化物颗粒MOH的被处理水W从被处理水流路11向混合部1流入。需要说明的是，被处理水W中所含的金属相关物质中，金属离子M⁺例如为二价铁离子(Fe²⁺)和三价铁离子(Fe³⁺)。金属颗粒M例如为铁(Fe)的颗粒。金属氧化物颗粒MO例如为铁氧化物(FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄)的颗粒。金属氢氧化物颗粒MOH为铁氢氧化物(Fe(OH)₂、Fe(OH)₃、FeO(OH))的颗粒。

氧化剂供给部4将氧化剂O供给至混合部1。混合部1以将被处理水流路11中流过的被处理水W与从氧化剂供给部4供给的氧化剂O混合的方式构成。从混合部1流出的被处理水W经由被处理水流路12流入至絮凝促进部2。

氧化剂O在被处理水W中对金属相关物质产生氧化作用。具体而言，金属相关物质为二价铁离子的情况下，具有氧化为三价铁离子的作用。这样的氧化剂O优选包含臭氧或氯。臭氧和氯能容易添加至被处理水W，使金属相关物质有效地氧化，因此可以优选使用。

作为氧化剂O，优选氯系药剂，特别优选在被处理水W的内部生成次氯酸的物质。作为氧化剂O，可以使用选自由次氯酸钠、次氯酸钙和氯化异氰脲酸组成的组中的至少一种。作为次氯酸钙，可以使用漂白粉(有效氯30％)和高度漂白粉(有效氯70％))中的至少一种。作为氯化异氰脲酸，可以使用选自由三氯异氰脲酸钠、三氯异氰脲酸钾、二氯异氰脲酸钠和二氯异氰脲酸钾组成的组中的至少一种。其中，次氯酸钠为液体，可以使用基于定量泵的注入方式定量地添加至被处理水W中，因此，可以特别优选使用。另外，无机系的高度漂白粉对被处理水W的溶解度非常高，因此，可以发挥高的氧化作用。

如图3所示那样，絮凝促进部2具备金属材料絮凝促进层200，金属材料絮凝促进层200中，经由被处理水流路12流入添加有氧化剂O的被处理水W。而且，金属材料絮凝促进层200具备：基材201；和，设置于基材201内部的多孔质载体层202。

基材201以从被处理水流路12流入的被处理水W透过多孔质载体层202、且从被处理水流路13流出的方式保持多孔质载体层202。作为基材201，例如可以使用内部具有能保持多孔质载体层202的空间的筒体、箱体。另外，作为基材201，可以使用表面能保持多孔质载体层202的框体。需要说明的是，图3所示的絮凝促进部2在金属材料絮凝促进层200中的基材201的上面连接有被处理水流路12，在基材201的下面连接有被处理水流路13。而且，以保持于基材201内部、且构成多孔质载体层202的多孔质载体C不向被处理水流路13流出的方式，设置网203。

多孔质载体层202包含表面负载有吸附颗粒A的多孔质载体C。多孔质载体C可以使用选自由活性炭、二氧化硅、陶瓷和沸石组成的组中的至少一种。多孔质载体C具有将包含氧化剂O的被处理水W的流速维持为一定以上的开口率。另外，多孔质载体C具有充分的表面积和吸附性，使得负载去除金属相关物质M⁺、M、MO、MOH所需的吸附颗粒A。

吸附颗粒A包含金属氧化物颗粒和金属氢氧化物颗粒中的至少任一者。具体而言，吸附颗粒A包含选自由Fe₂O₃、Fe₃O₄、Fe(OH)₃和FeOOH组成的组中的至少一种三价铁离子化合物。

絮凝促进部2从被处理水流路12接收包含氧化剂O的被处理水W。絮凝促进部2利用氧化剂O的作用使被处理水W中所含的金属相关物质吸附于吸附颗粒A。由此，絮凝促进部2在多孔质载体C的表面促进由源自金属相关物质的金属氧化物颗粒MO和金属氢氧化物颗粒MOH形成的混合颗粒的絮凝。

具体而言，如图2所示那样，被处理水W中所含的金属相关物质为铁离子、铁颗粒、铁氧化物和铁氢氧化物的情况下，利用氧化剂O的氧化作用，铁离子被氧化为三价铁离子(Fe³⁺)。而且，吸附颗粒A中所含的三价铁离子化合物成为核，三价铁离子、铁颗粒、铁氧化物和铁氢氧化物吸附于吸附颗粒A的表面。其结果，在吸附颗粒A的表面，金属相关物质生长为由直径φ为1μm以上的铁氧化物的颗粒和铁氢氧化物等形成的絮凝物MDA。需要说明的是，三价铁离子被吸附于吸附颗粒A，但被处理水W中所含的二价铁离子(Fe²⁺)被吸附于构成多孔质载体C的活性炭的表面，生长为絮凝物MDA。

此处，构成吸附颗粒A的金属、与构成被处理水W中所含的金属相关物质的金属优选为同一元素。上述情况下，认为吸附颗粒A具有高的金属相关物质的吸附效果。但是，吸附颗粒A只要能吸附被处理水W中的金属相关物质即可。因此，构成吸附颗粒A的金属与构成金属相关物质的金属也可以不是同一元素。

在多孔质载体C的表面絮凝的絮凝物MDA成为一定程度的大小以上时，如图2所示那样，通过被处理水W的水流从多孔质载体C的表面脱离，与被处理水W一起向下游流动。即，包含絮凝物MDA的被处理水W经由被处理水流路13从絮凝促进部2流入至过滤部3。

过滤部3设置于絮凝促进部2的下游，且捕捉从絮凝促进部2与被处理水W一起流出的絮凝物MDA。本实施方式中，过滤部3为砂过滤部。利用该过滤部3，可以从被处理水W去除絮凝物MDA。其结果，在过滤部3的下游，生成金属离子M⁺、金属颗粒M、金属氧化物颗粒MO和金属氢氧化物颗粒MOH的絮凝物MDA被去除的处理过的水。该处理过的水经由供给流路14供给至水龙头。

接着，使用图4，着眼于被处理水W中的铁离子的去除，对本实施方式的水处理装置100与比较例的水处理装置的差异进行说明。

如图4的(a)所示那样，比较例的水处理装置中，被处理水W包含氧(O₂)，但不包含氧化剂O。使用活性炭作为多孔质载体C的情况下，活性炭具有容易吸附二价铁离子(Fe²⁺)的性质。此处，二价铁离子在水中被氧化而成为三价铁离子(Fe³⁺)的情况下，三价铁离子瞬时与氧结合，变化为微粒状的氧化铁。然而，活性炭比铁离子难以吸附氧化铁微粒，因此，结果大多情况下三价铁离子不被吸附而在活性炭中通过。

如此，二价铁离子被多孔质载体C吸附，但三价铁离子与氧结合而成为数nm水平的氧化铁颗粒，因此，会通过多孔质载体C。为了去除这样的数nm水平的氧化铁颗粒，必须使用反渗透膜(RO膜)等，成本会大幅增大。另外，数nm水平的氧化铁颗粒能使用絮凝剂而粗大化，但由于粗大化而需要长时间放置，因此，去除效率会大幅降低。

另一方面，本实施方式的水处理装置100中，如图4的(b)所示那样，氧化剂O供给至被处理水W中的情况下，二价铁离子被氧化为三价铁离子。而且，三价铁离子被吸附于存在于絮凝促进部2的吸附颗粒A。即，吸附颗粒A包含选自由Fe₂O₃、Fe₃O₄、Fe(OH)₃和FeOOH组成的组中的至少一种三价铁离子化合物。被处理水W中的三价铁离子与吸附颗粒A中的三价铁离子化合物的亲和性高，因此，三价铁离子化合物成为核，吸附于吸附颗粒A的表面。其结果，被处理水W中的铁离子在吸附颗粒A的表面絮凝，生成铁氧化物、铁氢氧化物的絮凝物MDA。另外，利用氧化剂O未被氧化的二价铁离子吸附于多孔质载体C，生成存在于多孔质载体C的表面的吸附颗粒A和絮凝物MDA。

此处，絮凝物MDA的粒径成为数μm水平后，絮凝物MDA从吸附颗粒A的表面脱离。即，被处理水W中的铁离子以铁氧化物、铁氢氧化物的絮凝物MDA的形式在吸附颗粒A的表面絮凝。而且，絮凝物MDA成为数μm以上的情况下，利用被处理水W的水流从吸附颗粒A的表面脱离，到达至过滤部3。然而，由于絮凝物MDA成为数μm以上，因此，即使不使用反渗透膜，也可以用例如砂过滤等容易地去除。

如上述，吸附颗粒A优选包含选自由Fe₂O₃、Fe₃O₄、Fe(OH)₃和FeOOH组成的组中的至少一种三价铁离子化合物。然而，吸附颗粒A更优选包含Fe(OH)₃和FeOOH中的至少任一者。Fe(OH)₃和FeOOH与三价铁离子的亲和性特别高，因此，容易生成絮凝物MDA，可以从被处理水W有效地去除金属相关物质。

需要说明的是，被处理水W中包含铁氢氧化物(Fe(OH)₃)、铁氧化物(Fe₂O₃)和铁(Fe)的颗粒的情况下，铁氢氧化物、铁氧化物和铁的颗粒会通过多孔质载体C。然而，吸附颗粒A也可以吸附铁氢氧化物、铁氧化物和铁的颗粒，因此，可以以絮凝物MDA的形式去除。

被处理水W除铁之外，有时包含砷、锰、二氧化硅、氧化铝等作为金属相关物质。二氧化硅和氧化铝作为悬浮成分使水质恶化。然而，这些金属相关物质可以以通过铁离子混入的形式在吸附颗粒A的表面絮凝，因此，可以与铁一起形成絮凝物MDA而去除。

利用本实施方式的水处理装置100，使包含氧化剂以及铁离子的被处理水W通过以高密度存在有包含三价铁离子化合物的吸附颗粒的多孔质载体层202。由此，二价铁离子吸附于多孔质载体C的表面。另外，三价铁离子吸附于附着于多孔质载体C的表面的作为吸附颗粒A的铁氧化物的颗粒或铁氢氧化物的颗粒等。其结果，在多孔质载体C的表面金属相关物质的絮凝得到促进。由此，无论被处理水W中所含的铁离子的价数如何，可以去除铁离子直至所需程度。

利用图5，对本实施方式的另一例中的水处理装置100的整体构成进行说明。如图5所示那样，另一例的水处理装置100中，氧化剂O包含氯。包含氯的氧化剂O如上述那样进行金属相关物质的絮凝的促进，并且可以进行被处理水W的杀菌。另外，另一例的水处理装置100中，铁的纤维材料设置于混合部1。由此，混合部1中，铁离子和铁的颗粒供给至被处理水W。需要说明的是，铁的颗粒在被处理水W中变化为铁离子、铁氧化物的颗粒和铁氢氧化物的颗粒。

一般来说，使用有水处理装置100的环境中，成为被处理水W的原水包含金属离子M⁺、金属颗粒M、金属氧化物颗粒MO和金属氢氧化物颗粒MOH中的至少一种作为金属相关物质。例如该原水包含铁离子、铁的颗粒、铁氧化物的颗粒和铁氢氧化物的颗粒中的至少一种。上述情况下，水处理装置100中，如上述，利用氯的氧化作用和金属材料絮凝促进层200，可以从原水去除三价铁离子、铁的颗粒、铁氧化物的颗粒和铁氢氧化物的颗粒。需要说明的是，二价铁离子可以利用多孔质载体C的吸附作用从原水被去除。

另一方面，成为被处理水W的原水有时基本不含铁离子、铁的颗粒、铁氧化物的颗粒和铁氢氧化物的颗粒的任1种。如上述，砷、锰、二氧化硅、氧化铝等铁以外的金属相关物质以混入至铁离子的形式在吸附颗粒A的表面絮凝而被去除，因此，原水不含铁的情况下，有难以去除这些金属相关物质的可能性。因此，优选的是，在被处理水W中特意地添加铁，容易去除这些金属相关物质。图5所示的水处理装置100中，将用于向被处理水W供给铁的纤维材料设置于混合部1。

图5所示的例中，由于铁的纤维材料与氯反应，因此二价铁离子和三价铁离子溶出至被处理水W。另外，被处理水W中，三价铁离子、铁的颗粒、铁氧化物的颗粒和铁氢氧化物的颗粒被吸附于金属材料絮凝促进层200中的吸附颗粒A。上述情况下，吸附颗粒A包含选自由Fe₂O₃、Fe₃O₄、Fe(OH)₃和FeOOH组成的组中的至少一种三价铁离子化合物。

本实施方式的另一例的水处理装置100对于被处理水W从铁的纤维材料积极地添加铁离子、铁的颗粒、铁氧化物的颗粒和铁氢氧化物的颗粒。由此，在吸附颗粒A的表面特意地促进铁氧化物的颗粒和铁氢氧化物的颗粒的絮凝，能去除砷、锰、二氧化硅、氧化铝等除铁以外的金属相关物质。

利用上述本实施方式的另一例的水处理装置100，利用氯的氧化作用，可以在不设置大型的储存槽的情况下从被处理水W去除金属相关物质直至所需程度。因此，利用水处理装置100，可以提高金属相关物质的去除的空间效率。另外，利用铁的纤维材料以铁离子的形式溶出至被处理水W的操作，可以从被处理水W去除微细颗粒。

以下，对本实施方式的水处理装置100的具体构成进行说明。

(实施方式1)

利用图6和图7，对实施方式1的水处理装置100进行说明。如图6所示那样，实施方式1的水处理装置100中，絮凝促进部2和过滤部3设置于1个储存槽10内。而且，被处理水流路13设置于储存槽10内，且是储存槽10内的絮凝促进部2与过滤部3的边界部。

在被处理水流路11设有泵P1。泵P1将被处理水W从井等送至混合部1。在储存槽10内，从混合部1流出的被处理水W经由被处理水流路12从储存槽10的上部流入至储存槽10内。在储存槽10内，被处理水W从上方向下方落下。此时，落下的被处理水W通过絮凝促进部2和过滤部3。之后，处理过的水从储存槽10的下部向外部流出，经由供给流路14，供给至水龙头。

实施方式1中，混合部1和氧化剂供给部4被一体化。混合部1具备具有盖部22的混合氧化罐23。氧化剂供给部4是作为设置于混合部1内的氧化剂O的片剂状的氯系药剂24本身。在混合部1内，设置与片剂状的氯系药剂24一起向被处理水W供给铁离子和铁颗粒的纤维状的铁25。

如图7所示那样，在混合部1内，被处理水W从被处理水流路11向混合氧化罐23内的空间21喷出。之后，被处理水W与设置于混合氧化罐23的下部的片剂状的氯系药剂24和纤维状的铁25接触。由此，片剂状的氯系药剂24和纤维状的铁25向被处理水W供给氧化剂O以及铁离子和铁颗粒。

需要说明的是，片剂状的氯系药剂24和纤维状的铁25被设置于从混合氧化罐23至被处理水流路12的通路的网26所捕捉，因此，不会向下游的被处理水流路12流动。作为氯系药剂24，优选使用氯化异氰脲酸，例如更优选使用二氯异氰脲酸钠、三氯异氰脲酸钠，特别优选使用三氯异氰脲酸钠。三氯异氰脲酸钠对水的溶解度低，因此，作为片剂状的氯系药剂24使用时，可以历经长期地继续添加少量的药剂。

如此，实施方式1中，混合氧化罐23中使氯系药剂24与纤维状的铁25相邻地配置。因此，利用氯系药剂24的效果，铁离子、铁、铁氧化物和铁氢氧化物容易从铁25溶出，可以有效地进行对被处理水W的氧化剂O、以及铁离子、铁、铁氧化物和铁氢氧化物的添加。另外，如上述，成为被处理水W的原水基本不含铁离子、铁、铁氧化物和铁氢氧化物的情况下，通过使用实施方式1的水处理装置100，也可以向被处理水W特意地添加铁。其结果，可以去除砷、锰、二氧化硅、氧化铝等除铁以外的金属相关物质。

(实施方式2)

利用图8和图9，对实施方式2的水处理装置100进行说明。水处理装置100还具备流路切换阀50和排水口17。流路切换阀50与被处理水流路12和供给流路14连接。混合部1与流路切换阀50通过被处理水流路12a连接。流路切换阀50与储存槽10通过被处理水流路12b连接。另外，储存槽10与流路切换阀50通过供给流路14a连接。流路切换阀50与水龙头16通过供给流路14b连接。流路切换阀50也与排水口17连接。流路切换阀50是所谓五方阀。

流路切换阀50用于切换如下状态：图8所示的被处理水W从絮凝促进部2向过滤部3的沿顺时针方向X流动的状态；和，图9所示的被处理水W从过滤部3向絮凝促进部2的沿逆时针方向Y流动的状态。顺时针方向X的流动的情况下，如图8所示那样，被处理水W以混合部1、流路切换阀50、絮凝促进部2、过滤部3、流路切换阀50和水龙头16的顺序依次流动。逆时针方向Y的流动的情况系，如图9所示那样，被处理水W以混合部1、流路切换阀50、过滤部3、絮凝促进部2、流路切换阀50和排水口17的顺序依次流动。

在被处理水W沿逆时针方向Y流动的状态下，排水口17安装位于絮凝促进部2的下游，将被处理水W排出至外部。因此，利用水处理装置100，可以对过滤部3进行逆流清洗。另外，过滤部3的逆流清洗时，附着于过滤部3的吸附颗粒A被吸附于吸附于絮凝促进部2的吸附颗粒A。其结果，可以使絮凝促进部2的吸附颗粒A的能力恢复。

此处，絮凝促进部2例如具有包含一组粒状体的多孔质载体C，过滤部3例如具有包含一组砂粒的砂过滤部。絮凝促进部2的一组粒状体的密度小于过滤部3的一组砂粒的密度。因此，在储存槽10内的水中，絮凝促进部2的一组粒状体比过滤部3的一组砂粒安装位于上侧。另外，构成絮凝促进部2的一组粒状体与构成过滤部3的一组砂粒彼此在上下方向上以并列的方式堆积。因此，可以使水处理装置100小型化。另外，即使对过滤部3进行逆流清洗，构成絮凝促进部2的一组粒状体与构成过滤部3的一组砂粒也利用重力自然地维持彼此配置。

构成过滤部3的一组砂粒例如为锰砂。而且，锰砂的密度为2.57～2.67g/cm³。锰砂的锰附着量为0.3mg/g以上。其中，过滤部3可以由一般的过滤砂(2.5g/cm³)形成。另外，对于包含构成絮凝促进部2的一组粒状体的多孔质载体C的密度，例如活性炭的情况下为0.5g/cm³，沸石的情况下为0.9～1.1/cm³，二氧化硅的情况下为2.2g/cm³，陶瓷的情况下为0.7g/cm³。

(实施方式3)

利用图10，对实施方式3的水处理装置100进行说明。水处理装置100还具备如下还原剂吸附部18：设置于混合部1的上游的被处理水流路11，且将作为被处理水W中所含的还原剂的氨吸附。因此，可以抑制混合部1中的氧化剂O由于被处理水W中的氨的氧化而被消耗。还原剂吸附部18是包含钠离子、且将该钠离子与被处理水W中的铵离子置换，从而将被处理水W中的氨吸附的沸石。

水处理装置100具备使沸石的氨吸附效果再生的再生液供给部19。再生液供给部19通过向沸石供给包含氯化钠的再生液，从而使新的钠离子吸附于还原剂吸附部18。由此，可以维持基于还原剂吸附部18的氨的吸附效果。

实施例

以下，根据实施例对本实施方式进一步进行详细说明，但本实施方式不限定于这些实施例。

[实施例1]

首先，如下所述，对作为多孔质载体的活性炭负载作为吸附颗粒的铁化合物。首先，向内径为Φ50mm、容量为1L的圆筒型处理槽中放入活性炭300mL。需要说明的是，活性炭使用粒径Φ为0.5mm～2.3mm的活性炭。接着，向圆筒型处理槽的内部的活性炭中连续通水包含二价铁离子0.7ppm的水和次氯酸钠溶液，在处理槽内，使活性炭、水和次氯酸钠溶液充分接触。水的通水流量设为6L/分钟，按照处理槽内的游离氯浓度以5ppm维持的方式对次氯酸钠溶液的注入量进行定量控制。进行该水和次氯酸钠溶液的注入处理10小时，对活性炭负载铁化合物。

接着，使用如上述得到的负载有铁化合物的活性炭，制作图11所示的水处理装置。而且，为了确认金属材料絮凝促进层的除铁性能，进行了与现有技术的比较。作为现有技术，与用氧化剂促进铁的絮凝使颗粒生长后、用过滤砂过滤的高速过滤进行比较。

比较实验是使用图11所示的水处理装置进行的。絮凝促进部和砂过滤槽使用内径Φ为50mm且容量为1L的圆筒型的容器。而且，在该容器的内部放入过滤砂砾(Φ2～4mm)100mL、和负载有铁化合物的活性炭300mL，制作具备金属材料絮凝促进层的絮凝促进部。需要说明的是，过滤砂砾使用粒径Φ为2mm～4mm的过滤砂砾。进而，在该容器的内部放入过滤砂砾100mL、和锰砂(Φ0.35mm)300mL，制作砂过滤槽。需要说明的是，过滤砂砾使用粒径Φ为2mm～4mm的过滤砂砾，锰砂使用粒径Φ为0.35mm的锰砂。

然后，如图11所示那样，利用被处理水流路，将絮凝促进部配置于砂过滤槽的上游侧，在絮凝促进部的上游侧设置作为被处理水的原水的供给泵、和氧化剂的定量注入机构。氧化剂使用氯浓度为10000ppm的次氯酸钠溶液。需要说明的是，在次氯酸的注入机构与絮凝促进部之间、和絮凝促进部与砂过滤槽之间设有旁路线(BL)。BL的容量成为1L，使得通过BL与絮凝促进部中的任意流路，总计容量也相同。

作为实验项目，进行絮凝促进部的有无与氯供给的有无的组合共计4次。作为现有技术的高速过滤相当于无絮凝促进部、且有作为氧化剂的氯的情况。另外，使用本实施方式的絮凝促进部的过滤相当于有絮凝促进部、且有氯的情况。需要说明的是，作为原水，使用铁浓度为0.72ppm的水，原水流量设为1L/分钟。进行氯供给时，以投入量成为30ppm的方式进行控制。

表1中，示出各处理水中所含的铁浓度。对于作为现有技术的高速过滤(无絮凝促进部、有氯)，铁浓度成为0.47ppm。认为这是由于：一部分铁由于氯的效果而颗粒生长，利用砂过滤部过滤，但为了进行充分的除铁，颗粒生长的时间、即砂过滤槽的前段的容量不足的结果。

与此相对，在砂过滤槽前使用絮凝促进部的情况(有絮凝促进部、有氯)下，铁浓度成为0.16ppm，确认到除铁性能的提高。认为这是由于，絮凝促进部使铁的絮凝加速，经过过滤的铁的量增加的结果，确认到絮凝促进部对除铁处理的效果。另外，仅使用絮凝促进部的情况(有絮凝促进部、无氯)下，引起铁浓度微量的降低，也确认到以单独絮凝促进部的颗粒生长加速的效果。

[表1]

如以上确认了：通过在砂过滤槽的上游具备本实施方式的絮凝促进部，与仅使用氧化剂的情况相比，铁的颗粒生长得到加速，基于过滤的除铁性能得到大幅提高。

[实施例2]

如实施例1中所说明那样，确认了，使用絮凝促进部的除铁处理中，通过使用氧化剂(氯)，铁的颗粒生长得到进一步加速。接着，为了考察氯的必要量，使用实施例1的水处理装置，使投入氯浓度变为10ppm、20ppm、30ppm、40ppm，进行所得处理水中的铁浓度和游离氯浓度的评价。需要说明的是，与实施例1相同地，负载有铁化合物的活性炭的量设为300mL，被处理水的流量设为1L/分钟。

如图12所示那样，投入氯量为30ppm以上的情况下，处理水中的铁浓度降低至0.2ppm左右。日本国内的铁的水质基准为0.3ppm以下，因此，可以进行除铁处理直至满足其的水质。另外，如图13所示那样，确认了，处理水中的游离氯浓度在投入氯量为30ppm以上时骤增。根据这些结果可知，本实施例中，通过游离氯为一定浓度(2～5ppm)以上，从而可以进一步发挥絮凝促进部中的颗粒生长效果。

此处，铁的氧化以外作为氯被消耗的因素，考虑了被处理水中所含的氨、有机物等的分解。可知，此次实施例中使用的原水中包含氨成分，认为投入氯的大部分被氨成分的氧化所消耗。假定本实施方式的水处理装置处理的原水的水质根据设置的场所等情况而不同，有机物等的含量也不一定。因此，投入氯量必须根据处理的原水的水质而每次调整。

[实施例3]

实施例3中，考察被处理水的流量和负载有铁化合物的活性炭的量对絮凝促进部的性能的影响。首先，制作负载有铁化合物的活性炭量分别为50mL、100mL、200mL、300mL的絮凝促进部，使用各絮凝促进部得到实施例1的水处理装置。然后，向该水处理装置以0.2L/分钟、0.5L/分钟、0.75L/分钟、1L/分钟、1.5L/分钟、2mL/分钟的流量通水铁浓度为0.72ppm的原水，考察除铁性能。图14中示出各流量下的、残留于处理水的铁的浓度与负载有铁化合物的活性炭量的关系。需要说明的是，对被处理水的投入氯浓度设为40ppm。

如图14所示那样可知，活性炭量为50mL、100mL、200mL、300mL的全部中，即使改变被处理水的流量，也能降低处理水中的铁浓度。特别是，活性炭量为50mL和100mL的情况下，在各流量下可以分别得到良好的除铁结果。另外，关于流速，在活性炭量为100mL下，0.75L/分钟的情况下，显示出最良好的除铁性能。需要说明的是，图14所示的除铁性能的差异认为是由于，投入的氯被活性炭消耗的结果，认为被处理水的流量、活性炭量优选调整为保持前述游离氯浓度的范围。

如以上可知，对于除铁性能，虽然活性炭量和被处理水的流量有一定的关系，但是通过使用絮凝促进部，可以有效地除铁。另外，此次实验使用铁浓度为0.72ppm左右的原水，但充分假定原水中的铁浓度如果不同，则图14的结果也改变，因此，最终的水处理装置的设计必须根据实际的原水规格而进行。

以下，记载本实施方式的金属材料絮凝促进层和水处理装置的特征构成和由其得到的效果。

(1)金属材料絮凝促进层200具有：基材201；和，设置于基材201的多孔质载体层202。金属材料絮凝促进层200还具有如下吸附颗粒：负载于多孔质载体层202，且包含选自由Fe₂O₃、Fe₃O₄、Fe(OH)₃和FeOOH组成的组中的至少一种三价铁离子化合物。通过这样的构成，可以使被处理水W中所含的金属相关物质M⁺、M、MO、MOH在吸附颗粒的表面吸附并絮凝。其结果，金属相关物质的絮凝物MDA的粒径成为数μm水平，容易从被处理水W分离，可以降低被处理水W中所含的金属相关物质的浓度。

(2)吸附颗粒包含Fe(OH)₃和FeOOH中的至少任一者。Fe(OH)₃和FeOOH与金属相关物质的亲和性高，能容易吸附，因此，可以有效地生成金属相关物质的絮凝物MDA。

(3)多孔质载体层202包含活性炭。活性炭的比表面积高，因此，可以使吸附颗粒以高浓度负载。另外，活性炭吸附二价铁离子，因此，可以容易去除被处理水中的二价铁离子。

(4)水处理装置100具备：被处理水流路11、12、13、氧化剂供给部4和絮凝促进部2。被处理水流路11、12、13流过包含选自由金属离子M⁺、金属颗粒M、金属氧化物颗粒MO和金属氢氧化物颗粒MOH组成的组中的至少一种金属相关物质的被处理水W。氧化剂供给部4向被处理水W供给氧化剂O。絮凝促进部2具有金属材料絮凝促进层200，利用氧化剂O的作用使被处理水W中所含的金属相关物质吸附于吸附颗粒A，从而促进金属相关物质的絮凝。

根据上述构成，包含吸附有金属相关物质的金属氧化物颗粒的絮凝物MDA的被处理水W从絮凝促进部2流出。因此，如果利用设置于絮凝促进部2的下游的过滤部3捕捉絮凝物MDA，则可以从被处理水W更多地去除金属相关物质。因此，可以提高金属相关物质从被处理水W的去除的空间效率。

(5)氧化剂O可以包含臭氧或氯。由此，可以进行被处理水W的杀菌和金属相关物质的絮凝的促进这两者。

(6)水处理装置100优选还具备过滤部3，所述过滤部3设置于絮凝促进部2的下游，且将从絮凝促进部2流出的金属相关物质的絮凝物MDA与被处理水W一起进行过滤。由此，利用过滤部3，可以从被处理水W去除金属相关物质的絮凝物MDA。其结果，可以生成金属相关物质的絮凝物MDA被去除的水。

日本特愿2015-116729号(申请日：2015年6月9日)和日本特愿2015-176427号(申请日：2015年9月8日)的全部内容引入至此。

以上，根据实施例对本实施方式的内容进行了说明，但本实施方式不限定于这些记载，本领域技术人员显而易见地可以进行各种变形和改良。

产业上的可利用性

根据本发明，可以提高选自由金属离子、金属颗粒、金属氧化物颗粒和金属氢氧化物颗粒组成的组中的1或2种以上的金属相关物质的去除的空间效率。

附图标记说明

2 絮凝促进部

3 过滤部

4 氧化剂供给部

11、12、13 被处理水流路

100 水处理装置

200 金属材料絮凝促进层

201 基材

202 多孔质载体层

A 吸附颗粒

MDA 絮凝物

O 氧化剂

W 被处理水

Claims (6)

1.一种金属材料絮凝促进层，其具有：

基材；

多孔质载体层，其设置于所述基材；和，

吸附颗粒，其负载于所述多孔质载体层，且包含选自由Fe₂O₃、Fe₃O₄、Fe(OH)₃和FeOOH组成的组中的至少一种三价铁离子化合物。

2.根据权利要求1所述的金属材料絮凝促进层，所述吸附颗粒包含Fe(OH)₃和FeOOH中的至少任一者。

3.根据权利要求1或2所述的金属材料絮凝促进层，其中，所述多孔质载体层包含活性炭。

4.一种水处理装置，其具有：

被处理水流路，其流过包含选自由金属离子、金属颗粒、金属氧化物颗粒和金属氢氧化物颗粒组成的组中的至少一种金属相关物质的被处理水；

氧化剂供给部，其向所述被处理水供给氧化剂；和，

絮凝促进部，其具有权利要求1至3中任一项所述的金属材料絮凝促进层，且利用所述氧化剂的作用使所述被处理水中所含的所述金属相关物质吸附于所述吸附颗粒，从而促进所述金属相关物质的絮凝。

5.根据权利要求4所述的水处理装置，其中，所述氧化剂包含臭氧或氯。

6.根据权利要求4或5所述的水处理装置，其还具备过滤部，所述过滤部设置于所述絮凝促进部的下游，且将从所述絮凝促进部流出的所述金属相关物质的絮凝物与所述被处理水一起进行过滤。