CN110520385A - 可溶性锰的去除方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可溶性锰的去除方法，包括将被处理水、平均粒度为0.1μm以上10μm以下的微粉末活性炭以及氧化剂进行混合而得到水‑活性炭混合物的混合步骤和将水‑活性炭混合物进行膜过滤处理而得到处理水的膜过滤步骤。

Description

可溶性锰的去除方法

技术领域

本发明涉及可溶性锰的去除方法，具体涉及一种包括利用活性炭对含有可溶性锰的原水进行处理的可溶性锰的去除方法。

背景技术

作为用于在净水场等将原水进行过滤得到过滤水的过滤方法，通常可以采用利用过滤砂等粒状的过滤材料的急速过滤处理。此处，在对于含有可溶性锰的原水添加氯气时，相应的急速过滤处理中，由于添加氯气使得过滤砂等粒状过滤材料变成锰催化剂，从而可以去除原水中的可溶性锰。

近年来，在净水场等引入膜处理工艺而受到关注(例如，参考专利文献1及专利文献2)。膜处理工艺中，由于不能通过过滤直接去除原水中的可溶性锰，需要针对原水中的可溶性锰的措施。专利文献1中所记载的处理方法中，对于原水添加氯气并进行混合得到处理对象水，将该处理对象水与固体的二氧化锰表面接触，进行膜过滤。另外，专利文献2所记载的处理方法中，将原水中的可溶性锰的至少一部分通过氯气被氧化成二氧化锰，此后投入粉末碳去除有机物以抑制消毒中的副产物的生成，此后对被处理水进行膜处理、生物处理。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-87787号公报

专利文献2：日本特开2003-230895号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，根据专利文献1的处理方法，需要大规模的处理设备，在成本方面、设置场地方面还有改善的余地。另外，根据专利文献2的处理方法，由于伴随着生物处理，在冬季等低温条件下的处理性能还存在改善的余地。进一步，专利文献1及专利文献2的处理方法不能充分去除原水中以溶解状态存在的可溶性锰。

为此，本发明的目的在于提供过一种可溶性锰的去除方法，通过水处理设备的小型化来提高水处理效率，同时能够充分降低所得到的处理水中的可溶性锰浓度。

解决课题的方法

为了达成上述目的，本发明人等进行了反复研究。为此，本发明人等发现在使用特定尺寸的粉末活性炭的情况下，能够显著提高可溶性锰的除去性能，从而完成了本发明。

即，本发明以有利地解决上述课题为目的，本发明的可溶性锰的去除方法的特征在于，包括将被处理水、平均粒度为0.1μm以上10μm以下的微粉末活性炭以及氧化剂进行混合而得到水-活性炭混合物的混合步骤以及将水-活性炭混合物进行膜过滤处理而得到处理水的膜过滤步骤。由此，在进行膜过滤之前将上述预定粒度的微粉末活性炭、氧化剂对被处理水进行混合，在因水处理设备的小型化而提高水处理效率的同时，能够充分降低所得到的处理水中的可溶性锰浓度。

需要说明的是，本说明书中，活性炭的“平均粒度”是根据JIS Z 8825的激光衍射散射法测定的粒径分布(体积标准)中，从粒径小一侧计算的累计体积为50％时的体积平均粒径D50的值。

此处，本发明的可溶性锰的去除方法中，优选地，在上述混合步骤中，所述微粉末活性炭的投入量为0.5mg/L以上30mg/L以下。通过使得混合步骤中微粉末活性炭的投入量处于上述范围内，不仅能够使得可溶性锰有效且迅速地不溶化，同时能够更充分地降低可溶性锰浓度。

另外，本发明的可溶性锰的去除方法中，优选地，在所述混合步骤中，对所述被处理水添加所述氧化剂之后，添加所述微粉末活性炭。这是因为，通过在混合步骤中在添加氧化剂之后添加微粉末活性炭，能够提高被处理水中可能含有的臭气物质的去除效率。

另外，本发明的可溶性锰的去除方法中，优选地，从添加所述氧化剂的时刻直至所述膜过滤步骤结束时刻为止的滞留时间为1分钟以上30分钟以下。通过使添加氧化剂的时刻直至膜过滤步骤结束时刻为止的滞留时间为上述范围内，能够获得更充分的可溶性锰除去效果。

另外，本发明的可溶性锰的去除方法中，优选地，所述氧化剂为含氯氧化剂，还包括氧化剂投入量确定步骤，确定所述氧化剂投入量以使得所述处理水中的残留氯浓度为1mg/L以下。通过确定氧化剂的投入量以使得处理水中的残留氯浓度为1mg/L以下，能够避免在混合步骤中投入过量的氧化剂，并有效地去除可溶性锰。

发明效果

根据本发明，在通过水处理设备的小型化而提高水处理效率的同时，能够充分降低所得到的处理水中的可溶性锰浓度。

附图说明

图1是显示能够实施本发明的可溶性锰的去除方法的水处理装置的结构示意图的一例。

图2是显示处理水中可溶性锰浓度与滞留时间的关系的曲线图。

具体实施方式

以下，对于本发明的实施方式，基于附图进行详细说明。需要说明的是，本发明不限于如下所示的实施方式。本发明的可溶性锰的去除方法，只要是必须对含可溶性锰的被处理水进行处理的即可，没有特殊限制，可以用于任意用途。更具体而言，本发明的可溶性锰的去除方法可以用于在上水处理、用水处理、下水处理、排水处理等各种水处理中去除被处理水中的可溶性锰。

本发明的可溶性锰的去除方法不限于特殊的装置结构，但是，可以通过例如图1所示的示意结构的水处理装置来实施。图1所示的水处理装置100包括混合槽10、膜过滤装置20。并且，混合槽10包括氧化剂供给装置11、活性炭箱12和将由该活性炭箱12所提供的活性炭进行粉碎的粉碎装置13。含有可溶性锰的被处理水经过被处理水线31提供给混合槽10，在混合槽10内受到未图示的搅拌桨等搅拌机构产生的搅拌作用，与氧化剂及微粉末活性炭混合，成为水-活性炭混合物，经过水-活性炭混合物线32被输送至膜过滤装置20。并且，水-活性炭混合物经由膜过滤装置20被膜过滤，成为处理水并通过处理水线33流出。

对于被处理水，混合槽10只要能够对氧化剂及微粉末活性炭进行混合即可，没有特殊限制，可以使用各种水处理设备中通常采用的水槽。进一步，混合槽10的内部被分割成多个区域，可以分别具有不同顺序的被处理水与氧化剂进行混合的氧化剂混合区域以及被处理水与微粉末活性炭进行混合的活性炭混合区域等。需要说明的是，虽然关系到后述的氧化剂及微粉末活性炭的添加顺序，但在具有该多个区域的情况下，优选地，从被处理水的流动方向来看，在上游侧配置氧化剂混合区域，在其下游侧配置活性炭混合区域，构成为对于氧化剂与被处理水的混合物能够混合微粉末活性炭。进一步，混合槽10也可以不构成所谓的“水槽”。即，混合槽10当然也可以代替使用如下结构，即，在输送被处理水的线内能够依次或者同时对于被处理水添加氧化剂及微粉末活性炭的结构。另外，当然还可以构成为，在作为所述水槽而构成的混合槽10内添加微粉末活性炭，在混合槽10的前段侧对于被处理水线连接氧化剂供给装置11以对被处理水添加氧化剂。

氧化剂供给装置11，如后所述，包括可储存各种氧化剂的箱以及从箱可释放预定量的氧化剂的未图示的氧化剂供给机构。通过氧化剂供给装置11能够对混合槽10提供预定量的氧化剂。

活性炭箱12是可以储存活性炭的箱，包括可以从箱对粉碎装置13提供预定量的活性炭的未图示的活性炭供给机构。粉碎装置13没有特殊限制，可以为湿式粉碎装置。需要说明的是，作为粉碎装置13，没有特殊限定，可以适用珠磨机、滚动球磨机、振动球磨机、立式球磨机或喷射磨机等微粉碎装置。

膜过滤装置20是发挥如下功能的膜过滤装置，即：通过过滤膜将内部分未一次侧区域与二次侧区域，将从一次侧区域导入的被过滤对象经过过滤膜进行过滤并流入二次侧区域得到过滤水。作为过滤膜，可以列举例如超滤膜(Microfiltration Membrane：MF膜)。

以下，作为一例，对于利用如上所述的图1所示的水处理装置100实施的本发明的可溶性锰的去除方法进行说明。本发明的可溶性锰的去除方法包括将被处理水、平均粒度为0.1μm以上10μm以下的微粉末活性炭以及氧化剂进行混合而得到水-活性炭混合物的混合步骤和将水-活性炭混合物进行膜过滤而得到处理水的膜过滤步骤。这样，在本发明的可溶性锰的去除方法中，通过使用平均粒度为0.1μm以上10μm以下的微粉末活性炭，能够进一步加速可溶性锰的不溶化。

此处，可溶性锰的不溶化能够加速是指氧化剂、微粉末活性炭等添加剂与被处理水之间的反应时间能够缩短。通常，为了延长反应时间，采用将使得水处理装置100处的如混合槽10这样的用于确保添加剂与被处理水的反应时间的装置结构部大型化。因此，本发明的可溶性锰的去除方法能够使可溶性锰的不溶化加速，从而缩短添加剂与被处理水之间的反应时间，这意味着如混合槽10这样的装置结构部能够小型化。这一点，鉴于近年来对于水处理设备的小型化的要求增强，是非常有利的。进一步，根据本发明的可溶性锰的去除方法能够缩短添加剂与被处理水之间的反应时间，因此在被处理水含有有机物的情况下，能够抑制作为添加剂之一的氧化剂与有机物反应生成所不希望的物质。更具体而言，作为氧化剂通常使用的含氯氧化剂与有机物反应时，存在作为副产物生成三卤甲烷的情况，但是在本发明中由于能够缩短氧化剂与被处理水之间的反应时间，即使在对于含有有机物的被处理水添加含氯氧化剂的情况下，也能够抑制三卤甲烷的生成。

以下，对于本发明的可溶性锰的去除方法中所包含的各步骤进行详细说明。

首先，在混合步骤中，在混合槽10将被处理水、平均粒度为0.1μm以上10μm以下的微粉末活性炭以及氧化剂进行混合，得到水-活性炭混合物。在混合步骤将这些物质进行混合，由此能够在微粉末活性炭表面上使得可溶性锰高效不溶化。需要说明的是，对于被处理水，添加微粉末活性炭及氧化剂时的添加顺序没有特别限制，可以先添加任一个，也可以两者同时添加。其中，优选地，对于被处理水，在添加氧化剂之后添加微粉末活性炭。添加氧化剂之后再添加微粉末活性炭这一添加顺序，在被处理水中含有除了可溶性锰之外的臭气物质的情况下，能够提高该臭气物质的去除效率。其原因尚且不明确，但是推测这是因为，在臭气物质以包含在微生物等组织内的状态下存在于被处理水中时，在微粉末活性炭之前先添加氧化剂，由此对微生物进行氧化处理从而使得微生物的组织内所含有的臭气物质的至少一部分被释放到组织之外(即被处理水中)，从而使其能够与微粉末活性炭接触。换言之，可以推测为这是由于，使微生物中所包含的臭气物质的至少一部分释放于被处理水中，臭气物质被微粉末活性炭处理从而能够创建一个友好的环境。

并且，混合步骤所使用的微粉末活性炭，优选地，平均粒度为5μm以下，更优选为3μm以下。通过使用平均粒度为5μm以下的微粉末活性炭，能够更高效地使可溶性锰不溶化。因此，能够进一步缩短从混合槽10至膜过滤装置20的滞留时间。另外，由此，能够进一步使水处理装置100小型化。

微粉末活性炭可以通过如下方法调制，即：以例如椰壳碳、煤、锯末、木材片等碳素物质为原始材料，通过氯化锌、磷酸等实施化学活化处理，或者通过水蒸汽、二氧化碳、空气、燃烧气体等实施物理活化处理，将所得到的活性炭使用粉碎装置13进行粉碎以得到上述的平均粒度。微粉末活性炭具有多孔质结构。另外，微粉末活性炭的比表面积通常为500m²/g以上2500m²/g以下。

需要说明的是，根据导入至混合槽10之前的被处理水中的可溶性锰浓度及臭气物质的浓度以及在混合槽10内通过混合氧化剂与被处理水而生成的浆料的浓度(以下，简称做“浆料浓度”)等，粉碎装置13可以增减通过粉碎所得到的微粉末活性炭的粒度。另外，根据经过膜过滤装置20的处理水中的可溶性锰浓度及臭气物质的浓度以及浆料浓度等，粉碎装置13可以增减通过粉碎得到的微粉末活性炭的粒度。例如，在被处理水中的可溶性锰浓度高的情况下、在处理水中的可溶性锰浓度高的情况下以及在浆料浓度高的情况下，粉碎装置13可以改变粉碎条件以使得微粉末活性炭的粒度变得较小。另外，活性炭箱12所具有的未图示的活性炭供给机构可以根据上述各种浓度来增减活性炭的供给量。

由此，通过对微粉末活性炭的粒度、供给量的动态控制，在被处理水中的性状发生变化的情况下，能够随之使得可溶性锰处理条件最优化。

并且，在混合步骤中，微粉末活性炭的投入量优选为0.5mg/L以上，更优选为1mg/L以上，优选为30mg/L以下，更优选为5mg/L以下。通过使得微粉末活性炭的投入量处于上述范围内，能够使得可溶性锰迅速地不溶化，能够更充分地降低可溶性锰浓度。需要说明的是，即使投入过量的微粉末活性炭，由于可溶性锰去除效果饱和，因此上述上限值以下的投入量从成本效益角度考虑，是优选的。

该微粉末活性炭的投入量可以通过氧化剂供给装置11所具有的供给机构来进行调节。进一步，氧化剂供给装置11可以根据导入混合槽10之前的被处理水中的可溶性锰浓度、臭气物质的浓度来增减氧化剂的供给量。另外，氧化剂供给装置11可以根据经过膜过滤装置20的处理水中的可溶性锰浓度、臭气物质的浓度来增减氧化剂的供给量。更具体而言，在被处理水中的可溶性锰浓度高的情况下、在处理水中的可溶性锰浓度高的情况下，氧化剂供给装置11可以增加氧化剂的投入量。如此，通过动态地控制氧化剂投入量，在被处理水中的性状发生变化的情况下，能够随之使得可溶性锰处理条件最优化。

另外，作为混合步骤所使用的氧化剂，只要能够氧化被处理水中的可溶性锰即可，没有特殊限制，可以列举次氯酸钠、次氯酸钙以及氯气等含氯氧化剂，高锰酸钾，氧气，臭氧等氧化剂。其中，作为氧化剂，优选次氯酸钠。

并且，混合步骤中的氧化剂的投入量，优选地，投入量为使得处理水中的残留氯浓度为1mg/L以下。通过使得处理水中的残留氯浓度为1mg/L以下，能够避免使用过量的氧化剂，能够有效地去除可溶性锰。另外，通过使得处理水中的残留氯浓度为1mg/L以下，能够抑制处理水中残留氯与其他所含物质发生反应生成副产物。例如，混合步骤中氧化剂的投入量可以基于被处理水中的可溶性锰浓度来确定。或者，可以测定经过膜过滤装置20的处理水中的残留氯浓度并进行反馈，以在残留氯浓度的值超过1mg/L时减少氧化剂的投入量。进一步，混合步骤中氧化剂的投入量，优选地，投入量为处理水中的残留氯浓度是高于测定机的检测下限值的值(例如0.05mg/L以上)。这是因为，通过使得混合步骤中的氧化剂的投入量为该下限值以上的投入量，能够使得被处理水中的可溶性锰迅速地不溶化的同时，能够更充分地降低处理水中的可溶性锰浓度。另外，通过使得氧化剂的投入量为该下限值以上的投入量，能够抑制处理水中的杂菌等的繁殖。

膜过滤步骤中，将混合步骤得到的水-活性炭混合物通过膜过滤装置20来进行膜过滤，得到处理水。需要说明的是，持续过滤的情况下会发生过滤膜的网眼堵塞，但是该网眼堵塞，只要在预定的时间对过滤膜进行清洗等即可恢复。作为清洗方法没有特殊限制，可以列举例如逆流清洗等采用了膜过滤装置的水处理装置所通常采用的膜再生方法。

在上述混合步骤中，从添加氧化剂的时刻开始直至膜过滤步骤的结束时刻为止的滞留时间，优选为1分钟以上，更优选为5分钟以上，进一步优选为30分钟以下。使滞留时间为上述下限值以上，能够获得更充分高的可溶性锰去除效果。进一步，即使设定长时间的滞留时间，由于可溶性锰去除效果达到饱和状态，因此通过使滞留时间为上述上限值以下，能够有效地实施足够高的可溶性锰去除处理。更进一步，通过使滞留时间为上述上限值以下，能够抑制被处理水中可能含有的有机物与氧化剂(例：含氯氧化剂)反应，可以抑制例如三卤甲烷等不期望的副产物的生成。

实施例

以下，对于本发明，基于实施例进行详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例、比较例中，作为本发明的可溶性锰的去除方法的处理对象的被处理水以及经过本发明的可溶性锰的去除方法的膜过滤步骤的处理水中的可溶性锰浓度，根据上水试验方法(日本自来水协会2011年版)通过电感耦合等离子体质谱法进行测定。

另外，以从氧化剂投入时刻直至经过膜过滤步骤的处理水的采集时刻为止的时间作为滞留时间，进行测定。

(实施例1)

作为含有可溶性锰的被处理水，使用在纯水中添加了氯化锰得到的人工原水，作为氧化剂使用次氯酸钠，作为微粉末活性炭使用以平均粒度(根据JIS Z8825的激光衍射散射法的体积平均粒径D50)为1μm的木质类材料作为原料的微粉末活性炭。

首先，在混合步骤中，添加微粉末活性炭以使其在水-活性炭混合物中的浓度为1mg/L。接着，测定直至膜过滤步骤结束时刻为止的滞留时间分别为5分钟、10分钟、30分钟、60分钟以及120分钟情况下所得到的处理水中的可溶性锰浓度。结果示于图2。另外，根据DPD(二乙基对苯二胺)法测定的与各滞留时间相对应的处理水中的残留氯浓度均为0.05mg/L以上1mg/L以下。

(比较例1)

除了代替微粉末活性炭而使用平均粒度为15μm的活性炭之外，与实施例1同样处理，测定得到的处理水中的可溶性锰浓度。结果示于图2。

从图2明确可知，使用了平均粒度为1μm的微粉末活性炭的实施例1，在1分钟以上30分钟以下的条件下，处理水中的可溶性锰浓度显著减少。另一方面，使用平均粒度为15μm的活性炭的比较例1，为了获得相当于实施例1的5分钟的效果，需要大致120分的滞留时间。由此可知，实施例1中的可溶性锰的去除方法，能够迅速且充分地降低处理水中的可溶性锰浓度。进一步，实施例1中，因为可以显著缩短滞留时间，可以将水处理设备显著小型化。

工业上的可利用性

根据本发明，在通过水处理设备的小型化来提高水处理效率的同时，能够充分降低所得到的处理水中的可溶性锰浓度。

附图标记说明

10：混合槽，

11：氧化剂供给装置，

12：活性炭箱，

13：粉碎装置，

20：膜过滤装置，

31：被处理水线，

32：水-活性炭混合物线，

33：处理水线，

100：水处理装置。

Claims (5)

1.一种可溶性锰的去除方法，包括：

将被处理水、平均粒度为0.1μm以上10μm以下的微粉末活性炭以及氧化剂进行混合，得到水-活性炭混合物的混合步骤，

将所述水-活性炭混合物进行膜过滤得到处理水的膜过滤步骤。

2.根据权利要求1所述的可溶性锰的去除方法，其中，所述混合步骤中的所述微粉末活性炭的投入量为0.5mg/L以上30mg/L以下。

3.根据权利要求1或2所述的可溶性锰的去除方法，其中，所述混合步骤中，对于所述被处理水在添加所述氧化剂之后添加所述微粉末活性炭。

4.根据权利要求3所述的可溶性锰的去除方法，其中，从添加所述氧化剂的时刻开始直至所述膜过滤步骤结束的时刻为止的滞留时间为1分钟以上30分钟以下。

5.根据权利要求1至4任一项所述的可溶性锰的去除方法，其中，所述氧化剂为含氯氧化剂，所述可溶性锰的去除方法还包括：

确定所述氧化剂的投入量以使得所述处理水中的残留氯浓度为1mg/L以下的氧化剂投入量确定步骤。