JP2007152163A - 溶解性マンガン含有水の処理装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な装置で、且つ、十分に溶解性マンガンが除去可能な水処理装置及び方法を提供することを目的とする。
【解決手段】溶解性マンガンを含有する被処理水への塩素系酸化剤添加手段２及び二酸化マンガン粒子添加手段３と、被処理水を塩素系酸化剤の存在下に浮遊する二酸化マンガン粒子と接触させて二酸化マンガンを酸化析出させる２以上の反応室（４−１，４−２，４−３）が直列に連結された反応手段４と、反応手段４からの流出水より析出した二酸化マンガン粒子を分離するための膜分離装置７と、膜分離装置７からの濃縮水及び／又は洗浄排水中に含有する二酸化マンガン粒子を回収するための沈殿分離槽９と沈殿分離槽９によって回収された二酸化マンガン粒子を反応手段４に返送するための返送手段８を有する溶解性マンガン含有水の処理装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶解性マンガン含有水の処理装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、溶解性マンガン含有水を塩素系酸化剤存在下に二酸化マンガン粒子と接触させることで溶解性マンガンを酸化析出させる溶解性マンガン含有水の処理装置に関する。

上水道や各種用水は、その原水として河川水や地下水などが用いられているが、殆どの地下水にはマンガンが含有され、また、河川水においてもマンガンが含有されている場合がある。

一般にマンガンは溶解した状態で水中に存在しており、このような溶解した状態で存在するマンガンの除去技術として除マンガンろ過塔が知られている。除マンガンろ過塔は、ろ過塔内部にマンガン砂（二酸化マンガン結晶によって表面を覆われた砂ろ材）が充填されており、この充填層に次亜塩素酸ナトリウムを添加した原水を通水することで、原水中の溶解性マンガンがろ材の触媒反応によって不溶化、ろ材表面に析出してマンガンが原水中から分離される。

除マンガンろ過塔へ内へ原水は上向流で通水されることもあるが、一般には下向流で通水され、いずれの通水方式においてもろ材に付着する二酸化マンガン粒子又は原水中の他の濁質成分などによってろ層の通水抵抗は次第に増加していくため、逆洗手段を設けたり、前段に凝集沈殿設備などを設けるなどの対策が必要であった。更に、このような設備を設けても原水の通水速度は大きくとることはできなかった。

また、浄水処理などでクリプトスポリジウム等の病原性微生物を除去するためには、上記の除マンガンろ過塔によるろ過では十分ではなく、別途、精密ろ過膜や限外ろ過膜を備えた膜ろ過装置によって処理する必要があるが、このような場合には除濁設備が二段に設置されることになり、効率が悪くなる。

このような問題を解決するマンガン除去技術として、マンガン含有水に塩素系酸化剤を注入後、二酸化マンガンを含むスラリーが浮遊する反応槽を通過させ、溶存マンガンを酸化析出させた後に、膜ろ過装置で処理することが特開平７−３９８７２号に開示されている。しかし、この方法では上述した除マンガンろ過塔によるマンガン除去方法に比較してマンガンの除去率が悪く、高濃度の溶解性マンガンを含有する原水を処理した場合には、十分にマンガン濃度を低減することはできなかった。
特開平７−３９８７２号

特開平７−３９８７２号に開示された方法は、上述した除マンガンろ過塔によるマンガン除去方法に比較してマンガンの除去率が悪く、高濃度の溶解性マンガンを含有する原水を処理した場合には、十分にマンガン濃度を低減することはできなかった。

そこで、本発明は、簡単な装置で、且つ、十分にマンガンが除去可能な装置を提供することを目的としている。

請求項１の溶解性マンガン含有水の処理装置は、溶解性マンガンを含有する被処理水に塩素系酸化剤及び二酸化マンガン粒子をそれぞれを添加する塩素系酸化剤添加手段及び二酸化マンガン粒子添加手段と、２以上の反応室が直列に連結されたものであって、被処理水を塩素系酸化剤の存在下に浮遊する二酸化マンガン粒子と接触させて二酸化マンガンを酸化析出させる反応手段と、該反応手段からの流出水より析出した二酸化マンガン粒子を分離するための固液分離手段とを有することを特徴とする。

請求項２の溶解性マンガン含有水の処理装置は、請求項１において、該固液分離手段によって分離された二酸化マンガン粒子の一部を該反応手段に返送するための返送手段を有することを特徴とする。

請求項３の溶解性マンガン含有水の処理装置は、請求項１又は２において、該固液分離手段は、該反応手段からの流出水を膜分離するための膜分離手段を有することを特徴とする。

請求項４の溶解性マンガン含有水の処理装置は、請求項３において、該固液分離手段は、更に該膜分離手段からの濃縮水中及び／又は洗浄排水中の二酸化マンガン粒子を他の固形物と分離するための沈殿分離手段を有することを特徴とする。

請求項５の溶解性マンガン含有水の処理方法は、塩素系酸化剤及び二酸化マンガン粒子を溶解性マンガン含有水に添加するとともに、２以上の反応室が直列に連結された反応手段で被処理水を塩素系酸化剤の存在下に浮遊する二酸化マンガン粒子と接触させて二酸化マンガンを酸化析出させる反応工程と、該反応工程からの流出水より析出した二酸化マンガン粒子を分離する固液分離工程とを有することを特徴とする。

請求項１に係わる溶解性マンガン含有水の処理装置及び請求項５に係わる溶解性マンガン含有水の処理方法にあっては、２以上の反応室が直列に連結された反応手段で被処理水を塩素系酸化剤の存在下、浮遊する二酸化マンガン粒子と接触させて二酸化マンガンを酸化析出させることで、簡易な装置で十分に溶解性マンガンを除去することが可能となる。

また、請求項２に係わる溶解性マンガン含有水の処理装置にあっては、固液分離手段によって分離された二酸化マンガン粒子の一部を反応手段に返送することで、添加する二酸化マンガン粒子の添加量を低減することができる。

そして、請求項３に係わる溶解性マンガン含有水の処理装置にあっては、前記固液分離手段として膜分離手段を用いることで、濁質を十分に除去できるほか、クリプトスポリジウム等の病原性微生物も十分に除去することが可能となる。

更に、請求項４に係わる溶解性マンガン含有水の処理装置にあっては、更に膜分離手段からの濃縮水及び／又は洗浄排水を濃縮するための沈殿分離手段を設けることで、比重の重い二酸化マンガンを他の固形物と分離することが可能となり、効率的に二酸化マンガン粒子を回収することができる。

以下に本発明を実施するための形態を図１を用いて詳細に説明する。図１は本実施形態による溶解性マンガン含有水の処理装置を示しており、同図において処理装置は反応手段４と固液分離手段たる膜分離装置７とを有しており、反応手段４には溶解性マンガン含有水１が導入されるとともに、塩素系酸化剤添加手段２と二酸化マンガン粒子添加手段３とが付設されている。

このような溶解性マンガン含有水の処理装置において、処理対象となる溶解性マンガンを含有する被処理水１は、溶解性マンガンが含有されておれば特に限定されるものではないが、溶解性マンガン濃度として０．０５〜１．０ｍｇ／Ｌ、特に０．１〜０．５ｍｇ／Ｌ含有されている被処理水の処理に好適に用いることができる。このような被処理水としては地下水や河川水などがある。

本発明において、反応手段４は、直列に連結された反応室４−１、４−２及び４−３から構成されている。直列に連結される反応室の数は２以上であれば特に限定されるものではないが、２〜５、特に３〜４が好ましく、本実施の形態では３つの反応室が連結されている。また、本実施例においては、反応室はそれぞれ別々の反応槽として設けられているが、一つの処理槽内に仕切りを入れて反応室を分割するようにしてもよい。そして、反応室４−１、４−２、４−３の容積は被処理水の流量や溶解性マンガンの濃度によって異なるが、各反応室における被処理水の滞留時間が５〜３０分、好ましくは１０〜２０分程度となるように設計されることが好ましい。なお、各反応室には二酸化マンガン粒子を浮遊させて被処理水と二酸化マンガン粒子との接触効率を高め、完全混合状態で反応させるために撹拌手段５が設けることが好ましい。本実施の形態では撹拌手段としては撹拌羽根を供えた撹拌機であるが、散気手段を設けて曝気によって撹拌するようにしてもよい。

反応室４−１には被処理水に塩素系酸化剤や二酸化マンガン粒子を添加するための塩素系酸化剤添加手段２及び二酸化マンガン添加手段３が設けられている。塩素系酸化剤としては次亜塩素酸ナトリウムを好適に用いることができる。そして二酸化マンガン粒子としては、二酸化マンガン粒子の粒径１〜１００μｍの二酸化マンガン粉末を好適に用いることができ、１μｍ未満であると取扱性が困難となり、１００μｍを超えると二酸化マンガン粒子と溶解性マンガンとの接触効率が悪くなる。なお、二酸化マンガン粒子は固体のまま添加しても良いが、取扱性の点からスラリーの状態で添加することが好ましい。また、本実施の形態では、塩素系酸化剤添加手段２も二酸化マンガン粒子添加手段３も反応室４−１に設けられているが、反応室４−１の前段で被処理水に添加されるようにしてもよい。

被処理水への塩素系酸化剤添加手段２による塩素系酸化剤の添加量は、被処理水の溶解性マンガン濃度によって異なるが、後述する膜分離装置７の膜分離水出口での有効塩素濃度が０．１〜０．５ｍｇ／Ｌとなるように添加することが好ましい。０．１ｍｇ／Ｌ未満だと溶解性マンガンの酸化が十分となり、０．５ｍｇ／Ｌを超えると塩素系酸化剤が過剰となり、水道水などの飲料水に利用する場合には異臭味の原因となる。

また、反応室４−１、４−２及び４−３それぞれで二酸化マンガンスラリー濃度が１０〜１０００ｍｇ／Ｌ、特に５０〜５００ｍｇ／Ｌとなるように被処理水に二酸化マンガン粒子を添加することが好ましく、二酸化マンガン粒子添加手段３による被処理水への二酸化マンガン粒子の添加量は、後述する返送手段８によって返送される二酸化マンガン粒子の返送量によって異なるが、およそ二酸化マンガン濃度が５〜３０ｍｇ／Ｌ程度となるよう添加される。

なお、返送手段８からの二酸化マンガン粒子の返送のみで、反応手段４内を浮遊する二酸化マンガン粒子の量を確保できる場合には、返送手段８が二酸化マンガン粒子添加手段３を兼ねることもできる。ただし、通常は、系内の濁質成分を除去する目的で、反応手段４の後段に設けられた固液分離手段からは二酸化マンガン粒子を含む濁質が系外へ排出されるため、返送二酸化マンガン粒子のみでは反応手段４で浮遊する二酸化マンガン粒子量を十分に確保できず、返送手段８とは別に二酸化マンガン粒子添加手段３が別途設けられる。

次亜塩素酸ナトリウム及び二酸化マンガン粒子が添加された被処理水は、反応室４−１、４−２及び４−３で順次処理される間に、各反応室内を浮遊する二酸化マンガン粒子と接触することで、被処理水中の溶解性マンガンが二酸化マンガンの触媒作用によって容易に酸化析出される。本発明においては、２以上の反応室を連結した反応手段４を用いることで、１の反応室からなる反応槽によって処理する場合に比較して効率的にマンガンを酸化析出させることができ、短い反応時間で、反応室４−３からの流出水中の溶解マンガン濃度を０．０１ｍｇ／Ｌ以下にまでに低下させることが可能となる。

反応室４−３からの流出水は、酸化析出した二酸化マンガン粒子とともにポンプ６によって加圧された状態で膜分離装置７に供給され、二酸化マンガン粒子及びその他の濁質成分と清澄な膜分離水とに分離され、膜分離水は処理水１１として系外へ流出する。

本発明においては、膜分離装置７以外に沈殿分離装置や凝集加圧浮上装置なども用いることができるが、限外ろ過膜や精密ろ過膜を用いた膜分離装置７を用いることで、十分に清澄な処理水を得ることができ、水道水などの処理に用いる場合にはクリプトスポリジウム等の病原性微生物も十分に除去することが可能となる。

濃縮水及び／又は洗浄排水として膜分離装置７から排出される二酸化マンガン粒子及びその他の濁質成分は、その比重差によって沈殿分離槽７によって更に分離され、分離された二酸化マンガン粒子は返送手段８によって、第１番目の反応室である反応室４−１へ返送されて反応室内に保持される二酸化マンガン粒子として活用される。沈殿分離槽７の代わりに二酸化マンガン粒子を他の濁質と比重差によって分離できるものであればサイクロンなども利用できる。なお、被処理水が清澄であり、二酸化マンガン粒子以外の固形分を余り含有していない場合などは沈殿分離槽７は省略することもできる。

沈殿分離槽７によって分離されたその他濁質を含む濃縮水及び／又は洗浄排水は、回収できなかった二酸化マンガン粒子とともに排水路１１を経て系外へ排出される。

以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例によりなんら限定されるものではない。
実施例１
図１に示した反応手段４および膜分離装置７を用い、以下の条件で溶解性マンガン含有水の処理を行った。なお、本実施例においては膜分離装置７で分離されたマンガン粒子の返送は実施しなかった。

原水
溶解性マンガン濃度：０．５ｍｇ／Ｌ
ｐＨ：７．５
水温：２０℃
給水量：６Ｌ／ｈｒ
次亜塩素酸ナトリウム添加量（膜分離水の有効塩素濃度）：０．５ｍｇ／Ｌ
二酸化マンガン粒子：関東化学性特級試薬（１２μｍ）
二酸化マンガン粒子添加量：２００ｍｇ／Ｌ
各反応室の反応容積：２００ｍＬ（各反応室の滞留時間２分）
膜分離装置：ＰＶＤＦ製精密濾過膜、孔径０．１μｍ
各反応室からの流出水及び膜分離水の溶解性マンガン濃度を表１に示す。
比較例１
実施例１の３つの反応室を直列に連結したもののかわりに、反応容積６００ｍＬ（反応室の滞留時間６分）の反応槽を用いて後は実施例１と同じ条件で溶解性マンガン含有水の処理を行った。反応槽からの流出水及び膜分離水の水質を表１に示す。

表１に示すとおり、２以上の反応室を直列に連結することによって同じ滞留時間でも処理水のマンガン濃度を大きく低下させることが可能であった。

本発明の溶解性マンガン処理装置および方法によれば、簡易な装置で十分に溶解性マンガンを除去でき、地下水や河川水などを水源とする上水、工業用水及び産業用水の造水に利用可能である。固液分離手段として膜分離装置を用いた場合には、クリプトスポリジウム等の病原性微生物も除去可能となり、上水の製造に好適に利用可能となる。

本発明装置の一態様の説明図である。

符号の説明

１ 溶解性マンガン含有水
２ 塩素系酸化剤添加手段
３ 二酸化マンガン粒子添加手段
４ 反応手段
４−１、４−２、４−３ 反応室
５ 撹拌手段
６ 給水ポンプ
７ 膜分離装置
８ 返送手段
９ 沈殿分離槽
１０ 排水
１１ 処理水（膜分離水）

Claims (5)

1. 溶解性マンガンを含有する被処理水に塩素系酸化剤及び二酸化マンガン粒子をそれぞれを添加する塩素系酸化剤添加手段及び二酸化マンガン粒子添加手段と、
   ２以上の反応室が直列に連結されたものであって、被処理水を塩素系酸化剤の存在下に浮遊する二酸化マンガン粒子と接触させて二酸化マンガンを酸化析出させる反応手段と、
   該反応手段からの流出水より析出した二酸化マンガン粒子を分離するための固液分離手段とを有することを特徴とする溶解性マンガン含有水の処理装置。
2. 請求項１において、該固液分離手段によって分離された二酸化マンガン粒子の一部を該反応手段に返送するための返送手段を有することを特徴とする溶解性マンガン含有水の処理装置。
3. 請求項１又は２において、該固液分離手段は、該反応手段からの流出水を膜分離するための膜分離手段を有することを特徴とする溶解性マンガン含有水の処理装置。
4. 請求項３において、該固液分離手段は、更に該膜分離手段からの濃縮水中及び／又は洗浄排水中の二酸化マンガン粒子を他の固形物と分離するための沈殿分離手段を有することを特徴とする溶解性マンガン含有水の処理装置。
5. 塩素系酸化剤及び二酸化マンガン粒子を溶解性マンガン含有水に添加するとともに、２以上の反応室が直列に連結された反応手段で被処理水を塩素系酸化剤の存在下に浮遊する二酸化マンガン粒子と接触させて二酸化マンガンを酸化析出させる反応工程と、
   該反応工程からの流出水より析出した二酸化マンガン粒子を分離する固液分離工程とを有することを特徴とする溶解性マンガン含有水の処理方法。
   
   
   
   
   

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