JP3786885B2 - マンガン含有水の浄水処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浄水処理場などで用いられるマンガン含有水の浄水処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上水源として用いられている地下水や河川水中には、溶解性のマンガンや鉄が含まれている場合があり、浄水中におけるこれらの含有量が多いと黒水や赤水の原因となる。このようなマンガン含有水の浄水処理方法としては、従来から接触マンガン砂ろ過法が知られている。
【０００３】
この接触マンガン砂ろ過法は、溶解性マンガンを含む原水に連続的に次亜塩素酸を添加しながら、二酸化マンガンが被覆されたマンガン砂の充填層に下向流として通水する方法である。溶解性のマンガンは二酸化マンガンを触媒として塩素により速やかに酸化され、新たに触媒能を持つ二酸化マンガンとなって既存のマンガン砂の表面に結合する。このようにして、原水がマンガン砂の充填層中を下向流で通過する間に溶解性マンガンが酸化析出して捕捉されると同時に、原水中の濁質もマンガン砂の充填層によりろ過され除去されることとなる。
【０００４】
ところがこの接触マンガン砂ろ過法は、原水中のマンガンを酸化析出させたうえで濁質とともにマンガン砂の充填層で除去する方法であるから、マンガン及び濁質の除去率を確保するためには、充填層を通過する原水の線速を１５０ｍ/日程度の低速としなければならない。このため処理水量が多い場合には、非常に大型の槽を必要とするという問題があった。また、降雨時のように原水の濁度が上昇したときには充填層が目詰まりしやすいため、頻繁に逆洗を行わねばならなかった。さらにろ過水の濁度を常時０．１以下に維持するためにスロースタート、スローダウンが求められることもあって、運転管理に多くの手数を要するという問題があった。
【０００５】
そこで本発明者等は、マンガンを含む原水に次亜塩素酸を添加しながら、表面が酸化マンガンである触媒粒子の充填層に高線速の上向流として通水し、この充填層通過水を膜ろ過することにより、充填層において酸化不溶化されたマンガンを除去する方法を開発した。この方法によれば、従来の接触マンガン砂ろ過法とは異なりマンガンの酸化不溶化物を大きく成長させる必要はなく、原水と触媒粒子との接触時間は短くてよい。このため触媒粒子を常に流動状態に維持できるので、原水の高濁時にも充填層が閉塞するおそれがない。従って運転管理等のメンテナンスが極めて容易となるうえ、設備をコンパクト化することができる。
【０００６】
しかし実験を重ねた結果、運転条件によってはトリハロメタンが生成されたり、触媒粒子に次第に鉄・マンガン酸化物が付着して処理効率が低下する場合があることが判明した。すなわち、原水に添加する次亜塩素酸を増加させるとトリハロメタンが生成されることがあり、逆に原水に添加する次亜塩素酸を減少させると触媒粒子の表面に鉄・マンガン酸化物が次第に付着し、触媒粒子を取り出して洗浄・分級する再生作業が必要となることが判明した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来の問題点を解決し、マンガンを含む原水を小型の設備により浄化処理することができ、しかもトリハロメタンの生成や目詰まりによる処理効率の低下を防止することができるマンガン含有水の浄水処理方法を提供するためになされたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明は、マンガンを含む原水に次亜塩素酸を添加しながら、表面が１０〜３０ｍ ² / ｇの表面積を持つ酸化マンガンからなる触媒粒子の充填層に１０００ｍ/日以上の高線速の上向流として通水し、この充填層通過水を膜ろ過するマンガン含有水の浄水処理方法であって、原水が汚濁系原水であるときには充填層内の残留塩素濃度を０．２〜０ . ３ｍｇ / Ｌの低濃度とし、清澄系原水であるときには０.５ｍｇ/Ｌ以上の高濃度とすることを特徴とするものである。なお、原水が汚濁系原水であるときには充填層の洗浄周期を短期間とすることにより、マンガン除去率を回復させることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好ましい実施の形態を示す。
図１において１は接触槽であり、その内部には表面が酸化マンガンである触媒粒子の充填層２が形成されている。触媒粒子は表面が酸化マンガンであればよく、表面積が１０〜３０ｍ ² / ｇの酸化マンガン触媒を用いるものとする。その好ましい粒径は０.５〜２ｍｍである。
【００１０】
マンガンを含む原水は次亜塩素酸を添加されながら、接触槽１の下部から１０００ｍ/日以上、好ましくは１０００〜２５００ｍ/日の高線速の上向流として通水される。次亜塩素酸の添加量については後述する。充填層２を通過する間に原水中の溶解性マンガンは触媒粒子表面の二酸化マンガンを触媒として次亜塩素酸により速やかに酸化され、二酸化マンガンの酸化不溶化物となる。この反応はごく短時間で進行する。
【００１１】
上記のように原水の線速は１０００ｍ/日以上であるから、充填層２中の触媒粒子は流動状態となり膨張層を形成する。このため充填層２は常に逆洗操作中のような状態となり、濁質による閉塞のおそれがなく、また触媒粒子の表面積の低下が防止される。しかし原水の線速が１０００ｍ/日未満であると、触媒粒子の流動が不十分となって降雨時のように原水の濁度が上昇したときに閉塞のおそれが生ずる。
【００１２】
触媒粒子と次亜塩素酸との作用により溶解性マンガンを酸化不溶化した充填層通過水は、次に分離膜３に導かれてろ過される。分離膜３の種類は特に限定されるものではないが、高線速で濁質を捕捉できるセラミック膜を用いることが好ましい。孔径は０．１〜１．０μｍ程度が好ましく、この実施形態では孔径０．１μｍのセラミック製ＭＦ膜が用いられている。充填層通過水中の濁質及びマンガンの酸化不溶化物は分離膜３により除去され、上水として利用できる清澄な処理水となる。
【００１３】
本発明は、上記した高線速上向流マンガン処理における原水への次亜塩素酸添加量を、原水の性状に応じて次のように制御する点に特徴がある。すなわち、原水が汚濁系原水であるときには充填層２内の残留塩素濃度を０.３ｍｇ/Ｌ以下の低濃度とし、清澄系原水であるときには０.５ｍｇ/Ｌ以上の高濃度とする。
【００１４】
まず原水が汚濁系原水であるときには、原水中の有機物と塩素とが充填層２内において反応して有害なトリハロメタンを発生する可能性があるため、残留塩素濃度が０.３ｍｇ/Ｌ以下となるように原水への次亜塩素酸添加量を調整する。図２は充填層２内の残留塩素濃度を０.３ｍｇ/Ｌとした実験データを示すグラフであり、総トリハロメタン生成物量が０.０１ｍｇ/Ｌ程度の極微量に抑制されていることを示している。なお、図２の実験に使用した原水の性状は平均濁度４度、過マンガン酸カリウム消費量５mg/L、見掛け色度１０度程度の河川水の汚濁系原水であり、線速度は１５００ｍ/日である。
【００１５】
しかしこのように次亜塩素酸添加量を減少させると、触媒表面で酸化マンガンや酸化鉄の吸着が起こり、その結果としてマンガン触媒の表面積が次第に減少して処理能力が低下する。図２のグラフでも、当初は９０％を越えていたマンガン除去率が２０日を経過した頃から８０％以下にまで低下している。そこでこの場合には短周期（図２に示す実験では５０日ごと）に充填層２内の触媒粒子を洗浄する。洗浄方法は、２５００ｍ/日の線速度にて３分間の洗浄である。
【００１６】
このように洗浄を行えば触媒粒子は表面積を回復し、マンガン除去率は９０％以上にまで回復する。短周期で洗浄を繰り返せば洗浄排水濃度は低いので、後段の分離膜３で膜処理すれば浄水として回収可能である。なお、充填層２内の残留塩素濃度を０．２ｍｇ/Ｌ未満とすると、図３のグラフに示すようにマンガン除去率が短期間で急速に低下し、洗浄を頻繁に行わねばならなくなる。このため残留塩素濃度を０．３〜０.２ｍｇ/Ｌの範囲とすることが好ましい。
【００１７】
次に原水が清澄系原水であるときには、充填層２内の残留塩素濃度を０.５ｍｇ/Ｌ以上の高濃度とする。清澄系原水では原水中の有機分が少ないために残留塩素濃度を高くしてもトリハロメタンの生成は少なく、残留塩素濃度を０.５ｍｇ/Ｌ以上に高めたことによって、触媒表面における酸化マンガンや酸化鉄の吸着はほぼ完全に防止できる。図４のグラフは充填層２内の残留塩素濃度を０.５ｍｇ/Ｌとした実験データを示すグラフであり、全く洗浄を行わなくてもマンガン除去率が９８％以上に保たれていることが分かる。なお、図４の実験に使用した原水の性状は平均濁度０．１度未満、過マンガン酸カリウム消費量０．５mg/L、見掛け色度１度未満の浅井戸水の清澄原水であり、線速度は１５００ｍ/日である。
【００１８】
ところで図５のグラフは図２と同一原水において残留塩素濃度を０．５mg/Lとした場合であるが、図２のグラフと比較すれば、残留塩素濃度が多いために図５のグラフでは総トリハロメタン生成物量は０．０１５ｍｇ/Ｌとやや高めに推移している。しかし従来の接触マンガン砂ろ過法では塩素添加から砂ろ過までに約半日を要しており、トリハロメタンの生成時間が長いのに対して、１０〜３０ｍ ² / ｇの表面積を持つ酸化マンガンからなる触媒粒子を使用した本発明では、接触槽１で約４０秒、膜ろ過で約２０分とトリハロメタンの生成時間は非常に短い。このため、総トリハロメタン生成物量を０．０１５ｍｇ/Ｌ程度の低レベルに維持することが可能である。接触マンガン砂ろ過法において残留塩素濃度を０.５ｍｇ/Ｌとすると、総トリハロメタン生成物量は０．１ｍｇ/Ｌ程度に達してしまう。
【００１９】
上記したように、本発明は原水の性状によって残留塩素濃度を切り替え、トリハロメタンの生成を抑制しつつマンガン除去処理を可能としたものであり、汚濁系原水の場合には洗浄周期の短縮により、マンガン除去率の低下を防止するものである。なお、本明細書において汚濁系原水とは有機物の含有量が濁度１度以上、過マンガン酸カリウム消費量２mg／Ｌ、見掛け色度１度以上の原水を指し、清澄系原水とは有機物の含有量が濁度１度未満、過マンガン酸消費量２ｍｇ/L、見掛け色度１度以下の原水を指すものとする。原水の性状が季節により変化する場合には上記のように残留塩素濃度を切り替えるが、年間を通じて変化しない場合には、残留塩素濃度をいずれか一方に固定して運転すればよいことはいうまでもない。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の作用効果を要約すると下記の通りである。
1) 原水中の溶解性マンガンをコンパクトな装置で確実に除去できる。
2) 原水の濁度が増加したときにも充填層が閉塞するおそれがなく、メンテナンスが容易である。
3) 原水が汚濁系であっても清澄系であっても、トリハロメタンの生成を抑制することができる。
4) 原水が汚濁系の場合には洗浄周期を短縮することによりマンガン除去率の低下を抑制でき、原水が清澄系の場合には洗浄を行うことなくマンガン除去率を高レベルに維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】残留塩素濃度を０.３ｍｇ/Ｌとした実験データを示すグラフである。
【図３】残留塩素濃度を変化させた場合のマンガン除去率を示すグラフである。
【図４】清澄系原水において残留塩素濃度を０.５ｍｇ/Ｌとした実験データを示すグラフである。
【図５】汚濁系原水において残留塩素濃度を０.５ｍｇ/Ｌとした実験データを示すグラフである。
【符号の説明】
１ 接触槽、２ 充填層、３ 分離膜

Claims (2)

1. マンガンを含む原水に次亜塩素酸を添加しながら、表面が１０〜３０ｍ ² / ｇの表面積を持つ酸化マンガンからなる触媒粒子の充填層に１０００ｍ/日以上の高線速の上向流として通水し、この充填層通過水を膜ろ過するマンガン含有水の浄水処理方法であって、原水が汚濁系原水であるときには充填層内の残留塩素濃度を０．２〜０ . ３ｍｇ / Ｌの低濃度とし、清澄系原水であるときには０.５ｍｇ/Ｌ以上の高濃度とすることを特徴とするマンガン含有水の浄水処理方法。
2. 原水が汚濁系原水であるときには充填層の洗浄周期を短期間とすることにより、マンガン除去率を回復させる請求項１記載のマンガン含有水の浄水処理方法。

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