JP3786888B2 - マンガン接触塔の運転方法 - 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接触塔の運転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河川水や地下水中には、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。このような原水の浄水処理方法としては、マンガン接触塔を用いた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塩素を添加しながら、二酸化マンガンが被覆されたろ過砂（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、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ず、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、マンガンを含有する原水に塩素を添加しながら、酸化マンガン触媒が充填されたマンガン接触塔に１０００ｍ／日以上の高線速の上向流として通水して原水中の溶解性マンガンを酸化析出させ、このマンガン接触塔の通過水を膜ろ過することにより、酸化析出物を除去する方法を開発した。この方法では酸化マンガン触媒の充填層は膨張層となるために原水中の濁質による閉塞がなく、また設備を小型化することができるうえ、運転管理が容易な利点がある。
【０００６】
しかし、トリハロメタン発生を抑制するために低塩素濃度で運転したような場合など、運転方法によっては酸化マンガン触媒の充填層に鉄、マンガン酸化物の付着が起こり、処理効率が次第に低下する場合があった。そこでこのような場合には、マンガン接触塔から酸化マンガン触媒を取り出して交換するか、洗浄・分級する作業が必要であり、運転管理が容易であるという高線速上向流方式のマンガン処理法の利点が損なわれることがあった。
【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、マンガンを含有する原水を小型の設備で原水中の濁質による閉塞を招くことなく浄水処理することができ、しかも酸化マンガン触媒の充填層に鉄、マンガン酸化物の付着が起こった場合にも、簡便に処理効率を回復させることができるマンガン接触塔の運転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のマンガン接触塔の運転方法は、原水に塩素を添加しながら、比重が 3 以上でベータ型の結晶構造を持つ酸化マンガン触媒が充填されたマンガン接触塔に１０００ｍ／日以上の高線速の上向流として通水して原水中の溶解性マンガンを酸化析出させるとともに、マンガン接触塔の処理能力が低下した際には、平常運転時の線速を越え２０００〜３５００ｍ／日の更に高線速の上向流として原水を通水し、酸化マンガン触媒への付着物を洗浄するものである。なお、マンガン接触塔の処理能力が低下した際の洗浄を、複数回に分割して行うことが好ましい。
【０００９】
本発明によれば、平常運転時にはマンガンを含有する原水を、比重が 3 以上でベータ型の結晶構造を持つ酸化マンガン触媒が充填されたマンガン接触塔に１０００ｍ／日以上の高線速の上向流として通水するので、小型の設備で原水中の濁質による閉塞を招くことなく浄水処理が可能である。また処理能力が低下した際には、平常運転時の線速を越え２０００〜３５００ｍ／日の更に高線速の上向流として原水を通水し、酸化マンガン触媒への付着物を洗浄するようにしたので、酸化マンガン触媒を取り出して交換したり、取り出した酸化マンガン触媒を洗浄・分級する必要はなくなり、簡便に処理効率を回復させることができる。
【００１０】
【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は内部に充填層２を備えたマンガン接触塔であり、この充填層２には酸化マンガン触媒の粒子が充填されている。本発明では酸化マンガン触媒は比重が３以上のものを用いるものとし、比重が３.４８であるベータ型の結晶構造を持つ酸化マンガン触媒を用いる。なお従来の接触マンガン砂ろ過法で用いられていたマンガン砂の比重は２.３６である。ベータ型の結晶構造を持つ酸化マンガン触媒は１０〜３０ｍ^２/ｇの広い表面積を持つので、この点でも好ましいものである。
【００１１】
マンガンを含む原水は必要量の塩素を連続的に添加されながら、接触槽１の下部から１０００ｍ／日以上の高線速の上向流として通水される。原水中の溶解性マンガンは、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、二酸化マンガンの酸化不溶化物として酸化析出する。実用的に好ましい線速は１０００〜２５００ｍ／日であり、充填層２中の触媒粒子は流動状態となり膨張床を形成する。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じ、逆に２５００ｍ/日を越えると原水と触媒粒子との接触時間が短くなるので、充填層２をかなり高くしなければならない。
【００１２】
このようにして溶解性マンガンを二酸化マンガンに酸化不溶化した充填層通過水は、次に分離膜３に導かれる。分離膜３の種類は特に限定されるものではないが、逆洗操作が容易で処理水量が大きく、また高濁に強いため、このような高い線速で濁質を接触槽で捕捉させることなく直接膜分離させることが可能であるセラミック膜を用いることが好ましい。この実施形態では孔径が０.１μｍのセラミック製ＭＦ膜が用いられている。充填層通過水をこの分離膜３により膜ろ過すれば、触媒粒子の充填層２において酸化不溶化された不溶性マンガンを確実に除去することができる。またこれと同時に、原水中に含まれていた濁質も分離膜３によりろ過され、清澄な処理水を得ることができる。この処理水は上水として利用することができる。
【００１３】
上記のようにして平常運転を継続するが、運転方法によっては酸化マンガン触媒の充填層２に鉄、マンガン酸化物の付着が起こり、処理効率が次第に低下する場合がある。本発明ではこのような場合、平常運転時の線速を越え２０００〜３５００ｍ／日までの更に高線速の上向流として原水を充填層２に通水する。
【００１４】
このような高線速の上向流として充填層２に通水することは、充填物の流失を招くおそれがあるために、通常は行なわれない。しかし本発明で用いているベータ型の結晶構造を持つ酸化マンガン触媒の比重は３以上と大きいため、３５００ｍ／日までの非常に高線速の上向流として原水を充填層２に通水しても、酸化マンガン触媒が流出することはない。この通水により酸化マンガン触媒は激しく攪拌され、触媒粒子が相互に接触することによって、表面の付着物を分離・洗浄することができる。このため本発明によれば従来のように触媒を塔外に取り出さなくても、酸化マンガン触媒の充填層２の処理能力を短時間で簡便に洗浄することができる。また後記する実施例に示すように、洗浄を一度に行なうのではなく、短い休止時間を置いて複数回に分割して行うことにより、洗浄効果を高めることができる。
【００１５】
なお、本発明においては洗浄のための特別は設備は不要であり、原水ポンプ４の容量を大きくしておくだけでよい。洗浄時の排水は捨水してもよいが、そのまま分離膜３によりろ過処理して回収することもできる。
【００１６】
【実施例】
（実施例１：洗浄時の線速）
実施形態として説明したマンガン接触塔に、塩素を添加した原水を１５００ｍ／日の線速で通水する平常運転を1ヶ月間にわたり行ない、触媒活性が運転開始時の７０％にまで低下した段階で洗浄実験を行なった。表１に示すように洗浄速度を様々に変化させ、洗浄後の触媒活性を測定した。表１に示されるように、洗浄時の線速が平常運転時と同じであると触媒活性の回復は認められないが、それを越えると触媒活性の回復が大きくなり、２０００〜３５００ｍ／日とした場合に顕著な回復が認められた。しかし４０００ｍ／日とすると触媒が流出し、運転不能となった。なお、洗浄時間は非常に短時間でよい。
【００１７】
【表１】

【００１８】
（実施例２：触媒の流出）
酸化マンガン触媒（粒径０.５〜１mm、比重３.４８、表面積１５ｍ²/ｇ）と、従来のマンガン砂（粒径０.６〜１.５mm、比重２.３６、表面積１ｍ²/ｇ）とをマンガン接触塔に充填し、上向流の線速を様々に変化させて流出割合を測定した。その結果を図２に示す。従来のマンガン砂では粒径の小さいものが流出してしまうために２０００ｍ／日を越える線速で洗浄することはできないが、酸化マンガン触媒を用いた場合には３５００ｍ／日までの線速では流出しないことが確認された。
【００１９】
（実施例３：分割洗浄）
平常運転線速を１５００ｍ／日としたマンガン接触塔の洗浄を、図３ａに示すように２０００ｍ／日の線速で２回に分割して行なった。１回の洗浄継続時間は３分であり、休止時間は１分である。この洗浄中のマンガン接触塔からの流出水の濁度は図３ｂに示す通りであり、触媒活性は図３ｃに示す通りに回復した。このように分割洗浄を行なえば流出水の濁度上昇は小さいので、膜ろ過が可能である。これに対して２５００ｍ／日の線速で３分間の洗浄を行なっても触媒活性を９０％以上にまで回復させることができたが、図４に示すように洗浄中の流出水の濁度上昇が著しく、膜ろ過は困難となった。このように分割洗浄を行なうことにより、洗浄水の膜ろ過が可能となる。
【００２０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のマンガン接触塔の運転方法によれば、平常運転時にはマンガンを含有する原水を小型の設備で原水中の濁質による閉塞を招くことなく浄水処理することができる。また運転継続の結果、酸化マンガン触媒の充填層に鉄、マンガン酸化物の付着が起こった場合にも、２０００〜３５００ｍ／日の更に高線速の上向流として原水を通水することによって、乱流流動による触媒どうしの接触効果と、高線速上向流の洗浄効果とを生じさせ、付着物を剥離させることができる。またこのときに平常運転時には流出させることができなかったゴミ（濁質）も排出することができる。この結果、本発明によれば従来のように触媒を塔外に取り出すことなく、簡便に処理効率を回復させることができる。
【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】実施例２における線速と触媒の流出割合との関係を示すグラフである。
【図３】実施例３における分割洗浄のデータを示すグラフである。
【図４】実施例３における非分割洗浄のデータを示すグラフである。
【符号の説明】
１ マンガン接触塔、２ 充填層、３ 分離膜、４ 原水ポンプ

Claims (2)

1. 原水に塩素を添加しながら、比重が 3 以上でベータ型の結晶構造を持つ酸化マンガン触媒が充填されたマンガン接触塔に１０００ｍ／日以上の高線速の上向流として通水して原水中の溶解性マンガンを酸化析出させるとともに、マンガン接触塔の処理能力が低下した際には、平常運転時の線速を越え２０００〜３５００ｍ／日の更に高線速の上向流として原水を通水し、酸化マンガン触媒への付着物を洗浄することを特徴とするマンガン接触塔の運転方法。
2. マンガン接触塔の処理能力が低下した際の洗浄を、複数回に分割して行う請求項１記載のマンガン接触塔の運転方法。

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