JP7117099B2 - 鉄／マンガン含有水の処理装置および処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄およびマンガンのうち少なくとも１つを含む鉄／マンガン含有水の処理装置および処理方法に関する。

上水源となる河川水や地下水等には溶解性鉄や溶解性マンガンが含まれている場合がある。このような鉄／マンガン含有水中の溶解性鉄や溶解性マンガンを除去する方法としては、接触マンガン砂ろ過法が知られている。接触マンガン砂ろ過法は、被処理水をマンガン砂の充填槽中を下向流で通過させる間に、溶解性マンガンを酸化析出させ、マンガン砂に捕捉させる方法である。

また、鉄／マンガン含有水の高速処理を行う方法として、被処理水に酸化剤を添加し、二酸化マンガンを含む酸化触媒が充填された酸化処理槽に通水し、被処理中の鉄およびマンガンを酸化析出させ、膜ろ過して酸化析出物を除去する方法が知られている（特許文献１参照）。

被処理水中の懸濁物質の濃度が高い場合、酸化処理槽の酸化触媒充填層の一部が閉塞することにより片流れが生じ、酸化処理不良が発生し、後段のろ過膜を閉塞させることがある。酸化処理槽の片流れを抑制するために、定期的に酸化処理槽をブローして排水する工程を設けることがあるが、頻繁に行うと水回収率が低下するという課題がある。

特開２０１５－１４７１５６号公報

本発明の目的は、後段のろ過膜の閉塞を抑制しつつ、水回収率の低下を抑制することができる鉄／マンガン含有水の処理装置および処理方法を提供することにある。

本発明は、鉄およびマンガンのうち少なくとも１つを含む鉄／マンガン含有水に酸化剤を添加する酸化剤添加手段と、前記酸化剤が添加された酸化剤添加水を酸化処理する、二酸化マンガンを含む酸化触媒が充填された酸化処理槽と、前記酸化処理された酸化処理水を膜ろ過する膜ろ過手段と、前記酸化処理槽をブロー水により洗浄するためのブロー手段と、を備え、前記ブロー手段は、前記酸化処理槽への鉄／マンガン含有水の通水を停止して静置した後に、前記酸化処理槽の規定流量以上の流量で前記酸化処理槽へ前記ブロー水を通水するか、前記酸化処理槽の規定流量より大きい流量で前記酸化処理槽へ前記ブロー水を通水するか、のいずれか一方を行い、前記酸化剤添加手段は、前記酸化剤の添加量を、前記ブロー手段による前記酸化処理槽への前記ブロー水の流量に応じて変更し、得られたブロー排水の少なくとも一部を、前記膜ろ過手段に送液し、前記膜ろ過手段でクロスフローろ過を行い、得られたクロスフロー排水の少なくとも一部を前記膜ろ過手段の前段に返送する、鉄／マンガン含有水の処理装置である。

前記鉄／マンガン含有水の処理装置において、前記膜ろ過手段における膜ろ過は、全量ろ過であることが好ましい。

前記鉄／マンガン含有水の処理装置において、前記酸化処理水の懸濁物質濃度が、４ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましい。

本発明は、鉄およびマンガンのうち少なくとも１つを含む鉄／マンガン含有水に酸化剤を添加する酸化剤添加工程と、前記酸化剤が添加された酸化剤添加水を、二酸化マンガンを含む酸化触媒が充填された酸化処理槽に通水して酸化処理する酸化処理工程と、前記酸化処理された酸化処理水を、膜ろ過手段を用いて膜ろ過する膜ろ過工程と、前記酸化処理槽をブロー水により洗浄するブロー工程と、を含み、前記ブロー工程において、前記酸化処理槽への鉄／マンガン含有水の通水を停止して静置した後に、前記酸化処理槽の規定流量以上の流量で前記酸化処理槽へ前記ブロー水を通水するか、前記酸化処理槽の規定流量より大きい流量で前記酸化処理槽へ前記ブロー水を通水するか、のいずれか一方を行い、前記酸化剤の添加量を、前記酸化処理槽への前記ブロー水の流量に応じて変更し、得られたブロー排水の少なくとも一部を、前記膜ろ過手段に送液し、前記膜ろ過手段でクロスフローろ過を行い、得られたクロスフロー排水の少なくとも一部を前記膜ろ過手段の前段に返送する、鉄／マンガン含有水の処理方法である。

前記鉄／マンガン含有水の処理方法において、前記膜ろ過工程における膜ろ過は、全量ろ過であることが好ましい。

前記鉄／マンガン含有水の処理方法において、前記酸化処理水の懸濁物質濃度が、４ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましい。

本発明により、後段のろ過膜の閉塞を抑制しつつ、水回収率の低下を抑制することができる鉄／マンガン含有水の処理装置および処理方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る鉄／マンガン含有水の処理装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係る鉄／マンガン含有水の処理装置の他の例を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係る鉄／マンガン含有水の処理装置の他の例を示す概略構成図である。 実施例１における処理日数に対する膜間差圧（ｋＰａ）を示すグラフである。 比較例１における処理日数に対する膜間差圧（ｋＰａ）を示すグラフである。 実施例２、比較例２におけるろ過量（ｍ^３／ｍ^２）に対するろ過抵抗（１／ｍ）を示すグラフである。

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

＜鉄／マンガン含有水処理装置１＞
本発明の実施形態に係る鉄／マンガン含有水の処理装置の一例の概略を図１に示し、その構成について説明する。

鉄／マンガン含有水処理装置１は、二酸化マンガンを含む酸化触媒が充填された酸化処理槽１２と、膜ろ過手段としての膜ろ過装置１６とを備える。鉄／マンガン含有水処理装置１は、被処理水槽１０と、酸化処理水槽１４と、処理水槽１８とを備えてもよい。

鉄／マンガン含有水処理装置１において、被処理水槽１０の被処理水入口には、被処理水配管２６が接続されている。被処理水槽１０の出口と酸化処理槽１２の下部入口とは、ポンプ２０を介して被処理水供給配管２８により接続され、酸化処理槽１２の上部出口と酸化処理水槽１４の入口とは、酸化処理水配管３０により接続されている。酸化処理水槽１４の出口と膜ろ過装置１６の入口とは、ポンプ２２を介して酸化処理水供給配管３２により接続され、膜ろ過装置１６の膜ろ過水出口と処理水槽１８の入口とは、膜ろ過水配管３４により接続されている。処理水槽１８の処理水出口には、処理水配管３６が接続されている。処理水槽１８の逆洗水出口と膜ろ過水配管３４の途中とは、ポンプ２４を介し、逆洗水配管３８により接続され、膜ろ過装置１６の逆洗排水出口には、逆洗排水配管４０が接続されている。酸化処理水配管３０の途中と被処理水槽１０のブロー排水入口とは、ブロー排水配管４２により接続されている。被処理水槽１０には、酸化剤添加手段としての酸化剤供給配管４４が接続されている。

本実施形態に係る鉄／マンガン含有水の処理方法および鉄／マンガン含有水処理装置１の動作について説明する。

［通常処理工程］
被処理水である、鉄およびマンガンのうち少なくとも１つを含む鉄／マンガン含有水は、必要に応じて被処理水配管２６を通して被処理水槽１０に貯留される。被処理水槽１０において、酸化剤が酸化剤供給配管４４を通して添加される（酸化剤添加工程）。なお、被処理水への酸化剤の添加は、被処理水供給配管２８において行われてもよいし、被処理水槽１０と酸化処理槽１２との間に別途、酸化剤混合槽を設けて、酸化剤混合槽において行われてもよい。

酸化剤が添加された被処理水（酸化剤添加水）は、ポンプ２０により被処理水供給配管２８を通して酸化処理槽１２へ送液される。酸化処理槽１２において、二酸化マンガンを含む酸化触媒により触媒層が形成され、酸化剤添加水は上向流により触媒層に通水され、二酸化マンガンを含む酸化触媒により酸化処理される（酸化処理工程）。鉄／マンガン含有水に酸化剤が添加され、二酸化マンガンを含む酸化触媒が充填された酸化処理槽１２に通水されることにより、溶存鉄および溶存マンガンが酸化析出される。

酸化処理槽１２の通水ＳＶは、例えば、５０～３００（１／ｈ）の範囲である。酸化処理槽１２の通水ＳＶが５０（１／ｈ）未満であると、触媒使用量が増加して装置高さが高くなり、３００（１／ｈ）を超えると、処理水質が低下する場合がある。

酸化処理された酸化処理水は、酸化処理水配管３０を通して必要に応じて酸化処理水槽１４へ送液され、貯留される。酸化処理水は、ポンプ２２により酸化処理水供給配管３２を通して膜ろ過装置１６へ送液され、膜ろ過装置１６において酸化析出された鉄およびマンガン等の析出物がろ過され、除去される（膜ろ過工程）。膜ろ過工程におけるろ過方式は、被処理水の全量をろ過するデッドエンド（全量ろ過）方式でも、被処理水をろ過膜の表面に対して略平行方向に流通させるクロスフロー方式でもよいが、電力消費量を抑えられる等の点でデッドエンド方式が好ましい。

膜ろ過された膜ろ過水（処理水）は、膜ろ過水配管３４を通して処理水槽１８へ送液され、貯留される。処理水槽１８の膜ろ過水（処理水）の少なくとも一部は、処理水配管３６を通して系外へ排出され、膜ろ過装置１６の膜の洗浄が必要となった場合、膜ろ過水（処理水）の少なくとも一部は、逆洗水として、ポンプ２４により逆洗水配管３８、膜ろ過水配管３４を通して膜ろ過装置１６へ出口側から送液されて、膜ろ過装置１６の逆洗に用いられてもよい（逆洗工程）。逆洗排水は、逆洗排水出口より逆洗排水配管４０を通して排出される。

［ブロー工程］
鉄／マンガン含有水処理装置１において、酸化処理槽１２の閉塞を抑制するため、例えば１日に１回～１週間に１回程度の所定の頻度で酸化処理槽１２をブロー水により洗浄するブローを行い（ブロー工程）、得られたブロー排水の少なくとも一部を膜ろ過装置１６の前段に送液してもよい（ブロー排水送液工程）。これにより、後段のろ過膜の閉塞を抑制しつつ、水回収率の低下を抑制することができる。

ブロー工程では、被処理水である鉄／マンガン含有水の酸化処理槽１２への通水を停止して静置した後に、酸化処理槽１２の規定流量以上の流量で酸化処理槽１２へブロー水を通水する（ブロー工程１）か、酸化処理槽１２の規定流量より大きい流量で酸化処理槽１２へブロー水を通水する（ブロー工程２）か、のいずれか一方を行い、得られたブロー排水の少なくとも一部を膜ろ過装置１６の前段に送液する。

（ブロー工程１）
ブロー工程１では、まず、ポンプ２０を停止し、酸化処理槽１２への被処理水の通水を停止して、所定時間静置する（静置工程）。このとき、膜ろ過装置１６による膜ろ過は、停止しても、継続して行ってもよいが、稼働率等の観点から膜ろ過を継続することが好ましい。

酸化処理槽１２の静置時間は、例えば、１分程度行えばよく、酸化処理水槽１４の水位が膜ろ過運転可能な水位以下になる前までに静置工程を終了することが好ましい。

静置工程の後、ブロー手段としてのポンプ２０を稼働させて酸化処理槽１２の上向流での通水を再開し、酸化処理槽１２の規定流量以上の流量で酸化処理槽１２へ被処理水をブロー水として被処理水槽１０から被処理水供給配管２８を通して通水する（通水工程）。被処理水以外の水をブロー水として用いてもよい。

通水工程は、例えば、５分～３０分程度行えばよい。

通水工程における酸化処理槽１２の流量は、上記通常処理工程における通水ＳＶ以上の流量であればよく、洗浄効果等の点から、１００～３００（１／ｈ）の範囲であることが好ましい。

得られたブロー排水の少なくとも一部は、酸化処理水配管３０、ブロー排水配管４２を通して膜ろ過装置１６の前段である例えば被処理水槽１０に送液される（ブロー排水送液工程）。ブロー排水は、被処理水配管２６において送液されてもよいし、被処理水供給配管２８において送液されてもよい。

ブロー工程が終了後、上記通常処理工程へ戻ればよい。

（ブロー工程２）
ブロー工程２では、ブロー手段としてのポンプ２０の流量を上げて、酸化処理槽１２の規定流量より大きい流量で酸化処理槽１２へ被処理水をブロー水として被処理水槽１０から被処理水供給配管２８を通して通水する（通水工程）。被処理水以外の水をブロー水として用いてもよい。

通水工程は、例えば、５分～３０分程度行えばよい。

通水工程における酸化処理槽１２の流量は、上記通常処理工程における通水ＳＶより大きい流量であればよく、洗浄効果等の点から、１００～３００（１／ｈ）の範囲であることが好ましい。

得られたブロー排水の少なくとも一部は、ブロー工程１と同様にして、酸化処理水配管３０、ブロー排水配管４２を通して膜ろ過装置１６の前段である例えば被処理水槽１０に送液される（ブロー排水送液工程）。

ブロー工程が終了後、上記通常処理工程へ戻ればよい。

＜鉄／マンガン含有水処理装置３，５＞
本発明の実施形態に係る鉄／マンガン含有水の処理装置の他の例の概略を図２に示す。鉄／マンガン含有水処理装置３は、二酸化マンガンを含む酸化触媒が充填された酸化処理槽１２と、膜ろ過手段としての膜ろ過装置１６とを備える。鉄／マンガン含有水処理装置３は、被処理水槽１０と、酸化処理水槽１４と、処理水槽１８とを備えてもよい。

鉄／マンガン含有水処理装置３において、被処理水槽１０の被処理水入口には、被処理水配管２６が接続されている。被処理水槽１０の出口と酸化処理槽１２の下部入口とは、ポンプ２０を介して被処理水供給配管２８により接続され、酸化処理槽１２の上部出口と酸化処理水槽１４の酸化処理水入口とは、酸化処理水配管３０により接続されている。酸化処理水槽１４の出口と膜ろ過装置１６の入口とは、ポンプ２２を介して酸化処理水供給配管３２により接続され、膜ろ過装置１６の膜ろ過水出口と処理水槽１８の入口とは、膜ろ過水配管３４により接続されている。処理水槽１８の処理水出口には、処理水配管３６が接続されている。処理水槽１８の逆洗水出口と膜ろ過水配管３４の途中とは、ポンプ２４を介し、逆洗水配管３８により接続され、膜ろ過装置１６の逆洗排水出口には、逆洗排水配管４０が接続されている。逆洗排水配管４０の途中と酸化処理水槽１４のクロスフロー排水入口とは、クロスフローろ過手段としてのクロスフロー排水配管４６により接続されている。被処理水槽１０には、酸化剤添加手段としての酸化剤供給配管４４が接続されている。

本発明の実施形態に係る鉄／マンガン含有水の処理装置の他の例の概略を図３に示す。鉄／マンガン含有水処理装置５は、二酸化マンガンを含む酸化触媒が充填された酸化処理槽１２と、膜ろ過手段としての膜ろ過装置１６とを備える。鉄／マンガン含有水処理装置５は、被処理水槽１０と、処理水槽１８とを備えてもよい。

鉄／マンガン含有水処理装置５において、被処理水槽１０の被処理水入口には、被処理水配管２６が接続されている。被処理水槽１０の出口と酸化処理槽１２の下部入口とは、ポンプ２０を介して被処理水供給配管２８により接続され、酸化処理槽１２の上部出口と膜ろ過装置１６の入口とは、酸化処理水配管４８により接続されている。膜ろ過装置１６の膜ろ過水出口と処理水槽１８の入口とは、膜ろ過水配管３４により接続されている。処理水槽１８の処理水出口には、処理水配管３６が接続されている。処理水槽１８の逆洗水出口と膜ろ過水配管３４の途中とは、ポンプ２４を介し、逆洗水配管３８により接続され、膜ろ過装置１６の逆洗排水出口には、逆洗排水配管４０が接続されている。逆洗排水配管４０の途中と被処理水槽１０のクロスフロー排水入口とは、クロスフローろ過手段としてのクロスフロー排水配管５０により接続されている。被処理水槽１０には、酸化剤添加手段としての酸化剤供給配管４４が接続されている。

［通常処理工程］
鉄／マンガン含有水処理装置３，５において、被処理水である、鉄およびマンガンのうち少なくとも１つを含む鉄／マンガン含有水は、必要に応じて被処理水配管２６を通して被処理水槽１０に貯留される。被処理水槽１０において、酸化剤が酸化剤供給配管４４を通して添加される（酸化剤添加工程）。なお、被処理水への酸化剤の添加は、被処理水供給配管２８において行われてもよいし、被処理水槽１０と酸化処理槽１２との間に別途、酸化剤混合槽を設けて、酸化剤混合槽において行われてもよい。

酸化剤が添加された被処理水（酸化剤添加水）は、ポンプ２０により被処理水供給配管２８を通して酸化処理槽１２へ送液される。酸化処理槽１２において、二酸化マンガンを含む酸化触媒により触媒層が形成され、酸化剤添加水は上向流により触媒層に通水され、二酸化マンガンを含む酸化触媒により酸化処理される（酸化処理工程）。鉄／マンガン含有水に酸化剤が添加され、二酸化マンガンを含む酸化触媒が充填された酸化処理槽１２に通水されることにより、溶存鉄および溶存マンガンが酸化析出される。

酸化処理槽１２の通水ＳＶは、例えば、１００～３００（１／ｈ）の範囲である。酸化処理槽１２の通水ＳＶが１００（１／ｈ）未満であると、触媒使用量が増加して装置高さが高くなり、３００（１／ｈ）を超えると、処理水質が低下する場合がある。

図２の鉄／マンガン含有水処理装置３では、酸化処理された酸化処理水は、酸化処理水配管３０を通して必要に応じて酸化処理水槽１４へ送液され、貯留される。酸化処理水は、ポンプ２２により酸化処理水供給配管３２を通して膜ろ過装置１６へ送液され、膜ろ過装置１６において酸化析出された鉄およびマンガン等の析出物がろ過され、除去される（膜ろ過工程）。図３の鉄／マンガン含有水処理装置５では、酸化処理された酸化処理水は、酸化処理水配管４８を通して膜ろ過装置１６へ送液され、膜ろ過装置１６において酸化析出された鉄およびマンガン等の析出物がろ過され、除去される（膜ろ過工程）。膜ろ過工程におけるろ過方式は、被処理水の全量をろ過するデッドエンド（全量ろ過）方式でも、被処理水をろ過膜の表面に対して略平行方向に流通させるクロスフロー方式でもよいが、電力消費量を抑えられる等の点でデッドエンド方式が好ましい。

膜ろ過された膜ろ過水（処理水）は、膜ろ過水配管３４を通して処理水槽１８へ送液され、貯留される。処理水槽１８の膜ろ過水（処理水）の少なくとも一部は、処理水配管３６を通して系外へ排出され、膜ろ過装置１６の膜の洗浄が必要となった場合、膜ろ過水（処理水）の少なくとも一部は、逆洗水として、ポンプ２４により逆洗水配管３８、膜ろ過水配管３４を通して膜ろ過装置１６へ出口側から送液されて、膜ろ過装置１６の逆洗に用いられてもよい（逆洗工程）。逆洗排水は、逆洗排水出口より逆洗排水配管４０を通して排出される。

［ブロー／クロスフローろ過工程］
鉄／マンガン含有水処理装置３，５において、酸化処理槽１２の閉塞を抑制するため、例えば１日に１回～１週間に１回程度の所定の頻度で酸化処理槽１２をブロー水により洗浄するブローを行い（ブロー工程）、得られたブロー排水の少なくとも一部について膜ろ過装置１６へ送液し、膜ろ過装置１６においてクロスフローろ過を行ってもよい（クロスフローろ過工程）。これにより、後段のろ過膜の閉塞を抑制しつつ、水回収率の低下を抑制することができる。

ブロー工程では、被処理水である鉄／マンガン含有水の酸化処理槽１２への通水を停止して静置した後に、酸化処理槽１２の規定流量以上の流量で酸化処理槽１２へブロー水を通水する（ブロー工程１）か、酸化処理槽１２の規定流量より大きい流量で酸化処理槽１２へブロー水を通水する（ブロー工程２）か、のいずれか一方を行い、酸化処理槽１２へのブロー水の通水を開始するとともに、または酸化処理槽１２へのブロー水の通水を開始した後に、得られたブロー排水の少なくとも一部について膜ろ過装置１６へ送液し、膜ろ過装置１６においてクロスフローろ過を行う。

（ブロー工程１）
ブロー工程１では、まず、ポンプ２０を停止し、酸化処理槽１２への被処理水の通水を停止して、所定時間静置する（静置工程）。このとき、膜ろ過装置１６による膜ろ過は、停止しても、継続して行ってもよいが、稼働率等の観点から膜ろ過を継続することが好ましい。

酸化処理槽１２の静置時間は、例えば、１分程度行えばよく、酸化処理水槽１４の水位が膜ろ過運転可能な水位以下になる前までに静置工程を終了することが好ましい。

静置工程の後、ブロー手段としてのポンプ２０を稼働させて酸化処理槽１２の上向流での通水を再開し、酸化処理槽１２の規定流量以上の流量で酸化処理槽１２へ被処理水をブロー水として被処理水槽１０から被処理水供給配管２８を通して通水する（通水工程）。被処理水以外の水をブロー水として用いてもよい。

通水工程における酸化処理槽１２の流量は、上記通常処理工程における通水ＳＶ以上の流量であればよく、洗浄効果等の点から、１００～３００（１／ｈ）の範囲であることが好ましい。

酸化処理槽１２へのブロー水の通水を開始するとともに、または酸化処理槽１２へのブロー水の通水を開始した後に、得られたブロー排水の少なくとも一部について膜ろ過装置１６へ送液し、膜ろ過装置１６においてクロスフローろ過を行う。ブロー排水には酸化処理槽１２に捕捉されていた懸濁物質が高濃度で排出されるため、膜ろ過装置１６における膜ろ過はクロスフロー方式で通水する。

クロスフロー方式での最適な通水時間は、酸化処理水槽１４の滞留時間や膜ろ過装置１６のろ過フラックス等によって変わるが、例えば５分～３０分程度行えばよい。

図２の鉄／マンガン含有水処理装置３では、得られたクロスフロー排水の少なくとも一部は、逆洗排水配管４０、クロスフロー排水配管４６を通して膜ろ過装置１６の前段である例えば酸化処理水槽１４に返送される（クロスフロー排水返送工程）。

図３の鉄／マンガン含有水処理装置５では、得られたクロスフロー排水の少なくとも一部は、逆洗排水配管４０、クロスフロー排水配管５０を通して膜ろ過装置１６の前段である例えば被処理水槽１０に返送される（クロスフロー排水返送工程）。

図２の鉄／マンガン含有水処理装置３では、クロスフロー排水は、被処理水槽１０に返送されてもよいし、被処理水配管２６において返送されてもよいし、被処理水供給配管２８において返送されてもよいし、酸化処理水配管３０において返送されてもよいが、被処理水槽１０の酸化剤注入量を削減できる等の点から、酸化処理水槽１４に返送されることが好ましい。

図３の鉄／マンガン含有水処理装置５では、クロスフロー排水は、被処理水配管２６において返送されてもよいし、被処理水供給配管２８において返送されてもよいが、配管への返送は流量制御の難易度が上がる等の点から、被処理水槽１０に返送されることが好ましい。

ブロー工程１の場合、酸化処理槽１２への通水を停止させる工程が含まれるため、膜ろ過の被処理水量を所定量確保する等の点から、図２の鉄／マンガン含有水処理装置３のように、酸化処理槽１２と膜ろ過装置１６との間に酸化処理水槽１４を設けて、クロスフロー排水は酸化処理水槽１４に返送されることが好ましい。

クロスフロー排水の返送量は、例えば、ろ過量の０．５倍～６倍の範囲である。クロスフロー排水の返送量がろ過量の０．５倍より少ないと洗浄効果が得られない場合があり、６倍より高いとろ過ポンプの吐出量が大きくなり経済的でなくなる場合がある。

ブロー／クロスフローろ過工程が終了後、上記通常処理工程へ戻ればよい。

（ブロー工程２）
ブロー工程２では、ブロー手段としてのポンプ２０の流量を上げて、酸化処理槽１２の規定流量より大きい流量で酸化処理槽１２へ被処理水をブロー水として被処理水槽１０から被処理水供給配管２８を通して通水する（通水工程）。被処理水以外の水をブロー水として用いてもよい。

通水工程における酸化処理槽１２の流量は、上記通常処理工程における通水ＳＶより大きい流量であればよく、洗浄効果等の点から、１００～３００（１／ｈ）の範囲であることが好ましい。

酸化処理槽１２へのブロー水の通水を開始するとともに、または酸化処理槽１２へのブロー水の通水を開始した後に、得られたブロー排水の少なくとも一部について膜ろ過装置１６へ送液し、膜ろ過装置１６においてクロスフローろ過を行う。ブロー排水には酸化処理槽１２に捕捉されていた懸濁物質が高濃度で排出されるため、膜ろ過装置１６における膜ろ過はクロスフロー方式で通水する。

クロスフロー方式での最適な通水時間は、酸化処理水槽１４の滞留時間や膜ろ過装置１６のろ過フラックス等によって変わるが、例えば５分～３０分程度行えばよい。

図２の鉄／マンガン含有水処理装置３では、得られたクロスフロー排水の少なくとも一部は、逆洗排水配管４０、クロスフロー排水配管４６を通して膜ろ過装置１６の前段である例えば酸化処理水槽１４に返送される（クロスフロー排水返送工程）。

図３の鉄／マンガン含有水処理装置５では、得られたクロスフロー排水の少なくとも一部は、逆洗排水配管４０、クロスフロー排水配管５０を通して膜ろ過装置１６の前段である例えば被処理水槽１０に返送される（クロスフロー排水返送工程）。

図２の鉄／マンガン含有水処理装置３では、クロスフロー排水は、被処理水槽１０に返送されてもよいし、被処理水配管２６において返送されてもよいし、被処理水供給配管２８において返送されてもよいし、酸化処理水配管３０において返送されてもよいが、被処理水槽１０の酸化剤注入量を削減できる等の点から、酸化処理水槽１４に返送されることが好ましい。

図３の鉄／マンガン含有水処理装置５では、クロスフロー排水は、被処理水配管２６において返送されてもよいし、被処理水供給配管２８において返送されてもよいが、配管への返送は流量制御の難易度が上がる等の点から、被処理水槽１０に返送されることが好ましい。

ブロー工程２の場合、酸化処理槽１２への通水を停止させる工程が含まれるため、膜ろ過の被処理水量を所定量確保する等の点から、図３の鉄／マンガン含有水処理装置５のように、酸化処理槽１２と膜ろ過装置１６との間に酸化処理水槽１４を設けずに、酸化処理槽１２と膜ろ過装置１６とを直接接続し、クロスフロー排水は被処理水槽１０に返送されることが好ましい。

ブロー／クロスフローろ過工程が終了後、上記通常処理工程へ戻ればよい。

ブロー工程１またはブロー工程２において、酸化剤の添加量を、酸化処理槽１２へのブロー水の流量に応じて変更することが好ましい。酸化処理槽１２における流量を、通常処理工程における酸化処理槽１２の規定流量より大きい流量とする等、酸化処理槽１２の規定流量から変更する場合、残留酸化剤の濃度をできるだけ一定にするため、酸化剤の添加量を酸化処理槽１２へのブロー水の流量に応じて変更させる。

本実施形態に係る鉄／マンガン含有水の処理装置および鉄／マンガン含有水の処理方法において処理対象となる鉄／マンガン含有水は、鉄およびマンガンのうち少なくとも１つを含み、少なくともマンガンを含むことが好ましく、通常は鉄およびマンガンの両方を含む。鉄／マンガン含有水中の溶解性鉄の含有量は、例えば０．１～１０ｍｇ／Ｌの範囲であり、溶解性マンガンの含有量は、例えば０．０１～５ｍｇ／Ｌの範囲である。

処理対象となる鉄／マンガン含有水としては、例えば、河川水、地下水、湖沼水等が挙げられる。

酸化剤としては、次亜塩素酸ナトリウム、さらし粉、過マンガン酸カリウム、二酸化塩素等が挙げられ、ランニングコスト、汎用性等の点から、次亜塩素酸ナトリウムが好ましい。

酸化剤の添加量は、例えば、鉄／マンガン含有水中の溶解性鉄に対しては、鉄の含有量１モルに対して０．５モル以上２モル以下の範囲、溶解性マンガンに対しては、マンガン含有量１モルに対して１モル以上４モル以下の範囲である。酸化剤の添加量が上記の値未満であると、反応が不十分となる場合があり、過剰に入れすぎると、コスト面で不利となる上に、トリハロメタン生成量が増大する場合がある。

酸化処理槽１２で用いられる二酸化マンガンを含む酸化触媒としては、例えば、二酸化マンガンが粒状、固形状となった酸化触媒や、マンガン砂等が挙げられる。また、二酸化マンガンとしては、特に制限はなく、α型、β型、ε型、γ型、λ型、δ型およびＲ型の結晶構造を有する二酸化マンガンが挙げられ、これらのうち、反応性等の点から、β型の結晶構造を有する二酸化マンガンが好ましい。

酸化処理槽１２では、二酸化マンガンを含む酸化触媒は例えば上向流で被処理水が触媒層に通水されることにより、流動状態となり膨張床が形成される。

二酸化マンガンを含む酸化触媒の密度は、２．８ｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましい。二酸化マンガンを含む酸化触媒の密度が２．８ｇ／ｃｍ^３未満であると、高速で通水した場合に触媒が展開し、酸化処理槽１２の槽高が高くなる場合がある。

二酸化マンガンを含む酸化触媒の粒径は、０．４ｍｍ～２．０ｍｍの範囲であることが好ましい。二酸化マンガンを含む酸化触媒の粒径が０．４ｍｍ未満であると、触媒の展開率が上がり、粒径の小さいものが流出する場合があり、２．０ｍｍを超えると、触媒表面積が減り、反応効率が低下する場合がある。

酸化処理槽１２における反応温度は、例えば、１℃～５０℃の範囲である。

酸化処理槽１２で得られる酸化処理水の懸濁物質濃度が、４ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましく、５ｍｇ／Ｌ～２０００ｍｇ／Ｌの範囲であることがより好ましい。酸化処理槽１２で得られる酸化処理水の懸濁物質濃度が４ｍｇ／Ｌ未満であると、クロスフローろ過を行わなくても安定して通水できるため、デッドエンドろ過の方が経済的になる場合があり、２０００ｍｇ／Ｌを超えると、クロスフローろ過を行っても膜を閉塞させる場合がある。

膜ろ過装置１６において用いるろ過膜は、酸化析出された鉄およびマンガン等の析出物をろ過できるものであればよく、特に制限はないが、例えば、限外ろ過膜（ＵＦ膜）、精密ろ過膜（ＭＦ膜）等が挙げられ、二酸化マンガンを含む酸化触媒から剥離した微細なマンガン粒子（例えば、０．１μｍ未満）等を除去できる等の点から、限外ろ過膜が好ましい。限外ろ過膜の公称孔径は、０．０１μｍ以上、０．１μｍ未満であり、精密ろ過膜の孔径は、０．１μｍ以上、０．３μｍ以下である。ろ過膜の孔径は、微細なマンガン粒子を除去する観点から、０．０３μｍ以下が好ましい。ろ過膜の材質は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリスルホン（ＰＳ）、酢酸セルロース（ＣＡ）等の有機膜でも、セラミック等の無機膜でもよい。

本実施形態に係る鉄／マンガン含有水の処理装置および処理方法は、例えば、浄水処理場、地下水の用水処理等において好適に適用可能である。

以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

＜実施例１、比較例１＞
［酸化処理槽ブロー工程有無の比較］
図３に示す装置を用い、鉄／マンガン含有水の処理を行った。実施例１では、酸化処理槽のブロー（上記ブロー工程２の方法）を１日に１回行った。比較例１では、酸化処理槽のブローを行わなかった。それ以外の実験条件は、共通で以下のとおりとした。ブロー工程の影響を評価するため、ブロー排液は排水した。実施例１における被処理水および処理水の水質を表１に示し、比較例１における被処理水および処理水の水質を表１に示す。また、実施例１における処理日数に対する膜間差圧（ｋＰａ）を図４に示し、比較例１における処理日数に対する膜間差圧（ｋＰａ）を図５に示す。

（酸化処理槽）
通常時ＳＶ：１００／ｈ
ブロー時ＳＶ：２００／ｈ
ブロー時間：１０分
ブロー頻度：１日１回
（膜ろ過装置）
ろ過膜：ＵＦ膜（ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、４ｍ^２、０．０１μｍ、外圧式）
フラックス：１．５ｍ／ｄ
逆洗頻度：６０分毎に１分間
逆洗流量：３．０ｍ／ｄ

実施例１では酸化処理槽のブローを行ったため、触媒層での片流れの発生が抑制され、表１に示すようにマンガンおよび鉄の酸化不良の発生が抑制された。結果として図４に示すように、後段のろ過膜の閉塞が抑制された。比較例１では酸化処理槽のブローを行わなかったため、触媒層での片流れが発生し、表２に示すようにマンガンおよび鉄の酸化不良が発生した。結果として図５に示すように、後段のろ過膜の閉塞が急速に進み、数日（３～４日）で規定の流量が得られなくなった。

＜実施例２、比較例２＞
［ブロー時のクロスフローろ過とデッドエンドろ過の比較］
実施例２では、実施例１で得られた酸化処理槽のブロー排液をサンプリングし、クロスフロー方式で膜ろ過を行った。比較例２では、同じ水に対してデッドエンド方式で膜ろ過を行った。実施例２、比較例２におけるろ過量（ｍ^３／ｍ^２）に対するろ過抵抗（１／ｍ）を図６に示す。

（ブロー排液水質）
懸濁物質（ＳＳ）濃度：４００ｍｇ／Ｌ
（膜ろ過装置）
ろ過膜：ＵＦ膜（ＰＶＤＦ、０．００６ｍ^２、０．０１μｍ、外圧式）

図６に示すように、実施例２では、ろ過抵抗の上昇がわずかであったが、比較例２では急激なろ過抵抗の上昇が発生した。これは、ブロー排液に含まれる懸濁物質が膜表面に付着し、ろ過抵抗を生じたためと考えられる。

＜実施例３、比較例３＞
［水回収率比較］
上記の通り、実施例１と比較例１との比較により、酸化処理槽のブローの優位性が確認された。実施例２と比較例２との比較により、ブロー排液に対してクロスフローろ過が有効であることが確認された。そこで、実施例３では、酸化処理槽のブローを１日１回行い、ブロー時には膜ろ過装置を停止することなく、クロスフロー方式でろ過を継続した。比較例３では、酸化処理槽のブローを１日１回行い、ブロー時には膜ろ過装置を停止し、ブロー排液は全量排水した。逆洗排水は実施例３、比較例３とも全量排水した。その他の実験条件は以下のとおりとした。

（酸化処理槽）
通常時ＳＶ：１００／ｈ
ブロー時ＳＶ：２００／ｈ
ブロー時間：１０分
ブロー頻度：１日１回
（膜ろ過装置）
ろ過膜：ＵＦ膜（ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、４ｍ^２、０．０１μｍ、外圧式）
フラックス：１．５ｍ／ｄ
逆洗頻度：６０分毎に１分間
逆洗流量：３．０ｍ／ｄ

供給水量を１００％とした場合の水バランスは以下のとおりであった。
実施例３→酸化処理槽ブロー排水：なし、逆洗排水：３．３％、処理水（水回収率）：９６．７％
比較例３→酸化処理槽ブロー排水：１．４％、逆洗排水：３．３％、処理水（水回収率）：９５．３％

以上の結果より、実施例の装置および方法によって、後段のろ過膜の閉塞を抑制しつつ、水回収率の低下を抑制することができた。さらに、酸化処理槽からの瞬時的なブロー排水がなくなるため、排水処理設備をコンパクトにすることが可能である。

１，３，５ 鉄／マンガン含有水処理装置、１０ 被処理水槽、１２ 酸化処理槽、１４ 酸化処理水槽、１６ 膜ろ過装置、１８ 処理水槽、２０，２２，２４ ポンプ、２６ 被処理水配管、２８ 被処理水供給配管、３０，４８ 酸化処理水配管、３２ 酸化処理水供給配管、３４ 膜ろ過水配管、３６ 処理水配管、３８ 逆洗水配管、４０ 逆洗排水配管、４２ ブロー排水配管、４４ 酸化剤供給配管、４６，５０ クロスフロー排水配管。

Claims (6)

1. 鉄およびマンガンのうち少なくとも１つを含む鉄／マンガン含有水に酸化剤を添加する酸化剤添加手段と、
   前記酸化剤が添加された酸化剤添加水を酸化処理する、二酸化マンガンを含む酸化触媒が充填された酸化処理槽と、
   前記酸化処理された酸化処理水を膜ろ過する膜ろ過手段と、
   前記酸化処理槽をブロー水により洗浄するためのブロー手段と、
   を備え、
   前記ブロー手段は、前記酸化処理槽への鉄／マンガン含有水の通水を停止して静置した後に、前記酸化処理槽の規定流量以上の流量で前記酸化処理槽へ前記ブロー水を通水するか、前記酸化処理槽の規定流量より大きい流量で前記酸化処理槽へ前記ブロー水を通水するか、のいずれか一方を行い、前記酸化剤添加手段は、前記酸化剤の添加量を、前記ブロー手段による前記酸化処理槽への前記ブロー水の流量に応じて変更し、
   得られたブロー排水の少なくとも一部を、前記膜ろ過手段に送液し、前記膜ろ過手段でクロスフローろ過を行い、得られたクロスフロー排水の少なくとも一部を前記膜ろ過手段の前段に返送することを特徴とする、鉄／マンガン含有水の処理装置。
2. 請求項１に記載の鉄／マンガン含有水の処理装置であって、
   前記膜ろ過手段における膜ろ過は、全量ろ過であることを特徴とする、鉄／マンガン含有水の処理装置。
3. 請求項１または２に記載の鉄／マンガン含有水の処理装置であって、
   前記酸化処理水の懸濁物質濃度が、４ｍｇ／Ｌ以上であることを特徴とする、鉄／マンガン含有水の処理装置。
4. 鉄およびマンガンのうち少なくとも１つを含む鉄／マンガン含有水に酸化剤を添加する酸化剤添加工程と、
   前記酸化剤が添加された酸化剤添加水を、二酸化マンガンを含む酸化触媒が充填された酸化処理槽に通水して酸化処理する酸化処理工程と、
   前記酸化処理された酸化処理水を、膜ろ過手段を用いて膜ろ過する膜ろ過工程と、
   前記酸化処理槽をブロー水により洗浄するブロー工程と、
   を含み、
   前記ブロー工程において、前記酸化処理槽への鉄／マンガン含有水の通水を停止して静置した後に、前記酸化処理槽の規定流量以上の流量で前記酸化処理槽へ前記ブロー水を通水するか、前記酸化処理槽の規定流量より大きい流量で前記酸化処理槽へ前記ブロー水を通水するか、のいずれか一方を行い、前記酸化剤の添加量を、前記酸化処理槽への前記ブロー水の流量に応じて変更し、
   得られたブロー排水の少なくとも一部を、前記膜ろ過手段に送液し、前記膜ろ過手段でクロスフローろ過を行い、得られたクロスフロー排水の少なくとも一部を前記膜ろ過手段の前段に返送することを特徴とする、鉄／マンガン含有水の処理方法。
5. 請求項４に記載の鉄／マンガン含有水の処理方法であって、
   前記膜ろ過工程における膜ろ過は、全量ろ過であることを特徴とする、鉄／マンガン含有水の処理方法。
6. 請求項４または５に記載の鉄／マンガン含有水の処理方法であって、
   前記酸化処理水の懸濁物質濃度が、４ｍｇ／Ｌ以上であることを特徴とする、鉄／マンガン含有水の処理方法。

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