JPH05245484A - オゾンによる水処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】浄水処理プロセスにおいて、オゾンを用いて効
果的にＭｎを除去する。 【構成】 上記の課題を解決するために、本発明の方法
は、オゾン接触塔内の被処理水を塔外に採取するサンプ
リング系、サンプリング水の光学的特性を測定する光学
系、前記光学的特性に基づく電気信号によりオゾン注入
量を決定する演算装置、および前記演算結果によりオゾ
ン注入量を可変とするオゾナイザーを用いて、あらかじ
めＭｎ(VII) の濃度を設定しておくとともに、前記光学
系によりＭｎ(VII) の持つ赤桃色を検知し、この赤桃色
が示す光学的特性値と前記Ｍｎ(VII) 設定値とを比較す
ることにより、前記オゾン注入量を制御するものであ
り、被処理水の水質の変動に対しても、安定なＭｎ除去
処理を行なうことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、浄水処理に用いられ、
水中の溶解性マンガン（Ｍｎ）をオゾンで処理する方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】水道水中に含まれるマンガンイオン［Ｍ
ｎ(II)］は、浄水処理の最終工程である塩素消毒（次亜
塩素酸を用いる）で酸化され、赤桃色を有するようにな
り、給水時点では「黒い水」と呼ばれている。この「黒
い水」は、飲料水としては使勿論、その他洗濯などの用
途にも使用することができない。

【０００３】このようなマンガンイオンに対する処理上
の対策として、従来、マンガン砂のような生物学的手法
や、塩素イオンを適量注入することにより、溶解性マン
ガンＭｎ(II)を非溶解性のマンガンＭｎ(IV)に化学変化
させ、濾過で除去するのが一般的である。この場合も塩
素添加量が多過ぎると、さらに酸化されＭｎ(IV)はＭｎ
(VII) に変化するが、Ｍｎ(VII) は溶解性で赤桃色の着
色がある。

【０００４】近年、原水の水質が益々悪質・劣化してい
るのは周知であり、臭気物質や発癌性を有するＴＨＭ
（トリハロメタン）の原因となる微量有機物が含まれる
ようになり、これに対応するため、浄水処理における高
度処理の導入が始まっている。オゾンによる水処理方法
は、この高度処理方法の主要な技術であり、上記の問題
を抱える殆どの浄水場が、オゾンによる水処理設備の導
入を検討している。

【０００５】一方、臭気物質や発癌性を有するＴＨＭ
（トリハロメタン）の原因となる微量有機物の問題とは
別に、冒頭に述べた「黒い水」は古くて新しい問題とし
て、浄水場では、継続的にこの「黒い水」対策も行なう
必要がある。オゾンは次亜塩素酸と同様に強い酸化剤で
あり、Ｍｎ(II)を酸化することができるが、現状は上述
のように、高度処理への運用のために検討されているの
で、Ｍｎ除去の効果的な使用方法については、いまだに
なされていない。

【０００６】しかし、オゾンによる水処理は、被処理物
質への添加量を電気的に制御し得るという点で、化学薬
品の酸化剤に比べて取り扱いの複雑さを含まぬ方法であ
ることから、効果的な利用が期待される。ただ、オゾン
による水処理には、厚生省が活性炭処理を併用すること
を指導しているので、活性炭の使用と併せて検討する必
要がある。

【０００７】ところで、浄水プロセスの最終段階である
殺菌のための塩素処理の時点で、Ｍｎ(II)濃度が０．０
１ｍｇ／ｌ残存していると、次亜塩素酸により酸化され
Ｍｎ(VII) になった場合の発色を色度という指標で表わ
すが、この色度は経験的にｍｇ／ｌ濃度の３００〜４０
０倍、即ち、３ないし４度になる。飲料水の水質基準か
らは、色度は５度以下にしなければならないので、目安
としてＭｎ(II)濃度を０．０１ｍｇ／ｌ以下にすること
を目標としている。

【０００８】一方、オゾンとＭｎ(II)の反応では、従
来、実験的にオゾン注入量が目安として決められている
のみである。即ち、オゾン注入量がＭｎ(II)→Ｍｎ(IV)
への理論当量のほぼ１．２倍程度では、オゾン・活性炭
処理における処理水中のマンガンはＭｎ(IV)であり、理
論当量の２倍以上を添加すると、一部がＭｎ(VII) まで
酸化される等々が実験されている。これらは、処理対象
水を用いたパイロットプラント試験によって決定され
る。上記の反応で、実際の被処理水において、Ｍｎ(II)
→Ｍｎ(IV)の酸化の理論当量以上にオゾンを必要とする
のは、共存物質が存在するためである。特に水中に含ま
れる種々の有機物はオゾンを消費する。

【０００９】しかし、原水の流入水質は常に季節によっ
て変動するので、実際の原水において経験的にオゾンの
注入量を決めるだけでは、処理に支障をきたす場合が生
ずる。即ち、有機物が過剰に入っていればオゾン不足と
なり、Ｍｎ(II)→Ｍｎ(IV)の反応が十分に行なわれな
い。これとは逆に有機物が少なければオゾン過剰とな
り、Ｍｎ(II)→Ｍｎ(IV)の再溶解が起きてしまう。

【００１０】この反応速度は、基本的には溶存オゾン濃
度で決定される。同じオゾン注入量でも、例えば有機物
濃度によって溶存オゾン濃度が異なるが、注入量を調節
して同じ溶存オゾン濃度にすると、同様の反応が進行す
る。このためには、溶存オゾンをモニタリングする必要
があるが、現状では長期の安定性や測定下限から考え
て、オンラインでは安定して性能を発揮する適切な溶存
オゾンメータが得られていない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上のことから、オゾ
ンによる水処理方法では、Ｍｎの過度の酸化を防ぎ、か
つオゾン・活性炭処理後にＭｎ(II)もしくはＭｎ(VII)
が所望の濃度以下となるように処理しなければならな
い。本発明は上述の現状に鑑みてなされたものであり、
その目的は浄水処理プロセスにおいて、オゾンにより効
果的にＭｎを除去する方法を提供することにある。

【００１２】

【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、本発明の方法は、オゾン接触塔内の被処理水を塔
外に採取するサンプリング系、サンプリング水の光学的
特性を測定する光学系、前記光学的特性に基づく電気信
号によりオゾン注入量を決定する演算装置、および前記
演算結果によりオゾン注入量を可変とするオゾナイザー
を用いて、あらかじめＭｎ(VII) の濃度を設定しておく
とともに、前記光学系によりＭｎ(VII)の持つ赤桃色を
検知し、この赤桃色が示す光学的特性値と前記Ｍｎ(VI
I) 設定値とを比較することにより、前記オゾン注入量
を制御するものである。

【００１３】

【作用】本発明の方法は、可視部の波長の光を用いた吸
光度または透過率の測定には、信頼性が高く安定な測定
器が実用化されており、Ｍｎ(VII) の赤桃色が十分オゾ
ンが供給されているという指標となるので、原水の水質
の変動にかかわらず安定したＭｎ(II)→Ｍｎ(IV)の酸化
を達成することができる。この方法は、僅かな過剰点で
安定させる処理方法であり、赤桃色［Ｍｎ(VII) ］が僅
かでも発生してしまっている点については、僅かな量で
あると、後続する活性炭処理において、活性炭表面でＭ
ｎ(VII) が還元されてＭｎ(IV)になり、抑留・除去され
るので、問題はない。この結果、被処理水の水質の変動
に対しても、安定なＭｎ除去処理を行なうことができ
る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき説明する。図
１は本発明の方法が適用されるパイロットプラント実験
装置の機器配置と、水の流れ、信号経路を矢印線で示し
た模式図である。図１において、Ｍｎ(II)濃度が０．１
〜０．０４ｍｇ／ｌの模擬原水１をオゾン接触塔２の塔
頂から供給し、オゾン化空気はオゾナイザー３により、
オゾン接触塔２の底部から供給する。このオゾン接触塔
２中でオゾンの酸化作用により、Ｍｎ(II)→Ｍｎ(IV)の
酸化が起きる。図１では、原水１をオゾンで処理した後
に、活性炭吸着塔４により活性炭処理を行なって、処理
水５を放流しているが、特にＭｎ(IV)の抑留・除去のた
めに、この間に濾過装置を設けてもよい。このパイロッ
トプラントでは、活性炭にＭｎ(VII) →Ｍｎ(IV)の還元
作用およびＭｎ(IV)の濾過・抑留作用を持たせている。

【００１５】また、前述のように、若干の赤桃色を目安
にしており、Ｍｎ(VII) の初期設定濃度を０．００３ｍ
ｇ／ｌとした。この初期設定濃度は、勿論任意である。
オゾン接触塔２の処理水からのサンプリング水６は、ポ
ンプ７によりフローセルを有する光学装置８に送り、波
長５４０ｎｍで吸光度または透過率を測定する。この吸
光度または透過率のデータはパーソナルコンピュータ９
に送り、あらかじめ定められた検量線を用いて濃度を決
定する。

【００１６】この濃度（測定値）に基づき、初期設定濃
度より測定値が高い［Ｍｎ(VII) が多い］場合は、オゾ
ン供給量過多であるから、パーソナルコンピュータ９内
のアルゴリズムにより、あるステップでインバータ１０
に指令を送り、オゾン化空気濃度を低くして、オゾン供
給量を抑える。この結果、測定値が設定値より低くなっ
たとき、オゾン化空気濃度を低くするのを止める。

【００１７】次に、測定値が設定値より低くなった場
合、これは二つのケースが考えられる。その一つは、オ
ゾン供給量不足である。この場合は、ある間隔でオゾン
供給量を増加させる。この結果、測定値が設定値を上回
るようになるので、再度オゾン供給量を低くするという
ステップを繰り返す。もう一つは、原水１中のＭｎ(II)
濃度が低い場合である。このときは、設定値までオゾン
を供給すると、過剰にＭｎ(VII) へ転換させてしまう可
能性があるが、仮にＭｎ(II)の全部がＭｎ(VII) に転換
しても、設定値である０．００３ｍｇ／ｌ程度であれ
ば、絶対的に濃度が低いので、後のプロセスである活性
炭吸着塔４で、十分に還元・濾過（抑留）される。

【００１８】以上の場合は、制御上の問題はないが、特
別なケースとして、オゾン供給量をいくら増加させて
も、換言すれば全てがＭｎ(VII) に転換したとしても、
設定値に達しない場合、即ち、Ｍｎ(II)濃度が極微量の
場合がある。このときは、オゾン供給量を一旦最大値
（図１の装置では注入率として３ｍｇ／ｌ）まで上昇さ
せ、サインカーブに基づくオゾン濃度の上下、即ち、最
小注入率０．２ｍｇ／ｌと最大注入率３ｍｇ／ｌを振幅
とし、オゾン接触塔２での滞留時間の２倍の時間（３０
分）を周期として繰り返すウオッチモードをとることに
する。このモード中、測定値が設定値に達したとき、上
記の制御モードに切り換える。

【００１９】通常、水質は変化するが、急激な変化は殆
どないので、実用的にはウオッチモードを２時間続けた
後、オゾンの最低供給量に設定してしまい、ある時間間
隔で再びウオッチモードに戻すという、オゾン使用量の
削減など経済性を考慮した手段をとることも可能であ
る。図２は図１に示す装置を用いて、オゾンによる水処
理を実施したときの結果、即ち、経過日数とＭｎ濃度の
関係を表わす線図である。図２では、処理水のＭｎ濃度
が定量限界以下（０．００２ｍｇ／ｌ）の場合は０点に
プロットしてあるが、ほぼ３カ 月の連続運転において、
処理水にＭｎイオンは検出されていない。このように、
本発明の方法によれば、被処理水のＭｎをオゾンを用い
て極めて有効に除去することができる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明のオゾンによ
る水処理方法はＭｎ除去に関して次の効果を有する。 Ｍｎ濃度の変動があったとしても、それを検知し、
適切にオゾンを注入することができる。特に原水のＭｎ
濃度が高い場合の方が、制御上有利であるから、実用性
が高い。

【００２１】 完全自動化処理を行なうことができ
る。したがって、複雑な濃度調整および危険性のある次
亜塩素酸を用いてＭｎ除去を行なう従来の方法に比べ
て、処理効率と安全性が格段に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法が適用されるパイロットプラント
実験装置の模式図

【図２】本発明の方法における経過日数とＭｎ濃度の関
係を表わす線図

【符号の説明】

１ 模擬原水 ２ オゾン接触塔 ３ オゾナイザー ４ 活性炭吸着塔 ５ 処理水 ６ サンプリング水 ７ ポンプ ８ 光学装置 ９ パーソナルコンピュータ １０ インバータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 龍太郎 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被処理水にオゾンを接触反応させて被処理
   水中に含まれるＭｎを不溶化し除去するオゾンによる水
   処理方法において、オゾン接触塔内の被処理水を塔外に
   採取するサンプリング系、サンプリング水の光学的特性
   を測定する光学系、前記光学的特性に基づく電気信号に
   よりオゾン注入量を決定する演算装置、前記演算結果に
   よりオゾン注入量を可変とするオゾナイザー、および活
   性炭吸着塔を用いて、あらかじめＭｎ(VII) の濃度を設
   定しておくとともに、前記光学系によりＭｎ(VII) の持
   つ赤桃色を検知し、この赤桃色が示す光学的特性値と前
   記Ｍｎ(VII) 設定値とを比較することにより前記オゾン
   注入量を制御し、かつ活性炭処理することを特徴とする
   オゾンによる水処理方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の方法において、オゾン供給
   量の最大注入率と最少注入率とを定め、はじめにこれら
   最大注入率と最少注入率を上下とするオゾン注入を所定
   の時間間隔で繰り返して設定値を検知した後、定常の制
   御に切り換えることを特徴とするオゾンによる水処理方
   法。