JPH091156A

JPH091156A - 地下水中に含有されている第１鉄イオンの酸化方法

Info

Publication number: JPH091156A
Application number: JP17287795A
Authority: JP
Inventors: Hirotsugu Tsuchiya; 博嗣土屋; Kenichiro Mizuno; 健一郎水野; Tatsuo Takechi; 辰夫武智; Yoshihide Kageyama; 佳秀蔭山
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1995-06-15
Filing date: 1995-06-15
Publication date: 1997-01-07

Abstract

(57)【要約】【目的】地下水中に含有されている第１鉄イオンを、
短時間で効率的に酸化する。【構成】地下水を、エアレーション槽２内においてエ
アレーションして、地下水中に存在する遊離炭酸を減少
させることにより、地下水のpH値を所定値まで上昇さ
せ、次いで、遊離炭酸が減少した地下水に、アルカリ剤
を添加して、そのpH値を更に所定値まで上昇させること
により、地下水中に含有されている第１鉄イオンを短時
間で効率的に酸化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、地下水の上水処理、
工水処理、配水処理等の水処理分野の前処理として行わ
れる、地下水中に含有されている第１鉄イオンの酸化方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地下水の上水処理、工水処理、配水処理
等の水処理分野においては、水の浄化処理を、凝集・沈
澱処理、および、砂濾過や膜濾過等の濾過処理によって
行っている。

【０００３】しかしながら、地下水は、一般に地表水に
比べて多量の鉄分を含有しており、その鉄分の多くは、
地下水が嫌気性状態にあるために還元され、第１鉄イオ
ンとして存在している。そのために、通常の水処理法で
は、地下水中の鉄分を除去することができず、水中に存
在する第１鉄イオンを酸化して析出させた後、これを固
液分離手段により除去しなければならない。

【０００４】このような、水中に存在する鉄分の酸化方
法として、次の方法が知られている。 (1) エアレーションによる酸化 (2) 塩素注入による酸化 (3) 接触濾過による酸化 (4) 鉄バクテリアによる酸化 (5) 過マンガン酸カリウム注入による酸化 (6) オゾン注入による酸化

【０００５】上記方法のうち、コスト面から一般に実施
されている方法は、(1) のエアレーションによる酸化、
(2) の塩素注入による酸化および(3) の接触濾過による
酸化の各方法である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】水中の鉄分は、塩素に
よって瞬時に酸化されるので、上記(2) の塩素注入によ
る酸化がもっとも容易な方法である。しかしながら、こ
の方法には、水中に存在する有機物質の濃度が高い場合
に、塩素の注入によって、人体に有害なトリハロメタン
等の有機塩素化合物が生成し、また、鉄濃度の変動が激
しい場合に、塩素注入率の制御が困難である等の問題が
ある。

【０００７】上記(3) の接触濾過による酸化方法は、鉄
を酸化させるだけでなく、その除去まで行うことができ
る点で優れてはいるが、濾過速度が遅く、且つ、膜濾過
などのように固液分離能力が高い処理方法と比較し、水
質面および設備面で問題がある。

【０００８】上記(1) のエアレーションによる酸化方法
は、地下水の鉄濃度の変動による影響はあまりないが、
その水質によっては、エアレーション用の空気を大量に
必要とし、且つ、エアレーション槽中に地下水を長時間
滞留させなければならない問題がある。

【０００９】地下水中には遊離炭酸が存在しているため
に、そのpH値は一般に低い。従って、地下水の浄化処理
に際しては、水中に存在する遊離炭酸を除去し、そのpH
値を高める必要がある。このような、地下水中の遊離炭
酸の除去手段として、エアレーション処理およびアルカ
リ剤の添加処理が知られている。

【００１０】エアレーションによる遊離炭酸の除去手段
として、粒状の接触物質が充填された充填塔内に、処理
すべき水を通す充填塔方式、塔の下部に設けられた散気
管から、塔内の処理すべき水に空気を吹込む気泡塔方式
およびスプレー塔方式が知られている。

【００１１】しかしながら、充填塔方式およびスプレー
塔方式の場合には、遊離炭酸を除去するに十分な時間、
塔内に地下水を滞留させておくことができず、且つ、塔
内において目詰まりが生じやすく、水中の第１鉄イオン
または濁質の濃度が高い場合には、塔内において酸化鉄
が析出する結果、維持管理が困難になる等の問題があ
る。気泡塔方式の場合には、pH値の上昇が十分ではな
く、酸化速度が遅い問題はあるが、その維持管理が容易
で且つ処理水を遊離炭酸を除去するに十分な時間滞留し
得る利点がある。

【００１２】従って、この発明の目的は、上述した問題
を解決し、地下水中に含有されている第１鉄イオンを、
短時間で効率的に酸化、除去することができる、地下水
中に含有されている第１鉄イオンの酸化方法を提供する
ことにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明の方法は、地下
水をエアレーション槽内においてエアレーションして、
前記地下水中に存在する遊離炭酸を減少させることによ
り、前記地下水のpH値を所定値まで上昇させ、次いで、
前記遊離炭酸が減少した地下水にアルカリ剤を添加し
て、そのpH値を更に所定値まで上昇させることにより、
前記地下水中に含有されている第１鉄イオンを短時間で
効率的に酸化させることに特徴を有するものである。前
記地下水のエアレーションによるpH値上昇は、７〜７．
５の範囲までとし、そして、前記アルカリ剤の添加によ
るpH値上昇は、８〜８．５の範囲とすることが望まし
い。

【００１４】

【作用】地下水のpH値は、通常６〜6.5 であって低い。
従って、このように低いpH値を高めないと、地下水中に
含有されている第１鉄イオンを効率的に酸化させること
ができない。地下水のpH値が低い原因は、水中に遊離炭
酸が過剰に存在しているためである。即ち、地下水の遊
離炭酸含有率は、一般に 50mg/l 以上である。従って、
この遊離炭酸を除去すれば、地下水のpH値は上昇し、第
１鉄イオンを効率的に酸化させることができる。

【００１５】第１鉄イオン（２価鉄イオン）の酸化反応
速度は、下記式によって表される。ーｄ〔Ｆｅ（II）〕／ｄｔ＝ｋ〔Ｆｅ（II）〕・〔Ｏ₂〕・〔ＯＨ^-〕² （注）出典：「用水の除鉄・除マンガン処理」（出版
産業用水調査会）上記反応式から明らかなように、第１鉄イオン（２価鉄
イオン）の減少は、〔ＯＨ^-〕の２乗に比例している。
従って、第１鉄イオンを減少させるためには、地下水の
pH値を上昇させることが重要である。

【００１６】一般的な水質の場合には、水中の第１鉄イ
オンは、エアレーションによって容易に３価の鉄に酸化
され、酸化鉄となって析出し、後段の砂濾過または膜濾
過等のような固液分離工程においてこれを除去すること
ができる。しかしながら、地下水のように第１鉄イオン
の濃度が高い場合、または、２価鉄が錯体等を形成して
酸化され難くなっている場合には、エアレーションによ
る第１鉄イオンの酸化反応速度が遅い。従って、地下水
のpH値を上昇させて、第１鉄イオンの酸化反応速度を早
めることが必要である。

【００１７】エアレーションによるpH値の上昇効率は、
地下水中からの遊離炭酸の除去率によるものであって、
地下水中の遊離炭酸濃度に依存する。即ち、地下水中の
遊離炭酸濃度が低下するに従って、エアレーションによ
るpH値の上昇速度は遅くなり、遊離炭酸の除去効率が低
下する。

【００１８】図２は、水質の異なる２種類の地下水Ａ，
Ｂのエアレーション槽における滞留時間とそのpH値との
関係を示すグラフである。図２から明らかなように、多
量の遊離炭酸を含有する地下水Ａは、エアレーション槽
内におけるエアレーション処理により、そのpH値が約７
未満になるまで、また、地下水Ｂは、そのpH値が７．５
未満になるまで、比較的短時間でpH値を上昇させること
ができる。しかしながら、地下水ＡにおいてそのpH値が
７以上、地下水ＢにおいてそのpH値が７．５以上になる
と、地下水中の遊離炭酸含有量が約 10mg/l 以下に減少
する結果、エアレーション槽内に長時間滞留させてもpH
値の上昇効率は低い。

【００１９】一方、地下水へのアルカリ剤添加によるpH
値の上昇効率は、地下水中の遊離炭酸濃度の減少により
悪くなることはない。従って、エアレーションによって
地下水中の遊離炭酸を可能な限り除去し、pH値を所定値
まで上昇させた後にアルカリ剤を添加すれば、少量のア
ルカリ剤によって、効率的にpH値を上昇させることがで
きる。なお、地下水に対し、エアレーションを行う前に
アルカリ剤を添加した場合には、アルカリ剤は、地下水
中に高濃度に存在する遊離炭酸の中和に消費される結
果、pH値の上昇のためには、莫大な量のアルカリ剤が必
要になる。

【００２０】図３は、地下水に対するアルカリ剤（NaO
H) の添加率とそのpH値との関係を示すグラフである。
図３において、実線はこの発明の方法により、地下水に
対し、エアレーション槽においてエアレーションを施し
た後、アルカリ剤（NaOH) を添加した場合を示し、点線
はエアレーションを施さず、地下水に直接アルカリ剤
（NaOH) を添加した場合を示す。図３から明らかなよう
に、エアレーションを行わずに、地下水に直接アルカリ
剤（NaOH) を添加した場合には、多量のアルカリ剤を添
加しても、pH値の上昇効率は悪かった。

【００２１】図４は、地下水に対し、エアレーション槽
においてエアレーション処理を施し、次いで、アルカリ
剤を添加した後、滞留槽に滞留させたときの、地下水の
pH値と、地下水中の第１鉄イオンを0.01mg/l以下まで酸
化するのに要した、エアレーション槽および滞留槽にお
ける地下水の総滞留時間との関係を示すグラフである。
図４において、総滞留時間のうち４３分はエアレーショ
ン槽の滞留時間であり、残りの時間は滞留槽における滞
留時間である。図４から、総滞留時間を約７０分以下の
短時間にするためには、地下水のpH値を最終的に８以上
に上昇させなければならないことがわかる。

【００２２】地下水のpH値が高ければ高いほど、アルカ
リ剤添加後の滞留槽における地下水の酸化反応速度が早
くなり、その滞留時間は短くて済む。しかしながら、水
道の水質基準におけるpH値の制限から、pH値の上限は8.
5 とすることが望ましい。なお、pH値を8.５超に上昇さ
せて反応を完結した後、酸を添加してpH値を８前後に調
整してもよい。pH値を10以上に上昇させると、第１鉄イ
オンがFe(OH)²として析出するが、これは第１鉄イオン
の酸化ではないので、望ましくはない。

【００２３】上述した観点から、この発明においては、
地下水をエアレーションすることにより、そのpH値を７
〜７．５の範囲まで上昇させ、次いで、このようにpH値
が上昇した地下水に対し、アルカリ剤を添加することに
よって、そのpH値を更に８〜８．５の範囲まで上昇させ
ることが必要である。

【００２４】エアレーションによる地下水のpH値上昇が
７未満では、その後にアルカリ剤を添加しても、pH値を
効率的に上昇させることができず、一方、地下水のpH値
上昇が７．５を超えると、その値までエアレーションに
よりpH値を上昇させるために長時間を必要とし、pH値の
上昇効率が低下する。

【００２５】アルカリ剤添加によるpH値上昇が８未満で
は、地下水中の第１鉄イオンを0.01mg/l以下まで酸化す
るのに要する総滞留時間が長くなり、第１鉄イオンを効
率的に酸化させることができない。一方、アルカリ剤添
加によるpH値上昇が８．５を超えると、水道の水質基準
に反することになり、飲料水としての使用が出来なくな
る。

【００２６】図１は、この発明の方法の一実施態様を示
す概略工程図である。図１において、２はエアレーショ
ン槽、９は滞留槽であって、エアレーション槽２と滞留
槽９とは導管10により連結されている。エアレーション
槽２の内部は、その幅方向に所定間隔をあけて取付けら
れた２枚の垂直な仕切板5a, 5bによって、３室のエアレ
ーション室2a, 2b, 2cに区画されている。第１仕切板5a
の下端部と槽内底部との間、および、第２仕切板5bの上
端部と槽上面との間には、所定の間隙が設けられてい
る。

【００２７】エアレーション室2a, 2b, 2cの各々の下部
には、散気管４が設けられている。導管１により、エア
レーション室2aの上部に供給された地下水は、エアレー
ション室2aからエアレーション室2bおよび2cを順次流れ
て、エアレーション室2cの下部から排出され、その間
に、各エアレーション室の底部に設けられた散気管４か
ら噴出する空気によりエアレーションされる。

【００２８】なお、エアレーション槽２内は、上記のよ
うに複数のエアレーション室に分割することなく１室で
あってもよいが、複数室に分割した方が、遊離炭酸を効
率的に除去することができる。なお、分割した場合の室
数は、３〜５室で十分である。この場合、分割された複
数の室の全部においてエアレーションを行う必要はな
く、処理水の出側に近い室においてはエアレーションを
行わなくてもよい。

【００２９】エアレーション槽２と滞留槽９とを連結す
る導管10の途中には、支管11が取り付けられており、支
管11には、アルカリ剤貯留タンク６およびポンプ７が接
続されている。導管10の、支管11の接続部下流側には、
混合器８が接続されている。

【００３０】処理すべき地下水は、エアレーション槽２
のエアレーション室2a内にその入側上部から供給され、
一方、エアレーション室2a, 2b, 2cの各々の下部に設け
られた散気管４からブロア３により空気が吹き込まれ、
エアレーション室2a, 2b, 2c内を流れる地下水に対して
エアレーションが施される。

【００３１】エアレーションが施された地下水は、エア
レーション槽２から排出され、導管10を通って滞留槽９
に導かれるが、導管10の途中において、その中を通る地
下水中に、支管11からアルカリ剤が添加され、混合器８
によって混合される。このようにしてアルカリ剤が添
加、混合された地下水は滞留槽９に導かれ、滞留槽９に
おいて所定時間滞留している間に、第１鉄イオンは酸化
される。

【００３２】アルカリ剤の添加は、エアレーション槽２
の出側における導管10のどの位置で行ってもよく、ま
た、滞留槽９内に導かれた地下水中に直接行ってもよ
い。なお、アルカリ剤が添加された地下水は、混合器等
により十分に攪拌することが望ましい。

【００３３】アルカリ剤としては、水処理で一般に使用
されているソーダ灰（NaCo₃)、苛性ソーダ(NaOH)、消石
灰（ Ca(OH)₂）等が使用されるが、これらに限定される
ものではなく、pHの上昇効果を有するものであれば、何
を使用してもよい。

【００３４】

【実施例】

〔実施例１〕次に、この発明を実施例によって、更に説
明する。図１に示した装置を使用し、この発明の方法に
より、下記条件で地下水中に含有されている第１鉄イオ
ンの酸化処理を行った。地下水（原水）中の第１鉄イオン濃度：２１ｍｇ／ｌ流量：８ｌ／分エアレーション槽における滞留時間：３０分エアレーション槽における吹込み空気量：１２０ｌ／分ＮａＯＨ添加量：１６ｍｇ／ｌ（原水）滞留槽の滞留時間：３０分

【００３５】その結果、地下水（原水）中の第１鉄イオ
ンは、０．０１ｍｇ／ｌ未満まで酸化された。なお、こ
のときの原水のpHは６．７、エアレーション処理水のpH
は７．１、最終処理水のpHは８．０であった。

【００３６】〔実施例２〕次に、同じく図１に示した装
置を使用し、この発明の方法により、下記条件で地下水
中に含有されている第１鉄イオンの酸化処理を行った。地下水（原水）中の第１鉄イオン濃度：２１ｍｇ／ｌ流量：８ｌ／分エアレーション槽における滞留時間：４３分エアレーション槽における吹込み空気量：１２０ｌ／分ＮａＯＨ添加量：１６ｍｇ／ｌ（原水）滞留槽の滞留時間：１０分

【００３７】その結果、地下水（原水）中の第１鉄イオ
ンは、０．０１ｍｇ／ｌ未満まで酸化された。なお、こ
のときの原水のpHは６．７、エアレーション処理水のpH
は７．４、最終処理水のpHは８．３であった。

【００３８】〔比較例〕図６に示した装置を使用し、エ
アレーション槽２内の地下水中に直接ＮａＯＨを添加
し、下記条件で地下水中に含有されている第１鉄イオン
の酸化処理を行った。原水中の第１鉄イオン濃度：２１ｍｇ／ｌ流量：８ｌ／分エアレーション槽における滞留時間：１００分エアレーション槽における吹込み空気量：１２０ｌ／分ＮａＯＨ添加量：１６ｍｇ／ｌ（原水）

【００３９】その結果、原水中の第１鉄イオン濃度を
０．０１ｍｇ／ｌ未満まで酸化させるに１００分を要し
た。

【００４０】上述した実施例１、２および比較例におい
て、ＮａＯＨの添加量を変えて処理したときにおける、
第１鉄イオンが０．０１ｍｇ／ｌ未満まで酸化されるの
に必要な滞留時間を調べ、その結果を図５に示した。図
５から明らかなように、本発明の実施例１および２は、
比較例と比べて、槽内における地下水の滞留時間が顕著
に短く、地下水中に含有されている第１鉄イオンを、効
率的に酸化処理することができた。

【００４１】

【発明の効果】以上述べたように、この発明の方法によ
れば、地下水中に含有されている第１鉄イオンを、短時
間で効率的に酸化、除去することができる、工業上有用
な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の方法の一実施態様を示す概略工程図
である。

【図２】エアレーション槽における地下水の滞留時間と
そのpH値との関係を示すグラフである。

【図３】地下水に対するアルカリ剤（NaOH) の添加率と
そのpH値との関係を示すグラフである。

【図４】地下水に対し、エアレーション処理後、アルカ
リ剤を添加し、滞留槽に滞留させたときの、地下水のpH
値と、地下水中の第１鉄イオンを所定値まで酸化するの
に要した総滞留時間との関係を示すグラフである。

【図５】実施例および比較例における、ＮａＯＨ添加量
と、第１鉄イオンが所定値まで酸化されるのに必要な滞
留時間との関係を示すグラフである。

【図６】従来の方法を示す概略工程図である。

【符号の説明】

１導管２エアレーション槽 2a, 2b, 2c エアレーション室３ブロア４散気管 5a, 5b 仕切り板６アルカリ剤貯留タンク７ポンプ８混合器９滞留槽１０導管１１支管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者蔭山佳秀東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地下水をエアレーション槽内においてエ
アレーションして、前記地下水中に存在する遊離炭酸を
減少させることにより、前記地下水のpH値を所定値まで
上昇させ、次いで、前記遊離炭酸が減少した地下水にア
ルカリ剤を添加して、そのpH値を更に所定値まで上昇さ
せることにより、前記地下水中に含有されている第１鉄
イオンを、短時間で効率的に酸化させることを特徴とす
る、地下水中に含有されている第１鉄イオンの酸化方
法。
【請求項２】前記地下水をエアレーションすることに
より、そのpH値を７〜７．５の範囲まで上昇させ、次い
で、前記アルカリ剤を添加することにより、そのpH値を
更に８〜８．５の範囲まで上昇させる、請求項１記載の
方法。