JPH09150162A

JPH09150162A - 水処理の方法およびその装置

Info

Publication number: JPH09150162A
Application number: JP31094595A
Authority: JP
Inventors: Kunitaka Jiyou; 邦恭城; Takashi Seki; 隆志関; Hisami Ogawa; 久実小川
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1995-11-29
Filing date: 1995-11-29
Publication date: 1997-06-10

Abstract

(57)【要約】【目的】地下水などのマンガンイオンを含有している
原水から除マンガン塔で効率良く、ほぼ完全にマンガン
イオンを除去する方法を提供し、上水道・工業用水等を
造水するものである。【構成】被処理水を酸化マンガンを有する固形物が撹
拌されている槽にて処理し、その後、濾過膜で濾過する
ことを特徴とする水処理の方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地下水を始めとするマ
ンガンイオンを含有する水からマンガンイオンを効率的
に除去する水処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、水中に溶存する鉄及びマンガンを
酸化除去するに際し、精密濾過膜もしくは限外濾過膜の
透過膜を使用した濾過装置において、溶存マンガンを含
む原水に塩素系酸化剤を注入後、マンガン砂を敷設した
反応槽を上向流で通過させ、溶存マンガンを酸化析出さ
せた後に、透過膜で除去するか、または、溶存マンガン
を含む原水に塩素系酸化剤を注入後、二酸化マンガンを
含むスラリーが浮遊する反応槽を上向流で通過させ、溶
存マンガンを酸化析出させた後、透過膜で除去する方法
が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本方法
での問題は、地下水など溶存酸素濃度がほぼ０ｐｐｍで
ある様な原水を塩素系酸化剤を注入後、マンガン砂を敷
設した反応槽を上向流で通過させるか、または、塩素系
酸化剤注入後、二酸化マンガンを含むスラリーが浮遊す
る反応槽を上向流で通過させた場合、マンガンイオンの
酸化が十分に進まないので、透過膜の表面で未酸化のマ
ンガンイオンが酸化析出して孔閉塞を起こすという問題
があった。また、反応槽中を上向流で酸化を進めている
ので、接触が十分におこなわれないため、マンガンイオ
ンの酸化が十分に進まないので、透過膜の表面で未酸化
のマンガンイオンが酸化析出して孔閉塞を起こすという
問題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来技術
の問題点を改善することを目的とする。かかる本発明の
目的は、基本的に下記の構成により達成される。

【０００５】「被処理水を酸化マンガンを有する固形物
が撹拌されている槽にて処理し、その後、濾過膜で濾過
することを特徴とする水処理の方法。」本発明での被処理水は、溶存マンガンを含む原水であ
り、表流水と地下水があるが、表流水の一部及び地下水
のほとんどに、水道水質基準値以上のマンガンが含まれ
ている。

【０００６】特に限定されるものではないが、被処理水
は、溶存酸素濃度を１ｐｐｍ以上にしておくことが好ま
しい。好ましくは３ｐｐｍ以上、さらに好ましくは５ｐ
ｐｍ以上である。被処理水の溶存酸素濃度を１ｐｐｍ以
上に増加させる方法として、散気管による曝気や給気膜
（気体を透過させることができ、水を遮蔽する特性を有
する膜の一次側に水を供給して、二次側に空気を加圧し
て、水の溶存酸素濃度を増加させ得る様な膜）をあげる
ことができる。溶存酸素濃度が１ｐｐｍ未満の場合に
は、酸化マンガンスラリーでの酸化が十分進まず、未酸
化マンガンイオンが濾過膜に供給され、膜面での酸化析
出が進行して、膜孔の閉塞が生じるという問題がある。

【０００７】本発明における酸化マンガンを有する固形
物とは、特に限定されるものではないが、酸化マンガン
を主成分とする粒子、粒状物、スラリーを形成しやすい
粒子、あるいは、砂やゼオライトの表面に酸化マンガン
がコーティングまたは担持されたマンガン砂やマンガン
ゼオライトである。酸化マンガンイオンは、酸化マンガ
ンを有する固形物と接触して塩素系酸化剤で酸化が進行
するが、接触効率を高めることを考慮すれば、粒径が小
さい方が好ましい。具体的な粒径としては、好ましくは
１０００ミクロン以下、より好ましくは、２００ミクロ
ン以下、更に好ましくは１００μｍ以下であることが撹
拌した際に、十分舞い上がり、接触効率が高いため、酸
化が進みやすいので好ましい。

【０００８】特に限定されるものではないが、被処理水
に酸化剤を添加することが好ましい。酸化剤としては、
オゾン、過酸化物、金属塩系酸化剤等、特に限定される
ものではないが、塩素系酸化剤を添加することが好まし
い。より好ましくは、被処理水の溶存酸素濃度を１ｐｐ
ｍ以上にした後、塩素系酸化剤を添加して、さらに酸化
マンガンを有する固形物が撹拌されている槽にて処理
し、その後、濾過膜で濾過するという順序で処理される
ことが好ましい。本発明での塩素系酸化剤は、次亜塩素
酸の化合物であり、具体的には、次亜塩素酸ナトリウム
や次亜塩素酸カルシウムを挙げることができる。

【０００９】次亜塩素酸の化合物の添加量は、鉄、マン
ガンの含有量によって最適量が決まるが、鉄およびマン
ガンが酸化された状態での残留塩素濃度が０．１〜０．
５ｐｐｍ程度になる様な量が好ましい。

【００１０】本発明での酸化マンガンを有する固形物が
撹拌されている槽は、被処理水に対して酸化マンガンを
有する固形物の濃度として、０．１重量％以上あること
が酸化が十分進むことから好ましい。撹拌は、特に限定
されるものではないが、回転式撹拌、水流などによる乱
流、またはその他渦流等で、酸化マンガンを有する固形
物が舞い上がる程度に十分撹拌する。酸化マンガンを有
する固形物が槽の底に沈むようであれば、接触効率が悪
くなるので好ましくない。また、細かく振動するだけで
ほぼ一定個所に留まっているのも好ましくない。特に限
定されるものではないが、槽の底に沈殿して動きのない
か、あるいは細かく振動するだけでほぼ一定個所に留ま
っている酸化マンガンを有する固形物の比率は、好まし
くは１０％以下、より好ましくは５％以下である。

【００１１】酸化マンガンを有する固形物が撹拌された
槽から濾過膜に供給する際、酸化マンガンを有する固形
物も被処理水の中に含まれたまま濾過膜に供給される。
この槽内では、マンガンイオンの酸化と鉄イオンの酸化
が進み、また、有機系の懸濁物は分解が進む。被処理水
に色素がある場合には、酸化マンガンを有する固形物が
酸化剤であるので色素が分解されて脱色が進む。

【００１２】本発明での濾過膜は、限外濾過膜や精密濾
過膜をあげることができる。濾過膜の孔径は、小さい程
除去率が高いので好ましいが、マンガンの酸化物や鉄の
酸化物の大きさから０．０２５ミクロン以下が好まし
く、より好ましくは０．０１ミクロン程度である。該濾
過膜の材質は特に限定されるものではないが、例えば公
知の、セルロース系・ポリアミド系・ポリスルフォン系
・ポリオレフィン系およびポリアクリロニトリルなどの
高分子物質を挙げることができる。素材は使用する際の
要求条件によって適宜選択し、例えば強度が高いものが
必要であればポリアクリロニトリル、疎水性を強くした
いのであればポリオレフィン系というように選択可能で
ある。

【００１３】該濾過膜は、中空糸内部に原水を供給する
内圧型と中空糸外部に原水を供給する外圧型があるが、
膜閉塞することが少ない外圧型が好ましい。

【００１４】本発明では、酸化マンガンを有する固形物
が撹拌されている槽から供給され被処理水は、濾過膜で
酸化マンガンを有する固形物等の懸濁物が除去される
が、この懸濁物を含んだ排水の少なくとも一部は、酸化
マンガンを有する固形物が撹拌されている槽に戻すこと
が、懸濁物をシステム系外に放出しないという点で好ま
しい。被処理水が、鉄イオンやマンガンイオン以外の懸
濁物が少ない場合には、排水の全量をリターンしても濾
過膜の閉塞をそれ程進めないということがわかってい
る。全量を戻す場合には、マンガンや鉄の酸化物が槽内
に蓄積されていくので、蓄積量が多くなった時点で槽内
の洗浄をする必要がある。この時に、酸化マンガンを有
する固形物と酸化鉄を分離する方法として、磁石によっ
て分離して、得られた酸化マンガンを有する固形物は再
度触媒として使用することも可能である。

【００１５】排水の酸化マンガンを有する固形物を通常
の固液分離装置で分離して、酸化マンガンを有する固形
物のみ槽に戻すことも好ましい手段である。

【００１６】本発明の固液分離手段とは、慣性力を利用
した固液分離手段または遠心力を利用した固液分離手段
をあげることができる。慣性力を利用した固液分離手段
とは、微粒子を含んだ液体を流して、運動している微粒
子の慣性を利用して固体面（邪魔板等）に衝突させて捕
集する手段である。そのために装置内で液体の速度ある
いは方向を変えるような構造になっている。遠心力を利
用した固液分離手段とは、サイクロンと通常呼ばれてい
る手段である。

【００１７】河川などの表流水に本発明を適用した場
合、有機物からなる濁質分の分解が促進されるので、濾
過膜の目詰まりが少なく、差圧上昇の小さい安定した運
転が可能となる。つまり、場合によっては、酸化すべき
マンガンがあまり含まれていなくても、濁質分の有機物
の酸化処理を行えるという効果が期待できる。また、か
かる濁質分の多い被処理水の場合において、系内におけ
る濁質分の濃縮を防ぐため濾過膜の濃縮水を槽に戻さず
系外に排水するような適用例では、かかる排水と共に酸
化マンガンを含む固形物が喪失するので、濃縮水中にマ
ンガンを含む固形物が行かないように、膜処理前に慣性
力や遠心力を利用した固液分離手段が好適に用いられ
る。この場合、係る慣性力や遠心力を利用した固液分離
手段で分離し易い、比較的粒径の大きいマンガン砂やマ
ンガンゼオライト（好ましくは粒径２００μｍ以上、よ
り好ましくは４００μｍ以上）が好適に用いられる。な
お、地下水などの濁質分の少ない被処理水では、濃縮水
を槽に戻しても濁質分の濃縮は殆ど問題にならない場合
が多いので、前記マンガンの喪失の恐れは少なく、膜処
理前に慣性力や遠心力を利用した固液分離手段を用いな
くても良い場合が多い。従って、この場合、慣性力や遠
心力を利用した固液分離手段で分離し難いような細かい
粒子を用いても問題がほとんどない。

【００１８】

【作用】本発明では、被処理水の溶存酸素濃度を１ｐｐ
ｍ以上にして、酸化マンガンを有する固形物で完全にマ
ンガンを酸化して、その後濾過膜で濾過するので、マン
ガンイオンがほぼ完全に除去することができる。しか
も、その他の濁質分や細菌類をほぼ完全に除去すること
ができる。

【００１９】

【実施例】

実施例１図１に示す実施例は、溶解性鉄０．８ｍｇ／ｌ、溶解性
マンガン０．１７ｍｇ／ｌを含有する地下水から鉄、マ
ンガンを除去する装置である。この地下水の溶存酸素濃
度は０ｐｐｍであった。

【００２０】原水槽（１）からポンプ（２）で汲み上げ
曝気槽（４）で原水の溶存酸素濃度を４ｐｐｍに増加さ
せて、次亜塩素酸ナトリウム（処理水（９）で遊離残留
塩素が０．５ｐｐｍ残る程度）添加（５）して、酸化マ
ンガン粒子（平均粒径７５μ）が撹拌されている槽
（６）（滞留時間１０分となる様な大きさで酸化マンガ
ン粒子を２ｋｇ入れた）に供給して、接触酸化を進め
る。この槽（６）から濾過膜（７）に供給して、濾過膜
の圧力を０．３（ａｔｍ）で運転して、濾過処理水を
０．６ｍ³／ｈｒを得た。濾過膜は、ポリアクリル製中
空糸膜で平均孔径が０．０１μ、膜面積１２ｍ²であ
り、外圧型濾過で使用し、１時間に１回運転を止め、濾
過膜透過側から供給側に２０秒通水した後、１分間２０
ｌ／分で空気を吹かして中空糸膜を揺動し、表面に付着
した濾過残存物を剥離する。排出された濾過残存物（酸
化マンガンスラリー、酸化マンガン、酸化鉄、その他濁
質分）は排水と伴に酸化マンガンスラリー槽９に全量リ
ターンした。その後濾過を１時間実施するというサイク
ルで運転を実施した。濾過処理水のマンガン濃度は０．
００ｐｐｍで、鉄濃度も０．０１ｐｐｍであった。濾過
処理水を０．６ｍ³／ｈｒで２カ月間運転したが運転圧
力は０．３５（ａｔｍ）でほとんど圧力上昇がなかっ
たことから、濾過膜での孔の閉塞はほとんどないと推定
される。

【００２１】実施例２図１に示す装置で、溶解性鉄０．５ｍｇ／ｌ、溶解性マ
ンガン０．４ｍｇ／ｌ、溶存酸素濃度０ｐｐｍを含有す
る地下水から除マンガンをおこなった。

【００２２】運転条件は、実施例１の中で、曝気後の溶
存酸素濃度１．５ｐｐｍとし、酸化マンガンスラリーを
攪拌されている槽９の酸化マンガンスラリーは２００ｇ
を仕込んだ。その他の条件については、実施例１と同じ
である。濾過処理水のマンガン濃度は０．００ｐｐｍ
で、鉄濃度も０．０１ｐｐｍであった。濾過処理水を
０．６ｍ³／ｈｒで２カ月運転したが運転圧力は０．４
０（ａｔｍ）でほとんど圧力上昇がなかったことから、
濾過膜での孔の閉塞はほとんどないと推定される。

【００２３】比較例１溶解性０．８ｍｇ／ｌ、溶解性マンガン０．１７ｍｇ／
ｌ、溶存酸素濃度０ｐｐｍの地下水を汲み上げて、次亜
塩素酸ナトリウムを適量（処理水の残留塩素濃度が０．
３ｐｐｍ残る程度）添加して、滞留槽（滞留時間１０分
となる様な大きさ）に供給して、その次に濾過膜（ポリ
アクリル製中空糸膜で平均孔径が０．０１μ、膜面積１
２ｍ²）に圧力０．３ａｔｍで外圧型濾過で運転して、
濾過処理水を０．６ｍ³／ｈｒを得た。運転は、１時間
濾過した後、濾過膜透過側から供給側に２０秒通水した
後、１分間２０ｌ／分で空気を吹かして中空糸膜を揺動
し、表面に付着した濾過残存物を剥離する。排出された
濾過残存物は排水と伴に系外排出した。濾過処理水は、
通水直後は鉄濃度は０．０１ｐｐｍ、マンガン濃度は
０．１２ｐｐｍであったが、３日後に鉄濃度は０．０１
ｐｐ、マンガン濃度は０．００ｐｐｍであった。１週間
後の運転圧力は１．０ａｔｍと急激に増加して、濾過膜
の表面は紫色を示し、明らかに膜面でマンガンの酸化が
進んでいることが判明した。運転圧力の上昇率から考え
て２週間に１度は薬液で洗浄する必要があることもわか
った。

【００２４】

【発明の効果】この発明の上述の処理方法により、地下
水などの原水に含まれているマンガンイオンを効率良く
ほぼ完全に除去することができ、上水道・工業用水道・
産業用水等を造水することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の系統図である。

【符号の説明】

１：原水槽２：原水ポンプ３：原水４：曝気槽５：次亜塩素酸ナトリウム添加６：酸化マンガンスラリーを攪拌されている槽７：濾過膜８：攪拌機９：処理水

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理水を酸化マンガンを有する固形物
が撹拌されている槽にて処理し、その後、濾過膜で濾過
することを特徴とする水処理の方法。
【請求項２】酸化マンガンを有する固形物が酸化マン
ガン粒子、マンガン砂乃至はマンガンゼオライトである
ことを特徴とする請求項１記載の水処理の方法。
【請求項３】排水の少なくとも一部を酸化マンガンを
有する固形物が撹拌されている槽に戻すことを特徴とす
る請求項１記載の水処理の方法。
【請求項４】酸化マンガン粒子の粒径が１０００ミク
ロン以下であることを特徴とする請求項２記載の水処理
の方法。
【請求項５】酸化マンガン粒子の粒径が２００ミクロ
ン以下であることを特徴とする請求項２記載の水処理の
方法。
【請求項６】濾過膜の孔径が０．０２５ミクロン以下
であることを特徴とする請求項１記載の水処理の方法。
【請求項７】撹拌手段が回転式撹拌であることを特徴
とする請求項１記載の水処理の方法。
【請求項８】排水中の酸化マンガンを有する固形物を
固液分離して、スラリーを酸化マンガンを有する固形物
が撹拌されている槽に戻すことを特徴とする請求項１記
載の水処理の方法。
【請求項９】酸化マンガンを有する固形物が撹拌され
ている槽と濾過膜の間に固液分離手段を配置することを
特徴とする請求項１記載の水処理の方法。
【請求項１０】固液分離手段が慣性力を利用した分離
手段または遠心力を利用した分離手段であることを特徴
とする請求項９記載の水処理の方法。
【請求項１１】被処理水の溶存酸素濃度を１ｐｐｍ以
上にすることを特徴とする請求項１記載の水処理の方
法。
【請求項１２】塩素系酸化剤を添加することを特徴と
する請求項１記載の水処理の方法。
【請求項１３】被処理水の溶存酸素濃度を１ｐｐｍ以
上にし、かつ塩素系酸化剤を添加することを特徴とする
請求項１記載の水処理の方法。
【請求項１４】濾過膜が外圧型中空糸膜であることを
特徴とする請求項１記載の水処理の方法。
【請求項１５】請求項１記載の水処理の方法を行うプ
ラント乃至は装置。