(57)【要約】【課題】通水速度を大きくすることができるとともに、原水中の溶解性マンガンの除去性能が高いマンガン除去装置およびマンガン除去方法を提供する。【解決手段】本発明に係るマンガン除去装置１は、溶解性マンガンを含む原水が供給される槽２内に、ＭｎＯ２を担持するリボン状担体が、前記原水の出入りは自由であるが前記リボン状担体は流出させない１つ以上のケース３に収容された状態で配置している。本発明に係るマンガン除去方法は、前記マンガン除去装置１を用いて前記溶解性マンガンを除去する方法であり、前記原水を前記槽２内に供給する供給工程と、前記槽２内に供給された前記原水を前記槽２内に配置された前記リボン状担体と接触させて、前記ＭｎＯ２により前記溶解性マンガンを除去する除去工程と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解性マンガンを含む原水が供給される槽内に、ＭｎＯ２を担持するリボン状担体が、前記原水の出入りは自由であるが前記リボン状担体は流出させない１つ以上のケースに収容された状態で、前記槽の水平方向において密に配置されていることを特徴とするマンガン除去装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記リボン状担体が不織布または織布であることを特徴とするマンガン除去装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記リボン状担体が長尺帯状であることを特徴とするマンガン除去装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記槽内における前記リボン状担体の充填率が２０ｖ/ｖ％以上であることをマンガン除去装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記ケースが前記原水に不溶な天然繊維、合成繊維、合成樹脂または金属で形成されていることを特徴とするマンガン除去装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記ケースの外寸が、前記槽の横方向の内寸に対して１倍から１／１０倍であり、前記槽の縦方向の内寸に対して１倍から１／１０倍であることを特徴とするマンガン除去装置。
【請求項７】
溶解性マンガンを含む原水が供給される槽内に、ＭｎＯ２を担持するリボン状担体が、前記原水の出入りは自由であるが前記リボン状担体は流出させない１つ以上のケースに収容された状態で、前記槽の水平方向において密に配置されているマンガン除去装置を用いて前記原水に含まれている前記溶解性マンガンを除去するマンガン除去方法であり、
前記原水を前記槽内に供給する供給工程と、
前記槽内に供給された前記原水を前記槽内に配置された前記リボン状担体と接触させて、前記ＭｎＯ２により前記溶解性マンガンを除去する除去工程と、
を含むことを特徴とするマンガン除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に上水処理で用いられるマンガン除去装置およびマンガン除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上水事業における膜型浄水には、前処理として、原水中の溶解性マンガンを除去するマンガン除去処理が付随している。上水処理におけるマンガン除去処理は、マンガン酸化物による着色問題に直接関わることから重要な処理プロセスと位置付けられている。上水事業におけるマンガン除去処理には、マンガン除去を行うろ層上部から下部に向かって通水する下向流方式と、ろ層下部から上部に向かって通水する上向流方式と、ろ層の一端から他端に向けて水平方向に通水する横流方式と、がある。上水事業におけるマンガン除去処理は、ろ層としてマンガン砂を用いた下向流方式で行われることが一般的である。
【０００３】
しかし、マンガン砂を用いたろ過は懸濁物による目詰まりやマンガン砂の流動化などが生じることから、その通水速度は５００ｍ／ｄが限界であり、通水速度のさらなる高速化が求められていた。
【０００４】
このような要望に応え得る発明が、例えば、特許文献１に記載されている。
この特許文献１に記載されているマンガン除去方法は、人為的にマンガン酸化物を付着させた表面積６ｍ２／１ｍ以上、空隙比９０％以上の繊維状ろ過材が吊下げられた状態で充填された充填槽を用いる旨記載されている。そして、このマンガン除去方法は、被処理水を上向流方向に５００〜１，４４０ｍ／日の速度で通水するとともに、逆洗による上記マンガン酸化物の再活性化を１回／１０〜２０日の頻度で、０．５〜２ｍ／分の逆洗速度で行う旨記載されている。このマンガン除去方法は、前記した処理により、被処理水中の溶解性マンガンを０．００５ｍｇ／Ｌ以下に安定的に酸化除去する旨記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１６１７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記したように、上水事業におけるマンガン除去処理として一般的に行われるろ層としてマンガン砂を用いた下向流方式には、通水速度を高速化できないという問題がある。
また、特許文献１に記載されている発明には、マンガン酸化物を付着させた繊維状ろ過材が充填槽に吊下げられた状態で設けられていることから、空隙やショートパスが生じるおそれがある。そのため、特許文献１に記載されている発明には、原水中の溶解性マンガンの除去をさらに高めることについて改善の余地があるといえる。
【０００７】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、通水速度を大きくすることができるとともに、原水中の溶解性マンガンの除去性能が高いマンガン除去装置およびマンガン除去方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決した本発明に係るマンガン除去装置は、溶解性マンガンを含む原水が供給される槽内に、ＭｎＯ２を担持する繊維体が、前記原水の出入りは自由であるが前記繊維体は流出させない１つ以上のケースに収容された状態で配置している。
【０００９】
本発明に係るマンガン除去方法は、溶解性マンガンを含む原水が供給される槽内に、ＭｎＯ２を担持する繊維体が、前記原水の出入りは自由であるが前記繊維体は流出させない１つ以上のケースに収容された状態で配置されているマンガン除去装置を用いて前記原水に含まれている前記溶解性マンガンを除去するマンガン除去方法であり、前記原水を前記槽内に供給する供給工程と、前記槽内に供給された前記原水を前記槽内に配置された前記繊維体と接触させて、前記ＭｎＯ２により前記溶解性マンガンを除去する除去工程と、を含んでいる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、通水速度を大きくすることができるとともに、原水中の溶解性マンガンの除去性能が高いマンガン除去装置およびマンガン除去方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係るマンガン除去装置の構成を示す概略構成図である。
【図２】槽内に複数のケースを配置した一例を示す模式断面図である。
【図３】槽内に複数のケースを配置した一例を示す模式断面図である。
【図４】槽内に複数のケースを配置した一例を示す模式断面図である。
【図５】槽内に複数のケースを配置した一例を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、適宜図面を参照して本発明に係るマンガン除去装置およびマンガン除去方法の一実施形態について詳細に説明する。
〔マンガン除去装置〕
図１は、本実施形態に係るマンガン除去装置１の構成を説明する概略構成図である。
図１に示すように、マンガン除去装置１は、溶解性マンガンを含む原水が供給される槽２を有している。このマンガン除去装置１は、ＭｎＯ２を担持するリボン状担体（図示せず）が１つ以上のケース３に収容された状態で、槽２の水平方向において密に配置され、所謂ろ層４（ろ過層）を形成している。
【００１３】
ここで、溶解性マンガンとは、原水中に溶解しているマンガンイオン（Ｍｇ２＋）をいう。
原水としては、例えば、表流水、伏流水、湖沼水、地下水、沈殿処理水、砂ろ過水、オゾン処理流出水のほか、浄水処理過程や各種の排水処理過程で発生する汚染水、工場等事業場などで使用する表流水、伏流水、湖沼水、地下水、汚染再利用水などが挙げられる。
また、密に配置とは、原水の流れにショートパスが生じないケース３の配置をいい、具体的には、槽２とケース３との間やケース３とケース３（図２から図５参照）との間に、原水が容易に流れることのできる隙間などが生じないケース３の配置をいう。
【００１４】
槽２は、原水によって劣化しにくいポリ塩化ビニル、ポリプロピレンなどの合成樹脂素材や、ステンレスやアルミニウムなどの金属で形成されている。槽２は、例えば、上端部および下端部が閉塞された、横断面が円形または四角形の容器であるが、これらに限定されない。
【００１５】
本実施形態においては、槽２の下部に原水を供給する原水配管５が接続されている。そして、原水配管５上の任意の箇所に原水ポンプ６が設けられており、この原水ポンプ６を駆動させることにより、原水を槽２内に供給する。槽２内への原水の供給速度、すなわち、原水の通水速度は、例えば、１０００ｍ／ｄ（日）以上、より具体的には、１０００〜５６００ｍ／ｄなどとすることができる。また、この原水配管５上の任意の箇所に、原水に塩素を供給する塩素供給装置７が設けられている。原水中への塩素の供給は、塩素ガスを吹き込むことで行うことができるが、例えば、次亜塩素酸や次亜塩素酸塩（例えば、次亜塩素酸ナトリウムおよび次亜塩素酸カリウムなど）を用いるのが好ましい。原水中の塩素の濃度は、残留有効塩素濃度が０．５〜１．５ｐｐｍ程度であるのが好ましい。原水に塩素を供給することにより、原水に含まれている病原性細菌やウイルスを無害化できる。また、本実施形態においては、溶解性マンガンを除去してＭｎ２Ｏ３（以下、「ＭｎＯ２・ＭｎＯ」と呼称する場合もある）となったＭｎＯ２を、原水に供給した次亜塩素酸塩でＭｎＯ２に再生できる。溶解性マンガンの除去反応、およびＭｎ２Ｏ３をＭｎＯ２に再生する再生反応は下記のとおりである。
（除去反応）
Ｍｎ２＋＋ＭｎＯ２・Ｈ２Ｏ＋Ｈ２Ｏ→ＭｎＯ２・ＭｎＯ・Ｈ２Ｏ＋２Ｈ＋
（再正反応）
ＭｎＯ２・ＭｎＯ・Ｈ２Ｏ＋Ｈ２Ｏ＋Ｃｌ２→２ＭｎＯ２・Ｈ２Ｏ＋２ＨＣｌ
【００１６】
なお、本実施形態においては、図１に示すように、槽２の下部にブロワポンプ８と接続されたスパージャ９を設けるのが好ましい。このようにすると、ブロワポンプ８を駆動させてスパージャ９に空気を送り、スパージャ９から原水中に気泡を発生させることができる。発生した気泡は、原水を巻き込みつつ上昇し、原水に対して上方に向かう水流を付与する。また、このようにして発生させた気泡は連続的に発生し、上昇速度も速いので、ＭｎＯ２を担持するリボン状担体を勢いよく振盪・攪拌することができる。そのため、リボン状担体の表面に汚濁物が付着し難く、仮に汚濁物が付着したとしてもこれを除去できる。また、気泡が勢いよく上昇するとともに、リボン状担体を勢いよく振盪・攪拌するので、原水の流れにショートパスが生じるのを防止できる。
本実施形態においては、ろ層４よりも上の槽２の上部に、原水から溶解性マンガンを除去した処理水を槽２外に搬送する搬送配管１０が設けられている。搬送配管１０は図示しない貯水槽と接続されており、処理水を貯水槽に貯水する。
【００１７】
前記したケース３は、原水の出入りは自由であるが、ＭｎＯ２を担持するリボン状担体はケース３の外に流出させないもので形成されている。そのため、本実施形態に係るマンガン除去装置１においては、原水の通水速度を前記したように、１０００ｍ／ｄ以上、より具体的には、１０００〜５６００ｍ／ｄなどとすることができる。
このようなケース３としては、例えば、原水に不溶な天然繊維、合成繊維、合成樹脂または金属で形成したものが挙げられる。
【００１８】
本明細書において、天然繊維とは、繊維のうち人工的に作られたものではないものをいう。このような天然繊維としては、例えば、木綿、麻、リンネルなどの植物繊維、羊毛、絹、カシミヤなどの動物繊維、石綿などの鉱物繊維が挙げられる。
本明細書において、合成繊維とは、純化学的に合成された高分子からできた繊維をいう。合成繊維は、比較的低分子量の有機化合物を重合させて高分子化させて得ることができる。このような合成繊維としては、例えば、ポリアミド、ポリエステル、アクリルを用いて製造されたものなどが挙げられる。
天然繊維または合成繊維で形成されたケース３としては、例えば、これらの繊維を使用して作製された、形状を自在に変形できるメッシュ状の袋などが挙げられる。当該袋（ケース３）は形状を比較的自由に変えることができるものである。以下、このようなケース３をソフトケース３１（図２および図３参照）と呼称することがある。
また、合成樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルなどの熱可塑性樹脂が挙げられる。
金属としては、鉄、鉄合金、アルミニウム、アルミニウム合金などが挙げられる。
合成樹脂や金属で形成されたケース３としては、例えば、これらの材料を使用して作製された棒状部材を複数用いて格子状に組んだ剛性の高いカゴなどが挙げられる。当該カゴ（ケース３）は所定の形状を有しており、形状を自由に変えることができないものである。以下、このようなケース３をハードケース３２（図４および図５参照）と呼称することがある。
ソフトケース３１（図２および図３参照）およびハードケース３２（図４および図５参照）のいずれにおいても、ケース３の目開きは、例えば、１〜２０ｍｍの範囲で、且つリボン状担体がケース３外に流出しない範囲で設定する。
【００１９】
用いるケース３の数が１つの場合、ケース３の形状は、平面視で槽２の内壁の形状に則したものとするとよい。このようにすれば、槽２とケース３の間に隙間ができ難くなるため、原水の流れにショートパスが生じ難くなる。
【００２０】
これに対し、用いるケース３の数が複数の場合、ケース３の形状は、平面視で槽２とケース３の間やケース３とケース３の間に隙間が生じなければ任意に設定することができる。なお、複数のケース３を用いる場合、全てのケース３を平面視で同じ形状（図２から図５参照）とすることができるし、異なる形状とすることもできる（図１参照）。ここで、図２から図５は、槽２内に複数のケース３を配置した一例を示す模式断面図である。なお、図２から図５は、図１のＣ−Ｃ線断面図である。
【００２１】
図２は、横断面が円形である槽２内の所定の高さ位置に、前記したリボン状担体を収容したソフトケース３１を７つ配置したケース３の配置例を示している。前記したように、ソフトケース３１は形状を比較的自由に変えることができる。そのため、槽２内に当該ソフトケース３１を配置する際に、槽２とソフトケース３１の間に極力隙間ができないようにしたり、隣り合うソフトケース３１との間に隙間ができないようにしたりすることで、槽２の水平方向において密に配置できる。この場合、ソフトケース３１の形状は、図２の断面視で、例えば、中央の１つが略六角形となっており、その周囲の６つが略四角形（略台形）となる。なお、槽２の大きさやソフトケース３１の大きさおよび個数などによって、配置されたソフトケース３１の形状などは種々異なることはいうまでもない。
【００２２】
図３は、横断面が四角形である槽２内の所定の高さ位置に、前記したリボン状担体を収容したソフトケース３１を９つ配置したケース３の配置例を示している。この場合も前記と同様にしてソフトケース３１を密に配置することができる。この場合、全てのソフトケース３１は図３の断面視で略四角形となる。
【００２３】
他方、図４は、横断面が円形である槽２内の所定の高さ位置に、前記したリボン状担体を収容した扇形のハードケース３２を４つ配置したケース３の配置例を示している。また、図５は、横断面が四角形である槽２内の所定の高さ位置に、前記したリボン状担体を収容した四角形のハードケース３２を４つ配置したケース３の配置例を示している。図４および図５に示すようにこれらの例でも、前記したリボン状担体をハードケース３２に収容された状態で、槽２の水平方向において密に配置できる。
【００２４】
図２から図５に示すいずれの例も、前記したリボン状担体を収容したケース３を槽２内の所定の高さ位置となるように、図示しない紐などで縛りつけたり、図示しない金網などでケース３を上下から挟みこんだりするなどの簡易な手段により、固定できる。このように、本実施形態によれば、ケース３を固定するための器材が大掛かりなものとならないので、圧損を低減できる結果、原水の通水速度を大きくすることができる。
【００２５】
ソフトケース３１およびハードケース３２を含め、ケース３の外寸は、槽２の横方向の内寸に対して１倍から１／１０倍であり、槽２の縦方向の内寸に対して１倍から１／１０倍であるのが好ましい。
具体的には、前記したように用いるケース３の数が１つの場合は、ケース３の外寸を槽２の横方向の内寸に対して１倍とし（すなわち、槽２とケース３の間に隙間が生じないようにし）、槽２の縦方向の内寸に対して１倍から１／１０倍とするのが好ましい。なお、ハードケース３２を用いる場合の１倍には、槽２内にハードケース３２を収めたり、槽２内からハードケース３２を取り出したりするのに必要な若干の隙間は許容するものとする。
【００２６】
また、前記したように用いるケース３の数が複数の場合は、ケース３の外寸を槽２の横方向の内寸に対して１／２倍から１／１０倍とし、槽２の縦方向の内寸に対して１／２倍から１／１０倍とするのが好ましい。ケース３の外寸と、槽２の横方向の内寸と、槽２の縦方向の内寸と、をこのような態様とすると、前記したリボン状担体をケース３に収容された状態で、槽２の水平方向においてより確実に密に配置できる。また、このようにすると、汚濁物などが付着して溶解性マンガンを除去する能力を十分に発揮できなくなったリボン状担体を収容するケース３のみを、新しいリボン状担体を収容するケース３と交換することができるので、メンテナンスが容易となるだけでなく、その費用も低減できる。
【００２７】
リボン状担体は、不織布または織布であるのが好ましいが、これらのうちでも不織布であるのがより好ましい。不織布のリボン状担体とすると、ＭｎＯ２を担持させ易いだけでなく、単位面積当たりのＭｎＯ２の担持量が多くなり、また、一旦担持したＭｎＯ２を脱離し難くすることができる。さらに、不織布のリボン状担体とすると、メッシュ構造であるため、圧損を抑えることができるため好ましい。リボン状担体の寸法は、例えば、幅１〜３０ｍｍ×長さ１０ｍｍ以上などとすることができるが、ケース３の外に流出しない形状および大きさを有していればよく、これに限定されない。
【００２８】
本実施形態で用いるＭｎＯ２を担持するリボン状担体は、例えば、ＭｎＯ２水溶液にリボン状担体を含浸してリボン状担体にＭｎＯ２を保持させ、リボン状担体の表面にＭｎＯ２を析出させることで得ることができる。なお、必要に応じてＭｎＯ２をリボン状担体の表面に固着させるためのコーティング処理などを行ってもよい。このようにすると、リボン状担体に担持させたＭｎＯ２をより脱離し難くできるため好ましい。また、ＭｎＯ２を担持するリボン状担体は、市販されているものを用いることもできる。
【００２９】
槽２内におけるリボン状担体の充填率は２０ｖ/ｖ％以上とするのが好ましい。このようにすると、原水と、リボン状担体に担持されたＭｎＯ２との接触率をより向上できるので、原水中の溶解性マンガンの除去性能をより高くできる。なお、原水中の溶解性マンガンの除去性能をさらに高くする観点から、槽２内におけるリボン状担体の充填率は２５ｖ/ｖ％以上とするのがより好ましく、３０ｖ/ｖ％以上とするのがより好ましい。また、これと同様の観点から、槽２内におけるリボン状担体の充填率は５０％以下とするのが好ましく、４０％以下とするのがより好ましい。なお、リボン状担体の充填率は、リボン状担体を直方体とみなし、１本あたりの体積に充填本数を乗算し、槽２内に占める割合を算出することで求めることができる。
【００３０】
なお、本実施形態のように、原水を槽２の下部から供給する場合、槽２内の下方のリボン状担体が汚損し易いことが考えられる。そこで、ケース３は、槽２内において複数垂直方向に重ねて配置するのが好ましい。このようにすると、下方のケース３に収容された、汚損されたリボン状担体を当該ケース３ごと槽２外に取り出し、新しいケース３に収容されたリボン状担体を当該ケース３ごと槽２内に配置するだけで、溶解性マンガンの除去性能を高く維持できる。また、このようにすると、リボン状担体を収容するケース３を交換するだけでよいので、メンテナンスが容易であるとともに、メンテナンス費用を低減できる。
【００３１】
なお、ケース３を槽２内において複数垂直方向に重ねて配置する場合、図２の二点鎖線で示すように、ケース３の配置位置を上および下のうちの少なくとも一方のケース３の配置位置とずらす（位相をずらす）のが好ましい。なお、図２の二点鎖線は、実線で示すソフトケース３１の下方に配置されたソフトケース３１を示している。このようにすると、原水の流れにショートパスが生じるのをより確実に防止できる。この態様は、図３から図５に示す例でも同様に適用することができる。また、ソフトケース３１とハードケース３２を併用することもできる。ソフトケース３１とハードケース３２を併用した場合も、通水速度を大きくすることができるとともに、原水中の溶解性マンガンの除去性能を高くすることができる。
【００３２】
以上に説明したように、本実施形態に係るマンガン除去装置１は、槽２内に、ＭｎＯ２を担持するリボン状担体が所定のケース３に収容された状態で、槽２の水平方向において密に配置されている。そのため、本実施形態に係るマンガン除去装置１は、通水速度を大きくすることができるとともに、原水中の溶解性マンガンの除去性能を高くすることができる。また、このマンガン除去装置１は、前記したリボン状担体をケース３に収容しているので、メンテナンスが容易であるとともに、メンテナンス費用を低減できる。さらに、このマンガン除去装置１は、前記したリボン状担体を収容したケース３を固定するための器材が大掛かりなものとならないので、圧損を低減できる結果、前記したように原水の通水速度を大きくすることができる。このマンガン除去装置１では、原水の通水速度を具体的には１０００〜５６００ｍ／ｄなどとすることができる。
【００３３】
〔マンガン除去方法〕
次に、本実施形態に係るマンガン除去方法について説明する。
本実施形態に係るマンガン除去方法は、前記した本実施形態に係るマンガン除去装置１を用いて原水中の溶解性マンガンを除去するものである。なお、マンガン除去装置１については詳述しているので、以下の説明においてはマンガン除去装置１の構成に関する詳しい説明を省略する。
本実施形態に係るマンガン除去方法は、供給工程と、除去工程と、を含み、これらの工程をこの順で行う。
供給工程は、原水を槽２内に供給する工程である。供給工程における槽２内への原水の供給は、槽２に接続された原水配管５およびこの原水配管５上の任意の箇所に設けられた原水ポンプ６によって行うことができる。槽２内への原水の供給速度、すなわち、原水の通水速度は、例えば、１０００ｍ／ｄ以上、より具体的には、１０００〜５６００ｍ／ｄなどとすることができる。
次いで行う除去工程は、前記した槽２内に供給された原水を槽２内に配置されたケース３に収容されたリボン状担体と接触させて、ＭｎＯ２により溶解性マンガンを除去する工程である。溶解性マンガンを除去して得られた処理水は、槽２の上部に設けられた搬送配管１０によって貯水槽に搬送され、貯水される。
【００３４】
以上に説明したように、本実施形態に係るマンガン除去方法は、本実施形態に係るマンガン除去装置１を用いて所定の工程を行うので、通水速度を大きくすることができるとともに、原水中の溶解性マンガンの除去性能を高くすることができる。また、このマンガン除去方法は、マンガン除去装置１で用いるリボン状担体をケース３に収容しているので、メンテナンスが容易であるとともに、メンテナンス費用を低減できる。さらに、このマンガン除去方法は、マンガン除去装置１で用いるリボン状担体を収容したケース３を固定するための器材が大掛かりなものとならないので、圧損を低減できる結果、前記したように原水の通水速度を大きくすることができる。このマンガン除去方法では、原水の通水速度を具体的には１０００〜５６００ｍ／ｄなどとすることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１      マンガン除去装置
２      槽
３      ケース
【図１】
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【図２】
2018001078.tif 000004
【図３】
2018001078.tif 000005
【図４】
2018001078.tif 000006
【図５】
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