(57)【要約】【課題】  有機物由来の色度成分と重金属由来の色度成分とを含有する水から色度成分を、所望の十分に低いレベルにまで除去することができる色度低減方法を提供する。【解決手段】  色度成分を含有する被処理水と酸化処理剤とを混合して一定時間保持することにより該被処理水を酸化処理し、得られた酸化処理水を、接触酸化触媒ろ材を充填した充填塔に通水することを含む、被処理水の色度低減方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
色度成分を含有する被処理水と酸化処理剤とをアルカリ性条件下で混合して一定時間保持することにより該被処理水を酸化処理し、得られた酸化処理水を、接触酸化触媒ろ材を充填した充填塔に通水することを含む、被処理水の色度低減方法。
【請求項２】
前記色度成分は、有機物由来の色度成分と重金属由来の色度成分とを含む、請求項１に記載の色度低減方法。
【請求項３】
前記の酸化処理剤による被処理水の酸化処理時間を０．５〜２時間とする、請求項１又は２に記載の色度低減方法。
【請求項４】
前記接触酸化触媒ろ材は、マンガン酸化物がコーティングされたろ過材を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の色度低減方法。
【請求項５】
前記酸化処理水と凝集剤とを混合し、該混合液を、前記の接触酸化触媒ろ材を充填した充填塔に通水することを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の色度低減方法。
【請求項６】
前記の酸化処理剤による被処理水の酸化処理をｐＨ８．０以上の条件下で行う、請求項１〜５のいずれか１項に記載の色度低減方法。
【請求項７】
色度成分を含有する被処理水と酸化処理剤とをアルカリ性条件下で混合して一定時間保持することにより該被処理水を酸化処理する酸化処理手段と、
前記酸化処理手段により酸化処理された被処理水を通水する、接触酸化触媒ろ材を充填した充填塔とを有する、被処理水の色度低減装置。
【請求項８】
前記酸化処理手段による前記被処理水の酸化処理時間を０．５〜２時間とする、請求項７に記載の色度低減装置。
【請求項９】
前記接触酸化触媒ろ材は、マンガン酸化物がコーティングされたろ過材を含む、請求項７又は８に記載の色度低減装置。
【請求項１０】
前記酸化処理手段により酸化処理した被処理水と、凝集剤とを混合する凝集剤混合手段を有し、該凝集剤混合手段により凝集剤と混合された被処理水を、前記の接触酸化触媒ろ材を充填した充填塔に通水する、請求項７〜９のいずれか１項に記載の色度低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理水の色度低減方法及び被処理水の色度低減装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
井戸水や河川水等の原水には色度成分が含まれている。この色度成分には、有機物、特にフミン質（フミン酸、フルボ酸）に由来するものと、鉄、マンガン等の重金属に由来するものとがある。
原水中の有機物を効率的に除去する技術として、接触酸化触媒ろ材を用いて原水中の色度成分を酸化分解する方法（触媒ろ過法）が知られている（例えば、特許文献１参照）。この触媒ろ過法では、接触酸化触媒ろ材が充填されたカラムに原水（被処理水）を通水させて色度成分を酸化分解する。接触酸化触媒ろ材による酸化触媒作用を持続的に発現させるためには、遊離残留塩素等の酸化処理剤をろ材に作用させる必要があるため、触媒ろ過法において被処理水中には酸化処理剤が添加される。また、特許文献２には、被処理水中の鉄やマンガンを触媒ろ過法により除去することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−９９６８９号公報
【特許文献２】特公平３−３７９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、被処理水中に有機物由来の色度成分と、マンガン等の重金属由来の色度成分とが併存する場合、特許文献１や特許文献２記載の技術では、色度を十分に低減できない場合がある。
本発明は、有機物由来の色度成分と重金属由来の色度成分とを含有する水から色度成分を、所望の十分に低いレベルにまで除去することができる色度低減方法を提供することを課題とする。また本発明は、当該色度低減方法を実施するのに好適な色度低減装置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】
【０００５】
本発明者らは上記課題に鑑み鋭意検討を重ねた結果、触媒ろ過法において被処理水中に酸化処理剤を添加し、この被処理水と接触酸化触媒ろ材とを接触させる前に、アルカリ性条件下で酸化処理剤による被処理水の酸化処理工程（一定の酸化反応時間）を設けることにより、触媒ろ過法による色度低減作用を大きく高められる事実を見出した。本発明はこれらの知見に基づき、さらに検討を重ねて完成されるに至ったものである。
【０００６】
すなわち、本発明の上記課題は下記の手段により解決された。
〔１〕
色度成分を含有する被処理水と酸化処理剤とをアルカリ性条件下で混合して一定時間保持することにより該被処理水を酸化処理し、得られた酸化処理水を、接触酸化触媒ろ材を充填した充填塔に通水することを含む、被処理水の色度低減方法。
〔２〕
前記色度成分は、有機物由来の色度成分と重金属由来の色度成分とを含む、〔１〕に記載の色度低減方法。
〔３〕
前記の酸化処理剤による被処理水の酸化処理時間を０．５〜２時間とする、〔１〕又は〔２〕に記載の色度低減方法。
〔４〕
前記接触酸化触媒ろ材は、マンガン酸化物がコーティングされたろ過材を含む、〔１〕〜〔３〕のいずれか１つに記載の色度低減方法。
〔５〕
前記酸化処理水と凝集剤とを混合し、該混合液を、前記の接触酸化触媒ろ材を充填した充填塔に通水することを含む、〔１〕〜〔４〕のいずれか１つに記載の色度低減方法。
〔６〕
前記の酸化処理剤による被処理水の酸化処理をｐＨ８．０以上の条件下で行う、〔１〕〜〔５〕のいずれか１つに記載の色度低減方法。
〔７〕
色度成分を含有する被処理水と酸化処理剤とをアルカリ性条件下で混合して一定時間保持することにより該被処理水を酸化処理する酸化処理手段と、
前記酸化処理手段により酸化処理された被処理水を通水する、接触酸化触媒ろ材を充填した充填塔とを有する、被処理水の色度低減装置。
〔８〕
前記酸化処理手段による前記被処理水の酸化処理時間を０．５〜２時間とする、〔７〕に記載の色度低減装置。
〔９〕
前記接触酸化触媒ろ材は、マンガン酸化物がコーティングされたろ過材を含む、〔７〕又は〔８〕に記載の色度低減装置。
〔１０〕
前記酸化処理手段により酸化処理した被処理水と、凝集剤とを混合する凝集剤混合手段を有し、該凝集剤混合手段により凝集剤と混合された被処理水を、前記の接触酸化触媒ろ材を充填した充填塔に通水する、〔７〕〜〔９〕のいずれか１つに記載の色度低減装置。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の被処理水の色度低減方法によれば、色度成分を含有する水から色度成分を効率的に、より確実に除去することができる。また、接触酸化触媒ろ材の交換頻度を飛躍的に延ばすことができる。また本発明の被処理水の色度低減装置は、本発明の被処理水の色度低減方法を実施するのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の色度低減装置の一実施形態を示す系統図である。
【図２】図２は、比較例で用いた色度低減装置の形態を示す系統図である。
【図３】実施例１における被処理水、塩素酸化処理後の被処理水、触媒ろ過処理後の被処理水の色度を示すグラフである。
【図４】比較例２における被処理水、触媒ろ過処理前後の被処理水の色度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［被処理水の色度低減方法］
本発明の被処理水の色度低減方法（以下、単に「本発明の色度低減方法」と称す。）の好ましい実施形態について図面を参照して説明するが、本発明は、本発明で規定すること以外はこれらの形態に限定されるものではない。
【００１０】
図１は、本発明の色度低減方法を実施するのに好適な色度低減装置の好ましい一実施形態を示す系統図である。
図１に示す色度低減装置は、貯留槽（１１）に入った被処理水（１２）が流通する第１配管（１）と、酸化処理剤を含む液（Ｘ）が流通する第２配管（２）と、第１配管（１）と第２配管（２）とが合流する第１合流部（２１）と、第１合流部（２１）の下流に繋がる酸化処理部（３１）と、酸化処理部（３１）の下流に繋がる第３配管（３）と、酸又はその希釈液（Ｙ）が流通する第４配管（４）と、凝集剤を含む液（Ｚ）が流通する第５配管（５）と、第３配管と第４配管とが合流する第２合流部（２２）と、第３配管と第５配管とが合流する第３合流部（２３）とを有し、さらに前記凝集剤を含む液（Ｚ）により生じた凝集物を含む被処理水を酸化分解しながらろ過する、接触酸化触媒ろ材を充填した充填塔（４１）を有する。
【００１１】
この装置において、第１配管（１）に被処理水（１２）を、第２配管（２）に酸化処理剤を含む液（Ｘ）をそれぞれ流通させ、第１合流部（２１）において被処理水（１２）と酸化処理剤を含む液（Ｘ）とを合流して混合し、この混合液を、第１合流部（２１）の下流に繋がる酸化処理部（３１）へと流通させる。酸化処理部（３１）は、酸化処理時間を一定時間確保できる容量を有している。つまり、当該混合液が酸化処理部（３１）内に一定時間保持されることにより、被処理水が酸化処理剤により酸化処理される。酸化処理剤により酸化処理された被処理水（以下、「酸化処理水」とも称す。）には、酸又はその希釈液（Ｙ）が添加され、また凝集剤を含む液（Ｚ）が添加された後、ろ過材充填塔（４１）に通水され、触媒ろ過処理が行われる。
なお、図１では、第１採取管（６）と弁（５１）、第２採取管（７）と弁（５２）により、各地点の水をサンプリングできるようになっている。サンプリング用の配管及び弁は、サンプリングしたい地点に適宜取り付けることができる。
なお、本明細書において言及する装置の図面は本発明の理解を容易にするための説明図であり、各構成のサイズや相対的な大小関係は説明の便宜上大小を変えている場合があり、実際の関係をそのまま示すものではない。また本発明は、本発明で規定する事項以外はこれらの図面に示された形状、構成、相対的な位置関係等に限定されるものでもない。
本明細書において「上流」及び「下流」との用語は、流体が流れる方向に対して用いられ、流体が導入される側が上流であり、その逆側（流体が流れ出ていく側）が下流である。
【００１２】
＜被処理水＞
本発明において、被処理水（１２）には色度成分が含まれる。この色度成分には、主にフミン質（フミン酸、フルボ酸）等の有機物に由来するものと、マンガン等の重金属に由来するものとがある。このような色度成分を含む水として地下水や河川水等がある。すなわち、本発明において被処理水は、地下水及び／又は河川水等であることが好ましい。
本発明において被処理水（１２）の色度に特に制限はなく、通常は色度が５度を超えるものであり、好ましくは６度以上、より好ましくは８度以上、さらに好ましくは１０度以上である。本発明において水の色度は、上水試験法（日本水道協会）で採用されている透過光測定法により測定される。
【００１３】
＜酸化処理剤による被処理水の酸化処理＞
酸化処理部（３１）では主に、重金属に由来する色度成分が除去される。酸化処理剤として、例えば次亜塩素酸ナトリウム、塩素ガス、過酸化水素、オゾン、臭素系酸化剤などを挙げることができ、次亜塩素酸ナトリウム、塩素ガス等の塩素酸化処理剤が好ましく、次亜塩素酸ナトリウムを用いることがより好ましい。
また、酸化処理部（３１）における酸化処理時間は、被処理水の水質や水量に応じて、カラム試験等を活用し、目的に応じて適宜に設計することができる。通常は、酸化処理部（３１）において２時間程度酸化処理を行えば十分であり、１時間の処理でも十分な色度低減効果を実現することができる。すなわち、本発明において酸化処理部（３１）における酸化処理の時間（酸化処理剤による被処理水の酸化処理時間）を０．５〜２時間とすることが好ましく、０．７〜１．５時間とすることがより好ましい。
【００１４】
本発明において、被処理水（１２）は、酸化処理剤による酸化処理時において、アルカリ性とすることが好ましい。すなわち、被処理水と酸化処理剤とをアルカリ性条件下で混合することにより該被処理水を酸化処理する（酸化処理剤による被処理水の酸化処理をアルカリ性条件下で行う）ことが好ましい。例えば、被処理水が地下水又は河川水である場合において、その水のｐＨが７．０越えであれば、そのまま被処理水として酸化処理剤による酸化処理することができる。他方、地下水又は河川水のｐＨが７．０以下の場合には、アルカリ等のｐＨ調整剤を混合して被処理水のｐＨをアルカリ性側（ｐＨ７．０越え）へと高めてから酸化処理剤による酸化処理を行う。このｐＨの調整は、例えば、図１の形態においては第１合流部（２１）の上流側にｐＨ調整剤を添加するための流路を設け、当該流路と第１配管（１）とを合流する形態にすることにより実現することができる。
酸化処理剤により酸化処理する被処理水のｐＨ（このｐＨはすなわち被処理水と酸化処理剤とを混合する際のｐＨ条件であり、換言すれば、酸化処理剤による被処理水の酸化処理のｐＨ条件である。）は、より好ましくは７．５以上であり、さらに好ましくは８．０以上である。酸化処理剤により酸化処理する被処理水のｐＨの上限に特に制限はなく、当該ｐＨは通常は９．０以下であり、８．５以下とすることが好ましい。本発明においてｐＨは２５℃において測定される値である。
【００１５】
酸化処理剤として次亜塩素酸ナトリウム等の塩素酸化処理剤を使用する場合、被処理水と混合する酸化処理剤の量としては、被処理水の塩素要求量によって異なる。例えば、後述する触媒ろ過処理に付する酸化処理水中の遊離塩素濃度が０．１〜５ｍｇ／Ｌ程度となるようにすることが好ましく、より好ましくは当該遊離塩素濃度が０．５〜２ｍｇ／Ｌ程度となるように被処理水中に塩素酸化処理剤を添加するのが望ましい。
酸化処理部（３１）は、上記のとおり酸化処理時間を確保できれば構造は限定されず、例えば、管状（カラム等）であっても、槽状（タンク等）であってもよい。酸化処理部（３１）の大きさは、被処理水の流量や、設定した酸化処理時間等に基づいて適宜に設計される。
【００１６】
＜接触酸化触媒ろ材による酸化処理水の酸化処理＞
本発明の色度低減方法では、接触酸化触媒ろ材（以下、単に「触媒ろ材」とも称す。）を充填した充填塔（４１）に酸化処理水を通水させることにより、酸化処理水をさらに酸化分解する（この酸化処理を「触媒ろ過処理」とも称す）。触媒ろ過処理により、重金属由来の色度成分の除去に加え、有機物由来の色度成分も効率的に除去することが可能となり、酸化処理水中の色度を高度に低減させることができる。
【００１７】
触媒ろ材は、酸化反応等の触媒作用を有するろ過材であり、例えば、マンガン砂や、マンガン酸化物がコーティングされたろ過材（フェロライト、ラジカルライト（以上、株式会社トーケミ商品）、カラーカッター（日本濾研株式会社商品）、フェレサイトＣＨ（オルガノ株式会社商品）等）を挙げることができる。また、充填塔（４１）内において、充填した触媒ろ材の上段には、後述する凝集剤により形成されたフロックを捕捉するため、触媒ろ材よりも低密度のろ過材（アンスラサイト等）を充填することも好ましい。
本発明において、触媒ろ材を充填した充填塔（４１）内に通水される酸化処理水には、酸化処理部（３１）における酸化処理に用いた酸化処理剤が含まれている。そのため、触媒ろ材は色度成分の酸化分解作用を持続的に発現することが可能になる。
本発明において、触媒ろ材の使用量（充填塔に充填する触媒ろ材の量）は、被処理水の水質、水量等に応じて適宜に調整される。
【００１８】
酸化処理水は、触媒ろ過処理の前に、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、硫酸アルミニウム（硫酸バンド）、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄等の凝集剤を添加した後、充填塔（４１）内に通水することが好ましい。この場合、触媒ろ材は、色度成分の酸化分解作用とともに、凝集剤の作用により生じた凝集物を含む被処理水のろ過作用とを担う。なお、図１は、凝集剤を含む液（Ｚ）を酸化処理水と混合する形態を示しているが、凝集剤そのものを酸化処理水と混合する形態とすることもできる。
また、凝集効率を高めるために、使用する凝集剤に応じて酸化処理水のｐＨを調整するのが好ましい。例えば、凝集剤としてＰＡＣを使用する場合、酸化処理水のｐＨを５．０〜７．２、より好ましくは５．５〜７．０、さらに好ましくは５．７〜６．８に調整することが好ましい。このｐＨ調整には塩酸、硫酸又はこれらの希釈液等を用いることができ、これらの液は、図１の形態においては第４配管を通して添加される。
上記凝集処理において、酸化処理水中の凝集剤の濃度に特に制限はなく、目的に応じて適宜に設定することができる。例えば、酸化処理水中の凝集剤の濃度を１〜１００ｍｇ／Ｌとすることができ、５〜５０ｍｇ／Ｌとすることも好ましい。
また、充填塔（４１）に充填したろ材は、適宜に逆洗処理することが好ましい。
【００１９】
［被処理水の色度低減装置］
本発明の被処理水の色度低減装置（以下、「本発明の色度低減装置」と称す。）は、本発明の色度低減方法の実施に好適な装置であり、その好ましい形態は図１を参照し、上記で説明した通りである。
すなわち、本発明の色度低減装置は、色度成分を含有する被処理水と酸化処理剤とをアルカリ性条件下で混合することにより該被処理水を酸化処理する酸化処理手段と、
前記酸化処理手段により酸化処理された被処理水（酸化処理水）を通水する、接触酸化触媒ろ材を充填した充填塔とを有する。
また、本発明の色度低減装置は、前記酸化処理水と凝集剤とを混合する凝集剤混合手段を有し、該凝集剤混合手段により凝集剤と混合された酸化処理水を、前記の接触酸化触媒ろ材を充填した充填塔に通水する形態であることが好ましい。
さらに本発明の色度低減装置は、前記酸化処理水と酸又はその希釈液とを混合して酸化処理水のｐＨを調整するｐＨ調整手段を有することも好ましい。
前記凝集剤混合手段は、ｐＨ調整手段によりｐＨを調整した酸化処理水と凝集剤とを混合する手段であることが好ましい。また、前記ｐＨ調整手段は、凝集剤混合手段により凝集剤と混合された酸化処理水と酸又はその希釈液とを混合する手段であってもよい。
【００２０】
本発明の色度低減装置は、前記酸化処理手段による前記被処理水の酸化処理時間が０．５〜２時間とする形態とすることが好ましく、０．７〜１．５時間とする形態がより好ましい。
【実施例】
【００２１】
本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００２２】
［実施例１］  塩素酸化処理（アルカリ性条件）＋触媒ろ過処理
表１に示す被処理水（井戸水）を、図１の装置を用いて、下記条件で塩素酸化処理し、次いで下記条件で触媒ろ過処理した。
【００２３】
【表１】
2018183746.tif 000003
【００２４】
＜塩素酸化処理条件＞
・塩素酸化処理剤：次亜塩素酸ナトリウム（第１配管（１）を流通する被処理水に第２配管（２）を通して次亜塩素酸ナトリウムを、触媒ろ過処理に付する酸化処理水中の遊離塩素濃度が１ｍｇ／Ｌとなるように添加した。）
・塩素酸化処理時間（酸化処理部（３１）内に導入されてから酸化処理部（３１）外へと出てくるまでの時間）：１時間
・凝集剤：ＰＡＣ（第３配管（３）を流通する酸化処理水に第４配管（４）を通して塩酸を添加し、酸化処理水をｐＨ６．５にした後に、第５配管を通してＰＡＣを添加。）
＜触媒ろ過処理条件＞
・触媒ろ材：上段  アンスラサイト  ろ層５００ｍｍ
下段  フェレサイトＣＨ  ろ層１０００ｍｍ
・通水線速度（ＬＶ）：１０ｍ／時間
・通水空間速度（ＳＶ）：１０／時間（対  フェレサイトＣＨ）
【００２５】
被処理水の一部を貯留槽からサンプリングし、塩素酸化処理後の酸化処理水の一部を第１採取管（６）からサンプリングし、また触媒ろ過処理後の酸化処理水（ＴＳ）をサンプリングし、各液の色度を測定した。結果を図３に示す。
【００２６】
［比較例１］  塩素酸化処理（酸性条件）＋触媒ろ過処理
表１に示す被処理水に塩酸を添加し、塩素酸化処理に付す被処理水のｐＨを６．５にした以外は、実施例１と同様の処理（塩素酸化処理及び触媒ろ過処理）を行った。
【００２７】
［比較例２］  触媒ろ過処理（塩素酸化処理なし）
実施例１において、図１の装置に代えて図２の装置（図１の装置において酸化処理部（３１）を設けない構成）を用いたこと以外は、実施例１と同様の処理を行った。比較例１に用いた装置は酸化処理部（３１）を設けていないため、塩素酸化処理剤による酸化処理時間は事実上、０時間である。結果を図４に示す。
【００２８】
図３及び４の比較から、酸化処理部を設けて塩素酸化処理時間を一定時間確保するだけでも、被処理水の色度を効果的に低減することができること、また、塩素酸化処理と触媒ろ過処理を組合せることにより、被処理水の色度を高度に低減できることがわかる。
なお、図３及び４の横軸：通水倍量は、フェレサイトＣＨの体積に対する通水量である。
【００２９】
続いて実施例１と比較例１の結果を比較したものを下記表２に示す。下記表２において、色度及びマンガン含有量の測定のために実施例１の試料をサンプリングした時点の通水倍量と、色度及びマンガン含有量の測定のために比較例１の試料をサンプリングした時点の通水倍量とは、およそ同じである。
【００３０】
【表２】
2018183746.tif 000004
【００３１】
被処理水の塩素酸化処理をアルカリ性条件下で行うことにより、塩素酸化処理による色度低減効果をより高いレベルで享受でき、これと触媒ろ材処理とを組合せることにより、被処理水の色度を十分に低いレベルへと低減できることがわかる。
また、塩素酸化処理により色度やマンガンが低減されるため、後段の触媒ろ過処理の負荷が低減され、接触酸化触媒ろ材の交換頻度を飛躍的に延ばすことができることがわかる。
【符号の説明】
【００３２】
１      第１配管
２      第２配管
３      第３配管
４      第４配管
５      第５配管
６      第１採取管
７      第２採取管
１１    貯留槽
１２    被処理水
２１    第１合流部
２２    第２合流部
２３    第３合流部
３１    塩素酸化処理部
４１    充填塔（接触酸化触媒ろ材）
５１    弁
５２    弁
Ｘ      塩素酸化処理剤を含む液
Ｙ      酸又は酸の希釈液
Ｚ      凝集剤を含む液
ＴＳ    処理水（処理後の被処理水）
Ｐ      ポンプ
【図１】
2018183746.tif 000005
【図２】
2018183746.tif 000006
【図３】
2018183746.tif 000007
【図４】
2018183746.tif 000008