(57)【要約】【課題】二酸化マンガンを用いて、マンガン含有水からマンガンの除去処理を行う場合において、より簡便に二酸化マンガンの好適な使用量を決定することができる二酸化マンガン使用量決定方法、及び、マンガン除去方法を提供する。【解決手段】マンガン含有水中のマンガンを除去するための二酸化マンガン使用量の決定方法であって、除去対象である前記マンガン含有水中のマンガンのモル濃度Ｘ１に対する、前記マンガン含有水と前記二酸化マンガンとの混合時における前記二酸化マンガンのモル濃度Ｘ２のモル倍量（Ｘ２／Ｘ１）をＸとし、マンガン除去後のマンガン含有水中のマンガン濃度をＹとしたときのＸとＹとの関係式を予め求めておき、前記関係式に基づいて、前記マンガン濃度Ｙを所望値とした場合の前記モル倍量Ｘを算出することで、前記二酸化マンガンの使用量を決定することを特徴とする。【選択図】図１
2018202301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マンガン含有水中のマンガンを除去するための二酸化マンガン使用量の決定方法であって、
除去対象である前記マンガン含有水中のマンガンのモル濃度Ｘ１に対する、前記マンガン含有水と前記二酸化マンガンとの混合時における前記二酸化マンガンのモル濃度Ｘ２のモル倍量（Ｘ２／Ｘ１）をＸとし、マンガン除去後のマンガン含有水中のマンガン濃度をＹとしたときのＸとＹとの関係式を予め求めておき、
前記関係式に基づいて、前記マンガン濃度Ｙを所望値とした場合の前記モル倍量Ｘを算出することで、前記二酸化マンガンの使用量を決定することを特徴とする二酸化マンガン使用量決定方法。
【請求項２】
前記関係式を求める際に、
任意の前記モル倍量Ｘを３点以上設定して、除去対象である前記マンガン含有水と、設定した前記モル倍量Ｘに相当する量の前記二酸化マンガンとを混合してマンガン除去処理を行い、除去処理後のマンガン含有水における前記マンガン濃度Ｙを測定することにより、ＸとＹの座標３点以上を求め、当該座標を通る曲線の近似式を求めることで、前記関係式を得ることを特徴とする請求項１に記載の二酸化マンガン使用量決定方法。
【請求項３】
前記関係式が、前記Ｘの対数と前記Ｙの対数との線形近似により求められる、下記（式１）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の二酸化マンガン使用量決定方法。
［数１］
ｌｏｇ（Ｙ）＝ａ×ｌｏｇ（Ｘ）+ｂ  ・・・（式１）
（上記式１において、ｌｏｇは１０を底とする対数であり、ａ及びｂは定数である）
【請求項４】
前記マンガン含有水が、地下水及び／又は鉱山排水を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の二酸化マンガン使用量決定方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の二酸化マンガン使用量決定方法により決定した前記二酸化マンガン使用量に基づいて、除去対象であるマンガン含有水と前記二酸化マンガンを混合する工程を含む、マンガン含有水中のマンガン除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化マンガン使用量決定方法、及び、マンガン除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地下水や鉱山排水といった、浄水や排水等のマンガンを含有する水（以下、「マンガン含有水」と称する。）のマンガンを除去する技術はいくつか知られており、代表的な方法のひとつはアルカリ中和分離法である。しかしながら、マンガンを中和分離するためには、マンガン含有水のｐＨを９以上にする必要があり、かつ、中和により生じた微細なマンガンの水酸化物をろ過することが必要となる。また、中和分離処理後の処理水の放流等を行う際には、環境への配慮から、処理水がｐＨ８未満となるまで処理水に酸性添加剤を添加する中和処理工程が必要となる。また、アルカリ中和分離法には、大掛かりな設備や多くの試薬を必要とするため、手間とコストがかかっていた。
【０００３】
また、マンガン除去方法の一つとして、水中のマンガン（一般的には２価のマンガンイオン）を酸化させて３価または４価のマンガン酸化物とし、固形にしてろ過し、分別除去する方法がある。マンガンイオンを酸化する方法は、塩素やオゾンといった酸化性のガスをマンガン含有水中に吹き込む方法や、次亜塩素酸等の液体酸化剤をマンガン含有水に投入して混合する方法等がある。しかしながら、いずれの酸化剤も毒性が高く、取り扱いには特別な装置や配慮が必要であることから、コストや取扱いの体制上の困難が伴うという問題がある。
【０００４】
また、マンガン除去方法の他の方法として、酸化剤として二酸化マンガンの粉末等をマンガン含有水に投入する方法が知られている。前述した酸化剤と比べて、二酸化マンガンであれば、毒性が低いため、マンガン含有水へ二酸化マンガンを投入する場合においても特別な設備を必要としない。このような二酸化マンガンを用いたマンガン除去方法として、マンガン含有水中に二酸化マンガン粒子を添加して接触酸化し、マンガンを除去する方法（特許文献１）や、比重が大きい酸化マンガン触媒を用いることで１０００ｍ／日以上の高線速の上向流として通水する処理方法（特許文献２）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１５２１６３号公報
【特許文献２】特開２００３−２６６０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２等に開示された方法による排水処理プロセスを構築するためには、多くの装置や費用がかかる。そのため、二酸化マンガンを用いて、少量のマンガン含有水を処理する場合や、一時的にマンガンを除去しようとする場合には負担が大きかった。一時的にマンガンを除去しようとする場合とは、例えば、既存のマンガン除去方法を用いたマンガン除去システムに不具合が生じて代替のマンガン除去方法が求められるときや、何らかの要因で水中のマンガン濃度が上昇したためにマンガン除去処理が必要になったときなどが挙げられる。
【０００７】
また、マンガン含有水に二酸化マンガンを添加して酸化させて、得られた酸化マンガンを沈降分離、または、ろ過分離することができれば、簡便な装置だけで水中のマンガンを簡易的に除去することができる。ただし、例えば、処理水を飲料水用途に適用できる程度に水中のマンガン濃度を低下させるために、過剰量の二酸化マンガンを用いることは経済的にも現実的ではなく、マンガンを酸化させた後に行うろ過または沈降分離の負荷や装置も大きくなるため、二酸化マンガンの使用量を必要最低限に抑えることが望まれていた。しかしながら、マンガン含有水とどの程度の二酸化マンガンとを混合すれば所望のマンガン濃度なるかを推定することが難しく、二酸化マンガンの必要最低限の使用量を決定することが困難であるという問題があった。
【０００８】
従って、上記の問題点に鑑み、本発明は、二酸化マンガンを用いて、マンガン含有水からマンガンの除去処理を行う場合において、より簡便に二酸化マンガンの好適な使用量を決定することができる二酸化マンガン使用量決定方法、及び、マンガン除去方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の二酸化マンガン使用量決定方法は、マンガン含有水中のマンガンを除去するための二酸化マンガン使用量の決定方法であって、除去対象である前記マンガン含有水中のマンガンのモル濃度Ｘ１に対する、前記マンガン含有水と前記二酸化マンガンとの混合時における前記二酸化マンガンのモル濃度Ｘ２のモル倍量（Ｘ２／Ｘ１）をＸとし、マンガン除去後のマンガン含有水中のマンガン濃度をＹとしたときのＸとＹとの関係式を予め求めておき、前記関係式に基づいて、前記マンガン濃度Ｙを所望値とした場合の前記モル倍量Ｘを算出することで、前記二酸化マンガンの使用量を決定することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の二酸化マンガン使用量決定方法において、前記関係式を求める際に、任意の前記モル倍量Ｘを３点以上設定して、除去対象である前記マンガン含有水と、設定した前記モル倍量Ｘに相当する量の前記二酸化マンガンとを混合してマンガン除去処理を行い、除去処理後のマンガン含有水における前記マンガン濃度Ｙを測定することにより、ＸとＹの座標３点以上を求め、当該座標を通る曲線の近似式を求めることで、前記関係式を得ることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の二酸化マンガン使用量決定方法において、前記関係式が、前記Ｘの対数と前記Ｙの対数との線形近似により求められる、下記（式１）であることが好ましい。
【００１２】
［数１］
ｌｏｇ（Ｙ）＝ａ×ｌｏｇ（Ｘ）+ｂ  ・・・（式１）
（上記式１において、ｌｏｇは１０を底とする対数であり、ａ及びｂは定数である）
【００１３】
また、本発明の二酸化マンガン使用量決定方法において、前記マンガン含有水が、地下水及び／又は鉱山排水を含んでいてもよい。
【００１４】
また、本発明のマンガン除去方法は、本発明の二酸化マンガン使用量決定方法により決定した前記二酸化マンガン使用量に基づいて、除去対象であるマンガン含有水と前記二酸化マンガンを混合する工程を含むものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の二酸化マンガン使用量決定方法、及び、マンガン除去方法によれば、二酸化マンガンを用いて、マンガン含有水からマンガンの除去処理を行う場合において、より簡便に二酸化マンガンの好適な使用量を決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１における、酸化処理時間を６０分としたときの、モル倍量Ｘとマンガン濃度Ｙとの関係を示すグラフである。
【図２】本発明の実施例２における、酸化処理時間を１０分としたときの、モル倍量Ｘとマンガン濃度Ｙとの関係を示すグラフである。
【図３】比較例における、モル倍量Ｘとマンガン濃度Ｙとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一実施形態にかかる二酸化マンガン使用量決定方法、及び、マンガン除去方法について説明する。
【００１８】
［二酸化マンガン使用量決定方法］
本発明の一実施形態にかかる二酸化マンガン使用量決定方法は、マンガン含有水中のマンガンを除去するためのものであり、マンガン含有水と二酸化マンガンとを混合することにより、例えば、二価のマンガンイオン（Ｍｎ２＋）が酸化して３価の酸化マンガン（ＩＩＩ）（Ｍｎ２Ｏ３）となり、二酸化マンガンが還元されてＭｎ２Ｏ３となる。これらの酸化還元反応により、例えば、マンガン含有水と混合した二酸化マンガンにＭｎ２＋が付加し、より大きい粒子としてＭｎ２Ｏ３が沈殿し得る。また、「マンガン含有水と二酸化マンガンとを混合する」とは、例えば、マンガン含有水に二酸化マンガンを投入してもよいし、二酸化マンガンが入った処理槽等にマンガン含有水を投入してもよいし、マンガン含有水と二酸化マンガンを同時に処理槽等に投入してもよい。
【００１９】
また、本発明の一実施形態にかかる二酸化マンガン使用量決定方法は、除去対象である前記マンガン含有水中のマンガンのモル濃度Ｘ１に対する、前記マンガン含有水と前記二酸化マンガンとの混合時における前記二酸化マンガンのモル濃度Ｘ２のモル倍量（Ｘ２／Ｘ１）をＸとし、マンガン除去後のマンガン含有水中のマンガン濃度をＹとしたときのＸとＹとの関係式を予め求めておき、前記関係式に基づいて、前記マンガン濃度Ｙを所望値とした場合の前記モル倍量Ｘを算出することで、前記二酸化マンガンの使用量を決定することを特徴とする。
【００２０】
なお、本実施形態において、「前記マンガン含有水と前記二酸化マンガンとの混合時の前記マンガン含有水における前記二酸化マンガンのモル濃度Ｘ２」とは、二酸化マンガンとマンガン含有水とを混合した直後であって、二酸化マンガンによる酸化反応及び還元反応が起こる前の二酸化マンガン濃度を指すものとする。また、「除去対象である前記マンガン含有水中のマンガンのモル濃度Ｘ１に対する、前記マンガン含有水と前記二酸化マンガンとの混合時における前記二酸化マンガンのモル濃度Ｘ２のモル倍量Ｘ」のことを、以下、「使用する二酸化マンガンのモル倍量Ｘ」又は「モル倍量Ｘ」と称することがある。また、マンガン含有水中のマンガン濃度Ｙは、マンガン除去後のマンガン含有水中に存在するマンガンイオン（Ｍｎ２＋）の濃度であり、未反応の二酸化マンガンや反応物であるＭｎ２Ｏ３は含まないものとする。
【００２１】
すなわち、本実施形態の二酸化マンガン使用量決定方法は、モル倍量Ｘ（Ｘ２／Ｘ１）と、マンガン除去処理後のマンガン含有水におけるマンガン濃度Ｙとを指標としてマンガン除去処理の予備試験を行い、ＸとＹとの関係式を求めておき、この関係式を用いて、所望のマンガン濃度Ｙから二酸化マンガンの使用量を決定するというものである。
【００２２】
本実施形態の二酸化マンガン使用量決定方法、及び、後述するマンガン除去方法において、マンガン除去処理の対象となるマンガン含有水は、除去するためのマンガンイオン（Ｍｎ２＋）が含有されていれば特に限定されるものではない。例えば、マンガン濃度として０．０５ｍｇ／Ｌ〜１００ｍｇ／Ｌ程度、特に０．１ｍｇ／Ｌ〜１０ｍｇ／Ｌ程度のマンガン含有水を処理対象とすることができる。このようなマンガン含有水としては、例えば、地下水や鉱山排水等があり、地下水や鉱山排水等を含むマンガン含有水に対して、本実施形態の二酸化マンガン使用量決定方法を適用することができる。
【００２３】
また、本実施形態の二酸化マンガン使用量決定方法、及び、後述するマンガン除去方法は、マンガン除去処理後のマンガン含有水のマンガン濃度を、例えば、０．００１ｍｇ／Ｌ〜０．１ｍｇ／Ｌ程度とする場合のマンガン除去処理において好適に適用することができる。マンガン含有水のマンガンが高濃度であればカラムクロマトグラフィー等によりマンガンを分離して排水することもできるが、本実施形態の二酸化マンガン使用量決定方法は、例えば、工場等の設備において利用する目的等により、特に、飲料可能な程度にまでマンガン濃度を低下させる場合に適している。
【００２４】
また、本実施形態の二酸化マンガン使用量決定方法、及び、後述するマンガン除去方法において用いる二酸化マンガンは、特に限定されるものではなく、処理後のマンガン濃度の設定値や処理コストを考慮して適宜選択することができる。ただし、モル倍量Ｘと所望マンガン濃度Ｙの関係式を求める本実施形態の二酸化マンガン使用量決定方法における予備試験に用いる二酸化マンガンと、本実施形態の二酸化マンガン使用量決定方法で決定したマンガン使用量に基づいて、実際にマンガン含有水のマンガン除去処理（すなわち、後述するマンガン除去方法）に用いる二酸化マンガンとは、マンガン除去精度の観点から、粒径や純度等が同じ（すなわち、同じ性状）の二酸化マンガンを用いることが好ましい。
【００２５】
また、モル倍量Ｘと所望マンガン濃度Ｙの関係式を求める予備試験と、決定したマンガン使用量に基づいて、実際のマンガン含有水のマンガン除去処理（すなわち、後述するマンガン除去方法）とは、二酸化マンガンだけではなく、除去効率に影響する他の条件（例えば、温度、ｐＨ等）も同一にすることが好ましい。
【００２６】
二酸化マンガンを用いるマンガン除去方法においては、マンガン含有水に溶解しているマンガンイオンと、使用する二酸化マンガンとの全量を相互に接触酸化させることは困難である。このことから、過剰量の二酸化マンガンを使用することが好ましい。一般的には、マンガン含有水と二酸化マンガンとを混合したときのマンガン含有水における二酸化マンガンのモル濃度Ｘ２を、処理対象であるマンガン含有水のマンガンのモル濃度Ｘ１（すなわち、二酸化マンガンを混合する前のマンガン含有水のマンガンのモル濃度）の数倍から１００倍程度まで増やすことにより、反応率の向上と処理時間の短縮が行われる。この倍率は、二酸化マンガンの粒径や有効成分量等の物性、性状によって異なるため、一意に二酸化マンガンの使用量を決めることが難しい。よって、二酸化マンガンの物性、性状等が異なる場合には、本実施形態の二酸化マンガン使用量決定方法により、改めて二酸化マンガンの使用量を決めることが好ましい。
【００２７】
また、二酸化マンガンを用いたマンガン含有水からのマンガンの除去処理においては、マンガン含有水と二酸化マンガンとを混合して、撹拌することにより、マンガンを除去することができる。マンガンの除去に必要な時間は、マンガンの除去を阻害したり、マンガンの除去と拮抗したりするような要因がなければ、一般的に、数分から２時間程度である。使用する二酸化マンガンの活性が弱い場合には処理時間が伸びることがあり、この場合はさらに長い時間を必要とする場合がある。
【００２８】
また、本実施形態の二酸化マンガン使用量決定方法における予備試験は、マンガンの除去処理時間を一定として、除去対象であるマンガン含有水中のマンガンのモル濃度Ｘ１に対する、マンガン含有水と二酸化マンガンとの混合時における二酸化マンガンのモル濃度Ｘ２のモル倍量（Ｘ２／Ｘ１）であるＸを種々設定して、マンガン含有水と、設定したモル倍量Ｘに相当する量の二酸化マンガンとを混合してマンガン除去処理を行い、マンガン除去後のマンガン含有水におけるマンガン濃度Ｙを測定することにより、ＸとＹの座標を求め、当該座標を通る曲線の近似式を求めることで、前記関係式を求めることが好ましい。なお、Ｙ等の値は、適宜四捨五入等を行って所定の桁数とすることができる。また、近似式における係数（例えば、後述する（式１）におけるａ及びｂ）は、適宜四捨五入等を行って所定の桁数とすることができる。
【００２９】
また、モル倍量Ｘを３点以上設定して、ＸとＹとの座標３点以上を求めて関係式を求めることが好ましい。これにより、２点のＸとＹとの座標により関係式を求める場合に比べて、ＸとＹとの関係式をより精度よく求めることができる。
【００３０】
また、本実施形態におけるＸとＹとの関係式は、前記Ｘの対数と前記Ｙの対数との線形近似により求められる、下記（式１）であることが好ましい。
【００３１】
［数２］
ｌｏｇ（Ｙ）＝ａ×ｌｏｇ（Ｘ）+ｂ  ・・・（式１）
（上記式１において、ｌｏｇは１０を底とする対数であり、ａ及びｂは定数である）
【００３２】
線形近似により上記（式１）を求めた場合、決定係数Ｒ２が０．７以上であることが好ましい。決定係数が小さすぎると、関係式から算出した二酸化マンガン使用量によるマンガン含有水処理後のマンガン濃度が、所望のマンガン濃度と乖離する場合がある。また、決定係数Ｒ２が０．７以上でない場合は、予備試験においてモル倍量Ｘを再度設定して試験を行い、決定係数Ｒ２が０．７以上となる範囲を求めることが好ましい。なお、このようにモル倍量Ｘを設定した場合、マンガン含有水処理後のマンガン濃度と所望のマンガン濃度との乖離をより小さくするために、設定したモル倍量の範囲内で二酸化マンガン使用量を決定することが好ましい。
【００３３】
線形近似によりモル倍量Ｘと処理後のマンガン濃度Ｙとの関係式を求めることにより、モル倍量Ｘと処理後のマンガン濃度Ｙを直線的に表現して、モル倍量Ｘと処理後のマンガン濃度Ｙとの関係をより明確にすることができる。さらに、関係式に所望のマンガン濃度Ｙを代入することで、モル倍量Ｘを算出して、マンガン含有水を所望のマンガン濃度とするために必要な二酸化マンガンの使用量を決定することができ、二酸化マンガン使用量が不足してマンガン除去が不十分になることや、二酸化マンガンの使用量が過剰になることなどを防ぐことができる。また、予備試験を行った範囲内（すなわち、設定した最小のモル倍量Ｘと最大のモル倍量Ｘとの間のモル倍量の範囲内）であれば、試験を行っていない濃度の所望マンガン濃度、又は、二酸化マンガン使用量であっても、マンガン含有水処理後のマンガン濃度を簡便に推定することができる。
【００３４】
本実施形態の二酸化マンガン使用量決定方法によれば、モル倍量Ｘとマンガン濃度Ｙとの関係式から、マンガンの除去処理に必要な二酸化マンガンの使用量を簡便に決定することができる。
【００３５】
［マンガン除去方法］
次に、本発明の一実施形態にかかるマンガン除去方法について説明する。また、本発明の一実施形態にかかるマンガン除去方法は、前述した二酸化マンガン使用量決定方法により決定した前記二酸化マンガン使用量に基づいて、除去対象であるマンガン含有水と前記二酸化マンガンを混合する工程（混合工程）を含むことを特徴とする。この混合工程により、マンガンイオンを接触酸化させることができるため、マンガンを除去することができる。
【００３６】
本実施形態のマンガン除去方法は、混合工程の他に、マンガン含有水と二酸化マンガンとの混合物を撹拌する撹拌工程や、二酸化マンガンやＭｎ２Ｏ３等の沈殿物を濾過して分離する分離工程をさらに含んでいてもよい。攪拌工程により、マンガン除去効果を向上させることができる。また、分離工程により、酸化反応物（Ｍｎ２Ｏ３）や未反応の二酸化マンガンを除去することができる。
【００３７】
本実施形態のマンガン除去方法によれば、前述した二酸化マンガン使用量決定方法を用いることにより、モル倍量Ｘとマンガン濃度Ｙとの関係式から、マンガンの除去処理に必要な二酸化マンガンの使用量を簡便に決定することができる。また、本実施形態のマンガン除去方法によれば、前述した二酸化マンガン使用量決定方法により導き出された使用量の二酸化マンガンをマンガン含有水と混合することにより、マンガン除去に必要な最低限かつ効果的な量を用いてマンガンの除去処理を行うことができる。
【００３８】
その他、本発明を実施するための最良の方法等は、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
【００３９】
従って、上記に開示した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、限定の一部、もしくは全部の限定を外した記載は、本発明に含まれるものである。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明の実施例によって、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によって何ら限定されることはない。
【００４１】
［実施例１］
（二酸化マンガン使用量の決定）
まず、モル倍量Ｘと除去処理後のマンガン含有水におけるマンガン濃度Ｙとの関係式を求めて二酸化マンガンの使用量を決定した。本実施例においては、処理対象のマンガン含有水として、以下の性質のものを用いた。なお、本実施例において、処理対象となるマンガン含有水を「原水」と称する。また、二酸化マンガンの使用量の決定における予備試験には、５００ｍＬ（ミリリットル）のマンガン含有水を用いた。
【００４２】
【表１】
2018202301.tif 000003
【００４３】
また、二酸化マンガン粉末（和光純薬製、特級（体積平均粒径ＭＶ５０＝３．３μｍ））を用いた。また、除去対象である原水（マンガン含有水）のマンガンのモル濃度Ｘ１に対する、原水と二酸化マンガンとの混合時における二酸化マンガンのモル濃度Ｘ２のモル倍量（Ｘ２／Ｘ１）であるＸとしては、５、１０、５０の３点を設定して、設定したモル倍量Ｘに相当する量の二酸化マンガンを原水に添加した。また、酸化処理時間は６０分とした。
【００４４】
モル倍量Ｘを５、１０、５０としたときの、二酸化マンガンを混合した直後のマンガン含有水における二酸化マンガンのモル濃度Ｘ２、及び、原水５００ｍＬに対する二酸化マンガン使用量は以下の通りである。例えば、Ｘ＝５のときのＸ２は、Ｘ１×Ｘ＝０．０４９ｍｍｏｌ／Ｌ×５＝０．２４５ｍｍｏｌ／Ｌである。
【００４５】
【表２】
2018202301.tif 000004
【００４６】
原水に、添加モル倍率当量を変化させた二酸化マンガン粉末を添加し、６０分間、マグネチックスターラー（ＲＥＭＩＸ  ＲＳＨ−６ＤＮ、アズワン株式会社製）を用いて、４００ｒｐｍで撹拌を行い、その後、孔径０．４５μｍのメンブレンフィルター（ＤＩＳＭＩＣ−２５ＡＳ０４５、アドバンテック製）を用いたろ過により二酸化マンガンを除去した。その後、ＩＣＰ分光分析装置によりろ過後の処理水中のマンガン濃度を測定した。なお、本実施例においては、マンガン濃度Ｙは小数点以下３桁となるように四捨五入した。条件１〜３における、マンガン除去処理後のマンガン含有水におけるマンガン濃度Ｙは、それぞれ、１．０７７ｍｇ／Ｌ、０．１５７ｍｇ／Ｌ、０．００１ｍｇ／Ｌであった。
【００４７】
次に、ＸとＹの関係式を求めた。本実施例においては、Ｘの対数とＹの対数の座標を求め、これらの座標を通る曲線の線形近似により、下記式（１）を求めた。また、Ｘの対数とＹの対数の座標をプロットしたグラフを図１に示した。
【００４８】
［数３］
ｌｏｇ（Ｙ）＝ａ×ｌｏｇ（Ｘ）+ｂ  ・・・（式１）
（上記式１において、ｌｏｇは１０を底とする対数であり、ａ及びｂは定数である）
【００４９】
Ｘの対数とＹの対数の座標を通る曲線の線形近似により得られた関係式は以下の通りであった。なお、本実施例においては、近似式における係数（式１に示すａ及びｂ）は、小数点以下３桁となるように四捨五入した。また、決定係数Ｒ２は０．９９９２であり、０．７以上であったことから、決定係数が高い範囲でＸとＹとの関係式を求められたことが示された。
【００５０】
［数４］
ｌｏｇ（Ｙ）＝−３．０５２×ｌｏｇ（Ｘ）+２．１９９  ・・・（式２）
（上記式２において、ｌｏｇは１０を底とする対数である）
【００５１】
上記（式２）により、マンガンの除去処理後のマンガン濃度Ｙを０．０５ｍｇ／Ｌに設定したい場合には、混合する二酸化マンガンのモル倍量Ｘは、１４．０と算出されたため、二酸化マンガンを５９．８ｍｇ／Ｌ混合すればよいことが分かった。また、マンガンの除去処理後のマンガン濃度Ｙを０．０１ｍｇ／Ｌに設定したい場合には、混合する二酸化マンガンのモル倍量Ｘは、２３．８と算出されたため、二酸化マンガンを１０１．７ｍｇ／Ｌ混合すればよいことが分かった。
【００５２】
（マンガン除去）
決定したマンガン使用量に基づき、マンガン含有水からマンガンの除去を行った。マンガン含有水は、マンガン使用量の決定に用いたものと同じものを用いた。その結果、決定したマンガン使用量に基づいてマンガン含有水と二酸化マンガンを混合して（二酸化マンガン混合工程）、この混合物を撹拌し（撹拌工程）、濾過により沈殿物を分離して（分離工程）、これらの工程によりマンガンの除去を行えば、マンガン含有水のマンガン濃度が所望の濃度となることが分かった。
【００５３】
［実施例２］
（マンガン使用量の決定）
酸化処理時間を１０分とし、モル倍量Ｘとして１０、５０、１００の３点を設定したこと以外は、実施例１と同様の予備試験を行った。原水（マンガン含有水）と二酸化マンガンとの混合時における二酸化マンガンのモル濃度Ｘ２、及び、原水５００ｍＬに対する二酸化マンガン使用量は以下の通りである。
【００５４】
【表３】
2018202301.tif 000005
【００５５】
条件４〜６における、マンガン除去処理後のマンガン含有水におけるマンガン濃度Ｙは、それぞれ、０．９９２ｍｇ／Ｌ、０．００４ｍｇ／Ｌ、０．００２ｍｇ／Ｌであった。なお、本実施例においては、マンガン濃度Ｙは小数点以下３桁となるように四捨五入した。
【００５６】
次に、ＸとＹの関係式を求めた。本実施例においては、Ｘの対数とＹの対数の座標を求め、これらの座標を通る曲線の線形近似により、下記式（３）を求めた。また、Ｘの対数とＹの対数の座標を通るグラフを図２に示した。なお、本実施例においては、近似式における係数（式１に示すａ及びｂ）は、小数点以下３桁となるように四捨五入した。また、決定係数Ｒ２は０．９６２２であり、０．７以上であったことから、決定係数が高い範囲でＸとＹとの関係式を求められたことが示された。
【００５７】
［数５］
ｌｏｇ（Ｙ）＝−２．８２４×ｌｏｇ（Ｘ）+２．７２３  ・・・（式３）
（上記式３において、ｌｏｇは１０を底とする対数である）
【００５８】
上記（式３）により、マンガンの除去処理後のマンガン濃度Ｙを０．０５ｍｇ／Ｌに設定したい場合には、混合する二酸化マンガンのモル倍量Ｘは、２６．６と算出されたため、二酸化マンガンを１１３．７ｍｇ／Ｌ混合すればよいことが分かった。また、マンガンの除去処理後のマンガン濃度Ｙを０．０１ｍｇ／Ｌに設定したい場合には、混合する二酸化マンガンのモル倍量Ｘは、４７．０と算出されたため、二酸化マンガンを２０１．０ｍｇ／Ｌ混合すればよいことが分かった。
【００５９】
（マンガン除去）
決定したマンガン使用量に基づき、実施例１と同様に、マンガン含有水からマンガンの除去処理を行った。マンガン含有水は、マンガン使用量の決定に用いたものと同じものを用いた。その結果、決定したマンガン使用量に基づいてマンガンの除去を行えば、マンガン含有水のマンガン濃度が所望の濃度となることが分かった。
【００６０】
［比較例］
実施例１の（マンガン使用量の決定）により得られたモル倍量Ｘとマンガン濃度Ｙの値を用いて、ＸとＹの座標を図３のようにプロットした。その結果、モル倍量Ｘとマンガン濃度Ｙとの間に関係性を見出すことができず、ＸとＹとの関係式を予め求めることができなかった。酸化処理後のマンガン濃度の設定値Ｙから処理対象水へ混合する二酸化マンガンの使用量を一定の精度をもって決定することが困難であった。予備試験で設定したモル倍量Ｘに対するマンガン濃度Ｙが、所望のマンガン濃度と差がある場合には、さらなる予備試験を行ったり、実際のマンガン処理において、所望のマンガン濃度になるまで少しずつ二酸化マンガンを投入しながら処理を行うなど、別途工程を追加することが必要であることが示された。
【００６１】
［まとめ］
以上の評価結果により、実施例１、２であれば、モル倍量Ｘとマンガン濃度Ｙとの関係式から、マンガンの除去処理に必要な二酸化マンガンの使用量をより簡便に決定することができることが示された。また、関係式から導き出された使用量の二酸化マンガンをマンガン含有水に混合することにより、マンガン除去に必要な最低限かつ効果的な量を用いてマンガンの除去処理を行うことができることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明であれば、マンガン含有水のマンガンを除去するにあたり、大規模な施設を必要とすることなく、小規模な水処理施設であっても、二酸化マンガン使用量を有効に管理することができるため、産業上有用である。
【図１】
2018202301.tif 000006
【図２】
2018202301.tif 000007
【図３】
2018202301.tif 000008