(57)【要約】【課題】  装置構成のコンパクト化を図ることができ、原水の水量が変動した場合にも運転操作上の対応が容易な溶解性マンガンの除去方法を実現する。【解決手段】  第１工程では混和槽１０において溶解性マンガンを含有する原水１２に次亜塩素酸ナトリウム１４と触媒粒子であるマンガン砂１８とを添加して混合する。第２工程では第１工程を経た被処理水２２を膜モジュール２６に送り、膜ろ過して処理水２８と膜分離物３０とに分離する。第３工程では膜分離物３０からマンガン砂１８を回収し、回収したマンガン砂１８を前記第１工程に戻して再利用する。【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有する原水に触媒粒子と酸化剤を添加して混合する第１工程と、第１工程を経た被処理水を膜ろ過して処理水と膜分離物とに分離する第２工程と、第２工程で分離された膜分離物から前記触媒粒子を回収し、回収した触媒粒子を前記第１工程に戻す第３工程とを含むことを特徴とする溶解性マンガンの除去方法。
【請求項２】
前記第３工程の触媒粒子を回収する手段として液体サイクロンを用いることを特徴とする請求項１に記載の溶解性マンガンの除去方法。
【請求項３】
前記第２工程の膜ろ過の膜素材としてセラミック膜又はポリフッ化ビニルデン膜を用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の溶解性マンガンの除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶解性マンガンの除去方法に係り、特に溶解性マンガンを含有する原水からマンガンを除去し、飲料などに適する処理水を得るようにした溶解性マンガンの除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
河川水や地下水などの原水には通常、微量の溶解性マンガンを含有している。この原水を処理して飲料などに適した処理水（上水）を得るためには、溶存しているマンガンが基準値以下となるように溶解性マンガンを除去する必要がある。溶解性マンガンを除去する方法としては、接触マンガン砂ろ過法が古くから知られている。
【０００３】
この接触マンガン砂ろ過法は、溶解性マンガンを含有する原水に次亜塩素酸ナトリウムなどの酸化剤を添加し、マンガン砂を充填したろ過塔に通水する方法である。溶解性マンガンはマンガン砂の表面に担持された二酸化マンガンの触媒作用によって速やかに酸化する。原水がマンガン砂のろ層を下向流で通過する間に溶解性マンガンは新たな触媒能を持つ二酸化マンガンとなってマンガン砂の表面に酸化析出して捕捉される。原水中の他の濁質分もマンガン砂のろ層によってろ過除去される。しかしながら、この接触マンガン砂ろ過法はろ層が目詰まりし易い。このため、ろ過塔の通水速度を低くする必要があり、処理効率が悪い。原水中の濁質分が多い場合にはろ層の目詰まりが加速するので、ろ層の頻繁な逆洗操作が必要となり、より一層処理効率が低下する。
【０００４】
このような、従来の接触マンガン砂ろ過法の欠点を改善するために、特許文献１や特許文献２にはマンガン砂などの触媒粒子を充填した反応槽に原水を上向流で通水する方法が開示されている。原水が流動化した触媒粒子と接触することによって、溶解性マンガンの酸化が促進する。酸化によって析出したマンガン酸化物の微粒子は原水の上向流に同伴して反応槽から排出され、後段に設けられた膜分離手段によって処理水から分離除去される。この方法によれば上向流の流速を大きくして、処理効率を向上させることができる。また、接触マンガン砂ろ過法のようなろ層の目詰まりという問題点がなく、ろ層の逆洗操作も不要となるという利点がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−３９８７２号公報
【特許文献２】特開２００３−１０３２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のとおり、特許文献１や特許文献２に開示された方法は処理効率がよく、有効な方法であるが、触媒粒子を充填した反応槽が必要であり、装置の設置面積が大きくなり、装置構成が複雑になるという問題点があった。また、反応槽における原水の上向流速の調整が難しいという問題点があった。例えば、原水の水量が少ない場合には、上向流速が小さくなり反応槽での触媒粒子の流動層の形成が不十分になる。また、原水の水量が多い場合には、上向流速が大きくなり触媒粒子の一部が上向流に同伴して反応槽から溢流し易くなる。したがって、原水の水量が変動した場合にも上向流速を適正に維持するための運転操作上の工夫が必要になる。
【０００７】
本発明の目的は上記従来技術の問題点を改善し、処理効率がよく、装置構成のコンパクト化を図ることができ、原水の水量が変動した場合にも運転操作上の対応が容易な溶解性マンガンの除去方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る溶解性マンガンの除去方法は、溶解性マンガンを含有する原水に触媒粒子と酸化剤を添加して混合する第１工程と、第１工程を経た被処理水を膜ろ過して処理水と膜分離物とに分離する第２工程と、第２工程で分離された膜分離物から前記触媒粒子を回収し、回収した触媒粒子を前記第１工程に戻す第３工程とを含むことを特徴とする。
前記第３工程の触媒粒子を回収する手段として液体サイクロンを用いることが好ましい。前記第２工程の膜ろ過の膜素材としてセラミック膜又はポリフッ化ビニルデン膜を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第１工程で原水に添加した触媒粒子を、第２工程で他の微細な濁質分とともに膜分離する。この第２工程で膜分離した触媒粒子を第３工程で回収し、第１工程に戻して、再利用するようにした。このため、従来技術のようなろ過塔や上向流式の反応槽を必要としない。したがって、処理効率がよく、装置構成のコンパクト化を図ることができ、原水の水量が変動した場合にも運転操作上の対応が容易な溶解性マンガンの除去方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明に係る溶解性マンガンの除去方法の第１実施形態を示すフローシートである。混和槽１０には溶解性マンガンを含有する原水１２が流入するとともに、原水１２の流入量に応じて酸化剤として次亜塩素酸ナトリウム１４が添加される。
【００１１】
また、混和槽１０には後述する液体サイクロン１６で分離されたマンガン砂１８が添加される。マンガン砂１８は砂の表面に二酸化マンガンを担持させた触媒粒子であり、粒径１ｍｍ前後のものが使用される。混和槽１０は攪拌機２０を備えている。この混和槽１０で原水１２と添加された次亜塩素酸ナトリウム１４及びマンガン砂１８が攪拌機２０によって混合される。
【００１２】
すると原水中の溶解性マンガンは、次亜塩素酸ナトリウム１４よる酸化力とマンガン砂１８表面の二酸化マンガンの触媒作用によって速やかに酸化し、微細な酸化マンガン不溶物となる。混和槽１０内の被処理水２２は生成した酸化マンガン不溶物、マンガン砂及び原水中に元々含まれていた他の濁質分が混合した状態でポンプ２４によって後段の膜モジュール２６に圧送される。
【００１３】
膜モジュール２６では流入した被処理水２２を膜ろ過して処理水２８と膜分離物３０とに分離する。なお、被処理水２２中には次亜塩素酸ナトリウムが残存し、膜モジュール２６の膜素材を酸化して劣化させる恐れがある。したがって、膜モジュール２６に使用する膜素材としては無機系のセラミック膜が好ましい。また、有機系の膜素材としては耐酸化性のあるポリフッ化ビニルデン膜が好ましく用いられる。
【００１４】
前記したように原水中の溶解性マンガンは酸化して酸化マンガン不溶物となり、この酸化マンガン不溶物は膜モジュール２６によって膜分離物３０の一部として分離される。したがって、処理水２８中の溶解性マンガンを例えば飲料に適した基準値以下にすることができる。処理水２８は一旦、処理水貯槽３２に貯えられた後、実用に供される。
【００１５】
一方、膜モジュール２６によって分離された膜分離物３０はマンガン砂と酸化マンガン不溶物とその他の濁質分が混合した泥状物である。膜分離物３０は一旦、分離物槽３４に貯えられた後、ポンプ３６によって液体サイクロン１６に圧送される。液体サイクロン１６では粒径の大きいマンガン砂が分離されて液体サイクロン１６の底部から回収される。この分離回収されたマンガン砂１８は混和槽１０に返送され、再利用される。液体サイクロン１６の内筒３８からは微細な酸化マンガン不溶物とその他の濁質分が排出汚泥４０として排出される。なお、排出汚泥４０中にはマンガン砂の一部が紛れ込んで系外に排出される場合がある。このような場合には、系内で循環使用するマンガン砂１８の量が次第に減少し処理効率の低下を招くので、必要に応じて新規のマンガン砂４２を補充する。
【００１６】
上述のとおり、本実施形態の方法によれば第１工程の混和槽１０で原水に添加したマンガン砂１８を、第２工程の膜モジュール２６で他の微細な濁質分とともに分離する。この第２工程で分離したマンガン砂１８を第３工程の液体サイクロン１６によって回収し、第１工程の混和槽１０に戻して、再利用するようにした。
このため、処理効率がよく、装置構成のコンパクト化を図ることができ、原水の水量が変動した場合にも運転操作上の対応が容易な溶解性マンガンの除去方法を実現することができる。また、膜モジュール２６としてクロスフロー式の膜モジュールを採用した場合には比較的粒径が大きいマンガン砂が膜モジュールの膜面に常時、衝突して膜面洗浄の作用を及ぼす。このため、膜モジュールの定期的な洗浄操作の頻度を少なくできるという効果がある。
【００１７】
図２は本発明に係る溶解性マンガンの除去方法の第２実施形態を示すフローシートである。溶解性マンガンを含有する原水５０は一旦、原水槽５２に貯えられた後、ポンプ５４によって膜モジュール５６に圧送される。この原水５０が圧送される過程で次亜塩素酸ナトリウム５８とマンガン砂６０が添加され、圧送ライン６１に設けられたラインミキサー６２で、原水５０と次亜塩素酸ナトリウム５８とマンガン砂６０が混合される。すると原水中の溶解性マンガンは、次亜塩素酸ナトリウム５８よる酸化力とマンガン砂６０の触媒作用によって速やかに酸化し、微細な酸化マンガン不溶物となる。この被処理水６４は生成した酸化マンガン不溶物、マンガン砂及び原水中に元々含まれていた他の濁質分が混合した状態で後段の膜モジュール５６に至る。膜モジュール５６では流入した被処理水６４を膜ろ過して処理水６６と膜分離物６８とに分離する。処理水６６は一旦、処理水貯槽７０に貯えられた後、実用に供される。
【００１８】
一方、膜モジュール５６によって分離された膜分離物６８は一旦、分離物槽７２に貯えられた後、ポンプ７４によって一部が膜モジュール５６に循環され、残部が分離機７６に圧送される。分離機７６は液体サイクロンのほか遠心分離機やスクリーン式分離機が使用可能であり、粒径の大きいマンガン砂を分離回収する。分離回収されたマンガン砂６０は圧送ライン６１に返送され、再利用される。分離機７６での他方の分離物である微細な酸化マンガン不溶物とその他の濁質分が排出汚泥７８として排出される。なお、排出汚泥７８中にマンガン砂の一部が紛れ込み、系内で循環使用するマンガン砂６０の量が次第に減少した時には、必要に応じて新規のマンガン砂８０を補充する。
【００１９】
この第２実施形態によれば、原水５０に次亜塩素酸ナトリウム５８とマンガン砂６０とを添加混合する手段としてラインミキサー６２を用いたので、第１実施形態に比べてより一層、装置構成のコンパクト化を図ることができる。また、分離物槽７２に貯えた分離物６８の一部を膜モジュール５６に循環するようにした。このため、膜モジュール５６がクロスフロー式の膜モジュールである場合の通液量の調整が容易になる。
【００２０】
前記各実施形態では、原水に添加する酸化剤として次亜塩素酸ナトリウムを例示した。しかしながら、本発明に係る酸化剤は次亜塩素酸ナトリウムに限定されず、例えば過マンガン酸カリウムなど他の酸化剤を用いてもよい。また、触媒粒子はマンガン砂に限らず、溶解性マンガンの酸化を促進させる他の触媒粒子を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る溶解性マンガンの除去方法の第１実施形態を示すフローシートである。
【図２】本発明に係る溶解性マンガンの除去方法の第２実施形態を示すフローシートである。
【符号の説明】
【００２２】
１０………混和槽、１２，５０………原水、１４，５８………次亜塩素酸ナトリウム、１６………液体サイクロン、１８，６０………マンガン砂、２２，６４………被処理水、２６，５６………膜モジュール、２８，６６………処理水、３０，６８………分離物、３４，７２………分離物槽、４０，７８………排出汚泥、７６………分離機。
【図１】
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【図２】
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