(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
河川より取水した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を注入する工程と、
前記次亜塩素酸ナトリウムが注入された前記原水を、径２〜１０ｍｍのマンガン砂利が充填されたろ材層に下向流固定床で通過させることにより、前記原水中の前記溶解性マンガンを酸化析出させて不溶解性マンガンを得る工程と、
前記原水を分離膜でろ過して前記不溶解性マンガンを除去し、膜ろ過水を得る工程とを具備することを特徴とする河川水中のマンガン除去方法。
【請求項２】
河川より取水した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を注入する次亜塩素酸ナトリウム注入装置と、
径２〜１０ｍｍのマンガン砂利が充填され、前記次亜塩素酸ナトリウムが注入された前記原水が下向流固定床で通過するマンガン砂利接触装置と、
前記マンガン砂利接触装置を通過した前記原水から膜ろ過水を得る膜ろ過装置とを具備することを特徴とする河川水中のマンガン除去装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上水道、各種用水、廃水等の水処理方法および装置に係り、特に溶解性マンガンを除去する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、精密ろ過膜もしくは限外ろ過膜を利用して、上水道、各種用水、廃水等のろ過操作を行なう試みがなされている。こうした操作に用いられる原水のうち、ほとんどの地下水には鉄やマンガンが含まれており、河川水にもマンガンが含まれているものもある。一般に、マンガンは溶存状態で水中に存在しており、溶解性マンガンはそのままでは分離膜により除去することができない。溶解性マンガンを分離膜で除去できるように酸化析出させる方法としては、従来よりオゾンや過マンガン酸カリウムなどの酸化力の強い酸化剤を用いる方法が知られている。しかしながら、オゾンはその取り扱いおよびコスト面から小規模水道には適用しにくい。一方、過マンガン酸カリウムによる酸化は注入率制御が難しく、鉄やマンガン、有機物などの被酸化物が混入する場合、最適注入率管理は極めて困難とされている。
【０００３】
分離膜で原水を膜処理後に塩素注入してマンガン砂ろ過する方法もまた、知られている。この方法においては、マンガン砂ろ過は、逆洗時に砂から剥離した二酸化マンガン粒子を、逆洗排水や捨水で完全に排出するのが困難である。このため、膜処理を施して０．０１度以下の濁度まで低減された膜処理水を、マンガン砂ろ過によって０．１度付近まで加濁してしまうことになり、浄水システムとして問題が残る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
原水中には濁質や細菌類といった不溶解性物質に加えて、溶解性の鉄分なども含まれている場合があり、鉄分は塩素剤の注入または空気との接触により容易に析出して不溶性物質となる。マンガンは、中性付近のｐＨにおいては塩素では酸化析出しないものの、二酸化マンガンを触媒として用いれば塩素でも容易に酸化析出する。そこで、原水に塩素系酸化剤を注入後、マンガン砂が充填された接触層に通水して、原水をマンガン砂と接触させることによりマンガンを酸化析出させることができる。その後、分離膜でろ過することによって、マンガンも原水中から容易に分離除去することが可能である。
【０００５】
このような二酸化マンガンをコーティングしたマンガン砂によるろ過では、有効径（砂の粒度加積曲線上での１０％通過径）が１ｍｍ以下の砂を用いるため、下向流で行なった場合には、含有されている他の不溶解性物質により砂層表面の閉塞が生じる。その結果、短期間でろ過抵抗を上昇させるという欠点があった。
【０００６】
こうした問題を解決する方法として、特許第２７７２６１２号には、溶解性マンガンを含有する原水に塩素系酸化剤を注入し、反応槽下方に敷設したマンガン砂接触ろ材層を上向流で通過させて溶解性マンガンを酸化析出させ、反応槽上方で原水中の懸濁物質を沈降分離させた後、分離膜を用いて膜ろ過する方法が記載されている。
【０００７】
この従来の方法では、反応槽内において懸濁物質等のスラリーが徐々に濃縮されるため、スラリーを反応槽外へ排出する必要がある。このため、維持管理が極めて煩雑であるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上述した問題点を克服すべく鋭意研究の結果完成されたものであって、溶解性マンガンを原水中から効率的に除去するとともに、容易に維持管理が可能な水処理方法および装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、河川より取水した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を注入する工程と、前記次亜塩素酸ナトリウムが注入された前記原水を、径２〜１０ｍｍのマンガン砂利が充填されたろ材層に下向流固定床で通過させることにより、前記原水中の前記溶解性マンガンを酸化析出させて不溶解性マンガンを得る工程と、前記原水を分離膜でろ過して前記不溶解性マンガンを除去し、膜ろ過水を得る工程とを具備することを特徴とする河川水中のマンガン除去方法を提供する。
【００１０】
また本発明は、河川より取水した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を注入する次亜塩素酸ナトリウム注入装置と、径２〜１０ｍｍのマンガン砂利が充填され、前記次亜塩素酸ナトリウムが注入された前記原水が下向流固定床で通過するマンガン砂利接触装置と、前記マンガン砂利接触装置を通過した前記原水から膜ろ過水を得る膜ろ過装置とを具備することを特徴とする河川水中のマンガン除去装置を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明のマンガン除去方法および装置を説明する。
【００１２】
図１に、本発明の一実施形態に係るマンガン除去装置の構成を示す。
【００１３】
河川等の取水源から取水した原水１は、まず、次亜塩素酸ナトリウム注入装置２から次亜塩素酸ナトリウム３が注入され、次いで、供給ポンプ４によりマンガン砂利接触装置５へ下向流固定床で送り込まれる。ここで、原水１中の溶解性マンガンが酸化析出された後、処理水槽６へ導入される。処理水槽６から導出された処理水は、供給ポンプ７により膜ろ過装置８に送り込まれ、得られた膜ろ過水は膜ろ過水槽９へ導入される。膜ろ過水の一部は逆流洗浄水として用いられ、逆洗ポンプ１０により膜ろ過装置８の分離膜を二次側から洗浄し、膜ろ過水の大部分は消毒剤１１を添加した後、浄水１２として給配水される。
【００１４】
マンガン砂利接触装置５においては、径２〜１０ｍｍの砂利に予め二酸化マンガンをコーティングしたものがろ材として用いられる。原水中の溶解性マンガンは、前述の二酸化マンガンあるいはすでに酸化析出した二酸化マンガンを触媒として、次亜塩素酸ナトリウムにより酸化析出する。ここで、砂利の径とは、ふるい等によって分離された径を意味する。砂利の径が２ｍｍ未満の場合は、原水中の濁質分等の不溶解性物質によりろ材表面の閉塞が生じて、ろ過抵抗を短期間で上昇させる。一方、砂利の径が１０ｍｍを越えると表面積が小さすぎるため、原水中の溶解性マンガンと十分に接触させることができない。こうした理由から本発明においては、マンガン砂利接触装置５に充填されるマンガン砂利の径を２〜１０ｍｍに規定した。このような径のマンガン砂利が用いられるので、マンガン砂利接触装置５に原水を下向流固定床で通過させることができる。さらに、ろ過抵抗と接触時間を考慮して、径２〜１０ｍｍの砂利が全体の５０％以上含まれていることが好ましい。
【００１５】
また、マンガン砂利接触装置５における通水速度（ＬＶ）は、装置のコンパクト化を図るためには高めに設定することが好ましいものの、１０００ｍ／日を越えると十分な接触時間を保持することが困難となる。一方、通水速度が５０ｍ／日未満の場合には、装置が大型化してコスト高になる。したがって、マンガン砂利接触装置５における通水速度（ＬＶ）は５０〜１０００ｍ／日とすることが好ましい。
【００１６】
膜ろ過装置８において用いられる分離膜としては、精密ろ過膜もしくは限外ろ過膜が挙げられる。具体的には、精密ろ過膜としては、公称孔径０．０１〜０．５μｍのものが好ましく、限外ろ過膜としては、分画分子量１，０００〜２０万ダルトンのものが好ましい。膜モジュールの形式は、中空糸状、スパイラル状、チューブラ状、または平膜状が用いられる。また、膜モジュールのろ過方式は、全量ろ過方式およびクロスフローろ過方式のいずれの方式としてもよく、膜ろ過への通水方式は、外圧型および内圧型のいずれでも問題ない。さらに、原水側を加圧する加圧型のケーシングタイプ、あるいはろ過水側を減圧する吸引型の槽浸漬タイプのいずれであってもよい。
【００１７】
【実施例】
以下、具体例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１８】
図１に示した構成の装置により、河川表流水（平均濁度１５度）の処理を行なった。次亜塩素酸ナトリウム３は、処理水槽６における遊離残留塩素が０．１〜０．５ｍｇ／Ｌ程度となるように注入した。また、膜ろ過装置８の分離膜としては、公称孔径０．１μｍのポリフッ化ビニリデン製中空糸精密ろ過膜を用いて、以下の条件で運転を行なった。
【００１９】
マンガン砂利接触装置のＬＶ：２００ｍ／日
マンガン砂利接触装置の接触時間：７分
膜透過流束：３ｍ／日
ろ過時間：２０分
逆洗時間：６０秒
原水、処理水槽６を通過後の処理水、膜ろ過水槽９通過後の膜ろ過水、および浄水１２について、濁度、総マンガンおよび溶解性マンガン濃度を測定し、その結果を下記表１に示した。
【００２０】
【表１】
0004013565.tif 000002
【００２１】
表１に示されるように、本発明の装置により処理された浄水１２においては、濁度およびマンガンは、いずれも検出限界未満まで効率よく低減されていることがわかる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、溶解性マンガンを原水中から効率的に除去するとともに、容易に維持管理が可能な水処理方法および装置が提供される。
【００２３】
本発明は、河川等の取水源から取水した原水のマンガン除去に極めて有効であり、その工業的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマンガン除去装置の一例の構成を示す図。
【符号の説明】
１…原水
２…次亜塩素酸ナトリウム注入装置
３…次亜塩素酸ナトリウム
４…供給ポンプ
５…マンガン砂利接触装置
６…処理水槽
７…供給ポンプ
８…膜ろ過装置
９…膜ろ過水槽
１０…逆洗ポンプ
１１…消毒剤
１２…浄水
【図１】
0004013565.tif 000003