JP2004008969A

JP2004008969A - 噴流発生装置を用いた水中の除鉄方法とそのシステム

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Publication number: JP2004008969A
Application number: JP2002167492A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Kadowaki; 門脇　秀行; Satoshi Suzuki; 鈴木　智; Shigeyuki Arai; 荒井　重行; Teruo Masumoto; 増本　輝男; Mamoru Tanaka; 田中　守
Original assignee: Mitsubishi Materials Natural Resources Development Corp; YBM Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Materials Natural Resources Development Corp; YBM Co Ltd
Priority date: 2002-06-07
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-06-07
Also published as: JP3844451B2

Abstract

【課題】処理水と空気との接触確率を向上させて、処理水から鉄イオン、揮発性有機化合物を効率的に、かつ省エネルギーで分離・除去する。
【解決手段】噴射ノズル４６から噴出された主噴流は、内部空間Ｖの概ねの中心線の方向に噴射される。主噴流が噴射されると噴流発生室４５の８隅にはコアンダ効果により低圧うずである付着うずが発生し、主噴流には付着噴流が発生する。噴流発生室４５には、不安定な主噴流の流れが発生することになる。これらの主噴流、付着うず等の噴流は、粒径が極めて微少な空気を発生すると共に、処理水とこの粒径が極めて微少な多数の空気と均一に混合、攪拌される。処理水に含まれる第１鉄イオンは、除鉄カラム５内の接触徐鉄濾材の表面で溶存酸素と反応し、オキシ水酸化鉄として濾材に付着して除去、分離される。
【選択図】　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土壌・地下水に含まれる鉄分を分離して除去するための噴流発生装置を用いた水中の除鉄方法とそのシステムに関する。更に詳しくは、土壌環境中に含まれる物質を土壌、又は地盤中の水と共に汲み上げて、この中に含まれる鉄分、揮発性有機化合物等の物質を分離、除去するための噴流発生装置を用いた水中の除鉄方法とそのシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄は地下水中に主に第１鉄イオン、第２鉄イオンとして溶けている。ただし、中性領域では殆ど第２鉄イオンは存在しない。これを飲料水等に使用するために、空気中の酸素を利用する気曝法、塩素剤を使う塩酸化法、オゾン酸化法等により、第１鉄イオンを酸化させて析出、又は沈殿させて除去させる方法が用いられている。実用的な除鉄法としては、直接酸化法における気曝酸化法、塩素酸化法、接触濾過法の３種類といわれている。接触ろ過法の中には、原水に空気を注入する方法も知られている。しかしながら、従来の接触ろ過法では原水と空気との混合を効率的に行う方法は知られていない。
【０００３】
一方、工業用の洗浄、溶剤等とし使用された物質の中で、土壌（土木用語ではＡ層、Ｂ層という。）等の地盤、地下水の汚染物質としてジクロロメタン、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン、１，１−ジクロロエチレン、シス−１，２−ジクロロエチレン、シス−１，２−ジクロロエチレン、１，１，１−トリクロロエタン、１，１，２−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、１，３−ジクロロプロパン、ベンゼン等の揮発性有機化合物が土壌環境基準、地下水環境基準に指定され知られている。更に、クロロホルム、トランス−１，２−ジクロロエチレン、１，２ジクロロプロパン、ｐ−ジクロロベンゼン、トルエン、キシレン等の揮発性有機化合物の６種類が要監視項目として追加されている。
【０００４】
これら揮発性有機化合物による土壌・地下水汚染は、そのほとんどが地表面あるいはその近くから揮発性有機化合物が土壌に浸入し、地下に浸透して土壌や地下水を汚染させたものである、と言われている。汚染源から流出した揮発性有機化合物は、液状のまま地下へ浸透し、一部が土壌の間隙中に滞留する。帯水層まで達した原液は、地層の間隙が大きければ帯水層中を降下して粘土層等の不透水層に達し、間隙が小さければ地下水面付近に滞留する、と言われている。
【０００５】
これらの土壌中の揮発性有機化合物を除去して浄化するための処理技術は、土壌ガス吸引法、二重吸引法、気液混合抽出法、土壌掘削法等のように種々提案され実施されている。地下水の処理技術は、地下水揚水法、微生物処理法、反応性バリア等の処理法が提案され実施されている。また、土壌、又は地下水から分離された揮発性有機化合物を含むオフガスは、活性炭吸着法、触媒酸化法、熱酸化法、紫外線酸化法等により処理されている。
【０００６】
前述した二重吸引法は、汚染された地層に達する井戸を掘り帯水層から地下水を揚水すると共に、土壌ガスも別途吸引して処理を行うものであり、気液混合抽出法は、真空ポンプを用いて高減圧により土壌ガスと地下水を同時吸引する技術であり、地下水揚水法は汚染物質が溶解している地下水をポンプで揚水する方法である。揚水された土壌ガス、及び原水は、何らかの方法で水と揮発性有機化合物を分離して除去しなければならない。
【０００７】
この中で、揮発性有機化合物、低沸点有機塩素化合物を汚染地下水から分離して除去する技術として揚水曝気が知られている。揚水された汚染地下水は、地上に設置された曝気設備で空気と接触することによって、汚染地下水に含まれる揮発性の高い成分が気相に移行し浄化される。この排ガスの処理は、活性炭による吸着処理、熱分解、触媒分解等の方法が適用されている。
【０００８】
この揚水曝気の代表的なものとしては、タワー状の曝気塔、トレー式、貯留槽で散気管を用いて曝気する等の方法が知られている。しかしながら、これらの従来の曝気方法では空気と原水の接触は、原水を上方から落下させて、同時に空気を下方から噴射させている。即ち、原水とこれに接触させる空気の流れの方向は、逆方向であり対向させているものが多い。
【０００９】
この方法は、原水中の汚染濃度が濃くなり、気液比を上げたい場合（空気量を増加させい場合）に、空気の量を増加させると原水が空気に吹き上げられて落下が困難になり、結果として処理量が落ちるという問題がある。この結果、空気と原水の接触時間を長くしなければならず設備が大きくなる、処理エネルギーが増大する等の問題があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、汚染された原水から除鉄する場合、又は揮発性有機化合物を分離する場合、従来の曝気法では空気の大きさ、即ち原水が曝気されるときに空気粒（泡）が大きく、かつ気液混合が弱いため原水との接触確率が小さいことに着目した。原水と接触する空気粒を小さく、かつ多くすると共に気液混合を強化することに着目したものである。
【００１１】
即ち、単位体積当たりの空気の表面積を大きくすると共に気液混合を強化して、しかも処理量を低下させることがないものが望まれていた。本発明者等は、揮発性有機化合物を効率的に分離する揮発性有機化合物の除去方法とそのシステムを提案した（特願２００２−１１１６４１号）。しかしながら、このシステムは、原水中の鉄分を除去するものではない。
【００１２】
本発明は上述のような技術背景のもとになされたものであり、下記の目的を達成する。
本発明の目的は、原水と空気との接触確率を向上させて、原水から鉄分を効率的に分離・除去できる、噴流発生装置を用いた水中の除鉄方法とそのシステムを提供することにある。
本発明の他の目的は、少ない除去エネルギーで原水から鉄分を効率的に分離・除去できる、噴流発生装置を用いた水中の除鉄方法とそのシステムを提供することにある。
本発明の更に他の目的は、簡単な構造のシステムで原水から鉄分を効率的に分離・除去できる、噴流発生装置を用いた水中の除鉄方法とそのシステムを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために次のような手段を採用する。
本発明の噴流発生装置を用いた水中の除鉄方法は、原水から鉄分を分離して除去するための除鉄システムにおいて、前記原水を加圧して第１ノズル（２１）で噴射し、前記噴射と共に空気を吸引、又は圧入して実質的に区画された第１空間（２２）内で前記原水と前記気体を攪拌・混合するための噴流を形成し、前記第１空間（２２）の吐出口から前記攪拌・混合された前記原水、及び前記原水から分離された前記鉄分含む空気とを前記第１空間（２２）から吐出させ、前記原水と前記鉄分含む空気とを接触除鉄濾材層（２５）で濾過して、原水中の鉄分を濾材に付着させることを特徴とする。
【００１４】
前記第１空間（２２）への前記原水と前記空気の噴射は、同一方向に噴射させると良い。前記噴流は、前記原水が前記第１空間（２２）の壁面に付着する壁付着現象であるコアンダ効果を伴うものであるとより効果的である。
前記第１空間（２２）は、３次元の空間で扁平であり、前記第１空間（２２）の概ねの高さをＨで、前記第１空間（２２）の概ねの幅をＷで表し、前記第１ノズル（２１）の開口の有効直径をＤ_１で表すと、前記噴射は長さ方向に向いて前記第１空間（２２）の概ねの中心線の方向に射出され、前記噴流の発生条件として、
Ｄ_１＜Ｈ、且つ、Ｗ／Ｈ＞４
であると良い。
【００１５】
本発明の噴流発生装置を用いた水中の除鉄システムは、原水を加圧して噴射するための第１ノズル（２１）と、前記第１ノズル（２１）に配置され空気を供給するための第１空気供給管（２３）と、前記第１ノズル（２１）に加圧された前記原水を供給するための第１加圧ポンプ（１１）と、前記噴射と共に空気を吸引して実質的に区画された空間を備え、前記原水と前記空気を攪拌・混合するための噴流を形成するための第１噴流発生室（２２）と、前記第１噴流発生室（２２）には前記攪拌・混合された前記原水、及び前記原水から分離された前記鉄分を含む空気を排出するための第１吐出口（２４）と、前記原水と前記鉄分含む空気とを接触除鉄濾材層（２５）で濾過して、原水中の鉄分を濾材に付着させるための除鉄カラム（５）とからなることを特徴とする。
【００１６】
前記噴流発生装置を用いた水中の除鉄システムにおいて、前記第１空気供給管（２３）に加圧された空気を供給する第１ブロワ（４）とを有するものであると良い。更に、前記第１ノズル（２１）と同軸に前記第１空気供給管（２３）が配置されていると良い。
更に、前記噴流を発生する第１噴流発生室（２２）は、３次元の空間で扁平であり、前記空間の概ねの高さをＨで、前記空間の概ねの幅をＷで表し、前記第１ノズル（２１）の開口の有効直径をＤ_１で表すと、前記噴射は長さ方向に向いて前記空間の概ね中心線の方向に射出され、前記噴流の発生条件として、
Ｄ_１＜Ｈ、且つ、Ｗ／Ｈ＞４　である
ことを特徴とする。
更に、前記除鉄カラム（５）から出た徐鉄水は、揮発性有機化合物を除去分離するための揮発性有機化合物の除去システム（３０）で処理されると良い。
【００１７】
前記噴流発生装置を用いた水中の除鉄システムにおいて、前記揮発性有機化合物の除去システム（３０）は、徐鉄水を加圧して実質的に鉛直方向上方に噴射するための第２ノズル（４６）と、前記第２ノズル（４６）に配置され空気を供給するための第２空気供給管（４８）と、前記第２ノズル（４６）に加圧された前記原水を供給するための第２加圧ポンプ（４１）と、前記噴射と共に空気を吸引して実質的に区画された空間を備え、前記原水と前記空気を攪拌・混合するための噴流を形成するための第２噴流発生室（４５）と、前記第２噴流発生室（４５）には前記攪拌・混合された前記徐鉄水、及び前記徐鉄水から分離された前記揮発性有機化合物を含む空気を排出するための第２吐出口（４７）とからなることを特徴とする。
【００１８】
更に、前記揮発性有機化合物の除去システム（３０）は、前記第２ノズル（４６）と同軸に前記第２空気供給管（４８）が配置されていることを特徴とする。前記噴流を発生する第２噴流発生室（４５）は、３次元の空間で扁平であり、前記空間の概ねの高さをＨで、前記空間の概ねの幅をＷで表し、前記第２ノズル（４６）の開口の有効直径をＤ_１で表すと、前記噴射は長さ方向に向いて前記空間の概ね中心線の方向に射出され、前記噴流の発生条件として、
Ｄ_１＜Ｈ、且つ、Ｗ／Ｈ＞４　である
ことを特徴とする。
【００１９】
更に、前記揮発性有機化合物の除去システム（３０）は、前記第２噴流発生室（４５）は、多段階に直列に接続されていることを特徴とする。更に、前記揮発性有機化合物の除去システム（３０）は、前記第２噴流発生室（４５）から吐出された前記徐鉄水と空気の気液混合体を受け入れ、空気と前記原水を分離するための気液分離函（５９ａ−５９ｃ，７０）とからなることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１を図面に従って説明する。図１は、本発明の気曝処理装置を用いた水中の除鉄システムの実施の形態であり、これを揮発性有機化合物の除去システムに適用したときの機能ブロック図である。以下、この噴流発生装置を用いた水中の除鉄システムの概要を説明する。汚染された地層に達する井戸１を掘り帯水層から地下水（以下、原水という。）が揚水される。汚染された地下水は、後述する気曝処理装置２に供給される。
【００２１】
気曝処理装置２は、揚水した井戸水である原水に空気を吹き込み主に第１鉄イオンの接触酸化に必要な量の溶存酸素を供給するためのものである。気曝処理装置２には、ブロア４により加圧空気、又は自吸により空気が供給されている。気曝処理装置２で処理された原水は、後述する除鉄カラム５に送られる。除鉄カラム５は、酸化された第１鉄イオンを接触濾過除鉄法により除去するものである。
【００２２】
また、除鉄カラム５は、逆洗処理水タンク７に配管されている。逆洗処理水タンク７は、除鉄カラム５の目詰まりを清掃するために処理水を逆流させて貯蔵するためのタンクである。目詰まり清掃の逆洗中に、水酸化鉄粒子の凝集を促進させるための促進剤が凝集剤タンク６から逆洗処理水配管内に送られる。また、除鉄カラム５は、逆洗処理水タンク７に配管されている。逆洗処理水タンク７は、除鉄カラム５の目詰まりを清掃するために処理水を逆流させて貯蔵するためのタンクである。
【００２３】
除鉄カラム５で鉄分が除去された徐鉄水は、徐鉄水タンク８に送られる。徐鉄水タンク８は、揮発性有機化合物の除去システム９で処理する前の徐鉄水を貯蔵するための貯蔵タンクである。揮発性有機化合物の除去システム９で処理された処理水は、汚染された地下水から鉄分、揮発性有機化合物が除去されたものである。
【００２４】
揮発性有機化合物の除去システム９で処理された処理水は、処理水タンク１０に送られた後、公共下水、又は河川に放流される。図２は、図１に示した本発明の気曝処理装置を用いた水中の除鉄システムを、揮発性有機化合物の除去システムに適用したときの配管図である。汚染された地層に達する井戸１から井戸ポンプ１１により地下水（原水）が揚水される。この原水は、気曝処理装置２に供給される。
【００２５】
気曝処理装置２には、ブロア４により加圧空気が供給されている。気曝処理装置２で処理された原水は、除鉄カラム５に送られる。除鉄カラム５には、酸化された第１鉄イオンの水酸化鉄粒子の凝集を促進するための促進剤が、凝集ポンプ１５により凝集剤タンク６から送られる。逆洗処理水タンク７の戻しポンプ１６は、除鉄カラム５の目詰まりを清掃した処理水を再処理するために除鉄カラム５に戻すための加圧ポンプである。
【００２６】
除鉄カラム５で鉄分が除去された徐鉄水は、徐鉄水タンク８に送られ、徐鉄水タンク８内の徐鉄水ポンプ１２により、揮発性有機化合物の除去システム９に送られる。揮発性有機化合物の除去システム９で処理された処理水は、処理水タンク１０に送られ、排水ポンプ１３により公共下水道、又は河川に放流される。浄化処理された処理水は、逆洗ポンプ１４により逆洗により濾剤材を清掃するために除鉄カラム５に送られる。
【００２７】
［気曝処理装置２］
図３は、気曝処理装置の詳細を示す断面図である。ブロア４は、井戸からの原水に空気を供給するためのポンプであり、原水中の溶存酸素を増加させるためのものである。溶存酸素の濃度の調節は、空気量の調節により行う。ただし、ブロア４の運転は必ずしも必要ではなく、原水中の鉄分が多く空気量を多く必要とするときに使用する。ブロア４を運転しないときは、空気弁により自吸により行う。
【００２８】
噴流発生函２０は、扁平の長方体状の箱形である。噴流発生函２０の下面には、加圧された原水を下方に噴射する噴射ノズル２１が固定されている。噴射ノズル２１は、断面が円筒の環状空間である。噴流発生函２０の内部には区画された噴流発生室２２が形成されている。噴流発生室２２の内部空間Ｖは、３次元の箱状の空間で扁平であり、空間の概ねの水平方向の厚さＨ（図示せず）で、それの概ねの幅をＷ、鉛直（垂直）方向の長さをＬとし、噴射ノズル２１の開口の有効直径をＤ_１とすると、概略するとＤ_１＜Ｈ、Ｗ／Ｈ＞４、且つＷ≦Ｌの関係にある。
【００２９】
噴射ノズル２１から噴出された主噴流は、鉛直方向で内部空間Ｖの概ねの中心線の方向で鉛直方向上向きに噴射される。主噴流が噴射されると噴流発生室２２の８隅にはコアンダ効果により低圧うずである付着うずが発生し、主噴流には付着噴流が発生する。従って、噴流発生室２２には、図３に図示したような２方向（図示上）の何れかに主噴流の流れが発生することになる。
【００３０】
この主噴流は、一定で安定したものではなく、概略幅Ｗ方向の面内で揺れるよう動きの流れになる。即ち、主噴流は不安定であり揺れながら流れが発生することになる。これらの主噴流、付着うず等の噴流は、粒径が極めて微少な空気を発生すると共に、原水とこの粒径が極めて微少な多数の空気と均一に混合、攪拌する機能がある。
【００３１】
空気粒が細かくなるほど単位体積あたりの表面積が飛躍的に増大するので、原水と空気が接触する確率が高くなり、原水に含まれる第１鉄イオンの接触酸化に必要な量の溶存酸素を容易に供給できる。噴流発生室２２のコアンダ効果は、前述した寸法条件でなくても良いが、好ましくは前述した寸法条件にすれば図に示すように、内部空間Ｖに２つの噴流の何れかの方向に揺れるように主噴流が発生する。噴射ノズル２１の中心には、空気供給管２３が配置固定されている。空気供給管２３は、ブロア４の吐出口に連結されておりこれから空気を吐出する。
【００３２】
空気供給管２３とブロア４と連結しないときは、噴射ノズル２１から原水が噴流発生室２２に吐出されるとき、この負圧により空気を引き込む。従って、井戸ポンプ１１で加圧された原水は、原水供給パイプを介して噴射ノズル２１に送られる。噴射ノズル２１から噴射される処理水と共に、空気供給管２３の下端からブロア４で加圧された空気が供給される。気曝処理装置２により空気が混合された原水は、除鉄カラム５に送られる。
【００３３】
［接触除鉄濾材層２５］
除鉄カラム５は、接触濾過除鉄法により溶存酸素と第１鉄イオンが濾材を触媒として反応し、オキシ水酸化鉄（ＦｅＯＯＨ）として濾材に吸着することを活用した除鉄システムである。除鉄カラム５内では、次のような反応が進行しているとされている。
４Ｆｅ^２＋＋Ｏ_２＋８ＯＨ⁻→　４ＦｅＯＯＨ＋２Ｈ_２Ｏ
除鉄カラム５内の接触除鉄濾材層２５は、下層から砂利、小砂利、濾過砂からなる。砂利、小砂利、濾過砂の表面には、黒褐色、又は黄褐色の被着物質がコートされる。この被着物質は、ＦｅＯ_３，ＭｎＯ_２，ＳｉＯ_２等の組成が確認される。従って、原水から鉄、マンガン、シリコンが除去されることとなる。これらの成分が除去された徐鉄水は、次の揮発性有機化合物の除去システムで処理するために徐鉄水タンク８に送られる。
【００３４】
［揮発性有機化合物の除去システム３０］
［ブロワ３３］
図４（ａ）は揮発性有機化合物の除去システム３０を示す平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の正面図である。台３２上に搭載されたブロワ３３は、二葉形ブロワと呼ばれているタイプの回転送風機であり、ケーシング内に二葉形ロータ（図示せず）を２個互いに位相をずらして取付け、これを同期歯車を介して逆方向に回転させて空気を圧送するものである。このタイプの送風機は、機能、構造は公知のものであり、本発明の要旨でもないのでこでは構造、機能については詳記しない。
【００３５】
この送風機は、二葉形ロータであるが空気を加圧できるものであれば、このタイプ以外の回転送風機であっても良い。本例のブロワ３３は、ゲージ圧で約０．０２〜０．０５Ｍｐａの圧力の空気圧を発生させる。ブロワ３３に取り入れる空気は、フィルター（図示せず）を通されて粉塵等の異物が除去される。ブロワ３３の二葉形ロータは、電動機３５により回転駆動される。電動機３５は、この出力軸のプーリ３６、Ｖベルト３７、ブロワ３３のプーリ３８を介して、ブロワ３３のロータを駆動する。ブロワ３３の吸込み口には、円筒状の形をしたサイレンサ３９が配置固定され運転中の騒音を減少させる。なお、吐出口３４にもサイレンサ（図示せず）を配置すると騒音を低くすることができる。
【００３６】
ブロワ３３で加圧された空気は、吐出口３４から出て分岐器５２に入る。分岐器５２の加圧空気は、分岐されて複数の吐出口である４本の継手管５１から吐出される。ブロワ３３で加圧された空気は、４本の継手管５１から後述するようにそれぞれの噴流発生函４４に送られる。
【００３７】
［ポンプ４１］
ポンプ４１は、原水から徐鉄された徐鉄水を加圧するためのポンプである。本例では、４台のポンプ４１が並列して配置されている。本実施の形態で使用したポンプ４１は、渦巻きポンプ形式のものである。本実施の形態では、ゲージ圧で約０．０５Ｍｐａ程度の圧力で原水を加圧する。加圧された徐鉄水は、前述した加圧空気と共に後述する噴流発生室４５に噴射される。
【００３８】
［噴流発生函４４］
図５（ａ）、及び図５（ｂ）は、噴流発生室の原理を示す図であり、図５（ａ）は正面で切断した断面図、及び図５（ｂ）は側面で切断した断面図である。噴流発生函４４は、扁平の長方体状の箱形であり、その長手方向が鉛直になるように配置されている。噴流発生函４４の下面には、加圧された徐鉄水を上方に噴射する噴射ノズル４６が固定されている。
【００３９】
徐鉄水供給パイプ４２をポンプ４１で加圧された徐鉄水は、徐鉄水供給パイプ４２を通して、噴射ノズル４６に送られる。噴射ノズル４６から噴射される徐鉄水と共に、空気供給管４８の下端からブロワ３３で加圧された空気が供給される。この構造では、徐鉄水の負圧作用により空気供給管４８から空気を吸入する作用は少ない。
【００４０】
噴射ノズル４６は、断面が円筒の環状空間である。噴流発生函４４の内部には区画された噴流発生室４５が形成されている。噴流発生室４５の内部空間Ｖは、３次元の箱状の空間で扁平であり、空間の概ねの水平方向の厚さＨで、それの概ねの幅をＷ、鉛直（垂直）方向の長さをＬとし、噴射ノズル４６の開口の有効直径をＤ_１とすると、概略するとＤ_１＜Ｈ、Ｗ／Ｈ＞４、且つＷ≦Ｌの関係にある。噴流発生室４５の内部空間Ｖは、前述した気曝処理装置２の噴流発生室２２（図３参照）と類似構造である。
【００４１】
噴射ノズル４６から噴出された主噴流は、鉛直方向で内部空間Ｖの概ねの中心線の方向で鉛直方向上向きに噴射される。主噴流が噴射されると噴流発生室４５の８隅にはコアンダ効果により低圧うずである付着うずが発生し、主噴流には付着噴流が発生する。従って、噴流発生室４５には、図５（ａ）、又は図５（ｂ）に図示したような２方向（図示上）の何れかに主噴流の流れが発生することになる。
【００４２】
この主噴流は、一定で安定したものではなく、概略幅Ｗ方向の面内で揺れるよう動きの流れになる。即ち、主噴流は不安定であり揺れながら流れが発生することになる。これらの主噴流、付着うず等の噴流は、粒径が極めて微少な空気を発生すると共に、徐鉄水とこの粒径が極めて微少な多数の空気と均一に混合、攪拌する機能がある。
【００４３】
徐鉄水は、粒径が極めて小さい空気と接触することによって、小さい空気粒は表面積（粒径の３乗の表面積となる。）を飛躍的に増大させるので徐鉄水と接触する確立が高くなり、徐鉄水に含まれる揮発性の高い成分が気相に移行し浄化される。しかも、徐鉄水と空気が同一方向に噴射されているので、空気量を増加させることが容易であり、しかも空気量を増加させると流速が上がり、攪拌効果を増大する利点がある。
【００４４】
この作用によ、地下水、土壌等を汚染する揮発性有機化合物で汚染物質として知られているジクロロメタン、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン、１，１−ジクロロエチレン、シス−１，２−ジクロロエチレン、シス−１，２−ジクロロエチレン、１，１，１−トリクロロエタン、１，１，２−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、１，３−ジクロロプロパン、ベンゼン、クロロホルム、トランス−１，２−ジクロロエチレン、１，２ジクロロプロパン、ｐ−ジクロロベンゼン、トルエン、キシレン等が、気相に移動する。
【００４５】
噴流発生室４５のコアンダ効果は、前述した寸法条件でなくても良いが、好ましくは前述した寸法条件にすれば図に示すように、内部空間Ｖに２つの噴流の何れかの方向に揺れるように主噴流が発生する。噴射ノズル４６の中心には、空気供給管４８が配置固定されている。空気供給管４８は、ブロワ３３の吐出口３４に連結された継手管５１に接続されているので、この口から空気を吐出する。
【００４６】
空気供給管４８は、噴射ノズル４６から処理水が噴流発生室４５に吐出されるとき、この負圧により空気を引き込む、これと同時に加圧された空気をブロワ３３から引き込むためのものである。従って、ポンプ４１で加圧された徐鉄水は、徐鉄水供給パイプ４２を通して、噴射ノズル４６に送られる。噴射ノズル４６から噴射される処理水と共に、空気供給管４８の下端からブロワ３３で加圧された空気が供給される。
【００４７】
図６（ａ）、図６（ｂ）及び図６（ｃ）は、前述した噴流発生函４４を示すものであり、図６（ａ）は正断面図、図６（ｂ）は右側断面図、及び図６（ｃ）は底面図である。吐出管４７は、この上端は鉛直方向に向けて配置され、これに連続して水平方向に曲げて配置されている。噴流発生函４４は、内部に噴流発生室４５が形成された箱状の本体５０からなる。本体５０の機械的強度を高めるために、本体の外周を巻くように上下の端部と中間位置に、強化帯４９が溶接により一体に固定されている。図６に示す噴射ノズル４６は、図６（ｃ）に示す構造のものである。
【００４８】
［揮発性有機化合物の回収装置５５］
噴流発生函４４で処理水に含まれる揮発性の高い物質の成分が気相に移行する。この揮発性の高い物質は、回収しなくてはならない。揮発性有機化合物は、回収装置５５で回収される（図７参照）。図７は、図４に示すように台３２上に並列して配置された４台のポンプ４１と４台の噴流発生函４４であり、これらの接続関係を示すための展開図である。
【００４９】
４台の噴流発生函４４は、各噴流発生函支持台５６上に固定配置されている（図７参照）。噴流発生函支持台５６の下部空間に噴射ノズル４６、空気供給管４８等が配置されている。ポンプ４１で加圧された徐鉄水は、徐鉄水供給パイプ４２により噴射ノズル４６に供給される。噴流発生函４４の上端には、Ｌ字状に曲げられた吐出管４７の一端が連結されている。吐出管４７には、噴流発生函４４内の噴流発生室４５で処理水と、分離した揮発性有機化合物の成分を含んだ空気が混合された状態で流れる。
【００５０】
この混合された空気と徐鉄水は、吐出管４７の吐出口５８から吐出する。吐出口５８から吐出された空気と徐鉄水は、１段目気液分離函５９ａに吐出される。１段目気液分離函５９ａは、処理水と揮発性有機化合物を含んだ空気とを分離するためのものである。揮発性有機化合物を含んだ空気は、１段目気液分離函５９ａの上部の開口からパイプ６６を介して、活性炭が詰められた吸着槽６７に入り吸着される。
【００５１】
従って、処理水に含まれている揮発性有機化合物は、空気と共に徐鉄水から除去されて揮発性有機化合物の少ないものとなる。揮発性有機化合物が減少した処理水は、１段目気液分離函５９ａの下部に貯まる。この処理水は、再び２台目のポンプ４１で加圧されて、前述した同様の作用で２段目の噴流発生函４４に送られて、揮発性有機化合物が分離・除去される。この減少割合は、後述するように各段階で１／５〜１／２０以下となる。
【００５２】
同様に、２段目気液分離函５９ｂ、３段目の気液分離函５９ｃ、及び最終段目気液分離函７０の４段階で処理が完了した後の処理水は、最終的に処理済の処理水は環境基準以下に無害化されており、最終段目気液分離函７０から排出パイプ７１を介して公共下水道等に流される。
【００５３】
【実施例】
気曝処理装置２の噴流発生室２２の容積は、１９６０ｃｃ（外形寸法１８０×３００×５０ｍｍ、内径寸法１７４×２９４×４４ｍｍ）であり、処理水量５０〜１５０Ｌ／ｍｉｎ、空気供給量０〜５０Ｌ／ｍｉｎ、処理水入口の直径（Ｄ_１）２５ｍｍ、処理水出口の直径４０ｍｍ、空気供給管２３の入口の直径１０ｍｍである。この仕様の気曝処理装置２の噴流発生室２２に、処理水量５０Ｌ／ｍｉｎ、空気供給量５Ｌ／ｍｉｎに設定したものは、入口の処理水の溶存酸素濃度は０ｐｐｍに近い数値であったが、この噴流発生室２２出口では３〜４ｐｐｍになった。
【００５４】
接触除鉄濾材層２５は、概略４層からなり、下部の支持砂利層は３層からなる。下層に８〜１２ｍｍ、中層に４ｍｍ〜８ｍｍ、下層に２ｍｍ〜４ｍｍである（日本原料株式会社製の「ろ過砂利」（日本水道協会規格ＪＷＷＡＡ　Ａ−１０３合格品を用いた。）。支持砂利層の最上部の接触徐鉄濾材は、有効径０．６ｍｍ、均等係数１．３を用いた（日本原料株式会社製の「ろ過砂」（日本水道協会規格ＪＷＷＡＡ　Ａ−１０３合格品を用いた。）。
【００５５】
この気曝処理装置２から除鉄カラム５を通したある処理水は、図８に示すように経過日数と共に処理能力が向上することが確認できた。接触除鉄濾材層２５の砂利、小砂利、濾過砂の表面に、鉄分を含んだ被着物質がコートされるに従って、鉄分の除去が効率的に行われていることが確認できた。
【００５６】
（その他の実施の形態）
本発明の気曝処理装置を用いた水中の除鉄システムは、気曝処理装置２に空気を仕様したものであったが、酸素を吹き込んで処理するものであっても良い。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明の噴流発生装置を用いた水中の除鉄方法とそのシステムは、簡単な構造でしかも少ないエネルギーで原水から鉄分を効率的に除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の気曝処理装置を用いた水中の除鉄システムを、揮発性有機化合物の除去システムに適用したときの機能ブロック図である。
【図２】図２は、図１に示した本発明の気曝処理装置を用いた水中の除鉄システムを、揮発性有機化合物の除去システムに適用したときの配管図である。
【図３】図３は、本発明の気曝処理装置を用いた水中の除鉄システムの詳細を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）は、揮発性有機化合物の除去システムを示す平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の正面図である。
【図５】図５は、図５（ａ）、及び図５（ｂ）は、噴流発生室の原理を示す図であり、図５（ａ）は正面で切断した断面図、及び図５（ｂ）は側面で切断した断面図である。図５（ｃ）は、他の構造の噴射ノズルの例を示す噴流発生函の断面図である。
【図６】図６（ａ）、図６（ｂ）及び図６（ｃ）は、本実施の形態１の前述した噴流発生函を示すものであり、図６（ａ）は正断面図、図６（ｂ）は右側断面図、及び図６（ｃ）は底面図である。
【図７】図７は、４台のポンプと４台の噴流発生函の接続関係を示すための展開図である。
【図８】図８は、本発明の本発明の気曝処理装置を用いた水中の除鉄システムで実験したデータを示す表である。
【符号の説明】
１…井戸
２…気曝処理装置
４…ブロア
５…除鉄カラム
６…凝集剤タンク
７…逆洗処理水タンク
８…徐鉄水タンク
９…揮発性有機化合物の除去システム
１２…徐鉄水ポンプ
２０，４４…噴流発生函
２２，４５…噴流発生室
２１，４６…噴射ノズル
２３…空気供給管
２５…接触除鉄濾材層
２９…気液分離函
３３…ブロワ
７０…終末気液分離函

Claims

原水から鉄分を分離して除去するための除鉄システムにおいて、
前記原水を加圧して第１ノズル（２１）で噴射し、
前記噴射と共に空気を吸引、又は圧入して実質的に区画された第１空間（２２）内で前記原水と前記気体を攪拌・混合するための噴流を形成し、
前記第１空間（２２）の吐出口から前記攪拌・混合された前記原水、及び前記原水から分離された前記鉄分含む空気とを前記第１空間（２２）から吐出させ、
前記原水と前記鉄分含む空気とを接触除鉄濾材層（２５）で濾過して、原水中の鉄分を濾材に付着させる
ことを特徴とする噴流発生装置を用いた水中の除鉄方法。
請求項１又は２に記載の噴流発生装置を用いた水中の除鉄方法において、
前記第１空間（２２）への前記原水と前記空気の噴射は、同一方向に噴射する
ことを特徴とする噴流発生装置を用いた水中の除鉄方法。
請求項１又は２に記載の噴流発生装置を用いた水中の除鉄方法において、
前記噴流は、前記原水が前記第１空間（２２）の壁面に付着する壁付着現象であるコアンダ効果を伴うものである
ことを特徴とする噴流発生装置を用いた水中の除鉄方法。
請求項１又は２に記載の噴流発生装置を用いた水中の除鉄方法おいて、
前記第１空間（２２）は、３次元の空間で扁平であり、
前記第１空間（２２）の概ねの高さをＨで、前記第１空間（２２）の概ねの幅をＷで表し、前記第１ノズル（２１）の開口の有効直径をＤ_１で表すと、
前記噴射は長さ方向に向いて前記第１空間（２２）の概ねの中心線の方向に射出され、前記噴流の発生条件として、
Ｄ_１＜Ｈ、且つ、Ｗ／Ｈ＞４
であることを特徴とする噴流発生装置を用いた水中の除鉄方法。
原水を加圧して噴射するための第１ノズル（２１）と、
前記第１ノズル（２１）に配置され空気を供給するための第１空気供給管（２３）と、
前記第１ノズル（２１）に加圧された前記原水を供給するための第１加圧ポンプ（１１）と、
前記噴射と共に空気を吸引して実質的に区画された空間を備え、前記原水と前記空気を攪拌・混合するための噴流を形成するための第１噴流発生室（２２）と、
前記第１噴流発生室（２２）には前記攪拌・混合された前記原水、及び前記原水から分離された前記鉄分を含む空気を排出するための第１吐出口（２４）と、
前記原水と前記鉄分含む空気とを接触除鉄濾材層（２５）で濾過して、原水中の鉄分を濾材に付着させるための除鉄カラム（５）と
からなることを特徴とする噴流発生装置を用いた水中の除鉄システム。
請求項５に記載の噴流発生装置を用いた水中の除鉄システムにおいて、
前記第１空気供給管（２３）に加圧された空気を供給する第１ブロワ（４）とを有するものであることを特徴とする噴流発生装置を用いた水中の除鉄システム。
請求項５又は６に記載の噴流発生装置を用いた水中の除鉄システムにおいて、
前記第１ノズル（２１）と同軸に前記第１空気供給管（２３）が配置されている
ことを特徴とする鉄分の除去システム。
請求項５又は６に記載の噴流発生装置を用いた水中の除鉄システムにおいて、
前記噴流を発生する第１噴流発生室（２２）は、３次元の空間で扁平であり、
前記空間の概ねの高さをＨで、前記空間の概ねの幅をＷで表し、前記第１ノズル（２１）の開口の有効直径をＤ_１で表すと、
前記噴射は長さ方向に向いて前記空間の概ね中心線の方向に射出され、前記噴流の発生条件として、
Ｄ_１＜Ｈ、且つ、Ｗ／Ｈ＞４　である
ことを特徴とする噴流発生装置を用いた水中の除鉄システム。
請求項５ないし８から選択される１項に記載の噴流発生装置を用いた水中の除鉄システムにおいて、
前記除鉄カラム（５）から出た徐鉄水は、揮発性有機化合物を除去分離するための揮発性有機化合物の除去システム（３０）で処理される
ことを特徴とする噴流発生装置を用いた水中の除鉄システム。
請求項９に記載の噴流発生装置を用いた水中の除鉄システムにおいて、
前記揮発性有機化合物の除去システム（３０）は、
原水を加圧して実質的に鉛直方向上方に噴射するための第２ノズル（４６）と、
前記第２ノズル（４６）に配置され空気を供給するための第２空気供給管（４８）と、
前記第２ノズル（４６）に加圧された前記徐鉄水を供給するための第２加圧ポンプ（４１）と、
前記噴射と共に空気を吸引して実質的に区画された空間を備え、前記原水と前記空気を攪拌・混合するための噴流を形成するための第２噴流発生室（４５）と、
前記第２噴流発生室（４５）には前記攪拌・混合された前記徐鉄水、及び前記徐鉄水から分離された前記揮発性有機化合物を含む空気を排出するための第２吐出口（４７）と
からなることを特徴とする噴流発生装置を用いた水中の除鉄システム。
請求項１０に記載の噴流発生装置を用いた水中の除鉄システム噴流発生装置において、
前記第２ノズル（４６）と同軸に前記第２空気供給管（４８）が配置されている
ことを特徴とする噴流発生装置を用いた水中の除鉄システム。
請求項１０に記載の噴流発生装置を用いた水中の除鉄システムにおいて、
前記噴流を発生する第２噴流発生室（４５）は、３次元の空間で扁平であり、
前記空間の概ねの高さをＨで、前記空間の概ねの幅をＷで表し、前記第２ノズル（４６）の開口の有効直径をＤ_１で表すと、
前記噴射は長さ方向に向いて前記空間の概ね中心線の方向に射出され、前記噴流の発生条件として、
Ｄ_１＜Ｈ、且つ、Ｗ／Ｈ＞４　である
ことを特徴とする噴流発生装置を用いた水中の除鉄システム。
請求項１０に記載の噴流発生装置を用いた水中の除鉄システムにおいて、
前記第２噴流発生室（４５）は、多段階に直列に接続されている
ことを特徴とする噴流発生装置を用いた水中の除鉄システム。
請求項１０に記載の噴流発生装置を用いた水中の除鉄システムにおいて、
前記第２噴流発生室（４５）から吐出された前記徐鉄水と空気の気液混合体を受け入れ、空気と前記原水を分離するための気液分離函（５９ａ−５９ｃ，７０）と
とからなることを特徴とする噴流発生装置を用いた水中の除鉄システム。