JPH11277076A - マンガン含有水の処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水中の溶解性マンガンと懸濁状マンガンの両
方を除去することができるマンガン含有水の処理方法と
装置を提供する。 【解決手段】 マンガン砂を流動媒体とする支持床の無
い流動床反応塔１と、該反応塔の底部に設けた炭酸イオ
ンを含む被処理水４の流入口１４及び反応塔上部に設け
た処理水流出口９と、流動床内の処理水ｐＨ値を調節す
るためのアルカリ剤注入口１５とを有する溶解性マンガ
ンを晶析除去するマンガン含有水の処理装置において、
前記流動床反応塔のマンガン砂流動層２上部に被処理水
中の懸濁物質の層１２を形成させ、該懸濁物質層内に懸
濁物質を除去する排出管１１を備えることとしたもので
あり、前記被処理水ｐＨ値の調節は、アルカリ剤１５を
注入してｐＨを８〜１０に調節して行い、また前記流動
床反応塔は、懸濁物質層１２部分の水平方向断面積を、
マンガン砂流動層２上部の水平方向断面積より大きくす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マンガン含有水の
処理に係り、特に、用水、工業排水、上水汚泥処理排水
等の高濃度の溶解性マンガンを含む水の処理方法及び装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】流動床によるマンガン除去方法として
は、特開平８−２９５２５０号公報が知られており、そ
のフローシートを図２に示す。図２で示されるマンガン
除去方法は、マンガン砂を流動媒体２とする支持床の無
い流動床反応塔１に、炭酸イオンを含有した水又は炭酸
イオンを添加した水４を上向流で通水するとともに、流
動床の被処理水流入口近辺あるいは流動床内にアルカリ
剤７を注入し、流動床内の処理水ｐＨを８〜１０に調節
することにより、前記水中の溶解性マンガンを炭酸マン
ガンとして晶析除去するものである。公知の流動床によ
るマンガン除去方法について詳しく説明する。マンガン
は中性付近の水中において、２価態の場合はＭｎ（ＨＣ
Ｏ₃ ）やＭｎＳＯ₄ 、４価態の場合はＭｎＯ₂ ・ｍＨ₂
Ｏの形態で存在する。この場合、晶析除去の対象となる
のは、イオン状である２価態のマンガンである。

【０００３】２価態のマンガンは、炭酸イオンと（１）
式のように反応し炭酸マンガンとなる。 Ｍｎ²⁺＋ＨＣＯ₃ ^- ＋ＯＨ^- → ＭｎＣＯ₃ ↓＋Ｈ₂ Ｏ ・・・（１） 被処理水中の炭酸マンガンは、ｐＨの上昇に従って溶解
度が減少し、準安定状態を経て結晶化する。この時、準
安定状態の炭酸マンガンと晶析用媒体が接触すると、媒
体表面に炭酸マンガンが晶析する。このとき、被処理水
のｐＨが低いと晶析が起こらず、ｐＨが高すぎると炭酸
マンガンよりも水酸化マンガンが多く析出するため、ｐ
Ｈ制御が重要である。この場合、水中の懸濁状マンガン
は上記反応に関与せず、従来のマンガン除去方法では水
中の懸濁状マンガンを除去することができなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術に鑑み、水中の溶解性マンガンと懸濁状マンガンの両
方を除去することができるマンガン含有水の処理方法及
び装置を提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、マンガン砂を流動媒体とする支持床の
無い流動床反応塔に、炭酸イオンを含む被処理水を上向
流で通水するとともに、流動床内の処理水ｐＨ値を調節
することにより、前記水中の溶解性マンガンを晶析除去
するマンガン含有水の処理方法において、前記流動床反
応塔のマンガン砂流動層上部に、該流動層を通過した被
処理水中の懸濁物質の層を形成させ、該懸濁物質層を除
去することにより、前記被処理水中の溶解性マンガンと
共に、懸濁状マンガンをも除去することとしたものであ
る。

【０００６】また、本発明では、マンガン砂を流動媒体
とする支持床の無い流動床反応塔と、該反応塔の底部に
設けた炭酸イオンを含む被処理水の流入口及び反応塔上
部に設けた処理水流出口と、流動床内の処理水ｐＨ値を
調節するためのアルカリ剤注入口とを有する溶解性マン
ガンを晶析除去するマンガン含有水の処理装置におい
て、前記流動床反応塔のマンガン砂流動層上部に、被処
理水中の懸濁物質の層を形成させ、該懸濁物質層内に懸
濁物質を除去する排出管を備えることとしたものであ
る。本発明において、前記処理水ｐＨ値の調節は、反応
塔底部の被処理水流入口近辺にアルカリ剤を注入するこ
とにより、ｐＨを８〜１０に調節して行うのがよい。ま
た、前記流動床反応塔は、マンガン砂流動層上部の懸濁
物質層が形成される部分の水平方向断面積を、マンガン
砂流動層部の水平方向断面積よりも大きく、好ましくは
１．４倍以上とするのがよい。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明によれば、流動床反応塔内
のマンガン砂流動層により溶解性マンガンを晶析除去
し、かつ、前記流動層上部に被処理水に含まれる懸濁物
質（スラッジ）のスラッジ層を形成させることにより、
被処理水中の懸濁状マンガンを捕捉・除去するものであ
る。被処理水中の懸濁物質は、次のようにスラッジ層を
形成する。 流動媒体であるマンガン砂 粒径 ：０．４ｍｍ 粒子密度 ：２．６ｇ／ｍｌ 被処理水中の懸濁物質 粒径 ：０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍ 粒子密度 ：２．０ｇ／ｍｌ 通水時の流動床反応塔内の流動媒体は、流動するととも
に媒体同士の衝突を繰り返している。よって、被処理水
中に懸濁物質が存在した場合でも、媒体表面は常に清浄
に保たれ、晶析反応が維持できる。

【０００８】また、被処理水中の懸濁物質は前記のよう
に粒径・密度ともに流動媒体よりも小さく、被処理水と
ともに流出し、流動床反応塔内に留まることはできな
い。しかし、被処理水中の懸濁物質も流動媒体と同じ
く、粒子同士が衝突を繰り返しており、懸濁物質の一部
は合一し、粒子径を増大させる。粒子径の増大した懸濁
物質は流動床反応塔に留まることができ、懸濁物質層を
形成、さらに粒径が増大する。水平方向断面積を大きく
することにより、より小粒径の懸濁物質も反応塔内に滞
留することができる。懸濁状マンガンがこの層を通過す
るとき、他の被処理水中の懸濁物質とともに合一、又は
粒径の増大した懸濁物質に取り込まれ反応塔内に滞留、
処理水から分離される。

【０００９】次に、本発明を図１を用いて詳細に説明す
る。図１は、本発明の処理装置の概略構成図である。図
１に示す装置は、支持床を有さず晶析用媒体流動層２及
びスラッジ層１２を保持し、流動床反応塔１内の底部被
処理水流入口１４近辺にアルカリ剤注入口１５を備えた
流動床反応塔１と、流動床反応塔１内の処理水中に設置
されたｐＨ測定器８を少なくとも配備し、該ｐＨ測定器
８の出力信号により、アルカリ剤槽７からのアルカリ剤
注入ポンプ６の吐出量を加減するものである。また、同
時に被処理水を供給するための被処理水ポンプ３、被処
理水流入管４、被処理水を流動層２に均一に分散させる
ための分散板１３、停止時に晶析用媒体の逆流を防止す
る逆止弁５、媒体排出管１０、スラッジ排出管１１、処
理水を排出するための処理水管９を備える。

【００１０】次に、本発明を各構成要件ごとに説明す
る。本発明で用いる炭酸マンガンの晶析用媒体であるマ
ンガン砂としては、マンガン砂そのもの以外に、粒径
０．１〜５．０ｍｍの粒状物質を使用することができ
る。粒状物質としては、砂、アンスラサイト、活性炭、
炭化物、樹脂等が使用できる。粒状物質の材質、粒径、
形状、表面状態、充填密度等は、処理装置の形状、被処
理水の性質に合わせて選定することができる。また、マ
ンガン晶析反応を早期に安定化させるために、炭酸マン
ガン晶析用媒体として、マンガン砂やマンガンを付着さ
せた上記媒体や、電解二酸化マンガンのような金属マン
ガンの原料となるものを使用しても良い。粒状物質表面
にマンガンを付着させるには、過マンガン酸カリウム水
溶液や過飽和の炭酸マンガン水溶液を噴霧したり、浸漬
させる方法などがある。また、粒状物質を流動床反応塔
１に充填し、マンガンを含む水溶液を通水しても良い。
晶析用媒体の流動床反応塔１への充填層高は、０．５ｍ
〜２．０ｍが好ましく、被処理水の水質、通水速度、目
標の処理水質により任意の高さに充填する。

【００１１】本発明の流動床反応塔１は、通常洗浄操作
を必要としない。しかし、被処理水４に有機性のＳＳや
当該媒体を汚染するもの等が含まれる場合、洗浄操作を
行っても良い。また、支持床をあえて設けていないの
で、支持床の閉塞等に伴う媒体２の流動異常が無く、被
処理水の導入方向、流動床反応塔の底部構造の最適化に
より、効果的な媒体の流動、ひいては効果的なマンガン
晶析反応を行うことができる。さらに、炭酸マンガン晶
析反応速度が低下した場合、肥厚した流動床反応塔下部
の媒体を排出管１０より選択的に排出後、新しい媒体を
流動床反応塔上部より追加することができる。本発明で
は、流動床反応塔内のスラッジ層１２厚が高くなった場
合、スラッジ排出管よりスラッジを排出する。本発明で
用いるｐＨ調節用のアルカリ剤としては、水酸化ナトリ
ウム、炭酸ナトリウム等が使用できる。アルカリ剤注入
口１５は流動床反応塔内の底部被処理水流入口１４近辺
に設ける。

【００１２】本発明で処理できる被処理水４は、マンガ
ンイオン１ｍｇに対して１．１ｍｇ以上、好ましくは
２．２ｍｇ以上の炭酸イオンを含有する必要があり、こ
れ以下の場合は、炭酸イオンを添加する必要がある。炭
酸イオンの添加は、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウ
ム、炭酸ガス等を添加することにより行う。しかし、通
常の用水・排水は、炭酸マンガンの生成に十分な炭酸イ
オンを含むため、特に存在量を規定するものではない。
流動床反応塔内の処理水ｐＨは、８．０〜１０．０の範
囲で調節するのが好ましい。ｐＨ８．０以下では晶析反
応は起こらず、ｐＨ１０．０以上では晶析反応は起こる
ものの、水酸化マンガン等のＳＳが発生し、本発明の効
果が十分に発揮されない。被処理水の反応塔内への通水
速度は、ＬＶで２００〜２０００ｍ／日が好ましいが、
当該媒体が流動し、目標とする処理水質が得られる流速
であれば、特に規定するものではない。本発明の流動床
反応塔は、上部のスラッジ層１２部分の直径が、それよ
り下部の晶析用媒体流動層２部分の直径の１．４倍以上
が好ましい。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。 実施例１ 図１の処理装置を用いて、表１の被処理水を処理した。
炭酸マンガン晶析用媒体は平均粒径０．４ｍｍのマンガ
ン砂を１６リットル使用した。用いた流動床反応塔は、
晶析用媒体流動層部分の直径が１００ｍｍ、スラッジ層
部分の直径が１４０ｍｍのカラムを使用し、処理水ｐＨ
を９．５になるように調節した。比較例として、従来例
である図２の装置を用いて、同じ被処理水を処理した。
この場合反応塔は、直径１００ｍｍのカラムを使用し、
処理水ｐＨを９．５になるように調節した。その結果を
表１に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】本発明においては、処理水はｐＨ：９．４
〜９．７、懸濁状マンガンは時間経過に従い次第に減少
し、１５０時間後には０．５ｍｇ／ｌとなった。一方、
従来例においては、処理水はｐＨ：９．１〜９．８、懸
濁状マンガンは１２．２ｍｇ／ｌ〜１９．０ｍｇ／ｌと
被処理水の懸濁状マンガンよりも多くなった。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、流動床反応塔内のマン
ガン砂流動層により溶解性マンガンを晶析除去し、かつ
前記流動層上部に被処理水に含まれる懸濁物質によるス
ラッジ層を形成させ、水中の懸濁物質の捕捉能力を付加
することにより、被処理水中の懸濁状マンガンを除去で
きる。本発明により、懸濁状、溶解性に関わらず、マン
ガンを処理することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の処理装置の概略構成図。

【図２】従来の流動床によるマンガン除去装置の概略構
成図。

【符号の説明】

１：流動床反応塔、２：晶析用媒体流動層、３：被処理
水ポンプ、４：被処理水流入管、５：逆止弁、６：アル
カリ剤供給ポンプ、７：アルカリ剤槽、８：ｐＨ測定
器、９：処理水管、１０：晶析用媒体排出管、１１：ス
ラッジ排出管、１２：スラッジ層、１３：分散板、１
４：被処理水流入口、１５：アルカリ剤注入口

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マンガン砂を流動媒体とする支持床の無
   い流動床反応塔に、炭酸イオンを含む被処理水を上向流
   で通水するとともに、流動床内の処理水ｐＨ値を調節す
   ることにより、前記水中の溶解性マンガンを晶析除去す
   るマンガン含有水の処理方法において、前記流動床反応
   塔のマンガン砂流動層上部に、該流動層を通過した被処
   理水中の懸濁物質の層を形成させ、該懸濁物質層を除去
   することにより、前記被処理水中の溶解性マンガンと共
   に、懸濁状マンガンをも除去することを特徴とするマン
   ガン含有水の処理方法。
2. 【請求項２】 前記処理水ｐＨ値の調節は、反応塔底部
   の被処理水流入口近辺にアルカリ剤を注入することによ
   り、ｐＨを８〜１０に調節して行うことを特徴とする請
   求項１記載のマンガン含有水の処理方法。
3. 【請求項３】 マンガン砂を流動媒体とする支持床の無
   い流動床反応塔と、該反応塔の底部に設けた炭酸イオン
   を含む被処理水の流入口及び反応塔上部に設けた処理水
   流出口と、流動床内の処理水ｐＨ値を調節するためのア
   ルカリ剤注入口とを有する溶解性マンガンを晶析除去す
   るマンガン含有水の処理装置において、前記流動床反応
   塔のマンガン砂流動層上部に、被処理水中の懸濁物質の
   層を形成させ、該懸濁物質層内に懸濁物質を除去する排
   出管を備えたことを特徴とするマンガン含有水の処理装
   置。
4. 【請求項４】 前記流動床反応塔は、マンガン砂流動層
   上部の懸濁物質層が形成される部分の水平方向断面積
   を、マンガン砂流動層部の水平方向断面積よりも大きく
   したことを特徴とする請求項３記載のマンガン含有水の
   処理装置。