特許 6385909 原水の処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6385909

(24)【登録日】2018年8月17日

(45)【発行日】2018年9月5日

(54)【発明の名称】原水の処理方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/28 20060101AFI20180827BHJP

   B01F 3/04 20060101ALI20180827BHJP

   B01F 5/04 20060101ALI20180827BHJP

   B01J 20/06 20060101ALI20180827BHJP

   B01J 20/32 20060101ALI20180827BHJP

   C02F 1/62 20060101ALI20180827BHJP

【ＦＩ】

   C02F1/28 B

   B01F3/04 F

   B01F5/04

   B01J20/06 A

   B01J20/32

   C02F1/62 Z

【請求項の数】3

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2015-204340(P2015-204340)

(22)【出願日】2015年10月16日

(65)【公開番号】特開2017-74562(P2017-74562A)

(43)【公開日】2017年4月20日

【審査請求日】2017年5月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】305011053

【氏名又は名称】株式会社ナガオカ

(74)【代理人】

【識別番号】100076406

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 勝徳

(74)【代理人】

【識別番号】100117097

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 充浩

(72)【発明者】

【氏名】三村 等

(72)【発明者】

【氏名】大岩 忠男

(72)【発明者】

【氏名】蔡 惠良

(72)【発明者】

【氏名】柳本 洋一

(72)【発明者】

【氏名】前田 俊介

【審査官】 小久保 勝伊

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−０４７７６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１３１５５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５６３５０７３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１２１６９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０４６２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 登録実用新案第３１８５２００（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０００１７８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０１９７０８１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−１１１１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ １／００−１／７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

環境基準値を超えるヒ素が含有されているアルカリ性の原水を、内部に粒状の担体が充填された処理槽に上方から投入する第１工程と、
前記第１工程により前記処理槽の内部に投入された原水のｐＨ値が７．５〜８．５に調整され、かつ、鉄／ヒ素比率（Ｆｅ／Ａｓ）が８．３〜１２となるように、当該処理槽の原水に対し酸性の鉄溶液を添加しつつ、原水中に水酸化第二鉄の懸濁体を生成不能とするために線速度ＬＶ＝２００〜４００ｍ／日の流速で前記担体を流動化させることなく処理する第２工程と、
前記第２工程により調整された原水中に添加または存在する鉄の溶存態を前記担体の表面で接触酸化反応させて水酸化第二鉄の皮膜を生成し、生成した水酸化第二鉄に前記原水中のヒ素を吸着・錯体形成させて捕獲する第３工程と、
を備えていることを特徴とする原水の処理方法。

【請求項2】

前記第１工程では、原水は原水投入管に一端が連結されて途中に空気流入口を有する原水混気ノズルの他端から前記処理槽の内部に上方から投入され、その際に他端から原水を圧送する前記原水混気ノズルのエジェクター効果により前記空気流入口から空気を流入させて原水と混合させることで原水中の溶存酸素濃度を飽和状態にしている請求項１に記載の原水の処理方法。

【請求項3】

前記第３工程を終えた処理水又は洗浄水を前記処理槽の内部に定期的に逆流させて前記担体を逆洗浄している請求項１又は請求項２に記載の原水の処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地下水等の原水中に含有されている環境基準値を超えるヒ素を効率よく除去する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、環境基準値を超えるヒ素が含有されている地下水等の原水からヒ素を除去する処理方法としては、特許文献１に示すような共沈処理法が知られている。この共沈処理法は、原水に塩化第二鉄を添加し、酸化剤を投入し水酸化第二鉄の懸濁体を形成させる。次にポリ塩化アルミニウムを添加して、原水中でヒ素を水酸化第二鉄と凝集沈殿させるようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平７−２８９８０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、原水中のヒ素を水酸化第二鉄と凝集沈殿させる場合、原水中に含有する０．１〜０．２ｍｇ／Ｌのヒ素に対し、２０〜４０ｍｇ／Ｌの塩化第二鉄及びポリ塩化アルミニウムなどの添加物が必要とされる。これでは、鉄／ヒ素比率（Ｆｅ／Ａｓ）が１００〜２００となってしまう。

【0005】

そのため、原水中のヒ素を除去するに当たって、原水中に含有するヒ素に対し１００〜２００倍といった大量の添加剤（塩化第二鉄及びポリ塩化アルミニウム）が必要となる。このとき、原水中のヒ素に対し大量の添加剤が添加されると、比較的大きな懸濁態の水酸化第二鉄が即座に生成されてしまう。このため、原水中のヒ素が水酸化第二鉄の周囲のみにしか電気的にイオン吸着できず、ヒ素の捕獲効率が非常に悪化してしまう。しかも、大量に添加される添加剤によってランニングコストが高騰してしまう上、ヒ素を除去するための添加剤の廃棄量も多大な量となる。

【0006】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、原水のｐＨ値を中性付近に調整しつつ速い流速で処理することにより懸濁態の水酸化第二鉄の生成を抑制し、その原水中に添加または存在する鉄の溶存態を微小な粒状担体の表面で接触酸化反応させて生成する水酸化第二鉄に原水中のヒ素を吸着することで、ヒ素の捕獲効率を効果的に向上させ、添加剤によるランニングコストの高騰を大幅に抑制しつつ、添加剤の廃棄量も大幅に削減することができる原水の処理方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記目的を達成するため、本発明では、原水の処理方法として、環境基準値を超えるヒ素が含有されているアルカリ性の原水を、内部に粒状の担体が充填された処理槽に上方から投入する第１工程と、前記第１工程により前記処理槽の内部に投入された原水のｐＨ値が７．５〜８．５に調整され、かつ、鉄／ヒ素比率（Ｆｅ／Ａｓ）が８．３〜１２となるように、当該処理槽の原水に対し酸性の鉄溶液を添加しつつ、原水中に水酸化第二鉄の懸濁体を生成不能とするために線速度ＬＶ＝２００〜４００ｍ／日の流速で前記担体を流動化させることなく処理する第２工程と、前記第２工程により調整された原水中に添加または存在する鉄の溶存態を前記担体の表面で接触酸化反応させて水酸化第二鉄の皮膜を生成し、生成した水酸化第二鉄に前記原水中のヒ素を吸着・錯体形成させて捕獲する第３工程と、を備えることを特徴としている。

【0009】

また、前記第１工程では、原水は原水投入管に一端が連結されて途中に空気流入口を有する原水混気ノズルの他端から前記処理槽の内部に上方から投入され、その際に他端から原水を圧送する前記原水混気ノズルのエジェクター効果により前記空気流入口から空気を流入させて原水と混合させることで原水中の溶存酸素濃度を飽和状態にすることがこのましい。

【0010】

更に、前記第３工程を終えた処理水又は洗浄水を前記処理槽の内部に定期的に逆流させて前記担体を逆洗浄することがこのましい。

【発明の効果】

【0011】

以上、要するに、処理槽の内部に投入した原水に対し酸性又はアルカリ性の溶液といった添加剤を添加して当該原水のｐＨ値を６．５〜８．５に調整しつつ、原水中に水酸化第二鉄の懸濁体を生成不能とする流速で処理する。そして、ｐＨ値を調整した原水中に添加または存在する鉄の溶存態を担体の表面で接触酸化反応させて水酸化第二鉄を生成し、その生成した水酸化第二鉄に原水中のヒ素を吸着して捕獲している。これにより、原水中で生成された懸濁態の水酸化第二鉄の周囲にのみにしかヒ素が電気的にイオン吸着できなかったものに比して、原水中の鉄の溶存態を担体の表面で接触酸化反応させて担体個々の表面全域に亘って生成される水酸化第二鉄にヒ素が電気的にイオン吸着または錯体形成されて捕獲されることになる。この結果、原水中のヒ素を鉄分と共に非常に効率よく捕獲してヒ素の捕獲効率を効果的に向上させることができる。しかも、原水のｐＨ値を添加剤の添加によって６．５〜８．５に調整していることにより、添加剤によるランニングコストの高騰を大幅に抑制しつつ、添加剤の廃棄量も大幅に削減することができる。

【0012】

また、第２工程において処理槽の原水のｐＨ値を６．５〜７．５に調整することで、表面電荷がマイナスにしか帯電せずにｐＨ値がアルカリ性側に近付くに従い帯電量が大きくなるヒ素と、ｐＨ値が８．５を境にして酸性側に近付くに従い表面電荷のプラスへの帯電量が大きくなる鉄の溶存態とが互いの等電点付近でより効率よくイオン吸着または錯体形成され、担体個々の表面全域に亘る水酸化第二鉄にヒ素が強固に吸着されて、原水中のヒ素を鉄分と共に非常に効率よく捕獲することができる。

【0013】

また、第１工程において処理槽の内部に上方から圧送する原水を原水混気ノズルのエジェクター効果により空気流入口から空気を流入させて原水中の溶存酸素濃度を飽和状態にすることで、曝気処理を必要とすることなく、溶存酸素の酸化力と相俟って原水中の溶存鉄分を水酸化第二鉄として担体の表面に接触酸化させ易くし、原水にシリカ等が含まれていてもコロイド状のシリカ鉄を生じさせることなく鉄分を効率よく酸化させることができる。

【0014】

更に、第３工程を終えた処理水又は洗浄水を処理槽の内部に定期的に逆流させて担体を逆洗浄することで、担体の表面に形成した水酸化第二鉄をそれに吸着していたヒ素と共に逆洗浄水（処理水又は洗浄水）により洗い落として処理槽の外部へ排出し、担体による原水の処理効果を継続して発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施の形態に係る原水の処理方法に用いられる原水処理装置の一例を模式的に示す概略構成図である。

【図2】図１の原水処理装置において使用する原水混気ノズルの斜視図である。

【図3】Ａｓ−Ｆｅ−Ｏ−Ｈ−Ｓ系のｐＨ−Ｅｈダイヤグラムを示す図である。

【図4】水酸化第二鉄及びヒ素のｐＨ変化に伴う表面電荷量の変化をそれぞれ示す特性図である。

【図5】処理槽での処理を線速度ＬＶ＝２００ｍ／日で行う際の原水中の添加剤（鉄溶液）の添加量に対するヒ素濃度との関係を示す特性図である。

【図6】処理槽での処理を線速度ＬＶ＝４００ｍ／日で行う際の原水中の添加剤（鉄溶液）の添加量に対するヒ素濃度との関係を示す特性図である。

【図7】本実施の形態の変形例に係る原水の処理方法に用いられる原水処理装置の一例を模式的に示す概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【0017】

図１は本発明の実施の形態に係る原水からヒ素を除去する原水の処理方法に用いられる原水処理装置の一例を模式的に示す概略構成図を示している。

【0018】

図１において、１は原水処理装置であって、この原水処理装置１は、内部に粒状の担体１０が充填された処理槽１１と、この処理槽１１の内部に原水Ｇを投入する原水投入管１２と、処理槽１１の内部から処理水を取出す取出し管１３とを備えている。処理槽１１としては、平面視で矩形を呈する筒形状のものが用いられている。

【0019】

担体１０は、処理槽１１の底部に当該処理槽１１の略２５％の高さ（例えば６００ｍｍ程度）まで堆積された支持砂利材１７の上に、処理槽１１の略５０％の高さ（例えば１０００〜１２００ｍｍ程度）まで堆積されている。この担体１０としては、粒径が約０．６ｍｍ程度の珪砂が用いられている。一方、支持砂利材１７としては、４層１７１〜１７４に分けられた互いに粒径の異なる川砂利が用いられている。この支持砂利材１７は、粒径が約１２〜２０ｍｍ程度の川砂利を３００ｍｍ程度の高さに積層した最下層１７１と、この最下層１７１の上に位置し、粒径が約６〜１２ｍｍ程度の川砂利を１００ｍｍ程度の高さに積層した中下層１７２と、この中下層１７２の上に位置し、粒径が約３〜６ｍｍ程度の川砂利を１００ｍｍ程度の高さに積層した中上層１７３と、この中上層１７３の上に積層され、粒径が約１〜３ｍｍ程度の川砂利を１００ｍｍ程度の高さに積層した最上層１７４とで構成されている。なお、支持砂利材は、川砂利が好ましいが、性能的に同等であればこれに限定されるものではない。また、担体１０は、珪砂に限定されるものではなく、その他、アンスラサイトやガーネットなどが用いられていてもよい。

【0020】

原水投入管１２は、鋼管などからなり、図示しない送水ポンプが介設されている。この原水投入管１２の下流側は、処理槽１１の上方まで延設されて二分岐し、それぞれの分岐端に原水混気ノズル１４，１４の一端１４１，１４１が接続されている。原水混気ノズル１４は２つに限定されるものではなく、単一又は３つ以上設けられていてもよい。

【0021】

図２は原水処理装置１において使用する原水混気ノズル１４の斜視図を示している。この図２にも示すように、各原水混気ノズル１４は、それぞれ軸心が略鉛直方向向きに配置され、その他端１４２（下端）に原水Ｇをジェット水流として噴出する原水噴出口が形成されている。各原水混気ノズル１４の内径は、約５〜３０ｍｍ程度に設定されている。また、各原水混気ノズル１４の軸心方向略中間部付近には、単一の空気導入口１４３が設けられている。この空気導入口１４３は、各原水混気ノズル１４とほぼ同じ程度の大きさに設定されている。

【0022】

原水投入管１２から各原水混気ノズル１４を介した原水Ｇは、処理槽１１の内部の水深が所定の深さに維持されるような流速（例えば、線速度ＬＶ＝２００〜４００ｍ／日）で投入されている。また、各原水混気ノズル１４の下端１４２は、処理槽１１の内部の原水Ｇに浸漬している。そして、空気導入口１４３は、処理槽１１の内部において原水Ｇの水面Ｇａよりも上方に位置し、原水混気ノズル１４内への空気の取り込みが円滑に行えるようにしている。この場合、処理槽１１の担体１０の表層面は、処理槽１１の内部の略４０％の高さに位置している関係上、各原水混気ノズル１４の下端１４２（原水噴出口）から所定間隔（例えば、約３００ｍｍ程度）隔てた下方に位置している。

【0023】

また、原水投入管１２の二分岐部位よりも上流側には、処理槽１１の原水Ｇに対し添加剤を添加する添加剤送給管１５の下流端が接続されている。この添加剤送給管１５の上流端には添加剤供給源１５１が接続され、当該添加剤送給管１５の途中に介設された弁体１５２の開閉動作によって添加剤供給源１５１からの添加剤が添加剤送給管１５を介して原水投入管１２に混入され、各原水混気ノズル１４で撹拌された状態で処理槽１１の原水Ｇに添加される。
この場合、原水Ｇとしては、鉄分があまり含まれておらず、ｐＨ値が中性よりも若干高い弱アルカリ性の湧水が使用されるので、かかる点から、ｐＨ値が中性よりも低い酸性の鉄溶液（鉄の溶存体）を添加剤として用いる。

【0024】

図３はＡｓ−Ｆｅ−Ｏ−Ｈ−Ｓ系のｐＨ−Ｅｈダイヤグラムを示す図、図４は水酸化第二鉄及びヒ素のｐＨ変化に伴う表面電荷量の変化をそれぞれ示す特性図をそれぞれ示している。図３において、鉄は、酸化還元電位Ｅｈが低くなる還元状態となるに従いイオンとして存在し易くなるが、イオン状態ではヒ素を除去する担体とならないため、ある程度以上の酸化状態を保つ必要がある。それが、図３において点線で区切った線よりも右上の領域（白抜き矢印で示す領域）である。このとき、湧水などの原水ＧのｐＨ値は、一般的に中性（ｐＨ値＝７）付近なので、酸化還元電位Ｅｈを０付近以上に保つ必要がある（酸化還元状態の調整）。

【0025】

図４に示すように、水酸化第二鉄の表面電荷は、ｐＨ値が８．５よりも酸性側でプラスに帯電していく。一方、ヒ素の表面電荷は、ｐＨ値が全ての領域でマイナスに帯電し、酸性側に行くほどマイナスの電荷が小さくなる。かかる点から、ヒ素を操縦して除去し易くする上で、水酸化第二鉄の表面電荷とヒ素の表面電荷とが互いの等電点付近となるように原水ＧのｐＨ値を６．５〜７．５に調整している。このとき、処理槽１１の原水ＧのｐＨ値がもう少し幅を持たせて６．５〜８．５に調整されていてもよく、この場合には、水酸化第二鉄の表面電荷とヒ素の表面電荷とが互いに若干拡げた等電点付近に位置付けられるので、ヒ素を効率よく除去することが可能である。

【0026】

取出し管１３は、処理槽１１の底面に沿って略水平方向へ延びて配置され、支持砂利材１７に埋設されている。この取出し管１３は、処理槽１１の内部の原水Ｇを担体１０で処理した処理水として処理槽１１外に取出すために用いられるものであり、支持砂利材１７の粒径よりも小径な複数の孔部１３１，１３１，…を有している。また、処理槽１１外の取出し管１３は二分岐し、それぞれの分岐部分には弁体１３２，１３３が設けられている。取出し管１３の一方の分岐部分（弁体１３２側）は、処理槽１１で処理した処理水を取出す取出経路に接続される一方、他方の分岐部分（弁体１３３側）は、処理槽１１へ逆洗浄水を供給する供給経路に接続されている。そして、処理槽１１で処理した処理水を取出し管１３から一方の分岐部分を介して取出経路に取り出す際には一方の分岐部分の弁体１３２を開放させて他方の分岐部分の弁体１３３を閉塞しておき、一方、後述する逆洗浄時に供給経路からの逆洗浄水を他方の分岐部分から取出し管１３を介して処理槽１１に供給する際には他方の分岐部分の弁体１３３を開放させて一方の分岐部分の弁体１３２を閉塞しておくことで、処理槽１１に対する処理水の取出しと逆洗浄水の供給とが円滑に行えるようにしている。この場合、取出経路の下流端は処理水の貯留タンク（図示せず）に接続され、この貯留タンクに供給経路の上流端も接続されていて、逆洗浄水としては、取出し管１３から取出し経路を介して取り出した処理水を貯留タンクから供給経路を介して逆流させて用いている。

【0027】

また、取出し管１３は、処理槽１１の内部に逆洗浄水を供給して担体１０を逆洗浄するためにも用いられる。処理槽１１の内部に逆洗浄水を供給する際には、図示しないポンプが用いられる。また、処理槽１１の上端には排出管１６の排出口１６１が設けられ、この排出管１６は、担体１０を逆洗浄する際に取出し管１３から供給されて処理槽１１の内部でオーバーフローする逆洗浄水を処理槽１１外に排出する際に用いられる。この場合、逆洗浄水としては、取出し管１３を介して処理槽１１外に取出された処理水が用いられ、再度取出し管１３を介して処理槽１１内に逆流させている。このとき、担体１０の逆洗浄は、一日１回行われ、２０〜３０分程度で済む。なお、逆洗浄水としては、取出し管１３を介して処理槽１１内に逆流する逆流水であればなんでもよく、処理水の貯留タンクに非接続の別途の供給経路から供給される逆洗浄水を、取出し管１３を介して処理槽１１内に逆流させるようにしてもよい。

【0028】

次に、原水処理装置１による原水の処理方法の手順の一例について説明する。

【0029】

まず、第１工程では、担体１０の表層面上の原水Ｇの水深を所定の深さに維持しつつ送水ポンプから原水投入管１２及び各原水混気ノズル１４を介して処理槽１１の内部に溶存酸素を飽和状態にした原水Ｇを投入する。

【0030】

次いで、第２工程では、処理槽１１の内部での原水ＧのｐＨ値を計測器（図示せず）により計測する。このとき、原水Ｇとしては弱アルカリ性の湧水が使用されることから、処理槽１１の内部に投入された原水ＧのｐＨ値が６．５〜７．５に調整されるように、添加剤送給管１５の弁体１５２を開放動作して添加剤供給源１５１から酸性の鉄溶液（鉄の溶存体）を添加剤として原水投入管１２に混入し、各原水混気ノズル１４で撹拌した状態で処理槽１１の原水Ｇに添加する。

【0031】

その後、第３工程では、各原水混気ノズル１４による溶存酸素の酸化力と相俟って、原水Ｇ中の溶存鉄分つまり溶解性第一鉄イオンを接触酸化反応により担体１０（主として担体１０の中層部付近）の表面全域に水酸化第二鉄皮膜として生成する（２Ｆｅ²⁺＋１／２Ｏ₂＋４ＯＨ^-＋Ｈ₂Ｏ→２ＦｅＯＯＨ・Ｈ₂Ｏ）。このとき、原水Ｇ中の溶解性第一鉄イオン（溶存鉄分）が接触酸化反応により担体１０の表面全域に個々に水酸化第二鉄皮膜として形成し、この水酸化第二鉄に原水Ｇ中のヒ素が吸着する。

【0032】

それから、担体１０の表面全域に個々に生成した水酸化第二鉄皮膜が触媒となって、溶解性第一鉄イオンの接触酸化反応を促進し、水酸化第二鉄を形成する（２Ｆｅ²⁺＋１／２Ｏ₂＋４ＯＨ^-＋Ｈ₂Ｏ→２Ｆｅ(ＯＨ)₃）。この水酸化第二鉄が形成される際、ヒ素を確実に捕獲する。

【0033】

図５は処理槽１１での処理を線速度ＬＶ＝２００ｍ／日で行う際の原水Ｇ中の添加剤（鉄溶液）の添加量に対するヒ素濃度との関係を示す特性図、図６は処理槽１１での処理を線速度ＬＶ＝４００ｍ／日で行う際の原水Ｇ中の添加剤（鉄溶液）の添加量に対するヒ素濃度との関係を示す特性図をそれぞれ示している。

【0034】

ここで、処理槽１１の原水Ｇに添加する添加剤（酸性の鉄溶液）の添加量について説明する。図５に示すように、第２工程における処理槽１１での原水Ｇの処理速度を高速（線速度ＬＶ＝２００ｍ／日）で行う際には、原水Ｇ中のヒ素濃度０．１３ｍｇ／Ｌに対して１．０ｍｇ／Ｌの鉄溶液を添加すれば、処理ヒ素濃度が環境基準値以下となるようにヒ素を処理でき、このときの鉄／ヒ素比率（Ｆｅ／Ａｓ）が約８．３であることが判る。一方、図６に示すように、第２工程における処理槽１１での原水Ｇの処理速度をより高速（線速度ＬＶ＝４００ｍ／日）で行う際には、原水Ｇ中のヒ素濃度０．１３ｍｇ／Ｌに対して１．２５ｍｇ／Ｌの添加剤を添加すれば、処理ヒ素濃度が環境基準値以下となるようにヒ素を処理でき、このときの鉄／ヒ素比率（Ｆｅ／Ａｓ）が約１０であることが判る。このとき、第２工程における処理槽１１での原水Ｇの処理を高速（線速度ＬＶ＝２００ｍ／日又は線速度ＬＶ＝４００ｍ／日）で行うことで、原水Ｇ中に水酸化第二鉄の懸濁体が生成不能であり、原水Ｇ中に水酸化第二鉄の懸濁体を生成させたくない場合には、処理槽１１での原水Ｇの処理を線速度ＬＶ＝２００ｍ／日以上の高速で行えばよいことが判る。

【0035】

しかる後、処理槽１１の内部の原水Ｇは、担体１０の表面全域に対し水酸化第二鉄とこの水酸化第二鉄の形成に伴い捕獲したヒ素とを吸着させることによって当該水酸化第二鉄とヒ素とを除去した処理水として、取出し管１３を介して処理槽１１の内部から排出する。これを繰り返し、およそ一日経過した時点で、２０〜３０分程度の時間を掛けて担体１０の逆洗浄を行う。この逆洗浄によって、担体１０の表面全域に形成していた水酸化第二鉄及びこの水酸化第二鉄の形成に伴い捕獲したヒ素を、逆洗浄水の水流によって担体１０の表面から離脱させ、処理槽１１の内部でオーバーフローする逆洗浄水と共に排出管１６を介して処理槽１１外に排出する。

【0036】

したがって、本実施の形態では、処理槽１１の内部に投入した原水Ｇに対し酸性の鉄溶液といった添加剤を添加して当該原水ＧのｐＨ値を６．５〜７．５に調整し、その調整した原水Ｇ中の溶存鉄分つまり溶解性第一鉄イオンを接触酸化反応により担体１０の表面全域に水酸化第二鉄皮膜として生成し、この水酸化第二鉄に原水Ｇ中のヒ素を吸着させる。このとき、担体１０表面の水酸化第二鉄皮膜が触媒となって、溶解性第一鉄イオンの接触酸化反応を促進し、水酸化第二鉄を形成する際に水酸化第二鉄に吸着していたヒ素を確実に捕獲する。このため、原水中で生成された懸濁態の水酸化第二鉄の周囲にのみにしかヒ素が電気的にイオン吸着できなかったものに比して、原水Ｇ中の鉄の溶存態を各担体１０の表面で接触酸化反応させて担体１０個々の表面全域に亘って生成される水酸化第二鉄にヒ素が電気的にイオン吸着または錯体形成されることになり、原水Ｇ中のヒ素を非常に効率よく捕獲することができる。

【0037】

このとき、処理槽１１の原水Ｇに添加する添加剤（酸性の鉄溶液）の添加量が、原水Ｇの処理速度を高速（線速度ＬＶ＝２００ｍ／日）で行う際に原水Ｇ中のヒ素濃度０．１３ｍｇ／Ｌに対して１．０ｍｇ／Ｌで済む一方、原水Ｇの処理速度をより高速（線速度ＬＶ＝４００ｍ／日）で行う際に原水Ｇ中のヒ素濃度０．１３ｍｇ／Ｌに対して１．２５ｍｇ／Ｌで済む。これにより、鉄／ヒ素比率（Ｆｅ／Ａｓ）が約８．３〜約１０であれば、処理ヒ素濃度が環境基準値以下となるようにヒ素を処理できることから、安全性を考慮して鉄／ヒ素比率（Ｆｅ／Ａｓ）が１２あれば十分であり、懸濁態の水酸化第二鉄の周囲にのみにしかヒ素が電気的にイオン吸着できなかったために鉄／ヒ素比率（Ｆｅ／Ａｓ）が１００〜２００となるものに比して、添加剤の添加量を１／１０〜１／２０程度まで大幅に減少させることが可能となる。その結果、原水処理装置１によりヒ素を除去する際の添加剤の大幅な削減に伴ってランニングコストの高騰を大幅に抑制することができる上、添加剤の廃棄量も大幅に削減することができる。

【0038】

しかも、線速度ＬＶ＝４００ｍ／日といった高速で原水Ｇを処理することが保証され、原水Ｇの処理能力を十分に確保することができる。

【0039】

また、処理槽１１の内部に各原水混気ノズル１４を介して溶存酸素を飽和状態にした原水Ｇが投入されるので、曝気処理を必要とすることなく、溶存酸素の酸化力と相俟って原水Ｇ中の溶存鉄分を水酸化第二鉄として担体１０の表面に生成させ易くし、原水Ｇにシリカ等が含まれていてもコロイド状のシリカ鉄を生じさせることなく鉄分を効率よく酸化させることができる。

【0040】

更に、取出し管１３を介して処理槽１１外に取り出された処理水を処理槽１１の内部に定期的に逆流させて担体１０を逆洗浄しているので、担体１０の表面に生成した水酸化第二鉄をそれに吸着していたヒ素と共に逆洗浄水（処理水）により洗い落として処理槽１１外へ排出管１６を介して排出し、担体１０による原水Ｇの処理効果を継続して発揮することができる。

【0041】

なお、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、前記実施の形態では、平面視で矩形を呈する筒形状の処理槽１１を用いたが、図７に示すように、平面視で円形を呈する筒形状の処理槽２１が用いられていてもよい。この処理槽２１は、有底円筒形状の処理槽本体２２と、この処理槽本体２２の上端部に被せられ、その処理槽本体２２よりも大径な処理槽別体２３とを備えている。処理槽別体２３は、処理槽本体２２の外径と略一致する孔部２３０を底部の中心付近に有する有底円筒形状の下部材２３１と、各原水混気ノズル１４を挿通させる挿通孔２３２を有し、下部材２３１の開口を上方から閉塞する略円板形状の上部材２３３とを備えている。処理槽別体２３の下部材２３１は、処理槽本体２２の外面に孔部２３０を挿通させた状態で上端部に対し水密状に溶着されている。また、各原水混気ノズル１４からの原水Ｇは、処理槽本体２２の外面との間の環状の貯留部２３４に一旦貯留され、処理槽本体２２の上端から当該処理槽本体２２の内部にオーバーフローして投入される。そして、下部材２３１の底部には、担体１０を逆洗浄する際に取出し管１３から供給されて処理槽本体２２の上端から貯留部２３４にオーバーフローする逆洗浄水を貯留部２３４外に排出する排出管２６の排出口２６１が接続され、この排出管２６に介設された弁体２６２の開放動作によって逆洗浄水を貯留部２３４外に排出している。

【0042】

また、前記実施の形態では、処理槽１１の内部に投入された原水ＧのｐＨ値を６．５〜７．５に調整するように、酸性の鉄溶液（鉄の溶存体）を添加剤として原水投入管１２に混入したが、処理槽の内部に投入された原水のｐＨ値が６．５〜８．５に調整されるように、添加剤供給源から酸性の鉄溶液（鉄の溶存体）を添加剤として原水投入管に混入してもよい。この場合には、ヒ素と鉄の溶存態とが互いの等電点付近で効率よく引き付け合え、担体個々の表面全域に亘る水酸化第二鉄の皮膜にヒ素が十分に吸着されて、原水中のヒ素を鉄分と共に効率よく捕獲することが可能となる。

【0043】

また、前記実施の形態では、原水Ｇとして、鉄分があまり含まれていないためにｐＨ値が中性よりも若干高い弱アルカリ性の湧水を使用したが、原水として、鉄分が過分に含まれているためにｐＨ値が中性よりも低い酸性の湧水が使用されていてもよい。その場合には、処理槽の内部に投入された原水のｐＨ値が６．５〜７．５（又は６．５〜８．５）に調整されるように、酸性の溶液に代えて、アルカリ性の溶液を添加剤として原水投入管に混入する必要がある。

【符号の説明】

【0044】

Ｇ 原水
１０ 担体
１１ 処理槽
１２ 原水投入管
１４ 原水混気ノズル
１４３ 空気流入口
２１ 処理槽

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】