(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】
(24)【登録日】2022-06-29
(45)【発行日】2022-07-07
(54)【発明の名称】鉄イオン含有水から鉄分を除去する方法及び装置
(51)【国際特許分類】
C02F 1/64 20060101AFI20220630BHJP
C02F 1/74 20060101ALI20220630BHJP
C02F 1/56 20060101ALI20220630BHJP
C01G 49/02 20060101ALI20220630BHJP
【ＦＩ】
C02F1/64 Z
C02F1/74 Z
C02F1/56 Z
C01G49/02 B
C01G49/02 A
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2019027183
(22)【出願日】2019-02-19
(65)【公開番号】P2020132467
(43)【公開日】2020-08-31
【審査請求日】2021-06-07
(73)【特許権者】
【識別番号】591030651
【氏名又は名称】水ｉｎｇ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100140109
【弁理士】
【氏名又は名称】小野 新次郎
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100120112
【氏名又は名称】中西 基晴
(74)【代理人】
【識別番号】100112634
【弁理士】
【氏名又は名称】松山 美奈子
(74)【代理人】
【識別番号】100141265
【弁理士】
【氏名又は名称】小笠原 有紀
(72)【発明者】
【氏名】麻生 智香
(72)【発明者】
【氏名】高橋 惇太
(72)【発明者】
【氏名】大野 克博
(72)【発明者】
【氏名】小林 厚史
(72)【発明者】
【氏名】加納 一憲
(72)【発明者】
【氏名】古市 竜哉
(72)【発明者】
【氏名】吉田 伸二
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 利宏
【審査官】山本 吾一
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１１－２２４４６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－０５１６８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２７４１８０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０２Ｆ
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
反応槽に、鉄イオン含有水、アルカリ剤、及び酸素を供給し、前記鉄イオン含有水中の第一鉄イオンの少なくとも一部をオキシ水酸化鉄に変換させ、オキシ水酸化鉄を含むスラリーを得る工程、前記オキシ水酸化鉄のスラリーに、アニオン性高分子凝集剤を添加する工程、
前記アニオン性高分子凝集剤を添加したオキシ水酸化鉄のスラリーから、オキシ水酸化鉄及びアニオン性高分子凝集剤を含む汚泥を固液分離する工程、
前記オキシ水酸化鉄とアニオン性高分子凝集剤とを含む汚泥の少なくとも一部を、前記反応槽に返送する工程、
を含み、さらに、
前記アニオン性高分子凝集剤を添加する工程の前に、
前記オキシ水酸化鉄の一部を沈殿させる工程、及び
前記沈殿させたオキシ水酸化鉄を前記反応槽へと返送する工程
を含む、鉄イオン含有水から第一鉄イオンを除去する方法。
【請求項2】
前記アニオン性高分子凝集剤を添加する工程において、前記アニオン性高分子凝集剤が、前記オキシ水酸化鉄のスラリーの懸濁物質（ＳＳ）量に対して、０．０１０～０．５００質量％の量となるように添加される、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記鉄イオン含有水における第一鉄イオン濃度が、１～１００ｍｇ／Ｌである、請求項１または２に記載の方法。
【請求項4】
前記オキシ水酸化鉄のスラリーのＳＳ量が５００～２００００ｍｇ／Ｌとなるように前記オキシ水酸化鉄及びアニオン性高分子凝集剤を含む汚泥を返送することを含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項5】
前記アニオン性高分子凝集剤を添加する工程を凝集槽で行うことを含み、
前記オキシ水酸化鉄及びアニオン性高分子凝集剤を含む汚泥を固液分離する工程の後に、前記オキシ水酸化鉄とアニオン性高分子凝集剤とを含む汚泥の少なくとも一部を前記凝集槽へと返送する工程をさらに含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項6】
前記反応槽が循環ライン及び循環ポンプを備えており、前記オキシ水酸化鉄のスラリーが前記循環ラインを循環しており、前記鉄イオン含有水は、前記反応槽の前記循環ラインに供給される、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項7】
請求項１～６のいずれか１項に記載の方法に用いられる装置であって、鉄イオン含有水を供給する鉄イオン含有水供給ラインと、アルカリ剤を供給するアルカリ剤供給ラインと、酸素を供給する酸素供給ラインとが接続されている反応槽、
前記反応槽からのオキシ水酸化鉄の一部を沈殿させる中間沈殿槽、
前記中間沈殿槽からの沈殿しなかったオキシ水酸化鉄を含むスラリーにアニオン性高分子凝集剤を供給する凝集剤供給ラインが接続されている凝集槽、
前記アニオン性高分子凝集剤を添加したオキシ水酸化鉄のスラリーから、オキシ水酸化鉄及びアニオン性高分子凝集剤を含む汚泥を固液分離する固液分離槽、
前記オキシ水酸化鉄及びアニオン性高分子凝集剤を含む汚泥の少なくとも一部を前記反応槽へと返送する第１の返送ライン、
前記中間沈殿槽で沈殿したオキシ水酸化鉄を前記反応槽へと返送する第３の返送ライン、及び
前記固液分離槽からの処理水を排出する処理水排出ライン
を含む前記装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鉄イオン含有水から鉄分を除去する方法及び装置に関する。より詳細には、鉄イオン含有水中の第一鉄イオンをオキシ水酸化鉄に変換して分離することにより鉄分を除去する方法及び装置であって、特に、オキシ水酸化鉄を含有するスラリーに凝集剤を添加すること、及び、凝集剤を添加して得られたオキシ水酸化鉄を含む汚泥の少なくとも一部を、オキシ水酸化鉄を生成するための反応槽へと返送すること、を含む方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
地下水や産業排水に含まれる鉄は、錆や赤水の原因となるため、そのまま使用または排出するには不向きであり、除鉄処理が施される。鉄分を含有する水に対し除鉄処理を行う場合、一般的には水中の鉄分を水酸化鉄として不溶化・析出させ、それを回収する手法が取られる。水に溶解した鉄は２価または３価のイオンを形成し、２価の鉄（第一鉄イオン、Ｆｅ２＋）は３価の鉄（第二鉄イオン、Ｆｅ３＋）に比べて水への溶解度が高く、中性付近では可溶化しているため、除去が難しい。
【0003】
水の除鉄方法には、対象水に消石灰や苛性ソーダ等のアルカリ物質を添加して水中の鉄イオンをＦｅ（ＯＨ）２やＦｅ（ＯＨ）３として析出させ回収する方法があるが、この方法では特にＦｅ（ＯＨ）２の沈殿を形成するために対象水にアルカリ物質を多量に添加する必要があり、コストがかかる。これに対し、対象水に曝気や酸化剤の添加といった酸化処理を行うことによって水中の第一鉄イオンを第二鉄イオンに酸化し、Ｆｅ（ＯＨ）３を析出させて回収する方法がある。しかし、Ｆｅ（ＯＨ）３は非常に微細な粒子であり、沈降性・凝集性が悪く、酸化処理の後に凝集や濾過処理が必要となり、薬品コストがかかる、濾材の目詰まりを解消するために頻繁な洗浄が必要となる、といった問題がある。一方、第一鉄イオンの酸化を促進する触媒となるオキシ水酸化鉄（ＦｅＯＯＨ）を濾材に担持させ、濾材の表面で鉄を酸化し、濾材表面にオキシ水酸化鉄を析出させて捕捉する自触媒接触濾過法も存在する。この方法は沈降性・凝集性の悪いＦｅ（ＯＨ）３を濾過で捕捉するのに比べて、濾材の目詰まりを減少させることができるが、やはり濾材を使用している以上、濾材の洗浄や交換は必要となる。
【0004】
上記のようなコストの増大や濾材の目詰まりといった欠点を有しない方法として、オキシ水酸化鉄を濾材に担持させるのではなく、反応槽内の水に浮遊させておき、すなわち、反応槽内にオキシ水酸化鉄のスラリーを形成しておき、処理対象である第一鉄イオンを含有する水とアルカリ剤と酸素とを供給することで、対象水中の第一鉄イオンを酸化させ、スラリー中にオキシ水酸化鉄として析出させる方法が報告されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特公昭４９－２１０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に記載される方法では、対象水中の第一鉄イオンの酸化により生じたオキシ水酸化鉄（ＦｅＯＯＨ）が高い沈降性及び濃縮性を有しているため、オキシ水酸化鉄を沈殿させることにより、その上澄液を鉄分が除去された処理水として得ることができる。しかし、この方法のみでは、上澄液中にオキシ水酸化鉄を含む懸濁物質（ＳＳ）が多少残存するので、完全に澄明な処理水を得るためには、上澄液を砂濾過するなどの処理が必要である。また、特許文献１に記載される方法は、反応槽内に存在するスラリー状のオキシ水酸化鉄を触媒として第一鉄イオンの酸化を行い、第一鉄イオンの酸化により生じたオキシ水酸化鉄もまた同反応槽内で触媒として用いるものであるが、反応槽内に流入する対象水の第一鉄イオン濃度が低い場合には、第一鉄イオンの酸化により生じるオキシ水酸化鉄の量よりも、上澄液中に混入して系から流出するオキシ水酸化鉄の量の方が大きくなることがあり、この場合には反応槽内のオキシ水酸化鉄の量が徐々に減少して、反応が維持できなくなる場合がある。
【0007】
このように、特許文献１に記載される方法は、高濃度の第一鉄イオンを含有する対象水における第一鉄イオンの大幅な除去には非常に適しているが、低濃度の第一鉄イオンを含有する対象水中の鉄分を、さらに低い濃度にまで低減させるには、改良の余地があるといえる。
【0008】
本発明は、鉄イオン含有水から第一鉄イオンを除去するに当たり、低濃度の鉄イオンを含む幅広い範囲の濃度の鉄イオン含有水を処理対象とすることができ、低コストであり、濾材の目詰まりの欠点がなく、澄明な処理水を得ることができる方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者らが鋭意検討を行った結果、特許文献１に記載されるようなオキシ水酸化鉄のスラリーとアルカリ剤と酸素とを用いて処理対象の水中の第一鉄イオンをオキシ水酸化鉄に変換して除去する方法において、オキシ水酸化鉄のスラリーに凝集剤を添加することにより、オキシ水酸化鉄の沈降性及び濃縮性を著しく高めることができ、短時間で澄明な処理水を得ることができるようになることを見出した。また、沈殿したオキシ水酸化鉄と凝集剤とを含む汚泥を、オキシ水酸化鉄を生成するための反応槽へと返送することにより、処理対象の水中の第一鉄イオン濃度が低い場合であっても反応を維持することができるようになり、また、生成したオキシ水酸化鉄を速い沈降速度で沈降させることができることを見出した。オキシ水酸化鉄と凝集剤とを含む汚泥を反応槽へと返送すると、反応槽内に凝集剤が存在することとなる。オキシ水酸化鉄の形成反応における凝集剤の影響についてはこれまで知見がなかったが、本発明者らは反応槽中に凝集剤が存在しても、第一鉄イオンのオキシ水酸化鉄への変換が問題なく進むことを見出した。本発明は、以下を含む。
（１）反応槽に、鉄イオン含有水、アルカリ剤、及び酸素を供給し、前記鉄イオン含有水中の第一鉄イオンの少なくとも一部をオキシ水酸化鉄に変換させ、オキシ水酸化鉄を含むスラリーを得る工程、
前記オキシ水酸化鉄のスラリーに、凝集剤を添加する工程、
前記凝集剤を添加したオキシ水酸化鉄のスラリーから、オキシ水酸化鉄及び凝集剤を含む汚泥を固液分離する工程、
前記オキシ水酸化鉄と凝集剤とを含む汚泥の少なくとも一部を、前記反応槽に返送する工程、
を含む、鉄イオン含有水から第一鉄イオンを除去する方法。
（２）前記凝集剤を添加する工程において、前記凝集剤が、前記オキシ水酸化鉄のスラリーの懸濁物質（ＳＳ）量に対して、０．０１０～０．５００質量％の量となるように添加される、（１）に記載の方法。
（３）前記鉄イオン含有水における第一鉄イオン濃度が、１～１００ｍｇ／Ｌである、（１）または（２）に記載の方法。
（４）前記オキシ水酸化鉄のスラリーのＳＳ量が５００～２００００ｍｇ／Ｌとなるように前記オキシ水酸化鉄及び凝集剤を含む汚泥を返送することを含む、（１）～（３）のいずれか１項に記載の方法。
（５）前記凝集剤を添加する工程の前に、
前記オキシ水酸化鉄の一部を沈殿させる工程、及び
前記沈殿させたオキシ水酸化鉄を前記反応槽へと返送する工程
をさらに含む、（１）～（４）のいずれか１項に記載の方法。
（６）前記反応槽が循環ライン及び循環ポンプを備えており、前記オキシ水酸化鉄のスラリーが前記循環ラインを循環しており、前記鉄イオン含有水は、前記反応槽の前記循環ラインに供給される、（１）～（５）のいずれか１項に記載の方法。
（７）（１）～（６）のいずれか１項に記載の方法に用いられる装置であって、
鉄イオン含有水を供給する鉄イオン含有水供給ラインと、アルカリ剤を供給するアルカリ剤供給ラインと、酸素を供給する酸素供給ラインとが接続されている反応槽、
前記反応槽からのオキシ水酸化鉄のスラリーに凝集剤を供給する凝集剤供給ラインが接続されている凝集槽、
前記凝集剤を添加したオキシ水酸化鉄のスラリーから、オキシ水酸化鉄及び凝集剤を含む汚泥を固液分離する固液分離槽、
前記オキシ水酸化鉄及び凝集剤を含む汚泥の少なくとも一部を前記反応槽へと返送する第１の返送ライン、及び
前記固液分離槽からの処理水を排出する処理水排出ライン
を含む前記装置。
（１）反応槽に、鉄イオン含有水、アルカリ剤、及び酸素を供給し、前記鉄イオン含有水中の第一鉄イオンの少なくとも一部をオキシ水酸化鉄に変換させ、オキシ水酸化鉄を含むスラリーを得る工程、
前記オキシ水酸化鉄のスラリーに、凝集剤を添加する工程、
前記凝集剤を添加したオキシ水酸化鉄のスラリーから、オキシ水酸化鉄及び凝集剤を含む汚泥を固液分離する工程、
前記オキシ水酸化鉄と凝集剤とを含む汚泥の少なくとも一部を、前記反応槽に返送する工程、
を含む、鉄イオン含有水から第一鉄イオンを除去する方法。
（２）前記凝集剤を添加する工程において、前記凝集剤が、前記オキシ水酸化鉄のスラリーの懸濁物質（ＳＳ）量に対して、０．０１０～０．５００質量％の量となるように添加される、（１）に記載の方法。
（３）前記鉄イオン含有水における第一鉄イオン濃度が、１～１００ｍｇ／Ｌである、（１）または（２）に記載の方法。
（４）前記オキシ水酸化鉄のスラリーのＳＳ量が５００～２００００ｍｇ／Ｌとなるように前記オキシ水酸化鉄及び凝集剤を含む汚泥を返送することを含む、（１）～（３）のいずれか１項に記載の方法。
（５）前記凝集剤を添加する工程の前に、
前記オキシ水酸化鉄の一部を沈殿させる工程、及び
前記沈殿させたオキシ水酸化鉄を前記反応槽へと返送する工程
をさらに含む、（１）～（４）のいずれか１項に記載の方法。
（６）前記反応槽が循環ライン及び循環ポンプを備えており、前記オキシ水酸化鉄のスラリーが前記循環ラインを循環しており、前記鉄イオン含有水は、前記反応槽の前記循環ラインに供給される、（１）～（５）のいずれか１項に記載の方法。
（７）（１）～（６）のいずれか１項に記載の方法に用いられる装置であって、
鉄イオン含有水を供給する鉄イオン含有水供給ラインと、アルカリ剤を供給するアルカリ剤供給ラインと、酸素を供給する酸素供給ラインとが接続されている反応槽、
前記反応槽からのオキシ水酸化鉄のスラリーに凝集剤を供給する凝集剤供給ラインが接続されている凝集槽、
前記凝集剤を添加したオキシ水酸化鉄のスラリーから、オキシ水酸化鉄及び凝集剤を含む汚泥を固液分離する固液分離槽、
前記オキシ水酸化鉄及び凝集剤を含む汚泥の少なくとも一部を前記反応槽へと返送する第１の返送ライン、及び
前記固液分離槽からの処理水を排出する処理水排出ライン
を含む前記装置。
【発明の効果】
【0010】
本発明により、低濃度の第一鉄イオンを含む幅広い範囲の濃度の鉄イオン含有水を処理対象として、除鉄処理を行うことができ、少量の凝集剤によって、砂濾過などの清澄化処理を行わずに、澄明な処理水を得ることができる。本発明で使用する凝集剤の量は従来の酸化法におけるＦｅ（ＯＨ）３の凝集に用いる量に比べて有意に少なくて済む。本発明で生成するオキシ水酸化鉄と凝集剤とを含む汚泥は、凝集性及び脱水性に優れており、ベルトプレスなどの汎用の方法で脱水することにより、含水率の低い脱水汚泥（ケーキ）を形成することができ、産業廃棄物として発生する汚泥量を削減することができる。また、本発明では、対象水の第一鉄イオンの割合が高い場合であっても中性付近のｐＨで処理することができるため、アルカリ剤の使用量が少なくて済み、また、ｐＨの変動による鉄含有析出物の再可溶化が起きにくく、安定した除鉄効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の処理フローの説明図である。
【図2】本発明の処理フローの説明図である。
【図3】本発明に用いられる反応槽１の一例である。
【図4】本発明の処理フローの説明図である。
【図5】本発明の処理フローの説明図である。
【図6】参考例の結果を示すグラフである。
【図7】実施例１の結果を示すグラフである。
【図8】実施例４のＦＴ－ＩＲ測定の結果である。
【図9】実施例５の試験８及び比較３における濾布と濾液の様子を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明では、反応槽内に、処理対象となる鉄イオン含有水と、アルカリ剤と、酸素を供給することにより、鉄イオン含有水中の第一鉄イオンを酸化してオキシ水酸化鉄（ＦｅＯＯＨ）に変換することを含む。
【0013】
本発明で処理対象となる鉄イオン含有水としては、地下水、海水などの鉄イオンを含有する水や、鉄材を酸洗浄した際の廃水、鉱山廃水などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。本発明では、幅広い濃度の第一鉄イオンを含有する水を処理対象とすることができる。例えば、第一鉄イオンの濃度は、１～１００００ｍｇ／Ｌの範囲であってもよい。また、本発明は、凝集剤を用いてオキシ水酸化鉄及び凝集剤を含む非常に凝縮性の高い汚泥を形成すること、また、その一部を反応槽へと返送することを含むため、従来のオキシ水酸化鉄のスラリーを用いた除鉄方法では処理ができなかった低濃度の第一鉄イオンを含有する水の処理も可能である。例えば、１～１０００ｍｇ／Ｌ、さらには、１～１００ｍｇ／Ｌといった低濃度の第一鉄イオンを含有する水の処理も可能である。従来の凝集剤を用いない方法では、反応系外に流出するオキシ水酸化鉄を含むＳＳ量が比較的高いため、ある程度の処理速度（水面積負荷）を維持しながら反応を継続させるためには、流出するＳＳにおける鉄分よりも高い濃度の第一鉄イオンを含有する鉄イオン含有水を供給する必要があった。例えば、水面積負荷５０ｍｍ／分の条件では、反応系外に１００ｍｇ／Ｌ程度の第一鉄イオンが流出するため、鉄イオン含有水中の第一鉄イオン濃度は少なくとも１００ｍｇ／Ｌよりも高く設定する必要があった（後述する参考例参照）。本発明では、凝集剤を用いることにより、水面積負荷５０ｍｍ／分以上のような高速条件であっても、１００ｍｇ／Ｌ以下のような低濃度の第一鉄イオンを含有する鉄イオン含有水を処理することができるという利点を有する。なお、沈殿池の水面積負荷として、例えば、水道設計指針では、７．２～４３．２ｍ３／ｍ２・日（５～３０ｍｍ／分）とされており、下水道計画設計指針における最初沈殿池では、合流式の場合で２５～５０ｍ３／ｍ２・日（１７～３５ｍｍ／分）とされている。本発明では、５～３５ｍｍ／分といった標準的な水面積負荷の条件での処理はもちろんのこと、５０ｍｍ／分以上のような高速条件においても低濃度の第一鉄イオンを含有する鉄イオン含有水を処理することができ、さらには１００ｍｍ／分以上のような高速処理も可能である。
【0014】
鉄イオン含有水の反応槽への注入速度は特に限定されず、反応槽の容積、反応槽内の循環流量などに応じて適宜設定すればよい。
反応槽としては、通常の槽を用いればよく、特に限定されないが、循環ポンプと循環ラインを有し、槽内のオキシ水酸化鉄を含むスラリーを循環ラインを通じて循環できるものが好ましい。反応槽内のオキシ水酸化鉄を含むスラリーを循環させることにより、鉄イオン含有水中の鉄イオンと、反応槽内のオキシ水酸化鉄と、反応槽に供給されるアルカリ剤及び酸素との接触を促進させ、鉄イオンのオキシ水酸化鉄への変換を促進させることができる。循環流量は特に限定されず、反応槽の容積、鉄イオン含有水の注入速度、鉄イオン含有水中の鉄イオン濃度、反応槽中の懸濁物質（ＳＳ）量などに応じて適宜設定すればよい。例えば、これに限定されないが、流入する鉄イオン含有水中の第一鉄イオン濃度が１～１００ｍｇ／Ｌである場合、鉄イオン含有水注入体積１Ｑに対して、好ましくは２Ｑ～１０Ｑの、さらに好ましくは４Ｑ～８Ｑの水量比率で反応槽内の液を循環ラインを通じて循環させることが好ましい。
反応槽としては、通常の槽を用いればよく、特に限定されないが、循環ポンプと循環ラインを有し、槽内のオキシ水酸化鉄を含むスラリーを循環ラインを通じて循環できるものが好ましい。反応槽内のオキシ水酸化鉄を含むスラリーを循環させることにより、鉄イオン含有水中の鉄イオンと、反応槽内のオキシ水酸化鉄と、反応槽に供給されるアルカリ剤及び酸素との接触を促進させ、鉄イオンのオキシ水酸化鉄への変換を促進させることができる。循環流量は特に限定されず、反応槽の容積、鉄イオン含有水の注入速度、鉄イオン含有水中の鉄イオン濃度、反応槽中の懸濁物質（ＳＳ）量などに応じて適宜設定すればよい。例えば、これに限定されないが、流入する鉄イオン含有水中の第一鉄イオン濃度が１～１００ｍｇ／Ｌである場合、鉄イオン含有水注入体積１Ｑに対して、好ましくは２Ｑ～１０Ｑの、さらに好ましくは４Ｑ～８Ｑの水量比率で反応槽内の液を循環ラインを通じて循環させることが好ましい。
【0015】
反応槽が循環ラインを有する場合には、鉄イオン含有水は、反応槽の循環ラインに供給することが好ましい。鉄イオン含有水を循環ラインに供給することにより、鉄イオン含有水における鉄イオンと、反応槽内のスラリーに含まれるオキシ水酸化鉄（ＦｅＯＯＨ）と、酸素との接触が促進され、鉄イオンのオキシ水酸化鉄への変換を促進することができる。
【0016】
なお、オキシ水酸化鉄には、α－ＦｅＯＯＨ（針鉄鉱）、β－ＦｅＯＯＨ（赤金鉱）、γ－ＦｅＯＯＨ（鱗鉄鉱）などの種類があるが、本発明に良好に用いられるのはγ－ＦｅＯＯＨとα－ＦｅＯＯＨである。オキシ水酸化鉄は、第一鉄イオンをオキシ水酸化鉄へと変換する反応の触媒として作用する（自触媒作用）。反応槽において、中性付近のｐＨ（ｐＨ６～９、好ましくはｐＨ６～８、より好ましくはｐＨ６～７）を維持しながら、第一鉄イオン（Ｆｅ２＋）と、アルカリ剤と、酸素との供給を続けることにより、水中にオキシ水酸化鉄が生成し、また、先に生成したオキシ水酸化鉄を触媒としてさらにオキシ水酸化鉄が生成し、反応槽内のオキシ水酸化鉄の濃度を増大させることができる。反応槽内のオキシ水酸化鉄の濃度は、５００ｍｇ／Ｌ以上とすることが好ましく、５０００ｍｇ／Ｌ以上とすることがさらに好ましい。反応槽内のオキシ水酸化鉄の濃度が高いほど、鉄イオン含有水中の第一鉄イオンとオキシ水酸化鉄との接触の頻度が向上し、第一鉄イオンのオキシ水酸化鉄への変換反応が効率良く進むようになる。反応槽内のオキシ水酸化鉄の濃度の上限は特に限定されないが、反応槽内の流動性を良好に保つためには、２００００ｍｇ／Ｌ以下とするのが好ましいと言える。
【0017】
鉄イオン含有水中の第一鉄イオンのオキシ水酸化鉄への変換を促進するために、反応槽にアルカリ剤を加え、反応槽内のｐＨを一定の範囲に保つことが必要である。反応槽内のｐＨの範囲は、ｐＨ６～９であり、好ましくはｐＨ６～８であり、より好ましくはｐＨ６～７である。ｐＨを高くしすぎるとＦｅ（ＯＨ）２が生成し得るので好ましくない。本発明では中性付近で第一鉄イオンを不溶化（ＦｅＯＯＨへと変換）することができるため、従来のアルカリ性条件下で第一鉄イオンをＦｅ（ＯＨ）２として析出させる方法に比べて、アルカリ剤の使用量が少なくて済み、また、処理水のｐＨ調整（アルカリ性を中性に戻す作業）も不要であるという利点を有する。
【0018】
ｐＨ調整に用いるアルカリ剤としては特に限定されず、上記の中性付近のｐＨ範囲を維持できるものであればよい。例えば、これらに限定されないが、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、消石灰（水酸化カルシウム）などを用いればよい。アルカリ剤の反応槽への注入量は、反応槽内のｐＨを上記の範囲内に維持できる量であればよい。反応槽内のｐＨを計測しながら、ｐＨに応じて自動で注入量を制御する制御器等を用いて、アルカリ剤の注入量や注入間隔を制御してもよい。
【0019】
酸素は、第一鉄イオンをオキシ水酸化鉄へと酸化するのに必要である。反応槽内のスラリーに供給する酸素は、酸素含有気体として供給すればよく、通常、空気を用いればよい。反応槽内への酸素（空気）の供給方法は、特に限定されず、通常の曝気装置を用いればよい。反応槽のスラリー内の溶存酸素量（ＤＯ）は、１ｍｇ／Ｌ以上に維持することが好ましく、３～５ｍｇ／Ｌ程度に維持することがさらに好ましい。反応槽内に供給された鉄イオン含有水中の第一鉄イオンは、中性付近のｐＨ条件下で、酸素と、触媒であるスラリー内のオキシ水酸化鉄とに接触することにより、瞬時に酸化され、オキシ水酸化鉄（ＦｅＯＯＨ）に変換される。
【0020】
次に、オキシ水酸化鉄のスラリーに、凝集剤を添加する。凝集剤としては、オキシ水酸化鉄のスラリーからオキシ水酸化鉄を含む懸濁物質（ＳＳ）を凝集させることができるものであればよく、特に限定されないが、本発明では高分子凝集剤を用いることが好ましい。高分子凝集剤としては、アニオン性高分子凝集剤、カチオン性高分子凝集剤、ノニオン性高分子凝集剤、両性高分子凝集剤のいずれの高分子凝集剤も用いることができるが、アニオン性高分子凝集剤が最も好ましい。
【0021】
凝集剤の添加量は、凝集剤を添加するオキシ水酸化鉄のスラリーにおける懸濁物質（ＳＳ）量に対し、０．０１０質量％以上であることが好ましい。凝集剤を０．０１０質量％以上添加することにより、オキシ水酸化鉄の凝集を促進することができ、処理水質と汚泥の脱水性が良好となる。より好ましくは、０．０２５質量％以上である。添加量の上限は、凝集剤のコストや、返送汚泥中の凝集剤による反応槽での反応への影響を考慮すると、０．５００質量％以下が好ましく、０．１００質量％以下がさらに好ましい。従来法のＦｅ（ＯＨ）３を凝集させ回収する方法では、通常、凝集剤はＳＳ量に対して１質量％程度の添加が必要となるが、本発明では、従来法に比較して有意に少量の添加で、優れた凝集効果を得ることができる。なお、懸濁物質（ＳＳ、suspended solids）とは、水中に浮遊する粒径２ｍｍ以下の不溶解性物質をいい、浮遊物質とも呼ばれる。本発明ではＳＳは主にオキシ水酸化鉄で構成されるが、鉄イオン含有水由来の他の物質も含まれ得る。
【0022】
懸濁物質量（ＳＳ量）は、「下水試験方法 ２０１２年版 上巻（日本下水道協会）」第４編 第１章 第６節に記載の遠心分離法に準拠した方法で測定することができる。具体的には以下の通りである：
スラリーの遠心分離（３０００～４０００ｒｐｍ、２～３分）を行い、上澄液を捨て、得られた沈殿物に水を加えてよく撹拌した後、再び同一の条件で遠心分離を行う。得られた沈殿物を１０５～１１０℃の温度で２時間乾燥させた後、質量を測定し、ＳＳ量を算出する。
スラリーの遠心分離（３０００～４０００ｒｐｍ、２～３分）を行い、上澄液を捨て、得られた沈殿物に水を加えてよく撹拌した後、再び同一の条件で遠心分離を行う。得られた沈殿物を１０５～１１０℃の温度で２時間乾燥させた後、質量を測定し、ＳＳ量を算出する。
【0023】
また、ＳＳ量は、上記の遠心分離法の他にも、スラリーの濁度から換算することによって算出することもできる。濁度から換算する場合には、まずＳＳ量が既知のサンプルの濁度を測定し、これらの相関係数を求め、サンプルとなるスラリーの濁度からＳＳ量を算出する。
【0024】
凝集剤の添加の際には、撹拌などを行って、凝集剤とオキシ水酸化鉄とを十分に混合させることが好ましい。
次に、凝集剤を添加したオキシ水酸化鉄のスラリーの固液分離を行い、オキシ水酸化鉄及び凝集剤を少なくとも含む汚泥を分離する。固液分離の方法としては、凝集沈殿処理の他、凝集膜分離、凝集加圧浮上などが考えられるが、本発明において生成するオキシ水酸化鉄と凝集剤とを含む汚泥は、沈降性が非常に良いことから、沈殿処理が最も好ましい。
次に、凝集剤を添加したオキシ水酸化鉄のスラリーの固液分離を行い、オキシ水酸化鉄及び凝集剤を少なくとも含む汚泥を分離する。固液分離の方法としては、凝集沈殿処理の他、凝集膜分離、凝集加圧浮上などが考えられるが、本発明において生成するオキシ水酸化鉄と凝集剤とを含む汚泥は、沈降性が非常に良いことから、沈殿処理が最も好ましい。
【0025】
続いて、固液分離により得られた汚泥の少なくとも一部を、反応槽へと返送する。これにより、反応槽内のオキシ水酸化鉄量を維持させることができ、反応槽におけるオキシ水酸化鉄の形成反応を継続させることができるようになる。
【0026】
固液分離により得られたオキシ水酸化鉄と凝集剤とを含む汚泥の反応槽への返送量は、反応槽における反応を維持できる量であり、さらに、凝集剤による凝集を促進できる量であることが好ましい。したがって、返送量は、反応槽のオキシ水酸化鉄スラリーのＳＳ量が５００～２００００ｍｇ／Ｌとなるような量であることが好ましい。さらに好ましくは５０００～２００００ｍｇ／Ｌである。オキシ水酸化鉄と凝集剤とを含む汚泥を反応槽へと返送することにより、低濃度を含む幅広い濃度の鉄イオン含有水を用いた場合であっても反応槽におけるオキシ水酸化鉄の形成反応を維持することができるようになり、また、凝集剤を添加した際の凝集を促進して濃縮性の高い汚泥を速やかに形成することができるようになる。
【0027】
なお、オキシ水酸化鉄と凝集剤とを含む汚泥を反応槽へと返送すると、反応槽中に凝集剤が流入することとなる。オキシ水酸化鉄の形成反応における凝集剤の影響についてはこれまで知見がなかったが、本発明者らは反応槽中に凝集剤が存在しても、鉄イオン含有水中の第一鉄イオンのオキシ水酸化鉄への変換が問題なく進むことを実験により確認した（実施例３、４参照）。
【0028】
オキシ水酸化鉄と凝集剤とを含む汚泥のうち、反応槽へと返送しない部分は、脱水機などを用いて水分を除去して脱水汚泥（ケーキ）を形成してもよい。本発明で得られるオキシ水酸化鉄と凝集剤とを含む汚泥は、凝集性及び脱水性に優れており、例えばベルトプレスを用いた場合、濾布から目漏れしにくく、高いＳＳ回収率で、含水率の低い脱水汚泥を形成することができる。
【0029】
固液分離により得られた処理水は、回収してそのまま使用することができる。特許文献１に記載される従来のオキシ水酸化鉄スラリーを用いた除鉄方法では、固液分離後の上澄液にオキシ水酸化鉄を含むＳＳが残存するので、上澄液を砂濾過などによって処理する必要があった。本発明で得られる処理水は、ＳＳの残存が極めて少なく、更なる濾過処理を行う必要がない。しかし、必要に応じて濾過を行うことを排除するものではない。例えば、本発明で得られる処理水における全鉄量は、好ましくは３００ｍｇ／Ｌ以下であり、さらに好ましくは１００ｍｇ／Ｌ以下であり、さらに好ましくは２０ｍｇ／Ｌ以下であり、さらに好ましくは５ｍｇ／Ｌ以下である。
【0030】
全鉄量は、「下水試験方法 ２０１２年版 上巻（日本下水道協会）」第３編 第１章 第２節に記載の方法に準拠した方法で測定することができる。具体的には、サンプルを硝酸と塩酸を用いて加熱溶出して分解液を得て、分解液のＩＣＰ発光分光分析により測定することができる。溶解性鉄量は、サンプルを濾過して得た濾液を用いて同様にＩＣＰ発光分光分析により測定することができる。また、第一鉄イオン及び第二鉄イオンとしてそれぞれ株式会社共立理化学研究所製のパックテスト（登録商標）を用いて簡易的に測定し、これらの合計を溶解性鉄量としてもよい。前者は、ＪＩＳ Ｋ ０１０２ ５７．１に記載のフェナントロリン吸光光度法を用いたものであり、後者は、スルホサリチル酸吸光光度法の発色原理を利用したものである。
【0031】
本発明の方法において、凝集剤の添加工程の前に、オキシ水酸化鉄の一部を沈殿させる工程、及び沈殿させたオキシ水酸化鉄を反応槽へと返送する工程を追加してもよい。オキシ水酸化鉄の一部を反応槽に返送することにより、反応槽中のオキシ水酸化鉄量を維持して反応を継続させやすくすることができる。反応槽中のオキシ水酸化鉄を含むＳＳ量は、５００～２００００ｍｇ／Ｌであることが好ましく、５０００～２００００ｍｇ／Ｌであることがさらに好ましい。
【0032】
次に本発明に用いる装置について説明する。図１及び図２は、本発明の処理フローを実行する装置の一例である。本発明の装置において、反応槽１には、鉄イオン含有水を供給する鉄イオン含有水供給ライン２、アルカリ剤を供給するアルカリ剤供給ライン３、酸素を供給する酸素供給ライン４が接続されている。反応槽１の後段には、凝集槽９が設けられている。凝集剤を供給する凝集剤供給ライン５は、図１では凝集槽９に、図２では反応槽１に接続されている。凝集槽９の後段には、オキシ水酸化鉄及び凝集剤を含む汚泥を固液分離する固液分離槽６が設けられており、固液分離槽６には、前記オキシ水酸化鉄及び凝集剤を含む汚泥を前記反応槽１へと返送する第１の返送ライン７、処理水を排出する処理水排出ライン８が接続されている。
【0033】
図１及び図２において、鉄イオン含有水供給ライン２を通じて反応槽１へと送られた鉄イオン含有水は、アルカリ剤及び酸素と接触することにより、含有される第一鉄イオンの少なくとも一部が、オキシ水酸化鉄へと変換され、反応槽内にオキシ水酸化鉄のスラリーが形成される。反応槽１には、反応槽１内のスラリーのｐＨを計測するためのｐＨ計測手段１０及び反応槽内のスラリーの懸濁物質（ＳＳ）量を測定するための第１のＳＳ量計測手段１１が備えられていてもよい。また、反応槽１は、図３に示すように、循環ライン１２及び循環ポンプ１３を備え、反応槽１内のオキシ水酸化鉄のスラリーが、循環ライン１２内を循環していてもよい。また、鉄イオン含有水供給ライン２は、反応槽１の循環ライン１２に連結されていてもよい。
【0034】
続いて、オキシ水酸化鉄のスラリーに凝集剤供給ライン５を通じて凝集剤が供給される。凝集槽９では、撹拌羽等を配置してオキシ水酸化鉄と凝集剤との接触、混合を促進してもよい。凝集槽９には、凝集槽内のスラリーのＳＳ量を測定するための第２のＳＳ量計測手段１４が備えられていてもよい。
【0035】
図２において、凝集槽９はあってもよいが、なくてもよく、反応槽１に直接に固液分離槽６が連結していてもよい（図４）。凝集槽９を設けると、槽内でオキシ水酸化鉄と凝集剤とのより安定したフロックを形成しやすく、後の固液分離槽６における分離を促進でき、処理水の品質を向上させやすいので、好ましい。しかし、固液分離槽６において十分に汚泥の形成ができるほどの容積が確保できるならば、図４に示すように、凝集槽９は省略してもよい。
【0036】
凝集剤を添加した後、固液分離槽６において、オキシ水酸化鉄及び凝集剤を含む汚泥が分離される。汚泥の少なくとも一部は、第１の返送ライン７を通じて、反応槽１へと返送され、また、一部は汚泥排出ライン１５を通じて汚泥の脱水工程へと送られる。一方、処理水排出ライン８を通じて、鉄分が除去された処理水が排出される。固液分離槽には、固液分離槽内のＳＳ量を測定するための第３のＳＳ量計測手段１６が備えられていてもよい。
【0037】
第１のＳＳ量計測手段１３及び／または第２のＳＳ量計測手段１４により計測された各槽のＳＳ量に基づき、返送ライン７へと送る汚泥の量を制御してもよい。返送汚泥の量の制御は、汚泥返送・排出ポンプ１７の制御により行うことができる。
【0038】
図５は、本発明の別の態様であり、具体的には、図１の態様において、反応槽１と凝集槽９の間に、中間沈殿槽１８を設けたものである。また、固液分離槽６から凝集槽９へとオキシ水酸化鉄及び凝集剤を含む汚泥を返送する第２の返送ライン１９と、中間沈殿槽１８から反応槽１へとオキシ水酸化鉄の沈殿を返送する第３の返送ライン２０が設けられている。図５の反応槽１において、鉄イオン含有水から生成したオキシ水酸化鉄の一部は、中間沈殿槽１８において沈殿を形成し、第３の返送ライン２０を通じて反応槽１へと返送される。中間沈殿槽１８から反応槽１へのオキシ水酸化鉄の沈殿の返送量は、反応槽１及び／または中間沈殿槽１８内のＳＳ量に基づいて決定されてもよい。したがって、中間沈殿槽１８は、槽内のＳＳ量を計測するための第４のＳＳ量計測手段２１を有していてもよい。中間沈殿槽１８における上澄液は、中間沈殿槽１８において沈殿しなかったオキシ水酸化鉄を含むＳＳを含有しており、次の凝集槽９へと送られる。凝集槽９では、図１と同様に、凝集剤供給ライン５を通じて凝集剤が添加され、オキシ水酸化鉄と凝集剤との凝集が行なわれる。凝集剤が添加されたオキシ水酸化鉄のスラリーは、続いて、図１と同様に、固液分離槽６へと送られて、オキシ水酸化鉄及び凝集剤を含む汚泥が分離される。オキシ水酸化鉄及び凝集剤を含む汚泥の一部は、図１と同様に、第１の返送ライン７を通じて、反応槽１へと返送され、また、別の一部は汚泥排出ライン１５を通じて汚泥の脱水工程へと送られる。さらに図５では、汚泥の一部が、第２の返送ライン１９を通じて、凝集槽９へと送られる。凝集槽９へと汚泥の一部を返送することにより、凝集槽９内のＳＳ量を維持して、凝集反応を促進し、後の固液分離槽６での迅速な分離を達成することができるようになる。第２の返送ライン１９を通じて返送する汚泥の量は、反応槽１及び／または凝集槽９のＳＳ量に基づいて決定されてもよい。
【0039】
なお、固液分離槽６から凝集槽９へと汚泥を返送する第２の返送ライン１９は、図５の態様だけではなく、図１及び図２のような中間沈殿槽１８を有しない態様においても設けてよい。固液分離槽６から凝集槽９へと第２の返送ライン１９を通じて汚泥の一部を返送することにより、図１、２の態様においても、図５と同様に、凝集槽９内のＳＳ量を維持して、凝集反応を促進し、後の固液分離槽６での迅速な分離を達成することができるという効果が得られる。
【0040】
図示していないが、処理対象となる鉄イオン含有水は、予め貯留槽に貯留しておいてもよく、貯留槽（図示せず）から鉄イオン含有水供給ライン２へと鉄イオン含有水を供給してもよい。また、汚泥排出ライン１５から排出された汚泥は、脱水機（図示せず）に送られて脱水汚泥（ケーキ）を形成してもよい。脱水機としては、これらに限定されないが、ベルトプレス、フィルタープレス、スクリュープレス、遠心分離脱水機、真空脱水機などを挙げることができ、いずれを使用してもよい。本発明で得られるオキシ水酸化鉄及び凝集剤を含む汚泥は、濃縮性、脱水性が高く、例えばベルトプレスを用いた場合、濾布から目漏れしにくく、含水率の低い脱水汚泥を形成することができる。
【実施例】
【0041】
以下に、本発明を実施例を用いて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
＜参考例＞ 反応系から流出するＳＳ量の確認
地下水（ｐＨ６．４）に対し、Ｆｅ濃度を５０００ｍｇ／Ｌとなるように調整したＦｅＣｌ２水溶液を混和し、Ｆｅ濃度を約１０００ｍｇ／Ｌに調整し、原水とした。この原水を、循環ライン及び循環ポンプを備えた反応槽に２５ｍｌ／分の流量で供給し、槽内で循環させた。反応槽は曝気し、また、反応槽に２５ｇ／ＬのＮａ２ＣＯ３水溶液を添加して、槽内のｐＨを６．８に制御した。運転中、反応槽内のＳＳ量を計測し、ＳＳ量が約３９０００ｍｇ／Ｌとなったところで運転を終了した。終了した時のスラリーを全量（約２００ｇ）採取し、その一部をＳＳ量がそれぞれ５７００ｍｇ／Ｌ、９７００ｍｇ／Ｌ、１０７００ｍｇ／Ｌ、及び１４６００ｍｇ／Ｌの各濃度となるように希釈して試験用のスラリーとした。
＜参考例＞ 反応系から流出するＳＳ量の確認
地下水（ｐＨ６．４）に対し、Ｆｅ濃度を５０００ｍｇ／Ｌとなるように調整したＦｅＣｌ２水溶液を混和し、Ｆｅ濃度を約１０００ｍｇ／Ｌに調整し、原水とした。この原水を、循環ライン及び循環ポンプを備えた反応槽に２５ｍｌ／分の流量で供給し、槽内で循環させた。反応槽は曝気し、また、反応槽に２５ｇ／ＬのＮａ２ＣＯ３水溶液を添加して、槽内のｐＨを６．８に制御した。運転中、反応槽内のＳＳ量を計測し、ＳＳ量が約３９０００ｍｇ／Ｌとなったところで運転を終了した。終了した時のスラリーを全量（約２００ｇ）採取し、その一部をＳＳ量がそれぞれ５７００ｍｇ／Ｌ、９７００ｍｇ／Ｌ、１０７００ｍｇ／Ｌ、及び１４６００ｍｇ／Ｌの各濃度となるように希釈して試験用のスラリーとした。
【0042】
得られた各スラリーについて、水面積負荷と上澄液におけるＳＳ量との関係を図６のグラフに示した。水面積負荷は、沈殿池への通水速度に相当するものであり、スラリーの流入量ｍｍ３／分を沈殿池の面積ｍｍ２で除したものである。上澄液におけるＳＳ量は、採取した上澄液の濁度を測定し、これを別途作成した濁度とＳＳ量との検量線を用いてＳＳ量を換算することにより求めたものである。
【0043】
図６に示されるように、例えば、スラリーのＳＳ量が９７００ｍｇ／Ｌ（図の実線黒丸）のとき、水面積負荷５０ｍｍ／分では、上澄液中のＳＳ量が１６０ｍｇ／Ｌ程度となる。ＳＳの主成分がオキシ水酸化鉄（ＦｅＯＯＨ）であるとすると、１６０ｍｇ／Ｌのオキシ水酸化鉄は、１００ｍｇ／Ｌの第一鉄イオン（Ｆｅ２＋）に相当する。すなわち、スラリーのＳＳ量が９７００ｍｇ／Ｌであり、水面積負荷５０ｍｍ／分の条件では、１００ｍｇ／Ｌに相当する第一鉄イオンが、沈殿せずに上澄として反応系外に流出することとなる。この場合、反応系に供給する鉄イオン含有水における第一鉄イオン濃度が１００ｍｇ／Ｌ以下であると、反応系外に流出する第一鉄イオンが、反応系に流入する第一鉄イオンの量を上回ってしまうため、反応系内にオキシ水酸化鉄のスラリーを保持することができず、第一鉄イオンのオキシ水酸化鉄への変換反応を継続させることができなくなる。
【0044】
すなわち、従来の凝集剤を用いない方法では、反応系外に流出するＳＳ量が比較的高いため、ある程度の水面積負荷を確保しながら反応を継続させる場合には、反応系内に高濃度の（流出する第一鉄イオン濃度よりも高い濃度の）鉄イオン含有水を供給する必要がある。従来の凝集剤を用いない方法では、例えば１００ｍｇ／Ｌ以下のような低濃度の鉄イオン含有水を扱うことは難しいことがわかる。
【0045】
＜実施例１＞ 凝集剤の添加の効果の確認
参考例に記載の方法で準備したＳＳ量が約３９０００ｍｇ／Ｌのスラリーの一部を、ＳＳ量がそれぞれ１００ｍｇ／Ｌ、７３０ｍｇ／Ｌ、及び１００００ｍｇ／Ｌの各濃度となるように希釈して試験用のスラリーとした。
参考例に記載の方法で準備したＳＳ量が約３９０００ｍｇ／Ｌのスラリーの一部を、ＳＳ量がそれぞれ１００ｍｇ／Ｌ、７３０ｍｇ／Ｌ、及び１００００ｍｇ／Ｌの各濃度となるように希釈して試験用のスラリーとした。
【0046】
得られた各スラリーについて、それぞれアニオン性高分子凝集剤（エバグロース（登録商標）Ａ１５２、水ｉｎｇ株式会社製）を図７のグラフに記載の濃度で加えたものと、アニオン性高分子凝集剤を加えないものを用意し、水面積負荷と上澄液におけるＳＳ量との関係を図７のグラフに示した。図７のグラフにおいて、実線は凝集剤（Ａ１５２）を加えたものであり、破線は凝集剤を加えていないものである。また、例えば、「ｗ Ａ１５２（０．０５％ ｔｏ ＳＳ）」との記載は、凝集剤（Ａ１５２）をＳＳ量に対して０．０５質量％添加したことを示す。上澄液におけるＳＳ量は、参考例と同様に、濁度から換算することにより求めた。
【0047】
図７の結果から、ＳＳ量が１００ｍｇ／Ｌ、７３０ｍｇ／Ｌ、及び１００００ｍｇ／Ｌのそれぞれについて、凝集剤を添加することで、高い水面積負荷においても上澄のＳＳ量を低減させることができることがわかる。
【0048】
＜実施例２＞ 凝集剤の添加の効果の確認
鉄イオン含有水として、Ｆｅ濃度が１０００ｍｇ／ＬとなるようにＦｅＣｌ２・４Ｈ２Ｏを添加した３％並塩水溶液を用い、循環ライン及び循環ポンプを備えた反応槽に２５ｍｌ／分の流量で供給し、槽内で循環させた。反応槽は曝気し、また、反応槽に２５ｇ／ＬのＮａ２ＣＯ３水溶液を添加して、槽内のｐＨを６．８に制御した。運転中、反応槽内のＳＳ量を計測し、ＳＳ量が約１５０００ｍｇ／Ｌとなったところで運転を終了した。終了した時のスラリーを全量（約１５０ｇ）採取し、その一部をＳＳ量が１００００ｍｇ／Ｌの濃度となるように希釈して試験用のスラリーとした。このスラリーを、３つに分け、それぞれ１５Ｌ水槽に液深が２５０ｍｍとなるように入れた。ここに、アニオン性高分子凝集剤（エバグロース（登録商標）Ａ１５２、水ｉｎｇ株式会社製）を表１に記載の量でそれぞれ添加し、撹拌混合後、それぞれ表１に記載の時間静置させ、水槽の底面に堆積した堆積物の厚みを測定した。また、上澄水の外観を目視観察した。
鉄イオン含有水として、Ｆｅ濃度が１０００ｍｇ／ＬとなるようにＦｅＣｌ２・４Ｈ２Ｏを添加した３％並塩水溶液を用い、循環ライン及び循環ポンプを備えた反応槽に２５ｍｌ／分の流量で供給し、槽内で循環させた。反応槽は曝気し、また、反応槽に２５ｇ／ＬのＮａ２ＣＯ３水溶液を添加して、槽内のｐＨを６．８に制御した。運転中、反応槽内のＳＳ量を計測し、ＳＳ量が約１５０００ｍｇ／Ｌとなったところで運転を終了した。終了した時のスラリーを全量（約１５０ｇ）採取し、その一部をＳＳ量が１００００ｍｇ／Ｌの濃度となるように希釈して試験用のスラリーとした。このスラリーを、３つに分け、それぞれ１５Ｌ水槽に液深が２５０ｍｍとなるように入れた。ここに、アニオン性高分子凝集剤（エバグロース（登録商標）Ａ１５２、水ｉｎｇ株式会社製）を表１に記載の量でそれぞれ添加し、撹拌混合後、それぞれ表１に記載の時間静置させ、水槽の底面に堆積した堆積物の厚みを測定した。また、上澄水の外観を目視観察した。
【0049】
【表1】
【0050】
表１の結果より、凝集剤を添加しなかった比較１では、４０分の静置時間をとったにもかかわらず、オキシ水酸化鉄の堆積厚みが少ないことがわかる。一方、凝集剤を添加した試験１及び２では、オキシ水酸化鉄が速やかに沈降したことがわかる。また、比較１では上澄液が濁っていたが、試験１では濁りの程度が小さく、試験２ではほぼ濁りがなかった。
【0051】
＜実施例３＞ 凝集剤添加と汚泥の返送による連続試験
鉄イオン含有水として、Ｆｅ濃度が２０ｍｇ／ＬとなるようにＦｅＣｌ２・４Ｈ２Ｏを添加した３％並塩水溶液を用い、循環ライン及び循環ポンプを備えた反応槽に２０ｍｌ／分の流量で供給し、槽内で循環させた。反応槽は曝気し、また、反応槽に２５ｇ／ＬのＮａ２ＣＯ３水溶液を添加して、槽内のｐＨを６．８に制御した。反応槽内のＳＳ量が１５０００ｍｇ／Ｌとなったところで、除鉄の連続試験を開始した。反応装置としては、図１に記載の装置を用いた。
鉄イオン含有水として、Ｆｅ濃度が２０ｍｇ／ＬとなるようにＦｅＣｌ２・４Ｈ２Ｏを添加した３％並塩水溶液を用い、循環ライン及び循環ポンプを備えた反応槽に２０ｍｌ／分の流量で供給し、槽内で循環させた。反応槽は曝気し、また、反応槽に２５ｇ／ＬのＮａ２ＣＯ３水溶液を添加して、槽内のｐＨを６．８に制御した。反応槽内のＳＳ量が１５０００ｍｇ／Ｌとなったところで、除鉄の連続試験を開始した。反応装置としては、図１に記載の装置を用いた。
【0052】
連続試験においては、まず、上記のＳＳ量が１５０００ｍｇ／Ｌとなった反応槽内のスラリーを一部引き抜き、凝集槽へと送り、凝集槽でアニオン性高分子凝集剤（エバグロース（登録商標）Ａ１５２、水ｉｎｇ株式会社製）をスラリーのＳＳ量に対し表２に記載の添加率となるように添加した。これを固液分離槽に送り、固液分離槽で生じた汚泥を反応槽に返送した。連続試験の間、反応槽には上記の鉄イオン含有水（Ｆｅ濃度２０ｍｇ／Ｌ）を連続的に供給し、また、凝集槽ではＳＳ量に対し表２に記載の添加率となる量の凝集剤を連続的に添加した。この条件で、上記鉄イオン含有水を、反応槽容積の約７倍通水した。７倍通水した後の反応槽内のＳＳ量、ならびに固液分離槽で得られた上澄液中の全鉄量（Ｔ－Ｆｅ）及び溶解性鉄量（Ｓ－Ｆｅ）のそれぞれを表２に示す。なお、反応槽内のＳＳ量は上述した濁度からの換算により測定した。また、上澄液中の全鉄量については上澄液をそのまま、また、溶解性鉄量については上澄液を濾過してから上述したＩＣＰ発光分光分析法で測定した。なお、処理状況を把握するため必要に応じて上述した株式会社共立理化学研究所製のパックテスト（登録商標）による溶解性鉄量の測定も行った。
【0053】
【表2】
【0054】
表２において上澄液の溶解性鉄量（Ｓ－Ｆｅ）が、凝集剤を添加した試験３～５においても、流入鉄量（２０ｍｇ／Ｌ）の１．５質量％以下までに低下していることから、除鉄処理の観点で、凝集剤を含有する汚泥を反応槽に返送することによる反応槽内のオキシ水酸化鉄形成反応への凝集剤の影響はないと判断した。
【0055】
試験３～５に示されるように、凝集剤とオキシ水酸化鉄とを含む汚泥を反応槽に返送することにより、凝集剤を添加しなかった比較２に比べて、連続試験においても上澄液の全鉄量を低減させることができることがわかる。
【0056】
＜実施例４＞ 凝集剤の添加によるオキシ水酸化鉄形成への影響（ＦＴ－ＩＲ測定）
鉄イオン含有水として、Ｆｅ濃度が５００ｍｇ／ＬとなるようにＦｅＣｌ２・４Ｈ２Ｏを添加した３％並塩水溶液を用いた。循環ライン及び循環ポンプを備えた反応槽に２０ｍｌ／分の流量で供給し、槽内で循環させた。反応槽は曝気し、また、反応槽に２５ｇ／ＬのＮａ２ＣＯ３水溶液を添加して、槽内のｐＨを６．８に制御した。反応装置としては、図１に記載の装置を用いた。反応槽のＳＳ量が１０００ｍｇ／Ｌとなったところで、反応槽のスラリーの体積の約４／５を引き抜き、反応槽に残ったスラリーに、アニオン性高分子凝集剤（エバグロース（登録商標）Ａ１５２、水ｉｎｇ株式会社製）をスラリーのＳＳ量に対し、それぞれ０％、０．１質量％、及び１．０質量％となるように添加した。ここに上記の鉄イオン含有水（Ｆｅ濃度５００ｍｇ／Ｌ）を同条件で再び連続的に供給し、曝気とｐＨ制御を行いながら、槽内で循環させた。槽内のＳＳ量が１０００ｍｇ／Ｌになったところで反応槽内のスラリーを取得した。取得したスラリーを遠心分離することにより沈殿物を回収し、水を加えてかき混ぜ、再び遠心分離して沈殿物を回収する操作を２回行った。得られた沈殿物を６０℃の乾燥機で一晩乾燥させて水分を除去し、得られた固形物を細かくすり潰すことによりＦＴ－ＩＲ測定用のサンプルを調製した。各サンプルについて、ＡＴＲ法（全反射法）によりＦＴ－ＩＲを測定した。測定条件は、プリズムがダイヤモンド、分解能が４ｃｍ－１、スペクトル回数が１６回である。α－ＦｅＯＯＨ及びγ－ＦｅＯＯＨのそれぞれの標準スペクトルと、各サンプルのスペクトルについて、図８に示す。α－ＦｅＯＯＨは、８８５．２ｃｍ－１と７９８．４２ｃｍ－１に特徴的なピークを示し、γ－ＦｅＯＯＨは、１０２２．１３ｃｍ－１に特徴的なピークを示す。図８より、凝集剤を０．１質量％または１．０質量％添加したサンプルも、凝集剤を添加しなかったサンプルと同様に、α－ＦｅＯＯＨとγ－ＦｅＯＯＨのそれぞれに特徴的なピークを示しており、凝集剤を添加した場合（すなわち、反応槽内に凝集剤を含む汚泥が返送される場合）であっても、凝集剤を添加しない場合と同様に、反応槽においてα－ＦｅＯＯＨとγ－ＦｅＯＯＨの混合スラリーを形成することができたことがわかる。
鉄イオン含有水として、Ｆｅ濃度が５００ｍｇ／ＬとなるようにＦｅＣｌ２・４Ｈ２Ｏを添加した３％並塩水溶液を用いた。循環ライン及び循環ポンプを備えた反応槽に２０ｍｌ／分の流量で供給し、槽内で循環させた。反応槽は曝気し、また、反応槽に２５ｇ／ＬのＮａ２ＣＯ３水溶液を添加して、槽内のｐＨを６．８に制御した。反応装置としては、図１に記載の装置を用いた。反応槽のＳＳ量が１０００ｍｇ／Ｌとなったところで、反応槽のスラリーの体積の約４／５を引き抜き、反応槽に残ったスラリーに、アニオン性高分子凝集剤（エバグロース（登録商標）Ａ１５２、水ｉｎｇ株式会社製）をスラリーのＳＳ量に対し、それぞれ０％、０．１質量％、及び１．０質量％となるように添加した。ここに上記の鉄イオン含有水（Ｆｅ濃度５００ｍｇ／Ｌ）を同条件で再び連続的に供給し、曝気とｐＨ制御を行いながら、槽内で循環させた。槽内のＳＳ量が１０００ｍｇ／Ｌになったところで反応槽内のスラリーを取得した。取得したスラリーを遠心分離することにより沈殿物を回収し、水を加えてかき混ぜ、再び遠心分離して沈殿物を回収する操作を２回行った。得られた沈殿物を６０℃の乾燥機で一晩乾燥させて水分を除去し、得られた固形物を細かくすり潰すことによりＦＴ－ＩＲ測定用のサンプルを調製した。各サンプルについて、ＡＴＲ法（全反射法）によりＦＴ－ＩＲを測定した。測定条件は、プリズムがダイヤモンド、分解能が４ｃｍ－１、スペクトル回数が１６回である。α－ＦｅＯＯＨ及びγ－ＦｅＯＯＨのそれぞれの標準スペクトルと、各サンプルのスペクトルについて、図８に示す。α－ＦｅＯＯＨは、８８５．２ｃｍ－１と７９８．４２ｃｍ－１に特徴的なピークを示し、γ－ＦｅＯＯＨは、１０２２．１３ｃｍ－１に特徴的なピークを示す。図８より、凝集剤を０．１質量％または１．０質量％添加したサンプルも、凝集剤を添加しなかったサンプルと同様に、α－ＦｅＯＯＨとγ－ＦｅＯＯＨのそれぞれに特徴的なピークを示しており、凝集剤を添加した場合（すなわち、反応槽内に凝集剤を含む汚泥が返送される場合）であっても、凝集剤を添加しない場合と同様に、反応槽においてα－ＦｅＯＯＨとγ－ＦｅＯＯＨの混合スラリーを形成することができたことがわかる。
【0057】
＜実施例５＞ 汚泥の脱水性
参考例に記載の方法で準備したＳＳ量が約３９０００ｍｇ／Ｌのスラリーの一部に対し、アニオン性高分子凝集剤（エバグロース（登録商標）Ａ１５２、水ｉｎｇ株式会社製）を表３に記載の添加率となるように添加して撹拌混合した後静置し、オキシ水酸化鉄と凝集剤を含む汚泥を形成した。得られた汚泥をベルトプレス脱水機を用いて脱水した。濾布は、フェルト系濾布（敷島カンバス社製、品番ＦＮ１１０１ＸＢ）を用い、濾布緊張力４．９ｋＮ／ｍ、濾布スピード１．０ｍ/分とした。得られた脱水固形物における厚さを測定し、ＳＳ回収率を計算した。また、得られた脱水固形物の含水率を、脱水固形物の乾燥前後の質量から算出した。結果を表３に示す。また、試験８及び比較３のそれぞれについて、脱水後の濾布と、濾布を通過した濾液の様子を写真撮影した（図９）。
参考例に記載の方法で準備したＳＳ量が約３９０００ｍｇ／Ｌのスラリーの一部に対し、アニオン性高分子凝集剤（エバグロース（登録商標）Ａ１５２、水ｉｎｇ株式会社製）を表３に記載の添加率となるように添加して撹拌混合した後静置し、オキシ水酸化鉄と凝集剤を含む汚泥を形成した。得られた汚泥をベルトプレス脱水機を用いて脱水した。濾布は、フェルト系濾布（敷島カンバス社製、品番ＦＮ１１０１ＸＢ）を用い、濾布緊張力４．９ｋＮ／ｍ、濾布スピード１．０ｍ/分とした。得られた脱水固形物における厚さを測定し、ＳＳ回収率を計算した。また、得られた脱水固形物の含水率を、脱水固形物の乾燥前後の質量から算出した。結果を表３に示す。また、試験８及び比較３のそれぞれについて、脱水後の濾布と、濾布を通過した濾液の様子を写真撮影した（図９）。
【0058】
【表3】
【0059】
表３より、凝集剤を添加した試験６～１１では、汚泥の脱水性及び凝集性がよく、高いＳＳ回収率と低い含水率とを達成できることがわかる。一方、凝集剤を添加しなかった比較３では、汚泥の大凡全てが濾布より漏れ出し、脱水固形物が得られなかった（図９）。
【符号の説明】
【0060】
１ 反応槽
２ 鉄イオン含有水供給ライン
３ アルカリ剤供給ライン
４ 酸素供給ライン
５ 凝集剤供給ライン
６ 固液分離槽
７ 第１の返送ライン
８ 処理水排出ライン
９ 凝集槽
１０ ｐＨ計測手段
１１ 第１のＳＳ量計測手段
１２ 循環ライン
１３ 循環ポンプ
１４ 第２のＳＳ量計測手段
１５ 汚泥排出ライン
１６ 第３のＳＳ量計測手段
１７ 汚泥返送・排出ポンプ
１８ 中間沈殿槽
１９ 第２の返送ライン
２０ 第３の返送ライン
２１ 第４のＳＳ量計測手段
２ 鉄イオン含有水供給ライン
３ アルカリ剤供給ライン
４ 酸素供給ライン
５ 凝集剤供給ライン
６ 固液分離槽
７ 第１の返送ライン
８ 処理水排出ライン
９ 凝集槽
１０ ｐＨ計測手段
１１ 第１のＳＳ量計測手段
１２ 循環ライン
１３ 循環ポンプ
１４ 第２のＳＳ量計測手段
１５ 汚泥排出ライン
１６ 第３のＳＳ量計測手段
１７ 汚泥返送・排出ポンプ
１８ 中間沈殿槽
１９ 第２の返送ライン
２０ 第３の返送ライン
２１ 第４のＳＳ量計測手段
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
