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(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】2024-04-30
(45)【発行日】2024-05-10
(54)【発明の名称】水処理方法
(51)【国際特許分類】
C02F 1/72 20230101AFI20240501BHJP
B01D 61/04 20060101ALI20240501BHJP
B01D 61/16 20060101ALI20240501BHJP
C02F 1/44 20230101ALI20240501BHJP
C02F 1/52 20230101ALI20240501BHJP
【ＦＩ】
C02F1/72 Z
B01D61/04
B01D61/16
C02F1/44 D
C02F1/52 Z
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2020004205
(22)【出願日】2020-01-15
(65)【公開番号】P2021109163
(43)【公開日】2021-08-02
【審査請求日】2022-10-14
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】596136316
【氏名又は名称】三菱ケミカルアクア・ソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100165179
【弁理士】
【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100142309
【弁理士】
【氏名又は名称】君塚 哲也
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(72)【発明者】
【氏名】近藤 和史
(72)【発明者】
【氏名】武内 聡
【審査官】高橋 成典
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－０９４５１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６１－１４９２９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５１－１１１７５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０１３８６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０８９５９８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０２Ｆ １／７０ － １／７８
１／５２ － １／５６
１／５８ － １／６４
１／４４
Ｂ０１Ｄ ２１／００ － ２１／３４
６１／００ － ７１／８２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
地下水を処理する水処理方法であって、前記地下水が炭酸ガスを含み、
前記地下水を空気に曝す前に前記地下水のｐＨを７．０未満に調整した後に、
前記地下水のｐＨが７．０未満である条件下で、前記地下水中のＦｅ２＋を酸化してＦｅ３＋とし、
次いで、前記地下水中の負に帯電したコロイド状物質を凝集させて凝集物とし、前記凝集物を含む水をろ過する、水処理方法であり、
前記地下水のｐＨを７．０未満に調整するためにｐＨ調整剤添加手段を用い、
前記ｐＨ調整剤添加手段が設けられた管路の第１の端部が、地上に汲み上げた前記地下水を送液する管路と接続され、
前記ｐＨ調整剤添加手段が設けられた管路の第２の端部が、原水槽の気相部分と接続されている、水処理方法。
【請求項2】
地下水を処理する水処理方法であって、前記地下水が炭酸ガスを含み、
前記地下水のｐＨが７．０未満であり、
前記地下水を空気に曝す前に前記地下水中のＦｅ２＋を酸化してＦｅ３＋とし、
次いで、前記地下水中の負に帯電したコロイド状物質を凝集させて凝集物とし、前記凝集物を含む水をろ過する、水処理方法であり、
前記地下水中のＦｅ ２＋ を酸化するために１以上の酸化剤添加手段を用い、
少なくとも１つの前記酸化剤添加手段が設けられた管路の第１の端部が、地上に汲み上げた前記地下水を送液する管路と接続され、
少なくとも１つの前記酸化剤添加手段が設けられた管路の第２の端部が、原水槽内の液相に浸漬されている、水処理方法。
【請求項3】
前記地下水中のＦｅ２＋を酸化する際に、酸化剤を使用する、請求項１または２に記載の水処理方法。
【請求項4】
前記地下水が、被圧地下水である、請求項１～３のいずれか一項に記載の水処理方法。
【請求項5】
前記コロイド状物質を凝集させる際に、凝集剤を使用する、請求項１～４のいずれか一項に記載の水処理方法。
【請求項6】
前記コロイド状物質がシリカ、有機物からなる群から選ばれる少なくとも一つである、請求項１～５のいずれか一項に記載の水処理方法。
【請求項7】
前記凝集物を含む水をろ過した後のろ過水を、限外ろ過膜及び逆浸透膜の少なくとも一方を用いて処理する、請求項１～６のいずれか一項に記載の水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
地下水は、除鉄処理等の種々の処理を必要に応じて行うことで水資源として利用できる。井戸水等の地下水から鉄を除去する方法として、例えば、下記（１）、（２）の方法が知られている。
（１）揚水した井戸水を空気に曝すことで井戸水中の鉄を酸化して懸濁させ、次いで、凝集剤として硫酸アルミニウムを添加することで井戸水中のコロイド状物質を鉄とともに凝集させ、凝集物を砂ろ過塔でろ過する方法（例えば、非特許文献１）。
（２）揚水した井戸水に塩素系の酸化剤を添加することで井戸水中の鉄を酸化して懸濁させ、次いで、凝集剤として硫酸アルミニウムを添加することで井戸水中のコロイド状物質を鉄とともに凝集させ、凝集物を砂ろ過塔でろ過する方法（例えば、非特許文献２）。
（１）揚水した井戸水を空気に曝すことで井戸水中の鉄を酸化して懸濁させ、次いで、凝集剤として硫酸アルミニウムを添加することで井戸水中のコロイド状物質を鉄とともに凝集させ、凝集物を砂ろ過塔でろ過する方法（例えば、非特許文献１）。
（２）揚水した井戸水に塩素系の酸化剤を添加することで井戸水中の鉄を酸化して懸濁させ、次いで、凝集剤として硫酸アルミニウムを添加することで井戸水中のコロイド状物質を鉄とともに凝集させ、凝集物を砂ろ過塔でろ過する方法（例えば、非特許文献２）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【文献】高井 雄，中西 弘 用水の徐鉄・徐マンガン処理，産業用水調査会，ｐ５３－６７，１９８７．６
【文献】高井 雄，中西 弘 用水の徐鉄・徐マンガン処理，産業用水調査会，ｐ８２－８６，１９８７．６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一般に被圧層に存在する地下水には炭酸ガスが溶解していることが多い。上記（１）の方法では、地下水を空気に曝すことで鉄を酸化している。地下水を空気に曝した際に炭酸ガスが地下水から放出されるため、地下水のｐＨが塩基性領域側に移動する。その結果、鉄の酸化によって生じたＦｅ３＋からＦｅ（ＯＨ）２
＋、Ｆｅ（ＯＨ）２＋等の水酸化鉄が生成し、地下水中の負に帯電した物質と結合し、水中で分散する。また、上記（２）の方法でも鉄を酸化する際の条件によっては、水酸化鉄が生成する。
このように生成する水酸化鉄と負に帯電した物質が結合したものは、水中で分散し、凝集しないため、粒径が非常に細かく、砂ろ過塔におけるろ過不良の原因となる。そのため、上記（１）、（２）の方法では、充分量の硫酸アルミニウムやポリ塩化アルミニウム等の凝集剤を使用することで、分散物の荷電を中和し、コロイド状物質を水酸化鉄とともに確実に凝集させ、凝集物として砂ろ過塔でろ過している。
このように生成する水酸化鉄と負に帯電した物質が結合したものは、水中で分散し、凝集しないため、粒径が非常に細かく、砂ろ過塔におけるろ過不良の原因となる。そのため、上記（１）、（２）の方法では、充分量の硫酸アルミニウムやポリ塩化アルミニウム等の凝集剤を使用することで、分散物の荷電を中和し、コロイド状物質を水酸化鉄とともに確実に凝集させ、凝集物として砂ろ過塔でろ過している。
【0005】
しかし、コロイド状物質を凝集させるための凝集剤の使用量が多いほど、凝集物が多量に発生し、処理工程で砂ろ過塔に堆積する凝集物の量が多くなる。その結果、砂ろ過塔のろ過能を回復するための再生の頻度が高くなる。地下水の処理効率の向上、処理コストの削減の観点から砂ろ過塔の再生頻度を低くするためには、凝集剤の使用量は可能な限り低減することが望ましい。
上記（１）、（２）の方法においては、充分量の凝集剤を使用しないと水酸化鉄の凝集が不充分となり、砂ろ過塔における鉄成分のろ過不良が起きるおそれがある。ろ過不良が起きた状態で、砂ろ過塔のろ過水を限外ろ過膜、逆浸透膜等の分離膜によってさらに処理する場合には、ろ過水に残留した鉄成分が分離膜の閉塞を頻発させる原因となる。
上記（１）、（２）の方法においては、充分量の凝集剤を使用しないと水酸化鉄の凝集が不充分となり、砂ろ過塔における鉄成分のろ過不良が起きるおそれがある。ろ過不良が起きた状態で、砂ろ過塔のろ過水を限外ろ過膜、逆浸透膜等の分離膜によってさらに処理する場合には、ろ過水に残留した鉄成分が分離膜の閉塞を頻発させる原因となる。
【0006】
本発明は、凝集剤の使用量を低減しながら、酸化した鉄成分を地下水からろ過によって充分に除去でき、ろ過後の地下水を分離膜によって処理する場合には分離膜の閉塞を低減できる水処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は下記の態様を有する。
［１］ 地下水を処理する水処理方法であって、前記地下水のｐＨが７．０未満である条件下で、前記地下水中のＦｅ２＋を酸化してＦｅ３＋とし、次いで、前記地下水中の負に帯電したコロイド状物質を凝集させて凝集物とし、前記凝集物を含む水をろ過する、水処理方法。
［２］ 前記地下水中のＦｅ２＋を酸化する前に、前記地下水のｐＨを７．０未満に調整する、［１］の水処理方法。
［３］ 前記地下水中のＦｅ２＋を酸化する際に、酸化剤を使用する、［１］又は［２］の水処理方法。
［４］ 前記地下水が炭酸ガスを含み、前記地下水を空気に曝す前に前記地下水中のＦｅ２＋を酸化する、［１］～［３］のいずれかの水処理方法。
［５］ 前記コロイド状物質を凝集させる際に、凝集剤を使用する、［１］～［４］のいずれかの水処理方法。
［６］ 前記コロイド状物質がシリカ、有機物からなる群から選ばれる少なくとも一つである、［１］～［５］のいずれかの水処理方法。
［７］ 前記凝集物を含む水をろ過した後のろ過水を、限外ろ過膜及び逆浸透膜の少なくとも一方を用いて処理する、［１］～［６］のいずれかの水処理方法。
［１］ 地下水を処理する水処理方法であって、前記地下水のｐＨが７．０未満である条件下で、前記地下水中のＦｅ２＋を酸化してＦｅ３＋とし、次いで、前記地下水中の負に帯電したコロイド状物質を凝集させて凝集物とし、前記凝集物を含む水をろ過する、水処理方法。
［２］ 前記地下水中のＦｅ２＋を酸化する前に、前記地下水のｐＨを７．０未満に調整する、［１］の水処理方法。
［３］ 前記地下水中のＦｅ２＋を酸化する際に、酸化剤を使用する、［１］又は［２］の水処理方法。
［４］ 前記地下水が炭酸ガスを含み、前記地下水を空気に曝す前に前記地下水中のＦｅ２＋を酸化する、［１］～［３］のいずれかの水処理方法。
［５］ 前記コロイド状物質を凝集させる際に、凝集剤を使用する、［１］～［４］のいずれかの水処理方法。
［６］ 前記コロイド状物質がシリカ、有機物からなる群から選ばれる少なくとも一つである、［１］～［５］のいずれかの水処理方法。
［７］ 前記凝集物を含む水をろ過した後のろ過水を、限外ろ過膜及び逆浸透膜の少なくとも一方を用いて処理する、［１］～［６］のいずれかの水処理方法。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、凝集剤の使用量を低減しながら、酸化した鉄成分を地下水からろ過によって充分に除去できる。ろ過後の地下水を分離膜によって処理する場合には分離膜の閉塞を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】一実施形態に係る水処理方法に用いる処理システムの概略図である。
【図2】第１の実施形態に係る水処理方法に用いる処理システムが備える地下水源、管路、原水処理部の模式図である。
【図3】地下水中のコロイド状物質に起因して鉄成分のろ過不良が起きる原因を説明するための模式図である。
【図4】一実施形態に係る水処理方法において、コロイド状物質をＦｅ３＋によって凝集させる様子の一例を説明するための模式図である。
【図5】第２の実施形態に係る水処理方法に用いる処理システムが備える地下水源、管路、原水処理部の模式図である。
【図6】第３の実施形態に係る水処理方法に用いる処理システムが備える地下水源、管路、原水処理部の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本実施形態に係る水処理方法は、地下水を処理する方法である。地下水は、特に限定されない。地下水は、不圧地下水でもよく、被圧地下水でもよいが、溶解性の鉄を０．０３ｍｇ／Ｌ以上含む地下水が好適に適用される。例えば、井戸水、温泉水、湧き水、鉱水、鉱泉水等が挙げられる。ただし、地下水はこれらの例示に限定されない。
地下水は、通常、鉄、マンガン等の金属イオン；シリカ、有機物等の負に帯電したコロイド状物質を含む。地下水は、金属イオン、コロイド状物質以外に、カルシウム、マグネシウム、細菌等をさらに含むことがある。
例えば、被圧地下水は、これらの成分に加えて、炭酸ガス（遊離炭酸）をさらに含むことがある。炭酸ガス及び溶解性の鉄を含む被圧地下水、温泉水等の地下水は自然界においてｐＨが７．０未満であることが多く、本実施形態に係る水処理方法に好適に適用できる。
地下水は、通常、鉄、マンガン等の金属イオン；シリカ、有機物等の負に帯電したコロイド状物質を含む。地下水は、金属イオン、コロイド状物質以外に、カルシウム、マグネシウム、細菌等をさらに含むことがある。
例えば、被圧地下水は、これらの成分に加えて、炭酸ガス（遊離炭酸）をさらに含むことがある。炭酸ガス及び溶解性の鉄を含む被圧地下水、温泉水等の地下水は自然界においてｐＨが７．０未満であることが多く、本実施形態に係る水処理方法に好適に適用できる。
【0011】
以下、本発明の水処理方法のいくつかの実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されない。
図１は、本実施形態に係る水処理方法に用いる処理システム１の概略図である。処理システム１は、地下水源１１と原水処理部１２と砂ろ過塔１３と活性炭１４と中間水槽１５と限外ろ過膜ろ過装置１６と逆浸透膜ろ過装置１７と濃縮水槽１８と処理水槽１９を備える。図１に示す処理システム１を用いる水処理方法では、まず、地下水源１１から地下水が管路２１を流れ、原水処理部１２に供給される。
図１は、本実施形態に係る水処理方法に用いる処理システム１の概略図である。処理システム１は、地下水源１１と原水処理部１２と砂ろ過塔１３と活性炭１４と中間水槽１５と限外ろ過膜ろ過装置１６と逆浸透膜ろ過装置１７と濃縮水槽１８と処理水槽１９を備える。図１に示す処理システム１を用いる水処理方法では、まず、地下水源１１から地下水が管路２１を流れ、原水処理部１２に供給される。
【0012】
＜第１の実施形態＞
図２は、第１の実施形態における地下水源１１と管路２１、２１と原水処理部１２Ａを示す模式図である。
地下水源１１は井戸４１、４１を有する。井戸４１、４１には揚水手段４２、４２がそれぞれ挿入されている。揚水手段４２、４２のそれぞれは、井戸４１、４１内から地下水を汲み上げて揚水し、汲み上げた地下水を管路２１、２１に送液する。揚水手段４２、４２は、地下水を地上に汲み上げることができる形態であれば特に限定されない。例えば、汲み上げポンプを有する揚水装置等が挙げられる。
図２に示す原水処理部１２Ａにおいては、２つの管路２１、２１の第１の端部は、揚水手段４２、４２とそれぞれ接続され、管路２１、２１の第２の端部は合流点Ｇで互いに接続されている。
図２は、第１の実施形態における地下水源１１と管路２１、２１と原水処理部１２Ａを示す模式図である。
地下水源１１は井戸４１、４１を有する。井戸４１、４１には揚水手段４２、４２がそれぞれ挿入されている。揚水手段４２、４２のそれぞれは、井戸４１、４１内から地下水を汲み上げて揚水し、汲み上げた地下水を管路２１、２１に送液する。揚水手段４２、４２は、地下水を地上に汲み上げることができる形態であれば特に限定されない。例えば、汲み上げポンプを有する揚水装置等が挙げられる。
図２に示す原水処理部１２Ａにおいては、２つの管路２１、２１の第１の端部は、揚水手段４２、４２とそれぞれ接続され、管路２１、２１の第２の端部は合流点Ｇで互いに接続されている。
【0013】
原水処理部１２Ａは、管路４５Ａと原水槽４７とｐＨ調整剤添加手段４８と第１の酸化剤添加手段５１と第２の酸化剤添加手段５２を有する。
【0014】
管路４５Ａは、第１の端部が２つの管路２１、２１の両方と合流点Ｇで接続され、第２の端部が原水槽４７内の気相部分と接続されている。
管路４５ＡにはｐＨ調整剤添加手段４８が設けられている。ｐＨ調整剤添加手段４８は、管路４５Ａ内にｐＨ調整剤を供給して、ｐＨ調整剤と地下水とを混合する。ｐＨ調整剤添加手段４８は、ｐＨ調整剤を管路４５Ａ内の地下水に注入するとも言える。
ｐＨ調整剤は、地下水のｐＨを７．０未満に調整できる化合物であれば特に限定されない。例えば、塩酸、硫酸等の酸成分が挙げられる。
管路４５Ａは、ｐＨ調整剤によってｐＨが７．０未満に調整された地下水を原水槽４７内に供給する。
管路４５ＡにはｐＨ調整剤添加手段４８が設けられている。ｐＨ調整剤添加手段４８は、管路４５Ａ内にｐＨ調整剤を供給して、ｐＨ調整剤と地下水とを混合する。ｐＨ調整剤添加手段４８は、ｐＨ調整剤を管路４５Ａ内の地下水に注入するとも言える。
ｐＨ調整剤は、地下水のｐＨを７．０未満に調整できる化合物であれば特に限定されない。例えば、塩酸、硫酸等の酸成分が挙げられる。
管路４５Ａは、ｐＨ調整剤によってｐＨが７．０未満に調整された地下水を原水槽４７内に供給する。
【0015】
第１の酸化剤添加手段５１は、原水槽４７内の地下水に酸化剤を供給する。酸化剤は、原水槽４７内の地下水に含まれるＦｅ２＋をＦｅ３＋に酸化できる化合物であれば、特に限定されない。例えば、塩素、次亜塩素酸ナトリウム、さらし粉等の塩素系酸化剤が挙げられる。
【0016】
第２の酸化剤添加手段５２は、原水槽４７内の地下水に酸化剤を必要に応じて供給する。第２の酸化剤添加手段５２は、後段の中間水槽１５、処理水槽１９（図１参照）に設けられた図示略の濃度計と電気的に接続されている。第２の酸化剤添加手段５２は、図示略の濃度計の測定値に基づき、原水槽４７内の地下水に酸化剤を必要に応じて供給する。
例えば、後段の中間水槽１５、処理水槽１９内の水中の鉄成分の濃度が所定の数値より高い場合には、地下水中のＦｅ２＋の酸化を促進するために、第２の酸化剤添加手段５２は原水槽４７内に酸化剤を供給する。第２の酸化剤添加手段５２は、バックアップ用の酸化剤添加手段として機能するとも言える。
例えば、後段の中間水槽１５、処理水槽１９内の水中の鉄成分の濃度が所定の数値より高い場合には、地下水中のＦｅ２＋の酸化を促進するために、第２の酸化剤添加手段５２は原水槽４７内に酸化剤を供給する。第２の酸化剤添加手段５２は、バックアップ用の酸化剤添加手段として機能するとも言える。
【0017】
本実施形態に係る水処理方法では、地下水のｐＨが７．０未満である条件下で、地下水中のＦｅ２＋を酸化してＦｅ３＋とする。Ｆｅ２＋を酸化する際には、酸化剤を使用する。
図２に示す地下水源１１、原水処理部１２Ａにおいては、地下水は井戸４１、４１のそれぞれから、管路２１、２１をそれぞれ流れ、合流点Ｇで合流する。合流した地下水は、管路４５Ａ内を図中に示す矢印の向きに流れる。
管路４５Ａでは、ｐＨ調整剤添加手段４８によって供給されるｐＨ調整剤によって、地下水のｐＨを７．０未満に調整する。その後、地下水は、管路４５Ａの第２の端部から原水槽４７内の気相部分で放流される。
原水槽４７内には第１の酸化剤添加手段５１によって酸化剤が供給され、酸化剤と地下水とが混合される。原水槽４７内で放流される地下水は、ｐＨ調整剤添加手段４８によってｐＨが７．０未満に調整されている。そのため、第１の酸化剤添加手段５１によって供給される酸化剤と地下水とを混合すると、地下水のｐＨが７．０未満である条件下で、地下水中のＦｅ２＋を酸化してＦｅ３＋とする酸化反応が開始する。この酸化反応により、地下水中のＦｅ２＋が酸化され、Ｆｅ３＋となる。
図２に示す地下水源１１、原水処理部１２Ａにおいては、地下水は井戸４１、４１のそれぞれから、管路２１、２１をそれぞれ流れ、合流点Ｇで合流する。合流した地下水は、管路４５Ａ内を図中に示す矢印の向きに流れる。
管路４５Ａでは、ｐＨ調整剤添加手段４８によって供給されるｐＨ調整剤によって、地下水のｐＨを７．０未満に調整する。その後、地下水は、管路４５Ａの第２の端部から原水槽４７内の気相部分で放流される。
原水槽４７内には第１の酸化剤添加手段５１によって酸化剤が供給され、酸化剤と地下水とが混合される。原水槽４７内で放流される地下水は、ｐＨ調整剤添加手段４８によってｐＨが７．０未満に調整されている。そのため、第１の酸化剤添加手段５１によって供給される酸化剤と地下水とを混合すると、地下水のｐＨが７．０未満である条件下で、地下水中のＦｅ２＋を酸化してＦｅ３＋とする酸化反応が開始する。この酸化反応により、地下水中のＦｅ２＋が酸化され、Ｆｅ３＋となる。
【0018】
従来の水処理方法では充分量の凝集剤を使用することで、凝集剤によってコロイド状物質とともに水酸化鉄を確実に凝集させていた。凝集剤の使用量を低減すると、上述の通り、水酸化鉄の凝集が不充分となり、鉄成分のろ過不良が起きるおそれがある。
図３は、地下水中のコロイド状物質に起因して鉄成分のろ過不良が起きる原因を説明するための模式図である。図３に示すように従来の方法においては、水酸化鉄１６０の正電荷は、水酸基（ＯＨ－）の結合により、結合前のＦｅ３＋（３価の陽イオン）よりも低下する。そのため、水酸化鉄１６０の正電荷がコロイド状物質６５の負電荷に対して相対的に少なくなるという状況が生じ得る。この状況下では、水酸化鉄１６０によってコロイド状物質６５の負電荷を中和できない。
図３は、地下水中のコロイド状物質に起因して鉄成分のろ過不良が起きる原因を説明するための模式図である。図３に示すように従来の方法においては、水酸化鉄１６０の正電荷は、水酸基（ＯＨ－）の結合により、結合前のＦｅ３＋（３価の陽イオン）よりも低下する。そのため、水酸化鉄１６０の正電荷がコロイド状物質６５の負電荷に対して相対的に少なくなるという状況が生じ得る。この状況下では、水酸化鉄１６０によってコロイド状物質６５の負電荷を中和できない。
【0019】
例えば、コロイド状物質６５がシリカである場合、水酸化鉄１６０はコロイド状物質６５と結合し、コロイダルシリカ鉄１７０となると推定される。しかし、水酸化鉄１６０の正電荷がコロイド状物質６５の負電荷より少ないため、コロイダルシリカ鉄１７０は負電荷を帯びたままとなる。その結果、コロイダルシリカ鉄１７０同士は、互いの負電荷によって反発し、水中に分散してしまうと考えられる。
ここで、分散状態のコロイダルシリカ鉄１７０は粒径が細かく、砂ろ過等のろ過により除去できない。そのため、コロイダルシリカ鉄１７０の凝集が不充分なままろ過を行うと、ろ過不良が起き、ろ過水にコロイダルシリカ鉄１７０が鉄成分として残存する。加えて、コロイド状物質６５もその粒径によってはろ過水に残存し、シリカ成分、有機物成分として残存することもあると考えられる。
ここで、分散状態のコロイダルシリカ鉄１７０は粒径が細かく、砂ろ過等のろ過により除去できない。そのため、コロイダルシリカ鉄１７０の凝集が不充分なままろ過を行うと、ろ過不良が起き、ろ過水にコロイダルシリカ鉄１７０が鉄成分として残存する。加えて、コロイド状物質６５もその粒径によってはろ過水に残存し、シリカ成分、有機物成分として残存することもあると考えられる。
【0020】
コロイダルシリカ鉄１７０及びコロイド状物質６５の負電荷を中和して凝集させるために、上述の従来の（１）、（２）の方法のように、凝集剤を使用して正電荷を充分に補充することも考えられるが、コロイダルシリカ鉄１７０及びコロイド状物質６５を確実に凝集させるためには、凝集剤の使用量が増えてしまう。このように、凝集剤の使用量を増やさずに、鉄成分のろ過不良を防ぐことを目的としてコロイダルシリカ鉄１７０及びコロイド状物質６５を確実に凝集させることは困難である。
【0021】
これに対して、本実施形態に係る水処理方法では、ｐＨが７．０未満である条件下で、地下水中のＦｅ２＋を酸化してＦｅ３＋とし、次いで、地下水中のコロイド状物質をＦｅ３＋によって凝集させる。
地下水のｐＨが７．０未満である地下水においては、水酸化物イオン（ＯＨ－）の存在量が相対的に少ない。この状態でＦｅ３＋が酸化によって生成するため、Ｆｅ３＋がＦｅ（ＯＨ）２ ＋、Ｆｅ（ＯＨ）２＋等の水酸化鉄に変化しにくく、水酸化鉄の生成量が少なくなる。加えて、周囲の水酸化物イオン（ＯＨ－）の存在量が相対的に少ないため、Ｆｅ３＋は、３価の陽イオンとしての状態を水中で維持できる。
地下水のｐＨが７．０未満である地下水においては、水酸化物イオン（ＯＨ－）の存在量が相対的に少ない。この状態でＦｅ３＋が酸化によって生成するため、Ｆｅ３＋がＦｅ（ＯＨ）２ ＋、Ｆｅ（ＯＨ）２＋等の水酸化鉄に変化しにくく、水酸化鉄の生成量が少なくなる。加えて、周囲の水酸化物イオン（ＯＨ－）の存在量が相対的に少ないため、Ｆｅ３＋は、３価の陽イオンとしての状態を水中で維持できる。
【0022】
図４は、本実施形態に係る水処理方法において、コロイド状物質をＦｅ３＋によって凝集させる様子の一例を説明するための模式図である。
図４に示すように、Ｆｅ３＋６０は３価の陽イオンの状態を水中で維持しているため、上述の水酸化鉄１６０（図３参照）との比較において、コロイド状物質６５の負電荷を中和できるような正電荷を充分に多く保持している。そのためＦｅ３＋６０は、コロイド状物質６５の負電荷を中和してコロイド状物質６５を凝結させることができる。その結果、コロイド状物質６５とＦｅ３＋６０とが結合し、凝結物７０が発生する。凝結物７０は電荷が中和されているため、凝結物７０同士は凝集して凝集物７１となり、凝集物７１の粒径が粗大化する。
図４に示すように、Ｆｅ３＋６０は３価の陽イオンの状態を水中で維持しているため、上述の水酸化鉄１６０（図３参照）との比較において、コロイド状物質６５の負電荷を中和できるような正電荷を充分に多く保持している。そのためＦｅ３＋６０は、コロイド状物質６５の負電荷を中和してコロイド状物質６５を凝結させることができる。その結果、コロイド状物質６５とＦｅ３＋６０とが結合し、凝結物７０が発生する。凝結物７０は電荷が中和されているため、凝結物７０同士は凝集して凝集物７１となり、凝集物７１の粒径が粗大化する。
【0023】
このように、本実施形態に係る水処理方法では、水酸化物イオン（ＯＨ－）の存在量が相対的に少なく、水酸化鉄がそもそも生成しにくいため、粒径が細かいコロイド状の水酸化鉄１６０（図３参照）も生成しにくい。加えて、Ｆｅ３＋が３価の陽イオンとしての状態を水中で維持できるため、コロイド状物質６５の負電荷を中和するための陽イオンを凝集剤の使用によって補充しなくても、コロイド状物質６５がＦｅ３＋によって充分に凝集する。
本実施形態に係る水処理方法ではＦｅ３＋を凝集剤として利用し、コロイド状物質６５とともにＦｅ３＋を凝集させる。この凝集反応により、コロイド状物質と結合した鉄（ＩＩＩ）を含む凝集物が生成する。
本実施形態に係る水処理方法ではＦｅ３＋を凝集剤として利用し、コロイド状物質６５とともにＦｅ３＋を凝集させる。この凝集反応により、コロイド状物質と結合した鉄（ＩＩＩ）を含む凝集物が生成する。
【0024】
地下水中のＦｅ２＋を酸化してＦｅ３＋とし、次いで、地下水中のコロイド状物質をＦｅ３＋によって凝集させる際の地下水のｐＨは、７．０未満であり、５．８以上７．０未満が好ましく、６．５以上６．９以下がより好ましい。地下水のｐＨが前記下限値以上であると、ｐＨ調整剤の使用量を減らすことができ、水処理の低コスト化を図りやすくなる。
地下水のｐＨが前記上限値以下であると、水酸化鉄がさらに生成しにくく、かつ、Ｆｅ３＋が３価の陽イオンとしての状態を水中でさらに維持しやすくなる。その結果、凝集剤の使用量をさらに低減でき、酸化した鉄成分を地下水からろ過によってさらに充分に除去でき、ろ過後の地下水を分離膜によって処理する際の分離膜の閉塞をさらに効果的に低減できる。
地下水のｐＨが前記上限値以下であると、水酸化鉄がさらに生成しにくく、かつ、Ｆｅ３＋が３価の陽イオンとしての状態を水中でさらに維持しやすくなる。その結果、凝集剤の使用量をさらに低減でき、酸化した鉄成分を地下水からろ過によってさらに充分に除去でき、ろ過後の地下水を分離膜によって処理する際の分離膜の閉塞をさらに効果的に低減できる。
【0025】
図１に示す処理システム１においては、Ｆｅ３＋によるコロイド状物質の凝集反応が起きた後、凝集物を含む水が管路２２を流れ、砂ろ過塔１３に供給される。この凝集物を含む水を砂ろ過塔１３でろ過し、凝集物を除去する。
これにより、地下水中の酸化した鉄成分をろ過により充分に除去でき、コロイド状物質６５に由来する成分の一部も併せて除去できる。
ここで、地下水はその性状に応じてコロイド状物質として、シリカ、有機物等を含む。そのため、砂ろ過塔１３では、地下水中の鉄成分に加えて、シリカ成分、有機物成分がさらに除去されることがある。例えば、地下水がコロイド状物質としてシリカを多く含む場合、凝集物にはシリカ成分が多く含まれるため、砂ろ過塔１３でシリカ成分を除去できる。また、地下水がコロイド状物質として有機物を含む多く場合、凝集物には有機物成分が多く含まれるため、砂ろ過塔１３で有機物成分を除去できる。
さらに、地下水が鉄以外にマンガン等の種々の金属をさらに含む場合には、鉄に加えて、マンガンが砂ろ過塔１３で接触酸化により酸化され、ろ過によって除去される。
これにより、地下水中の酸化した鉄成分をろ過により充分に除去でき、コロイド状物質６５に由来する成分の一部も併せて除去できる。
ここで、地下水はその性状に応じてコロイド状物質として、シリカ、有機物等を含む。そのため、砂ろ過塔１３では、地下水中の鉄成分に加えて、シリカ成分、有機物成分がさらに除去されることがある。例えば、地下水がコロイド状物質としてシリカを多く含む場合、凝集物にはシリカ成分が多く含まれるため、砂ろ過塔１３でシリカ成分を除去できる。また、地下水がコロイド状物質として有機物を含む多く場合、凝集物には有機物成分が多く含まれるため、砂ろ過塔１３で有機物成分を除去できる。
さらに、地下水が鉄以外にマンガン等の種々の金属をさらに含む場合には、鉄に加えて、マンガンが砂ろ過塔１３で接触酸化により酸化され、ろ過によって除去される。
【0026】
次いで、図１に示す処理システム１を用いる水処理方法においては、砂ろ過塔１３のろ過水は管路２３を流れ、活性炭１４に通水される。活性炭１４では、塩素がろ過水から除去される。その後、活性炭１４を通過したろ過水は管路２４を流れ、中間処理槽１５に貯留される。
【0027】
中間処理槽１５内のろ過水の一部は、管路２５を流れ、限外ろ過膜を備える限外ろ過膜ろ過装置１６に供給される。限外ろ過膜ろ過装置１６では、ろ過水中の濁質分や細菌類が限外ろ過膜によって除去される。限外ろ過膜ろ過装置１６の透過水は管路２６を流れ、処理水槽１９に処理水として貯留される。
一方、中間処理槽１５内のろ過水の残部は、管路２７を流れ、逆浸透膜を備える逆浸透膜ろ過装置１７に供給される。逆浸透膜ろ過装置１７では、ろ過水に残存した硬度成分、シリカ、塩類が逆浸透膜によって除去される。
その後、逆浸透膜ろ過装置１７の透過水は管路２８を流れ、処理水槽１９に処理水として貯留される。処理水槽１９では、限外ろ過膜ろ過装置１６の透過水と逆浸透膜ろ過装置１７の透過水とが混合され、処理水の硬度が調整される。
一方、中間処理槽１５内のろ過水の残部は、管路２７を流れ、逆浸透膜を備える逆浸透膜ろ過装置１７に供給される。逆浸透膜ろ過装置１７では、ろ過水に残存した硬度成分、シリカ、塩類が逆浸透膜によって除去される。
その後、逆浸透膜ろ過装置１７の透過水は管路２８を流れ、処理水槽１９に処理水として貯留される。処理水槽１９では、限外ろ過膜ろ過装置１６の透過水と逆浸透膜ろ過装置１７の透過水とが混合され、処理水の硬度が調整される。
【0028】
（第１の実施形態の作用効果）
以上説明した第１の実施形態に係る水処理方法によれば、ｐＨが７．０未満である条件下でＦｅ２＋を酸化するため、ろ過不良の原因となる水酸化鉄が生成しにくい。加えて、ｐＨが７．０未満であることから、Ｆｅ３＋が３価の陽イオンの状態を維持したままコロイド状物質と結合し、コロイド状物質を凝集させることができる。このようにＦｅ３＋が凝集剤のように機能するため、コロイド状物質の電荷を中和するために凝集剤を外添してさらに使用する必要がなく、従来の方法と比較して凝集剤の使用量を低減できる。
ここで、Ｆｅ２＋の酸化によって生じたＦｅ３＋の大半は、Ｆｅ３＋の状態を維持したまま、コロイド状物質の凝集反応に利用されると考えられる。そのため、この凝集反応で生成する凝集物は、地下水中の大半のＦｅ３＋を含む。したがって、この凝集物をろ過によって除去することで、酸化した鉄成分を地下水から充分に除去できる。
以上より、第１の実施形態に係る水処理方法によれば、凝集剤の使用量を低減しながら、酸化した鉄成分を地下水からろ過によって充分に除去でき、ろ過後の地下水を分離膜によって処理する際の分離膜の閉塞を低減できる。
加えて、凝集剤の使用量を低減できることから、凝集物の発生量が低く抑えられ、砂ろ過塔に堆積する凝集物の量が少なくなる。その結果、砂ろ過塔のろ過能を回復するための再生の頻度も低くなると期待される。
以上説明した第１の実施形態に係る水処理方法によれば、ｐＨが７．０未満である条件下でＦｅ２＋を酸化するため、ろ過不良の原因となる水酸化鉄が生成しにくい。加えて、ｐＨが７．０未満であることから、Ｆｅ３＋が３価の陽イオンの状態を維持したままコロイド状物質と結合し、コロイド状物質を凝集させることができる。このようにＦｅ３＋が凝集剤のように機能するため、コロイド状物質の電荷を中和するために凝集剤を外添してさらに使用する必要がなく、従来の方法と比較して凝集剤の使用量を低減できる。
ここで、Ｆｅ２＋の酸化によって生じたＦｅ３＋の大半は、Ｆｅ３＋の状態を維持したまま、コロイド状物質の凝集反応に利用されると考えられる。そのため、この凝集反応で生成する凝集物は、地下水中の大半のＦｅ３＋を含む。したがって、この凝集物をろ過によって除去することで、酸化した鉄成分を地下水から充分に除去できる。
以上より、第１の実施形態に係る水処理方法によれば、凝集剤の使用量を低減しながら、酸化した鉄成分を地下水からろ過によって充分に除去でき、ろ過後の地下水を分離膜によって処理する際の分離膜の閉塞を低減できる。
加えて、凝集剤の使用量を低減できることから、凝集物の発生量が低く抑えられ、砂ろ過塔に堆積する凝集物の量が少なくなる。その結果、砂ろ過塔のろ過能を回復するための再生の頻度も低くなると期待される。
【0029】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態に係る水処理方法では、地下水が炭酸ガスを含む。第２の実施形態に係る水処理方法では、地下水を空気に曝す前に地下水中のＦｅ２＋を酸化する。
以下、第２の実施形態に係る水処理方法について図面を参照しながら説明する。
第２の実施形態に係る水処理方法では、地下水が炭酸ガスを含む。第２の実施形態に係る水処理方法では、地下水を空気に曝す前に地下水中のＦｅ２＋を酸化する。
以下、第２の実施形態に係る水処理方法について図面を参照しながら説明する。
【0030】
図５は、第２の実施形態に係る水処理方法における地下水源１１と原水処理部１２Ｂを示す模式図である。原水処理部１２Ｂは、管路４５Ｂと原水槽４７と排圧弁４９と第１の酸化剤添加手段５１と第２の酸化剤添加手段５２を有する。管路４５Ｂは、第１の端部が管路２１、２１の両方と接続され、地下水を原水槽４７内に供給する管路である。
【0031】
原水処理部１２Ｂは、下記の点で原水処理部１２Ａと異なる。
・原水処理部１２ＡがｐＨ調整剤添加手段４８を有するのに対し、原水処理部１２ＢはｐＨ調整剤添加手段４８を有しない点。
・第１の酸化剤添加手段５１が管路４５Ｂに設けられている点。
・管路４５Ｂの第２の端部が、原水槽４７内の地下水（液相）に浸漬されている点。
・管路４５Ｂに管路４５Ｂ内の圧力を低減する排圧弁４９が設けられている点。
・原水処理部１２ＡがｐＨ調整剤添加手段４８を有するのに対し、原水処理部１２ＢはｐＨ調整剤添加手段４８を有しない点。
・第１の酸化剤添加手段５１が管路４５Ｂに設けられている点。
・管路４５Ｂの第２の端部が、原水槽４７内の地下水（液相）に浸漬されている点。
・管路４５Ｂに管路４５Ｂ内の圧力を低減する排圧弁４９が設けられている点。
【0032】
第２の実施形態においては、地下水が炭酸ガスを含む。そのため、地下水のｐＨは地下水源１１において初めから７．０未満である。
原水処理部１２Ｂにおいては、地下水は井戸４１、４１のそれぞれから、管路２１、２１をそれぞれ流れ、合流点Ｇで合流する。その後地下水は、管路４５Ｂを流れ、管路４５Ｂ内で第１の酸化剤添加手段５１から供給される酸化剤と混合される。このように原水処理部１２Ｂにおいては、第１の酸化剤添加手段５１によって酸化剤を管路４５Ｂ内の地下水に注入できる。
管路４５Ｂの第２の端部は、原水槽４７内の地下水に浸漬されている。そのため、酸化剤と混合された地下水は、原水槽４７の液相に供給され、その後第２の酸化剤添加手段５２から供給され得る酸化剤と必要に応じて混合される。
このように原水処理部１２Ｂにおいては、地下水が第１の酸化剤添加手段５１から供給される酸化剤と管路４５Ｂ内で混合され、その後、原水槽４７の液相に供給される。そのため、原水処理部１２Ｂによれば、地下水を空気に曝す前に地下水中のＦｅ２＋を酸化してＦｅ３＋とする酸化反応が開始する。
次いで、Ｆｅ３＋によってコロイド状物質を凝集させて凝集物とし、凝集物を含む水を砂ろ過塔１３でろ過して凝集物を除去する（図１参照）。その後、ろ過水は、第１の実施形態で説明した内容と同様にして図１に示す処理システム１によって処理される。
原水処理部１２Ｂにおいては、地下水は井戸４１、４１のそれぞれから、管路２１、２１をそれぞれ流れ、合流点Ｇで合流する。その後地下水は、管路４５Ｂを流れ、管路４５Ｂ内で第１の酸化剤添加手段５１から供給される酸化剤と混合される。このように原水処理部１２Ｂにおいては、第１の酸化剤添加手段５１によって酸化剤を管路４５Ｂ内の地下水に注入できる。
管路４５Ｂの第２の端部は、原水槽４７内の地下水に浸漬されている。そのため、酸化剤と混合された地下水は、原水槽４７の液相に供給され、その後第２の酸化剤添加手段５２から供給され得る酸化剤と必要に応じて混合される。
このように原水処理部１２Ｂにおいては、地下水が第１の酸化剤添加手段５１から供給される酸化剤と管路４５Ｂ内で混合され、その後、原水槽４７の液相に供給される。そのため、原水処理部１２Ｂによれば、地下水を空気に曝す前に地下水中のＦｅ２＋を酸化してＦｅ３＋とする酸化反応が開始する。
次いで、Ｆｅ３＋によってコロイド状物質を凝集させて凝集物とし、凝集物を含む水を砂ろ過塔１３でろ過して凝集物を除去する（図１参照）。その後、ろ過水は、第１の実施形態で説明した内容と同様にして図１に示す処理システム１によって処理される。
【0033】
（第２の実施形態の作用効果）
以上説明した第２の実施形態に係る水処理方法においては、地下水が炭酸ガスを含むため、地下水のｐＨが初めから７．０未満である。この条件下でＦｅ２＋を酸化するため、水酸化鉄がそもそも生じにくく、Ｆｅ３＋が３価の陽イオンの状態を維持できる。したがって、第１の実施形態と同様の作用効果が得られる。
以上説明した第２の実施形態に係る水処理方法においては、地下水が炭酸ガスを含むため、地下水のｐＨが初めから７．０未満である。この条件下でＦｅ２＋を酸化するため、水酸化鉄がそもそも生じにくく、Ｆｅ３＋が３価の陽イオンの状態を維持できる。したがって、第１の実施形態と同様の作用効果が得られる。
【0034】
一般に、炭酸ガスを含む地下水（例えば、被圧地下水）にあっては、空気に曝されることで炭酸ガスが地下水から放出される。
第２の実施形態においては、地下水のｐＨがあらかじめ７．０未満にあることに加えて、その地下水を空気に曝す前にＦｅ２＋を酸化する。そのため、酸成分を使用してｐＨを７．０未満に調整する必要がなく、第１の実施形態と比較して酸成分の使用量を低減でき、水処理の低コスト化を図ることができる。また、原水処理部の構成からｐＨ調整剤添加手段を省略でき、装置構成が簡素化する。
第２の実施形態においては、地下水のｐＨがあらかじめ７．０未満にあることに加えて、その地下水を空気に曝す前にＦｅ２＋を酸化する。そのため、酸成分を使用してｐＨを７．０未満に調整する必要がなく、第１の実施形態と比較して酸成分の使用量を低減でき、水処理の低コスト化を図ることができる。また、原水処理部の構成からｐＨ調整剤添加手段を省略でき、装置構成が簡素化する。
【0035】
地下水が炭酸ガスを含む場合、仮に地下水が原水槽４７内の気相部分で放流された場合には、原水槽４７内の気相の空気に曝されることで、地下水から炭酸ガスが放出され、地下水のｐＨが上昇する可能性がある。
これに対し、第２の実施形態では管路４５Ｂの第２の端部から地下水を原水槽４７内の液相に直接供給できる。そのため、原水槽４７内の気相を経由して地下水が供給されるような第１の実施形態と比較して、原水槽４７内において炭酸ガスが地下水から放出されにくい。よって、第２の実施形態においては第１の実施形態と比較して、炭酸ガスの放出に起因するｐＨの上昇が起きにくく、地下水のｐＨが７．０未満である条件をより確実に保持できる。
したがって、水酸化鉄の生成をさらに確実に低減でき、ろ過水中の鉄成分の残存をさらに確実に低減できると期待される。加えて、Ｆｅ３＋が３価の陽イオンの状態を確実に維持でき、Ｆｅ３＋によるコロイド状物質の凝集効果のさらなる向上も期待できる。
これに対し、第２の実施形態では管路４５Ｂの第２の端部から地下水を原水槽４７内の液相に直接供給できる。そのため、原水槽４７内の気相を経由して地下水が供給されるような第１の実施形態と比較して、原水槽４７内において炭酸ガスが地下水から放出されにくい。よって、第２の実施形態においては第１の実施形態と比較して、炭酸ガスの放出に起因するｐＨの上昇が起きにくく、地下水のｐＨが７．０未満である条件をより確実に保持できる。
したがって、水酸化鉄の生成をさらに確実に低減でき、ろ過水中の鉄成分の残存をさらに確実に低減できると期待される。加えて、Ｆｅ３＋が３価の陽イオンの状態を確実に維持でき、Ｆｅ３＋によるコロイド状物質の凝集効果のさらなる向上も期待できる。
【0036】
＜第３の実施形態＞
以下、第３の実施形態に係る水処理方法について説明する。
第３の実施形態に係る水処理方法では、コロイド状物質を凝集させる際に、凝集剤を使用する。以下、第３の実施形態に係る水処理方法について図面を参照しながら説明する。
以下、第３の実施形態に係る水処理方法について説明する。
第３の実施形態に係る水処理方法では、コロイド状物質を凝集させる際に、凝集剤を使用する。以下、第３の実施形態に係る水処理方法について図面を参照しながら説明する。
【0037】
図６は、第３の実施形態に係る水処理方法における地下水源１１と原水処理部１２Ｃを示す模式図である。原水処理部１２Ｃは、管路４５Ｂと原水槽４７と排圧弁４９と凝集剤添加手段５０と第１の酸化剤添加手段５１と第２の酸化剤添加手段５２を有する。
【0038】
原水処理部１２Ｃは、凝集剤添加手段５０を有する点で原水処理部１２Ｂと異なる。
凝集剤添加手段５０は、原水処理部１２Ｃ内に凝集剤を供給して、凝集剤と地下水とを混合する。凝集剤は特に限定されない。例えば、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、塩化鉄等が挙げられる。
凝集剤添加手段５０は、原水処理部１２Ｃ内に凝集剤を供給して、凝集剤と地下水とを混合する。凝集剤は特に限定されない。例えば、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、塩化鉄等が挙げられる。
【0039】
第３の実施形態においても、地下水は炭酸ガスを含む。そのため、地下水のｐＨは地下水源１１において初めから７．０未満である。
原水処理部１２Ｃにおいては、地下水は原水処理部１２Ｂと同様に井戸４１、４１から流れる。その後、管路４５Ｂ内で第１の酸化剤添加手段５１によって酸化剤と混合され、地下水が空気に曝される前にＦｅ２＋を酸化してＦｅ３＋とする酸化反応が開始する。その後、地下水は原水槽４７の液相に供給され、原水槽４７内で凝集剤添加手段５０から供給される凝集剤と混合される。
このように、第３の実施形態においては、Ｆｅ２＋の酸化反応によって生じるＦｅ３＋に加えて、凝集剤添加手段５０から供給される凝集剤をさらに使用し、コロイド状物質をより確実に凝集させて凝集物とする。
原水処理部１２Ｃにおいては、地下水は原水処理部１２Ｂと同様に井戸４１、４１から流れる。その後、管路４５Ｂ内で第１の酸化剤添加手段５１によって酸化剤と混合され、地下水が空気に曝される前にＦｅ２＋を酸化してＦｅ３＋とする酸化反応が開始する。その後、地下水は原水槽４７の液相に供給され、原水槽４７内で凝集剤添加手段５０から供給される凝集剤と混合される。
このように、第３の実施形態においては、Ｆｅ２＋の酸化反応によって生じるＦｅ３＋に加えて、凝集剤添加手段５０から供給される凝集剤をさらに使用し、コロイド状物質をより確実に凝集させて凝集物とする。
【0040】
（第３の実施形態の作用効果）
以上説明した第３の実施形態に係る水処理方法においても、地下水のｐＨが７．０未満である条件下で、地下水中のＦｅ２＋を酸化するため、第１の実施形態と同様の作用効果が得られる。また、地下水が炭酸ガスを含み、地下水を空気に曝す前に地下水中のＦｅ２＋の酸化反応を開始し、その後地下水を原水槽４７の液相に供給するため、第２の実施形態と同様の作用効果も得られる。
加えて、第３の実施形態に係る水処理方法によれば、Ｆｅ３＋に加えて、凝集剤をさらに使用するため、コロイド状物質をさらに確実に凝集させることができる。第３の実施形態に係る水処理方法においても、第１の実施形態、第２の実施形態と同様の理由から、Ｆｅ３＋をコロイド状物質の凝集剤として利用できる。そのため、このＦｅ３＋と併用することで、凝集剤添加手段５０から供給される凝集剤の使用量を低く抑えることができる。
したがって、従来の方法と比較して凝集剤添加手段５０から供給される凝集剤の使用量が少量であっても、シリカ、有機物等のコロイド状物質の充分な凝集効果を期待でき、鉄成分等のろ過不良が起きにくく、地下水から鉄成分等をろ過によって充分に除去できる。
以上説明した第３の実施形態に係る水処理方法においても、地下水のｐＨが７．０未満である条件下で、地下水中のＦｅ２＋を酸化するため、第１の実施形態と同様の作用効果が得られる。また、地下水が炭酸ガスを含み、地下水を空気に曝す前に地下水中のＦｅ２＋の酸化反応を開始し、その後地下水を原水槽４７の液相に供給するため、第２の実施形態と同様の作用効果も得られる。
加えて、第３の実施形態に係る水処理方法によれば、Ｆｅ３＋に加えて、凝集剤をさらに使用するため、コロイド状物質をさらに確実に凝集させることができる。第３の実施形態に係る水処理方法においても、第１の実施形態、第２の実施形態と同様の理由から、Ｆｅ３＋をコロイド状物質の凝集剤として利用できる。そのため、このＦｅ３＋と併用することで、凝集剤添加手段５０から供給される凝集剤の使用量を低く抑えることができる。
したがって、従来の方法と比較して凝集剤添加手段５０から供給される凝集剤の使用量が少量であっても、シリカ、有機物等のコロイド状物質の充分な凝集効果を期待でき、鉄成分等のろ過不良が起きにくく、地下水から鉄成分等をろ過によって充分に除去できる。
【0041】
＜他の実施形態＞
以上いくつかの実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施できる。
例えば、鉄を酸化し、次いでコロイド状物質をＦｅ３＋で凝集させる際においては、発明の効果が得られる範囲内であれば、地下水のｐＨは厳密に７．０未満でなくてもよい。発明の効果が得られる範囲内としては、Ｆｅ３＋からＦｅ（ＯＨ）２ ＋、Ｆｅ（ＯＨ）２＋が生成する反応を抑制でき、かつ、Ｆｅ３＋が地下水中で３価の陽イオンの状態を維持できるようなｐＨの範囲内が考えられる。
例えば、図１に示す地下水源１１においては、井戸の数が２つであるが、他の実施形態において井戸の数は１つでもよく、３つ以上でもよい。
他にも、図１に示す処理システム１に係る実施形態においては、中間水槽１５のろ過水は、限外ろ過膜ろ過装置１６又は逆浸透膜ろ過装置１７のいずれか一方によって処理されるが、他の実施形態においては限外ろ過膜ろ過装置１６及び逆浸透膜ろ過装置１７の両方によって中間水槽１５内のろ過水を処理してもよい。
他にも、処理システム１において、管路２２～２８は、説明の便宜上、「管路」の語を用いて説明したが、管路２２～２８は、大気開放下で水が空気に曝されながら流れるような流路の形態であってもよい。
以上いくつかの実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施できる。
例えば、鉄を酸化し、次いでコロイド状物質をＦｅ３＋で凝集させる際においては、発明の効果が得られる範囲内であれば、地下水のｐＨは厳密に７．０未満でなくてもよい。発明の効果が得られる範囲内としては、Ｆｅ３＋からＦｅ（ＯＨ）２ ＋、Ｆｅ（ＯＨ）２＋が生成する反応を抑制でき、かつ、Ｆｅ３＋が地下水中で３価の陽イオンの状態を維持できるようなｐＨの範囲内が考えられる。
例えば、図１に示す地下水源１１においては、井戸の数が２つであるが、他の実施形態において井戸の数は１つでもよく、３つ以上でもよい。
他にも、図１に示す処理システム１に係る実施形態においては、中間水槽１５のろ過水は、限外ろ過膜ろ過装置１６又は逆浸透膜ろ過装置１７のいずれか一方によって処理されるが、他の実施形態においては限外ろ過膜ろ過装置１６及び逆浸透膜ろ過装置１７の両方によって中間水槽１５内のろ過水を処理してもよい。
他にも、処理システム１において、管路２２～２８は、説明の便宜上、「管路」の語を用いて説明したが、管路２２～２８は、大気開放下で水が空気に曝されながら流れるような流路の形態であってもよい。
【実施例】
【0042】
以下、本発明を実施例によってより具体的に説明する。本発明は、以下の記載によって限定されない。
【0043】
＜測定方法＞
ろ過水の鉄の濃度は、ポータブル吸光光度計（ＨＡＣＨ社製「ＤＲ１９００）を使用して測定した。
ろ過水の色度は、濁色度計（共立理化社製「ＤＴＣ－４ＤＧ」）を使用して測定した。
ろ過水の濁度は、濁色度計（共立理化社製「ＤＴＣ－４ＤＧ」）を使用して測定した。
ろ過水の鉄の濃度は、ポータブル吸光光度計（ＨＡＣＨ社製「ＤＲ１９００）を使用して測定した。
ろ過水の色度は、濁色度計（共立理化社製「ＤＴＣ－４ＤＧ」）を使用して測定した。
ろ過水の濁度は、濁色度計（共立理化社製「ＤＴＣ－４ＤＧ」）を使用して測定した。
【0044】
＜地下水＞
本実施例及び比較例で使用した地下水は、シリカ、有機物等のコロイド状物質、鉄：３ｍｇ／Ｌ、マンガン：０．６ｍｇ／Ｌに加えて、炭酸イオンをさらに含む。空気に曝す前の地下水のｐＨは７．２であった。
本実施例及び比較例で使用した地下水は、シリカ、有機物等のコロイド状物質、鉄：３ｍｇ／Ｌ、マンガン：０．６ｍｇ／Ｌに加えて、炭酸イオンをさらに含む。空気に曝す前の地下水のｐＨは７．２であった。
【0045】
＜実施例１～３＞
実施例１～３では、地下水に次亜塩素酸ナトリウムを添加する前に、表１に示すｐＨとなるように地下水に硫酸を添加して地下水のｐＨを７．０未満に調整した。次いで、次亜塩素酸ナトリウムを地下水に添加して地下水中のＦｅ２＋を酸化してＦｅ３＋とし、地下水中のシリカ、有機物等のコロイド状物質を凝集させ、５Ａろ紙でろ過した。ろ過水中の鉄の濃度、色度、濁度を表１に示す。
実施例１～３では、地下水に次亜塩素酸ナトリウムを添加する前に、表１に示すｐＨとなるように地下水に硫酸を添加して地下水のｐＨを７．０未満に調整した。次いで、次亜塩素酸ナトリウムを地下水に添加して地下水中のＦｅ２＋を酸化してＦｅ３＋とし、地下水中のシリカ、有機物等のコロイド状物質を凝集させ、５Ａろ紙でろ過した。ろ過水中の鉄の濃度、色度、濁度を表１に示す。
【0046】
【表1】
【0047】
＜比較例１＞
比較例１では、地下水のｐＨを調整する前に、次亜塩素酸ナトリウムを地下水に添加して地下水中のＦｅ２＋を酸化してＦｅ３＋とし、次いで、ｐＨが６．２となるように硫酸を添加した。その後、地下水中のシリカ、有機物等のコロイド状物質を凝集させ、５Ａろ紙でろ過した。ろ過水中の鉄の濃度、色度、濁度を表２に示す。
比較例１では、地下水のｐＨを調整する前に、次亜塩素酸ナトリウムを地下水に添加して地下水中のＦｅ２＋を酸化してＦｅ３＋とし、次いで、ｐＨが６．２となるように硫酸を添加した。その後、地下水中のシリカ、有機物等のコロイド状物質を凝集させ、５Ａろ紙でろ過した。ろ過水中の鉄の濃度、色度、濁度を表２に示す。
【0048】
＜比較例２～４＞
比較例２～４では、次亜塩素酸ナトリウムの添加後に、硫酸の代わりに表２に示すｐＨとなるように水酸化ナトリウムを地下水に添加した以外は、比較例１と同様にしてろ過水を得た。ろ過水中の鉄の濃度、色度、濁度を表２に示す。
比較例２～４では、次亜塩素酸ナトリウムの添加後に、硫酸の代わりに表２に示すｐＨとなるように水酸化ナトリウムを地下水に添加した以外は、比較例１と同様にしてろ過水を得た。ろ過水中の鉄の濃度、色度、濁度を表２に示す。
【0049】
【表2】
【0050】
表１に示すように、地下水のｐＨを７．０未満に調整した後に地下水中のＦｅ２＋を酸化した実施例１～３では、ろ過水中の鉄の濃度を充分に低減できた。
これに対して、次亜塩素酸ナトリウムの添加後にｐＨを６．２に調整した比較例１では、ろ過水中の鉄の濃度が実施例１～３と比較して高く、鉄を充分に除去できなかった。
比較例２～４ではＦｅ２＋を酸化してＦｅ３＋とした後に、ｐＨを塩基性側に調整した。Ｆｅ３＋を含む水酸化鉄は塩基性側で溶解度が低くなり、沈殿しやすい性質があるが、表２に示すように酸化後にｐＨを塩基性側に調整しても、ろ過水に鉄成分が残存した。また、比較例４のろ過水の色度は高く、ろ過不良が起きていることが示唆された。
これらの結果から、本実施形態に係る水処理方法によれば、凝集剤の使用量を低減しながら、酸化した鉄成分を地下水からろ過によって充分に除去できると考えられた。なお、比較例３において、ろ過水の鉄の濃度が比較例１より低いにもかかわらず、色度が比較例１よりも高くなっているのは、色度計による測定の誤差の範囲内である。
これに対して、次亜塩素酸ナトリウムの添加後にｐＨを６．２に調整した比較例１では、ろ過水中の鉄の濃度が実施例１～３と比較して高く、鉄を充分に除去できなかった。
比較例２～４ではＦｅ２＋を酸化してＦｅ３＋とした後に、ｐＨを塩基性側に調整した。Ｆｅ３＋を含む水酸化鉄は塩基性側で溶解度が低くなり、沈殿しやすい性質があるが、表２に示すように酸化後にｐＨを塩基性側に調整しても、ろ過水に鉄成分が残存した。また、比較例４のろ過水の色度は高く、ろ過不良が起きていることが示唆された。
これらの結果から、本実施形態に係る水処理方法によれば、凝集剤の使用量を低減しながら、酸化した鉄成分を地下水からろ過によって充分に除去できると考えられた。なお、比較例３において、ろ過水の鉄の濃度が比較例１より低いにもかかわらず、色度が比較例１よりも高くなっているのは、色度計による測定の誤差の範囲内である。
【符号の説明】
【0051】
１ 水処理システム
１１ 地下水源
１２ 原水処理部
１３ 砂ろ過塔
１４ 活性炭
１５ 中間水槽
１６ 限外ろ過膜ろ過装置
１７ 逆浸透膜ろ過装置
１９ 処理水槽
４５ 管路
４７ 原水槽
４８ ｐＨ調整剤添加手段
５０ 凝集剤添加手段
５１ 第１の酸化剤添加手段
５２ 第２の酸化剤添加手段
１１ 地下水源
１２ 原水処理部
１３ 砂ろ過塔
１４ 活性炭
１５ 中間水槽
１６ 限外ろ過膜ろ過装置
１７ 逆浸透膜ろ過装置
１９ 処理水槽
４５ 管路
４７ 原水槽
４８ ｐＨ調整剤添加手段
５０ 凝集剤添加手段
５１ 第１の酸化剤添加手段
５２ 第２の酸化剤添加手段
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】