CN110382421A - 离子除去装置 - Google Patents

Abstract

离子除去装置具备容纳硬水的硬水容纳部、和产生微细气泡并供给至硬水容纳部的微细气泡产生单元，在硬水容纳部使硬水中的金属离子吸附至微细气泡，将金属离子从硬水中除去。

Description

离子除去装置

技术领域

本发明涉及离子除去装置。

背景技术

以往公开了除去硬水中的金属离子的离子除去装置(例如参见专利文献1)。

专利文献1的离子除去装置是通过离子交换树脂除去硬水中的金属离子(钙离子和镁离子)的装置。具体而言，向包含表面附着有钠离子的离子交换树脂的处理槽中流入硬水，由此将硬水中的金属离子置换为钠离子，将金属离子从硬水中除去。由此，使硬水的硬度降低而生成软水。硬水中存在的金属离子被捕捉到离子交换树脂的表面。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-140840号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，对于专利文献1的离子除去装置而言，为了再生捕捉了金属离子的离子交换树脂，需要大量的盐水，存在维护麻烦的课题。另外，若进行再生处理，则会产生包含大量盐水的再生废水，还存在土壤污染、下水处理的负担增大的课题。此外，利用离子除去装置进行了软水化的处理水的钠离子的浓度高，根据地域的不同，有时并不推荐作为饮用水。

这样，对于使用了离子交换树脂的离子除去装置而言，从维护性和环境性的观点出发，存在改善的余地。

因此，本发明的目的在于解决上述问题，提供一种维护性和环境性优异的离子除去装置。

用于解决课题的手段

为了达到上述目的，本发明的离子除去装置具备：容纳硬水的硬水容纳部；和产生微细气泡并供给至上述硬水容纳部的微细气泡产生单元，在上述硬水容纳部中使硬水中的金属离子吸附至微细气泡，将金属离子从硬水中除去。

发明的效果

根据本发明，可以提供一种维护性和环境性优异的离子除去装置。

附图说明

图1是实施方式1的离子除去装置的示意图。

图2是用于说明利用实施方式1的离子除去装置进行的金属离子的吸附的假设原理的示意图。

图3是用于说明利用实施方式1的离子除去装置进行的金属离子的结晶化的假设原理的示意图。

图4是用于说明利用实施方式1的离子除去装置进行的再生处理的假设原理的示意图。

图5A是表示实施方式1的实施例1中从发生微细气泡产生起经过规定时间后的状态的图。

图5B是表示实施方式1的实施例1中从图5A所示的状态起进一步经过规定时间后的状态的图。

图6是表示实施方式1的实施例1的结果的图。

图7是用于说明利用实施方式2的离子除去装置进行的金属离子的吸附的假设原理的示意图。

图8是用于说明利用实施方式2的离子除去装置进行的金属离子的结晶化的假设原理的示意图。

图9是用于说明利用实施方式3的离子除去装置进行的金属离子的吸附的假设原理的示意图。

图10是用于说明利用实施方式3的离子除去装置进行的金属离子的吸附和结晶化的假设原理的示意图。

图11是表示实施方式3的实施例2-4中使用的装置的示意性构成的图。

图12是表示金属成分在硬水中发生了结晶化的状态的图。

图13A是表示实施方式3的实施例2的结果的图。

图13B是表示实施方式3的实施例2的结果的图。

图14A是表示实施方式3的实施例3的结果的图。

图14B是表示实施方式3的实施例3的结果的图。

图14C是表示实施方式3的实施例3的结果的图。

图15A是表示实施方式3的实施例4的结果的图。

图15B是表示实施方式3的实施例4的结果的图。

图15C是表示实施方式3的实施例4的结果的图。

图15D是表示实施方式3的实施例4的结果的图。

图16是表示实施例5的结果的图。

图17A是表示实施例6的结果的图(Ca硬度)。

图17B是表示实施例6的结果的图(总硬度)。

具体实施方式

本发明人们进行了深入研究的结果发现，在将金属离子从硬水中除去的离子除去技术(软水化技术)中，通过使用以往未使用过的“微细气泡”，能够促进金属离子的除去，从而完成了实施方式的发明。特别是发现：通过改变作为微细气泡产生源的气体的种类，能够进一步促进金属离子的除去效果。

以下，基于附图对本发明的实施方式1-3进行详细说明。

(实施方式1)

图1是表示实施方式1中的离子除去装置2的示意性构成的图。

<整体结构>

离子除去装置2是将金属离子从硬水中除去的装置。此处的金属离子是指钙离子(Ca²⁺)和镁离子(Mg²⁺)。实施方式1中的离子除去装置2为下述的软水化装置：其通过从硬水中除去金属离子而进行分离，从而将硬水中的金属离子的浓度(硬度)降低至规定浓度以下，由此制造软水。

如图1所示，实施方式1中的离子除去装置2具备硬水供给配管4、微细气泡产生单元6、处理槽8、分离单元10、软水取出配管12、和分离水排出配管14。

硬水供给配管4为供给硬水的配管。硬水供给配管4为供给硬水的硬水供给单元的一例。另外，硬水供给配管4为容纳硬水的硬水容纳部。

微细气泡产生单元6为产生微细气泡的单元。微细气泡是指直径为100μm以下的气泡。微细气泡包括微米级气泡(直径例如为1μm以上且100μm以下)和纳米级气泡(直径例如小于1μm)。微米级气泡可以为水处理领域中的本领域技术人员能够识别为微米数量级的气泡直径的气泡，纳米级气泡可以为水处理领域中的本领域技术人员能够识别为纳米数量级的气泡直径的气泡。微细气泡具有下述不同于通常气泡的性质：在水中的停留时间长；作为气泡单一物质，直径难以增大，难以与其它气泡合体；接触面积大，容易发生化学反应；等等。

需要说明的是，作为微细气泡，也可以以少许比例包含直径为100μm以上的气泡(毫米级气泡等)。例如，可以将直径100μm以下的比例为90％以上的气泡定义为微细气泡。除此以外，也可以附加直径60μm以下的比例为50％以上、直径20μm以下的比例为5％以上等条件。另外，在测定气泡的直径(气泡直径)时，例如可以利用高速照相机直接拍摄处理槽8，并通过图像处理利用3点法计算出气泡直径，或者也可以利用除此以外的任意方法进行测定。关于测定气泡直径的时刻，只要是气泡停留于硬水容纳部的时间则可以为任意时刻。需要说明的是，上述使用高速照相机的测定方法的条件的一例如下所述。

高速照相机：FASTCAM 1024PCI(PHOTRON LIMITED.)

镜头系统：Z16APO(Leica公司)物镜Planapo 2.0x(Leica公司)

拍摄速度：1000fps

快门速度：1/505000sec

图像区域：1024×1024pixel(微米级气泡拍摄区域为1.42mm×1.42mm、毫米级气泡拍摄区域为5.69mm×5.69mm)

图像处理软件：Image-Pro Plus(Media Cybermetics公司)

实施方式1中的微细气泡产生单元6与硬水供给配管4相邻地形成，是能够将所产生的微细气泡直接供给至硬水供给配管4的装置。

实施方式1中的微细气泡产生单元6具有基于从多种气体中选择的一种气体来产生微细气泡的功能。微细气泡产生单元6例如能够从空气和二氧化碳这两种气体中选择微细气泡的产生源，基于该产生源来产生微细气泡。

实施方式1的离子除去装置2在向硬水供给微细气泡而进行软水化的软水化处理中，基于“空气”来产生微细气泡并供给至硬水供给配管4。此外，在软水化处理后的再生处理中，基于“二氧化碳”而非空气来产生微细气泡，并供给至硬水供给配管4。

通过将空气的微细气泡供给至硬水中，具体原理如后所述，能够使硬水中的金属离子吸附至微细气泡，同时使吸附的金属离子结晶化而作为金属成分析出，从而从硬水中除去。

处理槽8为用于对供给有微细气泡的硬水进一步进行处理的槽。与上述硬水供给配管4同样地，处理槽8为容纳硬水的硬水容纳部。在硬水供给配管4的前端部连接有处理槽8。处理槽8中设有分离单元10(端部4a和吸附板11)、软水取出配管12和分离水排出配管14。

分离单元10为用于将结晶化而析出的金属成分从硬水中分离的单元。实施方式1中的分离单元10由硬水供给配管4的端部4a和多个吸附板11构成。

硬水供给配管4的端部4a被配置成与处理槽8的外周部连接、并且向从处理槽8的中心轴偏心的方向排水。通过这种偏心配置，在被排水到处置层8的液体中能够形成回旋流。通过回旋流的形成，能够使比重大的金属成分在处理槽8中从中心轴向外侧移动而进行离心分离。

吸附板11为具有吸附结晶化而析出的金属成分的功能的板。

软水取出配管12为用于将通过处理槽8的处理而使硬度降低至规定以下的软水取出的构件。软水取出配管12为取出软水的软水取出单元的一例。作为硬水和软水的定义，例如可以使用WHO的定义。即可以将硬度小于120mg/L定义为软水，将硬度120mg/L以上定义为硬水。

如图1所示，软水取出配管12中，上游侧端部配置于与处理槽8的中心轴大致重叠的位置上，以使得将处理槽8内的水吸上来。通过这种配置，软水取出配管12能够将不含被回旋流离心分离了的金属成分的处理水(例如软水)取出。

分离水排出配管14为用于排出由金属离子结晶化了的金属成分经浓缩后的分离水的构件。分离水排出配管14为排出分离水的分离水排出单元的一例。分离水排出配管14在处理槽8的上方端部连接于处理槽8的外周部。通过这种配置，分离水排出配管14能够将含有被回旋流离心分离了的金属成分的分离水取出。

<软水化处理>

在这种构成中，微细气泡产生单元6基于“空气”产生微细气泡，并将空气的微细气泡供给至硬水中，由此进行软水化处理。

推测通过空气的微细气泡被供给至硬水供给配管4，对于硬水中的金属离子产生下述(1)、(2)栏中记载的作用。具体而言，推测：通过使硬水中的金属离子吸附至微细气泡，并且使所吸附的金属离子结晶化，能够将金属离子从硬水中除去。具体而言，如下所述。需要说明的是，并不限于下述(1)、(2)栏中记载的特定的原理。

(1)金属离子的吸附

如图2所示，若空气的微细气泡被供给至硬水中，则在微细气泡的表面混合存在H⁺(氢离子)与OH^-(氢氧化物离子)，H⁺带正电荷，OH^-带负电荷(图2中仅图示OH^-)。另一方面，在硬水中，作为带正电荷的金属离子，存在Ca²⁺和Mg²⁺。在下述说明中，作为金属离子，以Ca²⁺为例来进行说明。

具有正电荷的Ca²⁺通过分子间力的作用(离子间相互作用)被吸附至存在于微细气泡表面的OH^-。如此能够使Ca²⁺吸附至微细气泡。需要说明的是，在微细气泡的表面存在与Ca²⁺排斥的H⁺，但认为OH^-优先于H⁺而发生作用，吸附Ca²⁺。

(2)金属离子的结晶化

除了图2所示的反应以外，通过将空气的微细气泡供给至硬水中，可促进图3所示的反应。具体而言，被供给至硬水中的空气的微细气泡不同于通常的气泡，其难以浮起，渐渐溶出到硬水中，因此表面张力增加，如图3所示逐渐地收缩。如上所述，在微细气泡的表面附着有Ca²⁺。更具体而言，作为可溶性的Ca(HCO₃)₂(碳酸氢钙)的钙离子而存在。此处，若微细气泡逐渐地收缩，则微细气泡表面上的Ca²⁺的溶解浓度升高。由于溶解浓度的升高，在某一时刻达到过饱和的状态，Ca²⁺发生结晶化而析出。若以具体的化学式表示，则如下述式1所示。

(式1)

Ca(HCO₃)₂→CaCO₃+CO₂+H₂O

CaCO₃(碳酸钙)为不溶性(非水溶性)，因此作为结晶析出。由此，作为Ca(HCO₃)₂的Ca²⁺溶解的物质作为结晶而析出。通过促进这种反应，能够将金属离子的Ca²⁺从硬水中除去。

需要说明的是，在相同的水中也可发生与式1反向的反应，但推测：通过持续供给微细气泡，在该平衡关系中优先地进行式1方向的反应。

之后，添加有微细气泡的水从硬水供给配管4的端部4a向从处理槽8的中心轴偏心的方向被排出，由此产生圆周方向的回旋流。之后，从端部4a继续排出处理水，由此处理水一边在圆周方向旋转一边渐渐上升。上述“(1)金属离子的吸附”和“(2)金属离子的结晶化”的反应在硬水供给配管4和处理槽8发生。即，在容纳硬水的硬水容纳部发生该反应。

如上所述，在处理槽8的内部设有多个吸附板11。由此，在“(2)金属离子的结晶化”一栏中说明过的发生结晶化而析出的CaCO₃在被回旋流离心分离的途中被吸附至吸附板11。由此，能够将来自Ca²⁺的金属成分分离而除去。

另一方面，未被吸附板11吸附而残留的CaCO₃在处理槽8中进一步向外侧移动。之后，从设置于处理槽8的上端部的排出部14以包含在分离水中的形式被排出到外部。

金属离子和金属成分被分离而软水化了的水从软水取出配管12被取出。如此，可以将硬水软水化。

<再生处理>

通过进行软水化处理，发生结晶化而析出的CaCO₃附着于吸附板11、处理槽8的内壁。作为用于使该CaCO₃返回到Ca(HCO₃)₂的处理，进行再生处理。具体而言，微细气泡产生单元6基于与软水化处理时不同的气体而产生微细气泡，并供给至硬水供给配管4。

实施方式1中的微细气泡产生单元6使用“二氧化碳”作为再生处理用的气体。

如图4所示，通过对附着于处理槽8的内壁、吸附板11的CaCO₃供给二氧化碳的微细气泡，可促进下述反应。

(式2)

CaCO₃+CO₂+H₂O→Ca(HCO₃)₂

通过该反应，由不溶性的CaCO₃生成可溶性(水溶性)的Ca(HCO₃)₂。Ca(HCO₃)₂渐渐溶出到水中，如上所述从分离水排出配管14被排出。由此，能够将存在于处理槽8内的不溶性的CaCO₃排出到外部，恢复到原本的状态。之后，可以重新实施上述软水化处理。

需要说明的是，上述说明中，作为金属离子，以Ca²⁺为例进行了说明，但推测Mg²⁺也是发生同样的反应。

如上所述，实施方式1的离子除去装置2利用微细气泡进行软水化处理和再生处理。特别是在软水化处理中，通过将空气的微细气泡供给至硬水中，能够使金属离子吸附至微细气泡，并且使吸附的金属离子结晶化而作为金属成分析出。通过将这些金属离子和金属成分从硬水中分离，能够生成软水。

根据这种方法，由于与使用离子交换树脂的情况不同，是利用空气、二氧化碳之类的气体进行的处理，因此不像离子交换树脂时那样需要用于再吸附钠离子的大量的盐水等。由此，再生处理简单，维护变得容易。

另外，由于也不像离子交换树脂时那样产生包含盐水的再生废水，因此也不存在土壤污染、下水处理增大的课题，环境性优异。

此外，由于也不像离子交换树脂时那样处理水中的钠离子的浓度升高，因此作为饮用水也是推荐的。

如此，能够提供维护性和环境性优异的离子除去装置2。

如上所述，实施方式1的离子除去装置2具备容纳硬水的处理槽8(硬水容纳部)、和产生微细气泡并供给至处理槽8的微细气泡产生单元6。微细气泡产生单元6将所产生的微细气泡供给至处理槽8，由此在处理槽8中使硬水中的金属离子吸附至微细气泡，将金属离子从硬水中除去。即，实施方式1的离子除去方法包括产生微细气泡的产生步骤、和将所产生的微细气泡供给至硬水中的第一供给步骤，在第一供给步骤中，使硬水中的金属离子吸附至微细气泡，将金属离子从硬水中除去。

根据这种构成和方法，与使用离子交换树脂时相比，能够提供维护性和环境性优异的离子除去装置2。

进而，实施方式1的离子除去装置2在处理槽8中使吸附至微细气泡的金属离子(伴随着微细气泡的收缩)发生结晶化而析出。即，实施方式1的离子除去方法使通过第一供给步骤吸附至微细气泡的金属离子(伴随着微细气泡的收缩)发生结晶化而析出。

根据这种构成和方法，除了金属离子的吸附外还进行金属离子的结晶化，由此能够促进金属离子的除去。

此外，实施方式1的离子除去装置2在处理槽8中进一步具备分离结晶化了的结晶的分离单元10。即，实施方式1的离子除去方法进一步包括将在第一供给步骤中发生结晶化而析出的结晶进行分离的分离步骤。

根据这种构成和方法，能够促进软水的生成。

进而，根据实施方式1的离子除去装置2，微细气泡产生单元6在软水化处理中吸入空气并使其产生为微细气泡。同样地，实施方式1的离子除去方法在产生微细气泡的产生步骤中由空气产生微细气泡。

根据这种构成和方法，由于使用空气，因此能够将微细气泡的产生所耗费的成本控制得极低。

进而，实施方式1的离子除去装置2中，微细气泡产生单元6从硬水中除去金属离子后，将二氧化碳的微细气泡供给至处理槽8，由此进行再生处理。同样地，实施方式1的离子除去方法进一步包括下述再生步骤：在第一供给步骤中将金属离子从硬水中除去后，供给二氧化碳的微细气泡，由此进行再生处理。

根据这种构成和方法，能够促进由不溶性的CaCO₃生成可溶性的Ca(HCO₃)₂的反应，能够促进再生处理。

(实施例1)

接着，对实施方式1的实施例1进行说明。

该实施例1是本发明人们对实施方式1的<软水化处理>一栏中说明的内容进行了实验的实施例。具体而言，利用图5A、5B所示的装置20进行了实验。其结果得到了图6所示的结果。

图5A、5B是表示本实施例1中使用的装置20的示意性构成的图。图5A表示从产生微细气泡起经过规定时间后(具体为经过15秒后)的状态，图5B表示从图5A所示的状态起进一步经过规定时间后(具体为经过45秒后)的状态。图5A的状态对应于图6中的微细气泡产生后的经过时间为15秒的状态，图5B的状态对应于图6中的微细气泡产生后的经过时间为60秒的状态。

图5A、5B所示的装置20是在容纳硬水21的水槽22(硬水容纳部)中能够从底面侧供给微细气泡23的实验装置。装置20中，能够在底面侧和水面侧这2处测定硬水21中的金属离子的浓度。利用这种装置20向水槽22内供给微细气泡23，检测出底面侧和水面侧的金属离子的浓度推移，结果得到图6所示的结果。

根据图6所示的结果，证实了实施方式1的<软水化处理>一栏中说明的“利用微细气泡产生的金属离子的吸附”的效果。具体结果如后所述。

如图5A、5B所示，装置20具备水槽22、气体供给部24、第一配管25、微细气泡产生部26、第二配管27、泵28、第一取水部30、第二取水部32、和金属离子浓度检测器34。

水槽22为容纳硬水21的水槽。在图5A、5B所示的例中，水槽22构成为上下方向上长的槽。气体供给部24为介由第一配管25向微细气泡产生部26供给气体的构件。微细气泡产生部26为基于由气体供给部24供给的气体来产生微细气泡23的装置。微细气泡产生部26对应于上述实施方式1的微细气泡产生单元6。由气体供给部24向微细气泡产生部26的气体供给通过介由利用泵28的第二配管27的负压作用来进行。

第一取水部30为从水槽22的底面22a附近取得硬水21的样品水的构件。第二取水部32为从水槽22的水面22b附近取得样品水的构件。第一取水部30和第二取水部32的高度位置可以设定为任意的位置，可以将第一取水部30至第二取水部32的距离D1调整为所期望的值。

在图5A、5B所示的例中，第一取水部30的高度位置设定为与微细气泡产生部26产生微细气泡23的高度位置大致相同的位置。

金属离子浓度检测器34为对由第一取水部30和第二取水部32取得的样品水中的金属离子的浓度进行检测的构件。

在上述构成中若运转微细气泡产生部26和泵28，则通过介由利用泵28的第二配管27的负压作用，从气体供给部24介由第一配管25向微细气泡产生部26输送气体。将该气体作为原料，微细气泡产生部26产生微细气泡23，并向水槽22供给(图5A的箭头A1)。

使微细气泡26和泵28运转规定期间(本实施例1中为15秒)，持续产生微细气泡23。

之后，停止微细气泡26和泵28的运转。运转停止后，设置规定的休止期间(本实施例1中为45秒)。

如图5A所示，通过目视确认到：在运转期间的结束时(微细气泡产生起15秒后)，供给至水槽22内的微细气泡23在硬水21内上升(箭头A2)，停留于水槽22的下方部分。

如图5B所示，通过目视确认到：在休止期间的结束时(微细气泡产生起60秒后)，供给至硬水21中的微细气泡23进一步上升并到达至水面22b(箭头A3)，停留于水槽22的上方部分。

在上述运转中的规定时刻从第一取水部30和第二取水部32取出样品水，利用金属离子浓度检测器34测定金属离子的浓度，将结果示于图6。

以下记载关于图6的结果的具体实验条件。

(实验条件)

气体供给部24所供给的气体的种类：空气

硬水21的硬度：约300mg/L

硬水21的温度：25℃

从第一取水部30至第二取水部32的距离D1：约1m

微细气泡产生部26和泵28的运转期间：15秒

微细气泡产生部26和泵28的休止期间：45秒

金属离子浓度检测器34：堀场制作所制造LAQUA F-70

测定对象的金属离子：Ca²⁺

样品水的取出时刻：运转开始起0秒后、15秒后、30秒后、60秒后

图6中，横轴表示微细气泡产生后的经过时间(秒)，纵轴表示利用金属离子浓度检测器34检测出的金属离子(Ca²⁺)的浓度推移(％)。金属离子的浓度推移表示的是将在运转开始时测定的金属离子浓度设为100％时的金属离子浓度的推移。

如图6所示，在水槽22的底面22a附近从第一取水部30抽出的样品水的浓度在经过15秒时上升至约108％。在之后的休止期间逐渐地减少，最终递减至约97％。

另一方面，在水槽22的水面22b附近从第二取水部32抽出的样品水的浓度在至经过15秒时为止基本上维持了100％，然后在之后的休止期间逐渐地增加，最终递增至约115％。

若对上述金属离子浓度推移的结果和微细气泡23的行为进行关联，如下所述。

在图5A所示的经过15秒时，在微细气泡23停留的第一取水部30的样品水中，金属离子浓度上升。另一方面，在微细气泡23未停留的第二取水部32的样品水中，金属离子浓度基本上不发生变化。

在图5B所示的经过60秒时，在微细气泡23未停留的第一取水部30的样品水中，金属离子浓度减少至将近100％。另一方面，在微细气泡23停留的第二取水部32的样品水中，金属离子浓度大幅上升。

根据这样的结果推测：硬水21中的金属离子Ca²⁺被微细气泡23吸附，伴随着微细气泡23的上升而一起上升。

基于上述推测，证实了实施方式1的<软水化处理>一栏中说明的“利用微细气泡产生的金属离子的吸附”的效果。

(实施方式2)

对本发明的实施方式2的离子除去装置进行说明。需要说明的是，在实施方式2中，主要对与实施方式1的不同点进行说明。在实施方式2中，对于与实施方式1相同或同等的构成附以相同附图标记来进行说明。另外，在实施方式2中，省略与实施方式1重复的记载。

在实施方式2中，作为软水化处理中的微细气泡的气体，使用氮而非空气，这点与实施方式1不同。

推测：通过由微细气泡产生单元6产生氮的微细气泡并供给至硬水中，除了上述的“(1)金属离子的吸附”、“(2)金属离子的结晶化”的作用以外，还可促进下述(3)、(4)一栏中记载的作用。需要说明的是，并不限于下述(3)、(4)一栏中记载的特定原理。

(3)金属离子的吸附的促进

如图7(a)所示，在微细气泡的周围，H⁺和OH^-带电。如上所述，带正电荷的Ca²⁺被带负电荷的OH^-吸附。这种状况下，在使用氮作为微细气泡的情况下，可促进下述式3的反应。

(式3)

N₂+6H⁺+6e^-→2NH₃

NH₃+H₂O→NH₄ ⁺+OH^-

通过促进式3的反应，如图7(b)所示，H⁺离子的数目相对于OH^-离子的数目减少。由此，作为微细气泡，负电荷增强，具有正电荷的Ca²⁺容易被吸附。

如实施方式2那样使用氮的情况下，与实施方式1那样使用空气的情况相比，能够促进上述式3的离子吸附反应，因此金属离子的吸附被进一步促进。由此，能够从硬水中分离除去更多的金属离子。

需要说明的是，推测上述原理并不限于氮，只要是能够与H⁺离子反应而使得相对于OH^-离子的数目的H⁺离子数目减少的气体，即可以同样适用。

(4)金属离子的结晶化的促进

氮为不同于空气的不活泼性气体，因此在供给至硬水中时，成为硬水中包含的气体的分压平衡被破坏的状态。由此，图8所示的反应被促进。

如图8所示，对于由氮构成的微细气泡，若溶于硬水中的其它气体成分置换则发生作用。在图8所示的例中，存在于微细气泡周围的Ca(HCO₃)₂中包含CO₂，若该CO₂被抽出并置换为氮则发生作用。即，可促进下述反应。

(式4)

Ca(HCO₃)₂→CaCO₃+CO₂+H₂O

这样，发生由可溶性的Ca(HCO₃)₂生成不溶性的CaCO₃的反应。此时，生成CO₂和H₂O。CaCO₃为不溶性，因此作为结晶析出。

通过上述反应，能够使硬水中作为Ca(HCO₃)₂的Ca²⁺包含的金属成分发生结晶化而析出。由此，能够将金属离子从硬水中除去。

需要说明的是，推测上述原理不限于氮，只要是破坏溶于硬水中的气体的分压平衡的空气以外的气体，即可以同样适用。

如上所述，在实施方式2中，通过引入氮而产生微细气泡并供给至硬水中，与使用空气的情况相比，能够促进在“(3)金属离子吸附的促进”、“(4)金属离子的结晶化的促进”一栏中说明的反应。由此，能够提高将金属离子从硬水中除去的精度。

(实施方式3)

对本发明的利用实施方式3的离子除去装置的金属离子的除去方法进行说明。需要说明的是，在实施方式3中，主要对与实施方式1、2的不同点进行说明，省略与实施方式1、2重复的记载。

在实施方式1、2中，微细气泡产生单元6基于从多种中选择的一种气体来产生微细气泡，与此相对，在实施方式3中，基于将多种气体混合而成的混合气体来产生微细气泡，这点与实施方式1、2不同。

在实施方式3中，特别是作为用于产生微细气泡的混合气体，使用将作为碱性气体的第一气体和作为具有溶解速度慢于第一气体的性质的气体的第二气体这两种气体混合而成的气体。即，代替图1所示的微细气泡产生单元6，使用利用将第一气体与第二气体混合而成的混合气体来产生微细气泡的微细气泡产生单元(未图示)。

推测：通过利用包含第一气体和第二气体的混合气体来产生微细气泡，除了上述的“(1)金属离子的吸附”、“(2)金属离子的结晶化”的作用以外，还可促进下述(5)、(6)一栏中记载的作用。需要说明的是，并不限于下述(5)、(6)一栏中记载的特定原理。

(5)利用第一气体产生的微细气泡表面的电位变化

混合气体中包含的第一气体为利用酸碱反应接受H⁺的碱性气体。第一气体通过溶于水而产生OH^-。具体而言，发生下述式5-1的反应。

(式5-1)

X+H₂O→XH⁺+OH^-

式5-1中，第一气体由化学式X表示。通过发生式5-1的反应，如图9所示，存在于微细气泡40周围的OH^-的比例与H⁺的比例相比增加(图9中省略了H⁺的图示)。关于固体-液体界面的电位，由于水中的H⁺/OH^-为电位决定离子，因此水质的pH的依赖性强。若H⁺增多则正电荷变强，若OH^-增多则负电荷变强。由此，作为微细气泡40，负电荷变强，具有正电荷的Ca²⁺容易被吸附。如此，能够提高利用微细气泡40产生的金属离子的吸附效果。

进而，在实施方式3中，特别地使用碱性气体的氨作为第一气体。在使用氨的情况下，上述式5具体化为下述式6。

(式6)

NH₃+H₂O→NH₄ ⁺+OH^-

通过使用在水中的溶解度高并作为通用气体的氨来产生微细气泡40，能够在提高上述金属离子的吸附效果的同时降低微细气泡40的产生成本。

需要说明的是，推测上述原理不限于氨，只要是碱性气体即可以同样适用。作为这样的碱性气体，可以举出例如甲胺、乙胺、丙胺、异丙胺、丁胺、己胺、环己胺、二甲胺、二乙胺、二异丙胺、二丙胺、二正丁胺、乙醇胺、二乙基乙醇胺、二甲基乙醇胺、乙二胺、二甲氨基丙胺、N.N-二甲基乙胺、三甲胺、三乙胺、四亚甲基二胺、二亚乙基三胺、丙烯亚胺、五亚甲基二胺、1,6-己二胺、吗啉、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉。

另外认为，如式5-1所示，X不限于碱性气体，只要是与水(H₂O)反应并供应羟基离子(OH^-)的“羟基离子供应气体”，即可起到同样的效果。作为羟基离子供应气体，可以举出例如可溶性的臭氧气体(O₃)。在将臭氧气体供给至水的情况下，认为发生与上述式5-1类似的下述式5-2所示的反应。

(式5-2)

O₃+H₂O+2e^-→O₂+2OH^-

根据上述式5-2，认为产生下述式5-3所示的反应的羟基离子供应气体“X”也起到同样的效果。

(式5-3)

XO+H₂O+2e^-→X+2OH^-

需要说明的是，在实施例6中说明关于臭氧的实验例。

(6)利用第二气体产生的微细气泡的维持

如上述“(5)利用第一气体产生的微细气泡表面的电位变化”一栏中说明的那样，混合气体中包含的作为碱性气体的第一气体溶于水，使微细气泡40表面的OH^-的比例增加。对于这种第一气体，混合了作为具有溶解速度慢于第一气体的性质的气体的第二气体。通过混合这种第二气体，即使在第一气体溶于水的状态下也可防止微细气泡40整体溶于水，能够维持微细气泡40的状态。通过维持微细气泡40的状态，能够维持上述实施方式1、2中说明的来自微细气泡的Ca²⁺离子的吸附效果。

在实施方式3中，特别地使用氮作为第二气体。通过使用对人体无害且为通用气体的氮来产生微细气泡40，能够在确保安全性的同时降低微细气泡40的产生成本。另外，氮为非水溶性气体(非可溶性气体)，因此能够更有效地发挥维持微细气泡40的状态的效果。

推测上述原理不限于氮，只要是具有与作为碱性气体的第一气体相比溶解速度更慢的性质的气体即可以同样适用。需要说明的是，在选择第二气体时，也可以选择在包括温度和压力的条件相同的条件下在水中的溶解速度(溶解度)慢于(低于)第一气体的气体。作为这样的第二气体，例如按照溶解度低的顺序可以举出氮、氢、一氧化碳、丁烷、氧、甲烷、丙烷、乙烷、一氧化氮、乙烯、丙烯、乙炔、二氧化碳。其中，特别是在使用一氧化氮、氧、氢等非水溶性气体的情况下，能够更有效地发挥维持微细气泡40的状态的效果。

需要说明的是，在实施方式2的“(3)金属离子的吸附的促进”、“(4)金属离子的结晶化的促进”一栏中，利用图7、图8对氮渐渐溶于硬水中进行了说明，但认为该反应也同时发生。氮为非水溶性，因此难溶于水，强烈地发挥出维持微细气泡40的状态的作用，但也存在不少溶于水的部分。由此，认为在“(3)金属离子的吸附的促进”、“(4)金属离子的结晶化的促进”一栏中说明的氮溶于水的现象也不少，与“(6)利用第二气体产生的微细气泡的维持”一栏中说明的氮维持微细气泡的现象同时发生。

如上所述，本实施方式3的微细气泡产生单元利用混合气体来产生微细气泡40，该混合气体是将与水反应而供应羟基离子的第一气体和具有溶解速度慢于第一气体的性质的第二气体混合而成的。作为羟基离子供应气体的第一气体与水反应，使微细气泡40的表面的OH^-的比例增加。由此，能够增加使Ca²⁺等金属离子吸附至微细气泡40的效果。进而通过混合具有溶解速度慢于第一气体的性质的第二气体，能够防止微细气泡40完全溶于水中，维持微细气泡40的状态。

另外，在本实施方式3中，第一气体为可溶性的碱性气体(氨)。这样，使作为碱性气体的第一气体先溶于水，使具有溶解速度慢于碱性气体的性质的第二气体带负电，利用两种气体的溶解速度差而能够起到上述效果。

微细气泡40中的氨与氮的混合比例可以设定为任意的值，例如，可以设定为氮相对于氨的混合比例变大(例如，氨：氮的物质量(体积比)为1：99)。根据这种设定，通过氨的溶解而OH^-增加的区域仅限于微细气泡40的表面附近，在远离微细气泡40的位置处OH^-的比例难以发生变化。由此，能够仅变化微细气泡40的表面附近而不改变水整体的水质。另一方面，通过增加氮的比例，能够更长地维持微细气泡40的状态。这样，在混合气体中，通过与作为碱性气体的第一气体的物质量相比更多地设定溶解速度慢于碱性气体的第二气体的物质量，能够起到上述效果。需要说明的是，在同温、同压的条件下，物质量与体积成比例，因此也可以使用物质量与体积中的任一者来设定第一气体与第二气体的混合比例。

或者，也可以设定为氨相对于氮的混合比例变大。根据这种设定，能够将硬水中包含的金属成分进一步结晶化而除去。关于这种结晶化促进的原理，在后述的实施例2-4中进行说明。

另外，实施方式3的微细气泡产生单元与将氨和氮分别进行微细气泡化、并且不将它们混合而分别供给至硬水的供给方式不同，是将利用将氨和氮混合而成的混合气体产生的微细气泡40供给至硬水。根据这种供给方法，可防止氨在从微细气泡40离开的位置处单独溶解，因此能够充分发挥出仅在微细气泡40的表面附近增加OH^-的功能。

接着，关于上述利用将第一气体的氨与第二气体的氮混合而成的混合气体产生的微细气泡40的金属离子的吸附效果、特别是至使金属离子最终结晶化为止的假设原理，利用图10的示意图进行说明。

如图10所示，若将微细气泡40供给至硬水中，则在构成微细气泡40的氨与氮中，水溶性的氨渐渐溶解于周围的水中(氨气溶解)。由此，如上述“(5)利用第一气体产生的微细气泡表面的电位变化”一栏中说明的那样，在微细气泡40的表面生成NH₄ ⁺，同时OH^-的比例增加(表面浓缩)。此时，Ca²⁺离子的吸附效果增大。

若表面浓缩进一步发展，则微细气泡40的表面上的OH^-的浓度达到最大。即，微细气泡40的表面上的pH达到最大，微细气泡40的ζ电位达到最大(局部pH大、ζ电位大)。

在上述“氨气溶解”、“表面浓缩”、“局部pH大、ζ电位大”的状态下，Ca²⁺处于被吸附至微细气泡40的状态。此时，若将吸附有Ca²⁺的微细气泡40从硬水中分离，则能够将金属离子从硬水中除去。

关于未进行上述分离的情况或者虽进行了分离但作为微细气泡40残留的情况，在微细气泡40的表面吸附的Ca²⁺开始结晶化。具体而言，Ca²⁺发生结晶化而作为结晶42析出。进而伴随着结晶42的析出，微细气泡40的消失开始(消失)。

若Ca²⁺的结晶化和微细气泡40的消失进展，则维持着微细气泡40的状态的非水溶性的氮作为溶解气体在水中渐渐扩散(溶解气体扩散)。

在上述“消失”、“溶解气体扩散”的状态下，硬水中作为金属离子包含的物质作为结晶42析出。通过将如此析出的结晶42从硬水中分离，能够将硬水中的金属离子结晶化而除去。

(实施例2-4)

接着，对实施方式3的实施例2-4进行说明。

该实施例2-4是本发明人们对上述微细气泡40中的氨与氮的混合比例对金属离子的结晶化产生的影响进行了实验的实施例。具体而言，利用图11所示的装置50进行了实验。

图11是表示实施例2-4中使用的装置50的示意性构成的图。图11所示的装置50具备混合气体供给部52、处理槽54、第一配管56、第二配管58、采水阀60、采水器62、储水槽64、泵66、流量调节阀68、和流量计70。

混合气体供给部52为向处理槽54供给混合气体的构件。混合气体供给部52具备氨供给源72、氮供给源74、混合比调节阀76、供给用配管78、和微细气泡供给部80。

混合气体供给部52利用氨供给源72和氮供给源74，生成将氨(第一气体)和氮(第二气体)混合而成的混合气体。氨与氮的混合比例可以利用混合比调节阀76设定为任意的比例。混合气体通过供给用配管78被供给至设于处理槽54的底部的微细气泡供给部80。微细气泡供给部80为将混合气体微细气泡化的构件。

处理槽54为容纳作为处理对象的处理水的硬水的槽(硬水容纳部)。通过向处理槽54的硬水中供给利用混合气体产生的微细气泡，通过实施方式3中说明的原理进行硬水中金属成分的除去、特别是结晶化。处理后的处理水被送至第一配管56。在第一配管56的途中设有采水阀60。通过采水阀60的开闭来进行在第一配管56内通过的处理水的采水。经采水的处理水进入采水器62。

第一配管56连接于储水槽64。储水槽64为存积处理水的槽。存积于储水槽64中的处理水通过第二配管58返回反应槽54。由此使处理水循环。

在第二配管58上安装有泵66、流量调节阀68和流量计70。泵66为产生将储水槽64内的处理水流至第二配管58的推进力的构件。流量调节阀68为调节通过第二配管58的处理水的流量的阀。流量计70为测定流至第二配管58的处理水的流量的设备。

使用这样的装置50，一边连续运转泵66一边在处理槽54进行硬水中的金属成分的除去处理，并且从采水器62采集处理后的处理水，测定各种参数。在实施例2-4中，特别对处理水中包含的金属成分发生结晶化的比例(结晶化率)进行了调查。需要说明的是，本说明书中的结晶化率不限于原子、分子以规则的周期性排列构成的情况，而仅仅是指作为固体析出的物质的比例。结晶化率也可以称为“析出率”。

将利用扫描型电子显微镜(SEM)对实施例2-4中实际进行了处理的处理水进行观察的结果的例子示于图12。如图12所示，在处理水82中析出了大量的结晶84。

在实施例2、3中，使用硬水1作为处理对象的处理水。硬水1为Evian(注册商标)，硬度为约300mg/L。在实施例4中，使用硬水1、硬水2这两种。硬水2为Contrex(注册商标)，硬度为约1400mg/L。

(实施例2)

实施例2使用上述装置50，一边使泵66工作而使硬水流入反应槽54，一边利用采水器62将经过规定时间后的处理水作为样品水进行采集。实施例2中，改变混合气体中的氨与氮的混合比例，对各混合比例下的结晶化率的差异进行调查。实施例2的具体实验条件如下所示。实施例2中，从反应槽54供给至第一配管56的处理水除了利用采水器62采集的水以外全部废弃，不供给至储水槽64。

(实验条件)

处理水的种类：硬水1

混合气体中的氨的混合比例：0％(仅氮)、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％(仅氨)

处理水的流量：2.6L/分钟

混合气体的流量：0.03L/分钟

从使泵工作起至进行采集为止的时间：3分钟

样品水的测定项目：pH、Ca硬度(mg/L)、总碳酸浓度(mg/L)

关于样品水的测定项目，对采集的样品水进行过滤，除去析出到样品水中的金属成分的结晶后进行测定。Ca硬度为将每单位体积的处理水中包含的Ca²⁺的含量换算成碳酸钙(CaCO₃)的值。pH、Ca硬度、总碳酸浓度的测定分别使用市售的计量仪器。

将基于实施例2的实验结果示于图13A、图13B。

图13A中，横轴表示混合气体中的氨的混合比例(％)，纵轴表示样品水的结晶化率(％)。图13B中，横轴表示样品水的pH，纵轴表示样品水的结晶化率(％)。

“结晶化率”通过(运转前的处理水的Ca硬度-运转后的样品水的Ca硬度)/运转前的处理水的Ca硬度来计算。如此计算的结晶化率表示在每单位体积的处理水中有多少金属成分发生了结晶化。结晶化率越高，表示越多的金属成分由处理水发生了结晶化。

如图13A、13B所示，氨的混合比例越高，结晶化率越上升。特别是，若氨的混合比例为70％以上，则结晶化率飞跃性地上升。

如图13A、13B所示，可知氨的混合比例越高，则pH也越上升。然而，尽管pH上升，但最大值为8.5～9之间。日本厚生劳动省规定的自来水的pH基准为5.8～8.6的范围，可知即使在氨的混合比例高的情况下pH也以接近该范围的值推移。另外，日本药品及医疗器械管理法等中规定的碱离子水的优选饮用范围为pH9～10。由于能够将pH的值抑制为低于该范围，因此可知作为饮用水也是合适的。

作为即使在氨的混合比例高的情况下pH的上升也不会过大的原因认为在于，如利用上述图10说明的那样，不是使处理水整体的pH上升，而是主要使微细气泡40周边的局部pH上升。

(实施例3)

实施例3与实施例2同样地使用上述装置50，一边使泵66工作而使硬水流入反应槽54，一边利用采水器62将经过规定时间后的处理水作为样品水进行采集。实施例3中，仅使用混合气体中的氨的混合比例为70％和100％的两种模式。另外，与实施例2不同，在泵66的运转后每隔规定间隔采集样品水，测定各种参数。进而与实施例2不同，从反应槽54供给至第一配管56的处理水除了利用采水器62采集的水以外，全部返回储水槽64而使处理水循环。实施例3的具体实验条件如下所示。

(实验条件)

处理水的种类：硬水1

混合气体中的氨的混合比例：70％、100％(仅氨)

处理水的流量：2.6L/分钟

混合气体的流量：0.03L/分钟

样品水的测定项目：pH、Ca硬度(mg/L)、总碳酸浓度(mg/L)

将基于实施例3的实验结果示于图14A、图14B、图14C。

图14A中，横轴表示泵66的运转时间(分钟)，纵轴表示样品水的结晶化率(％)。图14B中，横轴表示泵66的运转时间(分钟)，纵轴表示样品水的Ca硬度(mg/L)。图14C中，横轴表示泵66的运转时间(分钟)，纵轴表示样品水的pH。

如图14A所示，在氨的混合比例为70％、100％的任一情况下都是随着运转时间经过，结晶化率上升。另外，如图14B所示，随着运转时间经过，Ca硬度降低。由此可知，通过利用混合气体产生的微细气泡的投入，溶于硬水中的金属成分的Ca²⁺作为CaCO₃而发生结晶化。

另一方面，与氨的混合比例为70％的情况相比，在为100％的情况下，结晶化率的上升速度和Ca硬度的降低速度变快。由此可知，关于使Ca²⁺结晶化为CaCO³，氨起到很大的作用。

如图14C所示，随着运转时间经过，在氨的混合比例为70％、100％的任一情况下都是pH缓和地上升。在氨的混合比例为70％的情况和为100％的情况下，pH的值未见到太大的差异。另外，即使在运转时间经过50分钟时，pH也为9～10之间，未过度上升。作为这样pH的上升速度没有变得太快的原因，如利用上述图10说明的那样，认为在于不是使处理水整体的pH上升，而是主要使微细气泡40周边的局部pH上升。

(实施例4)

实施例4与实施例2、3同样地使用上述装置50，一边使泵66工作而使硬水流入反应槽54，一边利用采水器62将经过规定时间后的处理水作为样品水进行采集。与实施例3同样地，在泵66的运转后每隔规定间隔采集样品水，测定各种参数。另外，与实施例3同样地，从反应槽54供给至第一配管56的处理水除了利用采水器62采集的水以外，全部返回储水槽64而使处理水循环。另一方面，实施例4中，仅使用混合气体中的氨的混合比例为70％的一种模式。另外，与实施例2、3不同，作为处理水使用硬水1(硬度为约300mg/L)、硬水2(硬度为约1400mg/L)这两种硬水。实施例4的具体实验条件如下所示。

(实验条件)

处理水的种类：硬水1、硬水2

混合气体中的氨的混合比例：70％

处理水的流量：2.6L/分钟

混合气体的流量：0.03L/分钟

样品水的测定项目：pH、Ca硬度(mg/L)、总碳酸浓度(mg/L)

将基于实施例4的实验结果示于图15A、图15B、图15C、图15D。

图15A中，横轴表示泵66的运转时间(分钟)，纵轴表示样品水的结晶化率(％)。图15B中，横轴表示泵66的运转时间(分钟)，纵轴表示样品水的Ca硬度(mg/L)。图15C中，横轴表示泵66的运转时间(分钟)，纵轴表示样品水的pH。图15D是在图15B的曲线图中在纵轴追加了总碳酸浓度(mg/L)的图。

如图15A、图15B所示，硬水1、硬水2均是随着运转时间经过，结晶化率上升，同时Ca硬度降低。由此可知，通过利用混合气体产生的微细气泡的投入，溶于硬水中的金属成分的Ca²⁺作为CaCO₃而发生结晶化。

另外，如图15A、图15C所示，可知在硬水1和硬水2中，结晶化率的上升速度和pH的上升速度有很大不同。具体而言，可知与硬水2相比，硬水1的结晶化率的上升速度和pH的上升速度更快。关于这点，本发明人们着眼于“总碳酸浓度”，基于图15D所示的数据进行了考察。

如图15D所示，关于硬水1的总碳酸浓度，运转时间为50分钟时的值为150～200mg/L。即，硬水1中包含大量的HCO₃ ^-和CO₃ ^2-。需要说明的是，运转时间为50分钟时的硬水1的结晶化率如图15A所示到达70～80％。与此相对，关于硬水2的总碳酸浓度，运转时间为70分钟时的值为约20mg/L。可知与硬水1相比，在硬水2的情况下HCO₃ ^-和CO₃ ^2-的含量大幅变少。需要说明的是，根据图15A所示的数据，运转时间为70分钟时的硬水2的结晶化率估计为约40％。

如实施方式1-3的原理中说明的那样，HCO₃ ^-和CO₃ ^2-作为用于使Ca²⁺作为CaCO₃发生结晶化的成分发挥功能。由于大量包含这样的HCO₃ ^-和CO₃ ^2-，因此认为与硬水2相比，硬水1的结晶化率的上升速度更快。

将硬水1、2中包含的金属成分的含量和总碳酸浓度示于下述表1。

表1

如表1所示，作为硬水1的Evian(注册商标)中包含的每单位体积的Ca、Mg、CO₃ ^2-的含量分别为80、26、357mg/L。作为硬水2的Contrex(注册商标)中包含的每单位体积的Ca、Mg、CO₃ ^2-的含量为468、74.8、372mg/L。这样，硬水1、硬水2中包含的每单位体积的CO₃ ^2-的含量为357mg/L和372mg/L，大致相同。与此相对，相对于硬水中包含的Ca和Mg的含量，Ca和Mg的溶解所需的CO₃ ^2-的量在硬水1的情况下为约184mg/L，在硬水2的情况下为约887mg/L。即，硬水1的情况下，相对于Ca和Mg的溶解所需的CO₃ ^2-的量，实际包含的CO₃ ^2-的量剩余约173mg/L。这意味着，在投入利用微细气泡产生的混合气体时，用于使Ca²⁺结晶化的CO₃ ^2-丰富地存在。与此相对，在硬水2的情况下，相对于Ca和Mg的溶解所需的CO₃ ^2-的量，实际包含的CO₃ ^2-的量不足约515mg/L。认为这是因为，在投入利用微细气泡产生的混合气体时，用于使Ca²⁺结晶化的CO₃ ^2-少，结晶化未被促进。

由上述结果可以认为，若被处理的硬水中包含丰富的HCO₃ ^-和CO₃ ^2-等碳酸，则能够提高结晶化的上升速度。基于此，为了增加硬水的总碳酸量，可以在投入微细气泡前向硬水中投入二氧化碳。具体而言，可以进一步具备产生二氧化碳的二氧化碳产生单元。并且，可以在将微细气泡产生单元产生的微细气泡供给至硬水前，利用二氧化碳产生单元产生二氧化碳并供给至硬水中。由此，认为能够促进硬水中的金属离子的结晶化。

如上所述，根据本实施方式3的实施例2-4，通过设定成混合气体中氨的物质量多于氮的物质量，能够促进金属离子的结晶化。此外，通过将混合气体中的氨的混合比例设定为70％以上，能够大幅促进金属离子的结晶化。

(实施例5)

实施例5为关于利用上述装置50进行了处理的样品水(软水)对“起泡”进行评价的感官性评价的实验。起泡与由水面产生的泡的高度、尺寸引起的起泡力有关。一般而言，认为硬度成分越少则起泡越大，例如在洗涤用途中使用时具有洗涤效果高等优点。

实施例5中，与实施例2-4不同，基于作为单独气体的氨而非混合气体来产生微细气泡。即，在图11所示的装置50中，不使用氮供给源74而仅使用氨供给源72来产生微细气泡。需要说明的是，装置50的使用方法与实施例2-4相同，因此省略说明。

实施例5的实验方法基于空气调和-卫生工学会的关于“起泡”的标准：SHASE-S218。具体而言，准备将纯皂1.5g用200ml的水稀释而成的稀释水，将稀释水1mL、作为对象的处理水9mL混合，作为10mL的评价水放入量筒中。需要说明的是，纯皂使用化妆皂Cow Brand红盒a1(COW BRAND SOAP KYOSHINSHA CO.,LTD.)，200ml的水使用Auto Still、WG221(Yamato Scientific Co.,Ltd)的蒸馏水。将量筒振荡50次后，测定1分钟后的从水面产生的泡的高度。

实施例5中，除了在装置50中进行了处理的样品水以外，还使用硬水、自来水、纯水这三种进行同样的实验。这些水和样品水的硬度如下所述。

硬水的硬度：总硬度为300mg/L、Ca硬度为200mg/L、Mg硬度为100mg/L

自来水的硬度：总硬度为72mg/L、Ca硬度为49mg/L、Mg硬度为23mg/L

纯水的硬度：总硬度为0mg/L、Ca硬度为0mg/L、Mg硬度为0mg/L

样品水的硬度：总硬度为118mg/L、Ca硬度为21mg/L、Mg硬度为97mg/L

将基于实施例5的实验结果示于图16。图16中，横轴表示水的种类，纵轴表示评价水的从水面延伸的泡的高度(mm)。纵轴表示起泡-起泡力。

如图16所示，Ca硬度、Mg硬度均最高的“硬水”基本上没有起泡，接近0，与此相对，“自来水”、“样品水”和“纯水”显示相同程度高的起泡。即，利用装置50进行了处理的“样品水”相对于处理前的硬水改善了起泡，实现了接近“自来水”、“纯水”的起泡。由此示出，通过利用实施方式的方法从硬水中除去金属离子，能够改善起泡，并且能够实现与作为软水的自来水、纯水相同水平的起泡。

若对图16所示的结果与上述硬度的具体值进行比较，则Ca硬度越小，起泡越大。由此可知：相较于Mg硬度，Ca硬度的值是对于起泡起到更直接影响的支配性参数。

(实施例6)

实施例6利用与实施例2-4同样的装置50(图11)对处理水(硬水)进行处理，对处理后的样品水的结晶化率进行比较。

实施例6中，特别对使用作为微细气泡的微米级气泡的情况、与使用不为微细气泡的毫米级气泡的情况的结晶化率差异进行了比较。即，在图11所示的装置50中，按照直接使用微细气泡产生部80来产生微米级气泡的情况、与代替微细气泡产生部80而使用其它气泡产生部(未图示)来产生毫米级气泡的情况的两个模式进行了实验。

进而，在实施例6中，与实施例2-4不同，基于作为单独气体的臭氧而非混合气体产生了气泡。即，在图11所示的装置50中，代替氨供给源72和氮供给源74而使用了臭氧供给源(未图示)。需要说明的是，如实施方式3中说明的那样，臭氧气体为羟基离子供应气体。

实施例6的实验条件如下所述。

处理水的种类(通用)：硬水1

处理水的流量(通用)：12L/min

反应槽54的存积水量(通用)：9L

臭氧气体的流量(通用)：0.12L/min

微米级气泡的平均气泡直径：56μm

毫米级气泡的平均气泡直径：1021μm

样品水的测定项目(通用)：Ca硬度(mg/L)、总硬度(mg/L)

将基于实施例6的实验结果示于图17A、图17B。

图17A中，横轴表示时间(分钟)，纵轴表示Ca硬度的结晶化率(％)。图17B中，横轴表示时间(分钟)，纵轴表示总硬度的结晶化率(％)。

如图17A、图17B所示，可知关于Ca硬度和总硬度，均是与毫米级气泡相比，微米级气泡实现了更高的结晶化率。即可以说证实了：与使用不为微细气泡的毫米级气泡的情况相比，在使用作为微细气泡的微米级气泡的情况下，结晶化率更高，利用微细气泡的金属离子的结晶化效果更高。

以上，举出上述实施方式对本发明进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式。例如，在上述实施方式1、2中，对离子除去装置2具备图1所示的构成的情况进行了说明，但不限于这种情况。只要是具备产生微细气泡的微细气泡产生单元6，并能够将产生的微细气泡供给至硬水中的构成，即可以采用任意的构成。

另外，上述实施方式1、2中，对在处理槽8中使附着于微细气泡表面的金属离子结晶化而析出并将析出的金属成分通过离心分离而进行分离的情况进行了说明，但不限于这种情况。例如，在使金属离子吸附于微细气泡的状态下，通过将向处理槽8的上方浮起的微细气泡排出，也可以在金属离子的状态下从硬水中除去。或者，通过在使金属离子吸附于微细气泡的状态下进行离心分离，使比重小的气泡集中于中央侧，并使其回收，由此也可以在金属离子的状态下从硬水中除去。这样，即使是通过将吸附有金属离子的微细气泡从硬水中排出而将金属离子从硬水中除去的方法，也能够减少硬水中的硬度而制造软水。与使金属离子作为结晶析出而进行分离的情况相比，能够在短时间内将金属离子从硬水中除去。

另外，上述实施方式1、2中，对离子除去装置2为使硬水软水化的软水化装置的情况进行了说明，但不限于这种情况。只要能够减少硬水中的金属离子的数目以使硬水的硬度降低，则并不一定需要进行至软水化。

另外，上述实施方式1、2中，对离子除去装置2具备分离单元10的情况进行了说明，但不限于这种情况，也可以为不具备分离单元10的情况。另外，对分离单元10由硬水供给配管4的端部4a和吸附板11构成的情况进行了说明，但不限于这种情况，只要从硬水中分离金属离子和金属成分，即可以采用任意的构成。

另外，上述实施方式1、2中，对硬水供给配管4的端部4a向从处理槽8的中心轴偏心的方向排水而在排水到处置层8的液体中形成回旋流的情况进行了说明，但不限于这种情况。例如，也可以采用通过在处理槽8的下方设置利用马达驱动的旋转弹簧并使旋转弹簧旋转而在处理槽8内强制地产生回旋流等任意的回旋流产生单元。

另外，上述实施方式1、2中，对在软水化处理中利用空气或氮产生微细气泡的情况进行了说明，但不限于这种情况，也可以利用除空气、氮以外的气体产生微细气泡。

另外，上述实施方式1、2中，对在再生处理中利用二氧化碳产生微细气泡的情况进行了说明，但不限于这种情况，也可以利用除二氧化碳以外的气体产生微细气泡(例如硫化氢、氯化氢等)。或者，也可以不限于气体而利用液体进行再生处理。例如，也可以将盐酸、硫酸、柠檬酸、抗坏血酸等供给至处理槽8而进行再生处理。

另外，上述实施方式1、2中，对向硬水中仅供给微细气泡的情况进行了说明，但不限于这种情况，也可以除了微细气泡外还进一步添加其它气体。其它气体可以作为微细气泡供给，或者也可以作为不为微细气泡的通常气泡来供给。

另外，上述实施方式3中，对使用将作为碱性气体的第一气体与具有溶解速度慢于第一气体的性质的第二气体这两种气体混合而成的微细气泡的情况进行了说明，但也可以除了这两种气体外还混合其它气体。即，也可以使用利用将包含第一气体与第二气体的两种以上的气体混合而成的混合气体产生的微细气泡。

需要说明的是，通过将上述各种实施方式和变形例中的任意实施方式适当组合，可以发挥出各自所具有的效果。

本申请参照附图结合优选实施方式进行了充分的记载，但对本领域技术人员而言，各种变形、修改是显而易见的。这种变形、修改应被理解为，只要不偏离所附权利要求书的本申请的范围则即包含在本申请中。另外，各实施方式中的要素的组合、顺序的变化可以在不脱离本申请的范围和构思的情况下实现。

产业上的可利用性

本发明只要是离子除去装置即可应用。

符号说明

2 离子除去装置

4 硬水供给配管(硬水容纳部)

4a 端部

6 微细气泡产生单元

8 处理槽(硬水容纳部)

10 分离单元

11 吸附板

12 软水取出配管

14 分离水排出配管

20 装置

21 硬水

22 水槽(硬水容纳部)

22a 底面

22b 水面

24 气体供给部

25 第一配管

26 微细气泡产生部

27 第二配管

28 泵

30 第一取水部

32 第二取水部

34 金属离子浓度检测器

40 微细气泡

42 结晶

D1 从第一取水部至第二取水部的距离

50 装置

52 混合气体供给部

54 处理槽(硬水容纳部)

56 第一配管

58 第二配管

60 采水阀

62 采水器

64 储水槽

66 泵

68 流量调节阀

70 流量计

72 氨供给源

74 氮供给源

76 混合比调节阀

78 供给用配管

80 微细气泡供给部

82 处理水

84 结晶

Claims (30)

1.一种离子除去装置，其具备：

容纳硬水的硬水容纳部；和

产生微细气泡并供给至所述硬水容纳部的微细气泡产生单元，

在所述硬水容纳部中使硬水中的金属离子吸附至微细气泡，将金属离子从硬水中除去。

2.根据权利要求1所述的离子除去装置，其中，在所述硬水容纳部，使吸附至微细气泡的金属离子发生结晶化而析出。

3.根据权利要求2所述的离子除去装置，其中，在所述硬水容纳部进一步具备将发生结晶化而析出的结晶进行分离的分离单元。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的离子除去装置，其中，在所述硬水容纳部，将吸附有金属离子的微细气泡从硬水中排出，由此将金属离子从硬水中除去。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的离子除去装置，其中，所述微细气泡产生单元是利用将第一气体与第二气体混合而成的混合气体产生微细气泡的单元，所述第一气体是与水反应而供应羟基离子的羟基离子供应气体，所述第二气体是具有溶解速度慢于所述第一气体的性质的气体。

6.根据权利要求5所述的离子除去装置，其中，在所述混合气体中，所述第一气体的混合比例高于所述第二气体的混合比例。

7.根据权利要求6所述的离子除去装置，其中，所述混合气体中的所述第一气体的混合比例为70％以上。

8.根据权利要求5所述的离子除去装置，其中，在所述混合气体中，所述第二气体的混合比例高于所述第一气体的混合比例。

9.根据权利要求5～8中任一项所述的离子除去装置，其中，所述第一气体为可溶性的碱性气体。

10.根据权利要求9所述的离子除去装置，其中，所述第一气体为氨，所述第二气体为氮。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的离子除去装置，其中，

进一步具备产生二氧化碳的二氧化碳产生单元，

在将所述微细气泡产生单元产生的微细气泡供给至所述硬水容纳部前，利用所述二氧化碳产生单元产生二氧化碳并供给至所述硬水容纳部。

12.根据权利要求1～4中任一项所述的离子除去装置，其中，所述微细气泡产生单元吸入空气并使其产生为微细气泡。

13.根据权利要求1～4中任一项所述的离子除去装置，其中，所述微细气泡产生单元吸入空气以外的气体并使其产生为微细气泡。

14.根据权利要求13所述的离子除去装置，其中，所述微细气泡产生单元吸入氮并使其产生为微细气泡。

15.根据权利要求1～14中任一项所述的离子除去装置，其中，所述微细气泡产生单元在将金属离子从硬水中除去后，将二氧化碳的微细气泡供给至所述硬水容纳部，由此进行再生处理。

16.一种离子除去方法，其包含：

产生微细气泡的产生步骤；和

将产生的微细气泡供给至硬水中的第一供给步骤，

在所述第一供给步骤中，使硬水中的金属离子吸附至微细气泡，将金属离子从硬水中除去。

17.根据权利要求16所述的离子除去方法，其中，使通过所述第一供给步骤吸附至微细气泡的金属离子发生结晶化而析出。

18.根据权利要求17所述的离子除去方法，其中，进一步包含将在所述第一供给步骤中发生结晶化而析出的结晶进行分离的分离步骤。

19.根据权利要求16～18中任一项所述的离子除去方法，其中，

进一步包含将在所述第一供给步骤中吸附有金属离子的微细气泡从硬水中排出的排出步骤，通过所述排出步骤，将金属离子从硬水中除去。

20.根据权利要求16～19中任一项所述的离子除去方法，其中，所述产生步骤中产生的微细气泡是将第一气体与第二气体混合而成的混合气体，所述第一气体是与水反应而供应羟基离子的羟基离子供应气体，所述第二气体是具有溶解速度慢于所述第一气体的性质的气体。

21.根据权利要求20所述的离子除去方法，其中，在所述混合气体中，所述第一气体的混合比例高于所述第二气体的混合比例。

22.根据权利要求21所述的离子除去方法，其中，将所述混合气体中的所述第一气体的混合比例设定为70％以上。

23.根据权利要求20所述的离子除去方法，其中，在所述混合气体中，所述第二气体的混合比例高于所述第一气体的混合比例。

24.根据权利要求20～23中任一项所述的离子除去方法，其中，所述第一气体为可溶性的碱性气体。

25.根据权利要求24所述的离子除去方法，其中，所述第一气体为氨，所述第二气体为氮。

26.根据权利要求16～25中任一项所述的离子除去方法，其中，在所述第一供给步骤前，进一步包含产生二氧化碳并供给至硬水中的第二供给步骤。

27.根据权利要求16～19中任一项所述的离子除去方法，其中，在所述产生步骤中，由空气产生微细气泡。

28.根据权利要求16～19中任一项所述的离子除去方法，其中，在所述产生步骤中，由空气以外的气体产生微细气泡。

29.根据权利要求28所述的离子除去方法，其中，在所述产生步骤中，由氮产生微细气泡。

30.根据权利要求16～29中任一项所述的离子除去方法，其中，进一步包含下述再生步骤：在所述第一供给步骤中将金属离子从硬水中除去后，供给二氧化碳的微细气泡，由此进行再生处理。