CN111741929A

CN111741929A - 离子除去系统

Info

Publication number: CN111741929A
Application number: CN201880089857.1A
Authority: CN
Inventors: 秋田朋弘; 前田康成; 木原绫音
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2018-10-19
Publication date: 2020-10-02
Also published as: EP3760588A4; EP3760588B1; US11939250B2; WO2019167335A1; ES2969133T3; EP3760588A1; US20200407254A1

Abstract

本发明的离子除去系统具备：离子除去装置，其具备产生微细气泡的微细气泡产生部，通过将微细气泡产生部产生的微细气泡供给至硬水中，使硬水中的金属离子吸附于微细气泡，从而将金属离子从硬水中除去；一次侧流路，其将硬水供给至离子除去装置；分离装置，其对将利用离子除去装置从硬水中除去的金属离子进行结晶化而析出的金属成分的结晶进行分离；以及二次侧流路，其将分离了结晶后的处理水从分离装置中取出，其中，在一次侧流路上设有供给侧逆流防止机构。

Description

离子除去系统

技术领域

本发明涉及离子除去系统。

背景技术

以往公开了将硬水中的金属离子除去的离子除去系统(例如参照专利文献1)。

专利文献1的离子除去系统是利用离子交换树脂将硬水中的金属离子(钙离子及镁离子)除去的系统。具体地说，通过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，将硬水中的金属离子与钠离子置换，从而将金属离子从硬水中除去。由此，降低硬水的硬度，生成软水。存在于硬水中的金属离子被捕获至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

发明要解决的技术问题

但是，专利文献1的离子除去系统中，为了对捕获有金属离子的离子交换树脂进行再生，需要大量的盐水，具有维护花费功夫的技术问题。另外，如果进行再生处理，还具有产生包含大量盐水的再生排水、土壤污染或废水处理的负荷增大的技术问题。进而，利用离子除去装置进行了软水化而得到的处理水的钠离子的浓度高，有根据地域不同、并不推荐作为饮用水的情况。

如此，在使用了离子交换树脂的离子除去系统中，从维护性及环境性的观点来说仍有改善的余地。

因此，本发明的目的在于提供在解决上述问题时、维护性及环境性优异的离子除去系统。

用于解决技术问题的手段

为了实现上述目的，本发明一个方式的离子除去系统具备：

离子除去装置，其具备收容硬水的硬水收容部、和产生微细气泡并供给至硬水收容部的微细气泡产生部，在硬水收容部中使硬水中的金属离子吸附于微细气泡，从而将金属离子从硬水中除去；

一次侧流路，其连接于离子除去装置，将硬水供给至离子除去装置；

分离装置，其连接于离子除去装置，对将利用离子除去装置从硬水中除去的金属离子进行结晶化而析出的金属成分的结晶进行分离；以及

二次侧流路，其连接于分离装置，将分离了结晶后的处理水从分离装置中取出，

其中，在一次侧流路上设有供给侧逆流防止机构。

另外，本发明一个方式的离子除去系统具备：

分离装置，其连接于离子除去装置，对将利用离子除去装置从硬水中除去的金属离子进行结晶化而析出的金属成分的结晶进行分离；

二次侧流路，其连接于分离装置，将分离了结晶后的处理水从分离装置中取出；

旁路流路，其连接一次侧流路和二次侧流路；以及

流向切换机构，其将流过一次侧流路的硬水的流动方向按照朝向离子除去装置或旁路流路中的任一者的方式进行切换。

另外，本发明一个方式的离子除去系统具备：

二次侧流路，其连接于分离装置，将分离了结晶后的处理水从分离装置中取出；以及

返回流路，其连接于分离装置和一次侧流路，将处理水的一部分返回至一次侧流路。

另外，本发明一个方式的离子除去系统具备：

溶解剂供给部，其向比分离装置更靠硬水流动方向的上游侧供给使结晶溶解的溶解剂。

发明效果

根据本发明，可以提供维护性及环境性优异的离子除去系统。

附图说明

图1为实施方式1的离子除去系统的概略图。

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

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

图4为用于说明利用实施方式1的离子除去系统进行的再生处理的假设原理的示意图。

图5A为表示实验例1中所用装置的概略构成的图，是表示自产生微细气泡起经过规定时间后的状态的图。

图5B为表示实验例1中所用装置的概略构成的图，是表示自图5A所示状态起进一步经过规定时间后的状态的图。

图6为表示实验例1的结果的图。

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

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

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

图10为用于说明利用实施方式3的离子除去系统进行的金属离子的吸附及结晶化的假设原理的示意图。

图11为表示实验例2-4中所用装置的概略构成的图。

图12为表示金属成分在硬水中发生结晶化的状态的图。

图13A为表示实验例2的结果的图表，是表示氨的混合比例与样品水的结晶化率的关系的图表。

图13B为表示实验例2的结果的图表，是表示样品水的pH与样品水的结晶化率的关系的图表。

图14A为表示实验例3的结果的图表，是表示泵的运转时间与样品水的结晶化率的关系的图表。

图14B为表示实验例3的结果的图表，是表示泵的运转时间与样品水的Ca硬度的关系的图表。

图14C为表示实验例3的结果的图表，是表示泵的运转时间与样品水的pH的关系的图表。

图15A为表示实验例4的结果的图表，是表示泵的运转时间与样品水的结晶化率的关系的图表。

图15B为表示实验例4的结果的图表，是表示泵的运转时间与样品水的Ca硬度的关系的图表。

图15C为表示实验例4的结果的图表，是表示泵的运转时间与样品水的pH的关系的图表。

图15D为表示实验例4的结果的图表，是表示泵的运转时间与样品水的Ca硬度及总碳酸浓度的关系的图表。

图16为表示实验例5的结果的图表，是表示水的种类与从评价水的水面延伸的泡沫的高度的关系的图表。

图17A为表示实验例6的结果的图表，是表示时间与Ca硬度的结晶化率的关系的图表。

图17B为表示实验例6的结果的图，是表示时间与总硬度的结晶化率的关系的图表。

具体实施方式

本发明人们进行深入研究的结果发现了下述新见解：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，通过使用以往未曾使用的“微细气泡”，能够促进金属离子的除去，从而获得了以下发明。

本发明一个方式的离子除去系统具备：

其中，在一次侧流路上设有供给侧逆流防止机构。

根据该构成，由于使用微细气泡将金属离子从硬水中除去，因此可以不需要再生离子交换树脂所需的大量的盐水。由此，可以使再生处理变得简单，易于进行维护。另外，由于也未产生包含盐水的再生排水，因此可以抑制土壤污染或废水处理的负荷，可以提高环境性。进而，由于处理水中的钠离子的浓度也未提高，因此可以将所生成的处理水作为饮用水进行使用。

另外，根据上述构成，可以利用供给侧逆流防止机构来防止微细气泡或处理水逆流至硬水的供给侧。

此外，由于流过二次侧流路的处理水的使用，当从一次侧流路流至二次侧流路的液体的流量急剧地减少时，可引起金属离子的除去效率降低。因此，本发明一个方式的离子除去系统可以具备连接于分离装置和一次侧流路、将处理水的一部分返回至一次侧流路的返回流路，供给侧逆流防止机构设置在比返回流路更靠一次侧流路的硬水流动方向的上游侧。根据该构成，通过具备返回流路，可以由一次侧流路、离子除去装置、分离装置和返回流路构成循环流路。通过该循环流路，可以使从一次侧流路流至二次侧流路的液体的流量的变动更为稳定，可以抑制金属离子的除去效率的降低。另外，根据上述构成，可以利用供给侧逆流防止机构更可靠地防止微细气泡或处理水等逆流至硬水的供给侧。

另外，例如当离子除去装置发生故障等而需要维护时，在该维护过程中无法使用水。因此，本发明一个方式的离子除去系统可以具备：旁路流路，其连接一次侧流路和二次侧流路；和流向切换机构，其将流过一次侧流路的硬水的流动方向按照朝向离子除去装置或旁路流路中的任一者的方式进行切换，供给侧逆流防止机构设置在比旁路流路更靠一次侧流路的硬水流动方向的上游侧。根据该构成，通过切换流向切换机构，可以使流过一次侧流路的硬水经由旁路流路流向二次侧流路，因此即使在维护过程中也可以使用硬水。另外，根据上述构成，即便不是维护过程中，通过切换流向切换机构，也可以选择性地使用硬水和处理水。另外，根据上述构成，可以利用供给侧逆流防止机构更可靠地防止微细气泡或处理水等逆流至硬水的供给侧。

另外，可以是：分离装置具备排出结晶的排出流路，在排出流路上设置有排出侧逆流防止机构。根据该构成，可以防止金属成分的结晶逆流到分离装置内，可以抑制金属成分的结晶再次混入到已经将金属成分的结晶分离后的处理水中。

另外，可以具备：旁路流路，其连接一次侧流路和二次侧流路；和流向切换机构，其将流过一次侧流路的硬水的流动方向按照朝向离子除去装置或旁路流路中的任一者的方式进行切换。根据该构成，通过切换流向切换机构，可以使流过一次侧流路的硬水经由旁路流路流向二次侧流路，因此即使在维护过程中也可以使用硬水。另外，根据上述构成，即便不是维护过程中，通过切换流向切换机构，也可以选择性地使用硬水和处理水。

另外，流向切换机构可以按照具备能够开关一次侧流路的第一阀门、能够开关二次侧流路的第二阀门、以及能够开关旁路流路的第三阀门的方式来构成。根据该构成，可以利用更靠简单的构成来切换流过一次侧流路的硬水的流动方向。

另外，可以是：具备对第一阀门、第二阀门及第三阀门的开关动作进行控制的控制部，控制部按照选择性地执行在开放第一阀门及第二阀门的同时、关闭第三阀门的第一控制；和在关闭第一阀门及第二阀门的同时、开放第三阀门的第二控制的方式来构成。根据该构成，可以通过控制部自动地切换流过一次侧流路的硬水的流动方向。

另外，可以具备连接于分离装置和一次侧流路、将处理水的一部分返回至一次侧流路的返回流路。根据该构成，通过具备返回流路，可以利用一次侧流路、离子除去装置、分离装置和返回流路构成循环流路。通过该循环流路，可以使从一次侧流路流至二次侧流路的液体的流量的变动更为稳定，可以抑制金属离子的除去效率的降低。

另外，可以具备将流过一次侧流路的硬水经由离子除去装置流向分离装置的泵。根据该构成，通过驱动泵，可以使液体强制性地在循环流路内循环，可以使该液体的流量的变动更为稳定，可以抑制金属离子的除去效率的降低。另外，可以抑制金属成分的结晶混入到处理水中。

另外，可以由一次侧流路、离子除去装置、分离装置和返回流路构成密闭体系的循环流路。根据该构成，可以抑制空气进入到循环流路内，可以使液体的流量变动更为稳定。

另外，分离装置可以是具有朝向下方直径减小的锥状的内周面、通过硬水沿着内周面朝向下方以螺旋状流过、从而将结晶分离的旋风方式的离心分离装置。根据该构成，从硬水中被除去的比重大的金属离子通过离心分离向内周面侧移动，因此可以使金属成分的结晶集中到内周面的附近。由此，例如通过在远离内周面的位置上设置二次侧流路的入口，可以抑制金属成分的结晶侵入到二次侧流路内。

另外，返回流路的一端部可以在分离装置的中心轴侧开口。根据该构成，可以抑制在内周面附近析出的金属成分的结晶侵入到返回流路内。

另外，离子除去装置可以在比返回流路的一端部更靠下方处具备连接于分离装置的连接流路。根据该构成，可以进一步抑制在内周面附近析出的金属成分的结晶侵入到返回流路内。

另外，可以具备向比分离装置更靠硬水流动方向的上游侧供给使结晶溶解的溶解剂的溶解剂供给部。根据该构成，可以从比分离装置更靠硬水流动方向的上游侧供给溶解剂，使附着于分离装置的结晶溶解，进行再生处理。

另外，可以是：溶解剂供给部按照将使结晶溶解的溶解用气体作为溶解剂供给至微细气泡产生部的方式来构成，并设有气体切换机构，其按照将从硬水中除去金属离子的离子除去用气体或溶解用气体中的任一者供给至微细气泡产生部的方式进行切换。根据该构成，通过切换气体切换机构，可以选择性地进行利用离子除去用气体的软水化处理和利用溶解用气体的再生处理。

另外，可以是：具备将流过一次侧流路的硬水经由离子除去装置流向分离装置的泵，微细气泡产生部配置在比泵更靠硬水流动方向的下游侧。根据该构成，可以抑制气体进入到泵中。

另外，可以是：具备连接于分离装置、将处理水的一部分返回至一次侧流路的返回流路，由一次侧流路、离子除去装置、分离装置和返回流路构成循环流路，溶解剂供给部按照将溶解剂供给至循环流路内的方式设置。根据该构成，通过循环流路，可以使从一次侧流路流至二次侧流路的液体的流量的变动更为稳定，可以抑制金属离子的除去效率的降低。另外，通过按照将溶解剂供给至循环流路内的方式设置溶解剂供给部，可以将溶解剂供给至分离装置，使附着在分离装置上的结晶溶解，进行再生处理。

以下基于附图详细地说明本发明的实施方式1-3。

图1为表示实施方式1的离子除去系统1的概略构成的图。

<整体构成>

实施方式1的离子除去系统1具备一次侧流路2、离子除去装置3、分离装置4和二次侧流路5。

一次侧流路2连接于离子除去装置3。一次侧流路2是向离子除去装置3供给硬水的流路。实施方式1中，在一次侧流路2与离子除去装置3的连接部分上设有泵P。泵P按照将流过一次侧流路2的硬水经由离子除去装置3流向分离装置4的方式发挥功能。泵P的驱动由控制部6控制。

离子除去装置3具备收容硬水的硬水收容部3A和产生微细气泡并供给至硬水收容部3A的微细气泡产生部3B。离子除去装置3是在硬水收容部3A中使硬水中的金属离子吸附在微细气泡上、从而将金属离子从硬水中除去的装置。微细气泡产生部3B按照气体不会进入泵P的方式配置在比泵P更靠硬水流动方向的下游侧。

实施方式1中，金属离子是指钙离子(Ca²⁺)或镁离子(Mg²⁺)。另外，实施方式1中，微细气泡是指直径为100μm以下的气泡。微细气泡包含微米气泡(直径例如为1μm以上且100μm以下)和纳米气泡(直径例如小于1μm)。微米气泡还可以是水处理领域中的本领域技术人员可理解为微米级别气泡直径的气泡。另外，纳米气泡还可以是水处理领域中的本领域技术人员可理解为纳米级别气泡直径的气泡。微细气泡具有以下与通常气泡不同的性质：在水中的滞留时间长；作为气泡单体、直径难以增大、难以与其它气泡合为一体；接触面积大、易于发生化学反应等。

此外，作为微细气泡，也可以以较少的比例包含直径为100μm以上的气泡(毫米气泡等)。例如，可以将直径为100μm以下的比例为90％以上的气泡定义为微细气泡。在此基础上，还可以添加直径为60μm以下的比例为50％以上、直径为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，例如可以用高速相机直接拍摄包含微细气泡的硬水，利用图像处理用3点法算出气泡直径；或者还可以利用除此以外的任意方法进行测定。测定气泡直径的时机只要是微细气泡滞留的时间，则可以是任意的时机。此外，使用上述高速相机的测定方法的条件的一例如下。

高速相机：FASTCAM 1024PCI(株式会社PHOTRON)

镜头系统：Z16 APO(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(微米气泡拍摄区域为1.42mm×1.42mm、毫米气泡拍摄区域为5.69mm×5.69mm)

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

实施方式1中，在微细气泡产生部3B上，介由气体切换机构9连接有离子除去用气体供给部7和溶解剂供给部8。

离子除去用气体供给部7按照将除去硬水中的金属离子的离子除去用气体供给至微细气泡产生部3B的方式来构成。实施方式1中，离子除去用气体供给部7按照将“空气”作为离子除去用气体供给至微细气泡产生部3B的方式来构成。此外，离子除去用气体供给部7还可以具备例如填充有离子除去用气体的罐。另外，离子除去用气体供给部7还可以是生成离子除去用气体的装置。进而，离子除去用气体供给部7还可以是连接于离子除去用气体供给源的装置。

溶解剂供给部8按照将溶解用气体供给至微细气泡产生部3B的方式来构成，上述溶解用气体是使将从硬水中除去了的金属离子进行结晶化而析出的金属成分的结晶溶解的溶解剂之一例。实施方式1中，溶解剂供给部8按照将“二氧化碳(CO₂)”作为溶解用气体供给至微细气泡产生部3B的方式来构成。溶解剂供给部8按照能够将溶解剂供给至分离装置4的方式配置在比分离装置4更靠硬水流动方向的上游侧。此外，溶解剂供给部8例如还可以具备填充有溶解剂的罐。另外，溶解剂供给部8还可以是生成溶解剂的装置。进而，溶解剂供给部8还可以是连接于溶解剂供给源的装置。

气体切换机构9是按照将离子除去用气体或溶解用气体中的任一者供给至微细气泡产生部3B的方式进行切换的机构。通过切换气体切换机构9，可以选择性地进行利用离子除去用气体的软水化处理和利用溶解用气体的再生处理。气体切换机构9例如由1个以上的阀门构成。气体切换机构9的切换动作由控制部6控制。

微细气泡产生部3B在按照供给离子除去用气体的方式切换气体切换机构9时，产生包含离子除去用气体的微细气泡。通过该微细气泡将金属离子从硬水中除去，将金属成分的结晶分离，从而对硬水实施软水化处理。对于软水化处理的原理，在后详细地说明。

另一方面，微细气泡产生部3B在按照供给溶解用气体的方式切换气体切换机构9时，产生包含溶解用气体的微细气泡。通过该微细气泡，可以如后所述使附着在分离装置4上的金属成分的结晶溶解而进行再生处理。对于再生处理的原理，在后详细地进行说明。

分离装置4介由设置于硬水收容部3A的上方外周部的连接流路3C连接于离子除去装置3。分离装置4是对将利用离子除去装置3从硬水中除去的金属离子进行结晶化而析出的金属成分的结晶进行分离的装置。通过离子除去装置3及分离装置4，可以将硬水中的金属离子的浓度(硬度)降低至规定浓度以下而制造软水。此外，作为硬水及软水的定义，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，将硬度为120mg/L以上定义为硬水。

实施方式1中，分离装置4是具有朝向下方直径减小的锥状的内周面4Aa、通过硬水沿着内周面4Aa朝向下方以螺旋状流过、从而将金属成分的结晶进行分离的旋风方式的离心分离装置。实施方式1中，分离装置4具备具有内周面4Aa的分离部4A和存积金属成分的结晶的结晶存积部4B。

在分离部4A上，按照将经过离子除去装置3的水向从分离部4A的中心轴偏心的方向吐出的方式连接有连接流路3C。通过这种偏心配置，喷至分离部4A内的水沿着内周面4Aa、朝向下方以螺旋状流过。从硬水中除去的比重大的金属离子通过离心分离向内周面4Aa侧移动，在内周面4Aa的附近作为金属成分的结晶而析出。该结晶的一部分附着在内周面4Aa上。

结晶存积部4B配置在分离部4A的下方。结晶存积部4B具备将包含金属成分的结晶的水排出的排出流路4Ba。排出流路4Ba上设有能够开关排出流路4Ba的开关阀门10。开关阀门10的开关动作由控制部6控制。另外，在比排出流路4Ba的开关阀门10更靠排出方向的下游侧的位置上设有排出侧逆流防止机构11。

排出侧逆流防止机构11是防止金属成分的结晶逆流到分离装置4内的机构。通过该排出侧逆流防止机构11，可以抑制金属成分的结晶再次混入到已经将金属成分的结晶从硬水中分离后的处理水(软水)中。排出侧逆流防止机构11例如由1个以上的止回阀构成。另外，排出侧逆流防止机构11例如还可以由真空破坏器构成。进而，排出侧逆流防止机构11还可以按照在排出流路4Ba的出口设置吐水口空间以防止逆流的方式来构成。

二次侧流路5连接于分离装置4。二次侧流路5是将分离出了金属成分的结晶的处理水从分离装置4中取出的流路。实施方式1中，由于分离装置4是旋风方式的离心分离装置，因此可以将金属成分的结晶集中于内周面4Aa的附近。为了抑制金属成分的结晶侵入到二次侧流路5内，二次侧流路5连接在作为远离内周面4Aa的位置的分离部4A的上方中央部。

流过二次侧流路5的处理水被供给至例如厨房、浴室、厕所、洗面等。由于处理水的使用，当从一次侧流路2流至二次侧流路5的液体的流量急剧地减少时，可引起从硬水中离心分离金属离子的速度降低、金属离子的除去效率降低。另外，可引起金属成分的结晶混入到处理水中。

因此，实施方式1中，在分离装置4和一次侧流路2上连接有将利用分离装置4从硬水中分离出了金属成分的结晶后的处理水的一部分返回至一次侧流路2的返回流路12。即，由一次侧流路2、离子除去装置3、分离装置4和返回流路12构成循环流路。利用该循环流路，可以使从一次侧流路2流至二次侧流路5的液体的流量的变动更为稳定，可以抑制金属离子的除去效率的降低。另外，通过驱动泵P，使液体强制性地在循环流路内循环，从而可以使该液体的流量的变动更为稳定，可以抑制金属离子的除去效率的降低。另外，可以抑制金属成分的结晶混入到处理水中。

此外，流过循环流路的液体的流量优选是软水的使用流量以上(例如2升/分钟)。流过循环流路的液体的流量越比软水的使用流量大，则越能使液体的流量的变动稳定，越能稳定地制造软水。另外，循环流路优选是密闭体系。由此，可以抑制空气进入到循环流路内，可以使液体的流量的变动更为稳定。

实施方式1中，返回流路12的一端部12a在分离部4A的中心轴侧是开口的。由此抑制了在内周面4Aa附近析出的金属成分的结晶侵入到返回流路12内。另外，离子除去装置3的连接流路3C在比返回流路12的一端部12a更靠下方处连接于分离部4A。即，返回流路12的一端部12a位于比除去了金属离子的硬水朝向下方、以螺旋状吐出的连接流路3C的出口更靠上方的位置。由此，进一步抑制了在内周面4Aa附近析出的金属成分的结晶侵入到返回流路12内。

另外，在一次侧流路2上设置有供给侧逆流防止机构13。供给侧逆流防止机构13是防止微细气泡或处理水向硬水的供给侧逆流的机构。供给侧逆流防止机构13例如由1个以上的止回阀构成。实施方式1中，供给侧逆流防止机构13设置在比返回流路12更靠一次侧流路2的硬水流动方向的上游侧。由此，可以进一步可靠地防止微细气泡或处理水等向硬水的供给侧逆流。

另外，例如当离子除去装置3发生故障等而需要维护时，在该维护过程中无法使用水。因此，实施方式1中，一次侧流路2和二次侧流路5通过旁路流路14连接。另外，离子除去系统1具备将流过一次侧流路2的硬水的流动方向按照朝向离子除去装置3或旁路流路14中的任一者的方式进行切换的流向切换机构。通过切换该流向切换机构，可以使流过一次侧流路2的硬水经由旁路流路14流向二次侧流路5，因此即使在维护过程中也可以使用硬水。另外，即便不是维护过程中，通过切换流向切换机构，也可以选择性地使用硬水和处理水(软水)。

实施方式1中，流向切换机构具备能够开关一次侧流路2的第一阀门15A、能够开关二次侧流路5的第二阀门15B、和能够开关旁路流路14的第三阀门15C。第一阀门15A、第二阀门15B及第三阀门15C的开关动作由控制部6控制。

控制部6按照选择性地执行在开放第一阀门15A及第二阀门15B的同时、关闭第三阀门15C的第一控制；和在关闭第一阀门15A及第二阀门15B的同时、开放第三阀门15C的第二控制的方式来构成。通过控制部6执行第一控制，流过一次侧流路2的硬水流向离子除去装置3、进行软水化处理、并流入二次侧流路5。由此，在二次侧流路5的出口吐出处理水(软水)。另外，通过控制部6执行第二控制，流过一次侧流路2的硬水通过旁路流路14而流入二次侧流路5。由此，在二次侧流路5的出口吐出硬水吐出。即，通过控制部6执行第一控制或第二控制，可以从二次侧流路5的出口选择性地吐出硬水或处理水(软水)。

<软水化处理>

接着，对利用微细气泡进行软水化处理的原理更为详细地进行说明。

推测通过将包含空气的微细气泡供给至硬水中，对硬水中的金属离子，产生以下(1)、(2)栏中记载的作用。具体地说，推测可以使硬水中的金属离子吸附于微细气泡，并且使所吸附的金属离子发生结晶化，将金属成分的结晶从硬水中除去。更具体地如下所述。此外，并非局限于以下(1)、(2)栏中记载的特定原理。

(1)金属离子的吸附

如图2所示，在将包含空气的微细气泡供给至硬水中时，H⁺(氢离子)和OH^-(氢氧化物离子)混存于微细气泡的表面，H⁺带正的电荷、OH^-带负的电荷(图2中仅图示了OH^-)。另一方面，硬水中作为带正电荷的金属离子，存在Ca²⁺及Mg²⁺。以下的说明中，作为金属离子，以Ca²⁺为例进行说明。

带正电荷的Ca²⁺通过分子间力的作用(离子间相互作用)被存在于微细气泡表面的OH^-吸附。如此，可以使Ca²⁺吸附在微细气泡上。此外认为，虽然在微细气泡的表面上存在排斥Ca²⁺的H⁺，但相比较于H⁺、OH^-更优先地发挥作用而对Ca²⁺进行吸附。该“金属离子的吸附”主要在离子除去装置3内进行。

(2)金属离子的结晶化

除了图2所示的反应之外，通过将包含空气的微细气泡供给至硬水中，图3所示的反应被促进。具体地说，供给至硬水中的微细气泡与通常的气泡不同，难以上浮而溶出至硬水中，因此表面张力增加，如图3所示逐渐地收缩。如上所述，在微细气泡的表面吸附有Ca²⁺。更具体地说，作为可溶性的Ca(HCO₃)₂(碳酸氢钙)的钙离子而存在。这里，当微细气泡逐渐地收缩时，微细气泡表面上的Ca²⁺的溶解浓度提高。由于溶解浓度的提高，在某个时间点变成过饱和的状态，Ca²⁺发生结晶化而析出。用具体的化学式进行表示时，如以下式1所示。

(式1)

Ca(HCO₃)₂→CaCO₃+CO₂+H₂O

CaCO₃(碳酸钙)由于是不溶性(非水溶性)的，因此作为金属成分的结晶而析出。由此，使作为Ca(HCO3)₂的Ca²⁺进行溶解者作为金属成分的结晶而析出。通过促进这种反应，可以将金属离子的Ca²⁺发生结晶化而析出的CaCO₃从硬水中分离。该“金属离子的结晶化”主要在分离装置4的分离部4A内进行。

此外推测，虽然在同样的水中还会产生与式1逆向的反应，但通过连续地供给微细气泡，在该平衡关系中，优先地进行式1方向的反应。

实施方式1中，分离装置4由于是旋风方式的离心分离装置，因此金属成分的结晶在分离部4A的内周面4Aa的附近析出，并被存积在结晶存积部4B中。存积在结晶存积部4B中的金属成分的结晶通过将开关阀门10开放，经由排出流路4Ba排出。如此，通过将金属成分的结晶从硬水中分离，可以将硬水软水化。

<再生处理>

接着，对利用微细气泡进行的再生处理的原理更为详细地进行说明。

通过进行软水化处理，将金属离子进行结晶化而析出的CaCO₃的一部分附着在分离部4A的内周面4Aa。作为用于将该CaCO₃返回至Ca(HCO3)₂的处理，进行再生处理。具体地说，微细气泡产生部3B产生包含作为与软水化处理时不同的气体的二氧化碳的微细气泡。

如图4所示，通过对附着于分离部4A内周面4Aa的CaCO₃供给二氧化碳的微细气泡，可促进以下的反应。

(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溶出到水中，并向结晶存积部4B移动。移动至结晶存积部4B的Ca(HCO₃)₂通过将开关阀门10开放，经由排出流路4Ba被排出。由此，可以将附着于分离部4A的内周面4Aa的不溶性CaCO₃排出至外部、返回至原本状态。之后，可以重新实施上述的软水化处理。

此外，上述中作为金属离子以Ca²⁺为例进行了说明，但推测对于Mg²⁺，也是发生相同的反应。

如上所述，在想要使用离子交换树脂将金属离子从硬水中除去时，为了对离子交换树脂进行再生，需要大量的盐水。与此相对，根据实施方式1的离子除去系统1，由于使用微细气泡将金属离子从硬水中除去，因此，可以不需要为了对离子交换树脂进行再生而所需的大量的盐水。由此，可以使再生处理变得简单、易于进行维护。另外，由于也未产生包含盐水的再生排水，因此可以抑制土壤污染或废水处理的负荷，可以提高环境性。进而，由于处理水中的钠离子的浓度也未提高，因此可以将所生成的处理水作为饮用水进行使用。

另外，根据实施方式1的离子除去系统1，由于使用空气作为离子除去用气体，因此可以将微细气泡的产生所花费的成本控制在极低。

进而，根据实施方式1的离子除去系统1，在将金属离子从硬水中除去后，通过供给作为溶解用气体的二氧化碳的微细气泡，进行再生处理。由此，可以促进由不溶性CaCO₃生成可溶性Ca(HCO₃)₂的反应，可以促进再生处理。

(实验例1)

接着，对为了确认利用微细气泡的软水化处理的原理而进行的实验例1进行说明。这里，使用图5A、5B所示的装置20进行实验。

图5A、5B是表示实验例1中所用装置20的概略构成的图。图5A表示自产生微细气泡起经过规定时间后(具体地经过15秒钟后)的状态，图5B表示自图5A所示的状态起进一步经过规定时间后(具体地经过45秒钟后)的状态。图5A的状态对应于图6中自微细气泡产生起的经过时间为15秒钟的状态，图5B的状态对应于图6中自微细气泡产生起的经过时间为60秒钟的状态。

图5A、5B所示的装置20是在收容硬水21的水槽22(硬水收容部)中能够从底面侧供给微细气泡23的实验装置。装置20中，可以在底面侧和水面侧这两处测定硬水21中的金属离子的浓度。在使用这种装置将微细气泡23供给至水槽22内、检测底面侧和水面侧的金属离子的浓度推移时，获得图6所示的结果。

由图6所示的结果验证了上述的“利用微细气泡的金属离子的吸附”的效果。对具体的结果在后叙述。

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是收容硬水21的水槽。在图5A、5B所示的例子中，水槽22作为上下方向上长的槽而构成。气体供给部24是介由第一配管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是基于从气体供给部24供给的气体而产生微细气泡23的装置。微细气泡产生部26对应于上述的微细气泡产生部3B。气体从气体供给部24向微细气泡产生部26的供给通过利用泵28产生的介由第二配管27的负压作用来进行。

第一取水部30是从水槽22的底面22a附近取水硬水21的样品水的构件。第二取水部32是从水槽22的水面22b附近取水样品水的构件。第一取水部30及第二取水部32的高度位置也可以设定在任意的位置，可以将从第一取水部30至第二取水部32的距离D1调整至所希望的值。

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

金属离子浓度检测器34是对从第一取水部30及第二取水部32取出的样品水中的金属离子浓度进行检测的构件。

上述构成中，当运转微细气泡产生部26及泵28时，通过利用泵28产生的介由第二配管27的负压作用，将气体从气体供给部24介由第一配管25送向微细气泡产生部26。以该气体为原料，微细气泡产生部26产生微细气泡23，并供向水槽22(图5A的箭头A1)。

使微细气泡产生部26及泵28运转规定期间(实验例1中为15秒钟)，连续地产生微细气泡23。

之后，停止微细气泡产生部26及泵28的运转。运转停止后，设置规定的休止期间(实验例1中为45秒钟)。

如图5A所示，在运转期间结束时(自微细气泡产生起的15秒钟后)，通过目视确认了供至水槽22内的微细气泡23在硬水21内上升(箭头A2)、滞留在水槽22的下方部分。

如图5B所示，在休止期间结束时(自微细气泡产生起的60秒钟后)，通过目视确认了供至硬水21中的微细气泡23进一步上升、到达至水面22b(箭头A3)、滞留在水槽22的上方部分。

将在上述运转中的规定时机从第一取水部30及第二取水部32中取出样品水、利用金属离子浓度检测器34测定金属离子的浓度的结果示于图6。

以下记载与图6结果有关的具体实验条件。

(实验条件)

样品水的取出时机：从运转开始起的0秒钟后、15秒钟后、30秒钟后、60秒钟后

图6的横轴表示自微细气泡产生起的经过时间(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将运转开始时所测得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提取的样品水的浓度在经过15秒钟时上升至约108％。在之后的休止期间逐渐地减少，最终逐渐减少至约97％。

另一方面，在水槽22的水面22b附近从第二取水部32提取的样品水的浓度在至经过15秒钟时基本维持在100％后，在之后的休止期间逐渐地增加，最终逐渐增加至约115％。

使上述金属离子的浓度推移的结果与微细气泡23的行为相关联时，如下所述。

在图5A所示的经过15秒钟时，在微细气泡23滞留的第一取水部30的样品水中，金属离子浓度上升。另一方面，在微细气泡23未滞留的第二取水部32的样品水中，金属离子浓度几乎没有变化。

在图5B所示的经过60秒钟时，在微细气泡23未滞留的第一取水部30的样品水中，金属离子浓度减少至不足100％。另一方面，在微细气泡23滞留的第二取水部32的样品水中，金属离子浓度大幅度地上升。

根据这种结果推测，作为硬水21中的金属离子的Ca²⁺被微细气泡23吸附，随着微细气泡23的上升一起上升。

基于上述推测，验证了上述的“利用微细气泡的金属离子的吸附”的效果。

(实施方式2)

对本发明的实施方式2的离子除去系统进行说明。此外，实施方式2中主要对与实施方式1不同的方面进行说明。实施方式2中，对于与实施方式1相同或同等的构成带有相同符号来进行说明。另外，实施方式2中与实施方式1重复的记载省略。

实施方式2中，作为软水化处理中的微细气泡的气体，在不使用空气、而使用氮气的方面与实施方式1不同。

推测通过从微细气泡产生部3B产生氮气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”的作用之外，还可促进以下(3)、(4)栏所记载的作用。此外，并不局限于以下(3)、(4)栏所记载的特定原理。

(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⁺被吸附在带负电荷的OH^-上。在这种状况下，使用氮气作为微细气泡时，促进以下式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，相对于OH^-离子的数量、H⁺离子的数量减少。由此，作为微细气泡，负电荷增强，易于吸附带正电荷的Ca²⁺。

在如实施方式2那样使用氮气时，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的反应，因此可进一步促进金属离子的吸附。由此，可以将更多的金属离子从硬水中分离并除去。

此外推测，上述原理并不限定于氮气，只要是能够与H⁺离子反应、相对于OH^-离子的数量使H⁺离子的数量减少的气体，则同样地适用。

(4)金属离子的结晶化的促进

氮气由于是与空气不同的不活泼性气体，因此被供至硬水中时，成为硬水中所含气体的分压的平衡被破坏的状态。由此，可促进图8所示的反应。

如图8所示，对于由氮气构成的微细气泡，若替换溶于硬水中的其它气体成分时，则发挥作用。在图8所示的例子中，存在于微细气泡周围的Ca(HCO₃)₂中包含CO₂，若将该CO₂提取出、替换成氮气时，则发挥作用。即，可促进以下的反应。

(式4)

Ca(HCO₃)₂→CaCO₃+CO₂+H₂O

如此，发生由可溶性的Ca(HCO₃)₂生成不溶性的CaCO₃的反应。此时，产生CO₂和H₂O。由于CaCO₃是不溶性的，因此作为金属成分的结晶而析出。

通过上述反应，可以使硬水中作为Ca(HCO₃)₂的Ca²⁺被包含的金属离子发生结晶化而析出。由此，可以从硬水中将金属成分的结晶除去。

此外推测，上述原理并不限定于氮气，只要是使溶于硬水中的气体的分压的平衡破坏的除空气以外的气体，则同样地适用。

如上所述，实施方式2中通过摄入氮气而产生微细气泡并供至硬水中，与使用空气的情况相比，可以促进在“(3)金属离子的吸附的促进”、“(4)金属离子的结晶化的促进”栏中说明过的反应。由此，可以提高从硬水中除去金属离子的精度。

(实施方式3)

对利用本发明实施方式3的离子除去系统的金属离子的除去方法进行说明。此外，实施方式3中，主要对与实施方式1、2不同的方面进行说明，与实施方式1、2重复的记载省略。

实施方式1、2中，微细气泡产生部3B产生包含空气的微细气泡，而实施方式3中产生包含混合有多种气体的混合气体的微细气泡，此点与实施方式1、2不同。

实施方式3中，作为用于产生微细气泡的混合气体，使用混合有以下2种气体的混合气体：作为碱性气体的第一气体；作为与第一气体相比、具有溶解速度更慢的性质的气体的第二气体。即，图1所示的离子除去用气体供给部7将混合有第一气体和第二气体的混合气体作为离子除去用气体供至微细气泡产生部3B。

推测通过由包含第一气体和第二气体的混合气体产生微细气泡，除了上述的“(1)金属离子的吸附”、“(2)金属离子的结晶化”的作用之外，还可促进以下(5)、(6)栏所记载的作用。此外，并不局限于以下(5)、(6)栏所记载的特定原理。

(5)由第一气体导致的微细气泡表面的电位变化

混合气体中包含的第一气体是通过酸碱反应接收H⁺的碱性气体。第一气体通过溶于水中，产生OH^-。具体地说，发生以下式5-1的反应。

(式5-1)

X+H₂O→XH⁺+OH^-

式5-1中，第一气体用化学式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⁺的比例相比有所增加(图9中省略了H⁺的图示)。固体-液体的界面的电位由于水中的H+/OH^-是电位决定离子，因此强烈地依赖于水质的pH，当H⁺增多时、正电荷增强，当OH^-增多时、负电荷增强。由此，作为微细气泡40，负电荷增强，易于吸附带有正电荷的Ca²⁺。如此，可以提高利用微细气泡40的金属离子的吸附效果。

进而，实施方式3中，作为第一气体使用碱性气体的氨。使用氨时，上述式5被具体化成以下的式6。

(式6)

NH₃+H₂O→NH₄ ⁺+OH^-

通过使用在水中的溶解度高、为常用气体的氨来产生微细气泡40，可以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。

此外推测，上述原理并不限定于氨，只要是碱性气体，则同样地适用。作为这种碱性气体，例如可举出甲基胺、乙基胺、丙基胺、异丙基胺、丁基胺、己基胺、环己基胺、二甲基胺、二乙基胺、二异丙基胺、二丙基胺、二正丁基胺、乙醇胺、二乙基乙醇胺、二甲基乙醇胺、亚乙基二胺、二甲基氨基丙基胺、N,N-二甲基乙基胺、三甲基胺、三乙基胺、四亚甲基二胺、二亚乙基三胺、亚丙基亚胺、五亚甲基二胺、六亚甲基二胺、吗啉、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉。

另外，如式5-1所示，X并不限于碱性气体，只要是与水(H₂O)反应而提供羟基离子(OH^-)的“羟基离子提供气体”，则发挥同样的效果。作为羟基离子提供气体，例如可举出可溶性的臭氧气体(O₃)。将臭氧气体供至水时，发生类似于上述式5-1的以下式5-2所示的反应。

(式5-2)

O₃+H₂O+2e^-→O₂+2OH^-

根据上述式5-2，发生以下式5-3所示反应的羟基离子提供气体“X”也发挥同样的效果。

(式5-3)

XO+H₂O+2e^-→X+2OH^-

此外，关于臭氧，在实验例6中进行说明。

(6)利用第二气体的微细气泡的维持

如“(5)由第一气体导致的微细气泡表面的电位变化”栏中说明的那样，作为混合气体包含的碱性气体的第一气体溶解于水中，使微细气泡40表面上的OH^-的比例增加。对于这种第一气体，混合作为与第一气体相比具有溶解速度更慢的性质的气体的第二气体。通过混合这种第二气体，即便是第一气体溶于水的状态，也可防止微细气泡40整体溶于水中，可以维持微细气泡40的状态。通过维持微细气泡40的状态，可以维持实施方式1、2中说明的来自微细气泡的Ca²⁺离子的吸附效果。

实施方式3中，使用氮气作为第二气体。通过使用对人体无害、为常用气体的氮气来产生微细气泡40，可以在担保安全性的同时减少微细气泡40的产生成本。另外，由于氮气是非水溶性气体(非可溶性气体)，因此可以更有效地发挥维持微细气泡40状态的效果。

上述原理并不限定于氮气，只要是与作为碱性气体的第一气体相比、具有溶解速度更慢的性质的气体，则同样地适用。此外，选择第二气体时，可以选择在包含温度及压力的条件为同一条件下、在水中的溶解速度(溶解度)比第一气体慢(低)的气体。作为这种第二气体，例如按溶解度由低到高的顺序，可举出氮气、氢气、一氧化碳、丁烷、氧气、甲烷、丙烷、乙烷、一氧化氮、乙烯、丙烯、乙炔、二氧化碳。其中，特别在使用一氧化氮、氧气、氢气等非水溶性气体时，可以更有效地发挥维持微细气泡40状态的效果。

此外在“(3)金属离子的吸附的促进”、“(4)金属离子的结晶化的促进”栏中，使用图7、图8对氮气溶于硬水中进行了说明，但认为该反应也同时地发生。氮气由于是非水溶性的，因此难溶于水中，强烈地发挥维持微细气泡40状态的作用，但溶于水中的部分也存在不少。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”栏中说明过的氮气溶于水中的现象也不少，与“(6)利用第二气体的微细气泡的维持”栏中说明过的氮气维持微细气泡的现象同时地发生。

如上所述，本实施方式3的微细气泡产生部利用混合有以下气体的混合气体来产生微细气泡40：与水反应而提供羟基离子的第一气体；和与第一气体相比、具有溶解速度更慢的性质的第二气体。作为羟基离子提供气体的第一气体与水反应、使微细气泡40表面上的OH^-的比例增加。由此，可以增加使Ca²⁺等金属离子吸附于微细气泡40的效果。进而，通过混合与第一气体相比、具有溶解速度更慢的性质的第二气体，可以防止微细气泡40完全地溶于水中，可以维持微细气泡40的状态。

另外，本实施方式3中，第一气体是可溶性的碱性气体(氨)。如此，先将作为碱性气体的第一气体溶于水中，使与碱性气体相比、具有溶解速度更慢的性质的第二气体带负电，利用2个气体的溶解速度的差异，可以发挥上述效果。

微细气泡40中的氨与氮气的混合比例可以设定为任意的值，例如可以按照氮气相对于氨的混合比例增大的方式进行设定(例如氨：氮气的物质量(体积比)为1：99)。根据这种设定，通过氨的溶解而OH^-有所增加的区域仅停留在微细气泡40的表面附近，在远离微细气泡40的位置处、OH^-的比例难以变化。如此，可以在仅使微细气泡40的表面附近发生变化的同时不改变水整体的水质。另一方面，通过增多氮气的比例，可以更长地维持微细气泡40的状态。如此，在混合气体中，通过相比较于作为碱性气体的第一气体的物质量、更多地设定溶解速度比碱性气体更慢的第二气体的物质量，可以发挥上述效果。此外，在同温、同压的条件下，由于物质量与体积成比例，因此可以使用物质量和体积中的任一种来设定第一气体与第二气体的混合比例。

或者，还可以按照氨相对于氮气的混合比例增大的方式进行设定。根据这种设定，可以将硬水中包含的金属离子进一步结晶化而除去。对于这种结晶化促进的原理，在实验例2-4中进行说明。

另外，实施方式3中，与分别对氨和氮气进行微细气泡化、不将它们混合而是分别供至硬水的供给方式不同，将由混合有氨和氮气的混合气体形成的微细气泡40供至硬水。根据这种供给方式，可防止氨在远离微细气泡40的位置处以单体发生溶解，可以充分地发挥仅在微细气泡40的表面附近增加OH^-的功能。

接着，使用图10的示意图对由混合有作为上述第一气体的氨和作为第二气体的氮气的混合气体所形成的微细气泡40的金属离子的吸附效果、特别是至最终使金属离子结晶化的假设原理进行说明。

如图10所示，当将微细气泡40供至硬水中时，在构成微细气泡40的氨与氮气中，水溶性的氨溶解到周围的水中(氨气溶解)。由此，如在“(5)由第一气体导致的微细气泡表面的电位变化”栏中说明过的那样，在微细气泡40的表面产生NH₄ ⁺的同时，OH^-的比例增加(表面富集)。此时，Ca²⁺离子的吸附效果增大。

当表面富集进一步进展时，微细气泡40表面上的OH^-的浓度变为最大。即，微细气泡40表面的pH变为最大，微细气泡40的ζ电位变为最大(局部pH大、ζ电位大)。

在上述的“氨气溶解”、“表面富集”、“局部pH大、ζ电位大”的状态下，Ca²⁺处于被微细气泡40吸附的状态。此时，只要是将吸附有Ca²⁺的微细气泡40从硬水中分离，则可以将金属离子从硬水中除去。

对于未进行上述分离的情况或者虽然进行了分离、但作为微细气泡40残留的情况，在微细气泡40的表面处，开始被吸附的Ca²⁺的结晶化。具体地说，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开始消失(消失)。

当Ca²⁺的结晶化及微细气泡40的消失进行时，维持了微细气泡40状态的非水溶性氮气作为溶存气体向水中扩散(溶存气体扩散)。

在上述的“消失”、“溶存气体扩散”的状态下，在硬水中作为金属离子被包含者作为结晶42析出。通过将如此析出的结晶42从硬水中分离，可以将硬水中的金属离子进行结晶化而除去。

(实验例2-4)

接着，对为了确认微细气泡40中的氨与氮气的混合比例对金属成分的结晶化的影响所进行的实验例2-4进行说明。这里，使用图11所示的装置50进行实验。

图11为表示实验例2-4中所用装置50的概略构成的图。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、储水罐64、泵66、流量调整阀68和流量计70。

混合气体供给部52是将混合气体供给至处理槽54的构件。混合气体供给部52具备氨供给源72、氮气供给源74、混合比调整阀76、供给用配管78和微细气泡产生部80。

混合气体供给部52使用氨供给源72和氮气供给源74，生成混合有氨(第一气体)和氮气(第二气体)的混合气体。氨与氮气的混合比例可以通过混合比调整阀76设定为任意的比例。混合气体经由供给用配管78被供给至设于处理槽54底部的微细气泡产生部80。微细气泡产生部80是将混合气体进行微细气泡化的构件。

处理槽54是收容作为处理对象处理水的硬水的槽(硬水收容部)。通过向处理槽54的硬水中供给由混合气体形成的微细气泡，根据实施方式3所说明的原理，进行金属成分从硬水中的除去、特别是结晶化。将处理后的处理水送至第一配管56。在第一配管56的途中设置有采水阀60。通过采水阀60的开关，进行经由第一配管56内的处理水的采水。被采水的处理水被放入采水器62中。

第一配管56连接于储水罐64。储水罐64是对处理水进行存积的罐。将存积在储水罐64中的处理水经由第二配管58返回至处理槽54中。由此，处理水进行循环。

在第二配管58上安装有泵66、流量调整阀68及流量计70。泵66是产生将储水罐64内的处理水流入第二配管58的推动力的构件。流量调整阀68是调整经由第二配管58的处理水的流量的阀。流量计70是对流入第二配管58的处理水的流量进行测定的设备。

使用这种装置50，一边连续地运转泵66、一边在处理槽54中进行硬水中的金属成分的除去处理，同时从采水器62中采集处理后的处理水，测定各种参数。实验例2-4中，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。此外，本说明书中的结晶化率并不限定于原子、分子规则正确地以周期性的排列而构成者，仅是指作为固体析出的物质的比例。结晶化率也可称作“析出率”。

将利用扫描型电子显微镜(SEM)对实验例2-4中实际处理过的处理水进行观察的结果例示于图12中。如图12所示，多个结晶84析出到处理水82中。

实验例2、3中，使用硬水1使用处理对象的处理水。硬水1是Evian(注册商标)-硬度约为300mg/L。实验例4中，使用硬水1、硬水2的2种。硬水2是Contrex(注册商标)-硬度约为1400mg/L。

(实验例2)

实验例2是使用上述的装置50，一边使泵66动作而使硬水流入处理槽54中，一边使用采水器62将经过规定时间后的处理水作为样品水进行采集。实验例2中对改变混合气体中的氨与氮气的混合比例、各个混合比例下的结晶化率的差异进行了调查。以下示出实验例2的具体的实验条件。实验例2中，从处理槽54供至第一配管56的处理水除了利用采水器62采集的水之外全部废弃，不供至储水罐64。

(实验条件)

对于样品水的测定项目，通过将所采集的样品水过滤、将析出至样品水中的金属成分的结晶去除后再进行测定。Ca硬度是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)而得到的值。pH、Ca硬度、总碳酸浓度的测定分别使用市售的测量器。

将实验例2获得的实验结果示于图13A、图13B。

图13A的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的横轴表示样品水的pH、纵轴表示样品水的结晶化率(％)。

“结晶化率”通过(运转前的样品水的Ca硬度-运转后的样品水的Ca硬度)/运转前的样品水的Ca硬度来计算。如此计算的结晶化率表示在每单位体积的样品水中有多少的金属离子发生了结晶化。结晶化率越高，则表示越多的金属离子从样品水中发生了结晶化。

如图13A、13B所示，氨的混合比例越高，则结晶化率越提高。特别是当氨的混合比例为70％以上时，结晶化率飞跃性地提高。

如图13A、13B所示可知，氨的混合比例越高，则pH也越上升。但是，pH虽然上升了，但最大也仅是8.5～9之间的值。厚生劳动省规定的净水的pH标准为5.8～8.6的范围，可知氨的混合比例较高时，也以接近该范围的值发生推移。另外，由药品和医疗器械法规定的碱离子水的优选饮用范围为pH9～10。由于将pH值控制在了比该范围更低，因此可知作为饮用水也是适合的。

作为即便是氨的混合比例较高时、pH的上升也不会过大的原因，如使用上述图10进行说明的那样，在于并非是使处理水整体的pH上升、而是主要使微细气泡40周边的局部pH上升这一点。

(实验例3)

实验例3与实验例2同样，是使用上述的装置50，一边使泵66动作而使硬水流入处理槽54中，一边使用采水器62将经过规定时间后的处理水作为样品水进行采集。实验例3中，仅使用混合气体中的氨的混合比例为70％和100％的2个模式。另外，与实验例2不同，从泵66的运转起每隔规定间隔采集样品水来测定各种参数。进而，与实验例2不同，从处理槽54供至第一配管56的处理水除了利用采水器62进行采集的水以外，全部返回至储水罐64、使处理水循环。以下示出实验例3的具体的实验条件。

(实验条件)

将实验例3获得的实验结果示于图14A、图14B、图14C中。

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

如图14A所示，无论是氨的混合比例为70％、100％的任一种情况，随着运转时间经过，结晶化率均上升。另外，如图14B所示，随着运转时间经过，Ca硬度降低。由此可知，通过投入由混合气体形成的微细气泡，溶于硬水中的金属成分的Ca²⁺作为CaCO₃而发生了结晶化。

另一方面，相比较于氨的混合比例为70％、氨的混合比例为100％时的结晶化率的上升速度及Ca硬度的降低速度更快。由此可知，就使Ca²⁺结晶化成CaCO³而言，氨起到很大的作用。

如图14C所示，随着运转时间经过，氨的混合比例为70％、100％的任一种情况下，pH均缓慢地上升。在氨的混合比例为70％时和100％时，pH值未见那么大的差异。另外，即便是运转时间经过50分钟时，pH也仅为9～10之间，没有过度地上升。作为如此pH的上升速度没有那么快的原因，如使用图10说明的那样，在于并非是使处理水整体的pH上升、而是主要使微细气泡40周边的局部pH上升的这一点。

(实验例4)

实验例4与实验例2、3同样，是使用上述的装置50，一边使泵66动作而使硬水流入处理槽54中，一边使用采水器62将经过规定时间后的处理水作为样品水进行采集。与实验例3同样，从泵66的运转起每隔规定间隔采集样品水来测定各种参数。进而，与实验例3同样，从处理槽54供至第一配管56的处理水除了利用采水器62进行采集的水以外，全部返回至储水罐64中、使处理水循环。另一方面，实验例4中，仅使用使混合气体中的氨的混合比例为70％的1个模式。另外，与实验例2、3不同，作为处理水，使用硬水1(硬度约为300mg/L)、硬水2(硬度约为1400mg/L)的2种硬水。以下示出实验例4的具体的实验条件。

(实验条件)

将实验例4获得的实验结果示于图15A、图15B、图15C、图15D中。

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

如图15A、图15B所示，硬水1、硬水2随着运转时间的经过、结晶化率均上升，同时Ca硬度均降低。由此可知，通过由混合气体形成的微细气泡的投入，溶于硬水中的金属成分的Ca²⁺作为CaCO₃而发生了结晶化。

另外，如图15A、图15C所示可知，硬水1和硬水2中，结晶化率的上升速度及pH的上升速度明显不同。具体地说，硬水1相比较于硬水2，结晶化率的上升速度及pH的上升速度更快。就此方面，本发明人们着眼于“总碳酸浓度”，基于图15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中包含很多的HCO₃ ^-及CO₃ ^2-。此外，运转时间为50分钟时的硬水1的结晶化率如图15A所示，达到70～80％。与其相对，对于硬水2的总碳酸浓度，运转时间为70分钟时的值约为20mg/L。可知与硬水1相比时，硬水2中HCO₃ ^-及CO₃ ^2-的含量大幅度地少。此外，运转时间为70分钟时的硬水2的结晶化率根据图15A所示的数据，预计为约40％。

HCO₃ ^-及CO₃ ^2-如实施方式1-3的原理中说明过的那样，作为用于使Ca²⁺作为CaCO₃发生结晶化的成分而发挥功能。由于含有较多这种的HCO₃ ^-及CO₃ ^2-，硬水1相比较于硬水2，结晶化率的上升速度更快。

硬水1、2中包含的金属成分的含量及总碳酸浓度示于以下的表1中。

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。如此，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、基本相同。与此相对，相对于硬水中包含的Ca及Mg的含量的Ca及Mg的溶解所需要的CO₃ ^2-的量在硬水1中约为184mg/L、在硬水2中约为887mg/L。即，硬水1中，相对于Ca及Mg的溶解所需的CO₃ ^2-的量，实际所包含的CO₃ ^2-的量多余了约173mg/L。这意味着，在投入由微细气泡形成的混合气体时，用于使Ca²⁺结晶化的CO₃ ^2-丰富地存在。与此相对，硬水2中，相对于Ca及Mg的溶解所需的CO₃ ^2-的量，实际所包含的CO₃ ^2-的量不足了约515mg/L。这可以认为在投入由微细气泡形成的混合气体时，用于使Ca²⁺结晶化的CO₃ ^2-少、结晶化未得到促进。

由上述结果认为，若在被处理的硬水中丰富地包含HCO₃ ^-及CO₃ ^2-等碳酸，则可以提高结晶化的上升速度。基于此，为了增加硬水的总碳酸量，还可以在投入微细气泡之前向硬水中投入碳酸气体。具体地说，还可以进一步具备产生碳酸气体的碳酸气体产生部。进而，在将微细气泡产生部所产生的微细气泡供给至硬水之前，还可以由碳酸气体产生部产生碳酸气体并供给至硬水中。由此认为，能够促进硬水中的金属成分的结晶化。

如前所述，根据实验例2-4，通过混合气体中比氮气的物质量更多地设定氨的物质量，可以促进金属成分的结晶化。进而，通过将混合气体中的氨的混合比例设定为70％以上，可以大幅度地促进金属成分的结晶化。

(实验例5)

实验例5是对使用上述装置50进行了处理的样品水(软水)评价“起泡”的官能性评价的实验。起泡与从水面生成的泡沫的高度、大小所产生的起泡力有关。一般来说，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更高等优点。

实验例5中，与实验例2-4不同，并非混合气体，而是基于作为单独气体的氨来产生微细气泡。即，在图11所示的装置50中，不使用氮气供给源74而仅使用氨供给源72来产生微细气泡。此外，对于装置50的使用方法，由于与实验例2-4同样，因此省略说明。

实验例5的实验方法基于与空气调节·卫生工学会的“起泡”有关的标准：SHASE-S218。具体地说，准备用200ml的水稀释了纯肥皂1.5g而得到的稀释水，将1mL的稀释水与9mL的成为对象的处理水混合，作为10mL的评价水放入量筒中。此外，纯肥皂使用洁面皂牛牌红盒a1(Cow Brand Soap Kyoshinsha株式会社)，200ml的水使用Autostill、WG221(YamatoScientific株式会社)的蒸馏水。振荡量筒50次之后，测定1分钟后从水面立起的泡沫的高度。

实验例5中，除了用装置50处理过的样品水之外，还使用了硬水、自来水、纯水这3种进行同样的实验。这些水和样品水的硬度如下。

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

将实验例5获得的实验结果示于图16中。图16的横轴表示水的种类、纵轴表示评价水从水面延伸的泡沫的高度(mm)。纵轴表示起泡·起泡力。

如图16所示，Ca硬度、Mg硬度均为最高的“硬水”几乎不会起泡、接近于0，而与此相对，“自来水”、“样品水”和“纯水”显示相同程度的较高的起泡。即，使用装置50进行了处理的“样品水”相对于处理前的硬水、改善了起泡，实现了接近于“自来水”、“纯水”的起泡。由此示出，通过利用实施方式的方法将金属离子从硬水中除去，可以改善起泡，并且可以实现与作为软水的自来水、纯水相同水平的起泡。

将图16所示的结果与上述硬度的具体值进行比较时，Ca硬度越小，则起泡变得越大。由此可知，相比较于Mg硬度，Ca硬度的值是对于起泡、更直接地发挥影响的支配性参数。

(实验例6)

实验例6是使用与实验例2-4相同的装置50(图11)对处理水(硬水)进行处理、对经过处理的样品水的结晶化率进行比较的实验例。

实验例6中，对使用了作为微细气泡的微米气泡时与使用并非微细气泡的毫米气泡时的结晶化率的差异进行了比较。即，以以下2种模式进行实验：在图11所示的装置50中，直接使用微细气泡产生部80产生微米气泡的情况；和在图11所示的装置50中，代替微细气泡产生部80而使用其它的气泡产生部(未图示)产生毫米气泡的情况。

进而，实验例6中，与实验例2-4不同，并非混合气体、而是基于作为单独气体的臭氧来产生气泡。即，图11所示的装置50中，代替氨供给源72和氮气供给源74而使用臭氧供给源(未图示)。此外，如实施方式3中说明的那样，臭氧为羟基离子提供气体。

实验例6的实验条件如下。

使用实验例6获得的实验结果示于图17A、图17B中。

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

如图17A、图17B所示可知，就Ca硬度和总硬度的任一种而言，相比较于毫米气泡，微米气泡实现了更高的结晶化率。即，相比较于使用并非微细气泡的毫米气泡时，使用作为微细气泡的微米气泡时，结晶化率更高，可以说验证了利用微细气泡的金属离子的结晶化的效果。

此外，本发明并不限定于上述实施方式，可以利用其它各种的方式进行实施。例如，上述中，在软水化处理中使用空气或氮气作为离子除去用气体，但本发明并不限定于此。也可以使用除空气、氮气以外的气体作为离子除去用气体。

另外，上述中，使用二氧化碳作为进行再生处理的溶解用气体，但本发明并不限定于此。例如，作为溶解用气体，也可以使用作为溶于水时产生氢离子的气体的硫化氢(H₂ S→H⁺+HS^-)或氯化氢(HCl→H⁺+Cl^-)。

另外，上述中，作为进行再生处理的溶解剂之一例使用了溶解用气体，但本发明并不限定于此。例如，作为溶解剂，还可以使用使金属成分的结晶溶解的液体(溶解用液)。作为这种液体，例如可举出盐酸、硫酸、柠檬酸、抗坏血酸等。通过使用这种液体，可以减小溶解剂供给部8的大小。另外，可以减少更换溶解剂的频率。另外，作为溶解剂使用液体时，可以抑制气体进入泵P中，因此可以使将溶解剂供给部8配置于泵P的硬水流动方向下游侧的必要性不再存在。即，溶解剂供给部8配置在由一次侧流路2、离子除去装置3、分离装置4和返回流路12构成的循环流路内即可。通过该构成也可以将溶解剂供给至分离装置4、使附着在分离装置4上的结晶溶解来进行再生处理。

另外，上述中，仅将包含离子除去用气体的微细气泡供给至硬水中，但本发明并不限定于此。例如，除了包含离子除去用气体的微细气泡以外，还可以将其它的气体也供给至硬水中。此时，其它的气体可作为微细气泡供给至硬水中、还可以作为通常的气泡供给至硬水中。

另外，上述中，利用控制部6自动地控制第一阀门15A、第二阀门15B及第三阀门15C的开关动作，但本发明并不限定于此。还可以手动地进行第一阀门15A、第二阀门15B及第三阀门15C的开关动作。

另外，上述中，对使用混合有作为碱性气体的第一气体和与第一气体相比具有溶解速度更慢的性质的第二气体的2种气体的微细气泡的情况进行了说明，但除了这2种气体之外，还可以混合其它的气体。即，还可以使用由混合有包含第一气体和第二气体的2种以上气体的混合气体所形成的微细气泡。

此外，通过适当地组合上述各种实施方式及变形例中的任意实施方式，可以发挥各自所具有的效果。

本公开一边参照附图一边就优选的实施方式充分地进行了记载，但对于熟练本技术的人们来说，各种变形或修正都是清楚的。这种变形或修正只要是不脱离所附的权利要求书所构成的本公开的范围，则应该理解为包括在其中。另外，各实施方式中的要素的组合或顺序的变化可以在不脱离本公开的范围及思想的情况下得以实现。

产业的可利用性

本发明的离子除去系统由于维护性及环境性优异，因此对于家庭用的离子除去系统是有用的、对于业务用的离子除去系统也是有用的。

符号说明

1 离子除去系统

2 一次侧流路

3 离子除去装置

3A 硬水收容部

3B 微细气泡产生部

3C 连接流路

4 分离装置

4A 分离部

4Aa 内周面

4B 结晶存积部

4Ba 排出流路

5 二次侧流路

6 控制部

7 离子除去用气体供给部

8 溶解剂供给部

9 气体切换机构

10 开关阀门

11 排出侧逆流防止机构

12 返回流路

13 供给侧逆流防止机构

14 旁路流路

15A 第一阀门

15B 第二阀门

15C 第三阀门

20 装置

21 硬水

22 水槽

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

56 第一配管

58 第二配管

60 采水阀

62 采水器

64 储水罐

66 泵

68 流量调整阀

70 流量计

72 氨

供给源

74 氮气供给源

76 混合比调整阀

78 供给用配管

80 微细气泡产生部

82 处理水

84 结晶

Claims

1.一种离子除去系统，其具备：

离子除去装置，其具备收容硬水的硬水收容部、和产生微细气泡并供给至所述硬水收容部的微细气泡产生部，在所述硬水收容部中使硬水中的金属离子吸附于所述微细气泡，从而将金属离子从硬水中除去；

一次侧流路，其连接于所述离子除去装置，将硬水供给至所述离子除去装置；

分离装置，其连接于所述离子除去装置，对将利用所述离子除去装置从硬水中除去的所述金属离子进行结晶化而析出的金属成分的结晶进行分离；以及

二次侧流路，其连接于所述分离装置，将分离了所述结晶后的处理水从所述分离装置中取出，

其中，在所述一次侧流路上设有供给侧逆流防止机构。

2.根据权利要求1所述的离子除去系统，

其具备连接于所述分离装置和所述一次侧流路、将所述处理水的一部分返回至所述一次侧流路的返回流路，

所述供给侧逆流防止机构设置于比所述返回流路更靠所述一次侧流路的所述硬水流动方向的上游侧。

3.根据权利要求1或2所述的离子除去系统，其具备：

旁路流路，其连接所述一次侧流路和所述二次侧流路；和

流向切换机构，其将流过所述一次侧流路的硬水的流动方向按照朝向所述离子除去装置或所述旁路流路中的任一者的方式进行切换，

所述供给侧逆流防止机构设置于比所述旁路流路更靠所述一次侧流路的所述硬水流动方向的上游侧。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的离子除去系统，其中，

所述分离装置具备排出所述结晶的排出流路，

在所述排出流路上设有排出侧逆流防止机构。

5.根据权利要求1所述的离子除去系统，其具备：

旁路流路，其连接所述一次侧流路和所述二次侧流路；和

流向切换机构，其将流过所述一次侧流路的硬水的流动方向按照朝向所述离子除去装置或所述旁路流路中的任一者的方式进行切换。

6.根据权利要求5所述的离子除去系统，其中，

所述流向切换机构具备：

能够开关所述一次侧流路的第一阀门；

能够开关所述二次侧流路的第二阀门；以及

能够开关所述旁路流路的第三阀门。

7.根据权利要求6所述的离子除去系统，

其具备对所述第一阀门、所述第二阀门及所述第三阀门的开关动作进行控制的控制部，

所述控制部选择性地执行在开放所述第一阀门及所述第二阀门的同时、关闭所述第三阀门的第一控制；和在关闭所述第一阀门及所述第二阀门的同时、开放所述第三阀门的第二控制。

8.根据权利要求1所述的离子除去系统，其具备连接于所述分离装置和所述一次侧流路、将所述处理水的一部分返回至所述一次侧流路的返回流路。

9.根据权利要求8所述的离子除去系统，其具备将流过所述一次侧流路的硬水经过所述离子除去装置流向所述分离装置的泵。

10.根据权利要求8或9所述的离子除去系统，其中，由所述一次侧流路、所述离子除去装置、所述分离装置和所述返回流路构成密闭体系的循环流路。

11.根据权利要求8～10中任一项所述的离子除去系统，其中，所述分离装置是具有朝向下方直径减小的锥状的内周面、通过所述硬水沿着所述内周面朝向下方以螺旋状流过、从而将所述结晶分离的旋风方式的离心分离装置。

12.根据权利要求11所述的离子除去系统，其中，所述返回流路的一端部在所述分离装置的中心轴侧开口。

13.根据权利要求11或12所述的离子除去系统，其中，所述离子除去装置具备在比所述返回流路的一端部更靠下方处连接于所述分离装置的连接流路。

14.根据权利要求1所述的离子除去系统，其具备向比所述分离装置更靠所述硬水的流动方向上游侧供给使所述结晶溶解的溶解剂的溶解剂供给部。

15.根据权利要求14所述的离子除去系统，其中，

所述溶解剂供给部按照将使所述结晶溶解的溶解用气体作为所述溶解剂供给至所述微细气泡产生部的方式来构成，

所述微细气泡产生部中设有气体切换机构，其按照供给将金属离子从所述硬水中除去的离子除去用气体或所述溶解用气体中的任一者的方式进行切换。

16.根据权利要求15所述的离子除去系统，

其具备将流过所述一次侧流路的硬水经由所述离子除去装置流向所述分离装置的泵，

所述微细气泡产生部配置于比所述泵更靠所述硬水流动方向的下游侧。

17.根据权利要求14所述的离子除去系统，

其具备连接于所述分离装置、将所述处理水的一部分返回至所述一次侧流路的返回流路，

由所述一次侧流路、所述离子除去装置、所述分离装置和所述返回流路构成循环流路，

所述溶解剂供给部按照将所述溶解剂供给至所述循环流路内的方式设置。