JP2019058867A - 水処理装置、水処理システム及び冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】 所望のカルシウム硬度を有するイオン交換処理水を生成することを目的とする。【解決手段】 被処理水に対してイオン交換処理を行うことでイオン交換処理水を生成する水処理装置であって、被処理水が通液する主流路と、前記主流路に配置されたカチオンイオン交換樹脂と、前記主流路における前記カチオンイオン交換樹脂の下流に配置されたアニオンイオン交換樹脂と、前記主流路における前記カチオンイオン交換樹脂の上流から分岐して、前記主流路における前記カチオンイオン交換樹脂と前記アニオンイオン交換樹脂の間の接続位置に接続された分岐流路と、前記分岐流路を流れる被処理水の流量を調整する流量調整バルブと、を備え、前記流量調整バルブを所定の開度に設定して、所定の流量の被処理水を前記分岐流路から前記主流路に流入させることによって、前記アニオンイオン交換樹脂に流入する被処理水のカルシウム硬度を、目標カルシウム硬度と同一とすることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、水道水等の被処理水を処理する水処理装置、水処理システム、及び冷却システムに関する。

被処理水（水道水、地下水、工業用水等）には、スケール成分（カルシウム、イオン状シリカ等）及び腐食成分（塩化物イオン、硫酸イオン等）が含まれている。被処理水を工場等の冷却に用いられる水（以下、冷却水と称する）として使用するために被処理水に含まれるスケール成分及び腐食成分を低減する処理技術が知られている。その処理技術の一つを用いた水処理装置として、カチオンイオン交換樹脂によってスケール成分（イオン状シリカを除く）を除去し、アニオンイオン交換樹脂によって腐食成分及びイオン状シリカを除去する処理（以下、イオン交換処理と称する）を、前記水処理装置に流入する被処理水の全量に対して行う（以下、純水処理と称する）水処理装置が知られている。この処理によって生成された純水（冷却水）を、配管を通して冷却対象設備に送液することで、冷却対象設備を冷却することができる。特許文献１には、流入する原水（被処理水）に対して純水処理を行うことで脱イオン水（純水）を生成する水処理装置が提案されている。

特開２００７−０９０２６６号公報

ここで、イオン交換処理後の水（以下、イオン交換処理水と称する）にカルシウムが含まれる場合、イオン交換処理水が通液する冷却システム（例えば、金属使用設備及び装置）には、カルシウム成分による保護皮膜が形成される。例えば、通液時にイオン交換処理水が接触する配管、金型、熱交換器等（以下、配管等と称する場合がある）の接触部位には、前記保護皮膜が形成される。しかしながら、特許文献１の水処理装置では、スケール成分であるカルシウムをほぼ完全に除去してしまうため、純水が通液しても、カルシウム成分による保護皮膜を配管等の内部に形成することができず、配管等が腐食し易くなる。一方、イオン交換処理水にカルシウムが過剰に含まれる場合には、イオン交換処理水が通液した配管等において、伝熱阻害や配管の閉塞などのスケール障害が発生するおそれがある。

そこで、本発明は、所望のカルシウム硬度を有するイオン交換処理水を生成することを目的とする。

そこで、本発明者らは、上述の課題を解決するためにさらに鋭意検討を行った結果、以下の発明を見出した。（１）被処理水に対してイオン交換処理を行うことでイオン交換処理水を生成する水処理装置であって、被処理水が通液する主流路と、前記主流路に配置されたカチオンイオン交換樹脂と、前記主流路における前記カチオンイオン交換樹脂の下流に配置されたアニオンイオン交換樹脂と、前記主流路における前記カチオンイオン交換樹脂の上流から分岐して、前記主流路における前記カチオンイオン交換樹脂と前記アニオンイオン交換樹脂の間の接続位置に接続された分岐流路と、前記分岐流路を流れる被処理水の流量を調整する流量調整バルブと、を備え、前記流量調整バルブを所定の開度に設定して、所定の流量の被処理水を前記分岐流路から前記主流路に流入させることによって、前記アニオンイオン交換樹脂に流入する被処理水のカルシウム硬度を、目標カルシウム硬度と同一とすることを特徴とする。

ここで、所望のカルシウム硬度を有するイオン交換処理水を生成する水処理方法として、本願発明と異なる以下の２つの方法が考えられる。
方法１：水酸化カルシウム等の試薬を純水に溶解させて生成した水溶液に炭酸ガスを通して、炭酸カルシウム水溶液を生成し、この炭酸カルシウム水溶液を、配管を通液する純水に添加する方法
方法２：カルシウムを除去する能力が低いカチオンイオン交換樹脂を用いる方法
しかしながら、方法１では、純水に試薬を混合させるための試薬混合槽や炭酸ガスを通すための炭酸ガス供給装置を別途設ける必要があり、経済的負担が大きい。また、方法２では、被処理水のカルシウム硬度に応じてカチオンイオン交換樹脂を再度選択する必要があるため、前記除去能力が異なる複数のカチオンイオン交換樹脂を予め準備しておかなければならず、煩雑である。

（２）前記目標カルシウム硬度は、２０〜５０（ｍｇ／Ｌ）に設定されていることを特徴とする上記（１）に記載の水処理システム。

（３）上記（１）又は（２）に記載の水処理装置と、前記水処理装置から排出されたイオン交換処理水に対して脱酸素処理を行う脱酸素装置と、を備えることを特徴とする水処理システム。

（４）前記脱酸素装置は、下端が開口した容器形状をなし、処理対象となる被処理水の水面下に少なくとも下端が没して内部に密閉空間を形成する気液接触塔と、前記密閉空間内に脱気ガスを供給して該密閉空間内に脱気ガスを充満させる脱気ガス供給部と、供給される被処理水を前記密閉空間内で、散布ノズル部により霧状に散布する被処理水散布部と、を備えることを特徴とする上記（３）に記載の水処理システム。

（５）前記脱酸素装置による脱酸素処理後の前記イオン交換処理水の溶存酸素濃度が１（ｍｇ／Ｌ）以下であることを特徴とする上記（３）又は（４）に記載の水処理システム。

（６）上記（３）乃至（５）のうちいずれかに記載の水処理システムと、冷却対象設備を冷却する冷却水を循環させる冷却水循環システムと、を備え、前記冷却水循環システムは、前記水処理装置から排出されたイオン交換処理水を貯水する貯水槽と、前記貯水槽に貯水されたイオン交換処理水を冷却水として、前記貯水槽と前記冷却対象設備との間で循環させる循環配管と、前記冷却対象設備から前記循環配管を介して前記貯水槽に向かう冷却水を冷却する冷却器と、を備え、前記気液接触塔は前記貯水槽内に設置されていることを特徴とする冷却システム。

上記（１）の構成によれば、所望のカルシウム硬度を有するイオン交換処理水を生成することができる。

本実施形態における冷却システムの概略構成図である。 本実施形態における水処理装置の概略構成図である。 本実施形態における脱酸素装置及び冷却水循環システムの概略構成図である。 図３において一点鎖線で囲まれた領域Ｄの拡大図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態における冷却システムの概略構成図である。同図を参照して、冷却システム１００は、水処理システム１及び冷却水循環システム６を備える。水処理システム１は、水処理装置２及び水処理装置２によって生成されたイオン交換処理水に対して脱酸素処理を行う脱酸素装置３を備える。冷却水循環システム６は、水処理装置２から排出された排出されたイオン交換処理水を貯水する貯水槽７、貯水槽７に貯水されたイオン交換処理水を冷却水として、貯水槽７と冷却対象設備５との間で循環させる循環配管９、及び冷却対象設備５から貯水槽７に向かう冷却水を冷却する冷却器４を備える。

冷却システム１００が行う処理について簡単に説明する。被処理水が水処理装置２に流入すると、その被処理水に対してイオン交換処理が行われる。水処理装置２におけるイオン交換処理によって生成された水（イオン交換処理水）は、貯水槽７に貯水される。貯水槽７に貯水されたイオン交換処理水（以下、被脱酸素処理水と称する場合がある）は、脱酸素装置３及び冷却対象設備５に送液される。脱酸素装置３に送液された被脱酸素処理水は、脱酸素装置３により脱酸素処理された後、貯水槽７に貯水される。冷却対象設備５に送液された被脱酸素処理水（冷却水）は、冷却対象設備５を冷却する。冷却対象設備５によって加熱された冷却水は、冷却器４によって冷却された後、貯水槽７に貯水される。つまり、冷却システム１００の冷却水循環システム６には、貯水槽７に貯水されたイオン交換処理水を冷却水として、貯水槽７と冷却対象設備５との間で循環させる循環配管９が設けられている。

（水処理装置２について）
図１及び２を参照して、本実施形態における水処理装置の構成について詳細に説明する。図２は、本実施形態における水処理装置の概略構成図である。水処理装置２は、主流路２００、分岐流路２２０、及び制御盤２８を備える。

流入した被処理水が通液する主流路２００における上流から下流に向かって、流入バルブ２０、減圧弁２１、カチオンイオン交換樹脂２３、アニオンイオン交換樹脂２４、流量計２７、第２流量調整バルブ２５、及び排出バルブ２６がこの順に配置されている。流入バルブ２０は、開状態と閉状態との間で動作させることができる。流入バルブ２０を開状態に設定することで、被処理水を水処理装置２に流入させることができる。流入バルブ２０を閉状態に設定することで、被処理水が水処理装置２に流入することを禁止することができる。減圧弁２１は圧力計を備えており、減圧弁２１を調整することで、主流路２００における被処理水の供給圧力が決定される。カチオンイオン交換樹脂２３は、被処理水に接触することで、その被処理水に含まれるスケール成分（イオン状シリカを除く）を除去する。アニオンイオン交換樹脂２４は、被処理水に接触することで、その被処理水に含まれる腐食成分及びイオン状シリカを除去する。カチオンイオン交換樹脂２３としては、強酸性Ｈ型カチオン交換樹脂が用いられる。また、アニオンイオン交換樹脂２４としては、強塩基性ＯＨ型アニオン交換樹脂が用いられる。流量計２７は、主流路２００を通液する被処理水の流量を測定しており、その測定結果が制御盤２８に送信される。第２流量調整バルブ２５の開度によって、水処理装置２から排出されるイオン交換処理水の流量が決定される。排出バルブ２６は、開状態と閉状態との間で動作させることができる。排出バルブ２６を開状態に設定することで、イオン交換処理水を水処理装置２から排出させることができる。排出バルブ２６を閉状態に設定することで、イオン交換処理水が水処理装置２から流出することを禁止することができる。

分岐流路２２０は、主流路２００における減圧弁２１とカチオンイオン交換樹脂２３との間の第１流路分岐点Ａから分岐し、主流路２００におけるカチオンイオン交換樹脂２３とアニオンイオン交換樹脂２４の間の接続位置Ｂに接続されている。分岐流路２２０には第１流量調整バルブ２２（請求項１における「流量調整バルブ」に相当）が配置されており、第１流量調整バルブ２２の開度によって、分岐流路２２０に分岐流入する被処理水の流量が決定される。第１流量調整バルブ２２の開度を設定する方法の詳細は後述する。

制御盤２８は、流量情報処理部（不図示）及び表示部（不図示）を備える。流量情報処理部は、流量計２７から受信した測定結果に基づき、主流路２００を通液する被処理水の積算流量を算出する。流量情報制御部は、その積算流量が所定の値に達した場合、表示部に信号を送り、イオン交換樹脂の取り換えを促すイオン交換樹脂警報を表示部に表示させる。

主流路２００における減圧弁２１とカチオンイオン交換樹脂２３との間に、水処理装置２の外部に連通する配管が設けられており、この配管には圧抜バルブ２９が配置されている。主流路２００における第２流量調整バルブ２５と排出バルブ２６との間に、水処理装置２の外部に連通する配管が設けられており、この配管には圧抜バルブ２９´が配置されている。制御盤２８の表示部に表示されたイオン交換樹脂警報に基づいてカチオンイオン交換樹脂２３及びアニオンイオン交換樹脂２４の取換作業を行う場合、その取換作業を行う前に、圧抜バルブ２９及び２９´を閉状態から開状態に操作して、主流路２００及び分岐流路２２０の内圧を減圧しておくことが好ましい。

水処理装置２で行われる水処理について説明する。なお、初期状態において、流入バルブ２０及び排出バルブ２６は、いずれも開状態に設定されているものとする。流入バルブ２０を介して主流路２００に流入した被処理水は、減圧弁２１により設定された所定の供給圧力にて、第１流路分岐点Ａに送液される。第１流量調整バルブ２２の開度に応じて、第１流路分岐点Ａに送液された被処理水のうち所定の流量の被処理水が分岐流路２２０に分岐流入し、残りの被処理水は主流路２００を通液してカチオンイオン交換樹脂２３に接触する。主流路２００を通液する被処理水は、カチオンイオン交換樹脂２３に接触することによってスケール成分（イオン状シリカを除く）が除去され、カルシウム硬度が低下する。一方、分岐流路２２０に分岐流入した被処理水は、カチオンイオン交換樹脂２３によってスケール成分（カルシウム）を除去されることなく、分岐流入時のカルシウム硬度を維持したまま、分岐流路２２０を通液する。カチオンイオン交換樹脂２３に接触した被処理水及び分岐流路２２０を通液した被処理水は、接続位置Ｂにおいて合流する。接続位置Ｂにおいて合流した被処理水は、主流路２００を通液してアニオンイオン交換樹脂２４に接触し、腐食成分及びイオン状シリカが除去される。これにより、水処理装置２内においてイオン交換が完了した水（イオン交換処理水）が生成される。その後、第２流量調整バルブ２５の開度に応じた流量のイオン交換処理水が、排出バルブ２６を介して、水処理装置２から排出される。水処理装置２から排出されたイオン交換処理水は、貯水槽７を介して脱酸素装置３に送液され、脱酸素処理に供される。水処理装置２から排出されたイオン交換処理水に対して脱酸素装置による脱酸素処理を行うことで、脱酸素処理後のイオン交換処理水の腐食度を許容値以内に抑えることができる。許容値は例えば、５０（ｍｄｄ）に設定することができる。なお、本実施形態においては、水処理装置から排出されたイオン交換処理水が脱酸素装置に送液される構成であるが、これに限られず、イオン交換処理水に対して脱酸素処理が行われずに、イオン交換処理水がそのまま冷却水として用いられる構成であってよい。

ここで、第１流量調整バルブ２２の開度設定方法について説明する。第１流量調整バルブ２２の開度は、アニオンイオン交換樹脂２４に流入する被処理水のカルシウム硬度が、目標カルシウム硬度と同一となるような開度に設定される。目標カルシウム硬度は、２０〜５０（ｍｇ／Ｌ）に設定することが好ましい。この範囲を満足することにより、イオン交換処理水が通液する配管等において、腐食をより効果的に抑制できる。

第１流量調整バルブ２２の開度を大きくすると、主流路２００を通液する被処理水（カルシウム硬度が低下した被処理水）の流量が減少し、分岐流路２２０に分岐流入する被処理水（カルシウム硬度が維持された被処理水）の流量が増加するため、アニオンイオン交換樹脂２４に流入する被処理水のカルシウム硬度が高くなる。一方、第１流量調整バルブ２２の開度を小さくすると、主流路２００を通液する被処理水（カルシウム硬度が低下した被処理水）の流量が増加し、分岐流路２２０に分岐流入する被処理水（カルシウム硬度が維持された被処理水）の流量が減少するため、アニオンイオン交換樹脂２４に流入する被処理水のカルシウム硬度が低下する。すなわち、第１流量調整バルブ２２の開度を調整することで、主流路２００を通液する被処理水（カルシウム硬度が低下した被処理水）及び分岐流路２２０に分岐流入する被処理水（カルシウム硬度が維持された被処理水）の流量が調整されるため、アニオンイオン交換樹脂２４に流入する被処理水のカルシウム硬度を調整することができる。

第１流量調整バルブ２２の開度を設定する方法として、例えば、水処理装置２に流入する被処理水のカルシウム硬度を予め調べておく方法を用いることができる。具体的には、水処理装置２に流入する被処理水のカルシウム硬度と、水処理装置２に流入する被処理水のカルシウム硬度とカチオンイオン交換樹脂２３の除去能との関係を規定する関係情報と、を予め調べておき、分岐流路２２０に分岐流入させる被処理水の流量（請求項１における「所定の流量」に相当）を決定することができる。ここで、「除去能」とは、カチオンイオン交換樹脂に接触する被処理水の流量とカルシウムの除去率との対応関係を示すものである。この方法により決定された被処理水の流量に応じて、第１流量調整バルブ２２を所定の開度に設定する。なお、関係情報のデータ形式は、データテーブルであってもよいし、或いはグラフであってもよい。水処理装置２に流入する被処理水のカルシウム硬度を調査する方法としては、被処理水の水質データに基づいてカルシウム硬度を算出する方法や、カルシウム硬度測定センサによって被処理水のカルシウム硬度を直接検出する方法を好適に用いることができる。

また、別の方法として、水処理装置２に流入する被処理水のカルシウム硬度を予め調べておく方法ではなく、分岐流路２２０に配置されたカルシウム硬度測定センサ（不図示）を用いて、水処理装置２に流入する被処理水のカルシウム硬度を検出する方法を用いることができる。カルシウム硬度測定センサによって取得された、水処理装置２に流入する被処理水のカルシウム硬度と、予め調べた、水処理装置２に流入する被処理水のカルシウム硬度とカチオンイオン交換樹脂２３の除去能との関係を規定する関係情報と、を用いることで、分岐流路２２０に分岐流入させる被処理水の流量を決定することができる。この方法により決定された被処理水の流量に応じて、第１流量調整バルブ２２を所定の開度に制御することができる。この場合、第１流量バルブ２２の開度をリアルタイムで制御することが可能となる。第１流量調整バルブ２２の開度の制御は、水処理装置２が備える制御部（不図示）によって行うことができる。なお、カルシウム硬度測定センサの配置位置は、分岐流路２２０に限られず、主流路２００におけるカチオンイオン交換樹脂２３の上流に設けられていてもよい。また、関係情報のデータ形式は、データテーブルであってもよいし、或いはグラフであってもよい。

さらに別の方法として、主流路２００における接続位置Ｂとアニオンイオン交換樹脂２４との間に配置されたカルシウム硬度測定センサを用いて、アニオンイオン交換樹脂２４に流入する被処理水のカルシウム硬度を直接検出する方法を用いてもよい。カルシウム硬度測定センサによって取得された、アニオンイオン交換樹脂２４に流入する被処理水のカルシウム硬度と、予め調べた、水処理装置２に流入する被処理水のカルシウム硬度とカチオンイオン交換樹脂２３の除去能との関係を規定した関係情報と、を用いることで、分岐流路２２０に分岐流入させる被処理水の流量を決定することができる。この方法により決定された被処理水の流量に応じて、第１流量調整バルブ２２を所定の開度に制御することができる。これによって、第１流量バルブ２２の開度をリアルタイムで制御することが可能となる。第１流量調整バルブ２２の開度の制御は、水処理装置２が備える制御部（不図示）によって行うことができる。なお、関係情報のデータ形式は、データテーブルであってもよいし、或いはグラフであってもよい。

上述の設定方法によって第１流量調整バルブ２２を所定の開度に設定して、所定の流量の被処理水を主流路２００から分岐流路２２０に分岐流入させることで、アニオンイオン交換樹脂２４に流入する被処理水のカルシウム硬度を目標カルシウム硬度と同一とすることができる。言い換えると、イオン交換処理水のカルシウム硬度を目標カルシウム硬度と同じにすることができる。
この硬度調整されたイオン交換処理水が通液する配管等の内部に、イオン交換処理水に含まれるカルシウム由来の保護皮膜が形成される。これにより、配管等の腐食を効果的に抑制することができる。

本実施形態に係る水処理装置は、以下の（ａ）乃至（ｃ）の効果を有する。（ａ）上述の通り、イオン交換処理は、被処理水に含まれるスケール成分及び腐食成分を低減する処理である。そのため、本実施形態に係る水処理装置によって生成されたイオン交換処理水が通液する配管等において、スケール障害及び腐食障害を抑制することができる。（ｂ）本実施形態に係る水処理装置におけるイオン交換処理により、所望のカルシウム硬度を有するイオン交換処理水を生成できる。そのため、硬度調整されたイオン交換処理水が通液する配管等の内部に、イオン交換処理水に含まれるカルシウム由来の保護皮膜が形成される。これにより、配管等の腐食を効果的に抑制することができる。（ｃ）主流路２００から分岐流路２２０に被処理水が分岐流入することから、アニオンイオン交換樹脂２４は、カチオンイオン交換樹脂２３に比べて、接触する被処理水の量が多くなる。そのため、アニオンイオン交換樹脂２４におけるイオン交換の際に放出される水酸化物イオンは、カチオンイオン交換樹脂２３におけるイオン交換の際に放出される水素イオンに比べて多く、イオン交換処理水は塩基性を呈することになる。これにより、金属配管、特に亜鉛メッキ鋼管の腐食を抑制することができる。

（脱酸素装置３について）
図３を参照して、脱酸素装置及び冷却水循環システムの構成について説明する。図３は、本実施形態における脱酸素装置及び冷却水循環システムの概略構成図である。図３に示す白抜きの矢印は、脱酸素装置３において脱酸素処理に供される被脱酸素処理水が流れる方向を示す。図３に示す矢印は、循環配管９を通液する冷却水が流れる方向を示す。冷却水循環システム６は、冷却対象設備５、貯水槽７、循環ポンプ８、第４流量調整バルブ９２、冷却器４、及びこれらの装置を接続する循環配管９を有する。貯水槽７は、冷却対象設備５を冷却するための冷却水を貯水する。循環ポンプ８は、貯水槽７から冷却対象設備５に冷却水を送液するための動力を生成する。第４流量調整バルブ９２の開度によって、循環ポンプ８によって運ばれる冷却水の流量が決定される。冷却器４は、冷却対象設備５を冷却することにより温度上昇した冷却水の冷却を行う。なお、冷却対象設備５としては、プレス成型機等が例示される。

循環配管９における循環ポンプ８と第４流量調整バルブ９２との間に位置する第２流路分岐点Ｃから分岐する分岐配管９１０に、脱処理装置３が接続されている。分岐配管９１０には、分岐配管９１０に分岐流入する被脱酸素処理水の流量を調整する第３流量調整バルブ９１が設けられている。脱酸素装置３は、分岐配管９１０に分岐流入した被脱酸素処理水中の溶存酸素濃度を低下させる。

貯水槽７は、冷却水循環システム６において循環する冷却水及び脱酸素装置３における脱酸素処理によって溶存酸素濃度が低下した被脱酸素処理水を内部に貯水する。貯水槽７において貯水された被脱酸素処理水を、循環ポンプ８を動作させることによって、脱酸素装置３及び冷却対象設備５に運ぶ。なお、循環ポンプ８から冷却対象設備５に運ばれる冷却水の流量及び循環ポンプ８から脱酸素装置３に運ばれる被脱酸素処理水の流量はそれぞれ、第３流量調整バルブ９１及び第４流量調整バルブ９２の開度を制御することで調整される。

図３及び４を参照して、脱酸素装置の構成について詳細に説明する。図４は、図３において一点鎖線で囲まれた領域Ｄを拡大した拡大図である。脱酸素装置３は、被脱酸素処理水散布部３１、気液接触塔３２、及び脱気ガス供給部３３を備える。

被脱酸素処理水散布部３１は、分岐配管９１０に接続する散布接続配管３１１と、散布接続配管３１１に接続し、被脱酸素処理水を密閉空間３２１内で微細な霧状にして散布する散布ノズル部３１２と、を備える。散布ノズル部３１２は、後述の気液接触塔３２に内挿した状態で、散布ノズル固定部材（不図示）により気液接触塔３２に固定されている。散布ノズル部３１２より被脱酸素処理水を霧状にして散布することで、気液接触塔３２内に充満した脱気ガスと被脱酸素処理水の接触面積を大きくすることができる。

気液接触塔３２は、下端が開口した容器形状を呈しており、処理対象となる被脱酸素処理水の水面３２３下に少なくとも下端が没して内部に密閉空間３２１を形成するものである。具体的には、図３及び４を参照して、気液接触塔３２の内部に脱気ガスが充満した状態として、気液接触塔３２の全部を、貯水槽７内に貯水した被脱酸素処理水に水没させて、接触塔固定部材（不図示）により貯水槽７に固定する。このように貯水槽７に対して気液接触塔３２を固定することで、気液接触塔３２の下方に被脱酸素処理水の水面３２３を形成し、気液接触塔３２内を密閉空間３２１とする。この構成により、脱気ガスが気液接触塔３２内に過剰に収容され、気液接触塔３２内の圧力が高まった場合において、気液接触塔３２の下方に形成された被脱酸素処理水の水面３２３を下方に押し下げることができ、気液接触塔３２内の圧力が過度に上昇することを抑制することが可能となる。なお、気液接触塔３２の全部を貯水槽７内に貯水された冷却水に水没させた状態として説明したが、気液接触塔３２の一部のみを貯水槽７内に水没させた状態としても良い。

ここで、図４を参照して、気液接触塔３２の周壁の下部に、密閉空間３２１内の気体を気液接触塔３２外に排気する排気開口部３２２を設け、気液接触塔３２内における被脱酸素処理水の液面レベルを排気開口部３２２よりも上方に設定する構成とすることが好ましい。この構成により、気液接触塔３２内に密閉空間３２１を形成し、被脱酸素処理水中の溶存酸素を吸収した脱気ガスを排気開口部３２２より排出することができる。また、排気開口部３２２のみから気液接触塔３２内の脱気ガスを排出させるため、脱気ガスの気泡径を大きくすることで、気液接触塔３２の外へ排出された脱気ガスを貯水槽７内に貯水した被脱酸素処理水の水面に浮上させることができる。この構成により、貯水槽７内に貯水された被脱酸素処理水を冷却対象設備５等に循環させる循環ポンプ８内に脱気ガスの気泡が流入することを抑制し、循環ポンプ８が損傷することを防ぐこともできる。

脱気ガス供給部３３は、脱気ガス生成部３３１と脱気ガス送気管３３２からなる。脱気ガス生成部３３１は、脱気ガスを生成する装置であり、例えば脱気ガスを内部に充填したガスボンベなども含まれる。脱気ガス送気管３３２は、脱気ガス生成部３３１の供給口に一端を接続し、他端を気液接触塔３２に内挿する状態として、送気管固定部材（不図示）により気液接触塔３２に固定されている。この脱気ガス生成部３３１より生成される脱気ガスとしては、例えば窒素ガスなどの不活性ガスを用いることができる。

上述の構成により、本実施形態の脱酸素装置３は、脱気ガス生成部３３１により生成された脱気ガスを気液接触塔３２内に充満した状態で、被脱酸素処理水を散布ノズル部３１２により霧状に散布することで、被脱酸素処理水の水滴径が小さくなる。これにより、同一水量あたりの水滴の表面積が大きくなり、脱気ガスとの接触面積も大きくなるため、被脱酸素処理水中の溶存酸素濃度を低くすることができる。なお、脱酸素装置３によって脱酸素処理が行われた後の被脱酸素処理水中の溶存酸素濃度は、１（ｍｇ／Ｌ）以下であることが好ましい。

また、本実施形態の脱酸素装置３は、気液接触塔３２内に脱気ガスを充満した状態で、被脱酸素処理水と脱気ガスとを接触させるため、貯水槽７内に貯水された被脱酸素処理水中に脱気ガスの細かい気泡が発生しない。このため、気液接触塔３２内の脱気ガスが、気泡として冷却水循環システム６に循環させる循環ポンプ８に到達する可能性が低く、このためキャビテーションの発生を抑制することができる。

本実施形態における脱酸素装置３を用いた脱酸素処理方法及び冷却水循環システム６を用いた冷却方法を説明する。初期状態において、気液接触塔３２内に脱気ガスが充満しており、貯水槽７内に所定量の被脱酸素処理水が貯水されているものとする。また、第３流量調整バルブ９１及び第４流量調整バルブ９２はそれぞれ開状態に調整されているものとする。

貯水槽７内に貯水された被脱酸素処理水は、循環配管９に流入し、循環ポンプ８によって第２流路分岐点Ｃに送液される。第２流路分岐点Ｃに送液された被脱酸素処理水のうち、第３流量調整バルブ９１の開度に応じた流量の被脱酸素処理水が分岐配管９１０に分岐流入して脱酸素装置３に連続的に送液され、第４流量調整バルブ９２の開度に応じた流量の被脱酸素処理水（冷却水）が循環配管９を通液して冷却対象設備５に連続的に送液される。脱酸素装置３に送液された被脱酸素処理水は、散布接続配管３１１を通り、散布ノズル部３１２より気液接触塔３２内に霧状に散布される。この霧状に散布された被脱酸素処理水が含む溶存酸素は、気液接触塔３２内の脱気ガスにより吸収され、被脱酸素処理水の水面３２３へ落下する。また、この霧状に散布された被脱酸素処6理水の一部は、気液接触塔３２の内壁面に付着し、気液接触塔３２の内壁面を伝い、被脱酸素処理水の水面３２３に落下するまで、溶存酸素を脱気ガスに吸収させる。このように、散布ノズル部３１２で霧状に散布された被脱酸素処理水に溶け込む酸素は、気液接触塔３２内に収容された脱気ガスにより吸収されるため、貯水槽７内に貯水される被脱酸素処理水中の溶存酸素濃度が低くなる。

脱気ガス生成部３３１は、脱気ガス送気管３３２を介して、脱気ガスを気液接触塔３２内に連続的に供給する。この脱気ガス生成部３３１からの脱気ガスの供給に伴い、被脱酸素処理水に溶け込む酸素を吸収した脱気ガスは、気液接触塔３２の下方に移動し、排気開口部３２２より気液接触塔３２の外へと排出される。この構成により、気液接触塔３２内の脱気ガスを、常にフレッシュな状態を維持して、気液接触塔３２内における脱気ガスによる脱酸素処理を継続することができる。

一方、冷却対象設備５に送液された被脱酸素処理水（冷却水）は、冷却対象設備５内の熱を受熱することにより、加熱される。この加熱された冷却水は、循環ポンプ８により冷却器４に送られて冷却される。

上述のように、散布ノズル部３１２から散布された被脱酸素処理水及び冷却器４により冷却された冷却水（被脱酸素処理水）は、貯水槽７に貯水される。この貯水槽７内に貯水された被脱酸素処理水は、循環ポンプ８により再度、脱酸素装置３及び冷却対象設備５に連続的に送液される。

このように、脱酸素装置３により貯水槽７内に貯水される被脱酸素処理水の溶存酸素濃度を低くするとともに、溶存酸素濃度が低い被脱酸素処理水（冷却水）を冷却水循環システム６において循環させることで、冷却水循環システム６を構成する装置及び配管（冷却器４、冷却対象設備５、貯水槽７、及び循環配管９）の腐食を防ぐことができる。また、これらの装置及び配管の腐食を抑制することで、鉄の酸化物が被脱酸素処理水中に溶解して水の汚濁（赤水発生など）が発生することを防ぐことができる。

以上のように、イオン交換処理は、被処理水に含まれるスケール成分及び腐食成分を低減する処理であるため、本実施形態に係る水処理装置において生成されたイオン交換処理水が通液する配管等における、スケール障害及び腐食障害を抑制することができる。
また、本実施形態に係る水処理装置におけるイオン交換処理により、所望のカルシウム硬度を有するイオン交換処理水を生成できる。そのため、硬度調整されたイオン交換処理水が通液する配管等の内部に、イオン交換処理水に含まれるカルシウム由来の保護皮膜が形成される。これにより、配管等の腐食を効果的に抑制することができる。
さらに、水処理システム１が水処理装置２及び脱酸素装置３を備えることで、脱酸素装置３において、被脱酸素処理水中に溶け込んだ溶存酸素の濃度を低下させることができる（脱酸素処理）。そのため、被脱酸素処理水（冷却水）が通液する装置及び配管（本実施形態では、冷却水循環システム６を構成する装置及び配管）の腐食をより効果的に防止することができると共に、これらの装置及び配管の酸化を防止することができる。

（変形例１）
本実施形態において、第１流量調整バルブ２２は分岐流路２２０に配置されているが、これに限られず、分岐流路２２０に分岐流入する被処理水の流量を制御できる配置であればよく、例えば第１流路分岐点Ａに配置されてよい。

（変形例２）
本実施形態において、水処理装置が有するカチオンイオン交換樹脂及びアニオンイオン交換樹脂の交換時期は、主流路２００を通液する被処理水の積算流量が所定の値に達したときを基準としているが、これに限られず、他の基準を設定してもよい。例えば、ｐＨセンサによって検出されたイオン交換処理水のｐＨが所定の値に達したときを基準としてもよく、イオン濃度センサによって検出された任意のイオンの濃度が所定の値に達したときを基準としてもよい。

（変形例３）
本実施形態において、脱酸素装置３は、脱気ガス生成部により生成された脱気ガスを気液接触塔内に充満した状態で、被脱酸素処理水を散布ノズル部により霧状に散布する方法によって脱酸素処理を行う装置であるが、これに限られず、脱酸素処理を行う他の公知の装置によって代替可能である。ただし、脱酸素処理後の被脱酸素処理水における溶存酸素濃度は、１（ｍｇ／Ｌ）以下であることが好ましい。

（変形例４）
本実施形態においては、水処理装置から排出されたイオン交換処理水が貯水槽を介して脱酸素装置に流入する構成であるが、これに限られず、イオン交換処理水が直接脱酸素装置に流入する構成であってよい。

（変形例５）
本実施形態において、水処理システムは、水処理装置及び水処理装置によって生成されたイオン交換処理水に対して脱酸素処理を行う脱酸素装置を備えているが、さらに、水処理装置に流入する被処理水に含まれる固形物及び異物を処理する固形フィルタ（不図示）を備えてよい。これにより、被脱酸素処理水内に固形物及び異物が混入することを防止できるため、冷却システム１００を構成する配管や装置等の内部に、より傷が付きにくくなる。

（変形例６）
本実施形態において、脱酸素装置３の処理対象である被脱酸素処理水は、循環配管９から分岐して脱酸素装置３の散布接続配管３１１に接続する分岐配管９１０を通液して、脱酸素装置３に送液されるが、これに限られず、被脱酸素処理水が脱酸素装置３に送液されればよい。例えば、一端が貯水槽７に接続されて他端が脱酸素装置３に接続された被脱酸素処理水供給配管（不図示）が配置されてよい。この場合においては、被脱酸素処理水供給配管に第５流量調整バルブ（不図示）が配置され、この第５流量調整バルブの開度によって、脱酸素装置３に送液される被脱酸素処理水の流量が決定されることが好ましい。

１ 水処理システム ２ 水処理装置 ３ 脱酸素装置 ４ 冷却器 ５ 冷却対象設備 ６ 冷却水循環システム ７ 貯水槽 ２０ 流入バルブ ２１ 減圧弁 ２２ 第１流量調整バルブ ２３ カチオンイオン交換樹脂 ２４ アニオンイオン交換樹脂 ２５ 第２流量調整バルブ ２６ 排出バルブ ２７ 流量計 ２８ 制御盤 ２９ 圧抜バルブ １００ 冷却システム ２００ 主流路 ２２０ 分岐流路

Claims (6)

1. 被処理水に対してイオン交換処理を行うことでイオン交換処理水を生成する水処理装置であって、
   被処理水が通液する主流路と、
   前記主流路に配置されたカチオンイオン交換樹脂と、
   前記主流路における前記カチオンイオン交換樹脂の下流に配置されたアニオンイオン交換樹脂と、
   前記主流路における前記カチオンイオン交換樹脂の上流から分岐して、前記主流路における前記カチオンイオン交換樹脂と前記アニオンイオン交換樹脂の間の接続位置に接続された分岐流路と、
   前記分岐流路を流れる被処理水の流量を調整する流量調整バルブと、を備え、
   前記流量調整バルブを所定の開度に設定して、所定の流量の被処理水を前記分岐流路から前記主流路に流入させることによって、前記アニオンイオン交換樹脂に流入する被処理水のカルシウム硬度を、目標カルシウム硬度と同一にすることを特徴とする水処理装置。
2. 前記目標カルシウム硬度は、２０〜５０（ｍｇ／Ｌ）に設定されることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
3. 請求項１又は２に記載の水処理装置と、
   前記水処理装置から排出されたイオン交換処理水に対して脱酸素処理を行う脱酸素装置と、を備えることを特徴とする水処理システム。
4. 前記脱酸素装置は、
   下端が開口した容器形状をなし、処理対象となるイオン交換処理水の水面下に少なくとも下端が没して内部に密閉空間を形成する気液接触塔と、
   前記密閉空間内に脱気ガスを供給して該密閉空間内に脱気ガスを充満させる脱気ガス供給部と、
   供給されるイオン交換処理水を前記密閉空間内で、散布ノズル部により霧状に散布する被脱酸素処理水散布部と、を備えることを特徴とする請求項３に記載の水処理システム。
5. 前記脱酸素装置による脱酸素処理後のイオン交換処理水の溶存酸素濃度が１（ｍｇ／Ｌ）以下であることを特徴とする請求項３又は４に記載の水処理システム。
6. 請求項３乃至５のうちいずれかに記載の水処理システムと、
   冷却対象設備を冷却する冷却水を循環させる冷却水循環システムと、を備え、
   前記冷却水循環システムは、前記水処理装置から排出されたイオン交換処理水を貯水する貯水槽と、前記貯水槽に貯水されたイオン交換処理水を冷却水として、前記貯水槽と前記冷却対象設備との間で循環させる循環配管と、前記冷却対象設備から前記循環配管を介して前記貯水槽に向かう冷却水を冷却する冷却器と、を備え、
   前記気液接触塔は前記貯水槽内に設置されていることを特徴とする冷却システム。