JP2019089029A - シリカ含有水の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで高いシリカ除去率を達成することが可能なシリカ含有水の処理方法を提供する。【解決手段】シリカ含有水の処理方法は、原水を逆浸透膜またはナノ濾過膜を用いて濾過することによって、シリカ、カルシウムおよびマグネシウムを含む濃縮水を得る濃縮ステップと、濃縮ステップで得られた濃縮水からケイ酸塩を含むシリカ除去剤を採取する採取ステップと、採取ステップで採取したシリカ除去剤を濃縮水または原水に添加することによって、濃縮水または原水に含まれるシリカを除去する除去ステップと、を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、シリカ含有水の処理方法に関する。

従来、逆浸透（ＲＯ；Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ）膜を用いた水処理技術は、脱塩処理による海水の淡水化をはじめとして、工業用純水の製造プロセスや排水の回収プロセスへの適用など、広く普及が進んでいる。ここで、逆浸透膜を用いた水処理においては、濃縮水中のシリカがスケールとして発生することが問題になる。

具体的には、逆浸透膜による濾過が進行することによって濃縮水中のシリカ濃度が高くなり、このシリカ濃度がシリカの飽和溶解度を超えることによってシリカスケールが発生する。このシリカスケールは、ファウリング（目詰まり）によって逆浸透膜の濾過能力の低下を招くだけでなく、逆浸透膜の破損などの大きな問題を招く虞もある。したがって、一般に逆浸透膜による濾過においては、濃縮水中のシリカ濃度がシリカの飽和溶解度を超えないように濃縮倍率を抑える必要があり、これによって逆浸透膜による透過水の回収率を上げることが困難になっている。

また近年では、水質汚染の低減を目的として、液体廃棄物をゼロにする排水処理の無排水化（ＺＬＤ；Ｚｅｒｏ Ｌｉｑｕｉｄ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）が進められている。このＺＬＤプロセスは、逆浸透膜濃縮水を蒸発器（エバポレータ）により蒸発させ、その蒸発残渣液をクリスタライザーまたは撹拌薄膜乾燥機（ＡＴＦＤ；Ａｇｉｔａｔｅｄ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｄｒｙｅｒ）で処理することにより塩類を析出除去し、液体廃棄物をゼロ化するというプロセスである。このＺＬＤプロセスは、米国での排水規制強化を背景に始まったシステムであるが、水不足や排水規制強化を背景として各国で広がりを見せている。ＺＬＤプロセスでは、特にエバポレータによる蒸発操作に多くのエネルギーを要するため、エバポレータによって処理される逆浸透膜濃縮水の量を減らすことが好ましい。このためには、逆浸透膜による透過水の回収率を上げることが重要であり、そのためにも水中のシリカ濃度を下げる技術は重要である。

特許文献１〜３には、逆浸透膜濃縮水中のシリカ濃度を、種々のシリカ除去剤を用いて低減する方法について開示されている。特許文献１および特許文献２には、原水を逆浸透膜により濾過することによって透過水と濃縮水とに分離するとともに、この濃縮水を、シリカゲル、珪藻土または火山岩質ガラスなどの多孔質シリカを含有するシリカ除去剤が充填されたカラムに通過させることによって、濃縮水中のシリカ濃度を低減する方法について開示されている。また特許文献３には、逆浸透膜濃縮水を晶析処理することによって塩類を析出させる方法であって、晶析槽内にＣａＣＯ_３、ＳｉＯ_２またはＦｅ_２Ｏ_３などを添加する方法について開示されている。

特開２００４−２３０２５６号公報 特開２００６−２６５４３号公報 特開平１０−１３７７５７号公報

特許文献１〜３に開示される方法では、逆浸透膜濃縮水中のシリカ濃度を低減するためのシリカ除去剤を系外から持ち込む必要があるため、処理コストが高くなるという課題がある。またこれらの公報に開示される方法は、コスト面だけではなくシリカ除去効率の面においても十分ではなく、改善の余地がある。

本発明は、この課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、低コストで高いシリカ除去率を達成することが可能なシリカ含有水の処理方法を提供することである。

本発明の一局面に係るシリカ含有水の処理方法は、原水を逆浸透膜またはナノ濾過膜を用いて濾過することによって、シリカ、カルシウムおよびマグネシウムを含む濃縮水を得る濃縮ステップと、前記濃縮ステップで得られた前記濃縮水からケイ酸塩を含むシリカ除去剤を採取する採取ステップと、前記採取ステップで採取した前記シリカ除去剤を前記濃縮水または前記原水に添加することによって、前記濃縮水または前記原水に含まれるシリカを除去する除去ステップと、を有している。

本発明によれば、低コストで高いシリカ除去率を達成することが可能なシリカ含有水の処理方法を提供することができる。

本発明の一つの実施形態に係るシリカ含有水の処理方法を説明するための模式図である。

まず、本発明の実施形態に係るシリカ含有水の処理方法の概要について説明する。

本実施形態に係るシリカ含有水の処理方法は、原水を逆浸透膜またはナノ濾過膜を用いて濾過することによって、シリカ、カルシウムおよびマグネシウムを含む濃縮水を得る濃縮ステップと、前記濃縮ステップで得られた前記濃縮水からケイ酸塩を含むシリカ除去剤を採取する採取ステップと、前記採取ステップで採取した前記シリカ除去剤を前記濃縮水または前記原水に添加することによって、前記濃縮水または前記原水に含まれるシリカを除去する除去ステップと、を有している。

本発明者らは、水中のシリカ濃度を低コストで且つ高い効率で低減するための方策について、鋭意検討を行った。その結果、本発明者らは、原水を逆浸透膜またはナノ濾過膜を用いて濾過したときの濃縮水から採取されるケイ酸塩を、当該濃縮水またはその原水中のシリカを除去するためのシリカ除去剤として利用することに着目し、本発明に想到した。この濃縮水は、従来は廃棄物として処理されていたのに対し、本実施形態ではこの濃縮水を、シリカ除去剤を採取するために利用する。このため、本実施形態では、系外からシリカ除去剤を持ち込む必要がなくなり、処理コストを下げることができる。

また本発明者らが鋭意検討を行った結果、シリカ、カルシウムおよびマグネシウムを含む濃縮水から採取されたシリカ除去剤は、その濃縮水（当該シリカ除去剤を採取するための濃縮水）に添加した場合に高いシリカ除去効率を発揮することが明らかとなった。したがって、本実施形態に係るシリカ含有水の処理方法によれば、低コストで高いシリカ除去率を達成することができる。

上記シリカ含有水の処理方法において、前記濃縮ステップでは、シリカ濃度が２０ｍｇ／Ｌ以上、カルシウム濃度が１５ｍｇ／Ｌ以上、マグネシウム濃度が８ｍｇ／Ｌ以上である前記濃縮水が得られる。好ましくは、シリカ濃度が２０ｍｇ／Ｌ以上、カルシウム濃度が２０ｍｇ／Ｌ以上、マグネシウム濃度が１０ｍｇ／Ｌ以上である前記濃縮水が得られる。

本発明者らが鋭意研究を行った結果、濃縮水中のシリカ、カルシウムおよびマグネシウムの各濃度が上記範囲を満たす場合には、シリカ除去率の向上が特に顕著であることが明らかとなった。このため、濃縮水中のシリカ、カルシウムおよびマグネシウムの各濃度は、上記範囲を満たすことが好ましい。

上記シリカ含有水の処理方法において、前記採取ステップでは、珪素と、カルシウムおよびマグネシウムのうち少なくとも一方と、を含有する前記シリカ除去剤が採取される。このシリカ除去剤を用いることによって、濃縮水または原水中のシリカを効率的に除去することができる。

上記シリカ含有水の処理方法において、前記除去ステップでは、前記濃縮水または前記原水のｐＨを７．０以上１０．０未満の範囲に調整する。

本発明者らが鋭意検討を行った結果、シリカ除去剤を添加して水中のシリカを除去した後、水のｐＨが酸性側にシフトすることが明らかになった。したがって、このシリカ除去プロセスにおいては水酸化物イオン（ＯＨ⁻）が関与していると考えられるため、上述のように濃縮水または原水のｐＨを７．０以上に調整することが好ましい。一方、ｐＨがアルカリ性側にシフトしすぎると、水中のシリカの溶解度が上がり、シリカが析出しにくくなるため、シリカの除去効率が低下する。このため、濃縮水または原水のｐＨは、１０．０未満に調整されることが好ましい。

上記シリカ含有水の処理方法において、前記除去ステップでは、前記濃縮水または前記原水中の前記シリカ除去剤の濃度が１ｍｇ／Ｌ以上１００００ｍｇ／Ｌ以下となるように、前記シリカ除去剤を前記濃縮水または前記原水に添加する。

水中のシリカ除去剤の濃度が１ｍｇ／Ｌ未満である場合には、シリカ除去剤の添加量が少なすぎるため、十分なシリカ除去率を達成するのが困難になる。一方、水中のシリカ除去剤の濃度が１００００ｍｇ／Ｌを超える場合には、後の固液分離操作の負荷が大きくなる。このため、水中のシリカ除去剤の濃度は、１ｍｇ／Ｌ以上１００００ｍｇ／Ｌ以下の範囲に調整されることが好ましい。

上記シリカ含有水の処理方法は、前記除去ステップの後、前記濃縮水または前記原水から前記シリカ除去剤を分離する固液分離ステップをさらに有している。これにより、固液分離後の水を、逆浸透膜による濾過などに供することができる。

次に、上記シリカ含有水の処理方法について、図１を参照してより詳細に説明する。

まず、シリカ、カルシウムおよびマグネシウムを含む濃縮水２を得るステップ（濃縮ステップ）が行われる。この濃縮ステップでは、シリカ、カルシウムおよびマグネシウムを含む所定の原水を、逆浸透膜１を用いて濾過する。この逆浸透膜１は、水の透過を許容するとともに、水以外の不純物の透過を阻止することが可能な孔径を有する濾過膜である。このため、原水中の水分子のみが逆浸透膜１を透過し、シリカ、カルシウムおよびマグネシウムが除去された透過水（純水）が得られるとともに、逆浸透膜１を透過できないシリカ、カルシウムおよびマグネシウムを含んだ濃縮水２が得られる。原水としては、例えば井戸水、各種工業用水、排水または海水などを用いることができるが、特に限定されるものではない。

本実施形態では、濃縮水２におけるシリカ濃度が２０ｍｇ／Ｌ以上、カルシウム濃度が１５ｍｇ／Ｌ以上、マグネシウム濃度が８ｍｇ／Ｌ以上となるように、逆浸透膜１による透過水の回収率を調整する。ここでいう「透過水の回収率」とは、逆浸透膜１に供給される原水の量に対する、逆浸透膜１から取り出される透過水の量の比率である。

濃縮水２中のシリカ、カルシウムおよびマグネシウムの各濃度が上記範囲を満たさない場合、後のステップにおいて当該濃縮水２から十分な量のシリカ除去剤（ケイ酸塩）を採取するのが困難になり、また採取されるシリカ除去剤のシリカ除去機能も十分ではなくなる。したがって、本実施形態における濃縮ステップでは、シリカ、カルシウムおよびマグネシウムの各濃度が上記範囲を満たす濃縮水２が得られるように、原水の濃縮倍率を調整する。

このように、十分なシリカ除去機能を有するシリカ除去剤（ケイ酸塩）を十分な量だけ確保するため、濃縮水２中のシリカ濃度は、２０ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましく、４０ｍｇ／Ｌ以上であることがより好ましい。また濃縮水２中のカルシウム濃度は、１５ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましく、２０ｍｇ／Ｌ以上であることがより好ましく、５０ｍｇ／Ｌ以上であることがさらに好ましく、６０ｍｇ／Ｌ以上であることが一層好ましい。また濃縮水２中のマグネシウム濃度は、８ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましく、１０ｍｇ／Ｌ以上であることがより好ましい。

一方、濃縮水２中におけるシリカ、カルシウムおよびマグネシウムの各濃度の上限値については、それぞれの飽和溶解度に設定することができる。これにより、濃縮水２からシリカ除去剤を採取する操作を行う前にシリカ、カルシウムおよびマグネシウムがそれぞれスケールとして濃縮水２中に析出するのを防ぐことができる。また濃縮水２中におけるシリカ、カルシウムおよびマグネシウムの各濃度は、高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ；Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）発光分光分析法によって測定することができる。

次に、シリカ除去剤４を採取するステップ（採取ステップ）が行われる。この採取ステップでは、上記濃縮ステップで得られた濃縮水２からケイ酸塩を含むシリカ除去剤４を採取する。

具体的には、まず、図１中の符号「３」で示すように、逆浸透膜１から排出された濃縮水２の一部を取り出す。そして、この濃縮水２を、蒸発器（エバポレータ）を用いて所定の減圧条件下で加熱して蒸発乾固させることによって、ケイ酸塩の粗結晶を析出させる。その後、この粗結晶を純水を用いて再結晶することにより、水に不溶の成分のみをシリカ除去剤４として採取する。シリカ除去剤４の結晶成分は、走査型電子顕微鏡／エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＳＥＭ／ＥＤＸ；Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ／Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）によって分析することができる。またシリカ除去剤４の結晶構造は、Ｘ線回折によって解析することができる。

本実施形態の採取ステップで得られるシリカ除去剤４は、珪素と、カルシウムおよびマグネシウムのうち少なくとも一方と、を含むことが好ましく、珪素、カルシウムおよびマグネシウムを含むことがより好ましい。これらの珪素、カルシウムおよびマグネシウムは、例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、シリカおよび濃縮水２中に存在する陽イオン成分によって、ケイ酸塩鉱物などの形態で、シリカ除去剤４に含まれていると考えられる。ケイ酸塩鉱物としては、例えば、フォルステライト（Ｍｇ_２ＳｉＯ_４）、ファイアライト（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４）、テフロアイト（Ｍｎ_２ＳｉＯ_４）若しくはモンティセライト（ＣａＭｇＳｉＯ_４）などのカンラン石類、鉄斧石（Ｃａ_２ＦｅＡｌ_２ＢＳｉ_４Ｏ_１５（ＯＨ））若しくはマグネシウム斧石（Ｃａ_２ＭｇＡｌ_２ＢＳｉ_４Ｏ_１５（ＯＨ））などの斧石類、鉄電気石（ＮａＦｅ_３Ａｌ_６（ＢＯ_３）_３Ｓｉ_６Ｏ_１８（ＯＨ）_４）などのトルマリン類、ヒスイ輝石（ＮａＡｌＳｉ_２Ｏ_６）、透輝石（ＣａＭｇＳｉ_２Ｏ_６）、頑火輝石（（Ｍｇ，Ｆｅ）_２Ｓｉ_２Ｏ_６）、珪灰石（Ｃａ_３Ｓｉ_３Ｏ_９）若しくは普通輝石（Ｃａ，Ｍｇ，Ｆｅ）_２Ｓｉ_２Ｏ_６）などの輝石類、又はメルウィナイト（Ｃａ_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８）若しくはゲーレン石（Ｃａ_２Ａｌ（ＳｉＡｌＯ_７））などのカルシウム含有鉱物を挙げることができる。

なお、濃縮水２をエバポレータによって蒸発させた後、ＡＴＦＤを用いてケイ酸塩の結晶を析出させてもよいし、天日乾燥によって当該結晶を析出させてもよい。

次に、濃縮水２に含まれるシリカを除去するステップ（除去ステップ）が行われる。この除去ステップでは、上記採取ステップで採取したシリカ除去剤４を濃縮水２に添加し、当該シリカ除去剤４を濃縮水２に接触させることによって、濃縮水２に含まれるシリカを除去する。

具体的には、図１に示すように、処理槽５内に充填された濃縮水２にシリカ除去剤４を添加し、プロペラ式の撹拌翼６によって所定時間撹拌する。この撹拌操作によって、濃縮水２に含まれる溶解性シリカをシリカ除去剤４によって除去することができる。シリカ除去のメカニズムについては明らかではないが、濃縮水２中の溶解性シリカがシリカ除去剤４の表面に吸着することや、シリカ除去剤４が種結晶として機能し、シリカ除去剤４と類似の結晶構造を有する析出物が晶析反応によって析出することなどが考えられる。なお、この除去ステップでは、濃縮水２中のシリカだけではなく、カルシウムおよびマグネシウムも除去されてもよい。

本実施形態の除去ステップでは、濃縮水２のｐＨが７．０以上１０．０未満の範囲に調整される。具体的には、図１に示すように、処理槽５内にｐＨ調整剤７を添加することによって、濃縮水２のｐＨが上記範囲に調整される。

ｐＨ調整剤７は、濃縮水２のｐＨを調整可能であれば特に限定されない。濃縮水２のｐＨを酸性側にシフトさせる調整剤としては、例えば、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、クエン酸またはシュウ酸などの酸類を用いることができる。また濃縮水２のｐＨをアルカリ性側にシフトさせる調整剤としては、例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、アンモニア（ＮＨ_３）水、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ_３）または炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）などの塩基類を用いることができる。

シリカ除去剤４を添加して濃縮水２中のシリカを除去すると、濃縮水２のｐＨは酸性側にシフトする。したがって、上述したシリカ除去反応（シリカ除去剤４の表面へのシリカの吸着やシリカの晶析反応）においては、水酸化物イオンが関与していると考えられるため、水酸化物イオンが過剰な状態にしておく必要がある。このため、ｐＨ調整剤７を添加することによって、濃縮水２のｐＨを７．０以上に調整することが好ましく、８．０以上に調整することがより好ましい。

一方、濃縮水２のｐＨがアルカリ性側にシフトしすぎると、濃縮水２中のシリカの溶解度が上がるため、シリカが析出しにくくなり、シリカ除去剤４によるシリカの除去効率が低下する。このため、濃縮水２のｐＨを１０．０未満に調整することが好ましく、９．５未満に調整することがより好ましく、９．０未満に調整することがさらに好ましい。

また本実施形態の除去ステップでは、濃縮水２中のシリカ除去剤４の濃度が１ｍｇ／Ｌ以上１００００ｍｇ／Ｌ以下となるように、シリカ除去剤４を濃縮水２に添加する。濃縮水２中のシリカ除去剤４の濃度が１ｍｇ／Ｌ未満である場合には、シリカ除去の効果が不十分になる。一方、濃縮水２中のシリカ除去剤４の濃度が１００００ｍｇ／Ｌを超える場合には、後の固液分離操作の負荷が大きくなる。このため、濃縮水２中のシリカ除去剤４の濃度は、１ｍｇ／Ｌ以上１００００ｍｇ／Ｌ以下に調整されることが好ましく、１ｍｇ／Ｌ以上５０００ｍｇ／Ｌ以下に調整されることがより好ましく、１ｍｇ／Ｌ以上１０００ｍｇ／Ｌ以下に調整されることがさらに好ましい。

次に、濃縮水２からシリカ除去剤４を固液分離するステップが行われる。このステップでは、まず、処理槽５から取り出された処理水８（シリカ除去後の濃縮水２）が、当該処理槽５の後段に配置された沈殿槽９に送られる。このとき、処理水８とともにシリカ除去剤４が持ち出される。そして、沈殿槽９の底にシリカ除去剤４を沈降させることにより、処理水８からシリカ除去剤４を固液分離する。沈殿槽９の底に溜まったシリカ除去剤４は、前段の処理槽５に返送されてもよいし、沈殿槽９から抜き取られた後廃棄されてもよい。なお、沈殿槽９に代えて膜分離装置を使用し、この膜分離装置によって処理水８からシリカ除去剤４を分離してもよい。

以上のように、本実施形態に係るシリカ含有水の処理方法によれば、逆浸透膜１の濃縮水２からシリカ除去剤４を採取し、そのシリカ除去剤４を濃縮水２に添加することによって当該濃縮水２中のシリカを除去する。つまり、シリカ除去剤４を採取するための水と、シリカ除去剤４が添加される水と、は同じ系内のもの（濃縮水２）である。このように、同じ系内で採取したシリカ除去剤４を濃縮水２に添加することにより、シリカが析出し易くなり、結果として濃縮水２に含まれるシリカを高効率に除去することができる。しかも、系外から別途シリカ除去剤を添加する必要がないため、処理コストを抑えることもできる。

逆浸透膜１によって濃縮された濃縮水２は、高濃度のシリカを含んでいるため、さらに逆浸透膜によって濃縮することは一般的には困難である。つまり、通常は、逆浸透膜による多段階の濾過を行うのは困難である。これに対し、本実施形態では、逆浸透膜１によって濃縮された濃縮水２のシリカ濃度をシリカ除去剤４によって低減することができるため、逆浸透膜による多段階の濾過も可能になる。つまり、図１に示す沈殿槽９の後段に２段目の逆浸透膜をさらに配置し、１段目の逆浸透膜１で濃縮された濃縮水２を２段目の逆浸透膜によってさらに濃縮することができるため、水の回収率をより高めることができる。もしくは、沈殿槽９から流出した水を逆浸透膜１の上段に戻すことによって水の回収率を高めてもよい。

また上記実施形態では、逆浸透膜１を用いた濾過によって濃縮水２を得る場合についてのみ説明したが、これに限定されない。逆浸透膜１に代えて、ナノ濾過（ＮＦ；Ｎａｎｏ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜が用いられてもよい。ナノ濾過膜は、逆浸透膜１と同様に、水の透過を許容するとともに、シリカ、カルシウムおよびマグネシウムの透過を阻止可能な孔径を有する濾過膜である。したがって、原水をナノ濾過膜に通過させて濃縮することによって、逆浸透膜１を用いた場合と同様に、シリカ、カルシウムおよびマグネシウムを含む濃縮水２が得られる。

また上記実施形態では、シリカ除去剤４を濃縮水２に添加する場合についてのみ説明したがこれに限定されず、シリカ除去剤４を原水に添加し、当該原水に含まれるシリカを除去してもよい。この場合、除去ステップにおいて原水のｐＨを７．０以上１０．０未満の範囲に調整するとともに、原水中のシリカ除去剤４の濃度が１ｍｇ／Ｌ以上１００００ｍｇ／Ｌ以下となるようにシリカ除去剤４を原水に添加する。なお、後述の実施例では、シリカ除去剤４を濃縮水２に添加した場合に優れたシリカ除去効果が得られる結果のみを示している。しかし、濃縮水２と原水は、シリカ、カルシウムおよびマグネシウムの各濃度の違いはあるが、同じ系内の水である。このため、シリカ除去剤４を原水に添加した場合でも、濃縮水２に添加した場合と同様に優れたシリカ除去効果が奏されると考えられる。

以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
＜濃縮ステップ＞
図１に示すように、原水を逆浸透膜１に供給し、当該逆浸透膜１を用いて濾過することにより、濃縮水２を得た。原水としては、河川伏流水を限外濾過（ＵＦ；Ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜（株式会社クラレ製 ピューリア（登録商標）ＧＳ）により除濁処理したものを用いた。逆浸透膜１としては、ダウ・ケミカル日本株式会社製 ＦＩＬＭＴＥＣ（登録商標） ＢＷ−３０ＦＲ３６５を用いた。原水中のシリカ濃度は１〜１０ｍｇ／Ｌであり、カルシウム濃度は５〜２０ｍｇ／Ｌであり、マグネシウム濃度は０．５〜５ｍｇ／Ｌであった。原水として河川水を用いたため、シリカ、カルシウムおよびマグネシウムの各濃度は上記範囲内で変動した。逆浸透膜１から取り出した濃縮水２についてＩＣＰ発光分光による分析を行ったところ、濃縮水２中のシリカ濃度は４２ｍｇ／Ｌであり、カルシウム濃度は６６ｍｇ／Ｌであり、マグネシウム濃度は１３ｍｇ／Ｌであった。

＜採取ステップ＞
濃縮ステップで得られた濃縮水２をエバポレータ（ヤマト科学株式会社製 ＲＥ６０１）を用いて、圧力が２５ｈＰａ、水温が３５〜４５℃の条件にて蒸発乾固することにより、粗結晶を得た。続いて、この粗結晶を脱イオン化した純水に溶かし、自然乾燥して再結晶することによりシリカ除去剤４を得た。得られたシリカ除去剤４の結晶成分をＳＥＭ−ＥＤＸを用いて分析したところ、珪素、カルシウムおよびマグネシウムがそれぞれ検出された。

＜除去ステップ＞
採取ステップで得られたシリカ除去剤４を、濃縮水２に添加した。このとき、濃縮水２中のシリカ除去剤４の濃度が１０ｍｇ／Ｌとなるように、シリカ除去剤４の添加量を調整した。そして、濃縮水２のｐＨを８．４に調整し、室温で６時間撹拌した。濃縮水２のｐＨは、一般的なｐＨ計を用いて測定した。

＜シリカ除去率の測定＞
上述の通り撹拌操作を行った後、上澄み液のシリカ濃度を測定した（発色法）。そして、上記除去ステップを行う前の濃縮水２のシリカ濃度に対する、上澄み液のシリカ濃度の比率に基づいて、シリカ除去率を算出した。

（実施例２）
濃縮水２のシリカ濃度を３８ｍｇ／Ｌ、カルシウム濃度を１６ｍｇ／Ｌ、マグネシウム濃度を９ｍｇ／Ｌとし、濃縮水２中のシリカ除去剤４の濃度を６００ｍｇ／Ｌとした点以外は、上記実施例１と同じ条件である。実施例２では、採取ステップで得られたシリカ除去剤４の結晶成分の分析を行ったところ、珪素およびカルシウムのみが検出され、マグネシウムは検出されなかった。

（比較例１）
濃縮水２のシリカ濃度を１０３ｍｇ／Ｌ、カルシウム濃度を０ｍｇ／Ｌ、マグネシウム濃度を０ｍｇ／Ｌとし、除去ステップにおける濃縮水２のｐＨを７．２とし、濃縮水２中のシリカ除去剤４の濃度を６００ｍｇ／Ｌとした点以外は、上記実施例１と同じ条件である。比較例１では、採取ステップで得られたシリカ除去剤４の結晶成分の分析を行ったところ、珪素のみが検出され、カルシウムおよびマグネシウムは検出されなかった。

実施例１，２および比較例１における各条件およびシリカ除去率は、下記の表１に示す通りである。表１の「シリカ除去剤」の項目について、該当する元素が検出された場合は「○」を記し、該当する元素が検出されなかった場合は「×」印を記している。

（考察）
表１に示す結果に基づいて、以下の通り考察することができる。濃縮水２がカルシウムおよびマグネシウムを含まない比較例１ではシリカ除去率が０％であったのに対し、濃縮水２がカルシウムおよびマグネシウムを含む実施例１，２ではシリカ除去効果が得られた。この結果より、カルシウムおよびマグネシウムを含む濃縮水２から採取したシリカ除去剤４が、濃縮水２のシリカ除去において有効に寄与することが分かった。

また実施例１と実施例２の対比から明らかなように、濃縮水２中のシリカ濃度を２０ｍｇ／Ｌ以上（４２ｍｇ／Ｌ）、カルシウム濃度を２０ｍｇ／Ｌ以上（６６ｍｇ／Ｌ）、マグネシウム濃度を１０ｍｇ／Ｌ以上（１３ｍｇ／Ｌ）にすることによって、これらの濃度が上記範囲を満たさない場合に比べてシリカ除去率が大幅に向上することが分かった。このようにシリカ除去の効果に違いが生じる理由については明らかではないが、実施例２では単に吸着によって水中のシリカが除去されているのに過ぎないのに対し、実施例１ではケイ酸塩鉱物と類似の結晶物が析出することによってシリカが除去されている、という違いが一因として考えられる。

今回開示された実施形態および実施例は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 逆浸透膜
２ 濃縮水
４ シリカ除去剤
５ 処理槽
６ 撹拌翼
７ ｐＨ調整剤
８ 処理水
９ 沈殿槽

Claims (7)

1. 原水を逆浸透膜またはナノ濾過膜を用いて濾過することによって、シリカ、カルシウムおよびマグネシウムを含む濃縮水を得る濃縮ステップと、
   前記濃縮ステップで得られた前記濃縮水からケイ酸塩を含むシリカ除去剤を採取する採取ステップと、
   前記採取ステップで採取した前記シリカ除去剤を前記濃縮水または前記原水に添加することによって、前記濃縮水または前記原水に含まれるシリカを除去する除去ステップと、を有することを特徴とする、シリカ含有水の処理方法。
2. 前記濃縮ステップでは、シリカ濃度が２０ｍｇ／Ｌ以上、カルシウム濃度が１５ｍｇ／Ｌ以上、マグネシウム濃度が８ｍｇ／Ｌ以上である前記濃縮水を得ることを特徴とする、請求項１に記載のシリカ含有水の処理方法。
3. 前記濃縮ステップでは、カルシウム濃度が２０ｍｇ／Ｌ以上、マグネシウム濃度が１０ｍｇ／Ｌ以上である前記濃縮水を得ることを特徴とする、請求項２に記載のシリカ含有水の処理方法。
4. 前記採取ステップでは、珪素と、カルシウムおよびマグネシウムのうち少なくとも一方と、を含有する前記シリカ除去剤を採取することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシリカ含有水の処理方法。
5. 前記除去ステップでは、前記濃縮水または前記原水のｐＨを７．０以上１０．０未満の範囲に調整することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシリカ含有水の処理方法。
6. 前記除去ステップでは、前記濃縮水または前記原水中の前記シリカ除去剤の濃度が１ｍｇ／Ｌ以上１００００ｍｇ／Ｌ以下となるように、前記シリカ除去剤を前記濃縮水または前記原水に添加することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシリカ含有水の処理方法。
7. 前記除去ステップの後、前記濃縮水または前記原水から前記シリカ除去剤を分離する固液分離ステップをさらに有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のシリカ含有水の処理方法。

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