JP5998796B2 - シリカ除去システム及びそれを備える水処理システム - Google Patents

Description

本発明は、シリカを含む被処理水からシリカを除去するシリカ除去システム及び上記シリカ除去システムを備える水処理システムに関する。

近年、水資源の有効利用を図るべく、工場等においては、排水を再生して再利用する動きが高まっている。工場等で用いられる水、例えば、工業用水には各種の溶解成分が含まれており、シリカもこのような溶解成分として水中に含まれている。水の再利用を繰り返していくうちに、水中の溶解成分の濃度が高くなっていき、シリカに由来するスケールが発生するといった問題が生じる場合がある。また、逆浸透膜モジュール（以下、「ＲＯ膜モジュール」ともいう）、冷却塔、温水ボイラ等の、循環水系を有する産業用設備においては、膜分離や蒸発等により、循環水中の溶解成分の濃縮が進む。このような産業用設備で用いられる水にも溶解成分としてシリカが含まれており、シリカの濃縮によりシリカスケールの発生するリスクがある。

従来、シリカを含む被処理水からシリカを除去する方法としては、シリカを含む被処理水に水溶性マグネシウム塩を添加し、アルカリ性条件下で析出したケイ酸マグネシウムを、濾過等の固液分離法により除去する方法が公知である（特許文献１及び２参照）。

特開昭５９−１６５８８号公報 特開２００４−１４１７９９号公報

本発明者は、上記の方法について検討した結果、シリカの除去操作後に残存するマグネシウム塩が、硬度成分（カルシウムイオン及びマグネシウムイオン）として、スケール発生の新たな原因となりうることを見出した。そのため、シリカ除去処理後の水に残存するマグネシウム塩の量を極力減らすことが望ましい。シリカ除去の対象となる被処理水に含まれるシリカの濃度は、被処理水ごとに異なりうるので、シリカ除去処理後に残存するマグネシウム塩の量を上記の方法で減らすためには、異なる被処理水を用いるたびに、添加するマグネシウム塩の量を増減させる必要があり、操作が煩雑である。

本発明は、シリカを含む被処理水からシリカを除去すると共に、被処理水のシリカ濃度によらず、処理水に残存する硬度成分の濃度を容易に低く抑えることができるシリカ除去システム及び上記シリカ除去システムを備える水処理システムを提供することを目的とする。

本発明は、シリカを含む被処理水に水溶性マグネシウム塩を添加する水溶性マグネシウム塩添加手段と、上記水溶性マグネシウム塩添加手段により水溶性マグネシウム塩が添加された被処理水中においてアルカリ性条件下で析出したケイ酸マグネシウムを、濾過により除去する濾過手段と、上記濾過手段を通過した濾過水を陽イオン交換樹脂によって軟水化処理する軟水化手段と、を備えるシリカ除去システムに関する。

上記シリカ除去システムは、上記被処理水にアルカリ性物質を添加するアルカリ性物質添加手段を更に備えることが好ましい。

上記シリカ除去システムは、上記濾過水に酸を添加して濾過水を中和する中和手段を更に備えることが好ましい。

また、本発明は、循環水系を有する産業用設備と、上記シリカ除去システムと、を備える水処理システムであって、上記シリカ除去システムは、上記水処理システムの外部から上記産業用設備に流入する補給水、又は上記産業用設備から流出し上記産業用設備に流入する循環水からシリカを除去する水処理システムに関する。

本発明によれば、シリカを含む被処理水からシリカを除去すると共に、被処理水のシリカ濃度によらず、処理水に残存する硬度成分の濃度を容易に低く抑えることができるシリカ除去システム及び上記シリカ除去システムを備える水処理システムを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る水処理システム１の全体構成図である。 本発明の第２実施形態に係る水処理システム１Ａの全体構成図である。

〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係る水処理システム１について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る水処理システム１の全体構成図である。図１に示すように、第１実施形態に係る水処理システム１は、例えば、工場等において排出される排水や逆浸透膜モジュールから排出される濃縮排水等からシリカ等の不純物を除去し、工業用水等として再利用可能な再生水を製造するものである。

図１に示すように、水処理システム１は、アルカリ性物質添加手段としてのアルカリ性物質添加装置２と、水溶性マグネシウム塩添加手段としての水溶性マグネシウム塩添加装置３と、濾過手段としての濾過装置４と、中和手段としての中和装置５と、軟水化手段としての軟水化装置６と、加圧ポンプ７と、循環水系を有する産業用設備としてのＲＯ膜モジュール８と、バルブ９及び１０と、を備える。また、水処理システム１は、被処理水ラインＬ１と、濾過水ラインＬ２と、軟水化処理水ラインＬ３と、透過水ラインＬ４と、濃縮水ラインＬ５と、排水ラインＬ６と、濃縮水還流ラインＬ７と、を備える。濃縮水ラインＬ５と、濃縮水還流ラインＬ７と、軟水化処理水ラインＬ３とは、循環水系を構成する。
本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。

本発明の第１実施形態に係るシリカ除去システム１００は、水処理システム１の一部を構成し、アルカリ性物質添加手段としてのアルカリ性物質添加装置２と、水溶性マグネシウム塩添加手段としての水溶性マグネシウム塩添加装置３と、濾過手段としての濾過装置４と、中和手段としての中和装置５と、軟水化手段としての軟水化装置６と、を備える。シリカ除去システム１００は、シリカを含む被処理水Ｗ１からシリカを除去し、シリカ及び硬度成分（カルシウムイオン及びマグネシウムイオン）が除去された軟水化処理水Ｗ３を製造するものである。

以下、水処理システム１の各部について詳しく説明する。
被処理水ラインＬ１は、被処理水Ｗ１を濾過装置４に供給するラインである。被処理水Ｗ１には、シリカが含まれている。被処理水ラインＬ１の上流側の端部は、被処理水Ｗ１の供給源（不図示）に接続されている。被処理水ラインＬ１の下流側の端部は、濾過装置４に接続されている。なお、被処理水ラインＬ１は、シリカ除去システム１００に被処理水を供給する被処理水ラインであると共に、水処理システム１に原水を供給する原水ラインでもある。

アルカリ性物質添加装置２は、被処理水Ｗ１にアルカリ性物質を添加する装置である。アルカリ性物質添加装置２は、被処理水Ｗ１がアルカリ性となるように、好ましくは、被処理水Ｗ１のｐＨが７．５〜１２となるように、被処理水Ｗ１にアルカリ性物質を添加する。アルカリ性物質としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物が挙げられる。アルカリ性物質は、１種単独で使用してもよく、あるいは、２種以上を併用してもよい。アルカリ性物質添加装置２は、合流部Ｊ１において被処理水ラインＬ１に接続されている。

水溶性マグネシウム塩添加装置３は、被処理水Ｗ１に水溶性マグネシウム塩を添加する装置である。水溶性マグネシウム塩添加装置３により水溶性マグネシウム塩が添加された被処理水Ｗ１中においては、アルカリ性条件下、ケイ酸マグネシウムが析出する。水溶性マグネシウム塩としては、例えば、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム等が挙げられる。水溶性マグネシウム塩添加装置３は、合流部Ｊ２において被処理水ラインＬ１に接続されている。

濾過装置４は、被処理水Ｗ１中に析出したケイ酸マグネシウムを、濾材（不図示）により捕捉し、被処理水Ｗ１から除去する装置である。濾過装置４としては、例えば、濾過砂やアンスラサイト（無煙炭）等の粒子状濾材を圧力容器に充填した加圧式濾過装置等を挙げることができる。これらの装置は、いずれも被処理水Ｗ１中に析出したケイ酸マグネシウムを濾材の篩効果により捕捉して除去可能なものである。濾過装置４は、被処理水ラインＬ１の下流側の端部に接続されている。濾過装置４の下流側には、濾過水ラインＬ２が接続されている。

中和装置５は、濾過水Ｗ２に酸を添加して濾過水Ｗ２を中和する装置である。酸としては、例えば、塩酸、硫酸等の無機酸が挙げられる。酸は、１種単独で使用してもよく、あるいは、２種以上を併用してもよい。中和装置５は、合流部Ｊ３において濾過水ラインＬ２に接続されている。

軟水化装置６は、濾過水Ｗ２を軟水化処理する装置であり、濾過水Ｗ２に含まれる硬度成分を陽イオン交換樹脂（不図示）によりイオン交換して除去する。軟水化装置６は、圧力容器（不図示）と、コントロールバルブ（不図示）と、塩水を製造し圧力容器に供給する塩水供給装置（不図示）とを主体に構成されている。圧力容器は、陽イオン交換樹脂（不図示）を収容する。圧力容器は、陽イオン交換樹脂によって、濾過水Ｗ２に含まれる硬度成分を一価の陽イオン（例えば、ナトリウムイオン）に置換し、軟水化処理水Ｗ３を製造する軟水化処理を行う。コントロールバルブは、軟水化装置６の軟水化処理と再生処理とを切り換える。コントロールバルブは、図示しない制御装置によって制御可能に構成されている。塩水供給装置は、陽イオン交換樹脂を再生するための塩水を製造し、圧力容器に供給する。陽イオン交換樹脂としては、強酸性陽イオン交換樹脂が好ましく用いられる。軟水化装置６は、濾過水ラインＬ２の下流側の端部に接続されている。軟水化装置６の下流側には、軟水化処理水ラインＬ３が接続されている。

加圧ポンプ７は、軟水化処理水ラインＬ３に設けられている。加圧ポンプ７は、軟水化装置６から供給される軟水化処理水Ｗ３を吸入し加圧して、ＲＯ膜モジュール８に向けて吐出する装置である。加圧ポンプ７は、図示しない制御装置によって運転（駆動及び停止）が制御される。

ＲＯ膜モジュール８は、加圧ポンプ７から吐出された軟水化処理水Ｗ３を、溶存塩類等の不純物が除去された透過水Ｗ４と、溶存塩類等の不純物が濃縮された濃縮水Ｗ５とに膜分離処理する設備である。ＲＯ膜モジュール８は、軟水化処理水ラインＬ３の下流側の端部に接続されている。

ＲＯ膜モジュール８は、単一又は複数のＲＯ膜エレメント（不図示）を備える。ＲＯ膜モジュール８は、これらＲＯ膜エレメントにより軟水化処理水Ｗ３を膜分離処理し、透過水Ｗ４及び濃縮水Ｗ５を製造する。なお、ＲＯ膜には、通常のＲＯ膜よりも細孔がルーズなナノ濾過膜（ＮＦ膜）も含まれる。つまり、ＲＯ膜モジュール８としては、ＮＦ膜を有するＮＦ膜モジュールを用いることもできる。

ＲＯ膜モジュール８には、透過水Ｗ４を通水可能な透過水ラインＬ４と、濃縮水Ｗ５を通水可能な濃縮水ラインＬ５とが接続されている。

透過水ラインＬ４は、ＲＯ膜モジュール８で製造された透過水Ｗ４を需要先へ送出するラインである。透過水ラインＬ４の上流側の端部は、ＲＯ膜モジュール８の二次側ポートに接続されている。透過水ラインＬ４の下流側の端部は、需要先の装置等（不図示）に接続されている。

濃縮水ラインＬ５は、ＲＯ膜モジュール８から濃縮水Ｗ５を送出するラインである。濃縮水ラインＬ５の上流側の端部は、ＲＯ膜モジュール８の一次側出口ポートに接続されている。濃縮水ラインＬ５の下流側の端部には、分岐部Ｊ４が設けられている。濃縮水ラインＬ５は、分岐部Ｊ４において、排水ラインＬ６及び濃縮水還流ラインＬ７に分岐している。

排水ラインＬ６は、ＲＯ膜モジュール８からの濃縮水Ｗ５の一部を水処理システム１の系外へ排水するラインである。排水ラインＬ６の上流側の端部は、分岐部Ｊ４において濃縮水ラインＬ５に接続されている。排水ラインＬ６には、バルブ９が設けられている。バルブ９は、排水ラインＬ６を開閉することができる。

濃縮水還流ラインＬ７は、ＲＯ膜モジュール８からの濃縮水Ｗ５の残部を、軟水化処理水ラインＬ３における加圧ポンプ７よりも上流側に還流させるラインである。濃縮水還流ラインＬ７の上流側の端部は、分岐部Ｊ４において濃縮水ラインＬ５に接続されている。濃縮水還流ラインＬ７の下流側の端部は、合流部Ｊ５において軟水化処理水ラインＬ３に接続されている。合流部Ｊ５は、軟水化装置６と加圧ポンプ７との間に配置されている。濃縮水還流ラインＬ７には、バルブ１０が設けられている。バルブ１０は、濃縮水還流ラインＬ７を開閉することができる。即ち、ＲＯ膜モジュール８は、クロスフローによる膜分離処理が可能に構成されている。このように、ＲＯ膜モジュール８は、濃縮水Ｗ５の一部を加圧ポンプ７の一次側に戻すクロスフロー方式を採用していることから、ＲＯ膜モジュール８は循環水系を有しているということができる。

なお、図示を省略するが、上述した被処理水ラインＬ１、濾過水ラインＬ２、軟水化処理水ラインＬ３、透過水ラインＬ４、濃縮水ラインＬ５、排水ラインＬ６、及び濃縮水還流ラインＬ７には、被処理水Ｗ１、濾過水Ｗ２、軟水化処理水Ｗ３、透過水Ｗ４、及び濃縮水Ｗ５を送出するポンプや、流路を開閉するバルブ等が適宜設けられている。これらのポンプやバルブ等も、図示しない制御装置によって制御される。

次に、本発明の第１実施形態に係る水処理システム１の動作について、図１を参照しながら説明する。
水処理システム１が運転されると、被処理水Ｗ１は、被処理水ラインＬ１を介して濾過装置４に供給される。その間、被処理水Ｗ１には、アルカリ性物質添加装置２によりアルカリ性物質が添加され、水溶性マグネシウム塩添加装置３により水溶性マグネシウム塩が添加される。アルカリ性物質及び水溶性マグネシウム塩が添加された被処理水Ｗ１においては、アルカリ性条件下、被処理水Ｗ１に含まれていたシリカが、水溶性マグネシウム塩由来のマグネシウムイオンと反応して、ケイ酸マグネシウムが析出する。

析出したケイ酸マグネシウムを含む被処理水Ｗ１は、濾過装置４に供給され、濾過装置４中の濾材を通過する。その際、ケイ酸マグネシウムは、濾材により捕捉され、被処理水Ｗ１から除去される。これにより、ケイ酸マグネシウムの形でシリカが除去された濾過水Ｗ２を得ることができる。

濾過装置４で得られた濾過水Ｗ２は、濾過水ラインＬ２を介して軟水化装置６に供給される。その間、濾過水Ｗ２には中和装置５により酸が添加され、濾過水Ｗ２は中和される。

中和された濾過水Ｗ２は、軟水化装置６に供給され、軟水化装置６を構成する圧力容器に収容された陽イオン交換樹脂を通過する。その際、濾過水Ｗ２に含まれる硬度成分は、陽イオン交換樹脂に接触してイオン交換され、濾過水Ｗ２から除去される。これにより、硬度成分が除去された軟水化処理水Ｗ３を得ることができる。

軟水化装置６で得られた軟水化処理水Ｗ３は、軟水化処理水ラインＬ３を介して加圧ポンプ７に供給される。加圧ポンプ７により加圧された軟水化処理水Ｗ３は、更に軟水化処理水ラインＬ３を介してＲＯ膜モジュール８に供給される。ＲＯ膜モジュール８に供給された軟水化処理水Ｗ３は、ＲＯ膜モジュール８のＲＯ膜により、透過水Ｗ４と濃縮水Ｗ５とに膜分離処理される。透過水Ｗ４においては、溶存塩類等の不純物が除去されている。

なお、ＲＯ膜モジュール８で発生した濃縮水Ｗ５は、バルブ９及び１０を適宜開閉することにより、濃縮水ラインＬ５、分岐部Ｊ４、及び濃縮水還流ラインＬ７を介して、合流部Ｊ５において軟水化処理水ラインＬ３に還流される。また、ＲＯ膜モジュール８で発生した濃縮水Ｗ５の一部は、バルブ９及び１０を適宜開閉することにより、濃縮水ラインＬ５、分岐部Ｊ４、及び排水ラインＬ６を介して水処理システム１の系外へ排水される。

上述した第１実施形態に係る水処理システム１によれば、例えば、以下のような効果が奏される。
シリカ除去システム１００では、被処理水Ｗ１にアルカリ性物質及び水溶性マグネシウム塩が添加されることで、アルカリ性条件下、被処理水Ｗ１に含まれていたシリカが、水溶性マグネシウム塩由来のマグネシウムイオンと反応して、ケイ酸マグネシウムが析出する。このケイ酸マグネシウムを濾過装置４によって取り除くことで、被処理水Ｗ１からシリカを除去することができる。

更に、濾過装置４で得られた濾過水Ｗ２を軟水化装置６により軟水化処理することで、濾過水Ｗ２に含まれる硬度成分を除去することができる。軟水化装置６では、水溶性マグネシウム塩添加装置３により被処理水Ｗ１に添加された硬度成分だけでなく、被処理水Ｗ１にもともと含まれていた硬度成分も同時に除去することができる。

被処理水Ｗ１に含まれるシリカの濃度は、供給源により変動しうるが、通常、シリカの溶解度以下である。そこで、例えば、溶解度分のシリカをケイ酸マグネシウムとして析出させるのに十分な水溶性マグネシウム塩を一定して添加するようにすれば、異なる被処理水を用いるたびに、添加するマグネシウム塩の量を増減させる必要がないため、操作を簡略化することができる。過剰に添加した水溶性マグネシウム塩に由来する硬度成分は、軟水化装置６により容易に除去することができる。

ＲＯ膜モジュール８には、シリカ及び硬度成分が除去された軟水化処理水Ｗ３が供給されるため、ＲＯ膜モジュール８におけるスケールの発生を抑制することが容易である。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る水処理システム１Ａについて、図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の第２実施形態に係る水処理システム１Ａの全体構成図である。図２に示す第２実施形態に係る水処理システム１Ａは、例えば、工場等において排出される排水やＲＯ膜モジュールから排出される濃縮排水等からシリカ等の不純物を除去し、工業用水等として再利用可能な再生水を製造するものである。
なお、第２実施形態では、主に第１実施形態との相違点について説明する。第２実施形態では、第１実施形態と同一又は同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、第２実施形態では、第１実施形態と重複する説明を適宜に省略する。

図２に示すように、水処理システム１Ａは、軟水化手段としての軟水化装置６と、加圧ポンプ７と、循環水系を有する産業用設備としてのＲＯ膜モジュール８と、バルブ９と、アルカリ性物質添加手段としてのアルカリ性物質添加装置２と、水溶性マグネシウム塩添加手段としての水溶性マグネシウム塩添加装置３と、濾過手段としての濾過装置４と、中和手段としての中和装置５と、を備える。また、水処理システム１Ａは、原水ラインＬ８と、軟水化処理水ラインＬ３と、透過水ラインＬ４と、濃縮水ラインＬ５と、排水ラインＬ６と、濃縮水還流ライン（被処理水ライン）Ｌ９と、濃縮水還流ライン（濾過水ライン）Ｌ１０と、を備える。濃縮水ラインＬ５と、濃縮水還流ラインＬ９と、濃縮水還流ラインＬ１０と、原水ラインＬ８と、軟水化処理水ラインＬ３とは、循環水系を構成する。

本発明の第２実施形態に係るシリカ除去システム１００Ａは、水処理システム１Ａの一部を構成し、アルカリ性物質添加手段としてのアルカリ性物質添加装置２と、水溶性マグネシウム塩添加手段としての水溶性マグネシウム塩添加装置３と、濾過手段としての濾過装置４と、中和手段としての中和装置５と、軟水化手段としての軟水化装置６と、を備える。シリカ除去システム１００Ａは、シリカを含む濃縮水Ｗ５（被処理水）からシリカを除去し、軟水化処理水Ｗ３を製造するものである。

つまり、第２実施形態に係る水処理システム１Ａは、第１実施形態に係る水処理システム１において、軟水化装置６の上流側に存在するアルカリ性物質添加装置２、水溶性マグネシウム塩添加装置３、濾過装置４、中和装置５、被処理水ラインＬ１、及び濾過水ラインＬ２の代わりに、原水ラインＬ８を備え、バルブ１０及び濃縮水還流ラインＬ７の代わりに、アルカリ性物質添加装置２、水溶性マグネシウム塩添加装置３、濾過装置４、中和装置５、濃縮水還流ライン（被処理水ライン）Ｌ９、及び濃縮水還流ライン（濾過水ライン）Ｌ１０を備え、ＲＯ膜モジュール８からの濃縮水還流ラインの下流側の端部が、軟水化装置６と加圧ポンプ７との間に配置された合流部Ｊ５において軟水化処理水ラインＬ３に接続されている代わりに、軟水化装置６の上流側に配置された合流部Ｊ１０において原水ラインＬ８に接続されている点で、第１実施形態に係る水処理システム１と異なる。

原水ラインＬ８は、原水Ｗ６を軟水化装置６に供給するラインである。原水Ｗ６には、シリカが含まれている。原水ラインＬ８の上流側の端部は、原水Ｗ６の供給源（不図示）に接続されている。原水ラインＬ８の下流側の端部は、軟水化装置６に接続されている。

濃縮水ラインＬ５の下流側の端部には、分岐部Ｊ６が設けられている。濃縮水ラインＬ５は、分岐部Ｊ６において、排水ラインＬ６及び濃縮水還流ライン（被処理水ライン）Ｌ９に分岐している。

濃縮水還流ライン（被処理水ライン）Ｌ９は、濃縮水Ｗ５をシリカ除去システム１００Ａの被処理水として、濾過装置４に供給するラインである。濃縮水還流ライン（被処理水ライン）Ｌ９の上流側の端部は、分岐部Ｊ６において濃縮水ラインＬ５に接続されている。濃縮水還流ライン（被処理水ライン）Ｌ９の下流側の端部は、濾過装置４に接続されている。

アルカリ性物質添加装置２は、合流部Ｊ７において濃縮水還流ライン（被処理水ライン）Ｌ９に接続されている。

水溶性マグネシウム塩添加装置３は、合流部Ｊ８において濃縮水還流ライン（被処理水ライン）Ｌ９に接続されている。

濾過装置４は、濃縮水還流ライン（被処理水ライン）Ｌ９の下流側の端部に接続されている。濾過装置４の下流側には、濃縮水還流ライン（濾過水ライン）Ｌ１０が接続されている。

中和装置５は、合流部Ｊ９において濃縮水還流ライン（濾過水ライン）Ｌ１０に接続されている。

濃縮水還流ライン（濾過水ライン）Ｌ１０は、濾過装置４を通過した濾過水Ｗ２を軟水化装置６に供給するラインである。濃縮水還流ライン（濾過水ライン）Ｌ１０の上流側の端部は、濾過装置４に接続されている。濃縮水還流ライン（濾過水ライン）Ｌ１０の下流側の端部は、合流部Ｊ１０において原水ラインＬ８に接続されている。合流部Ｊ１０は、原水Ｗ６の供給源（不図示）と軟水化装置６との間に配置されている。

なお、図示を省略するが、上述した原水ラインＬ８、軟水化処理水ラインＬ３、透過水ラインＬ４、濃縮水ラインＬ５、排水ラインＬ６、濃縮水還流ライン（被処理水ライン）Ｌ９と、及び濃縮水還流ライン（濾過水ライン）Ｌ１０には、原水Ｗ６、軟水化処理水Ｗ３、透過水Ｗ４、濃縮水Ｗ５、及び濾過水Ｗ２を送出するポンプや、流路を開閉するバルブ等が適宜設けられている。これらのポンプやバルブ等も、図示しない制御装置によって制御される。

次に、本発明の第２実施形態に係る水処理システム１Ａの動作について、図２を参照しながら説明する。なお、本発明の第１実施形態に係る水処理システム１の動作と同様の部分については重複説明を省略する。

水処理システム１Ａが運転されると、原水Ｗ６は、原水ラインＬ８を介して軟水化装置６に供給され、軟水化装置６を構成する圧力容器に収容された陽イオン交換樹脂を通過する。その際、原水Ｗ６に含まれる硬度成分は、陽イオン交換樹脂に接触してイオン交換され、原水Ｗ６から除去される。これにより、硬度成分が除去された軟水化処理水Ｗ３を得ることができる。

ＲＯ膜モジュール８で発生した濃縮水Ｗ５は、バルブ９を適宜開閉することにより、濃縮水ラインＬ５、分岐部Ｊ６、及び濃縮水還流ライン（被処理水ライン）Ｌ９を介して、濾過装置４に供給される。その間、濃縮水Ｗ５には、アルカリ性物質添加装置２によりアルカリ性物質が添加され、水溶性マグネシウム塩添加装置３により水溶性マグネシウム塩が添加される。アルカリ性物質及び水溶性マグネシウム塩が添加された濃縮水Ｗ５においては、アルカリ性条件下、濃縮水Ｗ５に含まれていたシリカが、水溶性マグネシウム塩由来のマグネシウムイオンと反応して、ケイ酸マグネシウムが析出する。

析出したケイ酸マグネシウムを含む濃縮水Ｗ５は、濾過装置４に供給され、濾過装置４中の濾材を通過する。その際、ケイ酸マグネシウムは、濾材により捕捉され、濃縮水Ｗ５から除去される。これにより、ケイ酸マグネシウムの形でシリカが除去された濾過水Ｗ２を得ることができる。

濾過装置４で得られた濾過水Ｗ２は、濃縮水還流ライン（濾過水ライン）Ｌ１０、合流部Ｊ１０、及び原水ラインＬ８を介して軟水化装置６に供給される。その間、濾過水Ｗ２には中和装置５により酸が添加され、濾過水Ｗ２は中和される。

中和された濾過水Ｗ２は、合流部Ｊ１０において原水Ｗ６と合流した後、軟水化装置６に供給され、上記と同様にして軟水化処理される。

上述した第２実施形態に係る水処理システム１Ａによれば、例えば、以下のような効果が奏される。
第２実施形態に係るシリカ除去システム１００Ａでも、第１実施形態に係るシリカ除去システム１００と同様にして、濃縮水Ｗ５からシリカを除去することができ、更に、軟水化装置６により、水溶性マグネシウム塩として添加した硬度成分及び原水Ｗ６にもともと含まれていた硬度成分も同時に除去することができる。

シリカ除去システム１００Ａに供給される濃縮水Ｗ５では、ＲＯ膜モジュール８による膜分離の結果、シリカ濃度の高まりと共に、アルカリ成分濃度（酸消費量（ｐＨ４．８）として測定される物質濃度）の濃縮によりｐＨ値が高まっており、シリカ除去システム１００Ａによるシリカの除去をより効率的に行うことができる。
その他の効果は、第１実施形態に係る水処理システム１により奏されるものと同様である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明した。しかし、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。

例えば、第１実施形態において、合流部Ｊ１及びＪ２の位置を逆転させた構成としてもよいし、合流部Ｊ１及びＪ２が一点で交わった構成としてもよい。また、第２実施形態において、合流部Ｊ７及びＪ８の位置を逆転させた構成としてもよいし、合流部Ｊ７及びＪ８が一点で交わった構成としてもよい。即ち、第１実施形態における被処理水Ｗ１又は第２実施形態における濃縮水Ｗ５に、アルカリ性物質及び水溶性マグネシウム塩を添加する順序は特に限定されず、いずれの順序であっても、十分な量のケイ酸マグネシウムを析出させることができる。

第１及び第２実施形態において、アルカリ性物質添加装置２を省略した構成としてもよい。第１実施形態における被処理水Ｗ１又は第２実施形態における濃縮水Ｗ５がアルカリ性である場合、アルカリ性物質を添加しなくても、水溶性マグネシウム塩を添加するだけで、十分な量のケイ酸マグネシウムを析出させることができる。

第１及び第２実施形態において、中和装置５を省略した構成としてもよい。アルカリ性条件下では、水のランゲリア指数が上昇し、炭酸カルシウム系のスケールが発生しやすくなる。しかし、濾過水Ｗ２中の硬度成分の濃度が十分に低く、又は、軟水化装置６により硬度成分が十分に除去される場合には、濾過水Ｗ２に酸を添加せず、アルカリ性のままに維持しておいても、炭酸カルシウム系のスケールの発生を十分に抑制することができる。

第１実施形態において、循環水系を有する産業用設備として、ＲＯ膜モジュール８の代わりに、冷却塔を用いた構成としてもよい。このような構成としては、例えば、図１において、加圧ポンプ７、ＲＯ膜モジュール８、バルブ９及び１０、透過水ラインＬ４、濃縮水ラインＬ５、排水ラインＬ６、濃縮水還流ラインＬ７、並びに合流部Ｊ５を省略し、代わりに、補給水が供給されると共に、当該補給水を循環水として冷却し、冷却した循環水を被冷却装置へ供給する冷却塔と、補給水を上記冷却塔へ供給する補給水ラインと、循環水を上記冷却塔と上記被冷却装置との間で循環させる循環水ラインと、を備える水処理システムが挙げられる。なお、上記冷却塔と上記被冷却装置との間では循環水が循環していることから、上記冷却塔は循環水系を有しているということができる。

冷却塔を備える上記水処理システムの具体例としては、第一に、図１中の軟水化処理水ラインＬ３を上記補給水ラインとして用いるものが挙げられる。この構成では、本発明の第１実施形態に係るシリカ除去システム１００が上記補給水ラインに設けられており、シリカ及び硬度成分が除去された軟水化処理水Ｗ３が、軟水化処理水ラインＬ３を通じて、軟水化装置６から冷却塔に供給される。これにより、冷却塔には、シリカ及び硬度成分が除去された補給水が供給されるため、循環水系、特に冷却塔の内部及び被冷却装置の内部でのスケールの発生を抑制することができる。

冷却塔を備える上記水処理システムの具体例としては、第二に、図１中の被処理水ラインＬ１、濾過水ラインＬ２、及び軟水化処理水ラインＬ３を上記循環水ラインの一部として用いるものが挙げられる。この構成では、本発明の第１実施形態に係るシリカ除去システム１００が上記循環水ラインに設けられており、冷却塔から流出した循環水は、シリカ除去システム１００においてシリカ及び硬度成分が除去され、冷却塔に流入する。これにより、冷却塔には、シリカ及び硬度成分が除去された循環水が供給されるため、循環水系、特に冷却塔の内部及び被冷却装置の内部でのスケールの発生を抑制することができる。

第１実施形態において、循環水系を有する産業用設備として、ＲＯ膜モジュール８の代わりに、温水ボイラを用いた構成としてもよい。このような構成としては、例えば、図１において、加圧ポンプ７、ＲＯ膜モジュール８、バルブ９及び１０、透過水ラインＬ４、濃縮水ラインＬ５、排水ラインＬ６、濃縮水還流ラインＬ７、並びに合流部Ｊ５を省略し、代わりに、補給水が供給されると共に、当該補給水を循環水として加熱し、加熱した循環水を熱交換器へ供給する温水ボイラと、補給水を上記温水ボイラへ供給する補給水ラインと、循環水を上記温水ボイラと上記熱交換器との間で循環させる循環水ラインと、を備える水処理システムが挙げられる。上記温水ボイラと上記熱交換器との間では循環水が循環している点から、上記温水ボイラは循環水系を有しているということができる。

温水ボイラを備える上記水処理システムの具体例としては、図１中の軟水化処理水ラインＬ３を上記補給水ラインとして用いるものが挙げられる。この構成では、本発明の第１実施形態に係るシリカ除去システム１００が上記補給水ラインに設けられており、シリカ及び硬度成分が除去された軟水化処理水Ｗ３が、軟水化処理水ラインＬ３を通じて、軟水化装置６から温水ボイラに供給される。これにより、温水ボイラには、シリカ及び硬度成分が除去された補給水が供給されるため、循環水系、特に温水ボイラの内部でのスケールの発生を抑制することができる。

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
シリカを含む原水にアルカリ性条件下で水溶性マグネシウム塩を添加し、析出した沈殿を濾過により除去することにより、上記原水中のシリカを除去することができることを確認するために、以下の実験を行った。

シリカを含む原水として、表１に示す組成を有する調製原水１〜３を使用した。また、原水をアルカリ性条件にするためのアルカリ性物質として、水酸化ナトリウムを用い、水溶性マグネシウム塩として、塩化マグネシウムを用いた。

表２〜５に示す組成で調製原水、水酸化ナトリウム、及び塩化マグネシウムを混合し、析出した白色沈殿（ケイ酸マグネシウム）を含む反応液をメンブレンフィルタ（孔径：０．２μｍ又は５μｍ、アドバンテック東洋株式会社製）で濾過した。濾液のｐＨ、電気伝導度、シリカ濃度、カルシウム濃度、及びマグネシウム濃度を測定し、シリカ除去率（（１−濾液のシリカ濃度／原水のシリカ濃度）×１００）を算出した。結果を表２〜５に示す。

表２〜５に示すとおり、シリカを含む原水にアルカリ性条件下で塩化マグネシウムを添加し、析出した沈殿を濾過により除去することにより、約２０〜約７０％もの高いシリカ除去率で上記原水中のシリカを除去することができた。

１、１Ａ 水処理システム
２ アルカリ性物質添加装置（アルカリ性物質添加手段）
３ 水溶性マグネシウム塩添加装置（水溶性マグネシウム塩添加手段）
４ 濾過装置（濾過手段）
５ 中和装置（中和手段）
６ 軟水化装置（軟水化手段）
７ 加圧ポンプ
８ 逆浸透膜モジュール（循環水系を有する産業用設備）
９、１０ バルブ
Ｌ１ 被処理水ライン
Ｌ２、Ｌ１０ 濾過水ライン
Ｌ３ 軟水化処理水ライン
Ｌ４ 透過水ライン
Ｌ５ 濃縮水ライン
Ｌ６ 排水ライン
Ｌ７ 濃縮水還流ライン
Ｌ８ 原水ライン
Ｌ９ 濃縮水還流ライン（被処理水ライン）
Ｌ１０ 濃縮水還流ライン（濾過水ライン）
Ｗ１ 被処理水
Ｗ２ 濾過水
Ｗ３ 軟水化処理水
Ｗ４ 透過水
Ｗ５ 濃縮水
Ｗ６ 原水

Claims (4)

1. シリカを含む被処理水に水溶性マグネシウム塩を添加する水溶性マグネシウム塩添加手段と、
   前記水溶性マグネシウム塩添加手段により水溶性マグネシウム塩が添加された被処理水中においてアルカリ性条件下で析出したケイ酸マグネシウムを、濾過により除去する濾過手段と、
   前記濾過手段を通過した濾過水を陽イオン交換樹脂によって軟水化処理する軟水化手段と、
   を備えるシリカ除去システム。
2. 前記被処理水にアルカリ性物質を添加するアルカリ性物質添加手段を更に備える請求項１に記載のシリカ除去システム。
3. 前記濾過水に酸を添加して濾過水を中和する中和手段を更に備える請求項１又は２に記載のシリカ除去システム。
4. 循環水系を有する産業用設備と、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシリカ除去システムと、を備える水処理システムであって、
   前記シリカ除去システムは、前記水処理システムの外部から前記産業用設備に流入する補給水、又は前記産業用設備から流出し前記産業用設備に流入する循環水からシリカを除去する水処理システム。

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