JP6038318B2 - 水処理システム及び方法、冷却設備、発電設備 - Google Patents

Description

本発明は、例えば冷却塔排出水等の水処理システム及び方法、冷却設備、発電設備に関するものである。

プラント設備等で用いられる冷却塔においては、ボイラなどから排出された高温の排ガスと冷却水との間で熱交換が行われる。この熱交換により冷却水の一部が蒸気となるため、冷却水中のイオンやシリカ（ＳｉＯ₂）が濃縮される。従って、冷却塔から排出された冷却水（ブローダウン水）は、イオン濃度やシリカ濃度が高い状態となっている。

イオンを多量に含む水は、脱塩処理が施されてから環境中に放出される。脱塩処理を実施する装置としては、逆浸透膜装置、ナノろ過膜装置、イオン交換膜装置などが知られている。

上述の水中に含まれるイオンの内、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、ＮＨ_４ ^＋などの１価の陽イオンやＣｌ⁻、ＮＯ_３ ⁻等の陰イオンは、水中への溶解度が高いイオンである。一方、Ｃａ^２＋などの２価の金属イオンやＳＯ_４ ^２−、ＣＯ_３ ^２−などの陰イオンやシリカは、スケールを構成する成分である。スケールを構成する成分の塩やシリカは水に対する溶解度が低いため、スケールとして析出しやすい。特に、かん水、工業排水、冷却塔のブローダウン水にはＣａ^２＋、ＳＯ_４ ^２−、炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２−、ＨＣＯ_３ ⁻）、シリカが豊富に含まれている。上記の脱塩処理を実施する装置内にスケールが発生すると処理能力が低減してしまう。このため、スケールを発生させることなく脱塩処理を実施することが求められる。

Ｃａ^２＋を除去する方法としてライムソーダ法が知られている。ライムソーダ法では、被処理水に炭酸ナトリウムが添加され、被処理水中のＣａ^２＋が炭酸カルシウムとして析出・沈殿することにより水中から除去される。

特許文献１には、ライムソーダ法を用いた化学軟化装置、イオン交換装置、逆浸透膜装置などが組み合わされた排水処理装置が開示されている。

米国特許第７８１５８０４号明細書

ライムソーダ法は処理のために炭酸ナトリウムを添加する必要があるために処理コストが高い。ライムソーダ法では１ｍｏｌのＣａ^２＋を炭酸カルシウムとして沈殿させると２ｍｏｌのＮａ^＋が発生する。一方、ＳＯ_４ ^２−が被処理水に含まれる場合、ライムソーダ法では除去されない。つまり、ライムソーダ法では処理後の水に含まれるイオンのモル数が増加することになる。

イオン交換膜装置を用いてＣａ^２＋を除去する場合も、１ｍｏｌのＣａ^２＋を処理するために２ｍｏｌのＮａ^＋が発生することになり、処理後の水に含まれるイオンのモル数が増加する。

特許文献１のシステムは、ライムソーダ法及びイオン交換膜装置で処理された後の水を逆浸透膜装置により更にイオン分を除去する処理をする。このため、特許文献１のシステムでは、イオンのモル濃度が増加するために逆浸透膜装置での浸透圧が高くなり処理負荷が大きくなると言った問題があった。また、特許文献１の装置ではＳＯ_４ ^２−が除去されず、処理水にＳＯ_４ ^２−が残留し、高い水回収率を得ることは困難であった。また、特許文献１の排水処理装置ではイオン交換装置を再生するに当たり多量の薬品が必要となり、処理コストが高いことも問題となっていた。

本発明は、前記問題に鑑み、例えばプラント設備等で用いられる例えば冷却塔からの冷却塔排出水等の少なくとも塩分及びシリカを含む被処理水の水処理システム及び方法、冷却設備、発電設備を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、少なくとも塩分及びシリカを含む被処理水にスケール防止剤を供給する第１スケール防止剤供給部と、前記スケール防止剤が供給された被処理水のｐＨをｐＨ調整剤により調整する第１ｐＨ調整部と、前記第１ｐＨ調整部の下流側に設置され、前記被処理水中の塩分を除去し、第１再生水と第１濃縮水とに分離する第１脱塩装置と、前記第１脱塩装置の下流側に設けられ、第１濃縮水から石膏を晶析させる第１晶析槽と、前記第１晶析槽に石膏の種結晶を供給する第１種結晶供給部とを有する第１晶析部と、前記第１晶析部の下流側に設けられ、第１濃縮水中の石膏を分離する第１分離部と、石膏を分離した第１濃縮水中にスケール防止剤を供給する第２のスケール防止剤供給部と、前記スケール防止剤が供給された第１濃縮水のｐＨを調整する第２のｐＨ調整部と、前記第２ｐＨ調整部の下流側に設置され、前記第１濃縮水中の塩分を除去し、第２の再生水と第２の濃縮水とに分離する第２の脱塩装置を有することを特徴とする水処理システムにある。

第２の発明は、第１の発明において、前記第２脱塩装置の下流側に設けられ、第２濃縮水から石膏を晶析させる第２晶析槽と、前記第２晶析槽に石膏の種結晶を供給する第２種結晶供給部とを有する第２晶析部とを備えることを特徴とする水処理システムにある。

第３の発明は、第１の発明において、前記第２脱塩装置の下流側に設けられ、第２濃縮水から石膏を晶析させる第２の晶析槽と、前記第２の晶析槽に石膏の種結晶を供給する第２の種結晶供給部とを有する第２晶析部と、前記第２晶析部の下流側に設けられ、第２濃縮水中の石膏を分離する第２分離部と、前記第２の濃縮水中の塩分を除去し、第３の再生水と第３濃縮水とに分離する第３脱塩装置を有することを特徴とする水処理システムにある。

第４の発明は、第１の発明において、前記第１のｐＨ調整部又は第２のｐＨ調整部により、ｐＨ１０以上に調整する場合、第１又は第２スケール防止剤供給部からカルシウムを含むスケールの析出を防止するカルシウムスケール防止剤を供給することを特徴とする水処理システムにある。

第５の発明は、第１の発明において、前記第１のｐＨ調整部又は第２のｐＨ調整部により、ｐＨ１０以下に調整する場合、スケール防止剤供給部からカルシウムを含むスケールの析出を防止するカルシウムスケール防止剤及びシリカの析出を防止するシリカスケール防止剤を供給することを特徴とする水処理システムにある。

第６の発明は、第１の発明において、前記第１又は第２のスケール防止剤供給部の上流側に、前記被処理水中の炭酸カルシウムの濃度を低下させる沈殿部又は炭酸ガスを分離する炭酸ガス分離部のいずれか一方又は両方を有することを特徴とする水処理システムにある。

第７の発明は、第１の発明において、前記再生水をプラント設備の補給水、雑用水とすることを特徴とする水処理システムにある。

第８の発明は、第１乃至７のいずれか一つの発明の水処理システムを備えたことを特徴とする冷却設備にある。

第９の発明は、第８の発明の冷却設備を備えたことを特徴とする発電設備にある。

第１０の発明は、少なくとも塩分及びシリカを含む被処理水にスケール防止剤を供給する第１スケール防止剤供給工程と、前記スケール防止剤が供給された排出水のｐＨをｐＨ調整剤により調整する第１ｐＨ調整工程と、前記第１ｐＨ調整工程の下流側に設置され、前記排出水中の塩分を除去し、第１再生水と第１濃縮水とに分離する第１脱塩処理工程と、前記第１脱塩装置の下流側に設けられ、第１濃縮水から石膏を晶析させる第１晶析工程と、前記第１晶析工程に石膏の種結晶を供給する第１種結晶供給工程と、前記第１晶析工程の下流側に、第１濃縮水中の石膏を分離する第１分離工程と、石膏を分離した第１濃縮水中にスケール防止剤を供給する第２のスケール防止剤供給工程と、前記スケール防止剤が供給された第１濃縮水のｐＨを調整する第２のｐＨ調整工程と、前記第２ｐＨ調整工程の下流側に設置され、前記第１濃縮水中の塩分を除去し、第２の再生水と第２の濃縮水とに分離する第２の脱塩処理工程を有することを特徴とする水処理方法にある。

第１１の発明は、第１０の発明において、前記第２の脱塩処理工程の下流側に設けられ、第２の濃縮水から石膏を晶析させる第２の晶析工程と、前記第２晶析槽に石膏の種結晶を供給する第２の種結晶供給工程を有することを特徴とする水処理方法にある。

第１２の発明は、第１０の発明において、前記第２の脱塩処理工程の下流側に設けられ、第２の濃縮水から石膏を晶析させる第２晶析工程と、前記第２の晶析槽に石膏の種結晶を供給する第２の種結晶供給工程と、前記第２の晶析工程の下流側に、第２の濃縮水中の石膏を分離する第２分離工程と、前記第２の濃縮水中の塩分を除去し、第３の再生水と第３の濃縮水とに分離する第３の脱塩処理工程とを有することを特徴とする水処理方法にある。

第１３の発明は、第１０の発明において、前記第１又は第２のｐＨ調整工程により、ｐＨ１０以上に調整する場合、スケール防止剤供給工程でカルシウムを含むスケールの析出を防止するカルシウムスケール防止剤を供給することを特徴とする水処理方法にある。

第１４の発明は、第１０の発明において、前記第１又は第２のｐＨ調整工程により、ｐＨ１０以下に調整する場合、スケール防止剤供給工程でカルシウムを含むスケールの析出を防止するカルシウムスケール防止剤及びシリカの析出を防止するシリカスケール防止剤を供給することを特徴とする水処理方法にある。

第１５の発明は、第１０の発明において、前記第１又は第２のスケール防止剤供給工程の上流側に、前記排出水中の炭酸カルシウムの濃度を低下させる沈殿工程又は炭酸ガスを分離する炭酸ガス分離工程のいずれか一方又は両方を有することを特徴とする水処理方法にある。

第１６の発明は、第１０の発明において、前記再生水をプラント設備の補給水、雑用水とすることを特徴とする水処理方法にある。

本発明によれば、プラント設備等で用いる冷却塔からの冷却塔排出水等の少なくとも塩分及びシリカを含む被処理水の再生利用が可能となる。

図１は、実施例１に係る冷却塔排出水の再生処理システムの概略図である。 図２は、実施例１に係る他の冷却塔排出水の再生処理システムの概略図である。 図３は、実施例１に係る他の冷却塔排出水の再生処理システムの概略図である。 図４は、実施例２に係る冷却塔排出水の再生処理システムの概略図である。 図５は、実施例２に係る他の冷却塔排出水の再生処理システムの概略図である。 図６は、実施例２に係る噴霧乾燥機の概略図である。 図７は、石膏析出量のｐＨ依存性のシミュレーション結果を示す図である。 図８は、炭酸カルシウム析出量のｐＨ依存性のシミュレーション結果を示す図である。 図９は、シリカ析出量のｐＨ依存性のシミュレーション結果を示す図である。 図１０は、石膏が過飽和状態にある模擬水を用いて、模擬水のｐＨを変えて石膏析出実験を行った結果を示す図である。 図１１は、石膏が過飽和状態にある模擬水を用いて、種結晶の濃度を変えて石膏析出実験を行った結果を示す図である。 図１２は、晶析で得られた石膏の顕微鏡写真である。 図１３は、晶析で得られた石膏の顕微鏡写真である。 図１４は、他の冷却塔排出水の再生処理システムの概略図である。 図１５は、他の冷却塔排出水の再生処理システムの概略図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１は、実施例１に係る冷却塔排出水の再生処理システムの概略図である。図２及び３は、実施例１に係る他の冷却塔排出水の再生処理システムの概略図である。
図１に示すように、本実施例に係る冷却塔排出水の再生処理システム１０Ａは、冷却塔１１で発生する少なくとも塩分及びシリカを含む被処理水である冷却塔排出水（以下「排出水」という）１２にスケール防止剤１３を供給する第１スケール防止剤供給部１４Ａと、スケール防止剤１３が供給された排出水１２のｐＨをｐＨ調整剤１５により調整する第１ｐＨ調整部１６Ａと、第１ｐＨ調整部１６Ａの下流側に設置され、前記排出水１２中の塩分を除去し、第１再生水１７Ａと第１濃縮水１８Ａとに分離する第１脱塩装置１９Ａと、前記第１脱塩装置１９Ａの下流側に設けられ、第１濃縮水１８Ａから石膏２０を晶析させる第１晶析槽２１Ａと、前記第１晶析槽２１Ａに石膏の種結晶（石膏種晶）２０ａを供給する第１種結晶供給部２２Ａとを有する第１晶析部２３Ａとを備えるものである。
ここで、図１中、符号５１Ａは第１スケール防止剤供給部１４Ａの制御部、５２Ａは第１ｐＨ調整部１６Ａの制御部、５３Ａは第１種結晶供給部２２Ａの制御部、Ｖ₁〜Ｖ₃は制御部５１Ａ〜５３Ａにより開閉される開閉バルブを図示する。

ここで、少なくとも塩分及びシリカを含む被処理水として、本実施例では、冷却塔１１で発生する冷却塔排出水（以下「排出水」という）を用いて説明する。この冷却塔排出水１２には、例えばＣａ²⁺、ＳＯ₄ ^2-、炭酸イオン（ＣＯ₃ ^2-、ＨＣＯ₃ ^-）、シリカが豊富に含まれている。性状の一例としては、ｐＨが８、Ｎａイオンが２０ ｍｇ／Ｌ、Ｋイオンが５ｍｇ／Ｌ、Ｃａイオンが５０ｍｇ／Ｌ、Ｍｇイオンが１５ｍｇ／Ｌ、ＨＣＯ₃イオンが２００ｍｇ／Ｌ、Ｃｌイオンが２００ｍｇ／Ｌ、ＳＯ₄イオンが１２０ｍｇ／Ｌ、ＰＯ₄イオンが５ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ₂イオンが３５ｍｇ／Ｌであり、これらの内でも、Ｃａイオン、Ｍｇイオン、ＳＯ₄イオン、ＨＣＯ₃イオン濃度が高く、これらの存在の反応によりスケール（ＣａＳＯ₄、ＣａＣＯ₃等）が生成することとなる。また、排出水中に存在するシリカ成分も濃縮率により、膜付着の付着成分となる。

ここで、水冷式の冷却塔を用いるプラントの例としては、例えば発電設備（売電用途の事業用、場内電力利用の産業用発電設備がある。発電は火力発電、地熱発電等である）、発電設備や冷却設備を有するプラント等がある。また、プラントとしては、一般の化学プラント、製鉄プラント、石油精製プラントのほか、機械、製紙、セメント、食品、薬品を製造するプラント、鉱石、油、ガスを採掘するプラント、水処理プラント、焼却プラント、地域冷暖房設備等である。

また、冷却塔排出水以外の少なくとも塩分及びシリカを含む被処理水としては、例えば鉱山排水（ＡＭＤ）、油ガス随伴水（ＰＷ）、脱硫（ＦＧＤ）排水、例えば地下水や河川水や湖沼水を水源とするプラント用ボイラ供給処理水、及び例えば半導体、自動車工場等の工場排水回収水、工業団地排水等を例示することができる。

この鉱山排水（ＡＭＤ）は、ＳｉＯ₂イオン濃度が１５ｍｇ／Ｌ以下程度である。油ガス随伴水（ＰＷ）は、ＳｉＯ₂イオン濃度が１〜２００ｍｇ／Ｌ以下程度である。脱硫（ＦＧＤ）排水は、ＳｉＯ₂イオン濃度が５０〜１００ｍｇ／Ｌ以下、例えば地下水や河川水や湖沼水を水源とするプラント用ボイラ供給処理水は、ＳｉＯ₂イオン濃度が４０ｍｇ／Ｌ以下、溶解固体物質（ＴＤＳ）は１００ｍｇ／Ｌ以下程度である。例えば半導体、自動車工場等の工場排水回収水や工業団地排水は、ＳｉＯ₂イオン濃度が２５ｍｇ／Ｌ以下、溶解固体物質（ＴＤＳ）は１００〜３００ｍｇ／Ｌ以下程度である。

図１に示す実施例においては、第１脱塩装置１９Ａ及び第２脱塩装置１９Ｂは逆浸透膜１９ａ、１９ｂを備えた逆浸透膜装置（ＲＯ）を用いている。この逆浸透膜装置の代わりに、例えばナノ濾過膜（ＮＦ）、電気透析装置（ＥＤ）、極性転換式電気透析装置（ＥＤＲ）、電気再生式純水装置（ＥＤＩ）、静電脱塩装置（ＣＤｌ）、蒸発器等も適宜適用可能である。
ここで、ナノ濾過膜（ＮＦ）、電気透析装置（ＥＤ）、極性転換式電気透析装置（ＥＤＲ）、電気再生式純水装置（ＥＤＩ）、イオン交換樹脂装置（ＩＥｘ）、静電脱塩装置（ＣＤｌ）では、スケール成分（２価イオン、Ｃａ²⁺、Ｍｇ²⁺等）を選択除去し、ＮａＣｌ等１価イオンは透過する。濃縮水のイオン濃度の濃縮を抑制することで、水回収率の向上、省エネ化（例えばポンプ動力削減等）を図ることができる。
また、冷却塔冷却水への補給水は純水である必要は無く、スケール成分（２価イオン、Ｃａ²⁺、Ｍｇ²⁺）が除去されていればよいので、ナノ濾過膜（ＮＦ）等を利用する利点がある。

第１晶析槽２１Ａは、石膏２０を晶析させ、底部から抜き出し、図示しない脱水装置により石膏２０を分離している。

また、図２に示す冷却塔排出水の再生処理システム１０Ｂのように、石膏分離手段として、晶析槽２１Ａの下流側に液体サイクロン３１を備え、該液体サイクロン３１で石膏２０と上澄み水とを分離し、分離された石膏２０は、脱水装置３２により分離液３３を除去して脱水するようにしても良い。

第１スケール防止剤供給部１４Ａは、スケール防止剤１３が貯蔵されており、バルブＶ₁を介して制御部５１Ａの制御により供給される。

ここで、排出水１２に供給されるスケール防止剤１３とは、排出水１２中で結晶核の生成を抑制するとともに、排出水１２中に含まれる結晶核(種結晶や飽和濃度を超えて析出した小径のスケール等)の表面に吸着して、結晶成長を抑制する機能を有するものである。
また、スケール防止剤１３は、析出した結晶等の水中の粒子を分散させる(析出を防止する)機能も有する。本実施例で用いられるスケール防止剤は、排出水１２中でカルシウムを含むスケールが析出することを防止するものである。以下では、「カルシウムスケール防止剤」と称する。

カルシウムスケール防止剤は、排出水中で石膏または炭酸カルシウムの結晶核生成を抑制するとともに、排出水中に含まれる石膏または炭酸カルシウムの結晶核（種結晶や飽和濃度を超えて析出した小径のスケールなど）の表面に吸着して、石膏または炭酸カルシウムの結晶成長を抑制する機能を有するものである。あるいは、スケール防止剤は、析出した結晶などの排出水中の粒子を分散させる（析出を防止する）機能を有するタイプのものもある。

ここで、カルシウムスケール防止剤としては、ホスホン酸系スケール防止剤、ポリカルボン酸系スケール防止剤、及びこれらの混合物等がある。具体例としては、ＦＬＯＣＯＮ２８５（商品名、ＢＷＡ社製）が挙げられる。

また、排出水１２中にＭｇ²⁺が含まれる場合、排出水中でマグネシウムを含むスケール（例えば、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、硫酸マグネシウム）が析出することを防止するスケール防止剤を用いることができる。以下では、「マグネシウムスケール防止剤」と称する。
マグネシウムスケール防止剤としては、ポリカルボン酸系スケール防止剤等がある。具体例としては、ＢＷＡ社製「ＦＬＯＣＯＮ２９５Ｎ（商品名）」が挙げられる。

本実施例では、第１脱塩装置１９Ａの上流側の流路にスケール防止剤１３を供給した後に、ｐＨ調整剤１５を導入する第１ｐＨ調整部１６Ａが接続されている。

第１ｐＨ調整部１６Ａは、ｐＨ調整剤１５が貯蔵されており、バルブＶ₂を介して制御部５２Ａの制御により供給される。

第１ｐＨ調整部１６Ａからは、ｐＨ調整剤１５として、酸（例えば硫酸）又はアルカリ剤（例えば水酸化カルシウムや水酸化ナトリウム）が供給される。

ここで、図７〜図９を参照して、排出水１２中での石膏、シリカ、及び炭酸カルシウムの析出挙動を説明する。
図７は、石膏析出量のｐＨ依存性のシミュレーション結果である。図８は、炭酸カルシウム析出量のｐＨ依存性のシミュレーション結果である。図９は、シリカ析出量のｐＨ依存性のシミュレーション結果である。これらの図において、横軸はｐＨ、縦軸はそれぞれ、石膏、炭酸カルシウム及びシリカの析出量（ｍｏｌ）である。シミュレーションはＯＬＩ社製シミュレーションソフトを用い、水中に各固体成分が０．１ｍｏｌ／Ｌずつ混合され、酸としてＨ_２ＳＯ_４、アルカリとしてＣａ（ＯＨ）_２が添加される条件で行った。

図７より、石膏析出のｐＨ依存性はなく、全ｐＨ領域で析出することが理解できる。しかし、カルシウムスケール防止剤が添加されると、高ｐＨ領域では石膏は水中に溶解した状態で存在する。図８より、炭酸カルシウムはｐＨ５を超えると析出する。図９より、シリカはｐＨ１０以上となると水中に溶解する傾向がある。

よって、排出水１２中の石膏（硫酸カルシウム）、シリカ、及び炭酸カルシウムの析出挙動を考慮して、以下のような第１〜第３のｐＨ調整を行うようにしている。

１）第１ｐＨ調整（ｐＨ１０以上）
第１ｐＨ調整は、排水中１２のｐＨを第１脱塩装置１９Ａの前流側で、ｐＨ計５５Ａで計測し、ｐＨの値が１０以上の所定のｐＨとなるように制御する。
これは、図９に示すように、シリカはｐＨ１０以上となると溶解することとなるからである。
この第１ｐＨ調整の場合には、逆浸透膜１９ａにスケーリングする物質としては石膏と炭酸カルシウムの付着を抑制する量のスケール防止剤（カルシウムスケール防止剤）１３を第１スケール防止剤供給部１４Ａから供給される。

２）第２のｐＨ調整（ｐＨ１０以下）
第２のｐＨ調整は、排水中１２のｐＨを第１脱塩装置１９Ａの前流側で、ｐＨ計５５Ａで計測し、ｐＨの値が１０以下の所定のｐＨとなるように制御する。
これは、図９に示すように、シリカはｐＨ１０以下となると析出することとなるからである。
この第２のｐＨ調整の場合には、逆浸透膜１９ａにスケーリングする物質としては石膏と炭酸カルシウムとシリカとなり、これら全ての付着を抑制する量のスケール防止剤１３を第１スケール防止剤供給部１４Ａから供給される。

具体例としては、シリカスケール防止剤として「ＦＬＯＣＯＮ２６０（商品名、ＢＷＡ社製）」が挙げられる。また、カルシウムスケール防止剤として、「ＦＬＯＣＯＮ２８５（商品名、ＢＷＡ社製）」が挙げられる。

３）第３のｐＨ調整（ｐＨ６．５以下）
第３のｐＨ調整は、排水中１２のｐＨを第１脱塩装置１９Ａの前流側で、ｐＨ計５５Ａで計測し、ｐＨの値が６．５以下の所定のｐＨとなるように制御する。
これは、図８に示すように、炭酸カルシウムはｐＨ６．５以下となると溶解することとなるからである。
この第３のｐＨ調整の場合には、逆浸透膜１９ａに付着する物質としては石膏とシリカの付着を抑制する量のスケール防止剤（カルシウムスケール防止剤、シリカスケール防止剤）１３を第１スケール防止剤供給部１４Ａから供給される。

表１は、第１〜第３のｐＨ調整をまとめたものである。

表１に示すように、ｐＨ１０以上の場合には、石膏、炭酸カルシウムのスケールを抑制するために、スケール防止剤（カルシウムスケール防止剤）１３が供給され（表中○）、シリカは溶解しているので、スケール防止剤の供給は不要となる（表中×）。

また、ｐＨ１０以下で６．５以上の場合には、石膏、炭酸カルシウム、シリカの全てのスケールを抑制するために、スケール防止剤（カルシウムスケール防止剤、シリカスケール防止剤）１３が供給される（表中○）。

また、ｐＨ６．５以下の場合には、石膏、シリカのスケールを抑制するために、スケール防止剤（カルシウムスケール防止剤、シリカスケール防止剤）１３が供給される（表中○）、炭酸カルシウムは溶解しているので、カルシウムスケール防止剤の供給は、石膏のみのスケールを防止するだけでよいので、第２のｐＨ調整の場合よりも少ない供給量となる（表中×）。

第１脱塩装置１９Ａで濃縮された後の第１濃縮水１８Ａ中のシリカ濃度が所定濃度以上となると、シリカスケール防止剤の能力に限界がある。そこで、シリカ濃度が所定濃度（例えば２００ｍｇ／Ｌ）以下の場合には、第１及び第２及び第３のｐＨ調整工程を実施するようにし、シリカ濃度が所定濃度（例えば２００ｍｇ／Ｌ）以上の場合には、第１のｐＨ調整工程（シリカ溶解）を実施するのが好ましい。

第１晶析部２３Ａは、第１晶析槽２１Ａ及び第１種結晶供給部２２Ａで構成される。第１種結晶供給部２２Ａが第１晶析槽２１Ａに接続される。第１種結晶供給部２２Ａは、種結晶として石膏種晶２０ａを貯蔵し、制御部５３Ａの制御によりバルブＶ₃の開閉により、晶析槽２１Ａに石膏種晶２０ａを種結晶として供給している。

また、図２の冷却塔排出水の再生処理システム１０Ｂに示すように、第１晶析槽２１Ａに供給する第１濃縮水１８Ａに、酸５７を導入する酸調整部５６が接続されるようにしても良い。酸５７の導入は、第１晶析槽２１Ａに直接導入するようにしても良い。ここで、酸５７は、例えば塩酸、硫酸、硝酸等を使用できる。特に硫酸は、晶析工程でＳＯ₄ ^2-として除去されて下流側の脱塩装置に到達するイオン量が低減できるため好ましい。

次に、冷却塔排出水の再生処理システム１０Ａの処理工程について図１を参照しつつ説明する。

＜ｐＨ調整工程＞
第１ｐＨ調整部１６Ａの制御部５２Ａは、第１脱塩装置１９Ａ入口での排出水１２のｐＨを、シリカが被処理水中に溶解可能な値に管理する。
本処理工程では、前述した「第１ｐＨ調整」を適用した場合について説明する。具体的に、第１脱塩装置１９Ａに送給される排出水１２のｐＨは１０以上、好ましくは１０．５以上、より好ましくは１１以上に調整される。
ｐＨ計５５Ａは、第１脱塩装置１９Ａ入口での排出水１２のｐＨを計測する。制御部５２Ａは、ｐＨ計５５Ａでの計測値が所定のｐＨ管理値になるようにバルブＶ₂の開度を調整し、第１ｐＨ調整部１６Ａのタンクからアルカリを排出水１２に投入させる。

＜第１脱塩工程＞
第１脱塩装置１９Ａにおいて、ｐＨが調整された排出水１２が処理される。第１脱塩装置１９Ａが逆浸透膜装置である場合、逆浸透膜を通過した水は再生水１７Ａとして回収される。排出水１２に含まれるイオン及びスケール防止剤１３は、逆浸透膜１９ａを透過することができない。従って、逆浸透膜１９ａの非透過側はイオン濃度が高い濃縮水１８Ａとなる。例えば静電脱塩装置など他の脱塩装置を用いた場合も、排出水は処理水と、イオン濃度が高い濃縮水（第１濃縮水）とに分離される。

第１脱塩工程により、図９に示すようにシリカは被処理水中に溶解した状態で、第１濃縮水１８Ａ中に含まれる。第１濃縮水１８Ａ中の石膏及び炭酸カルシウムは飽和濃度以上に濃縮されている場合でも、スケール防止剤１３としてカルシウムスケール防止剤によりスケール発生が抑制されている。
排出水１２にＭｇ^２＋が含まれている場合、第１脱塩工程により第１濃縮水１８Ａ中に含まれるＭｇ^２＋濃度が増加する。しかし、スケール防止剤１３としてマグネシウムスケール防止剤により水酸化マグネシウムスケールの発生が抑制されている。
第１濃縮水１８Ａは、第１晶析部２３Ａに向かって送給される。

＜第１晶析工程＞
第１脱塩装置１９Ａから排出された第１濃縮水１８Ａが、第１晶析部２３Ａの第１晶析槽２１Ａに貯留される。第１種結晶供給部２２Ａの制御部５３Ａは、バルブＶ₃を開放し、第１種結晶供給部２２Ａのタンクから石膏の種結晶２０ａを第１晶析槽２１Ａ内の第１濃縮水１８Ａに添加する。
第１脱塩装置１９Ａからの第１濃縮水１８ＡはｐＨ１０以上であるため、図７を参照するとカルシウムスケール防止剤存在下で石膏は溶解状態である。しかし、種結晶が十分に存在すると、スケール防止剤が存在していても種結晶を核として石膏が晶析する。図１の冷却塔排出水の再生処理システム１０Ａにおいては、結晶成長した大径（例えば粒径が１０μｍ以上）の石膏２０が第１晶析槽２１Ａ底部に沈殿する。沈殿した石膏２０は第１晶析槽２１Ａ底部から排出される。

一方、第１濃縮水１８ＡのｐＨが１０以上であれば、シリカは第１晶析槽２１Ａ内で第１濃縮水１８Ａ中に溶解状態で存在する。第１濃縮水１８Ａ中のシリカ濃度が飽和溶解度を超えた場合でも、シリカの種結晶は存在しないので、コロイド状などの小さい浮遊物として析出し、沈殿しにくい。
図８によればｐＨ１０以上で炭酸カルシウムは析出する傾向がある。しかし、カルシウムスケール防止剤が添加されているために、第１晶析槽２１Ａ内では炭酸カルシウムの析出は抑制されている。

また、後述する実施例のように、上流側沈殿部や脱気部を設ける場合は、予め炭酸カルシウムの濃度が低減されている。この結果、第１晶析槽２１Ａでは炭酸カルシウムは石膏２０の種結晶を核として晶析しにくいものとなる。

なお、石膏種晶２０ａが存在すればｐＨに依存することなく石膏２０は晶析するが、晶析速度はｐＨが低い程速くなる。
図１０は、石膏が過飽和状態にある模擬水（Ｃａ²⁺，ＳＯ₄ ^2-，Ｎａ⁺，Ｃｌ^-を含む）に、スケール防止剤（ＦＬＯＣＯＮ２６０）を添加した場合において、模擬水のｐＨを変えて石膏析出実験を行った結果である。実験条件は以下のとおりである。
ここで、模擬水の石膏過飽和度（２５℃）は４６０％とした。スケール防止剤添加量は２．１ｍｇ／Ｌとした。ｐＨの条件は、ｐＨ６．５（条件１）、ｐＨ５．５（条件２）、ｐＨ４．０（条件３）、ｐＨ３．０（条件４）とした。種結晶添加量は０ｇ／Ｌとした。

ｐＨ調整直後から２時間及び６時間経過後に、各条件で処理した模擬水中のＣａ濃度を、原子吸光分析装置（島津製作所製、ＡＡ−７０００）を用いて計測し、過飽和度を算出した結果を図１０に示す。同図において、縦軸は過飽和度（％）である。

図１０によると、種結晶が無い条件でもｐＨを低くするほど晶析速度が大きくなる。このことから、種結晶が存在する場合では、条件１（ｐＨ６．５）でも石膏が晶析し、晶析速度の関係は図１０のようにｐＨが低い方が、晶析速度が速くなることが理解できる。

被処理水中に炭酸イオンが含まれる場合は、ｐＨが低い条件では化学式（１）のように炭酸イオンがＣＯ_２として被処理水から除去される。また、図８から理解できるように、ｐＨが低い場合には炭酸カルシウムが溶解状態となる。

以上の結果から、ｐＨが低い条件で第１晶析工程を行うと、炭酸カルシウムやシリカの含有量が低いために純度の高い石膏が晶析し、第１晶析槽２１Ａ底部から回収されることになる。
また、低いｐＨで第１晶析工程を行う場合には、第１晶析槽２１Ａ内または第１脱塩装置１９Ａと第１晶析槽２１Ａとの間の流路に、ｐＨ調整剤としての酸５７を供給する酸供給部（図２参照）５６が設置される。

図２に示す実施例のように、酸５７を添加する工程において、ｐＨを所定値に調整して晶析工程で種晶石膏２０ａを添加することにより、含水率が低い高純度の石膏２０を析出させることができる。

ここで、図１２、１３は、晶析で得られた石膏の顕微鏡写真である。図１２は、条件として種結晶である種晶石膏２０ａを添加した場合の観察結果である。図１３は、条件として種結晶である種晶石膏２０ａを添加しない場合の観察結果である。
図１２に示すように、種晶石膏２０ａを添加した場合では、大きい石膏が析出した。一般に、析出した石膏が大きい程含水率が低くなる。平均粒径が１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上であれば、十分に含水率が低下した石膏が得られる。ここで、本発明における「平均粒径」とは、ＪｌＳＺ８８２５で規定される方法(レーザ回折法)により計測される粒径である。

図１２、１３の結果から、酸５７を添加してｐＨを所定値に調整して晶析工程で種結晶を添加することにより、含水率が低い高純度の石膏を析出させることができる。種結晶の添加量が多い(第１晶析槽２１Ａ内での種結晶濃度が高い)ほど、石膏２０の析出速度が増大する。種結晶である種晶石膏２０ａの添加量は、第１晶析槽２１Ａ内での滞留時間及びスケール防止剤の濃度、ｐＨに基づいて適宜設定される。

また、分離部である液体サイクロン３１により、平均粒径１０μｍ以上好ましくは２０μｍ以上の石膏２０が第１濃縮水１８Ａから分離される。分離部である液体サイクロン３１に隣接される脱水装置３２で回収された石膏２０の一部が、図示しない種結晶循環部を経由して、第１種結晶供給部２２Ａに貯留され、回収された石膏２０は、その一部が第１種結晶供給部２２Ａから第１晶析槽２１Ａに供給される。

ここで、第１種結晶供給部２２Ａにおいて、貯留された石膏２０に酸処理が施される。脱水装置３２で分離された石膏２０にはスケール防止剤１３が付着している場合には、酸処理により付着スケール防止剤の機能が低減される。ここで用いられる酸の種類は特に限定されないが、第２脱塩装置１９Ｂでの動力低減を考慮すると硫酸が最適である。

第１晶析槽２１Ａで晶析する石膏は幅広い粒径分布を有するが、液体サイクロン３１で１０μｍ以上の石膏２０を第１濃縮水１８Ａから分離回収するので、大きい石膏を種結晶として利用できる。大きい種結晶を入れれば、大きい石膏を多く晶析させることができる。つまり、高品質の石膏を高い回収率で得ることが可能となる。また、大きい石膏は液体サイクロン３１での分離が容易となり、液体サイクロン３１を小型化できるとともに、動力を低減させることにも繋がる。大きい石膏は脱水装置３２での脱水が容易となり脱水装置３２を小型化できるとともに、動力を低減させることにも繋がる。

一方で、水処理過程でｐＨを変動させるには多量の薬品（酸及びアルカリ）を供給する必要がある。酸及びアルカリを使用することは、第１晶析部２３Ａの下流側に搬送されるイオン量が増大することに繋がり、下流側の脱塩装置（図１では第２脱塩装置１９Ｂ）の動力が増大する原因となる。運転コストの観点からは、第１脱塩工程と第１晶析工程とでｐＨを変動させない方が有利である。

石膏の晶析速度は種結晶の投入量に依存する。
図１１は、模擬水にカルシウムスケール防止剤（ＦＬＯＣＯＮ２８５（商品名、ＢＷＡ社製））を添加した場合において、種結晶の添加量を変えて石膏析出実験を行った結果である。先の試験例の条件３のようにｐＨを４．０として、種結晶として石膏を以下の添加量とした以外は、図１０の実験条件と同じとした。
種結晶添加量：０ｇ／Ｌ（条件５）、３ｇ／Ｌ（条件６）、６ｇ／Ｌ（条件７）。

ｐＨ調整直後から２時間経過後に、各条件で処理した模擬水中のＣａ濃度を図１０と同様の手法で計測した。図１１において、縦軸は過飽和度（％）である。

図１１の結果より、種結晶を添加していない条件５では過飽和度が２１５％であったが、種結晶濃度が増大するに従って、過飽和度が１９９％（条件６）、１７６％（条件７）と低下しており、石膏析出速度が増大することが理解できる。ｐＨが高い条件でも、同様に種結晶投入量が多い程石膏析出速度が増大する傾向がある。

＜下流側脱塩工程＞
石膏２０を分離した第１濃縮水１８Ａは、下流側の第２の脱塩装置１９Ｂに送給される。下流側の第２の脱塩装置１９Ｂを通過した水は、再生水１７Ｂとして回収される。第２の脱塩装置１９Ａの濃縮水１８Ｂは系外に排出される。第２脱塩装置１９Ｂが設置されると、第１脱塩装置１９Ａで処理された後、石膏２０を除去した第１濃縮水１８Ａから更に再生水１７Ｂを回収することができるので、第１再生水１７Ａと第２の再生水１７Ｂとの合算量となり再生水１７の水回収率が向上する。なお、スケールの付着防止のためにスケール防止剤１３を第２スケール防止供給部１４Ｂから供給し、その際のｐＨの調整は第２ｐＨ調整部１６Ｂにより制御し、制御方法は、第１スケール防止供給部１４Ａ及び第１ｐＨ調整部１６Ａと同様に操作される。

本実施例の冷却塔排出水の再生処理システム１０Ａ、１０Ｂでは、第１脱塩装置１９Ａでイオンが濃縮されているが、第１晶析部２３Ａで石膏２０が除去されている。このため、下流側の第２の脱塩装置１９Ｂに流入する第１濃縮水１８Ａは処理前よりもイオン濃度が低減されている。このため、下流に位置する第２脱塩装置１９Ｂでの浸透圧が低くなり、必要な動力が低減される。

また、冷却塔排出水１２中の炭酸イオンを除去するために、図３に示す冷却塔排出水の再生処理システム１０Ｃのように、第１スケール防止剤供給部１４Ａの前流側において、炭酸ガスを分離する炭酸ガス分離部である脱気部６１が設けられていても良い。脱気部６１は具体的に、二酸化炭素を気散する充填剤を備える脱気塔、または、分離膜である。

図３の冷却塔排出水の再生処理システム１０Ｃでは、脱気部６１に流入する前の排出水１２が、低ｐＨに調整される。排出水１２中の炭酸は、そのｐＨに応じて化学式（１）に示す平衡状態となっている。
ｐＨが６．５以下と低い場合には、排出水１２中では主としてＨＣＯ_３ ⁻及びＣＯ_２の状態で存在する。ＣＯ_２を含んだ排出水１２が脱気部６１に流入する。ＣＯ_２は、脱気部６１において排出水１２から除去される。この脱気工程により、炭酸イオン濃度が低減された排出水１２後に、スケール防止剤１３を供給する第１スケール防止剤供給部１４Ａに送給される。この際、ｐＨは６．５以下となっているので、前述したｐＨ調整は第３のｐＨ調整（ｐＨ６．５以下）とすることが好ましいものとなる。

本実施例で、得られた再生水１７（１７Ａ、１７Ｂ）は、冷却塔１１の補給水とすることができる。
また、補給水以外に、例えば発電設備であれば、その他の冷却設備用冷却水補給水、脱硫装置補給水、ボイラ補給水、雑用水等に用いるようにしてもよい。

次に、実施例２に係る冷却塔排出水の再生処理システムについて説明する。図４は、本実施例に係る冷却塔排出水の再生処理システムの概略図である。図４に示すように、冷却塔排出水の再生処理システム１０Ｄは、図１に示す実施例１において、さらに前処理として、排出水１２中の炭酸イオンを脱気する脱気部６１と、イオンを沈殿させる第１添加部６２Ａを備える第１沈殿部６３Ａ及び第１ろ過装置６４Ａを備える。また、第１及び第２晶析部２３Ａ、２３Ｂの後流側にも、イオンを沈殿させる第２及び第３添加部６２Ｂ、６２Ｃを備える第２及び第３沈殿部６３Ｂ、６３Ｃ、第２及び第３ろ過装置６４Ｂ、６４Ｃを備える。
また、脱塩処理部として、第１脱塩装置１９Ａ、第２脱塩装置１９Ｂ及び第３脱塩装置１９Ｃと３段階の脱塩処理をして、再生水１７（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ）の生産量の増大を図っている。
なお、実施例１と同様に、第１及び第２晶析部２３Ａ、２３Ｂには、第１種結晶供給部２２Ａ及び第１の制御部５３Ａ、第２種結晶供給部２２Ｂ及び第２の制御部５３Ｂが備えられている。また、第２脱塩装置１９Ｂの上流側においては、スケール防止剤１３を供給する第２スケール防止剤供給部１４Ｂ及びその制御装置５１Ｂ、ｐＨ調整剤を供給する第２ｐＨ調整部１６Ｂの第２制御部５２Ｂ、第２ｐＨ計５５Ｂが設けられている。

＜第１上流側沈殿工程＞
第１沈殿部６３Ａにおいて、Ｃａ^2＋及び炭酸イオンは炭酸カルシウムとして予め被処理水から粗除去される。
被処理水にＣａ^２＋以外の金属イオンが含まれる場合は、第１沈殿部６３Ａにおいて水への溶解性が低い水酸化物を形成する金属イオンが、金属水酸化物として予め被処理水から粗除去される。
第１沈殿部６３Ａで被処理水にＣａ（ＯＨ）₂及びアニオン系ポリマー（三菱重工メカトロシステムズ（株）製、商品名：ヒシフロックＨ３０５）が投入され、第１沈殿部６３Ａ内のｐＨは４以上１２以下、好ましくは８．５以上１２以下に管理される。

図８に示すように、このｐＨ領域では炭酸カルシウムの溶解度は低い。炭酸カルシウムが過飽和となると、炭酸カルシウムが析出して第１沈殿部６３Ａの底部に沈殿する。
金属水酸化物の溶解度はｐＨに依存する。金属イオンの水への溶解度は酸性になるほど高くなる。上記のｐＨ領域では多くの金属水酸化物の溶解度が低くなる。上記ｐＨ領域では水への溶解度が低い金属水酸化物は第１沈殿部６３Ａ内で析出し、第１沈殿部６３Ａの底部に沈殿する。
沈殿した炭酸カルシウム及び金属水酸化物は第１沈殿部６３Ａの底部から排出される。

Ｍｇ²⁺は水に対して難溶性の塩を形成するため、スケールとして析出しやすい成分である。Ｍｇ（ＯＨ）₂はｐＨ１０以上で析出する。
本実施例の再生処理システムでＭｇ²⁺を含む被処理水を処理する場合、第１沈殿部６３Ａでの被処理水のｐＨが、マグネシウム化合物（主として水酸化マグネシウム）が析出するｐＨに調整する。具体的には、排出水１２のｐＨが１０以上に調整される。こうすることにより、マグネシウム化合物が排出水１２から析出し、第１沈殿部６３Ａの底部に沈殿して除去される。この結果、排出水１２中のＭｇ²⁺が粗除去され、Ｍｇ²⁺濃度が低減する。
上記の場合、第１沈殿部６３Ａから排出された後の排出水１２が、上記のマグネシウム化合物が溶解可能なｐＨに調整されることが好ましい。具体的には、沈殿させたｐＨが例えば１０．５の場合、０．１−０．５程度低下させ、ｐＨ１０以上に調整される。こうすることにより、溶解状態となり下流側の装置及び工程、特に第１脱塩装置１９Ａ及び第１脱塩工程でのスケール生成を防止することが可能となる。

第１沈殿部６３Ａを複数段設ける場合は、被処理水中のＭｇ²⁺を確実に除去して、下流側に送給される被処理水中のＭｇ²⁺濃度を低減させることができる。

被処理水である第１沈殿部６３Ａ内の上澄み液が沈殿槽から排出される。排出された排出水１２に対しＦｅＣｌ_３が添加され、上澄み液中の炭酸カルシウムや金属水酸化物等の固形分がＦｅ（ＯＨ）_３と凝集する。
排出水１２は第１ろ過装置６４Ａに送給される。第１ろ過装置６４ＡによりＦｅ（ＯＨ）_３により凝集した固形分が除去される。

本実施例では、排出水１２中の炭酸イオン及び炭酸カルシウムを除去することとなるので、実施例１に較べて除去された分だけ、スケール防止剤１３の供給量の低減を図ることができる。

また、排出水１２中のＣａイオン濃度が高い場合には、第１ろ過装置６４Ａの下流であって最上流に位置する第１スケール防止剤供給部１４Ａ及び第１ｐＨ調整部１６Ａの上流にイオン交換装置（不図示）が設置されても良い。イオン交換装置は、例えばイオン交換樹脂塔、イオン交換膜装置である。

また、本実施例では、第１晶析部２３Ａの下流側に、さらに沈殿工程を備えている。

＜第１沈殿工程＞
第１晶析部２３Ａの上澄み液である第１濃縮水１８Ａは、第２沈殿部６３Ｂに送給される。第２沈殿部６３Ｂにおいて、晶析工程後の第１濃縮水１８ＡにＣａ（ＯＨ）_２及びアニオン系ポリマー（ヒシフロックＨ３０５）が投入され、第２沈殿部６３Ｂ内のｐＨが４以上１２以下、好ましくは８．５以上１２以下に管理される。第２沈殿部６３Ｂ内で、炭酸カルシウム及び金属水酸化物が沈殿し、第１濃縮水１８Ａから除去される。沈殿した炭酸カルシウム及び水への溶解性が低い金属水酸化物は、第２沈殿部６３Ｂの底部から排出される。

第２沈殿部６３Ｂ内の上澄み液である第１濃縮水１８Ａが槽から排出される。排出された第１濃縮水１８Ａに対しＦｅＣｌ₃が添加され、第１濃縮水１８Ａは被処理水中の炭酸カルシウムや金属水酸化物等の固形分がＦｅ（ＯＨ）_３と凝集する。
被処理水は第２ろ過装置６４Ｂに送給される。第２ろ過装置６４ＢによりＦｅ（ＯＨ）₃により凝集した固形分が除去される。

第１晶析部２３Ａの上澄み液である第１濃縮水１８Ａ中のシリカは、第１沈殿工程で第１濃縮水１８Ａから除去されても良いし、除去されないで下流側に送給されても良い。
第１沈殿工程でシリカを除去するか否かは、被処理水や第１濃縮水１８Ａの性状に応じて決定される。

シリカを除去しない場合は、第２沈殿部６３Ｂにシリカの析出物の循環及びシリカの析出助剤は供給しないで第１沈殿工程を実施する。この場合、シリカは下流側に位置する脱塩装置（第２脱塩装置１９Ｂや第３脱塩装置１９Ｃ）において、再生水１７Ｂ、１７Ｃと分離される。

シリカを除去する場合は、不図示の供給部からシリカの析出物の循環及びシリカの析出助剤の少なくとも一方が、第２沈殿部６３Ｂ内の第１濃縮水１８Ａ中に供給される。
シリカの種結晶は、例えばシリカゲルであり、シリカの析出助剤は例えば硫酸マグネシウムである。シリカを除去する場合には、第２沈殿部６３Ｂ内の第１濃縮水１８ＡはｐＨ８以上１０以下に調整されることが好ましい。シリカの析出物の循環を用いた場合は、析出物の循環を核としてシリカが析出する。シリカの析出助剤としてＭｇＳＯ_４を用いた場合は、ケイ酸マグネシウムが析出する。析出したシリカやケイ酸マグネシウムは第２沈殿部６３Ｂの底部に沈殿し、第２沈殿部６３Ｂ底部から排出される。

排出水にＭｇ^２＋が含まれる場合は、第１沈殿工程において第１濃縮水１８Ａ中のＭｇ^２＋とシリカとが反応して析出する。第２沈殿部６３Ｂ内の第１濃縮水１８Ａ中のＭｇ^２＋の含有量とシリカの含有量とのバランスに応じて、シリカ及びＭｇ^２＋除去の工程が異なる。

第１沈殿工程での第１濃縮水１８Ａが、シリカ含有量に対してＭｇ²⁺濃度が低い場合には、Ｍｇ^２＋はシリカとの析出に消費される。Ｍｇ²⁺との析出に消費されない余剰のシリカを除去するために、シリカの析出助剤として硫酸マグネシウムが供給される。シリカの析出助剤の供給量は、第１沈殿工程でのシリカの含有量及びＭｇ²⁺の含有量に応じて、上記余剰のシリカが消費される分だけ供給される。

第１沈殿工程での第１濃縮水１８Ａが、シリカ含有量に対してＭｇ²⁺濃度が高い場合には、Ｍｇ²⁺とシリカとの析出の結果Ｍｇ²⁺が残留する。残留するＭｇ²⁺濃度が高い状態で第２沈殿部６３Ｂから第１濃縮水１８Ａが排出されると、後段の脱塩装置（図４では第２脱塩装置１９Ｂ、最下流の第３沈殿部６３Ｃの場合は第３脱塩装置１９Ｃ）でＭｇを含むスケールが析出するおそれがある。

そこで、第１晶析槽２１Ａ内の第１濃縮水１８Ａが、マグネシウム化合物（主として水酸化マグネシウム）が析出可能な値に調整される。こうすることにより、第１晶析槽２１Ａ内でマグネシウム化合物が沈殿し、第１晶析槽２１Ａ内のＭｇ^２＋濃度を低減させる。更に、第１沈殿工程の後で、第２沈殿部６３Ｂから排出された第１濃縮水１８Ａが、マグネシウム化合物が溶解可能なｐＨに調整される。具体的に、ｐＨ１０以上、好ましくはｐＨ１０．５以上、より好ましくはｐＨ１１以上である。こうすることにより、脱塩装置でのＭｇを含むスケールの析出を抑制することができる。

多段で処理を実施する場合は、前段の第２沈殿部６３Ｂの第２ろ過装置６４Ｂを通過した第１濃縮水１８Ａが、後段の水処理部に流入する。後段の水処理部において、上述した第１スケール防止剤供給工程〜第１沈殿工程が実施される。

＜晶析工程＞
晶析工程は、実施例１と同様に実施される。
この際、第１晶析工程において、第１制御部５３Ａは、カルシウムスケール防止剤のスケール防止機能が低減されるｐＨ範囲を格納している。具体的には、カルシウムスケール防止剤のスケール防止機能が低減されるｐＨ範囲は、６．０以下、好ましくは５．５以下、より好ましくは４．０以下である。

第１制御部５３Ａは、ｐＨ計測部の計測値と上記ｐＨ範囲とを比較する。第１制御部５３Ａは、計測値が上記ｐＨ範囲である場合には、バルブＶ₃の開度を低減して石膏の種結晶２０ａの供給量を低減させる。第１制御部５３Ａは、計測値が上記ｐＨ範囲よりも高い場合に、バルブＶ₃の開度を増大して石膏の種結晶の供給量を増大させる。

種結晶が存在すれば石膏は析出するが、カルシウムスケール防止剤が機能を発揮している場合は、晶析速度が遅くなる。このため、種結晶量を増大させて晶析を促進させる。一方、カルシウムスケール防止剤の機能が低減されている場合は、種結晶が少なくても十分な晶析速度が得られる。
このように、ｐＨに応じて種結晶供給量を調整すれば、種結晶使用量を低減させることが可能となる。

本実施例では、連続運転時に定期的にｐＨ計測することによって、間欠的に種結晶を供給することもできる。または、例えばシステムの試運転時にｐＨの経時変化を取得しておき、取得した経時変化に基づいて、種結晶供給量を増減させても良い。

この晶析工程の制御は第２晶析部２３Ｂでも同様に実施されるようにしても良い。

図１４を用いて、第１晶析槽２１Ａへの種結晶供給量が制御される構成を説明する。図１４は、他の冷却塔排出水の再生処理システムの概略図である。図１４では、第１分離部である液体サイクロン３１の底部に沈降した石膏２０の一部が、第１晶析槽２１Ａに直接供給されるように搬送する第１循環ライン１０１が設置される。また、脱水装置３２で脱水された後の石膏２０の一部が、第１晶析槽２１Ａに直接供給されるように搬送する第２循環ライン１０２が設置される。第１循環ライン１０１にバルブＶ₈が設置され、第２循環ライン１０２にバルブＶ₉が設置される。なお、実施例では、第１循環ライン１０１及び第２循環ライン１０２のいずれか一方が設置される構成でも良い。第１濃縮水１８Ａには酸供給部５６から制御部５８Ａの制御によりバルブＶ₇を開閉して酸５７が供給される。また、制御部１１０が、第１ｐＨ計測部５９Ａ、バルブＶ₈、及び、バルブＶ₉に接続する。

本実施例に係る種結晶供給量の制御は、以下の工程で実施される。以下では、連続運転時に種結晶供給量を常時制御する場合を例に挙げて説明する。
第１ｐＨ計測部５９Ａは、第１晶析槽２１Ａ内の第１濃縮水１８ＡのｐＨを計測する。計測されたｐＨの値は、制御部１１０に送信される。
制御部１１０は、カルシウムスケール防止剤のスケール防止機能が低減されるｐＨ範囲を格納している。制御部１１０は、第１ｐＨ計測部５９Ａの計測値と上記ｐＨ範囲とを比較し、バルブＶ₈及びバルブＶ₉の開度を調整する。

本実施例では、第１晶析槽２１Ａに第１晶析槽２１Ａ内の第１濃縮水１８Ａ中の石膏種結晶濃度を計測する種結晶濃度計測部（不図示）が設置されても良い。種結晶濃度計測部は、第１晶析槽２１Ａ内の種結晶濃度を計測する。計測された濃度の値は、第１制御部５３Ａまたは制御部１１０に送信される。制御部５３Ａまたは制御部１１０は種結晶濃度の閾値を格納しており、種結晶濃度が閾値以下となった場合に、種結晶供給量を増大させる。

また、本実施例の変形例として、第１晶析槽２１Ａの下流側であって第２沈殿部６３Ｂの上流側に、第１濃度計測部(不図示)が設置される。第１分離部の液体サイクロン３１を設ける場合は、第１濃度計測部は、液体サイクロン３１の下流側に設置されることが好ましいが、液体サイクロン３１の上流側でも良い。第１濃度計測部は、制御部５３Ａまたは制御部１１０に接続される。
第２晶析部２３Ｂの場合は、第１濃度計測部に代えて同様な構成の第２濃度計測部が設置される。

第１濃度計測部は、第１晶析槽２１Ａから排出される第１濃縮水中のカルシウムイオンの濃度及び硫酸イオンの濃度の少なくとも一方を計測する。計測された濃度は、制御部５３Ａまたは制御部１１０に送信される。

第１濃度計測部で計測されるカルシウムイオンの濃度及び硫酸イオンの濃度は、第１晶析槽２１Ａ内での晶析速度に依存する。同じ滞留時間である場合には、カルシウムイオンの濃度及び硫酸イオンの濃度が低い程、晶析速度が速くなる。

第１制御部５３Ａ及び制御部１１０は、カルシウムイオンの濃度及び硫酸イオンの濃度の少なくとも一方の閾値を格納する。

第１制御部５３Ａは、第１濃度計測部で計測されるカルシウムイオンの濃度及び硫酸イオン濃度の少なくとも一方が閾値以上になる場合に、バルブＶ₃の開度を増大して種結晶の供給量を増大させる。第１制御部５３Ａは、第１濃度計測部で計測されるカルシウムイオンの濃度及び硫酸イオン濃度の少なくとも一方が閾値未満である場合に、バルブＶ₃の開度を低減して種結晶の供給量を低減させる。

制御部１１０は、第１濃度計測部で計測されるカルシウムイオンの濃度及び硫酸イオン濃度の少なくとも一方が閾値以上になる場合に、バルブＶ₈及びバルブＶ₉の開度を増大して種結晶の供給量を増大させる。第１制御部５３Ａは、第１濃度計測部で計測されるカルシウムイオンの濃度及び硫酸イオン濃度の少なくとも一方が閾値未満である場合に、バルブＶ₈及びバルブＶ₉の開度を低減して種結晶の供給量を低減させる。

第２晶析部２３Ｂの場合も、上記と同様の工程で種結晶の供給量が制御される。
このように晶析工程後のカルシウムイオンの濃度及び硫酸イオンの濃度の少なくとも一方により種結晶の供給量を制御すると、種結晶使用量を低減させることが可能となる。

次に、図１５を用いて第１晶析工程の下流側での石膏の分離の他の実施例を説明する。図１５は、他の冷却塔排出水の再生処理システムの概略図である。図１５に示すように、一つの第１晶析部２３Ａに対して、第１濃縮水１８Ａの流通方向に複数の分級機（例えば液体サイクロン３１Ａ、３１Ｂ）を備える。図１５では２つの第１及び第２分級機３１Ａ、３１Ｂが設置されている。最上流に位置する第１分級機３１Ａと、下流側に位置する第２分級機３１Ｂとは、分離する石膏２０の大きさが異なる。本実施例では、第２分級機３１Ｂで分離される石膏２０の大きさは、第１分級機３１Ａで分離される石膏よりも小さい。例えば、第１分級機３１Ａは平均粒径１０μｍ以上の粒子を分離する分級機とされ、第２分級機３１Ｂは平均粒径５μｍ以上の粒子を分離する分級機とされる。

第１分級機が３つ以上設置される場合は、各分級機で分離される石膏の大きさが、上流側から下流側に向かって順に小さくなるように設計される。第１濃縮水１８Ａの流通方向の第１分級機の設置数や、各分級機で分離できる固形物の粒径は、水回収率、石膏回収率、処理コスト等を考慮して適宜設定される。

図１５に示す再生処理システム２００では、第１分離工程において以下の処理が実施される。
最上流に位置する第１分級機３１Ａでは、平均粒径１０μｍ以上の石膏２０が分級され、第１分級機３１Ａの底部に沈降する。沈降した石膏２０は、第１分級機３１Ａから排出され、脱水装置３２に送給される。第１分級機３１Ａの上澄み液は、下流側の第２分級機３１Ｂに送給される。この上澄み液には、主として粒径１０μｍ未満である粒子（石膏、炭酸カルシウム、シリカ等）が含まれている。

下流側に位置する第２分級機３１Ｂでは、平均粒径５μｍ以上の石膏２０が分級され、第２分級機３１Ｂの底部に沈降する。第１分級機３１Ｂの上澄み液（第１濃縮水１８Ａ）は、第２沈殿部６３Ｂに送給される。

第２分級機３１Ｂで沈降した石膏２０は、第２分級機３１Ｂの底部から排出される。排出された石膏２０は、固形物循環ライン２０１を通じて第１晶析槽２１Ａに送給され、第１晶析槽２１Ａ内の第１濃縮水１８Ａ中に供給される。
循環された石膏２０は、第１晶析槽２１Ａ内で種結晶として機能し、循環された石膏は晶析により結晶成長する。平均粒径１０μｍ以上に結晶成長した循環石膏は、第１濃縮水とともに第１晶析槽２１Ａから第１分級機３１Ａに送給され、第１分級機３１Ａにより第１濃縮水１８Ａから分離され、脱水装置３２に搬送される。

第２分級機３１Ｂの上澄み液には、粒径５μｍ未満、例えば粒径２〜３μｍ程度の比較的小径の粒子が含まれている。特に再生処理システムの運転初期（立ち上がり直後等）では第１晶析槽２１Ａで石膏が十分な大きさまで成長する前に第１晶析槽２１Ａから排出されてしまい、第２沈殿部６３Ｂに流入する石膏量が多くなる。このような場合には、第２沈殿部６３Ｂでの沈殿物に石膏が多量に含まれる。そこで、本実施例においては、第２沈殿部６３Ｂの底部と第１晶析槽２１Ａとを連結する循環ライン２０２を設けて、第２沈殿部６３Ｂの底部に沈殿した石膏２０を含む固形物を、第１晶析槽２１Ａに循環させても良い。

本実施例によれば、第１分離部で回収される石膏量を増大させるとともに、回収される石膏の含水率を低下させることができる。本実施例の水処理工程及び再生処理システムを用いれば、下流側に流出する比較的小径の石膏粒子量を低減させることに繋がるので、水回収率を高めることができるほか、水処理に伴って生成する廃棄物の量を削減することができる。

＜下流側脱塩工程＞
第２脱塩装置１９Ｂで分離された第２濃縮水１８Ｂは、後流側の第２晶析部２３Ｂで第１晶析部２３Ａと同様に処理される。そして、第２晶析部２３Ｂの下流に位置する第３沈殿部６３Ｃを通過した第２濃縮水１８Ｂは、第３脱塩装置１９Ｃに送給される。第３脱塩装置１９Ｃを通過した水は、再生水１７Ｃとして回収される。第３脱塩装置１９Ｃの第３濃縮水１８Ｃは系外に排出される。第３脱塩装置１９Ｃが設置されると、第２脱塩装置１９Ｂで処理された後の水から更に再生水１７Ｃを回収することができるので、再生水１７の水回収率がさらに向上する。

第２脱塩装置１９Ｂと第２晶析部２３Ｂとの間に第２ｐＨ調整部である、酸５７を導入する酸調整部５６が接続されるようにしても良い。酸は、例えば塩酸、硫酸、硝酸等を使用できる。特に硫酸は、晶析工程でＳＯ_４ ^２−が石膏として除去されて下流側の脱塩装置に到達するイオン量が低減できるため好ましい。調整は図示しないｐＨ計により低ＰＨ(好ましくはｐＨ４以下)に制御されている。これにより、スケール防止剤１３の無効化を図ることができる。

また、第２晶析部２３Ｂによる第２晶析工程の後で、カルシウムスケール防止剤がその機能を発揮できるように第２濃縮水１８ＢのｐＨが調整されても良い。具体的に、ｐＨは４．０以上、好ましくは５．５以上、より好ましくは６．０以上にすることが好ましい。
これにより、スケール防止剤の有効化を図ることができる。このｐＨ調整工程は、第１晶析工程の後であって第２脱塩工程の前、または、第２晶析工程の後であって下流側の第３脱塩工程の前で実施される。

本実施例の再生処理システムでは、第１脱塩装置１９Ａでイオンが濃縮されているが、第１晶析部２３Ａや第２沈殿部６３Ｂなどで石膏、炭酸カルシウム、シリカ等が除去されている。このため、第２脱塩装置１９Ｂに流入する水は処理前よりもイオン濃度が低減されている。このため、下流に位置する第２脱塩装置１９Ｂや下流側の第３脱塩装置１９Ｃでの浸透圧が低くなり、必要な動力が低減される。

また、図５に示すように、下流側の第３脱塩装置１９Ｃの第３濃縮水１８Ｃ側の下流に、無排水化装置７０が設置されても良い。
無排水化装置７０としては、濃縮水を排ガスの一部で噴霧乾燥する噴霧乾燥装置、排ガスの煙道に供給して排ガスの全量を用いて噴霧乾燥する乾燥手段、蒸発乾燥させる蒸発器、エバポレータ、蒸発池等を例示することができる。

蒸発器において濃縮水から水が蒸発され、濃縮水に含まれていたイオンが固体として析出し、固体として回収される。蒸発器の上流側で水が回収され濃縮水量が著しく減量されるため、蒸発器を小さくすることが出来、蒸発に必要なエネルギを小さくすることができる。

ここで、噴霧乾燥装置の一例を図６に示す。図６は、噴霧乾燥装置の概略図である。図６に示すように、本実施例の噴霧乾燥装置９１は、噴霧乾燥装置本体９１ａ内に、導入ラインＬ₂₁を介して第３脱塩装置１９Ｃから導入される第３濃縮水１８Ｃを噴霧する噴霧ノズル９２と、噴霧乾燥装置本体９１ａに設けられ、噴霧液を乾燥する排ガス９０の一部を導入する導入口９１ｂと、噴霧乾燥装置本体９１ａ内に設けられ、排ガス９０の一部により噴霧された第３濃縮水１８Ｃを乾燥する乾燥領域９３と、乾燥に寄与した排ガスを排出する排出口９１ｃとを具備するものである。なお、符号９４は噴霧乾燥装置本体９１ａで分離された固形物、Ｖ₁₁は排ガス供給弁及びＶ₁₂は濃縮水供給弁を図示する。

ここで、噴霧乾燥装置９１への導入する排ガス９０の一部のガス量、第３濃縮水１８Ｃの液噴霧量のバランスの一例を示す。
導入する排ガス９０の一部のガス量を１０００ｍ³／Ｈあたり、第３濃縮水１８Ｃの液量１００ｋｇ／Ｈを噴霧ノズル９２から噴霧すると、ガス温度は２００℃低下する。
また、排ガス９０中の水分濃度が１０％増加する。例えば噴霧前の導入する排ガス９０の一部のガス中の水分濃度が９％の場合、噴霧後の乾燥に寄与した排ガスのガス中の水分濃度が１９％となり、約１０％上昇する。
この２００℃のガス温度の低下は、ボイラの煙道に備えた空気予熱器通過後の排ガスの温度と略同等となる。

ただし、噴霧乾燥装置９１への排ガス９０の一部のバイパス量は、約５％程度であるため、バイパスした乾燥に寄与したガスが排ガスラインに戻った場合に、水分増加は１０％／２０＝０．５％程度となる。

また、排ガスラインを通過する排ガスのガス温度は、空気予熱器で空気を余熱してボイラに供給するので、同様に２００℃下げることとなるので、バイパスして戻ったときの温度差はないものとなる。すなわち、空気予熱器の入り口側のガス温度が３５０℃の場合、空気予熱器を通過して低下したガス温度と、分岐ラインＬ₁₁と、ガス送給ラインＬ₁₂を経由して噴霧乾燥装置９１で乾燥に寄与した排ガスのガス温度は、同じく２００℃低下するので、略同等の温度となる。

本実施例によれば、第３脱塩装置１９Ｃから排出される第３濃縮水１８Ｃを噴霧乾燥装置９１の内部に噴霧ノズル９２を介して導入し、噴霧液を排ガス９０の一部の熱で乾燥するので、第３濃縮水１９Ｃを工業排水処理設備で別途処理する必要がなくなり、プラントの冷却塔１１内で発生する排出水１２の無排水化を実現することができる。

１０Ａ〜１０Ｅ 冷却塔排出水の再生処理システム
１１ 冷却塔
１２ 冷却塔排出水（排出水）
１３ スケール防止剤
１４Ａ〜１４Ｂ 第１〜第２スケール防止剤供給部
１５ ｐＨ調整剤
１６Ａ〜１６Ｂ 第１〜第２ｐＨ調整部
１７（１７Ａ〜１７Ｃ） 再生水
１８（１８Ａ〜１８Ｃ） 濃縮水
１９Ａ〜１９Ｃ 第１〜３脱塩装置
２０ 石膏
２１Ａ〜２１Ｂ 第１〜第２晶析槽
２２Ａ〜２２Ｂ 第１〜第２種結晶供給部
２３Ａ〜２３Ｂ 第１〜第２晶析部

Claims (16)

1. 少なくとも塩分及びシリカを含む被処理水にスケール防止剤を供給する第１スケール防止剤供給部と、
   前記スケール防止剤が供給された被処理水のｐＨをｐＨ調整剤により調整する第１ｐＨ調整部と、
   前記第１ｐＨ調整部の下流側に設置され、前記被処理水中の塩分を除去し、第１再生水と第１濃縮水とに分離する第１脱塩装置と、
   前記第１脱塩装置の下流側に設けられ、第１濃縮水から石膏を晶析させる第１晶析槽と、
   前記第１晶析槽に石膏の種結晶を供給する第１種結晶供給部とを有する第１晶析部と、
   前記第１晶析部の下流側に設けられ、第１濃縮水中の石膏を分離する第１分離部と、
   石膏を分離した第１濃縮水中にスケール防止剤を供給する第２のスケール防止剤供給部と、
   前記スケール防止剤が供給された第１濃縮水のｐＨを調整する第２のｐＨ調整部と、
   前記第２ｐＨ調整部の下流側に設置され、前記第１濃縮水中の塩分を除去し、第２の再生水と第２の濃縮水とに分離する第２の脱塩装置を有することを特徴とする水処理システム。
2. 請求項１において、
   前記第２脱塩装置の下流側に設けられ、第２濃縮水から石膏を晶析させる第２晶析槽と、
   前記第２晶析槽に石膏の種結晶を供給する第２種結晶供給部とを有する第２晶析部とを備えることを特徴とする水処理システム。
3. 請求項１において、
   前記第２脱塩装置の下流側に設けられ、第２濃縮水から石膏を晶析させる第２の晶析槽と、
   前記第２の晶析槽に石膏の種結晶を供給する第２の種結晶供給部とを有する第２晶析部と、
   前記第２晶析部の下流側に設けられ、第２濃縮水中の石膏を分離する第２分離部と、
   前記第２の濃縮水中の塩分を除去し、第３の再生水と第３濃縮水とに分離する第３脱塩装置を有することを特徴とする水処理システム。
4. 請求項１において、
   前記第１のｐＨ調整部又は第２のｐＨ調整部により、ｐＨ１０以上に調整する場合、第１又は第２スケール防止剤供給部からカルシウムを含むスケールの析出を防止するカルシウムスケール防止剤を供給することを特徴とする水処理システム。
5. 請求項１において、
   前記第１のｐＨ調整部又は第２のｐＨ調整部により、ｐＨ１０以下に調整する場合、スケール防止剤供給部からカルシウムを含むスケールの析出を防止するカルシウムスケール防止剤及びシリカの析出を防止するシリカスケール防止剤を供給することを特徴とする水処理システム。
6. 請求項１において、
   前記第１又は第２のスケール防止剤供給部の上流側に、前記被処理水中の炭酸カルシウムの濃度を低下させる沈殿部又は炭酸ガスを分離する炭酸ガス分離部のいずれか一方又は両方を有することを特徴とする水処理システム。
7. 請求項１において、
   前記再生水をプラント設備の補給水、雑用水とすることを特徴とする水処理システム。
8. 請求項１乃至７のいずれか一つの水処理システムを備えたことを特徴とする冷却設備。
9. 請求項８の冷却設備を備えたことを特徴とする発電設備。
10. 少なくとも塩分及びシリカを含む被処理水にスケール防止剤を供給する第１スケール防止剤供給工程と、
    前記スケール防止剤が供給された排出水のｐＨをｐＨ調整剤により調整する第１ｐＨ調整工程と、
    前記第１ｐＨ調整工程の下流側に設置され、前記排出水中の塩分を除去し、第１再生水と第１濃縮水とに分離する第１脱塩処理工程と、
    前記第１脱塩装置の下流側に設けられ、第１濃縮水から石膏を晶析させる第１晶析工程と、
    前記第１晶析工程に石膏の種結晶を供給する第１種結晶供給工程と、
    前記第１晶析工程の下流側に、第１濃縮水中の石膏を分離する第１分離工程と、
    石膏を分離した第１濃縮水中にスケール防止剤を供給する第２のスケール防止剤供給工程と、
    前記スケール防止剤が供給された第１濃縮水のｐＨを調整する第２のｐＨ調整工程と、
    前記第２ｐＨ調整工程の下流側に設置され、前記第１濃縮水中の塩分を除去し、第２の再生水と第２の濃縮水とに分離する第２の脱塩処理工程を有することを特徴とする水処理方法。
11. 請求項１０において、
    前記第２の脱塩処理工程の下流側に設けられ、第２の濃縮水から石膏を晶析させる第２の晶析工程と、
    前記第２晶析槽に石膏の種結晶を供給する第２の種結晶供給工程を有することを特徴とする水処理方法。
12. 請求項１０において、
    前記第２の脱塩処理工程の下流側に設けられ、第２の濃縮水から石膏を晶析させる第２晶析工程と、
    前記第２の晶析槽に石膏の種結晶を供給する第２の種結晶供給工程と、
    前記第２の晶析工程の下流側に、第２の濃縮水中の石膏を分離する第２分離工程と、
    前記第２の濃縮水中の塩分を除去し、第３の再生水と第３の濃縮水とに分離する第３の脱塩処理工程とを有することを特徴とする水処理方法。
13. 請求項１０において、
    前記第１又は第２のｐＨ調整工程により、ｐＨ１０以上に調整する場合、スケール防止剤供給工程でカルシウムを含むスケールの析出を防止するカルシウムスケール防止剤を供給することを特徴とする水処理方法。
14. 請求項１０において、
    前記第１又は第２のｐＨ調整工程により、ｐＨ１０以下に調整する場合、スケール防止剤供給工程でカルシウムを含むスケールの析出を防止するカルシウムスケール防止剤及びシリカの析出を防止するシリカスケール防止剤を供給することを特徴とする水処理方法。
15. 請求項１０において、
    前記第１又は第２のスケール防止剤供給工程の上流側に、前記排出水中の炭酸カルシウムの濃度を低下させる沈殿工程又は炭酸ガスを分離する炭酸ガス分離工程のいずれか一方又は両方を有することを特徴とする水処理方法。
16. 請求項１０において、
    前記再生水をプラント設備の補給水、雑用水とすることを特徴とする水処理方法。