JP6091031B2 - 水処理方法及び水処理システム - Google Patents

Description

本発明は、Ｃａイオン（Ｃａ^２＋）、硫酸イオン（ＳＯ_４ ^２−）、炭酸イオン及びシリカを含む被処理水を再生させる水処理方法及び水処理システムに関する。

工場廃水、かん水、下水にはイオンやシリカが豊富に含まれていることが知られている。また、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、ＳＯ_４ ^２−、ＣＯ_３ ^２−などの陰イオン、およびシリカは、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、上述のかん水、工業廃水、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。性状の一例としては、ｐＨが８、Ｎａイオンが２０ｍｇ／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である。これらの中でも、Ｃａイオン、Ｍｇイオン、ＳＯ₄イオン、ＨＣＯ₃イオン濃度が高く、これらが反応することによりスケール（ＣａＳＯ₄、ＣａＣＯ₃等）が生成することとなる。また、廃水中に存在するシリカ成分も、濃縮率により機器等に付着するスケール成分となる。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。

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、地熱等である）、発電設備および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、鉄鋼プラント、採鉱プラント、油田プラント、ガス田プラント、機械プラント等がある。

Ｃａイオン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イオン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廃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イオン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。

イオン交換装置を用いてＣａイオンを除去する場合も、１ｍｏｌのＣａイオンを処理するために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、イオンのモル数が増加してい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いった問題があった。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の廃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、高い水回収率で塩類を含む水を再生することができる水処理方法及び水処理システムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、Ｃａイオン、ＳＯ_４イオン、炭酸イオン及びシリカを含む被処理水に対して、カルシウムを含むスケールの析出を防止するスケール防止剤であるカルシウムスケール防止剤が供給されるスケール防止剤供給工程と、前記被処理水が、前記シリカが前記被処理水中に溶解可能なｐＨに調整されるｐＨ調整工程と、前記スケール防止剤供給工程及び前記ｐＨ調整工程の後で、前記被処理水が、前記Ｃａイオン、前記ＳＯ_４イオン、前記炭酸イオン及び前記シリカが濃縮された濃縮水と処理水とに分離される脱塩工程と、前記濃縮水に石膏の種結晶が供給されて、前記濃縮水から石膏が晶析する晶析工程とを含む水処理方法である。

本発明の第２の態様は、Ｃａイオン、ＳＯ_４イオン、炭酸イオン及びシリカを含む被処理水に対して、カルシウムを含むスケールの析出を防止するスケール防止剤であるカルシウムスケール防止剤を供給するスケール防止剤供給部と、前記被処理水にｐＨ調整剤を供給して、前記シリカが前記被処理水中に溶解可能な値に前記被処理水のｐＨを調整するｐＨ調整部と、前記スケール防止剤供給部及び前記ｐＨ調整部の下流側に設置され、前記被処理水を、前記Ｃａイオン、前記ＳＯ_４イオン、前記炭酸イオン及び前記シリカが濃縮された濃縮水と処理水とに分離する脱塩部と、前記脱塩部の下流側に設けられ、前記濃縮水から石膏を晶析させる晶析槽と、前記晶析槽に石膏の種結晶を供給する種結晶供給部とを有する晶析部とを備える水処理システムである。

第１の態様及び第２の態様に依れば、カルシウムスケール防止剤を添加するともにシリカが溶解可能なｐＨに調整して水処理を実施しているため、脱塩部及び脱塩工程でのスケール発生を防止できる。また、晶析部及び晶析工程で石膏の種結晶を濃縮水に添加することにより、スケール防止剤が存在していても石膏を晶析させて被処理水から分離することができる。この結果、スケール発生を防止しながら、Ｃａイオン、ＳＯ_４イオン、炭酸イオン及びシリカを含む被処理水を高い水回収率で処理することができる。また、処理に要する薬品量や運転に要する動力を低減でき、メンテナンスも容易となるので、運転コストを低減させることができる。

上記態様において、前記被処理水の最下流での前記晶析工程の後に、濃縮水と処理水とに分離されて、該分離された処理水が回収される下流側脱塩工程を含む。

上記態様において、被処理水最下流の前記晶析部の下流側に、前記晶析部から排出された前記濃縮水を、濃縮水と処理水とに分離する下流側脱塩部を備える。

下流側脱塩工程及び下流側脱塩部を設けることにより、水回収率を更に向上させることができる。また、発明では、被処理水中のイオンのモル数が大幅に低減されるため、下流側脱塩部への塩類の流入量を低減することができため、下流側脱塩部の動力を低減することができる。

第１の態様において、前記被処理水の最上流側における前記スケール防止剤供給工程及び前記ｐＨ調整工程の前に、前記被処理水から少なくとも炭酸カルシウムが沈殿されて、前記被処理水中の前記炭酸カルシウムの濃度が低減される上流側沈殿工程を含むことが好ましい。この場合、前記上流側沈殿工程の前、または、前記上流側沈殿工程の後であって前記スケール防止剤供給工程及び前記ｐＨ調整工程の前において、前記被処理水からＣＯ_２を除去する脱気工程を含む。

第２の態様において、前記被処理水の最上流に位置する前記スケール防止剤供給部及び前記ｐＨ調整部の上流側に、前記被処理水から少なくとも炭酸カルシウムを沈殿させて、前記被処理水中の前記炭酸カルシウムの濃度を低下させる上流側沈殿部を備えることが好ましい。この場合、前記上流側沈殿部の上流側、または、前記上流側沈殿部の下流側であって前記スケール防止剤供給部及び前記ｐＨ調整部の上流側に、前記被処理水からＣＯ_２を除去する脱気部を備える。

このように、脱塩部に流入する前の被処理水から炭酸カルシウムを予め除去することによって、水処理中に炭酸カルシウムがスケールとして析出することを防止できる。炭酸カルシウムを除去することによって、晶析工程及び晶析部で晶析する石膏の純度を高めることができる。

上記態様において、前記被処理水が金属イオンを含み、前記晶析工程の後で、炭酸カルシウム及び金属化合物の少なくとも一方が沈殿されて、前記濃縮水から前記炭酸カルシウム及び前記金属イオンの少なくとも一方の濃度が低減される沈殿工程を含むことが好ましい。
この場合、前記沈殿工程において、前記濃縮水に対して前記シリカの種結晶及び前記シリカの沈殿剤の少なくとも一方が供給される。

上記態様において、前記被処理水が金属イオンを含み、前記晶析部の下流側に、炭酸カルシウム及び金属化合物の少なくとも一方を沈殿させて、前記濃縮水中の前記炭酸カルシウム及び前記金属イオンの少なくとも一方の濃度を低減させる沈殿部を備えることが好ましい。
この場合、前記沈殿部に、前記シリカの種結晶及び前記シリカの沈殿剤の少なくとも一方が供給される。

晶析部及び晶析工程の後に設けられる沈殿部及び沈殿工程により炭酸カルシウムや金属化合物を被処理水から除去することによって、高い水回収率を得ることができる。
被処理水のｐＨによりシリカの溶解状態は変化するが、ｐＨを変化させただけではシリカは析出しにくい傾向がある。そこで、沈殿部及び沈殿工程でシリカの種結晶を添加することによってシリカを析出させやすくすることにより、シリカの除去率を高めることができる。この結果、水回収率を更に高め、運転動力を更に低下させることができる。

上記態様の水処理方法において、前記被処理水がＭｇイオンを含む場合に、前記Ｍｇイオンの濃度に応じて前記シリカの沈殿剤の供給量を調整することが好ましい。
上記態様において、前記被処理水がＭｇイオンを含む場合に、前記沈殿部において、前記Ｍｇイオンの濃度に応じて前記シリカの沈殿剤の供給量を調整することが好ましい。

上記態様において、前記被処理水がＭｇイオンを含む場合に、前記沈殿工程の濃縮水が、マグネシウム化合物が析出するｐＨに調整されて前記Ｍｇイオンの濃度が低減され、前記沈殿工程の後で、前記濃縮水が、前記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。

上記態様において、前記被処理水がＭｇイオンを含む場合に、前記沈殿部内の前記濃縮水を、マグネシウム化合物が析出するｐＨに調整して前記Ｍｇイオンの濃度を低減し、前記沈殿部の下流側で、前記マグネシウム化合物が溶解可能な値に、前記濃縮水のｐＨを調整することが好ましい。

被処理水にＭｇイオンが含まれる場合は、沈殿工程及び沈殿部において濃縮水中のＭｇイオンとシリカとが反応して沈殿する。本発明では、濃縮水中のＭｇイオンとシリカとのバランスに応じて沈殿剤の供給量の調整を行うことにより、沈殿剤の供給を効率良く行う。シリカに対してＭｇイオン濃度が高い場合には、濃縮水のｐＨを調整して沈殿工程及び沈殿部でマグネシウム化合物を析出させる。その後、マグネシウム化合物が溶解可能なｐＨに濃縮水を調整して、沈殿部の下流側に位置する脱塩部でのスケール生成を抑制する。

上記態様において、前記被処理水がＭｇイオンを含む場合に、前記上流側沈殿工程の前記被処理水が、マグネシウム化合物が析出するｐＨに調整されて前記Ｍｇイオンの濃度が低減され、前記上流側沈殿工程の後で、前記被処理水が、前記マグネシウム化合物が溶解可能なｐＨに調整される。

上記態様において、前記被処理水がＭｇイオンを含む場合に、前記上流側沈殿部内の前記被処理水を、マグネシウム化合物が析出するｐＨに調整して前記Ｍｇイオンの濃度を低減し、前記上流側沈殿部の下流側で、前記マグネシウム化合物が溶解可能な値に、前記被処理水のｐＨを調整する。

このように、被処理水にＭｇイオンが含まれる場合には、脱塩処理される前においてＭｇイオンを効率良く除去することにより、水処理工程中でのマグネシウムを含むスケールの生成を防止することができる。

上記態様において、前記下流側脱塩工程の前記濃縮水から水分が蒸発されて、前記濃縮水中の固体が回収されることが好ましい。
前記下流側脱塩部の前記濃縮水の下流側に、前記濃縮水から水分を蒸発させて前記濃縮水中の固体を回収する蒸発器を備えることが好ましい。

上記構成の水処理方法及び水処理システムによれば、水処理の過程で生成する固形物を廃棄物として系外に排出するに当たり、廃棄物の容積を小さくすることができる。

本発明の水処理システム及び水処理方法では、処理中での炭酸カルシウム、シリカ等のスケール発生を防止しながらＣａ^２＋及びＳＯ_４ ^２−を石膏として被処理水から除去することができるため、更に水回収率を高めることができる。
被処理水中にマグネシウムイオンが含まれる場合も、本発明の水処理システム及び水処理方法を用いれば、処理中のマグネシウムを含むスケールの発生を防止しながら被処理水中から除去することが可能である。

本発明により処理された水は下流側でのイオンのモル数が大幅に低減されているため、下流に位置する脱塩部の動力を大幅に低減される。

更に本発明は、高純度の石膏を晶析させ回収することができるという効果も奏する。

第１実施形態に係る水処理システムの概略図である。 石膏析出量のｐＨ依存性のシミュレーション結果である。 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。 シリカ溶解量のｐＨ依存性を示すグラフである。 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である。 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である。 条件５で晶析した石膏の顕微鏡写真である。 条件３で晶析した石膏の顕微鏡写真である。 第１参考実施形態に係る水処理システムの概略図である。 第２参考実施形態に係る水処理システムの概略図である。 第３参考実施形態に係る水処理システムの概略図である。 第４参考実施形態に係る水処理システムの概略図である。 第５参考実施形態に係る水処理システムを説明する概略図である。 第６参考実施形態に係る水処理システムを説明する概略図である。 第７参考実施形態に係る水処理システムを説明する概略図である。 第８参考実施形態に係る水処理システムを説明する概略図である。

本発明の処理対象となる水（被処理水）はＣａ^２＋、ＳＯ_４ ^２−、炭酸イオン及びシリカを含む。具体的に、被処理水（原水）はかん水、下水、工場廃水、冷却塔のブローダウン水などである。また、被処理水は、Ｍｇイオンなどの金属イオンを含む場合がある。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る水処理システムの概略図である。図１の水処理システム１は、被処理水の流通方向に２つの水処理部が連結された構成となっている。本実施形態の水処理システム１では、被処理水の性状に応じて水処理部が１つであっても良いし、３つ以上の水処理部が連結されても良い。

一の水処理部はそれぞれ、被処理水の上流側から順に第１脱塩部１０（１０ａ，１０ｂ）及び第１晶析部２０（２０ａ，２０ｂ）を備える。第１脱塩部１０ａ，１０ｂの濃縮側と第１晶析部２０ａ，２０ｂとが接続されている。水処理部は、各第１脱塩部１０（１０ａ，１０ｂ）の上流側流路に、第１スケール防止剤供給部３０（３０ａ，３０ｂ）及び第１ｐＨ調整部４０（４０ａ，４０ｂ）を備える。

第１スケール防止剤供給部３０（３０ａ，３０ｂ）は、タンク３１（３１ａ，３１ｂ）、バルブＶ１（Ｖ１ａ，Ｖ１ｂ）、及び、制御部３２（３２ａ，３２ｂ）で構成されている。制御部３２ａ，３２ｂはそれぞれバルブＶ１ａ，Ｖ１ｂに接続する。タンク３１ａ，３１ｂ内にはスケール防止剤が貯蔵されている。

本実施形態で用いられるスケール防止剤は、被処理水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、被処理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、被処理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、カルシウムスケール防止剤は、析出した結晶などの被処理水中の粒子を分散させる（凝集を防止する）機能を有するタイプのものもある。
カルシウムスケール防止剤としては、ホスホン酸系のスケール防止剤、ポリカルボン酸系のスケール防止剤、及びこれらの混合物等がある。具体例としては、ＦＬＯＣＯＮ２６０（商品名、ＢＷＡ社製）が挙げられる。

被処理水にＭｇイオンが含まれる場合、被処理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）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、ポリカルボン酸系のスケール防止剤等がある。具体例としては、ＦＬＯＣＯＮ ２９５Ｎ（商品名，ＢＷＡ社製）が挙げられる。

図１では第１スケール防止剤供給部３０ａ，３０ｂは各位置で１つのみ図示されているが、複数種類のスケール防止剤を投入する場合は、複数の第１スケール防止剤供給部が設置されることが好ましい。この場合、それぞれのタンクにスケール防止剤が種類毎に分けて収納される。

第１ｐＨ調整部４０（４０ａ，４０ｂ）は、タンク４１（４１ａ，４１ｂ）、バルブＶ２（Ｖ２ａ，Ｖ２ｂ）、制御部４２（４２ａ，４２ｂ）、及び、ｐＨ計４３（４３ａ，４３ｂ）で構成されている。タンク４１ａ，４１ｂ内にはｐＨ調整剤としてアルカリが貯蔵されている。アルカリは、例えば水酸化カルシウム、水酸化ナトリウムである。特に水酸化カルシウムは、後述する晶析工程でＣａイオンが石膏として回収されるため、下流側の脱塩部に到達するイオン量が低減されるので好ましい。制御部４２ａ，４２ｂはそれぞれ、バルブＶ２ａ、Ｖ２ｂ及びｐＨ計４３ａ，４３ｂに接続する。

図１では、第１脱塩部１０ａ，１０ｂは逆浸透膜装置である。この他に、第１脱塩部１０ａ，１０ｂは、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）、イオン交換装置（ＩＥｘ）、静電脱塩装置（ＣＤＩ）、ナノフィルター（ＮＦ）、蒸発器などを採用することができる。
ここで、ナノフィルター（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）では、スケール成分（２価イオン、Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２＋等）を選択的に除去し、Ｎａ^＋及びＣｌ⁻等の１価イオンは透過する。これらの脱塩装置を使用すれば濃縮水中のスケール成分となるイオンのイオン濃度の濃縮を抑制するので、水回収率の向上、省エネルギー化（例えばポンプ動力の削減等）を図ることができる。
また、被処理水が冷却塔ブローダウン水の場合では、再生水は純水である必要は無く、スケール成分（２価イオン、Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２＋等）が除去されていればよいので、ナノフィルター（ＮＦ）等を利用する利点がある。

図１では、第１脱塩部１０ａ，１０ｂを１つのみ示しているが、複数の脱塩装置が被処理水の流通方向に並列または直列に連結される構成とされても良い。

第１晶析部２０（２０ａ，２０ｂ）は、第１晶析槽２１（２１ａ，２１ｂ）及び第１種結晶供給部２２（２２ａ，２２ｂ）で構成される。第１種結晶供給部２２ａ，２２ｂがそれぞれ第１晶析槽２１ａ，２１ｂに接続される。第１種結晶供給部２２ａ，２２ｂは、種結晶タンク２３（２３ａ，２３ｂ）、バルブＶ３（Ｖ３ａ，Ｖ３ｂ）、及び、制御部２４（２４ａ，２４ｂ）を有する。制御部２４ａ，２４ｂはそれぞれ、バルブＶ３ａ，Ｖ３ｂに接続する。種結晶タンク２３ａ，２３ｂは、種結晶として石膏粒子を貯蔵する。

図１の水処理システム１では、第１晶析部２０ａ，２０ｂの各々の下流側に、第１沈殿部５０（５０ａ，５０ｂ）が設置されてもよい。第１沈殿部５０ａ，５０ｂはそれぞれ、第１沈殿槽５１（５１ａ，５１ｂ）及び第１ろ過装置５２（５２ａ，５２ｂ）を備える。

水処理システム１は、最下流に位置する第１晶析部２０ｂの被処理水下流側に下流側脱塩部６０を備える。

図１において下流側脱塩部６０は逆浸透膜装置である。下流側脱塩部６０は、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）、イオン交換装置、静電脱塩装置（ＣＤＩ）、ナノフィルター（ＮＦ）、蒸発器などを採用することができる。

水処理システム１において、被処理水の最上流に位置する第１スケール防止剤供給部３０ａ及び第１ｐＨ調整部４０ａの上流に、第１上流側沈殿部７０として沈殿槽７１及びろ過装置７２が設置される。沈殿槽７１及びろ過装置７２は、第１沈殿部５０の第１沈殿槽５１及び第１ろ過装置５２と同じ構成である。
特に被処理水にＭｇイオンが含まれる場合には、第１上流側沈殿部は複数の沈殿槽７１が被処理水の流通方向に直列に接続される構成を採用することができる。

図１に示す水処理システム１では、第１上流側沈殿部７０の上流側に第１脱気部７３が設けられていても良い。第１脱気部７３は具体的に、二酸化炭素を除去する充填剤を備える脱気塔、または、分離膜である。第１脱気部７３の被処理水上流側に、被処理水を炭酸イオンがＣＯ_２の状態で存在するｐＨに調整する炭酸イオン用ｐＨ調整部（不図示）が設置されていても良い。
第１脱気部７３は、第１上流側沈殿部７０の被処理水下流側であって、第１スケール防止剤供給部３０ａ及び第１ｐＨ調整部４０ａの上流側に設置されていても良い。

第１脱気部７３と同じ構成の脱気部が、第１脱塩部１０と第１晶析部２０の間の流路、第１晶析部２０と第１沈殿部５０との間の流路、及び、第１沈殿部５０の下流側であって第１脱塩部１０ｂまたは下流側脱塩部６０との間の流路に設置されても良い。

被処理水中のＣａイオン濃度が高い場合には、ろ過装置７２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３０ａ及び第１ｐＨ調整部４０ａ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。

第１脱塩部１０ａに流入する被処理水中の石膏が既に過飽和になっていると、第１脱塩部１０ａでイオンが更に濃縮されるので石膏濃度が更に高い状態となる。この場合、多量のカルシウムスケール防止剤投入が必要となる上、カルシウムスケール防止剤が効果を発揮する以上に石膏濃度が高くなり第１脱塩部１０ａ内でスケールが発生する恐れがある。
そこで、原水（被処理水）中の石膏が過飽和である場合には、最上流の第１スケール防止剤供給部３０ａ及び第１ｐＨ調整部４０ａの上流に、上述の第１晶析槽２１ａ，２１ｂと同じ構成の上流側晶析部（不図示）を設け、石膏濃度を低減させてから被処理水を第１脱塩部１０ａに送給しても良い。

第１実施形態の水処理システム１を用いて、被処理水を処理する方法を以下で説明する。
まず、水中での石膏、シリカ、及び炭酸カルシウムの析出挙動を説明する。図２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３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。同図において、横軸はｐＨ、縦軸はそれぞれ、石膏または炭酸カルシウムの析出量（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４は、シリカ溶解量のｐＨ依存性を示すグラフ（出典：米国特許第７８１５８０４号明細書の図４）である。同図において、横軸はｐＨ、縦軸はシリカの溶解量（ｍｇ／L）である。

図２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３より、炭酸カルシウムはｐＨ５を超えると析出する。図４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。

＜前処理＞
被処理水が工業廃水などである場合は、被処理水が第１上流側沈殿部７０に流入する前に、被処理水中の油分や浮遊粒子等を除去する工程や、生物処理あるいは化学酸化処理により有機物を除去する工程が実施される。

＜第１脱気工程＞
図１の水処理システム１では、第１脱気部７３に流入する前の被処理水が、低ｐＨに調整される。被処理水中の炭酸は、被処理水のｐＨに応じて以下の平衡状態となっている。

ｐＨが６．５以下と低い場合には、被処理水中では主としてＨＣＯ_３ ⁻及びＣＯ_２の状態で存在する。

ＣＯ_２を含んだ被処理水が第１脱気部７３に流入する。ＣＯ_２は、第１脱気部７３において被処理水から除去される。予め、炭酸イオンがＣＯ_２として存在するｐＨに被処理水が調整されていれば、効率良く二酸化炭素を除去させることができる。
第１脱気工程により炭酸イオン濃度が低減された被処理水が、第１上流側沈殿部７０に送給される。

＜第１上流側沈殿工程＞
第１上流側沈殿部７０において、Ｃａイオン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イオン以外の金属イオンが含まれる場合は、第１上流側沈殿部７０において、金属イオンが水への溶解性が低い金属化合物として予め被処理水から一部除去される。この金属化合物は主として金属水酸化物であるが、炭酸塩も含まれる場合がある。
沈殿槽７１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、沈殿槽７１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３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沈殿槽７１の底部に沈殿する。
金属化合物の溶解度は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化合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化合物は沈殿槽７１内で凝集し、沈殿槽７１の底部に沈殿する。
沈殿した炭酸カルシウム及び金属化合物は沈殿槽７１の底部から排出される。

Ｍｇイオン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。
本実施形態の水処理システム１でＭｇイオンを含む被処理水を処理する場合、沈殿槽７１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、被処理水のｐＨが１０以上、好ましくはｐＨ１０．５以上、より好ましくはｐＨ１１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被処理水から析出し、沈殿槽７１の底部に沈殿して除去される。この結果、被処理水中のＭｇイオンが粗除去され、被処理水中のＭｇイオン濃度が低減する。
上記の場合、第１上流側沈殿部７０から排出された後の被処理水が、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、ｐＨ１０未満に調整される。こうすることにより、下流側の装置及び工程、特に第１脱塩部１０ａ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。

沈殿槽７１を複数段設ける場合は、被処理水中のＭｇイオンを確実に除去して、下流側に送給される被処理水中のＭｇイオン濃度を低減させることができる。

被処理水である沈殿槽７１内の上澄み液が沈殿槽７１から排出される。排出された被処理水に対しＦｅＣｌ_３が添加され、上澄み液中の炭酸カルシウムや金属化合物等の固形分がＦｅ（ＯＨ）_３と凝集する。
被処理水はろ過装置７２に送給される。ろ過装置７２によりＦｅ（ＯＨ）_３により凝集した固形分が除去される。

第１上流側沈殿工程を実施した後に第１脱気工程を実施する場合は、被処理水のｐＨは炭酸イオンがＣＯ_２として存在可能であるｐＨ、具体的に６．５以下に調整される。

なお、被処理水の性状によっては、上記第１脱気工程及び第１上流側沈殿工程は省略しても良い。

イオン交換装置を設置した場合は、イオン交換装置により被処理水中のＣａイオンが除去される。被処理水にＭｇイオンが含まれる場合は、Ｍｇイオンもイオン交換装置により除去される。

原水中の石膏が過飽和である場合は、ろ過装置７２直後に設置される上流側晶析部で被処理水に石膏の種結晶が投入され、石膏が晶析して被処理水中の石膏濃度を低減させる。石膏濃度が低減した被処理水が第１脱塩部１０ａに送給される。

＜第１スケール防止剤供給工程＞
第１スケール防止剤供給部３０ａの制御部３２ａはバルブＶ１ａを開放し、タンク３１ａから所定量のカルシウムスケール防止剤を被処理水に供給する。制御部３２ａは、カルシウムスケール防止剤の濃度が被処理水の性状に応じて設定された所定値となるようにバルブＶ１ａの開度を調整する。

被処理水にＭｇイオンが含まれる場合、第１スケール防止剤供給工程において上記と同様の方法にてマグネシウムスケール防止剤が被処理水に供給される。この場合、複数の第１スケール防止剤供給部のタンクにそれぞれカルシウムスケール防止剤及びマグネシウムスケール防止剤が収納され、各制御部がカルシウムスケール防止剤及びマグネシウムスケール防止剤の供給量を調整する。

＜第１ｐＨ調整工程＞
第１ｐＨ調整部４０ａの制御部４２ａは、第１脱塩部１０ａ入口での被処理水のｐＨを、シリカが被処理水中に溶解可能な値に管理する。具体的に、第１脱塩部１０ａに送給される被処理水の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４３ａは、第１脱塩部１０ａ入口での被処理水のｐＨを計測する。制御部４２ａは、ｐＨ計４３ａでの計測値が所定のｐＨ管理値になるようにバルブＶ２ａの開度を調整し、タンク４１ａからアルカリを被処理水に投入させる。

＜第１脱塩工程＞
第１脱塩部１０ａにおいて、ｐＨが調整された被処理水が処理される。第１脱塩部１０ａが逆浸透膜装置である場合、逆浸透膜を通過した水は処理水として回収される。被処理水に含まれるイオン及びスケール防止剤は、逆浸透膜を透過することができない。従って、逆浸透膜の非透過側はイオン濃度が高い濃縮水となる。例えば静電脱塩装置など他の脱塩装置を用いた場合も、被処理水は処理水と、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４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濃縮水中に含まれる。第１濃縮水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、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。
被処理水にＭｇイオンが含まれている場合、第１脱塩工程により第１濃縮水中に含まれるＭｇイオン濃度が増加する。しかし、マグネシウムスケール防止剤によりマグネシウムを含むスケールの発生が抑制されている。
第１濃縮水は、第１晶析部２０ａに向かって送給される。

＜第１晶析工程＞
第１脱塩部１０ａから排出された第１濃縮水が、第１晶析部２０ａ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２４ａは、バルブＶ３ａを開放し、種結晶タンク２３ａから石膏の種結晶を第１晶析槽２１ａ内の第１濃縮水に添加する。
第１脱塩部１０ａからの第１濃縮水はｐＨ１０以上である。前述したようにカルシウムスケール防止剤が存在する高ｐＨ領域の水中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の水処理システム１においては、結晶成長した大径（例えば粒径が１０μｍ以上、より好ましくは２０μｍ以上）の石膏が第１晶析槽２１ａの底部に沈殿する。沈殿した石膏は第１晶析槽２１ａの底部から排出される。

一方、ｐＨ１０以上であればシリカは第１晶析槽２１ａ内で第１濃縮水中に溶解状態で存在する。第１濃縮水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３に依れば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、第１上流側沈殿部や第１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の種結晶を核として晶析しにくい。

なお、石膏の種結晶が存在すればｐＨに依存することなく石膏は晶析するが、晶析速度はｐＨが低い程高くなる。
図５は、石膏が過飽和状態にある模擬水（Ｃａ^２＋，ＳＯ_４ ^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。
模擬水の石膏過飽和度（２５℃）：４６０％、
スケール防止剤添加量：２．１ｍｇ／Ｌ、
ｐＨ：６．５（条件１）、５．５（条件２）、４．０（条件３）、３．０（条件４）、
種結晶添加量：０ｇ／Ｌ。

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５に示す。同図において、縦軸は過飽和度（％）である。

図５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５のようにｐＨが低い方が晶析速度が高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３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。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脱塩部１０ａと第１晶析槽２１ａとの間の流路に、ｐＨ調整剤としての酸を供給する第３ｐＨ調整部（不図示）が設置される。当該ｐＨ調整部は、後述する第２ｐＨ調整部と同じ構成である。

一方で、水処理過程でｐＨを変動させるには多量の薬品（酸またはアルカリ）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２０ａ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、下流側の脱塩部（図１では第１脱塩部１０ｂや下流側脱塩部６０）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６は、模擬水にカルシウムスケール防止剤（ＦＬＯＣＯＮ２６０）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。ｐＨを４．０として、種結晶として石膏（ＣａＳＯ₄・２Ｈ_２Ｏ）を以下の添加量とした以外は、図５の実験条件と同じとした。
種結晶添加量：０ｇ／Ｌ（条件３）、３ｇ／Ｌ（条件５）、６ｇ／Ｌ（条件６）、３ｇ／Ｌ（条件７）。
条件５，６では、スケール防止剤が添加された模擬水に、種結晶とｐＨ調整のための硫酸とを添加した。条件７では、スケール防止剤が添加された模擬水に予め上記スケール防止剤に浸漬した種結晶を添加し、ｐＨ調整のため硫酸を添加した。

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５と同様の手法で計測した。図６において、縦軸は過飽和度（％）である。

図６の結果より、種結晶を添加していない条件３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５）、１７６％（条件６）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。
条件５と条件７とは、スケール防止剤に浸漬していない種結晶と浸漬した種結晶を使用している以外は同じ試験条件である。予め種結晶にスケール防止剤を付着させた条件７でも過飽和度が１９９％となっており、条件５と同程度の石膏が析出することが確認できた。すなわち、条件５，７の結果から、種結晶のカルシウムスケール防止剤中の浸漬時間に依らず、ｐＨ４．０と低下させることによってスケール防止剤の機能が低減されることが示された。

図７，８は、晶析で得られた石膏の顕微鏡写真である。図７は条件５（種結晶添加有り）、図８は条件３（種結晶添加なし）の結果である。条件５では、条件３よりも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。含水率が低ければ、石膏は高純度となる。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。本発明における「平均粒径」とは、ＪＩＳ Ｚ ８８２５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。

＜第１沈殿工程＞
第１晶析部２０ａの上澄み液（第１濃縮水）は、第１沈殿部５０ａに送給される。第１沈殿部５０ａにおいて、晶析工程後の第１濃縮水に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１沈殿槽５１ａ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１沈殿槽５１ａ内で、炭酸カルシウム及び金属化合物が沈殿し、第１濃縮水から除去される。沈殿した炭酸カルシウム及び水への溶解性が低い金属化合物は、第１沈殿槽５１ａの底部から排出される。

第１沈殿槽５１ａ内の上澄み液である被処理水が第１沈殿槽５１ａから排出される。排出された被処理水に対しＦｅＣｌ_３が添加され、被処理水中の炭酸カルシウムや金属化合物等の固形分がＦｅ（ＯＨ）_３と凝集する。
被処理水は第１ろ過装置５２ａに送給される。第１ろ過装置５２ａ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２０ａの上澄み液中のシリカは、第１沈殿工程で第１濃縮水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１沈殿槽５１ａにシリカの種結晶及びシリカの沈殿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部（第１脱塩部１０ｂや下流側脱塩部６０）において、処理水と分離される。

シリカを除去する場合は、不図示の供給部からシリカの種結晶及びシリカの沈殿剤の少なくとも一方が、第１沈殿部５０ａ内の第１濃縮水中に供給される。シリカの種結晶は、例えばシリカゲルであり、シリカの沈殿剤は例えばＭｇＳＯ_４やアルミン酸Ｎa（Ｎａ［Ａｌ（ＯＨ）_４］）である。シリカを除去する場合には、第１沈殿槽５１ａ内の第１濃縮水はｐＨ８以上１０以下に調整されることが好ましい。シリカの種結晶を用いた場合は、種結晶を核としてシリカが晶析する。シリカの沈殿剤としてＭｇＳＯ_４を用いた場合は、ケイ酸マグネシウムが析出する。晶析したシリカやケイ酸マグネシウムは第１沈殿槽５１ａの底部に沈殿し、第１沈殿槽５１ａ底部から排出される。

被処理水にＭｇイオンが含まれる場合は、第１沈殿工程において第１濃縮水中のＭｇイオンとシリカとが反応して沈殿する。第１沈殿槽５１ａ内の第１濃縮水中のＭｇイオン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イオン除去の工程が異なる。

第１沈殿工程での第１濃縮水が、シリカ含有量に対してＭｇイオン濃度が低い場合には、Ｍｇイオンはシリカとの沈殿に消費される。Ｍｇイオンとの沈殿に消費されない余剰のシリカを除去するために、シリカの沈殿剤（ＭｇＳＯ_４）が供給される。シリカの沈殿剤の供給量は、第１沈殿工程でのシリカの含有量及びＭｇイオンの含有量に応じて、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濃縮水が、シリカ含有量に対してＭｇイオン濃度が高い場合には、Ｍｇイオンとシリカとの沈殿の結果Ｍｇイオンが残留する。残留するＭｇイオン濃度が高い状態で第１沈殿槽５１ａから第１濃縮水が排出されると、後段の脱塩部（図１では第１脱塩部１０ｂ、最下流の第１沈殿部の場合は下流側脱塩部６０）でＭｇを含むスケールが析出する恐れがある。
そこで、第１沈殿槽５１ａ内の第１濃縮水が、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沈殿槽５１ａ内でマグネシウム化合物が沈殿し、第１沈殿槽５１ａ内の第１濃縮水のＭｇイオン濃度を低減させる。更に、第１沈殿工程の後で、第１沈殿槽５１ａから排出された第１濃縮水が、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未満である。こうすることにより、脱塩部での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１水処理部の第１ろ過装置５２ａを通過した第１濃縮水が、被処理水として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から第１沈殿工程が実施される。

＜下流側脱塩工程＞
被処理水最下流に位置する第１沈殿部５０ｂを通過した濃縮水（第１濃縮水）は、下流側脱塩部６０に送給される。下流側脱塩部６０を通過した水は、処理水として回収される。下流側脱塩部６０の濃縮水は系外に排出される。下流側脱塩部６０が設置されると、水処理部で処理された後の水から更に処理水を回収することができるので、水回収率が向上する。

本実施形態の水処理システム１では、第１脱塩部１０でイオンが濃縮されているが、第１晶析部や第１沈殿部などで石膏、炭酸カルシウム、シリカ等が除去されている。このため、下流側脱塩部６０に流入する水は処理前よりもイオンのモル数が低減されている。このため、下流に位置する第１脱塩部１０ｂや下流側脱塩部６０での浸透圧が低くなり、必要な動力が低減される。

下流側脱塩部６０の濃縮水側の下流に、蒸発器（図１では不図示）が設置されても良い。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ーを小さくすることができる。

［第１参考実施形態］
図９は、本発明の第１参考実施形態の水処理システムの概略図である。図９において第１実施形態と同じ構成には同一の符号を付す。第１参考実施形態の水処理システム１００は、第１晶析部２０ａ，２０ｂの下流側に第１分離部１８０（１８０ａ，１８０ｂ）が設置される。図９の水処理システム１００は、被処理水の流通方向に２つの水処理部が連結された構成となっている。本参考実施形態の水処理システム１００では、被処理水の性状に応じて水処理部が１つであっても良いし、３つ以上の水処理部が連結されても良い。
図９では、第１分離部１８０（１８０ａ，１８０ｂ）は分級機１８１（１８１ａ，１８１ｂ）と脱水機１８２（１８２ａ，１８２ｂ）とで構成される。分級機１８１ａ，１８１ｂは、例えば液体サイクロンとされる。脱水機１８２ａ，１８２ｂは例えばベルトフィルタとされる。

図９では第１分離部１８０は分級機が１つのみ設置されているが、複数の分級機が被処理水の流通方向に直列に接続されていても良い。

第１参考実施形態の水処理システム１００では、第１晶析工程の直後に第１分離工程が行われる以外は、第１実施形態と同様の工程で被処理水が処理される。
＜第１分離工程＞
第１晶析槽２１ａ，２１ｂ内の第１濃縮水が第１分離部１８０ａ，１８０ｂに搬送される。ここで搬送される第１濃縮水は、第１晶析槽２１ａ，２１ｂ内で析出した固形物を含む水である。

第１晶析槽２１ａ，２１ｂから排出される第１濃縮水中には、種々の粒径を有する石膏の他、飽和濃度を超えたため析出した炭酸カルシウムやシリカが含まれる。炭酸カルシウムやシリカは種結晶の存在下で析出したものではないため、小径であったりコロイド状の浮遊物となっている。
分級機１８１ａ，１８１ｂに第１濃縮水が流入すると、所定の大きさ、例えば平均粒径１０μｍ以上の石膏は分級機１８１ａ，１８１ｂの底部に沈降し、小さい粒径の石膏、炭酸カルシウム及びシリカは上澄み液に残留する。分級機１８１ａ，１８１ｂの底部に沈降した石膏は、脱水機１８２ａ，１８２ｂで更に脱水されて回収される。小さい粒径の石膏、炭酸カルシウム及びシリカを含む上澄み液は、第１沈殿部５０ａ，５０ｂに送給される。

本参考実施形態では種結晶を添加して晶析させているため、平均粒径１０μｍ以上の石膏が主として析出し、小径の石膏の割合は少なくなる。第１分離工程により、含水率が低く不純物を含まない（すなわち高純度である）石膏を高い回収率で分離回収することができる。

第１分離部１８０ａ，１８０ｂで回収された石膏の一部は、種結晶として種結晶タンク２３ａ，２３ｂに循環されても良い。

［第２参考実施形態］
図１０は、本発明の第２参考実施形態の水処理システムの概略図である。図１０の水処理システム２００は、被処理水の流通方向に２つの水処理部が連結された構成となっている。被処理水の性状に応じて、水処理部は１つであっても良いし、３つ以上の水処理部が連結されていても良い。

第２参考実施形態の水処理システム２００における一の水処理部はそれぞれ、被処理水の上流側から順に第２脱塩部２１０（２１０ａ，２１０ｂ）及び第２晶析部２２０（２２０ａ，２２０ｂ）を備える。第２脱塩部２１０ａ，２１０ｂの濃縮側と第２晶析部２２０ａ，２２０ｂとが接続されている。水処理部は、各第２脱塩部２１０（２１０ａ，２１０ｂ）の上流側流路に、第２スケール防止剤供給部２３０（２３０ａ，２３０ｂ）を備える。

第２スケール防止剤供給部２３０ａ，２３０ｂはそれぞれ、タンク２３１（２３１ａ，２３１ｂ）、バルブＶ４（Ｖ４ａ，Ｖ４ｂ）、及び、制御部２３２（２３２ａ，２３２ｂ）で構成されている。制御部２３２ａ，２３２ｂはバルブＶ４ａ，Ｖ４ｂに接続する。第２スケール防止剤供給部２３０ａ，２３０ｂのタンク２３１ａ，２３１ｂ内にはスケール防止剤が貯蔵される。

第２参考実施形態で用いられるスケール防止剤は、第１実施形態で説明されたカルシウムスケール防止剤、及び、被処理水中でシリカがスケールとして析出することを防止するもの（「シリカスケール防止剤」と称する）である。シリカスケール防止剤としては、ホスホン酸系のスケール防止剤、ポリカルボン酸系のスケール防止剤、及びこれらの混合物等がある。具体例としては、ＦＬＯＣＯＮ２６０（商品名、ＢＷＡ社製）が挙げられる。
図１０にはタンク２３１ａが２つ示されているが、例えば一方のタンク２３１ａにカルシウムスケール防止剤が収納され、他方のタンク２３１ａにシリカスケール防止剤が収納される。

図１０では、第２脱塩部２１０は逆浸透膜装置である。この他に、第２脱塩部２１０は、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）、イオン交換装置、静電脱塩装置（ＣＤＩ）、ナノフィルター（ＮＦ）、蒸発器などを採用することができる。
図１０では、第２脱塩部２１０を１つのみ示しているが、複数の脱塩装置が被処理水の流通方向に並列または直列に連結される構成とされても良い。

第２晶析部２２０（２２０ａ，２２０ｂ）は、第２晶析槽２２１（２２１ａ，２２１ｂ）及び第２種結晶供給部２２２（２２２ａ，２２２ｂ）で構成される。第２種結晶供給部２２２が第２晶析槽２２１に接続される。第２種結晶供給部２２２は、種結晶タンク２２３（２２３ａ，２２３ｂ）、バルブＶ５（Ｖ５ａ，Ｖ５ｂ）、及び、制御部２２４（２２４ａ，２２４ｂ）を有する。制御部２２４はバルブＶ５に接続する。種結晶タンク２２３は、種結晶として石膏粒子を貯蔵する。

第２参考実施形態の水処理システム２００では、第２脱塩部２１０と第２晶析部２２０との間に第２ｐＨ調整部２４０（２４０ａ，２４０ｂ）が設置されても良い。第２ｐＨ調整部２４０は、タンク２４１（２４１ａ，２４１ｂ）、バルブＶ６（Ｖ６ａ，Ｖ６ｂ）、ｐＨ計２４３（２４３ａ，２４３ｂ）、及び、制御部２４２（２４２ａ，２４２ｂ）で構成されている。タンク２４１内にはｐＨ調整剤として酸が貯蔵されている。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部に到達するイオン量が低減できるため好ましい。制御部２４２はバルブＶ６及びｐＨ計２４３に接続する。ｐＨ計２４３は図１０のように第２脱塩部２１０と第２晶析部２２０との間の流路に設置されても良いし、第２晶析槽２２１内に設置されても良い。

水処理システム２００において、被処理水の最上流に位置する第２スケール防止剤供給部２３０ａの上流側に、第２上流側沈殿部２７０として沈殿槽２７１及びろ過装置２７２が設置される。第２上流側沈殿部２７０は第１上流側沈殿部７０と同じ構成である。第１実施形態と同様に、複数段の沈殿槽２７１が被処理水の流通方向に直列に連結されていても良い。

水処理システム２００は、図１０に示すように、第２上流側沈殿部２７０の上流側に第２脱気部２７３が設けられていても良い。第２脱気部２７３は第１実施形態の第１脱気部７３と同じ構成である。
第２脱気部２７３は、第２上流側沈殿部２７０の被処理水下流側であって第２スケール防止剤供給部２３０ａの上流側に設置されていても良い。

第２脱気部２７３と同じ構成の脱気部が、第２脱塩部２１０ａと第２晶析部２２０ａとの間の流路、第２晶析部２２０と第２沈殿部２５０との間の流路、及び、第２沈殿部２５０の下流側であって第２脱塩部２１０ｂまたは下流側脱塩部６０との間の流路に設置されても良い。

ろ過装置２７２の下流であって最上流に位置する第２スケール防止剤供給部２３０ａの上流に、第１実施形態と同様にイオン交換装置（不図示）が設置されても良い。また、被処理水中の石膏濃度に応じて、最上流の第２スケール防止剤供給部２３０ａの上流に、第２晶析部と同じ構成の上流側晶析部（不図示）が設置されても良い。

本参考実施形態では、図１０に示すように第２晶析部２２０の下流側に、第２分離部２８０（２８０ａ，２８０ｂ）が設置されても良い。第２分離部２８０は第１分離部１８０と同様の構成であり、分級機２８１（２８１ａ，２８１ｂ）と脱水機２８２（２８２ａ，２８２ｂ）とを備える。

図１０の水処理システム２００では、第２晶析部２２０の下流側に、第２沈殿部２５０（２５０ａ，２５０ｂ）が設置されてもよい。第２沈殿部２５０は第１沈殿部５０と同様の構成であり、第２沈殿槽２５１（２５１ａ，２５１ｂ）及び第２ろ過装置２５２（２５２ａ，２５２ｂ）を備える。

水処理システム２００は、第１水処理部の被処理水下流側に下流側脱塩部６０を備える。下流側脱塩部６０の濃縮水側の下流に、蒸発器（図１０では不図示）が設置されても良い。

第２参考実施形態の水処理システム２００を用いて、被処理水を処理する方法を以下で説明する。

＜前処理＞
被処理水に対し、第１実施形態で説明した前処理が実施される。

＜第２脱気工程＞
第１実施形態で説明した第１脱気工程と同様にして、第２脱気部２７３で被処理水中のＣＯ_２が除去されることにより、被処理水中の炭酸イオン濃度が低減される。

＜第２上流側沈殿工程＞
第２上流側沈殿部２７０において、Ｃａイオン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イオン以外の金属イオンが含まれる場合は、第２上流側沈殿部２７０において水への溶解性が低い金属化合物が予め被処理水から粗除去される。
第２上流側沈殿工程は、第１上流側沈殿工程と同工程で実施される。
本参考実施形態の水処理システム２００でＭｇイオンを含む被処理水を処理する場合、第１実施形態と同様に、第２上流側沈殿部２７０において被処理水がマグネシウム化合物が析出するｐＨに調整され、被処理水中のＭｇイオンの粗除去が実施される。この後、第２上流側沈殿部２７０の下流側で、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、ｐＨ１０未満に調整される。こうすることにより、下流側の装置及び工程、特に第２脱塩部２１０及び第２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２上流側沈殿工程を実施した後に第２脱気工程を実施する場合は、被処理水のｐＨは炭酸イオンがＣＯ_２として存在可能であるｐＨ、具体的に６．５以下に調整される。

被処理水の性状によっては、上記第２脱気工程及び第２上流側沈殿工程は省略することができる。

第２参考実施形態の水処理システム２００でイオン交換膜装置を設置した場合は、イオン交換膜装置により被処理水中のＣａイオン及びＭｇイオンが除去される。
上流側晶析部が設置された場合は、上流側晶析部において第１実施形態と同様の工程により被処理水中の石膏濃度が低減される。

＜第２スケール防止剤供給工程＞
第２スケール防止剤供給部２３０ａの制御部２３２ａはバルブＶ４ａを開放し、タンク２３１ａから所定量のカルシウムスケール防止剤を被処理水に供給する。第２スケール防止剤供給部２３０ｂの制御部２３２ｂはバルブＶ４ｂを開放し、タンク２３１ｂから所定量のシリカスケール防止剤を被処理水に供給する。制御部２３２ａ及び制御部２３２ｂは、カルシウムスケール防止剤及びシリカスケール防止剤の濃度が被処理水の性状に応じて設定された所定値となるように、それぞれバルブＶ４ａ及びバルブＶ４ｂバルブの開度を調整する。

第２参考実施形態の水処理システム２００では、第２脱塩部２１０に流入する直前での被処理水のｐＨ調整は任意に行われる。
例えば図１０の構成では、ＦｅＣｌ_３が添加されることにより被処理水のｐＨが５から６程度となって第２脱塩部２１０ａに流入することになる。図３に示すように、被処理水のｐＨが６．５以下では炭酸カルシウムは水中への溶解度が高い。また、式（１）のように、上記ｐＨ領域では水中で炭酸は主としてＨＣＯ_３ ⁻及びＣＯ_２の状態で存在する。第２脱塩部２１０ａに流入する被処理水は、炭酸カルシウム濃度が低くなっている。このような場合には、第２脱塩部２１０ａの直前でｐＨを調整しなくても良い。
なお、第２脱塩工程で処理される被処理水のｐＨを調整する場合には、第２脱塩部２１０ａの上流において第１実施形態の第１ｐＨ調整部と同じ構成のｐＨ調整部を設置し、ｐＨ調整された被処理水を第２脱塩部２１０ａに送給しても良い。

＜第２脱塩工程＞
第２脱塩部２１０ａにおいて、スケール防止剤が投入された被処理水が処理される。第２脱塩部２１０ａが逆浸透膜装置である場合、逆浸透膜を通過した水は処理水として回収される。イオン及びスケール防止剤を含む水は、逆浸透膜の非透過側から濃縮水（第２濃縮水）として排出される。
第２脱塩部２１０ａでの処理により、第２濃縮水中の石膏及びシリカは濃縮されているが、カルシウムスケール防止剤及びシリカスケール防止剤によりスケール発生が抑制されている。

例えば静電脱塩装置など他の脱塩装置を用いた場合も、被処理水は処理水と、イオン濃度が高い濃縮水（第２濃縮水）とに分離される。第２濃縮水は、第２晶析部２２０ａに向かって送給される。

＜第２ｐＨ調整工程＞
本参考実施形態では、第２脱塩部２１０ａと第２晶析部２２０ａとの間で、第２ｐＨ調整部２４０ａにより被処理水（第２濃縮水）のｐＨが調整されても良い。
第２ｐＨ調整部２４０ａは、第２濃縮水のｐＨを、カルシウムスケール防止剤の機能が低減されて第２濃縮水中の石膏が析出可能な値に管理する。ｐＨ計２４３ａは、第２濃縮水のｐＨを計測する。制御部２４２ａはｐＨ計２４３ａでの計測値が所定のｐＨ管理値になるように、バルブＶ６ａの開度を調整する。

＜第２晶析工程＞
第２濃縮水が、第２晶析部２２０ａの第２晶析槽２２１に貯留される。第２種結晶供給部２２２ａの制御部２２４ａは、バルブＶ５を開放し、種結晶タンク２２３ａから石膏の種結晶を第２晶析槽２２１ａ内の第２濃縮水に添加する。第２濃縮水中にカルシウムスケール防止剤が含まれているが、種結晶が投入されると石膏が晶析し結晶成長する。

図５に示されるように、条件１（ｐＨ６．５）では過飽和度が４６０％であり、６時間経過後でも初期の過飽和度からの変化がない。条件１では、スケール防止剤が機能を発現して石膏の析出が抑制されている。一方、条件２から条件４では過飽和度が低減している。
すなわち、種結晶を投入していなくても、ｐＨを低減させるとスケール防止剤の機能が低減されて石膏が晶析することが確認できた。また、図５の結果によると、ｐＨが低い程析出速度が大きいとの結果が得られた。

図６では、条件５（ｐＨ４．０）との比較として、条件７（ｐＨ４．０）は、カルシウムスケール防止剤が添加された模擬水に、予め上記カルシウムスケール防止剤に浸漬した種結晶を添加し、ｐＨ調整のため硫酸を添加した。上記以外の条件は、条件５と条件７とで同じとして、石膏析出実験を行った。ｐＨ調整から２時間経過後に、模擬水中のＣａ濃度を図３と同じ手法で計測した。
この結果、図６に示すように、条件５と条件７は共に、過飽和度が１９９％以下であった。このことから、種結晶のカルシウムスケール防止剤中の浸漬時間に依らず、ｐＨを４．０と低下させるとカルシウムスケール防止剤の機能が低下されると言える。

カルシウムスケール防止剤の効果を考えて、第２ｐＨ調整工程により、第２濃縮水のｐＨは６．０以下、好ましくは５．５以下、より好ましくは４．０以下に調整される。特に、第２濃縮水をｐＨ４．０以下に調整すると、カルシウムスケール防止剤の機能を著しく低下させることができる。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値に第２濃縮水のｐＨを調整することによって、第２晶析部２２０ａでの晶析が促進される。スケール防止剤の種類に応じて、第２ｐＨ調整工程でのｐＨ領域が適切に設定される。

図４によると、ｐＨが低い場合にはシリカは飽和溶解度以上となる場合がある。しかし、本参考実施形態では第２水処理部においてシリカスケール防止剤が投入されているので、ｐＨが低くてもシリカの析出が抑制されている。第２晶析槽２２１ａ内でシリカが析出したとしても、小径粒子やコロイド状浮遊物として存在する。
また、図３によると、ｐＨ６．０以下では炭酸カルシウムは水中に溶解する。
以上のことから、第２水処理部の第２晶析槽２２１ａでは、高純度の石膏が回収できる。

一方、第２ｐＨ調整工程により、第２晶析工程での第２濃縮水が、シリカが第２濃縮水に溶解可能であるｐＨに調整されても良い。こうすることにより、第２晶析槽２２１ａにおいて第２濃縮水中からのシリカ析出が抑制される。この結果、第２分離部２８０ａで第２晶析槽２２１ａから排出された第２濃縮水を分級した場合に、回収される石膏の純度を高めることができる。

＜第２分離工程＞
第２分離部２８０ａが設置される場合、第２晶析槽２２１ａ内で析出した固形物を含む第２濃縮水が、第２分離部２８０ａに搬送される。第２晶析槽２２１ａ内の第２濃縮水中には、晶析により析出した石膏が存在する。この他に、原水の水質変動や濃縮によりシリカスケール防止剤の機能が発揮する以上にシリカ濃度が高くなったために析出したシリカが含まれる可能性がある。シリカは小径粒子やコロイド状浮遊物として第２濃縮水中に存在する。

第１参考実施形態と同様の工程で、第２分離部２８０ａの分級機２８１ａは、所定の大きさ（例えば平均粒径１０μｍ以上）の石膏と小径析出物（石膏、シリカ）を含む上澄み液とを分離する。大径の石膏は脱水機２８２ａで更に脱水されて回収される。本参考実施形態によれば、高純度の石膏を回収することが可能となる。回収された石膏の一部は、種結晶として種結晶タンク２２３ａに循環されても良い。

第２分離部２８０ａを設置しない場合は、第２晶析部２２０ａの第２晶析槽２２１ａの底部に沈殿した石膏が第２晶析槽２２１ａから排出される。第２晶析槽２２１ａの上澄み液が第２沈殿部２５０ａに送給される。

＜第２沈殿工程＞
第２晶析部２２０ａの上澄み液（第２濃縮水）または第２分離部２８０ａから排出された上澄み液（第２濃縮水）は、第２沈殿部２５０ａに送給される。
第２沈殿工程では、第１実施形態で説明した第１沈殿工程と同様にして、第２沈殿槽２５１ａ及び第２ろ過装置２５２ａにより第２濃縮水中の炭酸カルシウム及び金属化合物が除去される。

第２沈殿工程において、第１沈殿工程と同様にして第２沈殿槽２５１ａにシリカの種結晶及びシリカの沈殿剤の少なくとも一方が添加されて、シリカが第２濃縮水から除去されても良い。

図１０に示すように多段で処理を実施する場合は、前段の第２水処理部の第２ろ過装置２５２ａを通過した第２濃縮水が、被処理水として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２スケール防止剤供給工程から第２沈殿工程が実施される。

＜下流側脱塩工程＞
被処理水最下流に位置する第２沈殿部２５０ｂを通過した第２濃縮水は、下流側脱塩部６０で処理される。下流側脱塩部６０を通過した水は、被処理水として回収される。下流側脱塩部６０の濃縮水は系外に排出される。
本参考実施形態においても、下流側脱塩部６０の濃縮水側の下流に、蒸発器（不図示）が設置されても良い。

第２参考実施形態では、第２ｐＨ調整工程で第２濃縮水がカルシウムスケール防止剤の機能が低減されるｐＨに調整された場合は、第３ｐＨ調整工程として、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。第３ｐＨ調整工程は、第２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脱塩工程の前で実施される。

本参考実施形態の水処理システム２００は、第３ｐＨ調整工程を実施するために、第２晶析部とその直後の第２脱塩部（図１０では第２晶析部２２０ａと第２脱塩部２１０ｂとの間、特に、第２沈殿部２５０ａと第２脱塩部２１０ｂ）との間に第２ｐＨ調整部と同様の構成の第３ｐＨ調整部（図１０では不図示）が設置される。また、最下流の第２沈殿部２５０ｂと下流側脱塩部６０との間に、第２ｐＨ調整部と同様の構成の第３ｐＨ調整部（図１０では不図示）が設置される。こうすることにより、下流側脱塩工程で第２濃縮水が処理されて濃縮水側のＣａイオン濃度が高くなった場合でも、カルシウムスケール防止剤の機能によりスケール生成を抑制することができる。

本参考実施形態の水処理システム２００では、第２水処理部での処理によりシリカが濃縮される。第２濃縮水中のシリカ濃度がシリカスケール防止剤が有効に働く濃度以上になると、第２濃縮水中からシリカがスケールとして生成する可能性がある。例えば、シリカスケール防止剤としてＦＬＯＣＯＮ２６０を用いる場合、スケール発生防止効果が得られるのはシリカ濃度２００ｍｇ／Ｌ程度までである。従って、シリカスケール防止剤が効果を発揮できる濃度に濃縮されるまで、第２水処理部の段数を設定する。

第２参考実施形態の水処理システム２００を用いることによって高い水回収率でイオンを含む被処理水を処理することができる。
特に第２参考実施形態では第２晶析部２２０で主として石膏を析出させるので、第２晶析部２２０での石膏回収率が高く、下流側へ送給されるイオンのモル数がより低減される。また、第２晶析部２２０で回収される石膏の純度を高めることができる。

［第３参考実施形態］
図１１は、本発明の第３参考実施形態の水処理システムの概略図である。図１１において第１実施形態、第１参考実施形態及び第２参考実施形態と同じ構成には同一の符号を付す。
第３参考実施形態の水処理システム３００は、第１実施形態で説明した水処理部が設置される。この水処理部の被処理水下流側に、第２参考実施形態で説明した水処理部が設置される。

図１１の水処理システム３００では、第１晶析部２０の下流側に第１分離部１８０が設置される。また、第２晶析部２２０の下流側に、第１分離部１８０と同様の第２分離部２８０が設置される。

最下流に位置する第２晶析部２２０の被処理水下流側に、下流側脱塩部６０が設置される。

第３参考実施形態の水処理システム３００は、被処理水の最上流に位置する第１スケール防止剤供給部３０及び第１ｐＨ調整部４０の上流側に、第１実施形態で説明した第１上流側沈殿部７０を備える。

更に、第３参考実施形態の水処理システム３００は、図１１に示すように第１上流側沈殿部７０の上流側に、第１実施形態と同様の第１脱気部７３を有する。第１脱気部７３は、第１上流側沈殿部７０の被処理水下流側であって、第１スケール防止剤供給部３０及び第１ｐＨ調整部４０の上流側に設置されていても良い。

なお、第１脱気部７３と同じ構成の脱気部が、第１脱塩部１０と第１晶析部２０との間の流路、第１晶析部２０と第１沈殿部５０との間の流路、第２晶析部２２０と第２沈殿部２５０との間の流路、及び、第１沈殿部５０と第２脱塩部２１０との間の流路に設置されても良い。

本参考実施形態の水処理システム３００においても、第１スケール防止剤供給部３０及び第１ｐＨ調整部４０の上流にイオン交換装置（不図示）及び上流側晶析部（不図示）が設けられていても良い。
本参考実施形態

図１１では、第１スケール防止剤供給部３０から第１沈殿部５０、及び、第２スケール防止剤供給部２３０から第２沈殿部２５０までの水処理部が１段ずつ示されているが、それぞれ複数段の水処理部が連結されていても良い。

第３参考実施形態の水処理システム３００では、まず第１実施形態及び第１参考実施形態で説明した水処理方法で被処理水が処理される。第１実施形態及び第１参考実施形態の方法で処理された後の第１濃縮水が、被処理水として、第２参考実施形態で説明した第２スケール防止剤供給工程から第２沈殿工程の処理を施される。
最下流の第２沈殿部２５０を通過した第２濃縮水は、下流側脱塩部６０で処理される。下流側脱塩部６０を通過した水は、処理水として回収される。下流側脱塩部６０の濃縮水は系外に排出される。
本参考実施形態においても、下流側脱塩部６０の濃縮水側の下流に、蒸発器（不図示）が設置されても良い。

第３参考実施形態において、第２ｐＨ調整工程で第２濃縮水がカルシウムスケール防止剤の機能が低減されるｐＨに調整された場合は、第２参考実施形態で説明された第３ｐＨ調整工程が実施されても良い。

［第４参考実施形態］
図１２は、本発明の第４参考実施形態の水処理システムの概略図である。図１２において第１実施形態、第１参考実施形態及び第２参考実施形態と同じ構成には同一の符号を付す。
第４参考実施形態の水処理システム４００は、第２参考実施形態で説明した水処理部が設置される。この水処理部の被処理水下流側に、第１実施形態で説明した水処理部が設置される。

図１２の水処理システム４００では、第１分離部１８０及び第２分離部２８０が設置される。

最下流に位置する第１晶析部２０の被処理水下流側に、下流側脱塩部６０が設置される。

第４参考実施形態の水処理システム４００は、被処理水の最上流に位置する第２スケール防止剤供給部２３０の上流側に、第２参考実施形態で説明した第２上流側沈殿部２７０を備える。
更に、第４参考実施形態の水処理システム４００は、図１２に示すように第２上流側沈殿部２７０の上流側に、第２参考実施形態と同様の第２脱気部２７３を有する。第２脱気部２７３は、第２上流側沈殿部２７０の被処理水下流側であって、第２スケール防止剤供給部２３０の上流側に設置されていても良い。

なお、第２脱気部２７３と同じ構成の脱気部が、第２脱塩部２１０と第２晶析部２２０との間の流路、第１晶析部２０と第１沈殿部５０との間の流路、第２晶析部２２０と第２沈殿部２５０との間の流路、及び、第２沈殿部２５０と第１脱塩部１０との間の流路に設置されても良い。

本参考実施形態の水処理システム４００においても、第２スケール防止剤供給部２３０の上流にイオン交換装置（不図示）及び上流側晶析部（不図示）が設けられていても良い。

図１２に示す本参考実施形態の水処理システム４００では、第１晶析槽２１及び第２晶析槽２２１の下流側に、それぞれ第１分離部１８０及び第２分離部２８０が設置されても良い。

図１２では、第２スケール防止剤供給部２３０から第２沈殿部２５０、及び、第１スケール防止剤供給部３０から第１沈殿部５０までの水処理部が１段ずつ示されているが、それぞれ複数段の水処理部が連結されていても良い。

第４参考実施形態の水処理システム４００では、まず第２参考実施形態で説明した水処理方法で被処理水が処理される。第２参考実施形態の方法で処理された後の第２濃縮水が、被処理水として、第１実施形態及び第１参考実施形態で説明した第１スケール防止剤供給工程から第１沈殿工程の処理が施される。
最下流の第１沈殿部５０を通過した第１濃縮水は、下流側脱塩部６０で処理される。下流側脱塩部６０を通過した水は、処理水として回収される。下流側脱塩部６０の濃縮水は系外に排出される。
本参考実施形態においても、下流側脱塩部６０の濃縮水側の下流に、蒸発器（不図示）が設置されても良い。

第４参考実施形態において、第２ｐＨ調整工程で第２濃縮水がカルシウムスケール防止剤の機能が低減されるｐＨに調整された場合は、第２参考実施形態で説明された第３ｐＨ調整工程が実施されても良い。

第３参考実施形態の水処理システム３００及び第４参考実施形態の水処理システム４００によっても、高い水回収率でイオンを含む被処理水を処理することができる。
特に第４参考実施形態の構成では、被処理水上流側の第２晶析部２２０で主として石膏を析出させているので、第２晶析部２２０での石膏回収率が高く、下流側へ送給されるイオンのモル数がより低減されている。更に、第２晶析部２２０で回収される石膏の純度を高めることができる。

［第５参考実施形態］
本発明の第５参考実施形態は、第１実施形態および第１参考実施形態から第４参考実施形態において、第１晶析槽２１及び第２晶析槽２２１に供給される石膏の種結晶の量が制御される。図１３を用いて、第１晶析槽２１への種結晶供給量が制御される構成を説明する。第２晶析槽２２１についても同様の構成が適用される。

第５参考実施形態では、第１晶析槽２１内の第１濃縮水のｐＨを計測する第１ｐＨ計測部５４３が設置される。第１ｐＨ計測部５４３は、第１脱塩部１０と第１晶析槽２１とを連結する流路に設置されていても良いし、第１晶析槽２１に直接設置されても良い。第１ｐＨ計測部５４３は、第１種結晶供給部２２の制御部２４に接続する。

第５参考実施形態では、図１３のように種結晶供給量制御用ｐＨ調整部５４０が設置される。種結晶供給量制御用ｐＨ調整部５４０はタンク５４１、制御部５４２、及びバルブＶ７を備える。第１ｐＨ計測部５４３は、種結晶供給量制御用ｐＨ調整部５４０の制御部５４２に接続される。種結晶供給量制御用ｐＨ調整部５４０は、第１ｐＨ計測部５４３の計測値に基づいて、第１晶析槽２１内の第１濃縮水のｐＨを所定値に管理する。
なお、第２晶析槽２２１に供給される石膏の種結晶の量を制御する場合には、第２参考実施形態で説明したｐＨ計２４３ａが第２ｐＨ計測部に相当し、第２ｐＨ調整部の制御部２４２が制御部５４２に相当する。

第１種結晶供給部２２の種結晶タンク２３に貯蔵される種結晶は、新品の薬品でも良いが、第１分離部１８０を設置する場合は、分級機１８１で分離された所定粒径以上の石膏や、脱水機１８２で脱水された後の石膏が、種結晶タンク２３に貯蔵されても良い。

第５参考実施形態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５４３は第１晶析槽２１内の第１濃縮水のｐＨを計測する。計測されたｐＨの値は、種結晶供給部２２の制御部２４に送信される。

制御部２４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、第２晶析工程で説明したように、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。

制御部２４は、第１ｐＨ計測部５４３の計測値と上記ｐＨ範囲とを比較する。制御部２４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の供給量を低減させる。制御部２４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。

本参考実施形態では、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。

［第６参考実施形態］
本発明の第６参考実施形態は、第１分離部１８０及び第２分離部２８０の少なくとも一方を備える水処理システム６００である。水処理システム６００は、分離部で分離された石膏を種結晶として第１晶析槽または第２晶析槽に直接供給する点で第５参考実施形態と異なる。

図１４を用いて、本参考実施形態による第１晶析槽２１への種結晶供給量が制御される構成を説明する。第２晶析槽２２１についても同様の構成が適用される。
図１４では、第１分離部１８０の分級機１８１の底部に沈降した石膏の一部が、第１晶析槽２１に直接供給されるように搬送する第１循環ライン６０１が設置される。また、脱水機１８２で脱水された後の石膏の一部が、第１晶析槽２１に直接供給されるように搬送する第２循環ライン６０２が設置される。第１循環ライン６０１にバルブＶ８が設置され、第２循環ライン６０２にバルブＶ９が設置される。なお、本参考実施形態では、第１循環ライン６０１及び第２循環ライン６０２のいずれか一方が設置される構成でも良い。
制御部６１０が、第５参考実施形態と同様の第１ｐＨ計測部５４３、バルブＶ８、及び、バルブＶ９に接続する。

第６参考実施形態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５４３は、第１晶析槽２１内の第１濃縮水のｐＨを計測する。計測されたｐＨの値は、制御部６１０に送信される。
制御部６１０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６１０は、第５参考実施形態と同様の工程にて、第１ｐＨ計測部５４３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。

第５参考実施形態及び第６参考実施形態では、第１晶析槽２１に第１晶析槽２１内の第１濃縮水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２１内の種結晶濃度を計測する。計測された濃度の値は、制御部２４または制御部６１０に送信される。制御部２４または制御部６１０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。

第５参考実施形態及び第６参考実施形態の変形例として、第１晶析槽２１の下流側であって第１沈殿部５０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１８０を設ける場合は、第１濃度計測部は、第１分離部１８０の下流側に設置されることが好ましいが、第１分離部１８０の上流側でも良い。第１濃度計測部は、制御部２４または制御部６１０に接続される。
第２晶析槽２２１の場合は、第１濃度計測部に代えて第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２１から排出される第１濃縮水中のＣａ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２４または制御部６１０に送信される。

第１濃度計測部で計測されるＣａイオンの濃度及び硫酸イオンの濃度は、第１晶析槽２１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、Ｃａ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。

制御部２４及び制御部６１０は、Ｃａ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。

制御部２４は、第１濃度計測部で計測されるＣａ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。制御部２４は、第１濃度計測部で計測されるＣａ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６１０は、第１濃度計測部で計測されるＣａ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。制御部６１０は、第１濃度計測部で計測されるＣａ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晶析槽２２１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Ｃａ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。

［第７参考実施形態］
図１５は、本発明の第７参考実施形態の水処理システムの部分概略図である。図１５において第１実施形態乃至第２参考実施形態と同じ構成には同一の符号を付す。
図１５の水処理システム７００は、第４参考実施形態の水処理システムにおいて第１晶析部２０で第１濃縮水から分離された石膏が回収され、第２晶析部２２０の第２晶析槽２２１に供給される構成となっている。第３参考実施形態の水処理システムにおいても、同様の構成を採用することができる。

第１実施形態で説明したように、第１晶析部２０の第１晶析槽２１内の濃縮水（第１濃縮水）のｐＨは特に限定されないが、運転コストの観点からは、第１脱塩工程からｐＨを変動させることなく第１晶析工程を行う方が有利である。この場合、第１晶析工程はシリカが溶解可能なｐＨ（１０以上）で行われることになるが、このｐＨ領域では炭酸カルシウムの溶解度が低い。

一方、第２参考実施形態で説明したように、第２晶析部２２０（第２晶析工程）は更に低いｐＨ領域で石膏の晶析が行われる。第２晶析工程のｐＨ領域（６．０以下、より好ましくは４．０以下）では、炭酸カルシウムは水に溶解可能である。第１晶析部２０で回収された、炭酸カルシウムを含む石膏が第２晶析部２２０の第２晶析槽２２１に供給されると、不純物である炭酸カルシウムが第２濃縮水中に溶解し石膏が固体として第２濃縮水中に存在する。第７参考実施形態の水処理システム７００を用いれば、高い水回収率で被処理水を処理できるとともに、高純度の石膏を回収することが可能となる。

［第８参考実施形態］
図１６は、本発明の第８参考実施形態の水処理システムの部分概略図である。図１６において第１参考実施形態と同じ構成には同一の符号を付す。
なお、以下では第８参考実施形態を第１分離工程を有する水処理方法及び第１分離部を有する水処理システムを用いて説明したが、第２分離工程及び第２分離部でも同様の構成を適用可能である。

図１６において、水処理システム８００は、一つの第１晶析部２０に対して、被処理水の流通方向に複数の分級機（第１分級機）１８１を備える。図１６では２つの第１分級機１８１ａ，１８１ｂが設置されている。最上流に位置する第１分級機１８１ａと、下流側に位置する第１分級機１８１ｂとは、分離する石膏の大きさが異なる。本参考実施形態では、第１分級機１８１ｂで分離される石膏の大きさは、第１分級機１８１ａで分離される石膏よりも小さい。例えば、第１分級機１８１ａは平均粒径１０μｍ以上の粒子を分離する分級機とされ、第１分級機１８１ｂ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１８１が３つ以上設置される場合は、各第１分級機１８１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。被処理する流通方向の第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。

第８参考実施形態の水処理システム８００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１８１ａでは、平均粒径１０μｍ以上の石膏が分級され、第１分級機１８１ａの底部に沈降する。沈降した石膏は、第１分級機１８１ａから排出され、脱水機１８２に送給される。第１分級機１８１ａの上澄み液は、下流側の第１分級機１８１ｂ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１分級機１８１ｂでは、平均粒径５μｍ以上の石膏が分級され、第１分級機１８１ｂの底部に沈降する。第１分級機１８１ｂの上澄み液は、第１沈殿部５０に送給される。

沈降した石膏は、第１分級機１８１ｂから排出される。排出された石膏は、固形物循環ライン８０１を通じて第１晶析槽２１に送給され、第１晶析槽２１内の第１濃縮水中に供給される。
循環された石膏は、第１晶析槽２１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２１から第１分級機１８１ａに送給され、第１分級機１８１ａにより第１濃縮水から分離され、脱水機１８２に搬送される。

第１分級機１８１ｂの上澄み液には、粒径５μｍ未満、例えば粒径２μｍから３μｍ程度の比較的小径の粒子が含まれている。特に水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２１で石膏が十分な大きさまで成長する前に第１晶析槽２１から排出されてしまい、第１沈殿槽５１に流入する石膏量が多くなる。このような場合には、第１沈殿槽５１での沈殿物に石膏が多量に含まれる。そこで、本参考実施形態においては、第１沈殿槽５１の底部と第１晶析槽２１をと連結する循環ライン８０２を設けて、第１沈殿槽５１の底部に沈殿した石膏を含む固形物を、第１晶析槽２１に循環させても良い。

本参考実施形態によれば、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。本参考実施形態の水処理方法及び水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。

１，１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００ 水処理システム
１０ 第１脱塩部（脱塩部）
２０ 第１晶析部（晶析部）
２１ 第１晶析槽（晶析槽）
２２ 第１種結晶供給部（種結晶供給部）
２３，２２３ 種結晶タンク
２４，３２，４２，２２４，２３２，２４２，５４２，６１０ 制御部
３０ 第１スケール防止剤供給部（スケール防止剤供給部）
３１，４１，２３１，２４１，５４１ タンク
４０ 第１ｐＨ調整部（ｐＨ調整部）
４３，２４３ ｐＨ計
５０ 第１沈殿部（沈殿部）
５１ 第１沈殿槽（沈殿槽）
５２ 第１ろ過装置（ろ過装置）
６０ 下流側脱塩部
７０ 第１上流側沈殿部（上流側沈殿部）
７１ 沈殿槽
７２ ろ過装置
７３ 第１脱気部（脱気部）
１８０ 第１分離部（分離部）
１８１，１８１ａ，１８１ｂ，２８１ 分級機
１８２，２８２ 脱水機
２１０ 第２脱塩部
２２０ 第２晶析部
２２１ 第２晶析槽
２２２ 第２種結晶供給部
２３０ 第２スケール防止剤供給部
２４０ 第２ｐＨ調整部
２５０ 第２沈殿部
２５１ 第２沈殿槽
２５２ 第２ろ過装置
２８０ 第２分離部
５４０ 種結晶供給量制御用ｐＨ調整部
５４３ 第１ｐＨ計測部
６０１ 第１循環ライン
６０２ 第２循環ライン
８０１，８０２ 固形物循環ライン

Claims (16)

1. Ｃａイオン、ＳＯ_４イオン、炭酸イオン及びシリカを含む被処理水に対して、カルシウムを含むスケールの析出を防止するスケール防止剤であるカルシウムスケール防止剤が供給されるスケール防止剤供給工程と、
   前記被処理水が、前記シリカ及びカルシウムが前記被処理水中に溶解可能なｐＨに調整されるｐＨ調整工程と、
   前記スケール防止剤供給工程及び前記ｐＨ調整工程の後で、前記被処理水が、前記Ｃａイオン、前記ＳＯ_４イオン、前記炭酸イオン及び前記シリカが濃縮された濃縮水と処理水とに分離される脱塩工程と、
   前記濃縮水に石膏の種結晶が供給されて、前記濃縮水から石膏が晶析する晶析工程と、
   前記被処理水の最上流側における前記スケール防止剤供給工程及び前記ｐＨ調整工程の前に、前記被処理水から少なくとも炭酸カルシウムが沈殿されて、前記被処理水中の前記炭酸カルシウムの濃度が低減される上流側沈殿工程と、
   を含み、
   前記被処理水がＭｇイオンを含む場合に、前記上流側沈殿工程の前記被処理水が、マグネシウム化合物が析出するｐＨに調整されて前記Ｍｇイオンの濃度が低減され、
   前記上流側沈殿工程の後で、前記被処理水が、前記マグネシウム化合物が溶解可能なｐＨに調整される水処理方法。
2. 前記被処理水の最下流での前記晶析工程の後に、濃縮水と処理水とに分離されて、該分離された処理水が回収される下流側脱塩工程を含む請求項１に記載の水処理方法。
3. 前記上流側沈殿工程の前、または、前記上流側沈殿工程の後であって前記スケール防止剤供給工程及び前記ｐＨ調整工程の前において、前記被処理水からＣＯ_２を除去する脱気工程を含む請求項１に記載の水処理方法。
4. 前記被処理水が金属イオンを含み、
   前記晶析工程の後で、炭酸カルシウム及び金属化合物の少なくとも一方が沈殿されて、前記濃縮水から前記炭酸カルシウム及び前記金属イオンの少なくとも一方の濃度が低減される沈殿工程を含む請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の水処理方法。
5. 前記沈殿工程において、前記濃縮水に対して前記シリカの種結晶及び前記シリカの沈殿剤の少なくとも一方が供給される請求項４に記載の水処理方法。
6. 前記被処理水がＭｇイオンを含む場合に、前記Ｍｇイオンの濃度に応じて前記シリカの沈殿剤の供給量を調整する請求項５に記載の水処理方法。
7. 前記被処理水がＭｇイオンを含む場合に、前記沈殿工程の濃縮水が、マグネシウム化合物が析出するｐＨに調整されて前記Ｍｇイオンの濃度が低減され、
   前記沈殿工程の後で、前記濃縮水が、前記マグネシウム化合物が溶解可能なｐＨに調整される請求項４に記載の水処理方法。
8. 前記下流側脱塩工程の前記濃縮水から水分が蒸発されて、前記濃縮水中の固体が回収される請求項２に記載の水処理方法。
9. Ｃａイオン、ＳＯ_４イオン、炭酸イオン及びシリカを含む被処理水に対して、カルシウムを含むスケールの析出を防止するスケール防止剤であるカルシウムスケール防止剤を供給するスケール防止剤供給部と、
   前記被処理水にｐＨ調整剤を供給して、前記シリカ及びカルシウムが前記被処理水中に溶解可能な値に前記被処理水のｐＨを調整するｐＨ調整部と、
   前記スケール防止剤供給部及び前記ｐＨ調整部の下流側に設置され、前記被処理水を、前記Ｃａイオン、前記ＳＯ_４イオン、前記炭酸イオン及び前記シリカが濃縮された濃縮水と処理水とに分離する脱塩部と、
   前記脱塩部の下流側に設けられ、前記濃縮水から石膏を晶析させる晶析槽と、前記晶析槽に石膏の種結晶を供給する種結晶供給部とを有する晶析部と、
   前記被処理水の最上流に位置する前記スケール防止剤供給部及び前記ｐＨ調整部の上流側に、前記被処理水から少なくとも炭酸カルシウムを沈殿させて、前記被処理水中の前記炭酸カルシウムの濃度を低下させる上流側沈殿部と、
   を備え、
   前記被処理水がＭｇイオンを含む場合に、前記上流側沈殿部内の前記被処理水を、マグネシウム化合物が析出するｐＨに調整して前記Ｍｇイオンの濃度を低減し、
   前記上流側沈殿部の下流側で、前記マグネシウム化合物が溶解可能な値に、前記被処理水のｐＨを調整する水処理システム。
10. 被処理水最下流の前記晶析部の下流側に、前記晶析部から排出された前記濃縮水を、濃縮水と処理水とに分離する下流側脱塩部を備える請求項９に記載の水処理システム。
11. 前記上流側沈殿部の上流側、または、前記上流側沈殿部の下流側であって前記スケール防止剤供給部及び前記ｐＨ調整部の上流側に、前記被処理水からＣＯ_２を除去する脱気部を備える請求項９に記載の水処理システム。
12. 前記被処理水が金属イオンを含み、
    前記晶析部の下流側に、炭酸カルシウム及び金属化合物の少なくとも一方を沈殿させて、前記濃縮水中の前記炭酸カルシウム及び前記金属イオンの少なくとも一方の濃度を低減させる沈殿部を備える請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の水処理システム。
13. 前記沈殿部に、前記シリカの種結晶及び前記シリカの沈殿剤の少なくとも一方が供給される請求項１２に記載の水処理システム。
14. 前記被処理水がＭｇイオンを含む場合に、前記沈殿部において、前記Ｍｇイオンの濃度に応じて前記シリカの沈殿剤の供給量を調整する請求項１３に記載の水処理システム。
15. 前記被処理水がＭｇイオンを含む場合に、前記沈殿部内の前記濃縮水を、マグネシウム化合物が析出するｐＨに調整して前記Ｍｇイオンの濃度を低減し、
    前記沈殿部の下流側で、前記マグネシウム化合物が溶解可能な値に、前記濃縮水のｐＨを調整する請求項１２に記載の水処理システム。
16. 前記下流側脱塩部の前記濃縮水の下流側に、前記濃縮水から水分を蒸発させて前記濃縮水中の固体を回収する蒸発器を備える請求項１０に記載の水処理システム。

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