JP6189422B2 - 水処理システム - Google Patents
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Description
本発明は、脱塩処理を行う水処理システムに関する。
プラントから排水された工業排水に対して、重金属成分や浮遊粒子などの除去や、有機物の分解除去などの浄化処理が施される。工業用水の確保が困難な場所においては、浄化処理された処理水は工業用水に再利用される。この場合は、重金属成分や浮遊粒子、有機物などが除去された後、排水中に含まれるイオン分を除去する脱塩処理が施される。
脱塩装置の一例として、特許文献１は、静電力を利用して被処理水中のイオン成分の除去と回収（再生）とを行う通液型コンデンサと、該通液型コンデンサの下流に設置される逆浸透膜装置とを組み合わせた脱塩装置を開示している。
水中に含まれるイオンの内、Ｎａ＋、Ｋ＋、ＮＨ４ ＋などの１価の陽イオンやＣｌ−、Ｆ−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、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋などの２価の金属イオンやＳＯ４ ２−、ＣＯ３ ２−などの陰イオンやシリカイオンは、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イオンが結合した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。逆浸透膜装置にスケール成分となるイオンを多量に含む水が流入し逆浸透膜の流入側で飽和濃度を超える状態が維持されると、逆浸透膜にスケールが析出して処理能力が低下してしまう。特許文献１に記載の構成では、通液型コンデンサによりイオンを除去してから逆浸透膜装置に送水しているので、逆浸透膜装置での処理負荷を低減することができる。
しかしながら、上記の通液型コンデンサでは除去されるイオンの価数に選択性が低い。このため、上記のスケール成分となるイオン（スケール成分イオン）だけでなく、他のイオン（例えばＮａ＋、Ｃｌ−等のスケールとして析出しにくい成分）も同時に除去せざるを得ない。特許文献１の脱塩装置を用いてスケール成分イオンが比較的多く含まれる水を処理する場合には、十分な除去が行われないままスケール成分イオン濃度が高い水が逆浸透膜装置に送給されることになってしまう。逆浸透膜装置に高いイオン濃度の水が送給されないようにするためには、複数の通液型コンデンサを連結するなどして、通液型コンデンサで十分な除去を行う必要がある。しかし、この場合は装置が大型化してしまうことが問題となっていた。
スケール成分イオンを除去する別の方法としては、通液型コンデンサや逆浸透膜装置に流入させる前の被処理水に薬品を添加し、ＣａやＭｇを含む塩を析出・沈殿させる方法がある。この場合、沈殿槽が必要となり装置が大型化する。また、被処理水に不必要な薬品が混入することも問題となっていた。
本発明は、スケール成分イオンの除去率を高めることにより、より効果的にスケールの発生を抑制することができる水処理システムを提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る水処理システムは、脱塩部とイオン選択性除去部とを備えている。脱塩部は、互いに逆極性に帯電される一対の対向する電極、該電極の間に位置しイオンを含む水が流通可能とされる流路、及び、各々の前記電極の前記流路側に設置されるイオン交換膜を含み、前記電極に前記イオンを吸着させて前記イオンを含む水を脱塩処理する脱塩処理と前記電極から前記イオンを脱離させる再生処理とを行う。イオン選択性除去部は、前記脱塩部の下流側または上流側に設けられ、前記イオンの内スケール成分となる２価以上のイオンの除去率が、１価イオンの前記イオンの除去率よりも相対的に高く、前記イオンを含む水から前記２価以上のイオンを分離し除去する。
上記態様の水処理システムにおいて、前記イオン選択性除去部が前記脱塩部の下流側に設けられ、前記イオン選択性除去部が、前記脱塩部で前記脱塩処理された後の処理水から前記２価以上のイオンを除去することができる。
この場合、前記イオン選択性除去部で分離された前記２価以上のイオンを含む多価イオン濃縮水が、前記イオン選択性除去部から排出されて前記脱塩部の上流側に供給されることが好ましい。
この場合、前記イオン選択性除去部で分離された前記２価以上のイオンを含む多価イオン濃縮水が、前記イオン選択性除去部から排出されて前記脱塩部の上流側に供給されることが好ましい。
上記態様の水処理システムにおいて、前記イオン選択性除去部が前記脱塩部の上流側に設けられ、前記脱塩部が、前記イオン選択性除去部で分離された前記２価以上のイオンを含む多価イオン濃縮水を受け入れ、前記多価イオン濃縮水を脱塩処理することができる。
この場合、前記脱塩処理で前記脱塩部から排出された処理水が、前記イオン選択性除去部の上流側に供給されることがより好ましい。
この場合、前記脱塩処理で前記脱塩部から排出された処理水が、前記イオン選択性除去部の上流側に供給されることがより好ましい。
被処理水中には、アルカリ土類金属イオン（Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋）、Ｍｇ２＋、硫酸系イオン、炭酸系イオン、リン酸イオン、硫化物イオン、Ｆ−などのスケール成分イオンが含まれる。上記成分の塩が過飽和になると、スケールとして析出する。一方、上記イオンのうち、少なくとも２価の金属イオン（アルカリ土類イオンやＭｇ２＋）が除去されれば、Ｆ−やＨＣＯ３ −などの１価のスケール成分イオンが残留したとしても、スケール析出を防止できる。
上記水処理システムにおけるイオン選択性除去部は、具体的にイオン選択性を有するナノフィルタである。本発明者らは、イオンの種類によりナノフィルタによる除去率が異なり、スケール成分となる２価以上のイオン（アルカリ土類金属イオン、Ｍｇ２＋、ＳＯ４ ２−など）の除去率を極めて高くできることに着目した。
上記水処理システムにおけるイオン選択性除去部は、具体的にイオン選択性を有するナノフィルタである。本発明者らは、イオンの種類によりナノフィルタによる除去率が異なり、スケール成分となる２価以上のイオン（アルカリ土類金属イオン、Ｍｇ２＋、ＳＯ４ ２−など）の除去率を極めて高くできることに着目した。
上記の水処理システムでは、静電脱塩処理を行う脱塩部とイオン選択性除去部とを組み合わせている。
脱塩部は、脱塩及び再生が交互に繰り返されるため、電極及びイオン交換膜でスケールが発生しにくい。一方で、除去イオンの価数選択性がなく、被処理水中の全てのイオンが除去される。また、処理に多大な電力を要するので、運転コストが高い。
脱塩部は、脱塩及び再生が交互に繰り返されるため、電極及びイオン交換膜でスケールが発生しにくい。一方で、除去イオンの価数選択性がなく、被処理水中の全てのイオンが除去される。また、処理に多大な電力を要するので、運転コストが高い。
イオン選択性除去部は、２価以上のイオン（スケール成分イオン）の除去率が８０％以上と高い。一方、イオン選択性除去部は、スケールを構成しない１価イオンの除去率が例えば４５〜８０％程度と低い。本発明の水処理システムは、スケールを構成しない１価イオンがある程度通過することを許容しつつ、水に含まれる２価以上のイオンを分離し除去することができる。２価以上のイオンの除去率と１価イオンの除去率との差が大きい程、分離効果が高まる。ここで、本発明における「２価以上のイオンを分離し除去する」とは、水中から２価以上のイオンが８０％以上、望ましくは９８％以上、さらに望ましくは９９．８％以上除去された状態を指す。
イオン選択性除去部はイオンを濃縮する。例えばアルカリ金属イオンやＣｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＮＯ３ −などの陰イオンなどの１価イオンは、処理後の水に残留していてもスケール発生等の問題が発生しない。しかし、スケール成分イオンがイオン選択性除去部により濃縮されると、スケールが発生しやすいという欠点がある。
そこで、脱塩部及びイオン選択性除去部のいずれが上流側に設置されるかは、脱塩部及びイオン選択性除去部のそれぞれの利点・欠点と、被処理水の水質とに応じて決定される。
そこで、脱塩部及びイオン選択性除去部のいずれが上流側に設置されるかは、脱塩部及びイオン選択性除去部のそれぞれの利点・欠点と、被処理水の水質とに応じて決定される。
被処理水中の全イオン濃度に対する２価以上イオンの比（２価以上のイオン濃度／全イオン濃度）、あるいは、１価イオン濃度に対する２価以上のイオン濃度の比（２価以上のイオン濃度／１価イオン濃度）が高いために、２価以上のイオンを含んで構成されるスケール成分が飽和溶解度付近若しくは飽和溶解度より高い場合には、脱塩部が上流側に設けられる構成とする。この構成では、脱塩部で２価以上のイオン濃度がある程度まで低減される粗除去が行われた後、イオン選択性除去部で２価以上のイオンが選択的に除去される。こうすることにより、水処理システムの２価以上のイオンの除去率を高め、イオン選択性除去部でのスケール発生を効果的に防止することができる。
特に、イオン選択性除去部から排出された多価イオン濃縮水を脱塩部に循環させる構成とすると、２価以上のイオンの除去率を更に高めることが可能となる。
特に、イオン選択性除去部から排出された多価イオン濃縮水を脱塩部に循環させる構成とすると、２価以上のイオンの除去率を更に高めることが可能となる。
一方、被処理水中の２価以上のイオンを含んで構成されるスケール成分が飽和溶解度付近、もしくは、飽和溶解度より低い場合には、イオン選択性除去部が上流側に設けられる構成とする。このような場合は、先にイオン選択性除去部で被処理水が処理されてイオンが濃縮されても、スケール発生の恐れが低い。イオン選択性除去部による濃縮水が脱塩部で処理されるので、脱塩部に送給される水量が減少する。このため、装置容積を縮小するとともに、脱塩部を稼働するための電力を削減することが可能である。
特に、脱塩部の処理水をイオン選択性除去部に循環させる構成とすると、イオン除去率を更に高めることができるとともに、水処理システムの水回収率をさらに高めることができる。
特に、脱塩部の処理水をイオン選択性除去部に循環させる構成とすると、イオン除去率を更に高めることができるとともに、水処理システムの水回収率をさらに高めることができる。
なお、２価以上のイオンを含むスケール成分が飽和溶解度付近である場合には、脱塩部が上流側に設けられる構成、イオン選択性除去部が上流側に設けられる構成のいずれを採用しても良い。この場合は、運転コストと、脱塩部及びイオン選択性除去部それぞれでの処理後の水質に対する要求とを考慮して適宜設定する。
上記態様において、前記脱塩部及び前記イオン選択性除去部の下流側に、前記処理水及び前記イオン選択性除去部で前記２価以上のイオンが除去された後の水を受け入れ、前記受け入れた水中の前記イオンを濃縮するイオン濃縮部が設置されることができる。
前記イオン濃縮部は、脱塩装置、冷却塔及びボイラの少なくとも一つを含む。
前記イオン濃縮部は、脱塩装置、冷却塔及びボイラの少なくとも一つを含む。
上記のように、本発明の水処理システムによる処理水中の２価以上のイオン濃度は大幅に低減されている。逆浸透膜装置や冷却塔などの、系内でイオンが濃縮される装置（イオン濃縮部）でこの処理水が処理あるいは利用された場合であっても、イオン濃縮部内でのスケール発生を抑制することができる。
上記態様において、前記脱塩部及び前記イオン選択性除去部の下流側であって前記イオン濃縮部の上流側に、前記２価以上のイオンが除去された後の水中にアルカリ金属水酸化物を投入して前記２価以上のイオンが除去された後の水のｐＨを調整するｐＨ調整部が設置されることが好ましい。
脱塩部及びイオン選択性除去部でスケール成分イオンが処理された後の水には、イオン状シリカやイオン化されていないシリカが残留する。これらもスケール成分である。シリカはｐＨにより溶解状態が異なり、ｐＨ９以上でイオン状のシリカとして水中に著しく溶解する。本発明では、脱塩部及び選択性除去部の下流に設置されたｐＨ調整部で処理水のｐＨが適切に調整されることによりシリカを処理水中に溶解させた状態とする。これにより、イオン濃縮部内でのシリカのスケール発生を確実に抑制することができる。
上記態様において、前記脱塩部が、前記再生処理で前記脱塩部から排出された濃縮水を受け入れる分離部と接続し、該分離部が、前記濃縮水中の前記２価以上のイオンを固体として析出させて沈殿させる沈殿部と、該沈殿部から排出された前記固体を含む水から前記固体を分離する脱水部とを備え、前記沈殿部中の上澄液が、前記脱塩部の上流側または前記イオン選択性除去部の上流側に供給される構成としても良い。
このような構成とすることにより、濃縮水から例えばＣａＣＯ３やＣａＳＯ４といったスケール成分イオンを含む固体を分離回収することができる。更に、分離後の水を脱塩部やイオン選択性除去部に循環させることによって、水回収率を更に向上させることができる。
上記態様において、前記脱塩部の上流側に、前記イオンを含む水中の前記２価以上のイオンを固体として析出させて沈殿させる沈殿部と、該沈殿部から排出された前記固体を含む水から前記固体を分離する脱水部とを備える分離部が設置され、前記沈殿部から排出された上澄液が、前記脱塩部または前記イオン選択性除去部に送給されて脱塩処理される構成としても良い。
処理対象水中のスケール成分が飽和溶解度近傍若しくは飽和溶解度を超える水質である場合には、上記構成を採用することにより、脱塩部及びイオン選択性除去部に流入する前にスケール成分イオンの濃度を低減させることができ、イオン選択性除去部やイオン濃縮部でのスケール発生を防止することができる。
本発明の水処理システムでは、イオン選択性除去部と静電脱塩による脱塩部とを組み合わせることにより、被処理水から２価以上のイオンを高効率で分離・除去することができる。このため、下流側にイオンが濃縮される装置（イオン濃縮部）が設置された場合でも、イオン濃縮部内でのスケール発生を抑制することができる。
さらに、本発明の水処理システムは従来の装置と比べて小型化が可能であるという効果も奏する。
さらに、本発明の水処理システムは従来の装置と比べて小型化が可能であるという効果も奏する。
＜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。第１実施形態の水処理システム１は、被処理水の上流側から順に、脱塩部１０及びイオン選択性除去部２０を備える。
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。第１実施形態の水処理システム１は、被処理水の上流側から順に、脱塩部１０及びイオン選択性除去部２０を備える。
被処理水には、Ｎａ＋、Ｋ＋などのアルカリ金属イオン、Ｃａ２＋、Ｂａ２＋などのアルカリ土類金属イオン、Ｍｇ２＋といった陽イオン、Ｆ−、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＮＯ３ −、ＳＯ４ ２−、ＨＳＯ４ −、ＳＯ３ ２−、ＨＳＯ３ −、ＣＯ３ ２−、ＨＣＯ３ −、ＰＯ４ ３−、ＨＳ−、Ｓ２−といった陰イオンが含まれる。なお、上記に列挙したイオンは例示でありこれらに限定されない。
このうち、アルカリ土類金属イオン（Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋）、Ｍｇ２＋、硫酸系イオン（ＳＯ４ ２−、ＳＯ３ ２−）、炭酸系イオン（ＨＣＯ３ −、ＣＯ３ ２−）、リン酸イオン（ＰＯ４ ３−）、硫化物イオン（ＨＳ−、Ｓ２−）、及び、Ｆ−は、スケール成分イオンである。水中の上記スケール成分イオンを含む塩の濃度が飽和溶解度を超えた状態が継続されると、スケールが発生する。その塩の濃度が飽和溶解度を超えてからスケール発生までの時間は、イオン濃度やｐＨなどの条件により変化する。
上記イオンのうち、少なくとも２価の金属イオンであるアルカリ土類イオンやＭｇ２＋が除去されればスケール発生は防止できる。従って、水処理システム１において２価以上のイオンの除去率を高めれば、Ｆ−やＨＣＯ３ −などの１価のスケール成分イオンが残留したとしても、スケール析出を防止できる。
上記イオンのうち、少なくとも２価の金属イオンであるアルカリ土類イオンやＭｇ２＋が除去されればスケール発生は防止できる。従って、水処理システム１において２価以上のイオンの除去率を高めれば、Ｆ−やＨＣＯ３ −などの１価のスケール成分イオンが残留したとしても、スケール析出を防止できる。
脱塩部１０がイオン選択性除去部２０の上流側に設置される第１実施形態では、２価以上のイオン濃度／全イオン濃度、あるいは、２価以上のイオン濃度／１価イオン濃度が高いために、２価以上のイオンを含んで構成されるスケール成分が飽和溶解度付近、もしくは、飽和溶解度より高い被処理水が処理対象となる。上記の被処理水は、具体的に、冷却塔から排水されたブローダウン水、鉱山廃水、脱硫排水などである。上記の被処理水は、スケールの発生が懸念される性状である。
図１に示すように、脱塩部１０の下流側に排出路１６が設けられる。排出路１６は、経路の途中で処理水排出路１７と濃縮水排出路１８とに分岐される。処理水排出路１７及び濃縮水排出路１８に、それぞれバルブＶ１，Ｖ２が設置される。
図２は、脱塩部の概略図である。図２に示すように、脱塩部１０は、一対の対向する多孔質の電極１１，１３と、電極の間を供給水が流通可能な流路１５とを備える。電極１１の流路側面には陰イオン交換膜１２が設置され、電極１３の流路側面には陽イオン交換膜１４が設置される。
イオン選択性除去部２０は、処理水排出路１７に接続される。イオン選択性除去部２０は、種々のイオンを含む水から２価以上のイオンを高収率で分離することができる装置である。
具体的に、イオン選択性除去部２０は、イオン選択性を有するナノフィルタを備える装置である。ナノフィルタを挟んで上流側が濃縮部であり、下流側が処理部である。ナノフィルタは、１〜２ｎｍ程度の孔を多数有するフィルタである。本実施形態で使用できるナノフィルタの２価以上のイオンの除去率（分離率）は、８０％以上、望ましくは９８％以上、さらに望ましくは９９．８％以上であり、１価イオンなどその他のイオンの除去率は４５〜８０％である。
具体的に、イオン選択性除去部２０は、イオン選択性を有するナノフィルタを備える装置である。ナノフィルタを挟んで上流側が濃縮部であり、下流側が処理部である。ナノフィルタは、１〜２ｎｍ程度の孔を多数有するフィルタである。本実施形態で使用できるナノフィルタの２価以上のイオンの除去率（分離率）は、８０％以上、望ましくは９８％以上、さらに望ましくは９９．８％以上であり、１価イオンなどその他のイオンの除去率は４５〜８０％である。
イオン選択性除去部２０は、除去水排出部２１と多価イオン濃縮水排出部２２とを備える。除去水排出部２１は処理部に連結される。多価イオン濃縮水排出部２２は濃縮部に連結される。
水回収率を上げるために、本実施形態の水処理システム１では図１に示すように、多価イオン濃縮水排出部２２と脱塩部１０の上流側の配管とを接続する循環部３０が設置されても良い。
第１実施形態の水処理システム１を用いて、被処理水中のイオンを除去する処理を実施する方法を以下で説明する。
（Ａ）脱塩部での処理
上述した性状の被処理水が脱塩部１０に流入する。脱塩部１０は、以下の脱塩工程及び再生工程を実施する。
上述した性状の被処理水が脱塩部１０に流入する。脱塩部１０は、以下の脱塩工程及び再生工程を実施する。
（脱塩工程）
脱塩部１０の電極１１がプラスに、電極１３がマイナスになるように、各電極１１，１３に電圧が印加される。上記の通電状態を「正」と称する。この時、バルブＶ１が開放され、バルブＶ２が閉鎖される。
脱塩部１０の電極１１がプラスに、電極１３がマイナスになるように、各電極１１，１３に電圧が印加される。上記の通電状態を「正」と称する。この時、バルブＶ１が開放され、バルブＶ２が閉鎖される。
イオンを含む被処理水が正に通電された電極１１，１３間の流路１５を通過すると、被処理水中の陰イオンが陰イオン交換膜１２を透過して電極１１に吸着し、陽イオンが陽イオン交換膜１４を透過して電極１３に吸着する。これにより、被処理水中から一部のイオンが除去されて、被処理水中のイオン濃度が低減される。この脱塩工程では、１価イオン及び２価以上のイオンがほぼ同程度に被処理水中から除去される。
イオン濃度が低減された被処理水は、処理水として脱塩部１０から排出され、処理水排出路１７を通過し、脱塩処理装置の系外へ排出されて回収される。
（再生工程）
脱塩工程が所定時間実施された後、電極１１がマイナスに、電極１３がプラスになるように、各電極１１，１３に電圧が印加される。すなわち、電極は「逆」の通電状態となる。電極１１，１３が逆の通電状態となるのと同時に、バルブＶ１が閉鎖されバルブＶ２が開放される。これにより、再生工程が開始される。
脱塩工程が所定時間実施された後、電極１１がマイナスに、電極１３がプラスになるように、各電極１１，１３に電圧が印加される。すなわち、電極は「逆」の通電状態となる。電極１１，１３が逆の通電状態となるのと同時に、バルブＶ１が閉鎖されバルブＶ２が開放される。これにより、再生工程が開始される。
再生工程において、脱塩工程で吸着されたイオンが電極１１，１３から脱離され、流路１５に戻る。流路１５に戻った陽イオン及び陰イオンは、それぞれ陰イオン交換膜１２及び陽イオン交換膜１４を透過できないため、流路１５に蓄積される。
所定時間経過後、図１及び図２に図示されない系統から清浄な水（清水）が供給される。流路１５に放出されたイオンは清水とともに脱塩部１０から排出される。脱塩部１０から排出された水は、濃縮水として濃縮水排出路１８を通過して水処理システム１の系外へ排出される。
所定時間経過後、図１及び図２に図示されない系統から清浄な水（清水）が供給される。流路１５に放出されたイオンは清水とともに脱塩部１０から排出される。脱塩部１０から排出された水は、濃縮水として濃縮水排出路１８を通過して水処理システム１の系外へ排出される。
上記の脱塩工程と再生工程は、所定時間毎に交互に実施される。例えば、脱塩工程及び再生工程は、それぞれ１〜６０分間、好ましくは１〜１０分間実施される。
（Ｂ）イオン選択性除去部での処理
脱塩部１０から排出された処理水がイオン選択性除去部２０に流入する。脱塩部の処理水中に含まれるイオンのうち分離率に対応する量が、ナノフィルタを透過することができずに濃縮部に残留し、１００％−分離率に対応する量が処理部側に透過する。従って、Ｎａ＋やＣｌ−などの１価イオンの一部は、イオン選択性除去部を透過する。一方、２価以上のイオンは、イオン選択性除去部により９８％以上除去され、濃縮部内の高濃度に２価以上のイオンを含む水（多価イオン濃縮水）と、下流側の処理部内の２価以上のイオンの大部分が除去された（２価以上のイオンの濃度が２％以下に低減された）水とに分離される。
脱塩部１０から排出された処理水がイオン選択性除去部２０に流入する。脱塩部の処理水中に含まれるイオンのうち分離率に対応する量が、ナノフィルタを透過することができずに濃縮部に残留し、１００％−分離率に対応する量が処理部側に透過する。従って、Ｎａ＋やＣｌ−などの１価イオンの一部は、イオン選択性除去部を透過する。一方、２価以上のイオンは、イオン選択性除去部により９８％以上除去され、濃縮部内の高濃度に２価以上のイオンを含む水（多価イオン濃縮水）と、下流側の処理部内の２価以上のイオンの大部分が除去された（２価以上のイオンの濃度が２％以下に低減された）水とに分離される。
図１のように循環部３０が設置された水処理システムの場合、循環部３０を通じて多価イオン濃縮水が脱塩部１０の上流側に供給される。脱塩部１０上流側に供給された多価イオン濃縮水は被処理水と混合し、脱塩部１０での脱塩工程で脱塩処理される。
循環部が設置されない場合、多価イオン濃縮水は多価イオン濃縮水排出部２２から水処理システム１の系外に排出される。
循環部が設置されない場合、多価イオン濃縮水は多価イオン濃縮水排出部２２から水処理システム１の系外に排出される。
表１は、実施例１として図１の水処理システムでイオンを含む水を処理した場合のシミュレーション結果である。表１には、被処理水（鉱山廃水）及び配管Ｌ１−１〜Ｌ１−５を流通する水に含まれるイオンの濃度及び総溶解固形物（ＴＤＳ）濃度が示されている。配管Ｌ１−１〜Ｌ１−５の位置は以下のとおりである。
Ｌ１−１：脱塩部入口配管（循環部接続位置の下流側）
Ｌ１−２：処理水排出路
Ｌ１−３：濃縮水排出路
Ｌ１−４：循環部配管
Ｌ１−５：除去水排出部配管
シミュレーションは、以下の条件で行った。
脱塩部：水回収率８０％、イオン除去率８０％。
イオン選択性除去部：水回収率８５％、２価以上のイオン除去率９８％。１価イオン除去率６０％。
Ｌ１−１：脱塩部入口配管（循環部接続位置の下流側）
Ｌ１−２：処理水排出路
Ｌ１−３：濃縮水排出路
Ｌ１−４：循環部配管
Ｌ１−５：除去水排出部配管
シミュレーションは、以下の条件で行った。
脱塩部：水回収率８０％、イオン除去率８０％。
イオン選択性除去部：水回収率８５％、２価以上のイオン除去率９８％。１価イオン除去率６０％。
比較例１として、上記実施例と同じ性状の水を脱塩部のみを有する水処理システムで水処理を実施した場合のシミュレーションを行った。表２には被処理水、脱塩部の処理水及び濃縮水中に含まれるＴＤＳ濃度及びイオンの濃度を示した。シミュレーション条件は、脱塩部の水回収率８０％、イオン除去率８０％とした。
実施例１の水処理システムは、同性状の被処理水を処理した比較例１の水処理システムと比較して、Ｌ１−５の処理水中のＴＤＳ濃度が低減されている。特に実施例１ではスケールを構成する２価以上のイオンであるＣａ２＋、Ｍｇ２＋、ＳＯ４ ２−の濃度が大幅に低減されている。なお、上記実施例１の場合、スケール成分イオンであるＨＣＯ３ −が処理水中にある程度残留するが（Ｌ１−５）、２価金属イオン濃度が低いために、スケール析出は発生しない。
このように、被処理水が２価以上のイオンを含んで構成されるスケール成分が飽和溶解度付近若しくは飽和溶解度よりも高い水質の場合、第１実施形態の構成の水再生処理システムで水処理を行うと、２価以上のイオン濃度を極めて低くすることができるので、スケール析出抑制に有利である。
このように、被処理水が２価以上のイオンを含んで構成されるスケール成分が飽和溶解度付近若しくは飽和溶解度よりも高い水質の場合、第１実施形態の構成の水再生処理システムで水処理を行うと、２価以上のイオン濃度を極めて低くすることができるので、スケール析出抑制に有利である。
第１実施形態の水処理システム１では、図１に示すようにイオン選択性除去部２０の除去水排出部２１の下流側にイオン濃縮部４０が設置される場合がある。イオン濃縮部４０は、脱塩部１０及びイオン選択性除去部２０を通過した水中のイオンが更に濃縮される装置である。イオン濃縮部４０の例として、脱塩装置、ボイラ、冷却塔が挙げられる。
脱塩装置として、逆浸透膜装置、電気透析装置（ＥＤ）、電気再生式純水装置（ＥＤＩ）、イオン交換樹脂装置の他、脱塩部１０と同じ脱塩装置（静電脱塩装置）などが設置可能である。
逆浸透膜装置は、ナノフィルタよりも小さい孔（０．５ｎｍ程度）を有し、ナノフィルタよりもイオン除去率が高い逆浸透膜を有する装置である。イオン濃縮部４０として逆浸透膜装置を設置した場合、脱塩部１０及びイオン選択性除去部２０を通過した水中に残留するイオン（１価イオン）が逆浸透膜装置で除去される。イオンの除去率を高めるために、複数の逆浸透膜装置が直列に接続される構成とされても良い。本実施形態の水処理システム１により逆浸透膜装置で処理される水中のスケールとなる２価以上のイオン濃度が大幅に低減されているため、逆浸透膜装置でのスケール析出が抑制される。
イオン濃縮部４０として逆浸透膜装置を設置した場合、逆浸透膜装置の濃縮部側の下流に、蒸発器や晶析器が設置されても良い。蒸発器及び晶析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。
イオン濃縮部４０として逆浸透膜装置が設置される場合、図１に示すようにイオン選択性除去部２０の下流側であってイオン濃縮部４０の上流側に、ｐＨ調整部５０が更に設置されることが好ましい。
被処理水中には、他のスケール成分としてイオン状シリカやイオン化していない固体状のシリカが含まれる。イオン状シリカは脱塩部及びイオン選択性除去部での除去率が低いために水処理システム１を透過する。また、イオン化していないシリカも水処理システム１を透過する。水処理システム１で処理された後の処理水中には、シリカ状イオンや固体状のシリカが含まれる。
水中に存在するシリカの溶解度はｐＨに依存し変化し、ｐＨが９以上でイオン状のシリカとして水中に著しく溶解する。ｐＨ調整部５０は、イオン選択性除去部２０とイオン濃縮部４０との間を通過する水のｐＨ（図３において不図示のｐＨで計測される）が９以上となるように、水中にアルカリ剤を投入する。ここで、アルカリ剤は、Ｎａ、Ｋなどのアルカリ金属の水酸化物の水溶液である。
水中に存在するシリカの溶解度はｐＨに依存し変化し、ｐＨが９以上でイオン状のシリカとして水中に著しく溶解する。ｐＨ調整部５０は、イオン選択性除去部２０とイオン濃縮部４０との間を通過する水のｐＨ（図３において不図示のｐＨで計測される）が９以上となるように、水中にアルカリ剤を投入する。ここで、アルカリ剤は、Ｎａ、Ｋなどのアルカリ金属の水酸化物の水溶液である。
ｐＨ調整部５０でｐＨを調整することにより、後段で逆浸透膜装置が設置された場合にスケール発生を抑制することができる。
イオン濃縮部４０としてボイラが設置された場合、イオン選択性除去部２０の除去水排出部２１から排出された２価以上のイオン濃度が低減された水が、ボイラ給水に用いられる。使用によりボイラ水から水が蒸発するため、メークアップ前のボイラ水はイオン濃度が高い状態となる。従って、本実施形態の水処理システム１により２価以上のイオン濃度が大幅に低減されたボイラ給水を用いれば、ボイラ内での濃縮によるスケール発生を防止することができる。
イオン濃縮部４０として冷却塔が設置された場合、イオン選択性除去部２０の除去水排出部２１から排出された２価以上のイオン濃度が低減された水とボイラなどから排出された高温の排ガスとの間で熱交換が行われる。この熱交換により水の一部が蒸気となり、冷却塔内でイオンが濃縮される。濃縮された水の一部はブロー水として冷却塔から排出される。
本実施形態の水処理システム１と冷却塔とを組み合わせることによって、イオン濃度が十分に低下された水が冷却塔で利用されることになる。このため、冷却塔内での濃縮度を大きくすることができ、冷却塔での水の利用効率が向上される。また、本実施形態の水処理システム１により２価以上のイオン濃度が大幅に低減されているため、冷却塔内での濃縮によるスケール発生を防止することができる。
イオン濃縮部４０としてボイラや冷却塔が設置された場合、脱塩装置と組み合わせ、脱塩装置による処理水がボイラや冷却塔に送給される構成とされても良い。逆浸透膜装置と組み合わせた場合に、逆浸透膜装置の濃縮部の下流側に設置された蒸発器及び晶析器から排出された水（イオンが除去された水）が冷却塔やボイラに送給される構成としても良い。
なお、本実施形態の水処理システム１は２価以上のイオン濃度が低減された水を生成するため、アルカリ土類金属イオンの存在が問題となる洗濯用水などにも利用可能である。
＜第２実施形態＞
図３及び図４は、本発明の第２実施形態に係る水処理システムの概略図である。
第２実施形態では、２価以上のイオンを含んで構成されるスケール成分が飽和溶解度付近、若しくは、飽和溶解度より低い水が処理対象となる。例えば、河川水、下水処理水、かん水、工場排水、工場排水処理水などである。
下水処理水や工場排水処理水は、有機物や有害物質等を除去した後の水である。有機物や有害物質等を除去するために、水処理システムの上流側に前処理部、及び、有機物処理部が設置されても良い。前処理部において、被処理水中の油分、重金属類、浮遊粒子などが被処理水から除去される。有機物処理部は、微生物を用いて有機物を分解除去する生物処理部と、有機物を化学的に酸化処理する化学酸化処理部と、活性炭と、紫外線処理装置とが、適宜組み合わされた構成とされる。
図３及び図４は、本発明の第２実施形態に係る水処理システムの概略図である。
第２実施形態では、２価以上のイオンを含んで構成されるスケール成分が飽和溶解度付近、若しくは、飽和溶解度より低い水が処理対象となる。例えば、河川水、下水処理水、かん水、工場排水、工場排水処理水などである。
下水処理水や工場排水処理水は、有機物や有害物質等を除去した後の水である。有機物や有害物質等を除去するために、水処理システムの上流側に前処理部、及び、有機物処理部が設置されても良い。前処理部において、被処理水中の油分、重金属類、浮遊粒子などが被処理水から除去される。有機物処理部は、微生物を用いて有機物を分解除去する生物処理部と、有機物を化学的に酸化処理する化学酸化処理部と、活性炭と、紫外線処理装置とが、適宜組み合わされた構成とされる。
図３及び図４の水処理システム１０１，２０１は、第１実施形態と同様の構成の脱塩部１１０及びイオン選択性除去部１２０を備える。イオン選択性除去部１２０は脱塩部１１０の上流に設置される。第１実施形態と同様に、水処理システム１０１，２０１の下流側にイオン濃縮部１４０及びｐＨ調整部１５０を備えても良い。
イオン選択性除去部１２０の除去水排出部１２１は、イオン濃縮部１４０に連結される。イオン選択性除去部１２０の多価イオン濃縮水排出部１２２は、脱塩部１１０に連結される。脱塩部１１０の処理水排出路１１７は、イオン濃縮部１４０に接続する。
図３の水処理システム１０１では、脱塩部１１０の処理水排出路１１７が、循環部１３０を通じてイオン選択性除去部１２０の上流側の配管に連結する。
被処理水の水質に応じ、図３あるいは図４の構成を選択する。被処理水中の２価以上のイオン濃度が非常に低く、脱塩部１１０の処理水中の２価以上のイオン濃度が十分に低減されている場合は、図４のように循環部を設けなくても良い。
被処理水の水質に応じ、図３あるいは図４の構成を選択する。被処理水中の２価以上のイオン濃度が非常に低く、脱塩部１１０の処理水中の２価以上のイオン濃度が十分に低減されている場合は、図４のように循環部を設けなくても良い。
図３の水処理システム１０１または図４の水処理システム２０１を用いて、被処理水中のイオンを除去する処理を実施する方法を以下で説明する。
（ａ）イオン選択性除去部での処理
被処理水がイオン選択性除去部１２０に流入する。第１実施形態と同様に、イオン選択性除去部１２０が、被処理水を多価イオン濃縮水と、２価以上のイオン濃度が低減された水とに分離する。
２価以上のイオン濃度が低減された水は、除去水排出部１２１を通じてイオン選択性除去部１２０から排出される。排出された水は、イオン濃縮部１４０に送給される。
多価イオン濃縮水は、多価イオン濃縮水排出部１２２を通じてイオン選択性除去部１２０から排出され、脱塩部１１０に送給される。
被処理水がイオン選択性除去部１２０に流入する。第１実施形態と同様に、イオン選択性除去部１２０が、被処理水を多価イオン濃縮水と、２価以上のイオン濃度が低減された水とに分離する。
２価以上のイオン濃度が低減された水は、除去水排出部１２１を通じてイオン選択性除去部１２０から排出される。排出された水は、イオン濃縮部１４０に送給される。
多価イオン濃縮水は、多価イオン濃縮水排出部１２２を通じてイオン選択性除去部１２０から排出され、脱塩部１１０に送給される。
（ｂ）脱塩部での処理
脱塩部１１０は第１実施形態と同様の脱塩工程及び再生工程を実施し、多価イオン濃縮水を処理する。第２実施形態では、脱塩工程で多価イオン濃縮水中の２価以上のイオンを吸着・除去する。
再生工程により生成する濃縮水は、濃縮水排出路１１８を通じて図３の水処理システム１０１または図４の水処理システム２０１の系外に排出される。
脱塩部１１０は第１実施形態と同様の脱塩工程及び再生工程を実施し、多価イオン濃縮水を処理する。第２実施形態では、脱塩工程で多価イオン濃縮水中の２価以上のイオンを吸着・除去する。
再生工程により生成する濃縮水は、濃縮水排出路１１８を通じて図３の水処理システム１０１または図４の水処理システム２０１の系外に排出される。
図３の水処理システム１０１では、処理水が処理水排出路１１７及び循環部１３０を通じて、イオン選択性除去部１２０に送給される。送給された処理水は、被処理水と一緒になってイオン選択性除去部１２０に流入する。すなわち、図３の水処理システム１０１では、多価イオン濃縮水が脱塩部１１０を通過した上でイオン選択性除去部１２０に循環される。
図４の水処理システム２０１では、脱塩工程により脱塩処理された処理水は、処理水排出路１１７を通じてイオン選択性除去部１２０から排出された２価以上のイオン濃度が低減された水と合流する。その後、処理水は２価以上のイオン濃度が低減された水とともにイオン濃縮部１４０に送給される。
表３は、実施例２として図３の水処理システムでイオンを含む水を処理した場合のシミュレーション結果である。表３には、被処理水（工場排水）及び配管Ｌ２−１〜Ｌ２−５を流通する水に含まれるイオンの濃度及び総溶解固形物（ＴＤＳ：Ｔｏｔａｌ Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ）濃度が示されている。配管Ｌ２−１〜Ｌ２−５の位置は以下のとおりである。
Ｌ２−１：イオン選択性除去部入口配管（循環部接続位置の下流側）
Ｌ２−２：脱塩部入口配管（多価イオン濃縮水排出部に接続）
Ｌ２−３：濃縮水排出路
Ｌ２−４：循環部配管（処理水排出路に接続）
Ｌ２−５：イオン選択性除去部の除去水排出部配管
シミュレーションは、以下の条件で行った。
脱塩部：水回収率８０％、イオン除去率８０％。
イオン選択性除去部：水回収率８５％、２価以上のイオン除去率９８％。１価イオン除去率６０％。
Ｌ２−１：イオン選択性除去部入口配管（循環部接続位置の下流側）
Ｌ２−２：脱塩部入口配管（多価イオン濃縮水排出部に接続）
Ｌ２−３：濃縮水排出路
Ｌ２−４：循環部配管（処理水排出路に接続）
Ｌ２−５：イオン選択性除去部の除去水排出部配管
シミュレーションは、以下の条件で行った。
脱塩部：水回収率８０％、イオン除去率８０％。
イオン選択性除去部：水回収率８５％、２価以上のイオン除去率９８％。１価イオン除去率６０％。
比較例２として、上記実施例２と同じ性状の水を脱塩部のみを有する水処理システムで水処理を実施した場合のシミュレーションを行った。表４には被処理水、脱塩部の処理水及び濃縮水中に含まれるＴＤＳ濃度及びイオンの濃度を示した。シミュレーション条件は、脱塩部の水回収率８０％、イオン除去率８０％とした。
実施例２の水処理システムは、同性状の被処理水を処理した比較例２の水処理システムと比較して、Ｌ２−５の処理水中の２価以上のイオン（Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、ＳＯ４ ２−）の濃度が大幅に低減されている。
実施例２の被処理水よりも２価以上のイオン濃度が低い水を処理する場合には、Ｌ２−４での処理水中の２価以上のイオン濃度が表３よりも更に低減することになる。従って、脱塩部の処理水の水質（表３のＬ２−４に相当）がイオン選択性除去部の除去水の水質（表３のＬ２−５に相当）と同程度になる場合は、図４のように循環部を設けなくても良い。
実施例２の被処理水よりも２価以上のイオン濃度が低い水を処理する場合には、Ｌ２−４での処理水中の２価以上のイオン濃度が表３よりも更に低減することになる。従って、脱塩部の処理水の水質（表３のＬ２−４に相当）がイオン選択性除去部の除去水の水質（表３のＬ２−５に相当）と同程度になる場合は、図４のように循環部を設けなくても良い。
イオン濃縮部１４０は、第１実施形態と同様に脱塩装置、ボイラ、冷却塔を含み、これらが組み合わされた構成とされても良い。
脱塩装置として逆浸透膜装置を採用した場合は、逆浸透膜装置の下流側に、蒸発器や晶析器が設置されても良い。
脱塩装置として逆浸透膜装置を採用した場合は、逆浸透膜装置の下流側に、蒸発器や晶析器が設置されても良い。
また、イオン濃縮部１４０の上流側であって水処理システムの下流側において、水のｐＨを調整してシリカの析出を抑制するためのｐＨ調整部５０が更に設置されることが好ましい。ｐＨ調整部５０でｐＨを調整することにより、後段で逆浸透膜装置が設置された場合にスケール発生を抑制することができる。
以上のように、第２実施形態の水処理システム１０１，２０１では、２価以上のイオンを含んで構成されるスケール成分が飽和溶解度付近または飽和溶解度より低い被処理水を処理する場合、イオン除去率及び水回収率を高められるであるので有利である。図３の水処理システム１０１では、脱塩部１１０での処理水も再度イオン選択性除去部１２０に供給されるため、イオン選択性除去部１２０から排出される処理水中の２価以上のイオン濃度が大幅に低減される。このため、水処理システム１０１，２０１の下流側に設置される機器でのスケール発生を効果的に抑制することができる。
第２実施形態の水処理システム１０１，２０１で処理された水も、アルカリ土類金属イオンが低減されているために、洗濯用水として利用可能である。
＜第３実施形態＞
図５は、本発明の第３実施形態として、第１実施形態の水処理システムにおける脱塩部の濃縮水からＣａを固体として分離回収する構成を説明する概略図である。
水処理システム１の濃縮水排出路１８は、分離部３００に接続する。分離部３００は、沈殿部３０１及び脱水部３０２を備える。図５は、図１の水処理システムにおいて、Ｃａ２＋及びＣＯ３ ２−を主たるスケール成分イオンとして含む濃縮水からＣａＣＯ３を回収する場合を例示する。
図５は、本発明の第３実施形態として、第１実施形態の水処理システムにおける脱塩部の濃縮水からＣａを固体として分離回収する構成を説明する概略図である。
水処理システム１の濃縮水排出路１８は、分離部３００に接続する。分離部３００は、沈殿部３０１及び脱水部３０２を備える。図５は、図１の水処理システムにおいて、Ｃａ２＋及びＣＯ３ ２−を主たるスケール成分イオンとして含む濃縮水からＣａＣＯ３を回収する場合を例示する。
図５の分離部３００は、沈殿部３０１として第１沈殿装置３０１ａ及び第２沈殿装置３０１ｂを備える。濃縮水排出路１８は第１沈殿装置３０１ａに接続し、第１沈殿装置３０１ａに脱塩部１０の濃縮水が供給される。ｐＨ調整のため第１沈殿装置３０１ａにＣａ（ＯＨ）２が投入される。ＣａＣＯ３が過飽和となると、ＣａＣＯ３が析出して第１沈殿装置３０１ａの底部に沈殿する。濃縮水に含有される重金属も第１沈殿装置３０１ａの底部に沈殿する。
第１沈殿装置３０１ａと第２沈殿装置３０１ｂとが接続される。第１沈殿装置３０１ａ内においてＣａ２＋濃度がＣＯ３ ２−濃度よりも相対的に高い場合は、Ｃａ２＋を含む上澄液が第１沈殿装置３０１ａから第２沈殿装置３０１ｂに送給される。第２沈殿装置３０１ｂにＮａ２ＣＯ３が投入され、Ｃａ２＋がＣａＣＯ３として析出し底部に沈殿する。
第２沈殿装置３０１ｂ内の上澄液には、第１沈殿装置３０１ａ及び第２沈殿装置３０１ｂで分離できなかったスケール成分イオンが含まれる。図５においては、第２沈殿装置３０１ｂの上澄液は、第２沈殿装置３０１ｂから排出されて脱塩部１０の上流側に供給される。なお、第２沈殿装置３０１ｂが処理水排出路１７に接続され、第２沈殿装置３０１ｂの上澄液がイオン選択性除去部２０に供給されても良い。上澄液の供給先は、上澄液の性状、被処理水の性状、及び、脱塩部１０の処理水の性状に応じて、適宜選択することができる。
第１沈殿装置３０１ａ及び第２沈殿装置３０１ｂの底部は脱水部３０２に接続する。第１沈殿装置３０１ａ及び第２沈殿装置３０１ｂの底部から沈殿物を含む水が排出され、脱水部３０２に送給される。脱水部３０２は水と固形物とを分離し、ＣａＣＯ３を含むスラッジが回収される。脱水部３０２で分離された水は、第１沈殿装置３０１ａに循環される。
＜第４実施形態＞
図６は、本発明の第４実施形態として、第２実施形態の水処理システムにおける脱塩部の濃縮水からＣａを固体として分離回収する構成を説明する概略図である。図６は、図３の水処理システムにおいて、Ｃａ２＋及びＣＯ３ ２−を主たるスケール成分イオンとして含む濃縮水からＣａＣＯ３を回収する場合を例示する。図６において、図５と同じ構成には同じ符号を付している。
分離部４００の構成は第３実施形態と同じである。図６においては、第２沈殿装置３０１ｂの上澄液が、イオン選択性除去部１２０の上流側に循環される構成となっている。なお、第２沈殿装置３０１ｂがイオン選択性除去部１２０と脱塩部１１０との間の配管に接続され、第２沈殿装置３０１ｂの上澄液が脱塩部１１０に循環されても良い。上澄液の供給先は、上澄液の性状、被処理水の性状、及び、イオン選択性除去部１２０の多価イオン濃縮水の性状に応じて、適宜選択することができる。
図６は、本発明の第４実施形態として、第２実施形態の水処理システムにおける脱塩部の濃縮水からＣａを固体として分離回収する構成を説明する概略図である。図６は、図３の水処理システムにおいて、Ｃａ２＋及びＣＯ３ ２−を主たるスケール成分イオンとして含む濃縮水からＣａＣＯ３を回収する場合を例示する。図６において、図５と同じ構成には同じ符号を付している。
分離部４００の構成は第３実施形態と同じである。図６においては、第２沈殿装置３０１ｂの上澄液が、イオン選択性除去部１２０の上流側に循環される構成となっている。なお、第２沈殿装置３０１ｂがイオン選択性除去部１２０と脱塩部１１０との間の配管に接続され、第２沈殿装置３０１ｂの上澄液が脱塩部１１０に循環されても良い。上澄液の供給先は、上澄液の性状、被処理水の性状、及び、イオン選択性除去部１２０の多価イオン濃縮水の性状に応じて、適宜選択することができる。
第３及び第４実施形態の構成では、脱塩部の濃縮水からスラッジを回収した後の水を水処理システムに循環させているため、水回収率を更に向上させることができる。
＜第５実施形態＞
図７は、本発明の第５実施形態として、第１実施形態の水処理システムの上流に分離部を設置する構成を説明する概略図である。図７は、図１の水処理システムに接続される構成であり、被処理水中のスケール成分イオンが主としてＣａ２＋及びＣＯ３ ２−である場合の例である。図７において、図５と同じ構成には同じ符号を付している。
図７は、本発明の第５実施形態として、第１実施形態の水処理システムの上流に分離部を設置する構成を説明する概略図である。図７は、図１の水処理システムに接続される構成であり、被処理水中のスケール成分イオンが主としてＣａ２＋及びＣＯ３ ２−である場合の例である。図７において、図５と同じ構成には同じ符号を付している。
第５実施形態の分離部５００は、第３実施形態と同様に沈殿部３０１と脱水部３０２とを備える。第２沈殿装置３０１ｂの上澄液が第１実施形態の脱塩部１０に送給される。それ以外の分離部５００の構成は、第３実施形態と同じである。
図７では、循環部３０は第２沈殿装置３０１ｂと脱塩部１０との間の配管に接続され、イオン選択性除去部２０の多価イオン濃縮水が上澄液とともに脱塩部１０に送給されている。ただし、多価イオン濃縮水の性状、被処理水の性状、及び、上澄液の性状に応じて、循環部３０は第１沈殿装置３０１ａに接続されて、多価イオン濃縮水が第１沈殿装置３０１ａに供給される構成としても良い。
図７では、循環部３０は第２沈殿装置３０１ｂと脱塩部１０との間の配管に接続され、イオン選択性除去部２０の多価イオン濃縮水が上澄液とともに脱塩部１０に送給されている。ただし、多価イオン濃縮水の性状、被処理水の性状、及び、上澄液の性状に応じて、循環部３０は第１沈殿装置３０１ａに接続されて、多価イオン濃縮水が第１沈殿装置３０１ａに供給される構成としても良い。
第５実施形態の構成は、Ｃａ２＋が飽和濃度を超える水質の被処理水である場合に有効である。Ｃａ２＋濃度が極めて高い被処理水が水処理システム１に流入した場合、脱塩部１０でＣａ２＋を十分に除去できず、脱塩部１０の処理水中のＣａ２＋濃度が高い状態でイオン選択性除去部２０に流入することになる。この場合、イオン選択性除去部２０の濃縮部側のＣａ２＋濃度が高くなるために、イオン選択性除去部２０内でスケールが発生する恐れがある。また、このような場合は水処理システム１によるスケール成分除去が不十分となる可能性もある。
第５実施形態の構成では、予め被処理水中のＣａ２＋を除去し、水処理システム１に流入する直前でＣａ２＋の飽和濃度付近まで低減させることができる。従って、分離部５００の後段に設けられる機器、すなわち、イオン選択性除去部やイオン濃縮部でのスケール発生が防止される。
＜第６実施形態＞
図８は、本発明の第６実施形態として、第２実施形態の水処理システムの上流に分離部を設置する構成を説明する概略図である。図８は、図３の水処理システムに接続される構成であり、被処理水中のスケール成分イオンが主としてＣａ２＋及びＣＯ３ ２−である場合の例である。図８において、図５と同じ構成には同じ符号を付している。
なお、第６実施形態は、図４の水処理システムに分離部を設置した構成としても良い。
＜第６実施形態＞
図８は、本発明の第６実施形態として、第２実施形態の水処理システムの上流に分離部を設置する構成を説明する概略図である。図８は、図３の水処理システムに接続される構成であり、被処理水中のスケール成分イオンが主としてＣａ２＋及びＣＯ３ ２−である場合の例である。図８において、図５と同じ構成には同じ符号を付している。
なお、第６実施形態は、図４の水処理システムに分離部を設置した構成としても良い。
第６実施形態の分離部６００は、第３実施形態と同様に沈殿部３０１と脱水部３０２とを備える。第２沈殿装置３０１ｂの上澄液が第２実施形態のイオン選択性除去部１２０に送給される。それ以外の分離部６００の構成は、第４実施形態と同じである。
図８では、濃縮水排出路１１８は第１沈殿装置３０１ａに接続され、脱塩部１１０の濃縮水が第１沈殿装置３０１ａに送給されている。ただし、濃縮水の性状、被処理水の性状、及び、上澄液の性状に応じて、濃縮水排出路１１８は第２沈殿装置３０１ｂとイオン選択性除去部１２０との間の配管に接続されて、濃縮水がイオン選択性除去部１２０に供給される構成としても良い。
図８では、濃縮水排出路１１８は第１沈殿装置３０１ａに接続され、脱塩部１１０の濃縮水が第１沈殿装置３０１ａに送給されている。ただし、濃縮水の性状、被処理水の性状、及び、上澄液の性状に応じて、濃縮水排出路１１８は第２沈殿装置３０１ｂとイオン選択性除去部１２０との間の配管に接続されて、濃縮水がイオン選択性除去部１２０に供給される構成としても良い。
上述のようにＣａＣＯ３を回収する場合には、沈殿部３０１でのｐＨを１０程度に調整し、ＣａＣＯ３の飽和溶解度を低くして析出しやすくしている。一方、水処理システムではＣａＣＯ３が析出しにくい条件（具体的にｐＨ７程度）であることが好ましい。そこで、ＣａＣＯ３を回収する場合には、第２沈殿装置３０１ｂの下流側に中和部（不図示）を設け、中和部において第２沈殿装置３０１ｂから排出された上澄液のｐＨが７程度に調整されてから、脱塩部やイオン選択性除去部に送給することが好ましい。
被処理水の主たるスケール成分イオンがＣａ２＋及びＣＯ３ ２−以外の組み合わせである場合も、第３乃至第６実施形態と同様に分離部を設け、スケール成分イオンを固体として回収することができる。また、第５，６実施形態と同様の配置とすることにより、Ｃａ２＋及びＣＯ３ ２−以外のスケール成分イオンの濃度も低減させることができる。
但し、ＣａＳＯ４は水に対する溶解度が小さい。分離部が主にＣａＳＯ４を回収する場合は、第２沈殿装置が不要であり、第１沈殿装置の上澄液が脱塩部またはイオン選択性除去部の上流側に循環される構成としても良い。
但し、ＣａＳＯ４は水に対する溶解度が小さい。分離部が主にＣａＳＯ４を回収する場合は、第２沈殿装置が不要であり、第１沈殿装置の上澄液が脱塩部またはイオン選択性除去部の上流側に循環される構成としても良い。
１，１０１，２０１ 水処理システム
１０，１１０ 脱塩部
１１，１３ 電極
１２ 陰イオン交換膜
１４ 陽イオン交換膜
１５ 流路
１６ 排出路
１７，１１７ 処理水排出路
１８，１１８ 濃縮水排出路
２０，１２０ イオン選択性除去部
２１，１２１ 除去水排出部
２２，１２２ 多価イオン濃縮水排出部
３０，１３０ 循環部
４０，１４０ イオン濃縮部
５０，１５０ ｐＨ調整部
３００，４００，５００，６００ 分離部
３０１ 沈殿部
３０１ａ 第１沈殿装置
３０１ｂ 第２沈殿装置
３０２ 脱水部
１０，１１０ 脱塩部
１１，１３ 電極
１２ 陰イオン交換膜
１４ 陽イオン交換膜
１５ 流路
１６ 排出路
１７，１１７ 処理水排出路
１８，１１８ 濃縮水排出路
２０，１２０ イオン選択性除去部
２１，１２１ 除去水排出部
２２，１２２ 多価イオン濃縮水排出部
３０，１３０ 循環部
４０，１４０ イオン濃縮部
５０，１５０ ｐＨ調整部
３００，４００，５００，６００ 分離部
３０１ 沈殿部
３０１ａ 第１沈殿装置
３０１ｂ 第２沈殿装置
３０２ 脱水部
Claims (7)
- 互いに逆極性に帯電される一対の対向する電極、該電極の間に位置しイオンを含む水が流通可能とされる流路、及び、各々の前記電極の前記流路側に設置されるイオン交換膜を含み、前記電極に前記イオンを吸着させて前記イオンを含む水を脱塩処理する脱塩処理と前記電極から前記イオンを脱離させる再生処理とを行う脱塩部と、
イオン選択性を有するナノフィルタであり、前記イオンの内スケール成分となる２価以上のイオンの除去率が、１価イオンの前記イオンの除去率よりも相対的に高く、前記イオンを含む水から前記２価以上のイオンを分離し除去するイオン選択性除去部とを備え、
前記イオン選択性除去部が前記脱塩部の脱塩処理水側の下流に設けられ、前記イオン選択性除去部が、前記脱塩部で前記脱塩処理された後の処理水から前記２価以上のイオンを除去し、
前記イオン選択性除去部で分離された前記２価以上のイオンを含む多価イオン濃縮水が、前記イオン選択性除去部から排出されて前記脱塩部の上流側に供給される水処理システム。 - 前記脱塩部及び前記イオン選択性除去部の下流側に、前記脱塩部で脱塩処理された後の処理水及び前記イオン選択性除去部で前記２価以上のイオンが除去された後の水を受け入れ、前記受け入れた水中の前記イオンを濃縮するイオン濃縮部が設置される請求項１に記載の水処理システム。
- 前記イオン濃縮部が、脱塩装置、冷却塔及びボイラの少なくとも一つを含む請求項２に記載の水処理システム。
- 前記脱塩部及び前記イオン選択性除去部の下流側であって前記イオン濃縮部の上流側に、前記２価以上のイオンが除去された後の水中にアルカリ金属水酸化物を投入して前記２価以上のイオンが除去された後の水のｐＨを９以上に調整するｐＨ調整部が設置される請求項２または請求項３に記載の水処理システム。
- 前記脱塩部が、前記再生処理で前記脱塩部から排出された濃縮水を受け入れる分離部と接続し、
該分離部が、前記濃縮水中の前記２価以上のイオンを固体として析出させて沈殿させる沈殿部と、該沈殿部から排出された前記固体を含む水から前記固体を分離する脱水部とを備え、
前記沈殿部中の上澄液が、前記脱塩部の上流側または前記イオン選択性除去部の上流側に供給される請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の水処理システム。 - 前記脱塩部の上流側に、前記イオンを含む水中の前記２価以上のイオンを固体として析出させて沈殿させる沈殿部と、該沈殿部から排出された前記固体を含む水から前記固体を分離する脱水部とを備える分離部が設置され、
前記沈殿部から排出された上澄液が、前記脱塩部または前記イオン選択性除去部に送給されて脱塩処理される請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の水処理システム。 - 互いに逆極性に帯電される一対の対向する電極、該電極の間に位置しイオンを含む水が流通可能とされる流路、及び、各々の前記電極の前記流路側に設置されるイオン交換膜を含み、前記電極に前記イオンを吸着させて前記イオンを含む水を脱塩処理する脱塩処理と前記電極から前記イオンを脱離させる再生処理とを行う脱塩部と、
イオン選択性を有するナノフィルタであり、前記脱塩部の上流または脱塩処理水側の下流に設けられ、前記イオンの内スケール成分となる２価以上のイオンの除去率が、１価イオンの前記イオンの除去率よりも相対的に高く、前記イオンを含む水から前記２価以上のイオンを分離し除去するイオン選択性除去部とを備え、
前記脱塩部の上流側に、前記イオンを含む水中の前記２価以上のイオンを固体として析出させて沈殿させる沈殿部と、該沈殿部から排出された前記固体を含む水から前記固体を分離する脱水部とを備える分離部が設置され、
前記沈殿部から排出された上澄液が、前記脱塩部または前記イオン選択性除去部に送給されて脱塩処理される水処理システム。
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