JP7100001B2 - 排水の処理方法及び排水の処理装置 - Google Patents

排水の処理方法及び排水の処理装置 Download PDF

Info

Publication number
JP7100001B2
JP7100001B2 JP2019162106A JP2019162106A JP7100001B2 JP 7100001 B2 JP7100001 B2 JP 7100001B2 JP 2019162106 A JP2019162106 A JP 2019162106A JP 2019162106 A JP2019162106 A JP 2019162106A JP 7100001 B2 JP7100001 B2 JP 7100001B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wastewater
electrodialysis
water
aqueous solution
reverse osmosis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019162106A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2021037499A5 (ja
JP2021037499A (ja
Inventor
康弘 松井
秀樹 小松
康仁 石井
学 小澤
善則 錦
昌明 加藤
理恵 森田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
De Nora Permelec Ltd
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
De Nora Permelec Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp, De Nora Permelec Ltd filed Critical Yokogawa Electric Corp
Priority to JP2019162106A priority Critical patent/JP7100001B2/ja
Priority to AU2020341085A priority patent/AU2020341085A1/en
Priority to EP20861042.8A priority patent/EP4026606A4/en
Priority to PCT/JP2020/033272 priority patent/WO2021045107A1/ja
Priority to US17/639,768 priority patent/US11794147B2/en
Publication of JP2021037499A publication Critical patent/JP2021037499A/ja
Publication of JP2021037499A5 publication Critical patent/JP2021037499A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7100001B2 publication Critical patent/JP7100001B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/58—Multistep processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/08—Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
    • B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
    • B01D61/46—Apparatus therefor
    • B01D61/463—Apparatus therefor comprising the membrane sequence AC or CA, where C is a cation exchange membrane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F9/00—Multistage treatment of water, waste water or sewage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/04—Specific process operations in the feed stream; Feed pretreatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/25—Recirculation, recycling or bypass, e.g. recirculation of concentrate into the feed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/26—Further operations combined with membrane separation processes
    • B01D2311/2642—Aggregation, sedimentation, flocculation, precipitation or coagulation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/26—Further operations combined with membrane separation processes
    • B01D2311/2643—Crystallisation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/26—Further operations combined with membrane separation processes
    • B01D2311/268—Water softening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/025—Reverse osmosis; Hyperfiltration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C02F1/441—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by reverse osmosis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/4618—Devices therefor; Their operating or servicing for producing "ionised" acidic or basic water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/467—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction
    • C02F1/4672—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction by electrooxydation
    • C02F1/4674—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction by electrooxydation with halogen or compound of halogens, e.g. chlorine, bromine
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/469—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis
    • C02F1/4693—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis electrodialysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/66—Treatment of water, waste water, or sewage by neutralisation; pH adjustment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C02F2001/46152—Electrodes characterised by the shape or form
    • C02F2001/46157—Perforated or foraminous electrodes
    • C02F2001/46161—Porous electrodes
    • C02F2001/46166—Gas diffusion electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C02F2001/5218—Crystallization
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2301/00—General aspects of water treatment
    • C02F2301/04—Flow arrangements
    • C02F2301/043—Treatment of partial or bypass streams
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2301/00—General aspects of water treatment
    • C02F2301/04—Flow arrangements
    • C02F2301/046—Recirculation with an external loop
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/14—Maintenance of water treatment installations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/22—Eliminating or preventing deposits, scale removal, scale prevention
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F5/00—Softening water; Preventing scale; Adding scale preventatives or scale removers to water, e.g. adding sequestering agents
    • C02F5/02—Softening water by precipitation of the hardness

Description

本発明は、排水の処理方法及び排水の処理装置に関する。
排水処理のプロセスでは、排水を処理するために、各種の薬剤の添加が必須となっている。例えば、軟水処理に用いる晶析装置は、晶析の反応に薬剤（アルカリ性水溶液等）を使用する必要がある。
また、装置によっては、定期的に該装置を化学的、物理的に洗浄する必要があり、その際にも各種の薬剤を使用する必要がある。例えば、キレート樹脂やイオン交換樹脂を用いた処理では、キレート樹脂やイオン交換樹脂を定期的に薬剤で洗浄して、性能を回復させる必要がある。
一方で、上記排水処理のプロセスで使用する各種の薬剤は、外部から搬送して、貯蔵する必要があるため、経済的な負担が大きかった。
これに対して、例えば特許文献１では、塩類及び有機物を含有する有機性廃水に対して、第１軟化処理、懸濁固体除去処理（ＳＳ除去処理）、塩類除去処理を行い、得られた塩類濃縮水に対して、再び軟化処理を行い、得られた第２軟化処理水を電気分解して次亜塩素酸ナトリウム溶液を生成する、有機性廃水の処理方法が開示されている。
また、特許文献２では、被処理排水を前置電気透析槽の希釈液室に供給し、前置電気透析槽内でイオン交換膜を透過したイオンが中和して生成した塩を含む濃縮液を、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を隔膜とする陽極室、中央室、陰極室の３室を単位として構成される電解透析槽に供給して塩を構成する酸と塩基に分解して回収する、一価イオンの中性塩を含む排水の処理方法が開示されている。
特開２０１４－１４７３８号公報 特開平０８－００１１６８号公報
ところで、排水処理方法において、排水処理のプロセスで使用する各種の薬剤をオンサイトで製造、利用することができれば、該薬剤を外部から搬送して、貯蔵する必要がなくなり、経済的な負担を大幅に低減することができると考えられる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、排水処理のプロセスで使用する各種の薬剤をオンサイトで製造、利用することができ、経済的な負担を大幅に低減することのできる排水の処理方法及び排水の処理装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用した。
すなわち、本発明の第１の態様は、少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含む排水を処理する排水の処理方法であって、前記排水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去する、軟水処理工程と、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気分解して酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを得る電気分解工程とを有し、前記アルカリ性水溶液の少なくとも一部を循環させて前記軟水処理工程で用いる、排水の処理方法である。
本発明の第１の態様に係る排水の処理方法において、前記酸性水溶液の少なくとも一部を循環させて前記電気分解工程で用いていてもよい。
本発明の第１の態様に係る排水の処理方法において、さらに、前記軟水処理工程後、前記電気分解工程前に、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気透析処理により電気透析濃縮水と電気透析希釈水とに分離する電気透析工程を有していてもよい。
本発明の第１の態様に係る排水の処理方法において、さらに、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を逆浸透膜を用いて、逆浸透膜処理水と逆浸透膜濃縮水とに分離する逆浸透膜処理工程を有していてもよい。
本発明の第１の態様に係る排水の処理方法において、さらに、前記逆浸透膜処理工程の前に、前記炭酸カルシウムが除去された排水に前記酸性水溶液を混合する工程を有していてもよい。
本発明の第１の態様に係る排水の処理方法において、さらに、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気分解して、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を製造する次亜塩素酸ナトリウム製造工程を有していてもよい。
本発明の第１の態様に係る排水の処理方法において、前記電気分解工程を水素酸化反応によって行ってもよい。
本発明の第２の態様は、少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含む排水を処理する排水の処理装置であって、前記排水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去する、晶析装置と、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気分解して酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを製造する電気分解装置と、前記アルカリ性水溶液の少なくとも一部を前記晶析装置に循環させる第１の循環部と、を備える、排水の処理装置である。
本発明の第２の態様に係る排水の処理装置において、さらに、前記酸性水溶液の少なくとも一部を前記電気分解装置に循環させる第２の循環部とを備えていてもよい。
本発明の第２の態様に係る排水の処理装置において、前記晶析装置と、前記電気分解装置との間に前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気透析処理により電気透析濃縮水と電気透析希釈水とに分離する電気透析装置を備えていてもよい。
本発明の第２の態様に係る排水の処理装置において、さらに、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を逆浸透膜を用いて、逆浸透膜処理水と逆浸透膜濃縮水とに分離する逆浸透膜処理装置を備えていてもよい。
本発明の第２の態様に係る排水の処理装置において、さらに、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を逆浸透膜を用いて、逆浸透膜処理水と逆浸透膜濃縮水とに分離する逆浸透膜処理装置を備えていてもよい。
本発明の第２の態様に係る排水の処理装置において、さらに、前記炭酸カルシウムが除去された排水に前記酸性水溶液を混合する混合部を備えていてもよい。
本発明の第２の態様に係る排水の処理装置において、さらに、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気分解して、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を製造する次亜塩素酸ナトリウム製造装置を備えていてもよい。
本発明の第２の態様に係る排水の処理装置において、前記電気分解装置は、アノードが水素ガス拡散電極であってもよい。
本発明の排水の処理方法及び排水の処理装置によれば、排水処理のプロセスで使用する各種の薬剤をオンサイトで製造、利用することができ、経済的な負担を大幅に低減することができる。
第１の実施形態の排水の処理方法の模式図である。 ｐＨと炭酸イオンの形態との関係を示す図である。 第２の実施形態の排水の処理方法の模式図である。 第３の実施形態の排水の処理方法の模式図である。 第４の実施形態の排水の処理方法の模式図である。 第１の実施形態の排水の処理装置１００の模式図である。 電気分解装置の一例である２室電気分解装置１２１の模式図である。 電気分解装置の一例である３室電気分解装置１２５の模式図である。 第２の実施形態の排水の処理装置２００の模式図である。 電気透析装置の一例である電気透析装置２３１の模式図である。 第３の実施形態の排水の処理装置３００の模式図である。 次亜塩素酸ナトリウム製造装置の一例である次亜塩素酸ナトリウム製造装置３５１の模式図である。 第４の実施形態の排水の処理装置４００の模式図である。
［概要］
近年、人口増加、生活水準の向上に伴い、上水使用量が増加して、水資源が不足している。また、河川や排水の水質劣化が進行して、その対策が世界各地で急務となっている。例えば、水資源の持続的な使用を目的として、再生水を利用するための事業が検討されている。
排水処理は、一般的に、１次処理、２次処理、３次処理に分かれる。
１次処理では、大きなごみ（ＳＳ：浮遊物質；具体的には、ふん尿が混合した汚水中の固形物）を除去する処理である。
２次処理では、１次処理で取り除けなかった汚水中の有機物を微生物の働きによって除去する処理である。具体的には、簡易ばっ気処理、活性汚泥処理、メタン発酵処理等を行う。
３次処理（高度処理、後処理）では、窒素、リン、難分解性物質等を化学的、物理的、生物学的方法で除去する。
化学的処理としては、凝集剤などを用いた汚濁物質分離、オゾンなどの酸化剤により汚濁物質分解等が挙げられる。
物理的処理としては、活性炭吸着や膜処理による分離がある。
該膜処理による分離に用いられる膜としては、逆浸透膜（ＲＯ膜；Ｒｅｖｅｒｓｅ ｏｓｍｏｓｉｓ ｍｅｍｂｒａｎｅ）、限外ろ過膜（ＵＦ膜；Ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ）、精密ろ過膜（ＭＦ膜；Ｍｉｃｒｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ）等が利用されている。その中でも、逆浸透膜を用いた膜処理は、イオンや塩類など水以外の不純物を直接的に除去することができるという観点から、注目されている。
上記排水処理のプロセスでは、排水を処理するために、各種の薬剤の添加が必須となっている。例えば、晶析装置は、晶析の反応に薬剤（アルカリ性水溶液等）を使用する必要がある。
また、装置によっては、定期的に該装置を化学的、物理的に洗浄する必要があり、その際にも各種の薬剤を使用する必要がある。例えば、キレート樹脂やイオン交換樹脂を用いた処理では、キレート樹脂やイオン交換樹脂を定期的に薬剤で洗浄して、性能を回復させる必要がある。
一方で、上記排水処理のプロセスで使用する各種の薬剤は、外部から搬送して、貯蔵する必要があるため、経済的な負担が大きかった。
上述した特許文献１及び２に記載されている従来の処理方法では、薬剤を外部から搬送するという問題は解決できるものの、生成した薬剤を貯蔵しなければならないという問題は解決されていない。加えて、特許文献２に記載の処理方法では、カルシウムの分離特性が十分ではないという問題もある。そのため、従来の処理方法では、排水処理のプロセスで使用する各種の薬剤をオンサイトで製造、利用することはできなかった。
本実施形態の排水の処理方法は、少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含む排水（以下、単に排水ともいう）から炭酸カルシウムを結晶化させて除去する、軟水処理工程と、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気分解して酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを得る、電気分解工程とを有し、前記アルカリ性水溶液の少なくとも一部を循環させて前記軟水処理工程で用いる、排水の処理方法である。これにより、排水処理のプロセスで使用する各種の薬剤をオンサイトで現地生成・現地消費という完結型（Ｚｅｒｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｈａｒｇｅ（ＺＣＣ）：薬品無投入化）様式を達成することができ、経済的な負担を大幅に低減することができる。
＜第１の実施形態の排水の処理方法＞
第１の実施形態の排水の処理方法は、少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含む排水を処理する排水の処理方法であって、前記排水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去する、軟水処理工程１と、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気分解して酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを得る電気分解工程２とを有し、前記アルカリ性水溶液の少なくとも一部を循環させて前記軟水処理工程１で用いる、排水の処理方法である。
第１の実施形態の排水の処理方法の模式図は、図１に示す通りである。
・排水
本実施形態の排水の処理方法における排水（被処理水）としては、少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含み、再利用や河川などへの放流ができない有機性廃水が挙げられる。具体的には、海水、し尿、ゴミの埋め立て地の浸出水等の塩類濃度が高い有機性廃水等が挙げられる。これらは一般的に、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン、シリカ（イオン状シリカ、コロイド状シリカ）、塩化物イオン、炭酸イオン等の不純物（以下、各種イオン成分ともいう）を含んでいる。
本実施形態の効果をより一層享受できる観点から、排水の塩化物イオン濃度の下限値は０．０１ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましい。一方で、排水の塩化物イオン濃度の上限値は、特に限定されず、例えば、５００ｍｇ／Ｌ以下である。
また、排水のアルカリ金属イオン濃度の下限値は０．０１ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましい。一方で、排水のアルカリ金属イオン濃度の上限値は、特に限定されず、例えば、５００ｍｇ／Ｌ以下である。
なお、本明細書において、陽イオンの濃度は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光分析法において測定した値を意味する。具体的には、アルゴンガスのＩＣＰを光源とする発光分光分析装置（ＩＣＰ－ＡＥＳ；ＳＰＳ５５２０、セイコーインスツル社製）を用いて測定した値である。
一方、陰イオンの濃度は、イオンクロマトグラフ分析装置（ＩＣＡ－２０００；東亜ディーケーケー社製）を用いて測定した値を意味する。
なお、図２に示す通り炭酸イオン（炭酸物質）の分子式及びイオン式はｐＨにより変化する。本明細書において、炭酸イオン（炭酸物質）とは、Ｈ２ＣＯ３、ＨＣＯ３ －、ＣＯ３ ２－の全てを包含するものである。すなわち、本明細書における炭酸イオンとは、排水が酸性（ｐＨが６未満程度）の場合は、Ｈ２ＣＯ３を意味し、排水が中性（ｐＨが６～１０程度）の場合は、ＨＣＯ３ －を意味し、排水がアルカリ性（ｐＨが１０超程度）の場合は、ＣＯ３ ２－を意味する。
［軟水処理工程］
軟水処理工程１は、排水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去する工程である。
カルシウムイオンに炭酸イオンを作用させて、溶解度の低い炭酸カルシウムとして析出させることで、上記排水からカルシウムイオンを除去することができる。
排水から炭酸カルシウムを結晶化させる方法としては、例えば、ライムソーダ法が挙げられる。
ライムソーダ法とは、排水がアルカリ領域となるようにｐＨを調整した後、該排水に炭酸ナトリウムを添加することで、該排水に含まれるカルシウムイオンを炭酸カルシウムとして沈殿除去する方法である。
上記方法において、炭酸カルシウムをより除去しやすくする観点から、排水のｐＨは１０以上に調整することが好ましく、１０．３以上に調整することがより好ましい。
図１に示す通り、本実施形態における排水の処理方法では、該排水のｐＨの調整は、後述する電気分解工程２により得られるアルカリ性水溶液を用いて、行うことができる。
なお、本明細書において、各種水溶液のｐＨは、各種水溶液の２５℃におけるｐＨをｐＨメーター（Ｄ７４、堀場製作所社製）で測定した値を意味する。
軟水処理工程１において、排水中のＴ－Ｃａ濃度が、５００ｍｇ／Ｌ以下になるように処理することが好ましく、２００ｍｇ／Ｌ以下になるように処理することがより好ましい。
ここで「Ｔ－Ｃａ濃度」とは、排水中の全カルシウム濃度であって、イオンだけでなく、溶解して未解離のカルシウム塩も含むものである。
排水中のＴ－Ｃａ濃度を上記の好ましい範囲以下とすることにより、後述する電気分解工程２において、硬度成分が、電気分解装置内で析出し、目詰まり等を起こすことをより抑制することができる。
本実施形態の排水の処理方法は、軟水処理工程１を有することにより、排水に含まれるカルシウムイオンを低減することができる。
［電気分解工程］
電気分解工程２は、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気分解して酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを得る工程である。
具体的には、電子伝導性を有する１対の電極（陽極；アノード、陰極；カソード）と、イオン伝導性を有する電解質に、電圧をかけることでアノードでは酸化反応、カソードでは還元反応を起こして、酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを得る方法である。
電気分解工程２は、例えば、後述する２室電気分解装置（図７）及び３室電気分解装置（図８）を用いて行うことができる。
電気分解工程２において、例えば、ナトリウムイオン及び塩化物イオンを含む排水を電気分解すると、下記式（１）に示す反応が進行して、水酸化ナトリウム水溶液（アルカリ性水溶液）及び塩酸（酸性水溶液）が得られる。
ＮａＣｌ＋２Ｈ２Ｏ＝ＮａＯＨ＋ＨＣｌ＋Ｈ２＋１／２Ｏ２・・・（１）
例えば、後述する２室電気分解装置（図７）では、酸性水溶液としては、塩酸と塩水との混合物、アルカリ性水溶液としては、水酸化ナトリウムと塩水との混合物とが得られる。
一方、後述する３室電気分解装置（図８）では、カソード室には水酸化ナトリウム水溶液、アノード室には塩酸が得られる。
この反応で得られる水酸化ナトリウムは、上述した軟水処理工程１で用いられる。
また、アノードが水素ガス拡散電極である電気分解装置を用いた場合は、アノードでは下記式（２）に示す水素酸化反応が起こる。また、全反応は下記式（３）に示す通りである。
Ｈ２＝２Ｈ＋＋２ｅ－・・・（２）
ＮａＣｌ＋Ｈ２Ｏ＝ＮａＯＨ＋ＨＣｌ・・・（３）
原料水素ガスはカソードで発生する高純度の電解水素ガスを用いる。塩素発生電位より卑な電位に保持することで塩素発生を抑制することができる。
電気分解工程２において、上述した水素酸化反応によって、酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを製造することにより、塩素の発生をより抑制することができる。
上記反応で得られる酸性水溶液は、電気分解工程２で用いる電気分解装置の装置内の洗浄に用いてもよい。電気分解装置の長時間の連続稼働によって、硬度成分が電気分解装置の装置内の隔膜やカソードに析出して、電気分解装置の性能低下を招く。そのため、間欠的に電気分解装置を停止して、電気分解工程２で得られた酸性水溶液で洗浄することが好ましい。洗浄を行う頻度は、水質、運転条件にもよるが、数時間から数十時間ごとに、数十分から数時間実施することが好ましい。
なお、上記洗浄は、電気分解工程２で酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを継続的に得るために、必要な工程であるため、電気分解工程２で用いる電気分解装置の停止時に行う工程であっても、電気分解工程２に含まれるものである。すなわち、本明細書において、該酸性水溶液を、電気分解工程２で用いる電気分解装置の装置内の洗浄に用いる場合も、該酸性水溶液を、電気分解工程２で用いると表現する。
さらに、上記反応で得られる酸性水溶液は、軟水処理工程１において、アルカリ性に調整された上記排水を、中性にするためにも用いてもよい。
なお、軟水処理工程１において、アルカリ性に調整された上記排水を、中性にする工程も、後の電気分解工程２で用いる排水のｐＨを調整する工程であるため、電気分解工程２に含まれるものである。すなわち、本明細書において、該酸性水溶液を、電気分解工程２で用いる電気分解装置に供給される排水のｐＨを調整するために用いる場合も、該酸性水溶液を、電気分解工程２で用いると表現する。
図１に示す第１の実施形態の排水の処理方法の模式図では、電気分解工程２で得られる酸性水溶液を上記電気分解装置の洗浄及び炭酸カルシウムが除去された排水のｐＨ調整のために利用するフローを示しているが、該酸性水溶液を利用する工程は任意工程であり、これらの工程を有していなくてもよい。
［その他の任意工程］
本実施形態の排水の処理方法は、その他の任意工程を有してもよい。該任意工程としては、上記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気透析処理により電気透析濃縮水と電気透析希釈水とに分離する電気透析工程；上記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を逆浸透膜を用いて、逆浸透膜処理水と逆浸透膜濃縮水とに分離する逆浸透膜処理工程；上記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気分解して、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を製造する次亜塩素酸ナトリウム製造工程が挙げられる。
また、逆浸透膜処理工程を行う場合、前記逆浸透膜処理工程の前に、前記炭酸カルシウムが除去された排水に電気分解工程２で得られる酸性水溶液を混合する工程を有していてもよい。
なお、上記逆浸透膜処理工程は、上記軟水処理工程１の前に行ってもよく、上記軟水処理工程１の後に行ってもよく、上記軟水処理工程１の前後両方で行ってもよい。
各任意工程の詳細は後述する。
以上説明した第１の実施形態の排水の処理方法は、上述した軟水処理工程１と、電気分解工程２とを有し、電気分解工程２で得られるアルカリ性水溶液の少なくとも一部を循環させて軟水処理工程１で用いるものである。軟水処理工程１において、排水から炭酸カルシウムを効率的に結晶化させるために必要なアルカリ性水溶液を、オンサイトで電気分解工程２において製造し、軟水処理工程１で利用することができるため、薬剤を外部から搬送して、貯蔵する必要がなくなり、経済的な負担を大幅に低減することができる。
＜第２の実施形態の排水の処理方法＞
第２の実施形態の排水の処理方法は、少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含む排水を処理する排水の処理方法であって、前記排水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去する、軟水処理工程１と、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気透析処理により電気透析濃縮水と電気透析希釈水とに分離する電気透析工程３と、前記電気透析濃縮水の一部を電気分解して酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを得る電気分解工程２と、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を逆浸透膜を用いて、逆浸透膜処理水と逆浸透膜濃縮水とに分離する逆浸透膜処理工程４とを有し、前記アルカリ性水溶液の少なくとも一部を循環させて前記軟水処理工程１で用い、前記酸性水溶液の少なくとも一部を循環させて前記電気分解工程２で用いる、排水の処理方法である。
第２の実施形態の排水の処理方法の模式図は、図３に示す通りである。
［軟水処理工程］
軟水処理工程１は、上述した第１の実施形態の排水の処理方法と同様である。
［電気透析工程］
電気透析工程３は、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気透析処理により電気透析濃縮水と電気透析希釈水とに分離する工程である。
具体的には、多数の電気透析膜を配列し、交互に形成した濃縮室と希釈室とを備える電気透析装置に前記炭酸カルシウムが除去された排水を供給して、通電することにより濃縮室には各種イオン成分が高濃度に含まれる電気透析濃縮水を得ることができ、希釈室には各種イオン成分が低濃度に含まれる電気透析希釈水を得ることができる。
なお、電気透析濃縮水を得るために、電気透析工程３で用いる電気透析装置における濃縮室には、排水の代わりに又は排水に加えて多価イオンの少ない透析用水（例えば、水道水等）を供給してもよい。
多価イオンの少ない透析用水を電気透析工程３で用いる電気透析装置における濃縮室に供給することにより、後述の電気分解装置の酸性水溶液及びアルカリ性水溶液の製造効率を向上させることができる。
本実施形態の排水の処理方法に用いられる電気透析装置は、例えば、正電荷を膜内に固定する１価陰イオン選択透過性イオン交換膜と、負電荷を膜内に固定する１価陽イオン選択透過性イオン交換膜とをそれぞれ交互に備える。そのため、濃縮室には、アルカリ金属イオン等（１価のカチオン）と塩化物イオン等（１価のアニオン）を高濃度に含有する電気透析濃縮水を得ることができ、希釈室には、アルカリ金属イオン等（１価のカチオン）と塩化物イオン等（１価のアニオン）を低濃度に含有する電気透析希釈水を得ることができる。なお、排水に一般的に含まれる多価イオン（マグネシウムイオン、硫酸イオン等）は、上記１価陽イオン選択透過性イオン交換膜及び１価陰イオン選択透過性イオン交換膜を通過することができないため、電気透析濃縮水においては、該多価イオンを除去することができる。
本実施形態における電気透析工程３の前に、電気透析装置に供給される排水、すなわち、軟水処理工程１によって炭酸カルシウムが除去された排水のｐＨを調整する工程を有してもよい。ｐＨを調整する際に後述する電気分解工程２で得られる酸性水溶液を混合することにより、該排水のｐＨを調整することが好ましい。該排水のｐＨとしては、１０以下に調整することが好ましく、３～９に調整することがより好ましい。
これにより、電気透析工程３に用いられる電気透析装置が有する１価陰イオン選択透過性イオン交換膜及び１価陽イオン選択透過性イオン交換膜の劣化をより防止することができる。
本実施形態の排水の処理方法は、電気透析工程３を有することにより、排水（炭酸カルシウムが除去された排水）中の１価のカチオン（アルカリ金属イオン）の濃度を高くすることができるため、後述する電気分解工程２において、アルカリ性水溶液をより効率よく生成できる。また、電気分解工程２で用いる電気分解装置に付着しやすい多価イオンを予め除去することができる。
［電気分解工程］
電気分解工程２は、前記電気透析濃縮水の一部を電気分解して酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを得る工程である。具体的な方法は、上述した第１の実施形態の排水の処理方法を同様であるが、本実施形態は電気分解工程２の前に電気透析工程３を有するため、排水中のアルカリ金属イオン（１価のカチオン）の濃度を高めることができ、より効率的にアルカリ性水溶液を得ることができる。
なお、上述した電気透析工程３によって得られる電気透析濃縮水を、電気分解装置に供給する際、電気分解装置のカソード室（電気分解によりアルカリ性水溶液を合成する室）及び電気分解装置のアノード室（電気分解により酸性水溶液を合成する室）への供給量は、電気分解装置のアノード室への供給量を多くすることが好ましい。
具体的に、該電気透析濃縮水の電気分解装置のカソード室及びアノード室の供給量の比率（カソード室供給量：アノード室供給量）は、１：１．２～１：３であることが好ましく、１：１．５～１：２．５であることがより好ましい。
電気透析濃縮水の供給量を、電気分解装置のカソード室より、電気分解装置のアノード室の方を多くすることにより、電気分解工程２で生成する水素イオンのナトリウムイオンに対する比率（Ｈ＋／Ｎａ＋）を小さくすることができる。これにより、電気分解装置のアノード室のｐＨ低下による水素イオンのカソード室への移動（濃度分極、電気泳動に起因）を抑制することができる。
［逆浸透膜処理工程］
逆浸透膜処理工程４は、炭酸カルシウムが除去された排水の一部を逆浸透膜を用いて、逆浸透膜処理水と逆浸透膜濃縮水とに分離する工程である。
ここで、逆浸透膜（ＲＯ膜；Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）は、水を通しイオンや塩類など水以外の不純物は透過しない性質を持つ膜である。
逆浸透膜処理工程４では、増圧された供給水を逆浸透膜で濃縮して、イオンや塩類など水以外の不純物が除去された逆浸透膜処理水と、イオンや塩類など水以外の不純物が濃縮された逆浸透膜濃縮水とに分離される。なお、一般的に該逆浸透膜濃縮水は廃棄される。
一般的に、再生水プロセスにおける逆浸透膜処理は供給水の７５～８５％が逆浸透膜処理水として回収され、１５～２５％が逆浸透膜濃縮水として排出される。供給水中の塩類等の全蒸発残留物（ＴＤＳ）は逆浸透膜濃縮水側より排水される。
ここで、全蒸発残留物（ＴＤＳ）は、水中に浮遊・溶解して含まれる物質であり、該水を蒸発させた際に残留する物質の総量である。
本実施形態の逆浸透膜処理工程４は、供給水の水質に応じて、動作圧力の異なる逆浸透膜を用いることができる。
例えば、供給水中の全蒸発残留物（ＴＤＳ）の含有量が、１００００ｍｇ／Ｌ超である場合は、高圧逆浸透膜が用いられる。供給水中の全蒸発残留物（ＴＤＳ）の含有量が、１０００ｍｇ／Ｌ超１００００ｍｇ／Ｌ以下である場合は、中圧逆浸透膜が用いられる。供給水中の全蒸発残留物（ＴＤＳ）の含有量が、１０００ｍｇ／Ｌ以下である場合は、低圧逆浸透膜が用いられる。
本実施形態の逆浸透膜処理工程において、５．５ＭＰａ（８００ｐｓｉ）の耐圧仕様の高圧逆浸透膜を併用することでより高く浸透膜処理水を回収することができる。
本実施形態の排水の処理方法は、逆浸透膜処理工程４を有することにより、排水に含まれるイオンや塩類など水以外の不純物を除去することができ、全蒸発残留物（ＴＤＳ）の含有量がより低減された処理水（逆浸透膜処理水）を得ることができる。
本実施形態の逆浸透膜処理工程４において、上述した電気分解工程２によって得られる酸性水溶液を用いて、逆浸透膜を洗浄してもよい。
また、本実施形態の逆浸透膜処理工程４の前に、本実施形態の逆浸透膜処理工程４で用いる排水（炭酸カルシウムが除去された排水及び／又は電気透析希釈水）と上述した電気分解工程２によって得られる酸性水溶液とを混合する工程を含んでいてもよい。
例えば、軟水処理工程１の処理水に炭酸カルシウムが残留し、かつ、シリカ（イオン状シリカ、コロイド状シリカ）を含有する場合は、同処理水と該酸性水溶液を混合して、排水のｐＨを調整することにより、該排水中に含まれる炭酸カルシウムの析出を防ぎ、ＳｉＯ２のイオン化を維持させてＳｉＯ２の沈殿によるスケール形成を阻止することができる。
具体的には、軟水処理工程１からの処理水中のｐＨが９．５以上でＳｉＯ２濃度が８０ｍｇ／Ｌ以上の場合、ｐＨが９．５程度になるように上記酸性水溶液を添加することが好ましく、上記排水のｐＨが８．５～９．５の範囲となるように上記酸性水溶液を添加することがより好ましい。
すなわち、本実施形態の排水の処理方法おいて、軟水処理工程１では、電気分解工程２により得られるアルカリ性水溶液を用いて、少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含む排水のｐＨを、好ましくは１０以上、より好ましくは１０．３以上に調整することが好ましい。
一方で、その後の逆浸透膜処理工程４では、電気分解工程２により得られる酸性水溶液を用いて、前記炭酸カルシウムが除去された排水のｐＨを、好ましくは９．５程度、より好ましくは、８．５～９．５に調整することが好ましい。
なお、図３に示す第２の実施形態の排水の処理方法の模式図では、電気分解工程２で得られる酸性水溶液を電気透析工程３の前に電気透析装置に供給される排水に添加し、かつ、上記逆浸透膜処理工程４の前に、逆浸透膜処理装置に供給される排水に添加しているが、これらは任意工程であり、これらの工程を有していなくてもよい。
以上説明した第２の実施形態の排水の処理方法は、上述した軟水処理工程１と、電気透析工程３と、電気分解工程２と、逆浸透膜処理工程４とを有し、アルカリ性水溶液の少なくとも一部を循環させて軟水処理工程１で用い、酸性水溶液の少なくとも一部を循環させて電気分解工程２で用いる、排水の処理方法である。
第２の実施形態の排水の処理方法は、第１の実施形態の排水の処理方法にさらに電気透析工程３及び逆浸透膜処理工程４を有する。第２の実施形態の排水の処理方法は、電気透析工程３を有するため、排水中のアルカリ金属イオンの濃度を高めることができ、後の電気分解工程２において、より効率的にアルカリ性水溶液を得ることができる。
また、第２の実施形態の排水の処理方法は、逆浸透膜処理工程４を有するため、排水に含まれるイオンや塩類など水以外の不純物を除去することができ、全蒸発残留物（ＴＤＳ）の含有量がより低減された処理水（逆浸透膜処理水）を得ることができる。
さらに、第２の実施形態の排水の処理方法が、逆浸透膜処理工程４の前に、本実施形態の逆浸透膜処理工程４で用いる排水（炭酸カルシウムが除去された排水及び／又は電気透析希釈水）と上述した電気分解工程２によって得られる酸性水溶液とを混合する工程を有する場合は、ＳｉＯ２の除去性をより向上させることができる。
＜第３の実施形態の排水の処理方法＞
第３の実施形態の排水の処理方法は、少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含む排水を処理する排水の処理方法であって、前記排水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去する、軟水処理工程１と、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気透析処理により電気透析濃縮水と電気透析希釈水とに分離する電気透析工程３と、前記電気透析濃縮水の一部を電気分解して酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを得る電気分解工程２と、前記電気透析濃縮水の一部を電気分解して、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を製造する次亜塩素酸ナトリウム製造工程と、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を逆浸透膜を用いて、逆浸透膜処理水と逆浸透膜濃縮水とに分離する逆浸透膜処理工程４とを有し、前記アルカリ性水溶液の少なくとも一部を循環させて前記軟水処理工程１で用い、前記酸性水溶液の少なくとも一部を循環させて前記電気分解工程２で用いる、排水の処理方法である。
第３の実施形態の排水の処理方法の模式図は、図４に示す通りである。
第３の実施形態の排水の処理方法は、上述した第２の実施形態の排水の処理方法に、さらに次亜塩素酸ナトリウム製造工程を有する工程である。
［次亜塩素酸ナトリウム製造工程］
次亜塩素酸ナトリウム製造工程は、電気透析濃縮水の一部を電気分解して、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を製造する工程である。
次亜塩素酸ナトリウム水溶液を製造するための電気分解装置を用いて、該電気分解装置のアノード触媒を適宜選択することにより、下記式（４）のような反応が起こり、排水中に含まれる塩化物イオンから次亜塩素酸ナトリウムを製造することができる。
２Ｃｌ－＝Ｃｌ２＋２ｅ－
２ＮａＯＨ＋Ｃｌ２→ＮａＣｌ＋ＮａＣｌＯ＋Ｈ２Ｏ ・・・（４）
該次亜塩素酸ナトリウムは、処理水（逆浸透膜処理水）の消毒剤として利用することができる。
そのため、第３の実施形態の排水の処理方法では、上述した第１及び第２の実施形態の排水の処理方法の効果に加えて、処理水（逆浸透膜処理水）の消毒剤として用いる次亜塩素酸ナトリウム水溶液をオンサイトで次亜塩素酸ナトリウム製造工程において製造し、処理水（逆浸透膜処理水）に添加することで該次亜塩素酸ナトリウム水溶液を消毒剤として利用することができる。次亜塩素酸成分はアルカリ域では次亜塩素酸イオンとして、酸性域では次亜塩素酸として安定に存在し、電気分解する溶液のｐＨを変えることでいずれも製造することができる。殺菌力は後者においてより高まることが知られている。本明細書における次亜塩素酸ナトリウムは、それらを総称している。
＜第４の実施形態の排水の処理方法＞
第４の実施形態の排水の処理方法は、上述した第２の実施形態の排水の処理方法の前に、さらに、逆浸透膜処理工程を有する排水の処理方法である。
なお、便宜上、上述したような軟水処理工程の後に行う逆浸透膜処理工程を第２の逆浸透膜処理工程とし、軟水処理工程の前に行う逆浸透膜処理工程を第１の逆浸透膜処理工程とする。
すなわち、第４の実施形態の排水の処理方法は、少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含む排水を処理する排水の処理方法であって、前記排水を第１の逆浸透膜を用いて、第１の逆浸透膜処理水と第１の逆浸透膜濃縮水とに分離する第１の逆浸透膜処理工程６と、前記第１の逆浸透膜濃縮水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去する、軟水処理工程１と、前記炭酸カルシウムが除去された第１の逆浸透膜濃縮水の一部を電気透析処理により電気透析濃縮水と電気透析希釈水とに分離する電気透析工程３と、前記電気透析濃縮水の一部を電気分解して酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを得る電気分解工程２と、前記炭酸カルシウムが除去された第１の逆浸透膜濃縮水の一部を第２の逆浸透膜を用いて、第２の逆浸透膜処理水と第２の逆浸透膜濃縮水とに分離する第２の逆浸透膜処理工程４とを有し、前記アルカリ性水溶液の少なくとも一部を循環させて軟水処理工程１で用い、前記酸性水溶液の少なくとも一部を循環させて電気分解工程２で用いる、排水の処理方法である。
第１の逆浸透膜処理工程６と第２の逆浸透膜処理工程４とは、同じ工程であっても、異なっていてもよい。すなわち、同様の装置を用いて、逆浸透膜処理工程を繰り返し行ってもよく、例えば、逆浸透膜の種類を変えて、異なる逆浸透膜処理工程を行ってもよい。第１の逆浸透膜処理工程６と第２の逆浸透膜処理工程４とが異なる場合とは、例えば、第２の逆浸透膜処理工程４では、耐圧性のより高い逆浸透膜を用いて行う場合が挙げられる。
第４の実施形態の排水の処理方法においては、電気透析工程３において、第１の逆浸透膜濃縮水を電気透析濃縮水と電気透析希釈水とに分離するために、第１の逆浸透膜濃縮水以外に透析用水が用いられている。透析用水を用いることは必須ではないが、多価イオンの少ない透析用水を電気透析工程３で用いる電気透析装置における濃縮室に供給することにより、後述の電気分解工程における酸性水溶液及びアルカリ性水溶液の製造効率を向上させることができる。
なお、第４の実施形態の排水の処理方法においても、上述した電気透析濃縮水の一部を電気分解して、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を製造する次亜塩素酸ナトリウム製造工程を有していてもよい。
第４の実施形態の排水の処理方法は、第１の逆浸透膜処理工程６及び第２の逆浸透膜処理工程４を有するため、第２の実施形態の排水の処理方法の効果に加えて、排水に含まれるイオンや塩類など水以外の不純物をより除去することができ、全蒸発残留物（ＴＤＳ）の含有量がさらに低減された処理水（逆浸透膜処理水）を得ることができる。また、逆浸透膜処理水の回収率をさらに向上させることができる。
＜第１の実施形態の排水の処理装置＞
第１の実施形態の排水の処理装置は、少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含む排水を処理する排水の処理装置であって、前記排水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去する、晶析装置と、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気分解して酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを製造する電気分解装置と、前記アルカリ性水溶液の少なくとも一部を前記晶析装置に循環させる第１の循環部とを備える、排水の処理装置である。
第１の実施形態の排水の処理装置における、第１の循環部としては後述するアルカリ性水循環管１４が挙げられる。
第１の実施形態の排水の処理装置について、図６を用いて詳細に説明する。
図６に示す、第１の実施形態の排水の処理装置１００は、以下の構成を有する。
排水を供給する排水流入管１０が晶析装置１１０に接続されている。晶析装置１１０の出口側には、晶析処理水排出管１１、晶析処理水カソード室供給管１２、及び晶析処理水アノード室供給管１３が接続されている。晶析装置１１０は、晶析処理水カソード室供給管１２及び晶析処理水アノード室供給管１３を介して電気分解装置１２０に接続されている。電気分解装置１２０の出口側には、アルカリ性水循環管１４、洗浄用酸性水循環管１５及びｐＨ調整用酸性水循環管１６が接続されている。アルカリ性水循環管１４は排水流入管１０に接続され、電気分解装置１２０は、アルカリ性水循環管１４及び排水流入管１０を介して晶析装置１１０に接続されている。ｐＨ調整用酸性水循環管１６は晶析処理水排出管１１に接続されている。
晶析装置１１０は、排水流入管１０から流入される少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含む排水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去する装置である。晶析装置１１０としては、炭酸カルシウムを沈殿除去することのできる公知の装置を用いることができる。
電気分解装置１２０は、炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気分解して酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを製造する装置である。
電気分解装置１２０として、具体的には、図７に示す２室電気分解装置１２１、図８に示す３室電気分解装置１２５等が挙げられる。
図７に示す２室電気分解装置１２１はアノード１２２及びカソード１２３を有し、隔膜１２４によってアノード室、カソード室に分けられている。
アノード１２２としては、酸化に安定な導電性金属基体上に触媒を焼成して、触媒層が形成された電極等が挙げられる。
該導電性金属としては、チタン等が挙げられる。
該触媒としては、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム等の貴金属；チタン、タンタル等の弁金属（バルブメタル）；該弁金属（バルブメタル）の酸化物などが挙げられる。
アノード１２２において、該導電性金属基体の厚さは０．０５～５ｍｍが好ましい。
また、該触媒層の厚さは０．１～１００μｍが好ましい。
アノード１２２の空隙率は１０～９５％が好ましい。
触媒の密着力を高めるために、該導電性金属には粗面化処理が行われていることが好ましい。該粗面化処理としては、粉末を吹き付けるブラスト処理、可溶性の酸を用いたエッチング、プラズマ溶射等が挙げられる。
アノード１２２を製造する際、触媒層を形成する前に、上記導電性金属基体上に、ＡＩＰ（アークイオンプレーティング）法により結晶質のタンタル及びチタン成分を含有するバルブメタル基合金よりなるＡＩＰ下地層を形成することが好ましい。該導電性金属基体上に、ＡＩＰ下地層を設けた場合、金属基体の界面腐食をより一層防止することができる。また、ＡＩＰ下地層に代えて、ＴｉＴａＯｘ酸化物層よりなる下地層を形成してもよい。
アノード１２２として、具体的には、ＰｔとＩｒ酸化物からなる触媒を形成したＴｉメッシュ電極、水素ガス拡散電極等を用いることができる。
その中でも、より塩素の発生を抑制することができるという観点から、水素ガス拡散電極を用いることが好ましい。
水素ガス拡散電極は、水素を酸化しやすい触媒粒子及び該触媒粒子の担体となるカーボン粒子からなるガス電極である。
触媒粒子として、具体的には、白金、ルテニウム等が挙げられる。
水素ガス拡散電極の具体的な態様としては、支持体と給電部を備える電極が挙げられる。
水素ガス拡散電極の支持体としては、触媒粒子を有する導電性のカーボン材料（シート、クロス、ペーパー等）上に疎水性樹脂を固定したものが挙げられる。
給電部としては、酸性に耐久性のある材料で作製した金属メッシュ等の多孔性板が挙げられる。上記支持体と給電部とは、圧着により接合されている。
カソード１２３としては、アノード１２２と同様に、酸化に安定な導電性金属基体上に触媒を焼成して、触媒層が形成された電極等が挙げられる。
該導電性金属としては、チタン、ニッケル、鉄、ステンレス、カーボン等が挙げられる。
該触媒としては、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム等の貴金属；チタン、タンタル等の弁金属（バルブメタル）；該弁金属（バルブメタル）の酸化物などが挙げられる。
また、カソード１２３としては、白金めっきを施した導電性金属を用いてもよい。
隔膜１２４として、具体的には、イオン交換膜、多孔性を有する樹脂フィルム及び多孔性を有するセラミックフィルム等が挙げられる。その中でも、多孔性を有する樹脂フィルム及び多孔性を有するセラミックフィルムのような中性膜を備えることが好ましい。多孔性を有する樹脂フィルムの市販品例としては、ユアサメンブレンシステム社製のＹ９２０１等が挙げられる。
上記排水から電気分解により、アノード室では、塩酸と塩水との混合水、カソード室では、水酸化ナトリウムと塩水との混合水とが製造される。
図８に示す３室電気分解装置１２５はアノード１２６及びカソード１２７を有し、アノード１２６側の陰イオン交換膜１２８、及びカソード１２７側の陽イオン交換膜１２９によってアノード室１３０、中間室１３１、カソード室１３２に分けられている。
３室電気分解装置１２５においては、電気分解は中間室１３１のみで行われ、中間室１３１で発生したイオンが、両側のアノード室１３０、及びカソード室１３２に移動する。
上記排水から電気分解により、アノード室１３０では、塩酸、カソード室１３２では、水酸化ナトリウムが製造される。３室電気分解装置１２５の場合は、上記２室電気分解装置１２１とは異なり、塩酸及び水酸化ナトリウムに塩水が混ざらないというメリットを有する。
電気分解装置１２０で製造されるアルカリ性水溶液（例えば、水酸化ナトリウム）は、アルカリ性水循環管１４及び排水流入管１０を介して晶析装置１１０に供給される。
電気分解装置１２０で製造される酸性水溶液（例えば、塩酸）は、洗浄用酸性水循環管１５を介して、電気分解装置１２０の停止時に、電気分解装置１２０内を洗浄する際に用いられる。なお、電気分解装置１２０は、該酸性水溶液を貯蔵する貯蔵槽を備えていてもよい。
また該酸性水溶液（例えば、塩酸）は、ｐＨ調整用酸性水循環管１６を介して、晶析処理水排出管１１中の排水（上記排水から炭酸カルシウムが除去された排水；晶析処理水ともいう）に供給され、該排水のｐＨを調整するために用いられる。なお、図示してはいないが、ｐＨ調整用酸性水循環管１６と晶析処理水排出管１１とが接続している部分が混合部（上記炭酸カルシウムが除去された排水に酸性水溶液が混合される部分）である。
なお、図６示す第１の実施形態の排水の処理装置の模式図において、排水の処理装置１００は、上記洗浄用酸性水循環管１５及びｐＨ調整用酸性水循環管１６を備えているが、備えていなくてもよい。
本実施形態の排水の処理装置は、上述した晶析装置及び電気分解装置以外の任意の装置を備えていてもよい。該任意の装置としては、上記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気透析処理により電気透析濃縮水と電気透析希釈水とに分離する電気透析装置；上記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を逆浸透膜を用いて、逆浸透膜処理水と逆浸透膜濃縮水とに分離する逆浸透膜処理装置；上記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気分解して、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を製造する次亜塩素酸ナトリウム製造装置等が挙げられる。
また、本実施形態の排水の処理装置が逆浸透膜処理装置を備える場合、逆浸透膜処理装置の前に、前記炭酸カルシウムが除去された排水に電気分解装置で得られる酸性水溶液を混合する混合部を備えていてもよい。
なお、上記逆浸透膜処理装置は、上記晶析装置の前に備えていてもよく、上記晶析装置の後に備えていてもよく、上記晶析処理装置の前後両方に備えていてもよい。
各任意の装置の詳細は後述する。
以上説明した第１の実施形態の排水の処理装置は、上述した晶析装置と、電気分解装置と、電気分解装置で製造されるアルカリ性水溶液の少なくとも一部を晶析装置に循環させる第１の循環部とを備える。晶析装置において、排水から炭酸カルシウムを効率的に結晶化させるために必要なアルカリ性水溶液を、オンサイトで電気分解装置で製造し、第１の循環部を介して該晶析装置で利用することができるため、薬剤を外部から搬送して、貯蔵する必要がなくなり、経済的な負担を大幅に低減することができる。
＜第２の実施形態の排水の処理装置＞
第２の実施形態の排水の処理装置は、少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含む排水を処理する排水の処理装置であって、前記排水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去する、晶析装置と、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気透析処理により電気透析濃縮水と電気透析希釈水とに分離する電気透析装置と、前記電気透析濃縮水の一部を電気分解して酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを製造する電気分解装置と、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を逆浸透膜を用いて、逆浸透膜処理水と逆浸透膜濃縮水とに分離する逆浸透膜処理装置と、前記アルカリ性水溶液の少なくとも一部を前記晶析装置に循環させる第１の循環部と前記酸性水溶液の少なくとも一部を前記電気分解装置に循環させる第２の循環部とを備える、排水の処理装置である。
第２の実施形態の排水の処理装置における、第１の循環部としては、後述するアルカリ性水循環管２７が挙げられ、第２の循環部としては、洗浄用酸性水循環管２８が挙げられる。
第２の実施形態の排水の処理装置について、図９を用いて詳細に説明する。
図９に示す、第２の実施形態の排水の処理装置２００は、以下の構成を有する。
排水を供給する排水流入管２０が晶析装置２１０に接続されている。晶析装置２１０の出口側には、晶析処理水排出管２１、晶析処理水電気透析濃縮室供給管２２、及び晶析処理水電気透析希釈室供給管２３が接続されている。晶析装置２１０は、晶析処理水電気透析濃縮室供給管２２及び晶析処理水電気透析希釈室供給管２３を介して電気透析装置２３０に接続されている。また、晶析装置２１０は、晶析処理水排出管２１を介して、逆浸透膜処理装置２４０と接続されている。電気透析装置２３０の出口側には、電気透析希釈水排出管２４、電気透析濃縮水カソード室供給管２５、及び電気透析濃縮水アノード室供給管２６が接続されている。電気透析装置２３０は、電気透析濃縮水カソード室供給管２５、及び電気透析濃縮水アノード室供給管２６を介して、電気分解装置２２０と接続されている。また、電気透析装置２３０は、電気透析希釈水排出管２４及び晶析処理水排出管２１を介して、逆浸透膜処理装置２４０と接続されている。電気分解装置２２０の出口側には、アルカリ性水循環管２７、洗浄用酸性水循環管２８、及びｐＨ調整用酸性水循環管２９が接続されている。電気分解装置２２０は、アルカリ性水循環管２７及び排水流入管２０を介して晶析装置２１０と接続されている。また、電気分解装置２２０は、ｐＨ調整用酸性水循環管２９及び晶析処理水排出管２１を介して逆浸透膜処理装置２４０と接続されている。さらに、電気分解装置２２０は、電気透析用酸性水循環管３０、晶析処理水電気透析濃縮室供給管２２、及び晶析処理水電気透析希釈室供給管２３を介して、電気透析装置２３０に接続されている。逆浸透膜処理装置２４０の出口側には、逆浸透膜濃縮水排出管３１及び逆浸透膜処理水排出管３２が接続されている。
晶析装置２１０及び電気分解装置２２０は上述した晶析装置１１０及び電気分解装置１２０とそれぞれ同様の装置が挙げられる。
電気透析装置２３０は、上述した炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気透析処理により電気透析濃縮水と電気透析希釈水とに分離する装置である。
電気透析装置２３０として、具体的には、図１０に示す１価イオン選択透過性イオン交換膜を有する電気透析装置２３１が挙げられる。
１価イオン選択透過性イオン交換膜を有する電気透析装置２３１は、アノード２３２及びカソード２３３を備える。さらに、その間に１価陰イオン選択透過性イオン交換膜２３４と１価陽イオン選択透過性イオン交換膜２３５とをそれぞれ交互に備えることにより、電気透析希釈室２３６及び電気透析濃縮室２３７に分けられている。
アノード２３２として、具体的には、上述したアノード１２２と同様のものを用いることができる。
カソード２３３として、具体的には、上述したカソード１２３と同様のものを用いることができる。
１価陰イオン選択透過性イオン交換膜２３４として、具体的には、ＡＣＳ（アストム社製）等を用いることができる。
１価陽イオン選択透過性イオン交換膜２３５として、具体的には、ＣＩＭＳ（アストム社製）等を用いることができる。
排水の処理装置２００は、晶析処理水電気透析濃縮室供給管２２を介して、上述した炭酸カルシウムが除去された排水を電気透析装置（電気透析装置の濃縮室）に供給しているが、多価イオンの少ない透析用水（例えば、水道水等）を電気透析装置（電気透析装置の濃縮室）に供給してもよい。すなわち、図示はしていないが、排水の処理装置２００は、晶析処理水電気透析濃縮室供給管２２に加えて、多価イオンの少ない透析用水を電気透析濃縮室２３７に供給するための透析用水電気透析濃縮室供給管を備えていてもよい。
多価イオンの少ない透析用水を電気透析装置（電気透析装置の濃縮室）に供給することにより、後述の電気分解装置の酸性水溶液及びアルカリ性水溶液の製造効率を向上させることができる。
電気分解装置２２０によって製造される酸性水溶液は、電気透析用酸性水循環管３０を通って、電気透析装置２３０に供給される排水（上述した炭酸カルシウムが除去された排水）に添加される。これにより、電気透析装置２３０が有する１価陰イオン選択透過性イオン交換膜及び１価陽イオン選択透過性イオン交換膜の劣化をより防止することができる。
また該酸性水溶液（例えば、塩酸）は、ｐＨ調整用酸性水循環管２９を介して、晶析処理水排出管２１中の排水（上記排水から炭酸カルシウムが除去された排水；晶析処理水ともいう）に供給され、該排水のｐＨを調整するために用いられる。なお、図示してはいないが、ｐＨ調整用酸性水循環管２９と晶析処理水排出管２１とが接続している部分が混合部（上記炭酸カルシウムが除去された排水に酸性水溶液が混合される部分）である。
排水の処理装置２００は、電気透析装置２３０を備えることにより、排水（炭酸カルシウムが除去された排水）中の１価のカチオン（アルカリ金属イオン）の濃度を高くすることができるため、電気分解装置において、アルカリ性水溶液をより効率よく製造できる。また、電電気分解装置に付着しやすい多価イオンを予め除去することができる。
逆浸透膜処理装置２４０は、炭酸カルシウムが除去された供給水の一部を逆浸透膜を用いて、逆浸透膜処理水と逆浸透膜濃縮水とに分離する装置である。該逆浸透膜は、供給水の水質に応じて、動作圧力の異なる逆浸透膜を用いることができる。
逆浸透膜の市販例としては、東レ社製のＴＭ７２０－４００等が挙げられる。
排水の処理装置２００は、逆浸透膜処理装置２４０を備えることにより、排水に含まれるイオンや塩類など水以外の不純物を除去することができ、全蒸発残留物（ＴＤＳ）の含有量がより低減された処理水（逆浸透膜処理水）を製造することができる。
以上説明した第２の実施形態の排水の処理装置は、上述した晶析装置と、電気透析装置と、電気分解装置と、逆浸透膜処理装置と、電気分解装置で製造されるアルカリ性水溶液の少なくとも一部を晶析装置に循環させる第１の循環部と、電気分解装置で製造される酸性水溶液の少なくとも一部を電気分解装置に循環させる第２の循環部とを備える。第２の実施形態の排水の処理装置は、電気透析装置を備えるため、排水中のアルカリ金属イオンの濃度を高めることができ、後の電気分解装置において、より効率的にアルカリ性水溶液を製造することができる。
また、第２の実施形態の排水の処理装置は、逆浸透膜処理装置を備えるため、排水に含まれるイオンや塩類など水以外の不純物を除去することができ、全蒸発残留物（ＴＤＳ）の含有量がより低減された処理水（逆浸透膜処理水）を製造することができる。
＜第３の実施形態の排水の処理装置＞
第３の実施形態の排水の処理装置は、第２の実施形態の排水の処理装置にさらに次亜塩素酸ナトリウム製造装置を備える装置である。
第３の実施形態の排水の処理装置における、第１の循環部としては、後述するアルカリ性水循環管４７が挙げられ、第２の循環部としては、洗浄用酸性水循環管４８が挙げられる。
なお、晶析装置３１０、電気透析装置３３０、電気分解装置３２０、及び逆浸透膜処理装置３４０はそれぞれ上述した第１及び第２の実施形態の排水の処理装置で説明した装置と同様の装置が挙げられる。
第３の実施形態の排水の処理装置について、図１１を用いて詳細に説明する。
図１１に示す、第３の実施形態の排水の処理装置３００は、以下の構成を有する。
排水を供給する排水流入管４０が晶析装置３１０に接続されている。晶析装置３１０の出口側には、晶析処理水排出管４１、晶析処理水電気透析濃縮室供給管４２、及び晶析処理水電気透析希釈室供給管４３が接続されている。晶析装置３１０は、晶析処理水電気透析濃縮室供給管４２及び晶析処理水電気透析希釈室供給管４３を介して電気透析装置３３０に接続されている。また、晶析装置３１０は、晶析処理水排出管４１を介して、逆浸透膜処理装置３４０と接続されている。電気透析装置３３０の出口側には、電気透析希釈水排出管４４、電気透析濃縮水カソード室供給管４５、電気透析濃縮水アノード室供給管４６、及び電気透析濃縮水供給管５３が接続されている。電気透析装置３３０は、電気透析濃縮水カソード室供給管４５、及び電気透析濃縮水アノード室供給管４６を介して、電気分解装置３２０と接続されている。また、電気透析装置３３０は、電気透析希釈水排出管４４及び晶析処理水排出管４１を介して、逆浸透膜処理装置３４０と接続されている。さらに、電気透析装置３３０は、電気透析濃縮水供給管５３を介して次亜塩素酸ナトリウム製造装置３５０に接続されている。電気分解装置３２０の出口側には、アルカリ性水循環管４７、洗浄用酸性水循環管４８、ｐＨ調整用酸性水循環管４９、及び電気透析用酸性水循環管５０が接続されている。電気分解装置３２０は、アルカリ性水循環管４７及び排水流入管４０を介して晶析装置３１０と接続されている。また、電気分解装置３２０は、ｐＨ調整用酸性水循環管４９及び晶析処理水排出管４１を介して逆浸透膜処理装置３４０と接続されている。さらに、電気分解装置３２０は、電気透析用酸性水循環管５０、晶析処理水電気透析濃縮室供給管４２、及び晶析処理水電気透析希釈室供給管４３を介して、電気透析装置３３０に接続されている。逆浸透膜処理装置３４０の出口側には、逆浸透膜濃縮水排出管５１及び逆浸透膜処理水排出管５２が接続されている。
次亜塩素酸ナトリウム製造装置３５０は、上述した炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気分解して、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を製造する装置である。
次亜塩素酸ナトリウム製造装置３５０として、具体的には、図１２に示す１室電気分解装置３５１が挙げられる。１室電気分解装置３５１は、アノード３５２とカソード３５３を備える。
該排水を電気分解することにより、次亜塩素酸ナトリウムが製造される。
以上説明した第３の実施形態の排水の処理装置では、上述した第１及び第２の実施形態の排水の装置の効果に加えて、処理水（逆浸透膜処理水）の消毒剤として用いる次亜塩素酸ナトリウム水溶液をオンサイトで次亜塩素酸ナトリウム製造装置において製造し、処理水（逆浸透膜処理水）に添加することで該次亜塩素酸ナトリウム水溶液を消毒剤として利用することができる。
＜第４の実施形態の排水の処理装置＞
第４の実施形態の排水の処理装置は、上述した第２の実施形態の排水の処理装置に、さらに、逆浸透膜処理装置を備える排水の処理装置である。
すなわち、第４の実施形態の排水の処理装置は、少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含む排水を処理する排水の処理装置であって、前記排水を第１の逆浸透膜を用いて、第１の逆浸透膜処理水と第１の逆浸透膜濃縮水とに分離する第１の逆浸透膜処理装置と、前記第１の逆浸透膜濃縮水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去する、晶析装置と、前記炭酸カルシウムが除去された第１の逆浸透膜濃縮水の一部を電気透析処理により電気透析濃縮水と電気透析希釈水とに分離する電気透析装置と、前記電気透析濃縮水の一部を電気分解して酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを得る電気分解装置と、前記炭酸カルシウムが除去された第１の逆浸透膜濃縮水の一部を第２の逆浸透膜を用いて、第２の逆浸透膜処理水と第２の逆浸透膜濃縮水とに分離する第２の逆浸透膜部とを有し、前記アルカリ性水溶液の少なくとも一部を前記晶析装置に循環させる第１の循環部と前記酸性水溶液の少なくとも一部を前記電気分解装置に循環させる第２の循環部とを備える、排水の処理装置である。
第４の実施形態の排水の処理装置における、第１の循環部としては、後述するアルカリ性水循環管６７が挙げられ、第２の循環部としては、洗浄用酸性水循環管６８が挙げられる。
なお、晶析装置４１０、電気透析装置４３０、電気分解装置４２０、及び逆浸透膜処理装置４４０はそれぞれ上述した第１及び第２の実施形態の排水の処理装置で説明した装置とそれぞれ同様の装置が挙げられる。
第４の実施形態の排水の処理装置について、図１３を用いて詳細に説明する。
図１３に示す、第４の実施形態の排水の処理装置４００は、以下の構成を有する。
排水を供給する排水流入管８０が第１の逆浸透膜処理装置４５０に接続されている。第１の逆浸透膜処理装置４５０の出口側には、第１の逆浸透膜処理水排出管８１及び第１の逆浸透膜濃縮水供給管６０が接続されている。第１の逆浸透膜処理装置４５０は、第１の逆浸透膜濃縮水供給管６０を介して晶析装置４１０に接続されている。晶析装置４１０の出口側には、晶析処理水排出管６１、透析用水電気透析濃縮室供給管６２、及び晶析処理水電気透析希釈室供給管６３が接続されている。晶析装置４１０は、晶析処理水電気透析希釈室供給管６３を介して電気透析装置４３０に接続されている。また、晶析装置４１０は、晶析処理水排出管６１を介して、第２の逆浸透膜処理装置４４０と接続されている。電気透析装置４３０の出口側には、電気透析希釈水排出管６４、電気透析濃縮水カソード室供給管６５、及び電気透析濃縮水アノード室供給管６６が接続されている。電気透析装置４３０は、電気透析濃縮水カソード室供給管６５、及び電気透析濃縮水アノード室供給管６６を介して、電気分解装置４２０と接続されている。また、電気透析装置４３０は、電気透析希釈水排出管６４及び晶析処理水排出管６１を介して、第２の逆浸透膜処理装置４４０と接続されている。電気分解装置４２０の出口側には、アルカリ性水循環管６７、洗浄用酸性水循環管６８、ｐＨ調整用酸性水循環管６９、及び電気透析用酸性水循環管７０が接続されている。電気分解装置４２０は、アルカリ性水循環管６７及び第１の逆浸透膜濃縮水供給管６０を介して晶析装置４１０と接続されている。また、電気分解装置４２０は、ｐＨ調整用酸性水循環管６９及び晶析処理水排出管６１を介して第２の逆浸透膜処理装置４４０と接続されている。さらに、電気分解装置４２０は、電気透析用酸性水循環管７０、透析用水電気透析濃縮室供給管６２、及び晶析処理水電気透析希釈室供給管６３を介して、電気透析装置４３０に接続されている。第２の逆浸透膜処理装置４４０の出口側には、第２の逆浸透膜濃縮水排出管７１及び第２の逆浸透膜処理水排出管７２が接続されている。第２の逆浸透膜処理水排出管７２は、第１の逆浸透膜処理水排出管８１と接続されている。
第１の逆浸透膜処理装置４５０と第２の逆浸透膜処理装置４４０とは同一であっても異なっていてもよいが、排水の流れ方向に対して後半に行くほどＴＤＳが上昇して、浸透圧も上昇するため、第２の逆浸透膜処理装置４４０が備える逆浸透膜の方が、耐圧性が高い方が好ましい。
電気透析装置４３０には、透析用水電気透析濃縮室供給管６２、及び晶析処理水電気透析希釈室供給管６３が接続されている。電気透析装置４３０の電気透析濃縮室に多価イオンの少ない透析用水を供給する態様とすることにより、電気分解装置４２０における酸性水溶液及びアルカリ性水溶液の製造効率を向上させることができる。
なお、第４の実施形態の排水の処理装置においても、上述した電気透析濃縮水の一部を電気分解して、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を製造する次亜塩素酸ナトリウム製造装置を備えていてもよい。
第４の実施形態の排水の処理装置は、第１及び第２の逆浸透膜処理装置を備えるため、第２の実施形態の排水の処理装置の効果に加えて、排水に含まれるイオンや塩類など水以外の不純物をより除去することができ、全蒸発残留物（ＴＤＳ）の含有量がさらに低減された処理水（逆浸透膜処理水）を製造することができる。また、逆浸透膜処理水の回収率をさらに向上させることができる。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
＜被処理水について＞
被処理水としては、少なくとも表１に示す各種イオン成分（ナトリウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、及び塩化物イオン）を含む試験用水（模擬排水）を用いて各例の排水の処理を行った。なお、試験用水は、表１に示す各種イオン成分のみを含むものではなく、分析したイオン成分のみを示している。
＜排水の処理＞
（実施例１）
［軟水処理工程］
試験用水を撹拌機付きのビーカーに入れ、軟水処理を行い、試験用水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去した。該軟水処理において、後述する電気分解工程で得られるアルカリ性溶液（水酸化ナトリウム水溶液）を用いて、試験用水のｐＨが１１となるように調整した。
該炭酸カルシウムが除去された試験用水（晶析処理水）の各種イオン成分の濃度は表１に示す通りであった。なお、表１には、分析したイオン成分のみ示している。
［電気透析工程］
１価イオンを選択的に透過するイオン交換膜を組み込んだ小型の電気透析装置（アストム社製Ｓ３、電気透析濃縮室数１０区画、電極面積５５ｃｍ２）で、電気透析希釈室に８Ｌの晶析処理水、濃縮室に０．５Ｌの水道水を満たして、各室の流量を５ｍＬ／ｍｉｎに固定し、電圧１０Ｖを与えて電気透析処理を行い、電気透析濃縮水及び電気透析希釈水を得た。なお、電気透析装置に供給する晶析処理水は、予め後述する電気分解工程で得られる酸性水溶液（塩酸）を用いて、晶析処理水のｐＨが７となるように調整した。
電気透析工程によって得られた電気透析濃縮水の各種イオン成分の濃度は表１に示す通りであった。なお、表１には、分析したイオン成分のみ示している。
［電気分解工程］
イオン交換膜を有する２室電気分解装置に、電気透析工程によって得られた電気透析濃縮水を供給し、電流密度５Ａ／ｄｍ２、電圧１８Ｖで、電気分解を行った。
該２室電気分解装置のアノード及びカソードとしては、デノラ・ペルメレック社製のＤＳＥ（登録商標）メッシュ電極を用いた。電極間距離は２ｍｍとした。
その結果、９００ｍｇ／Ｌのアルカリ性水溶液（水酸化ナトリウム水溶液）と、３４０ｍｇ／Ｌの酸性水溶液（塩酸）とが得られた。該アルカリ性水溶液及び該酸性水溶液の各種イオン成分の濃度は表１に示す通りであった。
なお、塩酸は濃度が既知の水酸化ナトリウム水溶液により定量した。水酸化ナトリウム水溶液は濃度が既知の塩酸により定量した。
［逆浸透膜処理工程］
晶析処理水及び電気透析希釈水を混合し、そこに上記電気分解工程で得られた酸性水溶液（塩酸）を加え、ｐＨが８となるように調整し、逆浸透膜供給水を製造した。該逆浸透膜供給水を逆浸透膜（中圧ＴＭ７２０－４００、東レ社製）を備える逆浸透膜処理装置に供給して、逆浸透膜処理水及び逆浸透膜濃縮水を得た。このときの試験用水の供給量は３１．２Ｌ／ｈであり、逆浸透膜処理水の回収量は２３．４Ｌ／ｈであり、水回収率は７５％であった。
逆浸透膜供給水、逆浸透膜処理水及び逆浸透膜濃縮水の各種イオン成分の濃度は表１に示す通りであった。なお、表１には、分析したイオン成分のみ示している。
［各種イオン成分の含有量の測定方法］
表１に示す試験用水及び各種処理水（晶析処理水、電気透析濃縮水、酸性水溶液、アルカリ性水溶液、逆浸透膜供給水、逆浸透膜処理水、逆浸透膜濃縮水）の各種イオン成分の濃度の分析方法は、陽イオンの濃度は、アルゴンガスのＩＣＰを光源とする発光分光分析装置（ＩＣＰ－ＡＥＳ；ＳＰＳ５５２０、セイコーインスツル社製）を用いて測定した値である。
一方、陰イオンの濃度は、イオンクロマトグラフ分析装置（ＩＣＡ－２０００；東亜ディーケーケー社製）を用いて測定した値である。
［試験用水及び各種処理水のＴＤＳの測定方法］
表１に示す試験用水及び各種処理水のＴＤＳは、電気伝導率から換算した値である。具体的には、ＴＤＳは、電気伝導率［μＳ／ｃｍ］×α（換算係数）で表される。電気伝導率は導電率計（Ｄ７４、堀場製作所社製）で計測した。αを試験用水の水質を考慮して、０．００１とした。
［試験用水及び各種処理水のｐＨの測定方法］
表１に示す試験用水及び各種処理水のｐＨは、各種水溶液の２５℃におけるｐＨをｐＨメーター（Ｄ７４、堀場製作所社製）で測定した値である。
Figure 0007100001000001
表１に示す通り、本実施形態の排水の処理方法によって得られる処理水（逆浸透膜処理水）は、試験用水に比べ、各種イオン成分の濃度が低く、またＴＤＳも低減されていた。
以上より、本実施形態の排水の処理方法及び排水の処理装置によれば、排水処理のプロセスで使用する各種の薬剤をオンサイトで製造、利用することができ、経済的な負担を大幅に低減することができる。また、外部から各種の薬剤を別途添加せずに、オンサイトで製造した薬剤のみで、各種イオン成分の不純物の除去性が高い排水の処理を行えることが確認できる。
１・・・軟水処理工程
２・・・電気分解工程
３・・・電気透析工程
４・・・逆浸透膜処理工程（第２の逆浸透膜処理工程）
５・・・次亜塩素酸ナトリウム製造工程
６・・・第１の逆浸透膜処理工程
１００、２００、３００、４００・・・排水の処理装置
１１０、２１０、３１０、４１０・・・晶析装置
１２０、２２０、３２０、４２０・・・電気分解装置
１２１・・・２室電気分解装置
１２５・・・３室電気分解装置
２３０、３３０、４３０・・・電気透析装置
２３１・・・１価イオン選択透過性イオン交換膜を有する電気透析装置
２４０、３４０、４４０、４５０・・・逆浸透膜処理装置
３５０・・・次亜塩素酸ナトリウム製造装置
３５１・・・１室電気分解装置
１４、２７、４７、６７・・・アルカリ性水循環管
１５、２８、４８、６８・・・洗浄用酸性水循環管
１６、２９、４９、６９・・・ｐＨ調整用酸性水循環管

Claims (9)

  1. 少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含む排水を処理する排水の処理方法であって、
    排水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去する軟水処理工程と、
    前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気透析処理により電気透析濃縮水と電気透析希釈水とに分離する電気透析工程と、
    前記電気透析濃縮水の一部又は全部を電気分解して酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを得る電気分解工程と、
    前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を、逆浸透膜を用いて、逆浸透膜処理水と逆浸透膜濃縮水とに分離する逆浸透膜処理工程とを有し、
    前記アルカリ性水溶液の少なくとも一部を循環させて前記軟水処理工程で用いられる前記排水のｐＨを１０以上とし、
    前記酸性水溶液の少なくとも一部を循環させて前記電気透析工程で用い、
    前記酸性水溶液の少なくとも一部を循環させて前記逆浸透膜処理工程で用いられる前記排水のｐＨを８．５～９．５にする、排水の処理方法。
  2. 前記酸性水溶液の少なくとも一部を循環させて前記電気分解工程で用いる、請求項１に記載の排水の処理方法。
  3. さらに、前記電気透析濃縮水の一部又は全部を電気分解して、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を製造する次亜塩素酸ナトリウム製造工程を有する、請求項１又は２に記載の排水の処理方法。
  4. 前記電気分解工程を水素酸化反応によって行う、請求項１～３のいずれか一項に記載の排水の処理方法。
  5. 前記酸性水溶液の少なくとも一部を循環させて前記電気透析工程で用いる際に、前記電気透析工程で用いられる前記ｐＨ１０以上の排水を中性にする、請求項１～４のいずれか一項に記載の排水の処理方法。
  6. 少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含む排水を処理する排水の処理装置であって、
    前記排水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去する、晶析装置と、
    前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気透析処理により電気透析濃縮水と電気透析希釈水とに分離する電気透析装置と、
    前記電気透析濃縮水の一部又は全部を電気分解して、酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを製造する電気分解装置と、
    前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を、逆浸透膜を用いて、逆浸透膜処理水と逆浸透膜濃縮水とに分離する逆浸透膜処理装置と、
    前記アルカリ性水溶液の少なくとも一部を前記晶析装置に循環させる第１の循環部と、
    前記酸性水溶液の少なくとも一部を循環させて前記電気透析装置に循環させる電気透析用酸性水循環管と、
    前記酸性水溶液の少なくとも一部を循環させて前記逆浸透膜処理装置に循環させるｐＨ調整用酸性水循環管とを備える、排水の処理装置。
  7. 前記酸性水溶液の少なくとも一部を循環させて、前記電気分解装置に循環させる第２の循環部を備える、請求項６に記載の排水の処理装置。
  8. さらに、前記電気透析濃縮水の一部又は全部を電気分解して、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を製造する次亜塩素酸ナトリウム製造装置を備える、請求項６又は７に記載の排水の処理装置。
  9. 前記電気分解装置は、アノードが水素ガス拡散電極である、請求項６～８のいずれか一項に記載の排水の処理装置。
JP2019162106A 2019-09-05 2019-09-05 排水の処理方法及び排水の処理装置 Active JP7100001B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019162106A JP7100001B2 (ja) 2019-09-05 2019-09-05 排水の処理方法及び排水の処理装置
AU2020341085A AU2020341085A1 (en) 2019-09-05 2020-09-02 Wastewater treatment method and wastewater treatment apparatus
EP20861042.8A EP4026606A4 (en) 2019-09-05 2020-09-02 WASTE WATER TREATMENT METHOD AND WASTE WATER TREATMENT APPARATUS
PCT/JP2020/033272 WO2021045107A1 (ja) 2019-09-05 2020-09-02 排水の処理方法及び排水の処理装置
US17/639,768 US11794147B2 (en) 2019-09-05 2020-09-02 Wastewater treatment method and wastewater treatment apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019162106A JP7100001B2 (ja) 2019-09-05 2019-09-05 排水の処理方法及び排水の処理装置

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2021037499A JP2021037499A (ja) 2021-03-11
JP2021037499A5 JP2021037499A5 (ja) 2022-01-11
JP7100001B2 true JP7100001B2 (ja) 2022-07-12

Family

ID=74847978

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019162106A Active JP7100001B2 (ja) 2019-09-05 2019-09-05 排水の処理方法及び排水の処理装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11794147B2 (ja)
EP (1) EP4026606A4 (ja)
JP (1) JP7100001B2 (ja)
AU (1) AU2020341085A1 (ja)
WO (1) WO2021045107A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011056345A (ja) 2009-09-07 2011-03-24 Toshiba Corp 淡水化システム
JP2014014738A (ja) 2012-07-06 2014-01-30 Swing Corp 有機性廃水の処理方法及び処理装置
JP6269777B2 (ja) 2015-10-20 2018-01-31 株式会社カカオ 拡張サービスに対するウィジェット表示方法及び前記方法を行う装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL97543A (en) 1991-03-14 1994-11-11 Yeda Res & Dev Electrodialysis reversal process and apparatus with bipolar membranes for hard-water softening
JPH06269777A (ja) * 1993-03-16 1994-09-27 Asahi Glass Co Ltd 造水プロセス
JPH07171564A (ja) * 1993-12-20 1995-07-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 蒸気発生装置用軟水器
JP3164970B2 (ja) 1994-06-17 2001-05-14 株式会社日立製作所 一価イオンの中性塩を含む排水の処理方法
JPH09299953A (ja) * 1996-05-14 1997-11-25 Matsushita Refrig Co Ltd 電解水生成装置
US20020079075A1 (en) 1998-09-04 2002-06-27 Imerys Minerals Limited Treatment of solid containing material derived from effluent
US8764957B2 (en) 2010-12-23 2014-07-01 General Electric Company Water treatment using a bipolar membrane
JP6053631B2 (ja) * 2013-07-31 2016-12-27 三菱重工業株式会社 淡水化装置及び淡水化方法、並びに淡水、塩及び有価物の併産方法
JP6209013B2 (ja) * 2013-07-31 2017-10-04 三菱重工業株式会社 飲料水製造装置及び方法
JP5655128B1 (ja) 2013-10-24 2015-01-14 栗田工業株式会社 水回収方法及び装置
JP7363063B2 (ja) 2018-03-15 2023-10-18 東洋紡株式会社 変異型ｄｎａポリメラーゼ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011056345A (ja) 2009-09-07 2011-03-24 Toshiba Corp 淡水化システム
JP2014014738A (ja) 2012-07-06 2014-01-30 Swing Corp 有機性廃水の処理方法及び処理装置
JP6269777B2 (ja) 2015-10-20 2018-01-31 株式会社カカオ 拡張サービスに対するウィジェット表示方法及び前記方法を行う装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20230241555A1 (en) 2023-08-03
US11794147B2 (en) 2023-10-24
AU2020341085A1 (en) 2022-04-21
EP4026606A4 (en) 2023-07-26
JP2021037499A (ja) 2021-03-11
EP4026606A1 (en) 2022-07-13
WO2021045107A1 (ja) 2021-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3716042B2 (ja) 酸性水の製造方法及び電解槽
TWI430965B (zh) 去鹽作用之方法及裝置
JP6223442B2 (ja) 金属塩溶液から塩酸を生成又は回収するための方法及び装置
JP2009095821A (ja) 塩水の処理方法
JP2008223115A (ja) 塩水の処理方法
US10934627B2 (en) Methods and systems for making hypochlorite solution from reverse osmosis brine
JP2013075259A (ja) 閉鎖系空間用の水回収装置
JP2007007502A (ja) 低食塩電解水の製造方法とその製造装置
JP2018035024A (ja) 次亜塩素酸ソーダの製造方法及び次亜塩素酸ソーダの製造装置
JP3137831B2 (ja) 膜処理装置
JP5731262B2 (ja) 脱塩処理方法及び脱塩処理システム
Liu et al. Robust electrolysis system divided by bipolar electrode and non-conductive membrane for energy-efficient calcium hardness removal
JP2008178845A (ja) 電解次亜塩素水製造装置
EP1706358A1 (en) Electrochemical nitrate destruction
WO2022085343A1 (ja) 水の処理方法及び水処理装置
JP7100001B2 (ja) 排水の処理方法及び排水の処理装置
JPH10291808A (ja) 過酸化水素水の製造方法及び装置
JP2005177671A (ja) 電解式オゾナイザ
JP7232158B2 (ja) 酸性水溶液の製造装置及び酸性水溶液の製造方法
WO2014045840A1 (ja) 水処理システムおよび濾過膜モジュール並びに水処理方法
JP2015123401A (ja) 水回収方法及び装置
JP4101081B2 (ja) アルカリイオン水生成装置を用いた海水等の脱塩、淡水化方法とその装置
TW201102350A (en) Weak alkaline reverse osmosis water and weak alkaline mineral water and manufacturing system and method thereof
KR20150112786A (ko) 해수 농축수 전기분해를 통한 NaOH 회수장치 및 회수방법
CN114945423A (zh) 水处理系统及水处理方法

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191003

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211201

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211201

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20211201

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220208

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220404

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220607

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220630

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7100001

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150