WO2021024938A1

WO2021024938A1 - 軟水化装置

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Publication number: WO2021024938A1
Application number: PCT/JP2020/029428
Authority: WO
Inventors: 珠里向; 唯松本; 大樹石川; 由浩辻
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2019-08-02
Filing date: 2020-07-31
Publication date: 2021-02-11
Also published as: CN114206784A; US20220274100A1

Abstract

軟水化装置（１０１）は、軟水化槽（１０３）と、中和槽（１０４）と、電解槽（１１２）と、処理槽（１１３）とを備える。軟水化槽（１０３）は、硬度成分を含む原水を弱酸性陽イオン交換樹脂（１１０）により軟水化する。中和槽（１０４）は、軟水化槽（１０３）を流通した軟水のｐＨを弱塩基性陰イオン交換樹脂（１１１）により中和する。電解槽（１１２）は、軟水化槽（１０３）の弱酸性陽イオン交換樹脂（１１０）を再生するための酸性電解水と、中和槽（１０４）の弱塩基性陰イオン交換樹脂（１１１）を再生するアルカリ性電解水とを生成する。処理槽（１１３）は、軟水化槽（１０３）を流通した酸性電解水と中和槽（１０４）を流通したアルカリ性電解水とを混合して電解槽（１１２）に供給する。

Description

軟水化装置

　本開示は、生活水を得る軟水化装置に関するものである。

　従来、この種の軟水化装置としては、陽イオン交換樹脂を用いたものが数多く提案されている。例えば、ナトリウムイオンを官能基として有する陽イオン交換樹脂（強酸性陽イオン交換樹脂）を用い、原水中に含まれる硬度成分であるカルシウムイオンあるいはマグネシウムイオンをナトリウムイオンにイオン交換して軟水を得るものが知られている。

　陽イオン交換樹脂は、使用を続けるとイオン交換能力が低下または消失する。すなわち、陽イオン交換樹脂の官能基であるナトリウムイオンすべてが、硬度成分であるカルシウムイオンあるいはマグネシウムイオンと交換された後は、イオン交換ができなくなる。そのため、再びイオン交換を可能とするために、陽イオン交換樹脂の再生を行う必要がある。再生処理としては、飽和食塩水等の再生水を陽イオン交換樹脂に通水するといった処理が行われる。そのような再生処理では、軟水の使用量に応じて定期的に食塩を補充する必要があるため、食塩の補充に手間がかかるという問題がある。また、そのような再生処理は、多量の食塩を用いるため環境問題の原因となっている。

　そこで、弱酸性陽イオン交換樹脂を用いた軟水化装置では、食塩を使用しない陽イオン交換樹脂の再生方法として、電気分解で生成した酸性電解水により陽イオン交換樹脂を再生する方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。弱酸性陽イオン交換樹脂は、官能基の末端にプロトンを有しており、原水中に含まれるカルシウムイオンあるいはマグネシウムイオンを水素イオンに交換して原水を軟水化している。このため、酸性電解水により弱酸性陽イオン交換樹脂の再生が可能になる。

特開２０１１－３０９７３号公報特開２００９－１６５９５４号公報特開２０１４－１００６３３号公報特開２０１４－２１０２３２号公報特開２０００－１４０８４０号公報

　しかしながら、弱酸性陽イオン交換樹脂で処理された軟水には交換されて出てきた水素イオンを多く含むため、処理後の軟水の水素イオン指数（ｐＨ）が低下してしまい、生活水に適合しないという課題を有している。

　そこで本開示は、弱酸性陽イオン交換樹脂を用いた軟水化装置において、生活水として使用可能な軟水を生成することができ、且つ、再生処理により比較的長期にわたり性能を維持することができる軟水化装置を提供することを目的とする。

　そして、本開示に係る軟水化装置は、硬度成分を含む原水を弱酸性陽イオン交換樹脂により軟水化する軟水化槽と、軟水化槽を流通した軟水のｐＨを弱塩基性陰イオン交換樹脂により中和する中和槽と、軟水化槽の弱酸性陽イオン交換樹脂を再生するための酸性電解水と、中和槽の弱塩基性陰イオン交換樹脂を再生するアルカリ性電解水とを生成する電解槽と、軟水化槽を流通した酸性電解水と中和槽を流通したアルカリ性電解水とを混合して電解槽に供給する処理槽とを備えるものである。

　本開示に係る軟水化装置によれば、弱酸性陽イオン交換樹脂を用いた軟水化装置において、生活水として使用可能な軟水を生成することができ、且つ、再生処理により比較的長期にわたり性能を維持することができる。

図１は、本開示の実施の形態１に係る軟水化装置の構成を示す概念図である。図２は、同軟水化装置の循環流路を示す図である。図３は、同軟水化装置の動作時の状態を示す図である。図４は、本開示の実施の形態２に係る軟水化装置の構成を示す概念図である。図５は、本開示の実施の形態３に係る軟水化装置の構成を示す概念図である。図６は、同軟水化装置の循環流路を示す図である。図７は、同軟水化装置の動作パターンを示す図である。図８は、本開示の実施の形態４に係る軟水化装置の構成を示す概念図である。図９は、本開示の実施の形態５に係る軟水化装置の構成を示す概略図である。図１０は、実施の形態５の実施例１に係る軟水化装置におけるカルシウムイオン量及びｐＨの変化を示すグラフ（（ａ）カルシウムイオンの推移を示すグラフ、（ｂ）ｐＨの変化を示すグラフ）である。図１１は、実施の形態５の実施例２に係る軟水化装置の構成を示す概略図である。図１２は、同軟水化装置の各処理ステップでの硬度変化を示すグラフである。図１３は、本開示の実施の形態６に係る軟水化装置の構成を示す概略図である。図１４は、同軟水化装置の第一処理部の構成を示す概略図である。図１５は、実施の形態６の実施例３に係る軟水化装置におけるカルシウムイオン量及びｐＨの変化を示すグラフ（（ａ）カルシウムイオンの推移を示すグラフ、（ｂ）ｐＨの変化を示すグラフ）である。図１６は、実施の形態６の実施例４に係る軟水化装置の超音波振動によるｐＨ調整促進の効果を示すグラフである。図１７は、実施の形態６の実施例５に係る軟水化装置の構成を示す概略図である。図１８は、同軟水化装置の各処理ステップでの硬度変化を示すグラフである。図１９は、本開示の実施の形態７に係る軟水化装置の構成を示す概略図である。図２０は、実施の形態７の実施例６に係る軟水化装置におけるカルシウムイオン量及びｐＨの変化を示すグラフ（（ａ）カルシウムイオンの推移を示すグラフ、（ｂ）ｐＨの変化を示すグラフ）である。図２１は、実施の形態７の実施例７に係る軟水化装置の構成を示す概略図である。図２２は、同軟水化装置の各処理ステップでの硬度変化を示すグラフである。図２３は、実施の形態７の実施例８に係る軟水化装置の反応時間による結晶化率変化を示すグラフである。図２４は、同軟水化装置の反応時間による結晶粒子径変化を示すグラフである。

　本開示に係る軟水化装置は、硬度成分を含む原水を弱酸性陽イオン交換樹脂により軟水化する軟水化槽と、軟水化槽を流通した軟水のｐＨを弱塩基性陰イオン交換樹脂により中和する中和槽と、軟水化槽の弱酸性陽イオン交換樹脂を再生するための酸性電解水と、中和槽の弱塩基性陰イオン交換樹脂を再生するアルカリ性電解水とを生成する電解槽と、軟水化槽を流通した酸性電解水と中和槽を流通したアルカリ性電解水とを混合して電解槽に供給する処理槽とを備える。

　こうした構成によれば、本開示に係る軟水化装置は、軟水化槽と中和槽によって、外部から供給される硬度成分を含む原水から、生活水として使用可能な軟水を生成することができる。一方、本開示に係る軟水化装置は、電解槽と処理槽によって、軟水化槽の弱酸性陽イオン交換樹脂と中和槽の弱塩基性陰イオン交換樹脂とをそれぞれ再生することができるので、比較的長期にわたり軟水化性能を維持することができる。つまり、弱酸性陽イオン交換樹脂を用いた軟水化装置において、生活水として使用可能な軟水を生成することができ、且つ、再生処理により比較的長期にわたり性能を維持することができる。

　また、本開示に係る軟水化装置では、電解槽から酸性電解水を引き出して軟水化槽の上流側へ送水可能とする第一供給流路と、電解槽からアルカリ性電解水を引き出して中和槽の上流側へ送水可能とする第二供給流路と、処理槽の上流側を軟水化槽の下流側に接続可能とする第一回収流路と、処理槽の上流側を中和槽の下流側に接続可能とする第二回収流路とをさらに備える。そして、本開示に係る軟水化装置は、軟水化処理の際には、開閉弁の切り替えによって、外部から供給される原水を軟水化槽と中和槽の順に流通させて排出し、再生処理の際には、開閉弁の切り替えによって、処理槽の水を電解槽から第一供給流路を通じて軟水化槽へ供給し、軟水化槽を流通した水を処理槽へ第一回収流路を通じて回収し、処理槽の水を電解槽から第二供給流路を通じて中和槽へ供給し、中和槽を流通した水を処理槽へ第二回収流路を通じて回収する。

　このようにすることで、本開示に係る軟水化装置は、軟水化処理と再生処理とを容易に切り替えて実行することができる。

　また、本開示に係る軟水化装置では、処理槽は、軟水化槽を流通した酸性電解水と中和槽を流通したアルカリ性電解水とが反応することにより反応生成物（原水に含まれる硬度成分に起因した反応生成物）を生成し、処理槽と電解槽との間には、処理槽を流通した水に含まれる反応生成物を分離する分離槽が設けられている。

　このようにすることで、本開示に係る軟水化装置は、再生処理において、処理槽から電解槽に供給される水から反応生成物を確実に分離することができる。従って、外部から硬度成分を含む原水を電解槽に供給する場合と比べて、処理槽から電解槽に供給される水に含まれる硬度成分は減少することになる。このため、本開示に係る軟水化装置は、電解槽あるいは軟水化槽の内部において、硬度成分に起因する固着物の付着を抑制することができる。つまり、本開示に係る軟水化装置は、軟水化処理または再生処理の性能を比較的長期にわたり維持することができる。

　以下、本開示の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

　（実施の形態１）
　まず、図１を参照して、本実施の形態１に係る軟水化装置１０１の構成について説明する。図１は、本開示の実施の形態１に係る軟水化装置１０１の構成を示す概念図である。なお、図１では、軟水化装置１０１の各要素を概念的に示している。

　軟水化装置１０１は、外部から供給される市水（硬度成分を含む原水）を、生活水として使用可能な中性の軟水として生成する装置である。

　具体的には、図１に示すように、軟水化装置１０１は、外部からの原水の流入口１０２と、軟水化槽１０３と、中和槽１０４と、処理後の軟水の取水口１０５と、再生装置１０６とを備えている。また、再生装置１０６は、電解槽１１２と、処理槽１１３と、送水ポンプ１１４と、分離槽としてのろ過部１２９とを含んで構成される。

　流入口１０２は市水に接続されている。軟水化装置１０１は、市水の圧力で取水口１０５から軟水化処理後の水を取り出すことができる。

　流入口１０２から取水口１０５までは、流路１０７、流路１０８、流路１０９によって接続されている。流路１０７は、流入口１０２から軟水化槽１０３までを接続した流路である。流路１０８は、軟水化槽１０３から中和槽１０４までを接続した流路である。流路１０９は、中和槽１０４から取水口１０５までを接続した流路である。

　言い換えると、流路１０７は、硬度成分を含む原水を流入口１０２から軟水化槽１０３へ導く流路である。また、流路１０８は、軟水化槽１０３で軟水化された原水を中和槽１０４に導く流路である。流路１０９は、中和槽１０４により中和された軟水を取水口１０５へ導く流路である。

　つまり、軟水化装置１０１では、軟水化処理において、外部から供給される市水が、流入口１０２、流路１０７、軟水化槽１０３、流路１０８、中和槽１０４、流路１０９、取水口１０５の順に流通して、中性の軟水として排出される。

　軟水化槽１０３には弱酸性陽イオン交換樹脂１１０が充填され、中和槽１０４には弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１が充填されている。

　ここで、弱酸性陽イオン交換樹脂１１０としては、特に制限はなく、汎用的なものを使用することができ、例えば、カルボキシル基（－ＣＯＯＨ）を交換基とするものが挙げられる。また、カルボキシル基の対イオンである水素イオン（Ｈ＋）が、金属イオン、アンモニウムイオン（ＮＨ４＋）等の陽イオンとなっているものでもよい。

　また、弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１としては、特に制限はなく、汎用的なものを使用することができ、例えば、遊離塩基のイオン型となっているものが挙げられる。

　軟水化槽１０３は、弱酸性陽イオン交換樹脂１１０の作用により、硬度成分を含む原水を軟水化する。より詳細には、軟水化槽１０３は、官能基の末端に水素イオンを有する弱酸性陽イオン交換樹脂１１０を備えている。軟水化槽１０３は、流通する水（原水）に含まれる硬度成分である陽イオン（カルシウムイオン、マグネシウムイオン）を水素イオンと交換するため、原水の硬度が下がり、原水を軟水化することができる。また、弱酸性陽イオン交換樹脂１１０の官能基の末端が水素イオンであるため、後述する再生処理において、酸性電解水を用いて弱酸性陽イオン交換樹脂１１０の再生を行うことができる。

　軟水化槽１０３には、流路１０７から硬度成分を含む原水が通水され、内部に充填された弱酸性陽イオン交換樹脂１１０を通過することで、硬度成分を含む原水を、軟水として流路１０８を介して中和槽１０４へ通水させる。ただし、弱酸性陽イオン交換樹脂１１０で処理された軟水は、硬度成分と交換されて出てきた水素イオンを多く含む。

　中和槽１０４は、弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１の作用により、軟水化槽１０３から出てきた水素イオンを含む軟水（酸性化した軟水）のｐＨを中和し、中性水（中性の軟水）に変換するものである。より詳細には、中和槽１０４は、弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１を備えており、軟水化槽１０３からの軟水に含まれる水素イオンをアニオン（陰イオン）で吸着するため、軟水のｐＨが下がり、中性の軟水とすることができる。また、弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１の官能基の末端が陰イオンであるため、後述する再生処理において、アルカリ性電解水を用いて弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１の再生を行うことができる。

　中和槽１０４には、流路１０８から水素イオンを含む軟水が通水され、内部に充填された弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１を通過することで、軟水化槽１０３から出てきた酸性化した軟水を中和して、中性の軟水として流路１０９を介して外部へ通水させる。

　再生装置１０６は、軟水化槽１０３の弱酸性陽イオン交換樹脂１１０を再生させ、かつ中和槽１０４の弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１を再生させる機器である。具体的には、再生装置１０６は、上述した通り、電解槽１１２と、処理槽１１３と、送水ポンプ１１４と、ろ過部１２９とを含んで構成される。そして、再生装置１０６は、流入口１０２から取水口１０５までの流路１０７、流路１０８及び流路１０９に対して、第一供給流路１１６、第一回収流路１１７、第二供給流路１１８及び第二回収流路１１９によってそれぞれ接続され、後述する循環流路１１５（第一循環流路１１５ａ、第二循環流路１１５ｂ）を構成している。

　電解槽１１２は、内部に設けた電極１３３を用いて、入水した水（処理槽１１３から供給される水）を電気分解することによって、酸性電解水とアルカリ性電解水とを生成して排出する。具体的には、電解槽１１２は、酸性電解水を、第一供給流路１１６を介して軟水化槽１０３に供給し、アルカリ性電解水を、第二供給流路１１８を介して中和槽１０４に供給する。詳細は後述するが、電解槽１１２によって生成された酸性電解水は、軟水化槽１０３の弱酸性陽イオン交換樹脂１１０の再生に使用され、電解槽１１２によって生成されたアルカリ性電解水は、中和槽１０４の弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１の再生に使用される。

　処理槽１１３は、空気抜き弁１３２を備えたタンクまたは容器である。処理槽１１３は、弱酸性陽イオン交換樹脂１１０と弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１を再生するときに循環流路１１５内を循環させる水を確保し、貯留するものである。また、処理槽１１３は、軟水化槽１０３を流通した硬度成分を含む酸性電解水と、中和槽１０４を流通した陰イオンを含むアルカリ性電解水とを混合し、電解槽１１２に供給するものである。処理槽１１３では、混合された硬度成分とアルカリ性電解水とが反応することにより反応生成物（原水に含まれる硬度成分に起因した反応生成物）が生成される。

　より詳細には、処理槽１１３には、軟水化槽１０３内の弱酸性陽イオン交換樹脂１１０を再生した後における、硬度成分が含まれる酸性電解水が第一回収流路１１７を介して通水される。また、処理槽１１３には、中和槽１０４内の弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１を再生した後における、陰イオンが含まれるアルカリ性電解水が第二回収流路１１９を介して通水される。そして、処理槽１１３において、硬度成分を含む酸性電解水と、陰イオンを含むアルカリ性電解水とを混合し、硬度成分がアルカリ性電解水と反応する。例えば、酸性電解水中の硬度成分がカルシウムイオンの場合、アルカリ性電解水と混合されることにより、炭酸カルシウムが生じたり、水酸化カルシウムが生じる反応が起こったりする。そして、反応した硬度成分は、反応生成物として分離することが可能となる。

　なお、「硬度成分が反応する」とは、硬度成分すべてが反応することのみならず、処理槽１１３に反応しない成分もしくは溶解度積を超えない成分が含まれている状態も含むものとする。

　そして、処理槽１１３により硬度成分が反応して得られた処理水は、電解槽１１２に通水され、電解槽１１２において電気分解され、酸性電解水及びアルカリ性電解水となって軟水化槽１０３及び中和槽１０４にそれぞれ供給される。そして、酸性電解水及びアルカリ性電解水は、それぞれ、軟水化槽１０３及び中和槽１０４において再利用された後、再び処理槽１１３へ通水（回収）される。従って、従来であれば廃棄していた、弱酸性陽イオン交換樹脂１１０の再生及び弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１の再生に使用した酸性電解水及びアルカリ性電解水を、本実施の形態においては再利用することができる。しかも、硬度成分が反応した水を再利用するため、弱酸性陽イオン交換樹脂１１０を再生する際の再生効率の低減を抑えることができる。

　送水ポンプ１１４は、再生装置１０６による再生処理の際に、循環流路１１５に水を循環させる機器である。送水ポンプ１１４は、処理槽１１３と電解槽１１２との間を連通接続する送水流路１２７に設けられている。なお、送水ポンプ１１４は、電解槽１１２の上流側で処理槽１１３の下流側に配置することが好ましい。このような配置とするのは、一つの送水ポンプ１１４で、後述する第一循環流路１１５ａと第二循環流路１１５ｂに水を循環させやすくなるからである。

　ろ過部１２９は、処理槽１１３から電解槽１１２へ繋がる送水流路１２７の前段に設けられている。そして、ろ過部１２９は、処理槽１１３を流通した水に含まれる反応生成物（軟水化槽１０３を流通した硬度成分を含む酸性電解水と中和槽１０４を流通した陰イオンを含むアルカリ性電解水とが反応することにより生成する反応生成物）を分離する。

　ろ過部１２９は、処理槽１１３における硬度成分との反応生成物を分離が可能であればその形態は問わない。例えば、粒状ろ材を用いたろ過層、サイクロン型の固液分離機、中空糸膜等を用いる形態が挙げられる。

　ろ過層に用いられる粒状ろ材は、硬度成分を捕捉して除去することを目的としているが、粒状ろ材に吸着するような表面電位を持つ粒子、原水中のイオン等の存在状態によっては粒子径約が１μｍ～１０μｍの粒子あるいは色度も除去可能となる。粒状ろ材には、ろ過砂をはじめ、ペレット状の繊維ろ材等、除去対象物に適したろ材を用いることができる。粒状ろ材の材質は、例えば、砂、アンスラサイト、ガーネット、セラミックス、粒状活性炭、オキシ水酸化鉄、マンガン砂など、水中で沈降し、圧力で変形しにくい硬度をもつものであればよい。粒子径は、例えば０．３ｍｍ～５．０ｍｍ、均等係数が１．２～２．０などのものを用いるとよい。

　また、比重が異なる複数の種類のろ材を混合して使用する複層ろ過法は、ろ過を行う層としてサイズの異なる粒子を小さい粒子から順に下から積層する方法である。複層ろ過法では、比重が大きくサイズが小さい粒子と、比重が小さくサイズが大きい粒子を混合して多層構造にするのが一般的である。複層ろ過法は、単一の種類のろ材を用いるのに比べて、単位体積あたりのろ過効率が高く、一方で損失水頭が低く抑えられるなどのメリットがあるため好ましい。粒状ろ材としては、例えば、粒子径が０．３ｍｍのガーネットと、粒子径が０．６ｍｍの砂と、粒子径が１．０ｍｍのアンスラサイトとを、２：１：１で混合して使用するが、濁質の粒子特性に応じて混合比率あるいは粒子径を調整することが好ましい。

　一方、サイクロン型の固液分離機は、重力の代わりに遠心力を利用して、処理槽１１３から流出する硬度成分を含む水を、小サイズの結晶を含む原水と、大サイズの結晶を含む原水とに分級分離する装置である。

　次に、図２及び図３を参照して、軟水化装置１０１の循環流路１１５について説明する。図２は、軟水化装置１０１の循環流路１１５を示す図である。図３は、軟水化装置１０１の動作時の状態を示す図である。

　説明が重複するが、図２に示すように、軟水化装置１０１において、再生装置１０６を構成する電解槽１１２及び処理槽１１３は、送水流路１２７によって連通接続される。また、電解槽１１２及び処理槽１１３は、流入口１０２から取水口１０５までの流路１０７、流路１０８及び流路１０９に対して、第一供給流路１１６、第一回収流路１１７、第二供給流路１１８及び第二回収流路１１９によってそれぞれ連通接続されている。そして、再生装置１０６では、循環流路１１５が構成されている。

　第一供給流路１１６は、電解槽１１２から軟水化槽１０３へ酸性電解水を供給する流路である。すなわち、軟水化装置１０１は、電解槽１１２から酸性電解水を引き出して軟水化槽１０３の上流側へ送水可能とする第一供給流路１１６を備える。第一供給流路１１６には、開閉弁１２０が備えられている。

　そして、第一回収流路１１７は、軟水化槽１０３を通過した硬度成分を含む水を処理槽１１３へ回収する流路である。すなわち、軟水化装置１０１は、処理槽１１３の上流側を軟水化槽１０３の下流側に接続可能とする第一回収流路１１７を備える。第一回収流路１１７には、開閉弁１２１が備えられている。

　第二供給流路１１８は、電解槽１１２から中和槽１０４へアルカリ性電解水を供給する流路である。すなわち、軟水化装置１０１は、電解槽１１２からアルカリ性電解水を引き出して中和槽１０４の上流側へ送水可能とする第二供給流路１１８を備える。第二供給流路１１８には、開閉弁１２２が備えられている。

　そして、第二回収流路１１９は、中和槽１０４を通過した水を処理槽１１３へ回収する流路である。すなわち、軟水化装置１０１は、処理槽１１３の上流側を中和槽１０４の下流側に接続可能とする第二回収流路１１９を備える。第二回収流路１１９には、開閉弁１２３が備えられている。

　循環流路１１５は、軟水化槽１０３を流通する第一循環流路１１５ａと、中和槽１０４を流通する第二循環流路１１５ｂとを含む。

　第一循環流路１１５ａは、図２（白矢印）に示すように、送水ポンプ１１４によって処理槽１１３から送出された水が、電解槽１１２と軟水化槽１０３とを流通して処理槽１１３に戻って循環する流路である。より詳細には、第一循環流路１１５ａは、送水ポンプ１１４によって処理槽１１３から送出された水が、送水流路１２７、電解槽１１２、第一供給流路１１６（開閉弁１２０）、軟水化槽１０３、第一回収流路１１７（開閉弁１２１）、処理槽１１３の順に流通して循環する流路である。

　第二循環流路１１５ｂは、図２（黒矢印）に示すように、送水ポンプ１１４によって処理槽１１３から送出された水が、電解槽１１２と中和槽１０４とを流通して処理槽１１３に戻って循環する流路である。より詳細には、第二循環流路１１５ｂは、送水ポンプ１１４によって処理槽１１３から送出された水が、送水流路１２７、電解槽１１２、第二供給流路１１８（開閉弁１２２）、中和槽１０４、第二回収流路１１９（開閉弁１２３）、処理槽１１３の順に流通して循環する流路である。

　ここで、循環流路１１５において水（処理水）を循環させるために、流路１０７には、流入口１０２の下流側に開閉弁１２４が設けられている。そして、開閉弁１２４を閉止して、開閉弁１２０を開放することで、軟水化槽１０３の上流側に第一供給流路１１６が連通接続された状態となる。これにより、軟水化装置１０１は、電解槽１１２からの酸性電解水を軟水化槽１０３に供給できるようになる。

　また、流路１０８には、第一回収流路１１７の下流側、且つ、第二供給流路１１８の上流側に開閉弁１２５が設けられている。そして、開閉弁１２５を閉止して、開閉弁１２１を開放することで、軟水化槽１０３の下流側に第一回収流路１１７が連通接続された状態となる。これにより、軟水化槽１０３を流通した水（硬度成分を含む酸性電解水）を処理槽１１３へ回収することができるようになる。

　また、開閉弁１２５を閉止して、開閉弁１２２を開放することで、中和槽１０４の上流側に第二供給流路１１８が連通接続された状態となる。これにより、軟水化装置１０１は、電解槽１１２からのアルカリ性電解水を中和槽１０４に供給できるようになる。

　また、流路１０９には、中和槽１０４の下流側に開閉弁１２６が設けられている。そして、開閉弁１２６を閉止して、開閉弁１２３を開放することで、中和槽１０４の下流側に第二回収流路１１９が連通接続された状態となる。これにより、第二回収流路１１９を通過した水（陰イオンを含むアルカリ性電解水）を処理槽１１３へ回収することができるようになる。

　また、送水流路１２７には、処理槽１１３の下流側（処理槽１１３と送水ポンプ１１４との間の位置）に開閉弁１３０が設けられている。そして、開閉弁１３０を開放するによって、循環流路１１５への水の循環を開始することができる一方、開閉弁１３０を閉止するによって、循環流路１１５への水の循環を停止することができる。

　次に、軟水化装置１０１における軟水化処理及び再生処理について説明する。

　軟水化処理及び再生処理では、軟水化装置１０１が備える制御部（図示せず）は、図３に示すように、開閉弁１２０、開閉弁１２１、開閉弁１２２、開閉弁１２３、開閉弁１２４、開閉弁１２５、開閉弁１２６、開閉弁１３０、開閉弁１３１、電解槽１１２の電極１３３及び送水ポンプ１１４を切り替えてそれぞれの流通状態となるように制御する。なお、制御部は、プロセッサ及びメモリを有するコンピュータシステムを有している。そして、プロセッサがメモリに格納されているプログラムを実行することにより、コンピュータシステムが制御部として機能する。プロセッサが実行するプログラムは、ここではコンピュータシステムのメモリに予め記録されているとしたが、メモリカード等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通じて提供されてもよい。

　ここで、図３中の「ＯＮ」は、該当の開閉弁が「開放」した状態、電極１３３が通電している状態、送水ポンプ１１４が動作している状態をそれぞれ示す。空欄は、該当の開閉弁が「閉止」した状態、電極１３３が通電していない状態、送水ポンプ１１４を停止している状態を示す。なお、開閉弁１２０、開閉弁１２１、開閉弁１２２、開閉弁１２３、開閉弁１２４、開閉弁１２５、開閉弁１２６及び開閉弁１３０は、本開示に係る「開閉弁」に相当する。

　＜軟水化処理＞
　まず、軟水化装置１０１による軟水化処理時の動作について、図３の「軟水化時」欄を参照して説明する。

　軟水化装置１０１は、図３に示すように、軟水化処理（軟水化時）において、開閉弁１２４と開閉弁１２５とを開放した状態で、取水口１０５に設けた開閉弁１２６を開放する。これにより、軟水化装置１０１は、外部から市水（硬度成分を含む原水）が軟水化槽１０３と中和槽１０４を流通するので、取水口１０５から軟水化した水（中性の軟水）を取り出すことができる。このとき、開閉弁１２０、開閉弁１２１、開閉弁１２２、開閉弁１２３及び開閉弁１３０は、いずれも閉止した状態になっている。また、電解槽１１２の電極１３３及び送水ポンプ１１４も停止した状態である。

　具体的には、図２に示すように、軟水化処理では、市水の圧力によって、供給される原水は、流入口１０２から流路１０７を通って、軟水化槽１０３に供給される。そして、軟水化槽１０３に供給された原水は、軟水化槽１０３内に備えられた弱酸性陽イオン交換樹脂１１０を流通する。このとき、原水中の硬度成分である陽イオンは、弱酸性陽イオン交換樹脂１１０の作用により吸着され、水素イオンが放出される（イオン交換がされる）。そして、原水から陽イオンが除去されることで原水が軟水化される。軟水化された水は、さらに流路１０８を通って、中和槽１０４へ進む。中和槽１０４では、弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１の作用によって、軟水化された水に含まれる水素イオンが吸着される。つまり、処理後の軟水から水素イオンが除去されるので、低下したｐＨが上昇し、生活用水として軟水化した中性水を取水口１０５から取り出すことができる。

　＜再生処理＞
　次に、軟水化装置１０１の再生装置１０６による再生処理時の動作について、図３の「水注入時」、「再生時」及び「排水時」欄を参照して順に説明する。

　弱酸性陽イオン交換樹脂１１０を充填した軟水化槽１０３は、使用を続けると陽イオン交換能力が低下または消失する。すなわち、陽イオン交換樹脂の官能基である水素イオンすべてが、硬度成分であるカルシウムイオンあるいはマグネシウムイオンと交換された後は、イオン交換ができなくなる。このため、軟水化装置１０１では、所定の時間ごとに再生装置１０６による軟水化槽１０３及び中和槽１０４の再生処理が行われる。

　まず、図３に示すように、水注入時において、すなわち再生装置１０６による軟水化槽１０３及び中和槽１０４の再生の初期において、軟水化装置１０１は、開閉弁１２４及び開閉弁１２１を開放する。これにより、軟水化装置１０１は、市水の圧力によって、流入口１０２から軟水化槽１０３を通して原水を処理槽１１３へ導入する。この時、開閉弁１２０、開閉弁１２５、開閉弁１３０、及び開閉弁１３１は閉止している。処理槽１１３に所定の量の水を貯留することで、再生装置１０６は、再生時の水の量を確保することができる。

　次に、再生時において、開閉弁１２４と開閉弁１２６を閉止して、開閉弁１２０、開閉弁１２１、開閉弁１２２、開閉弁１２３及び開閉弁１３０を開放すると、図２に示すように、第一循環流路１１５ａと第二循環流路１１５ｂがそれぞれ形成される。

　そして、電解槽１１２の電極１３３及び送水ポンプ１１４を動作させると、処理槽１１３に貯留した水が第一循環流路１１５ａ及び第二循環流路１１５ｂのそれぞれを循環することとなる。

　この際、電解槽１１２で生成した酸性電解水は、第一供給流路１１６を通って、軟水化槽１０３内に送水され、内部の弱酸性陽イオン交換樹脂１１０を流通する。すなわち、弱酸性陽イオン交換樹脂１１０を流通させることで、弱酸性陽イオン交換樹脂１１０に吸着されている陽イオン（硬度成分）が、酸性電解水に含まれる水素イオンとイオン交換反応を起こす。これにより、弱酸性陽イオン交換樹脂１１０が再生される。その後、弱酸性陽イオン交換樹脂１１０を流通した酸性電解水は、陽イオンを含み、第一回収流路１１７へ流れ込む。すなわち、弱酸性陽イオン交換樹脂１１０を流通した陽イオンを含む酸性電解水は、第一回収流路１１７を介して処理槽１１３内に回収される。

　一方、電解槽１１２で生成したアルカリ性電解水は、第二供給流路１１８を通って、中和槽１０４内に送水され、内部の弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１を流通する。すなわち、弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１を流通させることで、弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１に吸着されている陰イオンが、アルカリ性電解水に含まれる水酸化物イオンとイオン交換反応を起こす。これにより、弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１が再生される。その後、弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１を流通したアルカリ性電解水は、陰イオンを含み、第二回収流路１１９へ流れ込む。すなわち、弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１を流通した陰イオンを含むアルカリ性電解水は、第二回収流路１１９を介して処理槽１１３内に回収される。

　そして、処理槽１１３内では、軟水化槽１０３から回収された陽イオンを含む酸性電解水と、中和槽１０４から回収された陰イオンを含むアルカリ性電解水とが混合される。このとき、処理槽１１３内において、酸性電解水中の陽イオンである硬度成分がアルカリ性電解水と反応する。例えば、酸性電解水中の硬度成分がカルシウムイオンである場合、アルカリ性電解水により水酸化カルシウムが生じたり、水中に常在する炭酸イオンと結合したりして炭酸カルシウムが生じる反応が起こる。

　その後、処理槽１１３中で処理された水は、ろ過部１２９を流通する際に反応生成物が除去され、送水流路１２７を介して電解槽１１２に再び通水される。そして、通水された水は、電解槽１１２において再び電解される。

　ここで、電解槽１１２にて再び電解された電解水（酸性電解水、アルカリ性電解水）は、それぞれ弱酸性陽イオン交換樹脂１１０の再生と弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１の再生に供される。つまり、弱酸性陽イオン交換樹脂１１０の再生に使用した酸性電解水が、処理槽１１３において、硬度成分が反応生成物に変化してろ過された状態から再び電解水として再利用されることとなる。しかも、再利用する電解酸性水は、外部から市水（硬度成分を含む原水）の場合あるいは処理槽１１３を備えない場合と比較して、水に含まれる硬度成分が減少している。また、電解槽１１２の中で電解される時に、陽イオンである硬度成分は、アルカリ性電解水へ電解されるため、酸性電解水の硬度は下がり、再生効率の低下を抑えることができる。さらには、電解槽１１２及び軟水化槽１０３の内部において、硬度成分に起因する固着物の付着を抑制することができる。

　最後に、再生処理が終了すると（排水時）、電解槽１１２の電極１３３の通電を停止し、送水ポンプ１１４の動作を停止させる。そして、開閉弁１３１を開放すると空気抜き弁１３２の作用により、処理槽１１３内の水が外部に排水される。

　以上のようにして、軟水化装置１０１では、軟水化処理と再生処理とが繰り返して実行される。

　以上、実施の形態１に係る軟水化装置１０１によれば、以下の効果を享受することができる。

　（１）軟水化装置１０１は、硬度成分を含む原水を弱酸性陽イオン交換樹脂１１０により軟水化する軟水化槽１０３と、軟水化槽１０３を流通した軟水のｐＨを弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１により中和する中和槽１０４と、軟水化槽１０３の弱酸性陽イオン交換樹脂１１０を再生するための酸性電解水と、中和槽１０４の弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１を再生するアルカリ性電解水とを生成する電解槽１１２と、軟水化槽１０３を流通した酸性電解水と中和槽１０４を流通したアルカリ性電解水とを混合して電解槽１１２に供給する処理槽１１３とを備えて構成した。

　これにより、軟水化装置１０１は、軟水化槽１０３と中和槽１０４によって、外部から供給される市水（硬度成分を含む原水）から、生活水として使用可能な中性の軟水を生成することができる。一方、軟水化装置１０１は、電解槽１１２と処理槽１１３によって、軟水化槽１０３の弱酸性陽イオン交換樹脂１１０と中和槽１０４の弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１とをそれぞれ再生することができる。従って、軟水化装置１０１は、比較的長期にわたり軟水化性能を維持することができる。つまり、弱酸性陽イオン交換樹脂１１０を用いた軟水化装置１０１は、生活水として使用可能な中性の軟水を生成することができ、且つ、再生処理により比較的長期にわたり性能を維持することができる。

　（２）軟水化装置１０１は、電解槽１１２から酸性電解水を引き出して軟水化槽１０３の上流側へ送水可能とする第一供給流路１１６と、電解槽１１２からアルカリ性電解水を引き出して中和槽１０４の上流側へ送水可能とする第二供給流路１１８と、処理槽１１３の上流側を軟水化槽１０３の下流側に接続可能とする第一回収流路１１７と、処理槽１１３の上流側を中和槽１０４の下流側に接続可能とする第二回収流路１１９とを備えて構成した。そして、軟水化装置１０１は、軟水化処理の際には、各開閉弁の切り替えによって、外部から供給される原水を軟水化槽１０３、中和槽１０４の順に流通させて排出し、再生処理の際には、各開閉弁の切り替えによって、処理槽１１３の水を電解槽１１２から第一供給流路１１６を通じて軟水化槽１０３へ供給し、軟水化槽１０３を流通した水を処理槽１１３へ第一回収流路１１７を通じて回収し、処理槽１１３の水を電解槽１１２から第二供給流路１１８を通じて中和槽１０４へ供給し、中和槽１０４を流通した水を処理槽１１３へ第二回収流路１１９を通じて回収するようにした。これにより、軟水化装置１０１は、軟水化処理と再生処理とを容易に切り替えて実行することができる。

　（３）軟水化装置１０１では、処理槽１１３は、軟水化槽１０３を流通した酸性電解水と中和槽１０４を流通したアルカリ性電解水とが反応することにより反応生成物（原水に含まれる硬度成分に起因した反応生成物）を生成し、処理槽１１３と電解槽１１２との間には、処理槽１１３を流通した水に含まれる反応生成物を分離するろ過部１２９を設けた。

　これにより、軟水化装置１０１は、再生処理において、処理槽１１３から電解槽１１２に供給される水から反応生成物を確実に分離することができる。従って、外部から硬度成分を含む原水を電解槽１１２に供給する場合と比べて、処理槽１１３から電解槽１１２に供給される水に含まれる硬度成分は減少することになる。このため、軟水化装置１０１は、電解槽１１２あるいは軟水化槽１０３の内部において、硬度成分に起因する固着物の付着を抑制することができる。つまり、軟水化装置１０１は、軟水化処理または再生処理の性能を比較的長期にわたり維持することができる。

　（実施の形態２）
　本開示の実施の形態２に係る軟水化装置１０１ａは、中和槽１０４が第一中和槽１０４ａと第二中和槽１０４ｂによって構成されている点と、原水供給流路１３７を備えている点とで実施の形態１に係る軟水化装置１０１と異なる。これ以外の軟水化装置１０１ａの構成は、実施の形態１に係る軟水化装置１０１と同様である。以下、実施の形態１で説明済みの内容は再度の説明を適宜省略し、実施の形態１と異なる点を主に説明する。

　まず、本開示の実施の形態２に係る軟水化装置１０１ａの構成について、図４を参照しながら説明する。図４は、本開示の実施の形態２に係る軟水化装置１０１ａの構成を示す概念図である。

　軟水化装置１０１ａは、実施の形態１に係る軟水化装置１０１と同様、外部から供給される市水（硬度成分を含む原水）を、生活水として使用可能な中性の軟水として生成する装置である。

　具体的には、図４に示すように、軟水化装置１０１ａは、外部からの原水の流入口１０２と、軟水化槽１０３と、第一中和槽１０４ａと、第二中和槽１０４ｂと、処理後の軟水の取水口１０５と、再生装置１０６と、原水供給流路１３７とを備えている。再生装置１０６の構成は実施の形態１に係る軟水化装置１０１と同様である。

　流入口１０２は市水に接続されている。軟水化装置１０１ａは、市水の圧力で取水口１０５から軟水化処理後の水を取り出すことができる。

　流入口１０２から取水口１０５までは、流路１０７、流路１０８、流路１０９ａ、流路１０９ｂによって接続されている。流路１０７は、流入口１０２から軟水化槽１０３までを接続した流路である。流路１０８は、軟水化槽１０３と第一中和槽１０４ａを接続した流路である。流路１０９ａは、第一中和槽１０４ａから第二中和槽１０４ｂまでを接続した流路である。流路１０９ｂは、第二中和槽１０４ｂから取水口１０５までを接続した流路である。

　言い換えると、流路１０７は、硬度成分を含む原水を流入口１０２から軟水化槽１０３へ導く流路である。また、流路１０８は、軟水化槽１０３で軟水化された原水を第一中和槽１０４ａに導く流路である。流路１０９ａは、第一中和槽１０４ａにより中和された軟水を第二中和槽１０４ｂに導く流路である。流路１０９ｂは、第二中和槽１０４ｂにより中和された軟水を取水口１０５へ導く流路である。

　つまり、軟水化装置１０１ａでは、軟水化処理において、外部から供給される市水が、流入口１０２、流路１０７、軟水化槽１０３、流路１０８、第一中和槽１０４ａ、流路１０９ａ、第二中和槽１０４ｂ、流路１０９ｂ、取水口１０５の順に流通して、中性の軟水として排出される。

　軟水化槽１０３には弱酸性陽イオン交換樹脂１１０が充填され、第一中和槽１０４ａには弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１が充填されている。また、第二中和槽１０４ｂは、ベンチュリー管１３４を備えて構成されている。

　軟水化槽１０３は、弱酸性陽イオン交換樹脂１１０の作用により、硬度成分を含む原水を軟水化する。詳細は、実施の形態１に係る軟水化装置１０１と同様である。

　軟水化槽１０３には、流路１０７から硬度成分を含む原水が通水され、内部に充填された弱酸性陽イオン交換樹脂１１０を通過することで、硬度成分を含む原水を、軟水として流路１０８から第一中和槽１０４ａへ通水させる。ただし、弱酸性陽イオン交換樹脂１１０で処理された軟水は、硬度成分と交換されて出てきた水素イオンを多く含む。

　第一中和槽１０４ａは、弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１ａの作用により、軟水化槽１０３から出てきた水素イオンを多く含む軟水（酸性化した軟水）のｐＨを中和し、弱酸性水（弱酸性の軟水）に変換するものである。作用の詳細は、実施の形態１に係る軟水化装置１０１と同様であるが、軟水化装置１０１と比べ、弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１ａの必要量が大きく抑えられている。軟水化装置１０１は、弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１により、軟水化槽１０３から出てきた酸性化した軟水を中性まで中和するが、軟水化装置１０１ａは、第一中和槽１０４ａによって、中性までではなく弱酸性までの中和を行う。これにより、第一中和槽１０４ａにおいて、軟水化槽１０３から出てきた酸性化した軟水に対して必要な中和量が小さくなるため、弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１ａの必要量を大きく抑えることが可能である。

　第一中和槽１０４ａには、流路１０８から水素イオンを多く含む軟水が通水され、内部に充填された弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１ａを通過することで、軟水化槽１０３から出てきた酸性化した軟水を中和して、弱酸性の軟水として流路１０９ａを介して第二中和槽１０４ｂへ通水させる。

　第二中和槽１０４ｂは、ベンチュリー管１３４による空気曝気の作用により、第一中和槽１０４ａから出てきた弱酸性水（弱酸性の軟水）のｐＨを中和し、中性水（中性の軟水）に変換するものである。より詳細には、第二中和槽１０４ｂは、ベンチュリー管１３４を備えており、流路１０９ａから第二中和槽１０４ｂに弱酸性の軟水を流すことによって、ベンチュリー管１３４内に圧力変化が起こり、外部の空気を吸い込む。吸い込まれた空気は、マイクロバブルとして第一中和槽１０４ａから出てきた弱酸性の軟水中に放出される。第一中和槽１０４ａから出てきた弱酸性の軟水中には遊離炭酸が含まれており、第二中和槽１０４ｂは、軟水中に放出されたマイクロバブルによって、軟水中の遊離炭酸を空気中に放出し、第一中和槽１０４ａから出てきた弱酸性の軟水をさらに中和し、中性水に変換する。

　第二中和槽１０４ｂには、第一中和槽１０４ａから出てきた弱酸性の軟水が通水され、備えられたベンチュリー管１３４を通過することで、第一中和槽１０４ａから出てきた弱酸性の軟水を中和して、中性の軟水として流路１０９ｂを通して外部へ通水させる。

　原水供給流路１３７は、流路１０７及び流路１０９ｂと接続されており、再生処理時において、流入口１０２から入った原水を流路１０７から流路１０９ｂへバイパス供給する流路である。原水供給流路１３７と流路１０７との接続部分は、流路１０７と第一供給流路１１６の接続部分よりも上流側に位置する。また、原水供給流路１３７と流路１０７及び原水供給流路１３７と流路１０９ｂとの接続部分には、三方弁１３５及び三方弁１３６がそれぞれ設置されている。再生処理時において、三方弁１３５及び三方弁１３６を切り替えることで、流入口１０２から入った原水を、流路１０７、原水供給流路１３７及び流路１０９ｂを介して、取水口１０５から取り出すことができる。もしも原水供給流路１３７を備えないとした場合、流入口１０２から供給される原水の流路がなくなり、取水口１０５から水を取り出すことができない。再生処理時は、第一供給流路１１６から軟水化槽１０３へ、第二供給流路１１８から第一中和槽１０４ａへ、それぞれ再生に用いる電解水を通水させているためである。これに対して、実施の形態２に係る軟水化装置１０１ａは、原水供給流路１３７を備えるので、取水口１０５から軟水を取り出すことはできないものの、再生処理時においても取水口１０５から原水を取り出すことができ、生活水として原水を使用することができる。

　再生装置１０６については、実施の形態１に係る軟水化装置１０１と同様であるが、軟水化装置１０１で備えられていた開閉弁１２４及び開閉弁１２６が、それぞれ三方弁１３５及び三方弁１３６に変更されている。軟水化装置１０１ａでは、軟水化装置１０１における開閉弁１２４及び開閉弁１２６の閉止は、それぞれ三方弁１３５及び三方弁１３６の切り替えによって対応する。

　軟水化装置１０１ａにおける軟水化処理及び再生処理については、軟水化装置１０１と同様であるので、説明を省略する。

　以上、実施の形態２に係る軟水化装置１０１ａによれば、以下の効果を享受することができる。

　（１）軟水化装置１０１ａは、硬度成分を含む原水を弱酸性陽イオン交換樹脂１１０により軟水化する軟水化槽１０３と、軟水化槽１０３を流通した軟水のｐＨを弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１ａにより中和する第一中和槽１０４ａと、第一中和槽１０４ａを流通した軟水をベンチュリー管１３４による空気曝気により中和する第二中和槽１０４ｂと、軟水化槽１０３の弱酸性陽イオン交換樹脂１１０を再生するための酸性電解水と、第一中和槽１０４ａの弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１ａを再生するアルカリ性電解水とを生成する電解槽１１２と、軟水化槽１０３を流通した酸性電解水と第一中和槽１０４ａを流通したアルカリ性電解水とを混合して電解槽１１２に供給する処理槽１１３とを備えて構成した。

　これにより、軟水化装置１０１ａは、軟水化槽１０３、第一中和槽１０４ａ及び第二中和槽１０４ｂによって、外部から供給される市水（硬度成分を含む原水）から、生活水として使用可能な中性の軟水を生成することができる。一方、軟水化装置１０１ａは、電解槽１１２と処理槽１１３によって、軟水化槽１０３の弱酸性陽イオン交換樹脂１１０と第一中和槽１０４ａの弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１ａとをそれぞれ再生することができる。従って、軟水化装置１０１ａは、比較的長期にわたり軟水化性能を維持することができる。つまり、弱酸性陽イオン交換樹脂１１０を用いた軟水化装置１０１ａは、生活水として使用可能な中性の軟水を生成することができ、且つ、再生処理により比較的長期にわたり性能を維持することができる。

　（２）軟水化装置１０１ａは、電解槽１１２から酸性電解水を引き出して軟水化槽１０３の上流側へ送水可能とする第一供給流路１１６と、電解槽１１２からアルカリ性電解水を引き出して中和槽１０４の上流側へ送水可能とする第二供給流路１１８と、処理槽１１３の上流側を軟水化槽１０３の下流側に接続可能とする第一回収流路１１７と、処理槽１１３の上流側を中和槽１０４の下流側に接続可能とする第二回収流路１１９とを備えて構成した。そして、軟水化装置１０１ａは、軟水化処理の際には、各開閉弁及び三方弁の切り替えによって、外部から供給される原水を軟水化槽１０３、第一中和槽１０４ａ、第二中和槽１０４ｂの順に流通させて排出し、再生処理の際には、各開閉弁及び三方弁の切り替えによって、処理槽１１３の水を電解槽１１２から第一供給流路１１６を通じて軟水化槽１０３へ供給し、軟水化槽１０３を流通した水を処理槽１１３へ第一回収流路１１７を通じて回収し、処理槽１１３の水を電解槽１１２から第二供給流路１１８を通じて第一中和槽１０４ａへ供給し、第一中和槽１０４ａを流通した水を処理槽１１３へ第二回収流路１１９を通じて回収するようにした。これにより、軟水化装置１０１ａは、軟水化処理と再生処理とを容易に切り替えて実行することができる。

　（３）軟水化装置１０１ａでは、処理槽１１３は、軟水化槽１０３を流通した酸性電解水と第一中和槽１０４ａを流通したアルカリ性電解水とが反応することにより反応生成物（原水に含まれる硬度成分に起因した反応生成物）を生成し、処理槽１１３と電解槽１１２との間には、処理槽１１３を流通した水に含まれる反応生成物を分離するろ過部１２９を設けた。

　これにより、軟水化装置１０１ａは、再生処理において、処理槽１１３から電解槽１１２に供給される水から反応生成物を確実に分離することができる。従って、外部から硬度成分を含む原水を電解槽１１２に供給する場合と比べて、処理槽１１３から電解槽１１２に供給される水に含まれる硬度成分は減少することになる。このため、軟水化装置１０１ａは、電解槽１１２あるいは軟水化槽１０３の内部において、硬度成分に起因する固着物の付着を抑制することができる。つまり、軟水化装置１０１ａは、軟水化処理または再生処理の性能を比較的長期にわたり維持することができる。

　（４）軟水化装置１０１ａでは、中和槽は、軟水化槽１０３を流通した軟水のｐＨを弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１ａにより中和する第一中和槽１０４ａと、第一中和槽１０４ａを流通した軟水をベンチュリー管１３４による空気曝気により中和する第二中和槽１０４ｂとを有する構成とした。これにより、軟水化装置１０１ａは、軟水化装置１０１のように弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１のみで中性に中和する場合と比べて、弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１ａに必要な中和量が小さくなる。従って、軟水化装置１０１ａは、弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１ａの必要量を大きく抑えることができる。このことは、弱塩基性陰イオン交換樹脂１１１ａを備える第一中和槽１０４ａを小型化することが可能となるとも言える。

　以上、実施の形態１及び実施の形態２に基づき本開示を説明したが、本開示は上記の実施の形態１及び実施の形態２に何ら限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

　実施の形態２に係る軟水化装置１０１ａは、再生処理時に、流入口１０２から入った原水を流路１０７から流路１０９ｂへバイパス供給するための原水供給流路１３７を設けたが、これに限られない。例えば、軟水化装置１０１ａにおいて、実施の形態１に係る軟水化装置１０１のように原水供給流路１３７を設けなくてもよいし、実施の形態１に係る軟水化装置１０１において、原水供給流路１３７を設けてもよい。これにより、軟水化装置１０１あるいは軟水化装置１０１ａの設計自由度が向上する。

　また、実施の形態１に係る軟水化装置１０１及び実施の形態２に係る軟水化装置１０１ａは、中性の軟水を生成することができるものとして説明した。しかしながら、実施の形態１に係る軟水化装置１０１及び実施の形態２に係る軟水化装置１０１ａを、中性に限られず、生活水として使用可能な液性、例えば弱酸性の軟水を生成できるようにしてもよい。すなわち、実施の形態１に係る中和槽１０４と、実施の形態２に係る第一中和槽１０４ａ及び第二中和槽１０４ｂとを、軟水化槽１０３から出てきた酸性化した軟水を中和して、生活水として使用可能な液性の軟水に変換するよう、変形してもよい。

　（実施の形態３）
　本開示の実施の形態３は、生活水を得る軟水化装置に関するものである。

　そこで、食塩を使用しない陽イオン交換樹脂の再生方法として、電気分解で生成した酸性電解水により陽イオン交換樹脂を再生する方法（弱酸性陽イオン交換樹脂）が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。弱酸性陽イオン交換樹脂は官能基の末端にプロトンを有しており、原水中に含まれるカルシウムイオンあるいはマグネシウムイオンを水素イオンに交換して軟水を得ることができる。この方法は、電解水により再生可能なため、自動再生が可能になる。

　しかしながら、このような、水の電気分解を用いてｐＨの低下を抑制する軟水化装置では、軟水化時にも電気分解が必要であり、流量が少なく、生活用水としては水量が不足して不便である。

　そこで、本開示は、弱酸性陽イオン交換樹脂の交換作業をせずに、比較的長期に渡り、水中の硬度成分の除去が可能であり、生活用水として流量も確保することができる軟水化装置を提供することを目的とする。

　本開示に係る軟水化装置は、硬度成分を含む原水を弱酸性陽イオン交換樹脂により軟水化する軟水化槽と、軟水化槽を通過した軟水のｐＨを炭酸カルシウムの徐放により中和する中和槽とを備え、軟水を生成する軟水化装置であって、弱酸性陽イオン交換樹脂を再生するための酸性電解水と、アルカリ性電解水とを生成する電解槽を有し、電解槽によって生成した酸性電解水によって弱酸性陽イオン交換樹脂を再生する再生装置を備え、再生装置は、再生時に軟水化槽から排出される硬度成分と電解槽から排出されるアルカリ性電解水を反応させる処理槽を有し、電解槽から酸性水を引き出して軟水化槽の上流側へ送水可能とする第一供給流路と、軟水化槽の下流側を処理槽の上流側に接続可能とした回収流路と、処理槽の下流側を電解槽の上流側に接続する送水流路と、電解槽からアルカリ性電解水を引き出して処理槽へ送水可能とする第二供給流路と、弱酸性陽イオン交換樹脂の再生時の水を循環させる循環流路とを形成し、弱酸性陽イオン交換樹脂の再生の初期に、開閉弁の切り替えによって、弱酸性陽イオン交換樹脂を通して原水を処理槽に蓄えるものである。

　本開示に係る軟水化装置は、弱酸性陽イオン交換樹脂の交換作業をせずに、比較的長期に渡り、水中の硬度成分の除去が可能であり、生活用水として流量も確保することができる。

　これにより、本開示に係る軟水化装置は、軟水化槽と中和槽の作用により、生活水として使用可能な軟水を生成することができ、かつ、再生装置の作用により比較的長期にわたり性能を維持することができる。

　また、本開示に係る軟水化装置は、処理槽と電解槽との間に、処理槽を通過した水の硬度成分との反応生成物を分離するろ過部をさらに備えるものである。

　処理槽内では、陽イオンを含む酸性電解水と、陰イオンを含むアルカリ性電解水とが混合される。このとき、処理槽内において、酸性電解水中の陽イオンである硬度成分がアルカリ性電解水と反応する。例えば、酸性電解水中の硬度成分がカルシウムイオンである場合、アルカリ性電解水により水酸化カルシウムが生じたり、水中に常在する炭酸イオンと結合したりして炭酸カルシウムが生じる反応が起こる。本開示に係る軟水化装置は、これら水酸化カルシウムと炭酸カルシウムをろ過部で分離することにより、電極内での析出が起こることを抑制し、比較的長期にわたり電極性能を維持することができる。

　以下、本開示の実施の形態３について図面を参照しながら説明する。

　図５は、本実施の形態３に係る軟水化装置２０１の構成を概念的に示す図である。

　図５に示すように、軟水化装置２０１は、硬度成分を含む原水の流入口２０２と、軟水化槽２０３と、中和槽２０４と、処理後の軟水の取水口２０５と再生装置２０６を備えている。流入口２０２は市水に接続されている。軟水化装置２０１は、市水の圧力で取水口２０５から軟水化処理後の水を取り出すことができる。

　流入口２０２から取水口２０５までは、流路２０７、流路２０８、流路２０９によって接続されている。流路２０７は、流入口２０２から軟水化槽２０３までを接続した流路である。流路２０８は、軟水化槽２０３から中和槽２０４までを接続した流路である。流路２０９は、中和槽２０４から取水口２０５までを接続した流路である。

　軟水化槽２０３には弱酸性陽イオン交換樹脂２１０が、中和槽２０４には炭酸カルシウム２１１が充填されている。

　軟水化槽２０３は、弱酸性陽イオン交換樹脂２１０により、硬度成分を含む原水を軟水化する。軟水化槽２０３には、流路２０７から硬度成分を含む原水が通水され、内部に充填された弱酸性陽イオン交換樹脂２１０を通過することで、硬度成分を含む原水を、軟水として流路２０８を介して中和槽２０４へ通水させる。なお、弱酸性陽イオン交換樹脂２１０で処理された軟水は、硬度成分と交換されて出てきた水素イオンを多く含むため、酸性化した軟水である。ここで、弱酸性陽イオン交換樹脂２１０としては、特に制限はなく、汎用的なものを使用することができ、例えば、カルボキシル基（－ＣＯＯＨ）を交換基とするものが挙げられる。また、カルボキシル基の対イオンである水素イオン（Ｈ＋）が、金属イオン、アンモニウムイオン（ＮＨ４＋）等の陽イオンとなっているものでもよい。

　中和槽２０４は、炭酸カルシウム２１１の作用により、軟水化槽２０３を通過した酸性化した軟水のｐＨを中和し、中性水（中性の軟水）に変換するものである。中和槽２０４では、炭酸カルシウム２１１を通過することで軟水化槽２０３から出てきた酸性の水と炭酸カルシウムによって徐放される炭酸イオンとが反応することにより、緩衝作用により中和された中性の軟水を、流路２０９を介して外部へ通水させる。中和槽２０４の内部に充填されるものは炭酸を徐放できるものであれば良く、炭酸カルシウムの他、炭酸ナトリウムなどでも良い。それぞれの薬品の形状としては、粉末状、タブレット状などがあげられる。また炭酸カルシウムとしては、自然界に存在する珊瑚や貝殻等でも良い。

　流路２０７は、硬度成分を含む原水を流入口２０２から軟水化槽２０３に導く流路である。また、流路２０８は、軟水化槽２０３で軟水化された原水を中和槽２０４に導く流路である。流路２０９は、中和槽２０４で中和された軟水を取水口２０５へ導く流路である。

　再生装置２０６は、軟水化槽２０３の弱酸性陽イオン交換樹脂２１０を再生させるものである。そのために、再生装置２０６は、電解槽２１２と処理槽２１３と送水ポンプ２１４と循環流路２１５（図６参照）とを備えている。そして、再生装置２０６は、流入口２０２から取水口２０５までの流路２０７、流路２０８及び流路２０９に対して、第一供給流路２１６及び回収流路２１７によって接続されている。

　電解槽２１２は、内部に設けた電極（図示せず）を用いて、入水した水（処理槽２１３から供給される水）を電気分解して得られる酸性電解水及びアルカリ性電解水のそれぞれを排出する。酸性電解水は、第一供給流路２１６を介して軟水化槽２０３へ供給され、アルカリ性電解水は、第二供給流路２１８を介して処理槽２１３へ供給される。すなわち、再生装置２０６は、弱酸性陽イオン交換樹脂２１０を再生するための酸性電解水と、アルカリ性電解水とを生成する電解槽２１２を有する。

　処理槽２１３は、空気弁２２９を備えたタンクまたは容器であり、弱酸性陽イオン交換樹脂２１０を再生するときに循環流路２１５内を循環させる水を確保し、貯留するものである。また、処理槽２１３は、軟水化槽２０３を通過した硬度成分を含む酸性電解水と、電解槽２１２から排出されるアルカリ性電解水とを混合し、硬度成分をアルカリ性電解水と反応させることで希釈するものである。すなわち、再生装置２０６は、再生時に軟水化槽２０３から排出される硬度成分と電解槽２１２から排出されるアルカリ性電解水を反応させる処理槽２１３を有する。

　処理槽２１３には、軟水化槽２０３内の弱酸性陽イオン交換樹脂２１０を再生した後における、硬度成分が含まれる酸性電解水が回収流路２１７を介して通水される。また、処理槽２１３には、陰イオンが含まれるアルカリ性電解水が第二供給流路２１８を介して通水される。

　そして、処理槽２１３において、硬度成分を含む酸性電解水と、陰イオンを含むアルカリ性電解水とを混合し、希釈及び硬度成分がアルカリ性電解水と反応する。例えば、酸性電解水中の硬度成分がカルシウムイオンの場合、アルカリ性電解水と混合されることにより、炭酸カルシウムが生じたり、水酸化カルシウムが生じる反応が起こったりする。そして、反応によって硬度成分を除去、つまり分離することが可能となる。

　なお、「硬度成分が反応する」とは、硬度成分すべてが反応することのみならず、処理槽２１３に反応しない成分もしくは溶解度積を超えない成分が含まれている状態も含むものとする。

　処理槽２１３により、硬度成分が反応して得られた処理水は、電解槽２１２に通水され、電解槽２１２において電気分解され、酸性電解水及びアルカリ性電解水が生成される。そして、酸性電解水は、軟水化槽２０３において再利用された後、アルカリ性電解水は、そのまま処理槽２１３へ通水（回収）される。従って、従来であれば廃棄していた、弱酸性陽イオン交換樹脂２１０の再生に使用した酸性電解水を、本実施の形態３においては再利用することができる。しかも、処理槽２１３でアルカリ性電解水と反応させることで硬度成分を除去した水として再利用するため、弱酸性陽イオン交換樹脂２１０を再生する際の再生効率の低減を抑えることができる。

　再生装置２０６は、処理槽２１３から電解槽２１２へ繋がる送水流路２１９の前段に、ろ過部２２０を備えている。

　ろ過部２２０は処理水中における硬度成分との反応生成物を分離が可能であればその形態は問わない。例えば、粒状ろ材を用いたろ過層、サイクロン型の固液分離機、中空糸膜等を用いる形態が挙げられる。

　粒状ろ材を用いたろ過層に用いられる粒状ろ材は、硬度成分を捕捉して除去することを目的としているが、粒状ろ材に吸着するような表面電位を持つ粒子または原水中のイオン等の存在状態によっては粒子径が約１μｍ～１０μｍの粒子あるいは色度も除去可能となる。粒状ろ材には、ろ過砂をはじめ、ペレット状の繊維ろ材等、除去対象物に適したろ材を用いることができる。粒状ろ材の材質は、例えば、砂、アンスラサイト、ガーネット、セラミックス、粒状活性炭、オキシ水酸化鉄、マンガン砂など、水中で沈降し、圧力で変形しにくい硬度をもつものであればよい。粒子径は、例えば０．３ｍｍ～５．０ｍｍ、均等係数は、１．２～２．０などのものを用いるとよい。

　一方、サイクロン型の固液分離機は、重力の代わりに遠心力を利用して、処理槽２１３から流出する硬度成分を含む水を、小サイズの結晶を含む原水と、大サイズの結晶を含む原水とに分級分離する装置である。

　再生が終了した後には、開閉弁２２１を開放することで、空気弁２２９の作用により、循環水が排水される。

　説明が重複するが、軟水化装置２０１において、再生装置２０６は、流入口２０２から取水口２０５までの流路２０７、流路２０８及び流路２０９に対して、第一供給流路２１６及び回収流路２１７によって接続されている。

　第一供給流路２１６は、電解槽２１２から軟水化槽２０３へ酸性電解水を供給する流路である。第一供給流路２１６には、開閉弁２２２が備えられている。すなわち、再生装置２０６には、電解槽２１２から酸性水を引き出し、軟水化槽２０３の上流側へ送水可能とする第一供給流路２１６が形成されている。

　回収流路２１７は、軟水化槽２０３を通過した硬度成分を含む水を処理槽２１３へ回収する流路である。回収流路２１７には、開閉弁２２３が備えられている。すなわち、再生装置２０６には、軟水化槽２０３の下流側を処理槽２１３の上流側に接続可能とした回収流路２１７が形成されている。

　処理槽２１３と電解槽２１２は、送水流路２１９と第二供給流路２１８によって接続されている。送水流路２１９には送水ポンプ２１４が配置されている。すなわち、再生装置２０６には、処理槽２１３の下流側を電解槽２１２の上流側に接続する送水流路２１９が形成されている。

　第二供給流路２１８は、電解槽２１２から処理槽２１３へアルカリ性電解水を供給する流路である。第二供給流路２１８には、開閉弁２２４が備えられている。すなわち、再生装置２０６には、電解槽２１２からアルカリ性電解水を引き出して処理槽２１３へ送水可能とする第二供給流路２１８が形成されている。

　これにより、図６において点線で示すように、処理槽２１３から電解槽２１２、軟水化槽２０３、処理槽２１３へ水を循環させることができる循環流路２１５を構成することができる。すなわち、再生装置２０６には、弱酸性陽イオン交換樹脂２１０の再生時の水を循環させる循環流路２１５が形成されている。

　そのために、軟水化槽２０３へ原水を供給する流路２０７には、流入口２０２の下流側に開閉弁２２５が設けられている。開閉弁２２５を閉止して、開閉弁２２２を開放することで、軟水化槽２０３の上流側に第一供給流路２１６が接続される。また、流路２０８には、開閉弁２２６が設けられている。開閉弁２２６を閉止して開閉弁２２３を開放することで、軟水化槽２０３の下流側で開閉弁２２６の上流側に回収流路２１７を接続し、軟水化槽２０３を通過した水（硬度成分を含む酸性電解水）を処理槽２１３へ回収することができる。また、流路２０９には、開閉弁２２７が設けられている。開閉弁２２７を開放することで、取水口２０５から軟水化された水を取り出すことできる。

　また、電解槽２１２のアルカリ性電解水排出口の下流側に配置された開閉弁２２４を開放することで第二供給流路２１８が接続されている。

　なお、図５に示すように、送水ポンプ２１４は、電解槽２１２の上流側で処理槽２１３の下流側に配置することが好ましい。

　また、開閉弁２２１、開閉弁２２２、開閉弁２２３、開閉弁２２４、開閉弁２２５、開閉弁２２６、開閉弁２２７及び送水ポンプ２１４は、図７に示すように、制御部（図示せず）によって切り替えられることが望ましい。なお、制御部は、プロセッサ及びメモリを有するコンピュータシステムを有している。そして、プロセッサがメモリに格納されているプログラムを実行することにより、コンピュータシステムが制御部として機能する。プロセッサが実行するプログラムは、ここではコンピュータシステムのメモリに予め記録されているとしたが、メモリカード等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通じて提供されてもよい。

　上記構成において、図５に示す軟水化装置２０１は、制御部からの信号により各開閉弁の切り替えにより４つの動作パターンを行う。ここでは、動作パターンと各開閉弁の動きについて、図６及び図７を用いて説明する。

　図６は、軟水化装置２０１の循環流路２１５を示す図であり、図７は、軟水化装置２０１の動作パターンを示す図である。動作パターンは、図７に示すように、軟水化時、水注入時、再生時、排水時に分けられる。図７において、各開閉弁の動きは開放を「ＯＮ」、閉止を「ＯＦＦ」としている。また、電解槽２１２の電極及び送水ポンプ２１４については、動作している状態を「ＯＮ」、停止している状態を「ＯＦＦ」としている。

　まず、軟水化装置２０１による軟水化処理時の動作について説明する。

　図７における軟水化時に示すように、開閉弁２２６を開放した状態で、取水口２０５に設けた開閉弁２２５を開放することで、硬度成分を含む原水が軟水化槽２０３と中和槽２０４を通過するので、取水口２０５から軟水化した水を取り出すことができる。このとき、その他の開閉弁である、開閉弁２２１、開閉弁２２２、開閉弁２２３、開閉弁２２４はいずれも閉止した状態になっており、電解槽２１２の電極及び送水ポンプ２１４は停止している。

　上記の硬度成分を含む原水を軟水化する場合においては、市水の圧力によって、原水は、流入口２０２から流路２０７を通って、軟水化槽２０３に供給される。そして、この原水は、軟水化槽２０３内に備えられた弱酸性陽イオン交換樹脂２１０を通過する。このとき、原水中の硬度成分である陽イオンは、弱酸性陽イオン交換樹脂２１０の作用により吸着され、水素イオンが放出される（イオン交換がされる）。陽イオンが除去されることで原水が軟水化される。軟水化された水は、さらに流路２０８を通って、中和槽２０４へ進む。中和槽２０４では、炭酸カルシウム２１１の作用によって、炭酸イオンが徐放され、プロトンが緩衝され、中和される。つまり、生活用水として軟水化した中性水を取水口２０５から取り出すことができる。

　次に、軟水化装置２０１の再生装置２０６による再生処理時の動作について説明する。

　軟水化装置２０１では、制御部の動作によって、所定の時間ごとに再生装置２０６による軟水化槽２０３の再生が行われる。

　図７の水注入時に示すように、再生装置２０６による再生の初期において、開閉弁２２３、開閉弁２２５を開放することで、市水の圧力によって、流入口２０２から軟水化槽２０３を通して原水を処理槽２１３へ導入することができる。この時、その他の開閉弁である、開閉弁２２１、開閉弁２２２、開閉弁２２４、開閉弁２２６は閉止しており、電解槽２１２の電極及び送水ポンプ２１４は停止している。また、空気弁２２９からは常に空気の出入りができる状態である。再生装置２０６は、処理槽２１３に所定の量の水を貯留して、再生時の水の量を確保することができる。また、注入された再生水は、軟水化槽２０３を通過して処理槽２１３に貯水されるために、硬度が減少した状態となり、硬水のまま循環を行う場合に比べてより効率的に再生を行うことができる。

　続いて、図７における再生時に示すように、開閉弁２２２、開閉弁２２３、開閉弁２２４を開放し、このとき、開閉弁２２１、開閉弁２２５と開閉弁２２６を閉止し、送水ポンプ２１４と電解槽２１２の電極を動作させる。すると、処理槽２１３に貯留した水が循環流路２１５内を循環することとなり、図６に示す循環流路２１５が形成される。

　図６に示すように、電解槽２１２で生成した酸性電解水は、第一供給流路２１６を通って、軟水化槽２０３内に送水され、内部の弱酸性陽イオン交換樹脂２１０を通過する。すなわち、弱酸性陽イオン交換樹脂２１０を通過させることで、弱酸性陽イオン交換樹脂２１０に吸着されている陽イオン（硬度成分）が、酸性電解水に含まれる水素イオンとイオン交換反応を起こす。これにより弱酸性陽イオン交換樹脂２１０が再生される。弱酸性陽イオン交換樹脂２１０を通過した酸性電解水は陽イオンを含み、回収流路２１７へ流れ込む。すなわち、弱酸性陽イオン交換樹脂２１０を通過した陽イオンを含む酸性電解水は回収流路２１７を介して処理槽２１３内に回収される。

　また、電解槽２１２で生成したアルカリ性電解水は、第二供給流路２１８を通って、処理槽２１３に送水される。

　処理槽２１３内では、軟水化槽２０３から回収された陽イオンを含む酸性電解水と、電解槽２１２から送水された陰イオンを含むアルカリ性電解水とが混合される。このとき、処理槽２１３内において、酸性電解水中の陽イオンである硬度成分がアルカリ性電解水と反応する。例えば、酸性電解水中の硬度成分がカルシウムイオンである場合、アルカリ性電解水により水酸化カルシウムが生じたり、水中に常在する炭酸イオンと結合したりして炭酸カルシウムが生じる反応が起こる。

　そして、反応後の処理槽２１３中の水（処理水）は、電解槽２１２に通水される。

　すなわち、処理槽２１３中の水が再び電解槽２１２に通水されることで酸性電解水が生成し、この酸性電解水は、弱酸性陽イオン交換樹脂２１０の再生に供される。従って、弱酸性陽イオン交換樹脂２１０の再生に使用した酸性電解水が、処理槽２１３において、硬度成分が希釈または反応生成物に変化し、反応生成物はろ過部２２０でろ過されることにより、再び電解水として再利用されることとなる。しかも、再利用する電解水は、処理槽２１３により処理されたことにより硬度成分が処理槽２１３を備えない場合より減少している。さらに電解槽２１２の中で電解される時に、陽イオンである硬度成分はアルカリ性電解水へ電解されるため、酸性電解水の硬度は下がり、再生効率の低下を抑えることができる。ひいては、本実施の形態３に係る軟水化装置２０１は、弱酸性陽イオン交換樹脂２１０の再生に際し、酸性電解水は、再生効率の低下を抑えつつ、再利用することができる。さらには、軟水化槽２０３の内部において、硬度成分に起因する固着物の付着を抑制することができる。

　図７における排水時に示すように、再生が終了した後、電解槽２１２の電極を停止させ、開閉弁２２１、開閉弁２２２、開閉弁２２３、及び開閉弁２２４を開き、開閉弁２２５と開閉弁２２６を閉止する。すると、送水ポンプ２１４により、循環流路２１５内の水が開閉弁２２１から排水される。これにより循環流路２１５に残水がなくなり、配管内が汚染されにくい状態になる。

　本開示の実施の形態３に係る軟水化装置２０１は、使用場所設置型浄水装置（ＰＯＵ：Ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　Ｕｓｅ）や建物入口設置型浄水装置（ＰＯＥ: Ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　Ｅｎｔｒｙ）に適用することが可能である。

　（実施の形態４）
　本開示の実施の形態４は、水道水などに含まれる硬度成分を除去する軟水化装置に関するものである。

　従来、水道水の軟水化を目的として、イオン交換樹脂を用いてカルシウムをナトリウムに交換する技術が主に知られている。イオン交換樹脂は、水道水に含まれるカルシウムイオンあるいはマグネシウムイオンを、ナトリウムに交換して軟水化するために用いられ、イオン交換樹脂を用いた軟水化装置は、その構成が簡単であることから多用されてきた（特許文献３参照）。

　しかし、このようなイオン交換樹脂を用いた軟水化方法は、イオン交換樹脂を定期的に高濃度の塩水で再生しなければならず、その排水が環境問題の原因となるという課題を有している。

　イオン交換樹脂の再生処理を伴わない軟水化方法として、アルカリ法により水のｐＨを上げることで炭酸カルシウムを結晶化させた後、凝集剤を混合しフロックを形成し、その後段でフロックを除去する方法が知られている（特許文献４参照）。

　この従来のイオン交換樹脂の再生処理を伴わない軟水化方法で用いられるアルカリ法は、炭酸カルシウムを析出させるのに時間がかかるため、軟水化処理に時間がかかるという問題がある。

　そこで、本開示は、迅速に炭酸カルシウムを析出させることで処理時間の短い軟水化装置を提供することを目的とする。

　そして、本開示に係る軟水化装置は、処理容量を等しくした第一反応槽と第二反応槽とろ過槽を順番に連結して構成し、被処理水を処理容量の単位で処理、移送をして、軟水化を行う軟水化装置において、第一反応槽は被処理水にｐＨ調整剤を混合処理する反応槽であり、第二反応槽は凝集剤を混合処理する反応槽であり、ろ過槽は、所定の粒径の粒子をろ過処理するろ過槽であり、第一反応槽に超音波振動装置を備える。

　本開示に係る軟水化装置は、例えば、被処理水がカルシウムイオンを含む水道水、ｐＨ調整剤が炭酸ナトリウム、凝集剤がキトサンであるとした場合に、迅速に炭酸カルシウムを析出させることで、短い時間で軟水化を行うことができる。

　本開示に係る軟水化装置は、処理容量を等しくした第一反応槽と第二反応槽とろ過槽を順番に連結して構成し、被処理水を処理容量の単位で処理、移送をして、軟水化を行う軟水化装置において、第一反応槽は被処理水にｐＨ調整剤を混合処理する反応槽であり、第二反応槽は凝集剤を混合処理する反応槽であり、ろ過槽は、所定の粒径の粒子をろ過処理するろ過槽であり、第一反応槽に超音波振動装置を備えるものである。

　これにより、本開示に係る軟水化装置は、例えば、被処理水がカルシウムイオンを含む水道水、ｐＨ調整剤が炭酸ナトリウム、凝集剤がキトサンであるとした場合に、第一反応槽で水道水中のカルシウムイオンを炭酸カルシウムの固体として析出させ、第二反応槽で炭酸カルシウム粒子を粗大化させ、ろ過槽で固液分離する。これにより、本開示に係る軟水化装置は、短い処理時間でカルシウムイオン濃度を低下させることができる。特に、本開示に係る軟水化装置は第一反応槽に超音波振動装置を備えたことで、炭酸カルシウムの析出を促進して、短い時間で軟水化を行うことができる。

　また、本開示に係る軟水化装置は、第一反応槽内において、ｐＨ調整剤として炭酸ナトリウムの濃度が１００ｐｐｍ～１０００ｐｐｍとなるように混合するものである。

　これにより、本開示に係る軟水化装置は、炭酸ナトリウムの炭酸イオンとカルシウムイオンとが反応して、炭酸カルシウムを生成する。炭酸カルシウムを析出させるには、水のｐＨを８～１０に調整することが好ましく、炭酸ナトリウムを１００ｐｐｍ～１０００ｐｐｍ混合することで、調整が可能である。

　また、本開示に係る軟水化装置は第一反応槽において、ｐＨ調整剤の混合処理後の被処理水に、超音波振動装置によって超音波振動を加えるものである。

　これにより、本開示に係る軟水化装置は炭酸ナトリウムとカルシウムイオンの反応を促進させ、析出速度をさらに向上させることができる。

　また、本開示に係る軟水化装置は、第二反応槽内において、凝集剤としてキトサンの濃度が５ｐｐｍ～１５０ｐｐｍとなるように混合するものである。

　これにより、本開示に係る軟水化装置は、析出した炭酸カルシウムが凝集し、次工程のろ過槽で容易に分離できる大きさになる。

　また、本開示に係る軟水化装置は、ろ過槽に１０μｍ以上の粒子を除去可能な砂を詰めるものである。

　これにより、本開示に係る軟水化装置は、第二反応槽で粗大化させた炭酸カルシウムを砂ろ過で除去することができる。また、本開示に係る軟水化装置は、逆洗により容易にろ過槽の再生が可能である。

　以下、本開示の実施の形態４について図８を参照しながら説明する。

　図８は、実施の形態４に係る軟水化装置３０１の構成を示す概念図である。

　図８に示すように、軟水化装置３０１の本体３０２は、外部から供給された水を受ける入口３０３と処理後の水を流出させる出口３０４とを備えている。軟水化装置３０１は、本体３０２の中に、入口３０３から出口３０４まで繋がる配管３０５を備え、その経路にそれぞれの処理容量を等しくした第一反応槽３０６と、第二反応槽３０７と、ろ過槽３０８を順番に連結している。

　第一反応槽３０６は、入口３０３からの被処理水にｐＨ調整剤を混合処理する反応槽である。

　第一反応槽３０６にはｐＨ調整剤供給部３０９と超音波振動装置３１０が備えられている。ｐＨ調整剤は第一反応槽３０６中のｐＨ調整剤の混合処理後の被処理水がｐＨ８～１０程度になるものが好ましく、そのためにｐＨ調整剤に炭酸ナトリウムを用いる場合は１００ｐｐｍ～１０００ｐｐｍ混合することが好ましい。ｐＨ８以上になることで、水中の重炭酸イオンが炭酸イオンへ偏り、炭酸カルシウムを生成しやすくなる。ｐＨ調整剤には、他に水酸化ナトリウムあるいは水酸化カリウム、アルカリ性緩衝液を用いることができる。なお、本実施の形態４に係る軟水化装置３０１は、ｐＨ調整剤として炭酸ナトリウムを用いている。ｐＨ調整剤を混合後、または混合と同時に超音波振動装置３１０の動作を開始し、ｐＨ調整剤の混合処理後の被処理水に振動を与えることで、炭酸カルシウムの生成が促進され、ｐＨ調整剤の混合処理後の被処理水が白濁していく。

　また、第二反応槽３０７は、凝集剤を混合処理する反応槽である。第二反応槽３０７には凝集剤供給部３１１が備えられている。第一反応槽３０６で析出した炭酸カルシウムに凝集剤を混合することで、炭酸カルシウムを粗大化させることができる。そのために凝集剤にキトサンを用いる場合は５ｐｐｍ～１５０ｐｐｍ混合することが好ましく、この場合、混合後の炭酸カルシウムは１０μｍ以上の粒径となる。凝集剤には無機凝集剤と有機凝集剤があり、それらを併用して粗大化させることもできる。

　また、ろ過槽３０８は、所定の粒径の粒子をろ過処理するろ過槽である。

　ろ過槽３０８には砂のろ過材が詰められている。第二反応槽３０７で粗大化した炭酸カルシウムを含む被処理水を砂ろ過で通水させることで、カルシウム成分の除去された水を得ることができる。また、水を逆に通水させることで逆洗が可能であり、ろ過した粒子を取り除くことができる。ろ材は粒径が１０μｍ以上の粒子をろ過できる砂を用いることが好ましく、それ以上の場合は逆洗する際に粒子が浮遊しにくくなり、それ以下の場合はろ過時の圧損が高くなるため望ましくない。

　上記構成により、まず入口３０３から被処理水を第一反応槽３０６へ流入させると、ｐＨ調整剤供給部３０９からｐＨ調整剤として炭酸ナトリウムが供給される。被処理水の流入量と炭酸ナトリウムの供給量は、第一反応槽３０６における処理容量から決められる。被処理水の流入量に合わせて第一反応槽３０６内での炭酸ナトリウムの濃度が１００ｐｐｍ～１０００ｐｐｍとなるように、炭酸ナトリウムはあらかじめ定めた量が供給される。炭酸ナトリウムの供給が終わると、超音波振動装置３１０が動作を開始して炭酸ナトリウムの混合処理後の被処理水に振動を与え、炭酸カルシウムの生成を促進する。その結果、炭酸ナトリウムの混合処理後の被処理水は白濁していく。

　このように第一反応槽３０６でｐＨ調整剤の混合処理がされた被処理水は、次に、配管３０５を通して第二反応槽３０７へ移送される。第二反応槽３０７へ被処理水が移送されると、第一反応槽３０６に新たな被処理水が流入される。このように槽の処理容量単位で、被処理水が供給されて処理が行われていく。

　第二反応槽３０７では、凝集剤供給部３１１によって、凝集剤としてキトサンが供給される。キトサンは、第二反応槽３０７における処理容量から、第二反応槽３０７内でのキトサンの濃度が５ｐｐｍ～１５０ｐｐｍとなるようにあらかじめ定めた量が供給される。第一反応槽３０６から移送された炭酸カルシウムの混合処理がされた被処理水（炭酸カルシウム懸濁液）に凝集剤を混合することで、炭酸カルシウムを粗大化させることができる。炭酸カルシウムはキトサンの混合によって１０μｍ以上の粒径となる。

　第二反応槽３０７で粗大化した炭酸カルシウムを含む被処理水は、次に、配管３０５を通してろ過槽３０８へ移送される。ろ過槽３０８では、１０μｍ以上の粒径となった炭酸カルシウムがろ材である砂によってろ過され取り除かれる。このようにして、第二反応槽３０７から移送された、粗大化した炭酸カルシウムを含む被処理水からろ過槽３０８でカルシウム成分が除去され、軟水化ができる。

　上記のように軟水化の過程、ｐＨ調整の過程で超音波振動装置３１０を用いてｐＨ調整剤を混合した被処理水に振動を与えると炭酸カルシウムの生成を促進することができる。つまり、軟水化装置３０１は、迅速に炭酸カルシウムを析出させることができるので、処理時間を短くすることができる。

　本開示の実施の形態４に係る軟水化装置３０１は、硬水地域においてスケール被害を抑えるために有用である。

　（実施の形態５）
　本開示は、水道水などに含まれる硬度成分を除去する軟水化装置に関するものである。

　従来、水道蛇口にイオン交換樹脂を用いた軟水化装置を接続して、硬水に含まれるカルシウムイオンとマグネシウムイオンを吸着する方法が知られている。イオン交換樹脂の吸着力がなくなると、食塩水を通して、吸着したカルシウムイオンとマグネシウムイオンをナトリウムイオンで置換して吸着能力を再生、活性化する（例えば、特許文献５参照）。

　このような従来の軟水化装置では、イオン交換樹脂を再生するために定期的に高濃度の塩水を軟水化装置に送り込まなければならず、メンテナンスの手間がかかるという問題がある。

　そこで、本開示は、水中の硬度成分であるカルシウムイオンとマグネシウムイオンを、比較的長期間に渡り除去可能な軟水化装置を提供することを目的とする。

　そして、本開示に係る軟水化装置は、第一処理部、第二処理部、第三処理部からなり、第一処理部は、カルシウムイオンとマグネシウムイオンとを含む原水に水酸化イオンを供給し、原水に含まれるカルシウムイオンを炭酸カルシウムの結晶に変化させるアルカリ供給体を備え、第二処理部は、第一処理部において、結晶化した炭酸カルシウムを物理除去させるろ過体を備え、第三処理部は、原水中のマグネシウムイオンを取り除くマグネシウムイオン除去体を備え、第一処理部、第二処理部、第三処理部の順に各処理を行うものである。

　本開示に係る軟水化装置は、水中の硬度成分であるカルシウムイオンとマグネシウムイオンを、比較的長期間に渡り除去可能である。

　本開示に係る軟水化装置は、第一処理部、第二処理部、第三処理部からなり、第一処理部は、カルシウムイオンとマグネシウムイオンとを含む原水に水酸化イオンを供給し、原水に含まれるカルシウムイオンを炭酸カルシウムの結晶に変化させるアルカリ供給体を備え、第二処理部は、第一処理部において、結晶化した炭酸カルシウムを物理除去させるろ過体を備え、第三処理部は、原水中のマグネシウムイオンを取り除くマグネシウムイオン除去体を備え、第一処理部、第二処理部、第三処理部の順に各処理を行うものである。

　本開示に係る軟水化装置は、最初にカルシウムイオンを炭酸カルシウムに結晶化させて物理的に除去し、次にマグネシウムイオンを除去する。これにより、本開示に係る軟水化装置は、マグネシウムイオン除去体の消耗を抑制し、マグネシウムイオン除去体を比較的長期に渡り使用することができる。

　また、本開示に係る軟水化装置におけるアルカリ供給体は、水中のカルシウムイオンは結晶化するが、マグネシウムイオンは結晶化しにくいｐＨへ調整するものである。

　本開示に係る軟水化装置は、第三処理部よりも上流側で水中のカルシウムイオンを選択的に結晶化させ、ろ過体により除去する。そして、本開示に係る軟水化装置は、第三処理部では主としてマグネシウムイオンを除去するだけとなり、マグネシウムイオン除去体の消耗を減らすことができ、マグネシウムイオン除去体を比較的長期に渡り使用することができる。

　以下、本開示の実施の形態５について図面を参照しながら説明する。

　図９は、実施の形態５に係る軟水化装置４０１の構成を示す概略図である。

　図９に示すように、軟水化装置４０１の本体４０２は、硬水供給口４０３と、第一処理部４０４と、第二処理部４０５と、第三処理部４０６と、軟水流出口４０７と、それぞれを連結させる配管４０８を備えている。

　硬水供給口４０３は、水道管と連結され、カルシウムイオンとマグネシウムイオンとを含む原水である硬水（以下、単に「硬水」ともいう）が供給される。

　第一処理部４０４は、硬水供給口４０３から流入してきた硬水をアルカリ性にするアルカリ供給体４０９を備えており、カルシウムイオンを炭酸カルシウムの結晶へ変化させるものである。すなわち、第一処理部４０４は、カルシウムイオンとマグネシウムイオンとを含む原水に水酸化イオンを供給し、原水に含まれるカルシウムイオンを炭酸カルシウムの結晶に変化させるアルカリ供給体４０９を備える。

　アルカリ供給体４０９は、水中のカルシウムイオンは結晶化するが、マグネシウムイオンは結晶化しにくいｐＨへ調整可能なものであり、気体・液体・固体のいずれの形態でも良い。アルカリ剤であれば、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の添加等あるいは水の電解により水酸化イオンの添加を行っても良い。また、水と金属または金属の酸化物が反応して水酸化イオンを水中に供給するものでも良い。具体的には、水と反応する金属であれば良く、Ｌｉ，Ｋ，Ｃａ，Ｎａ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｚｎ，Ｆｅ等が考えられる。Ｌｉ，Ｋ，Ｃａ，Ｎａは、水と激しく反応し、水をアルカリ化させる。Ａｌ，Ｚｎ，Ｆｅは高温の水と反応し、水をアルカリ化させる。Ｍｇは常温の水と反応するため、実用的には、Ｍｇ水を使用したアルカリ化が最適であると考えられる。

　このマグネシウム固体と水との反応式を以下に示す。
Ｍｇ＋２Ｈ_２Ｏ→Ｍｇ^２＋＋２ＯＨ^－＋Ｈ２↑
　また、酸化マグネシウムと水との反応を以下に示す。
ＭｇＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｍｇ^２＋＋２ＯＨ^－
　この反応であれば、水素が発生せずに使用することが可能である。また、上記の金属が化合物となった金属化合物であっても良い。

　第二処理部４０５は、第一処理部４０４から流入してきた炭酸カルシウムを含む水をろ過するろ過体４１０を備えている。すなわち、第二処理部４０５は、第一処理部４０４において、結晶化した炭酸カルシウムを物理除去させるろ過体４１０を備える。

　ろ過体４１０は、結晶化した炭酸カルシウムを除去できれば良く、結晶化した炭酸カルシウムの粒径はレーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置で測定を行い、メジアン径で０．１μｍ～３０μｍ程度である。これらの粒子を除去するために、フィルターあるいは膜、砂、繊維など、ろ過による水浄化用途において一般的に使用されているろ材であればこれに限らない。なお、上述したレーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置を用いた測定器の一例はＨＯＲＩＢＡ社製ＬＡ－９６０である。

　第三処理部４０６は、第二処理部４０５から流入してきたマグネシウムイオンを含む水のマグネシウムイオンを取り除くマグネシウムイオン除去体４１１を備えている。すなわち、第三処理部４０６は、原水中のマグネシウムイオンを取り除く、マグネシウムイオン除去体４１１を備える。

　マグネシウムイオン除去体４１１は、マグネシウムイオンを水中から取り除くものであれば良い。特に、樹脂であれば、カルボキシル基を有する不飽和化合物の付加重合体であって、カルシウムを１ｗｔ％から２０ｗｔ％含有する粒子径が０．１ｍｍ－５ｍｍであることが好ましい。その他、ゼオライトあるいは強酸性イオン交換樹脂、弱酸性イオン交換樹脂等、一般的に使用されているカルシウム・マグネシウム交換体や吸着材、収着材であればこれに限らない。

　軟水流出口４０７は、配管４０８と連結され、軟水流出口４０７から流出した軟水が浴室やキッチンなどに分配される。

　上記構成において、第一処理部４０４を通過した水は炭酸カルシウムの固体と、マグネシウムイオンを含む水へと改質され、第二処理部４０５に流入する。このとき、第二処理部４０５は、炭酸カルシウムを水から除去する。第二処理部４０５を通過した水は、マグネシウムイオンを含む水へと改質され、第三処理部４０６に流入する。

　第三処理部４０６は、マグネシウムイオン除去体４１１により、マグネシウムイオンを水から除去する。第三処理部４０６を通過した水は、軟水となり、軟水流出口４０７へと流出させ、浴室あるいはキッチンで使用することができる。

　以上のように、本実施の形態５に係る軟水化装置４０１は、マグネシウムイオン除去体４１１を備えた第三処理部４０６よりも上流側で水中のカルシウムイオンを選択的に結晶化させ、ろ過体４１０により除去することができる。このように、本実施の形態５に係る軟水化装置４０１は、最初に第一処理部４０４と第二処理部４０５によりカルシウムイオンを炭酸カルシウムに結晶化させて物理的に除去し、次に第三処理部４０６でマグネシウムイオンを水中から取り除く。そのため、本実施の形態５の軟水化装置４０１は、マグネシウムイオン除去体４１１の消耗を減らすことができ、マグネシウムイオン除去体４１１を比較的長期に渡り使用することができる。

　まず、カルシウムイオンを結晶化する例について説明をする。

　アルカリ供給体４０９の一例としてマグネシウム固体を第一処理部４０４に備えた構成における反応を示す。

　第一処理部４０４には６ｍｍ程度のマグネシウム固体を備えており、硬水供給口４０３から流入した原水がマグネシウムと接触する構成となっている。このマグネシウム固体と水との反応式を以下に示す。
（１）Ｍｇ＋２Ｈ_２Ｏ→Ｍｇ^２＋＋２ＯＨ^―＋Ｈ２↑
（２）ＨＣＯ^３―＋ＯＨ^―→ＣＯ_３ ^２―＋Ｈ_２Ｏ
（３）Ｃａ^２＋＋ＣＯ_３ ^２―→ＣａＣＯ_３↓
　マグネシウム固体と水が反応し、水酸化イオン（ＯＨ^―）が生成される。水酸化イオン（ＯＨ^―）と重炭酸イオン（ＨＣＯ^３―）とが反応し、炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２―）となる。カルシウムイオン（Ｃａ^２＋）は、炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２―）と反応することで、炭酸カルシウムの結晶に変化する。

　図１０（ａ）にこの反応によるカルシウムイオンの推移グラフ、図１０（ｂ）にｐＨの変化の結果を示す。図１０（ａ）、（ｂ）は、硬度３１０ｐｐｍの水道模擬水１００ｍＬに対しマグネシウム固体を２ｇ添加して攪拌した際の結果である。マグネシウム固体を２ｇ添加した後の各時間に得られた水溶液を採取し、０．２μｍフィルターで結晶を取り除き、イオン量を測定している。これによると、時間と共にｐＨが上昇し、ｐＨの上昇とともにカルシウムイオンが減少する。カルシウムイオン量はｐＨ８．５程度になるまでほぼ一定だが、ｐＨ８．５に到達すると減少していくことが分かる。これは、炭酸カルシウムの結晶の増加に伴っていることを示唆している。なお、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、ｐＨは徐々に上昇し、２０分経過後にはｐＨ１０に到達し、７５％程度のカルシウムイオンが結晶化した。このとき、マグネシウムイオンの結晶は検出できなかった。以上から、実施例１に係るアルカリ供給体４０９は、水中のカルシウムイオンは結晶化するが、マグネシウムイオンは結晶化しにくいｐＨとして、ｐＨ８～ｐＨ１１程度に調整することが必要である。

　イオン量はイオンクロマトグラフィーを用いて測定を行った。測定器の一例はダイオネクス社製ＩＣＳ―２１００である。

　以上のように、実施例１に係るアルカリ供給体４０９は、マグネシウムイオンに対してカルシウムイオンを選択的に結晶化させることができる。アルカリ剤でアルカリ化させる場合は、大量の薬剤が必要であることあるいは対イオンが増加して、生活水として適さないなどの問題がある。一方で、実施例１に係る軟水化装置４０１は、マグネシウム固体を使用してアルカリ化することで、水中にあるマグネシウムイオンが増加するのみであり、生活水として問題なく使用することができる。

　次に、本実施の形態５の実施例２に係る軟水化装置４０１を説明する。

　図１１は、実施の形態５の実施例２に係る軟水化装置４０１の構成を示す概略図である。

　図１１に示すように、第一処理部４０４にはマグネシウム固体４１２、第二処理部４０５にはフィルター４１３が備えられている。また、第三処理部４０６にはカルボキシル基を有する不飽和化合物の付加重合体であって、カルシウムを１ｗｔ％から２０ｗｔ％含有する粒子径が０．１ｍｍ－５ｍｍの範囲である樹脂４１４が備えられている。すなわち、実施例２は、アルカリ供給体４０９の一例としてマグネシウム固体４１２を、ろ過体４１０の一例としてフィルター４１３を、マグネシウムイオン除去体４１１の一例として樹脂４１４を備えた構成を示している。

　図１２に第一処理部４０４、第二処理部４０５、第三処理部４０６の原理確認試験を行った結果を示す。原理確認試験の手順は、原水として硬度３１０ｐｐｍの水道模擬水１００ｍＬを用意し、第一処理部４０４として、前記水道模擬水に対しマグネシウム固体を１ｇとなるように添加して６０分攪拌した。次に、第二処理部４０５として、その水を０．２μｍのフィルターでろ過した。その後、第三処理部４０６として、第二処理部４０５からのろ過水にカルボキシル基を有する不飽和化合物の付加重合体である樹脂を０．５ｍＬ添加して６０分攪拌したものである。

　第一処理部４０４の処理を行った後の原水は、３１０ｐｐｍの硬水中のカルシウムが２０４ｐｐｍ、マグネシウムイオンが１０６ｐｐｍである。これが第二処理部４０５を通過すると、カルシウムが減少し、１４ｐｐｍとなるが、一方でマグネシウムイオンが２４４ｐｐｍとなり全硬度は２５８ｐｐｍとなる。第三処理部４０６を通過すると、カルシウムイオンが２２ｐｐｍ、マグネシウムイオンが３ｐｐｍとなり、全硬度を２５ｐｐｍまで下げることができた。第二処理部４０５と第三処理部４０６の工程を経てカルシウムイオンが増加しているのは測定誤差である。

　これにより、マグネシウムイオン除去体４１１の寿命を約１．２倍に伸ばすことができた。測定には実施例１と同様のイオンクロマトグラフィーを用いた。

　つまり、実施の形態５の実施例２に係る軟水化装置４０１は、第一処理部４０４、第二処理部４０５、第三処理部４０６を順番に通過させることで、マグネシウムイオン除去体４１１の寿命を伸ばすことが可能となり、硬水を軟水化することができる。

　実施の形態５に係る軟水化装置４０１は、硬水地域においてスケール被害を抑えるために有用である。

　（実施の形態６）
　本開示は、水道水などに含まれる硬度成分を除去する軟水化装置に関するものである。

　そして、本開示に係る軟水化装置は、第一処理部、第二処理部、第三処理部からなり、第一処理部は、カルシウムイオンとマグネシウムイオンとを含む原水に水酸化イオンを供給し、原水に含まれるカルシウムイオンを炭酸カルシウムの結晶に変化させる粒状のアルカリ供給体を備え、第二処理部は、第一処理部において、結晶化した炭酸カルシウムを物理除去させるろ過体を備え、第三処理部は、原水中のマグネシウムイオンを取り除くマグネシウムイオン除去体を備え、第一処理部、第二処理部、第三処理部の順に各処理を行うものであり、第一処理部には超音波発生部を備える。

　本開示に係る軟水化装置は、水中の硬度成分であるカルシウムイオンとマグネシウムイオンを、長期間に渡り除去可能である。

　本開示に係る軟水化装置は、第一処理部、第二処理部、第三処理部からなり、第一処理部は、カルシウムイオンとマグネシウムイオンとを含む原水に水酸化イオンを供給し、原水に含まれるカルシウムイオンを炭酸カルシウムの結晶に変化させる粒状のアルカリ供給体を備え、第二処理部は、第一処理部において、結晶化した炭酸カルシウムを物理除去させるろ過体を備え、第三処理部は、原水中のマグネシウムイオンを取り除くマグネシウムイオン除去体を備え、第一処理部、第二処理部、第三処理部の順に各処理を行うものであり、第一処理部には超音波発生部を備える。

　本開示に係る軟水化装置は、最初にカルシウムイオンを炭酸カルシウムに結晶化させて物理的に除去し、次にマグネシウムイオンを除去する。これにより、カルシウムイオンによるマグネシウムイオン除去体の消耗を抑制し、マグネシウムイオン除去体を比較的長期に渡り使用することができる。従って、本開示に係る軟水化装置は、従来の軟水化装置のように、頻繁に塩水で再生するようなメンテナンスを必要とせず、軟水を供給することができる。

　また、本開示に係る軟水化装置は、第一処理部に具備された超音波発生部から発生する超音波振動によって、粒状のアルカリ供給体を微細に振動させ、ｐＨ調整を促進することができる。また、本開示に係る軟水化装置は、超音波振動のエネルギーによって、アルカリ供給体同士をこすれ合わすことでアルカリ供給体上での堆積物を抑制し、比較的長期に亘って水酸化物イオンを供給することができる。且つ、本開示に係る軟水化装置は、超音波による水分子の振動により、水温を上昇させ、冬場や寒冷地で水温が低くても安定して水酸化物イオンを供給することができる。

　これにより、本開示に係る軟水化装置は、第三処理部よりも上流側で水中のカルシウムイオンを選択的に結晶化させ、ろ過体により除去する。そして、本開示に係る軟水化装置は、第三処理部では主としてマグネシウムイオンを除去するだけとなり、マグネシウムイオン除去体の消耗を減らすことができ、マグネシウムイオン除去体を比較的長期に渡り使用することができる。

　以下、本開示の実施の形態６について図面を参照しながら説明する。

　図１３は、実施の形態６に係る軟水化装置５０１の構成を示す概略図である。

　図１３に示すように、軟水化装置５０１の本体５０２は、硬水供給口５０３と、第一処理部５０４と、第二処理部５０５と、第三処理部５０６と、軟水流出口５０７と、それぞれを連結させる配管５０８を備えている。

　硬水供給口５０３は、水道管と連結され、カルシウムイオンとマグネシウムイオンとを含む原水である硬水（以下、単に「硬水」ともいう）が供給される。

　第一処理部５０４は、硬水供給口５０３から流入してきた硬水をアルカリ性にする粒状のアルカリ供給体５０９を備えており、カルシウムイオンを炭酸カルシウムの結晶へ変化させるものである。すなわち、第一処理部５０４は、カルシウムイオンとマグネシウムイオンとを含む原水に水酸化イオンを供給し、原水に含まれるカルシウムイオンを炭酸カルシウムの結晶に変化させる粒状のアルカリ供給体５０９を備える。

　アルカリ供給体５０９は、水中のカルシウムイオンは結晶化するが、マグネシウムイオンは結晶化しにくいｐＨへ調整可能なものであり、気体・液体・固体のいずれの形態でも良い。アルカリ剤であれば、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の添加等あるいは水の電解により水酸化イオンの添加を行っても良い。また、水と金属または金属の酸化物が反応して水酸化イオンを水中に供給するものでも良い。具体的には、水と反応する金属であれば良く、Ｌｉ，Ｋ，Ｃａ，Ｎａ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｚｎ，Ｆｅ等が考えられる。Ｌｉ，Ｋ，Ｃａ，Ｎａは、水と激しく反応し、水をアルカリ化させる。Ａｌ，Ｚｎ，Ｆｅは高温の水と反応し、水をアルカリ化させる。Ｍｇは常温の水と反応するため、実用的には、Ｍｇ水を使用したアルカリ化が最適であると考えられる。

　このマグネシウム固体と水との反応式を以下に示す。
Ｍｇ＋２Ｈ_２Ｏ→Ｍｇ^２＋＋２ＯＨ^－＋Ｈ２↑
　また、酸化マグネシウムと水との反応を以下に示す。
ＭｇＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｍｇ^２＋＋２ＯＨ^－
　この反応であれば、水素が発生せず水酸化物イオンを供給して、水をアルカリ性にすることが可能である。また、上記の金属が化合物となった金属化合物であっても良い。

　ここで、第一処理部５０４の構成について図１４を用いて説明する。

　図１４は、第一処理部５０４の構成を示す概略図である。

　図１４に示すように、第一処理部５０４の底部には筐体５１２内に粒状のアルカリ供給体５０９が充填されており、配管５０８を通して筐体５１２の下部から導入された硬水がアルカリ供給体５０９と接触しながら上方へ上り、第二処理部５０５へと搬送される構成となっている。筐体５１２の下部には超音波発生部５１３が具備されており、超音波発生部５１３から発生した超音波振動は水を介して伝搬し、アルカリ供給体５０９を振動させる。なお、本実施の形態６では超音波発生部５１３は筐体５１２の底部に設置しているが、アルカリ供給体５０９を振動させることができればいずれの箇所に設置しても何ら効果に差異はない。

　図１３に示すように、第二処理部５０５は、第一処理部５０４から流入してきた炭酸カルシウムを含む水をろ過するろ過体５１０を備えている。すなわち、第二処理部５０５は、第一処理部５０４において、結晶化した炭酸カルシウムを物理除去させるろ過体５１０を備える。

　ろ過体５１０は、結晶化した炭酸カルシウムを除去できれば良く、結晶化した炭酸カルシウムの粒径はレーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置で測定を行い、メジアン径で０．１μｍ～３０μｍ程度である。これらの粒子を除去するために、フィルターあるいは膜、砂、繊維など、ろ過による水浄化用途において一般的に使用されているろ材であればこれに限らない。なお、上述したレーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置を用いた測定器の一例はＨＯＲＩＢＡ社製ＬＡ－９６０である。

　第三処理部５０６は、第二処理部５０５から流入してきたマグネシウムイオンを含む水のマグネシウムイオンを取り除くマグネシウムイオン除去体５１１を備えている。すなわち、第三処理部５０６は、原水中のマグネシウムイオンを取り除くマグネシウムイオン除去体５１１を備える。

　マグネシウムイオン除去体５１１は、マグネシウムイオンを水中から取り除くものであれば良い。特に、樹脂であれば、カルボキシル基を有する不飽和化合物の付加重合体であって、カルシウムを１ｗｔ％から２０ｗｔ％含有する粒子径が０．１ｍｍ－５ｍｍであることが好ましい。その他、ゼオライトあるいは強酸性イオン交換樹脂、弱酸性イオン交換樹脂等、一般的に使用されているカルシウム・マグネシウム交換体や吸着材、収着材であればこれに限らない。

　軟水流出口５０７は、配管５０８と連結され、軟水流出口５０７から流出した軟水が浴室あるいはキッチンなどに分配される。

　上記構成において、第一処理部５０４を通過した水は炭酸カルシウムの固体と、マグネシウムイオンを含む水へと改質され、第二処理部５０５に流入する。このとき、第二処理部５０５は、炭酸カルシウムを水から除去する。第二処理部５０５を通過した水は、マグネシウムイオンを含む水へと改質され、第三処理部５０６に流入する。

　第三処理部５０６は、マグネシウムイオン除去体５１１により、マグネシウムイオンを水から除去する。第三処理部５０６を通過した水は、軟水となり、軟水流出口５０７へと流出させ、浴室あるいはキッチンで使用することができる。

　上記構成により、本実施の形態６の軟水化装置５０１は、マグネシウムイオン除去体５１１を備えた第三処理部５０６よりも上流側で水中のカルシウムイオンを選択的に結晶化させ、ろ過体５１０により除去することができる。このように、本実施の形態６に係る軟水化装置５０１は、最初に第一処理部５０４と第二処理部５０５によりカルシウムイオンを炭酸カルシウムに結晶化させて物理的に除去し、次に第三処理部５０６でマグネシウムイオンを水中から取り除く。そのため、本実施の形態６に係る軟水化装置５０１は、マグネシウムイオン除去体５１１の消耗を減らすことができ、マグネシウムイオン除去体５１１を比較的長期に渡り使用することができる。

　また、本実施の形態６に係る軟水化装置５０１は、第一処理部５０４に具備された超音波発生部５１３から発生する超音波振動によって、粒状のアルカリ供給体５０９を微細に振動させ、ｐＨ調整の促進を行うことができる。

　また、本実施の形態６に係る軟水化装置５０１は、超音波振動のエネルギーによって粒状のアルカリ供給体５０９同士をこすり合わすことで、アルカリ供給体５０９上での堆積物を抑制し、比較的長期に亘って水酸化物イオンを供給することができる。且つ、本実施の形態６に係る軟水化装置５０１は、超音波振動による水分子の振動により、水温を上昇させ、冬場あるいは寒冷地で水温が低くても安定して水酸化物イオンを供給することができる。

　粒状のアルカリ供給体５０９の一例としてマグネシウム固体を第一処理部５０４に備えた構成における反応を示す。

　第一処理部５０４には６ｍｍ程度のマグネシウム固体を備えており、硬水供給口５０３から流入した原水がマグネシウムと接触する構成となっている。このマグネシウム固体と水との反応式を以下に示す。
（４）Ｍｇ＋２Ｈ_２Ｏ→Ｍｇ^２＋＋２ＯＨ^―＋Ｈ２↑
（５）ＨＣＯ^３―＋ＯＨ^―→ＣＯ_３ ^２―＋Ｈ_２Ｏ
（６）Ｃａ^２＋＋ＣＯ_３ ^２―→ＣａＣＯ_３↓
　マグネシウム固体と水が反応し、水酸化イオン（ＯＨ^―）が生成される。水酸化イオン（ＯＨ^―）と重炭酸イオン（ＨＣＯ^３―）とが反応し、炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２―）となる。カルシウムイオン（Ｃａ^２＋）は、炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２―）と反応することで、炭酸カルシウムの結晶に変化する。

　図１５（ａ）にこの反応によるカルシウムイオンの推移グラフ、図１５（ｂ）にｐＨの変化の結果を示す。図１５（ａ）、（ｂ）は、硬度３１０ｐｐｍの水道模擬水１００ｍＬに対しマグネシウム固体を２ｇ添加して攪拌した際の結果である。マグネシウム固体を２ｇ添加した後の各時間に得られた水溶液を採取し、０．２μｍフィルターで結晶を取り除き、イオン量を測定している。これによると、時間と共にｐＨが上昇し、ｐＨの上昇とともにカルシウムイオンが減少する。カルシウムイオン量はｐＨ８．５程度になるまでほぼ一定だが、ｐＨ８．５に到達すると減少していくことが分かる。これは、炭酸カルシウムの結晶の増加に伴っていることを示唆している。なお、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、ｐＨは徐々に上昇し、２０分経過後にはｐＨ１０に到達し、７５％程度のカルシウムイオンが結晶化した。このとき、マグネシウムイオンの結晶は検出できなかった。以上から、実施例３に係るアルカリ供給体５０９は、水中のカルシウムイオンは結晶化するが、マグネシウムイオンは結晶化しにくいｐＨとして、ｐＨ８～ｐＨ１１程度に調整することが必要である。

　以上のように、実施例３に係るアルカリ供給体５０９は、マグネシウムイオンに対してカルシウムイオンを選択的に結晶化させることができる。

　次に超音波振動によるｐＨ調整促進の例について説明する。粒状のアルカリ供給体５０９として６ｍｍ程度のマグネシウム固体２粒を硬度３１０ｐｐｍの水道模擬水４０ｍＬに入れたビーカーを２つ用意し、静置した状態でｐＨの経時変化を測定した。その内１つは超音波素子を備えた水槽に入れ、超音波を発生させた。図１６にその結果を示す。

　マグネシウム固体を入れただけのビーカー内のｐＨは1時間で約９まで上昇したものの、その後は速度が弱まり、１７時間後もｐＨ１０には到達しなかった。これはマグネシウム固体の表面で、上記した反応式で示した反応が起こった際、反応式（６）の反応で析出した結晶がマグネシウム固体の表面あるいは周囲に滞留することで、その一部はマグネシウム固体に付着し、反応式（４）の反応が起こるのを阻害されたことが要因の１つと考えられる。一方、超音波振動を加えたビーカー内のｐＨは開始30分でｐＨ１０まで到達しており、超音波振動なしと比較して短時間で安定してカルシウムイオンを結晶化させるｐＨを維持することができる。

　次に、本実施の形態６の実施例５に係る軟水化装置５０１を説明する。

　図１７は、実施の形態６の実施例５に係る軟水化装置５０１の構成を示す概略図である。

　図１７に示すように、第一処理部５０４にはマグネシウム固体５１４、第二処理部５０５にはフィルター５１５が備えられている。また、第三処理部５０６にはカルボキシル基を有する不飽和化合物の付加重合体であって、カルシウムを１ｗｔ％から２０ｗｔ％含有する粒子径が０．１ｍｍ－５ｍｍの範囲である樹脂５１６が備えられている。すなわち、実施例５は、アルカリ供給体５０９の一例としてマグネシウム固体５１４を、ろ過体５１０の一例としてフィルター５１５を、マグネシウムイオン除去体５１１の一例として樹脂５１６を備えた構成を示している。

　図１８に第一処理部５０４、第二処理部５０５、第三処理部５０６の原理確認試験を行った結果を示す。原理確認試験の手順は、原水として硬度３１０ｐｐｍの水道模擬水１００ｍＬを用意し、第一処理部５０４として、前記水道模擬水に対しマグネシウム固体を１ｇとなるように添加して６０分攪拌した。次に、第二処理部５０５として、その水を０．２μｍのフィルターでろ過した。その後、第三処理部５０６として、第二処理部５０５からのろ過水にカルボキシル基を有する不飽和化合物の付加重合体である樹脂を０．５ｍＬ添加して６０分攪拌したものである。

　第一処理部５０４の処理を行った後の原水は、３１０ｐｐｍの硬水中のカルシウムが２０４ｐｐｍ、マグネシウムイオンが１０６ｐｐｍである。これが第二処理部５０５を通過すると、カルシウムが減少し、１４ｐｐｍとなるが、一方でマグネシウムイオンが２４４ｐｐｍとなり全硬度は２５８ｐｐｍとなる。第三処理部５０６を通過すると、カルシウムイオンが２２ｐｐｍ、マグネシウムイオンが３ｐｐｍとなり、全硬度を２５ｐｐｍまで下げることができた。第二処理部５０５と第三処理部５０６の工程を経てカルシウムイオンが増加しているのは測定誤差である。これにより、マグネシウムイオン除去体５１１の寿命を約１．２倍に伸ばすことができた。測定には実施例３と同様のイオンクロマトグラフィーを用いた。

　つまり、実施の形態６の実施例５に係る軟水化装置５０１は、第一処理部５０４、第二処理部５０５、第三処理部５０６を順番に通過させることで、マグネシウムイオン除去体５１１の寿命を伸ばすことが可能となり、硬水を軟水化することができる。

　実施の形態６に係る軟水化装置５０１は、硬水地域においてスケール被害を抑えるために有用である。

　（実施の形態７）
　本開示は、水道水などに含まれる硬度成分を除去する軟水化装置に関するものである。

　そして、本開示に係る軟水化装置は、第一処理部、第二処理部、第三処理部からなり、第一処理部は、カルシウムイオンとマグネシウムイオンとを含む原水に水酸化イオンを供給し、原水に含まれるカルシウムイオンを炭酸カルシウムの結晶に変化させるアルカリ供給体を備え、その後段に炭酸カルシウムの結晶化を促進させる反応槽を備え、第二処理部は、第一処理部において、結晶化した炭酸カルシウムを物理除去させるろ過体を備え、第三処理部は、原水中のマグネシウムイオンを取り除くマグネシウムイオン除去体を備え、第一処理部、第二処理部、第三処理部の順に各処理を行うものである。

　本開示に係る軟水化装置は、第一処理部、第二処理部、第三処理部からなり、第一処理部は、カルシウムイオンとマグネシウムイオンとを含む原水に水酸化イオンを供給し、原水に含まれるカルシウムイオンを炭酸カルシウムの結晶に変化させるアルカリ供給体を備え、その後段に炭酸カルシウムの結晶化を促進させる反応槽を備え、第二処理部は、第一処理部において、結晶化した炭酸カルシウムを物理除去させるろ過体を備え、第三処理部は、原水中のマグネシウムイオンを取り除くマグネシウムイオン除去体を備え、第一処理部、第二処理部、第三処理部の順に各処理を行うものである。

　本開示に係る軟水化装置は、最初にカルシウムイオンを炭酸カルシウムに結晶化させて物理的に除去し、次にマグネシウムイオンを除去する。これにより、本開示に係る軟水化装置は、マグネシウムイオン除去体の消耗を抑制し、マグネシウムイオン除去体を比較的長期に渡り使用することができる。また、本開示に係る軟水化装置は、第一処理部に備えられた反応槽により、炭酸カルシウムの結晶化率を上げることができ、カルシウムイオンを高効率に除去することができる。且つ、反応時間が延びることで炭酸カルシウムの結晶サイズがより大きくなり、第二処理部のろ過が容易になる。

　以下、本開示の実施の形態７について図面を参照しながら説明する。

　図１９は、実施の形態７に係る軟水化装置６０１の構成を示す概略図である。

　図１９に示すように、軟水化装置６０１の本体６０２は、硬水供給口６０３と、第一処理部６０４と、第二処理部６０５と、第三処理部６０６と、軟水流出口６０７と、それぞれを連結させる配管６０８を備えている。

　硬水供給口６０３は、水道管と連結され、カルシウムイオンとマグネシウムイオンとを含む原水である硬水（以下、単に「硬水」ともいう）が供給される。

　第一処理部６０４は、硬水供給口６０３から流入してきた硬水をアルカリ性にするアルカリ供給体６０９を備えており、カルシウムイオンを炭酸カルシウムの結晶へ変化させるものである。すなわち、第一処理部６０４は、カルシウムイオンとマグネシウムイオンとを含む原水に水酸化イオンを供給し、原水に含まれるカルシウムイオンを炭酸カルシウムの結晶に変化させるアルカリ供給体６０９を備える。

　アルカリ供給体６０９は、水中のカルシウムイオンは結晶化するが、マグネシウムイオンは結晶化しにくいｐＨへ調整可能なものであり、気体・液体・固体のいずれの形態でも良い。アルカリ剤であれば、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の添加等あるいは水の電解により水酸化イオンの添加を行っても良い。また、水と金属または金属の酸化物が反応して水酸化イオンを水中に供給するものでも良い。具体的には、水と反応する金属であれば良く、Ｌｉ，Ｋ，Ｃａ，Ｎａ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｚｎ，Ｆｅ等が考えられる。Ｌｉ，Ｋ，Ｃａ，Ｎａは、水と激しく反応し、水をアルカリ化させる。Ａｌ，Ｚｎ，Ｆｅは高温の水と反応し、水をアルカリ化させる。Ｍｇは常温の水と反応するため、実用的には、Ｍｇ水を使用したアルカリ化が最適であると考えられる。

　このマグネシウム固体と水との反応式を以下に示す。
Ｍｇ＋２Ｈ_２Ｏ→Ｍｇ^２＋＋２ＯＨ^－＋Ｈ２↑　　・・・（式１）
　また、酸化マグネシウムと水との反応を以下に示す。
ＭｇＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｍｇ^２＋＋２ＯＨ^－　　　　　　・・・（式２）
　この反応であれば、水素が発生せずに使用することが可能である。また、上記の金属が化合物となった金属化合物であっても良い。

　また、第一処理部６０４は、アルカリ供給体６０９の後段に炭酸カルシウムの結晶化を促進させる反応槽６１０を備える。

　反応槽６１０は、硬水とアルカリ供給体６０９から供給された水酸化物イオンを反応させる槽であり、全ての水酸化物イオンが反応で消費される時間を確保できる容量であることが好ましい。反応時間を確保するためにアルカリ供給体６０９に対する接触時間を伸ばすと、（式１）の反応が過剰に進行し、マグネシウム固体の消耗が速くなってしまう。そのため、マグネシウム固体とは接触しない別の容器である反応槽６１０を備える必要がある。

　反応槽６１０における反応時間は、硬水とマグネシウム固体の接触時間に対し、１倍以上の時間を取ることが好ましく、つまり反応槽６１０の容積はマグネシウム固体の１倍以上であることが好ましい。

　反応槽６１０の形状は、反応槽６１０への流入水と流出水が混ざらない形状になっており、例えば、槽の内部は円筒形の二重構造となっており、通水時に逆流はせずに一方向へ流れる構造である。

　また、他の構造として、通水しながら反応時間を取る配管形状などを備えて反応槽６１０の代わりとしても良い。反応槽６１０内に結晶化を促進させる攪拌機構を付けたり、結晶化しやすくする凹凸形状を反応槽６１０に備えても良い。

　第二処理部６０５は、第一処理部６０４から流入してきた炭酸カルシウムを含む水をろ過するろ過体６１１を備えている。すなわち、第二処理部６０５は、第一処理部６０４において、結晶化した炭酸カルシウムを物理除去させるろ過体６１１を備える。

　ろ過体６１１は、結晶化した炭酸カルシウムを除去できれば良く、結晶化した炭酸カルシウムの粒径はレーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置で測定を行い、メジアン径で０．１μｍ～３０μｍ程度である。これらの粒子を除去するために、フィルターあるいは膜、砂、繊維など、ろ過による水浄化用途において一般的に使用されているろ材であればこれに限らない。なお、上述したレーザ回折／散乱式粒子径分布測定装置を用いた測定器の一例はＨＯＲＩＢＡ社製ＬＡ－９６０である。

　第三処理部６０６は、第二処理部６０５から流入してきたマグネシウムイオンを含む水のマグネシウムイオンを取り除くマグネシウムイオン除去体６１２を備えている。すなわち、第三処理部６０６は、原水中のマグネシウムイオンを取り除く、マグネシウムイオン除去体６１２を備える。

　マグネシウムイオン除去体６１２は、マグネシウムイオンを水中から取り除くものであれば良い。特に、樹脂であれば、カルボキシル基を有する不飽和化合物の付加重合体であって、カルシウムを１ｗｔ％から２０ｗｔ％含有する粒子径が０．１ｍｍ～５ｍｍであることが好ましい。その他、ゼオライトあるいは強酸性イオン交換樹脂、弱酸性イオン交換樹脂等、一般的に使用されているカルシウム・マグネシウム交換体や吸着材、収着材であればこれに限らない。

　軟水流出口６０７は、配管６０８と連結され、軟水流出口６０７から流出した軟水が浴室あるいはキッチンなどに分配される。

　上記構成において、第一処理部６０４を通過した水は炭酸カルシウムの固体と、マグネシウムイオンを含む水へと改質され、第二処理部６０５に流入する。このとき、第二処理部６０５は、炭酸カルシウムを水から除去する。第二処理部６０５を通過した水は、マグネシウムイオンを含む水へと改質され、第三処理部６０６に流入する。

　第三処理部６０６は、マグネシウムイオン除去体６１２により、マグネシウムイオンを水から除去する。第三処理部６０６を通過した水は、軟水となり、軟水流出口６０７へと流出させ、浴室あるいはキッチンで使用することができる。

　以上のように、本実施の形態７に係る軟水化装置６０１は、マグネシウムイオン除去体６１２を備えた第三処理部６０６よりも上流側で水中のカルシウムイオンを選択的に結晶化させろ過体６１１により除去することができる。このように、本実施の形態７に係る軟水化装置６０１は、最初に第一処理部６０４と第二処理部６０５によりカルシウムイオンを炭酸カルシウムに結晶化させて物理的に除去し、次に第三処理部６０６でマグネシウムイオンを水中から取り除く。そのため、本実施の形態７に係る軟水化装置６０１は、マグネシウムイオン除去体６１２の消耗を減らすことができ、マグネシウムイオン除去体６１２を比較的長期に渡り使用することができる。また、本実施の形態７に係る軟水化装置６０１は、第一処理部６０４に備えられた反応槽６１０により、炭酸カルシウムの結晶化率を上げることができ、カルシウムイオンを高効率に除去することができる。且つ、本実施の形態７に係る軟水化装置６０１では、反応時間が延びることで炭酸カルシウムの結晶サイズがより大きくなり、第二処理部６０５のろ過が容易になる。

　アルカリ供給体６０９の一例としてマグネシウム固体を第一処理部６０４に備えた構成における反応を示す。

　第一処理部６０４には６ｍｍ程度のマグネシウム固体を備えており、硬水供給口６０３から流入した原水がマグネシウムと接触する構成となっている。このマグネシウム固体と水との反応式を以下に示す。
Ｍｇ＋２Ｈ_２Ｏ→Ｍｇ^２＋＋２ＯＨ^―＋Ｈ２↑・・・（式３）
ＨＣＯ^３―＋ＯＨ^―→ＣＯ_３ ^２―＋Ｈ_２Ｏ　　・・・（式４）
Ｃａ^２＋＋ＣＯ_３ ^２―→ＣａＣＯ_３↓　　　　・・・（式５）
　マグネシウム固体と水が反応し、水酸化イオン（ＯＨ^―）が生成される。水酸化イオン（ＯＨ^―）と重炭酸イオン（ＨＣＯ^３―）とが反応し、炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２―）となる。カルシウムイオン（Ｃａ^２＋）は、炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２―）と反応することで、炭酸カルシウムの結晶に変化する。

　図２０（ａ）にこの反応によるカルシウムイオンの推移グラフ、図２０（ｂ）にｐＨの変化の結果を示す。図２０（ａ）、（ｂ）は、硬度３１０ｐｐｍの水道模擬水１００ｍＬに対しマグネシウム固体を２ｇ添加して攪拌した際の結果である。マグネシウム固体を２ｇ添加した後の各時間に得られた水溶液を採取し、０．２μｍフィルターで結晶を取り除き、イオン量を測定している。これによると、時間と共にｐＨが上昇し、ｐＨの上昇とともにカルシウムイオンが減少する。カルシウムイオン量はｐＨ８．５程度になるまでほぼ一定だが、ｐＨ８．５に到達すると減少していくことが分かる。これは、炭酸カルシウムの結晶の増加に伴っていることを示唆している。なお、図２０（ａ）、（ｂ）に示すように、ｐＨは徐々に上昇し、２０分経過後にはｐＨ１０に到達し、７５％程度のカルシウムイオンが結晶化した。このとき、マグネシウムイオンの結晶は検出できなかった。以上から、実施例６に係るアルカリ供給体６０９は、水中のカルシウムイオンは結晶化するが、マグネシウムイオンは結晶化しにくいｐＨとして、ｐＨ８～ｐＨ１１程度に調整することが必要である。

　以上のように、実施例６に係るアルカリ供給体６０９は、マグネシウムイオンに対してカルシウムイオンを選択的に結晶化させることができる。アルカリ剤でアルカリ化させる場合は、大量の薬剤が必要であることや、対イオンが増加して、生活水として適さないなどの問題がある。一方で、実施例６に係る軟水化装置６０１は、マグネシウム固体を使用してアルカリ化することで、水中にあるマグネシウムイオンが増加するのみであり、生活水として問題なく使用することができる。

　次に、本実施の形態７の実施例７に係る軟水化装置６０１を説明する。

　図２１は、実施の形態７の実施例７に係る軟水化装置６０１の構成を示す概略図である。

　図２１に示すように、第一処理部６０４にはマグネシウム固体６１３、第二処理部６０５にはフィルター６１４が備えられている。また、第三処理部６０６にはカルボキシル基を有する不飽和化合物の付加重合体であって、カルシウムを１ｗｔ％から２０ｗｔ％含有する粒子径が０．１ｍｍ～５ｍｍの範囲である樹脂６１５が備えられている。すなわち、実施例７は、アルカリ供給体６０９の一例としてマグネシウム固体６１３を、ろ過体６１１の一例としてフィルター６１４を、マグネシウムイオン除去体６１２の一例として樹脂６１５を備えた構成を示している。

　図２２に第一処理部６０４、第二処理部６０５、第三処理部６０６の原理確認試験を行った結果を示す。原理確認試験の手順は、原水として硬度３１０ｐｐｍの水道模擬水１００ｍＬを用意し、第一処理部６０４として、上記した水道模擬水に対しマグネシウム固体を１ｇとなるように添加して６０分攪拌した。次に、第二処理部６０５として、その水を０．２μｍのフィルターでろ過した。その後、第三処理部６０６として、第二処理部６０５からのろ過水にカルボキシル基を有する不飽和化合物の付加重合体である樹脂を０．５ｍＬ添加して６０分攪拌したものである。

　第一処理部６０４の処理を行った後の原水は、３１０ｐｐｍの硬水中のカルシウムが２０４ｐｐｍ、マグネシウムイオンが１０６ｐｐｍである。これが第二処理部６０５を通過すると、カルシウムが減少し、１４ｐｐｍとなるが、一方でマグネシウムイオンが２４４ｐｐｍとなり全硬度は２５８ｐｐｍとなる。第三処理部６０６を通過すると、カルシウムイオンが２２ｐｐｍ、マグネシウムイオンが３ｐｐｍとなり、全硬度を２５ｐｐｍまで下げることができた。第二処理部６０５と第三処理部６０６の工程を経てカルシウムイオンが増加しているのは測定誤差である。

　これにより、マグネシウムイオン除去体６１２の寿命を約１．２倍に伸ばすことができた。測定には実施例６と同様のイオンクロマトグラフィーを用いた。

　つまり、実施の形態７の実施例７に係る軟水化装置６０１は、第一処理部６０４、第二処理部６０５、第三処理部６０６を順番に通過させることで、マグネシウムイオン除去体６１２の寿命を伸ばすことが可能となり、硬水を軟水化することができる。

　反応槽６１０を通過する際の反応時間の有効性を確認するために、図２３及び図２４に、流水をしながら反応時間を確保した場合の結晶化と粒子径の大型化の検証結果を示す。

　効果検証は、第一処理部６０４のアルカリ供給直後の水を５分攪拌し、攪拌前後の結晶化率と粒子径を測定した。図２３に示す通り、攪拌前（同図の左側のグラフ参照）の炭酸カルシウムの結晶化率は３６％であったのに対し、攪拌後（同図の右側のグラフ参照）は結晶化率が６８％に上昇した。また、図２４に示す通り、攪拌前（同図の点線で示すグラフ）の炭酸カルシウムの粒子径のメジアン径が２．８μｍであったのに対し、攪拌後は６．０μｍとなった。よって、結晶化率と結晶粒子径はアルカリ供給後の反応時間の影響を受けることが解る。

　これは反応槽６１０を通過させる時間においても同様である。すなわち、実施の形態７の実施例７に係る軟水化装置６０１は、第一処理部６０４のアルカリ供給体６０９の後段に結晶化を十分に促進する流路を有する反応槽６１０を備える。これにより、実施の形態７の実施例７に係る軟水化装置６０１は、炭酸カルシウムの結晶化率を上昇させることができ、後段のマグネシウムイオン除去体６１２の寿命を伸ばすことが可能となる。また、実施の形態７の実施例７に係る軟水化装置６０１は、炭酸カルシウムの結晶粒子径を大きくすることができ、後段のろ過率を上げることが可能となる。

　実施の形態７に係る軟水化装置６０１は、硬水地域においてスケール被害を抑えるために有用である。

　本開示に係る軟水化装置は、使用場所設置型浄水装置（ＰＯＵ：Ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　Ｕｓｅ）あるいは建物入口設置型浄水装置（ＰＯＥ: Ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　Ｅｎｔｒｙ）に適用することが可能である。

　１０１　　軟水化装置
　１０１ａ　　軟水化装置
　１０２　　流入口
　１０３　　軟水化槽
　１０４　　中和槽
　１０４ａ　　第一中和槽
　１０４ｂ　　第二中和槽
　１０５　　取水口
　１０６　　再生装置
　１０７　　流路
　１０８　　流路
　１０９　　流路
　１０９ａ　　流路
　１０９ｂ　　流路
　１１０　　弱酸性陽イオン交換樹脂
　１１１　　弱塩基性陰イオン交換樹脂
　１１１ａ　　弱塩基性陰イオン交換樹脂
　１１２　　電解槽
　１１３　　処理槽
　１１４　　送水ポンプ
　１１５　　循環流路
　１１５ａ　　第一循環流路
　１１５ｂ　　第二循環流路
　１１６　　第一供給流路
　１１７　　第一回収流路
　１１８　　第二供給流路
　１１９　　第二回収流路
　１２０　　開閉弁
　１２１　　開閉弁
　１２２　　開閉弁
　１２３　　開閉弁
　１２４　　開閉弁
　１２５　　開閉弁
　１２６　　開閉弁
　１２７　　送水流路
　１２９　　ろ過部
　１３０　　開閉弁
　１３１　　開閉弁
　１３２　　空気抜き弁
　１３３　　電極
　１３４　　ベンチュリー管
　１３５　　三方弁
　１３６　　三方弁
　１３７　　原水供給流路
　２０１　　軟水化装置
　２０２　　流入口
　２０３　　軟水化槽
　２０４　　中和槽
　２０５　　取水口
　２０６　　再生装置
　２０７　　流路
　２０８　　流路
　２０９　　流路
　２１０　　弱酸性陽イオン交換樹脂
　２１１　　炭酸カルシウム
　２１２　　電解槽
　２１３　　処理槽
　２１４　　送水ポンプ
　２１５　　循環流路
　２１６　　第一供給流路
　２１７　　回収流路
　２１８　　第二供給流路
　２１９　　送水流路
　２２０　　ろ過部
　２２１　　開閉弁
　２２２　　開閉弁
　２２３　　開閉弁
　２２４　　開閉弁
　２２５　　開閉弁
　２２６　　開閉弁
　２２７　　開閉弁
　２２９　　空気弁
　３０１　　軟水化装置
　３０２　　本体
　３０３　　入口
　３０４　　出口
　３０５　　配管
　３０６　　第一反応槽
　３０７　　第二反応槽
　３０８　　ろ過槽
　３０９　　ｐＨ調整剤供給部
　３１０　　超音波振動装置
　３１１　　凝集剤供給部
　４０１　　軟水化装置
　４０２　　本体
　４０３　　硬水供給口
　４０４　　第一処理部
　４０５　　第二処理部
　４０６　　第三処理部
　４０７　　軟水流出口
　４０８　　配管
　４０９　　アルカリ供給体
　４１０　　ろ過体
　４１１　　マグネシウムイオン除去体
　４１２　　マグネシウム固体
　４１３　　フィルター
　４１４　　樹脂
　５０１　　軟水化装置
　５０２　　本体
　５０３　　硬水供給口
　５０４　　第一処理部
　５０５　　第二処理部
　５０６　　第三処理部
　５０７　　軟水流出口
　５０８　　配管
　５０９　　アルカリ供給体
　５１０　　ろ過体
　５１１　　マグネシウムイオン除去体
　５１２　　筐体
　５１３　　超音波発生部
　５１４　　マグネシウム固体
　５１５　　フィルター
　５１６　　樹脂
　６０１　　軟水化装置
　６０２　　本体
　６０３　　硬水供給口
　６０４　　第一処理部
　６０５　　第二処理部
　６０６　　第三処理部
　６０７　　軟水流出口
　６０８　　配管
　６０９　　アルカリ供給体
　６１０　　反応槽
　６１１　　ろ過体
　６１２　　マグネシウムイオン除去体
　６１３　　マグネシウム固体
　６１４　　フィルター
　６１５　　樹脂

Claims

　硬度成分を含む原水を弱酸性陽イオン交換樹脂により軟水化する軟水化槽と、
　前記軟水化槽を流通した軟水のｐＨを弱塩基性陰イオン交換樹脂により中和する中和槽と、
　前記軟水化槽の前記弱酸性陽イオン交換樹脂を再生するための酸性電解水と、前記中和槽の前記弱塩基性陰イオン交換樹脂を再生するアルカリ性電解水とを生成する電解槽と、
　前記軟水化槽を流通した前記酸性電解水と前記中和槽を流通したアルカリ性電解水とを混合して前記電解槽に供給する処理槽とを備える
　ことを特徴とする軟水化装置。
　前記電解槽から前記酸性電解水を引き出して前記軟水化槽の上流側へ送水可能とする第一供給流路と、
　前記電解槽から前記アルカリ性電解水を引き出して前記中和槽の上流側へ送水可能とする第二供給流路と、
　前記処理槽の上流側を前記軟水化槽の下流側に接続可能とする第一回収流路と、
　前記処理槽の上流側を前記中和槽の下流側に接続可能とする第二回収流路とをさらに備え、
　軟水化処理の際には、開閉弁の切り替えによって、外部から供給される前記原水を前記軟水化槽と前記中和槽の順に流通させて排出し、
　再生処理の際には、前記開閉弁の切り替えによって、前記処理槽の水を前記電解槽から前記第一供給流路を通じて前記軟水化槽へ供給し、前記軟水化槽を流通した水を前記処理槽へ前記第一回収流路を通じて回収し、前記処理槽の水を前記電解槽から前記第二供給流路を通じて前記中和槽へ供給し、前記中和槽を流通した水を前記処理槽へ前記第二回収流路を通じて回収する
　ことを特徴とする請求項１に記載の軟水化装置。
　前記処理槽は、前記軟水化槽を流通した前記酸性電解水と前記中和槽を流通したアルカリ性電解水とが反応することにより反応生成物を生成し、
　前記処理槽と前記電解槽との間には、前記処理槽を流通した水に含まれる前記反応生成物を分離する分離槽が設けられている
　ことを特徴とする請求項１または２に記載の軟水化装置。
　前記中和槽は、前記軟水化槽を流通した軟水のｐＨを前記弱塩基性陰イオン交換樹脂により中和する第一中和槽と、前記第一中和槽を流通した軟水をベンチュリー管による空気曝気により中和する第二中和槽とを有する
　ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の軟水化装置。