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WO2014163094A1 - 水処理システム - Google Patents

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WO2014163094A1
WO2014163094A1 PCT/JP2014/059671 JP2014059671W WO2014163094A1 WO 2014163094 A1 WO2014163094 A1 WO 2014163094A1 JP 2014059671 W JP2014059671 W JP 2014059671W WO 2014163094 A1 WO2014163094 A1 WO 2014163094A1
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WO
WIPO (PCT)
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water
ions
unit
desalting
treatment system
Prior art date
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Application number
PCT/JP2014/059671
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English (en)
French (fr)
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鵜飼　展行
英夫 鈴木
茂 吉岡
竹内　和久
佐藤　淳
櫻井　秀明
進 沖野
裕 中小路
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.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Priority to PL14779478T priority patent/PL2962997T3/pl
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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination

Definitions

  • the present invention relates to a water treatment system that performs desalination treatment.
  • Industrial wastewater from the plant is subjected to purification processes such as removal of heavy metal components and suspended particles, and decomposition and removal of organic substances.
  • purification processes such as removal of heavy metal components and suspended particles, and decomposition and removal of organic substances.
  • the purified treated water is reused as industrial water.
  • a desalting process is performed to remove ions contained in the waste water.
  • Patent Document 1 is installed at a downstream of a liquid-flow condenser that removes and collects (regenerates) ion components in water to be treated by using an electrostatic force. Discloses a desalination apparatus in combination with a reverse osmosis membrane apparatus.
  • ions contained in water monovalent cations such as Na + , K + and NH 4 + and anions such as Cl ⁇ and F ⁇ are ions having high solubility in water.
  • divalent metal ions such as Ca 2+ and Mg 2+ and anions and silica ions such as SO 4 2 ⁇ and CO 3 2 ⁇ are components constituting the scale. Since salts and silica to which ions of components constituting the scale are bonded have low solubility in water, they are likely to precipitate as scale.
  • a general liquid-type capacitor as described in Patent Document 1 has low selectivity for the valence of ions to be removed. Therefore, not only the ions (scale components ion) as the aforementioned scale components, for example Na +, Cl - also removed simultaneously forced precipitated hard components as scales and the like.
  • water containing a relatively large amount of scale component ions is treated using the desalination apparatus of Patent Document 1, water having a high scale component ion is discharged from the liquid-flow condenser without being sufficiently removed. It will be.
  • An object of the present invention is to provide a water treatment system capable of increasing the removal rate of scale component ions.
  • a water treatment system includes a pair of opposing electrodes that are charged with opposite polarities, an inter-electrode channel that is positioned between the electrodes and that allows water containing ions to flow therethrough, An ion exchange membrane that is installed on the inter-electrode flow path side of the electrode and allows the ions to pass to the electrode side, and the salt is desalted by adsorbing the ions to the electrode and demineralizing the water, and A desalination unit that performs a regeneration process for desorbing the ions from the electrode, and one of the ion exchange membranes selectively transmits divalent cations contained in water containing the ions to the electrode side.
  • a cation exchange membrane that selectively permeates divalent cations is installed on the electrode surface of the desalting unit.
  • “selectively transmit” means that the transmittance of divalent cations is higher than the transmittance of other ions.
  • divalent cations contained in the water to be treated permeate the cation exchange membrane and adsorb to the electrode, but other ions such as monovalent cations are difficult to permeate the cation exchange membrane. It is hard to be adsorbed by the electrode and passes through the desalting part.
  • the water treatment system of the present invention if used, troubles due to scale deposition can be suppressed. Moreover, the content of scale component ions contained in the treated water can be reduced without increasing the apparatus volume. As a result, the water recovery rate of the water treatment system can be improved and the power consumption can be reduced.
  • an ion concentrating unit for receiving the treated water after the desalting treatment and concentrating the ions being treated is installed on the downstream side of the desalting unit.
  • the ion concentrating unit includes at least one of a desalting apparatus, a cooling tower, and a boiler.
  • the divalent cation concentration in the treated water by the water treatment system of the present invention is greatly reduced. Even when this treated water is treated or used in an ion concentrating unit where ions are concentrated in the system, scale generation in the ion concentrating unit can be suppressed.
  • a pH adjusting unit is provided on the downstream side of the desalting unit and the upstream side of the ion concentrating unit to introduce an alkali metal hydroxide into the treated water to adjust the pH of the water. It is preferable.
  • silica In the water after the scale component ions have been treated in the desalting part, ionic silica or non-ionized silica remains. These are also scale components. Silica has a different dissolution state depending on pH, and is extremely soluble in water as ionic silica at pH 9 or higher. In the present invention, silica is dissolved in the treated water by appropriately adjusting the pH of the treated water by the pH adjusting unit installed downstream of the desalting unit. Thereby, generation
  • the desalting unit is connected to a separating unit that receives the concentrated water discharged from the desalting unit in the regeneration treatment, and the separating unit converts the divalent cation in the concentrated water as a solid.
  • a precipitation part that precipitates and precipitates; and a dehydration part that separates the solid from the water containing the solid discharged from the precipitation part, and the supernatant in the precipitation part is upstream of the desalting part. It is good also as a structure supplied to.
  • the solid can be a separate recovery comprising from concentrated water such as scale component ions such as CaCO 3 or CaSO 4. Furthermore, the water recovery rate can be further improved by circulating the separated water to the desalting unit or the ion selective removing unit.
  • a separation unit including a dehydration unit that separates the solid may be installed, and the supernatant discharged from the precipitation unit may be supplied to the desalination unit to be desalted.
  • the scale component comprising divalent cations in the water to be treated has a water quality close to or exceeding the saturation solubility
  • the scale component is introduced before flowing into the desalting unit by adopting the above configuration.
  • the concentration of ions can be reduced. For this reason, generation
  • the water treatment system of the present invention can reduce only the concentration of divalent cations contained in the water after treatment, without increasing the size of the apparatus. For example, even when an apparatus for concentrating ions is installed on the downstream side, scale generation in the apparatus can be suppressed.
  • the water to be treated includes alkali metal ions such as Na + and K + , alkaline earth metal ions such as Ca 2+ and Ba 2+ , cations such as Mg 2+ , F ⁇ , Cl ⁇ , Br ⁇ , I ⁇ and NO 3.
  • Anions such as ⁇ , SO 4 2 ⁇ , HSO 4 ⁇ , SO 3 2 ⁇ , HSO 3 ⁇ , CO 3 2 ⁇ , HCO 3 ⁇ , PO 4 3 ⁇ , HS ⁇ , S 2 ⁇ are included.
  • the ion enumerated above is an illustration and is not limited to these.
  • alkaline earth metal ions Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+
  • Mg 2+ divalent metal ions alkaline earth metal ions (Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ ) and Mg 2+ divalent metal ions, sulfate ions (SO 4 2 ⁇ , HSO 4 ⁇ , SO 3 2 ⁇ , HSO 3 ⁇ ) , And carbonate ions (CO 3 2 ⁇ , HCO 3 ⁇ ), phosphate ions (PO 4 3 ⁇ ), sulfide ions (HS ⁇ , S 2 ⁇ ), and F ⁇ constitute scales.
  • Ions scale component ions). When the state where the concentration of the scale component ions in water exceeds the saturation concentration is continued, scale is generated. The time from the saturation concentration to the scale generation varies depending on conditions such as ion concentration and pH.
  • the water (treated water) to be treated by the water treatment system according to the present embodiment has a ratio of divalent ion concentration to total ion concentration (divalent ion concentration / total ion concentration) or divalent ion concentration relative to monovalent ions. This is effective when the ratio (divalent ion concentration / monovalent ion concentration) is high.
  • water having a scale component composed of divalent ions is near saturation solubility or higher than saturation solubility (for example, blowdown water from a cooling tower, mine wastewater, desulfurization drainage), scale component,
  • FIG. 1 is a schematic diagram of the water treatment system of the present embodiment.
  • the water treatment system 1 includes a desalting unit 10.
  • a discharge path 16 is provided on the downstream side of the desalting unit 10.
  • the discharge path 16 is branched into a treated water discharge path 17 and a concentrated water discharge path 18 in the middle of the path.
  • Valves V1 and V2 are installed in the treated water discharge path 17 and the concentrated water discharge path 18, respectively.
  • FIG. 2 is a schematic view of the desalting unit.
  • the desalting unit 10 includes a pair of opposed porous electrodes 11 and 13 and an interelectrode channel 15 through which water to be treated can flow between the electrodes.
  • An anion exchange membrane 12 is installed on the side surface of the electrode 11 between the electrodes, and a cation exchange membrane 14 is installed on the side surface of the electrode 13 between the electrodes.
  • the cation exchange membrane 14 in this embodiment is an ion exchange membrane in which the removal rate of divalent cations is higher than the removal rate of other ions. That is, the cation exchange membrane 14 is an ion exchange membrane that selectively transmits divalent cations (alkaline earth metal ions, Mg 2+, etc.). Among the above-mentioned divalent cations, Ca 2+ and Mg 2+ are ions that are particularly likely to be deposited as scales. Therefore, the cation exchange membrane 14 may be an ion exchange membrane that selectively transmits Ca 2+, Mg 2+ , or both. .
  • the cation exchange membrane 14 is made of a polymer material containing a sulfo group (—SO 3 H).
  • a sulfo group is a functional group having a large selective permeability coefficient of a divalent cation with respect to a monovalent cation.
  • the polymer material is, for example, a styrene / divinylbenzene copolymer.
  • the cation exchange membrane 14 has a functional group having a smaller permeation coefficient than the sulfo group, such as a carboxyl group (—COOH), a phosphone group (—PO (OH) 2 ), a dicarboxylic imide group (—N (COOH) 2 ).
  • these functional groups may be contained as long as the amount is smaller than the amount of the sulfo group.
  • the positive number of sulfo groups relative to all functional groups is 50% or more, preferably 90% or more, more preferably 99% or more.
  • An ion exchange membrane is used.
  • Neoceptor CMX As the cation exchange membrane 14, Neoceptor CMX, CL-25T, CH-45T, C66-5T (manufactured by Astom Co., Ltd.), Selemion CMV (manufactured by AGC Engineering Co., Ltd.), Aciplex CK-1, DK- 1, K-101 (manufactured by Asahi Kasei Chemicals Corporation) can be used.
  • the removal rate of divalent cations by the cation exchange membrane 14 is 95% or more, preferably 98% or more, and the removal rate of other cations is less than that.
  • most of the ions contained in the water to be treated are Na + .
  • it is preferable that the removal rate of Na + by the cation exchange membrane 14 is 80% or less.
  • the type of the cation exchange membrane 14 is selected so as to achieve the above removal rate, and the apparatus design and water treatment conditions are set. Specifically, FIG.
  • FIG. 3 is a graph showing an example of the removal rate of various ions by ion-exchange membrane electrodialysis (Source: Yuki Toyoda, “Development of Deep Sea Water Mineral Adjustment System”, Kochi University of Technology 2002 dissertation) URL: www.kochi-tech.ac.jp/library/ron/2002/g5/M/1055019.pdf).
  • FIG. 3 shows the result of dialysis using 10 pairs of strongly acidic cation exchange membranes and strongly basic anion exchange membranes having a membrane area of 1.72 dm 2 / sheet.
  • the removal rate of Ca 2+ and Mg 2+ is 95% or more 6 hours after the start of dialysis, but the removal rate of monovalent ions is less than that, and the removal rate of Na + is 80% or less. is there.
  • the removal rate E of divalent cations by the ion exchange membrane is expressed by the formula (1).
  • C in Ion concentration in treated water (Eq / m 3 )
  • C out Ion concentration in treated water (Eq / m 3 )
  • a 0 area of ion exchange membrane (m 2 )
  • Q Amount of treated water (m 3 / h)
  • F Faraday constant (A ⁇ h / Eq)
  • i Current density (A / m 2 )
  • ⁇ Current efficiency (-)
  • n Number of ion exchange membranes (-)
  • the area A 0 of the ion exchange membrane is increased, the current density i is increased, the number n of ion exchange membranes is increased, and the current efficiency ⁇ is increased. And at least 1 should just be implemented among the fall of the amount Q of treated water.
  • the current density i has a correlation with the voltage applied to the electrode of the desalting unit 10, and the current density i can be increased by increasing the applied voltage.
  • the processing time required per unit liquid amount is 1 / Q, which is expressed by equation (2) by modifying equation (1). From equation (2), in order to shorten the processing time 1 / Q and obtain a predetermined removal rate (that is, when the removal rate E is constant), the ion exchange membrane area A 0 , current density i, ion exchange It can be understood that at least one parameter of the number n of films and the current efficiency ⁇ may be increased. As described above, since the current density i is correlated with the applied voltage of the desalting unit 10, the applied voltage is increased in order to increase the current density i.
  • an apparatus such as the area A 0 of the cation exchange membrane 14 and the number n of cation exchange membranes 14 can achieve the above-described divalent cation removal rate within a predetermined time.
  • Water treatment conditions such as capacity, applied voltage, and amount of treated water Q are appropriately set.
  • the anion exchange membrane 12 may not have selectivity due to the difference in valence of ions.
  • the treated water having the properties described above flows into the desalting unit 10.
  • the desalting unit 10 performs the following desalting step and regeneration step.
  • Desalting step A voltage is applied to the electrodes 11 and 13 so that the electrode 11 of the desalting unit 10 is positive and the electrode 13 is negative.
  • the above energized state is referred to as “positive”.
  • the valve V1 is opened and the valve V2 is closed.
  • the water to be treated containing ions passes through the interelectrode flow path 15 between the electrodes 11 and 13 that are positively energized. At this time, anions in the water to be treated pass through the anion exchange membrane 12 and are adsorbed on the electrode 11. At the same time, divalent cations such as Ca 2+ and Mg 2+ in the water to be treated pass through the cation exchange membrane 14 and are adsorbed on the electrode 13. A part of the monovalent cation (amount corresponding to the transmittance of the monovalent cation) passes through the cation exchange membrane 14 and is adsorbed on the electrode 13, but a part does not pass through the cation exchange membrane 14. , And passes through the interelectrode channel 15. By the desalting step, divalent cations are removed from the water to be treated, and the divalent cation concentration in the treated water is reduced.
  • the treated water that has passed through the inter-electrode flow path 15 is discharged from the desalting unit 10 as treated water, passes through the treated water discharge path 17, and is discharged out of the system of the desalination treatment apparatus and collected.
  • the concentration of the divalent cation contained in the treated water is reduced compared to the concentration of the divalent cation in the treated water.
  • Regeneration process After the desalting step is performed for a predetermined time, a voltage is applied to each of the electrodes 11 and 13 so that the electrode 11 becomes negative and the electrode 13 becomes positive. That is, the electrode is in a “reverse” energized state. At the same time that the electrodes 11 and 13 are turned on in reverse, the valve V1 is closed and the valve V2 is opened. Thereby, the regeneration process is started.
  • the ions adsorbed in the desalting process are desorbed from the electrodes 11 and 13 and returned to the interelectrode channel 15. Since the cation and the anion that have returned to the interelectrode channel 15 cannot pass through the anion exchange membrane 12 and the cation exchange membrane 14, respectively, they are accumulated in the interelectrode channel 15. After a predetermined time has passed, water having a low ion concentration such as clean water (fresh water) is supplied from a system not shown in FIGS. 1 and 2, and the divalent ions released into the interelectrode channel 15 are discharged from the desalting unit 10. Is done. The water discharged from the desalting unit 10 passes through the concentrated water discharge path 18 as concentrated water and is discharged out of the system of the desalting apparatus 1.
  • clean water fresh water
  • the desalting step and the regeneration step described above are performed alternately every predetermined time.
  • the desalting step and the regeneration step are each carried out for 1 to 60 minutes, preferably 1 to 10 minutes.
  • an ion concentrating unit 20 may be installed on the downstream side of the treated water discharge path 17 of the desalting unit 10.
  • the ion concentrating unit 20 is a device that further concentrates ions in the treated water discharged from the desalting unit 10. Examples of the ion concentrating unit 20 include a desalting apparatus, a boiler, and a cooling tower.
  • the desalting apparatus examples include a reverse osmosis membrane apparatus, an electrodialysis apparatus (ED), an electric regeneration type pure water apparatus (EDI), and an ion exchange resin apparatus.
  • a desalting unit having the same configuration as the desalting unit 10 but provided with an ion exchange membrane having no ion selectivity can be installed.
  • These desalting apparatuses remove ions (monovalent cations, anions, etc.) remaining in the treated water of the desalting unit 10.
  • a plurality of desalting salts may be connected in series. Since the divalent cation concentration which becomes the scale in water is significantly reduced by the water treatment system 1 of the present embodiment, scale deposition in the desalting apparatus that further concentrates ions is suppressed.
  • an evaporator or a crystallizer may be installed downstream of the concentration unit side of the reverse osmosis membrane device.
  • water is evaporated from the concentrated water, and ions contained in the concentrated water are precipitated as a solid and collected as a solid.
  • a pH adjusting unit 30 is further installed in the treated water discharge channel 17 as shown in FIG.
  • the water to be treated contains ionic silica and non-ionized solid silica as other scale components. Since ionic silica has a low removal rate in the desalting part, it passes through the water treatment system 1. Silica that is not ionized also passes through the water treatment system 1.
  • the treated water after being treated by the water treatment system 1 contains silica-like ions and solid silica.
  • the solubility of silica present in water varies depending on the pH, and is extremely soluble in water as ionic silica when the pH is 9 or more.
  • the pH adjuster 30 introduces an alkaline agent into the water so that the pH of the treated water passing through the treated water discharge path 17 (measured at a pH not shown in FIG. 1) is 9 or more.
  • the alkaline agent is an aqueous solution of an alkali metal hydroxide such as Na or K.
  • an alkali metal hydroxide such as Na or K.
  • a cooling tower When a cooling tower is installed as the ion concentrating unit 20, heat exchange is performed between the treated water of the water treatment system 1 and high-temperature exhaust gas discharged from a boiler or the like. A part of the water becomes steam by this heat exchange, and the ions in the treated water are concentrated in the cooling tower. A part of the concentrated water is discharged from the cooling tower as blow water.
  • a configuration in which the water treated by the desalting apparatus is supplied to the boiler or the cooling tower may be used in combination with the desalting apparatus.
  • water water from which ions have been removed
  • crystallizer installed downstream of the concentration unit of the reverse osmosis membrane device
  • the water treatment system 1 of this embodiment produces
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration for separating and recovering Ca as a solid from the concentrated water of the desalting unit in the water treatment system of the first embodiment as the second embodiment of the present invention.
  • the concentrated water discharge path 18 of the water treatment system 1 is connected to the separation unit 100.
  • the separation unit 100 includes a precipitation unit 101 and a dehydration unit 102.
  • FIG. 4 illustrates a case where CaCO 3 is recovered from concentrated water containing Ca 2+ and CO 3 2 ⁇ as main scale component ions.
  • the separation unit 100 in FIG. 4 includes a first precipitation device 101a and a second precipitation device 101b as the precipitation unit 101.
  • the concentrated water discharge path 18 is connected to the first precipitation device 101a, and the concentrated water of the desalting unit 10 is supplied to the first precipitation device 101a.
  • Ca (OH) 2 is charged into the first precipitation device 101a for pH adjustment.
  • CaCO 3 becomes supersaturated, CaCO 3 precipitates and precipitates at the bottom of the first precipitation device 101a. Heavy metals contained in the concentrated water also precipitate at the bottom of the first precipitation device 101a.
  • the first precipitation device 101a and the second precipitation device 101b are connected.
  • the supernatant liquid containing Ca 2+ is fed from the first precipitation device 101a to the second precipitation device 101b.
  • Na 2 CO 3 is charged into the second precipitation device 101b, and Ca 2+ precipitates as CaCO 3 and precipitates at the bottom.
  • the supernatant liquid in the second precipitation apparatus 101b contains scale component ions that could not be separated by the first precipitation apparatus 101a and the second precipitation apparatus 101b.
  • the supernatant liquid of the second precipitation device 101 b is discharged from the second precipitation device 101 b and circulated upstream of the desalting unit 10.
  • the bottoms of the first precipitation device 101 a and the second precipitation device 101 b are connected to the dehydration unit 102.
  • Water containing precipitates is discharged from the bottoms of the first precipitation device 101 a and the second precipitation device 101 b and is supplied to the dehydration unit 102.
  • the dewatering unit 102 separates water and solids, and sludge containing CaCO 3 is recovered.
  • the water separated by the dehydration unit 102 is circulated to the first precipitation device 101a.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration in which a separation unit is installed upstream of the desalting unit 10 as a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows an example where the scale component ions in the water to be treated are mainly Ca 2+ and CO 3 2 ⁇ . 5, the same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals.
  • the separation unit 200 of the third embodiment includes a precipitation unit 101 and a dehydration unit 102 as in the third embodiment.
  • the supernatant of the second precipitation device 101b is fed to the desalting unit 10.
  • Other configurations of the separation unit 200 are the same as those in the second embodiment.
  • the pH in the precipitation part 101 is adjusted to about 10 as described above, and the saturation solubility of CaCO 3 is lowered to facilitate precipitation.
  • the desalting part is in a condition (specifically about pH 7) where CaCO 3 is difficult to precipitate. Therefore, when recovering CaCO 3 , a neutralization section (not shown) is provided on the downstream side of the second precipitation apparatus 101b, and the pH of the supernatant discharged from the second precipitation apparatus 101b is 7 in the neutralization section. After being adjusted to the extent, it is preferable to feed it to the desalting section.
  • Whether to adopt the configuration of the second embodiment or the third embodiment is appropriately selected according to the properties of the concentrated water and the properties of the water to be treated. For example, when the concentration of divalent cations such as blowdown water from a cooling tower, mine wastewater, desulfurization wastewater, etc. is high and the scale component exceeds the saturation solubility, the desalination treatment in the desalting unit 10 Is insufficient, and the concentration of scale component ions in the treated water increases. In such a case, as a configuration of the third embodiment, reducing the Ca 2+ concentration flowing into the desalting unit 10 is effective in preventing scale precipitation.

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Abstract

　スケール成分イオンの除去率を高めることができる水処理システムを提供する。互いに逆極性に帯電される一対の対向する電極（１１，１３）と、該電極（１１，１３）の間に位置しイオンを含む水が流通可能とされる電極間流路（１５）と、各々の前記電極（１１，１３）の前記電極間流路（１５）側に設置され、前記イオンを前記電極側（１１，１３）に透過させるイオン交換膜（１２，１４）とを含み、前記電極（１１，１３）に前記イオンを吸着させて前記水を脱塩処理する脱塩処理と前記電極（１１，１３）から前記イオンを脱離させる再生処理とを行う脱塩部（１０）を備え、一方の前記イオン交換膜（１４）が、前記イオンを含む水に含まれる２価の陽イオンを前記電極（１３）側に選択的に透過させる水処理システム。

Description

水処理システム
　本発明は、脱塩処理を行う水処理システムに関する。
　プラントからの工業排水に対して、重金属成分や浮遊粒子などの除去や、有機物の分解除去などの浄化処理が施される。工業用水の確保が困難な場所においては、浄化処理された処理水は工業用水に再利用される。この場合は、重金属成分や浮遊粒子、有機物などが除去された後、排水中に含まれるイオン分を除去する脱塩処理が施される。
　脱塩装置の一例として、特許文献１は、静電力を利用して被処理水中のイオン成分の除去と回収（再生）とを行う通液型コンデンサと、該通液型コンデンサの下流に設置される逆浸透膜装置とを組み合わせた脱塩装置を開示している。
　水中に含まれるイオンの内、Ｎａ＋、Ｋ＋、ＮＨ４ ＋などの１価の陽イオンやＣｌ－、Ｆ－等の陰イオンは、水中への溶解度が高いイオンである。一方、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋などの２価の金属イオンやＳＯ４ ２－、ＣＯ３ ２－などの陰イオンやシリカイオンは、スケールを構成する成分である。スケールを構成する成分のイオンが結合した塩やシリカは水に対する溶解度が低いため、スケールとして析出しやすい。例えば逆浸透膜装置にスケール成分となるイオンを多量に含む水が流入し逆浸透膜の流入側で飽和濃度を超える状態が維持されると、逆浸透膜にスケールが析出して処理能力が低下してしまう。特許文献１に記載の構成では、通液型コンデンサによりイオンを除去してから逆浸透膜装置に送水しているので、逆浸透膜装置での処理負荷を低減することができる。
特許第４１３５８０２号公報
　特許文献１に記載されるような一般的な通液型コンデンサは、除去されるイオンの価数に選択性が低い。このため、上記のスケール成分となるイオン（スケール成分イオン）だけでなく、例えばＮａ＋、Ｃｌ－等のスケールとして析出しにくい成分も同時に除去せざるを得ない。特許文献１の脱塩装置を用いてスケール成分イオンが比較的多く含まれる水を処理する場合には、十分な除去が行われないままスケール成分イオンが高い水が通液型コンデンサから排出されることになってしまう。
　従来の通液型コンデンサを用いて処理後のスケール成分イオンの濃度を低減させるためには、複数の通液型コンデンサを連結する必要がある。しかし、この場合は装置が大型化してしまうことが問題となっていた。
　本発明は、スケール成分イオンの除去率を高めることができる水処理システムを提供することを目的とする。
　本発明の一態様に係る水処理システムは、互いに逆極性に帯電される一対の対向する電極と、該電極の間に位置しイオンを含む水が流通可能とされる電極間流路と、各々の前記電極の前記電極間流路側に設置され、前記イオンを前記電極側に透過させるイオン交換膜とを含み、前記電極に前記イオンを吸着させて前記水を脱塩処理する脱塩処理と前記電極から前記イオンを脱離させる再生処理とを行う脱塩部を備え、一方の前記イオン交換膜が、前記イオンを含む水に含まれる２価の陽イオンを前記電極側に選択的に透過させる。
　本発明の水処理システムでは、脱塩部の電極表面に２価の陽イオンを選択的に透過させる陽イオン交換膜が設置されている。ここでの「選択的に透過させる」との意味は２価の陽イオンの透過率が他のイオンの透過率よりも高いことを意味する。脱塩処理では処理対象の水に含まれる２価の陽イオンが陽イオン交換膜を透過して電極に吸着するが、１価の陽イオンなど他のイオンは陽イオン交換膜を透過し難いため電極に吸着され難く、脱塩部を通過する。少なくとも２価の陽イオン（アルカリ土類金属やＭｇ２＋）が除去されれば、１価イオンなどのスケールを構成しにくいイオンや陰イオンが脱塩部を通過しても、処理後の水は２価の陽イオンを含んで構成される塩（スケール成分）が飽和溶解度に到達する恐れが無くなる。このため、後段の装置（例えば、イオンが濃縮される装置）でスケールは発生しにくい状態となる。なお、脱塩部においては、脱塩処理時の電極や再生処理時の電極間流路で２価の陽イオン濃度が高い状態となるが、静電脱塩ではスケール析出が起こる前に脱塩・再生が繰り返されるので、スケールは生成しない。
　従って、本発明の水処理システムを用いれば、スケール析出によるトラブル発生を抑制することができる。また、装置容積を大きくすることなく、処理後の水に含まれるスケール成分イオンの含有量を低下させることができる。この結果、水処理システムの水回収率を向上させることができ、かつ、消費電力を低減させることができる。
　上記態様において、前記脱塩部の下流側に、前記脱塩処理された後の処理水を受け入れ、前記処理中の前記イオンを濃縮するイオン濃縮部が設置される。前記イオン濃縮部が、脱塩装置、冷却塔及びボイラの少なくとも一つを含む。
　上記のように、本発明の水処理システムによる処理水中の２価の陽イオン濃度は大幅に低減されている。この処理水が系内でイオンが濃縮されるイオン濃縮部で処理あるいは利用された場合であっても、イオン濃縮部内でのスケール発生を抑制することができる。
　上記態様において、前記脱塩部の下流側であって前記イオン濃縮部の上流側に、前記処理水中にアルカリ金属水酸化物を投入して、前記水のｐＨを調整するｐＨ調整部が設置されることが好ましい。
　脱塩部でスケール成分イオンが処理された後の水には、イオン状シリカやイオン化されていないシリカが残留する。これらもスケール成分である。シリカはｐＨにより溶解状態が異なり、ｐＨ９以上でイオン状のシリカとして水中に著しく溶解する。本発明では、脱塩部の下流に設置されたｐＨ調整部で処理水のｐＨが適切に調整されることにより、シリカを処理水中に溶解させた状態とする。これにより、イオン濃縮部内でのシリカのスケール発生を確実に抑制することができる。
　上記態様において、前記脱塩部が、前記再生処理で前記脱塩部から排出された濃縮水を受け入れる分離部と接続し、該分離部が、前記濃縮水中の前記２価の陽イオンを固体として析出させて沈殿させる沈殿部と、該沈殿部から排出された前記固体を含む水から前記固体を分離する脱水部とを備え、前記沈殿部中の上澄液が、前記脱塩部の上流側に供給される構成としても良い。
　このような構成とすることにより、濃縮水から例えばＣａＣＯ３やＣａＳＯ４といったスケール成分イオンを含む固体を分離回収することができる。更に、分離後の水を脱塩部やイオン選択性除去部に循環させることによって、水回収率を更に向上させることができる。
　上記態様において、前記脱塩部の上流側に、前記イオンを含む水中の前記２価の陽イオンを固体として析出させて沈殿させる沈殿部と、該沈殿部から排出された前記固体を含む水から前記固体を分離する脱水部とを備える分離部が設置され、前記沈殿部から排出された上澄液が、前記脱塩部に送給されて脱塩処理される構成としても良い。
　処理対象水中の２価陽イオンを含んで構成されるスケール成分が飽和溶解度近傍若しくは飽和溶解度を超える水質である場合には、上記構成を採用することにより、脱塩部に流入する前にスケール成分イオンの濃度を低減させることができる。このため、イオン濃縮部でのスケール発生を防止することができる。
　本発明の水処理システムは、装置を大型化させることなく、特に処理後の水中に含まれる２価の陽イオンの濃度のみを低下させることができる。例えば下流側にイオンが濃縮される装置が設置された場合でも、装置内でのスケール発生を抑制することができる。
水処理システムの概略図である。 脱塩部の概略図である。 電気透析による各種イオンの除去率の一例を示したグラフである。 脱塩部の濃縮水からＣａを固体として分離回収する構成を説明する概略図である。 脱塩部の上流に分離部を設置する構成を説明する概略図である。
＜第１実施形態＞
　被処理水には、Ｎａ＋、Ｋ＋などのアルカリ金属イオン、Ｃａ２＋、Ｂａ２＋などのアルカリ土類金属イオン、Ｍｇ２＋といった陽イオン、Ｆ－、Ｃｌ－、Ｂｒ－、Ｉ－、ＮＯ３ －、ＳＯ４ ２－、ＨＳＯ４ －、ＳＯ３ ２－、ＨＳＯ３ －、ＣＯ３ ２－、ＨＣＯ３ －、ＰＯ４ ３－、ＨＳ－、Ｓ２－といった陰イオンが含まれる。なお、上記に列挙したイオンは例示でありこれらに限定されない。
　このうち、アルカリ土類金属イオン（Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋）及びＭｇ２＋の２価の金属イオン、硫酸系イオン（ＳＯ４ ２－、ＨＳＯ４ －、ＳＯ３ ２－、ＨＳＯ３ －）、及び、炭酸系イオン（ＣＯ３ ２－、ＨＣＯ３ －）、リン酸イオン（ＰＯ４ ３－）、硫化物イオン（ＨＳ－、Ｓ２－）、及び、Ｆ－は、は、スケールを構成するイオン（スケール成分イオン）である。水中の上記スケール成分イオンの濃度が飽和濃度を超えた状態が継続されると、スケールが発生する。飽和濃度を超えてからスケール発生までの時間は、イオン濃度やｐＨなどの条件により変化する。
　本実施形態に係る水処理システムで処理される水（被処理水）は、全イオン濃度に対する２価イオン濃度の比率（２価イオン濃度／全イオン濃度）または１価イオンに対する２価イオン濃度の比率（２価イオン濃度／１価イオン濃度）が高い場合に有効である。被処理水としては、２価のイオンを含んで構成されるスケール成分が飽和溶解度付近若しくは飽和溶解度より高い水（例えば、冷却塔からのブローダウン水、鉱山廃水、脱硫排水）や、スケール成分が飽和溶解度付近若しくは飽和溶解度より低い水（工業排水、工場排水処理水、下水処理水、河川水、かん水）がある。
　図１は、本実施形態の水処理システムの概略図である。水処理システム１は、脱塩部１０を備える。脱塩部１０の下流側に排出路１６が設けられる。排出路１６は、経路の途中で処理水排出路１７と濃縮水排出路１８とに分岐される。処理水排出路１７及び濃縮水排出路１８に、それぞれバルブＶ１，Ｖ２が設置される。
　図２は、脱塩部の概略図である。図２に示すように、脱塩部１０は、一対の対向する多孔質の電極１１，１３と、電極の間を被処理水が流通可能な電極間流路１５とを備える。電極１１の電極間流路側面には陰イオン交換膜１２が設置され、電極１３の電極間流路側面には陽イオン交換膜１４が設置される。
　本実施形態における陽イオン交換膜１４は、２価の陽イオンの除去率が他のイオンの除去率よりも高いイオン交換膜である。すなわち、陽イオン交換膜１４は、２価の陽イオン（アルカリ土類金属イオン、Ｍｇ２＋など）を選択的に透過させるイオン交換膜である。上記２価陽イオンの中でもＣａ２＋，Ｍｇ２＋は特にスケールとして析出しやすいイオンであるので、陽イオン交換膜１４はＣａ２＋もしくはＭｇ２＋，または両方を選択的に透過させるイオン交換膜としても良い。
　陽イオン交換膜１４は、スルホ基（－ＳＯ３Ｈ）を含む高分子材料からなる。スルホ基は、１価陽イオンに対する２価陽イオンの選択透過係数が大きい官能基である。高分子材料は、例えばスチレン・ジビニルベンゼン共重合体である。陽イオン交換膜１４は、スルホ基よりも選択透過係数が小さい官能基、例えばカルボキシル基（－ＣＯＯＨ）、ホスホン基（－ＰＯ（ＯＨ）２）、ジカルボン酸イミド基（－Ｎ（ＣＯＯＨ）２）を含まないことが好ましいが、これらの官能基はスルホ基の量に比べて少なければ含んでいても構わない。本実施形態においては、全官能基（スルホ基、カルボキシル基、ホスホン基、ジカルボン酸イミド基の合計）に対するスルホ基が、５０％以上、好ましくは９０％以上、より好ましくは９９％以上である陽イオン交換膜を用いる。具体的に、陽イオン交換膜１４として、ネオセプタＣＭＸ、ＣＬ－２５Ｔ、ＣＨ－４５Ｔ、Ｃ６６－５Ｔ（株式会社アストム製）、セレミオンＣＭＶ（ＡＧＣエンジニアリング株式会社製）、アシプレックスＣＫ－１、ＤＫ－１、Ｋ－１０１（旭化成ケミカルズ株式会社製）などが使用できる。
　本実施形態における脱塩部１０は、陽イオン交換膜１４による２価の陽イオンの除去率が９５％以上、好ましくは９８％以上であり、他の陽イオンの除去率はそれ以下である。一般には、上述した被処理水に含まれるイオンの中のうち大部分がＮａ＋である。このため、本実施形態では、陽イオン交換膜１４によるＮａ＋の除去率が８０％以下であることが好ましい。上記除去率を達成するように、陽イオン交換膜１４の種類が選定されるとともに、装置設計及び水処理条件が設定される。
　具体的に、図３はイオン交換膜電気透析による各種イオンの除去率の一例を示したグラフである（出典：豊田勇樹、「海洋深層水ミネラル調整システムの開発」、高知工科大学２００２年度学位論文、URL：www.kochi-tech.ac.jp/library/ron/2002/g5/M/1055019.pdf）。図３は、膜面積１．７２ｄｍ２/枚の強酸性陽イオン交換膜と強塩基性陰イオン交換膜を１０対用いて透析した結果である。図３では、透析開始から６時間後にＣａ２＋及びＭｇ２＋の除去率９５％以上が達成されているが、１価イオンの除去率はそれ以下であり、Ｎａ＋の除去率は８０％以下である。
　　所定時間内に上記の２価陽イオン除去率を達成するために、装置設計及び処理条件は以下の方針により設定される。
　イオン交換膜による２価陽イオンの除去率Ｅは（１）式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  
　　Ｃｉｎ：被処理水中のイオン濃度（Ｅｑ/ｍ３）
　　Ｃｏｕｔ：処理水中のイオン濃度（Ｅｑ/ｍ３）
　　Ａ０：イオン交換膜の面積（ｍ２）
　　Ｑ：処理水量（ｍ３/ｈ）
　　Ｆ：ファラデー定数（Ａ・ｈ/Ｅｑ）
　　ｉ：電流密度（Ａ/ｍ２）
　　η：電流効率（－）
　　ｎ：イオン交換膜の枚数（－）
　（１）式によれば、２価陽イオンの除去率を高めるには、イオン交換膜の面積Ａ０の増加、電流密度ｉの増加、イオン交換膜の枚数ｎの増加、電流効率ηの増加、及び、処理水量Ｑの低下のうち少なくとも１つを実施すれば良い。電流密度ｉは脱塩部１０の電極に印加する電圧と相関があり、印加電圧を増加させることによって電流密度ｉを増加させることができる。
　ここで、単位液量当たりに必要な処理時間は１／Ｑであり、（１）式を変形して（２）式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  
　（２）式から、処理時間１／Qを短縮するとともに、所定の除去率を得る（すなわち、除去率Eが一定の場合）には、イオン交換膜の面積Ａ０、電流密度ｉ、イオン交換膜の枚数ｎ、電流効率ηのうち少なくとも１つのパラメータを増加させれば良いことが理解できる。上述のように電流密度ｉは脱塩部１０の印加電圧と相関関係にあるため、電流密度ｉを増加させるためには印加電圧を増加させる。
　従って、後述する脱塩工程において、所定時間の間に上記の２価の陽イオンの除去率を達成できるように、陽イオン交換膜１４の面積Ａ０及び陽イオン交換膜１４の枚数ｎといった装置容量や、印加電圧、処理水量Ｑといった水処理条件が適宜設定される。
　上述したスケール成分イオンのうち２価の金属イオンであるアルカリ土類イオンやＭｇ２＋が除去されれば、処理水にスケール成分となる陰イオンが残留したとしても、スケール析出が抑制される。従って、本実施形態においては、陰イオン交換膜１２は、イオンの価数の違いによる選択性を有していなくても良い。
　水処理システム１を用いて被処理水中のイオンを除去する処理を実施する方法を以下で説明する。
　上述した性状の被処理水が脱塩部１０に流入する。脱塩部１０は、以下の脱塩工程及び再生工程を実施する。
（脱塩工程）
　脱塩部１０の電極１１がプラスに、電極１３がマイナスになるように、各電極１１，１３に電圧が印加される。上記の通電状態を「正」と称する。この時、バルブＶ１が開放され、バルブＶ２が閉鎖される。
　イオンを含む被処理水が正に通電された電極１１，１３間の電極間流路１５を通過する。このとき、被処理水中の陰イオンが陰イオン交換膜１２を透過して電極１１に吸着する。同時に、被処理水中のＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の２価の陽イオンが陽イオン交換膜１４を透過して電極１３に吸着する。１価の陽イオンの一部（１価陽イオンの透過率に相当する量）は陽イオン交換膜１４を透過して電極１３に吸着するが、一部は陽イオン交換膜１４を透過せず、電極間流路１５を通過する。
　脱塩工程により、被処理水中から２価の陽イオンが除去されて、処理水中の２価陽イオン濃度が低減される。
　電極間流路１５を通過した被処理水は、処理水として脱塩部１０から排出され、処理水排出路１７を通過し、脱塩処理装置の系外へ排出されて回収される。脱塩工程により、処理水に含まれる２価陽イオンの濃度は、被処理水中の２価陽イオン濃度に比べて低減されている。
（再生工程）
　脱塩工程が所定時間実施された後、電極１１がマイナスに、電極１３がプラスになるように、各電極１１，１３に電圧が印加される。すなわち、電極は「逆」の通電状態となる。電極１１，１３が逆の通電状態となるのと同時に、バルブＶ１が閉鎖されバルブＶ２が開放される。これにより、再生工程が開始される。
　再生工程において、脱塩工程で吸着されたイオンが電極１１，１３から脱離され、電極間流路１５に戻る。電極間流路１５に戻った陽イオン及び陰イオンは、それぞれ陰イオン交換膜１２及び陽イオン交換膜１４を透過できないため、電極間流路１５に蓄積される。
　所定時間経過後に、図１及び２に図示されない系統から清浄な水（清水）などのイオン濃度が低い水が供給され、電極間流路１５に放出された２価イオンが脱塩部１０から排出される。脱塩部１０から排出された水は、濃縮水として濃縮水排出路１８を通過して脱塩処理装置１の系外へ排出される。
　上記の脱塩工程と再生工程は、所定時間毎に交互に実施される。例えば、脱塩工程及び再生工程は、それぞれ１～６０分間、好ましくは１～１０分間実施される。
　本実施形態の水処理システムでは、図１に示すように、脱塩部１０の処理水排出路１７の下流側にイオン濃縮部２０が設置される場合がある。イオン濃縮部２０は、脱塩部１０から排出された処理水中のイオンが更に濃縮される装置である。イオン濃縮部２０の例として、脱塩装置、ボイラ、冷却塔が挙げられる。
　脱塩装置としては、逆浸透膜装置、電気透析装置（ＥＤ）、電気再生式純水装置（ＥＤＩ）、イオン交換樹脂装置が挙げられる。この他、脱塩部１０と同じ構成であるがイオン選択性を有しないイオン交換膜が設けられた脱塩部なども設置することができる。これらの脱塩装置は、脱塩部１０の処理水中に残留するイオン（１価陽イオンや陰イオンなど）を除去する。イオンの除去率を高めるために、複数の脱塩が直列に接続される構成とされても良い。
　本実施形態の水処理システム１により水中のスケールとなる２価陽イオン濃度が大幅に低減されているため、イオンを更に濃縮する脱塩装置でのスケール析出が抑制される。
　イオン濃縮部２０として逆浸透膜装置を設置した場合、逆浸透膜装置の濃縮部側の下流に、蒸発器や晶析器が設置されても良い。蒸発器及び晶析器において濃縮水から水が蒸発され、濃縮水に含まれていたイオンが固体として析出し、固体として回収される。
　イオン濃縮部２０として逆浸透膜装置が設置される場合、図１に示すように処理水排出路１７に、ｐＨ調整部３０が更に設置されることが好ましい。
　被処理水中には、他のスケール成分としてイオン状シリカやイオン化していない固体状のシリカが含まれる。イオン状シリカは脱塩部での除去率が低いために水処理システム１を透過する。また、イオン化していないシリカも水処理システム１を透過する。水処理システム１で処理された後の処理水中には、シリカ状イオンや固体状のシリカが含まれる。
　水中に存在するシリカの溶解度はｐＨに依存し変化し、ｐＨが９以上でイオン状のシリカとして水中に著しく溶解する。ｐＨ調整部３０は、処理水排出路１７を通過する処理水のｐＨ（図１において不図示のｐＨで計測される）が９以上となるように、水中にアルカリ剤を投入する。ここで、アルカリ剤は、Ｎａ、Ｋなどのアルカリ金属の水酸化物の水溶液である。
　ｐＨ調整部３０でｐＨを調整することにより、後段で逆浸透膜装置が設置された場合にスケール発生を抑制することができる。
　イオン濃縮部２０としてボイラが設置された場合、２価陽イオン濃度が低減された水がボイラ給水に用いられる。使用によりボイラ水から水が蒸発するため、メークアップ前のボイラ水はイオン濃度が高い状態となる。従って、本実施形態の水再生システム１により２価陽イオン濃度が大幅に低減されたボイラ給水を用いれば、ボイラ内での濃縮によるスケール発生を防止することができる。
　イオン濃縮部２０として冷却塔が設置された場合、水処理システム１の処理水とボイラなどから排出された高温の排ガスとの間で熱交換が行われる。この熱交換により水の一部が蒸気となり、冷却塔内で処理水中のイオンが濃縮される。濃縮された水の一部はブロー水として冷却塔から排出される。
　本実施形態の水再生システム１と冷却塔とを組み合わせることによって、２価陽イオン濃度が十分に低下された水が冷却塔で利用されることになる。このため、冷却塔内での濃縮度を大きくすることができ、冷却塔での水の利用効率が向上される。また、本実施形態の水再生システム１により２価陽イオン濃度が大幅に低減されているため、冷却塔内での濃縮によるスケール発生を防止することができる。
　イオン濃縮部２０としてボイラや冷却塔が設置された場合、脱塩装置と組み合わせ、脱塩装置による処理水がボイラや冷却塔に送給される構成とされても良い。逆浸透膜装置と組み合わせた場合に、逆浸透膜装置の濃縮部の下流側に設置された蒸発器及び晶析器から排出された水（イオンが除去された水）が冷却塔やボイラに送給される構成とすることができる。
　なお、本実施形態の水処理システム１は２価陽イオン濃度が低減された水を生成するため、アルカリ土類金属イオンの存在が問題となる洗濯用水などにも利用可能である。
＜第２実施形態＞
　図４は、本発明の第２実施形態として、第１実施形態の水処理システムにおける脱塩部の濃縮水からＣａを固体として分離回収する構成を説明する概略図である。
　水処理システム１の濃縮水排出路１８は、分離部１００に接続する。分離部１００は、沈殿部１０１及び脱水部１０２を備える。図４は、Ｃａ２＋及びＣＯ３ ２－を主たるスケール成分イオンとして含む濃縮水からＣａＣＯ３を回収する場合を例示する。
　図４の分離部１００は、沈殿部１０１として第１沈殿装置１０１ａ及び第２沈殿装置１０１ｂを備える。濃縮水排出路１８は第１沈殿装置１０１ａに接続し、第１沈殿装置１０１ａに脱塩部１０の濃縮水が供給される。ｐＨ調整のため第１沈殿装置１０１ａにＣａ（ＯＨ）２が投入される。ＣａＣＯ３が過飽和となると、ＣａＣＯ３が析出して第１沈殿装置１０１ａの底部に沈殿する。濃縮水に含有される重金属も第１沈殿装置１０１ａの底部に沈殿する。
　第１沈殿装置１０１ａと第２沈殿装置１０１ｂとが接続される。第１沈殿装置１０１ａ内においてＣａ２＋濃度がＣＯ３ ２－濃度よりも相対的に高い場合は、Ｃａ２＋を含む上澄液が第１沈殿装置１０１ａから第２沈殿装置１０１ｂに送給される。第２沈殿装置１０１ｂにＮａ２ＣＯ３が投入され、Ｃａ２＋がＣａＣＯ３として析出し底部に沈殿する。
　第２沈殿装置１０１ｂ内の上澄液には、第１沈殿装置１０１ａ及び第２沈殿装置１０１ｂで分離できなかったスケール成分イオンが含まれる。図４においては、第２沈殿装置１０１ｂの上澄液は、第２沈殿装置１０１ｂから排出されて脱塩部１０の上流側に循環される。
　第１沈殿装置１０１ａ及び第２沈殿装置１０１ｂの底部は脱水部１０２に接続する。第１沈殿装置１０１ａ及び第２沈殿装置１０１ｂの底部から沈殿物を含む水が排出され、脱水部１０２に送給される。脱水部１０２は水と固形物とを分離し、ＣａＣＯ３を含むスラッジが回収される。脱水部１０２で分離された水は、第１沈殿装置１０１ａに循環される。
＜第３実施形態＞
　図５は、本発明の第３実施形態として、脱塩部１０の上流に分離部を設置する構成を説明する概略図である。図５は、被処理水中のスケール成分イオンが主としてＣａ２＋及びＣＯ３ ２－である場合の例である。図５において、図４と同じ構成には同じ符号を付している。
　第３実施形態の分離部２００は、第３実施形態と同様に沈殿部１０１と脱水部１０２とを備える。第２沈殿装置１０１ｂの上澄液が脱塩部１０に送給される。それ以外の分離部２００の構成は、第２実施形態と同じである。
　上述のようにＣａＣＯ３を回収する場合には、上述のように沈殿部１０１でのｐＨを１０程度に調整し、ＣａＣＯ３の飽和溶解度を低くして析出しやすくしている。一方、脱塩部ではＣａＣＯ３が析出しにくい条件（具体的にｐＨ７程度）であることが好ましい。そこで、ＣａＣＯ３を回収する場合には、第２沈殿装置１０１ｂの下流側に中和部（不図示）を設け、中和部において第２沈殿装置１０１ｂから排出された上澄液のｐＨが７程度に調整されてから、脱塩部に送給することが好ましい。
　被処理水の主たるスケール成分イオンがＣａ２＋及びＣＯ３ ２－以外の組み合わせである場合も、第２実施形態及び第３実施形態と同様に分離部を設ければ、Ｃａ２＋及びＣＯ３ ２－以外のスケール成分イオンの濃度も低減させつつ、スケール成分イオンを固体として回収することができる。但し、ＣａＳＯ４は水に対する溶解度が小さい。分離部が主にＣａＳＯ４を回収する場合は、第２沈殿装置が不要であり、第１沈殿装置の上澄液が脱塩部に循環される構成としても良い。
　第２実施形態及び第３実施形態のいずれかの構成を採用するかは、濃縮水の性状及び被処理水の性状に応じて適宜選択される。
　例えば冷却塔からのブローダウン水、鉱山廃水、脱硫排水などの２価陽イオン濃度が高く、スケール成分が飽和溶解度を超える水質の被処理水である場合は、脱塩部１０での脱塩処理が不十分であり、処理水中のスケール成分イオン濃度が高くなる。このような場合は、第３実施形態の構成として、脱塩部１０に流入するＣａ２＋濃度を低減させておくことがスケール析出防止に有効である。
　１　水処理システム
　１０　脱塩部
　１１，１３　電極
　１２　陰イオン交換膜
　１４　陽イオン交換膜
　１５　電極間流路
　１６　排出路
　１７　処理水排出路
　１８　濃縮水排出路
　２０　イオン濃縮部
　３０　ｐＨ調整部
　１００，２００　分離部
　１０１　沈殿部
　１０１ａ　第１沈殿装置
　１０１ｂ　第２沈殿装置
　１０２　脱水部

Claims (6)

  1. 　互いに逆極性に帯電される一対の対向する電極と、
    　該電極の間に位置しイオンを含む水が流通可能とされる電極間流路と、
    　各々の前記電極の前記電極間流路側に設置され、前記イオンを前記電極側に透過させるイオン交換膜とを含み、
    　前記電極に前記イオンを吸着させて前記水を脱塩処理する脱塩処理と前記電極から前記イオンを脱離させる再生処理とを行う脱塩部を備え、
    　一方の前記イオン交換膜が、前記イオンを含む水に含まれる２価の陽イオンを前記電極側に選択的に透過させる水処理システム。
  2. 　前記脱塩部の下流側に、前記脱塩処理された後の処理水を受け入れ、前記処理中の前記イオンを濃縮するイオン濃縮部が設置される請求項１に記載の水処理システム。
  3. 　前記イオン濃縮部が、脱塩装置、冷却塔及びボイラの少なくとも一つを含む請求項２に記載の水処理システム。
  4. 　前記脱塩部の下流側であって前記イオン濃縮部の上流側に、前記処理水中にアルカリ金属水酸化物を投入して、前記水のｐＨを調整するｐＨ調整部が設置される請求項２または請求項３に記載の水処理システム。
  5. 　前記脱塩部が、前記再生処理で前記脱塩部から排出された濃縮水を受け入れる分離部と接続し、
    　該分離部が、前記濃縮水中の前記２価の陽イオンを固体として析出させて沈殿させる沈殿部と、該沈殿部から排出された前記固体を含む水から前記固体を分離する脱水部とを備え、
    　前記沈殿部中の上澄液が、前記脱塩部の上流側に供給される請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の水処理システム。
  6. 　前記脱塩部の上流側に、前記イオンを含む水中の前記２価の陽イオンを固体として析出させて沈殿させる沈殿部と、該沈殿部から排出された前記固体を含む水から前記固体を分離する脱水部とを備える分離部が設置され、
    　前記沈殿部から排出された上澄液が、前記脱塩部に送給されて脱塩処理される請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の水処理システム。
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