(57)【要約】【課題】イオン交換樹脂を用いることなく、硬水を軟化させることができる硬水軟化システムを提供する。【解決手段】硬水軟化システム１００は、リン酸塩化合物供給部ＰＡおよび濾過槽Ｆを含む。リン酸塩化合物供給部ＰＡは、流路１を流れる硬水へ複数種類のリン酸塩化合物を供給し、硬水から不溶性固体を含む水を生成する。濾過槽Ｆは、リン酸塩化合物供給部ＰＡより下流の流路１に設けられ、不溶性固体の通過を制限する一方で、水を通過させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を流れる硬水へ複数種類のリン酸塩化合物を供給し、前記硬水から不溶性固体を含む水を生成するリン酸塩化合物供給部と、
前記リン酸塩化合物供給部より下流の前記流路に設けられ、前記不溶性固体の通過を制限する一方で、前記水を通過させる濾過槽と、を備えた、硬水軟化システム。
【請求項２】
前記リン酸塩化合物供給部の下流であってかつ前記濾過槽の上流の前記流路を流れる前記不溶性固体を含む水に凝集剤を添加することによって、前記不溶性固体を凝集させる凝集剤添加部をさらに備えた、請求項１に記載の硬水軟化システム。
【請求項３】
前記リン酸塩化合物供給部の下流であってかつ前記濾過槽の上流の前記流路を流れる前記不溶性固体を含む水にマイクロバブルを供給することによって、前記不溶性固体を前記マイクロバブルに吸着させるマイクロバブル供給部をさらに備えた、請求項１または２に記載の硬水軟化システム。
【請求項４】
前記複数種類のリン酸塩化合物は、リン酸水素二ナトリウム（Ｎａ２ＨＰＯ４）、リン酸水素二カリウム（Ｋ２ＨＰＯ４）、リン酸三ナトリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸ナトリウム、ピロリン酸カリウム、ポリリン酸ナトリウム、ポリリン酸カリウム、メタリン酸ナトリウム、メタリン酸カリウム、シクロ−三リン酸ナトリウム、シクロ−三リン酸カリウム、シクロ−四リン酸ナトリウム、シクロ−四リン酸カリウム、シクロ−五リン酸ナトリウム、シクロ−五リン酸カリウム、シクロ−六リン酸ナトリウム、およびシクロ−六リン酸カリウムからなる群より選択された２または３以上の物質の組合せを含む、請求項１〜３のいずれかに記載の硬水軟化システム。
【請求項５】
流路を流れる硬水へ複数種類のリン酸塩化合物を供給し、前記硬水から不溶性固体を含む水を生成するステップと、
前記不溶性固体の通過を制限する一方で、前記水を通過させるステップと、を備えた、硬水軟化方法。
【請求項６】
前記不溶性固体を含む水に凝集剤を添加することによって、前記不溶性固体を凝集させるステップをさらに備えた、請求項５に記載の硬水軟化方法。
【請求項７】
前記不溶性固体を含む水にマイクロバブルを供給することによって、前記不溶性固体を前記マイクロバブルに吸着させるステップをさらに備えた、請求項５または６に記載の硬水軟化方法。
【請求項８】
前記複数種類のリン酸塩化合物は、リン酸水素二ナトリウム（Ｎａ２ＨＰＯ４）、リン酸水素二カリウム（Ｋ２ＨＰＯ４）、リン酸三ナトリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸ナトリウム、ピロリン酸カリウム、ポリリン酸ナトリウム、ポリリン酸カリウム、メタリン酸ナトリウム、メタリン酸カリウム、シクロ−三リン酸ナトリウム、シクロ−三リン酸カリウム、シクロ−四リン酸ナトリウム、シクロ−四リン酸カリウム、シクロ−五リン酸ナトリウム、シクロ−五リン酸カリウム、シクロ−六リン酸ナトリウム、およびシクロ−六リン酸カリウムからなる群より選択された２または３以上の物質の組合せを含む、請求項５〜７のいずれかに記載の硬水軟化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、硬水軟化システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、配管の目詰まりおよび水廻りの汚れ、ならびに、洗剤の洗浄力の低下等の硬水に起因した住環境におけるトラブルが発生している。このようなトラブルの発生を抑制するために、カルシウムおよびマグネシウムのような水の硬度を増加させる硬度イオンを除去する硬水軟化システムが普及している。
【０００３】
現在普及している硬水軟化システムの大半は、イオン交換方式のものである。イオン交換方式の硬水軟化システムにおいては、カチオン交換型のイオン交換樹脂、たとえば、ポリスチレンスルホン酸が用いられている。このような硬水軟化システムでは、次に化学反応式で示されるように、イオン交換サイトにカルシウムおよびマグネシウムイオンを吸着させることによって、水からカルシウムイオンおよびマグネシウムイオン等の水の硬度を増加させる硬度イオンを除去する。
【０００４】
２Ｒ−ＳＯ３−Ｎａ＋＋Ｃａ２＋→（Ｒ−ＳＯ３−）２Ｃａ２＋＋２Ｎａ＋
しかしながら、イオン交換サイトの数は有限であるため、イオン交換サイトの全てに硬度イオンが吸着すると、その後、硬度イオンをさらに除去することはできなくなる。つまり、イオン交換樹脂を用いて硬水を軟化させる場合、吸着サイトが飽和状態になると、イオン交換サイトの再生のプロセスが必要になる。イオン交換サイトの再生プロセスは、高濃度ＮａＣｌ水を用いて行われる。再生プロセスにおいては、次に化学反応式で示されるように、イオン交換サイトにおいて、カルシウムイオンが除去され、その後、Ｎａイオンが吸着される。
【０００５】
（Ｒ−ＳＯ３−）２Ｃａ２＋＋２ＮａＣｌ→２Ｒ−ＳＯ３−Ｎａ＋＋ＣａＣｌ２
上記のイオン交換樹脂の再生プロセス後においては、ナトリウムイオンを吸着したイオン交換サイトは、再び、カルシウムおよびマグネシウムのような水の硬度を増加させる硬度イオンとナトリウムイオンとを交換することができる状態になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２９９９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、イオン交換樹脂の再生に使用されたＮａＣｌ水を排出することによって次のような問題が生じている。
【０００８】
硬水軟化システムから放出されたＮａＣｌ水は、一般雑排水として下水処理場に流れ込む。一般に、下水処理場では、ＮａＣｌは除去され得ない。そのため、処理下水に含まれたＮａＣｌが、河川や地下のような自然環境へ放出されてしまう。ＮａＣｌが河川や地下へ多量に放出されると、放出されたＮａＣｌが河川や地下の水の中で蓄積する。その結果、河川や地下の水が塩水化してしまう。そのため、近年、イオン交換樹脂を用いる硬水軟化システムが規制される傾向がある。
【０００９】
したがって、イオン交換樹脂を用いることなく、硬水を軟化させることができる硬水軟化システムが求められている。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、イオン交換樹脂を用いることなく、硬水を軟化させることができる硬水軟化システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る硬水軟化システムは、流路を流れる硬水へ複数種類のリン酸塩化合物を供給し、前記硬水から不溶性固体を含む水を生成するリン酸塩化合物供給部と、前記リン酸塩化合物供給部より下流の前記流路に設けられ、前記不溶性固体の通過を制限する一方で、前記水を通過させる濾過槽と、を備えている。
【００１２】
本発明の第２の態様に係る硬水軟化方法は、流路を流れる硬水へ複数種類のリン酸塩化合物を供給し、前記硬水から不溶性固体を含む水を生成するステップと、前記不溶性固体の通過を制限する一方で、前記水を通過させるステップと、を備えている。
【発明の効果】
【００１３】
本開示の硬水軟化システムおよび硬水軟化方法によれば、イオン交換樹脂を用いることなく、硬水を軟化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の例の硬水軟化システムの示す概略構成図である。
【図２】第１の例の硬水軟化システムにおいて、ポリリン酸ナトリウムを硬度３４０ｍｇ／Ｌの硬水に供給したときの（ポリリン酸ナトリウムの供給量）／（初期の硬度）と濁度との関係を示すグラフである。
【図３】第２の例の硬水軟化システムの示す概略構成図である。
【図４】第２の例の硬水軟化システムにおいて、硬度３４０ｍｇ／Ｌの硬水にＰ／ＴＨ＝１．４のポリリン酸ナトリウムを供給した後、さらにリン酸水素二カリウム（Ｋ２ＨＰＯ４）を供給したときのグラフを示す。これは、（ポリリン酸ナトリウムの供給量＋Ｋ２ＨＰＯ４の供給量）／（初期の硬度）と濁度との関係を示すグラフである。
【図５】実施の形態１の硬水軟化システムの概略構成図である。
【図６】実施の形態１の硬水軟化システムを用いて硬水を軟化させたときの、処理済の水の濁度および硬度のそれぞれと動作時間との関係を示すグラフである。
【図７】実施の形態２の硬水軟化システムの概略構成図である。
【図８】実施の形態２の硬水軟化システムを用いて硬水を軟化させたときの、処理済の水の濁度および硬度のそれぞれと循環時間との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、実施の形態の硬水軟化システムを説明する。以下の複数の実施の形態においては、同一の参照符号が付された部分同士は、図面上における形状に多少の相違があっても、特段の記載がない限り、互いに同一の機能を発揮するものとする。
【００１６】
図１は、第１の例の硬水軟化システムの全体構成を示す図である。
【００１７】
第１の例の硬水軟化システム１００においては、ポリリン酸ナトリウムがタンクＴ１に貯留されている。タンクＴ１は、ポリリン酸ナトリウムを供給できるように流路１に接続されている。タンクＴ１の上流側の流路１では、硬水が流れている。この硬水は、カルシウムおよびマグネシウム等をそれぞれ所定量以上含んでいる。
【００１８】
硬水軟化システム１００が駆動しているときには、ポリリン酸ナトリウムが、タンクＴ１から、流路１を流れる硬水へ供給される。それにより、ポリリン酸ナトリウムのナトリウムと硬水中のカルシウムイオンおよびマグネシウムイオン等とが置換される。そのため、硬水中のカルシウムおよびマグネシウム等が消失し、硬水が軟水に変化する。
【００１９】
図２は、第１の例の硬水軟化システム１００において、ポリリン酸ナトリウムが硬度３４０ｍｇ／Ｌの硬水に供給されたときのタンクＴ１の下流の流路１を流れる水の濁度の測定結果を示す。図２から、Ｐ／ＴＨ＝１．５より小さいポリリン酸ナトリウムが硬水に供給された場合、濁度が増加するが、Ｐ／ＴＨ＝１．５以上のポリリン酸ナトリウムが硬水に供給されると、水の濁度が低下していることが分かる。なお、Ｐ／ＴＨ＝１．５のＰは、ポリリン酸ナトリウムの供給量であり、Ｐ／ＴＨ＝１．５のＴＨは、硬水の初期の硬度である。Ｐ／ＴＨは、硬水の初期の硬度に対するポリリン酸ナトリウムの供給量の比である。
【００２０】
図２から、所定量以上のポリリン酸ナトリウムが硬水に供給されると、つまり、ポリリン酸ナトリウムのみが硬水に供給され続けた場合には、ある時点で硬水を軟水化することができなくなることが分かる。これは、流路１を流れる水の中において、リンとカルシウムとの複合体が生成されるためであると推定される。より具体的に言うと、リンとカルシウムとの複合体が流路１を流れる水に溶解し、残存していることに起因して、カルシウムイオンとポリリン酸ナトリウムとが化学平衡の状態になるためであると推定される。
【００２１】
図３は、第２の例の硬水軟化システムの全体構成を示す図である。
【００２２】
硬水軟化システム１００においては、ポリリン酸ナトリウムがタンクＴ１に貯留されている。また、リン酸水素二カリウム（Ｋ２ＨＰＯ４）がタンクＴ２に貯留されている。第２の例の硬水軟化システム１００においては、まず、ポリリン酸ナトリウムがタンクＴ１から流路１を流れる硬水へ供給される。その後、リン酸水素二カリウム（Ｋ２ＨＰＯ４）がタンクＴ２からタンクＴ１の下流の流路１を流れる硬水へ供給される。それにより、タンクＴ２の下流の流路１においては、カルシウムおよびマグネシウムが消失し、硬水が軟水に変化する。
【００２３】
図４は、Ｐ／ＴＨ＝１．４のポリリン酸ナトリウムが硬度３４０ｍｇ／Ｌの硬水へ供給された後、さらに硬水にリン酸水素二カリウム（Ｋ２ＨＰＯ４）が供給されたときのタンクＴ２の下流の流路１を流れる水の濁度の測定結果を示す。図４から、リン酸水素二カリウム（Ｋ２ＨＰＯ４）が硬水に供給された場合においては、濁度はほぼ低下しないことが分かる。これは、ポリリン酸ナトリウムおよびリン酸水素二カリウム（Ｋ２ＨＰＯ４）の２種類のリン酸塩化合物が使用された場合には、マグネシウムイオンおよびカルシウムイオン等の水の硬度を増加させる硬度イオンが水の中に不溶性固体として析出するからである。
【００２４】
上記の図１〜図４から分かるように、本願の発明者らは、リン酸塩化合物と水の硬度を増加させる硬度イオンとを反応させ、反応により生じる不溶性固体を除去することによって、硬水を軟化できることを発見した。しかしながら、本願の発明者らは、リン酸塩化合物として、たとえば、ポリリン酸ナトリウムのみを用いたときは、所定量以上のポリリン酸ナトリウムを水に供給すると、不溶性固体として反応生成物が水中に析出しないという事実も発見した。この事実を考慮して、本願の発明者らは、複数種類のリン酸塩化合物を硬水に供給すれば、１種類のリン酸塩化合物を硬水に供給する場合に比較して、不溶性固体として水中に析出される反応生成物の量を増加させることができることを発見した。それらの発見に基づいて、本願の発明者らは、以下に説明される実施の形態１および２の硬水軟化システム１００を提案する。
【００２５】
（実施の形態１）
図５は、実施の形態１の硬水軟化システムの全体構成を示す図である。
【００２６】
硬水軟化システム１００は、リン酸塩化合物供給部ＰＡ、凝集剤添加部Ａ、静置槽Ｃ、および濾過槽Ｆを含む。リン酸塩化合物供給部ＰＡ、凝集剤添加部Ａ、静置槽Ｃ、および濾過槽Ｆは、この順番で流路１に接続されている。
【００２７】
リン酸塩化合物供給部ＰＡは、流路１を流れる硬水へ第１のリン酸塩化合物を供給するタンクＴ１と、タンクＴ１の下流の流路１を流れる硬水へ第２のリン酸塩化合物を供給するタンクＴ２とを含んでいる。具体的には、ポリリン酸ナトリウムがタンクＴ１に貯留されている。リン酸水素二カリウム（Ｋ２ＨＰＯ４）がタンクＴ２に貯留されている。
【００２８】
ポリリン酸ナトリウムおよびリン酸水素二カリウム（Ｋ２ＨＰＯ４）の流路１への供給機構は、それぞれの水溶液をポンプＰでタンクＴ１，Ｔ２のそれぞれから流路１へ供給する機構等、いかなる機構であってもよい。たとえば、ポリリン酸ナトリウムおよびリン酸水素二カリウム（Ｋ２ＨＰＯ４）の水溶液が、それぞれ、タンクＴ１およびタンクＴ２から流路１へポンプによって供給されてもよい。また、ポリリン酸ナトリウムおよびリン酸水素二カリウム（Ｋ２ＨＰＯ４）の水溶液が、それぞれ、タンクＴ１およびタンクＴ２から流路１へサイホン作用によって供給されてもよい。流路１を流れる硬水が、顆粒または固形のポリリン酸ナトリウムおよびリン酸水素二カリウム（Ｋ２ＨＰＯ４）のそれぞれに接触するように、流路１とタンクＴ１およびタンクＴ２のそれぞれとが接続されていてもよい。
【００２９】
リン酸塩化合物供給部ＰＡは、流路１を流れる硬水へ複数種類のリン酸塩化合物を供給し、それにより、硬水から不溶性固体を含む水を生成する。凝集剤添加部Ａは、凝集剤をタンクＴ２の下流の流路１を流れる水に凝集剤を供給する。静置槽Ｃは、凝集剤によって凝集された不溶性固体を沈殿させ、上澄み水を下流へ流すためのものである。濾過槽Ｆは、リン酸塩化合物供給部ＰＡより下流の流路１に設けられ、流路１を流れる不溶性固体の通過を制限する一方で、水を通過させる。したがって、これによれば、イオン交換樹脂を用いることなく、硬水を軟化させることができる。
【００３０】
硬水軟化システム１００は、リン酸塩化合物供給部ＰＡの下流であってかつ濾過槽Ｆの上流の流路１を流れる不溶性固体を含む水に凝集剤を添加することによって、不溶性固体を凝集させる凝集剤添加部Ａを備えている。そのため、不溶性固体をより大きく成長させることにより、濾過槽Ｆでより確実に水から不溶性固体を除去することができる。凝集剤としては、キトサンなどの無毒性の凝集剤を用いる。凝集剤を用いた場合は、凝集剤を添加した後に、静置槽Ｃにおいて凝集剤添加液を静置し、凝集剤を沈殿させ、上澄み水をポンプＰの駆動によって濾過槽Ｆへ導入する。これにより、凝集剤が流路１の下流へ流れることを極力抑制することができる。
【００３１】
カルシウムおよびマグネシウムをそれぞれ一定量以上含む硬水が流路１を流れる。そのとき、硬水軟化システム１００においては、ポリリン酸ナトリウムが、タンクＴ１から、流路１を流れる硬水に供給される。その後、タンクＴ１の下流で、リン酸水素二カリウム（Ｋ２ＨＰＯ４）が、タンクＴ２から硬水に供給される。それにより、硬水中のカルシウムおよびマグネシウムが消失し、硬水が軟水に変化する。次に、タンクＴ２の下流で、凝集剤が凝集剤添加部Ａから硬水へ添加される。それにより、軟水中の不溶性固体である微粒子が凝集する。その後、凝集剤が添加された軟水が静置槽Ｃに流れ込む。
【００３２】
静置槽Ｃ内の微粒子を含む軟水の上澄み水は、ポンプＰによって濾過槽Ｆへ送り込まれた後、濾過槽Ｆ内の濾材Ｓを通過する。それにより、凝集した微粒子の塊が、凝集剤が添加された軟水から濾材Ｓによって除去される。
【００３３】
一般に、リン酸塩と硬度イオンとから生成される微粒子のサイズは１０μｍ以下であるため、濾過槽Ｆによって水から分離することができない。そのため、濾過槽Ｆを構成する濾材Ｓとして、砂を用いて１０μｍ以下のサイズの微粒子を水から分離する場合には、水に凝集剤を添加することが好ましい。凝集剤を加えると粒子同士が凝集し粒子径が大きくなるために、砂ろ過によっても水から微粒子を除去することができる。代表的な凝集剤としてはポリ塩化アルミニウムなどがある。
【００３４】
なお、ポリリン酸塩と硬度イオンとの化学反応は即時反応であるため、複数種類のポリリン酸塩が硬水に供給された直後に、ポリリン酸塩化合物が供給された硬水に凝集剤が添加されてもよい。静置槽Ｃ内でポリリン酸を含む凝集剤が添加された水が静置された後に、凝集剤が添加された水が濾過槽Ｆへ導入される。濾過槽Ｆは、処理済の水として軟水を放出することができる。
【００３５】
上記したリン酸塩化合物は、リン酸塩、ピロリン酸塩、ポリリン酸塩、メタリン酸塩、およびシクロリン酸塩からなる群から選択された２または３以上の物質の組合せを含む。リン酸塩化合物は、たとえば、リン酸水素二ナトリウム（Ｎａ２ＨＰＯ４）、リン酸水素二カリウム（Ｋ２ＨＰＯ４）、リン酸三ナトリウム、リン酸三カリウム、または、ピロリン酸ナトリウムを含む。リン酸塩化合物は、たとえば、ピロリン酸カリウム、ポリリン酸ナトリウム、または、ポリリン酸カリウムを含む。リン酸塩化合物は、たとえば、メタリン酸ナトリウム、メタリン酸カリウム、シクロ−三リン酸ナトリウム、シクロ−三リン酸カリウム、シクロ−四リン酸ナトリウムを含む。リン酸塩化合物は、たとえば、シクロ−四リン酸カリウム、シクロ−五リン酸ナトリウム、シクロ−五リン酸カリウム、シクロ−六リン酸ナトリウム、または、シクロ−六リン酸カリウムを含む。複数種類のリン酸塩化合物は、上記した全てのリン酸塩化合物の群から選択された２または３以上の物質の組合せを含む。
【００３６】
本実施の形態の濾材Ｓは、複層構造で構成されている。複層構造のうちの上側の層を構成する上側の濾材部分が、複層構造の下側の層を構成する下側の濾材部分に比較して、径が大きいが、比重が小さい。これによれば、水が、複層構造を上方から下方へ通過する場合、隙間の大きい上側の濾材部分を通過した後に、隙間の小さい下側の濾材部分を通過する。そのため、不溶性固体が付着したマイクロバブルＭＢを水から効果的に除去することができる。また、複層構造を構成する複数種類の濾材Ｓは、濾過槽Ｆ内に投入されるだけで、それらの自重により、自然に複層構造を構成する。そのため、複層構造の形成が容易である。また、複層構造を構成する複数種類の濾材Ｓは、活性炭、ガーネット、および砂のうちの少なくとも２つを含むことが好ましい。これらは、比重と径とが前述の複層構造の要件を容易に満たすことができる。
【００３７】
図６は、図５に示される実施の形態１の硬水軟化システム１００を用いて硬水の軟化処理を行ったときの濁度と動作時間との関係を示す。硬度３５０ｍｇ／Ｌの硬水の軟化処理がなされた。第１のリン酸塩化合物としては、ポリリン酸ナトリウムが用いられ、第２のリン酸塩化合物としては、リン酸水素二カリウム（Ｋ２ＨＰＯ４）が用いられた。この２種類のリン酸塩化合物がポンプＰによって硬水に供給された後に、キトサン凝集剤が凝集剤添加部Ａから軟水に添加された。キトサン凝集剤が添加された後、軟水は、１０分間、静置槽Ｃにおいて静置され、その後、軟水の上澄み水が、濾過槽Ｆへ導入された。
【００３８】
図６は、上澄み水が濾過槽Ｆで連続処理されたときの処理済の水の濁度と動作時間との関係を示している。濾過槽Ｆ中に充填された濾材Ｓとしては、１層目には、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍのゼオライトが充填され、２層目には、Ｍｎ砂が充填され、３層目には、砂利が充填されている。ゼオライト、Ｍｎ砂、および砂利は、上流から下流へこの順番で、かつ、上層から下層へこの順番で配置されている。
【００３９】
図６から、処理済水の硬度が１００ｍｇ／Ｌまで低下しているとともに、処理済水の濁度が１ＮＴＵ以下まで低下していることが分かる。つまり、ＷＨＯの飲料水の濁度基準は５ＮＴＵであるため、実施の形態１の硬水軟化システム１００によって生成された処理済みの水は、硬度だけでなく濁度においても基準の要件を満たしていることが分かる。
【００４０】
（実施の形態２）
図７は、実施の形態２の硬水軟化システム１００の全体構成を示す図である。以下、本実施の形態の硬水軟化システム１００と実施の形態１の硬水軟化システム１００との相違点を主に説明する。以下、特に説明がなければ、本実施の形態の硬水軟化システム１００と実施の形態１の硬水軟化システム１００とは同一の構成を有している。
【００４１】
図７に示されるように、本実施の形態の硬水軟化システム１００は、実施の形態１の凝集剤添加部Ａおよび静置槽Ｃの代わりに、曝気槽Ｔおよびマイクロバブル供給部Ｋを備えている。曝気槽Ｔおよびマイクロバブル供給部Ｋは、リン酸塩化合物供給部ＰＡの下流であってかつ濾過槽Ｆの上流の流路１を流れる不溶性固体を含む水にマイクロバブルＭＢを供給する。それにより、不溶性固体をマイクロバブルＭＢに吸着させる。この図７の硬水軟化システム１００を用いても、硬水を軟水させる処理を行うことが可能である。
【００４２】
より具体的に説明すると、本実施の形態の硬水軟化システム１００においては、第１のリン酸塩化合物および第２のリン酸塩化合物がこの順序で硬水に添加された後に、曝気槽Ｔに水が導入される。
【００４３】
曝気槽Ｔは、その内部に慮流されている水にマイクロバブルＭＢを導入するための槽である。濾過槽Ｆは、その内部に濾材Ｓを含み、曝気槽Ｔから流れ込んできた微粒子が付着したマイクロバブルＭＢを除去するための槽である。
【００４４】
濾過槽Ｆから流れ出た水は、その濁度が所定の基準以下であれば、開閉弁ＳＶ２を経由して処理済の水として蛇口まで送られる。一方、濾過槽Ｆから流れ出た水は、その濁度が所定の基準よりも高ければ、開閉弁ＳＶ１を経由して曝気槽Ｔまで戻される。開閉弁ＳＶ１および開閉弁ＳＶ２は、図示されていない濁度センサによって測定された濁度の値が図示されていない制御部によって所定の基準より高いかどうかを判定され、その判定結果によって制御される。
【００４５】
その判定結果に基づいて、開閉弁ＳＶ１および開閉弁ＳＶ２のそれぞれの開閉状態が制御される。具体的には、濁度センサによって測定された濁度の値が基準値よりも高ければ、制御部は、開閉弁ＳＶ１を開き、かつ、開閉弁ＳＶ２を閉じる。一方、濁度センサによって測定された濁度の値が基準値よりも高くなければ、制御部は、開閉弁ＳＶ１を閉じ、かつ、開閉弁ＳＶ２を開く。
【００４６】
曝気槽Ｔにおいては、複数種類のリン酸塩化合物の硬水への供給によって生成された不溶性固体がマイクロバブルＭＢに付着する。そのため、したがって、本実施の形態の硬水軟化システム１００によれば、凝集剤を用いて微粒子を凝集させることなく、水に含まれる不溶性固体を濾過槽Ｆで除去することができる。
【００４７】
本実施の形態のマイクロバブルＭＢとは、一般的には泡発生時の気泡の直径が１μｍ〜１０００μｍ（＝１ｍｍ）より小さな気泡のことを意味する。マイクロバブルＭＢには、ナノバブルは含まれない。ナノバブルは、１μｍより小さい気泡を意味する。ナノバブルは、非常に小さいため、濾過槽Ｆで除去され得ないためである。また、マイクロバブルＭＢには、ミリバブルは含まれない。ミリバブルは、１ｍｍ以上の径を有する気泡を意味する。ミリバブルは、直ぐに破裂して消失するため、濾過槽Ｆまで到達しないからである。ただし、マイクロバブルＭＢは、１μｍ〜１００μｍの径を有していることが好ましい。また、マイクロバブルＭＢは、１μｍ〜５０μｍの径を有していることがさらに好ましい。
【００４８】
マイクロバブルＭＢの径の測定方法は、水中を流れるマイクロバブルＭＢの写真を撮り、画像データ中に存在するマイクロバブルＭＢの大きさからマイクロバブルＭＢの径を推定する方法等であってもよい。一般にマイクロバブルＭＢの径を測定できると考えられている方法であれば、いかなる方法によって測定されたマイクロバブルＭＢの径が用いられてもよい。
【００４９】
粒子径の測定方法は、レーザ回折散乱法粒度測定等の流動分布計測によって測定される方法等であってもよい。一般に微粒子を測定できると考えられている方法であれば、いかなる方法によって測定された微粒子の径が用いられてもよい。
【００５０】
曝気槽Ｔは、不溶性固体を含む水を一時的に貯留している。曝気槽Ｔは、ガスタンクＧからガスが供給され、不溶性固体を含む水にマイクロバブルＭＢを導入するバブル導入部Ｉを含んでいる。本実施の形態のバブル導入部Ｉは、所定の形状を有する流路に所定の速度の水流を生じさせることによってマイクロバブルＭＢを発生させる。したがって、ガスタンクＧからバブル導入部Ｉへ導かれるガスが所定の速度の水流に導入され、マイクロバブルＭＢとなる。そのため、マイクロバブルＭＢの発生のためにガスポンプを必要としない。
【００５１】
曝気槽Ｔ内の水においては、マイクロバブルＭＢに不溶性固体が付着する。曝気槽Ｔは、濾過槽Ｆから流れてきた水を導入する導入部Ｆｉｎと、不溶性固体が付着したマイクロバブルＭＢを含む水を曝気槽Ｔから導出する導出部Ｆｏｕｔとを含んでいる。
【００５２】
濾過槽Ｆは、曝気槽Ｔの下流に設けられた水槽である。濾過槽Ｆは、不溶性固体が付着したマイクロバブルＭＢを水から除去する濾材Ｓを含む。濾材Ｓは、複層構造で構成されている。複層構造のうちの上側の層を構成する上側の濾材部分が、複層構造の下側の層を構成する下側の濾材部分に比較して、径が大きいが、比重が小さい。濾過槽Ｆは、微粒子が除去された水を流出させる。
【００５３】
本実施の形態の濾材Ｓを構成する複数種類の濾材である上側の濾材部分および下の濾材部分の少なくともいずれか一方の粒子径は１ｍｍ以下である。そのため、不溶性固体が付着したマイクロバブルＭＢが濾材Ｓによって除去されることなく濾過槽Ｆから流出してしまうことを確実に抑制することができる。
【００５４】
本実施の形態の硬水軟化システム１００によれば、凝集剤を用いることなく、濾過槽Ｆによって不溶性固体を含む水から不溶性固体を除去することができる。したがって、本実施の形態の硬水軟化システム１００は、水中に凝集剤によって生成されたアルミニウム成分等が残存することが好ましくない家庭用浄水器などの用途に適している。
【００５５】
本実施の形態の硬水軟化システム１００によっても、イオン交換樹脂を用いることなく、硬水を軟化させることができる。なお、マイクロバブルＭＢが消失すると、濾過槽マイクロバブルＭＢの消滅を抑制する観点から、曝気槽Ｔから濾過槽Ｆまでの流路１の距離は極力短いことが好ましい。
【００５６】
図８は、図７に示される実施の形態２の硬水軟化システム１００を用いて硬水の軟化処理を行ったときの濁度と循環時間との関係を示す。この軟化処理においては、硬度３５０ｍｇ／Ｌの硬水が用いられた。タンクＴ１内の第１のリン酸塩化合物としては、ポリリン酸ナトリウムが用いられた。タンクＴ２内の第２のリン酸塩化合物としては、リン酸水素二カリウム（Ｋ２ＨＰＯ４）が用いられた。前述の２種類のリン酸塩化合物が硬水に供給された後の軟水の濁度は０．３ＮＴＵから５１ＮＴＵまで増加する。複数種類のリン酸塩化合物が供給されることによって濁度が増加した軟水を、曝気槽Ｔと濾過槽Ｆとを交互に繰り返して通過させる循環処理が施された。
【００５７】
濾過槽Ｆに用いられた濾材Ｓにおいては、１層目が２０ｍｅｓｈ−５０ｍｅｓｈ活性炭からなり、２層目が０．３５ｍｍのガーネットからなり、３層目が砂利からなる。活性炭、ガーネット、および砂利は、上流から下流へこの順番で、かつ、上層から下層へこの順番で、配置されている。図８から分かるように、循環処理が５分間であると、軟水の濁度は３ＮＴＵまで低下するとともに、その軟水の硬度は１１０ｍｇ／Ｌまで低下する。さらに、循環処理の時間を長くすると、軟水の濁度は０．１ＮＴＵまで低下し、その軟水の硬度は１００ｍｇ／Ｌまで低下する。これらのことから、図７に示される実施の形態２の硬水軟化システム１００によっても、イオン交換樹脂を用いることなく、硬水を軟水することが可能であることが分かる。
【００５８】
以下、実施の形態の硬水軟化システム１００の特徴的構成およびそれにより得られる効果を説明する。
【００５９】
（１）  硬水軟化システム１００は、リン酸塩化合物供給部ＰＡおよび濾過槽Ｆを含む。リン酸塩化合物供給部ＰＡは、流路１を流れる硬水へ複数種類のリン酸塩化合物を供給し、硬水から不溶性固体を含む水を生成する。濾過槽Ｆは、リン酸塩化合物供給部ＰＡより下流の流路１に設けられ、不溶性固体の通過を制限する一方で、水を通過させる。これによれば、イオン交換樹脂を用いることなく、硬水を軟化させることができる。
【００６０】
（２）  硬水軟化システム１００は、リン酸塩化合物供給部ＰＡの下流であってかつ濾過槽Ｆの上流の流路１を流れる不溶性固体を含む水に凝集剤を添加することによって、不溶性固体を凝集させる凝集剤添加部Ａをさらに備えていてもよい。これによれば、より確実に不溶性固体を水から除去することができる。
【００６１】
（３）  硬水軟化システム１００は、マイクロバブル供給部Ｋを備えていてもよい。マイクロバブル供給部Ｋは、リン酸塩化合物供給部ＰＡの下流であってかつ濾過槽Ｆの上流の流路１を流れる不溶性固体を含む水にマイクロバブルＭＢを供給する。それにより、不溶性固体をマイクロバブルＭＢに吸着させる。これによれば、より確実に不溶性固体を水から除去することができる。
【００６２】
（４）  複数種類のリン酸塩化合物は、リン酸水素二ナトリウム（Ｎａ２ＨＰＯ４）、リン酸水素二カリウム（Ｋ２ＨＰＯ４）、リン酸三ナトリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸ナトリウム、ピロリン酸カリウム、ポリリン酸ナトリウム、ポリリン酸カリウム、メタリン酸ナトリウム、メタリン酸カリウム、シクロ−三リン酸ナトリウム、シクロ−三リン酸カリウム、シクロ−四リン酸ナトリウム、シクロ−四リン酸カリウム、シクロ−五リン酸ナトリウム、シクロ−五リン酸カリウム、シクロ−六リン酸ナトリウム、およびシクロ−六リン酸カリウムからなる群より選択された２または３以上の物質の組合せを含んでいてもよい。
【００６３】
（５）  硬水軟化方法は、流路１を流れる硬水へ複数種類のリン酸塩化合物を供給し、硬水から不溶性固体を含む水を生成するステップと、不溶性固体の通過を制限する一方で、水を通過させるステップと、を備えている。これによれば、イオン交換樹脂を用いることなく、硬水を軟化させることができる。
【００６４】
（６）  硬水軟化方法は、不溶性固体を含む水に凝集剤を添加することによって、不溶性固体を凝集させるステップをさらに備えていてもよい。これによれば、より確実に不溶性固体を水から除去することができる。
【００６５】
（７）  硬水軟化方法は、不溶性固体を含む水にマイクロバブルを供給することによって、不溶性固体をマイクロバブルに吸着させるステップをさらに備えていてもよい。これによれば、より確実に不溶性固体を水から除去することができる。
【００６６】
（８）  複数種類のリン酸塩化合物は、リン酸水素二ナトリウム（Ｎａ２ＨＰＯ４）、リン酸水素二カリウム（Ｋ２ＨＰＯ４）、リン酸三ナトリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸ナトリウム、ピロリン酸カリウム、ポリリン酸ナトリウム、ポリリン酸カリウム、メタリン酸ナトリウム、メタリン酸カリウム、シクロ−三リン酸ナトリウム、シクロ−三リン酸カリウム、シクロ−四リン酸ナトリウム、シクロ−四リン酸カリウム、シクロ−五リン酸ナトリウム、シクロ−五リン酸カリウム、シクロ−六リン酸ナトリウム、およびシクロ−六リン酸カリウムからなる群より選択された２または３以上の物質の組合せを含んでいてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１  流路
１００  硬水軟化システム
Ａ  凝集剤添加部
Ｆ  濾過槽
ＭＢ  マイクロバブル
Ｋ  マイクロバブル供給部
ＰＡ  リン酸塩化合物供給部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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