(57)【要約】【課題】環境への負荷が小さく且つコストが低く、少ないスペースにおいて効率的なシリカ除去処理を可能とするシリカ含有水の処理方法を提供する。【解決手段】シリカ含有水の処理方法は、シリカを含有する原水を充填塔１０に供給する原水供給ステップと、原水を、シリカ除去粒子６０を充填した充填塔１０に通水することにより、原水に含まれるシリカをシリカ除去粒子６０により除去するシリカ除去ステップと、シリカが除去された処理水を充填塔１０から取り出す取出ステップと、を備える。原水供給ステップでは、処理水のｐＨが６以上となるように原水のｐＨを調整する。シリカ除去粒子６０は、３０質量％以上のＦｅＯＯＨと、１０質量％以上のＳｉＯ２と、を含有するリモナイト粒子である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカを含有する原水を充填塔に供給する原水供給ステップと、
前記原水を、シリカ除去粒子を充填した前記充填塔に通水することにより、前記原水に含まれるシリカを前記シリカ除去粒子により除去するシリカ除去ステップと、
シリカが除去された処理水を前記充填塔から取り出す取出ステップと、を備え、
前記原水供給ステップでは、前記処理水のｐＨが６以上となるように前記原水のｐＨを調整し、
前記シリカ除去粒子は、３０質量％以上のＦｅＯＯＨと、１０質量％以上のＳｉＯ２と、を含有するリモナイト粒子であることを特徴とする、シリカ含有水の処理方法。
【請求項２】
前記充填塔内の前記シリカ除去粒子を交換する交換ステップをさらに備え、
前記交換ステップでは、前記原水からシリカを除去する処理を行うための処理空間を有する塔本体に対して、前記シリカ除去粒子が充填された充填部を着脱することを特徴とする、請求項１に記載のシリカ含有水の処理方法。
【請求項３】
前記原水の圧力と前記処理水の圧力との差を操作圧力（ｋＰａ）とし、前記処理水の流量（ｍ３／ｈ）を前記充填塔の底面積（ｍ２）及び前記操作圧力（ｋＰａ）により除した値を前記充填塔の通水性能と定義したときに、前記通水性能を１以上１０００以下の範囲に設定することを特徴とする、請求項１又は２に記載のシリカ含有水の処理方法。
【請求項４】
前記シリカ除去ステップでは、前記充填塔における前記原水の滞留時間を１秒以上に設定することを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のシリカ含有水の処理方法。
【請求項５】
前記シリカ除去ステップでは、前記充填塔における前記原水の空間速度を１ｈ−１以上３５００ｈ−１以下に設定することを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載のシリカ含有水の処理方法。
【請求項６】
充填塔と、
シリカを含有する原水を前記充填塔に供給する原水供給手段と、
前記充填塔に充填されたシリカ除去粒子と、
前記原水のｐＨを調整するｐＨ調整手段と、を備え、
前記充填塔は、前記原水を通水させるように構成され、
前記ｐＨ調整手段は、前記処理水のｐＨが６以上となるように前記原水のｐＨを調整するよう構成され、
前記シリカ除去粒子は、３０質量％以上のＦｅＯＯＨと、１０質量％以上のＳｉＯ２と、を含有するリモナイト粒子であることを特徴とする、シリカ含有水の処理装置。
【請求項７】
前記充填塔は、
前記原水からシリカを除去する処理を行うための処理空間を有する塔本体と、
前記シリカ除去粒子が充填されると共に前記処理空間内に設置され、前記塔本体に対して着脱可能に構成された充填部と、を有することを特徴とする、請求項６に記載のシリカ含有水の処理装置。
【請求項８】
前記シリカ除去粒子は、前記充填塔内において流動可能な状態であることを特徴とする、請求項６に記載のシリカ含有水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリカ含有水の処理方法及びその処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
逆浸透（Ｒｅｖｅｒｓｅ  Ｏｓｍｏｓｉｓ；ＲＯ）膜を用いた水処理技術は、脱塩処理による海水の淡水化をはじめとして、工業用の純水製造プロセスや排水の回収プロセスへの適用など広く普及が進んでいる。逆浸透膜を用いた濾過処理においては、水中のシリカがスケールとして発生する問題が多くの場合に生じる。具体的には、逆浸透膜による濾過処理の進行に伴って濃縮水側のシリカ濃度がシリカの飽和溶解度を超え、これによりシリカの析出が起こる。このようにしてシリカスケールが発生すると、逆浸透膜の濾過能力が低下するだけでなく、逆浸透膜の破損などの大きな問題が起こる虞がある。このため、濃縮水側のシリカ濃度が飽和溶解度を超えないように逆浸透膜による濃縮倍率を調整するのが一般的であるが、この場合、逆浸透膜の濾過処理による水の回収率が低くなる。
【０００３】
またプラントなどにおいても、ボイラーや冷却塔などに使用される循環水は、一定期間繰り返し使用された後、ブロー水として放流されるのが一般的である。これは、繰り返しの使用によってシリカなどの水中の溶解性物質が濃縮されてスケールが発生し、このスケールが配管などにおいて析出するのを防ぐためである。このような背景に鑑み、シリカ含有水におけるシリカ濃度を効率的に低減するための方法や装置が求められている。下記特許文献１〜３には、水中のシリカ除去を目的とした様々な方法及び装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１４９９５２号公報
【特許文献２】特開平７−１３６６４８号公報
【特許文献３】特開２００４−１４１７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１には、多孔質シリカが充填されたカラムに原水を通水することにより、原水中のシリカを除去することについて記載されている。この場合、高価な多孔質シリカを用いる必要があるため処理コストが増加し、多孔質シリカを製造するのに要するエネルギーが大きいため、環境への負荷が大きいという問題がある。またシリカ除去率も３５〜５０％程度に留まるため、逆浸透膜装置における水の回収率向上において十分とは言えない。
【０００６】
上記特許文献２には、イオン交換膜を用いて原水中のシリカを除去することについて記載されている。この場合も、イオン交換膜が高価であり、イオン交換膜を製造するのに要するエネルギーが大きいため、処理コスト及び環境負荷の面で問題がある。
【０００７】
上記特許文献３には、鉄塩、アルミニウム塩又はマグネシウム塩などの処理剤を原水に添加し、アルカリ性の条件下において凝集物を析出させることにより、原水中のシリカ濃度を低減することについて記載されている。この場合、シリカ除去処理の際に発生した汚泥を後段のプロセスにおいて分離する必要があるため、処理装置が大型化するという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、環境への負荷が小さく且つコストが低く、少ないスペースにおいて効率的なシリカ除去処理を可能とするシリカ含有水の処理方法及び処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一局面に係るシリカ含有水の処理方法は、シリカを含有する原水を充填塔に供給する原水供給ステップと、前記原水を、シリカ除去粒子を充填した前記充填塔に通水することにより、前記原水に含まれるシリカを前記シリカ除去粒子により除去するシリカ除去ステップと、シリカが除去された処理水を前記充填塔から取り出す取出ステップと、を備える。前記原水供給ステップでは、前記処理水のｐＨが６以上となるように前記原水のｐＨを調整する。前記シリカ除去粒子は、３０質量％以上のＦｅＯＯＨと、１０質量％以上のＳｉＯ２と、を含有するリモナイト粒子である。
【００１０】
上記シリカ含有水の処理方法は、前記充填塔内の前記シリカ除去粒子を交換する交換ステップをさらに備えていてもよい。前記交換ステップでは、前記原水からシリカを除去する処理を行うための処理空間を有する塔本体に対して、前記シリカ除去粒子が充填された充填部を着脱してもよい。
【００１１】
上記シリカ含有水の処理方法において、前記原水の圧力と前記処理水の圧力との差を操作圧力（ｋＰａ）とし、前記処理水の流量（ｍ３／ｈ）を前記充填塔の底面積（ｍ２）及び前記操作圧力（ｋＰａ）により除した値を前記充填塔の通水性能と定義したときに、前記通水性能を１以上１０００以下の範囲に設定してもよい。
【００１２】
上記シリカ含有水の処理方法において、前記シリカ除去ステップでは、前記充填塔における前記原水の滞留時間を１秒以上に設定してもよい。
【００１３】
上記シリカ含有水の処理方法において、前記シリカ除去ステップでは、前記充填塔における前記原水の空間速度を１ｈ−１以上３５００ｈ−１以下に設定してもよい。
【００１４】
本発明の他局面に係るシリカ含有水の処理装置は、充填塔と、シリカを含有する原水を前記充填塔に供給する原水供給手段と、前記充填塔に充填されたシリカ除去粒子と、前記原水のｐＨを調整するｐＨ調整手段と、を備える。前記充填塔は、前記原水を通水させるように構成されている。前記ｐＨ調整手段は、前記処理水のｐＨが６以上となるように前記原水のｐＨを調整するよう構成されている。前記シリカ除去粒子は、３０質量％以上のＦｅＯＯＨと、１０質量％以上のＳｉＯ２と、を含有するリモナイト粒子である。
【００１５】
上記シリカ含有水の処理装置において、前記充填塔は、前記原水からシリカを除去する処理を行うための処理空間を有する塔本体と、前記シリカ除去粒子が充填されると共に前記処理空間内に設置され、前記塔本体に対して着脱可能に構成された充填部と、を有していてもよい。
【００１６】
上記シリカ含有水の処理装置において、前記シリカ除去粒子は、前記充填塔内において流動可能な状態であってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、環境への負荷が小さく且つコストが低く、少ないスペースにおいて効率的なシリカ除去処理を可能とするシリカ含有水の処理方法及び処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態１に係るシリカ含有水の処理装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】充填部の構成を模式的に示す平面図である。
【図３】図２中の線分ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った充填部の断面構造を模式的に示す図である。
【図４】本発明の実施形態２に係るシリカ含有水の処理装置の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき詳細に説明する。
【００２０】
（実施形態１）
［シリカ含有水の処理装置］
まず、本発明の実施形態１に係るシリカ含有水の処理装置１（以下、単に「処理装置１」とも称する）の構成について、図１を参照して説明する。処理装置１は、シリカを含有する原水からシリカを除去し、シリカ濃度が低減された処理水を得るための装置である。図１に示すように、処理装置１は、充填塔１０と、充填塔１０に充填されたシリカ除去粒子６０と、充填塔１０に原水を供給する原水供給手段２０と、充填塔１０から処理水を取り出す取出手段４０と、原水のｐＨを調整するｐＨ調整手段３０と、を備える。
【００２１】
＜充填塔＞
充填塔１０は、内部に充填されたシリカ除去粒子６０によって原水中のシリカを除去する処理を行うためのものである。充填塔１０は、原水からシリカを除去する処理を行うための処理空間１０Ａを有する塔本体１１と、シリカ除去粒子６０が充填されると共に処理空間１０Ａ内に設置された複数（本実施形態では４つ）の充填部１２と、を有する。充填部１２は、カートリッジタイプのものであり、塔本体１１に対して着脱可能に構成されている。
【００２２】
塔本体１１は、略円筒形状を有し、図１に示すように鉛直方向に沿った姿勢で配置されている。塔本体１１の下部には処理空間１０Ａ内に原水を流入させるための流入口１１Ａが設けられ、塔本体１１の上部には処理空間１０Ａから処理水を流出させるための流出口１１Ｂが設けられている。実施形態１では、充填塔１０は、下部の流入口１１Ａから上部の流出口１１Ｂに向かって原水を通水させる上向流方式となっている。この構成により、流入口１１Ａから処理空間１０Ａ内に流入した原水を鉛直方向上向きに通水させることができる。
【００２３】
塔本体１１は、０．５ｍ以上２０ｍ以下の高さを有することが好ましく、０．５ｍ以上１５ｍ以下の高さを有することがより好ましく、１ｍ以上１０ｍ以下の高さを有することがさらに好ましい。また塔本体１１は、５ｍｍ以上２０００ｍｍ以下の内径を有することが好ましく、５ｍｍ以上１０００ｍｍ以下の内径を有することがより好ましく、５ｍｍ以上５００ｍｍ以下の内径を有することがさらに好ましい。
【００２４】
塔本体１１の高さ及び内径は、充填塔１０の大きさを決定するパラメータである。充填塔１０が大き過ぎる場合には、シリカ除去粒子６０の交換時に塔本体１１に対して充填部１２を着脱する作業に要する手間が多くなると共に、充填塔１０の耐圧性能を確保するためのコストが増加する。一方、充填塔１０が小さ過ぎる場合には、必要な処理水量を確保するのが困難になるため、工業用途に適さないという問題がある。このような観点から、塔本体１１の高さ及び内径は上記範囲内であることが好ましい。
【００２５】
充填部１２は、塔本体１１の内面に密着可能な円板形状を有し、塔本体１１の長さ方向において互いに間隔を空けて設置されている。より具体的には、充填部１２の外周部分が被取付部となっており、この被取付部を塔本体１１の内面に設けられた取付部に対して着脱可能となっている。
【００２６】
隣り合う充填部１２同士の間は、シリカ除去粒子６０が充填されておらず、原水が通過する空間である非充填部１３となっている。図１に示すように、充填塔１０においては、充填部１２と非充填部１３とが原水の通水方向において交互に設けられている。
【００２７】
図２は、塔本体１１から取り外された充填部１２を平面視した時の構成を示している。図２に示すように、充填部１２は、円形のリングからなる枠部１４と、枠部１４の内側に設けられた一対の格子部１５，１６（第１格子部１５，第２格子部１６）と、を有する。枠部１４は、塔本体１１（図１）の内径と略同じ外径を有し、外周部において塔本体１１の内面に密着可能となっている。
【００２８】
枠部１４及び一対の格子部１５，１６は、それぞれポリ塩化ビニル（Ｐｏｌｙ  Ｖｉｎｙｌ  Ｃｈｌｏｒｉｄｅ；ＰＶＣ）などの樹脂により構成されている。図２に示すように、一対の格子部１５，１６は、枠部１４の内側において略直角を成して（十字状に）交差している。一対の格子部１５，１６の交点は、枠部１４の円中心に位置している。
【００２９】
枠部１４の内側において第１格子部１５と第２格子部１６との間は、原水が通過する通水部１２Ａとなっている。本実施形態では、一対の格子部１５，１６により互いに仕切られた４つの通水部１２Ａが設けられている。なお、格子部１５，１６の数はこれに限定されず、１つの格子部のみが設けられてもよいし、３つ以上の格子部が設けられてもよい。
【００３０】
図３は、図２中の線分ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った充填部１２の断面を示している。図３に示すように、充填部１２は、枠部１４及び格子部１５の上面に貼り付けられた上側通水布１７と、枠部１４及び格子部１５の下面に貼り付けられた下側通水布１８と、を有する。上側通水布１７及び下側通水布１８は、枠部１４と略同じ大きさの円形を有し、原水を透過可能なように構成されている。本実施形態では、上側通水布１７及び下側通水布１８は、それぞれ不織布により構成されている。
【００３１】
図３に示すように、多数のシリカ除去粒子６０は、上側通水布１７と下側通水布１８とで挟まれることにより通水部１２Ａに充填されている。シリカ除去粒子６０は、上側通水布１７及び下側通水布１８の隙間を通過することができない粒子径を有するため、図３のようにシリカ除去粒子６０を通水部１２Ａに充填することができる。
【００３２】
シリカ除去粒子６０は、リモナイト（褐鉄鉱）粒子であり、その化学式はＦｅＯ（ＯＨ）・ｎＨ２Ｏにより表される。シリカ除去粒子６０は、３０質量％以上のＦｅＯＯＨ（酸化水酸化鉄）と、１０質量％以上のＳｉＯ２（二酸化珪素）と、を含有するものである。
【００３３】
ＦｅＯＯＨ（酸化水酸化鉄）は、α−ＦｅＯＯＨ（針鉄鋼、ゲーサイト）及びγ−ＦｅＯＯＨ（鱗鉄鋼、レピドクロサイト）の少なくとも一方からなる。即ち、ＦｅＯＯＨは、α−ＦｅＯＯＨのみからなるものでもよいし、γ−ＦｅＯＯＨのみからなるものでもよいし、α−ＦｅＯＯＨ及びγ−ＦｅＯＯＨの両方からなるものでもよい。
【００３４】
またシリカ除去粒子６０は、ＦｅＯＯＨ及びＳｉＯ２以外の成分（残部成分）として、例えばＦｅ２Ｏ３（赤鉄鋼）、粘土鉱物又は酸化マンガン（ＩＩ）などをさらに含有する。この残部成分の含有量は、０質量％以上６０質量％以下である。
【００３５】
シリカ除去粒子６０に含まれる成分を特定する方法は、特に限定されないが、例えば蛍光Ｘ線（株式会社リガク製のＺＳＸ  Ｐｒｉｍｕｓ  μ）を用いることができる。これにより、シリカ除去粒子６０に含まれる主要元素を特定し、その換算値が上述の濃度範囲を満たすことを確認することができる。
【００３６】
本発明者等は、鋭意検討を行った結果、上記成分組成を有するシリカ除去粒子６０が優れたシリカ除去効果を有することを見出し、上述のようにシリカ除去粒子６０が充填された充填塔１０に原水を通水する処理システムを構築するに至った。シリカ除去粒子６０により原水中のシリカが除去される原理については明らかではないが、以下のように推定される。
【００３７】
通常の凝集沈殿法では、原水に添加された鉄成分が中性又はアルカリ性の条件下において水酸化物の凝集沈殿を形成し、その際にシリカが巻き込まれることにより原水中のシリカが除去される。つまり、凝集沈殿の形成の際にシリカが巻き込まれるという物理的な作用によって原水中のシリカが除去される。
【００３８】
これに対して、本実施形態では、シリカ除去粒子６０（リモナイト粒子）の表面に存在する鉄成分（第二水酸化鉄）と原水中のシリカとが化学反応し、シリカ除去粒子６０の表面において溶解性の低いシリカ−鉄の反応物が凝集体として析出することにより、原水中のシリカが除去されると考えられる。つまり、通常の凝集沈殿法と異なり、化学的な作用により原水中のシリカを除去することができると考えられる。
【００３９】
このため、本実施形態におけるシリカ除去処理は、従来と比べて以下の点で優れている。まず、天然に存在する資源であるシリカ除去粒子６０（リモナイト粒子）を利用することができるため、多孔質シリカやイオン交換膜を用いる場合に比べて、コストを削減することができると共に環境への負荷をより小さくすることができる。
【００４０】
また、シリカ除去粒子６０が充填された充填塔１０に原水を通水するだけでシリカ除去処理を行うことができる。このため、通常の凝集沈殿法と異なり、塩化鉄などの鉄剤を添加するための装置が不要となる。またシリカ除去粒子６０の鉄成分と原水中のシリカとを化学反応させるため、凝集沈殿法と比べてシリカ除去効率をより高めることができる。しかも、シリカ−鉄の反応物をシリカ除去粒子６０の表面に析出させるため、凝集沈殿法のようにシリカ除去処理の後に汚泥と処理水とを固液分離する操作も不要になる。従って、処理装置１全体を省スペース化することができる。
【００４１】
なお、シリカ除去粒子６０に含まれる鉄成分が全て消費され、シリカの除去効果が得られなくなった場合、その時点が充填塔１０の破過点となる。この場合、充填部１２を塔本体１１から取り外し、新しいシリカ除去粒子６０が充填された充填部１２を塔本体１１に取り付けることにより、シリカ除去粒子６０の交換を容易に行うことができる。
【００４２】
充填塔１０におけるシリカ除去粒子６０の充填率は、５％以上１００％未満であることが好ましい。この充填率（％）は、充填塔におけるシリカ除去粒子の占有体積／充填塔の体積×１００、のようにして算出することができる。
【００４３】
充填率が高い場合には、充填塔１０内におけるリモナイト由来の鉄成分が多くなるため、充填塔１０の寿命をより長くすることが可能になり、シリカ除去粒子６０の交換頻度をより少なくすることができる。しかし、充填率が高くなるに従い、充填塔１０の通水抵抗が大きくなり、操作圧力が増大するため、ランニングコストの増大を招く傾向がある。
【００４４】
一方、充填率が低い場合には、通水性能は向上するが、充填塔１０が早期に破過してシリカ除去効果が失われてしまうため、シリカ除去粒子６０の交換頻度が多くなる。このため、シリカ除去粒子６０の交換作業に要するコストが多くなり、これがランニングコストの増加に繋がる。
【００４５】
従って、充填塔１０におけるシリカ除去粒子６０の充填率は、上述のような事情を考慮し、原水のシリカ濃度や必要な処理水量に応じて、上記範囲内において適切に調整されることが好ましい。例えば、原水のシリカ濃度が比較的高い場合には、シリカ除去粒子６０に含まれる鉄成分が早期に消費されるため、シリカ除去粒子６０の交換頻度を抑えることが好ましい。よって、この場合には充填率を高く設定することが好ましい。また処理水量を多くする必要がある場合には、充填率を低くすることにより充填塔１０の通水抵抗を低くし、操作圧力を低く保つことが好ましい。
【００４６】
シリカ除去粒子６０は、最小粒子径が０．１μｍ以上であり、最大粒子径が２ｃｍ以下であることが好ましい。最小粒子径は１μｍ以上であることがより好ましく、最大粒子径は１ｃｍ以下であることがより好ましい。またシリカ除去粒子６０の平均粒子径は、６μｍ程度であることが好ましい。
【００４７】
シリカ除去粒子６０が小さ過ぎる場合には、充填塔１０における原水の空間速度を高く保持することが困難になる。また充填塔１０からの粒子の流出を防ぐのが困難になるため、充填塔１０の後段において分離操作が必要になる。一方、シリカ除去粒子６０が大き過ぎる場合には、合計の表面積が小さくなる。この場合、シリカ除去粒子６０の充填率が同じであっても充填塔１０の寿命が短くなる。このような観点から、シリカ除去粒子６０の粒子径は上述のように調整されることが好ましい。
【００４８】
＜原水供給手段＞
原水供給手段２０は、シリカを含有する原水を充填塔１０に供給するためのものである。原水供給手段２０は、原水供給ライン２１と、原水ポンプ２２と、制御装置５０と、により構成されている。
【００４９】
原水供給ライン２１は、原水を通水可能な内部流路を有する配管からなり、上流端が不図示の水源に接続されると共に、下流端が充填塔１０の流入口１１Ａに接続されている。原水ポンプ２２は、原水供給ライン２１の途中に設けられており、制御装置５０により動作が制御される。この構成により、制御装置５０によって原水ポンプ２２を動作させ、原水供給ライン２１を介して充填塔１０に原水を供給することができる。
【００５０】
＜取出手段＞
取出手段４０は、充填塔１０を通過する過程でシリカ濃度が低減された処理水を充填塔１０から取り出すためのものである。取出手段４０は、処理水を通水可能な内部流路を有する配管からなり、上流端が充填塔１０の流出口１１Ｂに接続されている。
【００５１】
＜ｐＨ調整手段＞
ｐＨ調整手段３０は、充填塔１０から取り出される処理水のｐＨが６以上となるように、充填塔１０に供給される原水のｐＨを調整する。ｐＨ調整手段３０は、ｐＨ調整剤供給ライン３１と、ｐＨ調整用ポンプ３２と、ｐＨ調整剤槽３３と、ｐＨ検出部３４と、制御装置５０と、により構成されている。
【００５２】
ｐＨ調整剤槽３３は、各種ｐＨ調整剤の溶液を調製すると共に、当該溶液を貯留する。ｐＨ調整剤は、原水のｐＨを調整可能であれば特に限定されない。例えば、原水のｐＨを酸性側に調整するためのｐＨ調整剤としては、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、クエン酸又はシュウ酸などの酸類を用いることができる。また原水のｐＨをアルカリ性側に調整するためのｐＨ調整剤としては、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＮＨ３水、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｍｇ（ＯＨ）２、ＮａＨＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３などの塩基類を用いることができる。
【００５３】
ｐＨ調整剤供給ライン３１は、ｐＨ調整剤の溶液が流れる内部流路を有する配管からなる。図１に示すように、ｐＨ調整剤供給ライン３１は、上流端がｐＨ調整剤槽３３に接続されると共に、下流端が原水供給ライン２１（原水ポンプ２２よりも上流側の部位）に接続されている。
【００５４】
なお、ｐＨ調整剤供給ライン３１の下流端はこの位置に限定されず、原水ポンプ２２よりも下流側の部位に接続されていてもよい。またｐＨ調整剤を原水中に均一に混合させるため、原水供給ライン２１においてｐＨ調整剤供給ライン３１の接続部よりも下流側にミキサーが配置されてもよい。
【００５５】
ｐＨ調整用ポンプ３２は、ｐＨ調整剤供給ライン３１の途中に設けられており、制御装置５０により動作が制御される。ｐＨ検出部３４（ｐＨセンサ）は、取出手段４０に設けられており、充填塔１０から流出した処理水のｐＨを検出する。
【００５６】
制御装置５０は、パーソナルコンピュータなどからなり、ｐＨ検出部３４による検出結果に基づいて、ｐＨ調整用ポンプ３２の動作を制御する。充填塔１０に原水を通水すると、シリカ除去粒子６０に含まれる鉄成分に由来してｐＨが酸性側にシフトする。そして、処理水のｐＨが６以下になると、充填塔１０におけるシリカ除去処理が困難になる。このため、制御装置５０は、ｐＨ調整用ポンプ３２を動作させることによりｐＨ調整剤を原水供給ライン２１に供給し、処理水のｐＨが６以上となるように原水のｐＨを調整する。つまり、ｐＨ検出部３４により処理水のｐＨを監視しつつ、その結果をｐＨ調整剤の供給量にフィードバックする構成となっている。
【００５７】
［シリカ含有水の処理方法］
次に、上記シリカ含有水の処理装置１を用いて実施される本実施形態に係るシリカ含有水の処理方法について説明する。
【００５８】
まず、シリカを含有する原水が原水供給手段２０により充填塔１０に供給される（原水供給ステップ）。具体的には、制御装置５０により原水ポンプ２２を作動させることにより原水供給ライン２１内に原水を通水し、当該原水を流入口１１Ａから充填塔１０内に供給する。原水のシリカ濃度は、例えば１００ｍｇ／ｌである。
【００５９】
この原水供給ステップでは、充填塔１０から流出する処理水のｐＨが６以上となるように原水のｐＨを調整する。より具体的には、ｐＨ検出部３４により処理水のｐＨを監視し、当該処理水のｐＨが６以上となるようにｐＨ調整用ポンプ３２を作動させて原水へのｐＨ調整剤の供給量を調整する。本実施形態では、原水のｐＨが９以上となるように原水へのｐＨ調整剤の供給量を調整する。
【００６０】
次に、充填塔１０に原水を通水することにより、当該原水に含まれるシリカをシリカ除去粒子６０により除去する（シリカ除去ステップ）。より具体的には、流入口１１Ａから充填塔１０内に原水を流入させ、当該原水を充填塔１０内において下部から上部に向かって通水させ、流出口１１Ｂから充填塔１０の外へ流出させる。図１に示すように、原水は、充填塔１０内において、シリカ除去粒子６０が充填されていない非充填部１３と、シリカ除去粒子６０が充填された充填部１２と、を交互に通過する。
【００６１】
シリカ除去粒子６０は、上述の通り、３０質量％以上のＦｅＯＯＨと、１０質量％以上のＳｉＯ２と、を含有するリモナイト粒子である。このため、原水がシリカ除去粒子６０（充填部１２）を通過する時に、シリカ除去粒子６０に含まれる鉄成分（水酸化第二鉄）と原水中のシリカとが化学反応し、その反応物（シリカ−鉄の反応物）がシリカ除去粒子６０の表面に析出する。これにより、原水が各充填部１２を通過する過程において原水に含まれるシリカが徐々に除去され、原水中のシリカ濃度が低減される。その後、シリカが除去された処理水が流出口１１Ｂを介して充填塔１０から取り出される（取出ステップ）。
【００６２】
シリカ除去ステップにおいて、充填塔１０の通水性能は、１以上１０００以下に設定されることが好ましく、１以上８００以下に設定されることがより好ましく、１以上５００以下に設定されることがさらに好ましい。
【００６３】
「充填塔の通水性能」（ｍ／ｄ／ｋＰａ）は、原水の圧力と処理水の圧力との差を操作圧力（ｋＰａ）とした時に、下記の式（１）の通り、処理水の流量（ｍ３／ｈ）を充填塔１０の底面積（ｍ２）及び操作圧力（ｋＰａ）により除すると共に２４（時間）を乗じた値として定義することができる。なお、充填塔の通水性能の単位である「ｍ／ｄ／ｋＰａ」における「ｄ」は、１日（２４時間）を意味する。
通水性能（ｍ／ｄ／ｋＰａ）＝処理水の流量（ｍ３／ｈｒ）÷充填塔の底面積（ｍ２）÷操作圧力（ｋＰａ）×２４（時間）・・・（１）
上記の式（１）により定義される通水性能は、充填塔１０の通水能力を示すパラメータである。通水性能が高い方が送液ポンプ楊程を小さくすることが可能となり、処理水量を多く確保できるため好ましい。通水性能が低い場合には、所望の処理水量を得るために必要な圧力が大きくなり、必要とされる送液ポンプの能力も大きくなる。特に、通水性能が１ｍ／ｄ／ｋＰａ未満である場合には、僅かな処理水量しか確保することができず、大量の処理水を得る必要がある工業用途の仕様としては好ましくない。
【００６４】
シリカ除去ステップでは、充填塔１０における原水の滞留時間を１秒以上に設定することが好ましく、１秒以上３６００秒以下に設定することがより好ましく、１秒以上１５００秒以下に設定することがさらに好ましい。充填塔１０における原水の滞留時間を１秒以上確保することにより、原水中のシリカを効率的に除去することが可能になる。
【００６５】
シリカ除去ステップでは、充填塔１０における原水の空間速度を１ｈ−１以上３５００ｈ−１以下に設定することが好ましく、１ｈ−１以上３０００ｈ−１以下に設定することがより好ましく、１ｈ−１以上２０００ｈ−１以下に設定することがさらに好ましい。空間速度が３５００ｈ−１よりも大きい場合には、充填塔１０における原水の十分な滞留時間を確保することが困難になり、シリカの除去効率が低下する。一方、空間速度が１ｈ−１よりも小さい場合には、装置が大型化し、十分な処理水量を確保することが困難になるため、工業用途に適さない。従って、原水の空間速度は、上記範囲内に設定されることが好ましい。
【００６６】
また上記シリカ含有水の処理方法は、充填塔１０内のシリカ除去粒子６０を交換する交換ステップをさらに備える。即ち、充填塔１０に一定時間原水を通水した後、鉄成分が消費されたシリカ除去粒子６０を充填塔１０から取り出し、新しいシリカ除去粒子６０を充填塔１０に充填する。具体的には、使用中の充填部１２を塔本体１１から取り外し、新しいシリカ除去粒子６０が充填された充填部１２を塔本体１１に取り付ける。以上のようにして、本実施形態に係るシリカ含有水の処理方法が実施される。
【００６７】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２について、図４を参照して説明する。実施形態２は、基本的に上記実施形態１と同様であるが、充填塔１０が下向流方式であり且つシリカ除去粒子６０が充填塔１０内において流動可能な状態（流動床）である点で上記実施形態１と異なっている。以下、上記実施形態１と異なる点についてのみ説明する。
【００６８】
［シリカ含有水の処理装置］
図４に示すように、実施形態２では、充填塔１０の上部に原水の流入口１１Ａが設けられると共に、充填塔１０の下部に処理水の流出口１１Ｂが設けられている。そして、原水供給ライン２１の下流端が充填塔１０の上部にある流入口１１Ａに接続されると共に、取出手段４０の上流端が充填塔１０の下部にある流出口１１Ｂに接続されている。このため、実施形態２における充填塔１０は、上部から下部に向かって原水を通水させる下向流方式となっている。この場合、流入口１１Ａ及び流出口１１Ｂからのシリカ除去粒子６０の流出を防ぐため、当該流入口１１Ａ及び流出口１１Ｂの近傍にストレーナなどの流出防止部材を設置することが好ましい。
【００６９】
また図４に示すように、シリカ除去粒子６０は、上記実施形態１のように充填部１２（カートリッジ）内に充填されておらず、塔本体１１内に直接充填されており、充填塔１０内において流動可能な状態となっている。つまり、実施形態２では、シリカ除去粒子６０は、充填塔１０内において特定の領域内（カートリッジ内）に閉じ込められていない。このため、上記実施形態１のように充填部１２が設けられる場合に比べて、より簡単な装置構成とすることができる。
【００７０】
［シリカ含有水の処理方法］
実施形態２では、上記実施形態１と同様に原水供給手段２０によりシリカを含有する原水を充填塔１０に供給した後、充填塔１０の上部から下部に向かって原水を通水させることによりシリカ除去ステップが行われる。この時、シリカ除去粒子６０に含まれる鉄成分と原水中のシリカとが反応し、その反応物がシリカ除去粒子６０の表面に析出することにより、上記実施形態１と同様に原水中のシリカを除去することができる。そして、シリカ濃度が低減された処理水が充填塔１０の下部にある流出口１１Ｂから取り出される。
【００７１】
（その他実施形態）
上記実施形態１，２において、充填塔１０の後段に逆浸透膜装置が配置されていてもよい。これにより、処理装置１，２によってシリカ濃度が十分に低減された処理水を逆浸透膜装置に送液することができるため、逆浸透膜装置における処理水の回収率を上げた場合でも、逆浸透膜におけるシリカスケールの発生を抑制することができる。
【実施例】
【００７２】
（実施例１）
＜原水＞
シリカを含有する原水として、ＲＯ濃縮水を純水により希釈し、シリカ（ＳｉＯ２）濃度を１００ｍｇ／ｌに調整したものを準備した。
【００７３】
＜処理装置＞
図１に示すシリカ含有水の処理装置１を準備した。塔本体１１は、原水の流入口１１Ａ及び処理水の流出口１１Ｂを有し、内径が２００ｍｍであり且つ高さが１０００ｍｍである円筒形状のものを準備した。また図２に示すプラスチック製の枠部１４及び格子部１５，１６と、図３に示す不織布からなる上側通水布１７及び下側通水布１８と、を有する充填部１２（カートリッジ）を４つ準備し、この充填部１２にシリカ除去粒子６０としてリモナイト粒子を充填した。そして、各充填部１２を図１に示すように塔本体１１に設置した。
【００７４】
この際に用いたリモナイト粒子は、蛍光Ｘ線（株式会社リガク製のＺＳＸ  Ｐｒｉｍｕｓ  μ）により主要元素を特定し、換算した結果、ＦｅＯＯＨの含有量は３５質量％であり、ＳｉＯ２の含有量は１５質量％であり、不純物として、有機物（Ｃ、Ｈ、Ｎ、Ｏ）に加えてＡｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｎ、Ｓなどが検出された。
【００７５】
充填塔１０の体積は０．０３１４ｍ３であり、シリカ除去粒子６０の占有体積は０．００２５ｍ３であったため、充填率は８％であった。
【００７６】
＜シリカ除去処理＞
原水供給ライン２１を介して流入口１１Ａから充填塔１０に原水を供給し、当該原水を充填塔１０の下部から上部に向かって通水させた後（上向流方式）、流出口１１Ｂから処理水を取り出した。この操作を１０分間程度行った。原水のｐＨは９で安定し、処理水のｐＨは７で安定した。そして、処理水のシリカ濃度を測定し、原水のシリカ濃度と処理水のシリカ濃度とに基づいてシリカ除去率（％）を算出した。
【００７７】
原水の通水中、ｐＨ検出部３４により処理水のｐＨを監視し、当該処理水のｐＨが６〜１２となるようにｐＨ調整用ポンプ３２を作動させてＮａＯＨを原水中に添加した。
【００７８】
原水及び処理水の流量は６０ｍ３／ｈであり、操作圧力は１００ｋＰａであり、充填塔１０の底面積は０．０３１４ｍ２であった。これらのパラメータにより算出される充填塔１０の通水性能は、４５９ｍ／ｄ／ｋＰａであった。また充填塔１０における原水の空間速度は１９１１ｈ−１であり、滞留時間は２秒であった。
【００７９】
（実施例２）
充填塔１０の上部から下部に向かって原水を通水させた点（下向流方式）以外は、上記実施例１と同様の条件で処理を行った。
【００８０】
（実施例３）
＜処理装置＞
図４に示すシリカ含有水の処理装置２を準備した。充填塔１０は、原水の流入口１１Ａ及び処理水の流出口１１Ｂを有し、内径が２００ｍｍで且つ高さが１０００ｍｍである円筒形状のものを準備した。この充填塔１０内にリモナイト粒子を流動床として充填した。流入口１１Ａ及び流出口１１Ｂには、リモナイト粒子の流出を防止するための綿栓と海砂を充填した。充填塔１０の体積は０．０３１４ｍ３であり、リモナイト粒子の占有体積は０．０３１０ｍ３であったため、充填率は９９％であった。
【００８１】
＜シリカ除去処理＞
原水供給ライン２１を介して流入口１１Ａから充填塔１０に原水を供給し、当該原水を充填塔１０の上部から下部に向かって通水させた後（下向流方式）、流出口１１Ｂから処理水を取り出した。
【００８２】
原水及び処理水の流量は１ｍ３／ｈであり、操作圧力は１００ｋＰａであり、充填塔１０の底面積は０．０３１４ｍ２であった。これらのパラメータにより算出される充填塔１０の通水性能は、８ｍ／ｄ／ｋＰａであった。また充填塔１０の空間速度は３２ｈ−１であり、滞留時間は１１３秒であった。その他の条件は、上記実施例１と同様とした。
【００８３】
（実施例４）
＜処理装置＞
図４に示すシリカ含有水の処理装置２を準備した。充填塔１０は、原水の流入口１１Ａ及び処理水の流出口１１Ｂを有し、内径が３６０ｍｍで且つ高さが３０００ｍｍである円筒形状のものを準備した。この充填塔１０内にリモナイト粒子を流動床として充填した。流入口１１Ａ及び流出口１１Ｂには、リモナイト粒子の流出を防止するための綿栓と海砂を充填した。充填塔１０の体積は０．３０５２ｍ３であり、リモナイト粒子の占有体積は０．３０１ｍ３であったため、充填率は９９％であった。
【００８４】
＜シリカ除去処理＞
原水供給ライン２１を介して流入口１１Ａから充填塔１０に原水を供給し、当該原水を充填塔１０の上部から下部に向かって通水させた後（下向流方式）、流出口１１Ｂから処理水を取り出した。
【００８５】
原水及び処理水の流量は０．８ｍ３／ｈであり、操作圧力は１００ｋＰａであり、充填塔１０の底面積は０．１０１７ｍ２であった。これらのパラメータにより算出される充填塔１０の通水性能は、２ｍ／ｄ／ｋＰａであった。また充填塔１０の空間速度は３ｈ−１であり、滞留時間は１３７３秒であった。その他の条件は、上記実施例１と同様とした。
【００８６】
（実施例５）
処理水のｐＨが１１〜１３となるようにｐＨ調整用ポンプ３２を作動させてＮａＯＨを原水中に添加した。原水のｐＨは１３で安定し、処理水のｐＨは１２で安定した。その他の条件は、上記実施例１と同様とした。
【００８７】
（比較例１）
処理水のｐＨを調整せず、原水へのＮａＯＨの添加を行わなかった点以外は、上記実施例１と同様の条件で処理を行った。原水のｐＨは７で安定し、処理水のｐＨは４で安定した。
【００８８】
（比較例２）
＜処理装置＞
リモナイト粒子を濾過砂に変更した点以外は、実施例３と同じ、図４に示すシリカ含有水の処理装置２を準備した。濾過砂は、８０重量％以上のＳｉＯ２と、１重量％未満の鉄と、を含有する土壌である。
【００８９】
＜シリカ除去処理＞
原水供給ライン２１を介して流入口１１Ａから充填塔１０に原水を供給し、当該原水を充填塔１０の上部から下部に向かって通水させた後（下向流方式）、流出口１１Ｂから処理水を取り出した。
【００９０】
原水及び処理水の流量は２０ｍ３／ｈであり、操作圧力は１００ｋＰａであり、充填塔１０の底面積は０．０３１４ｍ２であった。これらのパラメータにより算出される充填塔１０の通水性能は、１５３ｍ／ｄ／ｋＰａであった。また充填塔１０の空間速度は６３７ｈ−１であり、滞留時間は６秒であった。その他の条件は、上記実施例３と同様とした。
【００９１】
（比較例３）
シリカを含有する原水として、ＲＯ濃縮水を純水により希釈し、シリカ（ＳｉＯ２）濃度を１００ｍｇ／ｌに調整したものを準備した。この原水に対して鉄濃度が３００ｍｇ／ｌとなるように塩化鉄（ＩＩＩ）を添加した。そして、ｐＨを８に調整し、１０分間攪拌した。その後、上澄み液を処理水として取り出し、そのシリカ濃度を測定した。
【００９２】
（考察）
【表１】
2018126723.tif 000003
【００９３】
上記実施例１〜５及び比較例１〜３の条件及びシリカ除去率（％）の結果は、上記表１の通りである。
【００９４】
濾過砂を用いた比較例２ではシリカ除去率が０％であったのに対して、リモナイト粒子を用いた実施例１〜５では６５〜７０％のシリカ除去率を得ることができた。この値は、比較例３の凝集沈殿法における５２％と比べても高いものであった。この結果より、リモナイト粒子をシリカ除去粒子として用いることにより、高いシリカ除去率を達成可能であることが分かった。
【００９５】
処理水のｐＨが４である比較例１ではシリカ除去率が０％であったのに対して、処理水のｐＨが６以上である実施例１〜５では上述のようなシリカ除去率が得られた。この結果より、処理水が酸性である場合には充填塔においてシリカ除去処理を行うことができず、処理水のｐＨが６以上となるように原水のｐＨを調整する必要があることが分かった。
【００９６】
また実施例３，４の流動床の場合の方が実施例１，２，５の固定床の場合よりも優れたシリカ除去率が得られた。また実施例５のように処理水のｐＨが１２の場合の方が実施例１，２の処理水のｐＨが７の場合よりもシリカ除去率が向上した。
【００９７】
今回開示された実施形態及び実施例は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９８】
１，２  シリカ含有水の処理装置
１０  充填塔
１０Ａ  処理空間
１１  塔本体
１２  充填部
２０  原水供給手段
３０  ｐＨ調整手段
４０  取出手段
６０  シリカ除去粒子
９１  原水
【図１】
2018126723.tif 000004
【図２】
2018126723.tif 000005
【図３】
2018126723.tif 000006
【図４】
2018126723.tif 000007