(57)【要約】【課題】被処理水中の溶解性シリカを効率良く除去できる水処理装置及び水処理方法を提供すること。【解決手段】本発明の水処理装置１は、下記一般式（１）で表されるアルミン酸イオン濃度及びｐＨがそれぞれ所定範囲内である被処理水Ｗ１中から、被処理水Ｗ１中に溶存する溶解性シリカを析出させる溶解性シリカ析出部１３と、被処理水Ｗ１と析出させた溶解性シリカとを分離して被処理水Ｗ１から溶解性シリカを除去された被処理水Ｗ１を得る固液分離部１４と、固液分離部１４で溶解性シリカが除去された被処理水Ｗ１を逆浸透膜３０ａで濾過する逆浸透膜濾過部３０とを備えたことを特徴とする。  ［Ａｌ（ＯＨ）４］−  ・・・式（１）【選択図】図１
2015223539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）で表されるアルミン酸イオン濃度及びｐＨがそれぞれ所定範囲内である被処理水中から、前記被処理水中に溶存した溶解性シリカを析出させる溶解性シリカ析出部と、
前記被処理水と析出させた前記溶解性シリカとを分離して前記被処理水から前記溶解性シリカを除去された被処理水を得る固液分離部と、
前記固液分離部で溶解性シリカが除去された前記被処理水を逆浸透膜で濾過する逆浸透膜濾過部とを備えたことを特徴とする、水処理装置。
［Ａｌ（ＯＨ）４］−  ・・・式（１）
【請求項２】
前記被処理水にアルミン酸イオン添加剤を添加するアルミン酸イオン添加部を備えた請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記アルミン酸イオン添加剤が、アルミン酸ナトリウムである、請求項２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記被処理水にｐＨ調整剤を添加して前記被処理水をｐＨ５．５以上にするｐＨ調整剤添加部を備えた請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項５】
予め析出させた前記被処理水に含まれる溶解性シリカを種物質として前記被処理水に添加する種物質添加部を備えた、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記被処理水にマグネシウムイオン添加剤を添加するマグネシウムイオン添加部を備えた、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記被処理水の一部を電解して発生したアルミン酸イオン含有水を前記被処理水に前記アルミン酸イオン添加剤として添加する電解装置を備えた、請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項８】
前記逆浸透膜濾過部に供給される前記被処理水に含まれるアルミニウムイオンを除去するアルミニウムイオン処理部を備えた、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項９】
前記アルミニウムイオン処理部内に設けられたイオン交換樹脂により前記アルミニウムイオンを除去する、請求項８に記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記アルミニウムイオン処理部内の前記被処理水にキレート剤を添加して前記アルミニウムイオンを除去する、請求項８又は請求項９に記載の水処理装置。
【請求項１１】
前記逆浸透膜濾過部に導入する被処理水のアルミニウムイオン濃度を測定するアルミニウムイオン濃度測定装置と、
前記アルミニウムイオン濃度測定装置によって測定されたアルミニウムイオン濃度に基づいて前記アルミン酸イオンの濃度、前記被処理水のｐＨ、前記アルミニウムイオン処理部内に添加する前記キレート剤の添加量、及び前記イオン交換樹脂の処理の少なくとも一つを制御する制御装置とを備えた、請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１２】
下記一般式（１）で表されるアルミン酸イオン濃度及びｐＨがそれぞれ所定範囲内である被処理水中から、前記被処理水中に溶存した溶解性シリカを析出させる析出工程と、
前記被処理水と析出させた前記溶解性シリカとを固液分離して前記被処理水から前記溶解性シリカを除去された被処理水を得る固液分離工程と、
前記固液分離により溶解性シリカが除去された前記被処理水を逆浸透膜濾過部で濾過する濾過工程とを含むことを特徴とする、水処理方法。
［Ａｌ（ＯＨ）４］−  ・・・式（１）
【請求項１３】
前記被処理水にアルミン酸イオン添加剤を添加する、請求項１２に記載の水処理方法。
【請求項１４】
前記アルミン酸イオン添加剤が、アルミン酸ナトリウムである、請求項１３に記載の水処理方法。
【請求項１５】
前記被処理水にｐＨ調整剤を添加して前記被処理水をｐＨ５．５以上にする、請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項１６】
予め析出させた前記被処理水に含まれる溶解性シリカを種物質として前記被処理水に添加する、請求項１２から請求項１５のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項１７】
前記被処理水にマグネシウムイオン添加剤を添加する、請求項１２から請求項１６のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項１８】
前記被処理水の一部を電解して発生したアルミン酸イオン含有水を前記被処理水に前記アルミン酸イオン添加剤として添加する、請求項１２から請求項１７のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項１９】
前記逆浸透膜濾過部に供給される前記被処理水に含まれるアルミニウムイオンをアルミニウムイオン処理部で除去する、請求項１２から請求項１８のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項２０】
前記被処理水精製部に導入する被処理水のアルミニウムイオン濃度を測定し、測定したアルミニウムイオン濃度に基づいて前記アルミン酸イオンの濃度、前記被処理水のｐＨ、前記アルミニウムイオン処理部内に添加するキレート剤の添加量、及びイオン交換樹脂の処理の少なくとも一つを制御する、請求項１２から請求項１９のいずれか１項に記載の水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置及び水処理方法に関し、特に、被処理水中の溶解性シリカを効率良く除去可能な水処理装置及び水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体デバイスの製造工程の化学・機械的研磨（ＣＭＰ）プロセスで排出される排水中から溶解性シリカを除去する排水処理方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この排水処理方法では、溶解性シリカを含有する排水を凝固剤で処理して溶解性シリカを凝集させた後、凝集させた溶解性シリカを精密ろ過膜で除去する。そして、精密ろ過膜を定期的にフラッシングすることにより、精密ろ過膜の膜表面から固形物として被処理水中の溶解性シリカを除去する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５９０４８５３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の排水処理方法では、凝固剤を添加して溶解性シリカを凝集させて除去するので、必ずしも十分に溶解性シリカの濃度を低減できない場合がある。また、特許文献１では、アルミン酸ナトリウムなどを添加して溶解性シリカを除去する方法も検討されているが、アルミニウム化合物を用いると排水中のアルミニウム濃度が増大して後段に設けられた逆浸透膜装置などの精製装置に悪影響を与える場合がある。
【０００５】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、被処理水中の溶解性シリカを効率良く除去できる水処理装置及び水処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の水処理装置は、下記一般式（１）で表されるアルミン酸イオン濃度及びｐＨがそれぞれ所定範囲内である被処理水中から、前記被処理水中に溶存した溶解性シリカを析出させる溶解性シリカ析出部と、前記被処理水と析出させた前記溶解性シリカとを分離して前記被処理水から前記溶解性シリカを除去された被処理水を得る固液分離部と、前記固液分離部で溶解性シリカが除去された前記被処理水を逆浸透膜で濾過する逆浸透膜濾過部とを備えたことを特徴とする。
［Ａｌ（ＯＨ）４］−  ・・・式（１）
【０００７】
この水処理装置によれば、ｐＨが所定範囲の被処理水中に存在するアルミン酸イオンと溶解性シリカとが反応した化合物が被処理水中に析出するので、凝集剤を用いて溶解性シリカを凝集させて除去する場合と比較して被処理水中の溶解性シリカを効率良く除去することが可能となる。したがって、被処理水中の溶解性シリカを効率良く除去でき、しかも、逆浸透膜濾過装置へのアルミニウムイオンの影響を低減できる水処理装置を実現できる。
【０００８】
本発明の水処理装置においては、前記被処理水にアルミン酸イオン添加剤を添加するアルミン酸イオン添加部を備えたことが好ましい。
【０００９】
本発明の水処理装置においては、前記アルミン酸イオン添加剤が、アルミン酸ナトリウムであることが好ましい。
【００１０】
本発明の水処理装置においては、前記被処理水にｐＨ調整剤を添加して前記被処理水をｐＨ５．５以上にするｐＨ調整剤添加部を備えたことが好ましい。
【００１１】
本発明の水処理装置においては、予め析出させた前記被処理水に含まれる溶解性シリカを種物質として前記被処理水に添加する種物質添加部を備えたことが好ましい。
【００１２】
本発明の水処理装置においては、前記被処理水にマグネシウムイオン添加剤を添加するマグネシウムイオン添加部を備えたことが好ましい。
【００１３】
本発明の水処理装置においては、前記被処理水の一部を電解して発生したアルミン酸イオン含有水を前記被処理水に前記アルミン酸イオン添加剤として添加する電解装置を備えたことが好ましい。
【００１４】
本発明の水処理装置においては、前記逆浸透膜濾過部に供給される前記被処理水に含まれるアルミニウムイオンを除去するアルミニウムイオン処理部を備えたことが好ましい。
この構成により、アルミニウム系の凝集剤を用いずに溶解性シリカを除去できるので、処理水中のアルミニウム濃度を低減することが可能となる。
【００１５】
本発明の水処理装置においては、前記アルミニウムイオン処理部内に設けられたイオン交換樹脂により前記アルミニウムイオンを除去することが好ましい。
【００１６】
本発明の水処理装置においては、前記アルミニウムイオン処理部内の前記被処理水にキレート剤を添加して前記アルミニウムイオンを除去することが好ましい。
【００１７】
本発明の水処理装置においては、前記逆浸透膜濾過部に導入する被処理水のアルミニウムイオン濃度を測定するアルミニウムイオン濃度測定装置と、前記アルミニウムイオン濃度測定装置によって測定されたアルミニウムイオン濃度に基づいて前記アルミン酸イオンの濃度、前記被処理水のｐＨ、前記アルミニウムイオン処理部内に添加する前記キレート剤の添加量、及び前記イオン交換樹脂の処理の少なくとも一つを制御する制御装置とを備えたことが好ましい。
【００１８】
本発明の水処理方法は、下記一般式（１）で表されるアルミン酸イオン濃度及びｐＨがそれぞれ所定範囲内である被処理水中から、前記被処理水中に溶存した溶解性シリカを析出させる析出工程と、前記被処理水と析出させた前記溶解性シリカとを固液分離して前記被処理水から前記溶解性シリカを除去された被処理水を得る固液分離工程と、前記固液分離により溶解性シリカが除去された前記被処理水を逆浸透膜濾過部で濾過する濾過工程とを含むことを特徴とする。
［Ａｌ（ＯＨ）４］−  ・・・式（１）
【００１９】
この水処理方法によれば、ｐＨが所定範囲の被処理水中に存在するアルミン酸イオンと溶解性シリカとが反応した化合物が被処理水中に析出するので、凝集剤を用いて溶解性シリカを凝集させて除去する場合と比較して被処理水中の溶解性シリカを効率良く除去することが可能となる。したがって、被処理水中の溶解性シリカを効率良く除去でき、しかも、逆浸透膜濾過装置へのアルミニウムイオンの影響を低減できる水処理方法を実現できる。
【００２０】
本発明の水処理方法においては、前記被処理水にアルミン酸イオン添加剤を添加することが好ましい。
【００２１】
本発明の水処理方法においては、前記アルミン酸イオン添加剤が、アルミン酸ナトリウムであることが好ましい。
【００２２】
本発明の水処理方法においては、前記被処理水にｐＨ調整剤を添加して前記被処理水をｐＨ５．５以上にすることが好ましい。
【００２３】
本発明の水処理方法においては、予め析出させた前記被処理水に含まれる溶解性シリカを種物質として前記被処理水に添加することが好ましい。
【００２４】
本発明の水処理方法においては、前記被処理水にマグネシウムイオン添加剤を添加することが好ましい。
【００２５】
本発明の水処理方法においては、前記被処理水の一部を電解して発生したアルミン酸イオン含有水を前記被処理水に前記アルミン酸イオン添加剤として添加することが好ましい。
【００２６】
本発明の水処理方法においては、前記逆浸透膜濾過部に供給される前記被処理水に含まれるアルミニウムイオンをアルミニウムイオン処理部で除去することが好ましい。この方法により、アルミニウム系の凝集剤を用いずに溶解性シリカを除去できるので、処理水中のアルミニウム濃度を低減することが可能となる。
【００２７】
本発明の水処理方法においては、前記被処理水精製部に導入する被処理水のアルミニウムイオン濃度を測定し、測定したアルミニウムイオン濃度に基づいて前記アルミン酸イオンの濃度、前記被処理水のｐＨ、前記アルミニウムイオン処理部内に添加するキレート剤の添加量、及びイオン交換樹脂の処理の少なくとも一つを制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、被処理水中の溶解性シリカを効率良く除去できる水処理装置及び水処理方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る水処理装置の概略図である。
【図２】図２は、被処理水のｐＨと被処理水に対する溶解性シリカの溶解度との関係を示す図である。
【図３】図３は、アルミン酸イオンの存在下での溶解性シリカの溶解性を示す説明図である。
【図４Ａ】図４Ａは、アルミニウムイオン添加後の被処理水のｐＨとＳｉＯ２の濃度との関係を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、アルミニウムイオン添加後の被処理水のｐＨとＳｉＯ２の除去率との関係を示す図である。
【図５】図５は、第１の実施の形態に係る水処理装置におけるアルミニウムの添加率（ｍｏｌ  Ａｌ／ｍｏｌ  ＳｉＯ２）とＳｉＯ２除去率との関係を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、マグネシウムイオン添加後の被処理水中のＳｉＯ２の濃度の関係を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、アルミニウムイオン添加後の被処理水中のＳｉＯ２の除去率の関係を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施の形態に係る水処理装置の概略図である。
【図８】図８は、本発明の第３の実施の形態に係る水処理装置の概略図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態に係る溶解性シリカ除去部の概略図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１の適用例に係る水処理装置の概略図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２の適用例に係る水処理装置の概略図である。
【図１２】図１２は、本発明の第３の適用例に係る水処理装置の概略図である。
【図１３】図１３は、本発明の第４の適用例に係る水処理装置の概略図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施例及び比較例の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
プラント設備の冷却塔などの冷却水においては、ボイラなどから排出された高温の排ガスと冷却水との間での熱交換により冷却水の一部が蒸発するので、冷却水中の溶解性シリカ（ＳｉＯ2）が濃縮されてスケールとして析出する場合がある。このため、冷却水中に含まれる溶解性シリカを定期的に析出させて除去して溶解性シリカの濃度を低く保つ必要がある。
【００３１】
水中の溶解性シリカを除去するための方法としては、例えば、安価なアルミニウム系の凝集剤（Ａｌ２（ＳＯ４）３）及びポリ塩化アルミニウム（［Ａｌ２（ＯＨ）ｎＣｌ６−ｎ］ｍ２））を用いた凝集沈殿処理が考えられる。一般に、凝集沈殿処理では、アルミニウム系の凝集剤が正に帯電した水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３：固体）として析出し、この水酸化アルミニウムに水溶液中で負に帯電したコロイドが凝集して沈殿する。ここで、水酸化アルミニウムは、ｐＨ８以上の水中では弱く負に帯電し、ｐＨ７以下では強く正に帯電する。このため、アルミニウム系の凝集剤を用いた凝集沈殿では、水酸化アルミニウムが負に帯電するｐＨ８以上ではなく、正に帯電するｐＨ７以下で実施されることが一般的である。
【００３２】
本発明者らは、ｐＨが所定範囲であると共にアルミン酸イオン濃度が所定範囲であって、溶解性シリカを含有する被処理水においては、アルミン酸イオンと溶解性シリカとの化合物が被処理水中に析出することに着目した。そして、本発明者らは、アルミン酸イオンと溶解性シリカとの化合物が被処理水中に析出させることにより、被処理水中に含まれる溶解性シリカを従来より効率良く被処理水中から除去できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の各実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能である。また、以下の各実施の形態は、適宜組み合わせて実施可能である。
【００３４】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る水処理装置１の概略図である。図１に示すように、本実施の形態に係る水処理装置１は、溶解性シリカを含有する被処理水Ｗ１にｐＨ調整剤１１ａを添加して被処理水Ｗ１のｐＨを所定範囲とするｐＨ調整剤添加部１１と被処理水Ｗ１に下記一般式（１）で表されるアルミン酸イオン添加剤を添加して被処理水Ｗ１のアルミン酸イオンの濃度を所定範囲とするアルミン酸イオン添加部１２と、ｐＨが所定範囲でありアルミン酸イオンの濃度が所定範囲である被処理水Ｗ１から溶解性シリカを析出させる溶解性シリカ析出部１３と、被処理水Ｗ１と被処理水Ｗ１から析出させた溶解性シリカとを固液分離して処理水Ｗ２を得る固液分離部１４と、固液分離部１４で溶解性シリカが分離された被処理水Ｗ１を濾過して処理水Ｗ２及び濃縮水Ｗ３とする逆浸透膜濾過部３０とを備える。ｐＨ調整剤添加部１１からのｐＨ調整剤１１ａの添加量及びアルミン酸イオン添加部１２からのアルミン酸イオン添加剤１２ａの添加量は、制御装置２１により制御される。
［Ａｌ（ＯＨ）４］−  ・・・式（１）
【００３５】
また、本実施の形態に係る水処理装置１は、固液分離部１４で分離された析出物１５の少なくとも一部を種物質１６ａとして溶解性シリカ析出部１３に添加する種物質添加部１６と、ｐＨ調整剤添加部１１の上流側に設けられたマグネシウムイオン添加部１７を備える。なお、種物質添加部１６及びマグネシウムイオン添加部１７は、被処理水Ｗ１中の溶解性シリカ成分を析出できれば必ずしも設ける必要はない。
【００３６】
被処理水Ｗ１としては、溶解性シリカを含有するものであれば特に制限はなく、例えば、発電所やプラント設備の冷却塔の冷却水（ブローダウン水）及び半導体製造設備の排水、ボイラ補給水、ボイラ向け補給水製造設備からのシリカを含む排水、井戸水、温泉、地熱発電所の復水、温水、工業排水、鉱山廃水及び油ガス随伴水などの鉱業排水、下水及びその処理水、海水、鹹水、地表水などが挙げられる。被処理水としては、被処理水中に含まれる溶解性シリカを効率良く析出する観点から、ｐＨが５．５以上のものを用いることが好ましい。
【００３７】
ｐＨ調整剤添加部１１は、被処理水Ｗ１に各種酸及び各種塩基などのｐＨ調整剤１１ａを添加して被処理水のｐＨを所定範囲に調整する。ｐＨ調整剤としては、塩酸、硫酸、及びクエン酸などの各種酸、並びに、水酸化ナトリウム、及び水酸化カルシウムなどの各種塩基が挙げられる。被処理水Ｗ１のｐＨとしては、被処理水Ｗ１に含まれる溶解性シリカを析出できる範囲であれば特に制限はない。
【００３８】
アルミン酸イオン添加部１２は、被処理水Ｗ１中に上記一般式（１）で表されるアルミン酸イオン添加剤を添加する。このアルミン酸イオン添加剤を被処理水Ｗ１中に添加することにより、アルミン酸イオン添加剤と被処理水Ｗ１中に含まれる溶解性シリカとの化合物（例えば、Ｍｇ５Ａｌ［ＡｌＳｉ３Ｏ１０（ＯＨ）２］（ＯＨ）６、ＮａＡｌＯ２・（ＳｉＯ２）３など）が析出して析出するので、被処理水Ｗ１中に含まれる溶解性シリカを効率良く除去することが可能となる。
【００３９】
アルミン酸イオン添加剤としては、被処理水Ｗ１中でアルミン酸イオンを生成するものであれば特に制限はなく、例えば、アルミン酸ナトリウム（テトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウム）、アルミン酸リチウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、アルミン酸ストロンチウム、アルミン酸カルシウム及びアルミン酸マグネシウムなどの各種アルミン酸塩類、並びに、アルミン酸イオン含有水などが挙げられる。これらの中でも、被処理水Ｗ１中の溶解性シリカの除去効率の観点から、アルミン酸ナトリウムが好ましい。
【００４０】
溶解性シリカ析出部１３の構成は、溶解性シリカを析出できるものであれば特に制限はない。溶解性シリカ析出部１３は、例えば、所定の撹拌装置が設けられた混合槽を有するものであってもよく、混合槽を有しないものであってもよい。混合槽を有する溶解性シリカ析出部１３では、混合槽にｐＨが所定範囲に調整された被処理水へ必要に応じてアルミン酸イオン添加剤を添加し、撹拌により混合して溶解性シリカを析出させる。これにより、アルミン酸イオン添加剤が急速に均一に混合され、アルミン酸イオンとシリカの反応時間とが凝集することなく数秒〜数十秒程度で溶解性シリカが析出する。撹拌速度は、緩速で撹拌してもよく急速に撹拌してもよい。撹拌速度１００ｒｐｍ以上として急速に撹拌することにより、混合槽の容積を小さくすることもできる。また、混合槽を有しない溶解性シリカ析出部１３では、被処理水Ｗ１が流れる配管に設けられた枝管から必要に応じてアルミン酸イオン添加剤をライン薬注・ラインミキシングすることにより、配管内で混合する。この場合、配管内にスタティックミキサやエルボなど、流れを乱す部材を設けることにより撹拌効率を向上することができる。
【００４１】
なお、本実施の形態において、溶解性シリカの析出とは、溶解性シリカとアルミン酸イオンとの化合物が液中から固体として析出することを意味する。ここで、析出の態様としては、溶解性シリカとアルミン酸イオンとの化合物が非晶質として析出してもよく、結晶として析出してもよい。また、溶解性シリカ析出部１３は、溶解性シリカと被処理水Ｗ１との固液分離を促進するために凝集剤を用いてもよい。凝集剤としては、アルミニウム塩、鉄塩、高分子凝集剤などが挙げられる。
【００４２】
ここで、本実施の形態に係る水処理装置１における被処理水中における溶解性シリカ（ＳｉＯ２）の溶解度について説明する。図２は、被処理水のｐＨと被処理水に対する溶解性シリカの溶解度との関係を示す図である。なお、図２においては、溶解性シリカを含む水溶液をアルカリ条件下、２５℃にて所定ＳｉＯ２濃度になるよう希釈した後、酸を添加してｐＨを低減させた場合のＳｉＯ２の析出を観察した結果を示している。図２に示すように、本実施の形態に係る水処理装置１においては、溶解性シリカが析出するＳｉＯ２濃度は被処理水のｐＨが９のときに最少となり、ｐＨが９未満又はｐＨが９超となることにより溶解性シリカが析出するＳｉＯ２濃度が増大する傾向がある。
【００４３】
図３は、アルミン酸イオンの存在下での溶解性シリカの溶解性を示す説明図である。なお、図３に示す例では、図２に示したｐＨ９での溶解性シリカの飽和溶液である２００ｍｇ／Ｌの状態でｐＨを変化させた例を示している。図３の直線Ｌは、アルミン酸イオン添加剤としてのアルミン酸ナトリウムの飽和溶解度を示している。図３に示すように、アルミン酸ナトリウムの溶解度（対数表示）は、ｐＨと比例関係にあり、ｐＨの増大に伴ってアルミン酸ナトリウムの溶解度も増大する（図３の直線Ｌ参照）。ここで、アルミン酸イオンの存在下では、被処理水Ｗ１のｐＨが１１，１２では、溶解性シリカは溶解した状態を保っているが、ｐＨ１０では溶解性シリカが析出物として析出する。つまり、アルミン酸イオンの存在下では、図２に示した溶解性シリカの飽和溶解度以下の状態でも、溶解性シリカが析出物として析出する（図２及び図３の点Ｐ１参照）。この結果は、アルミン酸ナトリウムと溶解性シリカとが化合物を形成したために、溶解性シリカの溶解度が低下してアルミン酸ナトリウムと溶解性シリカとの化合物が析出物として析出したためと考えられる。
【００４４】
図４Ａは、アルミニウムイオン添加後の被処理水Ｗ１のｐＨとＳｉＯ２の濃度との関係を示す図であり、図４Ｂは、アルミニウムイオン添加後の被処理水Ｗ１のｐＨとＳｉＯ２の除去率との関係を示す図である。なお、図４Ａ及び図４Ｂに示す例では、温度２５℃で被処理水中のＳｉＯ２の濃度を４０ｍｇ／Ｌとし、アルミニウム濃度を１０ｍｇ／Ｌ、３０ｍｇ／Ｌ及び６０ｍｇ／Ｌとした例について示している。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、被処理水中のアルミニウム濃度が１０ｍｇ／Ｌである場合に対して、３０ｍｇ／Ｌでは被処理水Ｗ１中のＳｉＯ２の濃度が大幅に低下すると共に、ＳｉＯ２の除去率が大幅に向上することが分かる。また、被処理水Ｗ１中のアルミニウム濃度が３０ｍｇ／Ｌである場合と６０ｍｇ／Ｌである場合とは同等のＳｉＯ２の濃度及び除去率が得られることが分かる。この結果から、被処理水Ｗ１中のアルミニウム濃度は、１０ｍｇ／Ｌ以上で溶解性シリカの除去効果が得られ、溶解性シリカの除去効率の観点及び必要に応じて添加するアルミン酸イオン添加剤の使用量の削減の観点から、２０ｍｇ／Ｌ以上が好ましく、３０ｍｇ／Ｌ以上がより好ましいことが分かる。
【００４５】
また、アルミニウムイオン添加後の被処理水Ｗ１のｐＨが５．５未満の範囲では、ＳｉＯ２の濃度が高くなる傾向となる一方で、ｐＨが５．５以上となる範囲では、ＳｉＯ２の濃度が２５ｍｇ／Ｌ以下に急激に低下すると共に、ＳｉＯ２の除去率が急激に増大する。そして、ｐＨ９を超えると再びＳｉＯ２の濃度が増大すると共に、ＳｉＯ２の除去率が低下する傾向となることが分かる。この結果は、アルミン酸イオンは、ｐＨ５．５以下では、Ａｌ３＋として存在し、ｐＨ５．５以上ではＡｌ（ＯＨ）４−として存在するので、ｐＨ５．５以上の範囲では、Ａｌ（ＯＨ）４−と溶解性シリカ（ＳｉＯ２）との化合物が形成されたためと考えられる。以上を考慮すると、この結果から、被処理水Ｗ１のｐＨとしては、被処理水Ｗ１中の溶解性シリカの濃度を効率良く低減する観点から、５．５以上が好ましく、６以上がより好ましく、７以上が更に好ましく、８以上がより更に好ましく、また１３以下が好ましく、１２以下がより好ましく、１１以下が更に好ましく、１０．５以下がより更に好ましい。以上を考慮すると、ｐＨの範囲としては、５．５以上１２以下が好ましく、７以上１１以下がより好ましく、８以上１０以下が更に好ましい。
【００４６】
図５は、本実施の形態に係る水処理装置１におけるアルミニウムの濃度比（ｍｏｌ  Ａｌ／ｍｏｌ  ＳｉＯ２）とＳｉＯ２除去率との関係を示す図である。なお、図５に示す例では、被処理水のｐＨを８，９，１０とした場合について示している。図５に示すように、本実施の形態に係る水処理装置１においては、アルミニウムの濃度比が０．６（ｍｏｌ  Ａｌ／ｍｏｌ  ＳｉＯ２）程度ではＳｉＯ２の除去率が６０％程度となるが、アルミニウムの添加率が１．０以上となると急激にＳｉＯ２の除去率が向上し、アルミニウムの添加率が１．７（ｍｏｌ  Ａｌ／ｍｏｌ  ＳｉＯ２）の場合には、９０％となる。そして、アルミニウムの添加率が更に増大しても高いＳｉＯ２の除去率を維持することが分かる。
【００４７】
本実施の形態に係る水処理装置１においては、被処理水中に対するアルミン酸イオン濃度比としては、溶解シリカの除去率の観点及びアルミン酸イオン添加剤の使用量を低減する観点から、溶解シリカに対してアルミニウムイオンの濃度比（ｍｏｌ  Ａｌ／ｍｏｌ  ＳｉＯ２）で０．５以上が好ましく、１．０以上がより好ましく、１．５以上が更に好ましく、また５．０以下が好ましく、４．０以下がより好ましく、３．０以下が更に好ましい。
【００４８】
固液分離部１４は、溶解性シリカ析出部１３で析出したアルミン酸イオンと溶解性シリカとの化合物と被処理水Ｗ１中とを固液分離して処理水Ｗ２と析出物１５とを得る。固液分離部１４としては、被処理水Ｗ１中に析出した固体（析出物１５）と被処理水Ｗ１とを固液分離できるものであれば特に制限はない。固液分離部１４としては、例えば、クラリファイヤ、液体サイクロン、砂濾過及び膜分離装置などが挙げられる。ここでの析出物１５としては、例えば、被処理水中に含まれるシリカ、アルミニウム及びマグネシウムに基づくＭｇ５Ａｌ［ＡｌＳｉ３Ｏ１０（ＯＨ２）］（ＯＨ）６及びＮａＡｌＳｉ３Ｏ８などのシリカ化合物、アルミニウム化合物及びマグネシウム化合物が挙げられる。
【００４９】
本実施の形態においては、固液分離部１４としては、液体サイクロンを用いることが好ましい。これにより、析出物を粒径ごとに分離することが可能となるので、後述する種物質添加部１６で添加する種物質１６ａとして適度な粒径の析出物を用いることが可能となり、効率良く溶解性シリカ成分を析出させることが可能となる。
【００５０】
固液分離部１４では、固液分離を促進するために凝集剤を用いてもよい。凝集剤としては、鉄系凝集剤及び高分子凝集剤などが挙げられる。これらの中でも、アルミン酸イオンを効率良く除去できる観点から、鉄系凝集剤（ＦｅＣｌ３など）を用いることが好ましい。
【００５１】
本実施の形態においては、種物質添加部１６は、固液分離装置１４で分離された析出物であるＭｇ５Ａｌ［ＡｌＳｉ３Ｏ１０（ＯＨ２）］（ＯＨ）６及びＮａＡｌＳｉ３Ｏ８などのＳｉ−Ａｌ化合物を被処理水Ｗ１からの溶解性シリカ成分の析出時の種物質として添加する。この種物質の添加により、被処理水Ｗ１からの溶解性シリカ成分の析出速度を高めることができるので、被処理水Ｗ１中から速やかに溶解性シリカ成分を析出させることが可能となり、被処理水Ｗ１の処理量が向上する。なお、本実施の形態においては、溶解性シリカ析出部１３に種物質１６ａを添加する例について説明したが、種物質１６ａは、溶解性シリカ析出部１３の上流側であれば必ずしも溶解性シリカ析出部１３内に添加する必要はない。
【００５２】
マグネシウムイオン添加部１７は、被処理水Ｗ１中にマグネシウムイオン添加剤１７ａを添加して被処理水Ｗ１中のマグネシウムイオン濃度を所定範囲とする。これにより、被処理水Ｗ１中のマグネシウムイオン濃度を適度な範囲にすることができるので、溶解性シリカ析出部１３での析出において、例えば、Ｍｇ５Ａｌ［ＡｌＳｉ３Ｏ１０（ＯＨ２）］（ＯＨ）６などのＭｇ−Ａｌ−Ｓｉ化合物が効率良く形成され、処理水Ｗ２中の溶解シリカの濃度をより一層低減することができる。さらに、処理水Ｗ２中に残存するアルミニウムイオン濃度を低減することもできる。なお、マグネシウムイオン添加剤１７ａの添加量は、制御装置２１によりバルブＶ３を介して制御される。
【００５３】
図６Ａは、マグネシウムイオン添加後の被処理水中のＳｉＯ２の濃度の関係を示す図であり、図６Ｂは、アルミニウムイオン添加後の被処理水中のＳｉＯ２の除去率の関係を示す図である。なお、図６Ａ及び図６Ｂに示す例では、温度２５℃、被処理水のｐＨが９、溶解性シリカの濃度が４０ｍｇ／Ｌの被処理水Ｗ１にアルミニウムイオン及びマグネシウムイオンを添加した場合の溶解性シリカの濃度及び除去率を示している。
【００５４】
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、アルミニウムイオンが０ｍｇ／Ｌの条件下では、マグネシウム濃度が０ｍｇ／Ｌ及び１２０ｍｇ／Ｌのいずれでも溶解性シリカの濃度及び除去率に有意差は見られない。一方で、アルミニウムイオンが３０ｍｇ／Ｌの条件下では、マグネシウム濃度が０ｍｇ／Ｌでも溶解性シリカの濃度が大幅に減少するが、マグネシウム濃度を１２０ｍｇ／Ｌとすることにより更に溶解性シリカの濃度が低減すると共に除去率が増大する。この結果は、アルミニウムイオン及びマグネシウムイオンが共存することにより上述したＭｇ−Ａｌ−Ｓｉ化合物が形成され溶解性シリカの析出が促進される相乗効果が発現したためと考えられる。
【００５５】
マグネシウムイオン添加剤１７ａとしては、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、マグネシウムアルコキシド、酢酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、塩化マグネシウム及び硫酸マグネシウムなどの各種マグネシウム塩が挙げられる。これらの中でも、溶解性シリカを効率良く析出できる観点から、硫酸マグネシウムの水溶液を用いることが好ましい。
【００５６】
被処理水Ｗ１中のマグネシウムイオン濃度は、６０ｍｇ／Ｌ以上で溶解性シリカの除去効果が得られ、溶解性シリカの除去効率の観点及び必要に応じて添加するアルミン酸イオン添加剤の使用量の削減の観点から、９０ｍｇ／Ｌ以上が好ましく、１２０ｍｇ／Ｌ以上がより好ましいことが分かる。
【００５７】
被処理水Ｗ１中のマグネシウムイオンの含有量としては、溶解性シリカを効率良く析出する観点から、溶解性シリカに対してマグネシウムの濃度（Ｍｇ／ＳｉＯ２）が０超であることが好ましく、１．５以上であることが好ましく、３以上であることが更に好ましく、１０以下であることが好ましく、７以下であることがより好ましく、５以下であることが更に好ましい。
【００５８】
電解部１８は、水を電気分解して電解水Ｗ４にする。電解部１８は、アルミニウムで構成された陽極１８ａと、チタン又はアルミニウムで構成された陰極１８ｂと、陽極１８ａと陰極１８ｂとの間に設けられた直流電源１８ｃとを備える。この電解部１８では、陽極１８ａでは下記反応式（２）に基づいてアルミニウムイオン（Ａｌ３＋）が生成し、陰極１８ｂでは、下記反応式（３）に基づいて水酸化物イオン（ＯＨ−）が生成する。これにより、この電解部１８では、下記反応式（４）アルミニウムイオンと水酸化物イオンとが反応してアルミン酸イオン含有水が生成されるので、電解部１８がアルミン酸イオンの供給源となる。このアルミン酸イオン含有水をアルミン酸イオン添加剤１２ａとしてアルミン酸イオン添加部１２に供給することにより、他のアルミン酸イオン添加剤を用いることなく、アルミン酸イオン添加剤を供給することが可能となる。電解部１８で電気分解する水としては、例えば、被処理水Ｗ１、処理水Ｗ２及び濃縮水Ｗ３などを用いることができる。なお、電解部１８は、必ずしも設ける必要はない。
Ａｌ  →  Ａｌ３＋＋３ｅ−  ・・・（２）
２Ｈ２Ｏ＋２ｅ−  →  Ｈ２＋２ＯＨ−  ・・・（３）
Ａｌ３＋＋４ＯＨ−→［Ａｌ（ＯＨ）４］−  ・・・（４）
【００５９】
なお、電解部１８では、陽極１８ａ及び陰極１８ｂをそれぞれアルミニウム電極としてもよい。これにより、直流電源１８ｃの正極及び負極を入れ替えて極性反転させることにより、陽極１８ａ及び陰極１８ｂのそれぞれからアルミニウムイオンを発生されることが可能となる。
【００６０】
逆浸透膜濾過部３０は、逆浸透膜３０ａを備えた逆浸透膜装置（ＲＯ）である。逆浸透膜濾過部３０は、溶解性シリカが除去された被処理水Ｗ１を逆浸透膜３０ａに透過させて処理水Ｗ２として供給すると共に、濃縮水Ｗ３を排出する。
【００６１】
なお、水処理装置１においては、被処理水Ｗ１を精製できるものであれば、逆浸透膜濾過部３０以外の被処理水精製装置を用いてもよい。被処理水精製装置としては、例えば、ナノ濾過膜（ＮＦ）、電気透析装置（ＥＤ）、極性転換式電気透析装置（ＥＤＲ）、電気再生式純水装置（ＥＤＩ）、静電脱塩装置（ＣＤｌ）、蒸発器、析出装置及びイオン交換樹脂などを用いることができる。
【００６２】
制御装置２１は、例えば、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）などの汎用又は専用のコンピュータ及びこのコンピュータ上で動作するプログラムを利用して実現される。制御装置２１は、ｐＨ計２２で測定した被処理水Ｗ１のｐＨに基づいてバルブＶ１の開度を調整して被処理水Ｗ１に対するｐＨ調整剤１１ａの添加量を変更して被処理水Ｗ１のｐＨを制御する。また、制御装置２１は、アルミニウム濃度計３１で測定した被処理水Ｗ１中のアルミニウム濃度に基づいてバルブＶ２の開度を調整して被処理水Ｗ１に対するアルミン酸イオン添加剤１２ａの添加量を変更して被処理水Ｗ１中のアルミニウムイオン濃度を制御する。さらに、制御装置２１は、アルミニウム濃度計３１で測定した被処理水Ｗ１中のアルミニウム濃度に基づいてバルブＶ３の開度を調整して被処理水Ｗ１に対するマグネシウムイオン添加剤１７ａの添加量を変更して被処理水Ｗ１中のマグネシウムイオン濃度を制御する。さらに、制御装置２１は、アルミニウム濃度計３１で測定した被処理水Ｗ１中のアルミニウム濃度に基づいて溶解性シリカ析出部１３における凝集剤の添加量を制御する。
【００６３】
次に、本実施の形態に係る水処理装置１の全体動作について説明する。プラント装置の冷却水などの溶解性シリカを含有する被処理水Ｗ１（例えば、ｐＨ６．５）は、必要に応じてマグネシウムイオン添加部１７からマグネシウムイオン添加剤１７ａが添加されたマグネシウムイオン濃度が所定範囲内とされた後、必要に応じてｐＨ調整剤添加部１１からｐＨ調整剤１１ａが添加されてｐＨが所定範囲（例えば、ｐＨ８以上１０以下）内に制御される。その後、被処理水Ｗ１は、必要に応じて溶解性シリカ析出部１３でアルミン酸イオン添加部１２からアルミン酸イオン添加剤１２ａが添加される。これにより、被処理水Ｗ１は、アルミン酸イオン濃度及びｐＨが所定範囲内に調整されるので、溶解性シリカ析出部１３内で溶解性シリカが析出する。ここでは、制御装置２１は、固液分離部１４に導入される被処理水Ｗ１のｐＨが所定範囲（例えば、ｐＨ８以上１０以下）となると共に、マグネシウムイオン濃度が所定範囲となるようにバルブＶ１，Ｖ３の開度を制御する。
【００６４】
その後、被処理水Ｗ１は、固液分離部１４に導入されて膜濾過装置などによって析出物１５が除去された後、逆浸透膜濾過部３０で濾過されて処理水Ｗ２及び濃縮水Ｗ３に分離される。ここでは、制御装置２１は、Ａｌ濃度計３１で測定される被処理水Ｗ１中のアルミニウムイオン濃度が所定範囲となるように、バルブＶ２の開度を制御してアルミン酸イオンの添加量を制御する。
【００６５】
以上説明したように、本実施の形態に係る水処理装置１によれば、溶解性シリカを含有する被処理水Ｗ１中にアルミン酸イオン添加剤１２ａを添加するので、被処理水中の溶解性シリカが被処理水Ｗ１中で凝集せずに析出して析出する。これにより、被処理水中に凝集剤を添加して溶解性シリカを除去する場合と比較して効率良く被処理水中の溶解性シリカの濃度を低減することが可能となるので、被処理水Ｗ１中の溶解性シリカを効率良く除去可能な水処理装置１を実現できる。そして、逆浸透膜濾過部３０の入口に設けられたＡｌ濃度計３１によって測定された被処理水Ｗ１中のアルミニウムイオン濃度に基づいてアルミン酸イオン添加剤１２ａを添加するので、逆浸透膜濾過装置３０の逆浸透膜３０ａへのアルミニウムイオンの影響を防ぐことが可能となり、逆浸透膜３０ａの劣化を防ぐことも可能となる。
【００６６】
なお、本実施の形態では、被処理水Ｗ１のｐＨをｐＨ調整剤添加部１１によって所定範囲内に調整する例について説明したが、予めｐＨが所定範囲内の被処理水Ｗ１を用いる場合には、ｐＨ調整剤添加部１１は必ずしも設ける必要はない。また、本実施の形態では、被処理水Ｗ１のアルミン酸イオンの濃度をアルミン酸イオン添加部１２によって所定範囲内に調整する例について説明したが、予めアルミン酸イオン濃度が所定範囲内の被処理水Ｗ１を用いる場合には、アルミン酸イオン添加部１２は必ずしも設ける必要はない。
【００６７】
ところで、逆浸透膜濾過装置で被処理水を処理する場合には、アルミニウムイオンに基づく水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）の析出によるアルミニウムのスケールに基づく逆浸透膜の閉塞が生じる場合がある。この場合、逆浸透膜濾過装置による処理水量の低減及び被処理水の供給圧力の上昇による逆浸透膜濾過膜の局所的な処理所の濃縮に伴うスケールの析出及び閉塞が発生しやすくなる場合がある。
【００６８】
逆浸透膜濾過装置を含む水処理装置では、次亜塩素酸（ＮａＣｌＯ）などの塩素根が残留していたり、殺菌などによる微生物濃度の制御のために次亜塩素酸などの塩素を添加する場合がある。これらの塩素は、一般的には、還元剤による還元処理及び活性炭による吸着で除去しているが、塩素根が処理しきれずの逆浸透膜に導入する被処理水に塩素根が残留した場合は、塩素による逆浸透膜の電気的な破壊が生じ、逆浸透膜透過水量の減少及び脱塩率の低下を生じる。ここでは、アルミニウムイオンなどの金属が存在すると、金属による触媒効果によって逆浸透膜の膜面の破壊が加速する可能性がある。
【００６９】
さらに、逆浸透膜濾過装置では、逆浸透膜濾過装置の上流側にスケールインヒビターを添加することにより逆浸透膜に対するカルシウム系のスケール（石膏：ＣａＳＯ４、炭酸カルシウム：ＣａＣＯ３）の付着を防ぐことが行われているが、被処理水にアルミニウムイオンが存在すると、スケールインヒビターの効きを悪くなる場合がある。このような理由から、一般的には、逆浸透膜を用いた水処理装置では、アルミ系の薬剤（硫酸バンド、PACポリ塩化アルミ、アルミン酸ソーダなど）は通常用いられず、鉄系の薬剤（塩化鉄ＦｅＣｌ３など）が一般には用いられている。
【００７０】
本発明者らは、上述した水処理装置１の溶解性シリカ析出部１３の後段に、溶解性シリカを除去した被処理水Ｗ１中のアルミニウムを析出させるアルミニウムイオン処理部を設けることにより、溶解性シリカを除去した被処理水Ｗ１中のアルミニウムイオンに基づく逆浸透膜濾過装置への悪影響を低減することができることを見出した。
【００７１】
（第２の実施の形態）
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る水処理装置２の概略図である。図７に示すように、本実施の形態に係る水処理装置２は、固液分離装置１４の後段に設けられ、被処理水Ｗ１のアルミニウムイオンを処理するＡｌ処理部３３と、このＡｌ処理部３３の後段に設けられ、被処理水Ｗ１にｐＨ調整剤３２ａを添加して被処理水Ｗ１のｐＨを調整するｐＨ調整剤添加部３２を備える。その他の構成については図１に示した水処理装置１と同様のため説明を省略する。
【００７２】
Ａｌ処理部３３は、被処理水Ｗ１中のアルミニウムイオンをキレート樹脂、イオン交換樹脂及びキレート剤などによりアルミニウム化合物３４として析出させる。これにより、被処理水Ｗ１中のアルミニウムイオンの濃度を低減することができるので、後段に設けられた逆浸透膜濾過部３０へのアルミニウムイオンに基づく悪影響を低減できる。イオン交換樹脂としては、例えば、各種アニオン交換樹脂と各種カチオン交換樹脂とを適宜組み合わせて用いることができる。アニオン交換樹脂としては、強塩基性アニオン樹脂を用いてもよく弱塩基性アニオン樹脂を用いてもよい。また、カチオン交換性樹脂としては、強酸性カチオン交換樹脂を用いてもよく弱酸性アニオン交換樹脂を用いてもよい。
【００７３】
Ａｌ処理部３３では、以下の第１の処理方法〜第４の処理方法により溶解性シリカが除去された被処理水Ｗ１中のアルミニウムイオンの濃度を低減する。第１の処理方法としては、溶解性シリカが除去された被処理水Ｗ１のｐＨを所定範囲に調整し、アルミニウムイオンの飽和溶解度を低下せしめ、被処理水Ｗ１中のアルミニウムイオンを不溶化した後、固液分離してアルミニウムイオンする沈殿法が挙げられる。
【００７４】
第２の処理方法としては、筒状部材にキレート樹脂を充填したキレート樹脂塔に被処理水Ｗ１を通水し、アルミニウムなどの重金属をキレート樹脂に吸着させてアルミニウムイオンを除去するキレート樹脂法が挙げられる。
【００７５】
第３の処理方法としては、凝集剤などの液体キレート剤を被処理水Ｗ１中に添加し、アルミニウムなどの重金属を被処理水Ｗ１に不溶性のキレート錯体として析出させた後、固液分離してアルミニウムイオンを除去する液体キレート法が挙げられる。
【００７６】
第４の処理方法としては、下記式（５）〜下記式（７）に示すように、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）を被処理水Ｗ１中に添加し、被処理水Ｗ１のｐＨを増大させると共に、カルシウムイオン及び水酸化物イオンの供給により、被処理水Ｗ１に含まれる重炭酸イオン（ＨＣＯ３−）から炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を析出させると共に、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）から水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）を析出させて固液分離するコールドライム法が挙げられる。このコールドライム法では、アルミニウムイオンの一部も共沈して除去される。
Ｃａ（ＨＣＯ３）２＋Ｃａ（ＯＨ）２→２ＣａＣＯ３↓＋２Ｈ２Ｏ  ・・・（５）
Ｍｇ（ＨＣＯ３）２＋２Ｃａ（ＯＨ）２⇒Ｍｇ（ＯＨ）２↓＋２ＣａＣＯ３↓＋２Ｈ２Ｏ  ・・・（６）
ＣａＣｌ２＋Ｎａ２ＣＯ３⇒２ＮａＣｌ＋ＣａＣＯ３↓  ・・・（７）
【００７７】
なお、第１、第３、第４の処理方法を実施する場合には、Ａｌ処理部３３には、後段に設けられた固液分離部１４とは別体の固液分離装置を設けることが好ましい。固液分離部１４とは別に固液分離装置を設けることにより、アルミニウム化合物３４を固液分離することができる。
【００７８】
また、Ａｌ処理部３３では、被処理水Ｗ１中にスケールインヒビターなどの水処理添加剤を添加してもよい。これにより、被処理水Ｗ１に対するアルミニウムイオンの飽和溶解度を向上させることができるので、後段に設けられた逆浸透膜濾過部３０の逆浸透膜３０ａへのアルミニウムイオンに基づく悪影響を低減できる。
【００７９】
ｐＨ調整装置３２は、溶解性シリカが除去された被処理水Ｗ１にｐＨ調製剤３２ａを添加して被処理水Ｗ１のｐＨを減少又は増大させて被処理水Ｗ１に対するアルミニウムイオンの飽和溶解度を向上させる。ｐＨ調整剤３２ａとしては、例えば、塩酸、硫酸、及びクエン酸などの各種酸、並びに、水酸化ナトリウム、及び水酸化カルシウムなどの各種塩基が挙げられる。制御装置２１は、固液分離部１４の後段に設けられたｐＨ計２３の測定値に基づいてバルブＶ４の開度を調整してｐＨ調整剤３２ａの添加量を調整する。これにより、被処理水Ｗ１に対するアルミニウムイオンの飽和溶解度を向上させることができるので、後段に設けられた逆浸透膜濾過部３０へのアルミニウムイオンに基づく悪影響を低減できる。
【００８０】
ｐＨ調整装置３２は、被処理水Ｗ１にアルカリを添加してアルミニウムの飽和溶解度を増大させる場合には、被処理水Ｗ１のｐＨを０超増加させることが好ましく、＋０．１以上増加させることがより好ましく、＋０．３以上増加させることが更に好ましく、＋１．０以上増加させることがより更に好ましい。また、ｐＨ調整装置３２は、被処理水Ｗ１に酸を添加してアルミニウムの飽和溶解度を増大させる場合には、例えば、被処理水Ｗ１のｐＨが９であれば、被処理水Ｗ１のｐＨを４．２以下とすることにより、アルミニウムの飽和溶解度を増大させることができる。ｐＨ調整装置３２は、例えば、被処理水Ｗ１中のアルミニウム濃度が０．０１ｍｇ／Ｌ程度の場合には、被処理水Ｗ１のｐＨを５．０以下、６．０以上とすることによりアルミニウムの析出を防ぐことができる。
【００８１】
ｐＨ調整装置３２は、例えば、固液分離部１４の排出水のｐＨが９である場合には、ｐＨを４．５以上９以下の範囲とすることにより、過剰のアルミニウムを被処理水Ｗ１から析出させることができる。アルミニウムイオンは、ｐＨが５．５のときに溶解度が最少となるので、ｐＨ調整剤３２ａの添加量を調整してｐＨをｐＨ４．５以上９以下に調整することにより、過剰のアルミニウムがアルミニウム化合物３４として被処理水Ｗ１から析出する。そして、析出したアルミニウム化合物３４は、析出物１５と共に固液分離部１４で除去することもできる。また、この場合、被処理水Ｗ１のｐＨとしては、逆浸透膜濾過部３０に導入する被処理水Ｗ１中のアルミニウム濃度を０．０５ｍｇ／Ｌ以下にする観点から、ｐＨ４．８以上７．０の範囲がより好ましく、逆浸透膜濾過部３０に導入する被処理水Ｗ１中のアルミニウム濃度を０．０１ｍｇ／Ｌ以下にする観点から、ｐＨ５．０以上６．０以下の範囲が更に好ましい。
【００８２】
次に、本実施の形態に係る水処理装置２の全体動作について説明する。まず、被処理水Ｗ１から上述した水処理装置１と同様にして析出物１５が除去される。その後、析出物１５が分離された被処理水Ｗ１は、Ａｌ処理部３３によりキレート樹脂、イオン交換樹脂及びキレート剤などによりアルミニウムイオンが除去される。ここでは、Ａｌ処理部３３は、スケールインヒビターを添加してアルミニウムイオンの溶解度を上昇させてもよい。その後、被処理水Ｗ１は、ｐＨ調製剤添加部３２によりｐＨ調整剤３２ａが添加されてｐＨが所定範囲に調整された後、逆浸透膜濾過部３０で処理水Ｗ２及び濃縮水Ｗ３に分離される。ここでは、制御装置２１は、Ａｌ濃度計３１で測定される被処理水Ｗ１中のアルミニウムイオン濃度が所定範囲（例えば、０．０１ｍｇ／Ｌ）となるように、キレート剤などの添加量、イオン交換樹脂の処理などを制御する。また、制御装置２１は、析出槽１３に添加するアルミン酸イオンの添加量を制御して逆浸透膜濾過部３０に導入するアルミニウムイオン濃度を低減してもよい。
【００８３】
このように、本実施の形態によれば、固液分離部１４の後段に設けられたＡｌ処理部３３により被処理水Ｗ１のアルミニウムイオンを低減するので、上述した水処理装置１と比較して逆浸透膜濾過部３０に導入される被処理水Ｗ１のアルミニウムイオン濃度をより低減できる。これにより、逆浸透膜濾過部３０の逆浸透膜３０ａに対するアルミニウムイオンの影響を一層低減することが可能となる。
【００８４】
（第３の実施の形態）
図８は、本発明の第３の実施の形態に係る水処理装置３の概略図である。図８に示すように、本実施の形態に係る水処理装置３は、上述した水処理装置２のＡｌ処理部３３が溶解性シリカ析出部１３と固液分離部１４との間に設けられている。その他の構成については上述した水処理装置２と同一であるので、説明を省略する。
【００８５】
このように、本実施の形態によれば、Ａｌ処理部３３でアルミニウムを析出させて固液分離部１４により析出物１５と共にアルミニウムイオンを除去するので、上述した水処理装置１と比較して逆浸透膜濾過部３０に導入される被処理水Ｗ１のアルミニウムイオン濃度をより低減できる。これにより、逆新郎膜濾過部３０の逆浸透膜３０ａに対するアルミニウムイオンの影響を一層低減することが可能となる。
【００８６】
なお、上記第６の実施の形態においては、Ａｌ処理部３３を固液分離部１４の後段に設ける構成について説明し、上記第７の実施の形態においては、Ａｌ処理部３３を固液分離部１４の前段に設ける構成について説明したが、Ａｌ処理部３３は、固液分離部１４の前段及び後段の双方に設けてもよい。これにより、固液分離部１４の前段に設けられたＡｌ処理部３３により被処理水Ｗ１中のアルミニウムイオン濃度を低減した後に、固液分離部１４で析出物１５を分離した後に更に、溶解性シリカが除去された被処理水Ｗ１中のアルミニウムイオンをアルミニウム化合物３４として除去できるので、処理水精製部２０に供給されるアルミニウムイオン濃度をより一層低減することが可能となる。
【００８７】
以下、上記実施の形態に係る水処理装置の適用例について説明する。なお、以下においては、図９に示す溶解性シリカ除去部１０を各種水処理装置に適用した例について説明する。図９に示すように、この溶解性シリカ除去部１０は、被処理水Ｗ１中にｐＨ調整剤１１ａを添加するｐＨ調整剤添加部１１と、ｐＨ調整剤１１ａが添加された被処理水Ｗ１にアルミン酸イオン添加剤１２ａを添加するアルミン酸イオン添加部１２と、アルミン酸イオンを添加した被処理水Ｗ１中の溶解性シリカを析出させる溶解性シリカ析出部１３と、析出させた溶解性シリカを固液分離して処理水Ｗ２を得る固液分離部１４とを備える。
【００８８】
（適用例１）
図１０は、適用例１に係る水処理装置１００の概略図である。図１０に示すように、この水処理装置１００は、半導体製造用高純度水精製逆浸透プラントの供給水の前処理装置である。水処理装置１００は、被処理水Ｗ１中の溶解性シリカを除去する溶解性シリカ除去部１０と、弱酸カチオン交換樹脂により処理水Ｗ２中を処理して重炭酸塩及びアルミニウムイオンを除去する被処理水精製装置としてのカチオン交換装置１０１と、重炭酸塩及びアルミニウムイオンを除去した処理水Ｗ２中の炭酸ガスを除去する脱炭酸部１０２と、脱炭酸した処理水Ｗ２を逆浸透膜１０３ａにより濾過して透過水Ｗ１００及び濃縮水Ｗ１０１を得る逆浸透膜濾過部１０３とを備える。
【００８９】
逆浸透膜濾過部１０３を透過した透過水Ｗ１００は、更にカチオン交換装置、アニオン交換装置などのイオン交換樹脂１０４で精製され、濾過部１０５での仕上げ濾過を経た後、ＵＶ照射部１０６で紫外線が照射されて生物を死滅させて精製処理水Ｗ１０２として用いられる。溶解性シリカ除去部１０とカチオン交換装置１０１との間には、溶解性シリカが除去された被処理水Ｗ１にＮａ２ＣＯ３を供給するＮａ２ＣＯ３供給部１０７が設けられている。カチオン交換装置１０１と脱炭酸部１０２との間には、イオン交換により精製された被処理水Ｗ１に酸を供給する酸供給部１０８が設けられている。脱炭酸部１０２と逆浸透膜濾過部１０３との間には、脱炭酸された被処理水Ｗ１にアルカリを供給するアルカリ供給部１０９が設けられている。なお、この水処理装置１００においては、溶解性シリカ除去部１０は、逆浸透膜濾過部１０３の上流側であれば配置構成は適宜変更可能である。このように、本実施の形態においては、溶解性シリカ除去部１０で処理した処理水Ｗ２を、カチオン交換装置１０１などを経て更に精製して使用することも可能である。
【００９０】
（適用例２）
図１１は、適用例２に係る水処理装置２００の概略図である。図１１に示すように、この水処理装置２００は、高濃度有機物及びシリカなどの懸濁／溶解固体分を含む排水の処理装置である。この水処理装置２００は、溶解性シリカ除去部１０Ａは、溶解性シリカ析出部１３の後段に更に被処理水Ｗ１中の溶解性シリカを凝集させる凝集槽２０１を備える。この凝集槽２０１では、被処理水Ｗ１中に塩化鉄などの凝集剤と共に、アルミン酸イオン添加部１２からアルミン酸イオンが添加された被処理水Ｗ１中の溶解性シリカを析出する。そして、固液分離部１４で析出した溶解性シリカを分離して処理水Ｗ２及び析出物１５を得た後、マルチメディアフィルタで構成される第１フィルタ２０２で濾過した後、処理水Ｗ２に含まれるアルミニウムイオンを被処理水精製部としてのイオン交換樹脂２０３で除去する。そして、カートリッジフィルタで構成される第２フィルタ２０４で濾過した後、逆浸透膜２０５ａを備えた逆浸透膜濾過部２０５で透過水Ｗ２００及び濃縮水Ｗ２０１を分離する。このように、本実施の形態においては、溶解性シリカ除去部１０で処理した処理水Ｗ２を、イオン交換樹脂２０３などを経て更に生成して使用することも可能である。
【００９１】
（適用例３）
図１２は、適用例３に係る水処理装置３００の概略図である。図１２に示すように、この水処理装置３００は、溶解性シリカ除去部１０の後段に設けられた被処理水精製部としての第１脱塩塔３０１と、脱塩塔の後段に設けられた脱ガス塔３０２と、脱ガス塔３０２の後段に設けられた第２脱塩塔３０４とを備える。第１脱塩塔３０１に導入された処理水Ｗ２は、第１イオン交換樹脂３０１ａ及び第２イオン交換樹脂３０１ｂを介してイオン交換された後、塔底部で塩酸が供給されて脱ガス塔３０２に供給される。脱ガス塔３０２に供給された処理水Ｗ２は、洗浄部３０２ａで洗浄されて塔底部３０２ｂに貯留される。脱ガス塔３０２の塔底部３０２ｂに貯留された処理水Ｗ２は、ポンプ３０３を介して第２脱塩塔３０４に導入されて第１イオン交換樹脂３０４ａ及び第２イオン交換樹脂３０４ｂを介してイオン交換された後、塔底部で水酸化ナトリウム水溶液が供給されて所定のｐＨに調整されて処理水Ｗ３００とされる。このように処理することにより、イオン交換樹脂の消耗率を低減することが可能となる。なお、溶解性シリカ除去部１０は、第２脱塩塔３０４の第２イオン交換樹脂３０４ｂの上流側であれば配置構成は適宜変更可能である。このように、本適用例３においては、溶解性シリカ除去部１０で処理した処理水Ｗ２を、アニオン交換樹脂などを経て更に生成して使用することも可能である。
【００９２】
第１脱塩塔３０１及び第２脱塩塔３０４の第１イオン交換樹脂３０１ａ，３０４ａ、第２イオン交換樹脂３０１ｂ，３０４ｂとしては、各種アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを適宜組み合わせて用いることができる。本適用例３では、第１脱塩塔３０１の第１イオン交換樹脂３０１ａ及び第２イオン交換樹脂３０１ｂとしては、強酸性カチオン交換樹脂を用いることが好ましく、第２脱塩塔３０４の第１イオン交換樹脂３０４ａ及び第２イオン交換樹脂３０４ｂとしては、強塩基性アニオン交換樹脂を用いることが好ましい。
【００９３】
なお、上述した適用例３における第１脱塩塔３０１、脱ガス塔３０２、及び第３脱塩塔３０４を備えた水処理装置３００の構成は適宜変更可能である。水処理装置３００においては、脱ガス塔３０２及び第３脱塩塔３０４を省略した構成とすることができる。この場合、第１脱塩塔３０１は、第１イオン交換樹脂３０１ａとして強酸性カチオン樹脂を備え、第２カチオン交換樹脂３０１ｂとして強塩基性アニオン樹脂を備えることが好ましい。このように構成することにより、被処理水Ｗ１中のイオン濃度が低い場合に処理水Ｗ３００を効率良く得ることが可能となる。この場合であっても、溶解性シリカ除去部１０により被処理水Ｗ１中の溶解性シリカを除去することにより、強塩基性アニオン樹脂の再生に必要な薬品量及び強塩基性アニオン樹脂の使用量を低減することができる。
【００９４】
また、水処理装置３００においては、第２脱塩塔３０４の後段に更に処理水Ｗ３００をポリッシングする第３脱塩塔を設けてもよい。この場合、第３脱塩塔は、第１イオン交換樹脂として強酸性カチオン樹脂を備え、第２カチオン交換樹脂として強塩基性アニオン樹脂を備えることが好ましい。このように構成することにより、被処理水Ｗ３００の純度が更に向上する。この場合であっても、溶解性シリカ除去部１０により被処理水Ｗ１中の溶解性シリカを除去することにより、第１脱塩塔３０１及び第２脱塩塔３０４の第１イオン交換樹脂３０１ａ，３０４ａ、第２イオン交換樹脂３０１ｂ、３０４ｂにおける強塩基性アニオン樹脂、並びに、第３脱塩塔における強塩基性アニオン樹脂の再生に必要な薬品量及び強塩基性アニオン樹脂の使用量を低減することができる。
【００９５】
（適用例４）
図１３は、適用例４に係る水処理装置４００の概略図である。図１３に示すように、この水処理装置４００は、有機物及び無機塩を含む水を処理し、蒸発操作時の水垢付着を低減する水処理装置である。この水処理装置４００は、溶解性シリカ除去部１０の後段に設けられたイオン交換装置４０１と、イオン交換装置４０１でイオン交換された処理水Ｗ２に酸を供給する酸供給部４０２と、イオン交換装置４０１の後段に設けられた脱ガス部４０３と、脱ガス部４０３で脱ガスされた処理水Ｗ２にアルカリを添加するアルカリ添加部４０４と、アルカリ添加部４０４の後段に設けられた被処理水精製部としての蒸発器４０５とを備える。
【００９６】
イオン交換装置４０１は、溶解性シリカが除去された被処理水Ｗ１をイオン交換により精製する。酸供給部４０２は、イオン交換により精製された被処理水Ｗ１に酸を添加してｐＨを所定範囲にする。脱ガス部４０３は、処理水Ｗ２中に含まれる炭酸ガスを除去する。アルカリ添加部４０４は、炭酸ガスが除去された処理水Ｗ２にアルカリを添加して処理水Ｗ２のｐＨを増大させる。蒸発器４０５は、塩基性の処理水Ｗ２を蒸発させて蒸発水Ｗ４００を得ると共に、塔底部から濃縮水を抜き出して晶析器４０６に供給する。晶析器４０６では、蒸発器４０５で結晶が析出しない範囲で濃縮された濃縮水を析出し、析出した固体４０８は、固液分離部４０７で分離される。固液分離部４０７で分離された濃縮液４０７ａは、再び晶析器４０６に供給される。このように、本実施の形態においては、溶解性シリカ除去部１０で処理した処理水Ｗ２を、イオン交換装置４０１及び蒸発器４０５などを経て更に精製して使用することも可能である。この場合においても、溶解性シリカ除去部１０において被処理水Ｗ１中の溶解性シリカが低減されているので、イオン交換装置４０１及び蒸発器４０５における被処理水Ｗ１の精製効率が向上する。
【実施例】
【００９７】
以下、本発明の効果を明確にするために行った実施例及び比較例に基づいて本発明をより詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例及び比較例によって何ら限定されるものではない。
【００９８】
（実施例）
図１に示した水処理装置を用いて被処理水にアルミン酸ナトリウムを添加して溶解性シリカを除去して精製処理水を製造した。被処理水のｐＨは１０とし、温度は２５℃とし、被処理水中の溶解性シリカ濃度は４０ｍｇ／Ｌとし、アルミン酸イオンの濃度は１５７ｍｇ／Ｌとし、マグネシウムイオン濃度は１２０ｍｇ／Ｌとした。その結果、図１４に示すように、被処理水中の溶解性シリカが析出し、処理水中の溶解性シリカの濃度が大幅に低減した（被処理水：４０ｍｇ／Ｌ→処理水０．８ｍｇ／Ｌ）。また、析出物を蛍光Ｘ線分析により組成分析した結果、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉが析出物中に共存していた。
【００９９】
（比較例）
アルミン酸ナトリウムに代えて硫酸アルミニウムを用いたこと以外は実施例と同様にして被処理水を処理した。その結果、図１４に示すように、被処理水中の溶解性シリカは析出せず、処理水中の溶解性シリカの濃度は低下しなかった（被処理水：３２ｍｇ／Ｌ→処理水３１ｍｇ／Ｌ）。この結果は、硫酸アルミニウムを用いた場合には、被処理水中にアルミン酸イオンが発生しなかった結果、アルミン酸イオンと溶解性シリカとの化合物が被処理水中に析出しなかったためと考えられる。
【符号の説明】
【０１００】
１，２，３，１００，２００，３００，４００  水処理装置
１０  溶解性シリカ除去部
１１  ｐＨ調整剤添加部
１１ａ  ｐＨ調整剤
１２  アルミン酸イオン添加部
１２ａ  アルミン酸イオン添加剤添加剤
１３  溶解性シリカ析出部
１４  固液分離部
１５  析出物
１６  種物質添加部
１６ａ  種物質
１７  マグネシウムイオン添加部
１７ａ  マグネシウムイオン添加剤
１８  電解部
１８ａ  陽極
１８ｂ  陰極
１８ｃ  直流電源
２１  制御装置
２２  ｐＨ計
３０，１０３，２０５  逆浸透膜濾過部
３０ａ，１０３ａ，２０５ａ  逆浸透膜
３１  Ａｌ濃度計
３２  ｐＨ調整剤添加部
３２ａ  ｐＨ調整剤
３３  Ａｌ処理部
３４  アルミニウム
１０１  カチオン交換装置
１０２  脱炭酸部
２０１  凝集槽
２０２  第１フィルタ
２０３  イオン交換樹脂
２０４  第２フィルタ
３０１  第１脱塩塔
３０１ａ，３０４ａ  第１イオン交換樹脂
３０１ｂ，３０４ｂ  第２イオン交換樹脂
３０２  脱炭酸塔
３０２ａ  洗浄部
３０２ｂ  塔底部
３０３  ポンプ
３０４  第２脱塩塔
４０１  イオン交換装置
４０２  酸供給部
４０３  脱ガス部
４０４  アルカリ添加部
４０５  蒸発器
４０６  晶析器
４０７  固液分離部
４０７ａ  濃縮液
４０８  固体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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