(57)【要約】【課題】イオン状シリカを含む水について、ｐＨ制御によらずにシリカの析出を抑制する。【解決手段】イオン状シリカを含む原水は、送水経路１０において添加装置３０から平均粒径が３０ｎｍ未満のコロイダルシリカを含む析出抑制剤が添加され、逆浸透膜装置２０へ送られる。逆浸透膜装置２０へ送られた原水は、処理水路２２０へ流れる、イオン状シリカが分離された透過水と、排水路２３０へ流れる濃縮水とに分離される。濃縮水の一部は、循環経路２３１へ流れて送水経路１０へ循環し、原水に合流する。逆浸透膜装置２０において、濃縮水のイオン状シリカ濃度が高まって過飽和状態になると、過飽和部分のイオン状シリカがコロイダルシリカを核として重合する。この結果、濃縮水のイオン状シリカ濃度が低下し、逆浸透膜装置２０の濃縮水においてスケールの生成やファウリングの原因となるシリカの析出が抑制される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン状シリカを含む水においてシリカの析出を抑制するための方法であって、
平均粒径が３０ｎｍ未満のコロイダルシリカを前記水に添加する工程を含む、
シリカの析出抑制方法。
【請求項２】
前記水のｐＨが６を上回る、請求項１に記載のシリカの析出抑制方法。
【請求項３】
イオン状シリカを含む水においてシリカの析出を抑制するための抑制剤であって、
平均粒径が３０ｎｍ未満のコロイダルシリカを含む、
シリカの析出抑制剤。
【請求項４】
イオン状シリカを含む水から前記イオン状シリカを分離するための処理方法であって、
逆浸透膜装置へ前記水を送って透過水と濃縮水とに分離する工程を含み、
平均粒径が３０ｎｍ未満のコロイダルシリカを前記濃縮水に添加する、
イオン状シリカ含有水の処理方法。
【請求項５】
イオン状シリカを含む水から前記イオン状シリカを分離するための処理装置であって、
前記水の送水経路と、
前記送水経路からの前記水を透過水と濃縮水とに分離するための逆浸透膜装置と、
平均粒径が３０ｎｍ未満のコロイダルシリカを前記濃縮水に添加するための添加装置と、
を備えたイオン状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、シリカの析出抑制方法、特に、イオン状シリカを含む水においてシリカの析出を抑制するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン状シリカを溶解成分として含む天然水、例えば、湖沼水、河川水または地下水を取水原とする水道水や工業用水を給水用や循環用の用水として用いるボイラやクーリングタワーは、用水と触れる箇所においてイオン状シリカの析出によるシリカスケールが生成し、これが熱交換等の諸機能を低下させる原因となる。そこで、ボイラやクーリングタワーにおいては、逆浸透膜装置を用いて上記取水原からの原水を処理することでイオン状シリカなどの溶解成分をはじめとする夾雑成分が除去された透過水とイオン状シリカなどの夾雑成分を含む濃縮水とに分離し、その透過水を用水として用いることがある。
【０００３】
ところが、逆浸透膜装置を用いて原水を処理すると、濃縮水においてイオン状シリカ濃度が高まることからイオン状シリカがシリカとして析出し、それが逆浸透膜装置の膜面におけるシリカスケールの生成やファウリング発生の原因となって逆浸透膜装置の機能低下をもたらす。そこで、逆浸透膜装置は、通常、回収率、すなわち、原水に対して得られる透過水の割合を抑えることで濃縮水のイオン状シリカ濃度が溶解度未満になるよう制御し、それによってシリカの析出を抑制している。しかし、回収率の抑制は、濃縮水量の増加をもたらし、結果的にその廃棄量を増加させることになることから、原水の利用効率を損なう。
【０００４】
そこで、逆浸透膜離装置は、回収率を高めながらシリカの析出を抑制可能な運転方法が模索されており、特許文献１は、濃縮水のｐＨを６以下に保って逆浸透膜処理する方法を提案している。特許文献１によると、この方法は、回収率を高めることで濃縮水のイオン状シリカ濃度（シリカ濃度）がその溶解度を超えることがあってもシリカスケールの生成が抑制され、逆浸透膜装置の安定な運転が可能になる。
【０００５】
しかし、特許文献１の方法は、濃縮水のｐＨを６以下にすることから、原水に溶存している炭酸イオン（ＣＯ３２−）や重炭酸イオン（ＨＣＯ３−）が逆浸透膜を透過しやすい遊離炭酸（Ｈ２ＣＯ３）や溶解二酸化炭素（ＣＯ２．ａｑ）に変換され、透過水の水質低下を招く。また、ｐＨ調整のための酸の添加やｐＨの監視が必要となることが多いため、煩雑であって不経済になりやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３１８７６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、イオン状シリカを含む水について、ｐＨ制御によらずにシリカの析出を抑制できるようにしようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、イオン状シリカを含む水においてシリカの析出を抑制するための方法に関するものであり、この方法は、平均粒径が３０ｎｍ未満のコロイダルシリカを当該水に添加する工程を含む。イオン状シリカを含む水は、例えば、ｐＨが６を上回るものである。
【０００９】
このようなシリカの析出抑制方法において、イオン状シリカを含む水に上記平均粒径のコロイダルシリカを添加すると、当該水に含まれるイオン状シリカが過飽和状態になったとき、過飽和部分のイオン状シリカがコロイダルシリカを核として重合する。この重合が進行することで水中のイオン状シリカ濃度が低下し、水中でのシリカの析出が抑制される。
【００１０】
他の観点に係る本発明は、イオン状シリカを含む水においてシリカの析出を抑制するための抑制剤に関するものであり、この抑制剤は、平均粒径が３０ｎｍ未満のコロイダルシリカを含む。
【００１１】
さらに他の観点に係る本発明は、イオン状シリカを含む水からイオン状シリカを分離するための処理方法に関するものである。この処理方法は、イオン状シリカ含有水を逆浸透膜装置へ送って透過水と濃縮水とに分離する工程を含み、平均粒径が３０ｎｍ未満のコロイダルシリカを濃縮水に添加する。
【００１２】
この処理方法において、逆浸透膜装置へ送られたイオン状シリカ含有水は、イオン状シリカが分離された透過水と、イオン状シリカを含む濃縮水とに分離される。濃縮水に上記平均粒径のコロイダルシリカを添加すると、濃縮水においてイオン状シリカが過飽和状態になったとき、過飽和部分のイオン状シリカが濃縮水中においてコロイダルシリカを核として重合する。この結果、濃縮水のイオン状シリカ濃度が低下し、シリカの析出が抑制される。なお、コロイダルシリカは、例えば、逆浸透膜装置へ送られるイオン状シリカを含む水に対して供給し、それによって逆浸透膜装置の濃縮水に添加することができる。
【００１３】
この処理方法の一形態は、逆浸透膜装置へ送る水に対し、濃縮水の一部を循環して混合する。この形態において、コロイダルシリカは、例えば、逆浸透膜装置へ送る水に対して循環される濃縮水に供給することができる。この場合、循環する濃縮水に供給されたコロイダルシリカは、逆浸透膜装置へ送られる水に混入し、それによって逆浸透膜装置の濃縮水に添加される。
【００１４】
さらに他の観点に係る本発明は、イオン状シリカを含む水からイオン状シリカを分離するための処理装置に関するものであり、当該水の送水経路と、送水経路からの水を透過水と濃縮水とに分離するための逆浸透膜装置と、平均粒径が３０ｎｍ未満のコロイダルシリカを濃縮水に添加するための添加装置とを備えている。
【００１５】
この処理装置において、送水経路から逆浸透膜装置へ送られたイオン状シリカ含有水は、イオン状シリカが分離された透過水とイオン状シリカを含む濃縮水とに分離される。濃縮水に対して添加装置から上記平均粒径のコロイダルシリカを添加すると、濃縮水においてイオン状シリカが過飽和状態になったとき、過飽和部分のイオン状シリカが濃縮水中においてコロイダルシリカを核として重合する。この結果、濃縮水のイオン状シリカ濃度が低下し、シリカの析出が抑制される。なお、添加装置は、例えば、送水経路に設けることができる。この場合、送水経路から逆浸透膜装置へ送られる水に対してコロイダルシリカが供給され、濃縮水は、逆浸透膜装置において送水経路からの水が混入することでコロイダルシリカが添加される。
【００１６】
この処理装置は、通常、送水経路から逆浸透膜装置へ送られる水に対して濃縮水の一部を循環するための循環経路を備えている。この形態では、例えば、添加装置を循環経路に設け、循環経路を循環する濃縮水に対してコロイダルシリカを供給することができる。この場合、循環経路の濃縮水に供給されたコロイダルシリカは、送水経路から逆浸透膜装置へ送られる水に混入し、それによって逆浸透膜装置の濃縮水に添加される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るシリカの析出抑制方法および析出抑制剤は、イオン状シリカを含む水について、ｐＨ制御によらずにシリカの析出を抑制することができる。
【００１８】
本発明に係る処理方法および処理装置は、濃縮水に所定のコロイダルシリカを添加することから、濃縮水のｐＨ制御によらずに逆浸透膜装置においてシリカの析出を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る処理装置の一形態の概略図。
【図２】実験例１の結果を示すグラフ。
【図３】実験例３Ａの結果を示すグラフ。
【図４】実験例３Ｂ結果を示すグラフ。
【図５】実験例３Ｃの結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１を参照して、本発明に係るシリカの析出抑制方法を適用可能な処理装置の一形態を説明する。図において、処理装置１は、湖沼水、河川水または地下水を取水原とする水道水や工業用水などの、溶存成分としてイオン状シリカを含む原水からイオン状シリカを分離し、ボイラへの給水や密閉式クーリングタワーの循環水として用いられる用水を調製するためのものであり、送水経路１０、逆浸透膜装置２０および添加装置３０を主に備えている。
【００２１】
送水経路１０は、原水の供給源（図示省略）からの原水を逆浸透膜装置２０に対して送るための経路である。
【００２２】
逆浸透膜装置２０は、送水経路１０からの原水を処理するためのものであり、逆浸透膜モジュール２１１とポンプ２１２とを備えている。逆浸透膜モジュール２１１は、単一または複数の逆浸透膜エレメント（図示省略）を備えたものであり、処理水路２２０および排水路２３０が連絡している。逆浸透膜エレメントを形成する逆浸透膜は、通常、孔径が０．５ｎｍ程度の微孔を全面に有しており、原水に含まれる分子量が数十程度の微細な夾雑成分の透過を阻止可能である。
【００２３】
ポンプ２１２は、送水経路１０からの原水を加圧して逆浸透膜モジュール２１１へ送るためのものである。送水経路１０からの原水は、このポンプ２１２により逆浸透膜での浸透圧以上に加圧された状態で逆浸透膜モジュール２１１へ送られることで処理され、一部が逆浸透膜エレメントを透過する。これにより、原水は、逆浸透膜エレメントにおいて、イオン状シリカ等の溶存成分をはじめとする夾雑成分が除去された透過水と、夾雑成分濃度が高まった濃縮水とに分離される。
【００２４】
処理水路２２０は、ボイラやクーリングタワーなどへの用水の供給部に対し、逆浸透膜モジュール２１１からの透過水を送るための経路である。排水路２３０は、逆浸透膜モジュール２１１において生成した濃縮水を当該モジュールから排出するための経路であり、逆浸透膜モジュール２１１側から循環経路２３１および排水制御弁２３２をこの順に備えている。
【００２５】
循環経路２３１は、逆浸透膜モジュール２１１からの濃縮水の一部を送水経路１０へ循環させるためのものであり、排水路２３０から分岐するとともに調整弁２３３を有しており、ポンプ２１２の上流側において送水経路１０に連絡している。調整弁２３３は、濃縮水の循環流量や逆浸透膜モジュール２１１内の圧力を調整するためのものである。
【００２６】
排水制御弁２３２は、逆浸透膜モジュール２１１から排水路２３０を通じて廃棄される濃縮水の流量を制御するためのものである。
【００２７】
添加装置３０は、送水経路１０から逆浸透膜装置２０へ送られる原水に対し、シリカの析出抑制剤を添加するためのものである。ここで用いられる析出抑制剤は、ＢＥＴ法またはＮａＯＨ滴定法により測定した平均粒径が３０ｎｍ未満、好ましくは１５ｎｍ以下、特に好ましくは４〜６ｎｍのコロイダルシリカ、すなわち、ＢＥＴ法またはＮａＯＨ滴定法により測定した平均粒径が３０ｎｍ未満、好ましくは１５ｎｍ以下、特に好ましくは４〜６ｎｍのシリカ（ＳｉＯ２）粒子を水中に分散状態で含む分散液である。なお、平均粒径が１０ｎｍ以下のコロイダルシリカについては、測定精度の点でシアーズ法での測定値を参照するのが好ましい。コロイダルシリカにおいて、シリカの含有量は特に限定されるものではないが、通常はシリカ含有量が５〜５０重量％程度のものが好ましい。
【００２８】
コロイダルシリカとしては、市販のものを使用することができる。例えば、日産化学工業株式会社の商品名「スノーテックスＳＴ−ＸＳ」（シアーズ法により測定した平均粒径４〜６ｎｍ）、同社の商品名「スノーテックスＳＴ−３０」（ＢＥＴ法により測定した平均粒径１０〜１５ｎｍ）、日揮触媒化成株式会社の商品名「カタロイドＳＩ−５５０」（ＮａＯＨ滴定法により測定した平均粒径４〜６ｎｍ）、同社の商品名「カタロイドＳＩ−３０」（ＮａＯＨ滴定法により測定した平均粒径１０〜１４ｎｍ）、扶桑化学工業株式会社の商品名「クォートロンＰＬ−１」（ＢＥＴ法により測定した平均一次粒径１５ｎｍ）などを使用することができる。
【００２９】
コロイダルシリカの平均粒径が範囲を有するのは、測定値が当該範囲内に入ることを意味する。
【００３０】
次に、上述の処理装置１の動作を説明する。処理装置１において、供給源の原水は、ポンプ２１２により吸引されて送水経路１０を流通し、逆浸透膜の浸透圧以上に加圧された状態で逆浸透膜モジュール２１１へ供給される。逆浸透膜モジュール２１１に供給された原水は、逆浸透膜により処理され、イオン状シリカ等の夾雑成分が分離された透過水と、夾雑成分の濃度が高まった濃縮水とに分離される。透過水は、処理水路２２０からボイラやクーリングタワーなどに対する用水の供給部へ送られる。一方、濃縮水は、逆浸透膜モジュール２１１へ供給される原水に圧されて排水路２３０へ流れる。排水路２３０へ流れた濃縮水は、一部が循環経路２３１へ流れ、送水経路１０を流れる原水に合流する。また、排水路２３０へ流れた濃縮水の一部は、循環経路２３１へ循環せずに排水制御弁２３２を通じて廃棄される。
【００３１】
このような処理装置１の動作では、排水制御弁２３２により濃縮水の廃棄量を制御することで透過水の流量（Ｆ２）を調整するとともに循環経路２３１から送水経路１０に合流する濃縮水の流量を調整弁２３３により調整し、それによって回収率を調節することができる。回収率とは、送水経路１０から逆浸透膜モジュール２１１へ供給される水量（Ｆ１）に対する透過水の流量（Ｆ２）の割合（％）（すなわち、Ｆ２／Ｆ１×１００）をいう。
【００３２】
回収率を高めると、それに従って透過水量が増加し、原水の利用効率を高めることができるが、同時に濃縮水において夾雑成分濃度の上昇が不可避であることから、濃縮水において原水に由来のイオン状シリカ濃度が過飽和状態になり得る。この場合、濃縮水においてシリカが析出し、それが逆浸透膜モジュール２１１の膜面でのスケール生成やファウリングの原因となり、逆浸透膜モジュール２１１では経時的に透過水量が減少する。したがって、逆浸透膜装置２０は、イオン状シリカ濃度が過飽和状態になるような高回収率を維持しながら長期間に亘って連続運転するのが困難である。
【００３３】
そこで、処理装置１の運転では、濃縮水のイオン状シリカ濃度が過飽和状態になり得る程に回収率を高めて逆浸透膜装置２０を運転する場合、送水経路１０から逆浸透膜装置２０へ送られる原水に対し、添加装置３０から析出抑制剤を供給する。供給された析出抑制剤は、原水とともに逆浸透膜モジュール２１１へ送られ、濃縮水中に添加されて留まることから、濃縮水での濃度が高まる。そして、濃縮水において過飽和部分のイオン状シリカは、析出抑制剤に含まれるコロイダルシリカを核として重合が進行する。これにより、濃縮水は、イオン状シリカ濃度が低下し、同濃度の過飽和状態が解消されることから、シリカの析出が抑制される。この結果、逆浸透膜装置２０は、逆浸透膜モジュール２１１でのシリカスケールの生成やファウリングが抑えられ、逆浸透膜モジュール２１１からの透過水量が低下しにくくなることから、長期間に亘って安定的に連続運転することができる。
【００３４】
なお、コロイダルシリカは、その平均粒径が逆浸透膜の孔径よりも十分に大きく、また、逆浸透膜面上を流れる濃縮水のせん断力を受けやすいことから、それ自体、或いは、それを核としてイオン状シリカの重合が進行した場合においても、ファウリングの原因物質となりにくい。
【００３５】
析出抑制剤は、添加装置３０から原水への供給量を多くするのに従ってシリカの析出抑制効果を高めることができるが、通常、逆浸透膜モジュール２１１の濃縮水において、シリカとしての濃度が５０〜５００ｍｇＳｉＯ２／Ｌ程度になるように供給量を設定するのが好ましい。濃縮水での析出抑制剤のこのような濃度を達成可能であれば、析出抑制剤は、送水経路１０を流れる原水に対して適宜供給することができる。すなわち、析出抑制剤は、添加装置３０から原水に対して少しずつ連続的に供給されてもよいし、同装置から比較的多量の一定量ずつが断続的に供給されてもよい。また、逆浸透膜モジュール２１１において濃縮水のシリカ濃度を測定するためのセンサを設け、このセンサでのシリカ濃度の測定結果に基づいて添加装置３０から原水に対する析出抑制剤の供給を制御することもできる。
【００３６】
なお、析出抑制剤は、平均粒径が小さなコロイダルシリカを用いた場合、特に、平均粒径が４〜６ｎｍのコロイダルシリカを用いた場合、原水に対する添加量を抑えて効果的にシリカの析出を抑制可能である。
【００３７】
処理装置１において、送水経路１０から逆浸透膜装置２０へ供給する原水および逆浸透膜装置２０での濃縮水は、ｐＨの制御が不要である。すなわち、処理装置１は、特許文献１に記載の先行技術と異なり、逆浸透膜装置２０での濃縮水のｐＨが６を上回るとき、典型的には同ｐＨが６〜８程度の中性付近の場合であっても、濃縮水でのシリカの析出を効果的に抑制することができる。このため、濃縮水に溶存している炭酸イオンや重炭酸イオンは逆浸透膜を透過しやすい遊離炭酸や溶解二酸化炭素に変換されるのが抑えられ、処理装置１は透過水の水質を高めることができる。
【００３８】
また、処理装置１において、原水または濃縮水の温度調整は不要であり、原水および濃縮水が常温（５〜３８℃程度）のままで運転することができる。
【００３９】
さらに、処理装置１において、送水経路１０から逆浸透膜装置２０へ供給される原水は、例えば、硬度分によるスケールの抑制、菌類の繁殖抑制またはスライムの生成抑制などの目的のため、スケール抑制剤、殺菌剤またはスライム抑制剤などの他の薬剤を適宜供給することもできる。この場合、添加装置３０から原水に供給するシリカの析出抑制剤は他の薬剤と反応しにくいことから、同析出抑制剤および他の薬剤は、それぞれ安定に独立して機能し得る。なお、シリカの析出抑制剤は、他の薬剤が混合された複合剤であってもよい。
【００４０】
上述の実施の形態の処理装置１では、送水経路１０を通じて逆浸透膜装置２０へ流れる原水に対して添加装置３０から析出抑制剤を供給しているが、原水に対する析出抑制剤の供給方法は変更可能である。例えば、処理装置１は、原水の貯水槽を設け、この貯水槽の原水を送水経路１０を通じて逆浸透膜装置２０へ送るように変更することができ、この場合、貯水槽に貯水された原水に対して析出抑制剤を供給、混合しておくことができる。
【００４１】
また、添加装置３０を循環経路２３１に対して設け、循環経路２３１を循環する濃縮水に対して析出抑制剤を供給するように変更することができる。この場合、循環経路２３１の濃縮水に供給された析出抑制剤は、送水経路１０から逆浸透膜装置２０へ送られる原水に混入し、それによって逆浸透膜装置２０の濃縮水に添加される。
【００４２】
［実験例］
実験例１
図１に示す形態の処理装置１の試験装置を作成し、この試験装置を用いて８種類のモデル原水（モデル原水Ａ〜Ｈの８種類）を個別に処理した。試験装置および各モデル原水の仕様は次の通りである。
【００４３】
＜試験装置＞
東レ株式会社の逆浸透膜（商品名「ＴＭＧ１０」）を５．０ｃｍ×２．８ｃｍの大きさに切り取り、これをセルホルダに挟み込むことで作成した逆浸透膜モジュール２１１を用いた。処理装置１は、濃縮水の循環系（図１に示した逆浸透膜モジュール２１１の薄墨部分、逆浸透膜モジュール２１１から循環経路２３１の分岐部までの排水路２３０部分、循環経路２３１、および、循環経路２３１の連絡部から逆浸透膜モジュール２１１までの送水経路１０部分）の保有水量が約２５０ｍＬになるようセルホルダおよび各流路のサイズを設定した。また、ポンプ２１２としてダイアフラムポンプを用いた。
【００４４】
＜モデル原水＞
モデル原水Ａ：
１５Ｌのイオン交換水にイオン状シリカ源としてのメタ珪酸ナトリウム九水和物５，６８４．０ｍｇと緩衝剤としての炭酸水素ナトリウム１，００８．１ｍｇとを添加して溶解し、イオン状シリカ含有水を調製した。このイオン状シリカ含有水におけるイオン状シリカ濃度は８０ｍｇＳｉＯ２／Ｌになる。得られたイオン状シリカ含有水に１０％塩酸を添加することでｐＨを７．３に調整し、モデル原水Ａとした。
モデル原水Ｂ：
モデル原水Ａの調製時に調製したイオン状シリカ含有水に平均粒径（シアーズ法）が４〜６ｎｍのコロイダルシリカ（日産化学工業株式会社の商品名「スノーテックスＳＴ−ＸＳ」）をシリカ換算濃度が２０ｍｇＳｉＯ２／Ｌになるよう添加後、ｐＨ調整剤としての１０％塩酸を添加することでｐＨを６．３に調整したもの。
モデル原水Ｃ：
モデル原水Ａの調製時に調製したイオン状シリカ含有水に平均粒径（シアーズ法）が４〜６ｎｍのコロイダルシリカ（日産化学工業株式会社の商品名「スノーテックスＳＴ−ＸＳ」）をシリカ換算濃度が２０ｍｇＳｉＯ２／Ｌになるよう添加後、ｐＨ調整剤としての１０％塩酸を添加することでｐＨを７．３に調整したもの。
モデル原水Ｄ：
モデル原水Ａの調製時に調製したイオン状シリカ含有水に平均粒径（ＢＥＴ法）が１０〜１５ｎｍのコロイダルシリカ（日産化学工業株式会社の商品名「スノーテックスＳＴ−３０」）をシリカ換算濃度が２００ｍｇＳｉＯ２／Ｌになるよう添加後、ｐＨ調整剤としての１０％塩酸を添加することでｐＨを６．３に調整したもの。
モデル原水Ｅ：
モデル原水Ａの調製時に調製したイオン状シリカ含有水に平均粒径（ＢＥＴ法）が１０〜１５ｎｍのコロイダルシリカ（日産化学工業株式会社の商品名「スノーテックスＳＴ−３０」）をシリカ換算濃度が２０ｍｇＳｉＯ２／Ｌになるよう添加後、ｐＨ調整剤としての１０％塩酸を添加することでｐＨを６．３に調整したもの。
モデル原水Ｆ：
モデル原水Ａの調製時に調製したイオン状シリカ含有水に平均粒径（ＢＥＴ法）が１０〜１５ｎｍのコロイダルシリカ（日産化学工業株式会社の商品名「スノーテックスＳＴ−３０」）をシリカ換算濃度が２０ｍｇＳｉＯ２／Ｌになるよう添加後、ｐＨ調整剤としての１０％塩酸を添加することでｐＨを７．３に調整したもの。
モデル原水Ｇ：
モデル原水Ａの調製時に調製したイオン状シリカ含有水に平均粒径（ＢＥＴ法）が７０〜１００ｎｍのコロイダルシリカ（日産化学工業株式会社の商品名「スノーテックスＳＴ−ＺＬ」）をシリカ換算濃度が２００ｍｇＳｉＯ２／Ｌになるよう添加後、ｐＨ調整剤としての１０％塩酸を添加することでｐＨを７．３に調整したもの。
モデル原水Ｈ：
モデル原水Ａの調製時に調製したイオン状シリカ含有水に平均粒径（ＢＥＴ法）が７０〜１００ｎｍのコロイダルシリカ（日産化学工業株式会社の商品名「スノーテックスＳＴ−ＺＬ」）をシリカ換算濃度が２０ｍｇＳｉＯ２／Ｌになるよう添加後、ｐＨ調整剤としての１０％塩酸を添加することでｐＨを７．３に調整したもの。
【００４５】
試験装置によるモデル原水の処理では、ポンプ２１２により平均０．７ＭＰａとなるように循環水を昇圧し、約３００ｍＬ／分の流速で循環水を逆浸透膜モジュール２１１に送った。また、排水制御弁２３２の制御により回収率を８０％（５倍濃縮）に設定した。この場合、モデル原水の供給量は約１．００ｍＬ／分であり、また、透過水の初期流量は約０．８０ｍＬ／分、濃縮水の初期排水流量は約０．２０ｍＬ／分となる。さらに、濃縮水のｐＨは、ｐＨを６．３に調製したモデル原水については７．３に、また、ｐＨを７．３に調製したモデル原水については８．３になる。
【００４６】
試験装置を用いたモデル原水の処理を濃縮水の温度が約３０℃になる環境で実行し、透過水の経時的な流量変化を調べた結果を図２に示す。なお、５倍濃縮された濃縮水でのイオン状シリカ濃度（４００ｍｇＳｉＯ２／Ｌ）は、濃縮水の温度が３０℃の場合のイオン状シリカの溶解度が約１４０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ（ｐＨ７．３）、或いは、約１８０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ（ｐＨ８．３）であることから過飽和状態である。
【００４７】
図２において、縦軸の対初期流量比は、透過水の初期流量（約０．８ｍＬ／分）に対する測定時点での透過水の流量の比である。図２において、各モデル原水の対初期流量比が経時的に低下しているのは、シリカの析出により逆浸透膜モジュール２１１の逆浸透膜にスケールまたはファウリングが生じたことによるものである。平均粒径が４〜１５ｎｍのコロイダルシリカを添加したモデル原水Ｂ〜Ｆは、濃縮水のｐＨが６を超えているにもかかわらず、コロイダルシリカを添加していないモデル原水Ａおよび平均粒径が大きなコロイダルシリカを添加したモデル原水Ｇ、Ｈに比べて対初期流量比の低下が抑えられていることから、シリカの析出が抑えられていることがわかる。特に、モデル原水Ｂ、Ｃの結果によると、平均粒径が４〜６ｎｍのコロイダルシリカは、原水に対する少量の添加で濃縮水でのシリカの析出を効果的に抑制可能である。
【００４８】
実験例２
実験例１において調製したモデル原水Ａ〜Ｈの８種類について、常温（２５℃：同温度でのイオン状シリカの溶解度は約１４０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ（ｐＨ６．３）、或いは、約１３０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ（ｐＨ７．３）である。）下での調製直後および調製から常温下で１週間経過時のイオン状シリカ濃度および全シリカ濃度を測定した。イオン状シリカ濃度は、ＪＩＳ  Ｋ  ０１０１  （１９９８）「工業用水試験方法」に規定されたモリブデン黄吸光光度法に従って測定した。また、全シリカ濃度は、ＩＣＰ発光分析装置（株式会社日立ハイテクサイエンスの商品名「ＳＰＳ７８００」）を用いて測定した。結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
表１において、各モデル原水についての全シリカ濃度とイオン状シリカ濃度との差（全シリカ濃度−イオン状シリカ濃度）は、各モデル原水に含まれるコロイダルシリカ濃度に略相当している。表１によると、各モデル原水は、イオン状シリカ濃度および全シリカ濃度のいずれもが、調製直後と１週間後とで実質的に変動していない。モデル原水Ｂ〜Ｈは、イオン状シリカ濃度が飽和濃度に達していないことから、イオン状シリカとコロイダルシリカとが反応していないことがわかる。
【００５１】
実験例３
（実験例３Ａ）
メタ珪酸ナトリウム九水和物５３２．９ｍｇと、緩衝成分としての炭酸水素ナトリウム４２０ｍｇとをイオン交換水２５０ｍＬに添加して完全に溶解し、イオン状シリカ濃度が４５０ｍｇＳｉＯ２/Ｌの水溶液（イオン状シリカの過飽和水溶液）を調製した。そして、この水溶液６０ｍＬをポリプロピレン製の容器に量り取ってスターラーで攪拌し、最終ｐＨが約８．３となるように１０％塩酸０．３５ｍＬを添加した。１０％塩酸の添加完了後、平均粒径（シアーズ法）が４〜６ｎｍのコロイダルシリカ（日産化学工業株式会社の商品名「スノーテックスＳＴ−ＸＳ」：２０重量％水溶液）の所定量（シリカ量（ｍｇＳｉＯ２／Ｌ）換算）を即座に添加し、水溶液のイオン状シリカ濃度を実験例２と同じくモリブデン黄吸光光度法により経時的に測定した。また、コロイダルシリカを添加していない水溶液について、同様にイオン状シリカ濃度を経時的に測定した。測定の間、水溶液の温度は２５℃に維持した。結果を図３に示す。図３において、横軸の反応時間（分）は、調製した水溶液に対して１０％塩酸の添加が完了した時点を０としている。
【００５２】
（実験例３Ｂ）
メタ珪酸ナトリウム九水和物５３２．９ｍｇと、緩衝成分としてのクエン酸三ナトリウム二水和物５００ｍｇとをイオン交換水２５０ｍＬに添加して完全に溶解し、イオン状シリカ濃度が４５０ｍｇＳｉＯ２/Ｌの水溶液（イオン状シリカの過飽和水溶液）を調製した。そして、この水溶液６０ｍＬをポリプロピレン製の容器に量り取ってスターラーで攪拌し、最終ｐＨが約６．５となるように１０％塩酸０．３５ｍＬを添加した。１０％塩酸の添加完了後、実験例３Ａで用いたものと同じコロイダルシリカを実験例３Ａと同様に添加し、実験例３Ａと同様に水溶液のイオン状シリカ濃度を経時的に測定した。また、コロイダルシリカを添加していない水溶液について、同様にイオン状シリカ濃度を経時的に測定した。測定の間、水溶液の温度は２５℃に維持した。結果を図４に示す。図４において、横軸の反応時間（分）は、調製した水溶液に対して１０％塩酸の添加が完了した時点を０としている。
【００５３】
（実験例３Ｃ）
メタ珪酸ナトリウム九水和物５９２．１ｍｇと、緩衝成分としての炭酸水素ナトリウム８４０．１ｍｇとをイオン交換水５００ｍＬに添加して完全に溶解し、イオン状シリカ濃度が２５０ｍｇＳｉＯ２/Ｌの水溶液（イオン状シリカの過飽和水溶液）を調製した。そして、この水溶液６０ｍＬをポリプロピレン製の容器に量り取ってスターラーで攪拌し、最終ｐＨが約８．３となるように１０％塩酸０．２０ｍＬを添加した。１０％塩酸の添加完了後、実験例３Ａで用いたものと同じコロイダルシリカを実験例３Ａと同様に添加し、実験例３Ａと同様に水溶液のイオン状シリカ濃度を経時的に測定した。また、コロイダルシリカを添加していない水溶液について、同様にイオン状シリカ濃度を経時的に測定した。測定の間、水溶液の温度は２５℃に維持した。結果を図５に示す。図５において、横軸の反応時間（分）は、調製した水溶液に対して１０％塩酸の添加が完了した時点を０としている。
【００５４】
（実験例３の評価）
図３から図５によると、実験例３Ａから３Ｃは、いずれも、コロイダルシリカを添加することでイオン状シリカ濃度が経時的に低下し、また、同濃度はコロイダルシリカの添加量が多くなるほど経時的な低下量が大きくなることから、水溶液中のイオン状シリカはコロイダルシリカと反応しているものと考えられる。この反応は、水溶液のイオン状シリカ濃度が高い程、また、水溶液のｐＨが高い程、高速で進行していることが分かる。
【００５５】
さらに、実験例３Ａから３Ｃのいずれにおいてもイオン状シリカ濃度の低下はイオン状シリカの溶解度に向かって漸近していることから、水溶液中の過飽和部分のイオン状シリカのみが添加したコロイダルシリカと反応しているものと推察される。なお、コロイダルシリカを添加していない水溶液についてもイオン状シリカ濃度が徐々に低下しているが、これは過飽和部分のイオン状シリカ間の反応（重合）によるものと考えられる。
【符号の説明】
【００５６】
１          処理装置
１０        送水経路
２０        逆浸透膜装置
３０        添加装置
【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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