(57)【要約】  本発明は、給水のマグネシウムイオン濃度を高める方法に関する。本方法は、給水の入口流ＱＩＮを提供するステップと、上記流ＱＩＮをマグネシウムイオン源を含む固体床に通して、マグネシウムイオン濃度が高められた処理水の出口流ＱＯＵＴを得るステップとを含む。本発明はさらに、給水のマグネシウムイオン濃度を高める水処理システム及び対応する流通式反応器に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水のマグネシウムイオン濃度を高める方法であって、
（ａ）給水の入口流ＱＩＮを提供するステップ、及び
（ｂ）前記入口流ＱＩＮを固体床に通して、処理水の出口流ＱＯＵＴを得るステップ
を含む方法において、
ステップ（ｂ）の前記固体床が、固体粒子の形態のマグネシウムイオン源を含み、前記マグネシウムイオン源が、天然又は合成ハイドロマグネサイトであることを特徴とする、方法。
【請求項２】
給水の溶解マグネシウムイオン濃度が、１０ｍｇ／ｌ以下、好ましくは５ｍｇ／ｌ以下、最も好ましくは２ｍｇ／ｌ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
給水の総アルカリ度（ＣａＣＯ３）が、５〜２００ｍｇ／ｌ、好ましくは１０〜１５０ｍｇ／ｌ、最も好ましくは２０〜１００ｍｇ／ｌであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
給水のランゲリア飽和指数（ＬＳＩ）が、−２．０〜１．０、好ましくは−１．０〜０．７、最も好ましくは−０．５〜０．５であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
給水のｐＨを５．０〜８．５、好ましくは５．５〜８．０、最も好ましくは６．０〜７．５の範囲に調整するステップをさらに含み、前記ｐＨが、好ましくは適切な量の二酸化炭素を入口流ＱＩＮに注入することによって調整されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
給水の温度を５〜３５℃、好ましくは１０〜３０℃、最も好ましくは１５〜２５℃の範囲に調整するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
マグネシウムイオン源が、合成ハイドロマグネサイト、好ましくは沈降ハイドロマグネサイトであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
粒子の重量中央粒径が、０．０５〜２０ｍｍ、好ましくは０．１〜１５ｍｍ、より好ましくは０．１５〜１０ｍｍ、さらにより好ましくは０．２〜２ｍｍ、最も好ましくは０．５〜１．５ｍｍの範囲であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
ステップ（ｂ）における流ＱＩＮと固体床との間の接触時間が、
（ｉ）少なくとも０．０５分、好ましくは少なくとも０．１分、より好ましくは少なくとも０．２分、最も好ましくは少なくとも０．２５分、及び／又は
（ｉｉ）１０分未満、好ましくは５分未満、より好ましくは２分未満、最も好ましくは１分未満
であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
ステップ（ｂ）の固体床が、流通式反応器のキャビティによってもたらされ、前記流通式反応器が給水の入口流ＱＩＮを受け取るように構成された入口と、処理水の出口流ＱＯＵＴを放出するように構成された出口とを有し、好ましくは、前記流通式反応器が流通式カートリッジであることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
マグネシウムイオン源が、合成ハイドロマグネサイト、好ましくは沈降ハイドロマグネサイトであり、粒子の重量中央粒径が、０．５〜１．５ｍｍの範囲であり、ステップ（ｂ）における流ＱＩＮと固体床との間の接触時間が、少なくとも０．０５分〜２分未満であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
処理水の出口流ＱＯＵＴのｐＨを、好ましくは４．５〜９．５、好ましくは６．５〜８．５、最も好ましくは６．８〜７．５の範囲に調整するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
給水のマグネシウムイオン濃度を高める水処理システムであって、
（ｉ）給水の入口流ＱＩＮを受け取るように構成されたライン、及び
（ｉｉ）前記ラインから前記給水の入口流ＱＩＮを受け取って、処理水の出口流ＱＯＵＴを得るように構成された固体床
を備え、
前記固体床が、固体粒子の形態のマグネシウムイオン源を含み、前記マグネシウムイオン源が、天然又は合成ハイドロマグネサイトであることを特徴とする、水処理システム。
【請求項１４】
（ｉ）マグネシウムイオン源が、合成ハイドロマグネサイト、好ましくは沈降ハイドロマグネサイトであること、
（ｉｉ）粒子の重量中央粒径が、請求項８で規定されるとおりであること、及び／又は
（ｉｉｉ）固体床が、請求項１０に規定されるように流通式反応器のキャビティによってもたらされること
を特徴とする、請求項１３に記載の水処理システム。
【請求項１５】
給水のマグネシウムイオン濃度を高める水処理システムで使用するための流通式反応器であって、
（ｉ）給水の入口流ＱＩＮを受け取るように構成された入口、
（ｉｉ）前記入口から前記給水の入口流ＱＩＮを受け取って、処理水の出口流ＱＯＵＴを得るように構成された固体床、及び
（ｉｉｉ）処理水の出口流ＱＯＵＴを放出するように構成された出口
を含む流通式反応器において、
前記固体床が、固体粒子の形態のマグネシウムイオン源を含み、前記マグネシウムイオン源が、天然又は合成ハイドロマグネサイトであることを特徴とする、流通式反応器。
【請求項１６】
（ｉ）マグネシウムイオン源が、合成ハイドロマグネサイト、好ましくは沈降ハイドロマグネサイトであること、
（ｉｉ）粒子の重量中央粒径が、請求項８で規定されるとおりであること、及び／又は
（ｉｉｉ）固体床が、前記流通式反応器のキャビティによってもたらされること
を特徴とする、請求項１５に記載の流通式反応器。
【請求項１７】
流通式反応器が流通式カートリッジであることを特徴とする、請求項１５又は１６に記載の流通式反応器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給水のマグネシウムイオン濃度を高める方法に関する。本発明の方法は、家庭用設備、たとえば家庭用給水システム又は給水器での使用に適している。本発明はさらに、給水のマグネシウムイオン濃度を高める水処理システム及び対応する流通式反応器に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウムは、身体にとって最も重要な鉱物の１つである。マグネシウムは、ほとんどすべての臓器、特に心臓、筋肉及び腎臓で重要な役割を果たす。体内で４番目に豊富な陽イオンであり、２番目に多い細胞内液である。
【０００３】
マグネシウム欠乏症は、心臓病、糖尿病、片頭痛、不安、高血圧、うつ病、疲労、血栓、肝疾患、腎疾患、骨粗鬆症、不眠症、疲労、膀胱炎、神経障害及び低血糖症などの健康上の問題を誘発する又は引き起こすことが科学的に証明されている。
【０００４】
マグネシウムの最も重要な供給源の１つは飲料水であり、地表淡水及び地下水は飲料水の重要な供給源である。
【０００５】
しかし、天然の飲料水は不足しており、多くの貯水池は、水が豊富な地域であっても、飲料水の水質の劇的な悪化によって脅かされている。したがって、海水、塩水、汽水、廃水、汚染排水の処理は、環境及び経済の両方の理由からますます重要になっている。たとえば海水又は汽水から飲料水を生成する脱鉱化又は脱イオン化工程では、マグネシウムなどの必須鉱物を含むほとんどすべての溶解イオンが除去される。
【０００６】
したがって、脱鉱化水又は脱イオン水を人間の消費に適したものにするためには、これらの必須鉱物を再導入するための再鉱化工程が必要である。ただし、天然の飲料水の鉱物組成によっては、十分な鉱物供給を確保するために、特定の鉱物、特にマグネシウムの濃度を高めることも必要な場合がある。
【０００７】
再鉱化のための現在の技術には、方解石接触器及び石灰投入システムが含まれるが、これらは、カルシウムイオン及びアルカリ度の補充のみに関係している。たとえば、ＷＯ２０１２／０２００５６Ａ１には、水を処理する方法及びそのような方法における微粉化炭酸カルシウムの使用が開示されている。具体的には、上記方法は、給水を提供するステップと、二酸化炭素ガスと微粉化炭酸カルシウムを含むスラリーとの両方を上記給水に注入するステップとを含む。ＷＯ２０１３／０３０１８５は、給水を提供するステップと、溶解炭酸カルシウム及びその反応種を含む炭酸カルシウム水溶液を提供するステップと、給水と炭酸カルシウム水溶液とを組み合わせるステップとを含む水の再鉱化のための方法に関する。
【０００８】
水の再鉱化方法及びシステムに関するさらなる特許出願としては、ＷＯ２０１３／０１４０２６Ａ１、ＷＯ２０１３／１１３８０５Ａ１、ＷＯ２０１３／１１３８０７Ａ１、ＷＯ２０１３／１１３６１４Ａ１、ＷＯ２０１４／１８７６６６Ａ１及びＷＯ２０１４／１８７６１３Ａ１が挙げられる。さらに、出願人は、未公開の欧州特許出願公開第１６１５４５６７．８号及び欧州特許出願公開第１６１５４５７０．２号に言及したい。
【０００９】
現在、マグネシウムの補充に関係する方法はごくわずかである。しかしながら、高溶解性マグネシウム塩の使用には、高いコストと、塩化物又は硫酸塩などの望ましくない陰イオンの再導入とが含まれる。
【００１０】
したがって、マグネシウム補充のための改善された費用節約の方法に対する一般的な必要性がある。
【００１１】
これに関して、ＷＯ２００９／１３５１１３Ａ１は、水処理システムであって、逆浸透フィルタと、処理される水を上記逆浸透フィルタに移送するためのマニホールドと、顆粒又は固体マグネシウム化合物を含む交換可能なカートリッジと、少なくとも部分的に処理された水を溜める貯留タンクと、上記処理システムから処理水を分注するためのディスペンサーと、上記貯留タンクと流体連通し、上記ディスペンサーと流体連通する出口を有する第２フィルタとを含む水処理システムに関する。
【００１２】
ＷＯ２０１３／０３４３９６Ａ１には、水を浄化する工程が開示されており、この工程は浄化段階と再鉱化段階とを含む。後者は、炭酸カルシウムと炭酸マグネシウムとを９５：５〜６０：４０の比率で含むカートリッジに逆浸透水を通すことによって実施することができる。
【００１３】
ＵＳ２０１４／００１４５８２Ａ１には、マグネシウム鉱物、たとえば二酸化炭素と組み合わせた酸化マグネシウムを使用する方法が開示されている。しかしながら、この方法では、流Ｑ１とＱ２とに分割し、試薬（鉱物及び二酸化炭素）を直接投入する必要があり、これにはろ過ステップが必要である。
【００１４】
上記に鑑みて、マグネシウムイオン濃度を高めるための方法及び対応する処理システムを提供する必要性が依然として存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０２００５６号
【特許文献２】国際公開第２０１３／０３０１８５号
【特許文献３】国際公開第２０１３／０１４０２６号
【特許文献４】国際公開第２０１３／１１３８０５号
【特許文献５】国際公開第２０１３／１１３８０７号
【特許文献６】国際公開第２０１３／１１３６１４号
【特許文献７】国際公開第２０１４／１８７６６６号
【特許文献８】国際公開第２０１４／１８７６１３号
【特許文献９】欧州特許出願公開第１６１５４５６７．８号明細書
【特許文献１０】欧州特許出願公開第１６１５４５７０．２号明細書
【特許文献１１】国際公開第２００９／１３５１１３号
【特許文献１２】国際公開第２０１３／０３４３９６号
【特許文献１３】米国特許出願公開第２０１４／００１４５８２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
これに関して、本発明の１つの目的は、高水溶性のマグネシウム塩の使用を回避し、それによって塩化物又は硫酸塩などの望ましくない陰イオンの導入を回避するマグネシウムイオン濃度を高める方法を提供することに見ることができる。これに関して、好ましくは１．０ＮＴＵ以下の許容可能な濁度を有する飲料水を生成することも望まれ得る。
【００１７】
本発明の別の目的は、マグネシウムイオン濃度を高める方法であって、従来の方法と比較してマグネシウムイオン源のより速い溶解を可能にする方法を提供することに見ることができる。したがって、さらに別の目的は、マグネシウムイオン源と再鉱化する給水との間の接触時間をより短くする方法を提供することに見ることができる。次に、本発明の別の目的は、設備サイズの縮小又は設備の設置面積の縮小に見ることができる。これに関して、もう１つのさらなる目的は、より単純な水処理システムの提供に見ることができる。１つの特定の目的は、二酸化炭素の導入又は注入を回避することに見ることができる。
【００１８】
さらに別の目的は、給水のマグネシウムイオン濃度を高める方法であって、最終的なマグネシウム濃度のより正確な調整を可能にする方法の提供に見ることができる。
【００１９】
本発明の別の目的は、家庭用給水システム又は給水器で使用され得る水処理方法及び対応する水処理システムを提供することに見ることができる。
【００２０】
最後に、本発明のさらに別の目的は、低マグネシウム濃度の飲料水、脱鉱化水若しくは脱イオン水（たとえば、逆浸透水）又は部分的に再鉱化した水を含むあらゆる種類の給水で使用することができるマグネシウムイオン濃度を高める方法及び対応するシステムを提供することに見ることができる。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前述及び他の問題は、本明細書の独立請求項で規定される主題によって解決され得る。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の第１の態様は、給水のマグネシウムイオン濃度を高める方法であって、
（ａ）給水の入口流ＱＩＮを提供するステップ、及び
（ｂ）上記入口流ＱＩＮを固体床に通して、処理水の出口流ＱＯＵＴを得るステップ
を含む方法において、
ステップ（ｂ）の固体床が、固体粒子の形態のマグネシウムイオン源を含み、上記マグネシウムイオン源が、天然又は合成ハイドロマグネサイトであることを特徴とする、方法に関する。
【００２３】
本出願の発明者らは、驚くべきことに、低マグネシウム含有量の給水の入口流を、固体ハイドロマグネサイト粒子を含む固定床に通すと、マグネシウムの迅速な及び効果的な補充がもたらされることを見出した。本発明の方法は、脱イオン水又は脱鉱化水と（十分な）マグネシウムを含まない鉱化水との両方を鉱化するために使用することができるため、高い柔軟性を提供する。さらに、本発明の方法は、塩化物又は硫酸塩などの望ましくない陰イオンの導入を回避しながら、正確で信頼性の高いマグネシウムの投入を可能にする。本発明の方法により得られる処理水は、たとえばアルカリ度、濁度及び特に鉱物組成に関して、飲料水として十分に適している。
【００２４】
本発明の別の態様は、本発明の方法を実施するための対応する水処理システムに関する。上記システムは、
（ｉ）給水の入口流ＱＩＮを受け取るように構成されたライン、及び
（ｉｉ）上記ラインから給水の入口流ＱＩＮを受け取って、処理水の出口流ＱＯＵＴを得るように構成された固体床
を備え、
固体床が、固体粒子の形態のマグネシウムイオン源を含み、上記マグネシウムイオン源が、天然又は合成ハイドロマグネサイトであることを特徴とする。
【００２５】
したがって、さらに別の態様は、水処理システムで使用することができる流通式カートリッジなどの流通式反応器であって、
（ｉ）給水の入口流ＱＩＮを受け取るように構成された入口、
（ｉｉ）上記入口から給水の入口流ＱＩＮを受け取って、処理水の出口流ＱＯＵＴを得るように構成された固体床、及び
（ｉｉｉ）処理水の出口流ＱＯＵＴを放出するように構成された出口
を含む流通式反応器において、
固体床が、固体粒子の形態のマグネシウムイオン源を含み、上記マグネシウムイオン源が、天然又は合成ハイドロマグネサイトであることを特徴とする、流通式反応器に関する。
【００２６】
本出願を通して使用される以下の用語は、以下に示される意味を有するものとする。
【００２７】
本発明の意味における「給水」とは、本質的に不純物を含まない、好ましくは不純物を含まない、及びマグネシウムイオンを含まないか又は低い濃度でのみ含む任意の種類の水であり得る。より好ましくは、給水は、病原体及び汚れ粒子を本質的に含まないか、又は含まない。非限定的な例には、水道水又は脱イオン水が含まれる。一実施形態において、給水の溶解マグネシウムイオン濃度は、１０ｍｇ／ｌ以下、好ましくは５ｍｇ／ｌ以下、最も好ましくは２ｍｇ／ｌ以下である。
【００２８】
本明細書で使用される「固体床」（「充填床」又は「固定床」と呼ばれることもある）という用語は、水処理の分野の当業者に周知である。典型的に、そのような固体床は、粒子状物質、すなわち固体物理状態にある第１相を表す複数の固体粒子で構成されており、液体又は気体物理状態にある第２相を表す反応物流を通過させるように配置されて、固体床の粒子と反応物流とを接触させる。
【００２９】
本発明による「固体」という用語は、標準周囲温度及び圧力（ＳＡＴＰ）下で固体である物質を指し、標準周囲温度及び圧力とは、２９８．１５Ｋ（２５℃）の温度及び正確に１００ｋＰａの絶対圧力を指す。固体は、粉末、錠剤、顆粒、フレークなどの形態であってもよい。したがって、「液体媒体」という用語は、標準周囲温度及び圧力（ＳＡＴＰ）下で液体である物質を指し、標準周囲温度及び圧力とは、２９８．１５Ｋ（２５℃）の温度及び正確に１００ｋＰａの絶対圧力を指す。
【００３０】
本出願の意味における「微粒子」という用語は、複数の「粒子」から構成される物質を指す。一般に、そのような複数の粒子は、たとえば、その粒径分布によって規定され得る。
【００３１】
本発明の固体床を形成する粒子などの粒子状物質の「粒径」は、本明細書では、一般にｄｘ（ｗｔ）で表される粒径重量分布により説明される。「重量中央粒径」とは、すべての粒子の５０重量％がその粒径よりも小さいことを意味する。重量中央粒径は、ｄ５０（ｗｔ）と表される場合もある。
【００３２】
本出願の意味における「マグネシウムイオン源」は、水と接触するとマグネシウムイオンを放出することができる任意の物質であり得る。適切なマグネシウムイオン源の非限定的な例には、マグネシウム鉱物及びマグネシウム塩が含まれる。
【００３３】
特定の溶質の「溶解限界」とは、所定の溶媒（たとえば水）の飽和溶液又は系内で、好ましくは２０℃及び１００ｋＰａの所定の条件下で溶解状態にある特定の溶質の質量濃度である。水への溶解限界に言及する場合、脱イオン水が好ましい場合がある。
【００３４】
本明細書で言及される総アルカリ度（ＣａＣＯ３）（ＴＡＣと呼ばれることもある）は、水溶液が酸を炭酸塩又は重炭酸塩の当量点に中和する能力の尺度である。アルカリ度は、溶液中の塩基の化学量論的総量に等しく、（ＣａＣＯ３として）ｍｇ／ｌで明記される。アルカリ度は、滴定装置による滴定によって測定することができる。
【００３５】
本明細書で使用される場合、「ランゲリア飽和指数」（ＬＳＩ）とは、水性液体のスケール形成又は腐食性の傾向を表し、正のＬＳＩはスケール形成傾向を示し、負のＬＳＩは腐食性を示す。したがって、平衡したランゲリア飽和指数、すなわちＬＳＩ＝０は、水性液体が化学的平衡にあることを意味する。ＬＳＩは次式：
ＬＳＩ＝ｐＨ−ｐＨＳ
のように計算され、式中、ｐＨは水性系の実際のｐＨ値であり、ｐＨＳはＣａＣＯ３飽和時の水性系のｐＨ値である。ｐＨＳは次式：
ｐＨＳ＝（９．３＋Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）
のように推定することができ、
式中、Ａは水性液体に存在する総溶解固形分（ＴＤＳ）を表す数値表示、Ｂは水性液体のＫ単位の温度を表す数値表示、Ｃは水性液体のカルシウム濃度をｍｇ／ｌ単位のＣａＣＯ３で表す数値表示、Ｄは水性液体のアルカリ度をｍｇ／ｌ単位のＣａＣＯ３で表す数値表示である。パラメータＡ〜Ｄは、次式：
Ａ＝（ｌｏｇ１０（ＴＤＳ）−１）／１０
Ｂ＝−１３．１２×ｌｏｇ１０（Ｔ＋２７３）＋３４．５５
Ｃ＝ｌｏｇ１０［Ｃａ２＋］−０．４
Ｄ＝ｌｏｇ１０（ＴＡＣ）
を使用して測定され、式中、ＴＤＳはｍｇ／ｌ単位の総溶解固形分、Ｔは℃単位の温度、［Ｃａ２＋］はｍｇ／ｌ単位のＣａＣＯ３で表す水性液体のカルシウム濃度、ＴＡＣはｍｇ／ｌ単位のＣａＣＯ３で表す水性液体の総アルカリ度である。
【００３６】
単数名詞を指すときに、不定冠詞又は定冠詞、たとえば「ａ」、「ａｎ」、又は「ｔｈｅ」が使用される場合、これらには、別段の明記がない限り、その名詞の複数形が含まれる。
【００３７】
「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語が、本明細書及び特許請求の範囲で使用される場合、他の要素を除外するものではない。本発明の目的において、「よりなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」という用語は、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語の好ましい実施形態であるとみなされる。以下、ある群が少なくともいくつかの数の実施形態を含むと規定される場合、これはまた、好ましくはこれらの実施形態のみからなる群を開示すると理解されるべきである。
【００３８】
「得られる（ｏｂｔａｉｎａｂｌｅ）」又は「規定できる（ｄｅｆｉｎａｂｌｅ）」及び「得られた（ｏｂｔａｉｎｅｄ）」又は「規定された（ｄｅｆｉｎｅｄ）」のような用語は、互換的に使用される。これは、たとえば、文脈上明確に別の意味でない限り、「得られた」という用語は、たとえば、「得られた」という用語に続く一連のステップによって得られなければならない実施形態を意味するのもではないことを意味するが、そのような限定された理解は、「得られた」又は「規定された」という用語に常によって好ましい実施形態として含まれる。
【００３９】
「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」又は「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語が使用される場合は常に、これらの用語は、上記で規定された「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同等であることが意図される。
【００４０】
微粒子固体担体の本発明の使用の有利な実施形態は、対応する従属請求項に規定されている。
【００４１】
本発明の方法の一実施形態では、給水の溶解マグネシウムイオン濃度は、１０ｍｇ／ｌ以下、好ましくは５ｍｇ／ｌ以下、最も好ましくは２ｍｇ／ｌ以下である。
【００４２】
本発明の方法の別の実施形態では、給水の総アルカリ度（ＣａＣＯ３）は、５〜２００ｍｇ／ｌ、好ましくは１０〜１５０ｍｇ／ｌ、最も好ましくは２０〜１００ｍｇ／ｌである。
【００４３】
さらに別の実施形態では、給水のランゲリア飽和指数（ＬＳＩ）は、−２．０〜１．０、好ましくは−１．０〜０．７、最も好ましくは−０．５〜０．５である。
【００４４】
さらに別の実施形態では、本発明の方法は、給水のｐＨを５．０〜８．５、好ましくは５．５〜８．０、最も好ましくは６．０〜７．５の範囲に調整するステップをさらに含み、上記ｐＨは、好ましくは適切な量の二酸化炭素を入口流ＱＩＮに注入することによって調整される。
【００４５】
さらに別の実施形態では、本発明の方法は、給水の温度を５〜３５℃、好ましくは１０〜３０℃、最も好ましくは１５〜２５℃の範囲に調整するステップをさらに含む。
【００４６】
本発明の方法の別の実施形態では、マグネシウムイオン源は、合成ハイドロマグネサイト、好ましくは沈降ハイドロマグネサイトである。
【００４７】
本発明の方法のさらに別の実施形態では、粒子の重量中央粒径は、０．０５〜２０ｍｍ、好ましくは０．１〜１５ｍｍ、より好ましくは０．１５〜１０ｍｍ、さらにより好ましくは０．２〜２ｍｍ、最も好ましくは０．５〜１．５ｍｍの範囲である。
【００４８】
本発明の方法のさらに別の実施形態では、ステップ（ｂ）における入口流ＱＩＮと固体床との間の接触時間は、
（ｉ）少なくとも０．０５分、好ましくは少なくとも０．１分、より好ましくは少なくとも０．２分、最も好ましくは少なくとも０．２５分、及び／又は
（ｉｉ）１０分未満、好ましくは５分未満、より好ましくは２分未満、最も好ましくは１分未満
である。
【００４９】
本発明の方法のさらに別の実施形態では、ステップ（ｂ）の固体床は、流通式反応器のキャビティによってもたらされ、上記流通式反応器は給水の入口流ＱＩＮを受け取るように構成された入口と、処理水の出口流ＱＯＵＴを放出するように構成された出口とを有し、好ましくは、上記流通式反応器は流通式カートリッジである。
【００５０】
本発明の方法の好ましい実施形態では、マグネシウムイオン源は、合成ハイドロマグネサイト、好ましくは沈降ハイドロマグネサイトであり、粒子の重量中央粒径は、０．５〜１．５ｍｍの範囲であり、ステップ（ｂ）における流ＱＩＮと固体床との間の接触時間は、少なくとも０．０５分〜１分未満である。
【００５１】
別の実施形態では、本発明の方法は、処理水の出口流ＱＯＵＴのｐＨを、好ましくは４．５〜９．５、好ましくは６．５〜８．５、最も好ましくは６．８〜７．５の範囲に調整するステップをさらに含む。
【００５２】
本発明の水処理システムの一実施形態では、マグネシウムイオン源は、合成ハイドロマグネサイト、好ましくは沈降ハイドロマグネサイトである。
【００５３】
本発明の水処理システムの別の実施形態では、粒子の重量中央粒径は、０．０５〜２０ｍｍ、好ましくは０．１〜１５ｍｍ、より好ましくは０．１５〜１０ｍｍ、さらにより好ましくは０．２〜２ｍｍ、最も好ましくは０．５〜１．５ｍｍの範囲である。
【００５４】
本発明の水処理システムのさらに別の実施形態では、固体床は、流通式反応器のキャビティによってもたらされ、上記流通式反応器は給水の入口流ＱＩＮを受け取るように構成された入口と、処理水の出口流ＱＯＵＴを放出するように構成された出口とを有し、好ましくは、上記流通式反応器は流通式カートリッジである。
【００５５】
本発明の流通式反応器の一実施形態では、マグネシウムイオン源は、合成ハイドロマグネサイト、好ましくは沈降ハイドロマグネサイトである。
【００５６】
本発明の流通式反応器の別の実施形態では、粒子の重量中央粒径は、０．０５〜２０ｍｍ、好ましくは０．１〜１５ｍｍ、より好ましくは０．１５〜１０ｍｍ、さらにより好ましくは０．２〜２ｍｍ、最も好ましくは０．５〜１．５ｍｍの範囲である。
【００５７】
本発明の流通式反応器のさらに別の実施形態では、固体床は、上記流通式反応器のキャビティによってもたらされる。
【００５８】
本発明の流通式反応器のさらに別の実施形態では、流通式反応器は流通式カートリッジである。
【００５９】
以下において、本発明の方法の詳細及び好ましい実施形態が開示される。これらの詳細及び実施形態は、本発明の水処理システム同様に本発明の流通式反応器にも当てはまり、該当する場合、その逆も当てはまることを理解されたい。
【００６０】
（Ａ）給水の提供
本発明による方法のステップ（ａ）において、給水の入口流ＱＩＮが提供される。
【００６１】
一般に、給水は、本質的に不純物を含まない、好ましくは不純物を含まない、及びマグネシウムイオンを含まないか又は低い濃度でのみ含む任意の種類の水であり得る。より好ましくは、給水は、病原体及び汚れ粒子を本質的に含まないか、又は含まない。
【００６２】
一実施形態において、給水の溶解マグネシウムイオン濃度は、１０ｍｇ／ｌ以下、好ましくは５ｍｇ／ｌ以下、最も好ましくは２ｍｇ／ｌ以下である。
【００６３】
例示的な実施形態では、給水は、病原体及び汚れ粒子を本質的に含まない、好ましくは含まない、溶解マグネシウムイオンの濃度が１０ｍｇ／ｌ以下、好ましくは５ｍｇ／ｌ以下、最も好ましくは２ｍｇ／ｌ以下の水である。
【００６４】
本発明の方法は、特定の供給源からの水に限定されないため、低マグネシウム濃度の飲料水、脱鉱化水若しくは脱イオン水（たとえば、逆浸透水）又は部分的に再鉱化した水を処理するために使用することができる。
【００６５】
導電率は、水の鉱化の指標として使用することができる。水の純度が高いほど、導電率は低くなる。導電率は、導電率計で測定することができ、μＳ／ｍで示される。
【００６６】
一実施形態では、給水は、脱鉱化水又は脱イオン水、好ましくは逆浸透水（ＲＯ水）である。
【００６７】
しかしながら、本発明の方法は、マグネシウムを含まないか、又はマグネシウムをほとんど含まない他の種類の水にも適用することができる。特に、本方法は、天然源（たとえば、地表淡水又は地下水）からの飲料水、脱鉱化水や脱イオン水などの精製水の再鉱化によって得られる飲料水を含む飲料水にマグネシウムを補充するために使用することができる。
【００６８】
ほとんどの再鉱化方法は、脱鉱化水又は脱イオン水へのカルシウムの補充に関係するものであり、既存の従来技術は、マグネシウムの補充にはあまり関係はないが、飲料水としての使用にすでに適している水へのマグネシウムの補充は言うまでもない。
【００６９】
本出願の発明者らは、驚くべきことに、この種類の水が、たとえば総アルカリ度に関して安定化された系とみなされる可能性があり、塩化物や硫酸塩などの望ましくない陰イオンの導入を回避するために、難溶性のマグネシウム源が使用されるにも関わらず本発明の方法により、（事前）鉱化水へのマグネシウムの補充が可能になることを見出した。
【００７０】
したがって、本発明の一実施形態では、給水は、脱鉱化水又は脱イオン水をカルシウムで再鉱化することにより得られる。
【００７１】
したがって、別の実施形態では、給水の総アルカリ度（ＣａＣＯ３）は、５〜２００ｍｇ／ｌ、好ましくは１０〜１５０ｍｇ／ｌ、最も好ましくは２０〜１００ｍｇ／ｌであり得る。
【００７２】
本発明の方法が安定化された水性系を処理するために使用される場合、給水のランゲリア飽和指数（ＬＳＩ）は、−２．０〜１．０、好ましくは−１．０〜０．７、最も好ましくは−０．５〜０．５であり得る。
【００７３】
また、本発明の方法は、上記給水が特定の濃度の二酸化炭素を含むか、全く含まないかに関係なく、あらゆる種類の給水に適用可能であることがわかった。ここで言及される二酸化炭素の量又は濃度は、ＤＧｉ１１１−ＳＣ  ｐＨ電極（Ｍｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ社製）を使用した水酸化ナトリウムによる滴定によって測定される二酸化炭素の濃度として理解される。当業者は、この滴定方法が物理的に溶解した二酸化炭素の濃度を測定するのに適していることを理解するであろう。
【００７４】
したがって、一実施形態では、本発明の方法のステップ（ａ）で提供される給水の二酸化炭素濃度は、５０ｍｇ／ｌ未満、好ましくは２０ｍｇ／ｌ未満、さらにより好ましくは１０ｍｇ／ｌ未満、好ましくは５ｍｇ／ｌ未満、最も好ましくは０．１〜２ｍｇ／ｌの範囲であり得る。
【００７５】
（Ｂ）固体床反応と処理水
本発明の方法のステップ（ｂ）では、給水流ＱＩＮを固体床に通して処理水の出口流ＱＯＵＴを得る。
【００７６】
本発明による方法で使用される固体床は、マグネシウムイオン源として作用する固体ハイドロマグネサイト粒子を含む。固体物理状態にある第１相を表す上記固体床を通過すると、液体物理状態にある第２相を表す入口流ＱＩＮは、ハイドロマグネサイト粒子と相互作用し、マグネシウムイオンが給水中に放出及び溶解されて、マグネシウムイオン濃度が高められた処理水の出口流ＱＯＵＴが形成される。
【００７７】
本発明のマグネシウムイオン源は、ハイドロマグネサイトであり、これには天然ハイドロマグネサイトと合成ハイドロマグネサイトとの両方が含まれる。本明細書で使用される場合、「合成ハイドロマグネサイト」という用語は、天然鉱物の変換によって得られるハイドロマグネサイトと、化学沈降法によって得られるハイドロマグネサイトとの両方を指し、後者が好ましい実施形態であり得る。
【００７８】
塩化マグネシウム又は硫酸マグネシウムなどの高水溶性のマグネシウム塩とは異なり、水への溶解限界が１０ｇ／ｌ以下の、ハイドロマグネサイトなどの固体材料が、本発明の目的に特に適している。ハイドロマグネサイトは、本発明の方法の条件下で均一な及び制御された溶解を示すことが証明されており、それにより、給水流ＱＩＮへのＭｇ２＋の均一な及び制御された投入を可能にする。
【００７９】
一実施形態では、天然又は合成ハイドロマグネサイトの水への溶解限界は、いずれも２０℃及び１００ｋＰａで測定して、５ｇ／ｌ以下、好ましくは２ｇ／ｌ以下、より好ましくは１ｇ／ｌ以下、さらにより好ましくは０．５ｇ／ｌ以下、最も好ましくは０．２ｇ／ｌ以下である。
【００８０】
本発明の特定の実施形態では、マグネシウムイオン源は、合成ハイドロマグネサイトであり、上記合成ハイドロマグネサイトの水への溶解限界は、いずれも２０℃及び１００ｋＰａで測定して、５ｇ／ｌ以下、好ましくは２ｇ／ｌ以下、より好ましくは１ｇ／ｌ以下、さらにより好ましくは０．５ｇ／ｌ以下、最も好ましくは０．２ｇ／ｌ以下である。
【００８１】
合成ハイドロマグネサイトの調製は、たとえば、本出願人に譲渡されたＷＯ２０１１／０５４８３１Ａ１に開示されており、参照により本明細書に組み込まれる。
【００８２】
上記合成又は沈降ハイドロマグネサイトは、
（ａ）少なくとも１つの酸化マグネシウム源を提供するステップ、
（ｂ）二酸化炭素ガス及び／又は炭酸塩含有陰イオンを提供するステップ、
（ｃ）ステップ（ａ）の上記酸化マグネシウム源を消和して、酸化マグネシウムを少なくとも部分的に水酸化マグネシウムに変換するステップ、
（ｄ）ステップ（ｃ）で得られた水酸化マグネシウムと、ステップ（ｂ）の上記二酸化炭素ガス及び／又は炭酸塩含有陰イオンとを接触させて、水酸化マグネシウムを少なくとも部分的に沈降ネスケホナイトに変換するステップ、及び
（ｅ）ステップ（ｄ）で得られた沈降ネスケホナイトを熱老化ステップで処理するステップ
を含む方法により水性環境で調製することができる。
【００８３】
以下の例示的な例は、白ドロマイトの焼成及び消和によるハイドロマグネサイトの調製に関する。白ドロマイト岩を粉砕して、１０〜５０ｍｍの粒径とし、１０５０℃で６０分間、ロータリーキルンで焼成する。得られた焼成ドロマイト（ＣａＯ・ＭｇＯ）をボールミルで粉砕して、中央粒径が約４０μｍの粉末を得る（ＣＩＬＡＳレーザ回折法）。続いて、撹拌反応器内の５０℃の水道水１０００リットルに添加することにより、上記焼成ドロマイト２００ｋｇを消和する。焼成したドロマイトを連続撹拌下で３０分間消和し、得られた懸濁液を水で希釈して約８重量％固形分に調整する。炭酸化は、気体供給撹拌機、二酸化炭素／空気気体流をインペラに送るステンレス鋼炭酸化管並びに懸濁液のｐＨ及び導電率を監視するプローブを備えた１８００ｌのバッフル付き円筒状ステンレス鋼反応器内で行う。消和ステップで得られた懸濁液１８００ｌを１２℃の温度に調整し、炭酸化反応器に添加する。次に、空気中２６体積％の二酸化炭素の気体混合物を、２４０ｒｐｍのスラリー撹拌下で２００ｍ３／ｈの速度でスラリーに吹き込む。炭酸化中、発熱反応で発生した熱により、反応混合物の温度が上昇する。８５分後、気体の導入を停止する。次に、懸濁液を加圧容器に移し、約１３０°Ｃで３０分間加熱する。得られた合成ハイドロマグネサイトを水性スラリーとして回収する。
【００８４】
本発明者らは、本方法のステップ（ｂ）において、固体粒子の粒径を使用して、ＱＩＮとマグネシウムイオン源との間の反応速度を制御することができることを見出した。
【００８５】
一方、当該技術分野で知られている任意の粉砕方法を使用して、たとえばグラインドにより、上記固体粒子の粒径を小さくすることができる。任意選択的に、固体粒子は、本発明の固体床で使用する前に、たとえばサイクロン又は分級機によるスクリーニング及び／又は分別などのさらなる処理を実施してもよい。一方、粒径を大きくすることが望ましい場合（たとえば、微粉末の場合）、粒径を大きくするために、任意の既知の造粒技術を使用してもよい。
【００８６】
迅速な及び制御されたマグネシウムの補充を保証するために、本発明の一実施形態では、固体床で使用される粒子の重量中央粒径は、０．０５〜２０ｍｍ、好ましくは０．１〜１５ｍｍ、より好ましくは０．１５〜１０ｍｍ、さらにより好ましくは０．２〜２ｍｍ、最も好ましくは０．５〜１．５ｍｍ又は０．３〜１．２ｍｍの範囲である。特に好ましい実施形態では、固体粒子の重量中央粒径は、約０．５ｍｍである。
【００８７】
当業者であれば、ステップ（ｂ）におけるＱＩＮとマグネシウムイオン源との間の前述の反応速度が、処理水流ＱＯＵＴ中のマグネシウムの最終的な濃度に影響を及ぼし得ることが認識されよう。上記のマグネシウムの最終濃度を制御するための別のパラメータは、ステップ（ｂ）におけるＱＩＮとマグネシウムイオン源との間の接触時間、すなわち固体床におけるＱＩＮの接触時間である。経済的及び実用的な理由から、短い接触時間が好ましい場合があるが、処理水中のマグネシウムイオンの特定の濃度を確保するには、より長い接触時間が有利であり得る。
【００８８】
したがって、一実施形態では、ステップ（ｂ）における流ＱＩＮと固体床との間の接触時間は、
（ｉ）少なくとも０．０５分、好ましくは少なくとも０．１分、より好ましくは少なくとも０．２分、最も好ましくは少なくとも０．２５分、及び／又は
（ｉｉ）１０分未満、好ましくは５分未満、より好ましくは２分未満、最も好ましくは１分未満
である。
【００８９】
本発明の特に好ましい実施形態では、接触時間は、少なくとも０．０５分〜２分未満であり、さらにより好ましくは０．１分〜１分の範囲である。
【００９０】
流ＱＩＮと固体床との間の接触時間は、たとえば、流量を増加若しくは減少させることにより、又は固体床の寸法（たとえば長さ）を適合させることにより制御することができる。
【００９１】
本発明の例示的な実施形態では、マグネシウムイオン源は、合成ハイドロマグネサイト、好ましくは沈降ハイドロマグネサイトであり、粒子の重量中央粒径は、０．５〜１．５ｍｍの範囲であり、ステップ（ｂ）における流ＱＩＮと固体床との間の接触時間は、少なくとも０．０５分〜２分未満、好ましくは０．１〜１分の範囲である。
【００９２】
本発明の方法で使用される給水の種類とは関係なく、出口流ＱＯＵＴとして固体床から放出される処理水は、マグネシウムイオン濃度が高められた水である。通常、処理水は、飲料水としての使用に十分なほど鉱化されている。
【００９３】
一実施形態では、処理水の出口流ＱＯＵＴの溶解マグネシウムイオン濃度は、２ｍｇ／ｌより高い、好ましくは５ｍｇ／ｌより高い、最も好ましくは１０ｍｇ／ｌより高い。好ましい実施形態では、マグネシウム濃度は、少なくとも１５ｍｇ／ｌ、たとえば１５〜１５０ｍｇ／ｌである。
【００９４】
処理水の総アルカリ度（ＣａＣＯ３）は、１〜５００ｍｇ／ｌ、好ましくは５〜２００ｍｇ／ｌ、より好ましくは１０〜１５０ｍｇ／ｌ、最も好ましくは２０〜１００ｍｇ／ｌであり得る。
【００９５】
本発明者らは、驚くべきことに、本方法により、濁度の低い（飲料）水の提供が可能になることも見出した。本発明の意味における「濁度」という用語は、一般に肉眼では見えない個々の粒子（懸濁固体）によって引き起こされる流体の濁り又は曇りを表す。濁度の測定は、重要な水質試験であり、比濁計を用いて実施することができる。本発明で使用される較正された比濁計の濁度の単位は、比濁計濁度単位（ＮＴＵ）として定められる。本発明の一実施形態では、処理水の出口流ＱＯＵＴの濁度は、５．０ＮＴＵ未満、好ましくは２．０ＮＴＵ未満、より好ましくは１．０ＮＴＵ未満、最も好ましくは０．０５〜０．５ＮＴＵである。
【００９６】
いくつかの実施形態では、本発明の処理水はまた、総イオン濃度を示す特定の導電率によって特徴付けられる。たとえば、導電率は、５０〜１０００μＳ／ｃｍ、好ましくは８０〜５００μＳ／ｃｍ、最も好ましくは１５０〜４５０μＳ／ｃｍの範囲であり得る。
【００９７】
（Ｃ）任意選択的な方法ステップ
基本的に、方法のステップ（ｂ）で得られた処理水のＱＯＵＴは、たとえば飲料水としてすぐに使用することができる。
【００９８】
しかしながら、本発明の方法を、意図する用途及び特定の要件に応じて、さらなる任意の処理ステップと組み合わせることが可能である。
【００９９】
ろ過は必須の要件ではないが、処理水のＱＯＵＴをろ過ユニットに送り、残留固形物や他の望ましくない不純物を除去することができる。したがって、一実施形態では、本発明の方法は、処理水の出口流ＱＯＵＴをろ過ステップに供するステップをさらに含む。
【０１００】
同様に、処理水の出口流ＱＯＵＴのｐＨは、特定の必要に応じて調整することができる。したがって、一実施形態では、本発明の方法は、ステップ（ｂ）で得られた処理水のｐＨを調整するステップをさらに含む。好ましい実施形態では、本方法は、ステップ（ｂ）で得られた処理水のｐＨを、６．５〜９．５、好ましくは７．０〜９．０、最も好ましくは７．５〜８．５の範囲に調整するステップをさらに含む。
【０１０１】
ステップ（ｂ）におけるＱＩＮとマグネシウムイオン源との間の反応速度を制御又は修正（たとえば増加）するために、本発明は、ステップ（ｂ）で給水の入口流ＱＩＮを固体床に通す前に、上記流ＱＩＮ中の二酸化炭素濃度を増加させるステップをさらに含むことができる。
【０１０２】
本出願で言及する「二酸化炭素の濃度」とは、ＤＧｉ１１１−ＳＣ  ｐＨ電極（Ｍｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ社製）を使用した水酸化ナトリウムによる滴定によって測定される二酸化炭素の濃度を指すことが意図される。
【０１０３】
二酸化炭素濃度の上昇は、給水の入口流ＱＩＮが特定の濃度の二酸化炭素を含むことを示唆すると理解されるべきではない。実際、給水には二酸化炭素が含まれていない場合があり、たとえば、二酸化炭素濃度は、０〜５ｍｇ／ｌ未満の範囲であり得る。
【０１０４】
一般に、給水の入口流ＱＩＮ中の二酸化炭素の濃度を高める任意の方法を使用することができる。適切な方法には、限定されないが、給水の入口流ＱＩＮへの二酸化炭素ガスの注入又は給水の入口流ＱＩＮを酸性陽イオン交換体と接触させることが含まれる。
【０１０５】
したがって、一実施形態では、二酸化炭素の濃度は、ステップ（ｂ）の前に、二酸化炭素ガスを入口流ＱＩＮに注入することにより、又は給水の入口流ＱＩＮを酸性陽イオン交換体と接触させることにより高められる。
【０１０６】
二酸化炭素ガスの注入は、あらゆる種類の給水の二酸化炭素濃度を高めるのに適しているが、酸性陽イオン交換体の使用は、以下の特定のアルカリ度を示す給水で最適に機能する。
【０１０７】
Ｍ＋ＨＣＯ３−→Ｈ＋ＨＣＯ３−⇔Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２
【０１０８】
前述の式からわかるように、陽イオン交換体の官能基に結合したプロトン（Ｈ＋）と、樹脂に対する親和性が高い水中の陽イオン（Ｍ＋）（たとえばカルシウムイオン）との交換によって、水中のアルカリ度の存在により、給水のｐＨが低下し、炭酸の量が増加する。
【０１０９】
したがって、好ましい実施形態では、二酸化炭素の濃度は、ステップ（ｂ）の前に、給水の入口流ＱＩＮを弱酸性陽イオン交換体と接触させることにより高めることができ、給水の総アルカリ度（ＣａＣＯ３）は、５〜２００ｍｇ／ｌ、好ましくは１０〜１５０ｍｇ／ｌ、最も好ましくは２０〜１００ｍｇ／ｌである。
【０１１０】
通常、弱酸性陽イオン交換体は、官能単位としてカルボン酸基を有する。通常、強酸性陽イオン交換体は、スルホン酸基を有する。本発明の好ましい実施形態では、酸性陽イオン交換体は、弱酸性陽イオン交換体である。そのようなイオン交換体は、当業者に周知である。
【０１１１】
特に好ましい実施形態では、二酸化炭素の濃度は、ステップ（ｂ）の前に、二酸化炭素ガスを入口流ＱＩＮに注入することにより高めることができる。この変形形態は、未処理水（たとえば、地表淡水又は地下水）、脱鉱化水若しくは脱イオン水又は再鉱化水を含む、考えられるあらゆる種類の給水の二酸化炭素濃度を高めるのに適している。二酸化炭素を注入するための方法及び装置は、一般に、当業者に知られている。
【０１１２】
二酸化炭素ガスは、貯留タンク（たとえば、ガスボンベ）から得ることができ、貯留タンク内では液相に保持される。二酸化炭素の消費率及び環境に応じて、低温タンク又は従来の断熱タンクを使用することができる。液体二酸化炭素の二酸化炭素ガスへの変換は、空気加熱式気化器、又は電気式又は蒸気式の気化システムを使用して行うことができる。必要に応じて、たとえば減圧バルブを使用することにより、注入ステップの前に二酸化炭素ガスの圧力を下げることができる。圧縮空気／二酸化炭素混合物も使用することができる。
【０１１３】
本発明は家庭用設備で特に有用であるため、二酸化炭素ガスは、圧縮二酸化炭素ガスを収容する缶などの圧力タンクによって提供されることが好ましい。
【０１１４】
二酸化炭素ガスは、制御された速度で給水の入口流ＱＩＮに注入され、流れの中に二酸化炭素の気泡を分散させて、気泡を流れの中に溶解させることができる。たとえば、給水への二酸化炭素の溶解は、二酸化炭素を入口流ＱＩＮの乱流領域に注入することにより促進することができ、この乱流は、パイプラインの狭窄によって生成され得る。たとえば、パイプラインに設置されたベンチュリノズルの喉部に二酸化炭素を導入することができる。ベンチュリノズルの喉部でパイプラインの断面積が狭くなると、二酸化炭素を比較的小さな気泡に分解するのに十分なエネルギーの乱流が発生し、溶解が促進される。
【０１１５】
一実施形態では、二酸化炭素は、加圧下で給水の入口流ＱＩＮに注入される。本発明の別の実施形態によれば、給水への二酸化炭素の溶解は、スタティックミキサ又は多孔質金属スパージャなどのスパージャによって促進される。
【０１１６】
流量制御バルブ又は他の手段を使用して、入口流ＱＩＮへの二酸化炭素の注入速度を制御してもよい。たとえば、二酸化炭素流の流量を制御するために、二酸化炭素投入遮断装置及び二酸化炭素インライン測定装置を使用してもよい。したがって、二酸化炭素の流量を使用して、二酸化炭素含有流ＱＣＯ２の最終的な二酸化炭素濃度又はｐＨなどの他のパラメータを制御することができる。
【０１１７】
後続の方法ステップ（ｂ）でマグネシウムを迅速に及び効果的に補充するために、流ＱＩＮの二酸化炭素含有量を特定の濃度に調整することができる。二酸化炭素ガスを注入する場合、当業者には、二酸化炭素の濃度が上記のように二酸化炭素の圧力及び流量を調整することにより調整され得ることが理解されよう。酸性陽イオン交換体を使用する場合、二酸化炭素の濃度は、たとえば、給水の入口流ＱＩＮとイオン交換装置との間の接触時間により調整することができ、この接触時間は、たとえば流量及びイオン交換塔の長さに依存し得る。
【０１１８】
二酸化炭素の濃度を高めるために使用される方法とは関係なく、給水流ＱＩＮの二酸化炭素濃度は、５〜５００ｍｇ／ｌ、好ましくは１０〜２００ｍｇ／ｌ、最も好ましくは２０〜１００ｍｇ／ｌの濃度に調整することができる。好ましくは、二酸化炭素ガスの注入を使用して、給水流ＱＩＮ中の二酸化炭素の濃度を調整する。
【０１１９】
ｐＨ値は、本発明の方法のステップ（ｂ）でＱＩＮとマグネシウムイオン源との間の反応速度を制御するために使用することもできる。したがって、一実施形態において、給水流ＱＩＮのｐＨは、５．０〜８．５、好ましくは５．５〜８．０、最も好ましくは６．０〜７．５の範囲に調整される。好ましい実施形態では、上記ｐＨは、上記のように適切な量の二酸化炭素を入口流ＱＩＮに注入することにより調整される。
【０１２０】
同様に、温度は、ステップ（ｂ）でＱＩＮとマグネシウムイオン源との間の反応速度を制御するために使用することができる。したがって、本発明の方法の別の実施形態では、給水流ＱＩＮの温度は、５〜３５℃、好ましくは１０〜３０℃、最も好ましくは１５〜２５℃の範囲に調整される。
【０１２１】
（Ｄ）水処理システムと流通式反応器
給水のマグネシウムイオン濃度を高める本発明による方法は、対応する水処理システムによって、又は対応する流通式反応器の使用によって実行することができる。
【０１２２】
したがって、本発明の別の態様は、水処理システムであって、
（ｉ）給水の入口流ＱＩＮを受け取るように構成された入口、
（ｉｉ）上記入口から給水の入口流ＱＩＮを受け取って、処理水の出口流ＱＯＵＴを得るように構成された固体床、及び
（ｉｉｉ）処理水の出口流ＱＯＵＴを放出するように構成された出口
を含む水処理システムにおいて、
固体床が、固体粒子の形態のマグネシウムイオン源を含み、上記マグネシウムイオン源が、天然又は合成ハイドロマグネサイトであることを特徴とする、水処理システムに関する。
【０１２３】
給水の入口流ＱＩＮを受け取るように構成されたラインは、給水と適合性のある任意の材料で作製することができる。たとえば、上記ラインには、金属製パイプ又はプラスチック製パイプが含まれ得る。上記ラインはさらに、ラインを外部給水供給器、たとえば飲料水供給器又は浄水器の出口に接続するためのコネクタを備えてもよい。ラインは、たとえば固体床を接続するための、又は任意選択的に前処理装置を設置するための、接続用の追加のコネクタを備えてもよい。
【０１２４】
一実施形態では、本発明の水処理は、固体床の上流の上記ラインに接続された前処理装置をさらに備え、上記前処理装置は、上記給水の入口流ＱＩＮ中の二酸化炭素の濃度を高めるように構成されている。
【０１２５】
すでに上記で説明したように、さまざまな方法及び対応する装置を使用して、二酸化炭素濃度を高めることができる。適切な方法には、限定されないが、二酸化炭素ガスの注入又は給水の入口流ＱＩＮを酸性陽イオン交換体、好ましくは弱酸性陽イオン交換体と接触させることが含まれる。
【０１２６】
したがって、一実施形態では、上記ラインに接続された前処理装置は、
（ｉ）二酸化炭素ガスを上記入口流ＱＩＮに注入するように構成された注入装置、又は
（ｉｉ）給水の入口流ＱＩＮを受け取るように構成された、酸性陽イオン交換体、好ましくは弱酸性陽イオン交換体
である。
【０１２７】
好ましくは、上記ラインに接続された前処理装置は、二酸化炭素ガスを上記入口流ＱＩＮに注入するように構成された注入装置である。本発明の使用に適した二酸化炭素注入装置に関する詳細及び実施形態は上述されており、したがって本発明の水処理システムに適用される。
【０１２８】
次に、入口流ＱＩＮは、固体床に送られる。該当する場合、固体床は、前処理装置の下流に配置される。いずれの場合でも、固体床は、給水の入口流ＱＩＮを受け取るように構成されている。
【０１２９】
本発明で使用される固体床は、入口流ＱＩＮを通過させ、固体粒子と相互作用させて、マグネシウムイオンが上記固体粒子の溶解時に放出されるようにする任意の考えられる構造を有することができる。粒子状物質、特により大きい粒子の流出を防ぐことも望まれ得る。この目的のために、一実施形態では、固体床は、固体床の下流端に保持装置をさらに備え、好ましい保持装置は、スクリーン又は透水性膜である。
【０１３０】
本発明によれば、固体床は、流通式反応器のキャビティによってもたらされ、上記流通式反応器は給水流ＱＩＮを受け取るように構成された入口と、処理水の出口流ＱＯＵＴを放出するように構成された出口とを有し、好ましくは、上記流通式反応器は流通式カートリッジである。
【０１３１】
したがって、本発明のさらに別の態様は、給水のマグネシウムイオン濃度を高める水処理システムで使用するための流通式反応器、好ましくは流通式カートリッジであって、上記流通式反応器は、
（ｉ）給水の入口流ＱＩＮを受け取るように構成されたライン、及び
（ｉｉ）上記ラインから給水の入口流ＱＩＮを受け取って、処理水の出口流ＱＯＵＴを得るように構成された固体床
を含む流通式反応器において、
固体床が、固体粒子の形態のマグネシウムイオン源を含み、上記マグネシウムイオン源が、天然又は合成ハイドロマグネサイトであることを特徴とする、流通式反応器に関する。
【０１３２】
流通式カートリッジは、固体床を形成する固体粒子の形態のマグネシウムイオン源を含むキャビティを備えるように構成された密閉容器であってもよく、上記カートリッジは、給水の入口流ＱＩＮを受け取る入口と、処理水の出口流ＱＯＵＴを放出するように構成された出口とを有する。
【０１３３】
さらなる実施形態において、流通式反応器又は流通式カートリッジは、反応器の出口に保持装置、好ましくはスクリーン又は透水性膜を備える。
【０１３４】
流通式反応器又は流通式カートリッジは、反応器又はカートリッジの入口に取り付けられたコネクタによって、該当する場合は前処理装置の下流の、給水の入口流ＱＩＮを受け取るラインに接続されている。別のコネクタを出口の下流端に取り付けてもよい。これにより、たとえば家庭用給水システム又は移動式水処理施設のパイプラインシステムに設置した場合、流通式反応器又は流通式カートリッジの簡単な交換を可能にすることができる。
【０１３５】
したがって、給水の入口流ＱＩＮ及び固体床に関して上記で開示された詳細及び実施形態は、本発明の水処理システム及び流通式反応器又は流通式カートリッジに適用されることに留意されたい。
【０１３６】
たとえば、本水処理システム及び流通式反応器のいくつかの実施形態では、マグネシウムイオン源は、合成ハイドロマグネサイト、好ましくは沈降ハイドロマグネサイトである。
【０１３７】
水処理システム及び流通式反応器の他の実施形態では、固体床の粒子の重量中央粒径は、０．０５〜２０ｍｍ、好ましくは０．１〜１５ｍｍ、より好ましくは０．１５〜１０ｍｍ、さらにより好ましくは０．２〜２ｍｍ、最も好ましくは０．５〜１．５ｍｍの範囲である。
【０１３８】
水処理システム及び流通式反応器の他の実施形態では、水への溶解限界は、いずれも２０℃及び１００ｋＰａで測定して、５ｇ／ｌ以下、好ましくは２ｇ／ｌ以下、より好ましくは１ｇ／ｌ以下、さらにより好ましくは０．５ｇ／ｌ、最も好ましくは０．２ｇ／ｌ以下である。
【０１３９】
本水処理システム及び流通式反応器の例示的な実施形態では、マグネシウムイオン源は、合成ハイドロマグネサイト、好ましくは沈降ハイドロマグネサイトであり、粒子の重量中央粒径は、０．５〜１．５ｍｍの範囲であり、ステップ（ｂ）における流ＱＩＮと固体床との間の接触時間は、少なくとも０．０５分〜２分未満、好ましくは０．１分〜１分の範囲である。
【実施例】
【０１４０】
本発明の範囲及び関心は、本発明の実施形態を例示することを意図した以下の実施例に基づいてよりよく理解することができる。
【０１４１】
（Ａ）分析方法
本出願を通して規定され、以下の実施例で言及されるすべてのパラメータは、以下の測定方法に基づく。
【０１４２】
金属イオン濃度（たとえば、Ｃａ２＋又はＭｇ２＋）
マグネシウム及びカルシウムイオン濃度を含む本出願で示される金属イオン濃度は、Ｍｅｔｒｏｈｍ社製８８２  Ｃｏｍｐａｃｔ  ＩＣ  ｐｌｕｓ機器を使用したイオンクロマトグラフィーによって測定した。すべてのサンプルは、分析前にろ過（ＲＣ、０．２０μｍ）した。
【０１４３】
二酸化炭素濃度
水に溶解した二酸化炭素の濃度は、滴定液である水酸化ナトリウム標準水溶液とＤＧｉ１１１−ＳＣ  ｐＨ電極（Ｍｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ社製）とを使用した滴定によって測定した。
【０１４４】
粒径分布
固体粒子の重量中央粒径を測定するために、ＩＳＯ  ３３１０−１：２０００（Ｅ）規格に準拠した分別篩を使用した。
【０１４５】
導電率
導電率は、Ｍｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ（スイス）社製のＩｎＬａｂ  ７４１プローブを備えたＭｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ（スイス）社製のＳｅｖｅｎＭｕｌｔｉ  ｐＨメーターを使用して測定した。
【０１４６】
総アルカリ度（ＣａＣＯ３）
対応するＬａｂＸ  Ｌｉｇｈｔ滴定ソフトウェアを使用して、Ｍｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ社製のＴ７０滴定装置で総アルカリ度を測定した。対応するアプリケーションパンフレット３７（水分析）のＭｅｔｔｌｅｒ−ＴｏｌｅｄｏメソッドＭ４１５に従って、この滴定にＤＧｉ１１１−ＳＧ  ｐＨ電極を使用した。ｐＨ電極の較正は、Ｍｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ社のｐＨ標準（ｐＨ  ４．０１、７．００及び９．２１）を使用して実施した。
【０１４７】
濁度
濁度は、Ｈａｃｈ  Ｌａｎｇｅ社製の２１００ＡＮ  ＩＳ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ濁度計で測定した。０．１、２０、２００、１０００、４０００及び７５００ＮＴＵ未満のＳｔａｂＣａｌ濁度標準（ホルマジン）を使用して較正を実施した。
【０１４８】
溶解限界
溶解限界は、当業者に知られている振とうフラスコ法により測定する。この方法では、過剰な化合物（たとえば、マグネシウムイオン源）を溶媒（たとえば、水、好ましくは脱イオン水）に加え、２０°Ｃ、１００ｋＰａの周囲圧力で少なくとも２４時間振とうする。飽和は、未溶解物質の存在を観察することにより確認する。スラリーのろ過後、規定された体積の溶液サンプルを分析のために採取する。溶解中に使用する条件（２０°Ｃ、１００ｋＰａ）でろ過を行い、揮発性成分の損失を最小限に抑える。次に、サンプルの溶媒を蒸発させ、溶媒の蒸発後の残留化合物の質量とサンプル体積とに基づいて、溶解した化合物の質量濃度を測定した。
【０１４９】
多くの場合、有効成分の溶解限界は、一般に当業者に知られている公共のデータベースで入手することができる。相違又は不一致がある場合、上記の方法に従って測定された溶解限界が好ましいものとする。
【０１５０】
（Ｂ）実施例
以下の実施例は、いかなる方法でも特許請求の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【０１５１】
機器
以下の機器を試験で使用した。
【０１５２】
１．接触器システム
・カラム内のフィルタ材料の交換を可能にする、バレルユニオンエンドコネクタを備えた、ＤＮ８０透明ＰＶＣで構成された接触器カラム
・必要な流量で給水を供給する可変速度制御付きポンプ
・二酸化炭素を給水に溶解する二酸化炭素投入スパージャ
・オンライン流量計による流量測定
・レートチューブ及びニードルバルブによるカラムへの流量制御
・カラムの入口及び出口のｐＨ、濁度及び導電率のオンライン測定
【０１５３】
２．以下よりなる二酸化炭素投入システム（これらの試験では使用しない）
・二酸化炭素ボトル
・ボトルからの圧力を５０ｂａｒ〜５ｂａｒに下げる圧力調整器
・二酸化炭素の投入を調整及び測定するための質量流量計及び制御バルブ
・カラムへのフィード配管の溶解スパージャへの投入接続
【０１５４】
手順
次の手順を使用して、試験を実施した。
【０１５５】
１．接触器カラムには、以下に示すようにマグネシウムイオン源を充填した（層高約２００ｍｍまで充填）。
【０１５６】
２．逆浸透で処理された後、方解石接触器を使用して安定化された水を、給水ＱＩＮとして使用し、接触器カラムを通して汲み上げた（給水の鉱物組成及び品質は以下に示す）。
【０１５７】
３．出口流ＱＯＵＴから分析用のサンプルを採取する前に、カラムをコンディショニングするために、少なくとも２回のＥＢＣＴ（空筒接触時間）の間、カラムに給水を流した。
【０１５８】
４．さまざまな流量で試験を実施し、接触時間の影響を比較した。
【０１５９】
材料
以下のマグネシウム鉱物を、試験中のマグネシウムイオン源として試験した。
【０１６０】
【表１】
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ＰＨＭ＝沈降ハイドロマグネサイト
【０１６１】
ＰＨＭの化学組成は、ＸＲＤで確認した（結果は示さず）。
【０１６２】
試験設定
事前に鉱化したがマグネシウムが少ないＲＯ水を用いた試験において、以下の試験設定を使用した。
【０１６３】
【表２】
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【０１６４】
試験結果
以下の表は、試験１〜５で測定された結果を示す。
【０１６５】
【表３】
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【０１６６】
ハイドロマグネサイトを使用した試験は、二酸化炭素の注入なしで非常に効果的に機能した。溶解マグネシウム濃度、アルカリ度、ｐＨ度及び二酸化炭素の完全消費の大幅な増加は、非常に速い反応速度を示唆している。
【国際調査報告】
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