(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-06-10
(45)【発行日】2022-06-20
(54)【発明の名称】水処理方法および水処理システム
(51)【国際特許分類】
C02F 1/68 20060101AFI20220613BHJP
C02F 1/44 20060101ALI20220613BHJP
C02F 1/20 20060101ALI20220613BHJP
C02F 9/02 20060101ALI20220613BHJP
C02F 9/04 20060101ALI20220613BHJP
C02F 9/08 20060101ALI20220613BHJP
【ＦＩ】
C02F1/68 510B
C02F1/44 H
C02F1/20 A
C02F1/68 520B
C02F1/68 530A
C02F1/68 530K
C02F1/68 530L
C02F1/68 540D
C02F9/02
C02F9/04
C02F9/08
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2018161870
(22)【出願日】2018-08-30
(65)【公開番号】P2019042734
(43)【公開日】2019-03-22
【審査請求日】2021-03-17
(31)【優先権主張番号】P 2017167823
(32)【優先日】2017-08-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】596136316
【氏名又は名称】三菱ケミカルアクア・ソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100165179
【弁理士】
【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100152146
【弁理士】
【氏名又は名称】伏見 俊介
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(72)【発明者】
【氏名】近藤 和史
(72)【発明者】
【氏名】ザマン サエド
【審査官】松井 一泰
(56)【参考文献】
【文献】特開２００８－０４３８６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－３２３２７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６１－２８３３９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１２／０２３７４２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１３／０３４３９６（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０２Ｆ １／６６－ １／６８
Ｂ０１Ｄ ５３／２２
Ｂ０１Ｄ ６１／００－ ７１／８２
Ｃ０２Ｆ １／４４
Ｃ０２Ｆ １／２０－ １／２６
Ｃ０２Ｆ １／３０－ １／３８
Ｃ０２Ｆ ９／００－ ９／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
逆浸透膜を用いて、無機塩類を含む供給水を脱塩処理し、脱塩水を得る脱塩処理工程と、前記脱塩水のｐＨおよび遊離炭酸濃度を調整し、調整水を得る第１調整工程と、
前記調整水と、炭酸塩粒子とを接触させ、処理水を得る接触処理工程と、
前記脱塩処理工程に先立って、原水のｐＨおよび遊離炭酸濃度を調整し、前記供給水を得る第２調整工程と、を有し、
前記第２調整工程において、酸性条件下で前記原水を曝気し、脱炭酸処理する水処理方法。
【請求項2】
前記接触処理工程の後に、前記処理水のｐＨおよび遊離炭酸濃度を調整する第３調整工程を有する請求項１に記載の水処理方法。
【請求項3】
前記第３調整工程において、硫酸、硫酸塩、亜硫酸塩および重亜硫酸塩からなる群から選ばれる少なくとも一種と前記処理水とを混合する請求項２に記載の水処理方法。
【請求項4】
前記第１調整工程において、硫酸、硫酸塩、亜硫酸塩および重亜硫酸塩からなる群から選ばれる少なくとも一種と前記脱塩水とを混合する請求項１～３のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項5】
前記炭酸塩粒子として、炭酸カルシウムおよび炭酸マグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも一種を用いる請求項１～４のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項6】
前記炭酸塩粒子は、複数の粒子からなり、粒径が０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の前記粒子の個数が前記炭酸塩粒子の総数に対して９０％以上である請求項１～５のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項7】
前記接触処理工程において、空間速度５ｈｒ－１以上３０ｈｒ－１以下にて前記脱塩水を前記炭酸塩粒子に接触させる請求項１～６のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項8】
前記第１調整工程において、前記脱塩水に二酸化炭素または炭酸水素ナトリウムと硫酸との混合物を添加する請求項１～７のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項9】
逆浸透膜を有する脱塩処理部と、前記脱塩処理部で得られた水と、炭酸塩粒子とを接触させる接触処理部と、
前記脱塩処理部と前記接触処理部との間に配置され、前記水のｐＨおよび遊離炭酸濃度を調整する第１調整部と、
前記脱塩処理部の前に配置され、原水のｐＨおよび遊離炭酸濃度を調整する第２調整部と、を有し、
前記第２調整部は、酸性条件下で前記原水を曝気し、脱炭酸処理する水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水処理方法および水処理システムに関する。
【背景技術】
【0002】
地下水や河川水などの原水を脱塩処理する方法が知られている。脱塩処理により得られる脱塩水はｐＨが低く、処理水を供給する配管や設備の腐食が度々問題になることがあった。そのため、通常、脱塩水には、腐食性を抑制するための後処理が行われる。
【0003】
このような後処理としては、脱塩水に炭酸カルシウムを溶解させる方法が知られている。特許文献１には、二酸化炭素が溶解した供給液（脱塩水）を用いて炭酸カルシウムのスラリーを調製し、得られたスラリーと供給液とを混合することにより、供給水に炭酸カルシウムを溶解させる方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１６－１５５１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１に記載の方法は、供給水が流れる系統が２つ必要であり、用いる装置の構成が複雑であるとの問題があった。
【0006】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、配管や設備の腐食を容易に抑制することができる水処理方法および水処理システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、下記態様を有する。
［１］逆浸透膜を用いて、無機塩類を含む供給水を脱塩処理し、脱塩水を得る脱塩処理工程と、前記脱塩水のｐＨおよび遊離炭酸濃度を調整し、調整水を得る第１調整工程と、前記調整水と、炭酸塩粒子とを接触させ、処理水を得る接触処理工程と、を有する水処理方法。
［２］前記脱塩処理工程に先立って、原水のｐＨおよび遊離炭酸濃度を調整し、前記供給水を得る第２調整工程を有する［１］に記載の水処理方法。
［３］前記第２調整工程において、酸性条件下で前記原水を曝気し、脱炭酸処理する［２］に記載の水処理方法。
［４］前記接触処理工程の後に、前記処理水のｐＨおよび遊離炭酸濃度を調整する第３調整工程を有する［１］～［３］のいずれか１項に記載の水処理方法。
［５］前記第３調整工程において、硫酸、硫酸塩、亜硫酸塩および重亜硫酸塩からなる群から選ばれる少なくとも一種と前記処理水とを混合する［４］に記載の水処理方法。
［６］前記第１調整工程において、硫酸、硫酸塩、亜硫酸塩および重亜硫酸塩からなる群から選ばれる少なくとも一種と前記脱塩水とを混合する［１］～［５］のいずれか１項に記載の水処理方法。
［７］前記炭酸塩粒子として、炭酸カルシウムおよび炭酸マグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも一種を用いる［１］～［６］のいずれか１項に記載の水処理方法。
［８］前記炭酸塩粒子は、複数の粒子からなり、粒径が０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の前記粒子の個数が前記炭酸塩粒子の総数に対して９０％以上である［１］～［７］のいずれか１項に記載の水処理方法。
［９］前記接触処理工程において、空間速度５ｈｒ－１以上３０ｈｒ－１以下にて前記脱塩水を前記炭酸塩粒子に接触させる［１］～［８］のいずれか１項に記載の水処理方法。
［１０］前記第１調整工程において、前記脱塩水に二酸化炭素または炭酸水素ナトリウムと硫酸との混合物を添加する［１］～［９］のいずれか１項に記載の水処理方法。
［１１］逆浸透膜を有する脱塩処理部と、前記脱塩処理部で得られた水と、炭酸塩粒子とを接触させる接触処理部と、前記脱塩処理部と前記接触処理部との間に配置され、前記水のｐＨおよび遊離炭酸濃度を調整する調整部と、を有する水処理システム。
［１］逆浸透膜を用いて、無機塩類を含む供給水を脱塩処理し、脱塩水を得る脱塩処理工程と、前記脱塩水のｐＨおよび遊離炭酸濃度を調整し、調整水を得る第１調整工程と、前記調整水と、炭酸塩粒子とを接触させ、処理水を得る接触処理工程と、を有する水処理方法。
［２］前記脱塩処理工程に先立って、原水のｐＨおよび遊離炭酸濃度を調整し、前記供給水を得る第２調整工程を有する［１］に記載の水処理方法。
［３］前記第２調整工程において、酸性条件下で前記原水を曝気し、脱炭酸処理する［２］に記載の水処理方法。
［４］前記接触処理工程の後に、前記処理水のｐＨおよび遊離炭酸濃度を調整する第３調整工程を有する［１］～［３］のいずれか１項に記載の水処理方法。
［５］前記第３調整工程において、硫酸、硫酸塩、亜硫酸塩および重亜硫酸塩からなる群から選ばれる少なくとも一種と前記処理水とを混合する［４］に記載の水処理方法。
［６］前記第１調整工程において、硫酸、硫酸塩、亜硫酸塩および重亜硫酸塩からなる群から選ばれる少なくとも一種と前記脱塩水とを混合する［１］～［５］のいずれか１項に記載の水処理方法。
［７］前記炭酸塩粒子として、炭酸カルシウムおよび炭酸マグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも一種を用いる［１］～［６］のいずれか１項に記載の水処理方法。
［８］前記炭酸塩粒子は、複数の粒子からなり、粒径が０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の前記粒子の個数が前記炭酸塩粒子の総数に対して９０％以上である［１］～［７］のいずれか１項に記載の水処理方法。
［９］前記接触処理工程において、空間速度５ｈｒ－１以上３０ｈｒ－１以下にて前記脱塩水を前記炭酸塩粒子に接触させる［１］～［８］のいずれか１項に記載の水処理方法。
［１０］前記第１調整工程において、前記脱塩水に二酸化炭素または炭酸水素ナトリウムと硫酸との混合物を添加する［１］～［９］のいずれか１項に記載の水処理方法。
［１１］逆浸透膜を有する脱塩処理部と、前記脱塩処理部で得られた水と、炭酸塩粒子とを接触させる接触処理部と、前記脱塩処理部と前記接触処理部との間に配置され、前記水のｐＨおよび遊離炭酸濃度を調整する調整部と、を有する水処理システム。
【発明の効果】
【0008】
本発明の一態様によれば、配管や設備の腐食を容易に抑制することができる水処理方法および水処理システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態における水処理方法および水処理システムについて、図面に基づき説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴部分を強調する目的で、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示している場合がある。
以下、本発明の第１実施形態における水処理方法および水処理システムについて、図面に基づき説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴部分を強調する目的で、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示している場合がある。
【0011】
本実施形態の水処理方法は、逆浸透膜を用いて、無機塩類を含む供給水を脱塩処理し、脱塩水を得る脱塩処理工程と、脱塩水のｐＨおよび遊離炭酸濃度を調整し、調整水を得る第１調整工程と、調整水と、炭酸塩粒子とを接触させ、処理水を得る接触処理工程と、脱塩処理工程に先立って、原水のｐＨおよび遊離炭酸濃度を調整し、供給水を得る第２調整工程と、接触処理工程の後に、処理水のｐＨおよび遊離炭酸濃度を調整する第３調整工程と、を有する。
【0012】
本明細書において、遊離炭酸とは水中に溶けている二酸化炭素のことをいう。
【0013】
以下の説明においては、本実施形態の水処理システムにおける各処理を施す前の水を「原水Ｗ１」と称する。また、脱塩処理工程で処理される水を「供給水Ｗ２」と称する。さらに、脱塩処理工程で得られる水を「脱塩水Ｗ３」と称する。さらに、接触処理工程で処理される水を「調整水Ｗ４」と称する。さらに、接触処理工程で得られる水を「処理水Ｗ５」と称する。
【0014】
［水処理システム］
以下、本実施形態の水処理方法に用いる水処理システムについて説明する。図１は、第１実施形態の水処理システム１の概略構成を示す図である。
以下、本実施形態の水処理方法に用いる水処理システムについて説明する。図１は、第１実施形態の水処理システム１の概略構成を示す図である。
【0015】
図１に示すように、本実施形態の水処理システム１は、接触処理部１０と、脱塩処理部２０と、制御部４０と、貯留槽５１と、第１調整部１６０と、第２調整部６０と、第３調整部３４０と、を有している。本明細書において、第１調整部１６０は、特許請求の範囲における「調整部」に相当する。
【0016】
（第２調整部）
本実施形態の第２調整部６０は、水処理システム１に供給される原水Ｗ１のｐＨおよび遊離炭酸濃度を調整し、供給水Ｗ２を得る。本実施形態の第２調整部６０は、前処理槽６１と、ｐＨ調整手段３５と、曝気装置３６と、を備えている。
本実施形態の第２調整部６０は、水処理システム１に供給される原水Ｗ１のｐＨおよび遊離炭酸濃度を調整し、供給水Ｗ２を得る。本実施形態の第２調整部６０は、前処理槽６１と、ｐＨ調整手段３５と、曝気装置３６と、を備えている。
【0017】
図１に示す前処理槽６１には、第５の流路６２と、第１の流路２２とが接続されている。
【0018】
第５の流路６２は、原水Ｗ１を前処理槽６１に流入させる。第５の流路６２には、測定装置６３が設けられている。
【0019】
測定装置６３は、原水Ｗ１の水質を測定する。具体的には、原水Ｗ１に含まれるアンモニア濃度、金属イオン濃度、ｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度からなる群から選ばれる少なくとも一種を測定する。
【0020】
測定装置６３の測定結果は、制御部４０に出力される。
【0021】
第１の流路２２は、供給水Ｗ２を後段の脱塩処理部２０に流入させる。
【0022】
ｐＨ調整手段３５は、原水Ｗ１に酸またはアルカリを添加することが可能な装置である。ｐＨ調整手段３５の駆動は、後述の制御部４０により制御される。
【0023】
ｐＨ調整手段３５で添加される酸としては、硫酸が好ましい。ｐＨ調整手段３５で添加されるアルカリとしては、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）が好ましい。
【0024】
曝気装置３６は、前処理槽６１の内部に設けられている。また、曝気装置３６には、ブロア３７が接続されている。
【0025】
曝気装置３６は、原水Ｗ１を曝気することが可能な装置である。本実施形態の第２調整部６０においては、ｐＨ調整手段３５と曝気装置３６とを併用して、酸性条件下で原水Ｗ１を曝気し、脱炭酸処理することができる。なお、本明細書において、「曝気」とは空気を供給することを意味する。
【0026】
（脱塩処理部）
本実施形態の脱塩処理部２０では、無機塩類を含む供給水Ｗ２を脱塩処理する（脱塩処理工程）。
本実施形態の脱塩処理部２０では、無機塩類を含む供給水Ｗ２を脱塩処理する（脱塩処理工程）。
【0027】
本実施形態の脱塩処理部２０は、逆浸透膜モジュール２１を備えている。逆浸透膜モジュール２１は、逆浸透法により無機塩類を含む供給水Ｗ２を脱塩処理する。
【0028】
逆浸透膜モジュール２１に用いられる逆浸透膜の材質としては、ポリアミド、ポリスルホン、セルロースアセテートなどが挙げられる。なかでも、逆浸透膜の材質としては、芳香族ポリアミドまたは架橋芳香族ポリアミドを含むポリアミドが好ましい。
【0029】
図１に示す逆浸透膜モジュール２１には、上述の第１の流路２２と、第２の流路２３とが接続されている。
【0030】
第２の流路２３は、脱塩処理工程で得られる脱塩水Ｗ３を逆浸透膜モジュール２１から流出させる。第２の流路２３には、測定装置２４が設けられている。
【0031】
測定装置２４は、脱塩水Ｗ３のｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度からなる群から選ばれる少なくとも一種を測定する。測定装置２４は、脱塩水Ｗ３のｐＨおよび遊離炭酸の濃度を測定することが好ましく、脱塩水Ｗ３のｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度を測定することがより好ましい。
【0032】
測定装置２４の測定結果は、制御部４０に出力される。
【0033】
（第１調整部）
本実施形態の第１調整部１６０は、脱塩水Ｗ３のｐＨおよび遊離炭酸濃度を調整し、調整水Ｗ４を得る。本実施形態の第１調整部１６０は、調整槽１６と、ｐＨ調整手段３１と、曝気装置３２と、二酸化炭素供給手段３８と、を備えている。
本実施形態の第１調整部１６０は、脱塩水Ｗ３のｐＨおよび遊離炭酸濃度を調整し、調整水Ｗ４を得る。本実施形態の第１調整部１６０は、調整槽１６と、ｐＨ調整手段３１と、曝気装置３２と、二酸化炭素供給手段３８と、を備えている。
【0034】
図１に示す調整槽１６には、上述の第２の流路２３と、第３の流路１２とが接続されている。
【0035】
第３の流路１２は、調整水Ｗ４を後段の接触処理部１０に流入させる。第３の流路１２には、測定装置１７が設けられている。
【0036】
測定装置１７は、調整水Ｗ４のｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度からなる群から選ばれる少なくとも一種を測定する。測定装置１７は、調整水Ｗ４のｐＨおよび遊離炭酸の濃度を測定することが好ましく、調整水Ｗ４のｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度を測定することがより好ましい。
【0037】
調整水Ｗ４と炭酸塩粒子との反応を効率的に進行させるためには、調整水Ｗ４における遊離炭酸の濃度が所定の基準を満たすように制御することが好ましい。本明細書では、調整水Ｗ４における遊離炭酸の濃度における所定の基準を、例えば５ｍｇ／Ｌ以上とする。
【0038】
測定装置１７の測定結果は、制御部４０に出力される。
【0039】
ｐＨ調整手段３１は、脱塩水Ｗ３に酸またはアルカリを混合することが可能な手段である。ｐＨ調整手段３１における酸またはアルカリの混合方法としては、脱塩水Ｗ３に酸またはアルカリを添加することが好ましい。
【0040】
ｐＨ調整手段３１で混合される酸としては、水質基準を満たしやすいことから、硫酸、硫酸塩、亜硫酸塩および重亜硫酸塩からなる群から選ばれる少なくとも一種が好ましく、硫酸がより好ましい。上記酸として亜硫酸塩または重亜硫酸塩を用いる場合、曝気処理と酸化剤の添加とのいずれか一方または両方を行うことにより、脱塩水Ｗ３中に硫酸イオンを発生させる。
【0041】
上述の硫酸塩としては、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウムおよび硫酸カリウムからなる群から選ばれる少なくとも一種が好ましい。
上述の亜硫酸塩としては、例えば、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸マグネシウム、亜硫酸カリウムなどが挙げられる。
上述の重亜硫酸塩としては、例えば重亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸マグネシウム、重亜硫酸カリウムなどが挙げられる。
上述の酸化剤としては、例えば次亜塩素酸ナトリウム、オゾン、過酸化水素などが挙げられる。
上述の亜硫酸塩としては、例えば、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸マグネシウム、亜硫酸カリウムなどが挙げられる。
上述の重亜硫酸塩としては、例えば重亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸マグネシウム、重亜硫酸カリウムなどが挙げられる。
上述の酸化剤としては、例えば次亜塩素酸ナトリウム、オゾン、過酸化水素などが挙げられる。
【0042】
ｐＨ調整手段３１で混合されるアルカリとしては、水質基準を満たしやすいことから、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）が好ましい。
【0043】
曝気装置３２は、調整槽１６の内部に設けられている。また、曝気装置３２には、ブロア３３が接続されている。
【0044】
曝気装置３２は、脱塩水Ｗ３を曝気することが可能な装置である。本実施形態の第１調整部１６０においては、ｐＨ調整手段３１と曝気装置３２とを併用して、酸性条件下で脱塩水Ｗ３を曝気し、脱炭酸処理することができる。
【0045】
二酸化炭素供給手段３８は、脱塩水Ｗ３に二酸化炭素を供給することが可能な手段である。
【0046】
二酸化炭素供給手段３８では、脱塩水Ｗ３に二酸化炭素を供給してもよいし、炭酸水素ナトリウムと硫酸との混合物を供給し、系中で二酸化炭素を発生させることで二酸化炭素を供給してもよい。
【0047】
（接触処理部）
本実施形態の接触処理部１０では、脱塩水Ｗ３のｐＨおよび遊離炭酸濃度を調整した調整水Ｗ４を、炭酸塩粒子に接触させる（接触処理工程）。
本実施形態の接触処理部１０では、脱塩水Ｗ３のｐＨおよび遊離炭酸濃度を調整した調整水Ｗ４を、炭酸塩粒子に接触させる（接触処理工程）。
【0048】
図１に示す接触処理部１０は、反応槽１１を備えている。
【0049】
《反応槽》
反応槽１１には、炭酸塩粒子が充填されている。用いる炭酸塩粒子としては、炭酸カルシウムおよび炭酸マグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも一種が好ましい。図１に示す反応槽１１には、上述の第３の流路１２と、第４の流路１３とが接続されている。
反応槽１１には、炭酸塩粒子が充填されている。用いる炭酸塩粒子としては、炭酸カルシウムおよび炭酸マグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも一種が好ましい。図１に示す反応槽１１には、上述の第３の流路１２と、第４の流路１３とが接続されている。
【0050】
第４の流路１３は、接触処理工程で得られる処理水Ｗ５を反応槽１１から流出させる。
【0051】
反応槽１１の上部には、第４の流路１３の端部が接続されている。また、反応槽１１の下部には、第３の流路１２の端部が接続されている。図１に示す水処理システム１では、反応槽１１の内部を調整水Ｗ４が上向流で流れる。
【0052】
本実施形態の反応槽１１に充填される炭酸塩粒子は、複数の粒子からなり、粒径が０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の粒子の個数が炭酸塩粒子の総数に対して９０％以上であることが好ましい。炭酸塩粒子の総数に対して９０％以上の個数の粒子の粒径が０．１ｍｍ以上であると、反応槽１１の内部に調整水Ｗ４を上向流で流したときに、反応槽１１の上部から炭酸塩粒子のスラリーが流出するのを抑制することができる。また、炭酸塩粒子の総数に対して９０％以上の個数の粒子の粒径が１０ｍｍ以下であると、調整水Ｗ４と炭酸塩粒子との接触面積が十分大きく、調整水Ｗ４と炭酸塩粒子との反応を効率的に進行させることができる。
【0053】
本実施形態の炭酸塩粒子において、粒径が０．５ｍｍ以上の粒子の個数が炭酸塩粒子の総数に対して９０％以上であることがより好ましい。これにより、反応槽１１の内部に調整水Ｗ４を上向流で流したときに、反応槽１１の上部から炭酸塩粒子のスラリーが流出するのをより効果的に抑制することができる。
【0054】
本実施形態の炭酸塩粒子において、粒径が１．２ｍｍ以下の粒子の個数が炭酸塩粒子の総数に対して９０％以上であることがより好ましい。これにより、調整水Ｗ４と炭酸塩粒子との接触面積が十分大きく、調整水Ｗ４と炭酸塩粒子との反応をより効率的に進行させることができる。
【0055】
本実施形態の接触処理部１０においては、調整水Ｗ４が接触する炭酸塩粒子の表面から反応が進行する。そのため、処理中は経時的に炭酸塩粒子の粒径が小さくなる。本実施形態の水処理システム１においては、使用する炭酸塩粒子の総数に対して９０％以上の粒子の粒径が、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下となるように、炭酸塩粒子を補充するものとする。
【0056】
本実施形態において、炭酸塩粒子の粒度分布は、音波式振動ふるい分け測定器により測定される。
【0057】
本実施形態の接触処理部１０では、調整水Ｗ４と炭酸塩粒子との間で下記式（１）に示す平衡反応が進行する。
【0058】
【化1】
【0059】
本実施形態の接触処理部１０において、調整水Ｗ４に炭酸塩を溶解させるためには、遊離炭酸（ＣＯ２）の量を増やして、上記式（１）の右向きの反応を進行させる必要がある。しかし、上記式（１）における右辺の陰イオンである重炭酸イオン（ＨＣＯ３
－）は、ｐＨによって遊離炭酸および炭酸イオン（ＣＯ３
２－）に変化することが知られている。
【0060】
図２は、ｐＨに対する全炭酸の濃度分布を示すグラフである。図２に示すグラフの横軸はｐＨである。また、グラフの縦軸は、全炭酸の濃度を１００％としたときの、重炭酸イオン、遊離炭酸および炭酸イオンの濃度分布である。なお、全炭酸とは、重炭酸イオン、遊離炭酸および炭酸イオンの総和を意味する。
【0061】
図２に示すように、重炭酸イオンの濃度を示すグラフは上に凸であり、ｐＨが８．５付近のとき、重炭酸イオンの濃度は最大値を示す。ｐＨが８．５付近より酸性側では、重炭酸イオンの濃度が減少し、遊離炭酸の濃度が上昇する。一方、ｐＨが８．５付近よりアルカリ性側では、重炭酸イオンの濃度が減少し、炭酸イオンの濃度が上昇する。
【0062】
調整水Ｗ４のｐＨは、４．０以上が好ましく、５．０以上がより好ましく、５．５以上がさらに好ましい。これにより、調整水Ｗ４における遊離炭酸の濃度が高くなりすぎず、調整水Ｗ４と炭酸塩粒子との反応時間（反応槽１１に調整水Ｗ４を流す時間）を短くできる。また、調整水Ｗ４のｐＨは、７．０未満が好ましく、６．５以下がより好ましい。上記上限値および下限値は任意に組み合わせることができる。これにより、調整水Ｗ４に含まれる炭酸イオンの濃度が高くなりすぎず、得られた処理水Ｗ５の炭酸イオンの濃度が水質基準を満たしやすい。
【0063】
調整水Ｗ４のｐＨが４．０未満である場合、調整水Ｗ４における遊離炭酸の濃度が高くなり、調整水Ｗ４と炭酸塩粒子との反応を完了させようとすると、反応槽１１に調整水Ｗ４を流す時間を長くする必要がある。
【0064】
一方、調整水Ｗ４のｐＨが７．０以上であると、調整水Ｗ４に含まれる炭酸イオンの濃度が高くなり、得られた処理水Ｗ５の炭酸イオンの濃度が水質基準を超えることがある。
【0065】
脱塩水Ｗ３のｐＨは、第１調整部１６０の調整槽１６にて調整される。脱塩水Ｗ３のｐＨの詳細な調整方法については後述する。
【0066】
調整水Ｗ４における遊離炭酸の濃度は、５ｍｇ／Ｌ以上が好ましく、１０ｍｇ／Ｌ以上がより好ましい。これにより、調整水Ｗ４と炭酸塩粒子との反応を効率的に進行させることができる。
【0067】
また、調整水Ｗ４における遊離炭酸の濃度は、２５ｍｇ／Ｌ以下が好ましく、２０ｍｇ／Ｌ以下がより好ましく、１５ｍｇ／Ｌ以下がさらに好ましい。これにより、反応槽１１に調整水Ｗ４を流す時間が短くなる。
【0068】
調整水Ｗ４における遊離炭酸の濃度が２５ｍｇ／Ｌ超であると、調整水Ｗ４の処理時間が長くなる。また、調整水Ｗ４と炭酸塩粒子との反応が完了しなかった場合、遊離炭酸が消費されず、得られた処理水Ｗ５における遊離炭酸の濃度が水質基準を超えることがある。
【0069】
本実施形態の水処理システム１において、調整水Ｗ４の全炭酸の濃度が一定である場合、調整水Ｗ４のｐＨにより遊離炭酸の濃度が決定される。また、調整水Ｗ４のｐＨは、脱塩水Ｗ３における重炭酸イオンの濃度と、脱塩水Ｗ３のｐＨ調整の際に混合される酸またはアルカリの量と、によって制御される。
【0070】
脱塩水Ｗ３における遊離炭酸の濃度は、第１調整部１６０の調整槽１６にて調整される。脱塩水Ｗ３おける遊離炭酸の濃度の詳細な調整方法については後述する。
【0071】
本実施形態の接触処理部１０では、空間速度５ｈｒ－１以上３０ｈｒ－１以下にて調整水Ｗ４を炭酸塩粒子に接触させることが好ましい。本実施形態における調整水Ｗ４の空間速度は、単位時間あたりに処理する調整水Ｗ４の体積を、反応槽１１に充填する炭酸塩粒子の体積で除したものである。
【0072】
調整水Ｗ４の空間速度が５ｈｒ－１以上であると、調整水Ｗ４と炭酸塩粒子との反応を効率的に進行させることができる。
【0073】
また、調整水Ｗ４の空間速度が３０ｈｒ－１以下であると、水処理システム１の運転時と停止時とで反応槽１１の内部の水質の変動が小さくなる。その結果、上記式（１）に示す平衡反応を制御しやすい。また、反応槽１１の内部に調整水Ｗ４を上向流で流したときに、反応槽１１の上部から炭酸塩粒子のスラリーが流出するのを抑制することができる。
【0074】
図１に戻り、第４の流路１３には、ポンプ１４と、測定装置１５と、が設けられている。
【0075】
本実施形態の水処理システム１においては、ポンプ１４の出力により、調整水Ｗ４の空間速度を５ｈｒ－１以上３０ｈｒ－１以下の範囲に調整してもよい。
【0076】
測定装置１５は、第４の流路１３を流通する処理水Ｗ５のｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度からなる群から選ばれる少なくとも一種を測定する。
【0077】
（第３調整部）
本実施形態の第３調整部３４０は、処理水Ｗ５のｐＨおよび遊離炭酸濃度を調整する。本実施形態の第３調整部３４０は、硫酸イオン混合手段３４を備えている。本実施形態の硫酸イオン混合手段３４は、処理水Ｗ５に硫酸、硫酸塩、亜硫酸塩および重亜硫酸塩からなる群から選ばれる少なくとも一種を混合することが可能な手段である。なかでも、硫酸イオン混合手段３４は、処理水Ｗ５に硫酸塩を混合することが好ましい。硫酸イオン混合手段３４で添加させる化合物は、ｐＨ調整手段３１と同様である。なお、ｐＨ調整手段３１と硫酸イオン混合手段３４とで混合（添加）させる化合物の種類は同一であっても、異なっていてもよい。硫酸イオン混合手段３４における酸またはアルカリの混合方法としては、処理水Ｗ５に酸またはアルカリを添加することが好ましい。
本実施形態の第３調整部３４０は、処理水Ｗ５のｐＨおよび遊離炭酸濃度を調整する。本実施形態の第３調整部３４０は、硫酸イオン混合手段３４を備えている。本実施形態の硫酸イオン混合手段３４は、処理水Ｗ５に硫酸、硫酸塩、亜硫酸塩および重亜硫酸塩からなる群から選ばれる少なくとも一種を混合することが可能な手段である。なかでも、硫酸イオン混合手段３４は、処理水Ｗ５に硫酸塩を混合することが好ましい。硫酸イオン混合手段３４で添加させる化合物は、ｐＨ調整手段３１と同様である。なお、ｐＨ調整手段３１と硫酸イオン混合手段３４とで混合（添加）させる化合物の種類は同一であっても、異なっていてもよい。硫酸イオン混合手段３４における酸またはアルカリの混合方法としては、処理水Ｗ５に酸またはアルカリを添加することが好ましい。
【0078】
硫酸イオン混合手段３４で添加する硫酸塩としては、処理水Ｗ５のｐＨへの影響が小さいことから、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウムおよび硫酸カリウムからなる群から選ばれる少なくとも一種が好ましい。
【0079】
（制御部）
本実施形態の制御部４０は、測定装置２４から脱塩水Ｗ３のｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度からなる群から選ばれる少なくとも一種のデータを取得すると共に、測定装置１７から調整水Ｗ４のｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度からなる群から選ばれる少なくとも一種のデータを取得する。
本実施形態の制御部４０は、測定装置２４から脱塩水Ｗ３のｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度からなる群から選ばれる少なくとも一種のデータを取得すると共に、測定装置１７から調整水Ｗ４のｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度からなる群から選ばれる少なくとも一種のデータを取得する。
【0080】
制御部４０は、調整水Ｗ４のｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度からなる群から選ばれる少なくとも一種のデータに基づいて、調整水Ｗ４が下記（ａ）および下記（ｂ）を満たしているか否か判定する。そして、制御部４０は、必要に応じて、脱塩水Ｗ３のｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度からなる群から選ばれる少なくとも一種のデータに基づいてｐＨ調整手段３１、曝気装置３２および二酸化炭素供給手段３８の駆動を制御する。なお、本実施形態の水処理システム１では、調整水Ｗ４の判定基準として下記（ａ）および（ｂ）を例に挙げたがこれに限定されない。調整水Ｗ４の判定基準は、目的の処理水Ｗ５に応じて適宜設定することができる。以下の説明では、調整水Ｗ４の判定基準が下記（ａ）および（ｂ）であるとする。
（ａ）ｐＨが４．０以上７．０未満
（ｂ）遊離炭酸の濃度が０ｍｇ／Ｌ超２５ｍｇ／Ｌ以下
（ａ）ｐＨが４．０以上７．０未満
（ｂ）遊離炭酸の濃度が０ｍｇ／Ｌ超２５ｍｇ／Ｌ以下
【0081】
また、本実施形態の制御部４０は、測定装置１５から処理水Ｗ５におけるｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度からなる群から選ばれる少なくとも一種のデータを取得する。
【0082】
制御部４０は、処理水Ｗ５におけるｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度からなる群から選ばれる少なくとも一種のデータに基づいて、処理水Ｗ５が目的の用途に適した濃度範囲を満たしているか否か判定する。そして、制御部４０は、必要に応じて、処理水Ｗ５におけるｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度からなる群から選ばれる少なくとも一種のデータに基づいて硫酸イオン混合手段３４の駆動を制御する。
【0083】
また、本実施形態の制御部４０は、測定装置６３から原水Ｗ１におけるアンモニア濃度、金属イオン濃度、ｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度からなる群から選ばれる少なくとも一種のデータを取得する。
【0084】
制御部４０は、原水Ｗ１におけるｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度からなる群から選ばれる少なくとも一種のデータに基づいて、原水Ｗ１が所望の濃度範囲を満たしているか否か判定する。そして、制御部４０は、必要に応じて、原水Ｗ１におけるｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度からなる群から選ばれる少なくとも一種のデータに基づいてｐＨ調整手段３５および曝気装置３６の駆動を制御する。
【0085】
（貯留槽）
本実施形態の貯留槽５１は、処理水Ｗ５を貯留する。貯留槽５１に貯留された処理水Ｗ５は、例えば、飲料水などに用いられる。
本実施形態の貯留槽５１は、処理水Ｗ５を貯留する。貯留槽５１に貯留された処理水Ｗ５は、例えば、飲料水などに用いられる。
【0086】
本実施形態の貯留槽５１は、曝気装置５２を備えている。曝気装置５２は、貯留槽５１の内部に設けられている。また、曝気装置５２には、ブロア５３が接続されている。
【0087】
曝気装置５２は、処理水Ｗ５を曝気することが可能な装置である。
【0088】
図１に示す貯留槽５１には、上述の第４の流路１３が接続されている。
【0089】
［水処理方法］
逆浸透膜を用いて、地下水を飲料化する際に、目標水（処理水）の水質を以下のように調整することが好ましい。
処理水の遊離炭酸濃度は５ｍｇ／Ｌ未満であることが好ましく、３ｍｇ／Ｌ未満であることがより好ましい。
処理水のｐＨ値は、６．０以上であることが好ましく、８．６以下であることが好ましく、８．２以下であることがより好ましい。
処理水の腐食性（ランゲリア指数：ＬＳＩ）は、－１．３以上であることが好ましく、－１．２以上であることがより好ましく、－１以上であることがさらに好ましい。
処理水の遊離炭酸濃度（二酸化炭素として）は、５未満であることが好ましく、３未満であることがより好ましい。
以下、上述の水処理システム１を用いた水処理方法について、図３に基づき説明する。図３は、第１実施形態の水処理方法の各工程を示すフローチャートである。なお、本実施形態の水処理方法で得られる処理水Ｗ５は、飲料水として用いられるものとする。
逆浸透膜を用いて、地下水を飲料化する際に、目標水（処理水）の水質を以下のように調整することが好ましい。
処理水の遊離炭酸濃度は５ｍｇ／Ｌ未満であることが好ましく、３ｍｇ／Ｌ未満であることがより好ましい。
処理水のｐＨ値は、６．０以上であることが好ましく、８．６以下であることが好ましく、８．２以下であることがより好ましい。
処理水の腐食性（ランゲリア指数：ＬＳＩ）は、－１．３以上であることが好ましく、－１．２以上であることがより好ましく、－１以上であることがさらに好ましい。
処理水の遊離炭酸濃度（二酸化炭素として）は、５未満であることが好ましく、３未満であることがより好ましい。
以下、上述の水処理システム１を用いた水処理方法について、図３に基づき説明する。図３は、第１実施形態の水処理方法の各工程を示すフローチャートである。なお、本実施形態の水処理方法で得られる処理水Ｗ５は、飲料水として用いられるものとする。
【0090】
まず、地下水や河川水などの原水Ｗ１を、水処理システム１に供給する（ステップＳ１）。
【0091】
次に、原水Ｗ１のアンモニア濃度、金属イオン濃度、ｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度からなる群から選ばれる少なくとも一種を測定装置６３により測定する（ステップＳ２）。ステップＳ２で得られたデータは制御部４０に出力される。
【0092】
次に、ステップＳ２で得られた結果に基づいて、制御部４０にて原水Ｗ１の遊離炭酸の濃度が２５ｍｇ／Ｌ以下、かつ、ｐＨが４．０以上７．０未満か否か（判定Ａ１）判定する（ステップＳ３）。原水Ｗ１における遊離炭酸の所望の濃度範囲は、処理水Ｗ５の目標水質と、後段の処理性能とに応じて定められる。
【0093】
次に、ステップＳ３において、制御部４０が、原水Ｗ１の遊離炭酸の濃度が所望の濃度範囲よりも低いと判定した場合（ステップＳ３：ＮＯ）、制御部４０がｐＨ調整手段３５を駆動させる。具体的に、前処理槽６１にて、ｐＨ調整手段３５により原水Ｗ１に酸を添加して、供給水Ｗ２のｐＨを酸性側とする（ステップＳ３２）。
【0094】
図２に示すように、原水Ｗ１のｐＨを酸性側にすることで、重炭酸イオンの濃度が減少し、遊離炭酸の濃度が上昇する。遊離炭酸は、逆浸透膜モジュール２１の逆浸透膜を透過しやすいことから、酸性条件下で次のステップＳ４を行うことにより、脱塩水Ｗ３における遊離炭酸の濃度を上昇させることができる。
【0095】
また、ステップＳ３２において硫酸を用いる場合、２価のイオンである硫酸イオンは、逆浸透膜モジュール２１の逆浸透膜で捕捉されやすいことから、次のステップＳ４で得られる脱塩水Ｗ３中に硫酸イオンが残存しにくい。そのため、本実施形態の水処理方法によれば、処理水Ｗ５における硫酸イオンの水質基準を満たしやすい。
【0096】
ここで、遊離炭酸の濃度から図２のグラフを用いることで、重炭酸イオンの濃度を算出することができる。一つの側面として、ステップＳ３では、制御部４０にて原水Ｗ１の重炭酸イオンの濃度が所望の濃度範囲を満たしているか否か判定する。制御部４０が、原水Ｗ１の重炭酸イオンの濃度が所望の濃度範囲よりも高く、もしくはｐＨが高いと判定した場合（ステップＳ３：ＮＯ）、制御部４０が、ｐＨ調整手段３５および曝気装置３６を駆動させる。具体的に、前処理槽６１にて、ｐＨ調整手段３５および曝気装置３６を用いて、酸性条件下で原水Ｗ１を曝気し、脱炭酸処理する（ステップＳ３３）。原水Ｗ１に対して脱炭酸処理することにより、原水Ｗ１における全炭酸の濃度を低くできる。その結果、原水Ｗ１の重炭酸イオンの濃度を低くできる。原水Ｗ１における重炭酸イオンの所望の濃度範囲は、処理水Ｗ５の目標水質と、後段の処理性能とに応じて定められる。
【0097】
次に、脱塩処理部２０の逆浸透膜モジュール２１に供給された供給水Ｗ２を、逆浸透膜を用いて、脱塩処理する（ステップＳ４）。ステップＳ４の後、得られた脱塩水Ｗ３は第２の流路２３を流通する。
【0098】
次に、脱塩水Ｗ３のｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度からなる群から選ばれる少なくとも一種を測定装置２４により測定すると共に、調整水Ｗ４のｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度からなる群から選ばれる少なくとも一種を測定装置１７により測定する（ステップＳ５）。ステップＳ５で得られたデータは制御部４０に出力される。
【0099】
次に、ステップＳ５で得られた結果のうち、調整水Ｗ４のｐＨの結果に基づいて、制御部４０にて調整水Ｗ４が上記（ａ）を満たしているか否か（判定Ａ２）判定する（ステップＳ６）。
【0100】
ステップＳ６において、制御部４０が、調整水Ｗ４が上記（ａ）を満たしていないと判定した場合（ステップＳ６：ＮＯ）、ｐＨ調整手段３１を駆動させる。具体的に、調整水Ｗ４のｐＨが４．０以上７．０未満となるように、ｐＨ調整手段３１を用いて、調整槽１６にて、脱塩水Ｗ３に酸またはアルカリを混合する（ステップＳ６１）。ステップＳ６１においては、必要に応じて、脱塩水Ｗ３のｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度からなる群から選ばれる少なくとも一種のデータに基づいてｐＨ調整手段３１を制御してもよい。
【0101】
一方、ステップＳ６において、制御部４０が、調整水Ｗ４が上記（ａ）を満たしていると判定した場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、ステップＳ５で得られた結果のうち、調整水Ｗ４における遊離炭酸の濃度の結果に基づいて、調整水Ｗ４が上記（ｂ）を満たしているか否か（判定Ａ３）判定する（ステップＳ７）。
【0102】
ステップＳ７において、制御部４０が、調整水Ｗ４が上記（ｂ）を満たしていないと判定した場合（ステップＳ７：ＮＯ）、調整水Ｗ４における遊離炭酸の濃度が２５ｍｇ／Ｌを上回るか、または５ｍｇ／Ｌを下回るか（判定Ａ３１）判定する（ステップＳ７１）。
【0103】
ステップＳ７１において、制御部４０が、調整水Ｗ４における遊離炭酸の濃度が２５ｍｇ／Ｌを上回ると判定した場合（ステップＳ７１：ＹＥＳ）、ｐＨ調整手段３１および曝気装置３２を駆動させる。具体的に、調整水Ｗ４における遊離炭酸の濃度が２５ｍｇ／Ｌ以下となるように、ｐＨ調整手段３１および曝気装置３２を用いて、調整槽１６にて、酸性条件下で脱塩水Ｗ３を曝気し、脱炭酸処理する（ステップＳ７２）。ステップＳ７２においては、必要に応じて、脱塩水Ｗ３のｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度からなる群から選ばれる少なくとも一種のデータに基づいてｐＨ調整手段３１および曝気装置３２を制御してもよい。
【0104】
図２に示すように、脱塩水Ｗ３のｐＨを酸性側にすることで、重炭酸イオンの濃度が減少し、遊離炭酸の濃度が上昇する。ｐＨを酸性側とした脱塩水Ｗ３を曝気することで、遊離炭酸が二酸化炭素として空気中に放出され、調整水Ｗ４における遊離炭酸の濃度が減少する。したがって、脱塩水Ｗ３を酸性条件下で曝気することで、調整水Ｗ４における全炭酸の濃度が減少する。
【0105】
一方、ステップＳ７１において、制御部４０が、調整水Ｗ４における遊離炭酸の濃度が５ｍｇ／Ｌを下回ると判定した場合（ステップＳ７１：ＮＯ）、二酸化炭素供給手段３８を駆動させる。具体的に、調整水Ｗ４における遊離炭酸の濃度が５ｍｇ／Ｌ以上となるように、二酸化炭素供給手段３８を用いて、調整槽１６にて、脱塩水Ｗ３に二酸化炭素を供給する（ステップＳ７３）。ステップＳ７３においては、必要に応じて、脱塩水Ｗ３のｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度からなる群から選ばれる少なくとも一種のデータに基づいて二酸化炭素供給手段３８を制御してもよい。
【0106】
ステップＳ７に戻り、制御部４０が上記（ｂ）を満たしていると判定した場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、反応槽１１にて、調整水Ｗ４を上述の炭酸塩粒子に接触させる（ステップＳ８）。
炭酸塩粒子に接触させる速度ＳＶは、４０（１／ｈｒ）以下であることが好ましく、３０（１／ｈｒ）以下であることがより好ましく、２０（１／ｈｒ）以下であることがさらに好ましい。ＳＶが高すぎると、調整水Ｗ４と炭酸塩粒子に接触する時間が短いため、調整水Ｗ４と炭酸塩粒子との間の平衡反応（式（１））が不十分であり、処理水の遊離炭酸濃度が高く、腐蝕性が高くなる。
また、ＳＶは、３（１／ｈｒ）以上であることが好ましく、５（１／ｈｒ）以上であることがより好ましく、１０（１／ｈｒ）以上であることがさらに好ましい。ＳＶが低すぎると、調整水Ｗ４と炭酸塩粒子に接触する時間が長いため、調整水Ｗ４と炭酸塩粒子との間の平衡反応（式（１））で生成された重炭酸（ＨＣＯ３ －）が多く、腐蝕性も高くなる。
炭酸塩粒子に接触させる速度ＳＶは、４０（１／ｈｒ）以下であることが好ましく、３０（１／ｈｒ）以下であることがより好ましく、２０（１／ｈｒ）以下であることがさらに好ましい。ＳＶが高すぎると、調整水Ｗ４と炭酸塩粒子に接触する時間が短いため、調整水Ｗ４と炭酸塩粒子との間の平衡反応（式（１））が不十分であり、処理水の遊離炭酸濃度が高く、腐蝕性が高くなる。
また、ＳＶは、３（１／ｈｒ）以上であることが好ましく、５（１／ｈｒ）以上であることがより好ましく、１０（１／ｈｒ）以上であることがさらに好ましい。ＳＶが低すぎると、調整水Ｗ４と炭酸塩粒子に接触する時間が長いため、調整水Ｗ４と炭酸塩粒子との間の平衡反応（式（１））で生成された重炭酸（ＨＣＯ３ －）が多く、腐蝕性も高くなる。
【0107】
ＳＶや、ｐＨと遊離炭酸の濃度は、接触処理の効果に影響を与えるため、調製水Ｗ４の遊離炭酸濃度（ただし、炭酸カルシウムとして。）およびｐＨは、以下のように調整してもよい。
ＳＶが１０（１／ｈｒ）未満である場合：遊離炭酸の濃度が５ｍｇ／Ｌ超２５ｍｇ／Ｌ以下、かつ、ｐＨが４．０以上７．０未満。
ＳＶが１０以上３０（１／ｈｒ）未満である場合：遊離炭酸の濃度が５ｍｇ／Ｌ超２０ｍｇ／Ｌ未満、かつ、ｐＨが５．５以上７．０以下。
ＳＶが３０以上４０（１／ｈｒ）以下である場合：遊離炭酸の濃度が５ｍｇ／Ｌ超１５ｍｇ／Ｌ以下、かつ、ｐＨが６．０以上７．５未満。
ＳＶが１０（１／ｈｒ）未満である場合：遊離炭酸の濃度が５ｍｇ／Ｌ超２５ｍｇ／Ｌ以下、かつ、ｐＨが４．０以上７．０未満。
ＳＶが１０以上３０（１／ｈｒ）未満である場合：遊離炭酸の濃度が５ｍｇ／Ｌ超２０ｍｇ／Ｌ未満、かつ、ｐＨが５．５以上７．０以下。
ＳＶが３０以上４０（１／ｈｒ）以下である場合：遊離炭酸の濃度が５ｍｇ／Ｌ超１５ｍｇ／Ｌ以下、かつ、ｐＨが６．０以上７．５未満。
【0108】
次に、測定装置１５を用いて、ステップＳ８で得られる処理水Ｗ５のｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度からなる群から選ばれる少なくとも一種を測定する（ステップＳ９）。
【0109】
次に、制御部４０が、測定装置１５での測定の結果に基づいて、処理水Ｗ５の硫酸イオンの濃度が飲料水に適した硫酸イオンの濃度の下限値以上であるか否か（判定Ａ４）判定する（ステップＳ１０）。
【0110】
ステップＳ１０において、制御部４０が処理水Ｗ５の硫酸イオンの濃度が飲料水に適した硫酸イオンの濃度の下限値を満たしていないと判定した場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、処理水Ｗ５に上述の硫酸、硫酸塩、亜硫酸塩および重亜硫酸塩からなる群から選ばれる少なくとも一種を添加する（ステップＳ１０１）。これにより、硫酸イオンの濃度を上昇させ、飲料水に適した処理水Ｗ５を得ることができる。
【0111】
一方、ステップＳ１０において、制御部４０が処理水Ｗ５の硫酸イオンの濃度が飲料水に適した硫酸イオンの濃度の下限値以上であると判定した場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、ステップＳ８で得られる処理水Ｗ５を貯留槽５１にて貯留する。
【0112】
なお、ステップ４およびステップ５において、調整水Ｗ４が上記（ａ）および上記（ｂ）を満たしていると判定した場合（ステップＳ６：ＹＥＳ、ステップＳ７：ＹＥＳ）、ステップＳ５で得られた脱塩水Ｗ３を、そのままステップＳ８の調整水Ｗ４として用いることができる。
【0113】
なお、本実施形態の水処理方法では、ステップＳ３３の代わりに、ｐＨ調整手段３５により原水Ｗ１にアルカリを添加して、供給水Ｗ２のｐＨをアルカリ性側としてもよい（ステップＳ３１）。
【0114】
図２に示すように、供給水Ｗ２のｐＨをアルカリ性側にすることで、炭酸イオンの濃度が上昇する。２価のイオンである炭酸イオンは、逆浸透膜モジュール２１の逆浸透膜で捕捉されやすいことから、アルカリ性条件下でステップＳ４を行うことにより、脱塩水Ｗ３における炭酸イオンの濃度を減少させることができる。したがって、アルカリ性条件下でステップＳ４を行うことにより、全炭酸の濃度が減少する。
【0115】
上述したように、調整水Ｗ４のｐＨは、脱塩水Ｗ３における重炭酸イオンの濃度と、脱塩水Ｗ３のｐＨ調整の際に混合される酸（例えば、硫酸）またはアルカリの量と、によって制御される。１つの側面として、脱塩水Ｗ３における重炭酸イオンの濃度があまり高いと、脱塩水Ｗ３のｐＨを酸性側に調整するために混合する硫酸の量が多くなり、調整水Ｗ４における硫酸イオンの濃度が３０ｍｇ／Ｌを超えることがある。
【0116】
しかし、調整水Ｗ４における硫酸イオンの濃度が３０ｍｇ／Ｌを超えると、処理水Ｗ５中に硫酸イオンが多く残存し、処理水Ｗ５が水質基準を満たさないおそれがある。そのため、本実施形態の水処理システム１においては、調整水Ｗ４における硫酸イオンの濃度が３０ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましい。
【0117】
これに対し、本実施形態の水処理方法では、調整水Ｗ４における硫酸イオンの濃度が３０ｍｇ／Ｌを超える場合に、原水Ｗ１に対して脱炭酸処理（ステップＳ３３）することにより、脱塩水Ｗ３における全炭酸の濃度を低くする。その結果、本実施形態の水処理方法では、重炭酸イオンの濃度を低くすることができる。これにより、処理水Ｗ５における硫酸イオンの濃度を水質基準以下に制御することができる。
【0118】
別の側面として、上述したように、調整水Ｗ４と炭酸塩粒子との反応を効率的に進行させるためには、調整水Ｗ４における遊離炭酸の濃度が５ｍｇ／Ｌ以上となるように制御することが好ましい。ステップＳ７１において、制御部４０が調整水Ｗ４における遊離炭酸の濃度が５ｍｇ／Ｌを下回ると判定した場合（ステップＳ７１：ＮＯ）、ステップＳ１とステップＳ４との間に戻り、制御部４０がｐＨ調整手段３５を駆動させる。具体的に、前処理槽６１にて、ｐＨ調整手段３５により原水Ｗ１に酸を添加して、供給水Ｗ２のｐＨを酸性側とする（ステップＳ３２）。この供給水Ｗ２に対してステップＳ４を行うことにより、脱塩水Ｗ３における遊離炭酸の濃度を上昇させることができる。
【0119】
第１実施形態によれば、配管や設備の腐食を容易に抑制することができる水処理方法および水処理システムが提供される。また、第１実施形態によれば、処理水Ｗ５における硫酸イオンの水質基準を満たしやすい。
【0120】
＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態における水処理方法および水処理システムについて、図面に基づき説明する。
以下、本発明の第２実施形態における水処理方法および水処理システムについて、図面に基づき説明する。
【0121】
図４は、第２実施形態の水処理システム２の概略構成を示す図である。図４に示すように、本実施形態の水処理システム２は、接触処理部１０と、脱塩処理部２０と、制御部４０と、貯留槽５１と、第１調整部１６０と、第３調整部３４０と、を有している。
【0122】
すなわち、第２実施形態の水処理システム２は、第２調整部６０を備えていない。つまり、本実施形態では、ステップＳ１で供給した原水Ｗ１を、そのまま次のステップＳ４の供給水Ｗ２として用いることを想定している。
【0123】
以下、上述の水処理システム２を用いた水処理方法について、図５に基づき説明する。図５は、第２実施形態の水処理方法の各工程を示すフローチャートである。なお、本実施形態の水処理方法で得られる処理水Ｗ５は、飲料水として用いられるものとする。
【0124】
まず、地下水や河川水などの原水Ｗ１を、水処理システム１に供給する（ステップＳ１）。
【0125】
次に、脱塩処理部２０の逆浸透膜モジュール２１に供給された供給水Ｗ２（原水Ｗ１）を、逆浸透膜を用いて、脱塩処理する（ステップＳ４）。ステップＳ４の後、得られた脱塩水Ｗ３は第２の流路２３を流通する。
【0126】
次に、脱塩水Ｗ３のｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度からなる群から選ばれる少なくとも一種を測定装置２４により測定すると共に、調整水Ｗ４のｐＨ、遊離炭酸濃度および硫酸イオン濃度からなる群から選ばれる少なくとも一種を測定装置１７により測定する（ステップＳ５）。ステップＳ５で得られたデータは制御部４０に出力される。
【0127】
次に、ステップＳ５で得られた結果のうち、調整水Ｗ４のｐＨの結果に基づいて、制御部４０にて調整水Ｗ４が上記（ａ）を満たしているか否か（判定Ａ２）判定する（ステップＳ６）。
【0128】
ステップＳ６において、制御部４０が、調整水Ｗ４が上記（ａ）を満たしていないと判定した場合（ステップＳ６：ＮＯ）、ｐＨ調整手段３１を駆動させる。具体的に、調整水Ｗ４のｐＨが４．０以上７．０未満となるように、ｐＨ調整手段を用いて、調整槽１６にて、脱塩水Ｗ３に酸またはアルカリを混合する（ステップＳ６１）。
【0129】
一方、ステップＳ６において、制御部４０が、調整水Ｗ４が上記（ａ）を満たしていると判定した場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、ステップＳ５で得られた結果のうち、調整水Ｗ４における遊離炭酸の濃度の結果に基づいて、調整水Ｗ４が上記（ｂ）を満たしているか否か（判定Ａ３）判定する（ステップＳ７）。
【0130】
ステップＳ７において、制御部４０が、調整水Ｗ４が上記（ｂ）を満たしていないと判定した場合（ステップＳ７：ＮＯ）、調整水Ｗ４における遊離炭酸の濃度が２５ｍｇ／Ｌを上回るか、または５ｍｇ／Ｌを下回るか、（判定Ａ３１）判定する（ステップＳ７１）。
【0131】
ステップＳ７１において、制御部４０が、調整水Ｗ４における遊離炭酸の濃度が２５ｍｇ／Ｌを上回ると判定した場合（ステップＳ７１：ＹＥＳ）、ｐＨ調整手段３１および曝気装置３２を駆動させる。具体的に、調整水Ｗ４における遊離炭酸の濃度が２５ｍｇ／Ｌ以下となるように、ｐＨ調整手段３１および曝気装置３２を用いて、調整槽１６にて、酸性条件下で脱塩水Ｗ３を曝気し、脱炭酸処理する（ステップＳ７２）。
【0132】
一方、ステップＳ７１において、制御部４０が、調整水Ｗ４における遊離炭酸の濃度が５ｍｇ／Ｌを下回ると判定した場合（ステップＳ７１：ＮＯ）、二酸化炭素供給手段３８を駆動させる。具体的に、調整水Ｗ４における遊離炭酸の濃度が５ｍｇ／Ｌ以上となるように、二酸化炭素供給手段３８を用いて、調整槽１６にて、脱塩水Ｗ３に二酸化炭素を供給する（ステップＳ７３）。
【0133】
ステップＳ７に戻り、制御部４０が上記（ｂ）を満たしていると判定した場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、反応槽１１にて、調整水Ｗ４を上述の炭酸塩粒子に接触させる（ステップＳ８）。
【0134】
次に、測定装置１５を用いて、ステップＳ８で得られる処理水Ｗ５の硫酸イオンの濃度を測定する（ステップＳ９）。
【0135】
次に、制御部４０が、測定装置１５での測定の結果に基づいて、処理水Ｗ５の硫酸イオンの濃度が飲料水に適した硫酸イオンの濃度の下限値以上であるか否か（判定Ａ３）判定する（ステップＳ１０）。
【0136】
ステップＳ１０において、制御部４０が処理水Ｗ５の硫酸イオンの濃度が飲料水に適した硫酸イオンの濃度の下限値を満たしていないと判定した場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、処理水Ｗ５に上述の硫酸、硫酸塩、亜硫酸塩および重亜硫酸塩からなる群から選ばれる少なくとも一種を混合する（ステップＳ１０１）。これにより、硫酸イオンの濃度を上昇させ、飲料水に適した処理水Ｗ５を得ることができる。
【0137】
一方、ステップＳ１０において、制御部４０が処理水Ｗ５の硫酸イオンの濃度が飲料水に適した硫酸イオンの濃度の下限値以上であると判定した場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、ステップＳ８で得られる処理水Ｗ５を貯留槽５１にて貯留する。
【0138】
第２実施形態によれば、配管や設備の腐食を容易に抑制することができる水処理方法および水処理システムが提供される。また、原水Ｗ１をそのまま供給水Ｗ２として使用できることが予め分かっている場合には、第２実施形態の水処理システムを適用することで、装置構成を簡略化できる。
【0139】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。
【0140】
例えば、上記実施形態の水処理システムにおいて、反応槽１１の下部に第４の流路１３の端部が接続され、反応槽１１の上部に第３の流路１２の端部が接続されていてもよい。この場合、反応槽１１の内部を調整水Ｗ４が下向流で流れる。
【0141】
また、例えば上記実施形態の水処理システムにおいて、調整槽１６と前処理槽６１とのいずれか一方または両方を省略してもよい。調整槽１６を省略する場合、反応槽１１と逆浸透膜モジュール２１との間で脱塩水Ｗ３のｐＨおよび遊離炭酸濃度を調整する。また、前処理槽６１を省略する場合、逆浸透膜モジュール２１までに原水Ｗ１のｐＨおよび遊離炭酸濃度を調整する。
【0142】
また、第２調整部６０と第３調整部３４０とのいずれか一方または両方を省略してもよい。すなわち、上記実施形態の水処理方法において、第２調整工程と第３調整工程とのいずれか一方または両方を省略してもよい。
【実施例】
【0143】
以下、実施例により、本発明の接触処理について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0144】
実施例Ａ１
図１に示す水処理装置１を用いて、調製水Ｗ４を接触処理部と接触する際の接触速度をＳＶ＝５（１／ｈｒ）として設定したうえ、調製水Ｗ４の遊離炭酸濃度を１４．７０ｍｇ／Ｌ（ただし、炭酸カルシウムとして。）、ｐＨを６．５０として、調製水Ｗ４を接触処理部と接触させて処理した。
調製水Ｗ４の接触処理により得られた処理水Ｗ５の水質を表１に示す。
図１に示す水処理装置１を用いて、調製水Ｗ４を接触処理部と接触する際の接触速度をＳＶ＝５（１／ｈｒ）として設定したうえ、調製水Ｗ４の遊離炭酸濃度を１４．７０ｍｇ／Ｌ（ただし、炭酸カルシウムとして。）、ｐＨを６．５０として、調製水Ｗ４を接触処理部と接触させて処理した。
調製水Ｗ４の接触処理により得られた処理水Ｗ５の水質を表１に示す。
【0145】
実施例Ａ２～Ａ６、比較例Ａ１～Ａ２
調製水Ｗ４の遊離炭酸濃度、およびｐＨを、表１に示すように調整したほかは、実施例Ａ１と同様に調製水Ｗ４を接触処理した。
調製水Ｗ４の接触処理により得られた処理水Ｗ５の水質を表１に示す。
調製水Ｗ４の遊離炭酸濃度、およびｐＨを、表１に示すように調整したほかは、実施例Ａ１と同様に調製水Ｗ４を接触処理した。
調製水Ｗ４の接触処理により得られた処理水Ｗ５の水質を表１に示す。
【0146】
実施例Ｂ１～Ｂ７、比較例Ｂ１～Ｂ２
調製水Ｗ４を接触処理部と接触する際の接触速度をＳＶ＝１０（１／ｈｒ）とし、調製水Ｗ４の遊離炭酸濃度、およびｐＨを、表２に示すように調整したほかは、実施例Ａ１と同様に調製水Ｗ４を接触処理した。
調製水Ｗ４の接触処理により得られた処理水Ｗ５の水質を表２に示す。
調製水Ｗ４を接触処理部と接触する際の接触速度をＳＶ＝１０（１／ｈｒ）とし、調製水Ｗ４の遊離炭酸濃度、およびｐＨを、表２に示すように調整したほかは、実施例Ａ１と同様に調製水Ｗ４を接触処理した。
調製水Ｗ４の接触処理により得られた処理水Ｗ５の水質を表２に示す。
【0147】
実施例Ｃ１、比較例Ｃ１～Ｃ８
調製水Ｗ４を接触処理部と接触する際の接触速度をＳＶ＝３０（１／ｈｒ）とし、調製水Ｗ４の遊離炭酸濃度、およびｐＨを、表３に示すように調整したほかは、実施例Ａ１と同様に調製水Ｗ４を接触処理した。
調製水Ｗ４の接触処理により得られた処理水Ｗ５の水質を表３に示す。
調製水Ｗ４を接触処理部と接触する際の接触速度をＳＶ＝３０（１／ｈｒ）とし、調製水Ｗ４の遊離炭酸濃度、およびｐＨを、表３に示すように調整したほかは、実施例Ａ１と同様に調製水Ｗ４を接触処理した。
調製水Ｗ４の接触処理により得られた処理水Ｗ５の水質を表３に示す。
【0148】
なお、表中、「処理水（Ｗ５）水質」において、各指標は以下を意味する。
【0149】
＜ｐＨ＞
調製水Ｗ４の接触処理により得られた処理水Ｗ５のｐＨを常法に従って測定した。
調製水Ｗ４の接触処理により得られた処理水Ｗ５のｐＨを常法に従って測定した。
【0150】
＜Ｍ－アルカリ＞
処理水Ｗ５におけるアルカリ度は、以下の方法で測定した。
処理水Ｗ５を、０．０１ｍｏｌ／Ｌの硫酸溶液でｐＨ４．８になるまで滴定し、以下の式に基づいて、Ｍ－アルカリを算出した。
Ｍ－アルカリ（単位：ｍｇ／Ｌ、ＣａＣＯ３として）＝
Ａ１×（１０００／Ｓ）×Ｖ ・・・（２）
なお、式（２）における記号は以下の意味を示す。
Ａ１：終点までの０．０１ｍｏｌ／Ｌの硫酸溶液の滴定量（ｍＬ）。
１０００：単位換算係数（ｍＬ／Ｌ）。
Ｓ：試料採取量（ｍＬ）。
Ｖ：０．０１ｍｏｌ／Ｌの硫酸溶液１ｍＬの炭酸カルシウム相当量（ｍｇ）。
本発明においては、処理水Ｗ５のｐＨを７．０未満として調整するため、この領域においてＭ－アルカリ度は、重炭酸濃度と等しい。
処理水Ｗ５におけるアルカリ度は、以下の方法で測定した。
処理水Ｗ５を、０．０１ｍｏｌ／Ｌの硫酸溶液でｐＨ４．８になるまで滴定し、以下の式に基づいて、Ｍ－アルカリを算出した。
Ｍ－アルカリ（単位：ｍｇ／Ｌ、ＣａＣＯ３として）＝
Ａ１×（１０００／Ｓ）×Ｖ ・・・（２）
なお、式（２）における記号は以下の意味を示す。
Ａ１：終点までの０．０１ｍｏｌ／Ｌの硫酸溶液の滴定量（ｍＬ）。
１０００：単位換算係数（ｍＬ／Ｌ）。
Ｓ：試料採取量（ｍＬ）。
Ｖ：０．０１ｍｏｌ／Ｌの硫酸溶液１ｍＬの炭酸カルシウム相当量（ｍｇ）。
本発明においては、処理水Ｗ５のｐＨを７．０未満として調整するため、この領域においてＭ－アルカリ度は、重炭酸濃度と等しい。
【0151】
＜遊離炭酸濃度＞
処理水Ｗ５における遊離炭酸濃度を、二酸化炭素の量として常法に従って測定した。
処理水Ｗ５における遊離炭酸濃度を、二酸化炭素の量として常法に従って測定した。
【0152】
＜Ｃａ＞
処理水Ｗ５に含まれるカルシウムイオン濃度を、イオンクロマトグラフ陽イオン一斉分析法に従って測定した。
処理水Ｗ５に含まれるカルシウムイオン濃度を、イオンクロマトグラフ陽イオン一斉分析法に従って測定した。
【0153】
＜蒸残値＞
処理水Ｗ５を加熱し、水を含む揮発成分を蒸発させた後に残る蒸発乾固残渣の量を、処理水Ｗ５の１Ｌ当たりの量で表したものである。
処理水Ｗ５を加熱し、水を含む揮発成分を蒸発させた後に残る蒸発乾固残渣の量を、処理水Ｗ５の１Ｌ当たりの量で表したものである。
【0154】
＜水温＞
処理水Ｗ５の水質の各指標を測定した際の水温を示す。
処理水Ｗ５の水質の各指標を測定した際の水温を示す。
【0155】
【表1】
【0156】
【表2】
【0157】
【表3】
【符号の説明】
【0158】
１，２…水処理システム、１０…接触処理部、１１…反応槽、１５，１７，２４，６３…測定装置、１６…調整槽、２０…脱塩処理部、２１…逆浸透膜モジュール、３１，３５…ｐＨ調整手段、３２，３６…曝気装置、３４…硫酸イオン混合手段、３８…二酸化炭素供給手段、４０…制御部、５１…貯留槽、６１…前処理槽、Ｗ１…原水、Ｗ２…供給水、Ｗ３…脱塩水、Ｗ４…調整水、Ｗ５…処理水
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】