本发明涉及使包含Ca离子(Ca2+)、硫酸根离子(SO42-)、CO32-离子及HCO3-离子以及二氧化硅的被处理水再生的水处理方法以及水处理系统。
背景技术：
已知在工厂废水、坑水、下水中包含丰富的离子、二氧化硅。另外，在冷却塔中，在从锅炉等排出的高温的废气与冷却水之间进行热交换。通过该热交换，冷却水的一部分成为蒸气，因此冷却水中的离子、二氧化硅被浓缩。因此，从冷却塔排出的冷却水(排污水)成为离子浓度、二氧化硅浓度较高的状态。
包含大量离子的水在被实施了脱盐处理之后排放到环境中。作为实施脱盐处理的装置，已知有反浸透膜装置、纳滤膜装置、离子交换装置等。
在上述的水中所包含的离子内，Na+、K+、NH4+等1价阳离子、Cl-、NO3-等阴离子是向水中的溶解度较高的离子。另一方面，Ca2+等2价金属离子、SO42-、CO32-等阴离子以及二氧化硅是构成水垢(scale)的成分。构成水垢的成分的盐、二氧化硅相对于水的溶解度较低，因此容易作为水垢而析出。尤其是在上述的坑水、工业废水、冷却塔的排污水中包含丰富的Ca2+、SO42-、CO32-、HCO3-以及二氧化硅。作为性状的一例，pH为8，Na离子为20mg/L，K离子为5mg/L，Ca离子为50mg/L，Mg离子为15mg/L，HCO3离子为200mg/L，Cl离子为200mg/L，SO42-离子为120mg/L，PO4离子为5mg/L，SiO2离子为35mg/L。在这些中，Ca离子、Mg离子、SO42-离子、HCO3离子浓度高，通过它们进行反应而生成水垢(CaSO4、CaCO3等)。另外，废水中存在的二氧化硅成分也由于浓缩率而成为附着在设备上等的水垢成分。当在实施上述的脱盐处理的装置内产生水垢时，会导致处理能力降低。因此，谋求不产生水垢地实施脱盐处理。
在此，作为使用水冷式冷却塔的成套设备的例子，例如存在发电设备(存在售电用途的商业用、厂内电力利用的工业用发电设备。发电为火力、地热等)以及具有发电设备和冷却设备的成套设备等。另外，作为成套设备，存在通常的化学成套设备、钢铁成套设备、采矿成套设备、油田成套设备、气田成套设备以及机械成套设备等。
作为去除Ca离子的方法，已知有石灰纯碱(lime soda)法。在石灰纯碱法中，通过向被处理水中添加碳酸钠，使被处理水中的Ca离子作为碳酸钙析出、沉淀，由此从水中去除Ca离子。
专利文献1公开了一种将使用石灰纯碱法的化学软化装置、离子交换装置、反浸透膜装置等组合而得到的废水处理装置。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第7815804号说明书
技术实现要素：
发明要解决的技术问题
石灰纯碱法为了进行处理而需要添加碳酸钠，因而处理成本高。若是石灰纯碱法，当使1mol的Ca离子沉淀为碳酸钙时，会产生2mol的Na+。另一方面，在被处理水中包含SO42-的情况下，若是石灰纯碱法，无法被去除。即，若是石灰纯碱法，处理后的水中所包含的离子的摩尔数增加。
在使用离子交换装置去除Ca离子的情况下，也是为了处理1mol的Ca离子而会产生2mol的Na+，处理后的水中所包含的离子的摩尔数增加。
专利文献1的系统进行这样的处理：通过反浸透膜装置对利用石灰纯碱法以及离子交换装置处理后的水进一步去除离子成分。因此，在专利文献1的系统中，由于离子的摩尔数增加，因此存在反浸透膜装置中的浸透压力增高、处理负荷增大这样的问题。另外，在专利文献1的装置中，SO42-并未被去除，在处理水中残留有SO42-，难以得到较高的水回收率。
另外，在专利文献1的废水处理装置中，在使离子交换装置再生时，需要大量的药品，从而处理成本较高也成为问题。
本发明的目的在于，提供一种能够以较高的水回收率使包含盐类的水再生的水处理方法以及水处理系统。
用于解决技术问题的方案
本发明的第一方案是一种水处理方法，其包括如下的工序：第二水垢防止剂供给工序，在该第二水垢防止剂供给工序中，向包含Ca离子、SO42-离子、CO32-离子及HCO3-离子以及二氧化硅的被处理水供给钙水垢防止剂和二氧化硅水垢防止剂，所述钙水垢防止剂是防止包含钙的水垢析出的水垢防止剂，所述二氧化硅水垢防止剂是防止所述二氧化硅析出的水垢防止剂；第二脱盐工序，该第二脱盐工序在所述第二水垢防止剂供给工序之后，将所述被处理水分离为第二浓缩水与处理水，所述第二浓缩水浓缩有所述Ca离子、所述SO42-离子、所述CO32-离子及HCO3-离子以及所述二氧化硅；以及第二析晶工序，在第二析晶工序中，向所述第二浓缩水供给石膏的晶种，从而石膏从所述第二浓缩水中析晶；在所述第二析晶工序之后，包括如下的工序：第一水垢防止剂供给工序，在该第一水垢防止剂供给工序中，向所述被处理水供给所述钙水垢防止剂；第一pH调整工序，在该第一pH调整工序中，将所述被处理水调整为所述二氧化硅能够溶解于所述被处理水中的pH；第一脱盐工序，该第一脱盐工序在所述第一水垢防止剂供给工序以及所述第一pH调整工序之后，将所述被处理水分离为第一浓缩水与处理水，所述第一浓缩水浓缩有所述Ca离子、所述SO42-离子、所述CO32-离子及HCO3-离子以及所述二氧化硅；以及第一析晶工序，在该第一析晶工序中，向所述第一浓缩水供给石膏的晶种，从而石膏从所述第一浓缩水中析晶。
本发明的第二方案是一种水处理系统，其具备：第二水垢防止剂供给部，其向包含Ca离子、SO42-离子、CO32-离子及HCO3-离子以及二氧化硅的被处理水供给钙水垢防止剂和二氧化硅水垢防止剂，所述钙水垢防止剂是防止包含钙的水垢析出的水垢防止剂，所述二氧化硅水垢防止剂是防止二氧化硅析出的水垢防止剂；第二脱盐部，其设置在所述第二水垢防止剂供给部的下游侧，且将所述被处理水分离为第二浓缩水与处理水，所述第二浓缩水浓缩有所述Ca离子、所述SO42-离子以及所述二氧化硅；以及第二析晶部，其设置在所述第二脱盐部的下游侧，且具有使石膏从所述第二浓缩水中析晶的第二析晶槽与向所述第二析晶槽供给石膏的晶种的第二晶种供给部，在所述第二析晶部的所述被处理水的下游侧具备：第一水垢防止剂供给部，其向所述被处理水供给所述钙水垢防止剂；第一pH调整部，其向所述被处理水供给pH调整剂，将所述被处理水的pH调整为所述二氧化硅能够溶解于所述被处理水中的值；第一脱盐部，其设置在所述第一水垢防止剂供给部以及所述第一pH调整部的下游侧，且将所述被处理水分离为第一浓缩水与处理水，所述第一浓缩水浓缩有所述Ca离子、所述SO42-离子、所述CO32-离子及HCO3-离子以及所述二氧化硅；以及第一析晶部，其设置在所述第一脱盐部的下游侧，且具有使石膏从所述第一浓缩水中析晶的第一析晶槽与向所述第一析晶槽供给石膏的晶种的第一晶种供给部。
在第一方案以及第二方案中，利用由第二水垢防止剂供给工序以及第二水垢防止剂供给部供给的钙水垢防止剂以及二氧化硅水垢防止剂的效果，能够防止第二脱盐部以及第二脱盐工序中的水垢产生。另外，通过在第二析晶部以及第二析晶工序中向第二浓缩水添加石膏的晶种，从而即便存在水垢防止剂，也能够使石膏析晶而从被处理水中分离。其结果是，能够以较高的水回收率对包含Ca离子、SO42-离子以及二氧化硅的被处理水进行处理，能够降低运转成本。此外，还起到能够回收高纯度的石膏这样的效果。
根据第一方案以及第二方案，在第一水垢防止剂供给工序、第一水垢防止剂供给部、第一pH调整工序以及第一pH调整部中添加钙水垢防止剂并且调整为二氧化硅能够溶解的pH，从而实施水处理，因此能够防止第一脱盐部以及第一脱盐工序中的水垢产生。另外，通过在第一析晶部以及第一析晶工序中向第一浓缩水添加石膏的晶种，从而即便存在水垢防止剂，也能够使石膏析晶而从被处理水中分离。其结果是，能够防止水垢产生且能够以较高的水回收率对包含Ca离子、SO42-离子、CO32-离子及HCO3-离子以及二氧化硅的被处理水进行处理。另外，能够降低处理所需要的药品量、运转所需要的动力，维修也变得容易，因此能够降低运转成本。
在上述方案中，在所述被处理水的最下游处的所述第一析晶工序之后，包括下游侧脱盐工序，在该下游侧脱盐工序中分离为浓缩水与处理水，并将该分离出的处理水回收。
在上述方案中，在被处理水最下游的所述第一析晶部的下游侧具备下游侧脱盐部，该下游侧脱盐部将从所述第一析晶部排出的所述第一浓缩水分离为浓缩水与处理水。
通过设置下游侧脱盐工序以及下游侧脱盐部，能够进一步提高水回收率。另外，在发明中，由于被处理水中的离子的摩尔数大幅降低，因此能够降低盐类向下游侧脱盐部流入的流入量，因此能够降低下游侧脱盐部的动力。
在上述方案中，优选具备第二pH调整工序，在该第二pH调整工序中，将所述第二浓缩水调整为在所述第二析晶工序中所述钙水垢防止剂的水垢防止功能降低而促进所述石膏的析出的pH。
在上述方案中，优选具备第二pH调整部，该第二pH调整部设置在所述第二脱盐部的下游侧，且向所述第二浓缩水供给pH调整剂，将所述第二浓缩水的pH调整为所述钙水垢防止剂的水垢防止功能降低而促进所述石膏的析出的值。
在该情况下，优选为，在所述第二析晶工序之后，将在所述第二pH调整工序中调整了pH后的所述第二浓缩水调整为所述钙水垢防止剂发挥功能的pH。
另外，优选为，在所述第二析晶部的下游侧具备第三pH调整部，该第三pH调整部向由所述第二pH调整部调整了pH后的所述第二浓缩水供给pH调整剂，从而将所述第二浓缩水的pH调整为所述钙水垢防止剂发挥功能的值。
或者，在上述方案中，能够具备第二pH调整工序，在该第二pH调整工序中，将所述第二浓缩水调整为在所述第二析晶工序中所述二氧化硅能够溶解的pH。在上述方案中，优选具备第二pH调整部，该第二pH调整部设置在所述第二脱盐部的下游侧，且向所述第二浓缩水供给pH调整剂，从而将所述第二浓缩水的pH调整为在所述第二析晶部内所述二氧化硅能够溶解于所述第二浓缩水中的值。
这样，能够抑制下游侧脱盐部内的包含钙的水垢的生成。
在第一方案中，优选为，在所述被处理水的最上游侧的所述第二水垢防止剂供给工序之前，包括第二上游侧沉淀工序，在该第二上游侧沉淀工序中，至少碳酸钙从所述被处理水中沉淀，从而所述被处理水中的所述碳酸钙的浓度降低。在该情况下，优选为，在所述第二上游侧沉淀工序之前或者在所述第二上游侧沉淀工序之后且所述第二水垢防止剂供给工序之前，包括第二脱气工序，在该第二脱气工序中，从所述被处理水中去除CO2。
在第二方案中，优选为，在位于所述被处理水的最上游的所述第二水垢防止剂供给部的上游侧具备第二上游侧沉淀部，该第二上游侧沉淀部至少使碳酸钙从所述被处理水中沉淀，从而使所述被处理水中的所述碳酸钙的浓度降低。在该情况下，优选为，在所述第二上游侧沉淀部的上游侧或者所述第二上游侧沉淀部的下游侧且所述第二水垢防止剂供给部的上游侧，具备第二脱气部，该第二脱气部从所述被处理水中去除CO2。
这样，通过预先从向脱盐部流入前的被处理水中去除碳酸钙，能够防止碳酸钙在水处理中作为水垢而析出。通过去除碳酸钙，能够提高在析晶工序以及析晶部中析晶出的石膏的纯度。
在上述方案中，所述被处理水包含金属离子，优选为，在所述第一析晶工序之后包括第一沉淀工序，在该第一沉淀工序中，碳酸钙与金属化合物中的至少一方沉淀，从而所述第一浓缩水中的所述碳酸钙与所述金属离子中的至少一方的浓度降低。优选为，在所述第二析晶工序之后包括第二沉淀工序，在该第二沉淀工序中，碳酸钙与金属化合物中的至少一方沉淀，从而所述第二浓缩水中的所述碳酸钙与所述金属离子中的至少一方的浓度降低。
在该情况下，在所述第一沉淀工序中，向所述第一浓缩水供给所述二氧化硅的晶种与所述二氧化硅的沉淀剂中的至少一方。在所述第二沉淀工序中，向所述第二浓缩水供给所述二氧化硅的晶种与所述二氧化硅的沉淀剂中的至少一方。
在上述方案中，所述被处理水包含金属离子，优选为，在所述第一析晶部的下游侧具备第一沉淀部，该第一沉淀部使碳酸钙与金属化合物中的至少一方沉淀，从而使所述第一浓缩水中的所述碳酸钙与所述金属离子中的至少一方的浓度降低。优选为，在所述第二析晶部的下游侧具备第二沉淀部，该第二沉淀部使碳酸钙与金属化合物中的至少一方沉淀，从而使所述第二浓缩水中的所述碳酸钙与所述金属离子中的至少一方的浓度降低。
在该情况下，向所述第一沉淀部供给所述二氧化硅的晶种与所述二氧化硅的沉淀剂中的至少一方。向所述第二沉淀部供给所述二氧化硅的晶种与所述二氧化硅的沉淀剂中的至少一方。
通过在析晶部以及析晶工序之后设置的沉淀部以及沉淀工序而将碳酸钙、金属化合物从被处理水中去除，由此能够获得较高的水回收率。
二氧化硅的溶解状态根据被处理水的pH发生变化，存在仅使pH变化则难以析出二氧化硅的趋势。因此，通过在沉淀部以及沉淀工序中添加二氧化硅的晶种而容易使二氧化硅析出，由此能够提高二氧化硅的去除率。其结果是，能够进一步提高水回收率，使运转动力进一步下降。
在上述方案的水处理方法中，在所述被处理水包含Mg离子的情况下，优选为，根据所述Mg离子的浓度来调整所述二氧化硅的沉淀剂的供给量。
在上述方案中，在所述被处理水包含Mg离子的情况下，优选为，在所述第一沉淀部中，根据所述Mg离子的浓度来调整所述二氧化硅的沉淀剂的供给量。在所述被处理水包含Mg离子的情况下，优选为，在所述第二沉淀部中，根据所述Mg离子的浓度来调整所述二氧化硅的沉淀剂的供给量。
在上述方案中，在所述被处理水包含Mg离子的情况下，优选为，将所述第一沉淀工序的第一浓缩水调整为镁化合物析出的pH来降低所述Mg离子的浓度，并且在所述第一沉淀工序之后，将所述第一浓缩水调整为所述镁化合物能够溶解的pH。优选为，将所述第二沉淀工序的第二浓缩水调整为镁化合物析出的pH来降低所述Mg离子的浓度，并且在所述第二沉淀工序之后，将所述第二浓缩水调整为所述镁化合物能够溶解的pH。
在上述方案中，在所述被处理水包含Mg离子的情况下，优选为，将所述第一沉淀部内的所述第一浓缩水调整为镁化合物析出的pH来降低所述Mg离子的浓度，并且在所述第一沉淀部的下游侧将所述第一浓缩水的pH调整为所述镁化合物能够溶解的值。在所述被处理水包含Mg离子的情况下，优选为，将所述第二沉淀部内的所述第二浓缩水调整为镁化合物析出的pH来降低所述Mg离子的浓度，并且在所述第二沉淀部的下游侧将所述第二浓缩水的pH调整为所述镁化合物能够溶解的值。
在被处理水中包含Mg离子的情况下，在沉淀工序以及沉淀部中，浓缩水中的Mg离子与二氧化硅发生反应而沉淀。在本发明中，通过根据浓缩水中的Mg离子与二氧化硅之间的平衡来进行沉淀剂的供给量的调整，由此高效地进行沉淀剂的供给。在Mg离子浓度相对于二氧化硅浓度较高的情况下，调整浓缩水的pH而使镁化合物在沉淀工序以及沉淀部中析出。然后，将浓缩水调整为镁化合物能够溶解的pH，从而抑制位于沉淀部的下游侧的脱盐部中的水垢生成。
在上述方案中，在所述被处理水包含Mg离子的情况下，优选为，将所述第二上游侧沉淀工序的所述被处理水调整为镁化合物析出的pH来降低所述Mg离子的浓度，并且在所述第二上游侧沉淀工序之后将所述被处理水调整为所述镁化合物能够溶解的pH。
在上述方案中，优选为，将所述第二上游侧沉淀部内的所述被处理水调整为镁化合物析出的pH来降低所述Mg离子的浓度，并且在所述第二上游侧沉淀部的下游侧将所述被处理水的pH调整为所述镁化合物能够溶解的值。
这样，在被处理水中包含Mg离子的情况下，通过在进行脱盐处理之前高效地去除Mg离子，能够防止水处理工序中的包含镁的水垢的生成。
在上述方案中，优选为，使水分从所述下游侧脱盐工序的所述浓缩水中蒸发，并回收所述浓缩水中的固体。
优选为，在所述下游侧脱盐部的所述浓缩水的下游侧具备蒸发器，该蒸发器使水分从所述浓缩水中蒸发，并回收所述浓缩水中的固体。
根据上述结构的水处理方法以及水处理系统，在将在水处理的过程中生成的固形物作为废弃物而向系统外排出时，能够减小废弃物的容积。
发明效果
在本发明的水处理系统以及水处理方法中，能够防止处理中的碳酸钙、二氧化硅等水垢产生且能够将Ca2+以及SO42-作为石膏而从被处理水中去除，因此能够进一步提高水回收率。
在被处理水中包含镁离子的情况下，若使用本发明的水处理系统以及水处理方法，则也能够防止处理中的包含镁的水垢产生且能够将镁离子从被处理水中去除。
通过本发明处理过的水在下游侧的离子的摩尔数大幅降低，因此使位于下游的脱盐部的动力大幅降低。
此外，本发明还起到能够使高纯度的石膏析晶并回收这样的效果。
附图说明
图1是第一参考实施方式所涉及的水处理系统的概要图。
图2是石膏析出量的pH依赖性的模拟结果。
图3是碳酸钙析出量的pH依赖性的模拟结果。
图4是表示二氧化硅溶解量的pH依赖性的曲线图。
图5是使用石膏处于过饱和状态的模拟水，通过改变模拟水的pH而进行了石膏析出实验的结果。
图6是使用石膏处于过饱和状态的模拟水，通过改变晶种的浓度而进行了石膏析出实验的结果。
图7是在条件5下析晶出的石膏的显微镜照片。
图8是在条件3下析晶出的石膏的显微镜照片。
图9是第二参考实施方式所涉及的水处理系统的概要图。
图10是第三参考实施方式所涉及的水处理系统的概要图。
图11是第四参考实施方式所涉及的水处理系统的概要图。
图12是第一实施方式所涉及的水处理系统的概要图。
图13是对第五参考实施方式所涉及的水处理系统进行说明的概要图。
图14是对第六参考实施方式所涉及的水处理系统进行说明的概要图。
图15是对第七参考实施方式所涉及的水处理系统进行说明的概要图。
图16是对第八参考实施方式所涉及的水处理系统进行说明的概要图。
具体实施方案
成为本发明的处理对象的水(被处理水)包含Ca2+、SO42-、CO32-离子及HCO3-离子以及二氧化硅。具体而言，被处理水(原水)为坑水、下水、工厂废水、冷却塔的排污水等。另外，被处理水有时包含Mg离子等金属离子。
[第一参考实施方式]
图1是本发明的第一参考实施方式所涉及的水处理系统的概要图。图1的水处理系统1成为在被处理水的流通方向上连结有两个水处理部的结构。在本参考实施方式的水处理系统1中，根据被处理水的性状，可以为一个水处理部，也可以连结三个以上的水处理部。
每个水处理部分别从被处理水的上游侧起依次具备第一脱盐部10(10a、10b)以及第一析晶部20(20a、20b)。第一脱盐部10a、10b的浓缩侧与第一析晶部20a、20b连接。水处理部在各第一脱盐部10(10a、10b)的上游侧流路中具备第一水垢防止剂供给部30(30a、30b)以及第一pH调整部40(40a、40b)。
第一水垢防止剂供给部30(30a、30b)由罐31(31a、31b)、阀V1(V1a、V1b)以及控制部32(32a、32b)构成。控制部32a、32b分别与阀V1a、V1b连接。在罐31a、31b内贮存有水垢防止剂。
本参考实施方式中使用的水垢防止剂用于防止在被处理水中析出包含钙的水垢。以下称为“钙水垢防止剂”。
钙水垢防止剂具有如下的功能：抑制在被处理水中生成石膏或碳酸钙的结晶核，并且通过吸附于被处理水中所包含的石膏或碳酸钙的结晶核(晶种、超过饱和浓度而析出的小径的水垢等)的表面而抑制石膏或碳酸钙的结晶生长。或者，钙水垢防止剂还具有使析出的结晶等被处理水中的粒子分散(防止凝聚)的功能的类型的钙水垢防止剂。
作为钙水垢防止剂，具有膦酸系的水垢防止剂、聚羧酸系的水垢防止剂以及它们的混合物等。作为具体例，举出FLOCON260(商品名，BWA公司制)。
在被处理水中包含Mg离子的情况下，能够使用防止在被处理水中析出包含镁的水垢(例如氢氧化镁)的水垢防止剂。以下称为“镁水垢防止剂”。
作为镁水垢防止剂，具有聚羧酸系的水垢防止剂等。作为具体例，举出FLOCON 295N(商品名、BWA公司制)。
在图1中，在各位置仅图示出一个第一水垢防止剂供给部30a、30b，但在投入多个种类的水垢防止剂的情况下，优选设置多个第一水垢防止剂供给部。在该情况下，在各个罐中，按照种类而分开收纳水垢防止剂。
第一pH调整部40(40a、40b)由罐41(41a、41b)、阀V2(V2a、V2b)、控制部42(42a、42b)以及pH计43(43a、43b)构成。在罐41a、41b内贮存有碱作为pH调整剂。碱例如是氢氧化钙、氢氧化钠。尤其是氢氧化钙，由于在后述的析晶工序中Ca离子会被作为石膏回收，因此能够降低到达下游侧的脱盐部的离子量，因而是优选的。控制部42a、42b分别与阀V2a、V2b以及pH计43a、43b连接。
在图1中，第一脱盐部10a、10b为反浸透膜装置。此外，第一脱盐部10a、10b能够采用电透析装置(ED)、极性转换式电透析装置(EDR)、电再生式纯水装置(EDI)、离子交换装置(IEx)、静电脱盐装置(CDI)、纳米过滤器(NF)、蒸发器等。
在此，在纳米过滤器(NF)、电透析装置(ED)、极性转换式电透析装置(EDR)、电再生式纯水装置(EDI)、静电脱盐装置(CDl)中，选择性地去除水垢成分(2价离子、Ca2+、Mg2+等)，并使Na+以及Cl-等1价离子透过。若使用这些脱盐装置，则能够抑制浓缩水中的成为水垢成分的离子的离子浓度的浓缩，因此能够实现水回收率的提高、节能化(例如泵动力的削减等)。
另外，在被处理水是冷却塔排污水的情况下，再生水无需是纯水，只要能去除水垢成分(2价离子、Ca2+、Mg2+等)即可，因此具有利用纳米过滤器(NF)等的优点。
在图1中，仅示出一个第一脱盐部10a、10b，但也可以构成为沿被处理水的流通方向并联或串联地连结多个脱盐装置。
第一析晶部20(20a、20b)由第一析晶槽21(21a、21b)以及第一晶种供给部22(22a、22b)构成。第一晶种供给部22a、22b分别与第一析晶槽21a、21b连接。第一晶种供给部22a、22b具有晶种罐23(23a、23b)、阀V3(V3a、V3b)以及控制部24(24a、24b)。控制部24a、24b分别与阀V3a、V3b连接。晶种罐23a、23b贮存石膏粒子来作为晶种。
在图1的水处理系统1中，也可以在各个第一析晶部20a、20b的下游侧设置第一沉淀部50(50a、50b)。第一沉淀部50a、50b分别具备第一沉淀槽51(51a、51b)以及第一过滤装置52(52a、52b)。
水处理系统1在位于最下游的第一析晶部20b的被处理水下游侧具备下游侧脱盐部60。
在图1中，下游侧脱盐部60是反浸透膜装置。下游侧脱盐部60能够采用电透析装置(ED)、极性转换式电透析装置(EDR)、电再生式纯水装置(EDI)、离子交换装置、静电脱盐装置(CDI)、纳米过滤器(NF)、蒸发器等。
在水处理系统1中，在位于被处理水的最上游的第一水垢防止剂供给部30a以及第一pH调整部40a的上游处设置有沉淀槽71以及过滤装置72来作为第一上游侧沉淀部70。沉淀槽71以及过滤装置72是与第一沉淀部50的第一沉淀槽51以及第一过滤装置52相同的结构。
尤其是在被处理水中包含Mg离子的情况下，第一上游侧沉淀部能够采用沿被处理水的流通方向串联地连接多个沉淀槽71的结构。
在图1所示的水处理系统1中，在第一上游侧沉淀部70的上游侧电可以设置第一脱气部73。具体而言，第一脱气部73是具备去除二氧化碳的填充剂的脱气塔或者分离膜。在第一脱气部73的被处理水上游侧也可以设置将被处理水调整为使CO32-离子及HCO3-离子以CO2的状态存在的pH的pH调整部(未图示)。
第一脱气部73也可以设置在第一上游侧沉淀部70的被处理水下游侧且第一水垢防止剂供给部30a以及第一pH调整部40a的上游侧。
也可以在第一脱盐部10与第一析晶部20之间的流路中、第一析晶部20与第一沉淀部50之间的流路中以及第一沉淀部50的下游侧且与第一脱盐部10b或者下游侧脱盐部60之间的流路中设置与第一脱气部73相同结构的脱气部。
在被处理水中的Ca离子浓度较高的情况下，也可以在过滤装置72的下游且位于最上游的第一水垢防止剂供给部30a以及第一pH调整部40a的上游处设置离子交换装置(未图示)。离子交换装置例如是离子交换树脂塔、离子交换膜装置。
当向第一脱盐部10a流入的被处理水中的石膏已经成为过饱和时，由于在第一脱盐部10a中离子进一步被浓缩，因此石膏浓度成为更高的状态。在该情况下，不仅需要投入大量的钙水垢防止剂，而且有可能发生石膏浓度增加到钙水垢防止剂发挥效果的程度以上而导致在第一脱盐部10a内产生水垢。
因此，在原水(被处理水)中的石膏为过饱和的情况下，也可以在最上游的第一水垢防止剂供给部30a以及第一pH调整部40a的上游设置与上述的第一析晶槽21a、21b相同结构的上游侧析晶部(未图示)，在使石膏浓度降低之后将被处理水送至第一脱盐部10a。
以下，说明使用第一参考实施方式的水处理系统1对被处理水进行处理的方法。
首先，对水中的石膏、二氧化硅以及碳酸钙的析出行为进行说明。图2是石膏析出量的pH依赖性的模拟结果。图3是碳酸钙析出量的pH依赖性的模拟结果。在该图中，横轴为pH，纵轴分别为石膏或碳酸钙的析出量(mol)。模拟使用OLI公司制的模拟软件在如下条件下进行：向水中分别混合0.1mol/L的各固体成分，添加H2SO4作为酸，并添加Ca(OH)2作为碱。
图4是表示二氧化硅溶解量的pH依赖性的曲线图(出处：美国专利第7815804号说明书的图4)。在该图中，横轴为pH，纵轴为二氧化硅的溶解量(mg/L)。
根据图2可知，石膏析出不存在pH依赖性，在整个pH区域中析出。但是，当添加钙水垢防止剂后，在高pH区域中，石膏以溶解于水中的状态存在。根据图3可知，碳酸钙在pH超过5时析出。根据图4可知，二氧化硅在pH成为10以上时存在溶解于水中的趋势。
<前处理>
在被处理水为工业废水等的情况下，在被处理水流入第一上游侧沉淀部70之前，实施用于去除被处理水中的油分、浮游粒子等的工序、通过生物处理或化学氧化处理去除有机物的工序。
<第一脱气工序>
在图1的水处理系统1中，流入第一脱气部73之前的被处理水被调整为低pH。被处理水中的碳酸根据被处理水的pH而成为以下的平衡状态。
【化学式1】
在pH较低为6.5以下的情况下，在被处理水中主要以HCO3-以及CO2的状态存在。
包含CO2的被处理水向第一脱气部73流入。CO2在第一脱气部73中从被处理水中被去除。若预先将被处理水调整为CO32-离子及HCO3-离子作为CO2而存在的pH，则能够高效地去除二氧化碳。
通过第一脱气工序而降低了CO32-离子及HCO3-离子浓度的被处理水被送至第一上游侧沉淀部70。
<第一上游侧沉淀工序>
在第一上游侧沉淀部70中，Ca离子以及CO32-离子及HCO3-离子作为碳酸钙而预先从被处理水中被去除一部分。
在被处理水中包含Ca离子以外的金属离子的情况下，在第一上游侧沉淀部70中，金属离子作为向水中的溶解性较低的金属化合物而被预先从被处理水中粗去除。该金属化合物主要为金属氢氧化物，但有时也包含碳酸盐。
在沉淀槽71中向被处理水投入Ca(OH)2以及阴离子系聚合物(三菱重工机电一体化系统(有限公司)制，商品名：ヒシフロツクH305)，沉淀槽71内的pH被管理为4以上且12以下，优选被管理为8.5以上且12以下。
如图3所示，在该pH区域中，碳酸钙的溶解度较低。当碳酸钙成为过饱和时，碳酸钙析出并沉淀到沉淀槽71的底部。
金属化合物的溶解度依赖于pH。越为酸性，则金属离子向水中的溶解度越高。在上述的pH区域中，大多金属化合物的溶解度变低。在上述pH区域中，向水中的溶解度较低的金属化合物在沉淀槽71内凝聚，并沉淀到沉淀槽71的底部。
沉淀后的碳酸钙以及金属化合物从沉淀槽71的底部排出。
Mg离子相对于水形成难溶性的盐，因此是容易作为水垢而析出的成分。Mg(OH)2在pH为10以上时析出。
在利用本参考实施方式的水处理系统1对包含Mg离子的被处理水进行处理的情况下，将沉淀槽71中的被处理水的pH调整为镁化合物(主要是氢氧化镁)析出的pH。具体而言，被处理水的pH被调整为10以上，优选pH被调整为10.5以上，更优选pH被调整为11以上。这样，镁化合物从被处理水中析出，并沉淀到沉淀槽71的底部而被去除。其结果是，被处理水中的Mg离子被粗去除，使被处理水中的Mg离子浓度降低。
在上述的情况下，从第一上游侧沉淀部70排出后的被处理水优选调整为上述的镁化合物能够溶解的pH。具体而言，调整为pH小于10。这样，能够防止在下游侧的装置以及工序中、尤其是在第一脱盐部10a以及第一脱盐工序中生成水垢。
在设置多段沉淀槽71的情况下，能够可靠地去除被处理水中的Mg离子，从而使送至下游侧的被处理水中的Mg离子浓度降低。
作为被处理水的沉淀槽71内的上清液被从沉淀槽71排出。向被排出的被处理水中添加FeCl3，上清液中的碳酸钙、金属化合物等的固成分与Fe(OH)3凝聚。
被处理水被送至过滤装置72。经由过滤装置72去除在Fe(OH)3的作用下凝聚了的固成分。
在实施了第一上游侧沉淀工序后实施第一脱气工序的情况下，被处理水的pH被调整为CO32-离子及HCO3-离子能够作为CO2存在的pH，具体而言调整为6.5以下。
需要说明的是，根据被处理水的性状，也可以省略上述第一脱气工序以及第一上游侧沉淀工序。
在设置了离子交换装置的情况下，通过离子交换装置而去除被处理水中的Ca离子。在被处理水中包含Mg离子的情况下，Mg离子也被离子交换装置去除。
在原水中的石膏为过饱和的情况下，在接着过滤装置72设置的上游侧析晶部向被处理水中投入石膏的晶种，石膏析晶而使被处理水中的石膏浓度降低。石膏浓度降低了的被处理水被送至第一脱盐部10a。
<第一水垢防止剂供给工序>
第一水垢防止剂供给部30a的控制部32a将阀V1a开放，从罐31a向被处理水供给规定量的钙水垢防止剂。控制部32a以使钙水垢防止剂的浓度成为根据被处理水的性状而设定的规定值的方式调整阀V1a的开度。
在被处理水中包含Mg离子的情况下，在第一水垢防止剂供给工序中，通过与上述相同的方法向被处理水供给镁水垢防止剂。在该情况下，在多个第一水垢防止剂供给部的罐中分别收纳钙水垢防止剂以及镁水垢防止剂，各控制部对钙水垢防止剂以及镁水垢防止剂的供给量进行调整。
<第一pH调整工序>
第一pH调整部40a的控制部42a将第一脱盐部10a入口处的被处理水的pH管理为二氧化硅能够在被处理水中溶解的值。具体而言，将被送至第一脱盐部10a的被处理水的pH调整为10以上，优选调整为10.5以上，更优选调整为11以上。
pH计43a对第一脱盐部10a入口处的被处理水的pH进行计测。控制部42a以使pH计43a的计测值成为规定的pH管理值的方式调整阀V2a的开度，并从罐41a向被处理水投入碱。
<第一脱盐工序>
在第一脱盐部10a中，对调整了pH后的被处理水进行处理。在第一脱盐部10a为反浸透膜装置的情况下，通过了反浸透膜的水作为处理水而被回收。被处理水中所包含的离子以及水垢防止剂无法透过反浸透膜。因此，反浸透膜的非透过侧成为离子浓度较高的浓缩水。例如在使用静电脱盐装置等其他的脱盐装置的情况下，被处理水也分离为处理水和离子浓度较高的浓缩水(第一浓缩水)。
通过第一脱盐工序，如图4所示，二氧化硅以溶解于被处理水中的状态包含在第一浓缩水中。即便在第一浓缩水中的石膏以及碳酸钙浓缩为饱和浓度以上的情况下，也能够利用钙水垢防止剂来抑制水垢产生。
在被处理水中包含Mg离子的情况下，通过第一脱盐工序，第一浓缩水中所包含的Mg离子浓度增加。但是，利用镁水垢防止剂能够抑制产生包含镁的水垢。
第一浓缩水被朝向第一析晶部20a送给。
<第一析晶工序>
从第一脱盐部10a排出的第一浓缩水贮存于第一析晶部20a的第一析晶槽21a。第一晶种供给部22a的控制部24a将阀V3a开放，从晶种罐23a向第一析晶槽21a内的第一浓缩水中添加石膏的晶种。
来自第一脱盐部10a的第一浓缩水的pH为10以上。如上所述，在存在有钙水垢防止剂的高pH区域的水中，石膏为溶解状态。但是，若存在足够的晶种，则即便存在水垢防止剂，也以晶种为核而发生石膏析晶。在图1的水处理系统1中，结晶生长了的大径(例如粒径为10μm以上，更优选为20μm以上)的石膏沉淀在第一析晶槽21a的底部。沉淀了的石膏从第一析晶槽21a的底部排出。
另一方面，若pH为10以上，则二氧化硅在第一析晶槽21a内以溶解于第一浓缩水中的状态存在。即便在第一浓缩水中的二氧化硅浓度超过了饱和溶解度的情况下，由于不存在二氧化硅的晶种，因此二氧化硅也作为胶状等的小浮游物析出而难以沉淀。
根据图3，在pH为10以上存在碳酸钙析出的趋势。但是，由于添加有钙水垢防止剂，因此能够抑制碳酸钙在第一析晶槽21a内析出。另外，在设置第一上游侧沉淀部、第一脱气部的情况下，能够预先降低碳酸钙的浓度。其结果是，在第一析晶槽21a中，碳酸钙不易以石膏的晶种为核而析晶。
需要说明的是，若存在石膏的晶种，则不依赖于pH，石膏发生析晶，pH越低，则析晶速度越高。
图5是在向石膏处于过饱和状态的模拟水(包含Ca2+、SO42-、Na+、Cl-)中添加了水垢防止剂(FLOCON260)的情况下，改变模拟水的pH而进行石膏析出实验所得到的结果。实验条件如下。
模拟水的石膏过饱和度(25℃)：460％，
水垢防止剂添加量：2.1mg/L，
pH：6.5(条件1)，5.5(条件2)，4.0(条件3)，3.0(条件4)，
晶种添加量：0g/L。
从刚刚调整pH后起经过两小时以及六小时后，使用原子吸光分析装置(岛津制作所制，AA-7000)来计测在各条件下处理后的模拟水中的Ca浓度，并将计算过饱和度所得到的结果示于图5。在该图中，纵轴为过饱和度(％)。
根据图5，即便在不存在晶种的条件下，也为越降低pH则析晶速度越变大。因此可知，在存在晶种的情况下，在条件1(pH6.5)下也发生石膏析晶，析晶速度的关系如图5那样，pH低则析晶速度变高。
在被处理水中包含CO32-离子及HCO3-离子的情况下，在pH较低的条件下，如化学式(1)那样CO32-离子及HCO3-离子作为CO2而被从被处理水中去除。另外，根据图3可知，在pH较低的情况下，碳酸钙成为溶解状态。
根据以上的结果，当在pH较低的条件下进行第一析晶工序时，由于碳酸钙、二氧化硅的含有量较低，因此析晶出纯度较高的石膏，并从第一析晶槽21a底部被回收。在以较低的pH进行第一析晶工序的情况下，在第一析晶槽21a内或者第一脱盐部10a与第一析晶槽21a之间的流路中，设置有用于供给作为pH调整剂的酸的第三pH调整部(未图示)。该pH调整部是与后述的第二pH调整部相同的结构。
另一方面，在水处理过程中，为了使pH变动而需要供给大量的药品(酸或碱)。使用酸以及碱会导致向第一析晶部20a的下游侧输送的离子量增大，而成为下游侧的脱盐部(图1中为第一脱盐部10b、下游侧脱盐部60)的动力增大的原因。从运转成本的观点来看，在第一脱盐工序和第一析晶工序中不使pH变动是有利的。
石膏的析晶速度依赖于晶种的投入量。
图6是在向模拟水中添加了钙水垢防止剂(FLOCON260)的情况下改变晶种的添加量而进行石膏析出实验所得到的结果。除了使pH为4.0并使作为晶种的石膏(CaSO4·2H2O)为以下的添加量之外，与图5的实验条件相同。
晶种添加量：0g/L(条件3)，3g/L(条件5)，6g/L(条件6)，3g/L(条件7)。
在条件5、6下，向添加了水垢防止剂的模拟水中添加了晶种和用于调整pH的硫酸。在条件7下，向添加了水垢防止剂的模拟水中添加预先浸渍于上述水垢防止剂中的晶种，并且为了调整pH而添加了硫酸。
从刚刚调整pH后起经过两小时后，利用与图5相同的方法对在各条件下处理后的模拟水中的Ca浓度进行了计测。在图6中，纵轴为过饱和度(％)。
根据图6的结果可知，在未添加晶种的条件3下，过饱和度为215％，但随着晶种浓度增大，过饱和度降低为199％(条件5)、176％(条件6)，石膏析出速度增大。即便在pH较高的条件下，同样也存在晶种投入量越多则石膏析出速度越增大的趋势。
条件5与条件7是除了使用未浸渍于水垢防止剂的晶种和浸渍于水垢防止剂中的晶种之外相同的试验条件。能够确认：即便在预先使水垢防止剂附着于晶种的条件7下，过饱和度也成为199％，析出与条件5相同程度的石膏。即，条件5、7的结果示出：与晶种的钙水垢防止剂中的浸渍时间无关，通过使pH下降为4.0而导致降低水垢防止剂的功能降低。
图7、8是通过析晶而得到的石膏的显微镜照片。图7是条件5(添加有晶种)的结果，图8是条件3(未添加晶种)的结果。在条件5下，析出了比条件3大的石膏。通常，析出的石膏越大，则含水率越低。若含水率低，则石膏为高纯度。若平均粒径为10μm以上，优选为20μm以上，则能够获得含水率充分降低了的石膏。本发明中的“平均粒径”是指利用由JIS Z 8825规定的方法(激光衍射法)计测得到的粒径。
<第一沉淀工序>
第一析晶部20a的上清液(第一浓缩水)被送至第一沉淀部50a。在第一沉淀部50a中，向析晶工序后的第一浓缩水中投入Ca(OH)2以及阴离子系聚合物(ヒシフロツクH305)，将第一沉淀槽51a内的pH管理为4以上且12以下，优选管理为8.5以上且12以下。在第一沉淀槽51a内，碳酸钙以及金属化合物沉淀并从第一浓缩水中被去除。沉淀了的碳酸钙以及向水中的溶解性较低的金属化合物被从第一沉淀槽51a的底部排出。
第一沉淀槽51a内的作为上清液的被处理水被从第一沉淀槽51a排出。向被排出的被处理水中添加FeCl3，被处理水中的碳酸钙、金属化合物等的固成分与Fe(OH)3凝聚。
被处理水被送至第一过滤装置52a。经由第一过滤装置52a去除在Fe(OH)3的作用下凝聚了的固成分。
第一析晶部20a的上清液中的二氧化硅可以在第一沉淀工序中从第一浓缩水中被去除，也可以不去除而送至下游侧。
是否在第一沉淀工序中去除二氧化硅根据被处理水、第一浓缩水的性状来决定。
在未去除二氧化硅的情况下，在不向第一沉淀槽51a供给二氧化硅的晶种以及二氧化硅的沉淀剂的状态下实施第一沉淀工序。在该情况下，二氧化硅在位于下游侧的脱盐部(第一脱盐部10b、下游侧脱盐部60)与处理水分离。
在去除二氧化硅的情况下，从未图示的供给部向第一沉淀部50a内的第一浓缩水中供给二氧化硅的晶种与二氧化硅的沉淀剂中的至少一方。二氧化硅的晶种例如是硅胶，二氧化硅的沉淀剂例如是MgSO4。在去除二氧化硅的情况下，优选将第一沉淀槽51a内的第一浓缩水的pH调整为8以上且10以下。在使用了二氧化硅的晶种的情况下，以晶种为核而发生二氧化硅析晶。在使用MgSO4、铝酸Na(Na[Al(OH)4])作为二氧化硅的沉淀剂的情况下，析出硅酸镁。析晶出的二氧化硅、硅酸镁沉淀在第一沉淀槽51a的底部，并从第一沉淀槽51a的底部排出。
在被处理水中包含Mg离子的情况下，在第一沉淀工序中，第一浓缩水中的Mg离子与二氧化硅发生反应而沉淀。二氧化硅以及Mg离子去除的工序根据第一沉淀槽51a内的第一浓缩水中的Mg离子的含有量与二氧化硅的含有量的平衡而不同。
在第一沉淀工序中的第一浓缩水的Mg离子浓度相对于二氧化硅含有量较低的情况下，Mg离子在与二氧化硅的沉淀中被消耗。为了去除未在与Mg离子的沉淀中被消耗的剩余的二氧化硅而供给二氧化硅的沉淀剂(MgSO4)。二氧化硅的沉淀剂的供给量根据第一沉淀工序中的二氧化硅的含有量以及Mg离子的含有量而供给与消耗上述剩余的二氧化硅对应的量。
在第一沉淀工序中的第一浓缩水的Mg离子浓度相对于二氧化硅含有量较高的情况下，Mg离子与二氧化硅的沉淀结果为Mg离子残留。当第一浓缩水在残留的Mg离子浓度较高的状态下从第一沉淀槽51a排出时，有可能在后段的脱盐部(在图1中为第一脱盐部10b，在最下游的第一沉淀部的情况下为下游侧脱盐部60)析出包含Mg的水垢。
因此，第一沉淀槽51a内的第一浓缩水被调整为镁化合物(主要是氢氧化镁)能够析出的值。这样，在第一沉淀槽51a内，镁化合物沉淀，使第一沉淀槽51a内的第一浓缩水的Mg离子浓度降低。此外，在第一沉淀工序之后，将从第一沉淀槽51a排出的第一浓缩水调整为镁化合物能够溶解的pH。具体而言，pH小于10。这样，能够抑制在脱盐部中析出包含Mg的水垢。
在以多段实施处理的情况下，通过了前段的第一水处理部的第一过滤装置52a的第一浓缩水作为被处理水而向后段的水处理部流入。在后段的水处理部中，实施上述的第一水垢防止剂供给工序至第一沉淀工序。
<下游侧脱盐工序>
通过了位于被处理水最下游的第一沉淀部50b的浓缩水(第一浓缩水)被送至下游侧脱盐部60。通过了下游侧脱盐部60的水作为处理水而被回收。下游侧脱盐部60的浓缩水被向系统外排出。若设置下游侧脱盐部60，则能够从由水处理部处理后的水中进一步回收处理水，因此水回收率提高。
在本参考实施方式的水处理系统1中，在第一脱盐部10中将离子浓缩，但在第一析晶部、第一沉淀部等中去除石膏、碳酸钙、二氧化硅等。因此，向下游侧脱盐部60流入的水的离子的摩尔数比处理前降低。因此，位于下游的第一脱盐部10b、下游侧脱盐部60中的渗透压力变低，从而需要的动力降低。
也可以在下游侧脱盐部60的浓缩水侧的下游设置蒸发器(图1中未图示)。在蒸发器中，水从浓缩水中蒸发，浓缩水所包含的离子作为固体而析出，并作为固体而被回收。在蒸发器的上游侧水被回收而使浓缩水量显著减量，因此能够减小蒸发器，并能够减少蒸发所需要的能量。
[第二参考实施方式]
图9是本发明的第二参考实施方式的水处理系统的概要图。在图9中，对与第一参考实施方式相同的结构标注相同的符号。第二参考实施方式的水处理系统100在第一析晶部20a、20b的下游侧设置有第一分离部180(180a、180b)。图9的水处理系统100成为在被处理水的流通方向上连结有两个水处理部的结构。在本参考实施方式的水处理系统100中，根据被处理水的性状，可以为一个水处理部，也可以连结三个以上的水处理部。
在图9中，第一分离部180(180a、180b)由分级器181(181a、181b)和脱水器182(182a、182b)构成。分级器181a、181b例如为旋液分离器。脱水器182a、182b例如为带式过滤器。
在图9中，第一分离部180仅设置有一个分级器，但也可以沿被处理水的流通方向串联地连接多个分级器。
在第二参考实施方式的水处理系统100中，除了接着第一析晶工序之后进行第一分离工序之外，以与第一参考实施方式相同的工序对被处理水进行处理。
<第一分离工序>
第一析晶槽21a、21b内的第一浓缩水被输送至第一分离部180a、180b。在此被输送的第一浓缩水是包含在第一析晶槽21a、21b内析出的固形物的水。
在从第一析晶槽21a、21b排出的第一浓缩水中，除了具有各种粒径的石膏之外，还包含由于超过了饱和浓度而析出的碳酸钙、二氧化硅。碳酸钙、二氧化硅并非是在晶种的存在下而析出的物质，因此成为小径或胶状的浮游物。
当第一浓缩水流入分级器181a、181b时，规定大小、例如平均粒径10μm以上的石膏沉降到分级器181a、181b的底部，小粒径的石膏、碳酸钙以及二氧化硅残留在上清液中。沉降到分级器181a、181b的底部的石膏由脱水器182a、182b进一步脱水而被回收。包含小粒径的石膏、碳酸钙以及二氧化硅的上清液被送至第一沉淀部50a、50b。
在本参考实施方式中，由于添加晶种而使析晶发生，因此主要析出平均粒径10μm以上的石膏，小径的石膏的比例变少。通过第一分离工序，能够以较高的回收率对含水率低且不包含杂质的(即高纯度的)石膏进行分离回收。
由第一分离部180a、180b回收的石膏的一部分也可以作为晶种而循环至晶种罐23a、23b。
[第三参考实施方式]
图10是本发明的第三参考实施方式的水处理系统的概要图。图10的水处理系统200成为在被处理水的流通方向上连结有两个水处理部的结构。根据被处理水的性状，可以为一个水处理部，也可以连结有三个以上的水处理部。
第三参考实施方式的水处理系统200中的每个水处理部分别从被处理水的上游侧起依次具备第二脱盐部210(210a、210b)以及第二析晶部220(220a、220b)。第二脱盐部210a、210b的浓缩侧与第二析晶部220a、220b连接。水处理部在各第二脱盐部210(210a、210b)的上游侧流路具备第二水垢防止剂供给部230(230a、230b)。
第二水垢防止剂供给部230a、230b分别由罐231(231a、231b)、阀V4(V4a、V4b)以及控制部232(232a、232b)构成。控制部232a、232b与阀V4a、V4b连接。在第二水垢防止剂供给部230a、230b的罐231a、231b内贮存有水垢防止剂。
在第三参考实施方式中使用的水垢防止剂是在第一参考实施方式中说明的钙水垢防止剂以及防止二氧化硅在被处理水中作为水垢而析出的水垢防止剂(称为“二氧化硅水垢防止剂”)。作为二氧化硅水垢防止剂，具有膦酸系的水垢防止剂、聚羧酸系的水垢防止剂以及它们的混合物等。作为具体例，举出FLOCON260(商品名，BWA公司制)。
图10中示出两个罐231a，例如在一方的罐231a中收纳钙水垢防止剂，在另一方的罐231a中收纳二氧化硅水垢防止剂。
在图10中，第二脱盐部210为反浸透膜装置。此外，第二脱盐部210能够采用电透析装置(ED)、极性转换式电透析装置(EDR)、电再生式纯水装置(EDI)、离子交换装置、静电脱盐装置(CDI)、纳米过滤器(NF)、蒸发器等。
在图10中仅示出一个第二脱盐部210，但也可以构成为沿被处理水的流通方向并联或串联地连结多个脱盐装置。
第二析晶部220(220a、220b)由第二析晶槽221(221a、221b)以及第二晶种供给部222(222a、222b)构成。第二晶种供给部222与第二析晶槽221连接。第二晶种供给部222具有晶种罐223(223a、223b)、阀V5(V5a、V5b)以及控制部224(224a、224b)。控制部224与阀V5连接。晶种罐223贮存石膏粒子来作为晶种。
在第三参考实施方式的水处理系统200中，也可以在第二脱盐部210与第二析晶部220之间设置第二pH调整部240(240a、240b)。第二pH调整部240由罐241(241a、241b)、阀V6(V6a、V6b)、pH计243(243a、243b)以及控制部242(242a、242b)构成。在罐241内贮存有作为pH调整剂的酸。酸例如能够使用盐酸、硫酸、硝酸等。尤其是硫酸，由于在析晶工序中SO42-会作为石膏被去除而能够降低到达下游侧的脱盐部的离子，因此是优选的。控制部242与阀V6以及pH计243连接。pH计243可以如图10那样设置在第二脱盐部210与第二析晶部220之间的流路中，也可以设置在第二析晶槽221内。
在水处理系统200中，在位于被处理水的最上游的第二水垢防止剂供给部230a的上游侧，设置有沉淀槽271以及过滤装置272来作为第二上游侧沉淀部270。第二上游侧沉淀部270是与第一上游侧沉淀部70相同的结构。与第一参考实施方式相同，也可以沿被处理水的流通方向串联地连结多段沉淀槽271。
如图10所示，水处理系统200也可以在第二上游侧沉淀部270的上游侧设置第二脱气部273。第二脱气部273是与第一参考实施方式的第一脱气部73相同的结构。
第二脱气部273也可以设置在第二上游侧沉淀部270的被处理水下游侧且第二水垢防止剂供给部230a的上游侧。
也可以在第二脱盐部210a与第二析晶部220a之间的流路中、第二析晶部220与第二沉淀部250之间的流路中以及第二沉淀部250的下游侧且与第二脱盐部210b或下游侧脱盐部60之间的流路中设置与第二脱气部273相同结构的脱气部。
在过滤装置272的下游且位于最上游的第二水垢防止剂供给部230a的上游，也可以与第一参考实施方式同样地设置离子交换装置(未图示)。另外，根据被处理水中的石膏浓度，也可以在最上游的第二水垢防止剂供给部230a的上游设置与第二析晶部相同结构的上游侧析晶部(未图示)。
在本参考实施方式中，也可以如图10所示那样在第二析晶部220的下游侧设置第二分离部280(280a、280b)。第二分离部280是与第一分离部180相同的结构，具备分级器281(281a、281b)和脱水器282(282a、282b)。
在图10的水处理系统200中，也可以在第二析晶部220的下游侧设置第二沉淀部250(250a、250b)。第二沉淀部250是与第一沉淀部50相同的结构，具备第二沉淀槽251(251a、251b)以及第二过滤装置252(252a、252b)。
水处理系统200在第一水处理部的被处理水下游侧具备下游侧脱盐部60。在下游侧脱盐部60的浓缩水侧的下游也可以设置蒸发器(图10中未图示)。
以下说明使用第三参考实施方式的水处理系统200对被处理水进行处理的方法。
<前处理>
针对被处理水实施在第一参考实施方式中说明的前处理。
<第二脱气工序>
与在第一参考实施方式中说明的第一脱气工序同样地，通过利用第二脱气部273去除被处理水中的CO2，从而降低被处理水中的CO32-离子及HCO3-离子浓度。
<第二上游侧沉淀工序>
在第二上游侧沉淀部270中，Ca离子以及CO32-离子及HCO3-离子作为碳酸钙而被预先从被处理水中粗去除。在被处理水中包含Ca离子以外的金属离子的情况下，在第二上游侧沉淀部270中，预先将向水中的溶解性较低的金属化合物从被处理水中粗去除。
第二上游侧沉淀工序以与第一上游侧沉淀工序相同的工序实施。
在利用本参考实施方式的水处理系统200对包含Mg离子的被处理水进行处理的情况下，与第一参考实施方式同样地，在第二上游侧沉淀部270中将被处理水调整为镁化合物析出的pH，实施被处理水中的Mg离子的粗去除。然后，优选在第二上游侧沉淀部270的下游侧调整为上述的镁化合物能够溶解的pH。具体而言，调整为pH小于10。这样，能够防止下游侧的装置以及工序、尤其是第二脱盐部210以及第二脱盐工序中的水垢生成。
在实施了第二上游侧沉淀工序后实施第二脱气工序的情况下，被处理水的pH被调整为CO32-离子及HCO3-离子能够作为CO2而存在的pH，具体而言调整为6.5以下。
根据被处理水的性状，能够省略上述第二脱气工序以及第二上游侧沉淀工序。
在第三参考实施方式的水处理系统200中设置了离子交换膜装置的情况下，通过离子交换膜装置来去除被处理水中的Ca离子以及Mg离子。
在设置了上游侧析晶部的情况下，在上游侧析晶部中通过与第一参考实施方式相同的工序来降低被处理水中的石膏浓度。
<第二水垢防止剂供给工序>
第二水垢防止剂供给部230a的控制部232a将阀V4a开放，从罐231a向被处理水供给规定量的钙水垢防止剂。第二水垢防止剂供给部230b的控制部232b将阀V4b开放，从罐231b向被处理水供给规定量的二氧化硅水垢防止剂。控制部232a以及控制部232b分别以使钙水垢防止剂以及二氧化硅水垢防止剂的浓度成为根据被处理水的性状而设定的规定值的方式调整阀V4a以及阀V4b阀的开度。
在第三参考实施方式的水处理系统200中，能任意地进行将要流入第二脱盐部210之前的被处理水的pH调整。
例如，在图10的结构中，通过添加FeCl3而使被处理水的pH成为5至6左右后向第二脱盐部210a流入。如图3所示，若被处理水的pH为6.5以下，则碳酸钙向水中的溶解度较高。另外，如式(1)所示，在上述pH区域，碳酸在水中主要以HCO3-以及CO2的状态存在。向第二脱盐部210a流入的被处理水的碳酸钙浓度变低。在这种情况下，也可以不在第二脱盐部210a之前调整pH。
需要说明的是，在对要通过第二脱盐工序进行处理的被处理水的pH进行调整的情况下，也可以在第二脱盐部210a的上游设置与第一参考实施方式的第一pH调整部相同结构的pH调整部，并将pH调整后的被处理水送至第二脱盐部210a。
<第二脱盐工序>
在第二脱盐部210a中，对投入了水垢防止剂的被处理水进行处理。在第二脱盐部210a为反浸透膜装置的情况下，通过了反浸透膜后的水作为处理水而被回收。包含离子以及水垢防止剂的水从反浸透膜的非透过侧作为浓缩水(第二浓缩水)排出。
通过第二脱盐部210a的处理，第二浓缩水中的石膏以及二氧化硅被浓缩，但利用钙水垢防止剂以及二氧化硅水垢防止剂能够抑制水垢产生。
在使用例如静电脱盐装置等其他的脱盐装置的情况下，被处理水也被分离为处理水和离子浓度较高的浓缩水(第二浓缩水)。第二浓缩水被朝向第二析晶部220a送给。
<第二pH调整工序>
在本参考实施方式中，也可以在第二脱盐部210a与第二析晶部220a之间，利用第二pH调整部240a来调整被处理水(第二浓缩水)的pH。
第二pH调整部240a将第二浓缩水的pH管理为钙水垢防止剂的功能降低而第二浓缩水中的石膏能够析出的值。pH计243a对第二浓缩水的pH进行计测。控制部242a以使pH计243a中的计测值成为规定的pH管理值的方式调整阀V6a的开度。
<第二析晶工序>
第二浓缩水贮存在第二析晶部220a的第二析晶槽221中。第二晶种供给部222a的控制部224a将阀V5开放，从晶种罐223a向第二析晶槽221a内的第二浓缩水添加石膏的晶种。虽然在第二浓缩水中包含钙水垢防止剂，但投入晶种后，会发生石膏析晶且结晶生长。
如图5所示，在条件1(pH6.5)下，过饱和度为460％，即便经过六小时，也未从初始的过饱和度发生变化。在条件1下，水垢防止剂发挥功能而抑制石膏的析出。另一方面，在条件2至条件4下，过饱和度降低。
即，能够确认：即便未投入晶种，当使pH降低时，水垢防止剂的功能也会降低而发生石膏析晶。另外，根据图5的结果，得到了pH越低则析出速度越大这一结果。
在图6中，作为与条件5(pH4.0)的比较，在条件7(pH4.0)中向添加了钙水垢防止剂的模拟水中添加预先浸渍于上述钙水垢防止剂中的晶种，并且为了调整pH而添加了硫酸。上述以外的条件，条件5与条件7相同，据此进行了石膏析出实验。从调整pH起经过两小时后，利用与图3相同的方法对模拟水中的Ca浓度进行了计测。
其结果是，如图6所示，条件5与条件7的过饱和度均为199％以下。由此可以说，与晶种的钙水垢防止剂中的浸渍时间无关，当使pH下降为4.0时，钙水垢防止剂的功能下降。
考虑到钙水垢防止剂的效果，通过第二pH调整工序将第二浓缩水的pH调整为6.0以下，优选调整为5.5以下，更优选调整为4.0以下。尤其是在将第二浓缩水的pH调整为4.0以下时，能够使钙水垢防止剂的功能显著下降。通过将第二浓缩水的pH调整为钙水垢防止剂的水垢防止功能降低的值，从而促进第二析晶部220a中的析晶。根据水垢防止剂的种类而适当设定第二pH调整工序中的pH区域。
根据图4可知，在pH较低的情况下，有时二氧化硅成为饱和溶解度以上。但是，在本参考实施方式中，在第二水处理部中投入二氧化硅水垢防止剂，因此即便pH较低，也能够抑制二氧化硅的析出。即便在第二析晶槽221a内析出了二氧化硅，也作为小径粒子、胶状浮游物而存在。
另外，根据图3可知，当pH为6.0以下时，碳酸钙溶解于水中。
据此，在第二水处理部的第二析晶槽221a中能够回收高纯度的石膏。
另一方面，也可以通过第二pH调整工序，将第二析晶工序中的第二浓缩水调整为二氧化硅能够溶解于第二浓缩水的pH。这样，能够抑制在第二析晶槽221a中二氧化硅从第二浓缩水中析出。其结果是，在通过第二分离部280a对从第二析晶槽221a排出的第二浓缩水进行了分级的情况下，能够提高所回收的石膏纯度。
<第二分离工序>
在设置有第二分离部280a的情况下，包含在第二析晶槽221a内析出的固形物的第二浓缩水被向第二分离部280a输送。在第二析晶槽221a内的第二浓缩水中存在有通过析晶而析出的石膏。此外，由于原水的水质变动、浓缩，有可能包含由于二氧化硅的浓度增高至二氧化硅水垢防止剂所发挥的功能以上而析出的二氧化硅。二氧化硅作为小径粒子、胶状浮游物存在于第二浓缩水中。
通过与第二参考实施方式相同的工序，第二分离部280a的分级器281a将包含规定大小(例如平均粒径10μm以上)的石膏与小径析出物(石膏、二氧化硅)的上清液分离。大径的石膏在脱水器282a中被进一步脱水而被回收。根据本参考实施方式，能够回收高纯度的石膏。所回收的石膏的一部分也可以作为晶种而循环至晶种罐223a。
在未设置第二分离部280a的情况下，在第二析晶部220a的第二析晶槽221a的底部沉淀的石膏从第二析晶槽221a排出。第二析晶槽221a的上清液被送至第二沉淀部250a。
<第二沉淀工序>
第二析晶部220a的上清液(第二浓缩水)或者从第二分离部280a排出的上清液(第二浓缩水)被送至第二沉淀部250a。
在第二沉淀工序中，与在第一参考实施方式中说明的第一沉淀工序同样地，通过第二沉淀槽251a以及第二过滤装置252a来去除第二浓缩水中的碳酸钙以及金属化合物。
在第二沉淀工序中，也可以与第一沉淀工序同样地，向第二沉淀槽251a中添加二氧化硅的晶种与二氧化硅的沉淀剂中的至少一方，从而将二氧化硅从第二浓缩水中去除。
在如图10所示那样以多段实施处理的情况下，通过了前段的第二水处理部的第二过滤装置252a的第二浓缩水作为被处理水向后段的水处理部流入。在后段的水处理部中，实施上述的第二水垢防止剂供给工序至第二沉淀工序。
<下游侧脱盐工序>
通过了位于被处理水最下游的第二沉淀部250b的第二浓缩水由下游侧脱盐部60进行处理。通过了下游侧脱盐部60的水作为被处理水而被回收。下游侧脱盐部60的浓缩水向系统外排出。
在本参考实施方式中，也可以在下游侧脱盐部60的浓缩水侧的下游设置蒸发器(未图示)。
在第三参考实施方式中，在第二pH调整工序中将第二浓缩水调整为钙水垢防止剂的功能降低的pH的情况下，作为第三pH调整工序，也可以在第二析晶工序之后将第二浓缩水的pH调整为钙水垢防止剂能够发挥其功能。具体而言，pH为4.0以上，优选为5.5以上，更优选为6.0以上。第三pH调整工序在第二析晶工序之后且第二脱盐工序之前实施，或者在第二析晶工序之后且下游侧脱盐工序之前实施。
在本参考实施方式的水处理系统200中，为了实施第三pH调整工序，而在第二析晶部与接着之后的第二脱盐部(图10中为第二析晶部220a与第二脱盐部210b之间，尤其是第二沉淀部250a与第二脱盐部210b)之间设置与第二pH调整部相同结构的第三pH调整部(图10中未图示)。另外，在最下游的第二沉淀部250b与下游侧脱盐部60之间，设置与第二pH调整部相同结构的第三pH调整部(图10中未图示)。这样，即便在下游侧脱盐工序中对第二浓缩水进行处理而使浓缩水侧的Ca离子浓度增高的情况下，也能够利用钙水垢防止剂的功能来抑制水垢生成。
在本参考实施方式的水处理系统200中，通过第二水处理部中的处理而使二氧化硅浓缩。当第二浓缩水中的二氧化硅浓度成为二氧化硅水垢防止剂有效发挥功能的浓度以上时，二氧化硅有可能从第二浓缩水中作为水垢而生成。例如，在使用FLOCON260作为二氧化硅水垢防止剂的情况下，为了获得防止水垢产生的效果，使二氧化硅浓度为200mg/L左右。因此，将第二水处理部的段数设定为能够浓缩至二氧化硅水垢防止剂能够发挥效果的浓度。
通过使用第三参考实施方式的水处理系统200，能够以较高的水回收率对包含离子的被处理水进行处理。
尤其是，在第三参考实施方式中，在第二析晶部220主要使石膏析出，因此第二析晶部220中的石膏回收率高，向下游侧送给的离子的摩尔数进一步降低。另外，能够提高由第二析晶部220回收的石膏的纯度。
[第四参考实施方式]
图11是本发明的第四参考实施方式的水处理系统的概要图。在图11中，针对与第一参考实施方式至第三参考实施方式相同的结构标注相同的符号。
第四参考实施方式的水处理系统300设置有在第一参考实施方式中说明的水处理部。在该水处理部的被处理水下游侧设置有在第三参考实施方式中说明的水处理部。
在图11的水处理系统300中，在第一析晶部20的下游侧设置有第一分离部180。另外，在第二析晶部220的下游侧设置有与第一分离部180相同的第二分离部280。
在位于最下游的第二析晶部220的被处理水下游侧设置有下游侧脱盐部60。
在第四参考实施方式的水处理系统300中，在位于被处理水的最上游的第一水垢防止剂供给部30以及第一pH调整部40的上游侧，具备在第一参考实施方式中说明的第一上游侧沉淀部70。
此外，如图11所示，第四参考实施方式的水处理系统300在第一上游侧沉淀部70的上游侧具有与第一参考实施方式相同的第一脱气部73。第一脱气部73也可以设置在第一上游侧沉淀部70的被处理水下游侧且第一水垢防止剂供给部30以及第一pH调整部40的上游侧。
需要说明的是，也可以在第一脱盐部10与第一析晶部20之间的流路中、第一析晶部20与第一沉淀部50之间的流路中、第二析晶部220与第二沉淀部250之间的流路中以及第一沉淀部50与第二脱盐部210之间的流路中设置与第一脱气部73相同结构的脱气部。
在本参考实施方式的水处理系统300中，也可以在第一水垢防止剂供给部30以及第一pH调整部40的上游设置离子交换装置(未图示)以及上游侧析晶部(未图示)。
在图11中，从第一水垢防止剂供给部30至第一沉淀部50的水处理部以及从第二水垢防止剂供给部230至第二沉淀部250的水处理部各示出一段，但也可以分别连结多段水处理部。
在第四参考实施方式的水处理系统300中，首先通过在第一参考实施方式以及第二参考实施方式中说明的水处理方法对被处理水进行处理。将通过第一参考实施方式以及第二参考实施方式的方法处理后的第一浓缩水作为被处理水，实施在第三参考实施方式中说明的第二水垢防止剂供给工序至第二沉淀工序的处理。
通过了最下游的第二沉淀部250的第二浓缩水由下游侧脱盐部60进行处理。通过了下游侧脱盐部60的水作为处理水而被回收。下游侧脱盐部60的浓缩水向系统外排出。
在本参考实施方式中，也可以在下游侧脱盐部60的浓缩水侧的下游设置蒸发器(未图示)。
在第四参考实施方式中，在通过第二pH调整工序将第二浓缩水调整为钙水垢防止剂的功能降低的pH的情况下，也可以实施在第三参考实施方式中说明的第三pH调整工序。
[第一实施方式]
图12是本发明的第一实施方式的水处理系统的概要图。在图12中，针对与第一参考实施方式至第三参考实施方式相同的结构标注相同的符号。
第一实施方式的水处理系统400设置有在第三参考实施方式中说明的水处理部。在该水处理部的被处理水下游侧设置有在第一参考实施方式中说明的水处理部。
在图12的水处理系统400中设置有第一分离部180以及第二分离部280。
在位于最下游的第一析晶部20的被处理水下游侧设置有下游侧脱盐部60。
在第一实施方式的水处理系统400中，在位于被处理水的最上游的第二水垢防止剂供给部230的上游侧具备在第三参考实施方式中说明的第二上游侧沉淀部270。
此外，如图12所示，第一实施方式的水处理系统400在第二上游侧沉淀部270的上游侧具备与第三参考实施方式相同的第二脱气部273。第二脱气部273也可以设置在第二上游侧沉淀部270的被处理水下游侧且第二水垢防止剂供给部230的上游侧。
需要说明的是，也可以在第二脱盐部210与第二析晶部220之间的流路中、第一析晶部20与第一沉淀部50之间的流路中、第二析晶部220与第二沉淀部250之间的流路中以及第二沉淀部250与第一脱盐部10之间的流路中设置与第二脱气部273相同结构的脱气部。
在本实施方式的水处理系统400中，也可以在第二水垢防止剂供给部230的上游设置离子交换装置(未图示)以及上游侧析晶部(未图示)。
在图12所示的本实施方式的水处理系统400中，也可以在第一析晶槽21以及第二析晶槽221的下游侧分别设置第一分离部180以及第二分离部280。
在图12中，从第二水垢防止剂供给部230至第二沉淀部250的水处理部以及从第一水垢防止剂供给部30至第一沉淀部50的水处理部各示出一段，但也可以分别连结多段水处理部。
在第一实施方式的水处理系统400中，首先通过在第三参考实施方式中说明的水处理方法对被处理水进行处理。将通过第三参考实施方式的方法处理后的第二浓缩水作为被处理水，实施在第一参考实施方式以及第二参考实施方式中说明的第一水垢防止剂供给工序至第一沉淀工序的处理。
通过了最下游的第一沉淀部50的第一浓缩水由下游侧脱盐部60进行处理。通过了下游侧脱盐部60的水作为处理水而被回收。下游侧脱盐部60的浓缩水向系统外排出。
在本实施方式中，也可以在下游侧脱盐部60的浓缩水侧的下游设置蒸发器(未图示)。
在第一实施方式中，在通过第二pH调整工序将第二浓缩水调整为钙水垢防止剂的功能降低的pH的情况下，也可以实施在第三参考实施方式中说明的第三pH调整工序。
通过第四参考实施方式的水处理系统300以及第一实施方式的水处理系统400，也能够以较高的水回收率来处理包含离子的被处理水。
尤其是，在第一实施方式的结构中，在被处理水上游侧的第二析晶部220中主要使石膏析出，因此第二析晶部220中的石膏回收率较高，向下游侧送给的离子的摩尔数进一步降低。此外，能够提高由第二析晶部220回收的石膏的纯度。
[第五参考实施方式]
本发明的第五参考实施方式在第一参考实施方式至第一实施方式的基础上，控制向第一析晶槽21以及第二析晶槽221供给的石膏的晶种的量。使用图13来说明对向第一析晶槽21供给的晶种供给量进行控制的结构。关于第二析晶槽221也适用相同的结构。
在第五参考实施方式中，设置有对第一析晶槽21内的第一浓缩水的pH进行计测的第一pH计测部543。第一pH计测部543可以设置在将第一脱盐部10与第一析晶槽21连结的流路中，也可以直接设置在第一析晶槽21中。第一pH计测部543与第一晶种供给部22的控制部24连接。
在第五参考实施方式中，如图13那样设置有pH调整部540。pH调整部540具备罐541、控制部542以及阀V7。第一pH计测部543与pH调整部540的控制部542连接。pH调整部540基于第一pH计测部543的计测值，将第一析晶槽21内的第一浓缩水的pH管理为规定值。
需要说明的是，在控制向第二析晶槽221供给的石膏的晶种的量的情况下，在第三参考实施方式中说明的pH计243a相当于第二pH计测部，第二pH调整部的控制部242相当于控制部542。
在第一晶种供给部22的晶种罐23中贮存的晶种可以为新的药品，但在设置第一分离部180的情况下，也可以将由分级器181分离出的规定粒径以上的石膏、由脱水器182脱水后的石膏贮存于晶种罐23。
第五参考实施方式所涉及的晶种供给量的控制按照以下的工序来实施。以下，以连续运转时始终控制晶种供给量的情况为例进行说明。
第一pH计测部543对第一析晶槽21内的第一浓缩水的pH进行计测。计测出的pH的值被发送至晶种供给部22的控制部24。
控制部24存储有钙水垢防止剂的水垢防止功能降低的pH范围。具体而言，如在第二析晶工序中说明的那样，钙水垢防止剂的水垢防止功能降低的pH范围为6.0以下，优选为5.5以下，更优选为4.0以下。
控制部24对第一pH计测部543的计测值与上述pH范围进行比较。控制部24在计测值处于上述pH范围的情况下，减小阀V3的开度而使石膏的晶种的供给量降低。控制部24在计测值比上述pH范围高的情况下，增大阀V3的开度而使石膏的晶种的供给量增大。
若存在晶种则析出石膏，但在钙水垢防止剂发挥功能的情况下，析晶速度变慢。因此，通过增大晶种量来促进析晶。另一方面，在钙水垢防止剂的功能降低的情况下，即便晶种较少也能够获得足够的析晶速度。
这样，若根据pH来调整晶种供给量，则能够减少晶种使用量。
在本实施方式中，通过在连续运转时定期地计测pH，从而能够间歇地供给晶种。此外，例如也可以在系统的试运转时预先获取pH的经时变化，并基于获取到的经时变化，使晶种供给量增减。
[第六参考实施方式]
本发明的第六参考实施方式是具备第一分离部180与第二分离部280中的至少一方的水处理系统600。水处理系统600在将由分离部分离出的石膏作为晶种而直接向第一析晶槽或第二析晶槽供给这一点上与第五参考实施方式不同。
使用图14，来说明本参考实施方式中的对向第一析晶槽21供给的晶种供给量进行控制的结构。关于第二析晶槽221也适用相同的结构。
在图14中，设置有以将沉降到第一分离部180的分级器181的底部的石膏的一部分直接向第一析晶槽21供给的方式进行输送的第一循环路线601。另外，设置有以将由脱水器182脱水后的石膏的一部分直接向第一析晶槽21供给的方式进行输送的第二循环路线602。在第一循环路线601中设置有阀V8，在第二循环路线602中设置有阀V9。需要说明的是，在本参考实施方式中，也可以构成为设置有第一循环路线601以及第二循环路线602中的任一方。
控制部610与和第五参考实施方式相同的第一pH计测部543、阀V8以及阀V9连接。
第六参考实施方式所涉及的晶种供给量的控制按照以下的工序来实施。以下，以在连续运转时始终控制晶种供给量的情况为例进行说明。
第一pH计测部543对第一析晶槽21内的第一浓缩水的pH进行计测。计测后的pH的值被发送至控制部610。
控制部610存储有钙水垢防止剂的水垢防止功能降低的pH范围。控制部610通过与第五参考实施方式相同的工序，对第一pH计测部543的计测值与上述pH范围进行比较，从而调整阀V8以及阀V9的开度。
在第五参考实施方式以及第六参考实施方式中，也可以在第一析晶槽21中设置用于计测第一析晶槽21内的第一浓缩水中的石膏晶种浓度的晶种浓度计测部(未图示)。晶种浓度计测部对第一析晶槽21内的晶种浓度进行计测。计测出的浓度的值被发送至控制部24或控制部610。控制部24或控制部610存储有晶种浓度的阈值，在晶种浓度成为阈值以下的情况下，增大晶种供给量。
作为第五参考实施方式以及第六参考实施方式的变形例，在第一析晶槽21的下游侧且第一沉淀部50的上游侧设置第一浓度计测部(未图示)。在设置第一分离部180的情况下，第一浓度计测部优选设置在第一分离部180的下游侧，但也可以设置在第一分离部180的上游侧。第一浓度计测部与控制部24或控制部610连接。
在第二析晶槽221的情况下，代替第一浓度计测部而设置第二浓度计测部。
第一浓度计测部对从第一析晶槽21排出的第一浓缩水中的Ca离子的浓度与硫酸根离子的浓度中的至少一方进行计测。计测出的浓度被发送至控制部24或控制部610。
由第一浓度计测部计测的Ca离子的浓度以及硫酸根离子的浓度依赖于第一析晶槽21内的析晶速度。在为相同的滞留时间的情况下，Ca离子的浓度以及硫酸根离子的浓度越低，则析晶速度越快。
控制部24以及控制部610存储Ca离子的浓度与硫酸根离子的浓度中的至少一方的阈值。
控制部24在由第一浓度计测部计测的Ca离子的浓度与硫酸根离子浓度中的至少一方为阈值以上的情况下，增大阀V3的开度而使晶种的供给量增大。控制部24在由第一浓度计测部计测的Ca离子的浓度与硫酸根离子浓度中的至少一方小于阈值的情况下，减小阀V3的开度而使晶种的供给量减少。
控制部610在由第一浓度计测部计测的Ca离子的浓度与硫酸根离子浓度中的至少一方为阈值以上的情况下，增大阀V8以及阀V9的开度而使晶种的供给量增大。控制部610在由第一浓度计测部计测的Ca离子的浓度与硫酸根离子浓度中的至少一方小于阈值的情况下，减小阀V8以及阀V9的开度而使晶种的供给量减少。
在第二析晶槽221的情况下，也通过与上述相同的工序来控制晶种的供给量。
这样，当利用析晶工序后的Ca离子的浓度与硫酸根离子的浓度中的至少一方来控制晶种的供给量时，能够减少晶种使用量。
[第七参考实施方式]
图15是本发明的第七参考实施方式的水处理系统的局部概要图。在图15中，针对与第一参考实施方式至第三参考实施方式相同的结构标注相同的符号。
图15的水处理系统700构成为，对第一实施方式的水处理系统中由第一析晶部20从第一浓缩水中分离出的石膏进行回收并向第二析晶部220的第二析晶槽221供给。在第四参考实施方式的水处理系统中也能够采用相同的结构。
如在第一参考实施方式中说明的那样，第一析晶部20的第一析晶槽21内的浓缩水(第一浓缩水)的pH并不特别限定，从运转成本的观点来看，不使pH从第一脱盐工序变动而进行第一析晶工序是有利的。在该情况下，第一析晶工序在二氧化硅能够溶解的pH(10以上)下进行，但在该pH区域中，碳酸钙的溶解度较低。
另一方面，如在第三参考实施方式中说明的那样，第二析晶部220(第二析晶工序)在更低的pH区域进行石膏的析晶。在第二析晶工序的pH区域(6.0以下，更优选为4.0以下)中，碳酸钙能够溶解于水中。当将由第一析晶部20回收的、包含碳酸钙的石膏供给至第二析晶部220的第二析晶槽221时，作为杂质的碳酸钙溶解于第二浓缩水中，石膏作为固体而存在于第二浓缩水中。若使用第七参考实施方式的水处理系统700，则能够以较高的水回收率对被处理水进行处理，并且能够回收高纯度的石膏。
[第八参考实施方式]
图16是本发明的第八参考实施方式的水处理系统的局部概要图。在图16中，针对与第二参考实施方式相同的结构标注相同的符号。
需要说明的是，以下使用具有第一分离工序的水处理方法以及具有第一分离部的水处理系统对第八参考实施方式进行了说明，但第二分离工序以及第二分离部也能够应用相同的结构。
在图16中，水处理系统800相对于一个第一析晶部20而在被处理水的流通方向上具备多个分级器(第一分级器)181。在图16中设置有两个第一分级器181a、181b。位于最上游的第一分级器181a与位于下游侧的第一分级器181b所分离的石膏的大小不同。在本参考实施方式中，由第一分级器181b分离的石膏的大小比由第一分级器181a分离的石膏小。例如，第一分级器181a为分离平均粒径10μm以上的粒子的分级器，第一分级器181b为分离平均粒径5μm以上的粒子的分级器。
在设置有三个以上的第一分级器181的情况下，设计为由各第一分级器181分离的石膏的大小从上游侧朝向下游侧依次变小。考虑水回收率、石膏回收率、处理成本等而适当设定进行被处理的流通方向上的第一分级器的设置数量、能够由各分级器分离的固形物的粒径。
在第八参考实施方式的水处理系统800中，在第一分离工序中实施以下的处理。
在位于最上游的第一分级器181a中，平均粒径10μm以上的石膏被分级而沉降到第一分级器181a的底部。沉降了的石膏从第一分级器181a排出，并送至脱水器182。第一分级器181a的上清液被送至下游侧的第一分级器181b。该上清液中主要包含粒径小于10μm的粒子(石膏、碳酸钙、二氧化硅等)。
在位于下游侧的第一分级器181b中，平均粒径5μm以上的石膏被分级而沉降到第一分级器181b的底部。第一分级器181b的上清液被送至第一沉淀部50。
沉降了的石膏从第一分级器181b排出。被排出的石膏通过固形物循环路线801而被送至第一析晶槽21，并供给至第一析晶槽21内的第一浓缩水中。
循环来的石膏在第一析晶槽21内作为晶种发挥功能，循环来的石膏通过析晶而结晶生长。结晶生长至平均粒径10μm以上的循环石膏被与第一浓缩水一起从第一析晶槽21送至第一分级器181a，并由第一分级器181a从第一浓缩水中分离出而向脱水器182输送。
第一分级器181b的上清液中包含粒径小于5μm、例如粒径为2μm至3μm左右的较小径的粒子。尤其是在水处理系统的运转初期(刚起动后等)，石膏在第一析晶槽21中生长至足够大小之前被从第一析晶槽21中排出，导致向第一沉淀槽51流入的石膏量增多。在这种情况下，第一沉淀槽51中的沉淀物包含大量的石膏。因此，在本参考实施方式中，也可以设置将第一沉淀槽51的底部与第一析晶槽21连结的循环路线802，使在第一沉淀槽51的底部沉淀的包含石膏的固形物循环至第一析晶槽21。
根据本参考实施方式，能够使由第一分离部回收的石膏量增大，并且能够使所回收的石膏的含水率下降。若使用本参考实施方式的水处理方法以及水处理系统，则能降低向下游侧流出的较小径的石膏粒子量，因此能够提高水回收率，此外能够削减伴随水处理而生成的废弃物的量。
符号说明
1、100、200、300、400、500、600、700、800 水处理系统
10 第一脱盐部
20 第一析晶部
21 第一析晶槽
22 第一晶种供给部
23、223 晶种罐
24、32、42、224、232、242、542、610 控制部
30 第一水垢防止剂供给部
31、41、231、241、541 罐
40 第一pH调整部
43、243 pH计
50 第一沉淀部
51 第一沉淀槽
52 第一过滤装置
60 下游侧脱盐部
70 第一上游侧沉淀部
71 沉淀槽
72 过滤装置
73 第一脱气部
180 第一分离部
181、181a、181b、281 分级器
182、282 脱水器
210 第二脱盐部
220 第二析晶部
221 第二析晶槽
222 第二晶种供给部
230 第二水垢防止剂供给部
240 第二pH调整部
250 第二沉淀部
251 第二沉淀槽
252 第二过滤装置
280 第二分离部
540 pH调整部
543 第一pH计测部
601 第一循环路线
602 第二循环路线
801、802 固形物循环路线