(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023038919
(43)【公開日】2023-03-17
(54)【発明の名称】水処理装置および水処理方法
(51)【国際特許分類】
C02F 1/44 20230101AFI20230310BHJP
B01D 61/58 20060101ALI20230310BHJP
B01D 69/02 20060101ALI20230310BHJP
B01D 61/04 20060101ALI20230310BHJP
【ＦＩ】
C02F1/44 K
B01D61/58
B01D69/02
C02F1/44 A
C02F1/44 D
B01D61/04
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022138433
(22)【出願日】2022-08-31
(31)【優先権主張番号】P 2021145473
(32)【優先日】2021-09-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000004400
【氏名又は名称】オルガノ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】若山 聖
(72)【発明者】
【氏名】中野 徹
(72)【発明者】
【氏名】高田 明広
【テーマコード（参考）】
4D006
【Ｆターム（参考）】
4D006GA03
4D006GA06
4D006GA07
4D006HA01
4D006HA61
4D006JA53A
4D006JA58Z
4D006KA02
4D006KA03
4D006KA16
4D006KA52
4D006KA53
4D006KA54
4D006KA55
4D006KA57
4D006KA69
4D006KB13
4D006KB30
4D006KD11
4D006KD12
4D006KD17
4D006KE03Q
4D006KE07Q
4D006KE12R
4D006KE15R
4D006KE16R
4D006MA01
4D006MA03
4D006MB06
4D006MC18
4D006MC54
4D006MC63
4D006PA04
4D006PB08
4D006PB23
4D006PB27
4D006PC01
(57)【要約】
【課題】排水から有価物を高濃度で回収することができる水処理装置および水処理方法を提供する。
【解決手段】排水から有価物を回収する水処理装置１であって、排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過装置１１と、半透膜１２で仕切られた第一空間１４と第二空間１６とを有する膜モジュール１０を用いて、ＮＦ濃縮水を第一空間１４に通水し、第一空間１４を加圧してＮＦ濃縮水に含まれる水を半透膜１２を透過させることによって濃縮水を得るとともに、第二空間１６に、ＮＦ濃縮水の一部または濃縮水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段と、を備える、水処理装置１である。
【選択図】図１
【解決手段】排水から有価物を回収する水処理装置１であって、排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過装置１１と、半透膜１２で仕切られた第一空間１４と第二空間１６とを有する膜モジュール１０を用いて、ＮＦ濃縮水を第一空間１４に通水し、第一空間１４を加圧してＮＦ濃縮水に含まれる水を半透膜１２を透過させることによって濃縮水を得るとともに、第二空間１６に、ＮＦ濃縮水の一部または濃縮水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段と、を備える、水処理装置１である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
排水から有価物を回収する水処理装置であって、
前記排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過手段と、
半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する半透膜モジュールを用いて、前記ＮＦ濃縮水を前記第一空間に通水し、前記第一空間を加圧して前記ＮＦ濃縮水に含まれる水を前記半透膜を透過させることによって濃縮水を得るとともに、前記第二空間に、前記ＮＦ濃縮水の一部または前記濃縮水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段と、
を備えることを特徴とする水処理装置。
前記排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過手段と、
半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する半透膜モジュールを用いて、前記ＮＦ濃縮水を前記第一空間に通水し、前記第一空間を加圧して前記ＮＦ濃縮水に含まれる水を前記半透膜を透過させることによって濃縮水を得るとともに、前記第二空間に、前記ＮＦ濃縮水の一部または前記濃縮水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段と、
を備えることを特徴とする水処理装置。
【請求項2】
排水から有価物を回収する水処理装置であって、
前記排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過手段と、
半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する、複数段に接続された半透膜モジュールを用いて、前記ＮＦ濃縮水を第１段の半透膜モジュールの第一空間に通水し、前記第一空間を加圧して前記ＮＦ濃縮水に含まれる水を前記半透膜を透過させることによって濃縮水を得て、その濃縮水をさらに次段以降の半透膜モジュールを用いて濃縮水を得るとともに、各段の半透膜モジュールの第二空間に、前記ＮＦ濃縮水または前記濃縮水の少なくとも一部または他の半透膜モジュールから得られる希釈水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段と、
を備えることを特徴とする水処理装置。
前記排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過手段と、
半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する、複数段に接続された半透膜モジュールを用いて、前記ＮＦ濃縮水を第１段の半透膜モジュールの第一空間に通水し、前記第一空間を加圧して前記ＮＦ濃縮水に含まれる水を前記半透膜を透過させることによって濃縮水を得て、その濃縮水をさらに次段以降の半透膜モジュールを用いて濃縮水を得るとともに、各段の半透膜モジュールの第二空間に、前記ＮＦ濃縮水または前記濃縮水の少なくとも一部または他の半透膜モジュールから得られる希釈水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段と、
を備えることを特徴とする水処理装置。
【請求項3】
請求項１または２に記載の水処理装置であって、
前記半透膜処理手段で得られる希釈水の少なくとも一部を前記ナノろ過手段の前段に返送する返送手段をさらに備えることを特徴とする水処理装置。
前記半透膜処理手段で得られる希釈水の少なくとも一部を前記ナノろ過手段の前段に返送する返送手段をさらに備えることを特徴とする水処理装置。
【請求項4】
請求項１または２に記載の水処理装置であって、
前記ナノろ過膜は、膜面有効圧力１ＭＰａ、２５℃、ｐＨ７の条件下でシリカ阻止率が０～２０％の範囲であり、アンモニウムイオン阻止率および硫酸イオン阻止率が９０％～１００％の範囲であることを特徴とする水処理装置。
前記ナノろ過膜は、膜面有効圧力１ＭＰａ、２５℃、ｐＨ７の条件下でシリカ阻止率が０～２０％の範囲であり、アンモニウムイオン阻止率および硫酸イオン阻止率が９０％～１００％の範囲であることを特徴とする水処理装置。
【請求項5】
請求項１または２に記載の水処理装置であって、
前記ナノろ過手段の前段に、前記排水のｐＨを４～８の範囲に調整するｐＨ調整手段をさらに備えることを特徴とする水処理装置。
前記ナノろ過手段の前段に、前記排水のｐＨを４～８の範囲に調整するｐＨ調整手段をさらに備えることを特徴とする水処理装置。
【請求項6】
請求項１または２に記載の水処理装置であって、
前記ナノろ過手段の前段に、前記排水の温度を２０℃～３５℃の範囲に調整する温度調整手段をさらに備えることを特徴とする水処理装置。
前記ナノろ過手段の前段に、前記排水の温度を２０℃～３５℃の範囲に調整する温度調整手段をさらに備えることを特徴とする水処理装置。
【請求項7】
排水から有価物を回収する水処理方法であって、
前記排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過工程と、
半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する半透膜モジュールを用いて、前記ＮＦ濃縮水を前記第一空間に通水し、前記第一空間を加圧して前記ＮＦ濃縮水に含まれる水を前記半透膜を透過させることによって濃縮水を得るとともに、前記第二空間に、前記ＮＦ濃縮水の一部または前記濃縮水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理工程と、
を含むことを特徴とする水処理方法。
前記排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過工程と、
半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する半透膜モジュールを用いて、前記ＮＦ濃縮水を前記第一空間に通水し、前記第一空間を加圧して前記ＮＦ濃縮水に含まれる水を前記半透膜を透過させることによって濃縮水を得るとともに、前記第二空間に、前記ＮＦ濃縮水の一部または前記濃縮水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理工程と、
を含むことを特徴とする水処理方法。
【請求項8】
排水から有価物を回収する水処理方法であって、
前記排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過工程と、
半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する、複数段に接続された半透膜モジュールを用いて、前記ＮＦ濃縮水を第１段の半透膜モジュールの第一空間に通水し、前記第一空間を加圧して前記ＮＦ濃縮水に含まれる水を前記半透膜を透過させることによって濃縮水を得て、その濃縮水をさらに次段以降の半透膜モジュールを用いて濃縮水を得るとともに、各段の半透膜モジュールの第二空間に、前記ＮＦ濃縮水または前記濃縮水の少なくとも一部または他の半透膜モジュールから得られる希釈水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理工程と、
を含むことを特徴とする水処理方法。
前記排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過工程と、
半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する、複数段に接続された半透膜モジュールを用いて、前記ＮＦ濃縮水を第１段の半透膜モジュールの第一空間に通水し、前記第一空間を加圧して前記ＮＦ濃縮水に含まれる水を前記半透膜を透過させることによって濃縮水を得て、その濃縮水をさらに次段以降の半透膜モジュールを用いて濃縮水を得るとともに、各段の半透膜モジュールの第二空間に、前記ＮＦ濃縮水または前記濃縮水の少なくとも一部または他の半透膜モジュールから得られる希釈水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理工程と、
を含むことを特徴とする水処理方法。
【請求項9】
請求項７または８に記載の水処理方法であって、
前記半透膜処理工程で得られる希釈水の少なくとも一部を前記ナノろ過工程の前段に返送することを特徴とする水処理方法。
前記半透膜処理工程で得られる希釈水の少なくとも一部を前記ナノろ過工程の前段に返送することを特徴とする水処理方法。
【請求項10】
請求項７または８に記載の水処理方法であって、
前記排水は、アンモニウムイオンを２０００ｍｇ／Ｌ以上、硫酸イオンを６０００ｍｇ／Ｌ以上、シリカを５ｍｇ／Ｌ以上含有することを特徴とする水処理方法。
前記排水は、アンモニウムイオンを２０００ｍｇ／Ｌ以上、硫酸イオンを６０００ｍｇ／Ｌ以上、シリカを５ｍｇ／Ｌ以上含有することを特徴とする水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、排水から有価物を回収する水処理装置および水処理方法に関する。
【0002】
近年、半導体工場等から排出される排水等から、エバポレータや膜蒸留等の蒸発法を用いて有価物を回収する手法が用いられている。しかし、蒸発法は膨大なエネルギーが必要となるため、特許文献１のように、蒸発法の前段において逆浸透膜法で排水を減容化する方法が一般的に用いられている。
【0003】
一方、排水中に含有されるイオンを高濃度に濃縮する方法として、特許文献２のように逆浸透膜モジュールの濃縮液の硬質成分または濁質成分をナノろ過膜または限外ろ過膜で除去した後、その透過水を半透膜モジュールで濃縮する方法が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平１０－３２３６６４号公報
【特許文献2】特開２０２１－０４５７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、排水から有価物を高濃度で回収することができる水処理装置および水処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、排水から有価物を回収する水処理装置であって、前記排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過手段と、半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する半透膜モジュールを用いて、前記ＮＦ濃縮水を前記第一空間に通水し、前記第一空間を加圧して前記ＮＦ濃縮水に含まれる水を前記半透膜を透過させることによって濃縮水を得るとともに、前記第二空間に、前記ＮＦ濃縮水の一部または前記濃縮水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段と、を備える、水処理装置である。
【0007】
本発明は、排水から有価物を回収する水処理装置であって、前記排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過手段と、半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する、複数段に接続された半透膜モジュールを用いて、前記ＮＦ濃縮水を第１段の半透膜モジュールの第一空間に通水し、前記第一空間を加圧して前記ＮＦ濃縮水に含まれる水を前記半透膜を透過させることによって濃縮水を得て、その濃縮水をさらに次段以降の半透膜モジュールを用いて濃縮水を得るとともに、各段の半透膜モジュールの第二空間に、前記ＮＦ濃縮水または前記濃縮水の少なくとも一部または他の半透膜モジュールから得られる希釈水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段と、を備える、水処理装置である。
【0008】
前記水処理装置において、前記半透膜処理手段で得られる希釈水の少なくとも一部を前記ナノろ過手段の前段に返送する返送手段をさらに備えることが好ましい。
【0009】
前記水処理装置において、前記排水は、アンモニウムイオンを２０００ｍｇ／Ｌ以上、硫酸イオンを６０００ｍｇ／Ｌ以上、シリカを５ｍｇ／Ｌ以上含有することが好ましい。
【0010】
前記水処理装置において、前記ナノろ過膜は、膜面有効圧力１ＭＰａ、２５℃、ｐＨ７の条件下でシリカ阻止率が０～２０％の範囲であり、アンモニウムイオン阻止率および硫酸イオン阻止率が９０％～１００％の範囲であることが好ましい。
【0011】
前記水処理装置において、前記ナノろ過手段の前段に、前記排水のｐＨを４～８の範囲に調整するｐＨ調整手段をさらに備えることが好ましい。
【0012】
前記水処理装置において、前記ナノろ過手段の前段に、前記排水の温度を２０℃～３５℃の範囲に調整する温度調整手段をさらに備えることが好ましい。
【0013】
本発明は、排水から有価物を回収する水処理方法であって、前記排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過工程と、半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する半透膜モジュールを用いて、前記ＮＦ濃縮水を前記第一空間に通水し、前記第一空間を加圧して前記ＮＦ濃縮水に含まれる水を前記半透膜を透過させることによって濃縮水を得るとともに、前記第二空間に、前記ＮＦ濃縮水の一部または前記濃縮水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理工程と、を含む、水処理方法である。
【0014】
本発明は、排水から有価物を回収する水処理方法であって、前記排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過工程と、半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する、複数段に接続された半透膜モジュールを用いて、前記ＮＦ濃縮水を第１段の半透膜モジュールの第一空間に通水し、前記第一空間を加圧して前記ＮＦ濃縮水に含まれる水を前記半透膜を透過させることによって濃縮水を得て、その濃縮水をさらに次段以降の半透膜モジュールを用いて濃縮水を得るとともに、各段の半透膜モジュールの第二空間に、前記ＮＦ濃縮水または前記濃縮水の少なくとも一部または他の半透膜モジュールから得られる希釈水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理工程と、を含む、水処理方法である。
【0015】
前記水処理方法において、前記半透膜処理工程で得られる希釈水の少なくとも一部を前記ナノろ過工程の前段に返送することが好ましい。
【0016】
前記水処理方法において、前記排水は、アンモニウムイオンを２０００ｍｇ／Ｌ以上、硫酸イオンを６０００ｍｇ／Ｌ以上、シリカを５ｍｇ／Ｌ以上含有することが好ましい。
【0017】
前記水処理方法において、前記ナノろ過膜は、膜面有効圧力１ＭＰａ、２５℃、ｐＨ７の条件下でシリカ阻止率が０～２０％の範囲であり、アンモニウムイオン阻止率および硫酸イオン阻止率が９０％～１００％の範囲であることが好ましい。
【0018】
前記水処理方法において、前記ナノろ過工程の前段に、前記排水のｐＨを４～８の範囲に調整するｐＨ調整工程をさらに含むことが好ましい。
【0019】
前記水処理方法において、前記ナノろ過工程の前段に、前記排水の温度を２０℃～３５℃の範囲に調整する温度調整工程をさらに含むことが好ましい。
【発明の効果】
【0020】
本発明によって、排水から有価物を高濃度で回収することができる水処理装置および水処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明の実施形態に係る水処理装置の一例を示す概略構成図である。
【図2】本発明の実施形態に係る水処理装置の他の例を示す概略構成図である。
【図3】本発明の実施形態に係る水処理装置の他の例を示す概略構成図である。
【図4】本発明の実施形態に係る水処理装置の他の例を示す概略構成図である。
【図5】本発明の実施形態に係る水処理装置の他の例を示す概略構成図である。
【図6】本発明の実施形態に係る水処理装置の他の例を示す概略構成図である。
【図7】本発明の実施形態に係る水処理装置の他の例を示す概略構成図である。
【図8】本発明の実施形態に係る水処理装置の他の例を示す概略構成図である。
【図9】実施例１におけるシリカの阻止率の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0022】
本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【0023】
本発明の実施形態に係る水処理装置の一例の概略を図１に示し、その構成について説明する。
【0024】
図１に示す水処理装置１は、アンモニア含有排水等の排水から有価物を回収する装置である。水処理装置１は、アンモニア含有排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過手段として、ナノろ過装置１１と、半透膜１２で仕切られた第一空間（濃縮側）１４と第二空間（透過側）１６とを有する半透膜モジュールを用いて、ナノろ過装置１１のＮＦ濃縮水を第一空間１４に通水し、第一空間１４を加圧してＮＦ濃縮水に含まれる水を半透膜１２を透過させることによって濃縮水を得るとともに、第二空間１６に、ＮＦ濃縮水の一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段として、例えば、膜モジュール１０を備える。水処理装置１は、ＮＦ濃縮水を貯留するＮＦ濃縮水槽をナノろ過装置１１と膜モジュール１０との間に備えてもよい。
【0025】
図１の水処理装置１において、ナノろ過装置１１の入口には、ポンプ２１を介して配管２５が接続されている。ナノろ過装置１１のＮＦ透過水出口には、配管２７が接続されている。ナノろ過装置１１のＮＦ濃縮水出口と、膜モジュール１０の第一空間入口とは、ポンプ１８を介して配管２４により接続され、ポンプ１８の下流側で配管２４から分岐した配管２６がバルブ２２を介して膜モジュール１０の第二空間入口に接続されている。膜モジュール１０の第一空間出口にはバルブ２３を介して配管２８が接続され、膜モジュール１０の第二空間出口と配管２５におけるポンプ２１の上流側とは、配管３０により接続されている。
【0026】
ポンプ１８は、例えば、入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動され、ＮＦ濃縮水を吸入して膜モジュール１０に加圧吐出する加圧ポンプである。ポンプ１８には、例えば、入力された指令信号に対応する駆動周波数をポンプ１８に出力するインバーター２０が設置されている。ポンプ２１は、例えば、入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動され、アンモニア含有排水を吸入してナノろ過装置１１に加圧吐出する加圧ポンプである。バルブ２２、バルブ２３は、例えば、手動または自動で開閉度を調節可能なバルブである。
【0027】
膜モジュール１０は、半透膜１２で仕切られた第一空間１４および第二空間１６を有し、ＮＦ濃縮水を膜モジュール１０の第一空間入口から第一空間１４と第二空間入口から第二空間１６とに通水し、第一空間１４を加圧することによって、その第一空間１４のＮＦ濃縮水に含まれる水を半透膜１２を介して第二空間１６に透過させて水を濃縮する装置である。すなわち、水処理装置１において、半透膜１２を用いてＮＦ濃縮水が濃縮される。膜モジュール１０は、膜モジュール１０の第一空間１４と第二空間１６の両方にＮＦ濃縮水を供給して濃縮処理を行う装置である。
【0028】
水処理装置１において、被処理水であるアンモニアを含むアンモニア含有排水は、ポンプ２１によって配管２５を通してナノろ過装置１１へ供給される。ナノろ過装置１１において、アンモニア含有排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とが得られる（ナノろ過工程）。ＮＦ透過水は、配管２７を通して排出される。ＮＦ透過水は系外へ排出し、河川等へ放流してもよいし、さらに高度水処理法を設けて水回収してもよい。
【0029】
ナノろ過装置１１で得られたＮＦ濃縮水は、バルブ２３が開状態で、ポンプ１８により配管２４を通して、膜モジュール１０の第一空間入口から第一空間１４へ加圧送液され、通水される。ナノろ過装置１１と膜モジュール１０への通水は、ポンプ２１のみを用いて行ってもよい。また、ＮＦ濃縮水は、バルブ２２が開状態で、配管２４から分岐した配管２６を通して、膜モジュール１０の第二空間入口から第二空間１６へ送液され、通水される。加圧されたＮＦ濃縮水に含まれる水の一部は半透膜１２を介して第一空間１４から第二空間１６に向かって透過する。このとき、ＮＦ濃縮水に含まれるイオン類等の大部分は半透膜１２を透過することができないので、半透膜１２を透過しなかった第一空間１４内の水が濃縮される。一方、第二空間１６では、配管２６を通して通水されたＮＦ濃縮水の一部と、半透膜１２を透過したイオン濃度の低い透過水とが合流するため、希釈効果が働く。第一空間１４で得られた濃縮水は、第一空間出口から配管２８を通して排出され、第二空間１６で得られた希釈水は、第二空間出口から配管３０を通して排出され、希釈水の少なくとも一部はナノろ過装置１１の前段である配管２５におけるポンプ２１の上流側に返送されてもよい（返送工程）。ここで、膜モジュール１０において、第一空間１４が加圧されてその第一空間１４のＮＦ濃縮水に含まれる水が半透膜１２を介して第二空間１６に透過され、第一空間１４で濃縮水が得られる（濃縮工程）とともに、第二空間１６で希釈水が得られる（希釈工程）（以上、半透膜処理工程）。
【0030】
ここで、配管２４，２６、ポンプ１８等が、膜モジュール１０の第一空間１４と第二空間１６の両方にＮＦ濃縮水を供給する供給手段として機能する。配管３０等が膜モジュール１０で得られる希釈水の少なくとも一部をナノろ過装置１１の前段に返送する返送手段として機能する。
【0031】
第二空間１６で得られた希釈水は、配管３０を通して系外へ排出されてもよいし、必要に応じて希釈水槽へ送液されて貯留された後、系外へ排出されてもよく、再利用されてもよい。希釈水の少なくとも一部は、例えば配管２５におけるポンプ２１の上流側に返送されてＮＦ濃縮水と混合されてもよい。希釈水の少なくとも一部について、さらに他の処理、例えば逆浸透膜処理が行われてもよい。
【0032】
以上のようにして、処理対象である、アンモニアを含むアンモニア含有排水から、アンモニアおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つが濃縮水として回収され、アンモニア含有排水の減容化が行われる。また、ＮＦ透過水、濃縮水、希釈水は再利用が可能である。
【0033】
膜モジュール１０の第一空間１４と第二空間１６にＮＦ濃縮水を通水することによって、半透膜１２の第一空間１４側と第二空間１６側の浸透圧差を小さくし、より少ない消費エネルギーでＮＦ濃縮水中の高濃度のイオンを濃縮することができる。すなわち、高濃度でイオンを含むＮＦ濃縮水を低コストで濃縮可能であり、高イオン濃度の廃液量を低減することができる。
【0034】
半導体工場等から排出される排水等にはスケール成分が含まれていることがあるために半透膜処理で高濃縮した際に膜閉塞が生じ、濃縮が困難となる場合がある。例えば、排水中にシリカ（ＳｉＯ２）が含まれている場合には、半透膜処理の前処理でシリカを除去することが望ましいが、シリカの濃度が高いと分散剤等の薬品で対応することは困難な場合がある。
【0035】
本実施形態に係る水処理装置および水処理方法では、排水中にシリカが含まれていても、ナノろ過装置１１により排水中のシリカを、ナノろ過膜を選択的に透過させ、シリカ濃度を低減させたＮＦ濃縮水を膜モジュール１０の第一空間１４または第一空間１４と第二空間１６の両側に通水することによって、安定して濃縮対象物質を高濃縮することができる。
【0036】
第二空間１６で得られた希釈水の少なくとも一部がナノろ過装置１１の前段に返送されることが好ましく、希釈水量の５０～１００％がナノろ過装置１１の前段に返送されることがより好ましく、希釈水量の７０～１００％がナノろ過装置１１の前段に返送されることがさらに好ましい。ナノろ過装置１１の前段に膜モジュール１０から排出される希釈水を所定量以上戻して循環させることによって、アンモニア含有排水中にシリカが含まれていても、ナノろ過装置１１に供給されるアンモニア含有排水中のアンモニウムイオン濃度に対するシリカ濃度の比率を下げ、半透膜処理の濃縮工程におけるシリカスケール析出リスクを低減させることができる。
【0037】
膜モジュール１０へのＮＦ濃縮水の供給流量と透過水流量と濃縮水流量とを調節する調節方法として、例えば、以下の方法を行えばよい。
【0038】
ポンプ１８に駆動周波数を制御するインバーター２０を設け、膜モジュール１０へのＮＦ濃縮水の供給流量を調節する。ポンプ１８にインバーター２０を設置することが好ましいが、設置しなくてもよい。ＮＦ濃縮水の供給を第一空間１４側と第二空間１６側の両方に行い、第二空間１６の入口前にバルブ２２を設け、第一空間１４の出口にバルブ２３を設け、バルブ２２とバルブ２３の開度を手動または自動で調節することにより第一空間１４側への供給水流量と第二空間１６側への供給水流量との比を調節すればよい。
【0039】
透過水流量、濃縮水流量が不足する場合は、ポンプ１８のインバーター２０の周波数を上げてＮＦ濃縮水の供給量を増やせばよい。
【0040】
配管２８の第一空間１４の出口に開閉度を調節できるバルブ２３を設け、バルブ２３の開度によって濃縮水流量や第一空間１４の入口および第一空間１４の出口の圧力調整を行うことができる。
【0041】
これらの操作によって所定の第一空間１４側の圧力、各種流量に調節することができる。
【0042】
また、ＮＦ濃縮水の第一空間１４側、第二空間１６側への供給を別々のポンプにより行ってもよい。別々のポンプによってＮＦ濃縮水の供給を行う場合には、個々のポンプに駆動周波数を制御するインバーターを設けてもよい。
【0043】
第一空間１４側と第二空間１６側の両方に対して同一または近い濃度のＮＦ濃縮水を通水することによって、半透膜１２により生じる浸透圧を低減し、必要圧力を低減することができる。その結果、従来の逆浸透膜法では濃縮することができなかった濃度のＮＦ濃縮水を濃縮することができる。
【0044】
このように、アンモニア含有排水から有価物を高濃度で回収することができる。また、アンモニア含有排水中にシリカが含まれていても、シリカ濃度を低減させたＮＦ濃縮水を半透膜処理することによって、半透膜処理の濃縮工程におけるシリカスケール析出リスクを低減させることができる。
【0045】
本発明の実施形態に係る水処理装置の他の例の概略を図２に示し、その構成について説明する。
【0046】
図２に示す水処理装置２は、アンモニア含有排水等の排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過手段として、ナノろ過装置１１と、半透膜１２で仕切られた第一空間（濃縮側）１４と第二空間（透過側）１６とを有する半透膜モジュールを用いて、ナノろ過装置１１のＮＦ濃縮水を第一空間１４に通水し、第一空間１４を加圧してＮＦ濃縮水に含まれる水を半透膜１２を透過させることによって濃縮水を得るとともに、第二空間１６に、濃縮水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段として、例えば、膜モジュール１０を備える。水処理装置２は、ＮＦ濃縮水を貯留するＮＦ濃縮水槽をナノろ過装置１１と膜モジュール１０との間に備えてもよい。
【0047】
図２の水処理装置２において、ナノろ過装置１１の入口には、ポンプ２１を介して配管２５が接続されている。ナノろ過装置１１のＮＦ透過水出口には、配管２７が接続されている。ナノろ過装置１１のＮＦ濃縮水出口と、膜モジュール１０の第一空間入口とは、ポンプ１８を介して配管２４により接続されている。膜モジュール１０の第一空間出口にはバルブ２３を介して配管２８が接続されている。バルブ２３の上流側で配管２８から分岐した配管３４がバルブ３２を介して膜モジュール１０の第二空間入口に接続されている。膜モジュール１０の第二空間出口と配管２５におけるポンプ２１の上流側とは、配管３６により接続されている。
【0048】
ポンプ１８は、例えば、入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動され、ＮＦ濃縮水を吸入して膜モジュール１０に加圧吐出する加圧ポンプである。ポンプ１８には、例えば、入力された指令信号に対応する駆動周波数をポンプ１８に出力するインバーター２０が設置されている。ポンプ２１は、例えば、入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動され、アンモニア含有排水を吸入してナノろ過装置１１に加圧吐出する加圧ポンプである。バルブ２３、バルブ３２は、例えば、手動または自動で開閉度を調節可能なバルブである。
【0049】
膜モジュール１０は、半透膜１２で仕切られた第一空間１４および第二空間１６を有し、ＮＦ濃縮水を膜モジュール１０の第一空間入口から第一空間１４に通水するとともに、膜モジュール１０の第一空間１４の第一空間出口から排出された濃縮水の少なくとも一部を膜モジュール１０の第二空間入口から第二空間１６に通水し、第一空間１４を加圧することによって、その第一空間１４のＮＦ濃縮水に含まれる水を半透膜１２を介して第二空間１６に透過させて水を濃縮する装置である。すなわち、水処理装置２において、半透膜１２を用いてＮＦ濃縮水が濃縮される。膜モジュール１０は、膜モジュール１０の第一空間１４にＮＦ濃縮水を供給し、第一空間１４の出口から得られた濃縮水の少なくとも一部を膜モジュール１０の第二空間１６に供給して濃縮処理を行う装置である。
【0050】
水処理装置２において、被処理水であるアンモニアを含むアンモニア含有排水は、ポンプ２１によって配管２５を通してナノろ過装置１１へ供給される。ナノろ過装置１１において、アンモニア含有排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とが得られる（ナノろ過工程）。ＮＦ透過水は、配管２７を通して排出される。
【0051】
ナノろ過装置１１で得られたＮＦ濃縮水は、バルブ２３が開状態で、ポンプ１８により配管２４を通して、膜モジュール１０の第一空間入口から第一空間１４へ加圧送液され、通水される。ナノろ過装置１１と膜モジュール１０への通水は、ポンプ２１のみを用いて行ってもよい。加圧されたＮＦ濃縮水に含まれる水の一部は半透膜１２を介して第一空間１４から第二空間１６に向かって透過する。このとき、イオン類等の大部分は半透膜１２を透過することができないので、半透膜１２を透過しなかった第一空間１４内の水が濃縮される。一方、第二空間１６では、配管３４を通して通水された濃縮水の一部と、半透膜１２を透過したイオン濃度の低い透過水とが合流するため、希釈効果が働く。第一空間１４で得られた濃縮水は、第一空間出口から配管２８を通して排出され、濃縮水の少なくとも一部は、バルブ３２が開状態で、配管２８から分岐した配管３４を通して、膜モジュール１０の第二空間入口から第二空間１６へ送液され、通水される。第二空間１６で得られた希釈水は、第二空間出口から配管３６を通して排出され、希釈水の少なくとも一部はナノろ過装置１１の前段である配管２５におけるポンプ２１の上流側に返送されてもよい（返送工程）。ここで、膜モジュール１０において、第一空間１４が加圧されてその第一空間１４のＮＦ濃縮水に含まれる水が半透膜１２を介して第二空間１６に透過され、第一空間１４で濃縮水が得られる（濃縮工程）とともに、第二空間１６で希釈水が得られる（希釈工程）（以上、半透膜処理工程）。
【0052】
ここで、配管２４，２８，３４、ポンプ１８等が、膜モジュール１０の第一空間１４にＮＦ濃縮水を供給し、第一空間１４の出口から得られた濃縮水の少なくとも一部を膜モジュール１０の第二空間１６に供給する供給手段として機能する。配管３６等が膜モジュール１０で得られる希釈水の少なくとも一部をナノろ過装置１１の前段に返送する返送手段として機能する。
【0053】
第二空間１６で得られた希釈水は、配管３６を通して系外へ排出されてもよいし、必要に応じて希釈水槽へ送液されて貯留された後、系外へ排出されてもよく、再利用されてもよい。希釈水の少なくとも一部は、例えば配管２５におけるポンプ２１の上流側に返送されてＮＦ濃縮水と混合されてもよい。希釈水の少なくとも一部について、さらに他の処理、例えば逆浸透膜処理が行われてもよい。
【0054】
以上のようにして、処理対象である、アンモニアを含むアンモニア含有排水から、アンモニアおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つが濃縮水として回収され、アンモニア含有排水の減容化が行われる。また、ＮＦ透過水、濃縮水、希釈水は再利用が可能である。
【0055】
膜モジュール１０の第一空間１４にＮＦ濃縮水を通水し、第二空間１６に第一空間１４で得られた濃縮水の少なくとも一部を通水することによって、半透膜１２の第一空間１４側と第二空間１６側の浸透圧差を小さくし、より少ない消費エネルギーでＮＦ濃縮水中の高濃度のイオンを濃縮することができる。すなわち、高濃度でイオンを含むＮＦ濃縮水を低コストで濃縮可能であり、高イオン濃度の廃液量を低減することができる。
【0056】
膜モジュール１０へのＮＦ濃縮水の供給流量と透過水流量と濃縮水流量とを調節する調節方法として、例えば、以下の方法を行えばよい。
【0057】
ポンプ１８に駆動周波数を制御するインバーター２０を設け、膜モジュール１０へのＮＦ濃縮水の供給流量を調節する。ポンプ１８にインバーター２０を設置することが好ましいが、設置しなくてもよい。ＮＦ濃縮水の供給を第一空間１４側に行い、第一空間１４の出口にバルブ２３を設け、第二空間１６の入口前にバルブ３２を設け、バルブ２３、バルブ３２の開度を手動または自動で調節することにより第一空間１４側への供給水流量と第二空間１６側への供給水流量との比を調節すればよい。
【0058】
透過水流量、濃縮水流量が不足する場合は、ポンプ１８のインバーター２０の周波数を上げてＮＦ濃縮水の供給量を増やせばよい。
【0059】
配管２８の第一空間１４の出口に開閉度を調節できるバルブ２３を設け、バルブ２３の開度によって濃縮水流量や第一空間１４の入口および第一空間１４の出口の圧力調整を行うことができる。
【0060】
これらの操作によって所定の第一空間１４側の圧力、各種流量に調節することができる。
【0061】
また、配管３４の途中に濃縮水を貯留する濃縮水槽を設け、ＮＦ濃縮水の第一空間１４側、濃縮水の第二空間１６側への供給を別々のポンプにより行ってもよい。別々のポンプによってＮＦ濃縮水および濃縮水の供給を行う場合には、個々のポンプに駆動周波数を制御するインバーターを設けてもよい。
【0062】
第一空間１４側に対してＮＦ濃縮水を通水し、第二空間１６側に対して近い濃度の濃縮水を通水することによって、半透膜１２により生じる浸透圧を低減し、必要圧力を低減することができる。その結果、従来の逆浸透膜法では濃縮することができなかった濃度のＮＦ濃縮水を濃縮することができる。
【0063】
第一空間１４の入口圧力は、７ＭＰａ以下の範囲とすることが好ましく、第二空間１６の入口圧力は第一空間１４の入口圧力よりも小さい圧力とすることが好ましく、第二空間１６の入口圧力は第一空間１４の入口圧力の５０％以下にすることがより好ましい。これによって、圧力による半透膜の破損リスクを低減することができる。
【0064】
第一空間１４側の流量を第二空間１６側の流量よりも大きくすることが好ましい。第一空間１４側の流量が第二空間１６側の流量以下であると、透過流束が高くなりすぎる場合がある。例えば、ポンプ１８、インバーター２０、バルブ２２、バルブ２３、バルブ３２等が、第一空間の流量を第二空間の流量よりも大きくなるようにする流量調節手段として機能する。
【0065】
透過流束が大きすぎると濃度差が大きくなり、ファウリングリスクが高くなる、圧力が高くなりすぎるといった問題が生じる場合がある。また、透過流束が小さすぎると、濃縮効率が悪くなる場合がある。これらの点から、膜モジュール１０の透過流束を、０．００５ｍ／ｄ～０．０５ｍ／ｄの範囲とすることが好ましく、０．０１５ｍ／ｄ～０．０４ｍ／ｄの範囲とすることがより好ましい。なお、透過流束は、単位時間、単位膜面積当たりの透過流量として定義される。例えば、ポンプ１８、インバーター２０、バルブ２２、バルブ２３、バルブ３２等が、透過流束を上記範囲に制御する透過流束調節手段として機能する。
【0066】
なお、バルブの設置位置や設置数は一例にすぎず、図１、図２に示している数よりも多くてもよく、他の配管のうち少なくとも１つに設置してもよい。また、流量を測定する流量測定手段として流量計や、圧力を測定する圧力測定手段として圧力計を、各配管のうち少なくとも１つに設置してもよい。
【0067】
本実施形態に係る水処理方法および水処理装置において、多段式の半透膜モジュールを用いてもよい。このような構成の水処理装置の例を図３、図４、図５に示す。図３、図４、図５に示す水処理装置は、半透膜モジュールが直列で３段に組み合わせた構造を有している。
【0068】
図３に示す水処理装置３は、アンモニア含有排水等の排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過手段として、ナノろ過装置１１と、半透膜１２で仕切られた第一空間（濃縮側）１４と第二空間（透過側）１６とを有する、複数段に接続された半透膜モジュールを用いて、ナノろ過装置１１のＮＦ濃縮水を第１段の半透膜モジュールの第一空間１４に通水し、第一空間１４を加圧してＮＦ濃縮水に含まれる水を半透膜１２を透過させることによって濃縮水を得て、その濃縮水をさらに次段以降の半透膜モジュールを用いて濃縮水を得るとともに、各段の半透膜モジュールの第二空間１６に、ＮＦ濃縮水の一部または濃縮水の一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段として、例えば、１段目膜モジュール１０ａ、２段目膜モジュール１０ｂ、３段目膜モジュール１０ｃを備える。それぞれの膜モジュールは、半透膜１２で仕切られた第一空間１４および第二空間１６を有する。水処理装置３は、１段目膜モジュール１０ａからの希釈水を貯留する希釈水槽６０ａ、２段目膜モジュール１０ｂからの希釈水を貯留する希釈水槽６０ｂ、３段目膜モジュール１０ｃからの希釈水を貯留する希釈水槽６０ｃを備えてもよい。膜モジュール１０は、第１段の膜モジュールの第一空間および第二空間にＮＦ濃縮水を供給し、その濃縮水を順次次段の膜モジュールの第一空間および第二空間に供給して濃縮処理を行う装置である。水処理装置３は、ＮＦ濃縮水を貯留するＮＦ濃縮水槽をナノろ過装置１１と膜モジュール１０との間に備えてもよい。
【0069】
図３の水処理装置３において、ナノろ過装置１１の入口には、ポンプ２１を介して配管２５が接続されている。ナノろ過装置１１のＮＦ透過水出口には、配管２７が接続されている。ナノろ過装置１１のＮＦ濃縮水出口と、１段目膜モジュール１０ａの第一空間入口とはポンプ１８を介して配管４０により接続されている。配管４０のポンプ１８の下流側から分岐した配管４２がバルブ２２ａを介して膜モジュール１０ａの第二空間入口に接続されている。１段目膜モジュール１０ａの第二空間出口と希釈水槽６０ａの入口とは、配管４６により接続されている。１段目膜モジュール１０ａの第一空間出口と２段目膜モジュール１０ｂの第一空間入口とは、配管４４により接続されている。配管４４から分岐した配管４８がバルブ２２ｂを介して２段目膜モジュール１０ｂの第二空間入口に接続されている。２段目膜モジュール１０ｂの第二空間出口と希釈水槽６０ｂの入口とは、配管５２により接続されている。２段目膜モジュール１０ｂの第一空間出口と３段目膜モジュール１０ｃの第一空間入口とは、配管５０により接続されている。配管５０から分岐した配管５４がバルブ２２ｃを介して３段目膜モジュール１０ｃの第二空間入口に接続されている。３段目膜モジュール１０ｃの第二空間出口と希釈水槽６０ｃの入口とは、配管５８により接続されている。３段目膜モジュール１０ｃの第一空間出口には、バルブ２３を介して配管５６が接続されている。希釈水槽６０ａの出口と配管２５におけるポンプ２１の上流側とは、配管５９により接続されている。希釈水槽６０ｂの出口と配管５９とは、配管６１により接続されている。希釈水槽６０ｃの出口と配管５９とは、配管６３により接続されている。
【0070】
膜モジュール１０は、半透膜１２で仕切られた第一空間１４および第二空間１６を有する多段式の膜モジュールを用い、第１段の膜モジュールの第一空間および第二空間にＮＦ濃縮水を供給し、その濃縮水を順次次段の膜モジュールの第一空間および第二空間に供給し、各段の第一空間１４を加圧することによってその第一空間１４に含まれる水を半透膜１２を介して第二空間１６に透過させて水を濃縮する装置である。すなわち、膜モジュール１０において、半透膜１２を用いてＮＦ濃縮水が濃縮され、その濃縮水がさらに次の段の半透膜１２を用いて濃縮される。
【0071】
水処理装置３において、被処理水であるアンモニアを含むアンモニア含有排水は、ポンプ２１によって配管２５を通してナノろ過装置１１へ供給される。ナノろ過装置１１において、アンモニア含有排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とが得られる（ナノろ過工程）。ＮＦ透過水は、配管２７を通して排出される。
【0072】
ナノろ過装置１１で得られたＮＦ濃縮水は、バルブ２３が開状態で、ポンプ１８により配管４０を通して、１段目膜モジュール１０ａの第一空間１４ａへ送液され、配管４０から分岐されたＮＦ濃縮水は、バルブ２２ａが開状態で、配管４２を通して、１段目膜モジュール１０ａの第二空間１６ａへ送液される。ナノろ過装置１１と膜モジュール１０への通水は、ポンプ２１のみを用いて行ってもよい。１段目膜モジュール１０ａにおいて、第一空間１４ａが加圧されてその第一空間１４ａに含まれる水が半透膜１２ａを介して第二空間１６ａに透過される（濃縮工程（１段目））とともに、第二空間１６ａで希釈水が得られる（希釈工程（１段目））。１段目膜モジュール１０ａの第二空間１６ａで得られた希釈水は、配管４６を通して必要に応じて希釈水槽６０ａに貯留される。希釈水の少なくとも一部は配管５９を通してナノろ過装置１１の前段である配管２５におけるポンプ２１の上流側に返送されてもよい（返送工程）。
【0073】
１段目膜モジュール１０ａの第一空間１４ａで得られた濃縮水は、配管４４を通して、２段目膜モジュール１０ｂの第一空間１４ｂへ送液され、配管４４から分岐された濃縮水は、バルブ２２ｂが開状態で、配管４８を通して、２段目膜モジュール１０ｂの第二空間１６ｂへ送液される。２段目膜モジュール１０ｂにおいて、第一空間１４ｂが加圧されてその第一空間１４ｂに含まれる水が半透膜１２ｂを介して第二空間１６ｂに透過される（濃縮工程（２段目））とともに、第二空間１６ｂで希釈水が得られる（希釈工程（２段目））。２段目膜モジュール１０ｂの第二空間１６ｂで得られた希釈水は、配管５２を通して必要に応じて希釈水槽６０ｂに貯留される。希釈水の少なくとも一部は配管６１，５９を通してナノろ過装置１１の前段である配管２５におけるポンプ２１の上流側に返送されてもよい（返送工程）。
【0074】
２段目膜モジュール１０ｂの第一空間１４ｂで得られた濃縮水は、配管５０を通して、３段目膜モジュール１０ｃの第一空間１４ｃへ送液され、配管５０から分岐された濃縮水は、バルブ２２ｃが開状態で、配管５４を通して、３段目膜モジュール１０ｃの第二空間１６ｃへ送液される。３段目膜モジュール１０ｃにおいて、第一空間１４ｃが加圧されてその第一空間１４ｃに含まれる水が半透膜１２ｃを介して第二空間１６ｃに透過される（濃縮工程（３段目））とともに、第二空間１６ｃで希釈水が得られる（希釈工程（３段目））（以上、半透膜処理工程）。３段目膜モジュール１０ｃの第二空間１６ｃで得られた希釈水は、配管５８を通して必要に応じて希釈水槽６０ｃに貯留される。３段目膜モジュール１０ｃの第一空間１４ｃで得られた濃縮水は、配管５６を通して排出される。希釈水の少なくとも一部は配管６３，５９を通してナノろ過装置１１の前段である配管２５におけるポンプ２１の上流側に返送されてもよい（返送工程）。
【0075】
ここで、ポンプ１８、配管４０，４２，４４，４８，５０，５４等が、各段の膜モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃの第一空間１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、第二空間１６ａ，１６ｂ，１６ｃにＮＦ濃縮水または濃縮水を供給する供給手段として機能する。配管５９，６１，６３等が膜モジュール１０で得られる希釈水の少なくとも一部をナノろ過装置１１の前段に返送する返送手段として機能する。
【0076】
各段の膜モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃの第二空間１６ａ，１６ｂ，１６ｃで得られた希釈水は、系外へ排出されてもよいし、必要に応じて希釈水槽６０ａ，６０ｂ，６０ｃへ送液されて貯留された後、系外へ排出されてもよく、再利用されてもよい。希釈水の少なくとも一部は、例えば配管２５におけるポンプ２１の上流側に返送されてＮＦ濃縮水と混合されてもよい。希釈水の少なくとも一部について、さらに他の処理、例えば逆浸透膜処理が行われてもよい。
【0077】
以上のようにして、処理対象である、アンモニアを含むアンモニア含有排水から、アンモニアおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つが濃縮水（最終段の濃縮水）として回収され、アンモニア含有排水の減容化が行われる。また、ＮＦ透過水、濃縮水、希釈水は再利用が可能である。
【0078】
図４に示す水処理装置４は、アンモニア含有排水等の排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過手段として、ナノろ過装置１１と、半透膜１２で仕切られた第一空間（濃縮側）１４と第二空間（透過側）１６とを有する、複数段に接続された半透膜モジュールを用いて、ナノろ過装置１１のＮＦ濃縮水を第１段の半透膜モジュールの第一空間１４に通水し、第一空間１４を加圧してＮＦ濃縮水に含まれる水を半透膜１２を透過させることによって濃縮水を得て、その濃縮水をさらに次段以降の半透膜モジュールを用いて濃縮水を得るとともに、各段の半透膜モジュールの第二空間１６に、濃縮水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段として、例えば、１段目膜モジュール１０ａ、２段目膜モジュール１０ｂ、３段目膜モジュール１０ｃを備える。それぞれの膜モジュールは、半透膜１２で仕切られた第一空間１４および第二空間１６を有する。水処理装置４は、１段目膜モジュール１０ａからの希釈水を貯留する希釈水槽６２ａ、２段目膜モジュール１０ｂからの希釈水を貯留する希釈水槽６２ｂ、３段目膜モジュール１０ｃからの希釈水を貯留する希釈水槽６２ｃを備えてもよい。膜モジュール１０は、第１段の膜モジュールの第一空間にＮＦ濃縮水を供給し、その濃縮水を順次次段の膜モジュールの第一空間および自身の第二空間に供給して濃縮処理を行う装置である。水処理装置４は、ＮＦ濃縮水を貯留するＮＦ濃縮水槽をナノろ過装置１１と膜モジュール１０との間に備えてもよい。
【0079】
図４の水処理装置４において、ナノろ過装置１１の入口には、ポンプ２１を介して配管２５が接続されている。ナノろ過装置１１のＮＦ透過水出口には、配管２７が接続されている。ナノろ過装置１１のＮＦ濃縮水出口と、１段目膜モジュール１０ａの第一空間入口とはポンプ１８を介して配管４０により接続されている。１段目膜モジュール１０ａの第一空間出口と２段目膜モジュール１０ｂの第一空間入口とは、配管４４により接続されている。配管４４から分岐した配管６４がバルブ３２ａを介して膜モジュール１０ａの第二空間入口に接続されている。１段目膜モジュール１０ａの第二空間出口と希釈水槽６２ａの入口とは、配管６６により接続されている。２段目膜モジュール１０ｂの第一空間出口と３段目膜モジュール１０ｃの第一空間入口とは、配管５０により接続されている。配管５０から分岐した配管６８がバルブ３２ｂを介して膜モジュール１０ｂの第二空間入口に接続されている。２段目膜モジュール１０ｂの第二空間出口と希釈水槽６２ｂの入口とは、配管７０により接続されている。３段目膜モジュール１０ｃの第一空間出口には、バルブ２３を介して配管５６が接続されている。バルブ２３の上流側で配管５６から分岐した配管７２がバルブ３２ｃを介して膜モジュール１０ｃの第二空間入口に接続されている。３段目膜モジュール１０ｃの第二空間出口と希釈水槽６２ｃの入口とは、配管７４により接続されている。希釈水槽６２ａの出口と配管２５におけるポンプ２１の上流側とは、配管５９により接続されている。希釈水槽６２ｂの出口と配管５９とは、配管６１により接続されている。希釈水槽６２ｃの出口と配管５９とは、配管６３により接続されている。
【0080】
膜モジュール１０は、半透膜１２で仕切られた第一空間１４および第二空間１６を有する多段式の膜モジュールを用い、第１段の膜モジュールの第一空間にＮＦ濃縮水を供給し、その濃縮水を順次次段の膜モジュールの第一空間および自身の第二空間に供給し、各段の第一空間１４を加圧することによってその第一空間１４に含まれる水を半透膜１２を介して第二空間１６に透過させて水を濃縮する装置である。すなわち、膜モジュール１０において、半透膜１２を用いてＮＦ濃縮水が濃縮され、その濃縮水がさらに次の段の半透膜１２を用いて濃縮される。
【0081】
水処理装置４において、被処理水であるアンモニアを含むアンモニア含有排水は、ポンプ２１によって配管２５を通してナノろ過装置１１へ供給される。ナノろ過装置１１において、アンモニア含有排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とが得られる（ナノろ過工程）。ＮＦ透過水は、配管２７を通して排出される。
【0082】
ナノろ過装置１１で得られたＮＦ濃縮水は、バルブ２３が開状態で、ポンプ１８により配管４０を通して、１段目膜モジュール１０ａの第一空間１４ａへ送液される。ナノろ過装置１１と膜モジュール１０への通水は、ポンプ２１のみを用いて行ってもよい。１段目膜モジュール１０ａにおいて、第一空間１４ａが加圧されてその第一空間１４ａに含まれる水が半透膜１２ａを介して第二空間１６ａに透過される（濃縮工程（１段目））とともに、第二空間１６ａで希釈水が得られる（希釈工程（１段目））。１段目膜モジュール１０ａの第一空間１４ａで得られた濃縮水は、配管４４を通して、２段目膜モジュール１０ｂの第一空間１４ｂへ送液され、配管４４から分岐された濃縮水は、バルブ３２ａが開状態で、配管６４を通して、１段目膜モジュール１０ａの第二空間１６ａへ送液される。１段目膜モジュール１０ａの第二空間１６ａで得られた希釈水は、配管６６を通して必要に応じて希釈水槽６２ａに貯留される。希釈水の少なくとも一部は配管５９を通してナノろ過装置１１の前段である配管２５におけるポンプ２１の上流側に返送されてもよい（返送工程）。
【0083】
２段目膜モジュール１０ｂにおいて、第一空間１４ｂが加圧されてその第一空間１４ｂに含まれる水が半透膜１２ｂを介して第二空間１６ｂに透過される（濃縮工程（２段目））とともに、第二空間１６ｂで希釈水が得られる（希釈工程（２段目））。２段目膜モジュール１０ｂの第一空間１４ｂで得られた濃縮水は、配管５０を通して、３段目膜モジュール１０ｃの第一空間１４ｃへ送液され、配管５０から分岐された濃縮水は、バルブ３２ｂが開状態で、配管６８を通して、２段目膜モジュール１０ｂの第二空間１６ｂへ送液される。２段目膜モジュール１０ｂの第二空間１６ｂで得られた希釈水は、配管７０を通して必要に応じて希釈水槽６２ｂに貯留される。希釈水の少なくとも一部は配管６１，５９を通してナノろ過装置１１の前段である配管２５におけるポンプ２１の上流側に返送されてもよい（返送工程）。
【0084】
３段目膜モジュール１０ｃにおいて、第一空間１４ｃが加圧されてその第一空間１４ｃに含まれる水が半透膜１２ｃを介して第二空間１６ｃに透過される（濃縮工程（３段目））とともに、第二空間１６ｃで希釈水が得られる（希釈工程（３段目））（以上、半透膜処理工程）。３段目膜モジュール１０ｃの第一空間１４ｃで得られた濃縮水は、配管５６を通して排出される。配管５６から分岐された濃縮水は、バルブ３２ｃが開状態で、配管７２を通して、３段目膜モジュール１０ｃの第二空間１６ｃへ送液される。３段目膜モジュール１０ｃの第二空間１６ｃで得られた希釈水は、配管７４を通して必要に応じて希釈水槽６２ｃに貯留される。希釈水の少なくとも一部は配管６３，５９を通してナノろ過装置１１の前段である配管２５におけるポンプ２１の上流側に返送されてもよい（返送工程）。
【0085】
ここで、ポンプ１８、配管４０，４４，６４，５０，６８，５６，７２等が、各段の膜モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃの第一空間１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、第二空間１６ａ，１６ｂ，１６ｃにＮＦ濃縮水または濃縮水を供給する供給手段として機能する。配管５９，６１，６３等が膜モジュール１０で得られる希釈水の少なくとも一部をナノろ過装置１１の前段に返送する返送手段として機能する。
【0086】
各段の膜モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃの第二空間１６ａ，１６ｂ，１６ｃで得られた希釈水は、系外へ排出されてもよいし、必要に応じて希釈水槽６２ａ，６２ｂ，６２ｃへ送液されて貯留された後、系外へ排出されてもよく、再利用されてもよい。希釈水の少なくとも一部は、例えば配管２５におけるポンプ２１の上流側に返送されてＮＦ濃縮水と混合されてもよい。希釈水の少なくとも一部について、さらに他の処理、例えば逆浸透膜処理が行われてもよい。
【0087】
以上のようにして、処理対象である、アンモニアを含むアンモニア含有排水から、アンモニアおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つが濃縮水（最終段の濃縮水）として回収され、アンモニア含有排水の減容化が行われる。また、ＮＦ透過水、濃縮水、希釈水は再利用が可能である。
【0088】
多段式の膜モジュールを用いる場合、第二空間側の通水を直列的に行ってもよい。このような構成の水処理装置の一例を図５に示す。
【0089】
図５に示す水処理装置５は、アンモニア含有排水等の排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過手段として、ナノろ過装置１１と、半透膜１２で仕切られた第一空間（濃縮側）１４と第二空間（透過側）１６とを有する、複数段に接続された半透膜モジュールを用いて、ナノろ過装置１１のＮＦ濃縮水を第１段の半透膜モジュールの第一空間１４に通水し、第一空間１４を加圧してＮＦ濃縮水に含まれる水を半透膜１２を透過させることによって濃縮水を得て、その濃縮水をさらに次段以降の半透膜モジュールを用いて濃縮水を得るとともに、各段の半透膜モジュールの第二空間１６に、濃縮水の少なくとも一部または他の半透膜モジュールから得られる希釈水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段として、例えば、１段目膜モジュール１０ａ、２段目膜モジュール１０ｂ、３段目膜モジュール１０ｃを備える。それぞれの膜モジュールは、半透膜１２で仕切られた第一空間１４および第二空間１６を有する。膜モジュール１０は、第１段の膜モジュールの第一空間にＮＦ濃縮水を供給し、その濃縮水を順次次段の膜モジュールの第一空間に供給して濃縮処理を行う装置である。水処理装置５は、ＮＦ濃縮水を貯留するＮＦ濃縮水槽をナノろ過装置１１と膜モジュール１０との間に備えてもよい。
【0090】
図５の水処理装置５において、ナノろ過装置１１の入口には、ポンプ２１を介して配管２５が接続されている。ナノろ過装置１１のＮＦ透過水出口には、配管２７が接続されている。ナノろ過装置１１のＮＦ濃縮水出口と、１段目膜モジュール１０ａの第一空間入口とはポンプ１８を介して配管４０により接続されている。１段目膜モジュール１０ａの第一空間出口と２段目膜モジュール１０ｂの第一空間入口とは、配管４４により接続されている。２段目膜モジュール１０ｂの第一空間出口と３段目膜モジュール１０ｃの第一空間入口とは、配管５０により接続されている。３段目膜モジュール１０ｃの第一空間出口には、バルブ２３を介して配管５６が接続されている。バルブ２３の上流側で配管５６から分岐した配管７６がバルブ３２を介して膜モジュール１０ｃの第二空間入口に接続されている。３段目膜モジュール１０ｃの第二空間出口と２段目膜モジュール１０ｂの第二空間入口とは、配管７８により接続されている。２段目膜モジュール１０ｂの第二空間出口と１段目膜モジュール１０ａの第二空間入口とは、配管８０により接続されている。１段目膜モジュール１０ａの第二空間出口と配管２５におけるポンプ２１の上流側とは、配管８２により接続されている。
【0091】
膜モジュール１０は、半透膜１２で仕切られた第一空間１４および第二空間１６を有する多段式の膜モジュールを用い、第１段の膜モジュールの第一空間にＮＦ濃縮水を供給し、その濃縮水を順次次段の膜モジュールの第一空間に直列的に通水し、最終段の膜モジュールの濃縮水の少なくとも一部を自身の第二空間に供給し、得られる希釈水をその前段の膜モジュールの第二空間に直列的に通水し、各段の第一空間１４を加圧することによってその第一空間１４に含まれる水を半透膜１２を介して第二空間１６に透過させて水を濃縮する装置である。すなわち、膜モジュール１０において、半透膜１２を用いてＮＦ濃縮水が濃縮され、その濃縮水がさらに次の段の半透膜１２を用いて濃縮される。
【0092】
水処理装置５において、被処理水であるアンモニアを含むアンモニア含有排水は、ポンプ２１によって配管２５を通してナノろ過装置１１へ供給される。ナノろ過装置１１において、アンモニア含有排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とが得られる（ナノろ過工程）。ＮＦ透過水は、配管２７を通して排出される。
【0093】
ナノろ過装置１１で得られたＮＦ濃縮水は、バルブ２３が開状態で、ポンプ１８により配管４０を通して、１段目膜モジュール１０ａの第一空間１４ａへ送液される。ナノろ過装置１１と膜モジュール１０への通水は、ポンプ２１のみを用いて行ってもよい。一方、後述する３段目膜モジュール１０ｃの第二空間１６ｃ、２段目膜モジュール１０ｂの第二空間１６ｂを経由して送液された希釈水が配管８０を通して、１段目膜モジュール１０ａの第二空間１６ａへ送液される。１段目膜モジュール１０ａにおいて、第一空間１４ａが加圧されてその第一空間１４ａに含まれる水が半透膜１２ａを介して第二空間１６ａに透過される（濃縮工程（１段目））とともに、第二空間１６ａで希釈水が得られる（希釈工程（１段目））。１段目膜モジュール１０ａの第一空間１４ａで得られた濃縮水は、配管４４を通して、２段目膜モジュール１０ｂの第一空間１４ｂへ送液される。１段目膜モジュール１０ａの第二空間１６ａで得られた希釈水は、配管８２を通して排出される。希釈水の少なくとも一部は配管８２を通してナノろ過装置１１の前段である配管２５におけるポンプ２１の上流側に返送されてもよい（返送工程）。
【0094】
２段目膜モジュール１０ｂにおいて、後述する３段目膜モジュール１０ｃの第二空間１６ｃを経由して送液された希釈水が配管７８を通して、２段目膜モジュール１０ｂの第二空間１６ｂへ送液される。第一空間１４ｂが加圧されてその第一空間１４ｂに含まれる水が半透膜１２ｂを介して第二空間１６ｂに透過される（濃縮工程（２段目））とともに、第二空間１６ｂで希釈水が得られる（希釈工程（２段目））。２段目膜モジュール１０ｂの第一空間１４ｂで得られた濃縮水は、配管５０を通して、３段目膜モジュール１０ｃの第一空間１４ｃへ送液される。２段目膜モジュール１０ｂの第二空間１６ｂで得られた希釈水は、配管８０を通して１段目膜モジュール１０ａの第二空間１６ａへ送液される。
【0095】
３段目膜モジュール１０ｃにおいて、下記の通り３段目膜モジュール１０ｃの第一空間１４ｃで得られた濃縮水が、配管５６，７６を通して第二空間１６ｃへ送液される。第一空間１４ｃが加圧されてその第一空間１４ｃに含まれる水が半透膜１２ｃを介して第二空間１６ｃに透過される（濃縮工程（３段目））とともに、第二空間１６ｃで希釈水が得られる（希釈工程（３段目））（以上、半透膜処理工程）。３段目膜モジュール１０ｃの第一空間１４ｃで得られた濃縮水は、配管５６を通して排出される。配管５６から分岐された濃縮水は、バルブ３２が開状態で、配管７６を通して、３段目膜モジュール１０ｃの第二空間１６ｃへ送液される。３段目膜モジュール１０ｃの第二空間１６ｃで得られた希釈水は、配管７８を通して２段目膜モジュール１０ｂの第二空間１６ｂへ送液される。
【0096】
ここで、ポンプ１８、配管４０，４４，５０、５６，７６，７８，８０等が、各段の膜モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃの第一空間１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、第二空間１６ａ，１６ｂ，１６ｃにＮＦ濃縮水または濃縮水または希釈水を供給する供給手段として機能する。配管８２等が膜モジュール１０で得られる希釈水の少なくとも一部をナノろ過装置１１の前段に返送する返送手段として機能する。
【0097】
膜モジュール１０ａの第二空間１６ａで得られた希釈水は、系外へ排出されてもよいし、必要に応じて希釈水槽へ送液されて貯留された後、系外へ排出されてもよく、再利用されてもよい。希釈水の少なくとも一部は、例えば配管２５におけるポンプ２１の上流側に返送されてＮＦ濃縮水と混合されてもよい。希釈水の少なくとも一部について、さらに他の処理、例えば逆浸透膜処理が行われてもよい。
【0098】
以上のようにして、処理対象である、アンモニアを含むアンモニア含有排水から、アンモニアおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つが濃縮水（最終段の濃縮水）として回収され、アンモニア含有排水の減容化が行われる。また、ＮＦ透過水、濃縮水、希釈水は再利用が可能である。
【0099】
図３に示す水処理装置３、図４に示す水処理装置４、図５に示す水処理装置５では、１段目から後段の膜モジュールに行くにつれて各膜モジュールに供給される濃縮水は濃縮されていくため、高濃度となっていく。最終的に高濃度に濃縮されるため、浸透圧を低減することが可能な本方法によって、従来の逆浸透膜法では浸透圧の影響により濃縮が困難であった濃度にまで濃縮することが可能となる。
【0100】
１段目膜モジュール１０ａにＮＦ濃縮水が供給される際に例えば７ＭＰａ以下の圧力を加え、後段の膜モジュールへの濃縮水の供給は１段目膜モジュール１０ａに加えられた圧力により行われればよい。各膜モジュールにおける第一空間１４の入口圧力は、７ＭＰａ以下の範囲とすることが好ましく、第二空間１６の入口圧力は第一空間１４の入口圧力よりも小さい圧力とすることが好ましく、第二空間１６の入口圧力は第一空間１４の入口圧力の５０％以下にすることがより好ましい。これによって、圧力による半透膜の破損リスクを低減することができる。
【0101】
各膜モジュール１０における第一空間１４側の流量を第二空間１６側の流量よりも大きくすることが好ましい。第一空間１４側の流量が第二空間１６側の流量以下であると、後段の膜モジュールの第一空間１４側の流量が不足する場合がある。例えば、ポンプ１８、インバーター２０、バルブ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ、バルブ２３、バルブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ、バルブ３２等が、第一空間の流量を第二空間の流量よりも大きくなるようにする流量調節手段として機能する。
【0102】
透過流束が大きすぎると膜面の濃度分極が大きくなり、ファウリングリスクが高くなる、圧力が高くなりすぎるといった問題が生じる場合がある。また、透過流束が小さすぎると、濃縮効率が悪くなる場合がある。これらの点から、各膜モジュール１０の透過流束を、０．００５ｍ／ｄ～０．０５ｍ／ｄの範囲とすることが好ましく、０．０１５ｍ／ｄ～０．０４ｍ／ｄの範囲とすることがより好ましい。例えば、ポンプ１８、インバーター２０、バルブ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ、バルブ２３、バルブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ、バルブ３２等が、透過流束を上記範囲に制御する透過流束調節手段として機能する。
【0103】
なお、バルブの設置位置や設置数は一例にすぎず、図３、図４、図５に示している数よりも多くてもよく、他の配管のうち少なくとも１つに設置してもよい。また、流量を測定する流量測定手段として流量計や、圧力を測定する圧力測定手段として圧力計を、各配管のうち少なくとも１つに設置してもよい。
【0104】
【0105】
図５の水処理装置は、各段の膜モジュールの第一空間および第二空間のそれぞれに直列的に通水していくため、図３、図４の水処理装置に比べて、全体の水量を抑制することができ、ポンプの動力を低減することができるため、好ましい。
【0106】
本実施形態に係る水処理方法および水処理装置において、多段式の膜モジュールを用いて、各段の膜モジュールとして、並列的に接続された複数本の膜モジュールを備える膜モジュールユニットを用いてもよい。このような構成の水処理装置の例を図６、図７に示す。図６、図７に示す水処理装置は、１段目では半透膜モジュールを４列の並列に組み合わせ、２段目では半透膜モジュールを４列の並列に組み合わせ、３段目では半透膜モジュールを２列の並列に組み合わせ、４段目には半透膜モジュールを２列の並列に組み合わせて、直列で４段に接続した構造を有している。
【0107】
図６に示す水処理装置６は、アンモニア含有排水等の排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過手段として、ナノろ過装置１１と、半透膜１２で仕切られた第一空間（濃縮側）１４と第二空間（透過側）１６とを有する、複数段に接続された半透膜モジュールを用いて、ナノろ過装置１１のＮＦ濃縮水を第１段の半透膜モジュールの第一空間１４に通水し、第一空間１４を加圧してＮＦ濃縮水に含まれる水を半透膜１２を透過させることによって濃縮水を得て、その濃縮水をさらに次段以降の半透膜モジュールを用いて濃縮水を得るとともに、各段の半透膜モジュールの第二空間１６に、ＮＦ濃縮水の一部または濃縮水の一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段として、例えば、１段目膜モジュールユニット１００ａ、２段目膜モジュールユニット１００ｂ、３段目膜モジュールユニット１００ｃ、４段目膜モジュールユニット１００ｄを備える。１段目膜モジュールユニット１００ａは、例えば、並列的に接続された４本の膜モジュールを備え、２段目膜モジュールユニット１００ｂは、例えば、並列的に接続された４本の膜モジュールを備え、３段目膜モジュールユニット１００ｃは、例えば、並列的に接続された２本の膜モジュールを備え、４段目膜モジュールユニット１００ｄは、例えば、並列的に接続された２本の膜モジュールを備える。それぞれの膜モジュール１０は、半透膜１２で仕切られた第一空間１４および第二空間１６を有する。水処理装置６は、ＮＦ濃縮水を貯留するＮＦ濃縮水槽８４と、４段目膜モジュールユニット１００ｄからの濃縮水を貯留する濃縮水槽８６と、を備えてもよい。膜モジュールユニット１００は、第１段の膜モジュールユニットの各膜モジュールの第一空間および第二空間にＮＦ濃縮水を供給し、その濃縮水を順次次段の膜モジュールユニットの各膜モジュールの第一空間および第二空間に供給して濃縮処理を行う装置である。
【0108】
図６の水処理装置６において、ナノろ過装置１１の入口には、ポンプ２１を介して配管２５が接続されている。ナノろ過装置１１のＮＦ透過水出口には、配管２７が接続されている。ナノろ過装置１１のＮＦ濃縮水出口と、ＮＦ濃縮水槽８４の入口とは、配管２９により接続されている。ＮＦ濃縮水槽８４の出口と１段目膜モジュールユニット１００ａの各膜モジュールの第一空間入口および第二空間入口とは、ポンプ１８を介して配管８８により接続されている。１段目膜モジュールユニット１００ａの各膜モジュールの第一空間出口と２段目膜モジュールユニット１００ｂの各膜モジュールの第一空間入口および第二空間入口とは、配管９０により接続されている。２段目膜モジュールユニット１００ｂの各膜モジュールの第一空間出口と３段目膜モジュールユニット１００ｃの各膜モジュールの第一空間入口および第二空間入口とは、配管９４により接続されている。３段目膜モジュールユニット１００ｃの各膜モジュールの第一空間出口と４段目膜モジュールユニット１００ｄの各膜モジュールの第一空間入口および第二空間入口とは、配管９８により接続されている。４段目膜モジュールユニット１００ｄの各膜モジュールの第一空間出口と濃縮水槽８６の入口とは、配管１０４により接続されている。１段目膜モジュールユニット１００ａの各膜モジュールの第二空間出口には、配管９２が接続され、２段目膜モジュールユニット１００ｂの各膜モジュールの第二空間出口には、配管９６が接続され、３段目膜モジュールユニット１００ｃの各膜モジュールの第二空間出口には、配管１０２が接続され、４段目膜モジュールユニット１００ｄの各膜モジュールの第二空間出口には、配管１０６が接続され、配管９６、１０２，１０６は、配管９２に合流してもよい。配管９２は、配管２５におけるポンプ２１の上流側に接続されている。
【0109】
膜モジュールユニット１００は、半透膜１２で仕切られた第一空間１４および第二空間１６を有する膜モジュール１０を備える多段式の膜モジュールユニットを用い、第１段の膜モジュールユニットの各膜モジュールの第一空間および第二空間にＮＦ濃縮水を供給し、その濃縮水を順次次段の膜モジュールユニットの各膜モジュールの第一空間および第二空間に供給し、各段の膜モジュールの第一空間１４を加圧することによってその第一空間１４に含まれる水を半透膜１２を介して第二空間１６に透過させて水を濃縮する装置である。すなわち、膜モジュールユニット１００において、半透膜１２を用いてＮＦ濃縮水が濃縮され、その濃縮水がさらに次の段の半透膜１２を用いて濃縮される。
【0110】
水処理装置６において、被処理水であるアンモニアを含むアンモニア含有排水は、ポンプ２１によって配管２５を通してナノろ過装置１１へ供給される。ナノろ過装置１１において、アンモニア含有排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とが得られる（ナノろ過工程）。ＮＦ透過水は、配管２７を通して排出される。
【0111】
ナノろ過装置１１で得られたＮＦ濃縮水は、必要に応じてＮＦ濃縮水槽８４に貯留された後、ＮＦ濃縮水槽８４からポンプ１８により配管８８を通して、１段目膜モジュールユニット１００ａの各膜モジュールの第一空間１４および第二空間１６へ送液される。ナノろ過装置１１と膜モジュール１０への通水は、ポンプ２１のみを用いて行ってもよい。１段目膜モジュールユニット１００ａの各膜モジュールにおいて、第一空間１４ａが加圧されてその第一空間１４に含まれる水が半透膜１２を介して第二空間１６に透過される（濃縮工程（１段目））とともに、第二空間１６で希釈水が得られる（希釈工程（１段目））。１段目膜モジュール１０の第二空間１６で得られた希釈水は、配管９２を通して必要に応じて希釈水槽に貯留された後、排出される。希釈水の少なくとも一部は配管９２を通してナノろ過装置１１の前段である配管２５におけるポンプ２１の上流側に返送されてもよい（返送工程）。
【0112】
１段目膜モジュールユニット１００ａの各膜モジュールの第一空間１４で得られた濃縮水は、配管９０を通して、２段目膜モジュールユニット１００ｂの各膜モジュールの第一空間１４および第二空間１６へ送液される。２段目膜モジュールユニット１００ｂの各膜モジュールにおいて、第一空間１４が加圧されてその第一空間１４に含まれる水が半透膜１２を介して第二空間１６に透過される（濃縮工程（２段目））とともに、第二空間１６で希釈水が得られる（希釈工程（２段目））。２段目膜モジュールユニット１００ｂの各膜モジュールの第二空間１６で得られた希釈水は、配管９６を通して必要に応じて希釈水槽に貯留された後、排出される。希釈水の少なくとも一部は配管９６，９２を通してナノろ過装置１１の前段である配管２５におけるポンプ２１の上流側に返送されてもよい（返送工程）。
【0113】
２段目膜モジュールユニット１００ｂの各膜モジュールの第一空間１４で得られた濃縮水は、配管９４を通して、３段目膜モジュールユニット１００ｃの各膜モジュールの第一空間１４および第二空間１６へ送液される。３段目膜モジュールユニット１００ｃの各膜モジュールにおいて、第一空間１４が加圧されてその第一空間１４に含まれる水が半透膜１２を介して第二空間１６に透過される（濃縮工程（３段目））とともに、第二空間１６で希釈水が得られる（希釈工程（３段目））。３段目膜モジュールユニット１００ｃの各膜モジュールの第二空間１６で得られた希釈水は、配管１０２を通して必要に応じて希釈水槽に貯留された後、排出される。希釈水の少なくとも一部は配管１０２，９６，９２を通してナノろ過装置１１の前段である配管２５におけるポンプ２１の上流側に返送されてもよい（返送工程）。
【0114】
３段目膜モジュールユニット１００ｃの各膜モジュールの第一空間１４で得られた濃縮水は、配管９８を通して、４段目膜モジュールユニット１００ｄの各膜モジュールの第一空間１４および第二空間１６へ送液される。４段目膜モジュールユニット１００ｄの各膜モジュールにおいて、第一空間１４が加圧されてその第一空間１４に含まれる水が半透膜１２を介して第二空間１６に透過される（濃縮工程（４段目））とともに、第二空間１６で希釈水が得られる（希釈工程（４段目））（以上、半透膜処理工程）。４段目膜モジュールユニット１００ｄの各膜モジュールの第一空間１４で得られた濃縮水は、配管１０４を通して、必要に応じて濃縮水槽８６に貯留された後、排出される。４段目膜モジュールユニット１００ｄの各膜モジュールの第二空間１６で得られた希釈水は、配管１０６を通して必要に応じて希釈水槽に貯留された後、排出される。希釈水の少なくとも一部は配管１０６，１０２，９６，９２を通してナノろ過装置１１の前段である配管２５におけるポンプ２１の上流側に返送されてもよい（返送工程）。
【0115】
ここで、ポンプ１８、配管８８，９０，９４，９８等が、各段の膜モジュールユニット１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄの各膜モジュールの第一空間１４、第二空間１６にＮＦ濃縮水または濃縮水を供給する供給手段として機能する。配管９２，９６，１０２，１０６等が膜モジュール１０で得られる希釈水の少なくとも一部をナノろ過装置１１の前段に返送する返送手段として機能する。
【0116】
各段の膜モジュールユニット１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄの各膜モジュールの第二空間１６で得られた希釈水は、系外へ排出されてもよいし、必要に応じて希釈水槽へ送液されて貯留された後、系外へ排出されてもよく、再利用されてもよい。希釈水の少なくとも一部は、例えば配管２５におけるポンプ２１の上流側に返送されてＮＦ濃縮水と混合されてもよい。希釈水の少なくとも一部について、さらに他の処理、例えば逆浸透膜処理が行われてもよい。
【0117】
以上のようにして、処理対象である、アンモニアを含むアンモニア含有排水から、アンモニアおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つが濃縮水（最終段の濃縮水）として回収され、アンモニア含有排水の減容化が行われる。また、ＮＦ透過水、濃縮水、希釈水は再利用が可能である。
【0118】
図７に示す水処理装置７は、アンモニア含有排水等の排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過手段として、ナノろ過装置１１と、半透膜１２で仕切られた第一空間（濃縮側）１４と第二空間（透過側）１６とを有する、複数段に接続された半透膜モジュールを用いて、ナノろ過装置１１のＮＦ濃縮水を第１段の半透膜モジュールの第一空間１４に通水し、第一空間１４を加圧してＮＦ濃縮水に含まれる水を半透膜１２を透過させることによって濃縮水を得て、その濃縮水をさらに次段以降の半透膜モジュールを用いて濃縮水を得るとともに、各段の半透膜モジュールの第二空間１６に、濃縮水の少なくとも一部または他の半透膜モジュールから得られる希釈水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段として、例えば、１段目膜モジュールユニット１００ａ、２段目膜モジュールユニット１００ｂ、３段目膜モジュールユニット１００ｃ、４段目膜モジュールユニット１００ｄを備える。１段目膜モジュールユニット１００ａは、例えば、並列的に接続された４本の膜モジュールを備え、２段目膜モジュールユニット１００ｂは、例えば、並列的に接続された４本の膜モジュールを備え、３段目膜モジュールユニット１００ｃは、例えば、並列的に接続された２本の膜モジュールを備え、４段目膜モジュールユニット１００ｄは、例えば、並列的に接続された２本の膜モジュールを備える。それぞれの膜モジュール１０は、半透膜１２で仕切られた第一空間１４および第二空間１６を有する。水処理装置７は、ＮＦ濃縮水を貯留するＮＦ濃縮水槽８４と、４段目膜モジュールユニット１００ｄからの濃縮水を貯留する濃縮水槽８６と、を備えてもよい。膜モジュールユニット１００は、第１段の膜モジュールの第一空間にＮＦ濃縮水を供給し、その濃縮水を順次次段の膜モジュールの第一空間に供給して濃縮処理を行う装置である。
【0119】
図７の水処理装置７において、ナノろ過装置１１の入口には、ポンプ２１を介して配管２５が接続されている。ナノろ過装置１１のＮＦ透過水出口には、配管２７が接続されている。ナノろ過装置１１のＮＦ濃縮水出口と、ＮＦ濃縮水槽８４の入口とは、配管２９により接続されている。ＮＦ濃縮水槽８４の出口と１段目膜モジュールユニット１００ａの各膜モジュールの第一空間入口とは、ポンプ１８を介して配管１０８により接続されている。１段目膜モジュールユニット１００ａの各膜モジュールの第一空間出口と２段目膜モジュールユニット１００ｂの各膜モジュールの第一空間入口とは、配管１１０により接続されている。２段目膜モジュールユニット１００ｂの各膜モジュールの第一空間出口と３段目膜モジュールユニット１００ｃの各膜モジュールの第一空間入口とは、配管１１２により接続されている。３段目膜モジュールユニット１００ｃの各膜モジュールの第一空間出口と４段目膜モジュールユニット１００ｄの各膜モジュールの第一空間入口とは、配管１１４により接続されている。４段目膜モジュールユニット１００ｄの各膜モジュールの第一空間出口と濃縮水槽８６の入口とは、配管１１６により接続されている。配管１１６から分岐した配管１１８が、４段目膜モジュールユニット１００ｄの各膜モジュールの第二空間入口に接続されている。４段目膜モジュールユニット１００ｄの各膜モジュールの第二空間出口と、３段目膜モジュールユニット１００ｃの各膜モジュールの第二空間入口とは、配管１２０により接続されている。３段目膜モジュールユニット１００ｃの各膜モジュールの第二空間出口と、２段目膜モジュールユニット１００ｂの各膜モジュールの第二空間入口とは、配管１２２により接続されている。２段目膜モジュールユニット１００ｂの各膜モジュールの第二空間出口と、１段目膜モジュールユニット１００ａの各膜モジュールの第二空間入口とは、配管１２４により接続されている。１段目膜モジュールユニット１００ａの各膜モジュールの第二空間出口と配管２５におけるポンプ２１の上流側とは、配管１２６により接続されている。
【0120】
膜モジュールユニット１００は、半透膜１２で仕切られた第一空間１４および第二空間１６を有する膜モジュール１０を備える多段式の膜モジュールユニットを用い、第１段の膜モジュールユニットの各膜モジュールの第一空間にＮＦ濃縮水を供給し、その濃縮水を順次次段の膜モジュールユニットの各膜モジュールの第一空間に直列的に通水し、最終段の膜モジュールユニットの各膜モジュールの濃縮水の少なくとも一部を自身の第二空間に供給し、得られる希釈水をその前段の膜モジュールユニットの各膜モジュールの第二空間１６に直列的に通水し、各段の第一空間１４を加圧することによってその第一空間１４に含まれる水を半透膜１２を介して第二空間１６に透過させて水を濃縮する装置である。すなわち、膜モジュールユニット１００において、半透膜１２を用いてＮＦ濃縮水が濃縮され、その濃縮水がさらに次の段の半透膜１２を用いて濃縮される。
【0121】
水処理装置７において、被処理水であるアンモニアを含むアンモニア含有排水は、ポンプ２１によって配管２５を通してナノろ過装置１１へ供給される。ナノろ過装置１１において、アンモニア含有排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とが得られる（ナノろ過工程）。ＮＦ透過水は、配管２７を通して排出される。
【0122】
ナノろ過装置１１で得られたＮＦ濃縮水は、必要に応じてＮＦ濃縮水槽８４に貯留された後、ＮＦ濃縮水槽８４からポンプ１８により配管１０８を通して、１段目膜モジュールユニット１００ａの各膜モジュールの第一空間１４へ送液される。ナノろ過装置１１と膜モジュール１０への通水は、ポンプ２１のみを用いて行ってもよい。一方、後述する４段目膜モジュールユニット１００ｄの各膜モジュールの第二空間１６、３段目膜モジュールユニット１００ｃの各膜モジュールの第二空間１６、２段目膜モジュールユニット１００ｂの各膜モジュールの第二空間１６を経由して送液された希釈水が配管１２４を通して、１段目膜モジュールユニット１００ａの各膜モジュールの第二空間１６へ送液される。１段目膜モジュールユニット１００ａの各膜モジュールにおいて、第一空間１４が加圧されてその第一空間１４に含まれる水が半透膜１２を介して第二空間１６に透過される（濃縮工程（１段目））とともに、第二空間１６で希釈水が得られる（希釈工程（１段目））。１段目膜モジュールユニット１００ａの各膜モジュールの第一空間１４で得られた濃縮水は、配管１１０を通して、２段目膜モジュールユニット１００ｂの各膜モジュールの第一空間１４へ送液される。１段目膜モジュールユニット１００ａの各膜モジュールの第二空間１６で得られた希釈水は、配管１２６を通して排出される。希釈水の少なくとも一部は配管１２６を通してナノろ過装置１１の前段である配管２５におけるポンプ２１の上流側に返送されてもよい（返送工程）。
【0123】
２段目膜モジュールユニット１００ｂの各膜モジュールにおいて、後述する４段目膜モジュールユニット１００ｄの各膜モジュールの第二空間１６、３段目膜モジュールユニット１００ｃの各膜モジュールの第二空間１６を経由して送液された希釈水が配管１２２を通して、２段目膜モジュールユニット１００ｂの各膜モジュールの第二空間１６へ送液される。第一空間１４が加圧されてその第一空間１４に含まれる水が半透膜１２を介して第二空間１６に透過される（濃縮工程（２段目））とともに、第二空間１６で希釈水が得られる（希釈工程（２段目））。２段目膜モジュールユニット１００ｂの各膜モジュールの第一空間１４で得られた濃縮水は、配管１１２を通して、３段目膜モジュールユニット１００ｃの各膜モジュールの第一空間１４へ送液される。２段目膜モジュールユニット１００ｂの各膜モジュールの第二空間１６で得られた希釈水は、配管１２４を通して１段目膜モジュールユニット１００ａの各膜モジュールの第二空間１６へ送液される。
【0124】
３段目膜モジュールユニット１００ｃの各膜モジュールにおいて、後述する４段目膜モジュールユニット１００ｄの各膜モジュールの第二空間１６を経由して送液された希釈水が配管１２０を通して、３段目膜モジュールユニット１００ｃの各膜モジュールの第二空間１６へ送液される。第一空間１４が加圧されてその第一空間１４に含まれる水が半透膜１２を介して第二空間１６に透過される（濃縮工程（３段目））とともに、第二空間１６で希釈水が得られる（希釈工程（３段目））。３段目膜モジュールユニット１００ｃの各膜モジュールの第一空間１４で得られた濃縮水は、配管１１４を通して、４段目膜モジュールユニット１００ｄの各膜モジュールの第一空間１４へ送液される。３段目膜モジュールユニット１００ｃの各膜モジュールの第二空間１６で得られた希釈水は、配管１２２を通して２段目膜モジュールユニット１００ｂの各膜モジュールの第二空間１６へ送液される。
【0125】
４段目膜モジュールユニット１００ｄの各膜モジュールにおいて、下記の通り４段目膜モジュールユニット１００ｄの各膜モジュールの第一空間１４で得られた濃縮水が、配管１１６，１１８を通して第二空間１６へ送液される。第一空間１４が加圧されてその第一空間１４に含まれる水が半透膜１２を介して第二空間１６に透過される（濃縮工程（４段目））とともに、第二空間１６で希釈水が得られる（希釈工程（４段目））（以上、半透膜処理工程）。４段目膜モジュールユニット１００ｄの各膜モジュールの第一空間１４で得られた濃縮水は、配管１１６を通して、必要に応じて濃縮水槽８６に貯留された後、排出される。配管１１６から分岐された濃縮水は、配管１１８を通して、４段目膜モジュールユニット１００ｄの各膜モジュールの第二空間１６へ送液される。４段目膜モジュールユニット１００ｄの各膜モジュールの第二空間１６で得られた希釈水は、配管１２０を通して３段目膜モジュールユニット１００ｃの各膜モジュールの第二空間１６へ送液される。
【0126】
ここで、ポンプ１８、配管１０８，１１０，１１２、１１４，１１６，１１８，１２０，１２２，１２４等が、各段の膜モジュールユニット１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄの各膜モジュールの第一空間１４、第二空間１６にＮＦ濃縮水または濃縮水または希釈水を供給する供給手段として機能する。配管１２６等が膜モジュール１０で得られる希釈水の少なくとも一部をナノろ過装置１１の前段に返送する返送手段として機能する。
【0127】
膜モジュールユニット１００ａの各膜モジュールの第二空間１６で得られた希釈水は、系外へ排出されてもよいし、必要に応じて希釈水槽へ送液されて貯留された後、系外へ排出されてもよく、再利用されてもよい。希釈水の少なくとも一部は、例えば配管２５におけるポンプ２１の上流側に返送されてＮＦ濃縮水と混合されてもよい。希釈水の少なくとも一部について、さらに他の処理、例えば逆浸透膜処理が行われてもよい。
【0128】
以上のようにして、処理対象である、アンモニアを含むアンモニア含有排水から、アンモニアおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つが濃縮水（最終段の濃縮水）として回収され、アンモニア含有排水の減容化が行われる。また、ＮＦ透過水、濃縮水、希釈水は再利用が可能である。
【0129】
１段目膜モジュールユニット１００ａの各膜モジュールにＮＦ濃縮水が供給される際に例えば７ＭＰａ以下の圧力を加え、後段の膜モジュールユニットへの濃縮水の供給は１段目膜モジュールユニット１００ａの各膜モジュールに加えられた圧力により行われればよい。各膜モジュールにおける第一空間１４の入口圧力は、７ＭＰａ以下の範囲とすることが好ましく、第二空間１６の入口圧力は第一空間１４の入口圧力よりも小さい圧力とすることが好ましく、第二空間１６の入口圧力は第一空間１４の入口圧力の５０％以下にすることがより好ましい。これによって、圧力による半透膜の破損リスクを低減することができる。
【0130】
各膜モジュール１０における第一空間１４側の流量を第二空間１６側の流量よりも大きくすることが好ましい。第一空間１４側の流量が第二空間１６側の流量以下であると、後段の膜モジュールの第一空間１４側の流量が不足する場合がある。例えば、ポンプ１８等が、第一空間の流量を第二空間の流量よりも大きくなるようにする流量調節手段として機能する。
【0131】
透過流束が大きすぎると濃度差が大きくなり、ファウリングリスクが高くなる、圧力が高くなりすぎるといった問題が生じる場合がある。また、透過流束が小さすぎると、濃縮効率が悪くなる場合がある。これらの点から、各膜モジュール１０の透過流束を、０．００５ｍ／ｄ～０．０５ｍ／ｄの範囲とすることが好ましく、０．０１５ｍ／ｄ～０．０４ｍ／ｄの範囲とすることがより好ましい。例えば、ポンプ１８等が、透過流束を上記範囲に制御する透過流束調節手段として機能する。
【0132】
なお、各配管のうち少なくとも１つにバルブを設置してもよく、バルブの設置位置や設置数は特に制限はない。また、流量を測定する流量測定手段として流量計や、圧力を測定する圧力測定手段として圧力計を、各配管のうち少なくとも１つに設置してもよい。
【0133】
【0134】
膜モジュールにおいてＮＦ濃縮水中の回収したい物質を好ましい濃度まで濃縮するために、膜モジュールは直列で複数段組むことが好ましい。水処理装置３，４，５，６，７のように多段式の膜モジュールを用いる場合、膜モジュールの段数は、目的の処理水の濃度等によって決めればよい。例えば、より薄い濃度のＮＦ濃縮水からより濃い濃度の処理水を得たい場合には、膜モジュールユニットの段数を増やせばよい。
【0135】
水処理装置６，７のように各段の膜モジュールとして、並列的に接続された複数本の膜モジュールを備える膜モジュールユニットを用いる場合、各膜モジュールユニットにおける膜モジュールの本数は、ＮＦ濃縮水の流量等によって決めればよい。
【0136】
１つ以上の段の膜モジュールに、濃縮水槽や希釈水槽を設けてもよいし、各段の膜モジュールに、濃縮水槽や希釈水槽を設けてもよい。
【0137】
被処理水である排水は、例えば工場等から排出される排水であり、特に制限はない。排水は、例えば、アンモニウムイオンを含む排水、硫酸イオンとアンモニウムイオンを含む排水、硫酸イオンとアンモニウムイオンとシリカとを含む排水等のアンモニア含有排水であり、例えば、半導体工場から排出される排水、化学工場から排出される排水等が挙げられる。特に半導体工場では、ウエハの洗浄等のためにアンモニアが使用され、アンモニアを処理するスクラバ処理のために硫酸が使用される。そのため、排水中にアンモニウムイオンと硫酸イオンが含まれている。排水中のアンモニアと硫酸を回収する方法として、一般的に、エバポレータや膜蒸留等の蒸発法を用いるが、エバポレータや膜蒸留装置の前段に本実施形態に係る水処理装置を備え、半透膜モジュールの濃縮水をエバポレータや膜蒸留装置に供給することによって、エバポレータや膜蒸留装置での処理水量を削減することができ、負荷を低減することができるとともに効率よくアンモニアや硫酸を回収することができる。
【0138】
ナノろ過装置１１へ送液される前（前処理手段を備える場合は、前処理後であってナノろ過装置１１へ送液される前）の排水は、一価のイオン、二価のイオン等のイオン成分をある濃度以上含有し、また非荷電物質を含有してもよい。排水は、例えば、アンモニウムイオンを２０００ｍｇ／Ｌ以上含有するアンモニア含有排水であり、アンモニア含有排水は、アンモニウムイオンを２０００～１０００００ｍｇ／Ｌ含有することが好ましい。アンモニア含有排水は、さらに、例えば、硫酸イオンを６０００ｍｇ／Ｌ以上、非荷電物質としてシリカを５ｍｇ／Ｌ以上含有してもよく、硫酸イオンを２００００～２５００００ｍｇ／Ｌ、非荷電物質としてシリカを５～５０ｍｇ／Ｌ含有することが好ましい。
【0139】
ナノろ過装置１１としては、排水についてナノろ過膜（ＮＦ膜）を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得ることができるものであればよく、特に制限はない。
【0140】
ここで、ナノろ過膜は、２０００ｍｇ／リットルの濃度のＮａＣｌ水溶液を操作圧力１．５ＭＰａ、２５℃の条件でろ過したときのＮａＣｌ阻止率が１０％～７０％である膜を指す。膜材質は、特に限定されないが、例えば、酢酸セルロース系樹脂等のセルロース系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂等のポリスルホン系樹脂、ポリアミド系樹脂等が挙げられる。膜の形状は、特に限定されないが、スパイラル型、中空糸型等が挙げられる。運転のときの一次側圧力は、０．５ＭＰａ～１０ＭＰａの範囲とすることが好ましい。
【0141】
ナノろ過膜は、膜面有効圧力１ＭＰａ、２５℃、ｐＨ７の条件下でシリカ阻止率が０～２０％の範囲であり、アンモニウムイオン阻止率および硫酸イオン阻止率が９０％～１００％の範囲である膜であることが好ましく、シリカ阻止率が５～１８％の範囲であり、アンモニウムイオン阻止率および硫酸イオン阻止率が９７％～１００％の範囲である膜であることがより好ましい。ナノろ過膜のシリカ阻止率が２０％を超えると、アンモニア含有排水中にシリカが含まれる場合に、膜モジュール１０におけるシリカスケール析出リスクが高くなる場合がある。ナノろ過膜のアンモニウムイオン阻止率および硫酸イオン阻止率が９０％未満であると、アンモニアと硫酸の回収率が低下する場合がある。
【0142】
ここで、ナノろ過膜の特性を決定するためのシリカ、アンモニウムイオン、硫酸イオンの各成分の阻止率は下記式により求めることができる。阻止率（％）＝１００－１００×｛［Ａ／（（Ｂ＋Ｃ）／２）］｝
Ａ：透過水中の各成分のイオン濃度（ｍｇ／Ｌ）
Ｂ：給水中の各成分のイオン濃度（ｍｇ／Ｌ）
Ｃ：濃縮水中の各成分のイオン濃度（ｍｇ／Ｌ）
上記のナノろ過膜のシリカ、アンモニウムイオン、硫酸イオン阻止率を決定するための給水およびナノろ過膜処理条件は下記の通りとする。
給水：硫酸アンモニウムを１６５００ｍｇ／Ｌの濃度、シリカを２０ｍｇ／Ｌで含有する水溶液
ナノろ過膜処理条件：水温２５℃、透過流束０．４ｍ３／ｍ２／ｄ、回収率１５％
ここで、回収率（％）＝１００×［ナノろ過膜処理における透過水の量（ｍ３／ｈ）］／［ナノろ過膜処理に付した給水の量（ｍ３／ｈ）
Ａ：透過水中の各成分のイオン濃度（ｍｇ／Ｌ）
Ｂ：給水中の各成分のイオン濃度（ｍｇ／Ｌ）
Ｃ：濃縮水中の各成分のイオン濃度（ｍｇ／Ｌ）
上記のナノろ過膜のシリカ、アンモニウムイオン、硫酸イオン阻止率を決定するための給水およびナノろ過膜処理条件は下記の通りとする。
給水：硫酸アンモニウムを１６５００ｍｇ／Ｌの濃度、シリカを２０ｍｇ／Ｌで含有する水溶液
ナノろ過膜処理条件：水温２５℃、透過流束０．４ｍ３／ｍ２／ｄ、回収率１５％
ここで、回収率（％）＝１００×［ナノろ過膜処理における透過水の量（ｍ３／ｈ）］／［ナノろ過膜処理に付した給水の量（ｍ３／ｈ）
【0143】
膜モジュールが備える半透膜１２としては、例えば、逆浸透膜（ＲＯ膜）、正浸透膜（ＦＯ膜）、ナノろ過膜（ＮＦ膜）等の半透膜が挙げられる。半透膜は、逆浸透膜、正浸透膜、ナノろ過膜が好ましい。
【0144】
半透膜１２を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、酢酸セルロース系樹脂等のセルロース系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂等のポリスルホン系樹脂、ポリアミド系樹脂等が挙げられる。
【0145】
半透膜１２の形状としては、平膜、中空糸膜、スパイラル膜等が挙げられる。半透膜の表面積を大きくすることができる等の点から中空糸膜が好ましい。
【0146】
濃縮水から回収される回収物は、ＮＦ濃縮水に含まれるアンモニアおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つであり、さらに溶解固形成分（ＴＤＳ）であり、溶解固形成分としては、例えば、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム等の無機塩等が挙げられる。
【0147】
本実施形態に係る水処理方法および水処理装置は、ナノろ過工程（ナノろ過手段）の前段に、例えば、精密ろ過膜（ＭＦ膜）、限外ろ過膜（ＵＦ膜）等を用いる膜処理工程（膜処理手段）、逆浸透膜処理工程（逆浸透膜処理手段）、凝集沈殿処理工程（凝集沈殿処理手段）、有機物除去処理工程（有機物除去処理手段）、ｐＨ調整工程（ｐＨ調整手段）、温度調整工程（温度調整手段）のうち少なくとも１つの前処理工程（前処理手段）を含んでもよい。
【0148】
濁質が含まれる場合には、ナノろ過工程（ナノろ過装置１１）の前段で、凝集沈殿、膜分離、加圧浮上等の前処理を行ってもよい。
【0149】
ナノろ過工程（ナノろ過装置１１）の前段で、排水のｐＨ調整や温度調整が行われてもよい。このような構成の水処理装置の一例を図８に示す。
【0150】
図８の水処理装置８は、例えば図２の水処理装置２の構成に加えて、ナノろ過工程（ナノろ過装置１１）の前段に、排水のｐＨ調整を行うｐＨ調整手段として、ｐＨ調整装置１３と、排水の温度調整を行う温度調整手段として、温度調整装置１５と、をさらに備えてもよい。
【0151】
図８の水処理装置８において、ｐＨ調整装置１３の入口には、配管３１が接続されている。ｐＨ調整装置１３の出口と温度調整装置１５の入口とは、配管３３により接続されている。温度調整装置１５の出口とナノろ過装置１１の入口とは、ポンプ２１を介して配管２５により接続されている。ｐＨ調整装置１３と温度調整装置１５の接続順序は逆でもよい。その他の構成は、図２の水処理装置２の構成と同様である。図１、図３～図７の水処理装置１，３～７において、ｐＨ調整装置１３、温度調整装置１５が設けられてもよい。
【0152】
水処理装置８において、被処理水であるアンモニアを含むアンモニア含有排水は、配管３１を通してｐＨ調整装置１３へ送液される。ｐＨ調整装置１３において、アンモニア含有排水のｐＨ調整が行われる（ｐＨ調整工程）。ｐＨ調整が行われたアンモニア含有排水は、配管３３を通して温度調整装置１５へ送液される。温度調整装置１５において、アンモニア含有排水の温度調整が行われる（温度調整工程）。ｐＨ調整装置１３と温度調整装置１５の接続順序は逆でもよく、アンモニア含有排水の温度調整が行われた（温度調整工程）後、温度調整が行われたアンモニア含有排水のｐＨ調整が行われてもよい（ｐＨ調整工程）。
【0153】
ｐＨ調整、温度調整が行われたアンモニア含有排水は、ポンプ２１によって配管２５を通してナノろ過装置１１へ供給される。その後、図２の水処理装置２と同様にして、ナノろ過工程および半透膜処理工程が行われる。ナノろ過装置１１と膜モジュール１０への通水は、ポンプ２１のみを用いて行ってもよい。
【0154】
以上のようにして、処理対象である、アンモニアを含むアンモニア含有排水から、アンモニアおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つが濃縮水として回収され、アンモニア含有排水の減容化が行われる。また、ＮＦ透過水、濃縮水、希釈水は再利用が可能である。
【0155】
ｐＨ調整装置１３は、例えば、ｐＨ調整剤添加配管等のｐＨ調整剤添加手段、ｐＨ測定装置、ｐＨ調整槽等を有する。ｐＨ調整槽においてｐＨ調整剤を添加して、排水のｐＨをｐＨ４～８の範囲に、好ましくはｐＨ４～７の範囲に調整することが好ましい。排水のｐＨが４未満であると、排水がアンモニアを含む場合にナノろ過膜でのアンモニウムイオンの阻止率が低下する場合があり、ｐＨ８を超えると、排水がアンモニアを含む場合にアンモニアがガス化し始め、ナノろ過膜を透過するため、アンモニアの濃縮効率が低下する場合がある。ｐＨ調整は、ｐＨ調整槽を設けずに、配管等において行われてもよい。
【0156】
ｐＨ調整剤としては、塩酸、硫酸等の酸や、水酸化ナトリウム等のアルカリ等が挙げられる。
【0157】
温度調整装置１５は、例えば、温度調整槽、ヒーター等の加熱装置、クーラー等の冷却装置、熱交換器、ヒートポンプ等を有する。排水の温度を２０℃～３５℃の範囲に調整することが好ましく、排水がシリカを含む場合にはシリカスケールの析出を抑制するために、２５～３５℃の範囲に調整することがより好ましい。排水の温度が２０℃未満であると、排水がシリカを含む場合にシリカの析出濃度が低下する場合があり、３５℃を超えると、ナノろ過膜と半透膜の阻止性能が低下する場合がある。
【0158】
ナノろ過装置１１の後段で半透膜モジュールに通水する前に、再度、ｐＨ調整と温度調整が行われてもよい。半透膜モジュールでの通水のときのｐＨ、水温は、排水の水質、半透膜モジュールの材質等によりに決定すればよい。例えば、排水のｐＨは、４～８の範囲、水温は、２０℃～３５℃の範囲とすることが好ましい。
【0159】
ｐＨ調整は、例えば、ｐＨ調整槽を設け、ｐＨ調整槽においてｐＨ調整剤を添加してｐＨを調整すればよい。
【0160】
水温調整は、例えば、水温調整槽を設け、水温調整槽においてヒータ等の加熱装置によって加熱してもよいし、熱交換器を設けて調整してもよい。
【0161】
本明細書は、以下に示す実施形態を含む。
（１）排水から有価物を回収する水処理装置であって、
前記排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過手段と、
半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する半透膜モジュールを用いて、前記ＮＦ濃縮水を前記第一空間に通水し、前記第一空間を加圧して前記ＮＦ濃縮水に含まれる水を前記半透膜を透過させることによって濃縮水を得るとともに、前記第二空間に、前記ＮＦ濃縮水の一部または前記濃縮水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段と、
を備える、水処理装置。
（１）排水から有価物を回収する水処理装置であって、
前記排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過手段と、
半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する半透膜モジュールを用いて、前記ＮＦ濃縮水を前記第一空間に通水し、前記第一空間を加圧して前記ＮＦ濃縮水に含まれる水を前記半透膜を透過させることによって濃縮水を得るとともに、前記第二空間に、前記ＮＦ濃縮水の一部または前記濃縮水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段と、
を備える、水処理装置。
【0162】
（２）排水から有価物を回収する水処理装置であって、
前記排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過手段と、
半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する、複数段に接続された半透膜モジュールを用いて、前記ＮＦ濃縮水を第１段の半透膜モジュールの第一空間に通水し、前記第一空間を加圧して前記ＮＦ濃縮水に含まれる水を前記半透膜を透過させることによって濃縮水を得て、その濃縮水をさらに次段以降の半透膜モジュールを用いて濃縮水を得るとともに、各段の半透膜モジュールの第二空間に、前記ＮＦ濃縮水または前記濃縮水の少なくとも一部または他の半透膜モジュールから得られる希釈水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段と、
を備える、水処理装置。
前記排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過手段と、
半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する、複数段に接続された半透膜モジュールを用いて、前記ＮＦ濃縮水を第１段の半透膜モジュールの第一空間に通水し、前記第一空間を加圧して前記ＮＦ濃縮水に含まれる水を前記半透膜を透過させることによって濃縮水を得て、その濃縮水をさらに次段以降の半透膜モジュールを用いて濃縮水を得るとともに、各段の半透膜モジュールの第二空間に、前記ＮＦ濃縮水または前記濃縮水の少なくとも一部または他の半透膜モジュールから得られる希釈水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段と、
を備える、水処理装置。
【0163】
（３）（１）または（２）に記載の水処理装置であって、
前記半透膜処理手段で得られる希釈水の少なくとも一部を前記ナノろ過手段の前段に返送する返送手段をさらに備える、水処理装置。
前記半透膜処理手段で得られる希釈水の少なくとも一部を前記ナノろ過手段の前段に返送する返送手段をさらに備える、水処理装置。
【0164】
（４）（１）～（３）のいずれか１つに記載の水処理装置であって、
前記ナノろ過膜は、膜面有効圧力１ＭＰａ、２５℃、ｐＨ７の条件下でシリカ阻止率が０～２０％の範囲であり、アンモニウムイオン阻止率および硫酸イオン阻止率が９０％～１００％の範囲である、水処理装置。
前記ナノろ過膜は、膜面有効圧力１ＭＰａ、２５℃、ｐＨ７の条件下でシリカ阻止率が０～２０％の範囲であり、アンモニウムイオン阻止率および硫酸イオン阻止率が９０％～１００％の範囲である、水処理装置。
【0165】
（５）（１）～（４）のいずれか１つに記載の水処理装置であって、
前記ナノろ過手段の前段に、前記排水のｐＨを４～８の範囲に調整するｐＨ調整手段をさらに備える、水処理装置。
前記ナノろ過手段の前段に、前記排水のｐＨを４～８の範囲に調整するｐＨ調整手段をさらに備える、水処理装置。
【0166】
（６）（１）～（５）のいずれか１つに記載の水処理装置であって、
前記ナノろ過手段の前段に、前記排水の温度を２０℃～３５℃の範囲に調整する温度調整手段をさらに備える、水処理装置。
前記ナノろ過手段の前段に、前記排水の温度を２０℃～３５℃の範囲に調整する温度調整手段をさらに備える、水処理装置。
【0167】
（７）排水から有価物を回収する水処理方法であって、
前記排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過工程と、
半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する半透膜モジュールを用いて、前記ＮＦ濃縮水を前記第一空間に通水し、前記第一空間を加圧して前記ＮＦ濃縮水に含まれる水を前記半透膜を透過させることによって濃縮水を得るとともに、前記第二空間に、前記ＮＦ濃縮水の一部または前記濃縮水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理工程と、
を含む、水処理方法。
前記排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過工程と、
半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する半透膜モジュールを用いて、前記ＮＦ濃縮水を前記第一空間に通水し、前記第一空間を加圧して前記ＮＦ濃縮水に含まれる水を前記半透膜を透過させることによって濃縮水を得るとともに、前記第二空間に、前記ＮＦ濃縮水の一部または前記濃縮水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理工程と、
を含む、水処理方法。
【0168】
（８）排水から有価物を回収する水処理方法であって、
前記排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過工程と、
半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する、複数段に接続された半透膜モジュールを用いて、前記ＮＦ濃縮水を第１段の半透膜モジュールの第一空間に通水し、前記第一空間を加圧して前記ＮＦ濃縮水に含まれる水を前記半透膜を透過させることによって濃縮水を得て、その濃縮水をさらに次段以降の半透膜モジュールを用いて濃縮水を得るとともに、各段の半透膜モジュールの第二空間に、前記ＮＦ濃縮水または前記濃縮水の少なくとも一部または他の半透膜モジュールから得られる希釈水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理工程と、
を含む、水処理方法。
前記排水についてナノろ過膜を用いてＮＦ透過水とＮＦ濃縮水とを得るナノろ過工程と、
半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する、複数段に接続された半透膜モジュールを用いて、前記ＮＦ濃縮水を第１段の半透膜モジュールの第一空間に通水し、前記第一空間を加圧して前記ＮＦ濃縮水に含まれる水を前記半透膜を透過させることによって濃縮水を得て、その濃縮水をさらに次段以降の半透膜モジュールを用いて濃縮水を得るとともに、各段の半透膜モジュールの第二空間に、前記ＮＦ濃縮水または前記濃縮水の少なくとも一部または他の半透膜モジュールから得られる希釈水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理工程と、
を含む、水処理方法。
【0169】
（９）（７）または（８）に記載の水処理方法であって、
前記半透膜処理工程で得られる希釈水の少なくとも一部を前記ナノろ過工程の前段に返送する、水処理方法。
前記半透膜処理工程で得られる希釈水の少なくとも一部を前記ナノろ過工程の前段に返送する、水処理方法。
【0170】
（１０）（７）～（９）のいずれか１つに記載の水処理方法であって、
前記排水は、アンモニウムイオンを２０００ｍｇ／Ｌ以上、硫酸イオンを６０００ｍｇ／Ｌ以上、シリカを５ｍｇ／Ｌ以上含有することを特徴とする水処理方法。
前記排水は、アンモニウムイオンを２０００ｍｇ／Ｌ以上、硫酸イオンを６０００ｍｇ／Ｌ以上、シリカを５ｍｇ／Ｌ以上含有することを特徴とする水処理方法。
【実施例0171】
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【0172】
＜実施例１＞
アンモニウムイオン濃度４５００ｍｇ／Ｌ、硫酸イオン濃度１２０００ｍｇ／Ｌ、シリカ濃度３０ｍｇ／Ｌの被処理水（アンモニア含有排水）を、スパイラル型ＮＦ膜（膜面有効圧力１ＭＰａ、２５℃、ｐＨ７の条件下でシリカ阻止率が１５％であり、アンモニウムイオン阻止率および硫酸イオン阻止率が９９％である膜）を用いて濃縮した。その際、被処理水のｐＨを４～９の範囲で変動させた。ＮＦ膜通水後の被処理水、濃縮水、透過水中のシリカ濃度をモリブデン黄吸光光度法で測定した。各シリカ濃度からシリカ阻止率を算出した。阻止率は：阻止率％＝（１－（ＮＦ透過水シリカ濃度／ＮＦ供給水シリカ濃度））×１００で算出される。ＮＦ膜の運転条件は、供給水量８４０Ｌ／ｈ、ＮＦ濃縮水量７２０Ｌ／ｈ、ＮＦ透過水量１２０Ｌ／ｈで行った。シリカの阻止率の結果を図９に示す。
アンモニウムイオン濃度４５００ｍｇ／Ｌ、硫酸イオン濃度１２０００ｍｇ／Ｌ、シリカ濃度３０ｍｇ／Ｌの被処理水（アンモニア含有排水）を、スパイラル型ＮＦ膜（膜面有効圧力１ＭＰａ、２５℃、ｐＨ７の条件下でシリカ阻止率が１５％であり、アンモニウムイオン阻止率および硫酸イオン阻止率が９９％である膜）を用いて濃縮した。その際、被処理水のｐＨを４～９の範囲で変動させた。ＮＦ膜通水後の被処理水、濃縮水、透過水中のシリカ濃度をモリブデン黄吸光光度法で測定した。各シリカ濃度からシリカ阻止率を算出した。阻止率は：阻止率％＝（１－（ＮＦ透過水シリカ濃度／ＮＦ供給水シリカ濃度））×１００で算出される。ＮＦ膜の運転条件は、供給水量８４０Ｌ／ｈ、ＮＦ濃縮水量７２０Ｌ／ｈ、ＮＦ透過水量１２０Ｌ／ｈで行った。シリカの阻止率の結果を図９に示す。
【0173】
また、図２の水処理装置２を用い、ＮＦ膜の回収率６０％で濃縮し、後段の半透膜モジュールでシリカの析出濃度である１２０ｍｇ／Ｌまで濃縮した場合の各ｐＨ条件（水温２５±１℃）における被処理水中のアンモニウムイオン濃度に対する半透膜モジュールでの濃縮水のアンモニウムイオン濃度の倍率を表１に示す。半透膜モジュールの希釈水のＮＦ膜モジュール前段への返送率は１００％とした。
【0174】
【表1】
【0175】
図９に示すように、被処理水のｐＨを上げるほどＮＦ膜のシリカの阻止率は低下し、シリカはＮＦ膜の透過側に抜けた。すなわち、ＮＦ濃縮水側のシリカ濃度は濃縮されることなく、他の共存濃縮対象物質を濃縮することが可能となる。表１に示すように、被処理水のｐＨが高くなり、シリカの阻止率が低下することによって、最終濃縮水の濃度も高くすることができた。ｐＨ９では今回の濃度条件において硫酸アンモニウムの溶解度を超える濃度まで濃縮が可能であった。
【0176】
＜実施例２＞
ＮＦ膜を用いてアンモニウムイオン濃度４５００ｍｇ／Ｌ、硫酸イオン濃度１２０００ｍｇ／Ｌ、シリカ濃度３０ｍｇ／Ｌの被処理水を、ｐＨ７、水温２５±１℃でＮＦ膜での回収率６０％で濃縮し、後段の半透膜モジュールでシリカの析出濃度である１２０ｍｇ／Ｌまで濃縮した。ＮＦ膜の前段に返送する半透膜モジュールの希釈水の返送率を０％、５０％、１００％の３パターンに変更した場合の被処理水中のアンモニウムイオン濃度に対する半透膜モジュールの濃縮水のアンモニウムイオン濃度の倍率を表２に示す。
ＮＦ膜を用いてアンモニウムイオン濃度４５００ｍｇ／Ｌ、硫酸イオン濃度１２０００ｍｇ／Ｌ、シリカ濃度３０ｍｇ／Ｌの被処理水を、ｐＨ７、水温２５±１℃でＮＦ膜での回収率６０％で濃縮し、後段の半透膜モジュールでシリカの析出濃度である１２０ｍｇ／Ｌまで濃縮した。ＮＦ膜の前段に返送する半透膜モジュールの希釈水の返送率を０％、５０％、１００％の３パターンに変更した場合の被処理水中のアンモニウムイオン濃度に対する半透膜モジュールの濃縮水のアンモニウムイオン濃度の倍率を表２に示す。
【0177】
【表2】
【0178】
表２に示すように、半透膜モジュールの希釈水返送量が０％の場合には、半透膜モジュールの最終濃縮水の濃縮倍率は９．５倍であったが、返送率を５０％、１００％にするとそれぞれ１２．２倍、１４．９倍と、最終濃縮水中のアンモニウムイオン濃度は高くなった。
【0179】
このように、実施例の装置および方法によって、アンモニア含有排水から有価物を高濃度で回収することができた。
【符号の説明】
【0180】
１，２，３，４，５，６，７，８ 水処理装置、１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 膜モジュール、１１ ナノろ過装置、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 半透膜、１３ ｐＨ調整装置、１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 第一空間、１５ 温度調整装置、１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ 第二空間、１８，２１ ポンプ、２０ インバーター、２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２３，３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ バルブ、２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１，３３，３４，３６，４０，４２，４４，４６，４８，５０，５２，５４，５６，５８，５９，６１，６３，６４，６６，６８，７０，７２，７４，７６，７８，８０，８２，８８，９０，９２，９４，９６，９８，１０２，１０４，１０６，１０８，１１０，１１２，１１４，１１６，１１８，１２０，１２２，１２４，１２６ 配管、６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６２ａ，６２ｂ，６２ｃ 希釈水槽、８４ ＮＦ濃縮水槽、８６ 濃縮水槽、１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ 膜モジュールユニット。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
