特許 7516167 濃縮方法、濃縮装置、水処理方法、および水処理装置

(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】2024-07-05

(45)【発行日】2024-07-16

(54)【発明の名称】濃縮方法、濃縮装置、水処理方法、および水処理装置

(51)【国際特許分類】

   B01D 61/02 20060101AFI20240708BHJP

   B01D 61/10 20060101ALI20240708BHJP

   B01D 61/12 20060101ALI20240708BHJP

【ＦＩ】

B01D61/02 500

B01D61/10

B01D61/12

B01D61/02 510

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020145883

(22)【出願日】2020-08-31

(65)【公開番号】P2022040928

(43)【公開日】2022-03-11

【審査請求日】2023-06-06

(73)【特許権者】

【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】高田 明広

【審査官】本間 友孝

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／１５８５４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－００１１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０６５１１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０６９１９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１５８４５６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３４９４６５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ ６１／００－７１／８２

Ｂ０１Ｄ ５３／２２

Ｃ０２Ｆ １／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、被処理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被処理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、前記被処理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を含み、
前記被処理水は、硫酸イオン濃度が２００００ｍｇ／Ｌ以上であり、ナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つの濃度が１００００ｍｇ／Ｌ以上であり、
前記半透膜モジュールの透過流束を、０．００５ｍ／ｄ～０．０５ｍ／ｄの範囲とすることを特徴とする濃縮方法。

【請求項2】

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、被処理水を第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被処理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、前記被処理水の一部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を含み、
前記被処理水は、硫酸イオン濃度が２００００ｍｇ／Ｌ以上であり、ナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つの濃度が１００００ｍｇ／Ｌ以上であり、
前記半透膜モジュールの透過流束を、０．００５ｍ／ｄ～０．０５ｍ／ｄの範囲とすることを特徴とする濃縮方法。

【請求項3】

請求項１または２に記載の濃縮方法であって、
前記第一空間の流量を前記第二空間の流量よりも大きくすることを特徴とする濃縮方法。

【請求項4】

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、被処理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被処理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、前記被処理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、
前記半透膜モジュールの透過流束を０．００５ｍ／ｄ～０．０５ｍ／ｄの範囲とする透過流束調節手段と、
を備え、
前記被処理水は、硫酸イオン濃度が２００００ｍｇ／Ｌ以上であり、ナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つの濃度が１００００ｍｇ／Ｌ以上であることを特徴とする濃縮装置。

【請求項5】

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、被処理水を第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被処理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、前記被処理水の一部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、
前記半透膜モジュールの透過流束を０．００５ｍ／ｄ～０．０５ｍ／ｄの範囲とする透過流束調節手段と、
を備え、
前記被処理水は、硫酸イオン濃度が２００００ｍｇ／Ｌ以上であり、ナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つの濃度が１００００ｍｇ／Ｌ以上であることを特徴とする濃縮装置。

【請求項6】

請求項４または５に記載の濃縮装置であって、
前記第一空間の流量を前記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をさらに備えることを特徴とする濃縮装置。

【請求項7】

請求項１～３のいずれか１項に記載の濃縮方法を含み、
前記半透膜処理工程の前段に、逆浸透膜処理工程を含むことを特徴とする水処理方法。

【請求項8】

請求項７に記載の水処理方法であって、
前記半透膜処理工程の後段に、前記半透膜処理工程で得られる濃縮水から、硫酸イオンとアンモニウムイオンを硫酸アンモニウムの結晶体として回収する回収工程、および、硫酸イオンとナトリウムイオンを硫酸ナトリウムの結晶体として回収する回収工程のうち少なくとも１つの後処理工程を含むことを特徴とする水処理方法。

【請求項9】

請求項４～６のいずれか１項に記載の濃縮装置と、
前記半透膜処理手段の前段に設けられた逆浸透膜処理手段と、
を備えることを特徴とする水処理装置。

【請求項10】

請求項９に記載の水処理装置であって、
前記半透膜処理手段の後段に、前記半透膜処理手段で得られる濃縮水から、硫酸イオンとアンモニウムイオンを硫酸アンモニウムの結晶体として回収する回収手段、および、硫酸イオンとナトリウムイオンを硫酸ナトリウムの結晶体として回収する回収手段のうち少なくとも１つの後処理手段を備えることを特徴とする水処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理水の濃縮処理を行う濃縮方法、濃縮装置、その濃縮方法を含む水処理方法、およびその濃縮装置を有する水処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、半導体工場等から排出される排水のうち硫酸イオンやアンモニウムイオン、ナトリウムイオン等を含有する排水から、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。また、蒸発法により生じた排出液は不純物が多く含まれており、系外に排出した場合、環境汚染が懸念されるため、特許文献２のように、蒸発法の排出液をさらに処理する方法が用いられている。

【0003】

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、上記の通り特許文献１のように逆浸透膜法と蒸発法とを組み合わせた方法が普及しているが、半導体工場の排水等、被処理水の硫酸イオンやアンモニウムイオン等のイオン濃度が高い場合、逆浸透膜法では過剰な浸透圧が掛かり、動力コストの増大や、十分な減容化ができない場合がある。蒸発法としてエバポレータ等の高濃縮可能な蒸発装置を使用する場合は、逆浸透膜法による減容化が不十分であるとエネルギーコストの低減が不十分になる可能性があり、また、蒸発装置で発生する高濃度の廃液の処理が必要になるため廃液の処理費用がかかる場合がある。

【0004】

また、特許文献２のように蒸発法により生じた排出液をさらに処理するシステムを備える場合、イニシャルコスト、ランニングコストの増大に繋がる。

【0005】

そのため、コストを低減し、高濃度の硫酸イオンやアンモニウムイオン等を含む被処理水を濃縮可能であり、高イオン濃度の廃液量を低減することができる新たな技術が必要となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許第３４７７５２６号公報

【文献】特開２０１２－１２５７４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は、高濃度で硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理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濃縮方法、濃縮装置、その濃縮方法を含む水処理方法、およびその濃縮装置を有する水処理装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、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、被処理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被処理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、前記被処理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を含み、前記被処理水は、硫酸イオン濃度が２００００ｍｇ／Ｌ以上であり、ナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つの濃度が１００００ｍｇ／Ｌ以上であり、前記半透膜モジュールの透過流束を、０．００５ｍ／ｄ～０．０５ｍ／ｄの範囲とする、濃縮方法である。

【0009】

本発明は、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、被処理水を第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被処理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、前記被処理水の一部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を含み、前記被処理水は、硫酸イオン濃度が２００００ｍｇ／Ｌ以上であり、ナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つの濃度が１００００ｍｇ／Ｌ以上であり、前記半透膜モジュールの透過流束を、０．００５ｍ／ｄ～０．０５ｍ／ｄの範囲とする、濃縮方法である。

【0011】

前記濃縮方法において、前記第一空間の流量を前記第二空間の流量よりも大きくすることが好ましい。

【0012】

前記濃縮方法において、前記半透膜モジュールが、中空糸膜モジュールであることが好ましい。

【0013】

本発明は、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、被処理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被処理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、前記被処理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、前記半透膜モジュールの透過流束を０．００５ｍ／ｄ～０．０５ｍ／ｄの範囲とする透過流束調節手段と、を備え、前記被処理水は、硫酸イオン濃度が２００００ｍｇ／Ｌ以上であり、ナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つの濃度が１００００ｍｇ／Ｌ以上である、濃縮装置である。

【0014】

本発明は、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、被処理水を第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被処理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、前記被処理水の一部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、前記半透膜モジュールの透過流束を０．００５ｍ／ｄ～０．０５ｍ／ｄの範囲とする透過流束調節手段と、を備え、前記被処理水は、硫酸イオン濃度が２００００ｍｇ／Ｌ以上であり、ナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つの濃度が１００００ｍｇ／Ｌ以上である、濃縮装置である。

【0016】

前記濃縮装置において、前記第一空間の流量を前記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をさらに備えることが好ましい。

【0017】

前記濃縮装置において、前記半透膜モジュールが、中空糸膜モジュールであることが好ましい。

【0018】

本発明は、前記濃縮方法を含み、前記半透膜処理工程の前段に、逆浸透膜処理工程を含む、水処理方法である。

【0019】

前記水処理方法において、前記半透膜処理工程の後段に、前記半透膜処理工程で得られる濃縮水から、硫酸イオンとアンモニウムイオンを硫酸アンモニウムの結晶体として回収する回収工程、および、硫酸イオンとナトリウムイオンを硫酸ナトリウムの結晶体として回収する回収工程のうち少なくとも１つの後処理工程を含むことが好ましい。

【0020】

前記水処理方法において、半導体工場の排水について前記逆浸透膜処理工程を行うことが好ましい。

【0021】

本発明は、前記濃縮装置と、前記半透膜処理手段の前段に設けられた逆浸透膜処理手段と、を備える、水処理装置である。

【0022】

前記水処理装置において、前記半透膜処理手段の後段に、前記半透膜処理手段で得られる濃縮水から、硫酸イオンとアンモニウムイオンを硫酸アンモニウムの結晶体として回収する回収手段、および、硫酸イオンとナトリウムイオンを硫酸ナトリウムの結晶体として回収する回収手段のうち少なくとも１つの後処理手段を備えることが好ましい。

【0023】

前記水処理装置において、前記逆浸透膜処理手段は、半導体工場の排水について逆浸透膜処理を行う手段であることが好ましい。

【発明の効果】

【0024】

本発明により、高濃度で硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理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濃縮方法、濃縮装置、その濃縮方法を含む水処理方法、およびその濃縮装置を有する水処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の実施形態に係る濃縮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濃縮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濃縮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濃縮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濃縮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濃縮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濃縮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一例を示す概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

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。

【0027】

＜濃縮方法および濃縮装置＞
本発明の実施形態に係る濃縮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。

【0028】

図１に示す濃縮装置１は、半透膜で仕切られた第一空間（濃縮側）と第二空間（透過側）とを有する半透膜モジュールを用いて、硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理水を第一空間に通水し、第一空間を加圧して被処理水に含まれる水を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、第二空間に、被処理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。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。濃縮装置１は、被処理水を貯留する被処理水槽を備えてもよい。

【0029】

図１の濃縮装置１において、膜モジュール１０の第一空間入口には、ポンプ１８を介して配管２４が接続され、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の第二空間出口には配管３０が接続されている。

【0030】

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、被処理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。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。

【0031】

図１の濃縮装置１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を用い、被処理水を膜モジュール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の被処理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、濃縮装置１において、半透膜１２を用いて被処理水が濃縮される。濃縮装置１は、膜モジュール１０の第一空間１４と第二空間１６の両方に被処理水を供給して濃縮処理を行う装置である。

【0032】

濃縮装置１において、硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理水は、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。また、被処理水は、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。加圧された被処理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、硫酸イオン等のイオンの大部分は半透膜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被処理水の一部と、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を通して排出される。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の被処理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）。第一空間１４で得られた濃縮水の一部は、配管２８を通して系外へ排出される。

【0033】

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の両方に被処理水を供給する供給手段として機能する。

【0034】

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い。希釈水の少なくとも一部は、被処理水槽に送液され、被処理水槽において被処理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、さらに他の処理が行われてもよい。

【0035】

以上のようにして、処理対象である、硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理水から、硫酸イオン等のイオンが濃縮された処理水（濃縮水）と、希釈水とが得られ、被処理水の減容化が行われる。

【0036】

膜モジュール１０の第一空間１４と第二空間１６に硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理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被処理水中の高イオン濃度の硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを濃縮することができる。すなわち、高濃度で硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理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。

【0037】

膜モジュール１０への被処理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への被処理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。被処理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の周波数を上げて被処理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、被処理水の第一空間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被処理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被処理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被処理水を濃縮することができる。

【0044】

本発明の実施形態に係る濃縮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。

【0045】

図２に示す濃縮装置２は、半透膜で仕切られた第一空間（濃縮側）と第二空間（透過側）とを有する半透膜モジュールを用いて、硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理水を第一空間に通水し、第一空間を加圧して被処理水に含まれる水を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、第二空間に、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。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。濃縮装置２は、被処理水を貯留する被処理水槽を備えてもよい。

【0046】

図２の濃縮装置２において、膜モジュール１０の第一空間入口には、ポンプ１８を介して配管２４が接続されている。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の第二空間出口には配管３６が接続されている。

【0047】

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、被処理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。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。

【0048】

図２の濃縮装置２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を用い、被処理水を膜モジュール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の被処理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、濃縮装置２において、半透膜１２を用いて被処理水が濃縮される。濃縮装置２は、膜モジュール１０の第一空間１４に被処理水を供給し、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。

【0049】

本実施形態に係る水処理方法および濃縮装置２の動作について説明する。

【0050】

濃縮装置２において、硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理水は、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。加圧された被処理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、硫酸イオン等のイオンの大部分は半透膜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を通して排出される。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の被処理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）。第一空間１４で得られた濃縮水の一部は、配管２８を通して系外へ排出されてもよい。濃縮水の少なくとも一部は、上記の通り膜モジュール１０の第二空間１６へ配管２８，３４を通して送液、通水される。

【0051】

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に被処理水を供給し、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。

【0052】

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い。希釈水の少なくとも一部は、被処理水槽に送液され、被処理水槽において被処理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、さらに他の処理が行われてもよい。

【0053】

以上のようにして、処理対象である、硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理水から、硫酸イオン等のイオンが濃縮された処理水（濃縮水）と、希釈水とが得られ、被処理水の減容化が行われる。

【0054】

膜モジュール１０の第一空間１４に硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理水を通水し、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被処理水中の高イオン濃度の硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを濃縮することができる。すなわち、高濃度で硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理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。

【0055】

膜モジュール１０への被処理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。

【0056】

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への被処理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。被処理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。

【0057】

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の周波数を上げて被処理水の供給量を増やせばよい。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

また、配管３４の途中に濃縮水を貯留する濃縮水槽を設け、被処理水の第一空間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被処理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。

【0061】

第一空間１４側に対して被処理水を通水し、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被処理水を濃縮することができる。

【0062】

本発明の実施形態に係る濃縮方法および濃縮装置において、通水する被処理水は、硫酸イオン濃度が２００００ｍｇ／Ｌ以上であり、ナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つの濃度が１００００ｍｇ／Ｌ以上である。被処理水の硫酸イオン濃度は、４００００ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましく、４００００～２５００００ｍｇ／Ｌの範囲であることがより好ましい。被処理水のナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つの濃度は、２００００ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましく、２００００～１０００００ｍｇ／Ｌの範囲であることがより好ましい。

【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】

本実施形態に係る濃縮方法および濃縮装置において、多段式の半透膜モジュールを用いてもよい。このような構成の濃縮装置の例を図３、図４、図５に示す。図３、図４、図５に示す濃縮装置は、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に示す濃縮装置３は、半透膜で仕切られた第一空間（濃縮側）と第二空間（透過側）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、硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理水を第１段の半透膜モジュールの第一空間に通水し、第一空間を加圧して被処理水に含まれる水を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、被処理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。濃縮装置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。濃縮装置３は、第１段の膜モジュールの第一空間および第二空間に被処理水を供給し、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。

【0069】

図３の濃縮装置３において、１段目膜モジュール１０ａの第一空間入口にはポンプ１８を介して配管４０が接続されている。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。

【0070】

濃縮装置３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被処理水を供給し、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、濃縮装置３において、半透膜１２を用いて被処理水が濃縮され、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】

具体的には、濃縮装置３において、硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理水は、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から分岐された被処理水は、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。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に貯留された後、系外へ排出される。

【0072】

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に貯留された後、系外へ排出される。

【0073】

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））。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に貯留された後、系外へ排出される。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を通して系外へ排出される。

【0074】

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に被処理水または濃縮水を供給する供給手段として機能する。

【0075】

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い。希釈水の少なくとも一部は、１段目膜モジュール１０ａの被処理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、さらに他の処理が行われてもよい。

【0076】

以上のようにして、処理対象である、硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理水から、硫酸イオン等のイオンが濃縮された処理水（最終段の濃縮水）と、希釈水（各段の希釈水）とが得られ、被処理水の減容化が行われる。

【0077】

図４に示す濃縮装置４は、半透膜で仕切られた第一空間（濃縮側）と第二空間（透過側）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、硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理水を第１段の半透膜モジュールの第一空間に通水し、第一空間を加圧して被処理水に含まれる水を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、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。濃縮装置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。濃縮装置４は、第１段の膜モジュールの第一空間に被処理水を供給し、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。

【0078】

図４の濃縮装置４において、１段目膜モジュール１０ａの第一空間入口にはポンプ１８を介して配管４０が接続されている。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。

【0079】

濃縮装置４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被処理水を供給し、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、濃縮装置４において、半透膜１２を用いて被処理水が濃縮され、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。

【0080】

具体的には、濃縮装置４において、硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理水は、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。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に貯留された後、系外へ排出される。

【0081】

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に貯留された後、系外へ排出される。

【0082】

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））。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、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に貯留された後、系外へ排出される。

【0083】

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に被処理水または濃縮水を供給する供給手段として機能する。

【0084】

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い。希釈水の少なくとも一部は、１段目膜モジュール１０ａの被処理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、さらに他の処理が行われてもよい。

【0085】

以上のようにして、処理対象である、硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理水から、硫酸イオン等のイオンが濃縮された処理水（最終段の濃縮水）と、希釈水（各段の希釈水）とが得られ、被処理水の減容化が行われる。

【0086】

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。このような構成の濃縮装置の一例を図５に示す。図５に示す濃縮装置５は、半透膜で仕切られた第一空間（濃縮側）と第二空間（透過側）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、硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理水を第１段の半透膜モジュールの第一空間に通水し、第一空間を加圧して被処理水に含まれる水を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、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。濃縮装置５は、第１段の膜モジュールの第一空間に被処理水を供給し、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。

【0087】

図５の濃縮装置５において、１段目膜モジュール１０ａの第一空間入口にはポンプ１８を介して配管４０が接続されている。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の第二空間出口には、配管８２が接続されている。

【0088】

濃縮装置５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被処理水を供給し、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、濃縮装置５において、半透膜１２を用いて被処理水が濃縮され、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。

【0089】

具体的には、濃縮装置５において、硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理水は、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。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を通して系外へ排出される。

【0090】

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。

【0091】

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））。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、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。

【0092】

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に被処理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。

【0093】

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い。希釈水の少なくとも一部は、１段目膜モジュール１０ａの被処理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、さらに他の処理が行われてもよい。

【0094】

以上のようにして、処理対象である、硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理水から、硫酸イオン等のイオンが濃縮された処理水（最終段の濃縮水）と、希釈水（最終段の希釈水）とが得られ、被処理水の減容化が行われる。

【0095】

図３に示す濃縮装置３、図４に示す濃縮装置４、図５に示す濃縮装置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被処理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。

【0096】

１段目膜モジュール１０ａに被処理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被処理水の供給は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。

【0097】

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。

【0098】

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。

【0099】

１段目の膜モジュール１０ａに通水される被処理水が、硫酸イオン濃度が２００００ｍｇ／Ｌ以上であり、ナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つの濃度が１００００ｍｇ／Ｌ以上である場合、最終段の膜モジュール１０の第一空間１４側から排出される濃縮水が硫酸アンモニウムまたは硫酸ナトリウムとして２５重量％以上の濃度であることが好ましく、３０重量％以上の濃度であることがより好ましい。

【0100】

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。

【0101】

また、図３、図４、図５は装置構成の一例であり、半透膜モジュールの配列や供給水の供給方法等は、適宜変更してもよい。

【0102】

図５の濃縮装置は、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の濃縮装置に比べて、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。

【0103】

本実施形態に係る濃縮方法および濃縮装置において、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。このような構成の濃縮装置の例を図６、図７に示す。図６、図７に示す濃縮装置は、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。

【0104】

図６に示す濃縮装置６は、半透膜で仕切られた第一空間（濃縮側）と第二空間（透過側）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、硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理水を第１段の半透膜モジュールの第一空間に通水し、第一空間を加圧して被処理水に含まれる水を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、被処理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。濃縮装置６は、被処理水を貯留する被処理水槽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。濃縮装置６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被処理水を供給し、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。

【0105】

図６の濃縮装置６において、被処理水槽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。

【0106】

濃縮装置６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被処理水を供給し、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、濃縮装置３において、半透膜１２を用いて被処理水が濃縮され、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。

【0107】

具体的には、濃縮装置６において、硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理水は、被処理水槽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。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、系外へ排出される。

【0108】

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、系外へ排出される。

【0109】

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、系外へ排出される。

【0110】

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））。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、系外へ排出される。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、系外へ排出される。

【0111】

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に被処理水または濃縮水を供給する供給手段として機能する。

【0112】

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い。希釈水の少なくとも一部は、被処理水槽８４へ返送されて、１段目膜モジュールユニット１００ａの被処理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、さらに他の処理が行われてもよい。

【0113】

以上のようにして、処理対象である、硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理水から、硫酸イオン等のイオンが濃縮された処理水（最終段の濃縮水）と、希釈水（各段の希釈水）とが得られ、被処理水の減容化が行われる。

【0114】

図７に示す濃縮装置７は、半透膜で仕切られた第一空間（濃縮側）と第二空間（透過側）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、硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理水を第１段の半透膜モジュールの第一空間に通水し、第一空間を加圧して被処理水に含まれる水を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、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。濃縮装置７は、被処理水を貯留する被処理水槽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。濃縮装置７は、第１段の膜モジュールの第一空間に被処理水を供給し、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。

【0115】

図７の濃縮装置７において、被処理水槽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には、配管１２６が接続されている。

【0116】

濃縮装置７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被処理水を供給し、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、濃縮装置７において、半透膜１２を用いて被処理水が濃縮され、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。

【0117】

具体的には、濃縮装置７において、硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理水は、被処理水槽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。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を通して系外へ排出される。

【0118】

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。

【0119】

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。

【0120】

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））。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、系外へ排出され、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。

【0121】

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に被処理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。

【0122】

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い。希釈水の少なくとも一部は、被処理水槽８４へ返送されて、１段目膜モジュールユニット１００ａの被処理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、さらに他の処理が行われてもよい。

【0123】

以上のようにして、処理対象である、硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理水から、硫酸イオン等のイオンが濃縮された処理水（最終段の濃縮水）と、希釈水（最終段の希釈水）とが得られ、被処理水の減容化が行われる。

【0124】

１段目膜モジュールユニット１００ａの各膜モジュールに被処理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被処理水の供給は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。

【0125】

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。

【0126】

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。

【0127】

１段目膜モジュールユニット１００ａの各膜モジュールに通水される被処理水が、硫酸イオン濃度が２００００ｍｇ／Ｌ以上であり、ナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つの濃度が１００００ｍｇ／Ｌ以上である場合、最終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１４側から排出される濃縮水が硫酸アンモニウムまたは硫酸ナトリウムとして２５重量％以上の濃度であることが好ましく、３０重量％以上の濃度であることがより好ましい。

【0128】

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。

【0129】

また、図６、図７は装置構成の一例であり、半透膜モジュールの段数、並列数、配列や供給水の供給方法等は、適宜変更してもよい。

【0130】

濃縮装置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、より薄い濃度の被処理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。

【0131】

濃縮装置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、被処理水の流量等によって決めればよい。

【0132】

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。

【0133】

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。

【0134】

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。

【0135】

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。

【0136】

被処理水は、硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む水であればよく、特に制限はないが、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。

【0137】

＜水処理方法および水処理装置＞
上記濃縮方法を含む水処理方法、および上記濃縮装置を有する水処理装置について、説明する。

【0138】

本実施形態に係る水処理方法は、上記濃縮方法を含み、例えば、半透膜処理工程の前段に、逆浸透膜処理工程、凝集沈殿処理工程、有機物除去処理工程、ｐＨ調整工程のうち少なくとも１つの前処理工程を含んでもよい。

【0139】

また、本実施形態に係る水処理方法は、上記濃縮方法を含み、例えば、半透膜処理工程の後段に、半透膜処理工程で得られる濃縮水から硫酸イオンとアンモニウムイオンを硫酸アンモニウムの結晶体として回収する回収工程、および、半透膜処理工程で得られる濃縮水から硫酸イオンとナトリウムイオンを硫酸ナトリウムの結晶体として回収する回収工程のうち少なくとも１つの後処理工程を含んでもよい。

【0140】

本実施形態に係る水処理装置は、上記濃縮装置と、例えば、半透膜処理手段の前段に設けられた、逆浸透膜処理手段、凝集沈殿処理手段、有機物除去処理手段、ｐＨ調整手段のうち少なくとも１つの前処理手段と、を備えてもよい。

【0141】

また、本実施形態に係る水処理装置は、半透膜処理手段の後段に、例えば、半透膜処理手段で得られる濃縮水から硫酸イオンとアンモニウムイオンを硫酸アンモニウムの結晶体として回収する回収手段、および、半透膜処理手段で得られる濃縮水から硫酸イオンとナトリウムイオンを硫酸ナトリウムの結晶体として回収する回収手段のうち少なくとも１つの後処理手段を備えてもよい。

【0142】

本発明の実施形態に係る上記濃縮装置を有する水処理装置の一例の概略を図８に示し、その構成について説明する。

【0143】

図８に示す水処理装置８は、例えば、半導体工場等から排出される硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む排水を処理する装置であり、上記濃縮装置１～７のうちのいずれかの前段に、排水を逆浸透膜処理してＲＯ濃縮水とＲＯ透過水を得る逆浸透膜処理手段として、逆浸透膜処理装置２００と、ＲＯ濃縮水を貯留する貯留槽２０２と、を備える。また、上記濃縮装置１～７のうちのいずれかの後段に、濃縮装置１～７で得られる希釈水から水を回収する水回収手段として、水回収装置２０４と、濃縮装置１～７で得られる濃縮水から硫酸イオンとアンモニウムイオンを硫酸アンモニウムの結晶体として回収する、または、硫酸イオンとナトリウムイオンから硫酸ナトリウムの結晶体として回収する回収手段として、回収装置２０６と、を備える。

【0144】

水処理装置８において、逆浸透膜処理装置２００のＲＯ濃縮水出口と貯留槽２０２、貯留槽２０２と濃縮装置１～７、濃縮装置１～７の希釈水出口と水回収装置２０４、濃縮装置１～７の濃縮水出口と回収装置２０６は、それぞれ配管等により接続されている。

【0145】

例えば、半導体工場等から排出される硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む排水について、逆浸透膜処理装置２００において逆浸透膜を用いて逆浸透膜処理が行われてＲＯ濃縮水とＲＯ透過水が得られる（逆浸透膜処理工程）。逆浸透膜処理で得られたＲＯ濃縮水は、必要に応じて貯留槽２０２に貯留された後、半透膜モジュールを備える上記濃縮装置１～７の被処理水となる。被処理水の性状によっては、濃縮装置１～７の前段において、有機物除去処理手段を設けて有機物を除去したり、ｐＨ調整装置を設けてｐＨ調整を行ったり、固液分離装置や粒子状物質除去手段としてフィルタ等を設けてもよい。

【0146】

濃縮装置１～７のいずれかにおいて、上記の通り、濃縮処理が行われ、処理対象である、硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理水から、硫酸イオン等のイオンが濃縮された処理水（濃縮水）と、希釈水とが得られ、被処理水の減容化が行われる。

【0147】

濃縮装置１～７から排出される希釈水は、濃縮装置１～７の後段に水回収装置２０４を設置して、水回収してもよい（水回収工程）。濃縮装置１～７から排出される濃縮水は、濃縮装置１～７の後段に蒸発装置等の回収装置２０６を設置して、濃縮水をさらに濃縮して、硫酸アンモニウム、硫酸ナトリウム等を回収してもよい（回収工程）。その場合、回収装置で得られる回収水（蒸発水）は濃縮装置１～７の前段に返送してもよく、浸透圧差を低減可能な半透膜モジュールを用いる濃縮装置１～７の前段に蒸発水を返送してもデメリットにはならない。

【0148】

有機物除去処理手段としては、活性炭処理装置の他に、酸化剤の添加による酸化装置等が挙げられる。活性炭処理装置としては、例えば、活性炭が充填された活性炭塔等が挙げられる。

【0149】

ｐＨ調整装置は、例えば、ｐＨ調整槽を備え、ｐＨ調整剤を添加してｐＨを調整するものである。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。

【0150】

逆浸透膜処理装置２００は、逆浸透膜を用いて逆浸透膜処理を行いＲＯ濃縮水とＲＯ透過水を得るものである。

【0151】

粒子状物質除去手段としては、フィルターの他に、沈殿法による沈澱装置、加圧浮上法による加圧浮上装置等が挙げられる。フィルターとしては、例えば、精密ろ過膜（ＭＦ膜）、限外ろ過膜（ＵＦ膜）等が挙げられる。

【0152】

凝集沈殿処理手段を濃縮装置１～７の前段に設けてもよい。凝集沈殿処理手段としては、例えば、無機凝集剤、高分子凝集剤等の凝集剤を用いて懸濁物質等を凝集させてフロックを形成し、固液分離するものである。凝集沈殿処理装置は、例えば凝集槽、フロック形成槽、沈殿槽等を備える。

【0153】

濃縮装置の構成は、例えば、濃縮装置１～７の構成であり、通水する被処理水の水質、回収する硫酸アンモニウム等の純度に応じて半透膜モジュールの構成、方式を決定すればよい。

【0154】

濃縮装置１～７に通水される被処理水は、硫酸イオン濃度が２００００ｍｇ／Ｌ以上であり、ナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つの濃度が１００００ｍｇ／Ｌ以上の濃度とする。

【0155】

水回収手段は、希釈水から水を回収するものである。水回収装置２０４としては、逆浸透膜処理装置、電気透析装置等が挙げられる。

【0156】

回収手段は、濃縮水から硫酸イオンとアンモニウムイオンを硫酸アンモニウムの結晶体として回収する、または、濃縮水から硫酸イオンとナトリウムイオンを硫酸ナトリウムの結晶体として回収するものである。回収装置２０６としては、エバポレータ等の蒸発装置、膜蒸留装置、晶析装置、固液分離装置等が挙げられる。

【0157】

本実施形態に係る水処理方法および水処理装置によって、半導体工場等から排出される高濃度で硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理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。

【実施例】

【0158】

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。

【0159】

＜実施例１＞
純水に硫酸アンモニウムを添加して作製した試験液を被処理水とし、図１に示す濃縮装置１を用いて濃縮処理を行った。被処理水中の硫酸アンモニウムの添加量（重量％）を変化させ、ポンプにより被処理水を膜モジュールの第一空間入口、第二空間入口にそれぞれ供給し、濃縮水と希釈水を被処理水に返送する循環運転を行った。その際の第二空間入口の流量を３０Ｌ／ｈ、第一空間出口の流量を１２０Ｌ／ｈとなるように運転した。被処理水、濃縮水、希釈水の硫酸アンモニウム濃度はイオンクロマトグラフ（Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ製）を用いて測定した。半透膜モジュールとして、東洋紡社製膜モジュール：東洋紡株式会社製５インチ膜（使用圧力範囲≦７ＭＰａ）を用いた。結果を表１に示す。

【0160】

＜比較例１＞
純水に硫酸アンモニウムを添加して作製した試験液を被処理水とし、図１に示す濃縮装置１を用いて濃縮処理を行った。被処理水中の硫酸アンモニウムの添加量を変化させ、ポンプにより被処理水を膜モジュールの第一空間入口に供給し、第二空間入口には供給せずに、濃縮水と希釈水を被処理水に返送する循環運転を行った。その際の第一空間出口の流量を１２０Ｌ／ｈとなるように運転した。被処理水、濃縮水、希釈水の硫酸アンモニウム濃度はイオンクロマトグラフを用いて測定した。半透膜モジュールとして、東洋紡社製膜モジュール：東洋紡株式会社製５インチ膜（使用圧力範囲≦７ＭＰａ）を用いた。結果を表１に示す。

【0161】

【表1】

【0162】

表１に示すように、比較例１では被処理水の硫酸アンモニウムの濃度が高くなるに従い、操作圧が増加し、２０重量％以上の硫酸アンモニウムの濃度の被処理水では膜の使用圧力範囲内で運転することができなかった。実施例１では被処理水の硫酸アンモニウムの濃度が２７重量％でも膜の使用圧力範囲内で運転することができた。

【0163】

＜実施例２，３＞
純水に硫酸アンモニウムを添加して作製した試験液を被処理水とし、図１に示す濃縮装置１を用いて濃縮処理を行った。ポンプにより被処理水を膜モジュールの第一空間入口、第二空間入口にそれぞれ供給し、濃縮水と希釈水を被処理水に返送する循環運転を行った。その際の第二空間入口の流量を３０Ｌ／ｈとし、第一空間出口の流量は用いた半透膜モジュールの最低濃縮水流量である１２０Ｌ／ｈに設定した。被処理水、濃縮水、希釈水の硫酸アンモニウム濃度はイオンクロマトグラフを用いて測定した。被処理水の硫酸アンモニウムの濃度は２つの濃度で試験を実施しており、３重量％硫酸アンモニウム溶液を被処理水とした実施例２の結果を表２に示し、６重量％硫酸アンモニウム溶液を被処理水とした実施例３の結果を表３に示す。結果には、透過流束（＝透過水流量／膜面積）［ｍ／ｄ］と単位モジュール当たりの濃縮倍率（濃縮水濃度／被処理水濃度）［倍／本］を示した。透過流束の算出に必要な透過水流量は、第二空間出口の流量と第二空間入口の流量の差から求めた。半透膜モジュールとして、東洋紡社製膜モジュール：東洋紡株式会社製５インチ膜（使用圧力範囲≦７ＭＰａ）を用いた。

【0164】

【表2】

【0165】

【表3】

【0166】

表２に示すように、透過流束が０．００５ｍ／ｄ以下ではわずかしか濃縮することができないことがわかる。また、透過流束が０．０５ｍ／ｄ以上となると半透膜モジュール１段だけで２．０倍以上濃縮がかかり、ファウリングリスクが高くなることが懸念される。また、実験のときの操作圧の結果では、透過流束が０．０７ｍ／ｄのときに５．８ＭＰａが必要となっている。

【0167】

表３に示すように、表２の結果と同様に透過流束が０．００５ｍ／ｄ以下ではわずかしか濃縮することができないことがわかる。透過流束が０．０７ｍ／ｄ以上になると被処理水の硫酸アンモニウムの濃度６重量％では膜の耐圧限界となってしまう。

【0168】

上記の結果より、透過流束は０．００５～０．０５ｍ／ｄの範囲とすることが好ましいことがわかる。

【0169】

このように、実施例の方法によって、高濃度で硫酸イオンとナトリウムイオンおよびアンモニウムイオンのうち少なくとも１つとを含む被処理水を低コストで濃縮が可能となり、高イオン濃度の廃液量を低減することができることがわかった。

【符号の説明】

【0170】

１，２，３，４，５，６，７ 濃縮装置、８ 水処理装置、１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 膜モジュール、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 半透膜、１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 第一空間、１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ 第二空間、１８ ポンプ、２０ インバーター、２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２３，３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ バルブ、２４，２６，２８，３０，３４，３６，４０，４２，４４，４６，４８，５０，５２，５４，５６，５８，６４，６６，６８，７０，７２，７４，７６，７８，８０，８２，８８，９０，９２，９４，９６，９８，１０２，１０４，１０６，１０８，１１０，１１２，１１４，１１６，１１８，１２０，１２２，１２４，１２６ 配管、６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６２ａ，６２ｂ，６２ｃ 希釈水槽、８４ 被処理水槽、８６ 濃縮水槽、１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ 膜モジュールユニット、２００ 逆浸透膜処理装置、２０２ 貯留槽、２０４ 水回収装置、２０６ 回収装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】