JP2022186382A - 水処理方法および水処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】アンモニア含有水からアンモニアを回収するとともに、回収物を除去した後の排水から有価物および水をさらに回収することができる水処理方法および水処理装置を提供する。【解決手段】アンモニア含有水から有価物を回収する水処理方法であって、アンモニア含有水から蒸留装置１１で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つを第一回収物として回収する第一回収工程と、半透膜１２で仕切られた第一空間１４と第二空間１６とを有する半透膜モジュール１０を用いて、蒸留装置１１の蒸留処理水を第一空間１４に通水し、第一空間１４を加圧して蒸留処理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として第二回収物を得るとともに、第二空間１６に、蒸留処理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第二回収工程と、を含む水処理方法である。【選択図】図１
Description
本発明は、アンモニア含有水から有価物を回収する水処理方法および水処理装置に関する。
近年、工場等からの排水中の有価物を回収する方法として、逆浸透膜を用いて透過水を回収し、水量を減容化する逆浸透法や、ガス透過膜を用いた膜蒸留法等がある。
また、特許文献１のように、半透膜モジュールの半透膜で仕切られた第一空間と第二空間に被処理水またはその濃縮水を通水し、第一空間を加圧することによって、水を濃縮する方法が知られている。このような半透膜を用いる濃縮方法は、一般的な逆浸透法と比較し、第一空間と第二空間との濃度差（浸透圧差）を小さくすることによって、より少ない消費エネルギーで排水を高濃度まで濃縮することができる。
特許文献２のように、アンモニアを含むアンモニア含有水から蒸留装置によりアンモニアをガスとして回収する方法も知られている。蒸留法による手法を用いる場合、回収物であるアンモニアを除去した後の排水が多量に発生する。また、排水中の無機塩類等の溶解固形成分（ＴＤＳ）の濃度が高くなり、この排水は再利用に適さない。そのため、蒸留で発生した排水についてそのまま、またはさらなる処理を行った後、放流していた。
そのため、アンモニア含有水からアンモニアを回収するとともに、回収物を除去した後の排水から有価物および水をさらに回収し再利用することができる方法が求められていた。
本発明の目的は、アンモニア含有水からアンモニアを回収するとともに、回収物を除去した後の排水から有価物および水をさらに回収することができる水処理方法および水処理装置を提供することにある。
本発明は、アンモニア含有水から有価物を回収する水処理方法であって、前記アンモニア含有水から蒸留装置で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つを第一回収物として回収する第一回収工程と、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、前記蒸留装置の蒸留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蒸留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として第二回収物を得るとともに、前記第二空間に、前記蒸留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第二回収工程と、を含む、水処理方法である。
本発明は、アンモニア含有水から有価物を回収する水処理方法であって、前記アンモニア含有水から蒸留装置で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つを第一回収物として回収する第一回収工程と、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、前記蒸留装置の蒸留処理水を第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蒸留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として第二回収物を得るとともに、各段の半透膜モジュールの第二空間に、前記蒸留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第二回収工程と、を含む、水処理方法である。
前記水処理方法において、前記第二回収工程の後に、前記第二回収工程から排出される前記希釈水の少なくとも一部を逆浸透膜に通水し、透過水を得る水回収工程と、前記逆浸透膜から排出される濃縮水を前記半透膜モジュールの前段に返送する返送工程と、をさらに含むことが好ましい。
前記水処理方法において、前記アンモニア含有水は、硫酸イオン濃度が６０００ｍｇ／Ｌ以上であり、アンモニウムイオンの濃度が２０００ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましい。
本発明は、アンモニア含有水から有価物を回収する水処理装置であって、前記アンモニア含有水から蒸留装置で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つを第一回収物として回収する第一回収手段と、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、前記蒸留装置の蒸留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蒸留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として第二回収物を得るとともに、前記第二空間に、前記蒸留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第二回収手段と、を備える、水処理装置である。
本発明は、アンモニア含有水から有価物を回収する水処理装置であって、前記アンモニア含有水から蒸留装置で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つを第一回収物として回収する第一回収手段と、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、前記蒸留装置の蒸留処理水を第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蒸留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として第二回収物を得るとともに、各段の半透膜モジュールの第二空間に、前記蒸留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第二回収手段と、を備える、水処理装置である。
前記水処理装置において、前記第二回収手段の後に、前記第二回収手段から排出される前記希釈水の少なくとも一部を逆浸透膜に通水し、透過水を得る水回収手段と、前記逆浸透膜から排出される濃縮水を前記半透膜モジュールの前段に返送する返送手段と、をさらに備えることが好ましい。
前記水処理装置において、前記アンモニア含有水は、硫酸イオン濃度が６０００ｍｇ／Ｌ以上であり、アンモニウムイオンの濃度が２０００ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましい。
本発明により、アンモニア含有水からアンモニアを回収するとともに、回収物を除去した後の排水から有価物および水をさらに回収することができる水処理方法および水処理装置を提供することができる。
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。
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。
図１に示す水処理装置１は、アンモニア含有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つを第一回収物として回収する第一回収手段として、蒸留装置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、蒸留装置１１の蒸留処理水を第一空間１４に通水し、第一空間１４を加圧して蒸留処理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として第二回収物を得るとともに、第二空間１６に、蒸留処理水の一部を通水して希釈水を得る第二回収手段として、例えば、膜モジュール１０を備える。水処理装置１は、蒸留処理水を貯留する蒸留処理水槽を蒸留装置１１と膜モジュール１０との間に備えてもよい。
図１の水処理装置１において、蒸留装置１１の入口には、配管２５が接続されている。蒸留装置１１の第１回収物出口には、配管２７が接続されている。蒸留装置１１の蒸留処理水出口と、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の第二空間出口には配管３０が接続されている。
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、蒸留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。
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、蒸留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の蒸留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、水処理装置１において、半透膜１２を用いて蒸留処理水が濃縮される。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の両方に蒸留処理水を供給して濃縮処理を行う装置である。
水処理装置１において、アンモニアを含むアンモニア含有水は、配管２５を通して蒸留装置１１へ供給される。蒸留装置１１において蒸留が行われ、アンモニア含有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つが第一回収物として回収される（第一回収工程）。第一回収物は、配管２７を通して排出される。
蒸留装置１１で得られた蒸留処理水は、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、蒸留処理水は、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。加圧された蒸留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、蒸留処理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蒸留処理水の一部と、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を通して第二回収物として排出され、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の蒸留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（第二回収物）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、第二回収工程）。
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の両方に蒸留処理水を供給する供給手段として機能する。
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、蒸留処理水槽に送液され、蒸留処理水槽において蒸留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、例えば後述するように逆浸透膜処理が行われてもよい。
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つが第一回収物として回収され、さらに、イオンが濃縮された濃縮水が第二回収物として回収されて、希釈水が得られ、アンモニア含有水の減容化が行われる。また、第一回収物、第二回収物、希釈水は再利用が可能である。
膜モジュール１０の第一空間１４と第二空間１６に蒸留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蒸留処理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蒸留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。
膜モジュール１０への蒸留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。
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への蒸留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。蒸留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。
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の周波数を上げて蒸留処理水の供給量を増やせばよい。
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。
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。
また、蒸留処理水の第一空間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蒸留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。
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蒸留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蒸留処理水を濃縮することができる。
このように、アンモニア含有水からアンモニアを回収するとともに、回収物を除去した後の蒸留処理水から有価物および水をさらに回収することができる。蒸留法を用いてアンモニア含有水からアンモニアを回収しつつ、蒸留処理水を半透膜モジュールを用いて高濃度に濃縮し、回収物の増加、放流水量の低減、水回収率の向上を行うことができる。
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。
図２に示す水処理装置２は、アンモニア含有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つを第一回収物として回収する第一回収手段として、蒸留装置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、蒸留装置１１の蒸留処理水を第一空間１４に通水し、第一空間１４を加圧して蒸留処理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として第二回収物を得るとともに、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第二回収手段として、例えば、膜モジュール１０を備える。水処理装置２は、蒸留処理水を貯留する蒸留処理水槽を蒸留装置１１と膜モジュール１０との間に備えてもよい。
図２の水処理装置２において、蒸留装置１１の入口には、配管２５が接続されている。蒸留装置１１の第１回収物出口には、配管２７が接続されている。蒸留装置１１の蒸留処理水出口と、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の第二空間出口には配管３６が接続されている。
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、蒸留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。
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、蒸留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の蒸留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、水処理装置２において、半透膜１２を用いて蒸留処理水が濃縮される。膜モジュール１０は、膜モジュール１０の第一空間１４に蒸留処理水を供給し、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。
水処理装置２において、アンモニアを含むアンモニア含有水は、配管２５を通して蒸留装置１１へ供給される。蒸留装置１１において蒸留が行われ、アンモニア含有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つが第一回収物として回収される（第一回収工程）。第一回収物は、配管２７を通して排出される。
蒸留装置１１で得られた蒸留処理水は、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。加圧された蒸留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、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を通して第二回収物として排出され、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の蒸留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（第二回収物）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、第二回収工程）。
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に蒸留処理水を供給し、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。
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、蒸留処理水槽に送液され、蒸留処理水槽において蒸留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、例えば後述するように逆浸透膜処理が行われてもよい。
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つが第一回収物として回収され、さらに、イオンが濃縮された濃縮水が第二回収物として回収されて、希釈水が得られ、アンモニア含有水の減容化が行われる。また、第一回収物、第二回収物、希釈水は再利用が可能である。
膜モジュール１０の第一空間１４に蒸留処理水を通水し、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蒸留処理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蒸留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。
膜モジュール１０への蒸留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。
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への蒸留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。蒸留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。
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の周波数を上げて蒸留処理水の供給量を増やせばよい。
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。
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。
また、配管３４の途中に濃縮水を貯留する濃縮水槽を設け、蒸留処理水の第一空間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蒸留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。
第一空間１４側に対して蒸留処理水を通水し、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蒸留処理水を濃縮することができる。
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、蒸留装置１１へ送液される前（前処理手段を備える場合は、前処理後であって蒸留装置１１へ送液される前）のアンモニア含有水は、例えば、硫酸イオン濃度が６０００ｍｇ／Ｌ以上であり、アンモニウムイオンの濃度が２０００ｍｇ／Ｌ以上である。アンモニア含有水の硫酸イオン濃度は、２００００ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましく、２００００～２５００００ｍｇ／Ｌの範囲であることがより好ましい。アンモニア含有水のアンモニウムイオンの濃度は、２０００ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましく、２０００～１０００００ｍｇ／Ｌの範囲であることがより好ましい。
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。
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。
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。
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。
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。
図３に示す水処理装置３は、アンモニア含有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つを第一回収物として回収する第一回収手段として、蒸留装置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、蒸留装置１１の蒸留処理水を第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を加圧して蒸留処理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として第二回収物を得るとともに、各段の半透膜モジュールの第二空間１６に、蒸留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第二回収手段として、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蒸留処理水を供給し、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。水処理装置３は、蒸留処理水を貯留する蒸留処理水槽を蒸留装置１１と膜モジュール１０との間に備えてもよい。
図３の水処理装置３において、蒸留装置１１の入口には、配管２５が接続されている。蒸留装置１１の第１回収物出口には、配管２７が接続されている。蒸留装置１１の蒸留処理水出口と、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。
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蒸留処理水を供給し、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、膜モジュール１０において、半透膜１２を用いて蒸留処理水が濃縮され、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。
水処理装置３において、アンモニアを含むアンモニア含有水は、配管２５を通して蒸留装置１１へ供給される。蒸留装置１１において蒸留が行われ、アンモニア含有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つが第一回収物として回収される（第一回収工程）。第一回収物は、配管２７を通して排出される。
蒸留装置１１で得られた蒸留処理水は、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から分岐された蒸留処理水は、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。
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。
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、第二回収工程）。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を通して第二回収物として排出される。
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に蒸留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。
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、蒸留処理水槽に送液され、蒸留処理水槽において蒸留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、例えば後述するように逆浸透膜処理が行われてもよい。
以上のようにして、処理対象である、アンモニア含有水から、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つが第一回収物として回収され、さらに、イオンが濃縮された濃縮水（最終段の濃縮水）が第二回収物として回収されて、希釈水（各段の希釈水）が得られ、アンモニア含有水の減容化が行われる。また、第一回収物、第二回収物、希釈水は再利用が可能である。
図４に示す水処理装置４は、アンモニア含有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つを第一回収物として回収する第一回収手段として、蒸留装置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、蒸留装置１１の蒸留処理水を第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を加圧して蒸留処理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として第二回収物を得るとともに、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第二回収手段として、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蒸留処理水を供給し、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。水処理装置４は、蒸留処理水を貯留する蒸留処理水槽を蒸留装置１１と膜モジュール１０との間に備えてもよい。
図４の水処理装置４において、蒸留装置１１の入口には、配管２５が接続されている。蒸留装置１１の第１回収物出口には、配管２７が接続されている。蒸留装置１１の蒸留処理水出口と、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。
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蒸留処理水を供給し、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、膜モジュール１０において、半透膜１２を用いて蒸留処理水が濃縮され、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。
水処理装置４において、アンモニアを含むアンモニア含有水は、配管２５を通して蒸留装置１１へ供給される。蒸留装置１１において蒸留が行われ、アンモニア含有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つが第一回収物として回収される（第一回収工程）。第一回収物は、配管２７を通して排出される。
蒸留装置１１で得られた蒸留処理水は、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。
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。
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、第二回収工程）。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を通して第二回収物として排出される。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に貯留された後、系外へ排出される。
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に蒸留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。
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、蒸留処理水槽に送液され、蒸留処理水槽において蒸留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、例えば後述するように逆浸透膜処理が行われてもよい。
以上のようにして、処理対象である、アンモニア含有水から、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つが第一回収物として回収され、さらに、イオンが濃縮された濃縮水（最終段の濃縮水）が第二回収物として回収されて、希釈水（各段の希釈水）が得られ、アンモニア含有水の減容化が行われる。また、第一回収物、第二回収物、希釈水は再利用が可能である。
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。
図５に示す水処理装置５は、アンモニア含有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つを第一回収物として回収する第一回収手段として、蒸留装置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、蒸留装置１１の蒸留処理水を第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を加圧して蒸留処理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第二回収手段として、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蒸留処理水を供給し、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。水処理装置５は、蒸留処理水を貯留する蒸留処理水槽を蒸留装置１１と膜モジュール１０との間に備えてもよい。
図５の水処理装置５において、蒸留装置１１の入口には、配管２５が接続されている。蒸留装置１１の第１回収物出口には、配管２７が接続されている。蒸留装置１１の蒸留処理水出口と、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の第二空間出口には、配管８２が接続されている。
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蒸留処理水を供給し、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、膜モジュール１０において、半透膜１２を用いて蒸留処理水が濃縮され、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。
水処理装置５において、アンモニアを含むアンモニア含有水は、配管２５を通して蒸留装置１１へ供給される。蒸留装置１１において蒸留が行われ、アンモニア含有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つが第一回収物として回収される（第一回収工程）。第一回収物は、配管２７を通して排出される。
蒸留装置１１で得られた蒸留処理水は、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。
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。
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、第二回収工程）。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を通して第二回収物として排出される。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。
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に蒸留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。
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、蒸留処理水槽に送液され、蒸留処理水槽において蒸留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、例えば後述するように逆浸透膜処理が行われてもよい。
以上のようにして、処理対象である、アンモニア含有水から、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つが第一回収物として回収され、さらに、イオンが濃縮された濃縮水（最終段の濃縮水）が第二回収物として回収されて、希釈水（第１段の希釈水）が得られ、アンモニア含有水の減容化が行われる。また、第一回収物、第二回収物、希釈水は再利用が可能である。
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。
１段目膜モジュール１０ａに蒸留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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
図６に示す水処理装置６は、アンモニア含有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つを第一回収物として回収する第一回収手段として、蒸留装置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、蒸留装置１１の蒸留処理水を第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を加圧して蒸留処理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、蒸留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第二回収手段として、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、蒸留処理水を貯留する蒸留処理水槽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。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蒸留処理水を供給し、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。
図６の水処理装置６において、蒸留装置１１の入口には、配管２５が接続されている。蒸留装置１１の第１回収物出口には、配管２７が接続されている。蒸留装置１１の蒸留処理水出口と、蒸留処理水槽８４の入口とは、配管２９により接続されている。蒸留処理水槽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。
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蒸留処理水を供給し、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、膜モジュールユニット１００において、半透膜１２を用いて蒸留処理水が濃縮され、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。
水処理装置６において、アンモニアを含むアンモニア含有水は、配管２５を通して蒸留装置１１へ供給される。蒸留装置１１において蒸留が行われ、アンモニア含有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つが第一回収物として回収される（第一回収工程）。第一回収物は、配管２７を通して排出される。
蒸留装置１１で得られた蒸留処理水は、必要に応じて蒸留処理水槽８４に貯留された後、蒸留処理水槽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。
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。
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。
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、第二回収工程）。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、第二回収物として排出される。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。
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に蒸留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。
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、蒸留処理水槽８４に送液され、蒸留処理水槽８４において蒸留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、例えば後述するように逆浸透膜処理が行われてもよい。
以上のようにして、処理対象である、アンモニア含有水から、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つが第一回収物として回収され、さらに、イオンが濃縮された濃縮水（最終段の濃縮水）が第二回収物として回収されて、希釈水（各段の希釈水）が得られ、アンモニア含有水の減容化が行われる。また、第一回収物、第二回収物、希釈水は再利用が可能である。
図７に示す水処理装置７は、アンモニア含有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つを第一回収物として回収する第一回収手段として、蒸留装置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、蒸留装置１１の蒸留処理水を第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を加圧して蒸留処理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第二回収手段として、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、蒸留処理水を貯留する蒸留処理水槽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。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蒸留処理水を供給し、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。
図７の水処理装置７において、蒸留装置１１の入口には、配管２５が接続されている。蒸留装置１１の第１回収物出口には、配管２７が接続されている。蒸留装置１１の蒸留処理水出口と、蒸留処理水槽８４の入口とは、配管２９により接続されている。蒸留処理水槽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。
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蒸留処理水を供給し、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、膜モジュールユニット１００において、半透膜１２を用いて蒸留処理水が濃縮され、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。
水処理装置７において、アンモニアを含むアンモニア含有水は、配管２５を通して蒸留装置１１へ供給される。蒸留装置１１において蒸留が行われ、アンモニア含有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つが第一回収物として回収される（第一回収工程）。第一回収物は、配管２７を通して排出される。
蒸留装置１１で得られた蒸留処理水は、必要に応じて蒸留処理水槽８４に貯留された後、蒸留処理水槽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。
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。
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。
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、第二回収工程）。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、第二回収物として排出される。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。
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に蒸留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。
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、蒸留処理水槽８４に送液され、蒸留処理水槽８４において蒸留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、例えば後述するように逆浸透膜処理が行われてもよい。
以上のようにして、処理対象である、アンモニア含有水から、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つが第一回収物として回収され、さらに、イオンが濃縮された濃縮水（最終段の濃縮水）が第二回収物として回収されて、希釈水（各段の希釈水）が得られ、アンモニア含有水の減容化が行われる。また、第一回収物、第二回収物、希釈水は再利用が可能である。
１段目膜モジュールユニット１００ａの各膜モジュールに蒸留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。
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。
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。
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。
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。
膜モジュールにおいて第二回収物として蒸留処理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、より薄い濃度の蒸留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。
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、蒸留処理水の流量等によって決めればよい。
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。
被処理水であるアンモニア含有水は、アンモニウムイオンを含む水であればよく、特に制限はない。アンモニア含有水は、例えば、硫酸イオンとアンモニウムイオンを含む水であり、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。排水の有効活用として、排水中のアンモニアと硫酸を回収し再利用する。
蒸留装置１１としては、アンモニアを含むアンモニア含有水から蒸留によってアンモニアを回収することができるものであればよく、特に制限はない。蒸留装置１１としては、例えば、揮発性のアンモニアをガス透過膜を介して回収する膜蒸留装置、減圧蒸留装置等が挙げられる。例えば、蒸留装置１１でガスとして回収したアンモニアを硫酸中に添加して硫酸アンモニウムとして回収してもよい。これにより、純度の高い硫酸アンモニウムを回収することができる。
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。
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。
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。
第二回収物は、蒸留処理水に含まれる溶解固形成分（ＴＤＳ）であり、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。
本実施形態に係る水処理方法および水処理装置は、第一回収工程（第一回収手段）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）、水温調整工程（水温調整手段）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。
例えば、蒸留装置１１の前段では蒸留により回収したい物質を効率よく回収するために、ｐＨ調整や水温調整が行われてもよい。アンモニア含有水の水質、第一回収物の濃度条件等にもよるが、アンモニア含有水のｐＨは、１０～１２の範囲、水温は、３０～４０℃の範囲とすることが好ましい。
蒸留装置１１の後段で半透膜モジュールに通水する前に、再度、ｐＨ調整と水温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、アンモニア含有水の水質、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、アンモニア含有水のｐＨは、３～８の範囲、水温は、１５～４０℃の範囲とすることが好ましい。
ｐＨ調整は、例えば、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。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。
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。
本実施形態に係る水処理方法および水処理装置は、第二回収工程（第二回収手段）の後に、第二回収工程（第二回収手段）から排出される希釈水の少なくとも一部を逆浸透膜に通水し、透過水を得る水回収工程（水回収手段）と、逆浸透膜から排出される濃縮水を半透膜モジュールの前段に返送する返送工程（返送手段）と、をさらに含んでもよい。
このような構成の水処理装置の一例を図８に示す。
このような構成の水処理装置の一例を図８に示す。
図８の水処理装置８は、図１の水処理装置１の構成に加えて、膜モジュール１０から排出される希釈水の少なくとも一部を逆浸透膜に通水し、透過水を得る水回収手段として、逆浸透膜処理装置２００を備える。
図８の水処理装置８において、膜モジュール１０の第二空間出口と、逆浸透膜処理装置２００の入口とは、配管３０により接続されている。逆浸透膜処理装置２００のＲＯ透過水出口には、配管２０２が接続されている。逆浸透膜処理装置２００のＲＯの濃縮水出口と、配管２４におけるポンプ１８の上流側とは、返送手段である配管２０４により接続されている。その他の構成は、図１の水処理装置１の構成と同様である。図２～図７の水処理装置２～７において、逆浸透膜処理装置２００、返送手段である配管２０４が設けられてもよい。
水処理装置８において、図１の水処理装置１と同様にして、第一回収工程および第二回収工程が行われる。膜モジュール１０の第二空間１６で得られた希釈水は、配管３０を通して、逆浸透膜処理装置２００へ送液される。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、ＲＯ濃縮水とＲＯ透過水とが得られる（水回収工程）。得られたＲＯ透過水は、配管２０２を通して系外へ排出され、再利用することができる。ＲＯ濃縮水は、配管２０４を通して膜モジュール１０の前段、例えば配管２４へ返送され、蒸留処理水と混合される（返送工程）。ＲＯ濃縮水は、蒸留装置１１の前段へ返送され、アンモニア含有水と混合されてもよい。
以上のようにして、処理対象である、アンモニア含有水から、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つが第一回収物として回収され、さらに、イオンが濃縮された濃縮水が第二回収物として回収されて、アンモニア含有水の減容化が行われる。第一回収物、第二回収物は再利用が可能である。また、希釈水についてさらに逆浸透膜処理を行うことによって、より再利用に適した水質とすることができる。ＲＯ濃縮水を半透膜モジュールの前段に返送することによって、排水の量を低減することができる。
１，２，３，４，５，６，７，８ 水処理装置、１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 膜モジュール、１１ 蒸留装置、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、２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３４，３６，４０，４２，４４，４６，４８，５０，５２，５４，５６，５８，６４，６６，６８，７０，７２，７４，７６，７８，８０，８２，８８，９０，９２，９４，９６，９８，１０２，１０４，１０６，１０８，１１０，１１２，１１４，１１６，１１８，１２０，１２２，１２４，１２６，２０２，２０４ 配管、６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６２ａ，６２ｂ，６２ｃ 希釈水槽、８４ 蒸留処理水槽、８６ 濃縮水槽、１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ 膜モジュールユニット、２００ 逆浸透膜処理装置。
Claims (8)
- アンモニア含有水から有価物を回収する水処理方法であって、
前記アンモニア含有水から蒸留装置で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つを第一回収物として回収する第一回収工程と、
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、前記蒸留装置の蒸留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蒸留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として第二回収物を得るとともに、前記第二空間に、前記蒸留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第二回収工程と、
を含むことを特徴とする水処理方法。 - アンモニア含有水から有価物を回収する水処理方法であって、
前記アンモニア含有水から蒸留装置で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つを第一回収物として回収する第一回収工程と、
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、前記蒸留装置の蒸留処理水を第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蒸留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として第二回収物を得るとともに、各段の半透膜モジュールの第二空間に、前記蒸留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第二回収工程と、
を含むことを特徴とする水処理方法。 - 請求項１または２に記載の水処理方法であって、
前記第二回収工程の後に、前記第二回収工程から排出される前記希釈水の少なくとも一部を逆浸透膜に通水し、透過水を得る水回収工程と、
前記逆浸透膜から排出される濃縮水を前記半透膜モジュールの前段に返送する返送工程と、
をさらに含むことを特徴とする水処理方法。 - 請求項１～３のいずれか１項に記載の水処理方法であって、
前記アンモニア含有水は、硫酸イオン濃度が６０００ｍｇ／Ｌ以上であり、アンモニウムイオンの濃度が２０００ｍｇ／Ｌ以上であることを特徴とする水処理方法。 - アンモニア含有水から有価物を回収する水処理装置であって、
前記アンモニア含有水から蒸留装置で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つを第一回収物として回収する第一回収手段と、
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、前記蒸留装置の蒸留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蒸留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として第二回収物を得るとともに、前記第二空間に、前記蒸留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第二回収手段と、
を備えることを特徴とする水処理装置。 - アンモニア含有水から有価物を回収する水処理装置であって、
前記アンモニア含有水から蒸留装置で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つを第一回収物として回収する第一回収手段と、
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、前記蒸留装置の蒸留処理水を第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蒸留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として第二回収物を得るとともに、各段の半透膜モジュールの第二空間に、前記蒸留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第二回収手段と、
を備えることを特徴とする水処理装置。 - 請求項５または６に記載の水処理装置であって、
前記第二回収手段の後に、前記第二回収手段から排出される前記希釈水の少なくとも一部を逆浸透膜に通水し、透過水を得る水回収手段と、
前記逆浸透膜から排出される濃縮水を前記半透膜モジュールの前段に返送する返送手段と、
をさらに備えることを特徴とする水処理装置。 - 請求項５～７のいずれか１項に記載の水処理装置であって、
前記アンモニア含有水は、硫酸イオン濃度が６０００ｍｇ／Ｌ以上であり、アンモニウムイオンの濃度が２０００ｍｇ／Ｌ以上であることを特徴とする水処理装置。
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