WO2022044363A1 - 濃縮方法、濃縮装置、水処理方法、および水処理装置 - Google Patents
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- B01D61/12—Controlling or regulating
Definitions
- the present invention comprises a concentration method for concentrating water to be treated containing sulfate ion and at least one of sodium ion and ammonium ion, a concentrator, a water treatment method including the concentrating method, and a water treatment having the concentrator. Regarding the device.
- a method for concentrating ions contained in wastewater to a high concentration a method combining a reverse osmosis membrane method and an evaporation method as described in Patent Document 1 is widely used.
- the reverse osmosis membrane method may apply an excessive osmotic pressure, resulting in an increase in power cost and a sufficient volume reduction.
- a highly concentrating evaporator such as an evaporator is used as the evaporation method, if the volume reduction by the reverse osmosis membrane method is insufficient, the reduction of energy cost may be insufficient, and the evaporation device. Since it is necessary to treat the high-concentration waste liquid generated in the above, the waste liquid treatment cost may be high.
- An object of the present invention is a concentration method capable of concentrating water to be treated containing sulfate ion and at least one of sodium ion and ammonium ion at a high concentration at low cost and reducing the amount of waste liquid having a high ion concentration.
- a water treatment method including a concentration method thereof, and a water treatment device having the concentration device thereof.
- a semipermeable membrane module having a first space and a second space partitioned by a semipermeable membrane is used to pass water to be treated through the first space and pressurize the first space.
- Concentrated water is obtained by allowing the water contained in the water to be treated to permeate through the semipermeable membrane, and a part of the water to be treated or at least a part of the concentrated water is passed through the second space.
- a method for concentrating the water to be treated which comprises a semipermeable membrane treatment step for obtaining diluted water, wherein the water to be treated has a sulfate ion concentration of 20000 mg / L or more and at least one of sodium ion and ammonium ion has a concentration of 10000 mg / L or more. Is.
- the present invention uses a semipermeable membrane module connected in multiple stages, which has a first space and a second space partitioned by a semipermeable membrane, and uses a semipermeable membrane module in which the water to be treated is in the first stage of the semipermeable membrane module.
- Concentrated water is obtained by passing water through one space and pressurizing the first space to allow the water contained in the water to be treated to permeate through the semipermeable membrane, and the concentrated water is further semipermeable to the next and subsequent stages.
- Concentrated water is obtained using the membrane module, and in the second space of the semipermeable membrane module of each stage, a part of the water to be treated or at least a part of the concentrated water or a dilution obtained from another semipermeable membrane module is obtained.
- a semipermeable membrane treatment step of passing at least a part of water to obtain diluted water is included, and the water to be treated has a sulfate ion concentration of 20000 mg / L or more and a concentration of at least one of sodium ion and ammonium ion. Is a concentration method having a concentration of 10000 mg / L or more.
- the permeation flux of the semipermeable membrane module is preferably in the range of 0.005 m / d to 0.05 m / d.
- the flow rate in the first space is larger than the flow rate in the second space.
- the semipermeable membrane module is a hollow fiber membrane module.
- a semipermeable membrane module having a first space and a second space partitioned by a semipermeable membrane is used to pass water to be treated through the first space and pressurize the first space.
- Concentrated water is obtained by allowing the water contained in the water to be treated to permeate through the semipermeable membrane, and a part of the water to be treated or at least a part of the concentrated water is passed through the second space.
- a concentrator comprising a semipermeable membrane treating means for obtaining diluted water, wherein the water to be treated has a sulfate ion concentration of 20000 mg / L or more and a concentration of at least one of sodium ion and ammonium ion of 10000 mg / L or more. Is.
- the present invention uses a semipermeable membrane module connected in multiple stages, which has a first space and a second space partitioned by a semipermeable membrane, and uses a semipermeable membrane module in which the water to be treated is in the first stage of the semipermeable membrane module.
- Concentrated water is obtained by passing water through one space and pressurizing the first space to allow the water contained in the water to be treated to permeate through the semipermeable membrane, and the concentrated water is further semipermeable to the next and subsequent stages.
- Concentrated water is obtained using the membrane module, and in the second space of the semipermeable membrane module of each stage, a part of the water to be treated or at least a part of the concentrated water or a dilution obtained from another semipermeable membrane module is obtained.
- a semipermeable membrane treating means for passing at least a part of water to obtain diluted water is provided, and the water to be treated has a sulfate ion concentration of 20000 mg / L or more and a concentration of at least one of sodium ion and ammonium ion. Is a concentrator having a concentration of 10000 mg / L or more.
- the concentrator further includes a permeation flux adjusting means in which the permeation flux of the semipermeable membrane module is in the range of 0.005 m / d to 0.05 m / d.
- the concentrator further includes a flow rate adjusting means for making the flow rate in the first space larger than the flow rate in the second space.
- the semipermeable membrane module is preferably a hollow fiber membrane module.
- the present invention is a water treatment method including the concentration method and including a reverse osmosis membrane treatment step before the semipermeable membrane treatment step.
- a recovery step of recovering sulfate ions and ammonium ions as crystals of ammonium sulfate from the concentrated water obtained in the semipermeable membrane treatment step, and sulfate ions is preferable to include at least one post-treatment step in the recovery step of recovering the sodium ion as a crystal of sodium sulfate.
- the present invention is a water treatment device including the concentrator and a reverse osmosis membrane treatment means provided in front of the semipermeable membrane treatment means.
- a recovery means for recovering sulfate ions and ammonium ions as crystals of ammonium sulfate from the concentrated water obtained by the semipermeable membrane treatment means, and sulfate ions is preferable to provide at least one post-treatment means among the recovery means for recovering sodium ions as crystals of sodium sulfate.
- the reverse osmosis membrane treatment means is preferably a means for performing reverse osmosis membrane treatment on wastewater from a semiconductor factory.
- the present invention it is possible to concentrate water to be treated containing sulfate ion and at least one of sodium ion and ammonium ion at a high concentration at low cost, and a concentration method and concentration capable of reducing the amount of waste liquid having a high ion concentration.
- An apparatus, a water treatment method including the enrichment method thereof, and a water treatment apparatus having the enrichment apparatus can be provided.
- the present embodiment is an example of carrying out the present invention, and the present invention is not limited to the present embodiment.
- FIG. 1 An outline of an example of the concentrator according to the embodiment of the present invention is shown in FIG. 1, and the configuration thereof will be described.
- the concentrator 1 shown in FIG. 1 uses a semipermeable membrane module having a first space (concentration side) and a second space (permeation side) partitioned by a semipermeable membrane, and uses a semipermeable membrane ion, sodium ion, and ammonium ion.
- the water to be treated containing at least one of them is passed through the first space, and the first space is pressurized to allow the water contained in the water to be treated to permeate through the semipermeable membrane to obtain concentrated water and the second.
- a semipermeable membrane treatment means for obtaining diluted water by passing a part of the water to be treated through the space for example, a membrane module 10 is provided.
- the membrane module 10 has a first space 14 and a second space 16 partitioned by a semipermeable membrane 12.
- the concentrator 1 may include a water tank to be treated to store water to be treated.
- a pipe 24 is connected to the first space inlet of the membrane module 10 via a pump 18, and a pipe 26 branched from the pipe 24 on the downstream side of the pump 18 is connected to the membrane via a valve 22. It is connected to the second space entrance of the module 10.
- a pipe 28 is connected to the first space outlet of the membrane module 10 via a valve 23, and a pipe 30 is connected to the second space outlet of the membrane module 10.
- the pump 18 is, for example, a pressure pump that is driven at a rotation speed according to an input drive frequency, sucks water to be treated, and pressurizes and discharges it to the membrane module 10.
- the pump 18 is equipped with, for example, an inverter 20 that outputs a drive frequency corresponding to the input command signal to the pump 18.
- the valve 22 and the valve 23 are, for example, valves whose opening / closing degree can be adjusted manually or automatically.
- the concentrating device 1 of FIG. 1 uses a membrane module 10 having a first space 14 and a second space 16 partitioned by a semipermeable membrane 12, and water to be treated is transferred from the first space inlet of the membrane module 10 to the first space 14.
- the water contained in the water to be treated of the first space 14 is passed through the semipermeable membrane 12 to the second space.
- It is a device that concentrates water by allowing it to permeate through 16. That is, in the concentrating device 1, the water to be treated is concentrated using the semipermeable membrane 12.
- the concentrating device 1 is a device that supplies water to be treated to both the first space 14 and the second space 16 of the membrane module 10 to perform the concentrating treatment.
- the water to be treated containing sulfate ion and at least one of sodium ion and ammonium ion is first from the first space inlet of the membrane module 10 through the pipe 24 by the pump 18 with the valve 23 open. Pressurized liquid is sent to the space 14 and water is passed. Further, the water to be treated is sent from the second space inlet of the membrane module 10 to the second space 16 through the pipe 26 branched from the pipe 24 with the valve 22 open, and is passed through the water. A part of the water contained in the pressurized water to be treated permeates from the first space 14 to the second space 16 through the semipermeable membrane 12.
- the water in the first space 14 that did not pass through the semipermeable membrane 12 is concentrated.
- the second space 16 a part of the water to be treated passed through the pipe 26 and the permeated water having a low ion concentration permeated through the semipermeable membrane 12 merge, so that the diluting effect works.
- the concentrated water obtained in the first space 14 is discharged from the first space outlet through the pipe 28, and the diluted water obtained in the second space 16 is discharged from the second space outlet through the pipe 30.
- the first space 14 is pressurized, and the water contained in the water to be treated in the first space 14 is permeated into the second space 16 via the semipermeable membrane 12, and the first space 14 is used.
- Concentrated water is obtained in (concentration step), and diluted water is obtained in the second space 16 (diluting step).
- a part of the concentrated water obtained in the first space 14 is discharged to the outside of the system through the pipe 28.
- the pipes 24, 26, the pump 18, and the like function as supply means for supplying water to be treated to both the first space 14 and the second space 16 of the membrane module 10.
- the diluted water obtained in the second space 16 may be discharged to the outside of the system through the pipe 30, or may be discharged to the diluted water tank as necessary, stored, and then discharged to the outside of the system. At least a part of the diluted water may be sent to the water tank to be treated and mixed with the water to be treated in the water tank to be treated. Further treatment may be performed on at least a part of the diluted water.
- the treated water in which ions such as sulfate ions are concentrated from the water to be treated containing sulfate ion and at least one of sodium ion and ammonium ion, which is the treatment target, and diluted water. And the volume of the water to be treated is reduced.
- the first space 14 side of the semipermeable membrane 12 and the second space 14 are passed.
- the osmotic pressure difference on the second space 16 side can be reduced, and at least one of the high ion concentration sulfate ion, sodium ion and ammonium ion in the water to be treated can be concentrated with less energy consumption.
- the water to be treated containing sulfate ion and at least one of sodium ion and ammonium ion at a high concentration can be concentrated at low cost, and the amount of waste liquid having a high ion concentration can be reduced.
- the following method may be performed.
- the pump 18 is provided with an inverter 20 for controlling the drive frequency, and the flow rate of water to be treated to the membrane module 10 is adjusted. It is preferable to install the inverter 20 in the pump 18, but it is not necessary to install it.
- the water to be treated is supplied to both the first space 14 side and the second space 16 side, a valve 22 is provided in front of the inlet of the second space 16, a valve 23 is provided at the outlet of the first space 14, and the valve 22 and the valve 22 are provided.
- the ratio of the supply water flow rate to the first space 14 side and the supply water flow rate to the second space 16 side may be adjusted by manually or automatically adjusting the opening degree of the valve 23.
- the frequency of the inverter 20 of the pump 18 may be increased to increase the supply amount of the water to be treated.
- a valve 23 whose opening / closing degree can be adjusted is provided at the outlet of the first space 14 of the pipe 28, and the flow rate of concentrated water and the pressure at the inlet of the first space 14 and the outlet of the first space 14 can be adjusted according to the opening degree of the valve 23. can.
- the water to be treated may be supplied to the first space 14 side and the second space 16 side by separate pumps.
- each pump may be provided with an inverter for controlling the drive frequency.
- the osmotic pressure generated by the semipermeable membrane 12 can be reduced and the required pressure can be reduced. can. As a result, it is possible to concentrate the water to be treated at a concentration that could not be concentrated by the conventional reverse osmosis membrane method.
- FIG. 2 The outline of another example of the concentrator according to the embodiment of the present invention is shown in FIG. 2, and the configuration thereof will be described.
- the concentrator 2 shown in FIG. 2 uses a semipermeable membrane module having a first space (concentration side) and a second space (permeation side) partitioned by a semipermeable membrane, and uses a semipermeable membrane module, and sulfate ion, sodium ion, and ammonium ion.
- Concentrated water is obtained by passing the water to be treated containing at least one of them through the semipermeable membrane by passing the water to be treated to the first space and pressurizing the first space to allow the water contained in the water to be treated to permeate through the semipermeable membrane.
- a membrane module 10 As a semipermeable membrane treatment means for obtaining diluted water by passing at least a part of concentrated water through the space, for example, a membrane module 10 is provided.
- the membrane module 10 has a first space 14 and a second space 16 partitioned by a semipermeable membrane 12.
- the concentrator 2 may include a water tank to be treated to store water to be treated.
- a pipe 24 is connected to the first space inlet of the membrane module 10 via a pump 18.
- a pipe 28 is connected to the first space outlet of the membrane module 10 via a valve 23.
- a pipe 34 branched from the pipe 28 on the upstream side of the valve 23 is connected to the second space inlet of the membrane module 10 via the valve 32.
- a pipe 36 is connected to the second space outlet of the membrane module 10.
- the pump 18 is, for example, a pressure pump that is driven at a rotation speed according to an input drive frequency, sucks water to be treated, and pressurizes and discharges it to the membrane module 10.
- the pump 18 is equipped with, for example, an inverter 20 that outputs a drive frequency corresponding to the input command signal to the pump 18.
- the valve 23 and the valve 32 are, for example, valves whose opening / closing degree can be adjusted manually or automatically.
- the concentrating device 2 of FIG. 2 uses a membrane module 10 having a first space 14 and a second space 16 partitioned by a semi-permeable film 12, and allows water to be treated to be supplied from the first space inlet of the membrane module 10 to the first space 14. At least a part of the concentrated water discharged from the first space outlet of the first space 14 of the membrane module 10 is passed through the second space inlet of the membrane module 10 to the second space 16 to pass water to the first space 16.
- the water contained in the water to be treated in the first space 14 is permeated into the second space 16 through the semi-permeable membrane 12, and the water is concentrated. That is, in the concentrating device 2, the water to be treated is concentrated using the semipermeable membrane 12.
- the concentrating device 2 supplies water to be treated to the first space 14 of the membrane module 10, and supplies at least a part of the concentrated water obtained from the outlet of the first space 14 to the second space 16 of the membrane module 10. It is a device that performs concentration processing.
- the water to be treated containing sulfate ion and at least one of sodium ion and ammonium ion is first from the first space inlet of the membrane module 10 through the pipe 24 by the pump 18 with the valve 23 open. Pressurized liquid is sent to the space 14 and water is passed. A part of the water contained in the pressurized water to be treated permeates from the first space 14 to the second space 16 through the semipermeable membrane 12. At this time, since most of the ions such as sulfate ions cannot pass through the semipermeable membrane 12, the water in the first space 14 that did not pass through the semipermeable membrane 12 is concentrated.
- the second space 16 a part of the concentrated water passed through the pipe 34 and the permeated water having a low ion concentration permeated through the semipermeable membrane 12 merge, so that the diluting effect works.
- the concentrated water obtained in the first space 14 is discharged from the first space outlet through the pipe 28, and at least a part of the concentrated water is passed through the pipe 34 branched from the pipe 28 with the valve 32 open, and the membrane module 10 is used.
- Liquid is sent from the entrance of the second space to the second space 16 and water is passed therethrough.
- the diluted water obtained in the second space 16 is discharged from the second space outlet through the pipe 36.
- the first space 14 is pressurized, and the water contained in the water to be treated in the first space 14 is permeated into the second space 16 via the semipermeable membrane 12, and the first space 14 is used.
- Concentrated water is obtained in (concentration step), and diluted water is obtained in the second space 16 (diluting step).
- a part of the concentrated water obtained in the first space 14 may be discharged to the outside of the system through the pipe 28.
- at least a part of the concentrated water is sent to and passed through the pipes 28 and 34 to the second space 16 of the membrane module 10.
- the pipes 24, 28, 34, the pump 18, etc. supply the water to be treated to the first space 14 of the membrane module 10, and at least a part of the concentrated water obtained from the outlet of the first space 14 is the membrane module. It functions as a supply means for supplying the second space 16 of 10.
- the diluted water obtained in the second space 16 may be discharged to the outside of the system through the pipe 36, or may be discharged to the diluted water tank as necessary, stored, and then discharged to the outside of the system. At least a part of the diluted water may be sent to the water tank to be treated and mixed with the water to be treated in the water tank to be treated. Further treatment may be performed on at least a part of the diluted water.
- the treated water in which ions such as sulfate ions are concentrated from the water to be treated containing sulfate ion and at least one of sodium ion and ammonium ion, which is the treatment target, and diluted water. And the volume of the water to be treated is reduced.
- Water to be treated containing sulfate ion and at least one of sodium ion and ammonium ion is passed through the first space 14 of the membrane module 10, and at least one of the concentrated water obtained in the first space 14 is passed through the second space 16.
- the osmotic pressure difference between the first space 14 side and the second space 16 side of the semipermeable membrane 12 is reduced, and the high ion concentration of sulfate ion and sodium ion in the water to be treated is reduced with less energy consumption.
- At least one of the ammonium ions can be concentrated.
- the water to be treated containing sulfate ion and at least one of sodium ion and ammonium ion at a high concentration can be concentrated at low cost, and the amount of waste liquid having a high ion concentration can be reduced.
- the following method may be performed.
- the pump 18 is provided with an inverter 20 for controlling the drive frequency, and the flow rate of water to be treated to the membrane module 10 is adjusted. It is preferable to install the inverter 20 in the pump 18, but it is not necessary to install it.
- the water to be treated is supplied to the first space 14, a valve 23 is provided at the outlet of the first space 14, a valve 32 is provided in front of the inlet of the second space 16, and the opening of the valve 23 and the valve 32 is manually adjusted.
- the ratio of the water supply flow rate to the first space 14 side and the supply water flow rate to the second space 16 side may be adjusted by automatically adjusting.
- the frequency of the inverter 20 of the pump 18 may be increased to increase the supply amount of the water to be treated.
- a valve 23 whose opening / closing degree can be adjusted is provided at the outlet of the first space 14 of the pipe 28, and the flow rate of concentrated water and the pressure at the inlet of the first space 14 and the outlet of the first space 14 can be adjusted according to the opening degree of the valve 23. can.
- a concentrated water tank for storing concentrated water may be provided in the middle of the pipe 34, and the water to be treated may be supplied to the first space 14 side and the second space 16 side by separate pumps.
- each pump may be provided with an inverter for controlling the drive frequency.
- the osmotic pressure generated by the semipermeable membrane 12 is reduced and the required pressure is required. Can be reduced. As a result, it is possible to concentrate the water to be treated at a concentration that could not be concentrated by the conventional reverse osmosis membrane method.
- the water to be treated has a sulfate ion concentration of 20000 mg / L or more, and at least one of sodium ion and ammonium ion has a concentration of 10000 mg / L or more.
- the sulfate ion concentration of the water to be treated is preferably 40,000 mg / L or more, more preferably in the range of 40,000 to 250,000 mg / L.
- the concentration of at least one of the sodium ion and the ammonium ion of the water to be treated is preferably 20000 mg / L or more, and more preferably in the range of 20000 to 100,000 mg / L.
- the inlet pressure of the first space 14 is preferably in the range of 7 MPa or less
- the inlet pressure of the second space 16 is preferably smaller than the inlet pressure of the first space 14, and the inlet of the second space 16 is set.
- the pressure is more preferably 50% or less of the inlet pressure of the first space 14. This can reduce the risk of damage to the semipermeable membrane due to pressure.
- the flow rate on the first space 14 side is larger than the flow rate on the second space 16 side. If the flow rate on the first space 14 side is equal to or less than the flow rate on the second space 16 side, the permeation flux may become too high.
- the pump 18, the inverter 20, the valve 22, the valve 23, the valve 32, and the like function as a flow rate adjusting means for making the flow rate in the first space larger than the flow rate in the second space.
- the permeation flux of the membrane module 10 is preferably in the range of 0.005 m / d to 0.05 m / d, and preferably in the range of 0.015 m / d to 0.04 m / d. More preferred.
- the permeation flux is defined as a permeation flow rate per unit time and unit membrane area.
- the pump 18, the inverter 20, the valve 22, the valve 23, the valve 32, and the like function as a permeation flux adjusting means for controlling the permeation flux within the above range.
- valves are only examples, and may be larger than the numbers shown in FIGS. 1 and 2, and may be installed in at least one of the other pipes.
- a flow meter may be installed as a flow rate measuring means for measuring the flow rate
- a pressure gauge may be installed as a pressure measuring means for measuring the pressure in at least one of the pipes.
- a multi-stage semipermeable membrane module may be used.
- An example of a concentrator having such a configuration is shown in FIGS. 3, 4, and 5.
- the concentrator shown in FIGS. 3, 4, and 5 has a structure in which semipermeable membrane modules are combined in series in three stages.
- the concentrator 3 shown in FIG. 3 uses a semipermeable membrane module connected in a plurality of stages having a first space (concentration side) and a second space (permeation side) partitioned by a semipermeable membrane, and sulfuric acid is used.
- Water to be treated containing ions and at least one of sodium ion and ammonium ion is passed through the first space of the semipermeable membrane module of the first stage, and the first space is pressurized to remove the water contained in the water to be treated.
- Concentrated water is obtained by permeating the semipermeable membrane, and the concentrated water is further obtained by using the semipermeable membrane modules of the next and subsequent stages, and the second space of the semipermeable membrane module of each stage is covered.
- a semipermeable membrane treatment means for obtaining diluted water by passing a part of the treated water or a part of the concentrated water for example, a first-stage membrane module 10a, a second-stage membrane module 10b, and a third-stage membrane module 10c are used. Be prepared. Each membrane module has a first space 14 and a second space 16 partitioned by a semipermeable membrane 12.
- the concentrator 3 prepares the diluted water tank 60a for storing the diluted water from the first-stage membrane module 10aa, the diluted water tank 60b for storing the diluted water from the second-stage membrane module 10b, and the diluted water from the third-stage membrane module 10c.
- a diluted water tank 60c for storing may be provided.
- the concentrator 3 supplies water to be treated to the first space and the second space of the first stage membrane module, and sequentially supplies the concentrated water to the first space and the second space of the next stage membrane module to concentrate. It is a device that performs processing.
- a pipe 40 is connected to the first space inlet of the first stage membrane module 10a via a pump 18.
- a pipe 42 branched from the downstream side of the pump 18 of the pipe 40 is connected to the second space inlet of the membrane module 10a via a valve 22a.
- the second space outlet of the first-stage membrane module 10a and the inlet of the dilution tank 60a are connected by a pipe 46.
- the first space outlet of the first-stage membrane module 10a and the first space inlet of the second-stage membrane module 10b are connected by a pipe 44.
- the pipe 48 branched from the pipe 44 is connected to the second space inlet of the second stage membrane module 10b via the valve 22b.
- the second space outlet of the second stage membrane module 10b and the inlet of the dilution water tank 60b are connected by a pipe 52.
- the first space outlet of the second stage membrane module 10b and the first space inlet of the third stage membrane module 10c are connected by a pipe 50.
- the pipe 54 branched from the pipe 50 is connected to the second space inlet of the third stage membrane module 10c via the valve 22c.
- the second space outlet of the third stage membrane module 10c and the inlet of the dilution tank 60c are connected by a pipe 58.
- a pipe 56 is connected to the first space outlet of the third stage membrane module 10c via a valve 23.
- the concentrator 3 uses a multi-stage membrane module having a first space 14 and a second space 16 partitioned by a semipermeable membrane 12, and water to be treated is used in the first space and the second space of the first-stage membrane module. Is supplied, and the concentrated water is sequentially supplied to the first space and the second space of the membrane module of the next stage, and the water contained in the first space 14 is semipermeable by pressurizing the first space 14 of each stage. It is a device that concentrates water by allowing it to permeate through the second space 16 through the membrane 12. That is, in the concentrating device 3, the water to be treated is concentrated using the semipermeable membrane 12, and the concentrated water is further concentrated using the semipermeable membrane 12 of the next stage.
- the water to be treated containing sulfate ion and at least one of sodium ion and ammonium ion is passed through the pipe 40 by the pump 18 with the valve 23 open, and the first stage membrane module 10a is used.
- the water to be treated which has been sent to the first space 14a of the above and branched from the pipe 40, is sent to the second space 16a of the first stage membrane module 10a through the pipe 42 with the valve 22a open.
- the first space 14a is pressurized and the water contained in the first space 14a is permeated into the second space 16a via the semipermeable membrane 12a (concentration step (first stage)).
- Diluting water is obtained in the second space 16a (dilution step (first stage)).
- the diluted water obtained in the second space 16a of the first-stage membrane module 10a is stored in the diluted water tank 60a as needed through the pipe 46, and then discharged to the outside of the system.
- the concentrated water obtained in the first space 14a of the first stage film module 10a is sent to the first space 14b of the second stage film module 10b through the pipe 44, and the concentrated water branched from the pipe 44 is a valve. With the 22b open, the liquid is sent to the second space 16b of the second stage membrane module 10b through the pipe 48.
- the first space 14b is pressurized and the water contained in the first space 14b is permeated into the second space 16b via the semipermeable membrane 12b (concentration step (second stage)).
- Diluting water is obtained in the second space 16b (dilution step (second stage)).
- the diluted water obtained in the second space 16b of the second stage membrane module 10b is stored in the diluted water tank 60b as needed through the pipe 52, and then discharged to the outside of the system.
- the concentrated water obtained in the first space 14b of the second stage membrane module 10b is sent to the first space 14c of the third stage membrane module 10c through the pipe 50, and the concentrated water branched from the pipe 50 is a valve. With the 22c open, the liquid is sent to the second space 16c of the third stage membrane module 10c through the pipe 54.
- the first space 14c is pressurized and the water contained in the first space 14c is permeated into the second space 16c via the semipermeable membrane 12c (concentration step (third stage)). ), Diluting water is obtained in the second space 16c (dilution step (third stage)).
- the diluted water obtained in the second space 16c of the third-stage membrane module 10c is stored in the diluted water tank 60c as needed through the pipe 58, and then discharged to the outside of the system.
- the concentrated water obtained in the first space 14c of the third stage membrane module 10c is discharged to the outside of the system through the pipe 56.
- the pump 18, the pipes 40, 42, 44, 48, 50, 54 and the like are placed in the first spaces 14a, 14b, 14c and the second spaces 16a, 16b, 16c of the membrane modules 10a, 10b, 10c of each stage. It functions as a supply means for supplying water to be treated or concentrated water.
- the diluted water obtained in the second spaces 16a, 16b, 16c of the membrane modules 10a, 10b, 10c of each stage may be discharged to the outside of the system, or may be sent to the diluted water tanks 60a, 60b, 60c as needed. After being liquid and stored, it may be discharged to the outside of the system. At least a part of the diluted water may be mixed with the water to be treated of the first stage membrane module 10a. Further treatment may be performed on at least a part of the diluted water.
- the treated water (concentrated water in the final stage) in which ions such as sulfate ions are concentrated from the treated water containing sulfate ion and at least one of sodium ion and ammonium ion, which is the treatment target.
- Diluted water (diluted water in each stage) is obtained, and the volume of the water to be treated is reduced.
- the concentrator 4 shown in FIG. 4 uses a semipermeable membrane module connected in a plurality of stages having a first space (concentration side) and a second space (permeation side) partitioned by a semipermeable membrane, and sulfuric acid is used.
- Water to be treated containing ions and at least one of sodium ion and ammonium ion is passed through the first space of the semipermeable membrane module of the first stage, and the first space is pressurized to remove the water contained in the water to be treated.
- Concentrated water is obtained by permeating the semipermeable membrane, and the concentrated water is further concentrated in the second space of the semipermeable membrane module of each stage while obtaining concentrated water using the semipermeable membrane modules of the next and subsequent stages.
- a semipermeable membrane processing means for obtaining diluted water by passing at least a part of water
- a first-stage membrane module 10a, a second-stage membrane module 10b, and a third-stage membrane module 10c are provided.
- Each membrane module has a first space 14 and a second space 16 partitioned by a semipermeable membrane 12.
- the concentrator 4 uses the diluted water tank 62a for storing the diluted water from the first-stage membrane module 10a, the diluted water tank 62b for storing the diluted water from the second-stage membrane module 10b, and the diluted water from the third-stage membrane module 10c.
- a diluting water tank 62c for storing may be provided.
- the concentrator 4 supplies water to be treated to the first space of the first-stage membrane module, and sequentially supplies the concentrated water to the first space of the next-stage membrane module and its own second space to perform the concentration treatment. It is a device to perform.
- a pipe 40 is connected to the first space inlet of the first stage membrane module 10a via a pump 18.
- the first space outlet of the first-stage membrane module 10a and the first space inlet of the second-stage membrane module 10b are connected by a pipe 44.
- the pipe 64 branched from the pipe 44 is connected to the second space inlet of the membrane module 10a via the valve 32a.
- the second space outlet of the first-stage membrane module 10a and the inlet of the dilution tank 62a are connected by a pipe 66.
- the first space outlet of the second stage membrane module 10b and the first space inlet of the third stage membrane module 10c are connected by a pipe 50.
- the pipe 68 branched from the pipe 50 is connected to the second space inlet of the membrane module 10b via the valve 32b.
- the second space outlet of the second stage membrane module 10b and the inlet of the dilution water tank 62b are connected by a pipe 70.
- a pipe 56 is connected to the first space outlet of the third stage membrane module 10c via a valve 23.
- a pipe 72 branched from the pipe 56 on the upstream side of the valve 23 is connected to the second space inlet of the membrane module 10c via the valve 32c.
- the second space outlet of the third stage membrane module 10c and the inlet of the dilution tank 62c are connected by a pipe 74.
- the concentrator 4 uses a multi-stage membrane module having a first space 14 and a second space 16 partitioned by a semi-permeable membrane 12, and supplies water to be treated to the first space of the first-stage membrane module.
- the concentrated water is sequentially supplied to the first space of the membrane module of the next stage and its own second space, and by pressurizing the first space 14 of each stage, the water contained in the first space 14 is transferred to the semitransparent membrane 12.
- the water to be treated containing sulfate ion and at least one of sodium ion and ammonium ion is passed through the pipe 40 by the pump 18 with the valve 23 open, and the first stage membrane module 10a is used.
- the liquid is sent to the first space 14a of.
- the first space 14a is pressurized and the water contained in the first space 14a is permeated into the second space 16a via the semipermeable membrane 12a (concentration step (first stage)).
- Diluting water is obtained in the second space 16a (dilution step (first stage)).
- the concentrated water obtained in the first space 14a of the first stage film module 10a is sent to the first space 14b of the second stage film module 10b through the pipe 44, and the concentrated water branched from the pipe 44 is a valve. With the 32a open, the liquid is sent to the second space 16a of the first stage film module 10a through the pipe 64.
- the diluted water obtained in the second space 16a of the first-stage membrane module 10a is stored in the diluted water tank 62a as needed through the pipe 66, and then discharged to the outside of the system.
- the first space 14b is pressurized and the water contained in the first space 14b is permeated into the second space 16b via the semipermeable membrane 12b (concentration step (second stage)). ), Diluting water is obtained in the second space 16b (dilution step (second stage)).
- the concentrated water obtained in the first space 14b of the second stage membrane module 10b is sent to the first space 14c of the third stage membrane module 10c through the pipe 50, and the concentrated water branched from the pipe 50 is a valve. With the 32b open, the liquid is sent to the second space 16b of the second stage film module 10b through the pipe 68.
- the diluted water obtained in the second space 16b of the second stage membrane module 10b is stored in the diluted water tank 62b as needed through the pipe 70, and then discharged to the outside of the system.
- the first space 14c is pressurized and the water contained in the first space 14c is permeated into the second space 16c via the semipermeable membrane 12c (concentration step (third stage)). ), Diluting water is obtained in the second space 16c (dilution step (third stage)).
- the concentrated water obtained in the first space 14c of the third stage membrane module 10c is discharged through the pipe 56, and the concentrated water branched from the pipe 56 is passed through the pipe 72 with the valve 32c open.
- the liquid is sent to the second space 16c of the module 10c.
- the diluted water obtained in the second space 16c of the third stage membrane module 10c is stored in the diluted water tank 62c as needed through the pipe 74, and then discharged to the outside of the system.
- the pump 18, the pipes 40, 44, 64, 50, 68, 56, 72 and the like are the first spaces 14a, 14b, 14c and the second spaces 16a, 16b of the membrane modules 10a, 10b, 10c of each stage. It functions as a supply means for supplying water to be treated or concentrated water to 16c.
- the diluted water obtained in the second spaces 16a, 16b, 16c of the membrane modules 10a, 10b, 10c of each stage may be discharged to the outside of the system, or may be sent to the diluted water tanks 62a, 62b, 62c as needed. After being liquid and stored, it may be discharged to the outside of the system. At least a part of the diluted water may be mixed with the water to be treated of the first stage membrane module 10a. Further treatment may be performed on at least a part of the diluted water.
- the treated water (concentrated water in the final stage) in which ions such as sulfate ions are concentrated from the treated water containing sulfate ion and at least one of sodium ion and ammonium ion, which is the treatment target.
- Diluted water (diluted water in each stage) is obtained, and the volume of the water to be treated is reduced.
- FIG. 5 uses a semipermeable membrane module connected in a plurality of stages having a first space (concentration side) and a second space (permeation side) partitioned by a semipermeable membrane, and sulfuric acid is used.
- Water to be treated containing ions and at least one of sodium ion and ammonium ion is passed through the first space of the semipermeable membrane module of the first stage, and the first space is pressurized to remove the water contained in the water to be treated.
- Concentrated water is obtained by permeating the semipermeable membrane, and the concentrated water is further concentrated in the second space of the semipermeable membrane module of each stage while obtaining concentrated water using the semipermeable membrane modules of the next and subsequent stages.
- a semipermeable membrane treatment means for obtaining diluted water by passing at least a part of water or at least a part of diluted water obtained from another semipermeable membrane module for example, the first stage membrane module 10a and the second stage membrane.
- a module 10b and a third stage membrane module 10c are provided.
- Each membrane module has a first space 14 and a second space 16 partitioned by a semipermeable membrane 12.
- the concentrating device 5 is a device that supplies water to be treated to the first space of the first-stage membrane module, and sequentially supplies the concentrated water to the first space of the next-stage membrane module to perform concentration processing.
- a pipe 40 is connected to the first space inlet of the first stage membrane module 10a via a pump 18.
- the first space outlet of the first-stage membrane module 10a and the first space inlet of the second-stage membrane module 10b are connected by a pipe 44.
- the first space outlet of the second stage membrane module 10b and the first space inlet of the third stage membrane module 10c are connected by a pipe 50.
- a pipe 56 is connected to the first space outlet of the third stage membrane module 10c via a valve 23.
- a pipe 76 branched from the pipe 56 on the upstream side of the valve 23 is connected to the second space inlet of the membrane module 10c via the valve 32.
- the second space outlet of the third stage membrane module 10c and the second space inlet of the second stage membrane module 10b are connected by a pipe 78.
- the second space outlet of the second stage membrane module 10b and the second space inlet of the first stage membrane module 10a are connected by a pipe 80.
- a pipe 82 is connected to the second space outlet of the first-stage membrane module 10a.
- the concentrator 5 uses a multi-stage membrane module having a first space 14 and a second space 16 partitioned by a semi-permeable membrane 12, and supplies water to be treated to the first space of the first-stage membrane module.
- the concentrated water is sequentially passed through the first space of the membrane module of the next stage in series, and at least a part of the concentrated water of the membrane module of the final stage is supplied to its second space, and the obtained diluted water is used.
- Water is passed in series to the second space of the membrane module in the previous stage, and by pressurizing the first space 14 in each stage, the water contained in the first space 14 is transferred to the second space 16 via the translucent membrane 12.
- the water to be treated containing sulfate ion and at least one of sodium ion and ammonium ion is passed through the pipe 40 by the pump 18 with the valve 23 open, and the first stage membrane module 10a is used.
- the liquid is sent to the first space 14a of.
- the diluted water sent through the second space 16c of the third-stage membrane module 10c and the second space 16b of the second-stage membrane module 10b, which will be described later, passes through the pipe 80 and is the first of the first-stage membrane module 10a.
- the liquid is sent to the two spaces 16a.
- the first space 14a is pressurized and the water contained in the first space 14a is permeated into the second space 16a via the semipermeable membrane 12a (concentration step (first stage)). ), Diluting water is obtained in the second space 16a (dilution step (first stage)).
- the concentrated water obtained in the first space 14a of the first-stage membrane module 10a is sent to the first space 14b of the second-stage membrane module 10b through the pipe 44.
- the diluted water obtained in the second space 16a of the first-stage membrane module 10a is discharged to the outside of the system through the pipe 82.
- the diluted water sent through the second space 16c of the third-stage membrane module 10c which will be described later, is sent to the second space 16b of the second-stage membrane module 10b through the pipe 78. Will be done.
- the first space 14b is pressurized and the water contained in the first space 14b is permeated into the second space 16b via the semipermeable membrane 12b (concentration step (second stage)), and at the second space 16b. Diluted water is obtained (dilution step (second stage)).
- the concentrated water obtained in the first space 14b of the second stage membrane module 10b is sent to the first space 14c of the third stage membrane module 10c through the pipe 50.
- the diluted water obtained in the second space 16b of the second stage membrane module 10b is sent to the second space 16a of the first stage membrane module 10a through the pipe 80.
- the concentrated water obtained in the first space 14c of the third stage membrane module 10c is sent to the second space 16c through the pipes 56 and 76 as described below.
- the first space 14c is pressurized and the water contained in the first space 14c is permeated into the second space 16c via the semipermeable membrane 12c (concentration step (third stage)), and in the second space 16c. Diluted water is obtained (dilution step (third stage)).
- the concentrated water obtained in the first space 14c of the third-stage membrane module 10c is discharged through the pipe 56, and the concentrated water branched from the pipe 56 is discharged through the pipe 76 with the valve 32 open.
- the liquid is sent to the second space 16c of the module 10c.
- the diluted water obtained in the second space 16c of the third-stage membrane module 10c is sent to the second space 16b of the second-stage membrane module 10b through the pipe 78.
- the pump 18, the pipes 40, 44, 50, 56, 76, 78, 80 and the like are the first spaces 14a, 14b, 14c and the second spaces 16a, 16b of the membrane modules 10a, 10b, 10c of each stage. It functions as a supply means for supplying the water to be treated, concentrated water, or diluted water to 16c.
- the diluted water obtained in the second space 16a of the membrane module 10a may be discharged to the outside of the system, or may be discharged to the diluted water tank as necessary, stored, and then discharged to the outside of the system. .. At least a part of the diluted water may be mixed with the water to be treated of the first stage membrane module 10a. Further treatment may be performed on at least a part of the diluted water.
- the treated water (concentrated water in the final stage) in which ions such as sulfate ions are concentrated from the treated water containing sulfate ion and at least one of sodium ion and ammonium ion, which is the treatment target.
- Diluted water (diluted water in the final stage) is obtained, and the volume of the water to be treated is reduced.
- the concentrating device 3 shown in FIG. 3 the concentrating device 4 shown in FIG. 4, and the concentrating device 5 shown in FIG. 5, the water to be treated supplied to each membrane module is concentrated from the first stage to the subsequent membrane modules. As it goes on, the concentration becomes high. Since it is finally concentrated to a high concentration, this method, which can reduce the osmotic pressure, can concentrate to a concentration that was difficult to concentrate due to the influence of the osmotic pressure by the conventional reverse osmosis membrane method. Will be.
- the water to be treated is supplied to the first-stage membrane module 10a, for example, a pressure of 7 MPa or less is applied, and the water to be treated is supplied to the subsequent membrane module by the pressure applied to the first-stage membrane module 10a.
- the inlet pressure of the first space 14 in each film module is preferably in the range of 7 MPa or less
- the inlet pressure of the second space 16 is preferably smaller than the inlet pressure of the first space 14, and the second It is more preferable that the inlet pressure of the space 16 is 50% or less of the inlet pressure of the first space 14. This can reduce the risk of damage to the semipermeable membrane due to pressure.
- the flow rate on the first space 14 side in each membrane module 10 is larger than the flow rate on the second space 16 side. If the flow rate on the first space 14 side is equal to or less than the flow rate on the second space 16 side, the flow rate on the first space 14 side of the subsequent membrane module may be insufficient.
- the flow rate of the pump 18, the inverter 20, the valves 22a, 22b, 22c, the valve 23, the valves 32a, 32b, 32c, the valve 32, etc. is adjusted so that the flow rate in the first space is larger than the flow rate in the second space. Functions as a means.
- the permeation flux of each membrane module 10 is preferably in the range of 0.005 m / d to 0.05 m / d, and preferably in the range of 0.015 m / d to 0.04 m / d. Is more preferable.
- the pump 18, the inverter 20, the valves 22a, 22b, 22c, the valve 23, the valves 32a, 32b, 32c, the valve 32 and the like function as the permeation flux adjusting means for controlling the permeation flux within the above range.
- the concentrated water discharged from the first space 14 side of the membrane module 10 is preferably ammonium sulfate or sodium sulfate having a concentration of 25% by weight or more, and more preferably 30% by weight or more.
- valves are only examples, and may be larger than the numbers shown in FIGS. 3, 4, and 5, and may be installed in at least one of the other pipes.
- a flow meter may be installed as a flow rate measuring means for measuring the flow rate
- a pressure gauge may be installed as a pressure measuring means for measuring the pressure in at least one of the pipes.
- FIGS. 3, 4, and 5 are examples of the apparatus configuration, and the arrangement of the semipermeable membrane modules, the supply method of the supplied water, and the like may be appropriately changed.
- the concentrator in FIG. 5 passes water in series to each of the first space and the second space of the membrane module in each stage, the total amount of water is suppressed as compared with the concentrators in FIGS. 3 and 4. This is preferable because the power of the pump can be reduced.
- a multi-stage membrane module may be used, and a membrane module unit including a plurality of membrane modules connected in parallel may be used as the membrane module of each stage.
- a concentrator having such a configuration are shown in FIGS. 6 and 7.
- the semipermeable membrane modules are combined in parallel in 4 rows in the first stage, and the semipermeable membrane modules are combined in parallel in 4 rows in the second stage, and the semipermeable membrane is combined in the third stage. It has a structure in which modules are combined in parallel in two rows and semipermeable membrane modules are combined in parallel in two rows in the fourth stage and connected in series in four stages.
- the concentrator 6 shown in FIG. 6 uses a semipermeable membrane module connected in a plurality of stages having a first space (concentration side) and a second space (permeation side) partitioned by a semipermeable membrane, and sulfuric acid is used.
- Water to be treated containing ions and at least one of sodium ion and ammonium ion is passed through the first space of the semipermeable membrane module of the first stage, and the first space is pressurized to remove the water contained in the water to be treated.
- Concentrated water is obtained by permeating the semipermeable membrane, and the concentrated water is further obtained by using the semipermeable membrane modules of the next and subsequent stages, and the second space of the semipermeable membrane module of each stage is covered.
- the first stage membrane module unit 100a As a semipermeable membrane treatment means for obtaining diluted water by passing a part of the treated water or a part of the concentrated water, for example, the first stage membrane module unit 100a, the second stage membrane module unit 100b, and the third stage membrane module.
- the unit 100c is provided with a fourth stage membrane module unit 100d.
- the first-stage membrane module unit 100a includes, for example, four membrane modules connected in parallel
- the second-stage membrane module unit 100b includes, for example, four membrane modules connected in parallel.
- the third-stage membrane module unit 100c includes, for example, two membrane modules connected in parallel
- the fourth-stage membrane module unit 100d includes, for example, two membrane modules connected in parallel.
- Each membrane module 10 has a first space 14 and a second space 16 partitioned by a semipermeable membrane 12.
- the concentrating device 6 may include a water tank 84 to be treated for storing water to be treated, and a concentrating water tank 86 for storing concentrated water from the fourth-stage membrane module unit 100d.
- the concentrating device 6 supplies water to be treated to the first space and the second space of each membrane module of the first stage membrane module unit, and the concentrated water is sequentially supplied to the first membrane module of each membrane module of the next stage membrane module unit. It is a device that supplies to the space and the second space to perform concentration processing.
- the outlet of the water tank 84 to be treated and the first space inlet and the second space inlet of each membrane module of the first stage membrane module unit 100a are connected by a pipe 88 via a pump 18.
- the first space outlet of each membrane module of the first stage membrane module unit 100a and the first space inlet and the second space inlet of each membrane module of the second stage membrane module unit 100b are connected by a pipe 90.
- the first space outlet of each membrane module of the second stage membrane module unit 100b and the first space inlet and the second space inlet of each membrane module of the third stage membrane module unit 100c are connected by a pipe 94.
- the first space outlet of each membrane module of the third-stage membrane module unit 100c and the first space inlet and the second space inlet of each membrane module of the fourth-stage membrane module unit 100d are connected by a pipe 98.
- the first space outlet of each membrane module of the fourth-stage membrane module unit 100d and the inlet of the concentrating water tank 86 are connected by a pipe 104.
- a pipe 92 is connected to the second space outlet of each membrane module of the first stage membrane module unit 100a, and a pipe 96 is connected to the second space outlet of each membrane module of the second stage membrane module unit 100b.
- a pipe 102 is connected to the second space outlet of each membrane module of the third stage membrane module unit 100c, and a pipe 106 is connected to the second space outlet of each membrane module of the fourth stage membrane module unit 100d.
- the pipes 96, 102, 106 may join the pipe 92.
- the concentrator 6 uses a multi-stage membrane module unit including a membrane module 10 having a first space 14 and a second space 16 partitioned by a semipermeable membrane 12, and each membrane module of the first-stage membrane module unit is used.
- the water to be treated is supplied to the first space and the second space, and the concentrated water is sequentially supplied to the first space and the second space of each membrane module of the membrane module unit of the next stage, and the first membrane module of each stage is supplied.
- It is a device that concentrates water by pressurizing the space 14 so that the water contained in the first space 14 is permeated into the second space 16 via the semipermeable membrane 12. That is, in the concentrating device 3, the water to be treated is concentrated using the semipermeable membrane 12, and the concentrated water is further concentrated using the semipermeable membrane 12 of the next stage.
- the water to be treated containing sulfate ion and at least one of sodium ion and ammonium ion is passed through the pipe 88 from the water tank 84 to be treated by the pump 18 to the first stage membrane module unit 100a.
- the liquid is sent to the first space 14 and the second space 16 of each membrane module.
- the first space 14a is pressurized and the water contained in the first space 14 is permeated into the second space 16 via the semipermeable membrane 12 (concentration step). (1st stage)), diluted water is obtained in the second space 16 (dilution step (1st stage)).
- the diluted water obtained in the second space 16 of the first-stage membrane module 10 is stored in the diluted water tank as needed through the pipe 92, and then discharged to the outside of the system.
- the concentrated water obtained in the first space 14 of each membrane module of the first-stage membrane module unit 100a passes through the pipe 90 to the first space 14 and the second space 16 of each membrane module of the second-stage membrane module unit 100b.
- the liquid is sent.
- the first space 14 is pressurized and the water contained in the first space 14 is permeated into the second space 16 via the semipermeable membrane 12 (concentration step). (2nd stage)), diluted water is obtained in the second space 16 (dilution step (2nd stage)).
- the diluted water obtained in the second space 16 of each membrane module of the second-stage membrane module unit 100b is stored in the diluted water tank as needed through the pipe 96, and then discharged to the outside of the system.
- the concentrated water obtained in the first space 14 of each membrane module of the second-stage membrane module unit 100b passes through the pipe 94 to the first space 14 and the second space 16 of each membrane module of the third-stage membrane module unit 100c.
- the liquid is sent.
- the first space 14 is pressurized and the water contained in the first space 14 is permeated into the second space 16 via the semipermeable membrane 12 (concentration step). (Third stage)), diluted water is obtained in the second space 16 (dilution step (third stage)).
- the diluted water obtained in the second space 16 of each membrane module of the third-stage membrane module unit 100c is stored in the diluted water tank as needed through the pipe 102, and then discharged to the outside of the system.
- the concentrated water obtained in the first space 14 of each membrane module of the third-stage membrane module unit 100c passes through the pipe 98 to the first space 14 and the second space 16 of each membrane module of the fourth-stage membrane module unit 100d.
- the liquid is sent.
- the first space 14 is pressurized and the water contained in the first space 14 is permeated into the second space 16 via the semipermeable membrane 12 (concentration step). (4th stage)), diluted water is obtained in the second space 16 (dilution step (4th stage)).
- the concentrated water obtained in the first space 14 of each membrane module of the fourth-stage membrane module unit 100d is stored in the concentrated water tank 86 as needed through the pipe 104, and then discharged to the outside of the system.
- the diluted water obtained in the second space 16 of each membrane module of the fourth-stage membrane module unit 100d is stored in the diluted water tank as needed through the pipe 106, and then discharged to the outside of the system.
- the pump 18, the pipes 88, 90, 94, 98, etc. have water or concentration to be treated in the first space 14 and the second space 16 of each membrane module of each stage of the membrane module units 100a, 100b, 100c, 100d. It functions as a supply means for supplying water.
- the diluted water obtained in the second space 16 of each membrane module of the membrane module units 100a, 100b, 100c, and 100d of each stage may be discharged to the outside of the system, or may be sent to the diluted water tank as needed. After being stored in the system, it may be discharged to the outside of the system. At least a part of the diluted water may be returned to the water tank 84 to be treated and mixed with the water to be treated of the first stage membrane module unit 100a. Further treatment may be performed on at least a part of the diluted water.
- the treated water (concentrated water in the final stage) in which ions such as sulfate ions are concentrated from the treated water containing sulfate ion and at least one of sodium ion and ammonium ion, which is the treatment target.
- Diluted water (diluted water in each stage) is obtained, and the volume of the water to be treated is reduced.
- the concentrator 7 shown in FIG. 7 uses a semipermeable membrane module connected in a plurality of stages having a first space (concentration side) and a second space (permeation side) partitioned by a semipermeable membrane, and sulfuric acid is used.
- Water to be treated containing ions and at least one of sodium ion and ammonium ion is passed through the first space of the semipermeable membrane module of the first stage, and the first space is pressurized to remove the water contained in the water to be treated.
- Concentrated water is obtained by permeating the semipermeable membrane, and the concentrated water is further concentrated in the second space of the semipermeable membrane module of each stage while obtaining concentrated water using the semipermeable membrane modules of the next and subsequent stages.
- a semipermeable membrane treatment means for obtaining diluted water by passing at least a part of water or at least a part of diluted water obtained from another semipermeable membrane module for example, the first stage membrane module unit 100a, the second stage.
- a membrane module unit 100b, a third-stage membrane module unit 100c, and a fourth-stage membrane module unit 100d are provided.
- the first-stage membrane module unit 100a includes, for example, four membrane modules connected in parallel
- the second-stage membrane module unit 100b includes, for example, four membrane modules connected in parallel.
- the third-stage membrane module unit 100c includes, for example, two membrane modules connected in parallel
- the fourth-stage membrane module unit 100d includes, for example, two membrane modules connected in parallel.
- Each membrane module 10 has a first space 14 and a second space 16 partitioned by a semipermeable membrane 12.
- the concentrating device 7 may include a water tank 84 to be treated for storing water to be treated, and a concentrating water tank 86 for storing concentrated water from the fourth-stage membrane module unit 100d.
- the concentrating device 7 is a device that supplies water to be treated to the first space of the first-stage membrane module, and sequentially supplies the concentrated water to the first space of the next-stage membrane module to perform concentration processing.
- the outlet of the water tank 84 to be treated and the first space inlet of each membrane module of the first stage membrane module unit 100a are connected by a pipe 108 via a pump 18.
- the first space outlet of each membrane module of the first-stage membrane module unit 100a and the first space inlet of each membrane module of the second-stage membrane module unit 100b are connected by a pipe 110.
- the first space outlet of each membrane module of the second stage membrane module unit 100b and the first space inlet of each membrane module of the third stage membrane module unit 100c are connected by a pipe 112.
- the first space outlet of each membrane module of the third-stage membrane module unit 100c and the first space inlet of each membrane module of the fourth-stage membrane module unit 100d are connected by a pipe 114.
- the first space outlet of each membrane module of the fourth-stage membrane module unit 100d and the inlet of the concentrating water tank 86 are connected by a pipe 116.
- the pipe 118 branched from the pipe 116 is connected to the second space inlet of each membrane module of the fourth stage membrane module unit 100d.
- the second space outlet of each membrane module of the fourth stage membrane module unit 100d and the second space inlet of each membrane module of the third stage membrane module unit 100c are connected by a pipe 120.
- the second space outlet of each membrane module of the third-stage membrane module unit 100c and the second space inlet of each membrane module of the second-stage membrane module unit 100b are connected by a pipe 122.
- each membrane module of the second stage membrane module unit 100b and the second space inlet of each membrane module of the first stage membrane module unit 100a are connected by a pipe 124.
- a pipe 126 is connected to the second space outlet of each membrane module of the first-stage membrane module unit 100a.
- the concentrator 7 uses a multi-stage membrane module unit including a membrane module 10 having a first space 14 and a second space 16 partitioned by a semi-permeable membrane 12, and each membrane module of the first-stage membrane module unit is used.
- Water to be treated is supplied to the first space, and the concentrated water is sequentially passed through the first space of each membrane module of the next-stage membrane module unit in series to concentrate each membrane module of the final-stage membrane module unit. At least a part of the water is supplied to its own second space, and the obtained diluted water is passed in series to the second space 16 of each membrane module of the membrane module unit in the previous stage, and the first space 14 in each stage is passed.
- the water to be treated containing sulfate ion and at least one of sodium ion and ammonium ion is passed through the pipe 108 from the water tank 84 to be treated by the pump 18 to the first stage membrane module unit 100a.
- the liquid is sent to the first space 14 of each membrane module.
- the second space 16 of each film module of the fourth-stage film module unit 100d which will be described later
- the second space 16 of each film module of the third-stage film module unit 100c and each film module of the second-stage film module unit 100b.
- the diluted water sent through the second space 16 is sent to the second space 16 of each membrane module of the first stage membrane module unit 100a through the pipe 124.
- each membrane module of the first-stage membrane module unit 100a the first space 14 is pressurized and the water contained in the first space 14 is permeated into the second space 16 via the semipermeable membrane 12 (concentration step). (1st stage)), diluted water is obtained in the second space 16 (dilution step (1st stage)).
- the concentrated water obtained in the first space 14 of each membrane module of the first-stage membrane module unit 100a is sent to the first space 14 of each membrane module of the second-stage membrane module unit 100b through the pipe 110.
- the diluted water obtained in the second space 16 of each membrane module of the first-stage membrane module unit 100a is discharged to the outside of the system through the pipe 126.
- each membrane module of the second-stage membrane module unit 100b the second space 16 of each membrane module of the fourth-stage membrane module unit 100d, which will be described later, is passed through the second space 16 of each membrane module of the third-stage membrane module unit 100c.
- the diluted water that has been sent is sent to the second space 16 of each membrane module of the second-stage membrane module unit 100b through the pipe 122.
- the first space 14 is pressurized and the water contained in the first space 14 is permeated into the second space 16 via the semipermeable membrane 12 (concentration step (second stage)), and in the second space 16. Diluted water is obtained (dilution step (second stage)).
- the concentrated water obtained in the first space 14 of each membrane module of the second-stage membrane module unit 100b is sent to the first space 14 of each membrane module of the third-stage membrane module unit 100c through the pipe 112.
- the diluted water obtained in the second space 16 of each membrane module of the second-stage membrane module unit 100b is sent to the second space 16 of each membrane module of the first-stage membrane module unit 100a through the pipe 124.
- each membrane module of the third-stage membrane module unit 100c the diluted water sent through the second space 16 of each membrane module of the fourth-stage membrane module unit 100d, which will be described later, passes through the pipe 120 and the third-stage membrane.
- the liquid is sent to the second space 16 of each membrane module of the module unit 100c.
- the first space 14 is pressurized and the water contained in the first space 14 is permeated into the second space 16 via the semipermeable membrane 12 (concentration step (third stage)), and in the second space 16. Diluted water is obtained (dilution step (third stage)).
- the concentrated water obtained in the first space 14 of each membrane module of the third-stage membrane module unit 100c is sent to the first space 14 of each membrane module of the fourth-stage membrane module unit 100d through the pipe 114.
- the diluted water obtained in the second space 16 of each membrane module of the third-stage membrane module unit 100c is sent to the second space 16 of each membrane module of the second-stage membrane module unit 100b through the pipe 122.
- the concentrated water obtained in the first space 14 of each membrane module of the 4th stage membrane module unit 100d flows to the second space 16 through the pipes 116 and 118 as shown below.
- the liquid is sent.
- the first space 14 is pressurized and the water contained in the first space 14 is permeated into the second space 16 via the semipermeable membrane 12 (concentration step (fourth stage)), and in the second space 16.
- Diluted water is obtained (dilution step (4th step)).
- the concentrated water obtained in the first space 14 of each membrane module of the fourth-stage membrane module unit 100d is stored in the concentrated water tank 86 as needed through the pipe 116, and then discharged to the outside of the system, and is discharged from the pipe 116.
- the branched concentrated water is sent to the second space 16 of each membrane module of the fourth-stage membrane module unit 100d through the pipe 118.
- the diluted water obtained in the second space 16 of each membrane module of the fourth-stage membrane module unit 100d is sent to the second space 16 of each membrane module of the third-stage membrane module unit 100c through the pipe 120.
- the pump 18, the pipes 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124 and the like are the first space 14 of each membrane module of each stage of the membrane module units 100a, 100b, 100c, 100d. It functions as a supply means for supplying water to be treated, concentrated water, or diluted water to the second space 16.
- the diluted water obtained in the second space 16 of each membrane module of the membrane module unit 100a may be discharged to the outside of the system, or if necessary, liquid is sent to the diluted water tank and stored, and then to the outside of the system. It may be discharged. At least a part of the diluted water may be returned to the water tank 84 to be treated and mixed with the water to be treated of the first stage membrane module unit 100a. Further treatment may be performed on at least a part of the diluted water.
- the treated water (concentrated water in the final stage) in which ions such as sulfate ions are concentrated from the treated water containing sulfate ion and at least one of sodium ion and ammonium ion, which is the treatment target.
- Diluted water (diluted water in the final stage) is obtained, and the volume of the water to be treated is reduced.
- each membrane module of the first-stage membrane module unit 100a When water to be treated is supplied to each membrane module of the first-stage membrane module unit 100a, for example, a pressure of 7 MPa or less is applied, and the water to be treated is supplied to the subsequent membrane module unit of the first-stage membrane module unit 100a. This may be done by the pressure applied to each membrane module.
- the inlet pressure of the first space 14 in each film module is preferably in the range of 7 MPa or less
- the inlet pressure of the second space 16 is preferably smaller than the inlet pressure of the first space 14, and the second It is more preferable that the inlet pressure of the space 16 is 50% or less of the inlet pressure of the first space 14. This can reduce the risk of damage to the semipermeable membrane due to pressure.
- the flow rate on the first space 14 side in each membrane module 10 is larger than the flow rate on the second space 16 side. If the flow rate on the first space 14 side is equal to or less than the flow rate on the second space 16 side, the flow rate on the first space 14 side of the subsequent membrane module may be insufficient.
- the pump 18 or the like functions as a flow rate adjusting means for making the flow rate in the first space larger than the flow rate in the second space.
- the permeation flux of each membrane module 10 is preferably in the range of 0.005 m / d to 0.05 m / d, and preferably in the range of 0.015 m / d to 0.04 m / d. Is more preferable.
- the pump 18 or the like functions as a permeation flux adjusting means for controlling the permeation flux within the above range.
- the water to be treated to be passed through each membrane module of the first-stage membrane module unit 100a has a sulfate ion concentration of 20000 mg / L or more, and at least one of sodium ion and ammonium ion has a concentration of 10000 mg / L or more.
- the concentrated water discharged from the first space 14 side of each membrane module of the final stage membrane module unit preferably has a concentration of 25% by weight or more as ammonium sulfate or sodium sulfate, and has a concentration of 30% by weight or more. Is more preferable.
- a valve may be installed in at least one of the pipes, and the installation position and number of valves are not particularly limited. Further, a flow meter may be installed as a flow rate measuring means for measuring the flow rate, and a pressure gauge may be installed as a pressure measuring means for measuring the pressure in at least one of the pipes.
- FIGS. 6 and 7 are examples of the apparatus configuration, and the number of stages, the number of parallel membrane modules, the arrangement, the supply method of supply water, and the like may be appropriately changed.
- the number of stages of the membrane module may be determined according to the concentration of the target treated water and the like. For example, when it is desired to obtain a treatment water having a higher concentration from a water to be treated having a lower concentration, the number of stages of the membrane module unit may be increased.
- the number of membrane modules in each membrane module unit is the number of membrane modules to be treated. It may be decided according to the flow rate and the like.
- the membrane module of one or more stages may be provided with a concentrated water tank or a diluted water tank, or the membrane module of each stage may be provided with a concentrated water tank or a diluted water tank.
- Examples of the semi-permeable membrane 12 included in the membrane module include a semi-permeable membrane such as a reverse osmosis membrane (RO membrane), a forward osmosis membrane (FO membrane), and a nanofiltration membrane (NF membrane).
- the semipermeable membrane is preferably a reverse osmosis membrane, a forward osmosis membrane, or a nanofiltration membrane.
- the material constituting the semipermeable membrane 12 is not particularly limited, and examples thereof include a cellulosic resin such as a cellulose acetate resin, a polysulfone resin such as a polyethersulfone resin, and a polyamide resin.
- Examples of the shape of the semipermeable membrane 12 include a flat membrane, a hollow fiber membrane, a spiral membrane, and the like.
- a hollow fiber membrane is preferable because the surface area of the semipermeable membrane can be increased.
- the water to be treated may be water containing at least one of sulfate ion, sodium ion and ammonium ion, and is not particularly limited.
- wastewater discharged from a semiconductor factory wastewater discharged from a chemical factory, etc. Can be mentioned.
- the water treatment method according to the present embodiment includes the above concentration method, and for example, at least one of a reverse osmosis membrane treatment step, a coagulation sedimentation treatment step, an organic substance removal treatment step, and a pH adjustment step is preceded by the semipermeable membrane treatment step. It may include one pretreatment step.
- the water treatment method according to the present embodiment includes the above-mentioned concentration method, for example, in the latter stage of the semipermeable membrane treatment step, sulfate ions and ammonium ions are converted into ammonium sulfate crystals from the concentrated water obtained in the semipermeable membrane treatment step. It may include at least one post-treatment step of the recovery step of recovering sulfate ions and sodium ions as crystals of sodium sulfate from the concentrated water obtained in the semipermeable membrane treatment step.
- the water treatment apparatus includes the above-mentioned concentrator, for example, a reverse osmosis membrane treatment means, a coagulation sedimentation treatment means, an organic substance removal treatment means, and a pH adjusting means provided in front of the semipermeable membrane treatment means. It may be provided with at least one pretreatment means.
- the water treatment apparatus is a recovery means for recovering sulfate ions and ammonium ions as ammonium sulfate crystals from the concentrated water obtained by the semipermeable membrane treatment means, for example, after the semipermeable membrane treatment means.
- at least one post-treatment means may be provided among the recovery means for recovering sulfate ions and sodium ions as crystals of sodium sulfate from the concentrated water obtained by the semipermeable membrane treatment means.
- FIG. 8 An outline of an example of a water treatment device having the above concentrating device according to the embodiment of the present invention is shown in FIG. 8, and the configuration thereof will be described.
- the water treatment device 8 shown in FIG. 8 is, for example, a device for treating wastewater containing at least one of sulfate ion, sodium ion and ammonium ion discharged from a semiconductor factory or the like, and among the above-mentioned enrichment devices 1 to 7.
- a reverse osmosis membrane treatment means for obtaining RO concentrated water and RO permeable water by reverse osmosis membrane treatment of wastewater a reverse osmosis membrane treatment device 200, a storage tank 202 for storing RO concentrated water, and To prepare for.
- a recovery device 206 is provided as a recovery means for recovering sulfate ions and ammonium ions as crystals of ammonium sulfate from the concentrated water to be collected, or as recovery means for recovering sulfate ions and sodium ions as crystals of sodium sulfate.
- the RO concentrated water outlet and the storage tank 202 of the reverse osmosis membrane treatment device 200, the storage tank 202 and the concentrating devices 1 to 7, the diluted water outlet of the concentrating devices 1 to 7, the water recovery device 204, and the concentrating device 1 are each connected by a pipe or the like.
- wastewater containing sulfate ion, sodium ion, and ammonium ion discharged from a semiconductor factory or the like is subjected to reverse osmosis membrane treatment using a reverse osmosis membrane in the reverse osmosis membrane treatment apparatus 200 to concentrate RO.
- Water and RO permeated water can be obtained (reverse osmosis membrane treatment step).
- the RO concentrated water obtained by the reverse osmosis membrane treatment is stored in the storage tank 202 as needed, and then becomes the water to be treated by the concentrating devices 1 to 7 provided with the semipermeable membrane module.
- organic matter removal treatment means may be provided to remove organic matter
- a pH adjustment device may be provided to adjust the pH
- a solid-liquid separation device or particulate matter may be provided in the preceding stage of the concentrators 1 to 7.
- a filter or the like may be provided as the removing means.
- the concentration treatment is performed, and the treated water containing at least one of sulfate ion, sodium ion and ammonium ion, which is the treatment target, has ions such as sulfate ion.
- the treated water (concentrated water) and the diluted water are obtained, and the volume of the water to be treated is reduced.
- Diluted water discharged from the concentrators 1 to 7 may be recovered by installing a water recovery device 204 after the concentrators 1 to 7 (water recovery step).
- a recovery device 206 such as an evaporator is installed after the concentrators 1 to 7 to further concentrate the concentrated water and recover ammonium sulfate, sodium sulfate and the like. May be good (collection process).
- the recovered water (evaporated water) obtained by the recovery device may be returned to the front stage of the concentration devices 1 to 7, and evaporates to the front stage of the concentration devices 1 to 7 using a semipermeable membrane module capable of reducing the osmotic pressure difference. Returning the water is not a disadvantage.
- Examples of the organic substance removing treatment means include an oxidizing device by adding an oxidizing agent, in addition to the activated carbon treatment device.
- Examples of the activated carbon treatment apparatus include an activated carbon tower filled with activated carbon.
- the pH adjusting device is provided with, for example, a pH adjusting tank, and a pH adjusting agent is added to adjust the pH.
- a pH adjusting agent is added to adjust the pH.
- the pH adjuster include acids such as hydrochloric acid and sulfuric acid, and alkalis such as sodium hydroxide.
- the reverse osmosis membrane treatment device 200 performs reverse osmosis membrane treatment using a reverse osmosis membrane to obtain RO concentrated water and RO permeated water.
- Examples of the particulate matter removing means include a settling device by a precipitation method, a pressurized flotation device by a pressurized flotation method, and the like, in addition to the filter.
- Examples of the filter include a microfiltration membrane (MF membrane), an ultrafiltration membrane (UF membrane) and the like.
- the coagulation sedimentation treatment means may be provided in front of the concentrators 1 to 7.
- a suspending substance or the like is coagulated using a coagulant such as an inorganic coagulant or a polymer coagulant to form flocs, and solid-liquid separation is performed.
- the coagulation sedimentation treatment apparatus includes, for example, a coagulation tank, a floc forming tank, a settling tank and the like.
- the configuration of the concentrator is, for example, the configuration of the concentrators 1 to 7, and the configuration and method of the semipermeable membrane module may be determined according to the quality of the water to be treated and the purity of the recovered ammonium sulfate and the like.
- the water to be treated to be passed through the concentrators 1 to 7 has a sulfate ion concentration of 20000 mg / L or more, and at least one of sodium ion and ammonium ion has a concentration of 10000 mg / L or more.
- the water recovery means is to recover water from diluted water.
- Examples of the water recovery device 204 include a reverse osmosis membrane treatment device, an electrodialysis device, and the like.
- the recovery means is to recover sulfate ions and ammonium ions from concentrated water as ammonium sulfate crystals, or to recover sulfate ions and sodium ions from concentrated water as sodium sulfate crystals.
- Examples of the recovery device 206 include an evaporation device such as an evaporator, a membrane distillation device, a crystallization device, a solid-liquid separation device, and the like.
- the water treatment method and the water treatment apparatus it is possible to concentrate the water to be treated containing sulfate ion, sodium ion and at least one of ammonium ion at a high concentration discharged from a semiconductor factory or the like at low cost. , The amount of waste liquid with high ion concentration can be reduced.
- Example 1 The test solution prepared by adding ammonium sulfate to pure water was used as water to be treated, and the concentration treatment was performed using the concentration device 1 shown in FIG.
- the amount of ammonium sulfate added (% by weight) in the water to be treated is changed, the water to be treated is supplied to the inlets of the first space and the inlet of the second space of the membrane module, respectively, and the concentrated water and diluted water are returned to the water to be treated.
- the circulation operation was performed. At that time, the operation was performed so that the flow rate at the entrance of the second space was 30 L / h and the flow rate at the exit of the first space was 120 L / h.
- the ammonium sulfate concentrations of the water to be treated, the concentrated water, and the diluted water were measured using an ion chromatograph (manufactured by Thermo Fisher Scientific).
- a membrane module manufactured by Toyobo Co., Ltd .: a 5-inch membrane manufactured by Toyobo Co., Ltd. (working pressure range ⁇ 7 MPa) was used. The results are shown in Table 1.
- ⁇ Comparative Example 1> The test solution prepared by adding ammonium sulfate to pure water was used as water to be treated, and the concentration treatment was performed using the concentration device 1 shown in FIG. The amount of ammonium sulfate added to the water to be treated is changed, and the water to be treated is supplied to the inlet of the first space of the membrane module by a pump, and concentrated water and diluted water are used as the water to be treated without being supplied to the inlet of the second space. A circular operation was performed to return the product. At that time, the operation was performed so that the flow rate at the outlet of the first space was 120 L / h.
- the ammonium sulfate concentrations of the water to be treated, the concentrated water, and the diluted water were measured using an ion chromatograph.
- As the semipermeable membrane module a membrane module manufactured by Toyobo Co., Ltd .: a 5-inch membrane manufactured by Toyobo Co., Ltd. (working pressure range ⁇ 7 MPa) was used. The results are shown in Table 1.
- Comparative Example 1 the operating pressure increases as the concentration of ammonium sulfate in the treated water increases, and the treated water having a concentration of ammonium sulfate of 20% by weight or more operates within the working pressure range of the membrane.
- Example 1 even if the concentration of ammonium sulfate in the water to be treated was 27% by weight, the operation could be performed within the working pressure range of the membrane.
- Examples 2 and 3> The test solution prepared by adding ammonium sulfate to pure water was used as water to be treated, and the concentration treatment was performed using the concentration device 1 shown in FIG. A circulation operation was performed in which the water to be treated was supplied to the inlet of the first space and the inlet of the second space of the membrane module by a pump, and the concentrated water and the diluted water were returned to the water to be treated. At that time, the flow rate at the inlet of the second space was set to 30 L / h, and the flow rate at the outlet of the first space was set to 120 L / h, which is the minimum flow rate of the concentrated water of the semipermeable membrane module used.
- the ammonium sulfate concentrations of the water to be treated, the concentrated water, and the diluted water were measured using an ion chromatograph. The test was carried out at two concentrations of ammonium sulfate in the water to be treated.
- the results of Example 2 in which a 3 wt% ammonium sulfate solution was used as the treated water are shown in Table 2, and a 6 wt% ammonium sulfate solution was used as the treated water.
- the results of Example 3 are shown in Table 3.
- the permeated water flow rate required for calculating the permeated flux was obtained from the difference between the flow rate at the second space outlet and the flow rate at the second space inlet.
- a membrane module manufactured by Toyobo Co., Ltd . a 5-inch membrane manufactured by Toyobo Co., Ltd. (working pressure range ⁇ 7 MPa) was used.
- the permeation flux is preferably in the range of 0.005 to 0.05 m / d.
- the water to be treated containing sulfate ion and at least one of sodium ion and ammonium ion at a high concentration can be concentrated at low cost, and the amount of waste liquid having a high ion concentration can be reduced. I found that I could do it.
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Abstract
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、濃縮装置を提供する。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、被処理水を第一空間(14)に通水し、第一空間(14)を加圧して被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るとともに、第二空間(16)に、被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半透膜処理工程を含み、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、濃縮方法である。
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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以上である、濃縮方法である。
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以上である、濃縮方法である。
前記濃縮方法において、前記半透膜モジュールの透過流束を、0.005m/d~0.05m/dの範囲とすることが好ましい。
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。
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。
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。
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。
前記濃縮装置において、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をさらに備えることが好ましい。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
<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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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))。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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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))。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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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))。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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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))。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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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))。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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
<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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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ー等を設けてもよい。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
<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。
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。
<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。
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。
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。
<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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (12)
- 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以上であることを特徴とする濃縮方法。 - 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以上であることを特徴とする濃縮方法。 - 請求項1または2に記載の濃縮方法であって、
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1~3のいずれか1項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。 - 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。 - 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または6に記載の濃縮装置であって、
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をさらに備えることを特徴とする濃縮装置。 - 請求項5~7のいずれか1項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1~4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9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5~8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11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。
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