相關(guān)申請的交叉參考

本申請是中國專利申請第201480017179.x號(hào)的分案申請，第201480017179.x號(hào)的專利申請其申請日是2014年2月5日，發(fā)明名稱是“滲透分離系統(tǒng)和方法”。

本申請要求于2013年2月8日提交的美國臨時(shí)專利申請no.61/762,385、2013年10月4日提交的美國臨時(shí)專利申請no.61/887,076、2013年11月5日提交的美國臨時(shí)專利申請no.61/900,095和2013年11月15日提交的美國臨時(shí)專利申請no.61/904,882的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益；由此其全部內(nèi)容以引用的方式并入本文。

一個(gè)或多個(gè)方面大體涉及滲透分離。更具體地，一個(gè)或多個(gè)方面涉及利用滲透驅(qū)動(dòng)膜工藝(例如正向滲透)將溶質(zhì)從水溶液中分離出來。

背景技術(shù)：

正向滲透已被用于脫鹽。通常，正向滲透脫鹽工藝涉及具有被半透膜分隔開的兩個(gè)室的容器。一個(gè)室容納海水。另一個(gè)室容納濃縮溶液，由此在海水和濃縮溶液之間產(chǎn)生濃度梯度。該梯度吸引海水中的水穿過膜進(jìn)入到濃縮溶液中，所述膜選擇性地允許水通過而不允許鹽通過。逐漸地，進(jìn)入濃縮溶液中的水將該溶液稀釋。然后將溶質(zhì)從該稀釋的溶液中去除，以產(chǎn)生飲用水。

存在可能由供給到正向滲透工藝的原料液產(chǎn)生的各種問題。例如，原料液可能具有充分低的鹽度使得在膜的相反側(cè)的濃縮的驅(qū)動(dòng)液變得被該工藝高度稀釋，從而使驅(qū)動(dòng)液的回收/再生復(fù)雜化。原料液的調(diào)節(jié)可能也需要利用特定預(yù)處理工藝以使其可用于正向滲透工藝。例如，大多數(shù)預(yù)處理工藝通過需要利用額外的能量或化學(xué)物質(zhì)(例如，石灰軟化)或進(jìn)一步的步驟(例如，離子交換樹脂的再生)使得整個(gè)工藝更加昂貴。另外，可能存在在正向滲透處理之后濃縮的原料液的處置問題。例如，高濃度的鹽水提出了環(huán)保處置問題，例如，將濃縮的鹽水排放到水體中會(huì)對局部生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。雖然對于這些問題存在一些解決方案，但是它們往往很昂貴和/或向基本的正向滲透工藝增加過度的復(fù)雜性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的方面大體涉及滲透驅(qū)動(dòng)膜系統(tǒng)和方法，包括正向滲透分離(fo)、直接滲透濃縮(doc)、壓力輔助正向滲透(pafo)和壓力延緩滲透(pro)。

在一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種用于從第一溶液中滲透提取溶劑的系統(tǒng)(及其對應(yīng)的方法步驟)。所述系統(tǒng)包括多個(gè)正向滲透單元，每個(gè)正向滲透單元都具有：第一室，第一室具有與第一溶液的源流體連接的入口；第二室，第二室具有與濃縮的驅(qū)動(dòng)液的源流體連接的入口；和半透膜系統(tǒng)，所述半透膜系統(tǒng)將第一室與第二室隔開并構(gòu)造成使所述溶劑與第一溶液滲透分離，從而形成第一室中的第二溶液和第二室中的稀釋的驅(qū)動(dòng)液。所述系統(tǒng)也包括：分離系統(tǒng)，所述分離系統(tǒng)與所述多個(gè)正向滲透單元流體連通并構(gòu)造成將所述稀釋的驅(qū)動(dòng)液分離成濃縮的驅(qū)動(dòng)液和溶劑流，和沖洗系統(tǒng)，所述沖洗系統(tǒng)與所述多個(gè)正向滲透單元和所述分離系統(tǒng)流體連通。所述沖洗系統(tǒng)包括：沖洗液的源(例如，前述溶劑流)；流體傳遞裝置，所述流體傳遞裝置與所述沖洗液的源和所述多個(gè)正向滲透單元中的至少一個(gè)流體連通；閥門裝置，所述閥門裝置與所述沖洗液的源、所述流體傳遞裝置和至少一個(gè)正向滲透單元流體連通；和控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)與所述沖洗液的源、所述流體傳遞裝置或所述閥門裝置中的至少一個(gè)連通。所述控制系統(tǒng)構(gòu)造成使所述沖洗液的源與至少一個(gè)正向滲透單元經(jīng)由所述流體傳遞裝置和所述閥門裝置可操作地連接。

在上述方面的各個(gè)實(shí)施方案中，所述閥門裝置包括多個(gè)閥門和至少一個(gè)傳感器，其中所述至少一個(gè)傳感器構(gòu)造成基于所述系統(tǒng)的至少一種操作特性產(chǎn)生信號(hào)。所述控制系統(tǒng)包括構(gòu)造成根據(jù)至少一個(gè)預(yù)定方案或在由所述至少一個(gè)傳感器產(chǎn)生的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)觸發(fā)時(shí)控制所述沖洗系統(tǒng)的一組指令。所述控制系統(tǒng)可以啟動(dòng)所述多個(gè)閥門中的一個(gè)或多個(gè)以引導(dǎo)來自所述沖洗液的源的沖洗液的流經(jīng)所述至少一個(gè)正向滲透單元的第二室。在一些實(shí)施方案中，所述控制系統(tǒng)將所述沖洗液引導(dǎo)到串聯(lián)的多個(gè)正向滲透單元中的每個(gè)。

在另一方面，本發(fā)明涉及另一種用于從第一溶液中滲透提取溶劑的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)包括正向滲透單元，所述正向滲透單元具有：第一室，第一室具有與第一溶液的源流體連接的入口；第二室，第二室具有與濃縮的驅(qū)動(dòng)液的源流體連接的入口；和半透膜系統(tǒng)，所述半透膜系統(tǒng)將第一室與第二室隔開并構(gòu)造成使所述溶劑與第一溶液滲透分離，從而形成第一室中的第二溶液和第二室中的稀釋的驅(qū)動(dòng)液。所述系統(tǒng)也包括分離系統(tǒng)，所述分離系統(tǒng)與所述正向滲透單元流體連通并構(gòu)造成將所述稀釋的驅(qū)動(dòng)液分離成濃縮的驅(qū)動(dòng)液和溶劑流。所述分離系統(tǒng)包括全部與所述正向滲透單元流體連通的過濾單元、反向滲透單元和旁通線路。所述過濾單元包括：第一室，第一室具有與所述正向滲透單元的第二室流體連接的入口，用于接收所述稀釋的驅(qū)動(dòng)液的至少第一部分；第二室，第二室具有與所述反向滲透單元流體連接的出口，用于將較少稀釋的驅(qū)動(dòng)液轉(zhuǎn)移到其中；和過濾膜，所述過濾膜將第一室與第二室隔開并構(gòu)造成從所述稀釋的驅(qū)動(dòng)液部分地去除溶質(zhì)，從而通過使剩余的稀釋的驅(qū)動(dòng)液從其通過來形成第二室中的較少稀釋的驅(qū)動(dòng)液。去除的溶質(zhì)經(jīng)由所述過濾單元的第一室的出口返回到所述正向滲透單元的第一室。所述反向滲透單元包括：第一室，第一室具有用于接收所述稀釋的驅(qū)動(dòng)液的至少第二部分的與所述正向滲透單元的第二室流體連接的入口和用于將所述濃縮的驅(qū)動(dòng)液引入到其中的與所述正向滲透單元的第二室流體連接的出口；半透膜，所述半透膜與第一室連接；和第二室，第二室與所述半透膜連接并構(gòu)造成接收穿過所述膜的溶劑，從而將所述濃縮的驅(qū)動(dòng)液留在第一室中而傳遞到所述正向滲透單元。所述旁通線路構(gòu)造成將所述稀釋的驅(qū)動(dòng)液的第一部分和第二部分選擇性地引導(dǎo)到所述過濾單元和所述反向滲透單元。通常，所述旁通線路包括任意必需的閥門、傳感器和控制器等以用于調(diào)節(jié)(并且在一些實(shí)施方案中也監(jiān)測)引導(dǎo)到任一單元的稀釋的驅(qū)動(dòng)液的一部分。取決于所述系統(tǒng)或方法的特定應(yīng)用(例如，原料/驅(qū)動(dòng)液化學(xué)組成、操作參數(shù)和環(huán)境條件)，所述稀釋的驅(qū)動(dòng)液的0-100％都可以被引導(dǎo)到所述過濾單元或所述反向滲透單元。

在上述方面的各個(gè)實(shí)施方案中，所述正向滲透單元包括多個(gè)正向滲透單元，其中每個(gè)正向滲透單元都包括：第一室，第一室具有與第一溶液的源流體連接的入口；第二室，第二室具有與濃縮的驅(qū)動(dòng)液的源流體連接的入口；和半透膜系統(tǒng)，所述半透膜系統(tǒng)將第一室與第二室隔開并構(gòu)造成使所述溶劑與第一溶液滲透分離，從而形成第一室中的第二溶液和第二室中的稀釋的驅(qū)動(dòng)液。另外，所述稀釋的驅(qū)動(dòng)液的一部分可以在壓力下被輸送到所述過濾單元和/或所述反向滲透單元(例如，經(jīng)由泵或其他壓力交換裝置)。在一些實(shí)施方案中，所述分離系統(tǒng)還包括用于將添加劑引入所述稀釋的驅(qū)動(dòng)液的第一部分或第二部分中的至少一個(gè)的裝置。用于引入添加劑的裝置可以包括閥門和端口裝置以將所述添加劑直接引入流體輸送管線或其中一個(gè)單元中。另外，所述裝置可以包括儲(chǔ)存和/或混合槽以及計(jì)量裝置等以用于將所述添加劑儲(chǔ)存和/或輸送到所述系統(tǒng)中。在所述系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述分離系統(tǒng)可以包括熱回收單元，所述熱回收單元與所述反向滲透單元的第一室的出口流體連通的以用于接收將要更濃縮的濃縮的驅(qū)動(dòng)液并與所述正向滲透單元的第二室流體連通以用于將更濃縮的驅(qū)動(dòng)液引入其中。

在另一方面，本發(fā)明涉及一種用于從第一溶液中滲透提取溶劑的系統(tǒng)和方法。一個(gè)這種系統(tǒng)包括正向滲透單元、反向滲透單元和分離系統(tǒng)。所述正向滲透單元包括：第一室，第一室具有與第一溶液的源流體連接的入口；第二室，第二室具有與濃縮的驅(qū)動(dòng)液的源流體連接的入口；和半透膜系統(tǒng)，所述半透膜系統(tǒng)將第一室與第二室隔開。所述半透膜構(gòu)造成使所述溶劑與第一溶液滲透分離，從而形成第一室中(或在所述膜的一側(cè))的第二溶液和第二室中(或在所述膜的相反側(cè))的稀釋的驅(qū)動(dòng)液。所述反向滲透單元與所述正向滲透單元的第二室的出口流體連接并包括：第一室，第一室與所述正向滲透單元的第二室流體連通并構(gòu)造成在壓力下接收所述稀釋的驅(qū)動(dòng)液；半透膜，所述半透膜與第一室連接，和第二室，第二室與所述半透膜連接并構(gòu)造成接收穿過所述膜的溶劑，將較少稀釋的驅(qū)動(dòng)液留在所述反向滲透單元的第一室中。所述分離系統(tǒng)與所述正向滲透單元和所述反向滲透單元流體連通并構(gòu)造成將稀釋或較少稀釋的驅(qū)動(dòng)液分離成濃縮的驅(qū)動(dòng)液和溶劑流。所述分離系統(tǒng)包括：入口，所述入口與所述反向滲透單元的第一室的出口流體連接，用于從其接收所述較少稀釋的驅(qū)動(dòng)液；和出口，所述出口與所述正向滲透單元的第二室流體連接，用于將所述濃縮的驅(qū)動(dòng)液引入所述正向滲透單元中。

在上述方面的各個(gè)實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)包括設(shè)置在所述正向滲透單元的第二室和所述反向滲透單元的第一室之間并與它們流體連通的壓力交換器。所述壓力交換器構(gòu)造成提高引入所述反向滲透單元的第一室中的稀釋的驅(qū)動(dòng)液的壓力。所述系統(tǒng)也可以包括與所述反向滲透單元的第一室和所述正向滲透單元的第二室流體連通的旁路系統(tǒng)，用于將所述較少稀釋的驅(qū)動(dòng)液引導(dǎo)回到所述正向滲透單元。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)包括端口系統(tǒng)(例如，入口或出口和必要的閥門)以用于將引入物質(zhì)引入所述稀釋的驅(qū)動(dòng)液或其他相關(guān)聯(lián)的流(或?qū)⑽镔|(zhì)從所述稀釋的驅(qū)動(dòng)液或其他相關(guān)聯(lián)的流去除)。所述系統(tǒng)也可以包括與所述正向滲透單元、所述反向滲透單元或所述分離系統(tǒng)中的至少一個(gè)流體連通的至少一個(gè)處理系統(tǒng)。所述至少一個(gè)處理系統(tǒng)可以構(gòu)造成去除添加到所述稀釋的驅(qū)動(dòng)液中的物質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述端口系統(tǒng)與所述反向滲透單元的第一室流體連通。

在另外的實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)包括用于改變(例如，降低)所述稀釋的驅(qū)動(dòng)液的滲透壓的方式。用于改變所述稀釋的驅(qū)動(dòng)液的滲透壓的方式可以包括化學(xué)品添加、化學(xué)品扣除、氧化還原、反應(yīng)性萃取、過濾、沉淀或暴露于能量信號(hào)(例如，電磁信號(hào)(光解作用)、電信號(hào)(電解作用)或熱信號(hào)(熱解作用))中的至少一種。另外，所述系統(tǒng)也可以包括與所述正向滲透單元、所述反向滲透單元或所述分離系統(tǒng)中的至少一個(gè)流體連通的至少一個(gè)處理系統(tǒng)，用于反轉(zhuǎn)所述稀釋的驅(qū)動(dòng)液的滲透壓改變。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，用于改變所述稀釋的驅(qū)動(dòng)液的滲透壓的方式與所述反向滲透單元的第一室流體連通。

在另一方面，本發(fā)明涉及另一種用于從溶液中提取溶劑的系統(tǒng)和方法。這種系統(tǒng)的一個(gè)例子包括：第一正向滲透單元、第二正向滲透單元和分離系統(tǒng)。第一正向滲透單元包括：第一室，第一室具有與第一溶液的源流體連接的入口；第二室，第二室具有與濃縮的第一驅(qū)動(dòng)液的源流體連接的入口；和半透膜系統(tǒng)，所述半透膜系統(tǒng)將第一室與第二室隔開。所述半透膜構(gòu)造成使所述溶劑與第一溶液滲透分離，從而形成第一室中(或在所述膜的第一側(cè))的第二溶液和第二室中(或在所述膜的相反側(cè))的稀釋的第一驅(qū)動(dòng)液。第二正向滲透單元與第一正向滲透單元流體連通并包括：第一室，第一室具有與第一正向滲透單元的第二室的出口流體連接的入口并構(gòu)造成從第一正向滲透單元接收所述稀釋的第一驅(qū)動(dòng)液；第二室，第二室具有與濃縮的第二驅(qū)動(dòng)液的源流體連接的入口；和半透膜系統(tǒng)，所述半透膜系統(tǒng)將第一室與第二室隔開。所述半透膜系統(tǒng)構(gòu)造成使所述溶劑與所述稀釋的第一驅(qū)動(dòng)液滲透分離，從而形成第一室中(或在所述膜的第一側(cè))的濃縮的第一驅(qū)動(dòng)液和第二室中(或在所述膜的相反側(cè))的稀釋的第二驅(qū)動(dòng)液。所述分離系統(tǒng)與第二正向滲透單元流體連通并構(gòu)造成將所述稀釋的第二驅(qū)動(dòng)液分離成濃縮的第二驅(qū)動(dòng)液和溶劑流。所述分離系統(tǒng)包括：入口，所述入口與第二正向滲透單元的第二室的出口流體連接，用于從其接收稀釋的第二驅(qū)動(dòng)液；和出口，所述出口與所述正向滲透單元的第二室流體連接，用于將濃縮的第二驅(qū)動(dòng)液引入第二正向滲透單元中。

在上述方面的各個(gè)實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)包括與第一正向滲透單元的第二室和第二正向滲透單元的第一室流體連通的汽提塔。所述汽提塔構(gòu)造成使第一驅(qū)動(dòng)液進(jìn)一步濃縮和/或從第二驅(qū)動(dòng)液去除可能反向穿過第二正向滲透單元的膜的驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，第一或第二正向滲透單元中的至少一個(gè)被浸沒。另外，所述系統(tǒng)可以包括反向滲透單元，所述反向滲透單元與第一正向滲透單元的第二室和第二正向滲透單元的第一室流體連通。所述反向滲透單元可以構(gòu)造成從所述稀釋的第一驅(qū)動(dòng)液去除溶劑。另外，該系統(tǒng)和本文描述的所有系統(tǒng)都可以包括所公開的用于改變驅(qū)動(dòng)液的滲透壓的方式以提高各個(gè)系統(tǒng)的操作。

在另一方面，本發(fā)明涉及另一種用于從溶液中提取溶劑的系統(tǒng)和方法。在這種系統(tǒng)的一個(gè)例子中，所述系統(tǒng)包括反向滲透單元、第一正向滲透單元、第二正向滲透單元和分離系統(tǒng)。所述反向滲透單元包括：第一室，第一室與第一溶液的源流體連通；半透膜，所述半透膜與第一室連接；和第二室，第二室與所述半透膜連接并構(gòu)造成接收穿過所述膜的所述溶劑的第一部分，從而將濃縮的第一溶液留在所述反向滲透單元的第一室中。第一正向滲透單元與所述反向滲透單元流體連接并包括：第一室，第一室具有與所述反向滲透單元的第一室流體連通的入口并構(gòu)造成接收所述濃縮的第一溶液；第二室，第二室具有與濃縮的驅(qū)動(dòng)液的源流體連接的入口；和半透膜系統(tǒng)，所述半透膜系統(tǒng)將第一室與第二室隔開。所述半透膜系統(tǒng)構(gòu)造成使所述溶劑的第二部分與所述濃縮的第一溶液滲透分離，從而形成第一室中(或在所述膜的一側(cè))的更濃縮的第一溶液和第二室中(或在所述膜的另一側(cè))的稀釋的驅(qū)動(dòng)液。第二正向滲透單元與第一正向滲透單元流體連通并包括：第一室，第一室具有與第一正向滲透單元的第一室的出口流體連接的入口并構(gòu)造成接收來自第一正向滲透單元的更濃縮的第一溶液；第二室，第二室具有與原料液的源流體連接的入口；和半透膜系統(tǒng)，所述半透膜系統(tǒng)將第一室與第二室隔開。所述半透膜系統(tǒng)構(gòu)造成使溶劑與所述原料液滲透分離，從而使第一室中(在所述膜的一側(cè))的濃縮的第一溶液稀釋并使第二室中(在所述膜的另一側(cè))的原料液濃縮。在各個(gè)實(shí)施方案中，所述更濃縮的第一溶液在壓力下被引導(dǎo)到第二正向滲透單元(例如，經(jīng)由泵)。所述分離系統(tǒng)與第一正向滲透單元流體連通并構(gòu)造成將所述稀釋的驅(qū)動(dòng)液分離成濃縮的驅(qū)動(dòng)液和溶劑流。所述分離系統(tǒng)包括：入口，所述入口與第一正向滲透單元的第二室的出口流體連接，用于從其接收所述稀釋的驅(qū)動(dòng)液，和出口，所述出口與第一正向滲透單元的第二室流體連接，用于將濃縮的驅(qū)動(dòng)液引入第一正向滲透單元中。

在上述方面的各個(gè)實(shí)施方案中，第二正向滲透單元是pro單元并且所述系統(tǒng)包括與第二正向滲透單元的第一室流體連通并構(gòu)造成接收加壓的稀釋的第一溶液的渦輪機(jī)。所述系統(tǒng)也可以包括與所述反向滲透單元和第二正向滲透單元流體連通并構(gòu)造成使所述稀釋的第一溶液從第二正向滲透單元的第一室的出口返回到所述反向滲透單元的第一室的入口的閥門裝置(例如，旁路系統(tǒng))。在各個(gè)實(shí)施方案中，所述原料液包括廢水流出物流。另外，所述系統(tǒng)可以包括與所述反向滲透單元流體連通以從所述反向滲透單元收回能量的能量回收裝置。

在另一方面，本發(fā)明涉及另一種用于從溶液中提取溶劑的系統(tǒng)和方法。一個(gè)這種系統(tǒng)包括選擇性膜單元、正向滲透單元、分離系統(tǒng)和至少一個(gè)閥門裝置。所述選擇性膜單元用于調(diào)節(jié)第一溶液并包括：第一室，第一室具有與第一溶液的源流體連接的入口；第二室，第二室具有與第二溶液的源流體連接的入口；和選擇性膜，所述選擇性膜將第一室與第二室隔開。所述選擇性膜構(gòu)造成選擇性地允許至少第一溶液內(nèi)的特定離子從第一溶液通過到第二溶液，從而調(diào)節(jié)第一溶液(例如，軟化所述溶液)。所述正向滲透單元與所述選擇性膜單元流體連通并包括：第一室，第一室具有與第一溶液的源或所述選擇性膜單元的第一室的出口中的至少一個(gè)流體連接的入口，用于接收經(jīng)過調(diào)節(jié)的第一溶液；第二室，第二室具有與濃縮的驅(qū)動(dòng)液的源流體連接的入口；和半透膜系統(tǒng)，所述半透膜系統(tǒng)將第一室與第二室隔開。所述半透膜系統(tǒng)構(gòu)造成使所述溶劑與第一溶液滲透分離，從而形成第一室中的第二溶液的源和第二室中的稀釋的驅(qū)動(dòng)液。所述分離系統(tǒng)與所述正向滲透單元流體連通并構(gòu)造成將所述稀釋的驅(qū)動(dòng)液分離成濃縮的驅(qū)動(dòng)液和溶劑流。所述分離系統(tǒng)包括：入口，所述入口與所述正向滲透單元的第二室的出口流體連接，用于從其接收所述稀釋的驅(qū)動(dòng)液；和出口，所述出口與所述正向滲透單元的第二室流體連接，用于將所述濃縮的驅(qū)動(dòng)液引入所述正向滲透單元中。所述閥門裝置與所述正向滲透單元的第一室、所述選擇性膜單元的第二室和第二溶液的可替代源流體連通。所述閥門裝置可以構(gòu)造成將第二溶液從所述正向滲透單元的第一室或所述可替代源引導(dǎo)到所述選擇性膜單元的第二室。

在上述方面的各個(gè)實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)包括與第一溶液的源、所述選擇性膜單元和所述正向滲透單元流體連通的第二閥門裝置。第二閥門裝置構(gòu)造成將第一溶液引導(dǎo)到所述選擇性膜單元或所述正向滲透單元或者將經(jīng)過調(diào)節(jié)的第一溶液引導(dǎo)到所述正向滲透單元。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，各種閥門裝置可以包括端口(例如，入口)和必要的閥門以用于將溶液引入所述選擇性膜單元和/或所述正向滲透單元中，例如，以起動(dòng)任一個(gè)或兩個(gè)單元。另外或可選擇地，所述端口可以是用于去除任一單元中的溶液的出口。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)包括與所述選擇性膜單元、所述正向滲透單元或所述分離系統(tǒng)中的至少一個(gè)流體連通的至少一個(gè)處理系統(tǒng)。所述選擇性膜可以是陽離子選擇性膜或任意其他類型的膜以適合特定的應(yīng)用。

在上述方面的各個(gè)實(shí)施方案中，所述濃縮的驅(qū)動(dòng)液包括至少1：1的所需摩爾比的氨和二氧化碳。然而，其他驅(qū)動(dòng)液被預(yù)期并認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)，例如，包括nacl溶液或2013年11月13日提交的pct專利申請no.pct/us13/69895(‘895申請)(由此其全部公開內(nèi)容以引用的方式并入本文)中公開的各種可替代的驅(qū)動(dòng)液中的任意一種。另外，用于分離和回收驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)和溶劑的其他系統(tǒng)和方法(例如，‘895申請中所公開的那些系統(tǒng)和方法)被預(yù)期并認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，各種預(yù)處理和后處理系統(tǒng)可以結(jié)合在本發(fā)明的上述方面中。所述預(yù)處理系統(tǒng)可以包括用于使第一溶液預(yù)熱的熱源、用于調(diào)節(jié)第一溶液的ph值的裝置、用于消毒(例如，化學(xué)或uv)、分離和凈化的裝置、過濾器或用于使第一溶液過濾的其他裝置(例如，碳過濾或砂過濾或反向滲透)、用于聚合物添加的裝置、離子交換器或用于使第一溶液軟化(例如，石灰軟化)的裝置中的至少一個(gè)。所述后處理系統(tǒng)可以包括反向滲透系統(tǒng)、離子交換系統(tǒng)、第二正向滲透系統(tǒng)、蒸餾系統(tǒng)、滲透蒸發(fā)器、機(jī)械蒸汽再壓縮系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)或過濾系統(tǒng)中的至少一個(gè)。在另外的實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)也可以包括包含構(gòu)造成便于將驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)重新引入第二室以維持驅(qū)動(dòng)液的所需摩爾比的吸收器的再循環(huán)系統(tǒng)。

下文詳細(xì)討論這些示例性方面和實(shí)施方案的其他方面、實(shí)施方案和優(yōu)點(diǎn)。此外，應(yīng)理解上述信息和以下詳細(xì)描述都僅為各個(gè)方面和實(shí)施方案的示例說明性實(shí)例，并且預(yù)期提供用于理解要求保護(hù)的方面和實(shí)施方案的性質(zhì)和特征的概述或框架。因此，通過參照如下描述和附圖，本文公開的本發(fā)明的這些和其他目的以及優(yōu)點(diǎn)和特征將變得明顯。此外，應(yīng)了解本文描述的各個(gè)實(shí)施方案的特征并非互相排斥，并且可以以各種組合和排列存在。

附圖說明

在附圖中，類似的附圖標(biāo)記通常在不同的視圖中指相同的部分。另外，附圖不一定是成比例的，相反，通常強(qiáng)調(diào)示例說明本發(fā)明的原理，而不旨在作為本發(fā)明的限制的定義。為了清楚的目的，在每個(gè)附圖中可能并未標(biāo)記每一個(gè)部件。在以下描述中，本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方案參照如下附圖進(jìn)行描述，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的用于滲透提取溶劑的系統(tǒng)的示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的圖1的系統(tǒng)的一種應(yīng)用的示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的包括正向滲透單元和反向滲透單元的另一種滲透系統(tǒng)的示意圖；

圖3a是圖3的系統(tǒng)的另一種實(shí)施方案的示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的包括兩個(gè)正向滲透單元的另一種滲透系統(tǒng)的示意圖；

圖4a是圖4的系統(tǒng)的另一種實(shí)施方案的示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的包括反向滲透單元、正向滲透單元和壓力延緩滲透單元的另一種滲透系統(tǒng)的示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的包括正向滲透單元和選擇性膜單元的另一種滲透系統(tǒng)的示意圖；

圖6a是圖6的選擇性膜單元的詳細(xì)示意圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的包括滲透反沖洗系統(tǒng)的另一種滲透系統(tǒng)的示意圖；

圖8a和圖8b是通過利用根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案操作的圖7的另一種滲透系統(tǒng)而可能存在的額外的溶劑回收的曲線圖；和

圖9是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的另一種滲透系統(tǒng)的示意圖。

具體實(shí)施方式

根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案，用于從水溶液提取水的滲透方法通?？梢园ㄊ顾芤航佑|正向滲透膜的第一表面?？墒瓜鄬τ谒芤壕哂性黾拥臐舛鹊牡诙芤夯蝌?qū)動(dòng)液接觸正向滲透膜的相對第二表面。然后，水可以被驅(qū)動(dòng)從水溶液穿過正向滲透膜并進(jìn)入第二溶液，從而經(jīng)由正向滲透產(chǎn)生富含水的溶液，正向滲透利用涉及從濃度較低的溶液向濃度較高的溶液移動(dòng)的流體傳遞性質(zhì)。富含水的溶液(也稱為稀釋的驅(qū)動(dòng)液)可在第一出口收集并經(jīng)歷進(jìn)一步的分離過程以產(chǎn)生純化的水。可以在第二出口收集第二產(chǎn)物流，即，貧化或濃縮的工藝水溶液，以便排出或進(jìn)一步處理?？蛇x擇地，本文所述的各種系統(tǒng)和方法以非水溶液實(shí)施。

根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案，正向滲透膜模塊可以包括一個(gè)或多個(gè)正向滲透膜。正向滲透膜通?？梢允前胪感缘模?，允許水通過，但是擋住其中溶解的溶質(zhì)(例如氯化鈉、碳酸銨、碳酸氫銨和氨基甲酸銨)。許多類型的半透膜適用于此用途，條件是它們能夠允許水(即，溶劑)通過并阻擋溶質(zhì)通過且不與溶液中的溶質(zhì)反應(yīng)。

根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案，至少一個(gè)正向滲透膜可以位于殼體或外殼內(nèi)。該殼體的尺寸和形狀通常可以容納位于其中的膜。例如，如果容納螺旋盤繞的正向滲透膜，那么該殼體可以為基本上圓柱形。該模塊的殼體可以包含向該模塊提供原料液和驅(qū)動(dòng)液的入口以及用于從該模塊抽取產(chǎn)物流的出口。在一些實(shí)施方案中，殼體可以提供至少一個(gè)用于保持或儲(chǔ)存待引入該模塊中或待從該模塊中抽取的流體的儲(chǔ)器或室。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，殼體可以是絕熱的。

根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案，正向滲透膜模塊通常可以被構(gòu)建和設(shè)置為使第一溶液和第二溶液分別與半透膜的第一側(cè)和第二側(cè)接觸。盡管第一溶液和第二溶液可以保持不流動(dòng)，但是優(yōu)選第一溶液和第二溶液都通過橫向流(即，與半透膜的表面平行的流)引入。這通?？梢蕴岣哐刂粋€(gè)或多個(gè)流體流路的膜表面積接觸，由此提高正向滲透工藝的效率。在一些實(shí)施方案中，第一溶液和第二溶液可以沿著相同的方向流動(dòng)。在另一些實(shí)施方案中，第一溶液和第二溶液可以沿著相反的方向流動(dòng)。在至少一些實(shí)施方案中，在膜表面的兩側(cè)可能都存在類似的流體動(dòng)力學(xué)。這可以通過在模塊或殼體中戰(zhàn)略性集成一個(gè)或多個(gè)正向滲透膜來實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案，可以回收驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)供再利用。分離系統(tǒng)可以從稀釋的驅(qū)動(dòng)液中氣提溶質(zhì)以生產(chǎn)基本上不含該溶質(zhì)的產(chǎn)物水。在一些實(shí)施方案中，分離系統(tǒng)可以包括蒸餾塔或其他熱或機(jī)械回收機(jī)構(gòu)。然后可以將驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)例如通過再循環(huán)系統(tǒng)送回濃縮的驅(qū)動(dòng)液中。可以凝結(jié)或吸收氣態(tài)溶質(zhì)以形成濃縮的驅(qū)動(dòng)液。吸收器可以將稀釋的驅(qū)動(dòng)液用作吸收劑。在其他實(shí)施方案中，可以將產(chǎn)物水用作吸收劑，用于全部或部分吸收來自溶質(zhì)再循環(huán)系統(tǒng)的氣流。

圖1示出了包括一個(gè)或多個(gè)預(yù)處理和/或后處理單元操作14，16的利用正向滲透系統(tǒng)/工藝12的用于滲透提取溶劑的系統(tǒng)10的示意圖。可以利用各種正向滲透系統(tǒng)和工藝，例如在本文中所說明的以及在美國專利no.6,391,205和8,002,989、美國專利公開no.2011/0203994、2012/0273417、2012/0267306和2012/0267307中進(jìn)一步說明的那些正向滲透系統(tǒng)和工藝；由此其全部公開內(nèi)容以引用的方式并入本文。

根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案，系統(tǒng)10可以包括一個(gè)或多個(gè)預(yù)處理操作14以提高正向滲透工藝12。預(yù)處理操作可以包括用于使第一溶液預(yù)熱的熱源、用于調(diào)節(jié)第一溶液的ph值的裝置、用于消毒(例如，化學(xué)品或uv)、分離和凈化的裝置、過濾器或用于使第一溶液過濾的其他裝置(例如，碳過濾或砂過濾、納米過濾或反向滲透)、熱交換器、用于聚合物添加的裝置、使用阻垢劑、離子交換器或用于使第一溶液軟化(例如，石灰軟化)的裝置中的至少一個(gè)。

根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案，系統(tǒng)10可以包括一個(gè)或多個(gè)后處理操作16。后處理系統(tǒng)/操作可以包括反向滲透系統(tǒng)、離子交換系統(tǒng)、額外的正向滲透工藝、蒸餾系統(tǒng)、滲透蒸發(fā)器、機(jī)械蒸汽再壓縮系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)或過濾系統(tǒng)中的至少一個(gè)。后處理可以將產(chǎn)物水鹽度降低到由單級(jí)正向滲透系統(tǒng)生產(chǎn)的產(chǎn)物水鹽度以下。在其他實(shí)施方案中，后處理可以可選擇地或另外用來去除原本存在于產(chǎn)物流中的驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)。在一些特定的非限制性實(shí)施方案中，正向滲透鹽水排出可以利用離子交換、蒸餾、滲透蒸發(fā)、膜蒸餾、通氣、生物處理或其他處理進(jìn)行后處理以去除反向擴(kuò)散到鹽水中的驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)。例如，額外的后處理操作可以包括利用結(jié)晶和蒸發(fā)的零液體排放(zld)處理。在一個(gè)實(shí)施方案中，例如，zld處理使用正向滲透系統(tǒng)代替蒸發(fā)系統(tǒng)。在另外的實(shí)施方案中，該系統(tǒng)也可以包括再循環(huán)系統(tǒng)，該再循環(huán)系統(tǒng)包括構(gòu)造成便于將驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)重新引入到第二室中以維持所需的驅(qū)動(dòng)液的摩爾比的吸收器。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的用于滲透提取溶劑的系統(tǒng)10的一種可能的應(yīng)用。如參照圖1所述的，系統(tǒng)10包括正向滲透系統(tǒng)12以及一個(gè)或多個(gè)預(yù)處理單元和后處理單元14，16。系統(tǒng)10可以包括預(yù)處理單元和/或后處理單元14，16連同僅包括預(yù)處理或后處理的一個(gè)或多個(gè)正向滲透系統(tǒng)12的任意組合。本文所述的各種系統(tǒng)/單元可以通過常規(guī)的管道技術(shù)互相連接并且可以包括諸如任意數(shù)量的泵、閥門、傳感器和計(jì)量儀等部件及其組合以監(jiān)測和控制本文所述的各種系統(tǒng)和工藝的操作。各種部件可以連同如下文所述的控制器一起使用。

在圖2所示的應(yīng)用中，系統(tǒng)10用來處理來自內(nèi)陸源18的半咸水；然而，其他原料源也被預(yù)期并且認(rèn)為是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。如圖所示，例如，原料流20被引導(dǎo)到其中原料流被加熱的預(yù)處理單元14。一旦對原料流進(jìn)行了預(yù)處理，那么處理過的流22于是就被引導(dǎo)到其中提供如上所述的第一溶液的正向滲透系統(tǒng)12。任選地，處理過的流22在進(jìn)入正向滲透系統(tǒng)12中之前可以被引導(dǎo)到額外的預(yù)處理單元以進(jìn)一步處理(例如，ph值調(diào)節(jié))。在一些實(shí)施方案中，預(yù)處理單元14可以包括反向滲透模塊以在將原料流20引入fo模塊中之前使其濃縮。如下所述，這種配置對于其中初始原料具有低鹽度的情況可能特別有用。驅(qū)動(dòng)液經(jīng)由流24提供到正向滲透系統(tǒng)12以提供如本文所述的促進(jìn)溶劑穿過膜傳輸所必需的滲透壓梯度。

至少兩個(gè)流離開正向滲透系統(tǒng)12：已從中提取出溶劑的濃縮的原料或處理過的流26；和已添加溶劑的稀釋的驅(qū)動(dòng)流28。然后，濃縮的流26可以被引導(dǎo)到后處理單元16以進(jìn)一步處理，例如被引導(dǎo)到第二正向滲透系統(tǒng)以回收額外的溶劑?？梢岳美缃Y(jié)晶和蒸發(fā)等額外的后處理工藝以進(jìn)一步提供零液體排放。完全處理的或濃縮的原料取決于濃縮物的性質(zhì)可以被丟棄、回收利用或收回(箭頭38)。

稀釋的驅(qū)動(dòng)流28可以被引導(dǎo)到分離系統(tǒng)30，在那里可以回收溶劑和/或驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)。任選地，稀釋的驅(qū)動(dòng)流28也可以根據(jù)需要被引導(dǎo)到后處理單元以額外處理(流28a)，例如，稀釋的驅(qū)動(dòng)液可以在被引導(dǎo)到分離系統(tǒng)30之前進(jìn)行預(yù)熱(流28b)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，分離系統(tǒng)30將驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)與稀釋的驅(qū)動(dòng)流28分離以產(chǎn)生基本上純化的溶劑流32(例如，飲用水)和驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)流36。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，溶劑流32也可以取決于溶劑的最終用途被引導(dǎo)到后處理單元以進(jìn)一步處理(流32a)。例如，溶劑可以通過蒸餾被進(jìn)一步處理以去除可能仍然存在于溶劑中的額外的驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)流36取決于回收的驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)的預(yù)期用途可以直接返回到驅(qū)動(dòng)流24(流36a)，被引導(dǎo)到再循環(huán)系統(tǒng)34以重新整合到驅(qū)動(dòng)流24中(流36b)，或被引導(dǎo)到后處理單元(流36c)以進(jìn)一步處理。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，例如，再循環(huán)系統(tǒng)34連同預(yù)處理單元14一起使用以提供與原料流20的熱交換(流40)。

在另一種可能的應(yīng)用中，其中系統(tǒng)10用來處理低鹽度原料20，預(yù)處理系統(tǒng)14可以是在將原料20引導(dǎo)到正向滲透系統(tǒng)12之前將其濃縮的反向滲透單元。在本實(shí)施方案中，預(yù)處理單元14提供溶劑/滲透物流32c和由fo模塊12進(jìn)行處理的濃縮的原料流22。另外，該預(yù)處理/ro單元14可以連同處理來自分離系統(tǒng)30的產(chǎn)物溶劑32的后處理單元16一起使用或代替其使用(流32a)。具體地，產(chǎn)物溶劑流32b被從分離系統(tǒng)30引導(dǎo)到原料流20，在那里可以組合并引入預(yù)處理/ro單元14中?？蛇x擇地或另外，產(chǎn)物流32b可以被直接送入單元14中。通常，必要時(shí)各種流可以在各種處理單元14，16、模塊12和子系統(tǒng)之間被引導(dǎo)以使工藝的操作最優(yōu)化。

圖3是利用全部流體連通的正向滲透單元212、反向滲透單元216和分離/再循環(huán)系統(tǒng)230的另一種用于提取溶劑的系統(tǒng)210的簡化示意圖。系統(tǒng)210與之前公開的那些類似，例如，正向滲透單元212包括正向滲透膜213，反向滲透單元包括反向滲透膜217等。系統(tǒng)210也包括所有必要的閥門、泵和管路等以適合特定的應(yīng)用。在一個(gè)實(shí)施方案中，系統(tǒng)210被配置用于低鹽度原料，這可能產(chǎn)生高度稀釋的驅(qū)動(dòng)液。

具體地并且如圖3所示，原料液220被引導(dǎo)到正向滲透單元212的膜213的一側(cè)，同時(shí)濃縮的驅(qū)動(dòng)液224被引導(dǎo)到膜213的另一側(cè)。在原料液220為低鹽度原料的情況下，驅(qū)動(dòng)液變得被高度稀釋。高度稀釋的驅(qū)動(dòng)液226離開正向滲透單元212并被引導(dǎo)到反向滲透單元216，同時(shí)濃縮的原料液222離開正向滲透單元212，可以將其送去進(jìn)一步處理或丟棄。在一些情況下，濃縮的原料液222含有一種或多種期望的組分，例如食品或藥品。

在反向滲透單元216中對高度稀釋的驅(qū)動(dòng)液226進(jìn)行加壓以強(qiáng)制溶劑通過膜217。這種產(chǎn)物溶劑232a可以作為例如可以按原樣使用的產(chǎn)物水被從反向滲透單元216去除、被丟棄、被送去進(jìn)一步處理或用作集成系統(tǒng)內(nèi)的熱傳導(dǎo)流體。保留在反向滲透單元216的第一側(cè)216a的驅(qū)動(dòng)液現(xiàn)在被較少稀釋并且可以送去進(jìn)一步處理以使驅(qū)動(dòng)液進(jìn)一步濃縮和/或必要時(shí)按原樣再循環(huán)回到正向滲透單元212以適合特定的應(yīng)用。如圖3所示，較少稀釋的驅(qū)動(dòng)液227被引導(dǎo)到分離/再循環(huán)單元230以進(jìn)一步濃縮。然而，系統(tǒng)210也包括任選的旁通管線229(以及任意必要的閥門)，以將至少一部分的較少稀釋的驅(qū)動(dòng)液直接或與離開分離/再循環(huán)單元230的濃縮的驅(qū)動(dòng)液流224組合而引導(dǎo)回到正向滲透單元212。

通常，例如，分離/再循環(huán)單元可以是美國專利公開no.2012/0067819(‘819公開)(由此其全部公開內(nèi)容以引用的方式并入本文)或‘895申請中公開的任意類型。在一個(gè)實(shí)施方案中，單元230包括熱回收工藝以將驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)與溶劑分離。在另一個(gè)實(shí)施方案中，單元230包括反向滲透模塊?；厥盏尿?qū)動(dòng)溶質(zhì)離開單元230(在一個(gè)實(shí)施方案中與旁路分流的稀釋的驅(qū)動(dòng)液流229混合)并且作為濃縮的驅(qū)動(dòng)液224被引導(dǎo)到正向滲透單元212，同時(shí)剩余溶劑232b作為例如可以按原樣使用的產(chǎn)物水離開單元230、被丟棄或被送去進(jìn)一步處理。

圖3a描繪了圖3的系統(tǒng)210的另一種選擇，其中系統(tǒng)210包括用于改變(例如，降低)被引導(dǎo)到反向滲透單元216的稀釋的驅(qū)動(dòng)液的滲透壓的手段。降低稀釋的驅(qū)動(dòng)液的滲透壓使得反向滲透工藝更有效，因?yàn)樾枰^少的能量來克服稀釋的驅(qū)動(dòng)液的滲透壓，從而從反向滲透單元216提取更多的溶劑。通常，用于降低滲透壓的手段可以包括多種機(jī)構(gòu)和/或工藝，例如，催化相變、加熱、冷卻、添加反應(yīng)物或引入電場或磁場。在一些實(shí)施方案中，物理或化學(xué)試劑可以引入稀釋的驅(qū)動(dòng)液226中以與其中的驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)可逆或不可逆地反應(yīng)來降低其濃度或改變其被膜排斥的特性。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，電或電磁(例如，uv光)信號(hào)的引入可以引起驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)的變化(例如，相變)、電離度的變化或降低溶液226的滲透壓的其他引起的變化。在一些實(shí)施方案中，稀釋的驅(qū)動(dòng)液226的滲透壓可以通過調(diào)節(jié)ph值水平、調(diào)節(jié)溶質(zhì)離子性質(zhì)或改變?nèi)苜|(zhì)物理尺寸來降低。例如，離子物質(zhì)可以呈現(xiàn)非離子性，或大的物質(zhì)可以制成較小。在一些實(shí)施方案中，可以實(shí)施不利用加熱的技術(shù)，例如，電滲析(ed)、冷卻、真空或加壓。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，例如，可以通過改變稀釋的驅(qū)動(dòng)液226的溫度、壓力、ph值或其他特性來操縱溶質(zhì)的有機(jī)物質(zhì)的溶解度。在至少一些實(shí)施方案中，可以實(shí)施離子交換，例如，鈉補(bǔ)給離子交換技術(shù)或者酸和堿補(bǔ)給離子交換。用于降低滲透壓的其他手段被預(yù)期并認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

在各種實(shí)施方案中，系統(tǒng)210包括用于向稀釋的驅(qū)動(dòng)液226添加物質(zhì)的具有任意必需的閥門的入口225或其他引入點(diǎn)(即，端口系統(tǒng))。在一個(gè)實(shí)施方案中，該物質(zhì)是氫氧化銅[cu(oh)2]；然而，其他金屬/物質(zhì)被預(yù)期并認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。額外的物質(zhì)可以用來清除稀釋的驅(qū)動(dòng)液226內(nèi)的特定驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)或與其結(jié)合。在其中驅(qū)動(dòng)液是氨系的特定實(shí)施方案中，氫氧化銅將與氨結(jié)合以形成更容易被反向滲透單元216的膜217排斥的較大分子，從而改變稀釋的驅(qū)動(dòng)液的滲透壓。

為了更全面地回收驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)以供再利用以及為了回收添加的物質(zhì)(或使已經(jīng)改變的稀釋的驅(qū)動(dòng)液的滲透壓的結(jié)果反轉(zhuǎn))，系統(tǒng)210也將包括例如可以設(shè)置在分離/再循環(huán)單元230的入口上和/或產(chǎn)物溶劑出口上的一個(gè)或多個(gè)處理單元214a，214b。處理單元214可以是之前所述的預(yù)處理單元和后處理單元14，16的任意類型。例如，第一處理單元214a可以包括相變機(jī)構(gòu)以將氫氧化銅和氨分離開，同時(shí)第二處理單元214b可以包括納米過濾以從產(chǎn)物溶劑232b去除氫氧化銅。另外或可選擇地，預(yù)處理單元214可以是或包括熱源(例如，熱交換器)。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，稀釋的驅(qū)動(dòng)液在進(jìn)到分離/再循環(huán)系統(tǒng)230之前可以進(jìn)行預(yù)熱。各種處理單元214也可以結(jié)合用于改變稀釋的驅(qū)動(dòng)液的滲透壓的任意的上述機(jī)構(gòu)和/或工藝。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，該工藝可以包括將較少稀釋的驅(qū)動(dòng)液227暴露到熱、電磁或電信號(hào)(例如，電解池)中。在特定的實(shí)施方案中，例如，將稀釋的驅(qū)動(dòng)液226暴露到紫外線或其他能量發(fā)射源以通過克服活化能將離子物質(zhì)轉(zhuǎn)化成具有較高分子量的單一中性化合物來降低其滲透壓。改變稀釋的驅(qū)動(dòng)液的化學(xué)組成允許反向滲透工藝以相同的泵送壓力獲得較高的溶劑回收。

圖4是另一種可替代的用于提取溶劑的系統(tǒng)310的簡化示意圖。然而，系統(tǒng)310利用全部流體連通的兩個(gè)正向滲透單元312，316和分離/再循環(huán)系統(tǒng)330。系統(tǒng)310與之前公開的那些類似，例如，正向滲透單元312，316包括正向滲透膜313，317并且系統(tǒng)310也包括所有必要的閥門、泵和管路等以適合特定的應(yīng)用。在一個(gè)實(shí)施方案中，系統(tǒng)310被配置用于其中第一正向滲透單元312浸沒在例如槽305中并且使用與第二正向滲透單元316不同的驅(qū)動(dòng)液的情況。

如圖4所示，原料液320被引導(dǎo)到第一正向滲透單元312的膜313的一側(cè)，同時(shí)濃縮的第一驅(qū)動(dòng)液324被引導(dǎo)到膜313的另一側(cè)。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一驅(qū)動(dòng)液選自mgcl2、cacl2、ca(no3)2、nacl、kcl或類似物。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，第一驅(qū)動(dòng)液選擇為適合浸沒系統(tǒng)。稀釋的第一驅(qū)動(dòng)液326離開正向滲透單元312，同時(shí)濃縮的原料322離開正向滲透單元312。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，濃縮的原料322可以排放到槽305中或可以被丟棄或送去進(jìn)一步處理。在一些實(shí)施方案中，驅(qū)動(dòng)液包括光解驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)，在這種情況下稀釋的第一驅(qū)動(dòng)液326在被送到第二正向滲透單元316之前可以暴露于uv光或其他激發(fā)源以降低其滲透壓。用于降低滲透壓的其他手段(例如，化學(xué)品添加)可以如上文所述結(jié)合進(jìn)來。

稀釋的第一驅(qū)動(dòng)液326被引導(dǎo)到第二正向滲透單元316的膜317的一側(cè)，同時(shí)濃縮的第二驅(qū)動(dòng)液325被引導(dǎo)到膜317的另一側(cè)以從稀釋的第一驅(qū)動(dòng)液326提取溶劑，從而使第一驅(qū)動(dòng)液再濃縮(排出324’)。例如，再濃縮的第一驅(qū)動(dòng)液324’被引導(dǎo)到汽提塔340或其他處理工藝以進(jìn)行第一驅(qū)動(dòng)液的進(jìn)一步調(diào)節(jié)/濃縮(排出324)，從而使得其可以再被引導(dǎo)到第一正向滲透單元312。

稀釋的第二驅(qū)動(dòng)液327從第二正向滲透單元316排出并被引導(dǎo)到分離/再循環(huán)系統(tǒng)330以進(jìn)行第二驅(qū)動(dòng)液的再濃縮和產(chǎn)物溶劑332的回收。通常，分離/再循環(huán)單元330可以是包括‘819公開或‘895申請中公開的本文公開的任意類型，并且將驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)與溶劑分離開?；厥盏尿?qū)動(dòng)溶質(zhì)/再濃縮的驅(qū)動(dòng)液325離開單元330并被引導(dǎo)回到第二正向滲透單元316。剩余溶劑332作為例如可以按原樣使用的產(chǎn)物水離開單元330、被送去進(jìn)一步處理或被丟棄。

圖4a描繪了圖4的系統(tǒng)310的另一種選擇，其中系統(tǒng)310包括與第一正向滲透單元312的稀釋的第一驅(qū)動(dòng)液326的出口以及第二正向滲透單元316的原料側(cè)流體連通的額外的反向滲透單元346。這種可替代的系統(tǒng)的一種特定應(yīng)用是其中第一原料320是低鹽度原料并且第一稀釋的驅(qū)動(dòng)液326可以變成高度稀釋的情況。反向滲透單元346可以在將高度稀釋的驅(qū)動(dòng)液326送到第二正向滲透單元316之前至少部分使其濃縮。如圖4a所示，稀釋的驅(qū)動(dòng)液326在壓力下被引入反向滲透單元346的膜345的一側(cè)。稀釋的驅(qū)動(dòng)液326的加壓可以借助離開第一正向滲透單元312的溶液的體積增大或借助壓力交換裝置(例如，泵)進(jìn)行。產(chǎn)物溶劑332b(例如，飲用水)從膜345的另一側(cè)回收并且可以按原樣使用、被丟棄或送去進(jìn)一步處理。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，產(chǎn)物溶劑可以用作飲用水。如前所述，較少稀釋的第一驅(qū)動(dòng)液326’離開反向滲透單元346并被引導(dǎo)到第二正向滲透單元316以進(jìn)行處理。另外，上述的用于改變驅(qū)動(dòng)液的滲透壓的各種手段可以結(jié)合到系統(tǒng)310中。

圖5是另一種可替代的用于提取溶劑的系統(tǒng)510的簡化示意圖。系統(tǒng)510利用全部在各種流體連通狀態(tài)下的反向滲透單元516、兩個(gè)正向滲透單元512，546和分離/再循環(huán)系統(tǒng)530。系統(tǒng)510與之前公開的那些類似，例如，如前所述，各滲透單元512，516，546包括膜513，517，545，并且系統(tǒng)510也包括所有必要的閥門、泵和管路等以適合特定的應(yīng)用。在一個(gè)實(shí)施方案中，系統(tǒng)510被配置用于其中廢水流出物用來稀釋濃縮的原料(例如，高濃度的鹽水)以使得其更容易被丟棄的應(yīng)用。

如圖5所示，原料流520(例如，海水)在壓力下被引入反向滲透單元516的膜517的一側(cè)。產(chǎn)物溶劑532a(例如，飲用水)從膜517的另一側(cè)回收并且可以被送去進(jìn)一步處理或丟棄。然后，濃縮的原料522(例如，鹽水)被引導(dǎo)到第一正向滲透單元512的膜513的一側(cè)。在一個(gè)實(shí)施方案中，反向滲透單元516可以用來在將低鹽度原料引導(dǎo)到正向滲透單元512之前將其濃縮?？蛇x擇地，可以省略反向滲透單元516并且將原料520直接送到第一正向滲透單元512。

濃縮的驅(qū)動(dòng)液524被引導(dǎo)到第一正向滲透單元512的膜513的相反側(cè)以驅(qū)動(dòng)來自原料流522(或者在某些實(shí)施方案中為520)的溶劑。在一個(gè)實(shí)施方案中，如下所述，濃縮的原料流522’被引導(dǎo)到第二正向滲透單元546。現(xiàn)在稀釋的驅(qū)動(dòng)液526離開第一正向滲透單元512并被引導(dǎo)到分離/再循環(huán)系統(tǒng)530以進(jìn)行產(chǎn)物溶劑532b的再濃縮和回收。通常，分離/再循環(huán)單元530可以是之前所述的任意類型?；厥盏尿?qū)動(dòng)溶質(zhì)/再濃縮的驅(qū)動(dòng)液524離開單元530并被引導(dǎo)回到第一正向滲透單元512。剩余溶劑532b作為例如可以按原樣使用的產(chǎn)物水離開單元530、被送去進(jìn)一步處理或被丟棄。可選擇地或另外，該溶劑可以經(jīng)由溶劑管線532c被引導(dǎo)到原始原料520并與原料520組合以引入到ro模塊516或直接送到ro模塊516。

更濃縮的原料液522’(例如，濃縮的鹽水)被引入第二正向滲透單元546的膜545的一側(cè)。在各個(gè)實(shí)施方案中，濃縮的原料液522’在壓力下被引入并且第二正向滲透單元作為pro單元操作。通常，濃縮的原料522’，尤其是在濃縮的鹽水的情況下，如果將其按原樣排出，可能對環(huán)境具有負(fù)面影響。例如，將超高鹽溶液排放到天然水源可能破壞其當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)。使用第二正向滲透單元546來稀釋濃縮的原料522’可以使得這種稀釋的原料522”總體比較容易丟棄并且通常更易于接受將其排放。在本應(yīng)用中，濃縮的原料522’被用作驅(qū)動(dòng)液的源。濃縮的原料522’從其驅(qū)動(dòng)溶劑(例如，水)的二次原料液通常是具有有限的應(yīng)用和/或通常是不希望供人類使用的源。在一個(gè)實(shí)施方案中，二次原料547是雖然經(jīng)過處理并且對于許多應(yīng)用來說使用是安全的但是通常不希望供人類使用的廢水流出物?？蛇x擇地或另外，二次原料547可以來自原始原料520，例如，可以是原料520的一部分替換或補(bǔ)充二次原料547的分流。

如圖5所示，二次原料547被引導(dǎo)到第二正向滲透單元546的膜545的相反側(cè)。濃縮的原料522’驅(qū)動(dòng)溶劑穿過膜545以形成離開正向滲透單元546并可以被丟棄或送去進(jìn)一步處理的稀釋的原料522”。在其中第二正向滲透單元546是pro單元的實(shí)施方案中，系統(tǒng)510可以包括與原料/驅(qū)動(dòng)液出口543流體連通的渦輪機(jī)548。在由此其全部公開內(nèi)容以引用的方式并入本文的美國專利公開no.2010/0024423和2010/0183903中公開了pro單元的例子?？蛇x擇地或另外，系統(tǒng)510可以包括用于將至少一部分的稀釋的原料522”引導(dǎo)回到原料520以引導(dǎo)到反向滲透單元516和/或第一正向滲透單元512的旁通管線529(以及任意必要的閥門)。

濃縮的二次原料549離開第二正向滲透單元546并且可以被丟棄或送去進(jìn)一步處理。在廢水流出物原料547的情況下，現(xiàn)在由于溶劑的去除而具有較小體積的濃縮的流出物549可以被引導(dǎo)到焚化爐或被引導(dǎo)回到廢水處理設(shè)施以進(jìn)一步濃縮/處理。另外，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中第二正向滲透單元546可以浸沒。

圖6是另一種可替代的用于提取溶劑的系統(tǒng)610的簡化示意圖。然而，系統(tǒng)610利用與選擇性膜單元656和分離/再循環(huán)系統(tǒng)630流體連通的一個(gè)或多個(gè)正向滲透單元612。在各個(gè)實(shí)施方案中，選擇性膜是陽離子選擇性膜655并且選擇性膜單元656是水軟化模塊。系統(tǒng)610與之前公開的那些類似并且可以包括如下所述的一個(gè)或多個(gè)預(yù)處理單元和/或后處理單元614，616。預(yù)處理單元和后處理單元614，616可以是之前所述的任意類型。另外，系統(tǒng)610也包括所有必要的閥門、泵和管路等以適合特定的應(yīng)用。

如圖6所示，系統(tǒng)610包括選擇性膜單元656、旁通線路或閥門裝置611(閥門623a、623b和管線621)、正向滲透單元612、分離/再循環(huán)系統(tǒng)630、啟動(dòng)系統(tǒng)或第二閥門裝置619(閥門623c和入口625)和各種預(yù)處理單元和后處理單元614，616。正向滲透單元612和分離/再循環(huán)單元630通常如之前關(guān)于其他系統(tǒng)10，210，310，510所述的操作。通常，第一閥門裝置611被配置用于將原料液流620引導(dǎo)到選擇性膜單元656或從選擇性膜單元656旁路經(jīng)過并使原料流620直接與正向滲透膜613的一側(cè)流體連接。分離/再循環(huán)系統(tǒng)630與正向滲透膜613的另一側(cè)流體連接并供給濃縮的驅(qū)動(dòng)液624以及處理稀釋的驅(qū)動(dòng)液626。

在其中選擇性膜單元656是陽離子選擇性膜單元的各個(gè)實(shí)施方案中，單元656用來去除來自原料液620的硬性離子，例如，鈣、鎂、鋇和鍶。這些各種硬性離子在脫鹽系統(tǒng)中具有沉淀的傾向，導(dǎo)致積垢和結(jié)垢，這對脫鹽過程是有害的。軟化的原料液620’被引導(dǎo)到正向滲透單元612的膜613的一側(cè)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，初始原料液620可以由第一處理單元614a處理和/或軟化的原料液620’可以在引入正向滲透單元612中之前在第二處理單元614b中被進(jìn)一步處理。通常，如參照圖6a更詳細(xì)討論的，陽離子選擇性膜單元656將在膜655的相反側(cè)的來自正向滲透單元612的濃縮的原料622用作進(jìn)行硬性離子交換的初始原料620。然而，因?yàn)楦鲉卧?12，656有賴于其他的“原料”流，所以單元612，656中的一個(gè)或兩個(gè)將通常需要啟動(dòng)。

通常，系統(tǒng)610包括旁通線路611，該旁通線路包括用于將原料液作為原料直接地或在被其中一個(gè)處理單元614處理后間接地提供到正向滲透單元612所需的閥門623a，623b和管線621。必要時(shí)，旁通線路611可以包括任意數(shù)量的閥門和管線及其配置以適合特定的應(yīng)用并且必要時(shí)甚至可以包括一個(gè)或多個(gè)處理單元614。旁通線路611允許系統(tǒng)610開始生產(chǎn)陽離子選擇性膜單元656軟化原料620所需要的濃縮的原料622?？蛇x擇地，原料620可以直接通過單元656被送去而不在其中處理以初始啟動(dòng)正向滲透單元612。在另一種可能的實(shí)施方案中，旁通線路611可以包括用于將可替代的原料引入正向滲透單元612的端口或其他裝置。

另外或可選擇地，系統(tǒng)610可以包括可以向陽離子選擇性膜單元656提供啟動(dòng)溶液(例如，鹽水)以軟化進(jìn)到正向滲透單元612的初始原料的啟動(dòng)系統(tǒng)619。啟動(dòng)系統(tǒng)619包括用于將啟動(dòng)溶液引入系統(tǒng)610中的一個(gè)或多個(gè)閥門623c和一個(gè)或多個(gè)入口625(其他裝置)。一旦系統(tǒng)610達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，那么啟動(dòng)溶液的供給就可以關(guān)閉。例如，系統(tǒng)閥門623c也可以用來將濃縮的原料622重新引導(dǎo)以繞過陽離子選擇性膜單元656或排出濃縮的原料622。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，系統(tǒng)610可以包括后處理單元616以在將濃縮的原料622引導(dǎo)到陽離子選擇性膜單元656或排出之前對其進(jìn)行進(jìn)一步處理。

圖6a示出了關(guān)于其中原料是鹽水源的一種可能的實(shí)施方案的陽離子選擇性膜單元656的操作。如圖6a所示，鹽水原料620被引入單元656的陽離子選擇性膜655的一側(cè)。原料620包括鈉離子(na⁺)和氯離子(cl^-)以及各種硬性離子，例如鈣(ca²⁺)、鎂(mg²⁺)、鋇(ba²⁺)和鍶(st²⁺)。來自正向滲透單元612(或其他源)的濃縮的鹽水622被引入陽離子選擇性膜655的另一側(cè)。用于使正鈉離子(na⁺)穿過膜655的化學(xué)活性差驅(qū)動(dòng)鈉離子穿過膜655從鹽水622到達(dá)原料620。電-選擇性致使帶正電的硬性離子(例如，ca²⁺、mg²⁺、ba²⁺和st²⁺)穿過膜655從原料620到達(dá)鹽水622。因?yàn)槟?55是陽離子選擇性的，所以帶負(fù)電的離子(例如，cl^-、so^4-、hco^3-和co^3-)不通過膜655，從而致使軟化的原料620’引導(dǎo)到正向滲透單元612?，F(xiàn)在含有硬性離子的濃縮的或重鹽水622’可以被送去進(jìn)一步處理或丟棄。

圖7繪出了另一種滲透系統(tǒng)710，該系統(tǒng)利用一個(gè)或多個(gè)正向滲透模塊712a，712b，712“n”(整體表示為712，其中“n”表示可以包含在系統(tǒng)710的任意特定的實(shí)施方案中的幾乎無限數(shù)量的模塊)，這些正向滲透模塊可以串聯(lián)或并聯(lián)設(shè)置。如圖7所示，正向滲透模塊712與分離/再循環(huán)系統(tǒng)730和用于清洗膜713a，713b，713n(再次地，整體表示為713，其中n表示對應(yīng)數(shù)量的膜)的滲透反沖洗系統(tǒng)750串聯(lián)設(shè)置。通常，正向滲透模塊712配置為與之前描述的那些類似并與其類似地工作。另外，分離/再循環(huán)系統(tǒng)730與之前描述的那些類似。僅繪出了一個(gè)分離/再循環(huán)系統(tǒng)730；然而，可以使用多個(gè)系統(tǒng)730以適合特定的應(yīng)用(例如，針對串聯(lián)或并聯(lián)的各正向滲透模塊712或者針對多個(gè)系統(tǒng)/階段定制單個(gè)系統(tǒng)730的尺寸并鋪設(shè)管道)。如下面更詳細(xì)地描述的，反沖洗系統(tǒng)750通常包括反沖洗液751的源755、流體傳遞裝置(例如，泵)753、一系列的閥門757，759，765，767，769、傳感器761(具有或不具有視覺指示器(例如計(jì)量儀或狀態(tài)燈))和進(jìn)行反沖洗及相關(guān)處理的相關(guān)管道設(shè)備。需要指出的是，不是所有的閥門和其他部件都可能需要單獨(dú)鋪設(shè)管道，因?yàn)殚y門或其他部件的任意數(shù)量/組合可以結(jié)合到一個(gè)或多個(gè)歧管組件中。

基本系統(tǒng)710的操作按如下所述進(jìn)行：將原料流720引入被半透膜713a分成第一室或側(cè)712’和第二室/側(cè)712”的第一正向滲透模塊712a中。原料流720被引導(dǎo)到各個(gè)連續(xù)的正向滲透模塊712a、712b和712n并作為濃縮的原料流722離開最后的模塊712n。正向滲透模塊712的具體數(shù)量和配置選擇為適合特定的應(yīng)用(例如，原料流的起始濃度和所需要的最終濃度、通量和流量等)并且可以包括串聯(lián)和/或并聯(lián)設(shè)置的任意數(shù)量的模塊。例如，多個(gè)平行對的正向滲透模塊可以串聯(lián)設(shè)置。在圖7所示的實(shí)施方案中，濃縮的驅(qū)動(dòng)液724被引入串聯(lián)的正向滲透模塊712中的最后的模塊712n中并引入膜713n的與原料流720相反的一側(cè)，從而在原料流720和驅(qū)動(dòng)液724之間提供橫向流，因?yàn)轵?qū)動(dòng)液720被引導(dǎo)通過連續(xù)的模塊712。然而，濃縮的驅(qū)動(dòng)液724可以在原料流720首先引入時(shí)首先引入同一模塊712a和/或可以同時(shí)(即，平行)引入多個(gè)階段以適合特定的應(yīng)用。另外，必要時(shí)可以對各種流/溶液進(jìn)行調(diào)節(jié)/分割以在必要時(shí)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的差動(dòng)滲透壓，從而維持穿過膜713的所希望的通量。

當(dāng)原料流720通過各個(gè)正向滲透模塊712時(shí)變得濃度更高，使得前述濃縮的原料流722被從最后的正向滲透模塊712n排出。當(dāng)濃縮的驅(qū)動(dòng)液724通過各連續(xù)的正向滲透模塊712時(shí)，該濃縮的驅(qū)動(dòng)液由于溶劑穿過膜713從原料流進(jìn)入驅(qū)動(dòng)液而變得被稀釋；將稀釋的驅(qū)動(dòng)液726從“第一”正向滲透模塊712a排放。通常，將濃縮的原料流722丟棄或送去進(jìn)一步處理，同時(shí)稀釋的驅(qū)動(dòng)液726被引導(dǎo)到分離/再循環(huán)系統(tǒng)730以回收驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)/使驅(qū)動(dòng)液再濃縮并回收產(chǎn)物溶劑(例如，水)732?？蛇x擇地或另外，離開各正向滲透模塊712的一部分濃度更高的原料流可以被重新引導(dǎo)回到初始原料流720并與其結(jié)合或在必要時(shí)被引導(dǎo)到隨后的正向滲透模塊712以維持跨過膜713的最優(yōu)差動(dòng)滲透壓。例如，如果被引導(dǎo)到隨后的模塊712的原料流被過于濃縮，使得跨過膜713的差動(dòng)滲透壓如此小以至于發(fā)生不可接受的通量下降，那么離開較早模塊712的一部分濃度較低的原料可以例如經(jīng)由閥門767b-767n的適當(dāng)啟動(dòng)而與進(jìn)入隨后的模塊的原料組合。

如前所述，滲透反沖洗系統(tǒng)750包括經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)閥門757，759，765，767與一個(gè)或多個(gè)正向滲透模塊712流體連通的沖洗液751的源755。在一些實(shí)施方案中，沖洗液751是水(例如，產(chǎn)物溶劑732或其他低鹽度溶液)；然而，其他流體被預(yù)期并認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)，例如，稀釋版的驅(qū)動(dòng)液(例如，可以被引導(dǎo)到經(jīng)歷反沖洗的模塊的離開其他模塊中一個(gè)的稀釋的驅(qū)動(dòng)液)或應(yīng)用特定溶液化學(xué)組成(例如，與系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)方面化學(xué)相容和/或當(dāng)流到原料流中時(shí)可以具有額外的有益效果的溶液)，條件是該溶液具有低于原料流的滲透壓，從而產(chǎn)生從膜713的驅(qū)動(dòng)側(cè)712’到原料側(cè)712”的通量。在一些實(shí)施方案中，沖洗液751包括可以使通過膜的通量反轉(zhuǎn)以減少/消除在膜的活性層上的積垢的添加劑，例如酸、螯合劑或表面活性劑。這種添加劑的例子包括：檸檬酸、硫酸、鹽酸、乙二胺四乙酸(edta)和其他低分子量物質(zhì)。在另外的實(shí)施方案中，沖洗液751的溫度可以變化以適合特定的應(yīng)用，例如，沖洗液的溫度可以提高以協(xié)助添加劑通過膜的反向沖洗。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，沖洗液751儲(chǔ)存在作為整個(gè)系統(tǒng)710的一部分的槽755內(nèi)；然而，例如，其也可以經(jīng)由端口763b和閥門759b裝置從外部源供給。如在業(yè)界眾所周知的，閥門757，759，765，767，769基本上可以是切斷閥和方向閥的任意組合并且通常是可以控制各種系統(tǒng)730，750和模塊712之間的多個(gè)流的多方向閥。

通常，例如，取決于考慮到原料流720，722和/或驅(qū)動(dòng)液724，726的性質(zhì)/化學(xué)組成、操作條件(例如，溫度、流量、通量和壓力等)、是否存在預(yù)處理及其組合的方案，反沖洗系統(tǒng)750可以根據(jù)需要(例如，經(jīng)由手動(dòng)起動(dòng)或在通過表示系統(tǒng)710的一個(gè)或多個(gè)性能特征變化的信號(hào)觸發(fā)時(shí))或以特定間隔操作。例如，反沖洗系統(tǒng)750可以編程為以例如三(3)小時(shí)間隔或應(yīng)用其他特定間隔在單一操作中沖洗所有的模塊712，例如，在其中原料流720具有很大可能性使膜713積垢的情況下，可以優(yōu)選更頻繁的間隔。例如，其他間隔可以包括在第一操作周期時(shí)為每隔48小時(shí)或每隔6小時(shí)并且對于隨后的操作周期為更短或更長的間隔。另外，滲透反沖洗步驟的持續(xù)時(shí)間可以選擇為適合特定的應(yīng)用。可選擇地或另外，必要時(shí)反沖洗系統(tǒng)750可以基于由位于模塊712的上流和/或下流的一個(gè)或多個(gè)傳感器761產(chǎn)生的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)來沖洗各個(gè)模塊712。在一些實(shí)施方案中，該系統(tǒng)可以對每個(gè)都具有單獨(dú)方案的各個(gè)模塊運(yùn)行滲透反沖洗步驟。例如，各模塊可以按交錯(cuò)時(shí)間表每隔6～24小時(shí)被沖洗，例如第一模塊每隔12小時(shí)被沖洗，第二模塊在第一模塊之后2小時(shí)并且每隔12小時(shí)被沖洗，第三模塊在2小時(shí)后并且也是每隔12小時(shí)被沖洗等。模塊的沖洗持續(xù)時(shí)間基本上可以相同或可以不同以適合特定的應(yīng)用。例如，原料入口下流的最后的模塊可能遭受更多的積垢，因?yàn)槠浔┞对谧顫饪s的原料中，因此其可能需要沖洗更長的持續(xù)時(shí)間，或者在一些情況下，另外或可選擇地，比其他模塊沖洗得更頻繁?；旧蠜_洗間隔和持續(xù)時(shí)間的任意組合都是可以的以適合特定的應(yīng)用，如可以由模塊的數(shù)量、原料和驅(qū)動(dòng)液化學(xué)組成、環(huán)境條件和膜材料等限定。

當(dāng)確定反沖洗步驟必要時(shí)，基于預(yù)定方案或者基于系統(tǒng)性能特征變化的測量(例如，通常被連續(xù)監(jiān)測的通量下降)，閥門中的一個(gè)或多個(gè)可以被啟動(dòng)(手動(dòng)或由控制系統(tǒng)電動(dòng))以重新引導(dǎo)各種流/溶液的流動(dòng)路徑。通常，在根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的正常操作中，閥門757a、757b和757d定位成允許濃縮的驅(qū)動(dòng)液724直接流動(dòng)到正向滲透模塊712中(從分離/再循環(huán)系統(tǒng)730或者例如經(jīng)由端口763b和閥門759b裝置引入系統(tǒng)710)以及將稀釋的驅(qū)動(dòng)液726從正向滲透模塊712排放到分離/再循環(huán)系統(tǒng)730。可以存在額外的閥門(例如，流動(dòng)控制或減壓式)和傳感器761以進(jìn)一步監(jiān)測和控制各系統(tǒng)和它們之間的流動(dòng)。例如，系統(tǒng)710可以在將稀釋的驅(qū)動(dòng)液726運(yùn)載到分離/再循環(huán)系統(tǒng)730的管線中包括額外的端口763a和閥門759a裝置，例如，其可以用作排污裝置以去除稀釋的驅(qū)動(dòng)液726內(nèi)過量的和/或不希望的溶質(zhì)(例如，從原料流720穿過膜713的溶質(zhì))，如在業(yè)內(nèi)眾所周知的?？蛇x擇地或另外，端口763a和閥門759a裝置可以用來將額外的化學(xué)物質(zhì)和/或補(bǔ)充驅(qū)動(dòng)液引入到系統(tǒng)710中，例如，磷酸二鈉可以添加到稀釋的驅(qū)動(dòng)液726中以調(diào)節(jié)其ph值。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，端口763b和閥門759b裝置可以用來引入額外的化學(xué)物質(zhì)和/或利用濃縮的驅(qū)動(dòng)液724的初始或補(bǔ)充源來啟動(dòng)系統(tǒng)710。

為了開始反沖洗步驟，至少閥門757d被啟動(dòng)以使?jié)饪s的驅(qū)動(dòng)液724向正向滲透模塊712的流動(dòng)停止并且將沖洗液751從反沖洗系統(tǒng)750引入正向滲透模塊712的驅(qū)動(dòng)側(cè)712’?？蛇x擇地，取決于沖洗液的性質(zhì)，閥門757d可以被啟動(dòng)以顯著降低濃縮的驅(qū)動(dòng)液724的流動(dòng)并計(jì)量其進(jìn)入沖洗液751中的部分，例如，從而定制被引入任意給定模塊712的沖洗液751。通常，沖洗液751被引入串聯(lián)的正向滲透模塊712中；然而，沖洗液751可以經(jīng)由閥門757，759，765，767，769的適當(dāng)組合及啟動(dòng)被引入并聯(lián)或單個(gè)模塊712。例如，閥門757c可以被啟動(dòng)以將沖洗液引導(dǎo)到整個(gè)串聯(lián)的模塊或在多個(gè)模塊712之間分配沖洗液751。在一個(gè)實(shí)施方案中，一次對單個(gè)模塊/階段進(jìn)行滲透反沖洗步驟(該模塊經(jīng)由啟動(dòng)適當(dāng)閥門可以與其余模塊隔離開)，同時(shí)其他模塊/階段繼續(xù)正常操作，從而保持整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)操作。額外的閥門裝置可以用來使沖洗液751與其他流/溶液混合以適合特定的應(yīng)用。在一個(gè)例子中，稀釋的驅(qū)動(dòng)液726通過將溶液724經(jīng)由閥門757，759，765重新引導(dǎo)到模塊712可以用作沖洗液。因?yàn)闆_洗液751具有較低的溶質(zhì)濃度(或者在去離子水的情況下基本上沒有溶質(zhì))，即，較低的滲透勢，所以溶劑將從模塊712的驅(qū)動(dòng)側(cè)712’穿過膜713流入原料側(cè)712”(即，流入原料流720中)，從而去除可能落在膜713的原料側(cè)712”的任意水垢或其他積垢物質(zhì)的至少一部分。反沖洗步驟的持續(xù)時(shí)間將變化以適合特定的應(yīng)用并且可以持續(xù)1分鐘至60分鐘，優(yōu)選5分鐘至45分鐘，更優(yōu)選10分鐘至20分鐘。通常，該步驟的持續(xù)時(shí)間將選擇為以最小量的停機(jī)時(shí)間(例如，當(dāng)原料流720不被濃縮時(shí)的時(shí)間)去除粘附到膜上的絕大部分或所有的水垢/積垢物質(zhì)。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，滲透反沖洗每隔48小時(shí)運(yùn)行約15分鐘。在另一個(gè)實(shí)施方案中，滲透反沖洗每隔1-2小時(shí)運(yùn)行約5-10分鐘。另外，在沖洗步驟期間原料流或驅(qū)動(dòng)液通過模塊712的流量可以變化。例如，原料流720(在反沖洗步驟期間的驅(qū)動(dòng)流)的流量可以提高，例如，從而提高對在膜表面上形成的任意積垢/結(jié)垢的剪切力。提高的流量也可以在滲透反沖洗期間產(chǎn)生較高的通量率，進(jìn)一步協(xié)助清洗膜。另外，系統(tǒng)710可以在各正向滲透模塊712上包括再循環(huán)線路771a，771b，771n。線路771可以包括泵(或其他壓力交換裝置)以及任意滲透模塊712。在一個(gè)實(shí)施方案中，滲透反沖洗方案包括操作再循環(huán)線路771以例如通過改變(例如，提高)通過模塊712的流量和/或使至少一部分的原料流的流動(dòng)方向反轉(zhuǎn)來協(xié)助清洗膜。再次地，具體的沖洗方案將選擇為適合特定的應(yīng)用。原料流的化學(xué)組成的性質(zhì)、目標(biāo)通量、操作壓力和/或溫度以及其他操作參數(shù)可以都包括在內(nèi)來確定合適的滲透反沖洗步驟(例如，間隔、持續(xù)時(shí)間、溶液化學(xué)組成等)。

取決于沖洗液751的性質(zhì)，離開模塊712的“用過的”沖洗液751’可以被引導(dǎo)到分離/再循環(huán)系統(tǒng)730，通過一個(gè)或多個(gè)模塊712再循環(huán)返回，或經(jīng)由適當(dāng)啟動(dòng)閥門757，759，765，769返回到反沖洗系統(tǒng)750。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，沖洗液751’經(jīng)由端口763a和閥門759a裝置被去除并丟棄，返回到反沖洗系統(tǒng)750，添加到原料流720中，或送到其他地方以進(jìn)一步處理?，F(xiàn)在稀釋的原料流722’可以例如經(jīng)由啟動(dòng)至少閥門757e被再循環(huán)回到初始原料流720或丟棄/送去用濃縮的原料722進(jìn)一步處理。

通常，當(dāng)操作串聯(lián)配置的模塊712時(shí)，如圖7所示以及上述的，通常希望以原料流720和驅(qū)動(dòng)液724的橫向流來進(jìn)行操作，從而使得在原料流流紅模塊712時(shí)其濃度提高以及在驅(qū)動(dòng)液流經(jīng)模塊712時(shí)其濃度降低。在本實(shí)施方案中，原料流和驅(qū)動(dòng)液的橫向流取向可以認(rèn)為是垂直的；然而，在其他實(shí)施方案中，原料流和驅(qū)動(dòng)液的橫向流也可以是相切的，而不是僅僅平行或垂直。這種配置導(dǎo)致在模塊712a中跨過膜713a的濃度最小的原料流對著濃度最小的驅(qū)動(dòng)液并且在模塊712n中跨過膜713n的濃度最大的原料流對著濃度最大的驅(qū)動(dòng)液。這產(chǎn)生跨過所有模塊712的最優(yōu)差動(dòng)滲透壓。然而，在一些實(shí)施方案中，可能希望改變跨過一個(gè)或多個(gè)正向滲透模塊712的差動(dòng)滲透壓以提高穿過其或后面/隨后的(如由驅(qū)動(dòng)液流動(dòng)方向確定的)正向滲透模塊712的通量，從而提高來自原料流720的溶劑回收/去除。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，這可以通過使用至少一部分的反沖洗系統(tǒng)750來將一種或多種其他溶液的一部分引入特定模塊712，從而改變穿過任意特定膜713的差動(dòng)滲透壓來實(shí)現(xiàn)。

在一個(gè)這種例子中，一部分濃縮的(或者取決于源至少濃度更大的)驅(qū)動(dòng)液724可以添加到在其他典型操作中被引入隨后的正向滲透模塊712中的部分稀釋的驅(qū)動(dòng)液中，這可以產(chǎn)生穿過膜的額外的通量(即，更多的溶劑回收)。取決于系統(tǒng)中模塊712的數(shù)量和它們的配置，這可以通過啟動(dòng)閥門757b和閥門759c，759n，765中的一個(gè)或多個(gè)來完成，并且針對該模塊的通量率進(jìn)行變化。例如，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，閥門757b可以用來計(jì)量到多個(gè)模塊712的濃縮的驅(qū)動(dòng)液724的一部分以不打破濃縮的驅(qū)動(dòng)液到任意特定模塊712的流動(dòng)。可選擇地，閥門757，759，765，769的不同組合可以被啟動(dòng)以將稀釋的驅(qū)動(dòng)液726的一部分單獨(dú)或與濃縮的驅(qū)動(dòng)液724的一部分的共混物引入被引導(dǎo)到任意特定模塊712的部分稀釋的驅(qū)動(dòng)液中，從而致使具有定制濃度的驅(qū)動(dòng)液引入特定模塊712中以適合特定的應(yīng)用。一個(gè)這種應(yīng)用可以包括其中原料流濃度改變，使得驅(qū)動(dòng)液濃度需要改變以維持穿過所有模塊712的較恒定的通量率的情況。在這種實(shí)施方案中，多種傳感器761可以用來監(jiān)測原料流720，722和驅(qū)動(dòng)液724，726的不同特性(例如，通過電導(dǎo)傳感器來監(jiān)測濃度水平)并在必要時(shí)觸發(fā)適當(dāng)閥門757，759，765，767,769的啟動(dòng)以改變到一個(gè)或多個(gè)模塊712的驅(qū)動(dòng)液濃度。

圖8a和圖8b中的曲線圖示出了當(dāng)根據(jù)一個(gè)或多個(gè)在先的例子操作時(shí)用于從隨后的正向滲透模塊712(即，相對于原料流流動(dòng)方向較早的模塊，其也是其中原料流濃度較低的地方)進(jìn)行的溶劑回收提高的勢能。如圖8a和圖8b所示，線801/801’表示系統(tǒng)710在正常操作下的平均通量，而線803/803’表示利用滲透反沖洗系統(tǒng)750作為濃縮的驅(qū)動(dòng)液的部分旁通的系統(tǒng)710的平均通量，相對通量(jw)繪制在縱坐標(biāo)上以及模塊的數(shù)量(n)繪制在橫坐標(biāo)上。

在圖8a中繪制的具體例子中，系統(tǒng)710包括6個(gè)正向滲透模塊712并且濃縮的驅(qū)動(dòng)液724的一部分繞過最后的三個(gè)模塊(即，712d，712e，712f)(“1/2n”)；然而，系統(tǒng)710可以包括任意數(shù)量的正向滲透模塊712并且濃縮的驅(qū)動(dòng)液724可以以任意順序繞過任意數(shù)量的模塊。通常，額外的濃縮的驅(qū)動(dòng)液引入到進(jìn)入任意隨后的模塊712中的部分稀釋的驅(qū)動(dòng)液中提高了相對于該模塊712的差動(dòng)滲透壓，這引起穿過相關(guān)聯(lián)的膜713的提高的通量(即，回收額外的溶劑)。

如在圖8a中所看到的，未變化的差動(dòng)滲透壓(即，正常操作)產(chǎn)生通過多個(gè)串聯(lián)的正向滲透膜的相當(dāng)穩(wěn)定的通量率，而通過利用變化的差動(dòng)滲透壓，系統(tǒng)通量(具體地，在模塊712d，712e，712f中)具有初始提高，在后面的模塊712a，712b，712c中最終返回到“正常”。如由圖8b所示，濃縮的驅(qū)動(dòng)液724的部分被引入交替模塊712(例如，712f，712d，712b)中，從而對于平均系統(tǒng)通量的整體提高來說產(chǎn)生模塊通量的交替提高。

此外，反沖洗系統(tǒng)750或其部分也可以用來控制整個(gè)系統(tǒng)710的其他操作和/或運(yùn)行交替的反沖洗方案。例如，在一些實(shí)施方案中，在膜713的驅(qū)動(dòng)側(cè)和原料側(cè)712’，712”之間的差動(dòng)滲透壓可以很大使得該膜可能存在剝離和/或起泡的風(fēng)險(xiǎn)。在這種情況下，反沖洗系統(tǒng)的各種閥門和管線可以用來使不同的流/溶液分流和/或混合。例如，在反沖洗步驟期間，稀釋和/或濃縮的驅(qū)動(dòng)液724，726的一部分可以與沖洗液751混合以實(shí)現(xiàn)其合適的滲透勢，以及通過延伸，實(shí)現(xiàn)膜713的相反側(cè)之間的最優(yōu)差動(dòng)滲透壓。在一些情況下，例如在其中在反沖洗步驟期間原料流720首先并且在其最大濃縮下被引入(圖7中的模塊712a)的情況下，閥門757a和/或閥門757b以及閥門759b和可能的閥門765(取決于引入哪種溶液)可以被啟動(dòng)以將驅(qū)動(dòng)液的一部分引入被引入正向滲透模塊712a中的沖洗液751中，從而降低穿過膜713a的差動(dòng)滲透壓。取決于在系統(tǒng)710的任意特定實(shí)施方案中所使用的正向滲透模塊712的數(shù)量，通過啟動(dòng)適當(dāng)?shù)拈y門757，759，765，767,769，必要時(shí)可以將驅(qū)動(dòng)液的其他部分/濃縮物添加到其他正向滲透模塊712a，712n中以獲得穿過膜713的最優(yōu)差動(dòng)滲透壓。

圖9是另一種可替代的用于提取溶劑的系統(tǒng)910的簡化示意圖。系統(tǒng)910利用全部在各種狀態(tài)下流體連通的一個(gè)或多個(gè)正向滲透單元912(例如，串聯(lián)和/或并聯(lián)設(shè)置以適合特定的應(yīng)用的多個(gè)單元)以及結(jié)合了一個(gè)或多個(gè)納米過濾/超濾單元914、反向滲透單元916和膜蒸餾單元958的分離系統(tǒng)930。系統(tǒng)910與之前公開的那些類似，例如，各種滲透/過濾單元912，914，916包括如前所述的膜913，915，917，并且系統(tǒng)910也包括所有必要的閥門、泵、管路、傳感器和控制器等以適合特定的應(yīng)用。在一個(gè)實(shí)施方案中，系統(tǒng)910被配置用于其中原料流包括可以設(shè)置成選擇性滲透過膜913和/或另外需要預(yù)處理的特定溶質(zhì)的應(yīng)用。在一些實(shí)施方案中，膜可以具有高的選擇性滲透性，從而允許這些溶質(zhì)通過膜913；然而可替代的類型的膜可以用來使系統(tǒng)910的性能最大化以用于特定應(yīng)用，例如，原料化學(xué)組成、驅(qū)動(dòng)液化學(xué)組成和環(huán)境條件等。

如圖9所示，原料液920被引導(dǎo)到正向滲透單元912的膜913的一側(cè)，而濃縮的驅(qū)動(dòng)液924’被引導(dǎo)到膜913的另一側(cè)。稀釋的驅(qū)動(dòng)液926離開正向滲透單元912并被引導(dǎo)到分離系統(tǒng)930，同時(shí)濃縮的原料液922離開正向滲透單元912，其中其可以被按原樣使用、被送去進(jìn)一步處理或丟棄。在一些情況下，濃縮的原料液922含有一種或多種期望的組分，例如食品或藥品。

通常，分離系統(tǒng)930包括用于初始處理至少一部分的稀釋的驅(qū)動(dòng)液926的納米過濾(nf)或超濾(uf)單元914和用于處理由nf/uf單元914處理的稀釋的驅(qū)動(dòng)液926’與由正向滲透單元912直接輸出的稀釋的驅(qū)動(dòng)液926中至少一種的反向滲透單元916。如在下面更詳細(xì)討論的，系統(tǒng)930可以可選地包括膜蒸餾單元958或本文之前所述的其他熱回收系統(tǒng)以用于額外濃縮驅(qū)動(dòng)液和/或回收額外的產(chǎn)物水。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，稀釋的驅(qū)動(dòng)液926可以包括選擇性地滲透過膜913的一種或多種溶質(zhì)962，例如鈣離子(ca²⁺)、鎂離子(mg²⁺)或各種硫酸鹽、磺酸鹽或者一般其他難溶無機(jī)溶質(zhì)或有機(jī)組分。至少一部分的稀釋的驅(qū)動(dòng)液926(包括滲透的溶質(zhì))可以被引導(dǎo)到nf/uf單元914。在一些實(shí)施方案中，部分取決于稀釋的驅(qū)動(dòng)液926的條件/化學(xué)組成，所有或一部分的稀釋的驅(qū)動(dòng)液可以經(jīng)由旁通管線929和閥門裝置959繞過nf/uf單元914并直接被送到反向滲透單元916。在一些實(shí)施方案中，旁通閥門裝置959可以包括可以計(jì)量稀釋的驅(qū)動(dòng)液926到nf/uf單元914和/或反向滲透單元916的部分的三通閥?？蛇x擇地，多個(gè)閥門可以用來選擇性地將稀釋的驅(qū)動(dòng)液926或其部分引導(dǎo)到適當(dāng)?shù)奶幚砉に嚒?/p>

通常，nf/uf膜915是允許至少絕大部分的驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)(例如，nacl)通過同時(shí)阻擋至少絕大部分的滲入的溶質(zhì)962的“松的”nf膜(或者也許是“緊的”uf膜)。通常，排斥率僅為約30％的膜915是可接受的(例如，如果使用nacl驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)，那么優(yōu)選0％-20％的排斥率)，盡管考慮到所希望的排斥率將取決于各種系統(tǒng)條件(例如，溶液的化學(xué)組成、操作參數(shù)和環(huán)境條件)而變化。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，包含單價(jià)化合物(例如，nacl)的驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)更容易通過nf膜915，它們可以在反向滲透單元916中被濃縮以用作濃縮的驅(qū)動(dòng)液924，而二價(jià)或多價(jià)化合物(ca²⁺，硫酸鹽)或有機(jī)化合物被膜915排斥并返回到原料流920。這些溶質(zhì)962可以經(jīng)由管線968被引導(dǎo)到系統(tǒng)原料920，該管線可以包括任意必需的泵、閥門和控制器等以將溶質(zhì)962返回到原料920。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，僅約10％的稀釋的驅(qū)動(dòng)液926被引導(dǎo)到nf/uf單元914，其與溶質(zhì)排放處理的作用類似以去除可能在驅(qū)動(dòng)液中積累的至少一部分的不希望的溶質(zhì)和/或協(xié)助正向滲透單元912的原料側(cè)和驅(qū)動(dòng)側(cè)912a，912b之間的離子平衡，從而不再需要單獨(dú)的排放線路。

另外，分離系統(tǒng)930/旁通線路(929，959)可以包括裝置964(例如，具有或不具有槽、計(jì)量/混合裝置等的端口和閥門裝置)以在處理之前將一種或多種添加劑引入到稀釋的驅(qū)動(dòng)液926中。在一些實(shí)施方案中，分散劑(例如，木質(zhì)素磺酸鈉)可以在nf/uf單元914之前添加到稀釋的驅(qū)動(dòng)液926中以便于將添加劑引入原料流920，因?yàn)橹辽俳^大部分的添加劑將被nf/uf膜排斥，使得其返回到具有不希望的溶質(zhì)962的原料中。在一些實(shí)施方案中，添加劑可以在被引導(dǎo)到原料流920之前減少或消除nf/uf膜的積垢或結(jié)垢?？蛇x擇地或另外，引入裝置964可以用來將其他添加劑(例如，阻垢劑、緩蝕劑、絡(luò)合劑、分散劑、螯合劑、污泥調(diào)理劑或淤渣抑制劑)引入系統(tǒng)910的其他區(qū)域。例如，系統(tǒng)910可以包括用于將額外的驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)引入到驅(qū)動(dòng)液的類似的裝置966。在一些實(shí)施方案中，這些裝置966包括鹽水制造機(jī)(例如，其中主要驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)是nacl)以替換可能已經(jīng)反向流經(jīng)膜913或在驅(qū)動(dòng)液回收過程中丟失的任意溶質(zhì)。這些裝置966通常會(huì)設(shè)置成接近其中濃縮的驅(qū)動(dòng)液被引入正向滲透單元912的地方；然而，也可以是其他位置以適合特定的應(yīng)用。

在反向滲透單元916中對稀釋的驅(qū)動(dòng)液926，926’進(jìn)行加壓(例如，通過泵953或其他壓力交換器)以強(qiáng)制溶劑通過膜917。產(chǎn)物溶劑932可以作為例如可以按原樣使用的產(chǎn)物水從反向滲透單元916去除、被丟棄、被送去進(jìn)一步處理或用作集成系統(tǒng)內(nèi)的熱傳導(dǎo)流體。在反向滲透單元916的第一側(cè)916a剩余的驅(qū)動(dòng)液現(xiàn)在是濃縮的驅(qū)動(dòng)液924并且可以被原樣送回到正向滲透單元912，或者必要時(shí)送去進(jìn)一步處理以使驅(qū)動(dòng)液進(jìn)一步濃縮和/或回收額外的產(chǎn)物溶劑，以適合特定的應(yīng)用。如圖9所示，離開反向滲透單元916的濃縮的驅(qū)動(dòng)液924被引導(dǎo)到可選的膜蒸餾單元958以用于進(jìn)一步濃縮，產(chǎn)生額外的產(chǎn)物水932’和濃度更高的驅(qū)動(dòng)液926’。

根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案，本文所述的裝置、系統(tǒng)和方法通?？梢园刂破?，所述控制器用于調(diào)節(jié)或調(diào)整所述裝置或所述系統(tǒng)的部件(例如但不限于啟動(dòng)閥門和泵)的至少一個(gè)操作參數(shù)，以及用于調(diào)節(jié)經(jīng)過滲透驅(qū)動(dòng)膜模塊或特定系統(tǒng)中的其他模塊的一個(gè)或多個(gè)流體流動(dòng)流的性能或特性?？刂破骺梢耘c至少一個(gè)傳感器電連通，設(shè)置所述傳感器用于檢測所述系統(tǒng)的至少一個(gè)操作參數(shù)(例如濃度、流量、ph水平或溫度)?？刂破魍ǔ？梢员辉O(shè)置成產(chǎn)生控制信號(hào)，以針對傳感器產(chǎn)生的信號(hào)來調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)。例如，設(shè)置控制器可用于接收滲透驅(qū)動(dòng)膜系統(tǒng)和相關(guān)聯(lián)的預(yù)處理和后處理系統(tǒng)的任何流、部件或子系統(tǒng)的條件、性能或狀態(tài)的表現(xiàn)度(representation)。控制器通常包括便于產(chǎn)生至少一種輸出信號(hào)的算法，該輸出信號(hào)通?；谏鲜霰憩F(xiàn)度中的任何一種或多種以及目標(biāo)或所需值(例如設(shè)定點(diǎn))。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)特定方面，設(shè)置控制器可用于接收任何流的任何測定的性能的表現(xiàn)度，并產(chǎn)生控制信號(hào)、驅(qū)動(dòng)信號(hào)或輸出信號(hào)到任何系統(tǒng)部件，以減小測量性能與目標(biāo)值的任何偏差。

根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案，工藝控制系統(tǒng)和方法例如可以基于所檢測到的參數(shù)(包括ph值和傳導(dǎo)率)監(jiān)測各種濃度水平。還可控制工藝流流量和槽液面(tanklevel)。可以監(jiān)測溫度和壓力。可利用離子選擇性探針、ph計(jì)、槽液面和流的流量來檢測膜泄漏。還可以使用氣體對膜的驅(qū)動(dòng)液側(cè)加壓、利用超聲檢測器和/或目測原料水側(cè)的泄漏來檢測泄漏?？梢员O(jiān)測其他操作參數(shù)和維護(hù)問題。例如可通過測量產(chǎn)物水流量和品質(zhì)、熱流和電能消耗來監(jiān)測各個(gè)工藝效率。例如，可通過測量通量衰減(fluxdecline)(由在膜系統(tǒng)中特定點(diǎn)下的原料液和驅(qū)動(dòng)液的流量確定)來控制用于減輕生物積垢的清潔方案。在鹽水流上的傳感器可表明何時(shí)需要例如采用蒸餾、離子交換、折點(diǎn)氯化或類似方案進(jìn)行處理。這可以采用ph計(jì)、離子選擇性探針、傅里葉變換紅外光譜計(jì)(ftir)或其他感測驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)濃度的裝置來完成?？梢员O(jiān)測并追蹤驅(qū)動(dòng)液的條件以進(jìn)行溶質(zhì)的彌補(bǔ)增加和/或替換。同樣地，可通過傳統(tǒng)方法或用探針(例如，銨探針或氨探針)監(jiān)測產(chǎn)物水質(zhì)?？梢詫?shí)施ftir以檢測存在的物質(zhì)種類，從而提供對于例如保證合適的工廠操作以及識(shí)別例如膜離子交換作用的行為可能有用的信息。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解本文所述的參數(shù)和構(gòu)造為示例性的，實(shí)際參數(shù)和/或構(gòu)造將取決于所使用的本發(fā)明的系統(tǒng)和技術(shù)的具體應(yīng)用。本領(lǐng)域技術(shù)人員僅利用常規(guī)實(shí)驗(yàn)，也應(yīng)認(rèn)識(shí)到或能確定本發(fā)明具體實(shí)施方案的等同物。因此應(yīng)理解，本文所述的實(shí)施方案僅作為實(shí)例提供，且都落入所附權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)；本發(fā)明還可以不同于本文具體描述的方式實(shí)施。

另外，還應(yīng)理解本發(fā)明涉及本文描述的各個(gè)特征、系統(tǒng)、子系統(tǒng)或技術(shù)以及兩種或多種本文描述的特征、系統(tǒng)、子系統(tǒng)或技術(shù)的任意組合；如果特征、系統(tǒng)、子系統(tǒng)和技術(shù)沒有互相不一致，則認(rèn)為所述兩種或多種特征、系統(tǒng)、子系統(tǒng)和/或方法的任意組合都在權(quán)利要求所述的發(fā)明范圍內(nèi)。此外，僅就一種實(shí)施方案討論的動(dòng)作、元素和特征不應(yīng)排除其在其他實(shí)施方案中的類似角色。