專利名稱：：滲透分離系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明的ー個或多個方面大體涉及滲透分離。更具體地，本發(fā)明的ー個或多個方面涉及利用設(shè)計的滲透エ藝(例如正向滲透)將溶質(zhì)從水溶液中分離出來的用途。
背景技術(shù)：
：正向滲透已被用于脫鹽。通常，正向滲透脫鹽エ藝涉及具有被半透膜分隔開的兩個室的容器。ー個室包含海水，另ー個室包含濃溶液，由此在海水和濃溶液之間產(chǎn)生濃度梯度。該梯度驅(qū)動海水中的水穿過膜進(jìn)入到濃溶液中，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)從該稀釋的溶液中移除，以產(chǎn)生適飲水(potablewater)o
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的數(shù)個方面大體上涉及設(shè)計的滲透系統(tǒng)和方法，包括正向滲透分離、直接滲透濃縮、壓カ輔助正向滲透(pressureassistedforwardosmosis)和壓カ延緩滲透!,pressureretardedosmosis)。根據(jù)ー種或多種實施方式，用于從第一溶液中滲透提取溶劑的系統(tǒng)可包括第一室，所述第一室具有與第一溶液源流體連接的入ロ；第二室，所述第二室具有與濃驅(qū)動溶液源流體連接的入口，所述濃驅(qū)動溶液包含摩爾比至少為1:1的氨和ニ氧化碳；半透膜系統(tǒng)，所述半透膜系統(tǒng)將所述第一室與所述第二室隔開；分離系統(tǒng)，所述分離系統(tǒng)流體連接到所述第二室的下游，所述分離系統(tǒng)包括蒸餾塔，所述分離系統(tǒng)被設(shè)置為接收來自所述第二室的稀驅(qū)動溶液以及回收驅(qū)動溶質(zhì)和溶劑流；再循環(huán)系統(tǒng)，所述再循環(huán)系統(tǒng)包括吸收器，所述再循環(huán)系統(tǒng)被設(shè)置為便于將所述驅(qū)動溶質(zhì)再引入到所述第二室，以維持所需的摩爾比；以及低品位熱源(sourceoflowgradeheat),所述低品位熱源與所述分離系統(tǒng)進(jìn)行熱交換。在一些實施方式中，所述系統(tǒng)可進(jìn)ー步包括驅(qū)動溶液儲存系統(tǒng)，所述驅(qū)動溶液儲存系統(tǒng)與所述濃驅(qū)動溶液源流體連通。所述驅(qū)動溶液儲存系統(tǒng)可包括至少ー個囊(bladder)。所述驅(qū)動溶液儲存系統(tǒng)可包含在容器(vessel)中，所述容器進(jìn)ー步包括第一溶液儲存囊和稀驅(qū)動溶液儲存囊中的至少ー個。在至少ー種實施方式中，所述蒸餾塔可位于地平面以下。所述半透膜系統(tǒng)可包括浸于槽中的膜組件。所述槽可包括第一濃度區(qū)和第二濃度區(qū)。所述膜組件可包括多個平片膜(flatsheetmembranes)。在一些實施方式中，所述系統(tǒng)可進(jìn)ー步包括氣體沖洗系統(tǒng)(gasscoursystem)。所述系統(tǒng)可進(jìn)ー步包括預(yù)處理系統(tǒng)，所述預(yù)處理系統(tǒng)與所述第一溶液流體連通，所述預(yù)處理系統(tǒng)選自于由離子交換、化學(xué)軟化、納米過濾、阻垢劑(anti-scalants)和沉淀單元操作裝置組成的組。在至少ー種實施方式中，所述系統(tǒng)可進(jìn)ー步包括與所述分離系統(tǒng)協(xié)作的鹽結(jié)晶器。所述系統(tǒng)可進(jìn)ー步包括PH計、離子探針、傅立葉變換紅外光譜儀和流速計探針(flowratemeterprobe)中的至少ー種。根據(jù)ー種或多種實施方式，正向滲透分離エ藝可包括在半透膜的第一側(cè)上引入第一溶液；在所述半透膜的第二側(cè)上引入包含摩爾比至少為1:1的氨和ニ氧化碳的濃驅(qū)動溶液，以維持穿過所述半透膜所需的滲透濃度梯度；促使所述第一溶液的至少一部分的流(flow)穿過所述半透膜，以在該半透膜的第一側(cè)上形成第二溶液，并在該半透膜的第ニ側(cè)上形成稀驅(qū)動溶液；將至少一部分所述稀驅(qū)動溶液引入分離操作裝置，以回收驅(qū)動溶質(zhì)和溶劑流(Stream);將所述驅(qū)動溶質(zhì)再引入所述半透膜的第二側(cè)，以維持所述濃驅(qū)動溶液中所期望的氨對ニ氧化碳的摩爾比；收集所述溶劑流；以及控制所述半透膜的生物積垢(biologicalfouling)。在一些實施方式中，控制生物積垢涉及使所述第一溶液脫氣?？刂粕锓e垢也可涉及調(diào)節(jié)所述半透膜環(huán)境中的滲透壓。在至少ー種實施方式中，控制生物積垢涉及亞硫酸鹽還原、生物處理、滲透震擾(osmoticshock)、曝氣(aeration)、產(chǎn)物水的通量和添加亞硫酸氫鹽中的至少ー種。以下詳細(xì)討論這些示例性方面和實施方式的其它方面、實施方式和優(yōu)點。此外，應(yīng)理解上述信息和以下詳細(xì)描述都僅為各個方面和實施方式的解釋性實例，g在提供用于理解要求保護(hù)的方面和實施方式的性質(zhì)和特征的概述或框架。包括附圖以提供各個方面和實施方式的闡述和進(jìn)ー步理解，將其并入并構(gòu)成該申請文件的一部分。附圖以及該申請文件的剰余部分用來解釋所描述和要求保護(hù)的方面和實施方式的原理和操作。以下參考附圖討論至少ー種實施方式的多個方面。在沒有意圖按比例繪制的附圖中，各圖中所示的各個相同或幾乎相同的部件用相同數(shù)字表示。為清楚起見，可能并未在每個圖中標(biāo)記出每個部件。提供附圖以闡述和解釋本發(fā)明，并非用于限制本發(fā)明。在附圖中圖I是根據(jù)一種或多種實施方式的溶液儲存系統(tǒng)的示意圖；圖2是根據(jù)一種或多種實施方式的正向滲透組件的示意圖；圖3是根據(jù)一種或多種實施方式的正向滲透池(basins)的流程示意圖；圖4A-圖4D是根據(jù)一種或多種實施方式的膜框架(frames)的示意圖；圖5是根據(jù)一種或多種實施方式的組件陣列的示意圖；圖6和圖7是根據(jù)一種或多種實施方式的液壓剖面(hydraulicprofile)的示意圖；圖8是根據(jù)一種或多種實施方式的系統(tǒng)集成體的示意圖；圖9是根據(jù)一種或多種實施方式的結(jié)晶器集成體的示意圖；圖10是根據(jù)一種或多種實施方式的ニ氧化硅過濾集成體的示意圖；圖11是根據(jù)一種或多種實施方式的移動的設(shè)計的滲透エ藝的示意圖；以及圖12和圖13是根據(jù)一種或多種實施方式的壓カ延緩滲透接觸器的示意圖。具體實施例方式根據(jù)ー種或多種實施方式，用于從水溶液中提取水的滲透方法通常涉及使該水溶液接觸正向滲透膜的第一表面?？梢允古c該水溶液相比具有提高的溶質(zhì)濃度的第二溶液(或驅(qū)動溶液)接觸所述正向滲透膜的(與第一表面相対的)第二表面。然后水可被驅(qū)動而從水溶液穿過所述正向滲透膜并進(jìn)入到第二溶液中，從而經(jīng)由正向滲透生成富水的溶液，正向滲透通常利用涉及流體從較稀溶液移向較濃溶液的流體轉(zhuǎn)移性質(zhì)?？梢栽诘谝怀隹谑占凰娜芤?也稱作稀驅(qū)動溶液)，并進(jìn)行進(jìn)ー步的分離エ藝以生產(chǎn)純凈水?？梢栽诘诙謦硎占诙a(chǎn)物流，即貧化(depleted)或濃縮的エ藝水溶液，以便排放或進(jìn)ー步處理。液壓壓カ通?？纱偈雇ㄟ^膜組件沿第一溶液和第二溶液各自的流道縱軸運送(transport)所述第一溶液和第二溶液，而滲透壓通?？纱偈顾┻^組件中的正向滲透膜，由進(jìn)料溶液運送到驅(qū)動溶液中?；蛘?，液壓壓カ可作用于進(jìn)料溶液，幫助水流由進(jìn)料溶液進(jìn)入驅(qū)動溶液中，或者，液壓壓カ可施加于驅(qū)動溶液上，以使得因驅(qū)動溶液的體積膨脹產(chǎn)生動力，所述體積膨脹由兩種溶液間的滲透壓差驅(qū)動的進(jìn)料溶液的水的膜通量產(chǎn)生(壓カ延緩滲透(PRO))。通常，將組件內(nèi)的流道設(shè)計成能使引起經(jīng)過這些流道的流(橫流)所必需的液壓壓カ最小，但這經(jīng)常與希望在流道中產(chǎn)生湍流(產(chǎn)生湍流對在兩種溶液間有效產(chǎn)生滲透壓差有利)不相符，因為產(chǎn)生湍流具有増加流阻的傾向。較高的滲透壓差通常可増加跨膜通量，但可能同時也具有增加從稀驅(qū)動溶液中分離驅(qū)動溶質(zhì)以生產(chǎn)稀釋的水產(chǎn)物(dilutewaterproduct)和再變濃的驅(qū)動溶液所需熱量的傾向。根據(jù)ー種或多種實施方式，正向滲透分離膜組件可包括ー個或多個正向滲透膜。正向滲透膜通常是半透的，例如允許水通過，但擋住其中溶解的溶質(zhì)(例如氯化鈉、碳酸銨、碳酸氫銨、氨基甲酸銨)。許多類型的半透膜適用于此用途，只要它們能夠允許水(即溶剤)通過并阻擋溶質(zhì)通過且不與溶液中的溶質(zhì)反應(yīng)即可。該膜可具有各種構(gòu)造，包括薄膜、中空纖維膜、螺旋盤繞膜、單絲和碟管。有許多公知的市售半透膜，其特征在于具有足夠小的孔隙，以允許水通過并篩出溶質(zhì)分子(例如氯化鈉)及其離子分子物質(zhì)種類(species)(例如氯離子)。此類半透膜可以由有機(jī)材料或無機(jī)材料制成。在一些實施方式中，可以使用由例如こ酸纖維素、硝酸纖維素、聚砜、聚偏氟こ烯、聚酰胺和丙烯腈共聚物等材料制成的膜。其它膜可以是由例如ZrO2和TiO2的材料制成的陶瓷膜或礦物膜。優(yōu)選地，所選用作半透膜的材料通常應(yīng)能承受可能向該膜施加的各種エ藝條件。例如，該膜最好能承受升高的溫度，例如與消毒或其它高溫エ藝相關(guān)的溫度。在一些實施方式中，正向滲透膜組件可以在約o°c-約100°C的溫度范圍內(nèi)運行。在一些非限制性實施方式中，エ藝溫度可以為約40°C-約50°C。同樣地，該膜最好能在各種pH條件下保持完整。例如，膜環(huán)境中的ー種或多種溶液(例如驅(qū)動溶液)可能或多或少是酸性或堿性的。在ー些非限制性實施方式中，正向滲透膜組件可以在約2-約11的pH水平下運行。在某些非限制性實施方式中，所述PH水平可以為約7-約10。所用的膜不需要僅由這些材料之一制成，它們可以是多種材料的復(fù)合物。在至少ー種實施方式中，該膜可以是不對稱膜，例如在第一表面上具有活性層，在第二表面上具有支持層。在一些實施方式中，所述活性層通常是截留層(rejectinglayer)。例如,在一些非限制性實施方式中，截留層可阻止鹽通過。在ー些實施方式中，支持層(例如襯墊層)通常是無活性的。根據(jù)ー種或多種實施方式，至少ー個正向滲透膜可置于外罩(housing)或外殼(casing)內(nèi)。該外罩的尺寸和形狀通常適合容納置于其中的膜。例如，如果容納螺旋盤繞的正向滲透膜，該外罩可以基本上是圓柱體。該組件的外罩可包含向該組件提供進(jìn)料溶液和驅(qū)動溶液的入口以及用于從該組件中抽取產(chǎn)物流的出口。在一些實施方式中，該外罩可提供至少ー個用于容納或儲存待引入該組件或待從該組件中抽取的流體的儲器或室。在至少ー種實施方式中，該外罩可以是絕緣的。根據(jù)ー種或多種實施方式的分離エ藝可涉及使第一溶液接觸半透膜的第一表面?？梢允?jié)舛却笥诘谝蝗芤旱牡诙芤航佑|該膜的(與第一表面相対的)第二表面。在ー些實施方式中，可以使用第一試劑調(diào)節(jié)第二溶液內(nèi)的溶質(zhì)平衡，以提高第二溶液內(nèi)可溶溶質(zhì)物質(zhì)種類的量，從而提高第二溶液的濃度。然后第一溶液和第二溶液之間的濃度梯度驅(qū)動溶劑穿過該半透膜從第一溶液進(jìn)入到第二溶液中，產(chǎn)生富溶劑的溶液。根據(jù)ー種或多種實施方式，可以從該富溶劑的第二溶液中回收一部分溶質(zhì)并再循環(huán)到驅(qū)動溶液。該回收エ藝可產(chǎn)生溶劑產(chǎn)物流。該濃度梯度也在半透膜的第一側(cè)上產(chǎn)生貧化溶液，可以將其排出或進(jìn)ー步處理。該貧化溶液可包括需要濃縮或回收的ー種或多種目標(biāo)物質(zhì)種類。根據(jù)ー種或多種實施方式，公開了使用滲透從第一溶液中提取溶劑的裝置。在該裝置的一種非限制性實施方式中，該裝置具有含入口和出口的第一室。第一室的入口可與第一溶液源連接。半透膜將該第一室與第二室隔開。所述第二室具有入口以及第一出口和第二出口。在一些實施方式中，第三室可接收來自第二室的第一出口的富溶劑的第二溶液和來自第二室的第二出口的試劑。第三室可包括與分離操作裝置(例如用于過濾該富溶劑的第二溶液的過濾器)連接的出ロ。所述過濾器可具有第一出口和第二出ロ，該第一出ロ與第二室的入口連接，以使沉淀的溶質(zhì)再循環(huán)到第二室。在一些實施方式中，第四室可以接收來自所述分離操作裝置的第二出口的富溶劑的第二溶液。第四室可具有用于將所述富溶劑的第二溶液加熱的加熱器。第四室的第一出口可以將成分氣體(constituentgasses)送回第二室的入口。如本文所述，各種物質(zhì)種類(例如來自第四室的氣體和/或來自第三室的沉淀的溶質(zhì))可以在該系統(tǒng)內(nèi)再循環(huán)。例如，可以將這些物質(zhì)種類在相同入口或不同入口引入第二室。第四室的第二出口可使最終產(chǎn)物(溶剤)離開該裝置。由于從ー個溶液到另ー個溶液穿過所述膜產(chǎn)生通量，流道構(gòu)造可能是改變進(jìn)料溶液和驅(qū)動溶液中流量或流速的原因。對于短的流道長度以及低到中等的通量速率，用于膜系統(tǒng)中的進(jìn)料溶液和驅(qū)動溶液的流道通常應(yīng)該設(shè)計成近似相等；或者，對于較長的流道長度和/或較高的通量，所述流道可設(shè)計為逐漸變細(xì)的(tapering),其中進(jìn)料變窄、驅(qū)動變深。根據(jù)ー種或多種實施方式，正向滲透膜組件通?？杀粯?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。盡管所述第一溶液和第二溶液可保持不流動，但優(yōu)選所述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?？梢蕴岣哐丞`個或多個流體流路接觸的膜表面積，由此提高正向滲透效率。在ー些實施方式中，所述第一溶液和第二溶液可以以相同方向流動。在另ー些實施方式中，所述第一溶液和第二溶液可以以相反方向流動。在至少ー些實施方式中，在膜表面的兩側(cè)上可都存在類似的流體動力學(xué)。這可以通過在該組件或外罩中戰(zhàn)略性集成一個或多個正向滲透膜來實現(xiàn)。根據(jù)ー種或多種實施方式，可回收驅(qū)動溶質(zhì)供再使用。可從稀驅(qū)動溶液中氣提溶質(zhì)以生產(chǎn)大體上不含該溶質(zhì)的產(chǎn)物水。所述分離系統(tǒng)可包括蒸餾塔。然后可以將驅(qū)動溶質(zhì)例如通過再循環(huán)系統(tǒng)送回濃驅(qū)動溶液中。可凝結(jié)或吸收氣態(tài)的溶質(zhì)以形成濃驅(qū)動溶液。吸收器可使用稀驅(qū)動溶液作為吸收劑。在其它實施方式中，產(chǎn)物水可用作吸收劑，用于全部或部分吸收來自溶質(zhì)再循環(huán)系統(tǒng)的氣流。根據(jù)ー種或多種實施方式，第一溶液可以是任何水溶液或含有希望進(jìn)行分離、凈化或其它處理的一種或多種溶質(zhì)的溶劑。在一些實施方式中，第一溶液可以是非適飲水，例如海水、咸水(saltwater)、微咸水、灰水(graywater)和某些エ業(yè)水。待處理的エ藝流可包括鹽和其它離子物質(zhì)種類，例如氯化物、硫酸鹽、溴化物、硅酸鹽、碘化物、磷酸鹽、鈉、鎂、鈣、鉀、硝酸鹽、神、鋰、硼、銀、鑰、猛、招、鎘、鉻、鈷、銅、鐵、鉛、鎳、硒、銀和鋅。在一些實施例中，第一溶液可以是鹽水(例如咸水或海水)、廢水或其它污水。第一溶液可以從上游單元操作裝置(例如エ業(yè)設(shè)施)或任何其它來源(例如海洋)遞送至正向滲透膜處理系統(tǒng)。第二溶液可以是含有比第一溶液高的溶質(zhì)濃度的驅(qū)動溶液?？墒褂酶鞣N驅(qū)動溶液。例如，驅(qū)動溶液可包括熱分解鹽溶液。在一些實施方式中，可以使用氨和ニ氧化碳驅(qū)動溶液，例如美國專利申請公開號2005/0145568(McGinnis)中公開的那些，該公開出于各種目的將其全文經(jīng)此引用并入本文。在一種實施方式中，第二溶液可以是氨和ニ氧化碳的濃溶液。在至少ー種實施方式中，所述驅(qū)動溶液可包括摩爾比大于1:1的氨和ニ氧化碳。第二(驅(qū)動)溶液的優(yōu)選溶質(zhì)可以是氨和ニ氧化碳?xì)怏w以及它們的產(chǎn)物碳酸銨、碳酸氫銨和氨基甲酸銨。當(dāng)氨和ニ氧化碳以約為I的摩爾比溶解在水中時，形成由主要的碳酸氫銨和較低程度的相關(guān)產(chǎn)物碳酸銨和氨基甲酸銨構(gòu)成的溶液。這種溶液中的平衡更偏向于較不溶溶質(zhì)物質(zhì)種類(碳酸氫銨)而不是可溶溶質(zhì)物質(zhì)種類(氨基甲酸銨以及較低程度的碳酸銨)。用過量氨氣來緩沖主要由碳酸氫銨構(gòu)成的溶液以使氨對ニ氧化碳的摩爾比提高到約I.75至2.0，會使該溶液的平衡移向可溶溶質(zhì)物質(zhì)種類氨基甲酸銨。氨氣更可溶于水并優(yōu)先被該溶液吸附。由于氨基甲酸銨更容易被第二溶液的溶劑吸附，其濃度可提高至溶劑不能再吸收該溶質(zhì)的程度，即飽和。在一些非限制性實施方式中，通過這種操作實現(xiàn)的這種第二溶液內(nèi)的溶質(zhì)濃度大于約2摩爾濃度、大于約6摩爾濃度、或為約6摩爾至約12摩爾濃度。根據(jù)ー種或多種實施方式，基于系統(tǒng)中驅(qū)動溶液的最高濃度，氨對ニ氧化碳的比應(yīng)大體上使驅(qū)動溶液氣完全被吸收到吸收流體(例如，如本文所述的稀驅(qū)動溶液的一部分)中。驅(qū)動溶液的濃度、體積和流速通常應(yīng)與進(jìn)料溶液的濃度、體積和流速相匹配，從而在整個膜系統(tǒng)和進(jìn)料水回收的范圍維持這兩種溶液間所需的滲透壓差。根據(jù)ー種或多種實施方式，這可考慮膜內(nèi)及其表面的內(nèi)部和外部濃度極化現(xiàn)象來計算。在一種非限制性脫鹽實施方式中，可使用鹽進(jìn)料水流速的33%左右的濃驅(qū)動溶液入口流速，對于海水脫鹽系統(tǒng)，通常在約25%-75%的范圍內(nèi)。較低鹽度的進(jìn)料可能要求驅(qū)動溶液入口速率為進(jìn)料水流速率的約5%-25%。稀驅(qū)動溶液出ロ速率通?？蔀檫M(jìn)料水入口速率的約50%-100%，并且為鹽水排出體積的約三到四倍。根據(jù)ー種或多種實施方式，氨對ニ氧化碳的比通常應(yīng)該與驅(qū)動溶液的濃度和用在驅(qū)動溶質(zhì)的除去和回收エ藝中的溫度相匹配。如果該比不夠高，那么將不可能將驅(qū)動溶質(zhì)氣完全吸收為鹽供濃溶液再使用，如果該比太高，則驅(qū)動溶液中會有過量的氨，這在所需的溫度范圍內(nèi)(如利用廢熱驅(qū)動所述エ藝所必需的溫度)將不會適當(dāng)?shù)啬Y(jié)。例如，在ー些實施方式中，蒸餾塔可在約50°C氣提氣體，吸收塔可在約20°C下操作。氨對ニ氧化碳的比應(yīng)該進(jìn)一歩被考慮為防止氨通過膜進(jìn)入到進(jìn)料溶液中。如果該比太高，可能會引起非離子化的氨以比必需的或理想的濃度高的濃度存在于驅(qū)動溶液中(通常地主要是銨)。其它參數(shù)，例如進(jìn)料水的類型、所需的滲透壓、所需的通量、膜的類型和驅(qū)動溶液濃度可能影響所優(yōu)選的驅(qū)動溶液的摩爾比。在滲透分離エ藝中，可監(jiān)測和控制氨對ニ氧化碳的比。在至少一種實施方式中，驅(qū)動溶液可包括摩爾比大于1:1的氨和ニ氧化碳。在一些非限制性實施方式中，在約50°C且驅(qū)動溶液的摩爾濃度(molarity)規(guī)定為該溶液中二氧化碳的摩爾濃度時，驅(qū)動溶液的比對于I摩爾以下的驅(qū)動溶液可至少為約I.1:1，對于I.5摩爾以下的驅(qū)動溶液可至少為約I.2:1，對于3摩爾以下的驅(qū)動溶液可至少為約I.3:1，對于4摩爾以下的驅(qū)動溶液可至少為約I.4:1，對于4.5摩爾以下的驅(qū)動溶液可至少約I.5:1，對于5摩爾以下的驅(qū)動溶液可至少為約I.6:1，對于5.5摩爾以下的驅(qū)動溶液可至少為約I.7:1，對于7摩爾以下的驅(qū)動溶液可至少為約I.8:1，對于8摩爾以下的驅(qū)動溶液可至少為約2.0:1，對于10摩爾以下的驅(qū)動溶液可至少為約2.2:1。實驗表明，在此近似溫度下，這些比約為這些濃度的溶液的穩(wěn)定溶解性所需要的最小比。在較低的溫度，對于相同的濃度，需要較高的氨對ニ氧化碳的比。在較高的溫度，可能需要較低的比，但可能還要求對溶液進(jìn)行一定加壓來阻止溶質(zhì)分解成氣體。大于1:1的比，即使在總濃度小于2摩爾時，也大大增加溶液的穩(wěn)定性，防止ニ氧化碳?xì)獾男纬梢约巴ǔ７乐褂缮踔潦沁m量的熱和/或適量降低的壓カ引起的驅(qū)動溶液的熱分解。根據(jù)ー種或多種實施方式，正向滲透分離エ藝可包括在半透膜的第一側(cè)上引入第一溶液；檢測所述第一溶液的至少ー種特性；基于所檢測的至少ー種特性，為包含氨和ニ氧化碳的濃驅(qū)動溶液選擇摩爾比；在所述半透膜的第二側(cè)上引入以所選擇的摩爾比包含氨和ニ氧化碳的所述濃驅(qū)動溶液，以維持穿過所述半透膜所需的滲透濃度梯度；促使所述第一溶液的至少一部分的流穿過所述半透膜，以在該半透膜的第一側(cè)上形成第二溶液，并在該半透膜的第二側(cè)上形成稀驅(qū)動溶液；將至少一部分所述稀驅(qū)動溶液引入分離操作裝置，以回收驅(qū)動溶質(zhì)和溶劑流；將所述驅(qū)動溶質(zhì)再引入所述半透膜的第二側(cè)，以維持所述濃驅(qū)動溶液中所選擇的濃度及氨對ニ氧化碳的摩爾比；以及收集所述溶劑流。根據(jù)ー種或多種實施方式，用于從第一溶液中滲透提取溶劑的裝置可包括第一室，所述第一室具有與第一溶液源流體連接的入ロ；第二室，所述第二室具有與濃驅(qū)動溶液源流體連接的入口，所述濃驅(qū)動溶液包含摩爾比至少為1:1的氨和ニ氧化碳；半透膜系統(tǒng)，所述半透膜系統(tǒng)將所述第一室與所述第二室隔開；分離系統(tǒng)，所述分離系統(tǒng)流體連接到所述第二室的下游，所述分離系統(tǒng)包括蒸餾塔，所述分離系統(tǒng)被設(shè)置為接收來自第二室的稀驅(qū)動溶液以及回收驅(qū)動溶質(zhì)和溶劑流；以及再循環(huán)系統(tǒng)，所述再循環(huán)系統(tǒng)包括吸收器，所述再循環(huán)系統(tǒng)被設(shè)置為便于將所述驅(qū)動溶質(zhì)再引入到第二室，以維持所述濃驅(qū)動溶液中氨對ニ氧化碳的摩爾比。根據(jù)ー種或多種實施方式，可為減少占用空間(footprint)而設(shè)計系統(tǒng)和方法。在一些實施方式中，可將各種溶液(例如濃的和稀的可重復(fù)使用的溶液)戰(zhàn)略性儲存于囊中。在至少ー種非限制性實施方式中，囊可由氯丁橡膠或類似材料制成。在一些非限制性實施方式中，可在相同的容器內(nèi)使用三個囊以儲存進(jìn)料水、產(chǎn)物水、濃縮物和稀鹽溶液。不管是否分離或混合水與濃縮物，容器內(nèi)的總體積可保持相同?？蓪崿F(xiàn)每種流體用ー個囊；或者用兩個囊，其中兩種流體各用一個囊，第三流體儲存在這兩個囊外側(cè)與容器壁之間。囊可以以垂直或水平排列的方式儲存。圖I闡明了兩個囊和三個囊的多種構(gòu)造(configurations)。在與減少占用空間有關(guān)的其它實施方式中，可采用單個外殼(enclosure),例如用作蒸懼塔的填充有填料的混凝土襯砌槽(concretelinedtank)。鋼蓋可為真空的形成創(chuàng)造條件。可用聚合物涂覆混凝土或者可使用無混凝土的聚合物襯砌凹坑(Pitlinedwithpolymer)。也可使用埋地容器(buriedvessels)?？商峁┹o助裝置。低成本結(jié)構(gòu)可促進(jìn)進(jìn)行熱交換。在各種實施方式中，共同或共享的壁構(gòu)造可用于將氣提塔和吸收器集成到同一結(jié)構(gòu)中，以使占用空間最小、成本最低，而且常用來提高美感(aesthetics)。根據(jù)ー種或多種實施方式,可利用涉及浸沒式常壓膜(atmosphericmembrane)設(shè)計的系統(tǒng)和方法實現(xiàn)正向滲透脫鹽。正向滲透膜裝置可設(shè)置在中空纖維構(gòu)造中，驅(qū)動溶液在所述纖維的腔(lumens)中并以足以使所述驅(qū)動溶液側(cè)的濃度極化最小的速度流動。為了使進(jìn)料側(cè)的濃度極化最小，可用分布于組件束(modulebundle)支撐區(qū)域的空氣連續(xù)地或間歇地沖洗纖維外側(cè)。所述纖維可以平行于空氣流的垂直排列方式取向，以使纖維受到的壓カ最小。在另ー種實施方式中，還可在浸沒式(submerged)或淹沒式(flooded)容器構(gòu)造中使用螺旋盤繞膜構(gòu)造?？蓪@些膜組件施加足夠的流體速度，以在膜表面產(chǎn)生對降低濃度極化現(xiàn)象有用的剪切力，并保持膜表面清潔。還可對它們施加用氣泡進(jìn)行的連續(xù)地或周期性地沖洗，以減小濃度極化并保持膜表面清潔。這些技術(shù)可使得能夠處理具有高積垢和/或結(jié)垢(scaling)潛力的水。在圖2的簡圖所顯示的操作裝置中，濃驅(qū)動溶液可進(jìn)入位于組件一端的分布室，沿纖維束的長度方向流動并進(jìn)入位于組件另一端的收集室。離開組件的驅(qū)動溶液隨后可流入相鄰組件的分布裝置。這種設(shè)置可允許驅(qū)動溶液以與待脫鹽的進(jìn)料水相反的水平方向流動。可有利地獲得相對恒定的跨膜滲透驅(qū)動力。膜系統(tǒng)設(shè)計可涉及組件接觸器的分級(staging)，從而使得在整個接觸器池的范圍內(nèi)，經(jīng)過膜表面的速度在進(jìn)料溶液側(cè)和驅(qū)動溶液側(cè)保持相對恒定。根據(jù)ー種或多種實施方式，圖3顯示了原進(jìn)料水沿池構(gòu)造的外周進(jìn)入的池構(gòu)造的簡圖。流通過孔板(perforatedplates)進(jìn)入和離開池以保證均一的垂直流動速度。新鮮的驅(qū)動溶液進(jìn)入最靠近鹽水出口的組件的頂部，向下流過第二級組件，向上流過第一級組件。可調(diào)節(jié)級的相對數(shù)量和各級組件的相對數(shù)量以滿足進(jìn)料水和驅(qū)動溶液條件所必需的特定條件。根據(jù)ー種或多種實施方式，系統(tǒng)和方法可涉及平片正向滲透膜組件設(shè)計。平片膜封套(envelope)可利于驅(qū)動溶液在膜封套內(nèi)流動。如圖4A所示，膜片可粘結(jié)在提供結(jié)構(gòu)支持的兩個塑料框架之間。如圖4B所示，兩個膜框架可結(jié)合成ー個膜封套。如圖4C所示，所述框架可被設(shè)計為在框架相対的端產(chǎn)生ー排孔(orifices)，以促進(jìn)封套內(nèi)驅(qū)動溶液的均勻分布和收集。在至少ー些實施方式中，所述驅(qū)動溶液流過封套時，由于跨膜的水運送的結(jié)果，體積可能實質(zhì)上増加。采用上述流構(gòu)造，經(jīng)過組件的驅(qū)動溶液的速度可隨體積增加而増大，這可導(dǎo)致壓降增大和泵浦能増大。根據(jù)ー種或多種實施方式，隨著從封套入口到封套出口體積的増大，可有利地保持相對恒定的所述驅(qū)動溶液的速度?；蛘撸鐖D4D所示，關(guān)于所述組件的內(nèi)部體積，其可以是不対稱的，例如，對于較高的體積流，具有較厚的底部?；蛘?，所述組件具有一定程度的柔韌性。根據(jù)ー種或多種實施方式，可將膜封套設(shè)置在由多個封套組成的組件中。封套間終間距及組件的規(guī)格可在產(chǎn)品開發(fā)期間確定。例如，在一個非限制性實施方式中，可利用每英寸組件寬度上三個封套來估計每單位體積的膜面積。根據(jù)圖5，可將多個組件垂直排列為堆疊組裝體，每個組件之間的塑料支持框架被設(shè)計為允許水和驅(qū)動溶液的垂直流?；诎ㄔ谘b配和拆卸和/或從膜槽移除期間操作方便等因素，可確定所有單個組件和堆疊的規(guī)格?？蓪M件、間隔物及堆疊進(jìn)行設(shè)計以保持進(jìn)料溶液和驅(qū)動溶液的液壓特性。關(guān)于根據(jù)ー種或多種實施方式的貫穿膜接觸器的液壓剖面(hydraulicprofile)，可應(yīng)用各種設(shè)計參數(shù)?？稍谀蓚?cè)保持相對恒定的速度以使低速引起的通量衰減和高速引起的過度壓降最小。還可使速度保持適當(dāng)?shù)馗咭苑乐鼓さ乃畟?cè)上的固體沉積。在エ藝中流動的驅(qū)動溶液和水的體積流速可分別升高和降低，使得在一些實施方式中需要在水和驅(qū)動溶液流二者上串聯(lián)使用兩級或更多級。在至少ー些實施方式中，可能優(yōu)選使用最濃的驅(qū)動溶液(即進(jìn)入接觸器的驅(qū)動溶液)以從最咸的水(離開接觸器的鹽水)中提取水。通常，應(yīng)當(dāng)使利用裝置旋轉(zhuǎn)來在該エ藝中移動流體的操作最小化。所述設(shè)計應(yīng)該提供如下特征便于可靠處理具有懸浮固體和/或濃縮后可以沉淀的略溶鹽的進(jìn)料水源。根據(jù)如圖6所示的一種或多種實施方式，該構(gòu)思的水側(cè)的液壓設(shè)計可具有如下的一個或多個特征例如，兩級或多級串聯(lián)、各級并聯(lián)一個或多個堆疊、用于控制橫流速度的曝氣、表面沖洗、經(jīng)由空氣提升作用再循環(huán)水的動力、直流(once-through)處理或濃縮物再循環(huán)、如果僅用空氣存在不足時的進(jìn)料泵和用于從再循環(huán)的濃縮物中除去和稠化懸浮固體的濃縮沉降槽(settlingtank)。如圖7所示，根據(jù)ー種或多種非限制性實施方式，驅(qū)動溶液側(cè)的液壓設(shè)計可任選地涉及驅(qū)動溶液以與水相反的方向流動和/或?qū)⑾饪s物中產(chǎn)生的壓カ用作泵送濃縮物穿過系統(tǒng)的能量源。根據(jù)ー種或多種實施方式，各種設(shè)計的滲透系統(tǒng)和方法可與較大的系統(tǒng)集成。如圖8所示，在一些實施方式中，系統(tǒng)和方法可與各種熱源和水系統(tǒng)集成。在至少ー種實施方式中，驅(qū)動溶液可在與凝結(jié)塔相關(guān)的管的內(nèi)部進(jìn)料。在ー些實施方式中，可在再沸器中使用來自地下的熱水。在其它實施方式中，可使用地?zé)?、來自工業(yè)源的廢熱、太陽能收集器、熔鹽或儲熱系統(tǒng)中的余熱。在其它實施方式中，可使用柴油發(fā)電機(jī)。根據(jù)ー種或多種實施方式，正向滲透系統(tǒng)和方法可與鹽結(jié)晶器集成。對于集成的正向滲透系統(tǒng)和結(jié)晶器系統(tǒng)，可優(yōu)化熱管理，從而使結(jié)晶器產(chǎn)生可隨后在用于驅(qū)動溶液再生的正向滲透エ藝中使用的蒸汽品質(zhì)(steamquality)。來自結(jié)晶器的蒸汽可為鹽晶體分離后離開結(jié)晶器蒸氣室主體(vaporbody)的蒸汽，或者為來自用作結(jié)晶器的熱能源的蒸氣壓縮機(jī)的輸出的一部分。圖9顯示上述集成體的一個非限制性的實施方式的簡圖。根據(jù)ー種或多種實施方式，正向滲透系統(tǒng)和方法可與用于使來自廢水源的水回收最大化的輔助エ藝集成，所述廢水源具有用于結(jié)垢沉淀的潛力。為了防止鈣鹽和鎂鹽沉淀，可首先通過例如涉及與鈉在強(qiáng)酸陽離子交換樹脂上進(jìn)行離子交換的那些技術(shù)從進(jìn)料中除去鈣和鎂。FO濃縮物可用于使樹脂再生?；瘜W(xué)分散劑可用來防止離子交換柱中的沉淀。對于ニ氧化硅結(jié)垢控制，可將ニ氧化硅結(jié)垢分散劑供應(yīng)給所述系統(tǒng)的進(jìn)料。如果所需的濃度因子導(dǎo)致ニ氧化硅的濃度超過分散劑供應(yīng)者所推薦的最大濃度，可通過除去ニ氧化硅的小型外部微濾器或超濾器使一部分進(jìn)料再循環(huán)。圖10顯示所述エ藝的非限制性實施方式的簡圖。在另ー種實施方式中，利用或不利用阻垢化學(xué)剤，可在FO膜系統(tǒng)中將可溶鹽濃縮到它們的溶解度或超出它們的溶解度，從而將所述濃進(jìn)料溶液導(dǎo)向至包含晶種和/或添加有絮凝化學(xué)添加劑的沉淀槽(precipitationtank)中。然后可將這種溶液導(dǎo)向至沉降槽和/或過濾裝置中以除去顆粒物。然后，可將來自該處理的流出物導(dǎo)向至另ー個エ藝進(jìn)行處理，從FO膜系統(tǒng)中丟棄，或者在FO膜系統(tǒng)中再循環(huán)以進(jìn)ー步濃縮。在FO膜系統(tǒng)中，可利用剪切力和/或引入用于沖洗的氣泡，以保證在膜表面不發(fā)生沉淀和/或積垢。根據(jù)ー種或多種實施方式，系統(tǒng)和方法可用在膜生物反應(yīng)器(MBR)操作裝置中用于處理廢水。在一些實施方式中，可將來自廢棄物的廢水以單ー步驟進(jìn)行轉(zhuǎn)化供再使用。一些實施方式可能不需要曝氣，這樣，將水與廢物流中的懸浮固體和有機(jī)物分離的直接膜分離，或者膜蒸煮器(digester)操作可以在能量和總成本方面有所節(jié)省。在非限制性實施方式中，可以設(shè)計MBR系統(tǒng)從而使循環(huán)沿著膜片表面，并在膜片下的槽中存在相對未混合區(qū)?？蓮脑摮两祬^(qū)域中除去固體。發(fā)酵也可發(fā)生在未混合區(qū)，使得能夠除去和使用來自槽頂部的甲烷。所述槽可設(shè)置為使泵的出口位于該槽的ー側(cè)，如果需要的話，引導(dǎo)沿膜片橫(寬度)軸的流誘導(dǎo)剪切カ和湍流，從而使流沿著所述膜片的縱軸均勻分布、由上至下均勻分布。所述槽可進(jìn)ー步設(shè)置為該槽中與泵側(cè)相対的壁以這樣的方式彎曲在減小的阻力下將水送回槽的泵側(cè)，該流在膜堆疊的任ー側(cè)上經(jīng)過(passing)。根據(jù)需要,膜袋(pockets)內(nèi)部的驅(qū)動溶液可自上而下、自下而上或者交替串聯(lián)流動。可設(shè)置膜堆疊，使槽的不同區(qū)承受進(jìn)料溶液的不同穩(wěn)態(tài)濃度。氣泡可用來沖洗膜表面以減小濃度極化現(xiàn)象并防止在膜表面上積垢和/或結(jié)垢，這種空氣的引入意在上述目的而并非像典型的常規(guī)膜生物反應(yīng)器一祥在于將氧氣引入溶液。根據(jù)ー種或多種實施方式，可以在批處理的設(shè)計的滲透(EO)エ藝中實施系統(tǒng)和方法。在一些非限制性實施方式中，成批的微咸水和廢水源可被脫鹽和濃縮。待處理的流體可在批處理EOエ藝和用于水源的儲存槽之間再循環(huán)直到達(dá)到所需的鹽濃度?？稍O(shè)計該批處理EOエ藝以通過預(yù)過濾或使用可容納懸浮固體的FO膜和組件設(shè)計來對進(jìn)料水中懸浮的固體進(jìn)行操作。該エ藝可用于移動的臨時處理裝置或固定裝置。圖11顯示如何用移動的EOエ藝來濃縮蓄留的(impounded)微咸產(chǎn)出水的實例。根據(jù)ー種或多種實施方式的膜組件可用在壓カ延緩滲透中。壓カ延緩滲透通?？赡苌婕坝蓛煞N溶液(例如濃驅(qū)動溶液和稀工作流體)間的鹽濃度差帶來的衍生滲透カ或鹽度梯度能。在一些實施例中，海水可以是第一溶液，淡水或接近去離子的水可以為第二溶液。在一些實施方式中，可將ー個或多個螺旋盤繞正向滲透膜組件裝入壓カ容器中以促進(jìn)延緩滲透?？筛淖冊撜驖B透膜組件的一個或多個設(shè)計方面以用于壓カ延緩滲透用途。在壓カ延緩滲透中，可將驅(qū)動溶液引入在膜的第一側(cè)上的壓カ室。在一些實施方式中，基于驅(qū)動溶液和稀工作流體間的滲透壓差，可對至少一部分驅(qū)動溶液加壓?？稍谀さ牡诙?cè)上引入稀工作流體。該稀工作流體通?？山?jīng)由滲透穿過膜移動，由此增加在該膜的加壓驅(qū)動溶液側(cè)上的體積。由于壓カ被補(bǔ)償，可使渦輪旋轉(zhuǎn)發(fā)電。然后可對得到的稀驅(qū)動溶液進(jìn)行處理(例如分離)供再使用。在一些實施方式中，較低溫度的熱源(例如エ業(yè)廢熱)可用在壓カ延緩滲透系統(tǒng)或エ藝中或有利于壓カ延緩滲透系統(tǒng)或エ藝。根據(jù)ー種或多種實施方式，系統(tǒng)和方法可用在大規(guī)模壓カ延緩滲透接觸器中?？墒褂萌鐖D12和圖13中所示的中空纖維膜組件?？蓪⒃摻M件安裝于垂直或水平壓カ容器內(nèi)，為了解釋目的，示出了垂直壓カ容器中的單個組件。對于利用海水和淡水間滲透壓差的“開放”PR0，可控制鹽濃度并可保持使在膜的淡水側(cè)上的濃度極化作用最小的足夠速度。淡水可進(jìn)入該纖維的一端并從另一端離開，或者淡水可進(jìn)入纖維的兩端并使鹽在纖維內(nèi)積聚到一定程度，隨后用在頂部引入的淡水周期性地沖洗腔內(nèi)的鹽。對于再生的驅(qū)動溶液和蒸餾水或者去離子水都被送回到接觸器中的“閉合回路”PRO，可將水同時從纖維束的頂部和底部供應(yīng)到組件中，以使纖維內(nèi)的液壓壓カ損失最小，使能量生產(chǎn)最大化。在開放PRO或閉合回路PRO中，控制在高壓區(qū)內(nèi)纖維外側(cè)的濃度極化可促進(jìn)水通量速度和能量生產(chǎn)最大化?？稍诿總€組件的底部引入氣體以破壞CP邊界層?？稍诟邏簠^(qū)室(compartment)的頂部收集該氣體并用小型壓縮機(jī)使其再循環(huán)。該壓縮機(jī)只須克服再循環(huán)配管系統(tǒng)和接觸器內(nèi)的分布系統(tǒng)的較低的壓カ損失，使能量消耗最小。在涉及開放PRO的一些實施方式中，所述氣體可以是空氣但也可以是用于控制pH的其它氣體或包括用于控制pH的其它氣體(如氮氣或ニ氧化碳)，以防止碳酸鈣在組件中沉淀。在利用碳酸銨作為驅(qū)動溶液的閉合PRO的情況中，可能有利的是使用在熱回收系統(tǒng)中離開蒸懼塔的氨和/或ニ氧化碳作為破壞氣體(disruptiongas),在這種情況下,膜接觸器容器將還能充當(dāng)氣體吸收器，由此為整個エ藝節(jié)省一定資本成本并降低一定的復(fù)雜性。不進(jìn)入溶液的氣體在各種實施方式中再循環(huán)，從而使利用氣體混合物(尤其是如果ー種或多種氣體能顯著地溶解在驅(qū)動溶液中吋)是可行的。例如，可以以適當(dāng)?shù)谋群湍鼙ＷC充分的纖維攪動(agitation)的氣體體積使用空氣與氨和ニ氧化碳。根據(jù)ー種或多種實施方式，可監(jiān)測和控制膜積垢。可利用例如涉及液體湍流和氣體引入的那些沖洗技術(shù)來控制膜積垢。在一些實施方式中，剪切力(例如涉及在膜表面引起剪切的循環(huán)中的流體動力學(xué)的剪切力)可用于沖洗。在其它實施方式中，可將例如泡沫珠(foamballs)之類的物體置于流路中以進(jìn)行沖洗。在一些實施方式中，可通過操縱操作參數(shù)以改變滲透壓和流路來控制積垢和生物學(xué)活性，例如使在不同的時間，不同的膜區(qū)承受不同的溶液、滲透壓、PH或其它條件?？捎媱?scheduled)隨時間(例如基于分鐘、小時或年)的變化。根據(jù)ー種或多種實施方式，可用各種技術(shù)控制驅(qū)動溶液中極端微生物(extremophiles)的存在?？蓪M(jìn)料脫氣或進(jìn)行其它預(yù)處理以防止硝化細(xì)菌或其它生物通過與進(jìn)料流中的氣體(例如氧氣)反應(yīng)而消耗驅(qū)動溶液成分?？墒褂媚そ佑|器或其它脫氣技術(shù)。其它可實施的用于控制所述驅(qū)動溶液中的極端微生物的技術(shù)包括亞硫酸鹽還原、生物處理、滲透震擾、不與驅(qū)動溶液反應(yīng)的常規(guī)清潔技術(shù)、無化學(xué)物質(zhì)的產(chǎn)物水的通量、鹽水溶液曝氣和添加亞硫酸氫鹽。根據(jù)ー種或多種實施方式，裝置、系統(tǒng)和方法通?？缮婕翱刂破鳎隹刂破饔糜谡{(diào)整或調(diào)節(jié)所述裝置或所述系統(tǒng)的部件(例如但不限于啟動閥和泵)的至少ー個操作參數(shù)；以及用于調(diào)整經(jīng)過螺旋盤繞正向滲透膜組件的ー種或多種流體流動流(fluidflowstreams)的性能或特性?？刂破骺膳c至少ー個傳感器電連通，設(shè)置所述傳感器用于檢測所述系統(tǒng)的至少ー個操作參數(shù)(例如濃度、流速、PH水平或溫度)。控制器通常可被設(shè)置為產(chǎn)生控制信號，以針對傳感器產(chǎn)生的信號來調(diào)整ー個或多個操作參數(shù)。例如，設(shè)置控制器可用于接收正向滲透分離裝置的任何流、部件或子系統(tǒng)的條件、性能或狀態(tài)的表現(xiàn)度(!^presentation)?？刂破魍ǔ０ū阌诋a(chǎn)生至少I種輸出信號的算法，該輸出信號通?；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)。根據(jù)ー個或多個特定方面，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、驅(qū)動信號或輸出信號到任何系統(tǒng)部件，以減小測量性能與目標(biāo)值的任何偏差。根據(jù)ー種或多種實施方式，エ藝控制系統(tǒng)和方法例如可以基于所檢測到的參數(shù)(包括pH和傳導(dǎo)率)監(jiān)測各種濃度水平。還可控制エ藝流流速和槽液面(tanklevel)?？杀O(jiān)測溫度和壓力?？衫秒x子選擇性探針、PH計、槽液面和流的流速來檢測膜泄漏(leaks)。還可通過使用氣體對膜的驅(qū)動溶液側(cè)加壓、利用超聲檢測器和/或目測進(jìn)料水側(cè)的泄漏來檢測泄漏?？杀O(jiān)測其它操作參數(shù)和維護(hù)問題(maintenanceissues)。例如可通過測量產(chǎn)物水流速和品質(zhì)、熱流和電能消耗來監(jiān)測各個エ藝效率。例如，可通過測量通量衰減(fluxdecline)(由在膜系統(tǒng)中特定點下的進(jìn)料溶液和驅(qū)動溶液的流速確定)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需要例如采用蒸餾、離子交換、折點氯化處理或類似方案進(jìn)行處理。這可采用pH計、離子選擇性探針、FTIR或其它的感測(sense)驅(qū)動溶質(zhì)濃度的手段完成?？杀O(jiān)測并追蹤驅(qū)動溶液的條件，以進(jìn)行溶質(zhì)的彌補(bǔ)(makeup)添加和/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)?？蓪嵤〧TIR以檢測存在的物質(zhì)種類，從而提供對于例如保證合適的エ廠操作(plantoperation)以及識別例如膜離子交換作用的行為可能有用的信息。根據(jù)ー種或多種實施方式，濃驅(qū)動溶液和稀驅(qū)動溶液之一或二者都可儲存于囊中，在某些情況下可儲存在容器內(nèi)。類似地，產(chǎn)物水和/或進(jìn)料水可儲存于囊中。當(dāng)容器與多個囊一起使用時，因為各種貯存器的體積隨通過膜的通量和驅(qū)動溶液的再循環(huán)而改變，無須改變?nèi)萜鞯目傮w積，從而可使エ藝占用空間最小?？赏ㄟ^利用例如填充有填料并加蓋的經(jīng)涂覆的混凝土襯砌凹坑將蒸餾塔置于地下。膜組件可浸于進(jìn)料水槽中，驅(qū)動溶液位于膜的內(nèi)部。膜可以是螺旋的、中空纖維、板和框架或其它構(gòu)造。正向滲透膜應(yīng)用中的空氣沖洗可保持進(jìn)料道清潔。空氣沖洗可以是連續(xù)的或間歇的。膜組件可設(shè)置在浸沒式槽內(nèi)，從而使不同的區(qū)域具有不同的濃度。平片正向滲透膜可用在堆疊構(gòu)造中并浸于槽中。低溫?zé)峥捎迷谡驖B透或壓カ延緩滲透中使驅(qū)動溶液再生。低品位熱源可包括地?zé)帷⑻柲軣?、來自儲熱系統(tǒng)的余熱、來自工業(yè)和/或動カ產(chǎn)生エ藝的廢熱。正向滲透エ藝可和鹽結(jié)晶器集成，這樣來自結(jié)晶器的熱可用在正向滲透エ藝中，并且與來自結(jié)晶器的氣體一祥，任何已流向正向滲透鹽水的驅(qū)動溶質(zhì)都可送回到正向滲透エ藝中。正向滲透可與防結(jié)垢預(yù)處理配合以使能夠高回收率地回收進(jìn)料水，所述預(yù)處理包括，例如離子交換、化學(xué)軟化、納米過濾、阻垢劑和/或沉淀技木。用于FO的防結(jié)垢系統(tǒng)中的空氣沖洗可用來防止在膜表面上結(jié)垢。正向滲透可用于沒有為生物學(xué)活性而曝氣的含有機(jī)物的水。可濃縮廢物流以用于蒸煮器中潛在的應(yīng)用中，同時在膜槽內(nèi)潛在地生產(chǎn)甲烷供能量使用并生產(chǎn)具有再使用品質(zhì)的產(chǎn)物水。這可能在浸沒式的膜槽設(shè)計中特別有效。除了提供氧氣外，空氣沖洗還可以使得能夠存在高濃度的有機(jī)物而沒有膜積垢?？捎谜驖B透實現(xiàn)批處理或連續(xù)的攪拌槽反應(yīng)器(CSTR)型操作，尤其以便于提高有機(jī)物濃縮正向滲透系統(tǒng)和/或沉淀系統(tǒng)的功能。壓カ延緩滲透系統(tǒng)也可為浸沒式槽構(gòu)造?？蓪亥泳彎B透系統(tǒng)曝氣以阻止積垢和/或結(jié)垢并減小濃度極化?；钚詺怏w也可能對這一功能(functionality)有幫助?？赏ㄟ^使膜組件或陣列部件交替接觸高滲透壓或低滲透壓來控制正向滲透系統(tǒng)中的生物生長。例如，可將通常處理0.5M水的膜陣列部件改為處理2M水。上述調(diào)整會使生物膜生長很困難。還可對進(jìn)料流進(jìn)行脫氣以阻止特定類型的生物有機(jī)體的生長。例如，除去氧氣可限制硝化菌的生長，所述硝化菌可氧化由驅(qū)動溶液傳遞到進(jìn)料中的氨。其它可實施的用于限制生物學(xué)活性的技術(shù)包括亞硫酸鹽還原、生物處理、滲透震擾、不與驅(qū)動溶液反應(yīng)的常規(guī)清潔技術(shù)、無化學(xué)物質(zhì)的產(chǎn)物水的通量、鹽水溶液曝氣和添加亞硫酸氫鹽。在一些實施方式中，PH計、離子探針、傅立葉變換紅外光譜儀(FTIR)和/或流速計可用來控制正向滲透系統(tǒng)以保證所需的通量、滲透壓差、氨對ニ氧化碳的比以及濃度。在已經(jīng)描述了ー些示例性實施方式的情況下，對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是上述僅為解釋性的而非限制性的，僅作為實例提供。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠采用多種修改和其它實施方式，且都落入本發(fā)明范圍內(nèi)。特別是，盡管本文提供的許多實例涉及方法動作或系統(tǒng)元素的具體組合，應(yīng)理解那些動作和元素可以其它方式組合以實現(xiàn)相同目的。應(yīng)理解本文討論的裝置、系統(tǒng)和方法的實施方式并不限于以下說明或附圖中所述的構(gòu)造細(xì)節(jié)和組件設(shè)置的應(yīng)用中。該裝置、系統(tǒng)和方法能在其它實施方式中執(zhí)行且以多種方式實施或進(jìn)行。在此提供的具體實施的實例僅用于解釋性目的，而非用于限制。特別是，與任何一個或多個實施方式相關(guān)的所討論的動作、元素和特征不是用來將它們從任何其它實施方式中的類似角色排除。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(configuration)為示例性的，實際參數(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)實驗，也應(yīng)認(rèn)識到或能確定本發(fā)明具體實施方式的等價物。因此應(yīng)理解，本文所述的實施方式僅作為實例提供，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施。此外，還應(yīng)理解本發(fā)明涉及本文描述的各個特征、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)不互相不一致，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)。而且，僅就一種實施方式討論的動作、元素和特征不應(yīng)排除其在其它實施方式中的類似角色。本文使用的措辭和術(shù)語用于描述，不應(yīng)理解為限制。本文使用的術(shù)語“多個”是指兩個或更多個項目或組分。術(shù)語“包含”、“包括”、“帶有”、“具有”、“含”和“涉及”(“comprising，，,“including，，,“carrying，，,“having，，,“containing，，,“involving，，)無論是在說明書還是權(quán)利要求等中，為開放式術(shù)語，即，是指“包括但不限干”。因此，該術(shù)語的使用是指包括其后所列的項目及其等同物以及另外的項目。對于權(quán)利要求，僅有過渡短語“由……組成”和“基本由……組成”分別為封閉或半封閉的過渡短語。權(quán)利要求中使用序數(shù)術(shù)語如“第一”、“第二”、“第三”等來修飾權(quán)利要求要素(element)，并不意味著一個權(quán)利要求要素的任何優(yōu)先級、在先權(quán)或次序超過另ー個權(quán)利要求要素，也不意味著方法進(jìn)行的時間性順序，僅是作為標(biāo)記以區(qū)分ー個具有某一名稱的權(quán)利要求要素與另一具有相同名稱的要素(除序數(shù)術(shù)語的使用之外)，從而區(qū)分所述權(quán)利要求的要素。權(quán)利要求1.ー種用于從第一溶液中滲透提取溶劑的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括第一室，所述第一室具有與所述第一溶液源流體連接的入口；第二室，所述第二室具有與濃驅(qū)動溶液源流體連接的入ロ，所述濃驅(qū)動溶液包含摩爾比至少為1:1的氨和ニ氧化碳；半透膜系統(tǒng)，所述半透膜系統(tǒng)將所述第一室與所述第二室隔開；分離系統(tǒng)，所述分離系統(tǒng)流體連接到所述第二室的下游，所述分離系統(tǒng)包括蒸餾塔，所述分離系統(tǒng)被設(shè)置為接收來自所述第二室的稀驅(qū)動溶液以及回收驅(qū)動溶質(zhì)和溶劑流；再循環(huán)系統(tǒng)，所述再循環(huán)系統(tǒng)包括吸收器，所述再循環(huán)系統(tǒng)被設(shè)置為便于將所述驅(qū)動溶質(zhì)再引入到所述第二室，以維持所需的摩爾比；以及低品位熱源，所述低品位熱源與所述分離系統(tǒng)進(jìn)行熱交換。2.權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)進(jìn)一歩包括驅(qū)動溶液儲存系統(tǒng)，所述驅(qū)動溶液儲存系統(tǒng)與所述濃驅(qū)動溶液源流體連通。3.權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述驅(qū)動溶液儲存系統(tǒng)包括至少ー個囊。4.權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述驅(qū)動溶液儲存系統(tǒng)包含在容器中，所述容器進(jìn)ー步包括第一溶液儲存囊和稀驅(qū)動溶液儲存囊中的至少ー個。5.權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述蒸餾塔位于地平面以下。6.權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述半透膜系統(tǒng)包括浸于槽中的膜組件。7.權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述槽包括第一濃度區(qū)和第二濃度區(qū)。8.權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述膜組件包括多個平片膜。9.權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)進(jìn)一歩包括氣體沖洗系統(tǒng)。10.權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)進(jìn)一歩包括預(yù)處理系統(tǒng)，所述預(yù)處理系統(tǒng)與所述第一溶液流體連通，所述預(yù)處理系統(tǒng)選自于由離子交換、化學(xué)軟化、納米過濾、阻垢劑和沉淀単元操作裝置組成的組。11.權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)進(jìn)一歩包括與所述分離系統(tǒng)協(xié)作的鹽結(jié)晶器。12.權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)進(jìn)一歩包括pH計、離子探針、傅立葉變換紅外分光譜儀和流速計探針中的至少ー種。13.一種正向滲透分離エ藝，所述エ藝包括在半透膜的第一側(cè)上引入第一溶液；在所述半透膜的第二側(cè)上引入以至少1:1的摩爾比包含氨和ニ氧化碳的濃驅(qū)動溶液，以維持穿過所述半透膜所需的滲透濃度梯度；促使所述第一溶液的至少一部分的流穿過所述半透膜，以在所述半透膜的第一側(cè)上形成第二溶液，并在所述半透膜的第二側(cè)上形成稀驅(qū)動溶液；將至少一部分所述稀驅(qū)動溶液引入分離操作裝置，以回收驅(qū)動溶質(zhì)和溶劑流；將所述驅(qū)動溶質(zhì)再引入所述半透膜的第二側(cè)，以維持所述濃驅(qū)動溶液中所需的氨對ニ氧化碳的摩爾比；收集所述溶劑流；以及控制所述半透膜的生物積垢。14.權(quán)利要求13所述的エ藝，其中控制生物積垢涉及使所述第一溶液脫氣。15.權(quán)利要求13所述的エ藝，其中控制生物積垢涉及調(diào)節(jié)所述半透膜環(huán)境中的滲透壓。16.權(quán)利要求13所述的エ藝，其中控制生物積垢涉及亞硫酸鹽還原、生物處理、滲透震擾、曝氣、產(chǎn)物水的通量和添加亞硫酸氫鹽中的至少ー種。全文摘要本發(fā)明公開了使用設(shè)計的滲透的分離工藝，大體而言，所述分離工藝涉及使用第二濃溶液以驅(qū)動第一溶液中的溶劑穿過半透膜，從而自第一溶液中提取溶劑以濃縮溶質(zhì)。使用來自工業(yè)或商業(yè)來源的低品位廢熱可使效率提高。文檔編號C02F1/44GK102740954SQ201080060116公開日2012年10月17日申請日期2010年10月29日優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日發(fā)明者約瑟夫·E·組貝克,羅伯特·L·麥金尼斯申請人:Oasys水有限公司