渗透脱盐方法和相关系统相关申请 本申请要求于 2015 年 7 月 29 日提交且名称为“Osmotic Desalination Methods and Associated Systems”的美国临时专利申请序列号 62/198,413 的优先权。技术领域渗透脱盐方法和相关系统通常是 背景技术选择性地可渗透溶剂(例如,水)且不可渗透溶解的离子(例如,Nat,a)的膜已被用于对含水进料溶液进行脱盐。在一个这样的脱盐过程中-通常称为正向渗透 ¨ 水从进料溶液通过半透膜输送,使用膜渗透侧的溶液,其渗透压高于进料溶液的渗透压。正向渗透中分离的驱动力 过程是通过半透膜的渗透压梯度;由于膜一侧的汲取溶液比膜另一侧的进料溶液具有更高的渗透压,因此水通过半透膜从 进料溶液到汲取溶液以平衡进料溶液和汲取溶液的渗透压。 另一种类型的基于膜的脱盐是反渗透脱盐。 与正向渗透相反,反渗透过程使用施加的液压作为分离的驱动力。 施加的水压用于抵消渗透压梯度,否则渗透压梯度将有利于从低渗透压到高渗透压的水通量。 迄今为止,基于膜的脱盐系统受到例如低效率的限制并且通常限于处理相对低盐度的水。 用于进行基于膜的脱盐的改进系统和方法是期望的。 收件日期/收件日期 2022-08-18 摘要 公开了用于渗透脱盐的系统和方法。 某些实施方案涉及使用正向渗透和反渗透的组合来产生包含相对于含水进料流的水纯度而言相对高的水纯度的流。 在某些情况下,本发明的主题涉及相互关联的产品、特定问题的备选解决方案和/或一个或多个系统和/或物品的多种不同用途。 某些实施例涉及方法,例如进行渗透的方法。 根据一些实施方案,该方法包括将含有悬浮和/或乳化的不混溶相和溶解离子的含水进料流以至少约60,000ppm的浓度输送穿过第一渗透膜的第一侧; [0030] 并且输送第一抽取入口流穿过第一渗透膜的第二侧,第一抽取入口流具有比含水进料流的渗透压更高的渗透压,使得水从含水进料流输送通过第一渗透膜 将膜连接到第一抽取入口蒸汽以产生渗透压低于第一抽取入口流的第一抽取产物流和具有比含水进料流更高的溶解离子浓度的浓缩含水流。 一些这样的实施方案包括引导含水进料流穿过第一渗透膜和/或第一抽取入口流穿过第一渗透膜,使得以下两个比率彼此在约20%以内:质量比 进入第一渗透膜的第一抽取入口流的流速与进入第一渗透膜的含水进料流的质量流速,以及进入第一渗透膜的含水进料流的渗透压与 第一渗透膜入口压差与进入第一渗透膜的第一抽取入口流的渗透压和第一渗透膜入口压差之和的总和。一些此类实施方案包括将至少一部分第一提取产物流从第一渗透膜的第二侧输送穿过第二渗透膜的第一侧; 输送第二抽取入口流穿过第二渗透膜的第二侧; 并向第二渗透膜的第一侧施加液压,使得水从第一提取产物流通过第二渗透膜输送到第二提取入口流以产生第二个接收日期/接收日期 2022-08-18 具有比第二提取入口流低的渗透压的提取产物流和具有比第一提取产物流高的渗透压的第二浓缩含水流。 一些这样的实施方案包括引导第一提取产物流穿过第二渗透膜和/或第二提取入口流穿过第二渗透膜的输送,使得以下两个比率彼此在约20%以内: 进入第二渗透膜的第二提取入口流的质量流速与进入第二渗透膜的第一提取产物流的质量流速,以及进入第二渗透膜的第一提取产物流的渗透压之差的比率 渗透膜和穿过第二渗透膜的入口压差等于进入第二渗透膜的第二抽取入口流的渗透压和穿过第二渗透膜的入口压差之和。 某些实施方案包括将含有悬浮和/或乳化的不混溶相和溶解离子的含水进料流以至少约60,000ppm的浓度输送穿过第一渗透膜的第一侧; [0030] 并且输送第一抽取入口流穿过第一渗透膜的第二侧,第一抽取入口流具有比含水进料流的渗透压更高的渗透压,使得水从含水进料流输送通过第一渗透膜 将膜连接到第一抽取入口流以产生渗透压低于第一抽取入口流的第一抽取产物流和具有比含水进料流更高的溶解离子浓度的浓缩含水流。 一些此类实施方案包括引导含水进料流穿过第一渗透膜和/或第一抽取入口流穿过第一渗透膜,使得含水进料流入口处的跨膜净驱动力到达第一渗透膜 并且在第一抽取入口流到第一渗透膜的入口处的跨膜净驱动力彼此在约10%以内。 一些此类实施方案包括将至少一部分第一提取产物流从第一渗透膜的第二侧输送穿过第二渗透膜的第一侧; 输送第二抽取入口流穿过第二渗透膜的第二侧。 一些这样的实施方案包括向第二渗透膜的第一侧施加液压,使得水从第一抽取日期/接收日期 2022-08-18 产品流通过第二渗透膜输送到第二抽取入口流以 产生具有比第二提取入口流低的渗透压的第二提取产物流和具有比第一提取产物流高的渗透压的第二浓缩含水流; 引导第一提取产物流穿过第二渗透膜和/或第二提取入口流穿过第二渗透膜,使得在第一提取产物流进入第二渗透膜的入口处的跨膜净驱动力和 在穿过第二渗透膜的第二抽取入口流的入口处的跨膜净驱动力彼此在约10%以内。根据某些实施方案,该方法包括将含有悬浮和/或乳化的不混溶相和溶解离子的含水进料流以至少约60,000ppm的浓度输送穿过第一渗透膜的第一侧; 将第一抽取入口流输送穿过第一渗透膜的第二侧,第一抽取入口流具有比含水进料流的渗透压更高的渗透压,使得水从含水进料流输送通过第一渗透膜 对第一取料入口流产生渗透压低于第一取料入口料流的第一取料产物料流和具有比含水进料料流更高的溶解离子浓度的浓缩含水料流; 引导含水进料流穿过第一渗透膜和/或第一抽取入口流穿过第一渗透膜,使得在含水进料流进入第一渗透膜和跨膜的入口处的跨膜净驱动力 在第一抽取入口流到第一渗透膜的入口处的净驱动力彼此相差至少约10%。 一些这样的实施方案包括测量含水进料流和/或第一抽取入口流的温度、压力、溶解物质浓度和流速中的至少一个; [0063] 改变含水进料流的流速和第一抽取入口流的现在速率中的至少一个使得含水进料流进入第一渗透膜的跨膜净驱动力和跨膜净驱动力 在第一抽取入口流到第一渗透膜的入口处,彼此的误差在约 10% 以内。 一些此类实施方案包括将至少一部分第一提取产物流从第一渗透膜的第二侧输送穿过第二渗透膜的第一侧; 输送第二个抽取日期 Recue/Date Received 2022-08-18 入口流穿过第二个渗透膜的第二侧; 向第二渗透膜的第一侧施加液压,使得水从第一提取产物流通过第二渗透膜输送到第二提取入口流,以产生具有比第二提取压力低的渗透压的第二提取产物流 抽取入口流和渗透压高于第一抽取产物流的第二浓缩水流; 引导第一提取产物流穿过第二渗透膜和/或第二提取入口流穿过第二渗透膜,使得在第一提取产物流进入第二渗透膜的入口处的跨膜净驱动力和 在第二抽取入口流到第二渗透膜的入口处的跨膜净驱动力彼此相差至少约10%。 一些这样的实施方案包括测量第一提取产物流和/或第二提取入口流的温度、压力、溶解物质浓度和流速中的至少一个; 改变第一提取产物流的流速和第二提取入口流的流速中的至少一个使得在第一提取产物流到第二渗透膜和跨膜网的入口处的跨膜净驱动力 第二抽取入口流到第二渗透膜的入口处的驱动力彼此相差约10%以内。根据某些实施方案,该方法包括将含有悬浮和/或乳化的不混溶相和溶解离子的含水进料流以至少约60,000ppm的浓度输送穿过第一渗透膜的第一侧; 将第一抽取入口流输送穿过第一渗透膜的第二侧,第一抽取入口流具有比含水进料流的渗透压更高的渗透压,使得水从含水进料流输送通过第一渗透膜 对第一取料入口流产生渗透压低于第一取料入口料流的第一取料产物料流和具有比含水进料料流更高的溶解离子浓度的浓缩含水料流; 将至少一部分第一提取产物流从第一渗透膜的第二侧输送穿过第二渗透膜的第一侧; 输送第二抽取入口流穿过第二渗透膜的第二侧; 并向第二渗透膜的第一侧施加液压,使得水从第一接收日期/接收日期 2022-08-18 抽取产品流通过第二渗透膜输送到第二抽取入口流以产生第二 具有比第二提取入口流低的渗透压的提取产物流和具有比第一提取产物流高的渗透压的第二浓缩含水流。 在一些这样的实施方案中,第一渗透膜被操作使得: niDi i c Fi-P Di) MF1,1 1 IrD1,i+(PF1-PD1) 其中 PF] 是水性进料流入口处的液压压力 第一渗透膜; mF7,,是在第一渗透膜的水性进料流入口处的水性进料流的质量流速; irFl,i 是在第一渗透膜的含水进料流入口处的含水进料流的渗透压; Pill是第一抽取入口流到第一渗透膜的入口处的水压; mmi是在第一抽取入口流到第一渗透膜的入口处的第一抽取入口流的质量流速; Km,,是在第一抽取入口流到第一渗透膜的入口处的第一抽取入口流的渗透压; Ci为约0.8至约1.2; 第二渗透膜这样操作: MD2,1 c IrF2,i-(PF2-13D2) MF2,1 2 irD2,i+(PF2-PD2) 其中 PF2 是第一提取产物流入口处的水压 到第二渗透膜; MF2,i是在第一提取产物流到第二渗透膜的入口处的第一提取产物流的质量流速; 71-F2,i是在第一提取产物流到第二渗透膜的入口处的第一提取产物流的渗透压; PD2是第二抽取入口流到第二渗透膜的入口处的水压; MDZi 是第二抽取入口流到第二渗透膜的入口处的第二抽取入口流的质量流速; a-D2,i是在第二抽取入口流到第二渗透膜的入口处的第二抽取入口流的渗透压; C2为约0.8至约1.2。在一些实施方案中,该方法包括输送含有增溶离子的含水进料流穿过第一渗透膜的第一侧; 输送第一抽取入口流穿过第一渗透膜的第二侧,第一抽取入口流具有比含水进料流的渗透压更高的渗透压,使得水从含水进料流输送通过第一日期回收 /Date Received 2022-08-18 渗透膜连接到第一个抽取入口流,以产生渗透压低于第一个抽取入口流的第一个抽取产物流和具有比水性进料更高的溶解离子浓度的浓缩水流 溪流; 将至少一部分第一提取产物流从第一渗透膜的第二侧输送穿过第二渗透膜的第一侧; 输送第二抽取入口流穿过第二渗透膜的第二侧; 向第二渗透膜的第一侧施加水压,使得水从第一提取产物流通过第二渗透膜输送到第二提取入口流,以产生渗透压低于第二渗透压的第二提取产物流 第二提取入口流和渗透压高于第一提取产物流的第二浓缩含水流。 根据某些实施方案,该方法包括输送含水进料流穿过渗透膜的第一侧; [0030] 并且将抽取入口流输送穿过渗透膜的第二侧,使得水从水性进料流通过渗透膜输送到抽取入口流以产生渗透压低于抽取入口流的抽取产物流,并且 具有比含水进料流更高渗透压的浓缩含水流; 其中渗透膜这样操作: MD,i i-(PF-PD) MF,i 1rD,i+(PF-PD) 其中 PF 是水性进料流进入渗透膜的入口处的水压; mF,, 是水进料流进入渗透膜的入口处水进料流的质量流速; 2rF1,E是水进料流进入渗透膜的入口处水进料流的渗透压; PD是渗透膜的吸入流入口处的水压; mD,, 是抽取入口流在渗透膜入口处的质量流量; n-D,,是在抽取入口流到渗透膜的入口处的抽取入口流的渗透压; C为约0.8至约1.2。 根据某些实施方案,该方法包括输送含水进料流穿过渗透膜的第一侧; 将抽取入口流输送穿过渗透膜的第二侧,使得水从水性进料流通过渗透膜输送到抽取入口流至接收日期/接收日期 2022-08-18 产生抽取产物流,其具有 渗透压低于抽取入口流和渗透压高于含水进料流的浓缩含水流; 引导含水进料流穿过渗透膜和/或抽取入口流穿过渗透膜,使得以下两个比率彼此在约20%以内:抽取入口的质量流速的比率 进入渗透膜的水流与进入渗透膜的水进料流的质量流量之比,以及进入渗透膜的水进料流的渗透压与穿过渗透膜的入口压差之间的差值与 进入渗透膜的抽取入口流的渗透压与穿过渗透膜的入口压差之和。根据一些实施方案,该方法包括将含水进料流输送穿过渗透膜的第一侧; 将提取入口流输送穿过渗透膜的第二侧,使得水从含水进料流通过渗透膜输送到提取入口流,以产生渗透压低于提取入口流的提取产物流,并且 浓缩的含水流具有比含水进料流更高的渗透压; 引导含水进料流穿过渗透膜和/或吸入入口流穿过渗透膜,使得含水进料流进入渗透膜的跨膜净驱动力和跨膜净驱动力在 抽取入口流到渗透膜的入口彼此在约 10% 以内。 根据某些实施方案,该方法包括输送含水进料流穿过渗透膜的第一侧; 将提取入口流输送穿过渗透膜的第二侧,使得水从含水进料流通过渗透膜输送到提取入口流,以产生渗透压低于提取入口流的提取产物流,并且 浓缩的含水流具有比含水进料流更高的渗透压; 引导水性进料流穿过渗透膜和/或抽取入口流穿过渗透膜,使得水性进料流进入渗透膜的跨膜净驱动力和进入渗透膜的跨膜净驱动力 进入渗透膜的抽取入口流的入口彼此相差至少约10%; 接收日期/接收日期 2022-08-18 测量水进料流和/或抽取入口流的温度、压力、溶解物质浓度和流速中的至少一项; 改变水性进料流的流速和抽取入口流的流速中的至少一种使得水性进料流进入渗透膜的跨膜净驱动力和进入渗透膜的跨膜净驱动力 进入渗透膜的抽取入口流的入口彼此在约10%以内。 当结合附图考虑时,本发明的其他优点和新颖特征将从以下对本发明的各种非限制性实施例的详细描述变得显而易见。 在本说明书和本文引用的文件包括冲突和/或不一致的公开内容的情况下,以本说明书为准。 附图说明本发明的非限制性实施例将参考附图通过示例的方式进行描述,附图是示意性的并且不旨在按比例绘制。 在附图中,所示出的每个相同或几乎相同的部件通常由单个数字表示。 为了清楚起见,没有在每个附图中标记每个组件,也没有显示本发明的每个实施例的每个组件,其中不需要说明以使本领域的普通技术人员理解本发明。在图中: 图1A是根据某些实施例的渗透膜分离器的示意图; 图1B是图1A所示的渗透膜分离器的剖视图。 图1C是根据一些实施例的渗透膜的正面、顶部、右侧透视图; 图1D是图1C中所示的示例性渗透膜的正面底部右侧透视图; 图2A是根据某些实施例的示例性渗透脱盐系统的示意图; 图2B是根据一些实施例的渗透脱盐系统的示意图; Date Recue/Date Received 2022-08-18 图 3A 是根据某些实施例的示例性渗透脱盐系统的示意图,该系统包括正向渗透分离器和一系列反渗透分离器; 图3B是根据一些实施例的示例性渗透脱盐系统的示意图,该系统包括与一系列反渗透分离器连接的正渗透分离器并且包括能量回收装置; 图4A是说明根据一组实施例的渗透分离器的操作的示意图; 图4B是根据一个实施例的渗透压作为跨越渗透膜的位置的函数的示例性曲线图。 具体实施方式本文公开了渗透脱盐方法和相关系统。 根据某些实施方案,多个渗透膜分离器可用于执行一系列渗透步骤,从而产生具有相对高水纯度的输出流——与含水进料流的水纯度相比——。 在一些实施例中,多个抽取流可用于生产具有连续更高纯度水的含水产物流。 某些实施例涉及渗透脱盐系统和方法,其中正向渗透用于产生相对于含水进料流具有相对高水纯度的第一产物流,并且反渗透用于进行第二步(和/或另外的 步骤)在第一个产品流上。 使用正向渗透作为初始步骤(通常不易结垢)可以保护下游反渗透过程免受引起结垢的污染物的影响。 根据某些实施方案,在随后的下游步骤中使用反渗透还可以允许人们利用反渗透相对于例如热蒸发/蒸馏的热脱盐过程的低能耗。 根据某些实施方案,以这种方式采用正向和反渗透步骤的组合可以产生低能量、低结垢的脱盐系统,其产生相对于含水进料流具有高水纯度(和低盐度)的产品流 . 在一些实施例中,多个反渗透步骤可以作为系统的一部分串联使用,以执行净脱盐(即,生产具有日期接收/接收日期 2022-08-18 的产品流 入口水流中水的纯度)。 在一些这样的实施例中,不是通过使用单个膜来实现相对高的水纯度,而是可以执行多个步骤,每个步骤实现相对小的纯度增加以产生包含比水性更高纯度的水的最终产品 饲料流。 例如,当对具有非常高渗透压(例如,60巴或更高的渗透压)的含水进料流进行脱盐时,此类布置可能是有用的。 作为示例性非限制性说明,如果希望使用单一渗透膜对渗透压为 60 bar 的含水进料流进行脱盐,则需要使用机械坚固的渗透膜……能够承受非常高的水压 (例如,高于 60 巴)。 这种膜通常难以制造且制造昂贵。 某些实施例采用这样的认识,即使用多个反渗透膜,每个反渗透膜使用相对低的水压梯度操作,可用于执行逐步过程,其中每个反渗透步骤逐渐增加..水的纯度直至期望的最终水平 达到水的纯度。某些实施例涉及系统和方法,其中采用策略来降低渗透脱盐系统中的能量消耗。 根据某些实施方案,可操作渗透脱盐膜使得跨膜净驱动力(即,穿过膜厚度的净驱动力)在膜的表面区域相对均匀。 根据某些实施例,这种均匀性可以减少或消除沿渗透膜的不必要的过压,这又可以减少或消除系统运行期间浪费的能量。 如下文更详细描述的,本文描述的某些系统和方法可用于处理多种含水进料流,包括但不限于源自海水、地下水、微咸水和/或废水的流出物。 一个化学过程。 在某些实施方案中,含水进料流包含相对大量的增溶离子,例如,浓度至少约60,000ppm。 在某些实施方案中,水性进料除了含有溶解在水中的离子之外,还含有不溶于水的悬浮相和/或乳化相(例如,油和/或油脂)。 某些实施例涉及使用基于渗透膜的系统来进行脱盐。 图 1A 是一个示例性示意图,说明了使用渗透膜分离器对含水进料流进行脱盐的使用日期接收/接收日期 2022-08-18。 图1B是图1A中所示示意图的截面图。 在图 1A-1B 中,渗透膜 102 可用于将水从第一侧 104 输送到第二侧 106。在一些情况下,这可能导致含水进料流 108 中的水与溶解的离子(或其他溶解的离子)至少部分分离 水性进料流108内的物质)。水性进料流108可以例如在图1B中的箭头103的方向上输送穿过渗透膜102的第一侧104。 在一些实施例中,抽取入口流110可以被输送穿过渗透膜102的第二侧106,例如,在图1B中的箭头105的方向上。 根据某些实施方案,可以通过跨膜净驱动力(即,穿过膜厚度的净驱动力)实现水通过渗透膜的传输。 通常,跨膜净驱动力 (Ax) 表示为: AX = AP ¨ All = (Pi ¨ P2) ¨ (111 ¨ 112) [1] 其中 Pi 是渗透压第一侧(截留液)的水压 膜,P2 是渗透膜第二侧(渗透液)的水压,Hi 是渗透膜第一侧(滞留液)的液流渗透压,172 是液流在渗透膜第一侧的渗透压 渗透膜的第二(渗透)侧。 (P¨P2)可称为跨膜水压梯度,(Hi-H2)可称为跨膜渗透压梯度。 本领域的普通技术人员熟悉渗透压的概念。 特定液​​体的渗透压是液体的固有特性。 渗透压可以通过多种方式确定,最有效的方法取决于所分析液体的类型。 对于离子摩尔浓度相对较低的某些溶液,可以使用渗透压计准确测量渗透压。 在其他情况下,渗透压可以简单地通过与已知渗透压的溶液进行比较来确定。 例如,要确定未表征溶液的渗透压,可以在无孔半透渗透膜的一侧施加已知量的未表征溶液,并在其上反复施加具有已知渗透压的不同溶液。 日期 Recue/Date Received 2022-08-18 渗透膜的另一侧,直到通过膜厚度的压差为零。 含有 n 个溶解物质的溶液的渗透压 (17) 可估算为: 17 = = J =1 RTI [2] 其中 i 是溶解物质的范特霍夫因子,M 是 溶液中溶解的物质,R 是理想气体常数,T 是溶液的绝对温度。方程式 2 通常提供对具有低浓度溶解物质(例如,浓度等于或低于约 4 重量%至约 6 重量%)的液体的渗透压的准确估计。 对于许多包含溶解物质的液体,在物质浓度高于约 4-6 wt% 时,随着盐浓度的增加,渗透压的增加大于线性(例如,轻微指数)。 本文所述的某些渗透膜分离器可用于进行正向渗透。 当渗透膜第二侧(渗透物)侧的渗透压大于渗透膜第一侧(滞留物)侧的渗透压时,正向渗透通常发生,这样水从渗透膜的第一侧输送到 渗透膜的第二面。 在正向渗透系统中,水通常从渗透膜的第一侧输送到渗透膜的第二侧,只要渗透膜的第二侧与渗透膜的第一侧之间的水压差不是 足够高以克服渗透膜的第一侧和第二侧之间的渗透压差。 以这种方式,渗透液流和渗透驱动力在同一方向排列。 在正向渗透装置中,渗透膜第二侧的水流可以启动水从渗透膜第一侧的水流通过渗透膜从第一侧传输到第二侧,从而产生 相对于含水进料流具有更高渗透压的流(例如,更集中于溶解的物质(例如,溶解的离子和/或解离的分子))。 例如,参考图1A-1B,渗透膜102可用于执行正向渗透,例如,当第二侧106上的渗透压高于第一侧104上的渗透压时,并且来自第二侧的水压梯度 面 106 到第一面 104 (P106-P104) 的接收日期/接收日期 2022-08-18 不足以克服第一面 104 和第二面 106 上的渗透压差。在这种情况下,可以运输水 从渗透膜102的第一侧104到渗透膜102的第二侧106。根据某些实施方案,这可导致产生蒸汽114,其渗透压可高于流108的渗透压。在某些情况下 在流 108 包含溶解物质(例如,离子)的实施方案中,正向渗透过程可导致产生浓缩水流 114,其可包含摩尔浓度大于溶解物质(例如,离子)的摩尔浓度的溶解物质(例如,离子) 流 108 中的物质(例如,离子)。此外,根据一些实施方案,正向渗透过程可导致产生提取产物流 112,其渗透压可低于流 110 的渗透压。对于 例如,当在提取流中使用溶解物质时,提取产物流 112 可以包含摩尔浓度低于流 110 中溶解物质(例如离子)的摩尔浓度的溶解物质(例如离子)。在一些 在某些情况下,可以施加压力以增强正向渗透过程。 例如,在渗透膜第一侧上的流具有比渗透膜第二侧上的流低的渗透压的一些情况下,可以向渗透膜的第一侧施加压力使得 渗透膜第一侧流的水压高于渗透膜第二侧流的水压。 施加的压力可以增加水从渗透膜的第一侧输送到渗透膜的第二侧的速率。 这种布置有时在本文中称为压力辅助正向渗透。 当然,通常不需要使用施加的压力来增强正向渗透,并且在一些实施例中,正向渗透是在基本上没有施加压力的情况下进行的(例如,使得通过渗透膜的水压梯度更小) 大于或等于约 0.1 巴)。根据某些实施方案,可以使用渗透膜来进行反渗透。 反渗透通常发生在渗透膜第一侧(截留物)侧的渗透压大于渗透膜第二侧(渗透物)侧的渗透压时,并且向渗透膜的第一侧施加压力 使得 Date Recue/Date Received 2022-08-18 渗透膜第一侧的水压充分大于渗透膜第二侧的水压,从而导致水从渗透膜的第一侧输送 渗透膜到渗透膜的第二侧。 通常,当跨膜水压梯度 (Pi-P2) 大于跨膜渗透压梯度 (/7/_H2) 时,水会从渗透膜的第一侧输送到渗透膜的第二侧,从而导致出现这种情况。 膜(而不是将水从渗透膜的第二侧输送到渗透膜的第一侧,这在没有向渗透膜的第一侧施加压力的情况下会在能量上有利于)。 参考图1A-1B,渗透膜102可用于进行反渗透,例如,当第一侧104的渗透压高于第二侧106的渗透压时,向第一侧施加压力使得 第一侧104上的液压高于第二侧106上的液压,并且第一侧104上的液压与第二侧106上的液压之间的差大于104侧上的渗透压与第二侧106上的渗透压之间的差。 侧 106 上的渗透压。在这种情况下,水可以从渗透膜 102 的第一侧 104 输送到渗透膜 102 的第二侧 106。根据某些实施例,这可以导致流 114 的产生,其可以具有 比流 108 更高的渗透压。例如,当在流 108 中使用溶解的物质(例如,离子)时,根据某些实施方案,反渗透过程可导致浓缩水流 114 的产生,其可包含溶解的 物质(例如,离子)的摩尔浓度大于流 108 中溶解物质(例如,离子)的摩尔浓度。此外,根据一些实施方案,这可以导致产生提取产物流 112,其可以 具有比流110的渗透压低的渗透压。例如,当在抽取入口流110中使用溶解的物质(例如,离子)时,根据一些实施例,反渗透过程可以导致抽取产物流的产生 112,其可包含摩尔浓度低于流110内溶解物质(例如,离子)的摩尔浓度的溶解物质(例如,离子)。某些实施方案涉及脱盐系统和方法,包括初始正渗透脱盐步骤和 一个或多个下游反渗透步骤。 图2A是根据某些实施例的示例性脱盐系统日期接收/接收日期2022-08-18200的示意图。 在图2A中,脱盐系统200包括第一渗透膜202,其具有第一侧204和第二侧206。脱盐系统200还包括第二渗透膜216,其具有第一侧218和第二侧220。根据某些实施例,第一 渗透膜可用于进行第一渗透步骤,而第二渗透膜可用于进行第二渗透步骤。 例如,在一些实施例中,第一渗透膜202可用于执行第一渗透步骤(例如,正向渗透步骤),并且第二渗透膜216可用于执行第二渗透步骤(例如,反渗透步骤) ). 某些实施方案包括将含有溶解离子的含水进料流输送穿过第一渗透膜的第一侧。 例如,参考图2A,在一些实施例中,包含溶解离子的水性进料流208可以被输送穿过第一渗透膜202的第一侧204。一些实施例包括输送第一抽取入口流穿过第一渗透膜的第二侧 .例如,参考图2A,在某些实施例中,第一抽取入口流210可以输送穿过第一渗透膜202的第二侧206。在一些实施例中,第一抽取入口流具有比第一抽取入口流的渗透压更高的渗透压。 含水进料流(例如,由于第一抽取入口流中总溶解物质的摩尔浓度高于含水进料流)。 在一些此类实施方案中,第一抽取入口流的渗透压高于含水进料流的渗透压,使得水从含水进料流通过第一渗透膜输送至第一抽取入口流。 在一些这样的实施方案中,该过程可以产生具有比第一提取入口流低的渗透压的第一提取产物流(例如,由于第一提取产物流中溶解物质的摩尔浓度比第一提取入口流中的低) ). 在一些情况下,该方法还可以产生具有比含水进料流更高的溶解离子摩尔浓度的浓缩含水流。 例如,在图2A中,在一些实施方案中,第一抽取入口流210可具有足够高的渗透压,使得水从含水进料流208通过第一渗透膜202输送至第一抽取入口流210。 通过渗透膜 202 的水可导致产生具有比第一提取入口流 210 更低的渗透压的第一提取产物流 212(例如,由于溶解的 Date Recue/Date Received 2022-08-18 物种的较低摩尔浓度( 例如,离子)在抽取产物流 212 中比在抽取入口流 210 中)。 水通过渗透膜 202 的传输也可导致产生具有比含水进料流 208 更高摩尔浓度的溶解离子的浓缩含水流 214。在某些实施方案中,浓缩含水流(例如,图 2A-2B 中的 214) 可以具有至少约1.01倍、至少约1.1倍、至少约1.5倍、至少约2倍、至少约5倍、至少约50倍、或至少约50倍(和 /或,在一些实施方案中,至多约倍、至多约500倍、至多约1000倍、至多约5000倍或更多) 10含水进料流(例如,图2A中的流208)的渗透压 -2B)。 在一些实施例中,浓缩水流(例如,图 2A-2B 中的 214)可以具有至少约 1.01 倍、至少约 1.1 倍、至少约 1.5 倍的溶解物质(例如,离子)的重量百分比 、至少约 2 次、至少约 5 次、至少约 10 次或至少约 50 次(和/或,在一些实施例中,最多约 100 次、最多约 500 次、最多约 1000 次 水进料流(例如,图 2A-2B 中的流 208)中溶解物质(例如,离子)的重量百分比的倍、高达约 5000 倍或更多)。 例如,参考图2A-2B,在一些实施例中,第一水性进料流208可具有10重量%的溶解离子浓度并且第一浓缩水性流214可...具有20重量%的溶解离子浓度,其为 2倍于第一含水进料流中溶解离子的重量百分比。 在某些实施例中,第一抽取入口流(例如,图2A-2B中的流210)可具有至少约1.01倍、至少约1.1倍、至少约1.5倍、至少约2倍的渗透压 、至少约 5 次、至少约.. 10 次或至少约 50 次(和/或,在一些实施例中,最多约 100 次、最多约 500 次、最多约 1000 次、最多 约 5000 倍或更多) 第一提取产物流(例如,图 2A-2B 中的流 212)的渗透压。 在某些实施方案中,第一抽取入口流(例如,图 2A-2B 中的流 210)可具有至少约 1.01 倍、至少约 1.1 倍、至少约 1.5 次、至少约 2 次、至少约 5 次、至少约 10 次或至少约 50 次(和/或,在一些实施例中,最多约 100 次、最多约 500 次、最多 约 1000 次,最多约 5000 次,或更多)第一次抽取中溶解离子的重量百分比 Date Recue/Date Received 2022-08-18 产品流(例如,图2A-2B中的流212)。 例如,参考图2A-2B,在一些实施例中,第一提取产物流212可具有12重量%的溶解离子浓度,并且第一提取入口流210可具有20重量%的溶解离子浓度,其为1.67倍 第一提取产物流中溶解离子的重量百分比。 在某些实施例中,第一渗透膜分离器可作为正渗透膜分离器操作。 例如,在一些实施例中,第一渗透膜的第一侧上的流的渗透压可低于第一渗透膜的第二侧上的流的渗透压,使得水从第一侧传输 由于跨膜渗透压差,第一渗透膜到第一渗透膜的第二侧,至少部分地。 在一些实施例中,正向渗透过程可以在渗透膜的第一侧基本上没有施加液压的情况下进行。 例如,参考图2A,在一些实施例中,可以在基本不存在向渗透膜202的第一侧204上的液体施加液压的情况下使用渗透膜202(例如,如上所述)进行正向渗透。 在其他情况下,正向渗透过程可以是压力辅助的正向渗透过程,其中将相当大的液压施加到渗透膜的第一侧。 例如,参考图2A,在一些实施例中,可以使用渗透膜202(例如,如上所述)进行正向渗透,同时向渗透膜202的第一侧204上的液体施加液压。某些实施例包括输送 来自第一渗透膜的第二侧的至少一部分第一提取产物流穿过第二渗透膜的第一侧。 例如,参考图2A,在一些实施例中,至少一部分第一提取产物流212可被输送穿过第二渗透膜216的第一侧218。一些实施例包括输送第二提取入口流穿过第二渗透膜216的第二侧218。 第二渗透膜。 例如,在图 2A 所示的示例性实施例中,第二抽取入口流 222 可以输送穿过第二渗透膜 216 的第二侧 220。某些实施例包括向第二渗透膜的第一侧施加液压,使得水 从第一个提取产物流通过第二个渗透膜输送到第二个提取入口流以产生具有较低渗透压的第二个提取产物流(例如,由于较低的摩尔浓度 溶解物质(例如,离子))比第二提取入口流和第二浓缩水流具有比第一提取产物流更高的渗透压(例如,由于溶解物质(例如,离子)的摩尔浓度更高)。 例如,参考图2A,在一些实施例中,液压施加到第二渗透膜216的第一侧218,使得水从第一提取产物流212通过第二渗透膜输送到第二提取入口流222以产生第二 与具有较高渗透压(例如,由于溶解物质(例如,离子)的较低摩尔浓度)的第二提取入口流222和第二浓缩含水流226相比,具有较低渗透压的提取产物流224(例如,由于溶解物质(例如,离子)) 比第一提取产物流212更高的溶解物质(例如,离子)的摩尔浓度。在一些实施例中,第二浓缩水流(例如,图2A-2B中的226)可具有至少约1.01倍的渗透压 ,至少约 1.1 倍,至少约 1.5 倍,至少约 2 倍,至少约 5 倍,至少约 10 倍,或至少约 50 倍(和/或,在一些实施例中,高达约 100 倍、至多约500倍、至多约1000倍、至多约5000倍或更多)第一提取产物流(例如,图2A-2B中的流212)的渗透压。 在一些实施例中,第二浓缩水流(例如,图 2A-2B 中的 226)可以具有至少约 1.01 倍、至少约 1.1 倍、至少约 1 倍的溶解物质(例如,离子)的重量百分比。 .5 次、至少约 2 次、至少约 5 次、至少约 10 次或至少约 50 次(和/或,在一些实施例中,最多约 100 次、最多约 500 次、最多 约倍,高达约 5000 倍,或更多)第一提取产物流(例如,图 2A-2B 中的流 212)中溶解物质(例如,离子)的重量百分比。 例如,参考图2A-2B,在一些实施例中,第一提取产物流212可具有12wt%的溶解离子浓度,并且第二浓缩含水流226可具有22wt%的溶解离子浓度,这是1.83倍 第一提取产物流中溶解离子的重量百分比。 在某些实施例中,第二抽取入口流(例如,图2A-2B中的流222)可具有至少约1.01倍、至少约1.1倍、至少约1.5倍、至少约2倍的渗透压 ,至少约 5 次,至少约 2022-08-18 次,或至少约 50 次(和/或,在一些实施例中,最多约 次,最多约 500 次,最多 约 1000 倍,高达约 5000 倍,或更多)第二提取产物流(例如,图 2A-2B 中的流 224)的渗透压。 5 在某些实施例中,第二抽取入口流(例如,图 2A-2B 中的流 222)可具有至少约 1.01 倍、至少约 1.1 倍、至少约 1.1 倍、至少 约 1.5 倍,至少约 2 倍,至少约 5 倍,至少约 10 倍,或至少约 50 倍(和/或,在一些实施例中,最多约 100 次,最多约 500 次,最多 至约 1000 倍,高达 10 至约 5000 倍,或更多)第二提取产物流(例如,图 2A-2B 中的流 224)中溶解物质(例如,离子)的重量百分比。 例如,参考图2A-2B,在一些实施例中,第二提取产物流224可具有10重量%的溶解离子浓度且第二提取入口流222可具有20重量%的溶解离子浓度,其为2倍 第二提取产物流中溶解离子的重量百分比。 根据某些实施例,第二渗透膜分离器可作为反渗透膜分离器操作。 也就是说,在一些实施例中,可以通过向第二渗透膜的第一侧施加水压作为驱动力将水从第二渗透膜的第一侧输送到第二渗透膜的第二侧, 使得本来有利于水从膜的第二侧传输到膜的第一侧的穿过膜厚度的局部渗透压梯度被施加的水压克服。 在一些实施例中,第二渗透膜的第一侧上的流的渗透压可高于第二渗透膜的第二侧上的流的渗透压,使得水被输送通过第二渗透膜。 膜由于施加到第二渗透膜的第一侧的水压。 如上所述,某些实施例涉及其中串联执行多个反渗透步骤的脱盐系统和方法。 图2B是根据某些实施例的示例性脱盐系统260的示意图。 在图2B中,脱盐系统260包括第一渗透膜202(其包括第一侧204和第二侧206)和第二渗透膜日期检索/接收日期2022-08-18216(其包括第一侧218和第二侧220)。 根据某些实施例,第一渗透膜202和第二渗透膜216可以如本文别处关于膜202和216所述的那样操作(例如,如图2A所示)。 图2B中的系统260还包括第三渗透膜228,其包括第一侧230和第二侧232。系统260还包括可选的第四渗透膜240,其包括第一侧242和第二侧244。根据某些实施例,第一渗透膜 第二渗透膜可用于执行第一渗透步骤,第二渗透膜可用于执行第二渗透步骤,而第三渗透膜可用于执行第三渗透步骤。 根据某些实施方案,当存在第四渗透膜时,第四渗透膜可用于执行第四渗透步骤。作为一个实例,在一些实施例中,第一渗透膜202可用于执行第一渗透步骤(例如,正向渗透脱盐步骤),第二渗透膜216可用于执行第二渗透步骤(例如,第一反渗透步骤) 渗透脱盐步骤),并且第三渗透膜228可用于执行第三渗透步骤(例如,第二反渗透脱盐步骤)。 当存在时,可选的第四渗透膜可用于进行第四渗透步骤(例如,第三反渗透步骤)。 根据一些实施例,第一渗透膜202和第二渗透膜216可如别处所述操作。 一些实施方案包括将至少一部分第二提取产物流从第二渗透膜的第二侧输送穿过第三渗透膜的第一侧。 例如,参考图2B,在一些实施方案中,至少一部分第二提取产物流224从第二渗透膜216的第二侧220输送穿过第三渗透膜228的第一侧230。某些实施方案包括输送 第三次抽取入口流穿过第三渗透膜的第二侧。 例如,参考图2B,在一些实施例中,第三取用入口流234被输送穿过第三渗透膜228的第二侧232。一些实施例包括在第三渗透膜的第一侧向第二取用产物流施加液压。 膜使得水从第二提取产物流通过第三渗透膜输送到第三提取入口流以产生具有较低渗透压的第三提取产物流(例如,由于溶解物质的较低摩尔浓度(例如, Date Recue/Date Received 2022-08-18 ions)) 比第三个抽取入口流和渗透压更高的第三个浓缩流(例如,由于溶解物质(例如,离子)的摩尔浓度更高)比第二个 绘制产品流。 例如,参见图2B,在一些实施方案中,在第三渗透膜228的第一侧230上向第二提取产物流224施加水压,使得水从第二提取产物流224通过第三渗透膜228输送到第三 抽取入口流 234 以产生具有比第三抽取入口流 234 和具有更高渗透压的第三浓缩含水流 238 更低渗透压(例如,由于溶解物质(例如,离子)的较低摩尔浓度)的第三抽取产物流 236 压力(例如,由于溶解物质(例如,离子)的摩尔浓度高于第二提取产物流 224)。在某些实施方案中,第三浓缩水流(例如,图 2B 中的 238)的渗透压可以是 至少约 1.01 倍、至少约 1.1 倍、至少约 1.5 倍、至少约 2 倍、至少约 5 倍、至少约 10 倍或至少约 50 倍(和/或,在一些实施方案中 至多约倍、至多约500倍、至多约1000倍、至多约5000倍或更多)第二提取产物流(例如,图2B中的流224)的渗透压。 在一些实施例中,第三浓缩水流(例如,图2B中的238)可具有至少约1.01倍、至少约1.1倍、至少约1.5倍、至少约1.5倍、 至少约 2 次、至少约 5 次、至少约 10 次或至少约 50 次(和/或,在一些实施例中,最多约 100 次、最多约 500 次、最多约 1000 次 ,高达约 5000 倍或更多)第二提取产物流(例如,图 2B 中的流 224)中溶解物质(例如,离子)的重量百分比。 例如,参考图2B,在一些实施方案中,第二提取产物流224可具有10wt%的溶解离子浓度,并且第三浓缩含水流238可具有20wt%的溶解离子浓度,其比该浓度高2倍。 第二提取产物流中溶解离子的重量百分比。 在某些实施例中,第三抽取入口流(例如,图2B中的流234)可具有至少约1.01倍、至少约1.1倍、至少约1倍的渗透压。5 次,至少约 2 次,至少约 5 次,至少约 10 次,或至少约 50 次(和/或,在一些实施例中,最多约 100 次,截止日期 Recue/Date Received 2022 -08-18第三提取产物流(例如,图2B中的流236)的渗透压的约500倍、最多约1000倍、最多约5000倍或更多)。 在某些实施例中,第三抽取入口流(例如图2B中的流234)可具有至少约1.01倍、至少约1.1倍、至少约1.5倍的溶解物质(例如离子)的重量百分比 、至少约 2 次、至少约 5 次、至少约 10 次或至少约 50 次(和/或,在一些实施例中,最多约 100 次、最多约 500 次、最多约 1000 次 第三提取产物流(例如,图2B中的流236)中溶解物质(例如,离子)的重量百分比的倍,高达约5000倍,或更多)。 例如,参考图2B,在一些实施例中,第三取出产物流236可具有8wt%的溶解离子浓度并且第三取入入口流234可具有18wt%的溶解离子浓度,其比比高2.25倍。 第三提取产物流中溶解离子的重量百分比。 根据某些实施方案,第三渗透膜分离器可作为反渗透膜分离器操作。 也就是说,在一些实施例中,可以通过向第三渗透膜的第一侧施加水压作为驱动力将水从第三渗透膜的第一侧输送到第三渗透膜的第二侧, 使得本来有利于水从膜的第二侧传输到膜的第一侧的穿过膜厚度的局部渗透压梯度被施加的水压克服。 在一些实施例中,第三渗透膜第一侧上的流的渗透压可高于第三渗透膜第二侧上的流的渗透压,使得水通过第三渗透膜输送由于 施加到第三渗透膜的第一侧的液压。 在一些实施例中,可以使用第四、第五、第六或更多渗透膜。 根据一些实施方案,图2B中的系统260包括任选的第四渗透膜240,其包括第一侧242和第二侧244。一些实施方案包括从第三渗透膜的第二侧输送至少一部分第三提取产物流 穿过第四渗透膜的第一侧的膜。 例如,参考图2B,在一些实施例中,至少一部分第三提取产物流236从第三渗透膜228的第二侧232输送穿过第四渗透膜240的第一侧242。某些日期记录/接收日期2022 -08-18 实施方案包括输送第四抽取入口流穿过第四渗透膜的第二侧。 例如,参考图2B,在一些实施例中,第四提取入口流246被输送穿过第四渗透膜240的第二侧244。一些实施例包括在第四渗透膜的第一侧向第三提取产物流施加液压。 膜使得水从第三提取产物流通过第四渗透膜输送到第四提取入口流以产生具有较低渗透压的第四提取产物流(例如,由于溶解物质的较低摩尔浓度(例如, 离子))比第四提取入口流和第四浓缩水流具有比第三提取产物流更高的渗透压(例如,由于溶解物质(例如离子)的摩尔浓度更高)。 例如,参考图2B,在一些实施方案中,在第四渗透膜240的第一侧242上向第三提取产物流236施加水压,使得水从第三提取产物流236通过第四渗透膜240输送到第四 抽取入口流 246 以产生具有比第四抽取入口流 246 和具有更高渗透压的第四浓缩含水流 250 更低的渗透压(例如,由于溶解物质(例如,离子)的较低摩尔浓度)的第四抽取产物流 248 压力(例如,由于溶解物质(例如,离子)的摩尔浓度高于第三提取产物流236。在一些实施例中,第四浓缩水流(例如,图2B中的250)可具有至少约1.01的渗透压 次、至少约 1.1 次、至少约 1.5 次、至少约 2 次、至少约 5 次、至少约 10 次或至少约 50 次(和/或,在一些实施例中,高达约 100倍、至多约500倍、至多约1000倍、至多约5000倍或更多)第三提取产物流(例如,图2B中的流236)的渗透压。 在一些实施例中,第四浓水流(例如,图2B中的250)可具有至少约1.01倍、至少约1.1倍、至少约1.5倍、至少约2倍的溶解离子的重量百分比 ,至少约5次,至少约10次,或至少约50次(和/或,在一些实施例中,最多约100次,最多约500次,最多约1000次,最多约5000次 次或更多)第三提取产物流(例如,图2B中的流236)中溶解的离子的重量百分比。 Date Recue/Date Received 2022-08-18 在某些实施例中,第四取料入口流(例如,图 2B 中的流 246)可具有至少约 1.01 倍、至少约 1.1 倍、至少约 1.5 次、至少约 2 次、至少约 5 次、至少约 次或至少约 50 次(和/或,在一些实施例中,最多约 5.. 次,最多约 500 次,最多 至约 1000 倍,高达约 5000 倍,或更多)第四提取产物流(例如,图2B中的流248)的渗透压。 在某些实施例中,第四抽取入口流(例如,图2B中的流246)可具有至少约1.01倍、至少约1.1倍、至少约1.5倍、至少约2倍的溶解离子的重量百分比 次、至少 10.. 约 5 次、至少约 10 次、或至少约 50 次(和/或,在一些实施例中,最多约 100 次、最多约 500 次、最多约 1000 次, 第四提取产物流(例如,图2B中的流248)中溶解离子的重量百分比高达约5000倍或更多)。 根据某些实施例,第四渗透膜分离器可作为反渗透膜操作。 也就是说,在一些实施例中,可以通过向第四渗透膜的第一侧施加水压作为驱动力将水从第四渗透膜的第一侧输送到第四渗透膜的第二侧, 使得原本有利于水从膜的第二侧传输到膜的第一侧的穿过膜厚度的局部渗透压梯度被施加的水压克服。 在一些实施例中,第四渗透膜的第一侧上的流的渗透压可高于第四渗透膜的第二侧上的流的渗透压,使得水通过第四渗透膜输送由于 施加到第四渗透膜的第一侧的液压..压力。 可以采用本文描述的某些系统和方法,使得在操作期间,跨膜净驱动力(即,穿过渗透膜厚度的净驱动力)在渗透膜的表面区域上空间均匀。 如上所述,跨膜净驱动力被定义为跨膜水压梯度和跨膜渗透压梯度之间的差异,如等式1所示。在一些实施例中,超过至少约90%,至少约95% %,至少约 98%,或至少约 99% 的渗透膜(例如,第一渗透膜,接收日期/接收日期 2022-08-18,第二渗透膜,第三渗透膜( 如果存在),和/或第四渗透膜(如果存在)),跨膜净驱动力在约10%以内、约5%以内、约3%以内、约2%以内或约1%以内均匀 . 在渗透膜表面区域的任何给定位置处的跨膜净驱动力是通过测量该位置处渗透膜相对侧上的流的特性来确定的。具体而言,可以测量该位置处渗透膜相对侧的水压和该位置处渗透膜相对侧的渗透压。 然后可以使用上面的等式 1 计算跨膜净驱动力。 作为具体实例,参考图1B,渗透膜102的点150处的跨膜净驱动力可以通过测量点150处的侧104上的流的水压来确定(P150); 点 150 处 104 侧流的渗透压 (Thso); 在点 152 (P152) 与点 150 相对的 106 侧流的水压; 以及点 152 (/7152) 处 106 侧流的渗透压。 然后计算点 150 (Axis()) 处的跨膜净驱动力:AX150 = ¨ All = (P150 ¨ P152) ¨ (H150 ¨ 11152) [3] 确定跨膜网络覆盖的面部区域百分比 ..驱动力是均匀的,可以在渗透膜的二维面部区域的点处测量跨膜净驱动力(例如,在图 1C 中所示的面部区域 163 的点处,由维度 160 和 161 定义), 并确定空间平均跨膜净驱动力。 如果特定位置的跨膜净驱动力在渗透膜表面区域空间平均的跨膜净驱动力的 X% 以内(也称为 本文称为空间平均跨膜净驱动力)。 为了确定渗透膜面部区域的空间平均跨膜净驱动力,可以计算渗透膜面部区域每个点的跨膜净驱动力(使用等式 1)(以产生两个 -跨膜净驱动力的维度分布)和跨膜净驱动力的空间平均分布。 为了说明示例性计算,参考图1C-1D。 图1C是渗透膜102的正面、顶部、右侧透视图,接收日期/接收日期2022-08-18,图1D是图1C的渗透膜102的正面、底部、右侧透视图。 在图 1C-1D 中,渗透膜 102 包括第一侧 104 和第二侧 106。渗透膜 102 还包括由尺寸 160 和 161 定义的面部区域 163。为了确定渗透膜的面部区域 163 的空间平均跨膜净驱动力 在图 1C-1D 中的膜 102 中,可以计算渗透膜 102 的面部区域 163 上每个点处的跨膜净驱动力的二维分布(使用等式 1)。例如,在图 1C-1D 中,等式 1 将用于确定点 150A 和 152A 之间、点 150B 和 152B 之间、点 150C 和 152C 之间、点和 152D 之间、点 150E 和 152E 之间以及整个面部具有统计代表性数量的点对的跨膜净驱动力 区域 163,直到产生跨膜净驱动力的二维分布。 通过膜102的空间平均跨膜净驱动力然后将通过对二维分布内每个点处的跨膜净驱动力进行数字平均来计算。 根据某些实施方案,跨膜净驱动力可以至少部分地通过在进料处启动(和/或选择)适当的操作条件(例如,质量流速、渗透压和/或水压)而变得均匀 渗透分离器的入口和抽取入口,如下文更详细描述的。 本文所述的某些系统和方法可以运行,使得渗透膜每侧入口处的条件满足以下等式:c TrF,HPF-PD) [4] MF,i 7D,i+(PF-PD ) 其中 PF 是进料流(即进入渗透分离器并在渗透过程中从中除去水的流)入口处的水压; mF,i 是进料流进入渗透膜的入口处进料流的质量流量; 21-F,,是进料流进入渗透膜的入口处的进料流渗透压; PD 是抽取流进入渗透膜的入口处的水压(即,进入渗透分离器并在渗透过程中加入水的水流); mai 是抽料流入口处抽料流的质量流量; a-D,i 为抽取流入口处的抽取流渗透压; C为约0.8至约1.2。 在某些 Date Recue/Date Received 2022-08-18 实施例中,C 可以是约 09 至约 1.1、约 095 至约 1.05、约 0.98 至约 1.02 或约 0.99 至约 1.01。 不希望受任何特定理论的束缚,据信满足以上等式 4 的操作渗透膜可以减少(例如,最小化)熵产​​生并建立通过渗透膜的基本均匀的局部水通量,这可以减少 渗透过程中浪费的能量。 为了根据方程式 4 评估系统的性能,输入流的质量流量、水压和渗透压应测量为输入流的体积质量流量、体积水压和体积渗透压 进入渗透分离器的液体。 体液压力(通常作为表压测量)可以使用例如压力传感器、波登管、隔膜压力计或任何其他合适的压力计来测量。 可以使用本领域普通技术人员已知的多种合适的流量计中的任何一种来确定质量流率。 流的体积渗透压可以例如通过测量流样品的渗透压(例如,使用本文别处描述的任何方法)来确定。 参考图1B,例如,在某些实施例中,包括渗透膜102的渗透分离器可以这样操作: 流108进入渗透分离器时的压力; mios 是流 108 进入渗透分离器时的总质量流量; it] 08 是流108进入渗透分离器时的体积渗透压; Pno 是流 110 进入渗透分离器时的整体水压; inn 是流 110 进入渗透分离器时的整体质量流量; it] 10 是流110进入渗透分离器时的体积渗透压; C为约0.8至约1.2。 在某些实施例中,C可为约0.9至约1.1、约0.95至约1.05、约0.98至约1.02或约0.99至约1.01。 作为一个非限制性实例,在某些实施例中,可以操作第一渗透分离器(包括第一渗透膜)使得它满足上面的方程式4。 例如,在一些实施例中,参考图2A-2B,包括第一渗透膜202的第一渗透分离器可以这样操作:Date Recue/Date Received 2022-08-18 M210 c 7r208-(P208-P210) M208 1r210 (P208-P210) 其中 P208 是流 208 进入第一渗透分离器时的整体水压; m208是流208进入第一渗透分离器时的总质量流量; 22O8 是流 208 进入第一渗透分离器时的体积渗透压; P210是流210进入第一渗透分离器时的整体水压; m2/0 是流 210 进入第一渗透分离器时的总质量流量; K210是流210进入第一渗透分离器时的体积渗透压; C为约0.8至约L2。 在某些实施例中,C可为约0.9至约1.1、约0.95至约1.05、约0.98至约1.02或约0.99至约1.01。 在一些实施例中,可以操作第二渗透分离器(包括第二渗透膜)以满足上面的方程式4。例如,在一些实施例中,参考图2A-2B,可以操作包括第二渗透膜216的第二渗透分离器使得: 其中P212是流212进入第二渗透分离器时的整体水压; M212是流212进入第二渗透分离器时的总质量流量; 7T212 是流 212 进入第二个渗透分离器时的体积渗透压; P222 是流 222 进入第二个渗透分离器时的整体水压; m222 是流 222 进入第二个渗透分离器时的整体质量流量; n-222 是流 222 进入第二个渗透分离器时的体积渗透压; C为约0.8至约1.2。 在某些实施例中,C可为约0.9至约1.1、约0.95至约1.05、约0.98至约1.02或约0.99至约1.01。 根据某些实施方案,第三渗透分离器(包括第三渗透膜)可以被操作使得其满足以上方程式4。 例如,在一些实施例中,参考图2B,可以操作包括第三渗透膜228的第三渗透分离器使得: 流224进入第三渗透分离器时的水压; m224 是物流 224 进入第三个渗透 Date Recue/Date Received 2022-08-18 分离器时的整体质量流量; 7r224 是流 224 进入第三个渗透分离器时的体积渗透压; P234 是流 234 进入第三个渗透分离器时的整体水压; m234 是流 234 进入第三个渗透分离器时的总质量流量; 7T234 是流 234 进入第三渗透分离器时的体积渗透压; C为约0.8至约1.2。 在某些实施例中,C可为约0.9至约1.1、约0.95至约1.05、约0.98至约1.02或约0.99至约1.01。 根据某些实施方案,第四渗透分离器(包括第四渗透膜)可以被操作使得其满足以上方程式4。 例如,在一些实施例中,参考图2B,包括第四渗透膜240的第四渗透分离器可以操作使得: M246 - C 7(236 (P236 P246) [4E] M236 11246 (P236-13246) 其中P236 流236进入第四渗透分离器时的体积水压;M236是流236进入第四渗透分离器时的体积质量流速;2236是流236进入第四渗透分离器时的体积渗透压; P246 是流 246 进入第四渗透分离器时的体积水压;m246 是流 246 进入第四渗透分离器时的体积质量流速;x246 是流 246 进入第四渗透分离器时的体积渗透压 分隔符;和 C 为约 0.8 至约 1.2。在某些实施例中,C 可为约 0.9 至约 1.1、约 0.95 至约 1.05、约 0.98 至约 1.02 或约 0.99 至约 1.01。某些实施例 包括引导水性进料流穿过渗透膜和/或抽取入口流穿过渗透膜,使得以下两个比率彼此在约20%以内(和/或,在一些实施例中,在约10%以内) 彼此的百分比、彼此的约5%以内、彼此的约3%以内、彼此的约2%以内、或彼此的约1%以内):抽取入口的质量流率的比率 进入渗透膜的流与进入渗透膜的含水进料流的质量流速; 以及进入渗透膜的含水进料流的渗透压与渗透膜入口压差之差与进入渗透膜的抽取入口流的渗透压与渗透膜入口压差之和的比值 渗透膜。 收稿日期/收稿日期 2022-08-18 渗透膜入口压差对应于进料流入口处的液压(本文也称为 PF)与进料流入口处的液压之间的差值 将水流引向渗透膜(本文也称为 PD)。因此,渗透膜上的入口压差可以表示为 PF ¨ PD。 进入渗透膜的抽取入口流的质量流速(在本文中也称为mD,)与进入渗透膜的含水进料流的质量流速(在本文中也称为mF,)之比 可以通过将进入渗透膜的抽取入口流的质量流速除以进入渗透膜的含水进料流的质量流速来计算(并且因此可以表示为mD,, / mF,,)。 类似地,进入渗透膜的含水进料流的渗透压与穿过渗透膜的入口压差之间的差值(在本文中也称为 aF,i ¨ (PF ¨ PD))与渗透压总和之比 进入渗透膜的抽取入口流的压力和穿过渗透膜的入口压力差(在本文中也称为 7ED,i + (PF ¨ PD))可以通过除以含水进料的渗透压之间的差来计算 进入渗透膜的流和跨渗透膜的入口压差等于进入渗透膜的抽取入口流的渗透压与跨渗透膜的入口压差之和(因此,可表示为 - ( PF - PD)) / (ED,' + (PF ¨ PD))]。 为了评估上述比率,流入流的质量流量、水压和渗透压应作为流入液体在其入口处的体积质量流量、体积水压和体积渗透压来测量 到渗透分离器。 参考图1B,例如,某些实施方案包括引导含水进料流108穿过渗透膜102和/或吸入入口流110穿过渗透膜102使得以下两个比率在彼此的20%以内(和/ 或者,在一些实施例中,彼此相差约 10% 以内、彼此相差约 5% 以内、彼此相差约 3% 以内、彼此相差约 2% 以内、或彼此相差约 1% 以内):比率 进入渗透膜102的抽取入口流110的质量流速与进入渗透膜102的含水进料流108的质量流速的比值; 以及进入渗透膜102的含水进料流108的渗透压与入口日期接收/接收日期2022-08-18渗透膜102之间的压差与抽取入口流110的渗透压之和的比值 进入渗透膜 102 的压力和跨渗透膜 102 的入口压差。跨渗透膜 102 的入口压差可以通过从液压中减去在抽取入口流 110 到渗透膜 102 的入口处的抽取入口流 110 的液压来确定。 水性进料流108进入渗透膜102的入口处的水性进料流108的压力。在某些实施方案中,第一渗透分离器(包括第一渗透膜)可操作成使得上述比率彼此相对接近。 例如,参考图2A-2B,某些实施方案包括引导含水进料流208穿过第一渗透膜202和/或第一抽取入口流210穿过第一渗透膜202的输送,使得以下两个比率在20%以内 彼此(和/或,在一些实施例中,彼此相差约 10% 以内、彼此相差约 5% 以内、彼此相差约 3% 以内、彼此相差约 2% 以内、或彼此相差约 1% 以内 other):进入第一渗透膜202的第一抽取入口流210的质量流速与进入第一渗透膜202的含水进料流208的质量流速的比率; 以及进入第一渗透膜202的含水进料流208的渗透压与穿过第一渗透膜202的入口压差之间的差与进入第一渗透膜202的第一抽取入口流210的渗透压与第一渗透膜202的渗透压之和的比值 第一渗透膜202的入口压差。第一渗透膜 202 的入口压差可以通过从第一渗透膜 202 入口处的含水进料流 208 的水压中减去第一抽取入口流 210 到第一渗透膜 202 入口处的第一抽取入口流 210 的水压来确定。 含水进料流208进入第一渗透膜202。在某些实施方案中,可以操作第二渗透分离器(包括第二渗透膜)使得上述比率彼此相对接近。 例如,参考图2A-2B,某些实施方案包括引导第一提取产物流212穿过第二渗透膜216和/或第二提取入口流222穿过第二渗透膜216的输送,使得以下两个比率在20%以内 彼此(和/或,在一些实施例中,彼此相差约 10% 以内,彼此相差约 5%,在接收日期/接收日期 2022-08-18 内,彼此相差约 3%,相差约 2% 以内 彼此相差,或彼此相差约 1% 以内):进入第二渗透膜 216 的第二提取入口流 222 的质量流速与进入第二渗透膜 216 的第一提取产物流 212 的质量流速之比; 和进入第二渗透膜216的第一提取产物流212的渗透压与穿过第二渗透膜216的入口压差之间的差值与进入第二渗透膜216的第二提取入口流222的渗透压之和的比率,和 第二渗透膜 216 的入口压差。第二渗透膜 216 的入口压差可以通过从液压中减去第二提取入口流 222 到第二渗透膜 216 的入口处的第二提取入口流 222 的液压来确定。 在第一提取产物流 212 到第二渗透膜 216 的入口处第一提取产物流 212 的压力。在某些实施方案中,可以操作第三渗透分离器(包括第三渗透膜)使得上述比率相对接近于 彼此。 例如,参考图2B,某些实施方案包括引导第二提取产物流224穿过第三渗透膜和/或第三提取入口流234穿过第三渗透膜228的输送,使得以下两个比率彼此在20%以内 (和/或,在一些实施例中,彼此相差约10%以内、彼此相差约5%以内、彼此相差约3%以内、彼此相差约2%以内、或彼此相差约1%以内) :进入第三渗透膜228的第三提取入口流234的质量流速与进入第三渗透膜228的第二提取产物流224的质量流速之比; 和进入第三渗透膜228的第二提取产物流224的渗透压与穿过第三渗透膜228的入口压力差与进入第三渗透膜228的第三提取入口流234的渗透压之和的比值,和 第三渗透膜 228 的入口压差。第三渗透膜 228 的入口压差可以通过从液压中减去第三抽取入口流 234 到第三渗透膜 228 的入口处的第三抽取入口流 234 的液压来确定。 在第二提取产物流 224 到第三渗透膜 228 的入口处的第二提取产物流 224 的压力。接收日期/接收日期 2022-08-18 在某些实施例中,可以操作第四渗透分离器(包括第四渗透膜) 使得上述比率彼此相对接近。例如,参考图2B,某些实施方案包括引导第三提取产物流236穿过第三渗透膜240和/或第四提取入口流246穿过第四渗透膜240的输送,使得以下两个比率在各自的20%以内 其他(和/或,在一些实施例中,彼此相差约10%以内、彼此相差约5%以内、彼此相差约3%以内、彼此相差约2%以内或彼此相差约1%以内 ):进入第四渗透膜240的第四提取入口流246的质量流速与进入第四渗透膜240的第三提取产物流236的质量流速之比; 和进入第四渗透膜240的第三提取产物流236的渗透压与穿过第四渗透膜240的入口压差之间的差值与进入第四渗透膜240的第四提取入口流246的渗透压之和的比率,和 第四渗透膜 240 的入口压差。第四渗透膜 240 的入口压差可以通过从液压中减去第四抽取入口流 246 到第四渗透膜 240 的入口处的第四抽取入口流 246 的液压来确定。 第三提取产物流236在第三提取产物流236到第四渗透膜240的入口处的压力。某些实施方案包括引导含水进料流穿过渗透膜和/或提取入口流穿过渗透膜,使得 水进料流进入渗透膜的跨膜净驱动力和抽取入口流进入渗透膜的跨膜净驱动力彼此相差约 10%(和/或,在某些情况下) 彼此相差约 5% 以内、彼此相差约 3% 以内、彼此相差约 2% 以内、或彼此相差约 1% 以内)。 如上所述,可以使用等式 1 计算沿渗透膜的特定位置处的跨膜净驱动力。 参考图1B,例如,某些实施方案包括引导含水进料流108穿过渗透膜102和/或吸入入口流110穿过渗透膜102,使得含水进料流108入口处的跨膜净驱动力到达 渗透膜 102 和抽吸入口流 110 入口处的跨膜净驱动力到渗透日期 Recue/Date Received 2022-08-18 膜 102 彼此相差约 10% 以内(和/或,在一些实施例中,约在约 10% 以内) 彼此相差 5%、彼此相差约 3% 以内、彼此相差约 2% 以内或彼此相差约 1% 以内)。 在某些实施例中,第一渗透分离器(包括第一渗透膜)可操作成使得第一渗透膜入口处的跨膜净驱动力彼此相对接近。 例如,参考图2A-2B,某些实施方案包括引导含水进料流208穿过第一渗透膜202和/或第一抽取入口流210穿过第一渗透膜202的输送,使得入口处的跨膜净驱动力 第一渗透膜202的含水进料流208和第一抽取入口流210到第一渗透膜202的入口处的跨膜净驱动力彼此在约10%以内(和/或在一些实施例中,在约5%以内) 彼此、彼此约 3% 以内、彼此约 2% 以内、或彼此约 1% 以内)。 在某些实施方案中,可以操作第二渗透分离器(包括第二渗透膜),使得第二渗透膜入口处的跨膜净驱动力彼此相对接近。例如,参考图2A-2B,某些实施方案包括引导第一提取产物流212穿过第二渗透膜216和/或第二提取入口流222穿过第二渗透膜216的输送,使得入口处的跨膜净驱动力 到第二渗透膜 216 的第一抽取产物流 212 和第二抽取入口流 222 到第二渗透膜 216 的入口处的跨膜净驱动力彼此在约 10% 以内(和/或,在一些实施例中,在约 彼此相差 5%、彼此相差约 3% 以内、彼此相差约 2% 以内或彼此相差约 1% 以内)。 在某些实施方案中,第三渗透分离器(包括第三渗透膜)可以操作成使得第三渗透膜入口处的跨膜净驱动力彼此相对接近。 例如,参考图2B,某些实施方案包括引导第二提取产物流224穿过第三渗透膜228和/或第三提取入口流234穿过第三渗透膜228,使得第二提取物入口处的跨膜净驱动力 抽取产物流224至第三渗透膜228和第三抽取入口流234入口处的跨膜净驱动力至第三接收日期/接收日期2022-08-18渗透膜228彼此在约10%以内(和/ 或者,在一些实施例中,彼此相差约 5% 以内、彼此相差约 3% 以内、彼此相差约 2% 以内、或彼此相差约 1% 以内)。 在某些实施方案中,第四渗透分离器(包括第四渗透膜)可以操作成使得第四渗透膜入口处的跨膜净驱动力彼此相对接近。 例如,参考图2B,某些实施方案包括引导第三提取产物流236穿过第四渗透膜240和/或第四提取入口流246穿过第四渗透膜240,使得第三提取物入口处的跨膜净驱动力 到第四渗透膜240的抽取产物流236和在第四抽取入口流246到第四渗透膜240的入口处的跨膜净驱动力彼此在约10%以内(和/或,在一些实施例中,在约5%以内) 彼此、彼此约 3% 以内、彼此约 2% 以内、或彼此约 1% 以内)。 可以控制、启动和/或选择渗透膜入口处的跨膜净驱动力,例如,通过选择适当的操作条件(例如,质量流速、渗透压(例如,通过溶解物质选择) 和/或浓度)和/或水压)的流动流。 在一些实施例中,可以操作一个或多个渗透膜,使得渗透膜入口处的跨膜净驱动力最初相对不平衡,之后,可以调节系统的操作,使得入口处的跨膜净驱动力 渗透膜的入口相对平衡。 例如,一些实施方案包括引导水性进料流穿过渗透膜和/或抽取入口流穿过渗透膜,使得水性进料流入口处的跨膜净驱动力进入渗透膜和 抽取入口流进入渗透膜的跨膜净驱动力彼此相差至少约 10%(和/或,在一些实施例中,至少约 11%、至少约 12%、至少约 15%、至少约 20%、至少约 50%、或至少约 100%)。 一些这样的实施方案包括测量含水进料流和/或抽取入口流的温度、压力、溶解物质浓度和流速中的至少一种。一些此类实施方案包括改变水性进料流的流速和接收日期/接收日期 2022-08-18 抽取入口流的流速中的至少一种,使得水性进料流入口处的跨膜驱动力 对渗透膜的影响和抽取入口流进入渗透膜的入口处的跨膜驱动力彼此相差约 10% 以内(和/或,在一些实施方案中,约 5% 以内,约 3% 以内,约 3% 以内 2%,或彼此相差约 1% 以内)。 参考图1B,例如,某些实施方案包括引导含水进料流108穿过渗透膜102和/或吸入入口流110穿过渗透膜102,使得含水进料流108入口处的跨膜净驱动力到达 渗透膜 102 和抽取入口流 110 进入渗透膜 102 的跨膜驱动力彼此相差至少约 10%(和/或,在一些实施例中,至少约 11%,至少约 12% 、至少约 15%、至少约 20%、至少约 50%、或至少约 100%彼此不同)。 一些这样的实施例包括测量水性进料流108和/或抽取入口流110的温度、压力、溶解物质浓度和流速中的至少一种。一些这样的实施例包括改变至少一种流速 含水进料流 108 和抽取入口流 110 的流速使得含水进料流 108 进入渗透膜 102 的跨膜驱动力和抽取入口流 110 进入渗透膜 102 的跨膜驱动力在 彼此相差约 10%(和/或,在一些实施例中,彼此相差约 5% 以内、约 3% 以内、约 2% 以内或约 1% 以内)。 在某些实施例中,可以操作第一渗透分离器(包括第一渗透膜),使得第一渗透膜入口处的跨膜净驱动力最初相对不平衡,之后,可以调节系统的操作使得 第一渗透膜入口处的跨膜净驱动力相对平衡。 例如,参考图2A-2B,某些实施方案包括引导含水进料流208穿过第一渗透膜202和/或第一抽取入口流210穿过第一渗透膜202的输送,使得入口处的跨膜净驱动力 第一渗透膜202的含水进料流208和第一抽取入口流210到第一渗透膜202的入口处的跨膜驱动力彼此至少约10%不同(和/或,在一些日期记录/接收日期中 2022-08-18 实施例中,至少约 11%、至少约 12%、至少约 15%、至少约 20%、至少约 50%、或至少约 100%彼此不同)。 一些这样的实施例包括测量水性进料流208和/或第一抽取入口流210的温度、压力、溶解物质浓度和流速中的至少一个。一些这样的实施例包括改变流速中的至少一个 含水进料流208的流速和第一抽取入口流210的流速使得含水进料流208进入第一渗透膜202的入口处的跨膜驱动力和第一抽取入口流210进入第一渗透膜202的跨膜驱动力 渗透膜202彼此相差约10%以内(和/或在一些实施例中,彼此相差约5%以内、约3%以内、约2%以内或约1%以内)。 在某些实施方案中,可以操作第二渗透分离器(包括第二渗透膜),使得第二渗透膜入口处的跨膜净驱动力最初相对不平衡,之后,可以调节系统的操作使得 第二渗透膜入口处的跨膜净驱动力相对平衡。例如,参考图2A-2B,某些实施方案包括引导第一提取产物流212穿过第二渗透膜216和/或第二提取入口流222穿过第二渗透膜216的输送,使得入口处的跨膜净驱动力 第一提取产物流212到第二渗透膜216的跨膜驱动力和第二提取入口流222到第二渗透膜216的入口处的跨膜驱动力彼此相差至少约10%(和/或,在一些实施例中,在 至少约 11%、至少约 12%、至少约 15%、至少约 20%、至少约 50%、或至少约 100%)。 一些这样的实施例包括测量第一提取产物流212和/或第二提取入口流222的温度、压力、溶解物质浓度和流速中的至少一个。一些这样的实施例包括改变至少一个流 第一提取产物流212的流速和第二提取入口流222的流速使得第一提取产物流212进入第二渗透膜216的入口处的跨膜驱动力和第二提取入口流入口处的跨膜驱动力 222与第二渗透膜216彼此相差约10%以内(和/或,在一些实施例中,接收日期/接收日期2022-08-18,约5%以内,约3%以内,或约2%以内 大约彼此的 1%)。 在某些实施方案中,第三渗透分离器(包括第三渗透膜)可以运行,使得第三渗透膜入口处的跨膜净驱动力最初相对不平衡,之后,可以调节系统的运行使得 第三渗透膜入口处的跨膜净驱动力相对平衡。 例如,参考图2B,某些实施方案包括引导第二提取产物流224穿过第三渗透膜228和/或第三提取入口流234穿过第三渗透膜228,使得第二提取物入口处的跨膜净驱动力 抽取产物流224到第三渗透膜228和第三抽取入口流234到第三渗透膜228的入口处的跨膜驱动力彼此相差至少约10%(和/或,在一些实施例中,至少约 11%、至少约 12%、至少约 15%、至少约 20%、至少约 50%、或至少约 100%)。 一些这样的实施例包括测量第二提取产物流224和/或第三提取入口流234的温度、压力、溶解物质浓度和流速中的至少一种。一些这样的实施例包括改变流中的至少一种 第二提取产物流224的速率和第三提取入口流234的流速使得第二提取产物流224进入第三渗透膜228的入口处的跨膜驱动力和第三提取入口流入口处的跨膜驱动力 234至第三渗透膜228彼此相差约10%以内(和/或在一些实施例中,彼此相差约5%以内、约3%以内、约2%以内或约1%以内)。 在某些实施方案中,第四渗透分离器(包括第四渗透膜)可以运行,使得第四渗透膜入口处的跨膜净驱动力最初相对不平衡,之后,可以调节系统的运行使得 第四渗透膜入口处的跨膜净驱动力相对平衡。 例如,参考图2B,某些实施方案包括引导第三提取产物流236穿过第四渗透膜240和/或第四提取入口流246穿过第四渗透膜240,使得第三提取物入口处的跨膜净驱动力 将产物流 236 抽取到第四渗透膜 240 和第四抽取入口流 246 到第四渗透膜 240 的入口处的日期接收/接收日期 2022-08-18 跨膜驱动力彼此相差至少约 10%(并且 /或,在一些实施例中,彼此相差至少约11%、至少约12%、至少约15%、至少约20%、至少约50%或至少约100%)。一些这样的实施方案包括测量温度、压力、溶解物质浓度和第三提取产物流236和/或第四提取入口流246的流速中的至少一种。一些这样的实施方案包括改变至少一种流动 第三提取产物流236的速率和第四提取入口流246的流速使得第三提取产物流236到第四渗透膜240的入口处的跨膜驱动力和第四提取入口流入口处的跨膜驱动力 第四渗透膜246至第四渗透膜240彼此相差约10%以内(和/或,在一些实施例中,彼此相差约5%以内、约3%以内、约2%以内或约1%以内)。 可以采用本文所述的某些系统和方法,使得在操作期间,对于渗透膜中的至少一个(例如,第一渗透膜、第二渗透膜、第三渗透膜、第四渗透膜中的至少一个) 膜等),通过渗透膜厚度的水的线性流速(即,水的跨膜线性流速)在渗透膜的表面区域是空间均匀的。 本领域的普通技术人员将能够在操作期间确定渗透膜的表面区域的各个点处的水的跨膜线性流速,例如,通过在不同的条件下测量渗透膜每一侧的水流浓度 位置并在渗透膜上进行质量平衡。 在一些实施例中,超过渗透膜(例如,第一渗透膜、第二渗透膜、 第三渗透膜(如果存在),和/或第四渗透膜(如果存在)),水的跨膜线性流速均匀在约20%以内、约10%以内、约5%以内、约3%以内 %,在约 2% 以内,或在约 1% 以内。 要确定水的跨膜线性流速在空间上均匀的面部区域的百分比,可以使用与上述关于跨膜净驱动力的均匀性的类似程序。 例如,可以确定渗透膜二维面部区域各点处水的跨膜线性流速(例如,在图 1C 中所示的面部区域 163 上的日期 Recue/Date Received 2022-08-18 点, 由尺寸 160 和 161 定义)。 如果渗透膜上特定位置的水的跨膜线性流速在渗透膜的空间平均跨膜线性流速的 X% 以内,则可以说该位置的水的跨膜线性流速在 X% 以内是均匀的 水。 为了确定水的空间平均跨膜线性流速,可以确定渗透膜表面区域各点的水跨膜线性流速(以产生二维分布),并对渗透膜的分布进行空间平均 水的跨膜线性流速。 不希望受任何特定理论的束缚,据信运行一个或多个渗透膜使得水的线性流速在整个膜上在空间上相对均匀可以在膜的表面区域产生相对均匀的水通量, 这可以减少膜运行期间的热力学损失。 根据某些实施方案,渗透膜任一侧的流可以逆流配置运行。 根据某些但不一定是所有实施例,以这种方式操作脱盐系统可以允许人们更容易地确保跨膜净驱动力在渗透膜的表面区域上是空间均匀的。 逆流流动的例子在图1B中示出,其中含水进料流108沿箭头103的方向输送穿过渗透膜102的第一侧104,而抽取入口流110输送穿过渗透膜102的第二侧106 在箭头105的方向。应当理解,两个流不必在完全平行和相反的方向上传输以被认为处于逆流配置,并且在一些实施例中,处于逆流流动中的两个流的主要流动方向 构型可以形成最多约100°的角度(或者,在一些情况下,最多约50°、最多约2°、或最多约1°)。 在某些实施方案中,水性进料流和第一抽取入口流以逆流构造输送穿过第一渗透膜。 根据一些实施方案,第一抽取产物流和第二抽取入口流以逆流构型输送穿过第二渗透膜。 在一些实施方案中,第二抽取产物流和第三抽取入口流以逆流配置被输送穿过第三渗透膜。 在接收日期/接收日期 2022-08-18 的一些实施方案中,第三提取产物流和第四提取入口流以逆流配置输送穿过第四渗透膜。 根据某些实施例,脱盐系统内的流可被再循环。 例如,在某些实施方案中,将至少一部分第二浓缩含水流再循环至第一渗透膜的第二侧。 在一些实施例中,第一抽取入口流包含至少一部分第二浓缩含水流。 例如,在图2A-2B中,在一些实施例中,流226的至少一部分可以再循环到渗透膜202的第二侧206。 在一些此类情况下,第一抽取入口流 210 可含有至少一部分第二浓缩水流 226,如连接流 226 和 210 的虚线所示。在一些实施方案中,至少一部分第三浓缩水流是 循环到第二渗透膜的第二侧。 在一些实施例中,第二抽取入口流包含至少一部分第三浓缩含水流。 例如,在图2B中,在一些实施例中,流238的至少一部分可以再循环到渗透膜216的第二侧220。 在一些此类情况下,第二抽取入口流 222 可含有至少一部分第三浓缩水流 238,如连接流 238 和 222 的虚线所示。在一些实施方案中,至少一部分第四浓缩水流是 循环到第三渗透膜的第二面。 在一些实施例中,第三抽取入口流包含至少一部分第四浓缩含水流。 例如,在图2B中,在一些实施例中,流250的至少一部分可以再循环到渗透膜228的第二侧232。 在一些此类情况下,第三抽取入口流 234 可包含至少一部分第四浓缩含水流 250,如连接流 250 和 234 的虚线所示。 所有实施例都简化了海水淡化系统的操作,减少了海水淡化系统产生的废物量,并且更容易实现稳态运行。 某些但不一定是所有实施例的一个优点是可以执行一个或多个基于渗透膜的脱盐步骤以实现所需程度的脱盐,同时使用相对低的跨膜渗透压梯度。 如此低的跨膜渗透压梯度可能是有利的,例如,在某些情况下,其中使用反渗透来执行 Date Recue/Date Received 2022-08-18 脱盐,因为相对低的跨膜渗透压梯度可以允许使用以下方法进行分离 相对较低的应用液压,因此与较高液压应用相比,可能会降低能源需求和/或设备成本。 在一些实施例中,在第一渗透膜上的至少一个位置处,第一渗透膜第一侧上的渗透压与第一渗透膜第二侧上的渗透压之间的差异(即,与第一渗透膜的第一侧相对)小于约 45 巴、小于约 40 巴、小于约 35 巴、小于约 30 巴、小于约 25 巴、小于约 20 巴或以下 (和/或,在一些实施例中,至少约1巴、至少约2巴、至少约5巴、至少约10巴或更多)。 例如,在图2A-2B中,在一些实施例中,在第一渗透膜210上的至少一个位置处,第一渗透膜202的第一侧204上的渗透压与第一渗透膜202的第二侧206上的渗透压之间的差异 膜202小于约45巴、小于约40巴、小于约35巴、小于约30巴、小于约25巴、小于约20巴或更小(和/或,在一些实施例中, 至少约 1 巴、至少约 2 巴、至少约 5 巴、至少约 10 巴或更多)。 在一些实施方案中,跨第二、第三、第四和/或另外的渗透膜也可以存在相对低的跨膜渗透压梯度。 例如,在一些实施方案中,在第二渗透膜上的至少一个位置处,第二渗透膜第一侧上的渗透压与第二渗透膜第二侧上的渗透压之间的差异小于约 45 巴、小于约 40 巴、小于约 35 巴、小于约 30 巴、小于约 25 巴、小于约 20 巴或更小(和/或,在一些实施例中,至少约 1 巴, 至少约 2 巴、至少约 5 巴、至少约 10 巴或更多)。 例如,在图2A-2B中,在一些实施例中,在第二渗透膜216上的至少一个位置处,第二渗透膜216的第一侧218上的渗透压与第二渗透膜的第二侧220上的渗透压之间的差异 膜216小于约45巴、小于约40巴、小于约35巴、小于约30巴、小于约25巴、小于约20巴或更小(和/或,在一些实施例中, 至少约 1 巴、至少约 2 巴、至少约 5 巴、至少约 10 巴或更多)。 在某些实施方案中,在第三渗透膜上的至少一个位置处,第三渗透膜第一侧的渗透压与第三渗透膜第二侧的渗透压之间的差异日期检索/接收日期 2022-08-18 第三渗透膜小于约 45 巴、小于约 40 巴、小于约 35 巴、小于约 30 巴、小于约 25 巴、小于约 20 巴或更小(和/或,在一些实施例中 ,至少约 1 巴,至少约 2 巴,至少约 5 巴,至少约 10 巴,或更多)。 例如,在图2B中,在一些实施例中,在第三渗透膜228上的至少一个位置处,第三渗透膜228的第一侧230上的渗透压与第三渗透膜228的第二侧232上的渗透压之间的差异 小于约 45 巴、小于约 40 巴、小于约 35 巴、小于约 30 巴、小于约 25 巴、小于约 20 巴或更小(和/或,在一些实施例中,至少 约 1 巴、至少约 2 巴、至少约 5 巴、至少约 10 巴或更多)。 在某些实施方案中,在第四渗透膜上的至少一个位置处,第四渗透膜第一侧上的渗透压与第四渗透膜第二侧上的渗透压之差小于约45巴, 小于约 40 巴、小于约 35 巴、小于约 30 巴、小于约 25 巴、小于约 20 巴或更少(和/或,在一些实施例中,至少约 1 巴,至少约 2 巴、至少约 5 巴、至少约 10 巴或更多)。 例如,在图2B中,在一些实施例中,在第四渗透膜240上的至少一个位置处,第四渗透膜240的第一侧242上的渗透压与第四渗透膜240的第二侧244上的渗透压之间的差异 小于约 45 巴、小于约 40 巴、小于约 35 巴、小于约 30 巴、小于约 25 巴、小于约 20 巴或更小(和/或,在一些实施例中,至少 约 1 巴、至少约 2 巴、至少约 5 巴、至少约 10 巴或更多)。根据某些实施方案,跨膜渗透压梯度在一个或多个渗透膜(例如,第一渗透膜,例如图2A-2B中的膜202,第二渗透膜,例如膜216 在图2A-2B中,第三渗透膜例如图2B中的膜228和/或第四渗透膜例如图2B中的膜)相对较小。 可以使用与上述计算空间平均跨膜净驱动力类似的方法来计算特定渗透膜面部区域的空间平均跨膜渗透压梯度。 例如,可以测量渗透膜第一侧面部区域所有 Date Recue/Date Received 2022-08-18 点的渗透压,测量第二侧面部区域所有点的渗透压 渗透膜,并计算跨膜渗透压梯度的二维分布(跨膜的面部区域)(通过在渗透膜面部区域的每个点减去第二侧的渗透压 渗透膜的第一侧相对点上的渗透压)。 然后可以在空间上平均跨膜渗透压梯度的二维分布。 为了说明空间平均跨膜渗透压梯度的示例性计算,参考图1C-1D。 为了确定图 1C-1D 中膜 102 的面部区域 163 的空间平均跨膜渗透压梯度,可以计算跨膜渗透压梯度的二维分布(即,(Hi-H2))在每个点 渗透膜 102 的面部区域 163。在沿渗透膜面部区域的每个点,渗透压将在渗透膜第一侧上的点和渗透膜第二侧上对应的相对点处确定 膜。 例如,在图1C-1D中,跨膜渗透压梯度将在点150A和152A之间、点150B和152B之间、点150C和152C之间、点150D和152D之间、点150E之间和点150E之间以及在具有统计代表性的数字处确定 跨面部区域163的点对直到产生跨膜渗透压梯度的二维分布。 跨膜102的面部区域163的空间平均跨膜渗透压梯度然后将通过对二维分布内每个点处的跨膜渗透压梯度进行数字平均来计算。 在某些实施方案中,对于系统内的一个或多个渗透膜(例如,穿过第一渗透膜、第二渗透膜、第三渗透膜)的跨膜表面区域空间平均的跨膜渗透压梯度 膜和/或第四渗透膜)小于约45巴、小于约40巴、小于约35巴、小于约30巴、小于约25巴、小于约20巴或更小( 和/或,在一些实施例中,至少约1巴、至少约2巴、至少约5巴、至少约10巴或更多)。 收录日期/收稿日期 2022-08-18 在渗透膜的面部区域实现相对较低的空间平均跨膜渗透压梯度,例如,可以通过控制供给到渗透膜两侧的流的渗透压来实现 渗透膜(例如,通过控制流中的盐类型和/或盐浓度)。 根据某些实施方案,含水进料流内的渗透压与第一提取产物流内的渗透压之间的差异小于约 45 巴、小于约 40 巴、小于约 35 巴、小于约 30 巴 、小于约 25 巴、小于约 20 巴或更小(和/或,在一些实施例中,至少约 1 巴、至少约 2 巴、至少约 5 巴、至少约 10 巴或更多 ).在某些实施方案中,第一提取产物流的渗透压与第二提取产物流的渗透压之间的差异小于约45巴、小于约40巴、小于约35巴、小于约30巴 、小于约 25 巴、小于约 20 巴或更小(和/或,在一些实施例中,至少约 1 巴、至少约 2 巴、至少约 5 巴、至少约.. 10 巴, 或者更多)。 在一些实施例中,第二提取产物流的渗透压与第三提取产物流的渗透压之差小于约45巴、小于约40巴、小于约35巴、小于约30巴 、小于约 25 巴、小于约 20 巴或更小(和/或,在一些实施例中,至少约 1 巴、至少约 2 巴、至少约 5 巴、至少约 10 巴或更多 ). 在一些实施例中,脱盐系统内从一个渗透膜到另一个渗透膜的跨膜净驱动力在大小上相对紧密地匹配。 根据某些实施方案,在脱盐系统内使用从一个渗透膜到另一个渗透膜的类似跨膜净驱动力可以允许使用在膜与膜之间的大小上相对紧密匹配的施加压力来进行脱盐。 根据某些实施方案,第一提取产物流的渗透压与第二提取入口流的渗透压之间的差值以及第二提取产物流的渗透压与第三提取入口流的渗透压之间的差值 彼此相差约 20% 以内、约 10% 以内、约 5% 以内、约 2% 以内或约 1% 以内。 例如,参见图 2B,在一些实施例中,第一提取产物流 212 可具有渗透压 (//212),并且第二提取入口流 222 可具有渗透压日期 Recue/Date Received 2022-08-18 (11212 ), 使得第一提取产物流内的渗透压与第二提取入口流的渗透压之间的差异计算为 /7212 - /7222。 此外,第二提取产物流 224 可具有渗透压 (11224) 且第三提取入口流 234 可具有渗透压 (11234),使得第二提取产物流内的渗透压与渗透压之间的...差异 第三抽取入口流的压力计算为/7224 - /7234。 在一些这样的实施方案中,第一提取产物流内的渗透压与第二提取入口流的渗透压之间的差值(11212-/7222)和第二提取产物流内的渗透压与渗透压之间的差值 第三抽取入口流 (11224 -11234) 的比例彼此在约 20% 以内、约 10% 以内、约 5% 以内、约 2% 以内或约 1% 以内。 根据某些实施方案,第二提取产物流的渗透压与第三提取入口流的渗透压之间的差值以及第三提取产物流的渗透压与第四提取入口流的渗透压之间的差值 彼此相差约 20% 以内、约 10% 以内、约 5% 以内、约 2% 以内或约 1% 以内。 例如,参见图 2B,在一些实施方案中,第二提取产物流可具有渗透压(11224)且第三提取入口流 234 可具有渗透压(11234),使得第二提取产物流中的渗透压之间的差异 抽取产物流并且第三抽取入口流的渗透压计算为/7224 -11234。 此外,第三提取产物流236可具有渗透压(11236)且第四提取入口流246可具有渗透压(11246),使得第三提取产物流内的渗透压与 第四个抽取入口流计算为 /7236 47246。在一些 ..在此类实施方案中,第二提取产物流的渗透压与第三提取入口流(I1224 11234)的渗透压之间的差异以及第三提取产物流内的渗透压与第四提取的渗透压之间的差异 入口流 (11236 - /7246) 彼此相差约 20% 以内、约 10% 以内、约 5% 以内、约 2% 以内或约 1% 以内。 在一些实施例中,跨越第二渗透膜的表面区域的空间平均跨膜净驱动力和跨越第三渗透膜的表面区域的空间平均跨膜净驱动力在约 10% 以内,在约 5% 以内, 彼此相差约 2% 以内,或相差约 1% 以内。 收集日期/接收日期 2022-08-18 在一些实施方案中,第三渗透膜的面部区域的空间平均跨膜净驱动力和第四渗透膜的面部区域的空间平均跨膜净驱动力是 彼此相差约 10% 以内、约 5% 以内、约 2% 以内或约 1% 以内。 在计算两个值的百分比差异时(除非另有说明),以幅度较大的值作为基础进行百分比计算。 例如,如果第一个值为 VI,第二个值为 V2(大于 VI),则 VI 和 V2 之间的百分比差值 (V%Diff) 将计算为:172 ¨ VI。 14/0Dif f X 100% [51 如果 V%Diff 为 X% 或更小,则第一和第二个值将被认为在彼此的 X% 范围内。 例如,如果比较第一个渗透压差 (Az]) 和第二个渗透压差 (An - 2),并且第二个渗透压差的幅度大于第一个渗透压差,则百分比差 (AiNDift ) 将计算为:¨ har2-Arri AINDif f X 100% [5A] 如果 A7DADiff 为 X% 或更小,则第一和第二渗透压差将被认为在彼此的 X% 范围内。 在一些实施例中,至少一部分用于加压一个或多个流(例如,用于执行反渗透)的能量从系统中回收。 回收的能量可用于例如加热和/或加压脱盐系统内的另一流。 一些实施方案包括,在将至少一部分第一提取产物流从第一渗透膜的第二侧输送穿过第二渗透膜的第一侧之后,降低输送穿过第二渗透膜的第一提取产物流的部分的压力 第二渗透膜的第一侧。 例如,参考图2B,在一些实施方案中,在将至少一部分第一提取产物流212从第一渗透膜202的第二侧输送穿过第二渗透膜216的第一侧218之后,第二浓缩水流的压力 226 可以减少。 在某些实施方案中,在将第二提取产物流的至少一部分从第二渗透日期接收/接收日期 2022-08-18 膜的第二侧输送穿过第三渗透膜的第一侧之后,该部分的压力 输送穿过第三渗透膜第一侧的第二提取产物流的体积减少。 例如,参见图2B,在一些实施方案中,在将至少一部分第二提取产物流224从第二渗透膜216的第二侧输送穿过第三渗透膜228的第一侧230之后,第三含水浓缩流的压力 238可以减少。 在一些实施方案中,在将至少一部分第三提取产物流从第三渗透膜的第二侧输送穿过第四渗透膜的第一侧之后,输送穿过第一侧的第三提取产物流的一部分的压力 第四渗透膜一侧减少。 例如,参考图2B,在一些实施方案中,在将至少一部分第三提取产物流236从第三渗透膜228的第二侧输送穿过第四渗透膜240的第一侧242之后,第四浓缩水流的压力 250可以减少。 一些实施方案包括回收至少一部分通过离开渗透膜(例如,渗透膜)滞留物侧的流的压力降低所释放的能量。,本文别处描述的任何浓缩水流)。 例如,参考图2A-2B,一些实施方案包括回收至少一部分由浓缩水流214的压力降低所释放的能量,其离开渗透膜202的第一侧204(其是渗透膜202的渗余物侧) 渗透膜202),例如当第一渗透膜202用于执行压力辅助正向渗透或反渗透时。 作为另一个例子,某些实施方案包括回收至少一部分通过浓缩水流226的压力降低释放的能量,其离开第二渗透膜216的第一侧218(其是渗透膜216的渗余物侧)。 作为又一个例子,一些实施方案包括回收至少一部分由第三浓缩水流238的压力降低所释放的能量,其离开第三渗透膜228的第一侧230(其是渗透膜228的渗余物侧) . 一些实施方案包括回收至少一部分由浓缩水流250的压力降低所释放的能量,所述浓缩水流250离开渗透膜240的第一侧242(其为渗透膜240的渗余物侧)。 收集日期/接收日期 2022-08-18 某些实施方案包括回收至少一部分通过降低已输送穿过渗透膜的滞留物(第一)侧的提取产物流的压力而释放的能量。 根据一些实施例,至少一部分回收的能量可用于增加系统中另一流的压力,这可降低系统内的总能量成本。例如,根据某些实施例,可使用回收的能量 [0302] 在将提取产物流输送穿过渗透膜之前增加提取产物流的压力(例如,在提取产物流已经输送穿过渗透膜的渗透侧之后,并且在提取产物流输送穿过渗透膜之前) 渗透膜的渗余物侧)。 一些实施方案包括回收至少一部分通过输送穿过第二渗透膜的第一侧的第一提取产物流的部分的压力降低所释放的能量。 在一些这样的实施方案中,在第一提取产物流的一部分被输送之前,回收的能量的至少一部分用于增加输送穿过第二渗透膜的第一侧的第一提取产物流的一部分的压力 穿过第二个渗透膜的第一侧。 例如,参考图2B,在一些实施方案中,至少一部分能量通过降低第二浓缩水流226的压力释放(其包括传输穿过第二渗透膜的第一侧218的第一提取产物流212的部分 216) 被回收。 在一些这样的实施例中,至少一部分回收的能量用于增加至少一部分第一提取产物流212的压力,然后将其输送穿过第二渗透膜216的第一侧218。一些实施例包括回收至少 通过输送穿过第三渗透膜的第一侧的第二提取产物流的一部分的压力降低而释放的一部分能量。 在一些这样的实施方案中,在第二提取产物流的一部分被输送之前,回收的能量的至少一部分用于增加输送穿过第三渗透膜的第一侧的第二提取产物流的一部分的压力 穿过第三渗透膜的第一侧。 例如,参考图 2B,在一些实施例中,至少一部分能量通过降低第三浓缩水流 238 的压力(其包括第二提取产物流的一部分)2022-08-18 的压力而释放 回收穿过第三渗透膜228的第一侧230运输的224。 在一些这样的实施方案中,至少一部分回收的能量用于增加至少一部分第二提取产物流224的压力,然后将其输送穿过第三渗透膜228的第一侧230。一些实施方案包括回收至少一部分通过输送穿过第四渗透膜的第一侧的第三提取产物流的部分的压力降低所释放的能量。 在一些这样的实施方案中,至少一部分回收的能量用于在输送第三提取产物流的一部分之前增加输送穿过第四渗透膜的第一侧的那部分第三提取产物流的压力 穿过第四渗透膜的第一侧。 例如,参考图2B,在一些实施方案中,至少一部分能量通过降低第四浓缩水流250的压力释放(其包括输送穿过第四渗透膜的第一侧242的第三提取产物流236的部分 240) 被恢复。 在一些这样的实施例中,至少一部分回收的能量用于增加至少一部分第三提取产物流236的压力,然后将其输送穿过第四渗透膜240的第一侧242。某些实施例包括回收至少 通过降低流出上游渗透膜滞留物侧的流的压力而释放的一部分能量,以及至少一部分回收的能量可用于增加输送的流的压力 穿过下游渗透膜(即,位于上游渗透膜下游的渗透膜)的渗余物侧。 在一些实施例中,通过降低离开上游渗透膜的渗余物侧的流的压力回收的能量的至少一部分可以用于增加离开上游渗透膜的渗透物侧的流的压力 膜。 在一些这样的实施方案中,离开上游渗透膜的渗透物侧的流的至少一部分然后可以转移穿过下游渗透膜的渗余物侧。 收集日期/接收日期 2022-08-18 某些实施方案包括回收至少一部分通过降低离开第一渗透膜的第一侧的第一浓缩水流的压力而释放的能量。 在一些这样的实施方案中,至少一部分回收的能量用于在第一提取产物流传输穿过第二渗透膜的第一侧之前增加至少一部分第一提取产物流的压力。 第一提取产物流的至少一部分或全部可源自例如第一渗透膜的渗透物侧。 例如,参考图2B,在一些实施方案中,通过降低浓缩水流214的压力释放的能量的至少一部分被回收。 在一些这样的实施例中,至少一部分回收的能量用于在它之前增加至少一部分第一提取产物流212(其源自第一渗透膜202的第二侧206(渗透物侧))的压力 被输送穿过第二渗透膜216的第一侧218。一些实施方案包括通过降低离开第二渗透膜第一侧的第二浓缩含水流的压力来回收释放的至少一部分能量。 在一些这样的实施方案中,至少一部分回收的能量用于增加至少一部分第二提取产物流的压力,然后再将其输送穿过第三渗透膜的第一侧。 第二提取产物流的至少一部分或全部可源自例如第二渗透膜的渗透物侧。 例如,参考图2B,在一些实施方案中,通过降低第二浓缩含水流226的压力释放的能量的至少一部分被回收。 在一些这样的实施例中,至少一部分回收的能量用于在它之前增加至少一部分第二提取产物流224(其源自第二渗透膜216的第二侧220(渗透物侧))的压力 被输送穿过第三渗透膜228的第一侧230。某些实施方案包括回收通过降低离开第三渗透膜第一侧的第三浓缩含水流的压力而释放的能量的至少一部分。在一些这样的实施方案中,至少一部分回收的能量用于增加至少一部分第三提取产物流的压力,然后再将其输送穿过第四渗透膜的第一侧。 第三提取产物流的至少一部分或全部可源自例如第三渗透膜的渗透物侧。 例如,参考图 2B 的接收日期/接收日期 2022-08-18,在一些实施例中,通过降低第三浓缩水流 238 的压力释放的能量的至少一部分被回收。 在一些这样的实施方案中,至少一部分回收的能量用于增加至少一部分第三提取产物流236(其源自第三渗透膜228的第二侧232(其为渗透物侧))的压力 在它被输送穿过第四渗透膜240的第一侧242之前。根据某些实施例,可以采用上述能量回收方法的组合。 例如,一些实施方案包括回收至少一部分由离开上游渗透膜滞留物侧的流的压力降低所释放的能量和回收至少一部分由压力降低所释放的能量。 从下游渗透膜(即,上游渗透膜下游的渗透膜)的渗余物侧流出的流。 在一些此类实施方案中,至少一部分能量从离开上游渗透膜滞留物侧的流的压力降低中回收,并且至少一部分能量从流的压力降低中回收 从下游渗透膜渗余物侧流出的水流用于增加系统中另一流的压力(例如,增加从上游渗透膜渗透物侧流出的流的压力和/或增加系统中另一流的压力) 进入下游渗透膜渗余物侧的水流)。 例如,参考图2B,一些实施方案包括(1)回收至少一部分由离开第三渗透膜的第一侧230(其为滞留物侧)的浓缩水流238的压力降低所释放的能量 228(其在第四渗透膜240的上游)和(2)回收至少一部分由离开渗透膜240的第一侧242(其为滞留物侧)的浓缩水流250的压力降低所释放的能量 (其在第三渗透膜228的下游)。 在一些这样的实施方案中,从浓缩含水流238的压力降低中回收的能量的至少一部分和从浓缩含水流250的压力降低中回收的能量的至少一部分用于增加压力 从第三渗透膜的第二侧 228 出来的第三提取产物流 236 的压力和/或增加第三提取产物流 236 中被输送穿过第四渗透膜的第一侧 242 的部分的压力 日期记录/接收日期 2022-08 -18 膜 240,然后第三提取产物流 236 的一部分被输送穿过第四渗透膜 240 的第一侧 242。在一些此类实施例中,第一压力交换装置可用于将能量从流 238 转移到流 236,并且 第二压力交换装置可用于将能量从流250转移到流236。作为另一个例子,再次参考图2B,在一些实施例中,不存在第四渗透膜240(因为它是可选特征)。 一些实施方案包括(1)回收至少一部分通过浓缩水流226的压力降低而释放的能量,该浓缩水流226离开第二渗透膜216(其在第三渗透膜的上游)的第一侧218(其为渗余物侧) 膜228)和(2)回收至少一部分通过浓缩水流238的压力降低而释放的能量,该浓缩水流238离开第三渗透膜228(其在第二渗透膜的下游)的第一侧230(其为渗余物侧) 膜 216)。在一些这样的实施方案中,从浓缩含水流226的压力降低中回收的能量的至少一部分和从浓缩含水流238的压力降低中回收的能量的至少一部分用于增加压力 第二提取产物流 224 的压力,其离开第二渗透膜 216 的第二侧 220 和/或增加第二提取产物流 224 的一部分的压力,该部分在第二提取产物流 224 的第二侧 218 之前被输送穿过第三渗透膜 228 的第一侧 218 提取产物流 224 被输送穿过第三渗透膜 228 的第一侧 230。在一些此类实施例中,第一压力交换装置可用于将能量从流 226 转移到流 224,并且第二压力交换装置可用于转移能量 从流 238 到流 224 的能量回收。根据某些实施方案,从多个流(例如,从离开上游渗透膜的滞留物侧的流和从离开下游渗透膜的滞留物侧的流)回收能量 ),如前几段所述,可用于加压输送到一系列渗透膜中最终渗透膜的渗余物侧的流。 在本文中,“最终”渗透膜是指产生最终水性产品的渗透膜,之后不进行额外的渗透步骤。 参考图2B,例如,在存在第四渗透膜240的一些实施例中,第四渗透膜240可以是一系列渗透膜中的最后一个渗透膜。 在一些这样的实施例中,第三渗透膜可以是渗透膜系列中的倒数第二个渗透膜。 在一些此类实施例中,一个或多个中间渗透膜可位于渗透膜系列中的第二渗透膜216和第三渗透膜228之间。 在某些此类实施方案中,通过降低浓缩水流 238 的压力和降低浓缩水流 250 的压力来回收能量,并且从浓缩水流 238 和浓缩水流 250 的压力降低中回收至少一部分能量 流250用于增加第三提取产物流236的压力(例如,当它离开第三渗透膜228的第二侧232时和/或在它被进料到第四渗透膜240的第一侧242之前)。 在一些实施例中,第四提取产物流 248 形成全部或部分最终产物流(例如纯化水),并且在一些此类情况下,不对流 248 进行进一步的渗透步骤。作为另一个例子,再次参考图 如图2B所示,在一些实施例中,不存在第四渗透膜。 在一些实施例中,第三渗透膜228可以是一系列渗透膜中的最后一个渗透膜。 在一些这样的实施例中,第二渗透膜216可以是一系列渗透膜中的倒数第二个渗透膜。 在某些此类实施方案中,通过降低浓缩水流 226 的压力和降低浓缩水流 238 的压力来回收能量,并且从浓缩水流 226 和浓缩水流 238 的压力降低中回收至少一部分能量 流238用于增加第二提取产物流224的压力(例如,当它离开第二渗透膜216的第二侧220时和/或在它被进料到第三渗透膜228的第一侧230之前)。 在一些实施例中,第三提取产物流 236 形成全部或部分最终产物流(例如纯净水),并且在一些此类情况下,不对流 236 进行进一步的渗透步骤。来自加压流的能量可以被回收 通过任何合适的方法。 例如,在一些实施例中,压力交换装置可用于从加压流中回收能量。 本领域的普通技术人员熟悉压力交换装置,其中来自高压流体流的压力能被传递至低压流体流。 示例性类型的压力交换装置是旋转压力交换器,例如,如美国专利号申请日期/接收日期 2022-08-18 7,306,437 中所述。 例如,在一些实施例中,能量(例如,作为直接液压)可以通过使加压流与低压流直接接触来回收,使得低压流被加压而高压流被减压(例如,节流)。 也可以使用其他装置在系统中回收能量,例如涡轮机(例如费尔顿轮)。 本文所述的系统和方法可用于处理各种含水进料流。 根据某些实施方案,供给脱盐系统的流是包含至少一种溶解的离子物质的含水流。 例如,参考图2A-2B,水性进料流208可以包括含有至少一种溶解的离子物质的水性流。 溶解的离子可以源自例如已经溶解在含水流中的盐。 溶解的离子通常是已经溶解到离子不再与抗衡离子离子键合的程度的离子。 含水进料流可包含多种溶解的离子物质中的任何一种,包括但不限于 Nat、Mg2+、Ca2+、Sr、Ba2、Cl、碳酸根阴离子、碳酸氢根阴离子、硫酸根阴离子、硫酸氢根阴离子和/或溶解的二氧化硅 . 在一些实施方案中,水性进料流包含至少一种溶解的单价阳离子(即,溶解时氧化还原态为+1的阳离子)。 例如,在一些实施方案中,含水进料流包含Na + 和/或K。在某些实施方案中,含水进料流包含至少一种一价阴离子(即,当溶解时氧化还原态为-1的阴离子)。 例如,在一些实施例中,含水进料流包含Cl-和/或Br。 在一些实施方案中,含水进料流包含至少一种一价阳离子和至少一种一价阴离子。 在一些实施方案中,含水进料流包含一种或多种二价阳离子(即,当溶解时具有+2氧化还原态的阳离子)和/或一种或多种二价阴离子(即,当溶解时具有+2氧化还原态的阴离子) 溶解)。 在一些实施方案中,具有其他化合价的阳离子和/或阴离子也可以存在于水性进料流中。 在一些实施方案中,供给第一渗透膜的含水进料流(例如图2A-2B中供给第一渗透膜202的流208)中溶解的离子的总浓度可以相对高。 如别处所述,与某些实施方案相关的一个优点是具有相对高溶解离子浓度的初始含水进料流可以在不使用能量密集型脱盐方法的情况下脱盐。 在某些实施方案中,输送到第一渗透膜的含水进料流中溶解离子的总浓度 Date Recue/Date Received 2022-08-18 为至少约 60,000 ppm、至少约 80,000 ppm 或至少约 100,000 ppm (和/或,在一些实施例中,高达约500,000 ppm或更多)。 也可以使用具有超出这些范围的溶解离子浓度的含水进料流。 根据某些实施方案,输送至第一渗透膜的含水进料流(例如,图2A-2B中输送至第一渗透膜202的流208)包含悬浮和/或乳化的不混溶相。 通常,悬浮和/或乳化的不混溶相是在操作流的温度和其他条件下在水中的溶解度不超过 10 重量%的物质。 在一些实施例中,悬浮和/或乳化的不混溶相包含油和/或油脂。 Willi“油”通常指比水更疏水并且不混溶或不溶于水的流体,如本领域已知的。 因此,在一些实施例中,油可以是碳氢化合物,但在其他实施例中,油可以包括其他疏水性流体。 在一些实施例中,至少约 0.1 重量%、至少约 1 重量%、至少约 2 重量%、至少约 5 重量%或至少约 10 重量%(和/或,在一些实施例中,高达 约 20 重量%、最多约 30 重量%、最多约 40 重量%、最多约 50 重量%或更多)的含水进料流由悬浮和/或乳化的不混溶相组成。 在某些实施方案中,第一渗透膜被配置成使得很少或没有悬浮和/或乳化的不混溶相被输送通过第一渗透膜。例如,在一些实施例中,少于约 10 重量%、少于约 5 重量%、少于约 2 重量%、少于约 1 重量%或基本上没有悬浮和/或乳化的不混溶相被输送通过 第一渗透膜,因为含水进料流被输送穿过第一渗透膜。 虽然第一渗透膜可用于从进入的含水进料流中分离悬浮和/或乳化的不混溶相,但这种分离是任选的。 例如,在一些实施例中,输送到脱盐系统的含水进料流基本上不含悬浮和/或乳化的不混溶相。 在某些实施方案中,第一渗透膜上游的一个或多个分离单元可用于在水性进料流被输送至第一渗透膜之前至少部分地从水性进料流中除去悬浮和/或乳化的不混溶相。 例如,在 2015 年 2 月 12 日公布的国际专利公开号 WO 2015/021062 中描述了此类日期接收/日期接收 2022-08-18 系统的非限制性实例。在一些实施例中,水性进料流可以 来自海水、地下水、微咸水和/或化学过程的流出物。 例如,在石油和天然气工业中,可能遇到的一种含水进料流是采出水(例如,与石油或天然气一起从石油或天然气井中涌出的水)。 由于采出水在地下停留的时间长,并且由于可能增加某些盐和矿物质的溶解度的高地下压力和温度,采出水通常包含相对高浓度的溶解盐和矿物质。 例如,一些采出水流可能包含溶解的硫酸锶 (SrSO4) 的过饱和溶液。 相反,在石油和天然气工业中可能遇到的另一种含水进料流是回流水(例如,在水力压裂操作期间作为压裂液注入并随后回收的水)。 返排水通常含有多种用于水力压裂的成分,包括表面活性剂、支撑剂和降粘剂,但其盐度通常低于采出水。 在一些情况下,本文所述的系统和方法可用于至少部分地脱盐源自此类工艺流的含水进料流。 根据某些实施方案,第一抽取入口流(例如,图2A-2B中的流210)可包含适合赋予适当渗透压以执行本文所述功能的任何组分。 在一些实施例中,第一抽取入口流是包含一种或多种溶解物质的水溶液,例如一种或多种溶解的离子和/或一种或多种离解的分子。 例如,在一些实施例中,第一抽取入口流包含Nat、Mg'、Ca'、Sr'、Ba2t和/或Cl。 在一些实施方案中,第一取料入口流包含至少一种溶解的单价阳离子,例如Nat和/或K。在某些实施方案中,第一取料入口料流包含至少一种单价阴离子,例如Cl-和/或Br。 具有其他化合价的阳离子和/或阴离子也可存在于第一抽取入口流中。 其他物种也可用于抽取流中。 例如,在一些实施例中,第一抽取入口流可以是包含溶解的非离子物质例如氨(NH 3 )的含水流。 根据根据 某些实施例。 在一些实施例中,第二抽取入口流是包含一种或多种溶解物质的水溶液,例如一种或多种溶解的离子和/或一种或多种离解的分子。 例如,在一些实施例中,第二抽取入口流包含Nat、Mg'、Ca"、Sr'、Ba"和/或Cl-。 在一些实施例中,第二抽取入口流包含至少一种溶解的单价阳离子,例如Na-F和/或K。在某些实施例中,第二抽取入口流包含至少一种单价阴离子,例如Cl-和/或 BR。 具有其他化合价的阳离子和/或阴离子也可以存在于第二抽取入口流中。其他物质也可用于第二抽取入口流中。 例如,在一些实施例中,第二抽取入口流可以是包含溶解的非离子物质例如氨(NH 3 )的含水流。 第二抽取入口流可包括与第一抽取入口流中存在的那些相同或不同的溶解物质(例如,溶解的离子物质)。 在一些实施例中,第二抽取入口流中溶解物质(例如,溶解离子)的总摩尔浓度(例如,溶解离子)低于第一抽取入口中溶解物质(例如,溶解离子)的总摩尔浓度 溪流。 根据某些实施方案,第三抽取入口流(例如,图2B中的流234)还可以包含适合赋予适当渗透压以执行本文所述功能的任何组分。 在一些实施例中,第三抽取入口流是包含一种或多种溶解物质例如一种或多种离子和/或一种或多种离解分子的水溶液。 例如,在一些实施例中,第三抽取入口流包含Na、Mg'、Ca'、Sr"、Ba"和/或Cl-。 在一些实施方案中,第三取料入口流包含至少一种溶解的单价阳离子,例如Na + 和/或K。在某些实施方案中,第三取料入口料流包含至少一种单价阴离子,例如和/或Br。 具有其他化合价的阳离子和/或阴离子也可以存在于第三抽取入口流中。 其他物质也可用于第三抽取入口流中。 例如,在一些实施例中,第三抽取入口流可以是包含溶解的非离子物质例如氨(NH 3 )的含水流。 第三抽取入口流可包括与第一和/或第二抽取入口流中存在的那些相同或不同的溶解物质(例如,溶解的离子)。 在一些实施例中,第三抽取入口流中溶解物质(例如,溶解离子)的总摩尔浓度(日期检索/接收日期 2022-08-18)低于第三抽取入口流中溶解物质(例如,溶解离子)的总摩尔浓度 第二个抽取入口流。 根据某些实施方案,第四抽取入口流(例如,图2B中的流246)也可包含适合赋予适当渗透压以执行本文所述功能的任何组分。 在一些实施方案中,第四抽取入口流是包含一种或多种溶解物质的水溶液,例如一种或多种溶解的离子和/或一种或多种离解的分子。 例如,在一些实施例中,第四抽取入口流包含Na、Mg'、Ca'、Sr'、Ba'和/或cr。 在一些实施方案中,第四取料入口流包含至少一种溶解的单价阳离子,例如Na I-和/或K。在某些实施方案中,第四取料入口料流包含至少一种单价阴离子,例如Cl和/或Br . 具有其他化合价的阳离子和/或阴离子也可以存在于第四抽取入口流中。 其他物质也可用于第四抽取入口流中。 例如,在一些实施例中,第四抽取入口流是包含溶解的非离子物质例如氨(NH 3 )的含水流。 第四抽取入口流可包括与第一、第二和/或第三抽取入口流中存在的那些相同或不同的溶解离子物质。 在一些实施方案中,第四抽取入口流中溶解物质(例如,溶解离子)的总摩尔浓度低于第三抽取入口流中溶解物质(例如,溶解离子)的总摩尔浓度。 鉴于本公开提供的洞察力,本领域的普通技术人员将能够选择合适的组分用于本文所述的各种抽取流中。 根据某些实施方案,可以通过将一种或多种物质悬浮和/或溶解在溶剂(例如水性溶剂)中以将该物质溶解在溶剂中来制备抽取入口流。 例如,在一些实施例中,可以通过将一种或多种固体盐溶解在水性溶剂中来制备一种或多种抽取入口流。 可溶于水的盐的非限制性实例包括NaCl、CaCl 2 、MgCl 2 等。 在一些实施例中,可以通过将氨与水混合来制备抽取流。在某些实施方案中,可以通过将一种或多种氨盐(例如,碳酸氢铵、碳酸铵和/或氨基甲酸铵)溶解在水中来制备取料流。 在一些实施例中,接收日期/接收日期 2022-08-18 可以通过将氨气和二氧化碳气体溶解在水中来制备抽取流。 本领域的普通技术人员熟悉渗透膜。 膜介质可以包括例如金属、陶瓷、聚合物(例如,聚酰胺、聚乙烯、聚酯、聚(四氟乙烯)、聚砜、聚碳酸酯、聚丙烯、聚(丙烯酸酯))和/或复合材料或其他组合 这些。 渗透膜通常允许水的选择性转运通过膜,其中水能够通过膜转运,而增溶物质(例如,离子)被抑制通过膜转运。 可与本文所述的某些实施例结合使用的可商购渗透膜的实例包括但不限于可从 Dow Water and Process Solutions (例如,FilmTecTM 膜)、Hydranautics、GE Osmonics 和 Toray 商购获得的渗透膜 膜,以及本领域普通技术人员已知的其他物质。 应当理解,在显示或描述单个膜的情况下,这种单个膜可以用多个并联连接的渗透膜代替。 例如,使用多个并联连接的渗透膜可以增加系统的容量。 以下实施例旨在说明本发明的某些实施例,但不举例说明本发明的全部范围。 实施例1 在该实施例中,描述了单级渗透膜系统,其用于执行抽取辅助反渗透。 该系统包含一个单一的无孔膜,带有一个进料侧,加压流入进料流流经该侧,以及一个抽取侧,流入抽取流流经该侧。 参考图1A中所示的示例图,系统如下操作。 该系统包括具有第一侧 104 和第二侧 106 的渗透膜 102。流入的水性进料流 108 被输送通过第一侧 104,并且流入的抽取流 110 被输送通过第二侧 106。水在两者之间输送 渗透膜 102 的第一侧 104 和第二侧 106,以从流入的含水进料流 108 中产生含水流 114,并从抽取流 110 中产生抽取产物流 112。日期 Recue/Date Received 2022-08- 18 该系统中的渗透膜 102 由 Porifera 制造,总面积为 1 平方米,包括第一面 104 上的无孔活性层和第二面 106 上的多孔非织造结构支撑层。渗透膜包含在内部 逆流板框模块,同样由 Porifera 制造。 通过将索诺玛海盐溶解在去离子水中来制备含水进料流108和抽取流110。 通过第一隔膜泵将含水进料流108从第一容器泵送穿过渗透膜102的第一侧。 第一侧104上的液压由流出水流114流过的膜组件出口处的Swagelok背压调节器控制。 含水流114收集在第二容器中。 通过第二隔膜泵将抽取流110从第三容器泵送穿过渗透膜102的第二侧。 流出物抽取产物流112收集在第四容器中。 在流出水流114流过的渗透膜模块出口处和流出物抽取产物流112流过的渗透膜模块出口处,通过刻度盘指示器测量压力。 跨膜压力计算为在这些位置测量的压力之间的差异。 流入的水性进料流108、流出的水性流114、流入的抽取流110和流出的抽取产物流112的流速分别通过以0.5的时间间隔称重第一、第二、第三和第四容器而以重量分析法测量。 10-15 分钟。 每个容器的重量变化和称重间隔用于计算每个流的质量流量。水进料流 108 和水流 114 的质量流量之间的差异,以及抽取流 110 和抽取产物流 112 的质量流量之间的差异被平均以计算穿过渗透膜 102 的通量。每个流的钠浓度 使用由 Perkin Elmer 制造的电感耦合等离子体发射光谱仪从四个容器中的每一个以 10-15 分钟的增量收集的样品分析。 改变抽取流源的盐度并测量该变化对跨膜通量的影响。 在进行流速、压力和盐度测量之前,通过在固定条件下运行一小时,使渗透膜系统达到稳定状态。 制备并测量含水进料流源108含有1900mg/L的钠。 跨膜压力 Date Recue/Date Received 2022-08-18 调整为 17 psi。 含水进料流108的流速为45.77ml/min,而取料流110的流速为39.28。 取水源的盐度和所得跨膜通量见表 1。 表 1 试验 1 2 3 取水钠浓度 0.000 851.0 1594 [mg/L] 跨膜通量 [ml/mini -5.971 1.301 5.535 在表 1 中, 试验 1 和 2 之间的通量显示为反向,并在试验 3 中进一步增加。在试验 1 中,跨膜压力不足以克服跨膜 102 的渗透压差,因此水流过渗透膜 102 从 第二侧106到第一侧104。在试验2中,抽取流110的盐度降低了两侧之间的渗透压差。 尽管进料流 108 的盐度大于抽取流 110 的盐度,所产生的渗透压差不足以克服跨膜压力,导致从第一侧 104 到第二侧 106 的正通量。 在试验3中,渗透压差因抽取流110的盐度增加而进一步降低,导致更大的正通量。 实施例2 在该实施例中,通过在单个渗透膜系统上重复实验来模拟多级渗透膜级联,其中来自先前试验的抽取流产品被用作第一次之后的每个试验的进料流。 参考图1A中所示的示例图,系统如下操作。 该系统包括具有第一侧 104 和第二侧 106 的渗透膜 102。流入的含水进料流 108 被输送通过第一侧 104,流入的抽取流 110 被输送通过第二侧 106。 渗透膜 102 的第一侧 104 和第二侧 106 以从流入的含水进料流 108 产生含水流 114,并从抽取流 110 产生抽取产物流 112。制造该系统中的渗透膜 102 由 Porifera 开发,总面积为 1 平方英寸,包括第一面 104 上的无孔活性层和第二面 106 上的多孔非织造结构支撑层。内部包含渗透性 Date Recue/Date Received 2022-08-18 膜 逆流板框模块,同样由 Porifera 制造。 通过将索诺玛海盐溶解在去离子水中来制备含水进料流108和抽取流110。 通过第一隔膜泵将含水进料流108从第一容器泵送穿过渗透膜102的第一侧。 第一侧104上的液压由流出水流114流过的膜组件出口处的Swagelok背压调节器控制。 含水流114收集在第二容器中。 通过第二隔膜泵将抽取流110从第三容器泵送穿过渗透膜102的第二侧。 流出物抽取产物流112收集在第四容器中。 在流出水流114流过的渗透膜模块出口处和流出物抽取产物流112流过的渗透膜模块出口处,通过刻度盘指示器测量压力。 跨膜压力计算为在这些位置测量的压力之间的差异。流入的水性进料流108、流出的水性流114、流入的抽取流110和流出的抽取产物流112的流速分别通过以0.5的时间间隔称重第一、第二、第三和第四容器而以重量分析法测量。 10-15 分钟。 每个容器的重量变化和称重间隔用于计算每个流的质量流量。 将含水进料流 108 和含水流 114 的质量流量之间的差异,以及抽取流 110 和抽取产物流 112 的质量流量之间的差异进行平均,以计算穿过渗透膜 102 的通量。 使用由 Perkin Elmer 制造的电感耦合等离子体发射光谱仪从四个容器中的每一个以 10-15 分钟的增量收集的样品分析每个流。 含水进料流108和抽取流110的盐度在连续试验中变化以模拟膜级联。 在第一次试验中,选择了起始含水进料流盐度和抽取流盐度。 收集第一次试验所得的抽取流产物并用作第二次试验中含水进料流108的来源。 收集第二次试验所得的提取产物流并用作第三次试验中含水进料流108的来源。 收集第三次试验所得的提取产物流并用作第四次试验中含水进料流108的来源。 这些试验,一起考虑,模拟日期 Recue/Date Received 2022-08-18 图 2B 描述的系统配置,其中从第一渗透膜 202 流出的第一提取产物流 212 进料到第二渗透膜的第一侧 渗透膜216。下游膜类似地是进料流,其包含来自上游膜的提取产物流。 对 5000 ppm 和 50,000 ppm 的第一个试验进料流进行级联实验。 还对每个第一次试验进料盐度进行了一组单阶段试验,其中抽取流盐度等于相应级联实验的最终抽取流盐度。 表 2 显示了 5000 ppm 进料流级联实验和相应的单级比较实验的结果。表 3 显示了 50,000 ppm 进料流实验的结果。 表 2 阶段进料盐度 [mg/Li Draw Flux [ ml/mini 压力 [psi] 盐度 [mg/Li 1 50,000 49,000 2.4 + 0.1 17 2 从 48,000 抽取流产品 2.12 0.02 17 阶段 1 3 从 47,000 抽取流产品 1.98 0.04 17 阶段 2 单一 50,000 47,000 1.3 17 阶段 表 3 进料盐度 [mg/1_1 抽取通量 [ml/min] 压力 [psi] 盐度 [mg/1,1 1 5,000 4,000 4.63 0.7 17 2 从 3,000 抽取流产品 5.58 0.3 阶段 1 3 从 2,000 抽取流产品 6.4 0.2 17 阶段 2 4 从 1,000 7.78 0.4 stage 3 Single 5,000 1,000 -0.43 0.07 17 阶段提取流产品 在表 2 和 3 中,通过每个级联阶段的通量显示大于通过相应单阶段试验的通量。 通过级联系统的更大通量表明当使用级联配置时可以从盐水流中回收更大量的淡水。 在表 3 中,相应的单一日期 Recue/Date Received 2022-08-18 阶段试验显示具有负通量,表明跨膜压差不足。 这些结果表明,当使用级联配置时,可能需要较低的跨膜压力来克服渗透压梯度。 预示性实施例 1 该预示性实施例描述了一种脱盐系统,其中初始正向渗透过程与一系列下游反渗透过程相结合,以产生比初始含水进料流具有更高纯度水的含水产品流。 在图3A的示意图中示出了示例性过程。 在图3A中,包含10wt%溶解的NaCl的含水进料流被输送到第一渗透膜的第一侧。 包含22重量%溶解的NaCl的含水汲取溶液以相对于含水进料流的逆流布置被输送到第一渗透膜的第二侧。第一渗透膜用于进行正向渗透,从而产生含有 20 wt% 溶解的 NaCl 的浓缩废盐水流并从第一渗透膜的第一侧运走,以及含有 10.47 wt% 溶解的 NaCl 的稀释汲取溶液 产生并从第一渗透膜的第二侧运走。 在图3A中,使用泵将来自第一渗透膜的稀释驱动溶液输送至第二渗透膜的第一侧。 包含 20 重量%溶解的 NaCl 的水性中间驱动溶液被输送到第二渗透膜的第二侧,以相对于稀驱动溶液流的逆流布置。 来自第一渗透膜的稀释汲取溶液和水性中间汲取溶液的逆流布置-以及适当浓度和流速的选择-可以允许操作第二渗透膜使得渗透压之间的差异 膜两侧的溶液在膜的面部区域相对一致。 将 20 巴的液压施加到第二个渗透膜的第一侧,并执行反渗透过程,从而产生含有 22 wt% 溶解的 NaCl 的浓缩驱动溶液流,并从第二个渗透膜的第一侧输送出去 渗透膜和稀释的中间体 Date Recue/Date Received 2022-08-18 含有 8.72 wt% 溶解的 NaCl 的提取溶液被生产并从第二个渗透膜的第二侧运走。 可以将至少一部分(或全部)回收的浓缩驱动溶液流节流至所需压力(例如,将压力降低约 14 巴至约 6 巴的压力)并送回第一渗透膜 闭环或至少部分闭环。 在图3A中,使用泵将来自第二渗透膜的稀释的中间驱动溶液输送至第三渗透膜的第一侧。 将包含 18 重量%溶解的 NaCl 的汲取水溶液以相对于稀释的中间汲取溶液流的逆流布置输送到第三渗透膜的第二侧。 将 20 巴的液压施加到第三渗透膜的第一侧,并执行反渗透过程,从而产生含有 20 wt% 溶解的 NaCl 的浓缩驱动溶液流,并从第三渗透膜的第一侧输送出去 渗透膜,并产生含有 6.98 重量%溶解的 NaCl 的稀释中间汲取溶液,并将其从第三渗透膜的第二侧运走。 至少一部分(或全部)回收的浓缩汲取溶液流可被节流至所需压力(例如,将压力降低约 14 巴至约 6 巴的压力)并送回第二渗透膜 闭环或至少部分闭环。 还执行第三、第四和第五反渗透工艺(图3A中未示出),从而产生含有1.83wt%溶解的NaCl的进一步稀释的水流。 含有 1.83 wt% 溶解的 NaCl 的稀释水流被输送到第七渗透膜的第一侧(以进行第六反渗透过程)。 将含有 10 wt% 溶解的 NaCl 的额外汲取溶液输送到第七渗透膜的第二侧。 将 20 巴的水压施加到第七渗透膜的第一侧,并执行反渗透过程,从而产生含有 12 wt% 溶解的 NaCl 的浓缩水流,并从第七渗透膜的第一侧运走 膜,并产生含有基本纯水(约 0.15% NaCl)的最终产品流,并将其从第七渗透膜的第二侧运走。 可以将至少一部分(或全部)回收的浓缩驱动溶液流节流至所需压力(例如,将压力降低约 14 巴至约 6 巴的压力)并送回第六渗透膜 闭环或至少部分闭环。回收日期/收到日期 2022-08-18 预言性示例 2 该预言性示例描述了在海水淡化系统中使用能量回收,其中初始正向渗透过程与一系列 .. 下游反渗透过程相结合以生产水性产品 具有比初始含水进料流更高纯度的水的流。 图3B是示例性脱盐系统的示意图,其中在系统中的多个点回收能量。 能量可以作为直接液压回收,例如,使用压力交换装置(代替节流阀或除了节流阀之外)。 图3B中所示的过程包括与上文关于图3A描述的相同的四个初始渗透阶段(具有类似的流和组分浓度,以及类似的渗透膜),除了能量回收装置已经被添加到图3B中所示的实施例。 在图 3B 中,从第二个渗透膜回收的 22 wt% 溶解的 NaCl 汲取溶液(其水压高于离开第一个渗透膜的稀释的 10.47 wt% 溶解的 NaCl 汲取溶液)可用于转移能量(在 压力的形式)通过直接接触(例如,在旋转压力交换装置中)稀释的 10.47 wt% 溶解的 NaCl 汲取溶液,然后稀释的汲取溶液被加压并送到第二个渗透膜。 在此过程中,...将 22 wt% 溶解的 NaCl 回收驱动溶液减压(节流)。 虽然图 3B 中显示了旋转压力交换装置,但也可以使用其他装置(例如,Pe1ton 轮)。 同样在图 3B 中,20 wt% 溶解的 NaCl 回收汲取溶液(其液压高于 8.72 wt% 溶解的 NaCl 稀释汲取溶液)可用于通过直接接触传递能量(以压力的形式)( 例如,在旋转压力交换装置中)与稀释的 8.72 重量%溶解的 NaCl 汲取溶液,然后稀释汲取溶液被加压并送到第三渗透膜。 在此过程中,将 20 wt% 溶解的 NaCl 回收汲取溶液减压(节流)。 同样在图3B中,18重量%溶解的NaCl回收汲取溶液(其液压高于6.98重量%溶解的NaCl稀释汲取溶液)可用于通过直接接触传递能量(以压力的形式)( 例如,在旋转压力交换装置中)与稀释的 6.98 wt% 溶解的 NaCl 汲取溶液在接收日期/接收日期 2022-08-18 之前,将稀释的汲取溶液加压并送至第四渗透膜。 在此过程中,18 wt% 溶解的 NaCl 回收驱动溶液被减压(节流)。 预测示例 3 该预测示例描述了渗透膜分离器的操作,其中选择入口流的流速、渗透压和水压以平衡渗透膜表面区域的净渗透驱动力。 渗透膜分离器的示意图示于图4A中。 渗透膜分离器包括渗透膜102,其限定第一侧104和第二侧106。进料流108具有质量流速mF、渗透压a-F和液压压力PF。 浓缩水流 114 具有质量流量 mF,õ、渗透压 irF,õ 和水压 PF。 抽吸入口流110具有质量流速m D 、渗透压nm 和液压压力PD 。 提取产物流112具有质量流速mD,o、渗透压a-D,o和水压PD。 进料流 108 被输送穿过渗透膜 102 的第一侧 104,并且抽取入口流 110 在与进料流 108 的方向相反的方向上被输送穿过渗透膜 102 的第二侧 106。这样,渗透分离器以 逆流配置。 沿膜102的位置可以沿图4A中所示的x轴表示,其中x=对应于最接近水入口进料流和抽取产物流的位置,并且x=1对应于抽取入口和浓缩水流出口 . 在一种示例性操作模式中,含水进料流108在位置x=0处进入逆流反渗透膜的一侧,具有100,000ppm的盐浓度、300psi的水压和1311psi的渗透压。抽取入口流 110 可以是盐水抽取流,在相对侧(即,在位置 x = 1)进入分离器,盐度为 95,000 ppm,水压基本为 0,渗透压为 1271 psi。 流 108 和 110 的质量流量比根据方程式 4 选择,其中 C = 1。当含水进料流 108 穿过膜 102 时,流 108 中的一部分水从第一侧 104 穿过膜 102 到第二侧 侧 106。因为盐和/或其他污染物被膜 102 排除,所以日期 Recue/Date Received 2022-08-18 pelineate 几乎完全是纯净水。 盐保留在膜102的侧104上的液体中,因此浓度增加。 当流 114 离开膜分离器时(在位置 x = 1),渗透压为 1531 psi。 当抽取入口流110穿过膜102的侧106时(在与流108的方向相反的方向上),它被渗透通过膜102的纯水稀释(从侧104到侧106)。 盐的质量流量保持不变,因此膜 102 侧 106 上的液体盐度下降,从而降低渗透压。 当提取产物流112离开膜分离器时(在位置x=0),渗透压为1074psi。 在这个例子中,假定跨膜的压降基本为 0。因此,净驱动力与盐浓度成线性比例。 因为质量流量比根据方程式 4 平衡,所以跨膜的净驱动力的变化被最小化。 图4B是作为跨越渗透膜的位置的函数的渗透压图。 如图 4B 所示,进料渗透压和吸入渗透压之间的差异在渗透膜上保持相对恒定。 在此示例中,最大净驱动力和最小净驱动力彼此相差在 9.05% 以内。 虽然本文已经描述和说明了本发明的几个实施例,但是本领域的普通技术人员将容易地设想用于执行功能和/或获得结果和/或一个或多个的各种其他装置和/或结构 这里描述的优点,以及每个这样的变化和/或修改都被认为在本发明的范围内。 更一般地,本领域的技术人员将容易理解,本文描述的所有参数、尺寸、材料和配置都是示例性的,实际参数、尺寸、材料和/或配置将取决于具体应用或应用 为此使用了本发明的教导。 本领域的技术人员仅使用常规实验就会认识到或能够确定本文所述的本发明的具体实施例的许多等同物。 因此,应当理解,前述实施例仅以示例的方式呈现,并且在所附权利要求及其等同物的范围内,可以以不同于具体描述和要求保护的方式来实践本发明。 本发明针对此处描述的每个单独特征、检索日期/接收日期 2022-08-18 系统、文章、材料和/或方法。 此外,两个或多个此类特征、系统、物品、材料和/或方法的任何组合,如果这些特征、系统、物品、材料和/或方法不相互不一致,则包括在本发明的范围内 发明。 在说明书和权利要求书中使用的不定冠词“一个”和“一个”,除非有相反的明确指示,否则应理解为表示“至少一个”。 此处在说明书和权利要求书中使用的短语“和/或”应当被理解为这样结合的元素的“其中之一或两者”,即,在一些情况下联合存在而在其他情况下分离存在的元素 个案。 除了由“和/或”从句具体标识的元素之外,可以任选地存在其他元素,无论是否与那些具体标识的元素相关或不相关,除非有明确的相反指示。因此,作为一个非限制性示例,当与诸如“包括”的开放式语言结合使用时,对“A和/或B”的引用在一个实施例中可以指代没有B的A(可选地包括元素其他 比 B); 在另一个实施例中,B没有A(可选地包括A以外的元素); 在又一实施例中,A和B两者(可选地包括其他元素); 等如本文在说明书和权利要求中所使用的,“或”应当被理解为具有与如上所定义的“和/或”相同的含义。 例如,当分隔列表中的项目时,“或”或“和/或”应被解释为包含性的,即包含至少一个,但也包括多个元素或列表中的一个以上, 以及可选的其他未列出的项目。 只有明确指出相反的术语,例如“仅一个”或“恰好一个”,或者当在权利要求中使用时,“由...组成”指的是恰好包含多个或列表中的一个元素 一般而言,此处使用的术语“或”仅应解释为表示排他性替代方案(即“一个或另一个,但不是两者”),前提是排他性术语,例如“任一”、“其中之一, “只有一个”或“恰好是一个”。“基本上由...组成”在权利要求中使用时,应具有专利法领域中使用的普通含义。如说明书和权利要求中所用 ,短语“至少一个”在提及一个或多个元素的列表时,应理解为是指选自元素列表中的任何一个或多个元素的至少一个元素,但不一定包括至少 元素列表中具体列出的每个元素之一,不排除元素列表中元素的任何组合。 接收日期/接收日期 2022-08-18 此定义还允许元素可以选择性地存在,而不是在短语“至少一个”所指的元素列表中具体标识的元素,无论是否与这些元素具体相关 确定。 因此,作为非限制性示例,“A和B中的至少一个”(或等效地“A或B中的至少一个”,或等效地“A和/或B中的至少一个”)可以指 [0103] 在一个实施例中,至少一种,任选地包括多于一种,A,不存在B(并且任选地包括除B之外的元素); 在另一个实施方案中,至少一个,任选地包括多于一个,B,不存在 A(并且任选地包括除 A 之外的元素); 在又一实施方式中,至少一种,任选地包括多于一种,A,和至少一种,任选地包括多于一种,B(并且任选地包括其他元素); 等。在权利要求以及上述说明书中,所有过渡性短语,例如“包含”、“包括”、“携带”、“具有”、“包含”、“涉及”、“持有”等 应理解为开放式的,即表示包括但不限于。 如美国专利局专利审查程序手册第 2111.03 节所述,只有过渡短语“由...组成”和“基本上由...组成”应分别为闭合或半闭合过渡短语。 日期 Recue/Date Received 2022-08-18。