正向滲透分離工藝的製作方法

2023-10-05 21:09:54 3

專利名稱：：正向滲透分離工藝的製作方法
技術領域：
：本發明的ー個或多個方面大體涉及滲透分離。更具體地，本發明的ー個或多個方面涉及利用設計的滲透エ藝(例如正向滲透)將溶質從水溶液中分離出來的用途。
背景技術：
：正向滲透已被用於脫鹽。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生濃度梯度。該梯度驅動海水中的水穿過膜進入到濃溶液中，所述膜選擇性地允許水通過而不允許鹽通過。逐漸地，進入濃溶液中的水將該溶液稀釋。然後將溶質從該稀釋的溶液中移除，以產生適飲水(potablewater)。
發明內容本發明的數個方面大體上涉及設計的滲透系統和方法，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上引入第一溶液；檢測所述第一溶液的至少ー種特性；基於所檢測的至少ー種特性，為包含氨和ニ氧化碳的濃驅動溶液選擇摩爾比；在所述半透膜的第二側上引入以所選擇的摩爾比包含氨和ニ氧化碳的所述濃驅動溶液，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上形成第二溶液，並在該半透膜的第二側上形成稀驅動溶液；將至少一部分所述稀驅動溶液引入分離操作裝置，以回收驅動溶質和溶劑流(stream);將所述驅動溶質再引入所述半透膜的第二側，以維持所述濃驅動溶液中所選擇的氨對ニ氧化碳的摩爾比；以及收集所述溶劑流。在一些實施方式中，所述分離操作裝置包括採用吸收器，該吸收器被設置為使所述驅動溶質凝結到所述濃驅動溶液中。溶劑流、稀驅動溶液或濃驅動溶液可用作該吸收器中的吸收劑。冷卻可與所述吸收器一起使用。在一些實施方式中，所述エ藝可進ー步包括採用氣體壓縮機或蒸汽噴射器(steameductor)壓縮氣流(該氣流由從所述稀驅動溶液中分離所述驅動溶質形成)，從而促使驅動溶質被再吸收到所述濃驅動溶液中。所述エ藝可進一歩包括對第一溶液施加壓力，以提高或引起穿過半透膜進入濃驅動溶液的通量。所述エ藝可進一歩包括選擇包含驅動溶質的濃驅動溶液，所述驅動溶質的特徵在於，能夠通過使用催化劑增強所述溶質從溶液中的除去或向溶液中的引入；所述驅動溶質的特徵在於，能夠通過可重複使用的物理因素或化學因素(physicalorchemicalagent)增強所述溶質從溶液中的除去或向溶液中的引入；或者所述驅動溶質的特徵在於，能夠通過電能場、磁能場或環境的其它改變增強所述溶質從溶液中的除去或向溶液中的引入，如此使所述驅動溶質被分離的傾向増加，從而增強驅動溶質的除去和再使用。在一些實施方式中，所述エ藝可進ー步包括檢測所述第一溶液和所述濃驅動溶液中至少ー種的體積變化，以及針對所檢測到的變化更改(modifying)與所述半透膜有關的流道，從而維持所需的流特性。在其它實施方式中，所述エ藝可進ー步包括使用催化劑、試齊U、可消耗的物質、可重複使用的物質、電能場或磁能場來增強驅動溶質的除去或吸收。在其它實施方式中，所述エ藝可進ー步包括採用機械蒸氣再壓縮、熱蒸氣再壓縮、真空蒸餾、氣掃式蒸懼(sweepgasdistillation)、滲透蒸發(pervaporation)和封閉循環熱泵中的至少ー種來降低エ藝能(processenergy)。所述エ藝可進ー步包括採用ニ氧化碳沉澱所述驅動溶質和採用氨再吸收沉澱物用於壓カ延緩滲透。所述エ藝可進ー步包括向所述第一溶液引入種眾料(seededslurry)。在至少ー種實施方式中，所述エ藝可進ー步包括在第一操作過程中，在所述第一溶液中使鹽過飽和；以及在送回所述第一操作使鹽再飽和前，在第二操作過程中進行鹽的去飽和。根據ー種或多種實施方式，用於從第一溶液中滲透提取溶劑的系統可包括第一室，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動溶液源流體連接的入口，所述濃驅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，所述半透膜系統將所述第一室與所述第二室隔開；分離系統，所述分離系統流體連接到所述第二室的下遊，所述分離系統包括蒸餾塔，所述分離系統被設置為接收來自所述第二室的稀驅動溶液以及回收驅動溶質和溶劑流；以及再循環系統，所述再循環系統包括吸收器，所述再循環系統被設置為便於將所述驅動溶質再引入到所述第二室，以維持所述濃驅動溶液中氨對ニ氧化碳的摩爾比。在一些實施方式中，所述吸收器可包括填充柱(packedcolumn)。在至少ー種實施方式中，所述吸收器包括膜接觸器。所述膜接觸器可被構建或設置為便於膜接觸器中冷卻的吸收劑的並流(parallelflow)和驅動溶質氣的串流(seriesflow)。在一些實施方式中，所述蒸餾塔可包括膜蒸餾裝置。在一些實施方式中，所述再循環系統可進ー步包括在所述吸收器下遊的壓縮操作裝置，以提高驅動溶質氣的凝結。在至少ー種實施方式中，所述壓縮操作裝置包括氣體壓縮機、蒸汽噴射器或液流噴射器。所述分離操作裝置可進ー步包括碳封存迴路(carbonsequestrationloop)以吸收或解吸驅動溶質,所述碳封存迴路被設置為完全吸收驅動溶質氣和増加該驅動溶質氣的壓カ以促進它們被吸收到所述濃驅動溶液中。在一些實施方式中，所述半透膜系統可包括浸於所述第一溶液中的膜組件，其中所述濃驅動溶液流過所述膜組件的內部。在至少ー種實施方式中，所述半透膜系統包括第一流道，所述第一流道與所述第一溶液有關，溶劑從所述第一溶液中提取，所述第一流道具有逐漸變細(tapering)的幾何結構或流間隔物的構造，從而所述第一流道的有效體積沿所述第一流道的長度方向下降；和第二流道，所述第二流道與所述濃驅動溶液有關，溶劑從所述第一溶液提取到所述濃驅動溶液內，所述第二流道具有擴張的幾何結構或流間隔物的構造，從而所述第二流道的有效體積沿所述第二流道的長度方向増加。在一些實施方式中，所述半透膜系統包括金字塔形的膜組件陣列，以適應所述第一溶液的體積下降和所述濃驅動溶液的體積增加，所述金字塔形的膜組件陣列被設置為在逆流設置(arrangement)中，在驅動溶液入口和進料溶液出ロ方向有較少的膜組件，在進料溶液入口和驅動溶液出口方向有較多的膜組件。在一些實施方式中，所述系統可進ー步包括下遊零液體排放流操作裝置或其它減少的排放流操作裝置。所述系統可進ー步包括設置為幫助氣提(stripping)驅動溶質的真空系統或空氣氣提系統。所述系統可進ー步包括設置為氣提驅動溶質的滲透蒸發系統。在一些實施方式中，所述滲透蒸發系統可包括相對於水蒸氣而言對驅動溶質氣具有選擇性的膜。所述系統可進ー步包括膜蒸餾系統以氣提驅動溶質。在至少ー些實施方式中，膜可在組件中既用於驅動溶質的分離又用於熱交換。根據ー種或多種實施方式，用於滲透發電的方法可包括進行膜分離操作以形成第一溶液；從所述第一溶液中沉澱驅動溶質；將沉澱的驅動溶質分離出來，形成第二溶液；促使氣體從所述第二溶液中產生；用例如基於動力學的差分吸收(differentialabsorption)技術分離所述氣體；以及使用至少ー種分離出的氣體再溶解沉澱的溶質，以形成供所述膜分離步驟中再使用的第三溶液。以下詳細討論這些示例性方面和實施方式的其它方面、實施方式和優點。此外，應理解上述信息和以下詳細描述都僅為各個方面和實施方式的解釋性實例，g在提供用於理解要求保護的方面和實施方式的性質和特徵的概述或框架。包括附圖以提供各個方面和實施方式的闡述和進ー步理解，將其併入並構成該申請文件的一部分。附圖以及該申請文件的剰餘部分用來解釋所描述和要求保護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製的附圖中，各圖中所示的各個相同或幾乎相同的部件用相同數字表示。為清楚起見，可能並未在每個圖中標記出每個部件。提供附圖以闡述和解釋本發明，並非用於限制本發明。在附圖中圖I顯示根據ー種或多種實施方式的分離方法的示意圖；圖2顯示根據ー種或多種實施方式的分離方法的詳細示意圖；圖3顯示根據ー種或多種實施方式的分離方法中使用的裝置的圖示；圖4顯示根據ー種或多種實施方式的分離方法中使用的裝置的示意圖；圖5顯示根據ー種或多種實施方式的分離裝置的一部分的示意圖；以及圖6顯示根據ー種或多種實施方式的分離裝置的一部分的示意圖。具體實施例方式根據ー種或多種實施方式，用於從溶液中提取溶劑的滲透方法通常涉及使該溶液接觸正向滲透膜的第一表面。在一些實施方式中，所述第一溶液(稱作エ藝溶液或進料溶液)可以是海水、微鹹水(brackishwater)、廢水、汙水、エ藝流或其它水溶液。在至少ー種實施方式中，所述溶劑是水，但另ー些實施方式涉及非水溶劑。可以使與第一溶液相比具有提高的溶質濃度的第二溶液(稱作驅動溶液)接觸所述正向滲透膜的(與第一表面相対的)第二表面。然後溶劑(例如水)可被驅動而從第一溶液穿過所述正向滲透膜並進入到第二溶液中，從而經由正向滲透生成富溶劑的溶液。正向滲透通常利用涉及溶劑從較稀溶液移向較濃溶液的流體轉移性質。滲透壓通常促使溶劑穿過正向滲透膜從進料溶液傳輸到驅動溶液中。可以在第一出口收集富溶劑的溶液(也稱作稀驅動溶液)，並進行進ー步的分離エ藝。在一些非限制性實施方式中，可以由所述富溶劑的溶液生成浄化水作為產物。可以在第二出ロ收集第二產物流，即貧化(depleted)或濃縮的エ藝溶液，以便排放或進ー步處理。該濃縮的エ藝溶液可含有一種或多種目標化合物，可能需要將所述目標化合物濃縮或以其它方式分離以供下遊使用。根據ー種或多種實施方式，正向滲透分離系統可包括ー個或多個正向滲透膜。正向滲透膜通常是半透的，例如允許溶劑(例如水)通過，但擋住其中溶解的溶質(例如氯化鈉、碳酸銨、碳酸氫銨、氨基甲酸銨、其它鹽、糖、藥物或其它化合物)。許多類型的半透膜適用於此用途，只要它們能夠允許水(即溶剤)通過並阻擋溶質通過且不與溶液中的溶質反應即可。該膜可具有各種構造，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，其特徵在於具有足夠小的孔隙，以允許水通過並篩出溶質分子(例如氯化鈉)及其離子分子物質種類(species)(例如氯離子)。此類半透膜可以由有機材料或無機材料製成。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、聚碸、聚偏氟こ烯、聚醯胺和丙烯腈共聚物等材料製成的膜。其它膜可以是由例如ZrO2和TiO2的材料製成的陶瓷膜或礦物膜。優選地，所選用作半透膜的材料通常應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的溫度範圍內運行。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，膜環境中的ー種或多種溶液(例如驅動溶液)可能或多或少是酸性或鹼性的。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製成，它們可以是多種材料的複合物。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。根據一種或多種實施方式，至少一個正向滲透膜可置於外罩(housing)或外殼(casing)內。該外罩的尺寸和形狀通常適合容納置於其中的膜。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料溶液和驅動溶液的入口以及用於從該組件中抽取產物流的出口。在一些實施方式中，該外罩可提供至少ー個用於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。根據ー種或多種實施方式，正向滲透分離系統通常可被構建和設置為使第一溶液和第二溶液分別與半透膜的第一側和第二側接觸。儘管所述第一溶液和第二溶液可保持不流動，但優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。這通常可以提高沿ー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，在膜表面的兩側上可都存在類似的流體動力學。這可以通過在該組件或外罩中戰略性集成一個或多個正向滲透膜來實現。根據ー種或多種實施方式的方法可實現溶劑提取的高收率而沒有過度能量需求和/或對環境有害的廢物排放。可以以實現高收率的能量有效方式從エ藝流中提取溶劑以濃縮溶質(例如合意的目標物質種類)。來自工藝流的溶劑和/或回收的溶質可以是所需的最終產物。也可以將驅動溶液中的溶質在該エ藝中再循環。根據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。可以使濃度大於第一溶液的第二溶液接觸該膜的(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節第二溶液內的溶質平衡，以提高第二溶液內可溶溶質物質種類的量，從而提高第二溶液的濃度。然後第一溶液和第二溶液之間的濃度梯度驅動溶劑穿過該半透膜從第一溶液進入到第二溶液中，產生富溶劑的溶液。根據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並再循環到驅動溶液。該回收エ藝可產生溶劑產物流。該濃度梯度也在半透膜的第一側上產生貧化溶液，可以將其排出或進ー步處理。該貧化溶液可包括需要濃縮或回收的ー種或多種目標物質種類。根據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(例如用於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，以使沉澱的溶質再循環到第二室。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。第四室可具有用於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，各種物質種類(例如來自第四室的氣體和/或來自第三室的沉澱的溶質)可以在該系統內再循環。例如，可以將這些物質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物(溶剤)離開該裝置。由於從ー個溶液到另ー個溶液穿過所述膜產生通量，流道構造可能是改變進料溶液和驅動溶液中流量或流速的原因。對於短的流道長度以及低到中等的通量速率，用於膜系統中的進料溶液和驅動溶液的流道通常應該設計成近似相等；或者，對於較長的流道長度和/或較高的通量，所述流道可設計為逐漸變細的，其中進料變窄、驅動變深。圖I顯示根據ー種或多種實施方式的正向滲透分離方法的概述圖，參照圖2進ー步描述其細節。如圖I中所示，將被稱作第一溶液的溶液(10)(例如海水、微鹹水、廢水、汙水或其它溶液)置於第一室(12)中。如箭頭(13)所示，第一室(12)與半透膜(16)流體連通。在第二室(18)中包含濃度大於第一溶液的第二溶液。如箭頭(15)所示，該較高濃度的溶液能使溶劑(即水)從第一室(12)中的第一溶液滲透穿過半透膜(16),進入位於第二室(18)內的較濃的第二溶液中。失去第一溶液的大量溶劑後，第一室(12)中的剰餘第一溶液被濃縮為溶質。如果被視為廢物，該溶質可以如箭頭(14)所示被丟棄。或者，該溶質可能是目標化合物，並可收集用於進ー步處理或作為所需產物供下遊使用。然後如箭頭(19)所示，將第二室(18)中所得的富溶劑的第二溶液引入第三室(22)。在第三室(22)中，可以分離出所述富溶劑的第二溶液中的溶質，並如箭頭(28)所示，將溶質再循環回第二室(18)，以維持第二溶液的濃度。根據ー種或多種實施方式，所述第三室(22)和流(28)是任選的。如箭頭(23)所示，然後可將第三室(22)中的剰餘的富溶劑的第二溶液引入第四室(24)。在第四室(24)中，可以加熱該剩餘的富溶劑的第二溶液以除去任何剰餘溶質，從而產生如箭頭(26)所示的溶劑流。在一些實施方式(例如涉及廢水處理的實施方式)中，該溶劑流可能是淨化水。在第四室(24)中，可以通過熱將剩餘溶質分解成它們的成分氣體來除去任何剩餘溶質，如箭頭(20)所示，可以將這些氣體送回第二室(18)，以維持室(18)中第二溶液的濃度梯度並充當試劑。根據ー種或多種實施方式，一部分稀驅動溶液可用來吸收來自蒸餾塔的驅動溶質氣。在至少ー種實施方式中，冷卻和與吸收劑混合都可發生在吸收塔中。所述氣體與充當吸收劑的部分稀驅動溶液的混合(然後變成濃驅動溶液)可發生在容器(vessel)中。通常，可調整所述容器的大小以提供足夠大的區域來促進吸收劑和氣體間的相互作用。在ー些實施方式中，填充柱可用作吸收器。在一種或多種實施方式中，氣提蒸餾塔和吸收塔可聯合使用。加熱可發生在蒸餾塔中，而冷卻和與稀驅動溶液吸收劑的接觸可發生在吸收塔中。在一個優選的實施方式中，25%左右的稀驅動溶液流可被導向至吸收器以用作吸收劑流體，剩餘的75%左右的稀釋流被導向至氣提塔(stripper)作為它的進料流。吸收劑流和進料流間的平衡將會控制(dictate)送回膜系統的再變濃的驅動溶液的濃度、吸收器和/或氣提塔的尺寸以及在氣提塔中所需加熱的量和在吸收器或各級吸收器之前、之後和/或之內所需冷卻的量。如圖5所示,例如,稀驅動溶液的第一部分可從室510導向至蒸懼塔520中，稀驅動溶液的第二部分可從室510導向至吸收器530。從蒸餾塔520離開的流可被引入到吸收器530中，在吸收器530中，該流與稀驅動溶液混合後送回至室510，以將驅動溶質再引入正向滲透膜500的驅動側。根據ー種或多種實施方式，可回收驅動溶質供再使用。可從稀驅動溶液中氣提溶質以生產大體上不含該溶質的產物水。然後可凝結或吸收氣態的溶質以形成濃驅動溶液。吸收器可使用稀驅動溶液作為吸收劑。在其它實施方式中，產物水可用作吸收劑，用於全部或部分吸收來自溶質再循環系統的氣流。根據ー種或多種實施方式，鑑於低溫熱源成本低並且具有較少的或沒有另外的用途，可能理想的是使用低溫來氣提溶質。然而，氣提的溫度越低，則其壓力越低，而在較低壓力下凝結和吸收具有較慢的動力學，在某些情況下，使得吸收某些化合物(例如ニ氧化碳)相當困難。在溶質已經被氣提後，可使用各種方法來吸收剩餘氣體，這些氣體中的一部分(通常在約60-80%之間)已經凝結，而剩餘氣體在短時間範圍內繼續被吸收的傾向較低。在一些實施方式中，可壓縮剩餘的蒸氣流以升高它的壓力，從而提高吸收動カ學。可使用壓縮機。在其它實施方式中，可使用蒸汽噴射器，在該噴射器中，小部分的蒸汽(steam)可與蒸氣(vapor)混合以將壓力増加到兩流之間的中間壓力。在其它實施方式中，可對吸收溶液加壓，並將該溶液引入噴射器以攜帶(entrain)和壓縮所述溶質蒸氣。在一種或多種實施方式中，具有蒸氣串流和吸收劑串流或並流的吸收器可用在各種使用膜接觸器、填充柱或類似裝置的構造中。在一種實施方式中，蒸氣的串流可連同已經冷卻的吸收劑的並流，從而在所述吸收裝置內不必發生冷卻。在其它實施方式中，冷卻可發生在裝置中。熱交換區域和質界面區域可以都在単一裝置中。吸收劑可用來形成混合物，該混合物可被導向並加入濃驅動溶液流。吸收劑可包括稀驅動溶液、產物水、添加有氨的水、液氨和非揮發性的ニ氧化碳封存物，然後這些吸收劑可離開產物水、或被除去、或被破壞。根據ー種或多種實施方式，可實施ニ氧化碳吸收/解吸迴路(loop)，從而使溶液在低壓下被用作吸收劑以吸收ニ氧化碳。然後可以液態形式對該溶液加壓，並在較高壓力、下加熱以解吸ニ氧化碳，使ニ氧化碳在凝結器中被吸收或以如上所述的其它方式被吸收。這樣，一些實施方式可類似於ニ氧化碳封存系統。在一些實施方式中，吸收溶液可包括水中的氨。在其它實施方式中，吸收溶液可包括非揮發性溶質，該溶質可與ニ氧化碳複合，然後可能經誘導釋放它，從而使所述溶質在吸收系統中得以再循環。在一些實施方式中，可使用熱。在一些實施方式中，可使用催化劑和/或試劑。一個或多個エ藝中催化劑或試劑的使用，或凝結器中催化劑或試劑的使用可提高驅動溶質凝結或再吸收的動力學。根據ー種或多種實施方式，可將稀驅動溶液導向至氣提塔，該氣提塔中低溫熱引起驅動溶質蒸發，留下大體上不含所述溶質的產物水。可用熱交換器來凝結一部分蒸氣。在至少ー種實施方式中，可使約70%的蒸氣凝結。可使用吸收器系統引入部分的剰餘蒸氣，從而使該部分蒸氣被吸收到稀驅動溶液流中。在至少ー種實施方式中，第二吸收器系統可使用濃氨溶液以吸收剰餘的驅動溶質蒸氣。離開凝結塔的液流與離開第一吸收器和第二吸收器的液流可進行混合併用作全部濃驅動溶液或部分濃驅動溶液。如上所述，根據ー種或多種實施方式的分離エ藝可以由第一室(12)內所含的第一溶液開始。第一溶液可以是為了回收淨化水、為了除去不合意的溶質、或為了濃縮和回收所需溶質而被處理的水溶液或非水溶液。不合意的溶質包括不想要的可化學沉澱的可溶鹽，例如氯化鈉(NaCl)。第一溶液的典型實例包括水溶液，例如海水、鹽水(brine)和其它鹽溶液、微鹹水、礦化水、エ業廢水和與高純用途相關的產物流，如與食品和藥品エ業相關的那些產物流。本文所述的第一溶液可以是水溶液或非水溶液。通常，可以使用與驅動溶液相容的任何類型的溶劑，例如，能溶解驅動溶質的任何溶剤。在滲透分離之前，可根據已知技術對第一溶液進行過濾和預處理，以除去固體和化學廢物、生物學汙染物，或防止膜積垢，然後如箭頭10所示供應至第一室(12)。根據ー種或多種實施方式，第一溶液可以是含有溶劑和希望進行分離、浄化或其它處理的一種或多種溶質的任何溶液。在一些實施方式中，第一溶液可以是非適飲水，例如海水、鹹水(saltwater)、微鹹水、灰水(graywater)和某些エ業水。可能理想的是由此類流製造浄化水或適飲水以供下遊使用。待處理的エ藝流可包括鹽和其它離子物質種類，例如氯化物、硫酸鹽、溴化物、矽酸鹽、碘化物、磷酸鹽、鈉、鎂、鈣、鉀、硝酸鹽、神、鋰、硼、鍶、鑰、錳、鋁、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(例如鹹水或海水)、廢水或其它汙水。在另ー些實施方式中，第一溶液可以是含有希望進行濃縮、分離或回收的ー種或多種溶質(例如目標物質種類)的エ藝流。此類流可來自工業エ藝，例如藥品或食品級應用。目標物質種類可包括藥品、鹽、酶、蛋白質、催化劑、微生物、有機化合物、無機化合物、化學前體、化學產物、膠體、食品或汙染物。第一溶液可以從上遊單元操作裝置(例如エ業設施)或任何其它來源(例如海洋)遞送至正向滲透膜處理系統。類似於第一溶液，第二溶液可以是水溶液，即溶劑是水。在另ー些實施方式中，非水溶液(例如有機溶剤)可用於第二溶液。第二溶液可以是含有比第一溶液高的溶質濃度的驅動溶液。驅動溶液通常能在滲透分離系統中產生滲透壓。滲透壓可用於各種目的，包括脫鹽、水處理、溶質濃縮、發電和其它應用。可使用各種驅動溶液。在一些實施方式中，驅動溶液可包含一種或多種可去除的溶質。在至少ー些實施方式中，可使用可熱去除的(熱分解的)溶質。例如，驅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，該公開出於各種目的將其全文經此引用併入本文。在一種實施方式中，第二溶液可以是氨和二氧化碳的濃溶液。根據一種或多種實施方式，基於系統中驅動溶液的最高濃度，氨對二氧化碳的比應大體上使驅動溶液氣完全被吸收到吸收流體(例如，如本文所述的稀驅動溶液的一部分)中。驅動溶液的濃度、體積和流速通常應與進料溶液的濃度、體積和流速相匹配，從而在整個膜系統和進料水回收的範圍維持這兩種溶液間所需的滲透壓差。根據一種或多種實施方式，這可考慮膜內及其表面的內部和外部濃度極化現象來計算。在一種非限制性脫鹽實施方式中，可使用鹽進料水流速的33%左右的濃驅動溶液入口流速，對於海水脫鹽系統，通常在約25%-75%的範圍內。較低鹽度的進料可能要求驅動溶液入口速率為進料水流速率的約5%-25%。稀驅動溶液出口速率通常可為進料水入口速率的約50%-100%，並且為鹽水排出體積的約三到四倍。根據一種或多種實施方式，氨對二氧化碳的比通常應該與驅動溶液的濃度和用在驅動溶質的除去和回收工藝中的溫度相匹配。如果該比不夠高，那麼將不可能將驅動溶質氣完全吸收為鹽供濃溶液再使用，如果該比太高，則驅動溶液中會有過量的氨，這在所需的溫度範圍內(如利用廢熱驅動所述工藝所必需的溫度)將不會適當地凝結。例如，在一些實施方式中，蒸餾塔可在約50°C氣提氣體，吸收塔可在約20°C下操作。氨對二氧化碳的比應該進一步被考慮為防止氨通過膜進入到進料溶液中。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於驅動溶液中(通常地主要是銨)。其它參數，例如進料水的類型、所需的滲透壓、所需的通量、膜的類型和驅動溶液濃度可能影響所優選的驅動溶液的摩爾比。在滲透分離工藝中，可監測和控制氨對二氧化碳的比。在至少一種實施方式中，驅動溶液可包括摩爾比大於1:1的氨和二氧化碳。在一些非限制性實施方式中，在約50°C且驅動溶液的摩爾濃度(molarity)規定為該溶液中二氧化碳的摩爾濃度時，驅動溶液的比對於I摩爾以下的驅動溶液可至少為約I.1:1，對於I.5摩爾以下的驅動溶液可至少為約I.2:1，對於3摩爾以下的驅動溶液可至少為約I.3:1，對於4摩爾以下的驅動溶液可至少為約I.4:1，對於4.5摩爾以下的驅動溶液可至少約I.5:1，對於5摩爾以下的驅動溶液可至少為約I.6:1，對於5.5摩爾以下的驅動溶液可至少為約I.7:1，對於7摩爾以下的驅動溶液可至少為約I.8:1，對於8摩爾以下的驅動溶液可至少為約2.0:1，對於10摩爾以下的驅動溶液可至少為約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定溶解性所需要的最小比。在較低的溫度，對於相同的濃度，需要較高的氨對二氧化碳的比。在較高的溫度，可能需要較低的比，但可能還要求對溶液進行一定加壓來阻止溶質分解成氣體。大於1:1的比，即使在總濃度小於2摩爾時，也大大增加溶液的穩定性，防止二氧化碳氣的形成以及通常防止由甚至是適量的熱和/或適量降低的壓力引起的驅動溶液的熱分解。驅動溶液的溶質濃度通常大於進料溶液的溶質濃度。這可以通過使用足夠可溶的溶質產生具有比進料溶液高的溶質濃度的溶液來實現。可以根據供應至分離系統以用於處理的工藝流調節驅動溶液的一個或多個特性。例如，體積、流速或進料溶液中溶質的濃度可能影響為驅動溶液選擇的一個或多個參數。對於與該系統相關的排出流的要求也可能影響一個或多個操作參數。也可以根據該正向滲透分離系統的預期用途改變其它操作參數。優選地，第二溶液內的溶質應容易通過分離工藝從溶液中除去，其中，所述分離工藝將溶質分離成至少一種更易溶解在該溶液的溶劑中的物質種類(即可溶物質種類)以及一種不易溶解在該溶劑中的物質種類(即較不溶物質種類)，該溶質如果痕量留在所得溶劑中，則不應帶來健康危險。可溶溶質物質種類和較不溶溶質物質種類的存在使得該溶液能夠按需要被調節或控制。通常，可溶溶質物質種類和較不溶溶質物質種類在溶液中達到這樣的點其中在特定的條件溫度、壓力、PH下，這兩種溶質物質種類相對於另一種既不增加也不減少，即可溶溶質物質種類與較不溶溶質物質種類的比率恆定。這被稱作平衡。考慮到溶液的特定條件，在平衡下，溶質物質種類不是必須以1:1的比率存在。通過添加化學品(在本文中稱作試劑)，可以使溶質物質種類之間的平衡移動。使用第一試劑，可以將溶液平衡移動至提高可溶溶質物質種類的量。同樣，使用第二試劑，可以將溶液平衡移動至提高較不溶溶質物質種類的量。在添加所述試劑後，溶質物質種類的比率可以穩定在該溶液的條件所偏好的新水平下。通過控制該平衡以偏向於可溶溶質物質種類，可以實現濃度近飽和的第二溶液在該狀態下該溶液的溶劑不能再溶解溶質。第二(驅動)溶液的優選溶質可以是氨和二氧化碳氣體以及它們的產物碳酸銨、碳酸氫銨和氨基甲酸銨。當氨和二氧化碳以約為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產物碳酸銨和氨基甲酸銨構成的溶液。這種溶液中的平衡更偏向於較不溶溶質物質種類(碳酸氫銨)而不是可溶溶質物質種類(氨基甲酸銨以及較低程度的碳酸銨)。用過量氨來緩衝主要由碳酸氫銨構成的溶液以使氨對二氧化碳的摩爾比大於1，會使該溶液的平衡移向更可溶的溶質物質種類氨基甲酸銨。氨更可溶於水並優先被該溶液吸附。由於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，通過這種操作實現的這種第二溶液內的溶質濃度大於約2摩爾濃度、大於約6摩爾濃度、或為約6摩爾至約12摩爾濃度。氨可能是氨基甲酸銨優選的第一試劑，因為其是在溶質氨基甲酸銨分解時產生的化學成分之一，或稱作組成成分。通常，用於溶劑的試劑優選是溶質的組成成分，因為這樣在除去溶劑時容易從該溶液中除去任何過量試劑，且在優選實施方式中，該組成成分可作為第一試劑再循環。但是，只要該試劑容易從溶液中除去且如果該試劑的痕量成分留在最終溶劑中沒有健康危險，就可以考慮可控制溶液中溶質物質種類的平衡的其它試劑。根據一種或多種實施方式，驅動溶液通常應產生滲透壓並可移除，如用於再生和再循環。在一些實施方式中，驅動溶液的特徵可在於能夠進行催化相變，在該相變中採用催化劑將驅動溶質轉變為氣體或可從水溶液中沉澱的固體。在一些實施方式中，所述機制可與其它手段(例如加熱、冷卻、添加反應物或引入電場或磁場)一起使用。在其它實施方式中，可引入化學品與驅動溶質發生可逆反應或不可逆反應以降低它的濃度、改變膜對它的截留特性，或以其它方式使它更易被除去。在至少一種實施方式中，引入電場可引起驅動溶質例如相變的變化、電離度的變化或其它電誘導的變化，從而使溶質更易被除去。在一些實施方式中，例如可通過調節PH水平、調節溶質的離子性質、改變溶質的物理尺寸或促使其它的改變(使驅動溶質很容易地通過之前截留它的膜)來控制溶質的通過和/或截留。例如，離子物質種類可變成非離子物質種類，或大的物質種類可變得相對較小。在一些實施方式中，可實施不使用加熱(例如電滲析(ED))、冷卻、真空或加壓的分離技術。在至少一種實施方式中，可根據一種或多種已知的分離技術實施電梯度。在一些實施方式中，某些分離技術(例如ED)可用來減少待分離的物質種類，從而降低電學要求。在至少一種實施方式中，例如可通過改變溫度、壓力、PH或溶液的其它特性來控制有機物質種類的溶解性。在至少一些實施方式中，可實施離子交換分離，例如鈉補給離子交換技術(sodiumrechargeionexchangetechniques)、或酸補給和鹼補給離子交換，以再循環驅動溶質(包括例如銨鹽)。根據一種或多種實施方式，公開的驅動溶液可用在任何設計的滲透工藝中，例如涉及壓力延緩滲透、正向滲透或壓力輔助正向滲透的應用。在一些實施方式中，公開的驅動溶液可用在滲透熱機中，例如WIPO公開號W02008/060435(McGinnis等人)中記載的那些，該公開出於各種目的將其全文經此弓I用併入本文。滲透熱機可使用半透膜將滲透壓轉化為電能，從而將熱能轉化為機械功。氨-二氧化碳的濃驅動溶液可產生高滲透壓，從而產生抵抗液壓壓力梯度而通過半透膜的水通量。使渦輪中增加的驅動溶液體積減壓可生產電能。通過將稀驅動溶液分離為再變濃的驅動溶液和去離子水工作流體(兩者均供滲透熱機再使用)，所述工藝可維持在穩定的狀態操作。在一些涉及在滲透熱機中使用公開的驅動溶液的實施方式中，通過使驅動溶質沉澱而提高效率。在至少一種實施方式中，公開的驅動溶液可用在用於電網儲能(gridenergystorage)的系統和方法中，其中，可使用涉及兩種溶液間滲透壓梯度或滲透壓差的鹽度梯度來在濃溶液中產生液壓壓力以發電。根據一種或多種涉及蒸餾塔的實施方式，例如WIPO公開號W02007/146094(McGinnis等人)中記載的多級蒸餾塔，該公開出於各種目的全文經此引用併入本文，稀驅動溶液可在熱交換器或吸收器中用作吸收流體，從而傳熱到各級。根據一種或多種實施方式，公開的驅動溶液還可用在各種直接滲透濃縮(DOC)應用中。根據一種或多種實施方式，分離工藝可通過使第一溶液和第二溶液分別接觸半透膜(16)的第一側和第二側來開始。儘管第一溶液和第二溶液可保持不流動，但優選第一溶液和第二溶液都通過橫向流(即與半透膜(16)的表面平行的流)引入。這提高了給定量的溶液接觸半透膜(16)表面積的量，由此提高正向滲透效率。由於第二室(18)中的第二溶液具有比第一室(12)中的第一溶液高的溶質濃度，第一溶液中的溶劑通過正向滲透擴散至第二溶液。在一些實施方式中，這兩種溶液之間的濃度差如此大，以致在不對第一溶液施加壓力的情況下，溶劑穿過半透膜(16)。總的來說，該工藝可除去第一溶液內所含的約50%-約99.9%的溶劑。在分離工藝中，第一溶液由於失去溶劑而變濃，第二溶液由於獲得溶劑而變稀。儘管出現這一情況，這兩種溶液之間的濃度梯度仍顯著。可分別進一步處理該膜第一側上的貧化溶液和該膜第二側上的稀釋溶液，以回收一種或多種所需產物。例如，該膜第一側上的貧化溶液可含有需要濃縮和回收的作為目標物質種類的溶質。或者，該膜第一側上的貧化溶液可作為廢物丟棄。同樣地，該膜第二側上的稀釋溶液可能富含作為所需產物的溶劑。排放物(14)，即濃縮的第一溶液具有較高的溶質濃度。因此，在將第一溶液送回其來源或使第一溶液在本方法中再循環之前，可以從該濃縮的第一溶液中除去過量溶質。例如在一些非限制性實施方式中，這可以通過使濃縮的第一溶液與太陽能蒸發器、簡單篩濾裝置、旋液分離器、或沉澱物質或其它成核點接觸，以使溶質沉澱來完成。可以進一步處理這種沉澱的溶質，以使其適合消費或工業用途。在已通過正向滲透將第一溶液的溶劑提取到第二溶液中由此形成富溶劑的第二溶液後，然後可能理想的是從富溶劑的第二溶液中除去溶質以分離出溶劑。在一些非限制性實施方式中，這可以通過從溶液中沉澱出溶質、將溶質分解成它們的成分氣體(其從溶液中氣化出來)、從溶液中蒸餾出溶劑或使溶質吸附到表面上來實現。在至少一種實施方式中，通過沉澱除去一部分溶質減少了加熱該溶液以分解剩餘溶質所需的能量，且分解使得溶質被完全除去。分別參照第三室和第四室(22，24)描述可能的沉澱和分解步驟。如箭頭(19)所示，可以將第二室(18)中的富溶劑的第二溶液抽取到第三室(22)。然後可處理該富溶劑的第二溶液，以通過沉澱從該富溶劑的溶液中除去一部分溶質。可引入第二試劑以調節可溶溶質物質種類和較不溶溶質物質種類的平衡，從而偏向於較不溶溶質物質種類。對於第二試劑，能夠調節該平衡的任何化學品都是合適的，只要其容易從該富溶劑的第二溶液中除去並且沒有健康危險即可。該試劑優選是溶質的組成成分，在是優選溶質氨基甲酸銨的情況下，其是二氧化碳氣體。在一些非限制性實施方式中，當該富溶劑的第二溶液中擴散有二氧化碳時，溶液中氨對二氧化碳的比率可降至約1-1.5，且該富溶劑的第二溶液中的平衡移回較不溶溶質物質種類碳酸氫銨。該較不溶溶質物質種類然後可從溶液中沉澱出來。碳酸氫銨的沉澱導致該富溶劑的第二溶液內的溶質濃度顯著降至約2-3摩爾。優選地，將第三室(22)中的富溶劑的第二溶液的溫度降至約18-25°C，優選20-25°C，以助於溶質沉澱。然後可從該溶液中過濾出沉澱的溶質。現在參考圖2，儘管可以在第三室(22)內將沉澱的溶質過濾，但可以如箭頭(36)所示將該溶液導向至過濾室(29)。使用公知方法，例如旋液分離器、沉降槽、塔過濾或簡單篩濾，可以從該富溶劑的溶液中除去沉澱的溶質。例如，可以使沉澱物通過重力從溶液中沉降出來，然後剩餘溶液可被虹吸抽出。可以如箭頭(23)所示，將剩餘的富溶劑的第二溶液從過濾室(29)轉移到第四室(24)，然後在此將其加熱，以使溶質分解成它們的成分氣體。在一種優選實施方式中，這些成分氣體可以是氨和二氧化碳。該分離工藝所需的能量是將溶液溫度提高至導致完全除去氨基甲酸銨溶質的溫度所需的熱。還需要額外的熱，補償在該工藝內再循環的溶質的蒸發和溶解的焓的熱轉移的低效性。具體而言，加熱導致該富溶劑的第二溶液中的剩餘溶質分解成它們的成分氣體，從而離開溶液。在一些實施方式中，可以在加熱的同時，在該富溶劑的第二溶液上方保持真空或空氣流，以提高效率和/或降低從該溶液中蒸發出所述分解氣體的溫度。通過在第四室上方生成空氣流，可以在比常用溫度低的溫度下除去所有溶質。這種分解可產生溶劑產物，例如適飲水產物，可將其進一步處理以供最終使用。通常，適飲水產物應具有約7的pH，可能需要進一步的pH調節和/或添加所需的組分(例如鹽和/或殘留物消毒劑)，以使該水適於其預期用途。可以使用外部熱源(34)與經由熱交換器(32)由氣體和溶質(38，42)的放熱性引入所泵送的熱的組合將所述富溶劑的第二溶液加熱。可以通過包括太陽能和地熱能的任何熱源供應外部熱源(34)。該源可類似於蒸餾的熱源。在一些實施方式中，該源可以主要來自熱電聯產(cogeneration)環境,利用來自發電或工業過程的廢熱。此外，可以使用熱交換器(32)捕獲本脫鹽方法中的在先步驟中釋放的熱，從而維持工藝效率。如圖2中的箭頭(38)和(42)所示，可將由第二室和第三室(18，22)內的化學反應釋放的熱泵送至熱泵(32)，然後如箭頭(40)所示，將該熱泵送至第四室(24)，以助於加熱該富溶劑的第二溶液。在另一實施方式中，通過使釋放的成分氣體在室(24)(在此將所述富溶劑的第二溶液加熱)外部凝結而生成額外的熱，由此將來自這种放熱反應的能量轉移至第四室(24)。然後可將凝結物(在一種優選實施方式中為氨基甲酸銨)再循環到第二室(18)中的第二溶液。也優選使從第二溶液中除去的溶質和溶質成分再循環，以限制本發明正向滲透分離方法的環境影響和成本。可以如箭頭(28)所示，將從過濾室中丟棄的沉澱的溶質再循環到第二室(18)中，在此該溶質可溶解在第二溶液中，並由此維持第二溶液的高濃度。另外，可以分別如箭頭(20)和箭頭(30)所示，將從第四室(24)中的富溶劑的第二溶液中除去的成分氣體再循環回第二室或第三室(18，22)，在此它們充當試劑。在一種優選實施方式中，溶質是氨基甲酸銨，其分解成它的成分氣體氨和二氧化碳。然後如箭頭(20)所示，將這些氣體再循環到第二室(18)中。由於氨比二氧化碳更易溶，氨優先被第二溶液吸收，並通過調節溶質物質種類的平衡以偏向於氨基甲酸銨來充當試劑。如箭頭(30)所示，從第二室(18)抽取剩餘的二氧化碳並轉移到第三室(22)，在此其充當試劑，並改變第二溶液的平衡以偏向於碳酸氫銨。由於一些優選實施方式涉及使來自溶質分解的成分氣體再循環，因此，可能需要沉澱尚不到最佳量的溶質，以確保足夠的氣體再循環，從而維持本工藝的效率。通常，通過沉澱從該溶液中除去約一半溶質應可確保生成足量的成分氣體以維持本工藝。本文所述的工藝可以連續或分批進行，以在整個工藝中更好地從溶劑中分離出溶質。在圖3中詳細描述了進行本方法的裝置的一種非限制性實施方式。該裝置具有第一室(12)，該第一室具有入口(50)和出口(52)。第一室的入口(50)與第一溶液源(例如經過預處理的或從上遊操作引入的溶液的儲罐)或第一溶液的天然來源(例如海洋、湖泊、河流或其它水體和水路)連通。第一室的入口(50)可併入泵，以從第一溶液源虹吸第一溶液；和/或第一室的入口(50)可併入篩網或過濾器以除去顆粒。第一室也任選包括加熱或冷卻裝置以調節第一溶液的溫度。類似地，第一室的出口(52)可併入泵，以從第一室(12)提取第一溶液。該出口(52)可用於使第一溶液直接再循環到第一溶液源，但優選在將該第一溶液在送回第一溶液源之前，將第一溶液泵送進入沉澱裝置或經過沉澱裝置。這種沉澱裝置可包括太陽能蒸發床、簡單篩濾裝置、旋液分離器、或沉澱物質或其它成核點操作裝置、或本領域技術人員已知的其它類型。第一室(12)與第二室(18)被半透膜(16)隔開。第二室(18)具有入口(54)以及第一出口和第二出口(56，58)。入口(54)提供第二溶液源，並可併入泵以及加熱裝置。第二室的第一出口(56)與第三室(22)連通，並提供用於將富溶劑的第二溶液轉移至第三室(22)的導管(conduit)。第二室的該第一出口(56)可併入泵，以從第二室(18)抽取富溶劑的第二溶液。如上所述，在本發明的另一實施方式中，第二室的第一出口(56)可併入冷卻裝置，以將富溶劑的第二溶液冷卻。當來自(24)的氣體通過入口(54)被引入第二溶液時，第二室的第二出口(58)提供將任何氣體剩餘物(在優選的實施方式中，由於氨預期會被優選吸收到第二溶液中，所述氣體主要是二氧化碳氣體)轉移到第三室(22)的導管。在一些實施方式中，在第三室(22)中，一部分溶質從富溶劑的第二溶液中沉澱出來。第三室(22)除了針對(56)和(58)的入口外，還具有與過濾裝置(29)連通的出口(60)，該過濾裝置用於從所述富溶劑的第二溶液中分離出沉澱物。該過濾裝置(29)可以是上述的任何類型，但其優選是沉降槽。過濾裝置(29)具有兩個出口第一出口(62)可用於丟棄沉澱的溶質或將其通過第二室入口(54)送回第二室(18);第二出口(64)可用於將剩餘的富溶劑的第二溶液轉移到第四室(24)中。在另一實施方式中，可將過濾裝置(29)併入第三室(22)中，在這種情況下，第三室(22)將具有附加出口一個出口將剩餘的富溶劑的第二溶液轉移至第四室(24);另一出口用於丟棄沉澱的溶質，或在優選實施方式中，將沉澱的溶質經由第二室入口(54)送回第二室(18)。第四室(24)可併入用於加熱剩餘的富溶劑的第二溶液的加熱裝置。第四室(24)還併入了第一出口(66)，該出口可併入真空裝置、風扇或用於生成空氣流的其它裝置以排出成分氣體。優選地，第四室的第一出口(66)與第二室(18)的入口(54)連通，以使成分氣體作為第二溶質再循環。第二出口(68)充當抽取最終溶劑產物(例如適飲水或淨化水)的導管。可以使用任何材料構建各種容納裝置和/或儲存裝置(室、容器和儲器)、導管、配管和相關設備，只要它們可承受溶液重量且不與溶液內的任何溶質反應即可。典型的材料是非腐蝕性、非反應性的材料，例如不鏽鋼、塑料、聚氯乙烯(PVC)、玻璃纖維等。容器可採用任何合適的構造，但通常是圓柱形罐、成型罐或配合罐(contouredorfittedtanks)等。儲器通常是水塔、圓柱形罐、成型罐或配合罐等。如上所述，重要的是指出，室作為獨立單元顯示，但本發明不限於該構造，如果適當，單一容器內可包含任意數量的室，例如被半透膜(16)隔成兩個室。加熱和冷卻裝置可以是本領域中公知的電熱器、製冷單元、太陽能集熱器和熱交換器(例如蒸汽凝結器、循環器)等，但優選為熱交換器。所述加熱和冷卻裝置以及該工藝中所用的可能具有動力需求的任何其它設備可以從各種常用來源獲得它們的能量，以闡釋而非限制性的方式包括廢物流、太陽能、風能或地熱能和常規來源。參照圖4，公開了根據一種或多種實施方式的濃縮工藝。使第一溶液(I)接觸正向滲透膜的一側。在第一溶液包含待處理的廢物流的實施方式中，該第一溶液通常是含水的，並含有例如以下物質種類的溶液鹽、蛋白質、催化劑、微生物、有機化合物或無機化合物、化學前體或化學產物、膠體或其它成分。在第一溶液含有待濃縮和回收的所需目標物質種類的實施方式中，第一溶液可含有藥品、鹽、酶、蛋白質、催化劑、微生物、有機化合物、無機化合物、化學前體、化學產物、膠體、食品或汙染物。可通過多種構造使第一溶液接觸該膜的一側，其中兩種是將該膜浸在溶液中或將該溶液導送經過膜。可以將這種溶液連續、分批、一次或多次引入容器或導向工具(directionmeans)。在示意圖中沒有顯示第一溶液(I)的這種輸入流。使能夠產生比第一溶液的滲透壓高的滲透壓的第二溶液(2)(例如由包括水、氨和二氧化碳的物質種類構成的第二溶液)接觸膜的一側，該側與第一溶液接觸的那側相對。可以通過許多技術實現這種接觸，但可以包括將該膜浸潰在第二溶液中(但如果對第一溶液使用浸潰，則不這樣)或將第二溶液導送經過膜表面。該膜對於第一溶液的所有物質種類或一些物質種類(例如鹽、帶電分子和/或大分子、微生物和顆粒物)是不可滲透的，但允許溶齊IJ(例如水)通過，由此使第一溶液和第二溶液之間的滲透壓差能引起穿過膜從第一溶液流向第二溶液的水通量。該通量可以顯著稀釋、部分稀釋或基本不稀釋第二溶液和/或顯著濃縮、部分濃縮或基本不濃縮第一溶液。根據膜的類型和/或工藝應用意圖，預計第一溶液的所選物質種類或目標物質種類中的一些、無一、少數或一種也可穿過該膜。將一部分富溶劑的第二溶液(經由流I)導向驅動溶液分離操作裝置(3)，例如蒸餾塔、膜蒸餾操作裝置或滲透蒸發操作裝置，這使得所述富溶劑的第二溶液中的溶質(例如氨和二氧化碳溶質，包括銨鹽物質種類)通過向驅動溶液分離操作裝置(3)施加熱和/或對上述氣體和/或由驅動溶液分離操作裝置產生的氣體施加壓力差而被除去。根據一種或多種實施方式，膜分離方法(例如滲透蒸發)可允許在對水蒸氣流具有明顯限制的情況下，從稀驅動溶液中分離驅動溶液氣，這可提高分離工藝的效率。滲透蒸發材料可包括天然的或合成的聚合物(例如聚氨基甲酸酯或天然橡膠)或包括懸浮液膜(充當與水蒸氣相比對氨和二氧化碳有被動或主動選擇性的膜)。在一些實施方式中，滲透蒸發或類似的膜分離方法可代替蒸餾塔、或與蒸餾塔聯合使用。在至少一種實施方式中，還可採用吸收塔。在另一種實施方式中，流3的氣體被壓縮，以升高它們完全或接近完全被再吸收到驅動溶液中時的溫度。根據一種或多種實施方式，吸收器可在再吸收驅動溶質前或在再吸收驅動溶質期間與冷卻一起使用。在至少一些實施方式中，一部分稀驅動流可轉向吸收器作為吸收劑流。驅動溶質分離操作裝置產生被指定為流2的溶劑流(其中流I的物質種類的濃度部分、基本或完全降低)和被指定為流3的氣流(含有從流I中除去的物質種類)。將流3導向至用於重構第二溶液的操作裝置，其將用於增強、替代或維持第二溶液的特性(例如體積或濃度)。這種操作可包括將物質種類溶解在水、一部分第二溶液中，沉澱以及與第二溶液混合，或一些其它工藝，以將3中除去的物質種類再引入第二溶液。這種再引入以虛線流4顯示。由於水已從該溶液中除去，可以周期性地或連續地從溶液I中除去溶液I的截留組分。這種操作可包括沉降、旋液分離器分離、沉澱、力梯度(例如電力或磁力)、吹除(blowdown)或其它單元操作。從I中除去的該組分流被顯示為流5。在一些實施方式中，流5可能是所需產物流，或可以作為廢物丟棄。通過這些技術，滲透壓被用於通過滲透性驅動通量穿過半透膜而從溶液中除去溶劑，例如將溶劑與溶液中的藥物化合物、食品或其它所需物質種類分離，或通過除去不想要的溶質來處理工藝流以產生純化的產物流。可另外處理流5以除去從容器2穿過膜遷移到容器I內的任何驅動溶質。此處理可包括蒸餾、空氣氣提、滲透蒸發、折點氯化(breakpointchlorination)、離子交換或其它手段。從流5除去的驅動溶質可通過與流4混合或通過其它手段再引入容器2。根據一種或多種實施方式，可實施用於降低溶質回收和再循環系統中所要求的AT的技術。例如，可壓縮驅動溶液氣以使它們在較低的AT下形成濃溶液。任何系統所需要的AT還可通過集成機械泵或吸熱泵實現。根據一種或多種實施方式，如圖6所示，可集成真空蒸餾和/或氣體吸收而用於設計的滲透應用(例如涉及正向滲透的那些應用)。由高壓水溶液驅動的噴射器可用於對蒸餾塔抽真空。從噴射器離開的氣-水混合物可流過靜態混合器以保證氣體溶解在水中。該水溶液可流向氣-液分離器，在該氣液分離器中氣體能夠被捕獲和再循環，並且一部分溶液被再循環以驅動噴射器。根據一種或多種實施方式，驅動溶質可再循環，驅動溶液可通過多種方式再生。在一些實施方式中，驅動溶質可再循環而無需使用蒸餾塔。在其它實施方式中，可實施採用多孔膜的膜蒸餾。在其它實施方式中，可使用涉及選擇性膜的滲透蒸發技術，該選擇性膜允許驅動溶質通過，但不允許水蒸氣通過，或者允許水蒸氣通過而不允許驅動溶質通過。在一些實施方式中，用於驅動溶質的過濾纖維可與熱交換纖維集成。一些纖維可以是不可滲透的，但允許通過纖維壁處的熱傳遞加熱或冷卻驅動溶液；其它纖維可能是選擇性的，並被用來分離和再循環驅動溶質。各種纖維的百分比可能是變化的，各種纖維的縱向或垂直(longitudinalorvertical)取向可以變化,在一些實施方式中，纖維可能在區域中是分級的(stagedinzones)。這樣的設置有利於降低應用(例如涉及滲透熱機的那些應用)中的能量需求。在一些實施方式中，例如涉及較小規模應用的那些實施方式中，可實施具有集成機械學的可摺疊的移動構造。根據一種或多種實施方式，正向滲透分離工藝可包括在半透膜的第一側上引入第一溶液；檢測所述第一溶液的至少一種特性；基於所檢測的至少一種特性，為包含氨和二氧化碳的濃驅動溶液選擇摩爾比；在所述半透膜的第二側上引入以所選擇的摩爾比包含氨和二氧化碳的所述濃驅動溶液，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上形成第二溶液，並在該半透膜的第二側上形成稀驅動溶液；將至少一部分所述稀驅動溶液引入分離操作裝置，以回收驅動溶質和溶劑流；將所述驅動溶質再引入所述半透膜的第二側，以維持所述濃驅動溶液中所選擇的濃度及氨對二氧化碳的摩爾比；以及收集所述溶劑流。根據一種或多種實施方式，用於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口；第二室，所述第二室具有與濃驅動溶液源流體連接的入口，所述濃驅動溶液包含摩爾比至少為1:1的氨和二氧化碳；半透膜系統，所述半透膜系統將所述第一室與所述第二室隔開；分離系統，所述分離系統流體連接到所述第二室的下遊，所述分離系統包括蒸餾塔，所述分離系統被設置為接收來自第二室的稀驅動溶液以及回收驅動溶質和溶劑流；以及再循環系統，所述再循環系統包括吸收器，所述再循環系統被設置為便於將所述驅動溶質再引入到第二室，以維持所述濃驅動溶液中氨對二氧化碳的摩爾比。根據一種或多種實施方式，用於從第一溶液中滲透提取溶劑的裝置可包括膜分離系統，所述膜分離系統包括第一流道，所述第一流道與第一溶液有關，溶劑從該第一溶液中提取，所述第一流道具有逐漸變細的幾何結構或流間隔物的構造，從而所述第一流道的有效體積沿所述第一流道的長度方向下降；和第二流道，所述第二流道與所述濃驅動溶液有關，溶劑從所述第一溶液中提取到所述濃驅動溶液內，第二流道具有擴張的幾何結構或流間隔物的構造，從而所述第二流道的有效體積沿第二流道的長度方向增加。根據一種或多種實施方式，用於從進料溶液中滲透提取溶劑的裝置可包括膜系統，所述膜系統包括金字塔形的膜組件陣列，以適應所述第一溶液的體積下降和所述濃驅動溶液的體積增加，所述金字塔形的膜組件陣列被設置為在逆流設置中，在驅動溶液入口和進料溶液出口方向有較少的膜組件，在進料溶液入口和驅動溶液出口方向有較多的膜組件。根據一種或多種實施方式，用於滲透提取溶劑的裝置可包括驅動溶質，該驅動溶質的特徵在於，能夠通過使用催化劑增強該溶質從溶液中的除去或向溶液中的引入。根據一種或多種實施方式，用於滲透提取溶劑的裝置可包括驅動溶質，該驅動溶質的特徵在於，能夠通過可重複使用的物理因素或化學因素增強該溶質從溶液中的除去或向溶液中的引入。根據一種或多種實施方式，用於滲透提取溶劑的裝置可包括驅動溶質，該驅動溶質的特徵在於，能夠通過電能場、磁能場或環境的其它改變增強該溶質從溶液中的除去或向溶液中的引入，這樣所述驅動溶質被分離的傾向增加，從而增強驅動溶質的除去和再使用。根據一種或多種實施方式，用於滲透發電的方法可包括進行膜分離操作以形成第一溶液；從該第一溶液中沉澱驅動溶質；將沉澱的驅動溶質分離出來，形成第二溶液；促使氣體從第二溶液中產生；用例如基於動力學差分吸收技術分離所述氣體；以及使用至少一種分離出的氣體再溶解沉澱的溶質，以形成供所述膜分離步驟中再使用的第三溶液。根據一種或多種實施方式，滲透分離系統可包括被設置為從第一溶液中提取溶劑以產生濃溶液的裝置；以及下遊的零液體排放流工藝或其它減少的排放流工藝，所述工藝具有用於接收濃溶液的入口。根據一種或多種實施方式，滲透提取工藝可包括通過滲透分離從第一溶液中提取溶劑以產生濃溶液；從該濃溶液中回收一種或多種溶質；以及將該回收的一種或多種溶質遞送到下遊操作裝置。根據一種或多種實施方式，用於從第一溶液中提取溶劑的裝置可包括真空或空氣衝洗系統(airscoursystem)，設置該系統為幫助氣提第二溶液中的溶質，以使該溶質再使用並生產溶質濃度大幅降低的產物流或工作流體；和滲透蒸發系統，該系統包括相對於水蒸氣或第二溶液的其它組分而言，對溶質具有選擇性的膜。根據一種或多種實施方式，用於從第一溶液中提取溶劑的裝置可包括滲透蒸發操作裝置，設置該滲透蒸發操作裝置為幫助氣提第二溶液中的溶質，以使該溶質再使用並生產溶質濃度大幅降低的產物流或工作流體。在一些實施方式中，中空纖維膜在組件中用於分離，該組件還包括用於熱交換的中空纖維。根據一種或多種實施方式，用於從第一溶液中提取溶劑的裝置可包括膜蒸餾系統，該系統幫助氣提第二溶液中的溶質，以使該溶質再使用並生產溶質濃度大幅降低的產物流或工作流體。在一些實施方式中，中空纖維膜在組件中用於分離，該組件還包括用於熱交換的中空纖維。根據一種或多種實施方式，用於從第一溶液中提取溶劑的裝置可包括膜系統，該膜系統包括浸於第一溶液中的膜組件；以及流過膜組件內部的第二溶液。根據一種或多種實施方式，用於從第一溶液中提取溶劑的滲透方法可包括使用氣體壓縮機或噴射器(由作用在吸收液流上的液壓壓力驅動)壓縮由從第二溶液中分離溶質時形成的氣流，以便溶質可更易被吸收到再生的濃第二溶液中。根據一種或多種實施方式，用於從第一溶液中提取溶劑的滲透方法可包括對第一溶液施加壓力以提高或引起通過膜進入到第二溶液內的溶劑的通量。在已經描述了一些示例性實施方式的情況下，對本領域技術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。本領域技術人員能夠採用多種修改和其它實施方式，且都落入本發明範圍內。特別是，儘管本文提供的許多實例涉及方法動作或系統元素的具體組合，應理解那些動作和元素可以其它方式組合以實現相同目的。應理解本文討論的設備、系統和方法的實施方式並不限於以下說明或附圖中所述的構造細節和組件設置的應用中。該設備、系統和方法能在其它實施方式中執行且以多種方式實施或進行。在此提供的具體實施的實例僅用於解釋性目的，而非用於限制。特別是，與任何一個或多個實施方式相關的所討論的動作、元素和特徵不是用來將它們從任何其它實施方式中的類似角色排除。本領域技術人員應理解本文所述的參數和構造(configuration)為示例性的，實際參數和/或構造將取決於所使用的本發明的系統和技術的具體應用。本領域技術人員僅利用常規實驗，也應認識到或能確定本發明具體實施方式的等價物。因此應理解，本文所述的實施方式僅作為實例提供，且都落入所附權利要求及其等同物的範圍內；本發明還可以不同於本文具體描述的方式實施。此外，還應理解本發明涉及本文描述的各個特徵、系統、子系統或技術以及兩種或多種本文描述的特徵、系統、子系統或技術的任意組合；如果特徵、系統、子系統和技術不互相不一致，則認為所述兩種或多種特徵、系統、子系統和/或方法的任意組合都在權利要求所述的發明範圍內。而且，僅就一種實施方式討論的動作、元素和特徵不應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語用於描述，不應理解為限制。本文使用的術語「多個」是指兩個或更多個項目或組分。術語「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利要求等中，為開放式術語，即，是指「包括但不限於」。因此，該術語的使用是指包括其後所列的項目及其等同物以及另外的項目。對於權利要求，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。權利要求中使用序數術語如「第一」、「第二」、「第三」等來修飾權利要求要素(element)，並不意味著一個權利要求要素的任何優先級、在先權或次序超過另一個權利要求要素，也不意味著方法進行的時間性順序，僅是作為標記以區分一個具有某一名稱的權利要求要素與另一具有相同名稱的要素(除序數術語的使用之外)，從而區分所述權利要求的要素。權利要求1.一種正向滲透分離エ藝，所述エ藝包括在半透膜的第一側上引入第一溶液；檢測所述第一溶液的至少ー種特性；基於所檢測的至少ー種特性，為包含氨和ニ氧化碳的濃驅動溶液選擇摩爾比；在所述半透膜的第二側上引入以所選擇的摩爾比包含氨和ニ氧化碳的所述濃驅動溶液，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上形成第二溶液，並在所述半透膜的第二側上形成稀驅動溶液；將至少一部分所述稀驅動溶液引入分離操作裝置，以回收驅動溶質和溶劑流；將所述驅動溶質再引入所述半透膜的第二側，以維持所述濃驅動溶液中所選擇的氨對ニ氧化碳的摩爾比；以及收集所述溶劑流。2.權利要求I的エ藝，其中所述分離操作裝置包括採用吸收器，該吸收器被設置為使所述驅動溶質凝結到所述濃驅動溶液中。3.權利要求2的エ藝，其中所述溶劑流、稀驅動溶液或濃驅動溶液用作所述吸收器中的吸收劑。4.權利要求2的エ藝，該エ藝進一歩包括所述吸收器與冷卻一起使用。5.權利要求I的エ藝，該エ藝進一歩包括採用氣體壓縮機或蒸汽噴射器壓縮由從所述稀驅動溶液中分離所述驅動溶質形成的氣流，從而促使所述驅動溶質被再吸收到所述濃驅動溶液中。6.權利要求I的エ藝，該エ藝進一歩包括對所述第一溶液施加壓力，以提高或引起通過所述半透膜進入所述濃驅動溶液的通量。7.權利要求I的エ藝，該エ藝進一歩包括選擇包含驅動溶質的所述濃驅動溶液，所述驅動溶質的特徵在於，能夠通過使用催化劑增強所述溶質從溶液中的除去或向溶液中的引入；所述驅動溶質的特徵在於，能夠通過可重複使用的物理因素或化學因素增強所述溶質從溶液中的除去或向溶液中的引入；或所述驅動溶質的特徵在於，能夠通過電能場、磁能場或環境的其它改變增強所述溶質從溶液中的除去或向溶液中的引入，如此使所述驅動溶質被分離的傾向増加，從而增強所述驅動溶質的除去和再使用。8.權利要求I的エ藝，該エ藝進一歩包括檢測所述第一溶液和所述濃驅動溶液中至少ー種的體積變化，以及針對所檢測到的變化更改與所述半透膜有關的流道，從而維持所需的流特性。9.權利要求I的エ藝，該エ藝進一歩包括使用催化劑、試劑、可消耗的物質、可重複使用的物質、電能場或磁能場來提高所述驅動溶質的除去或吸收。10.權利要求I的エ藝，該エ藝進一歩包括採用機械蒸氣再壓縮、熱蒸氣再壓縮、真空蒸餾、氣掃式蒸餾、滲透蒸發和封閉循環熱泵中的至少ー種來降低エ藝能。11.權利要求I的エ藝，該エ藝進一歩包括採用ニ氧化碳沉澱所述驅動溶質和採用氨再吸收該沉澱物用於壓カ延緩滲透。12.權利要求I的エ藝，該エ藝進一歩包括向所述第一溶液引入種漿料。13.權利要求I的エ藝，該エ藝進一歩包括在第一操作過程中，在所述第一溶液中使鹽過飽和；以及在送回所述第一操作過程使鹽再飽和前，在第二操作過程中進行鹽的去飽和。14.ー種用於從第一溶液中滲透提取溶劑的系統，所述系統包括第一室，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動溶液源流體連接的入ロ，所述濃驅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，所述半透膜系統將所述第一室與所述第二室隔開；分離系統，所述分離系統流體連接到所述第二室的下遊，所述分離系統包括蒸餾塔，所述分離系統被設置為接收來自所述第二室的稀驅動溶液以及回收驅動溶質和溶劑流；以及再循環系統，所述再循環系統包括吸收器，所述再循環系統被設置為便於將所述驅動溶質再引入到所述第二室，以維持所述濃驅動溶液中氨對ニ氧化碳的摩爾比。15.權利要求14的系統，其中所述吸收器包括填充柱。16.權利要求14的系統，其中所述吸收器包括膜接觸器。17.權利要求16的系統，其中所述膜接觸器被構建和設置為便於所述膜接觸器中冷卻的吸收劑的並流和驅動溶質氣的串流。18.權利要求14的系統，其中所述蒸餾塔包括膜蒸餾裝置。19.權利要求14的系統，其中所述再循環系統進ー步包括在所述吸收器下遊的壓縮操作裝置，以提高驅動溶質氣的凝結。20.權利要求19的系統，其中所述壓縮操作裝置包括氣體壓縮機、蒸汽噴射器或液流噴射器。21.權利要求14的系統，其中所述分離操作裝置進ー步包括碳封存迴路以吸收和解吸所述驅動溶質，所述碳封存迴路被設置為完全吸收驅動溶質氣和増加所述驅動溶質氣的壓力以促使它們被吸收到所述濃驅動溶液中。22.權利要求14的系統，其中所述半透膜系統包括浸於所述第一溶液中的膜組件，其中所述濃驅動溶液流過所述膜組件的內部。23.權利要求14的系統，其中所述半透膜系統包括第一流道，所述第一流道與所述第一溶液有夫，溶劑從所述第一溶液中提取，所述第一流道具有逐漸變細的幾何結構或流間隔物的構造，從而所述第一流道的有效體積沿所述第一流道的長度方向下降；和第二流道，所述第二流道與所述濃驅動溶液有夫，溶劑從所述第一溶液中提取到所述濃驅動溶液內，所述第二流道具有擴張的幾何結構或流間隔物的構造，從而所述第二流道的有效體積沿所述第二流道的長度方向増加。24.權利要求14的系統，其中所述半透膜系統包括金字塔形的膜組件陣列，以適應所述第一溶液的體積下降和所述濃驅動溶液的體積增加，所述金字塔形的膜組件陣列被設置為在逆流設置中，在驅動溶液入口和進料溶液出口方向有較少的膜組件，在進料溶液入ロ和驅動溶液出ロ方向有較多的膜組件。25.權利要求14的系統，該系統進一歩包括下遊的零液體排放流操作裝置或其它減少的排放流操作裝置。26.權利要求14的系統，該系統進一歩包括設置為幫助氣提所述驅動溶質的真空系統或空氣氣提系統。27.權利要求14的系統，該系統進一歩包括設置為氣提所述驅動溶質的滲透蒸發系統。28.權利要求27的系統，其中所述滲透蒸發系統包括相對於水蒸氣而言對驅動溶質氣具有選擇性的膜。29.權利要求14的系統，該系統進一歩包括膜蒸餾系統以氣提所述驅動溶質。30.權利要求14的系統，其中膜在組件中既用於所述驅動溶質的分離又用於熱交換。31.一種用於滲透發電的方法，所述方法包括進行膜分離操作以形成第一溶液；從所述第一溶液中沉澱驅動溶質；將沉澱的驅動溶質分離出來，形成第二溶液；促使氣體從所述第二溶液中產生；用例如基於動力學差分吸收技術分離所述氣體；以及使用至少ー種分離出的氣體再溶解沉澱的溶質，以形成供所述膜分離步驟中再使用的第三溶液。全文摘要本發明公開了使用設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。使用來自工業或商業來源的低品位廢熱可使效率提高。文檔編號C02F1/44GK102725053SQ201080059807公開日2012年10月10日申請日期2010年10月28日優先權日2009年10月28日發明者約瑟夫·E·祖巴克,羅伯特·L·姆金尼斯申請人:Oasys水有限公司