CN108136333A - 具有经加压出料流的水净化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本文中所描述的实施例涉及用于经由正向渗透而使溶液脱水的方法及系统。

Description

具有经加压出料流的水净化系统及方法

相关申请案交叉参考

本申请案主张2015年8月31日提出申请的美国临时申请案第62/212,506号的优先权，所述申请案出于任何目的以其全文引用的方式并入本文中。

背景技术

在一些地区，用于净化废水以将其作为可饮用水而再利用的现有技术受经设计以确保不将有害污染物传递到可饮用水供应中的政府法规限制。此类法规可要求在废水与可饮用水之间实现污染物的至少5个对数级(5-log)降低。在美国，一些州可要求在废水与可饮用水之间有额外壁垒以用于特定经溶解污染物、病原体及新出现的污染物。举例来说，在一些地区(例如加利福尼亚州)，必须在可将经处理水泵送到地表并用于可饮用的饮水之前将所述经处理水注入到地下水盆地中达数年。此方法称作间接饮用水再利用(IndirectPotable Reuse)(IPR)且也已经由其它美国的州、澳大利亚及其它规管机构使用，并且所述方法为用于废水到可饮用水再利用的现有技术。

在逆向渗透(RO)系统中，使用导电率测量来实时地监测进料及产物水导电率以确认膜片正去除特定百分比的盐且此盐去除用作整体膜片截留率(rejection)及完整性的替代。即使此为实时数据，但与对可能无法在数天、数月或数年内利用当前所使用技术检测到的污染或泄漏(例如，针孔泄漏)的可接受水平进行检测所需要的分辨率相比，此仍处于较低分辨率。通常，如果RO系统可去除总体盐(例如，总体经溶解固体)的大于99.0％，那么准许RO系统具有病原体及病毒的2个对数级(99.0％)去除。因此，含有任何数目个RO膜片元件的RO系统中的一或多个RO膜片元件可具有完整性问题，所述完整性问题允许病毒及病原体经由未被检测到的小的泄漏而通过RO膜片，只要整体系统或子系统实现整体盐截留率目标即可。针孔泄漏、O形环泄漏及其它微小泄漏可由于导电率的检测极限而不容易被检测到。RO完整性问题可发生在RO膜片的寿命之内(例如，数月到10年)且从未被识别出，只要整体系统满足性能目标即可。标准正向渗透(FO)膜片可发生类似问题。

用于净化水的其它现有膜片及膜片系统(包含：微细过滤(MF)、超细过滤(UF)、纳米过滤(NF)、RO及膜片蒸馏(MD))缺乏用于膜片完整性监测的实时故障保险(fail-safe)方法。此意味着通常可在膜片过滤器中存在泄漏，所述泄漏在完整性问题被检测到之前允许病原体、病毒、化学品及其它不想要的污染物通过这些泄漏达数小时、数天或数年。

在具有经加压进料流的FO系统中，可在失去膜片完整性时发生从进料流到出料流中的泄漏。在当前膜片水净化系统中，膜片完整性监测(例如，针对膜片泄漏)及超高净化通常为不充分的。膜片完整性监测一般是指监测及检测膜片中的泄漏、缺陷及/或可致使病原体及/或其它不期望的污染物穿过膜片(如果不存在完整性问题，那么所述病原体及/或其它不期望的污染物此时原本可能被膜片截留)的其它可能的完整性问题。FO处理的现有方法存在阻止膜片完整性监测及超高净化的问题。用于FO脱水、过滤及处理的现有方法使用经加压进料方法，使得将去往FO单元中及从所述FO单元出来的进料流加压到比去往所述FO单元中及从所述FO单元出来的出料流高的平均流体静压力，此可在失去膜片完整性的事件中允许不想要的污染物从进料传递到出料中。在水处理工业内一般也存在对膜片完整性监测的限制。

商业MF及UF系统以及类似膜片生物反应器(MBR)系统利用空气衰减测试来监测膜片完整性。此要求使膜片离线，使得可将经加压空气泵送到膜片壳体中且将所有入口及出口封闭以在壳体中保持气压。美国环境保护署(USEPA)及其它规管机构具有针对可在特定时间量内从系统被释放而使膜片被视为可接受的最大气压量的指标。如果膜片释放太多气压且未通过测试，那么所述膜片可能具有泄漏且通常用新的膜片来进行替换。然而，由于此并非实时测试，因此膜片过滤器可在完整性问题被识别出之前具有完整性缺口或泄漏达数小时、数天或数周。

发明内容

揭示从进料流回收水的方法。一种实例性方法包含：将其中具有一或多种溶质的进料流引入到正向渗透系统的第一侧中。所述实例性方法包含：以比所述进料流高的流体静压力及比所述进料流高的渗透压力使出料流循环穿过所述正向渗透系统的第二侧，其中出料到进料渗透压力差是出料到进料流体静压力差的至少10倍。所述实例性方法包含：在所述正向渗透系统的所述第二侧中产生经稀释出料流，所述经稀释出料流具有比所述出料流高的水浓度。所述实例性方法包含：从所述经稀释出料流回收渗入物。

揭示经由正向渗透而从进料流回收水的方法。一种实例性方法包含：将其中具有一或多种溶质的进料流引入到正向渗透系统的第一侧中。所述实例性方法包含：以比所述进料流高的流体静压力及比所述进料流高的渗透压力使包括标记物的出料流循环穿过所述正向渗透系统的第二侧。所述实例性方法包含：在所述正向渗透系统的所述第二侧中产生经稀释出料流，所述经稀释出料流具有比所述出料流高的水浓度。所述实例性方法包含：从所述经稀释出料流回收渗入物。所述实例性方法包含：将所述标记物及所述经稀释出料流浓缩以提供至少部分经再生出料流。所述实例性方法包含：使所述至少部分经再生出料流往回循环到所述正向渗透系统的所述第二侧。

揭示用于使进料流脱水的系统。一种实例性系统包含：正向渗透系统，其经配置以接收进料流及出料流，所述出料流包含标记物，所述正向渗透系统进一步经配置以产生经稀释出料流。所述实例性系统包含：浓缩系统，其经配置以将所述经稀释出料流及所述标记物浓缩且使包含所述标记物的所述出料流至少部分地再生。所述实例性系统包含：压力调节系统，所述压力调节系统经配置以在所述正向渗透系统中将所述出料流维持在比所述进料流高的流体静压力。

来自所揭示实施例中的任一者的特征可不加限制地彼此组合。另外，所属领域的技术人员将通过考虑以下详细描述及所附图式而明了本发明的其它特征及优点。

附图说明

为进行较好理解，贯穿各个附图，已由相似参考编号指定相似元件。应理解，这些图式仅描绘本发明的实施例且并非因此被视为对本发明的范围的限制，将通过使用所附图式而以额外特定性及细节来描述及解释本发明的实施例，在图式中：

图1是根据本文中所描述的实例的用于从溶液中去除一或多种组分的逆流正向渗透系统的框图；

图2是根据本文中所描述的实例的布置成堆叠的多个膜片板组合件的等角视图；

图3是根据本文中所描述的实例的正向渗透模块的等角视图；

图4是根据本文中所描述的实例的用于从溶液中去除一或多种组分的逆流系统的框图，所述逆流系统包含正向渗透元件及逆向渗透元件；

图5是根据本文中所描述的实例的用于从溶液中去除一或多种组分及监测膜片完整性的逆流系统的框图，所述逆流系统包含正向渗透元件、逆向渗透元件及传感器；

图6是根据本文中所描述的实例的图5的系统的控制器的框图；

图7是根据本文中所描述的实例的用于使溶液脱水的方法的流程图；

图8是根据本文中所描述的实例的用于经由正向渗透而使酒精溶液脱水的方法的流程图；

所述图全部是根据本发明的至少一些实施例来布置。

具体实施方式

本文中所揭示的方法及系统的实例利用正向渗透来进行液体分离。正向渗透(FO)一般是指跨越半渗透性膜片而输送进料流的液体组分(例如，溶剂，例如水)同时截留所述进料流中的一或多种溶质的过程。FO过程使用半渗透性膜片及出料流来使进料流脱水(例如，浓缩)，所述出料流具有比进料流高的一或多种组分(例如，溶质)浓度以在所述出料流中提供较高渗透压力。FO中的驱动力—驱动至少一种液体及/或组分(例如，水)从进料流到出料流的转移，是由两种流的化学势能产生的渗透压力，其不同于典型流体静压力驱动的膜片过程(例如RO)。流体静压力还可被施加到出料流以在FO元件的出料侧中提供比在进料侧中高的流体静压力，此在有缺口膜片的情形中可致使出料流穿透到进料侧中，借此防止进料流污染出料流。由于出料流中的渗透压力比进料流中的高，因此水经由其间的FO膜片而从进料流传递到出料流以形成经稀释出料流及经浓缩进料流。在实施例中，(例如)经由一或多个RO元件而使用经稀释出料流来使所述经稀释出料流再生。

所揭示的实例性方法及系统可具体用于使废水溶液脱水、水再利用及浓缩溶液(使用FO)。脱水一般是指从材料(例如，固体或另一(含水)溶液)去除水。可使用包含FO元件的分离系统来处理溶液，所述溶液可包含废水、中水或甚至饮料。一般来说，任何流体流可包含于进料流中且可使用本文中所描述的实例性系统及方法来处理及/或浓缩。用于进料流中的实例性流体流包含废流(在本文中所描述的实例中，其可被净化成清水产物流)及产物流(在本文中所描述的实例中，其可被净化及/或浓缩)。包含于废流中的污染物可一般为任何病原体、病毒、新出现的污染物或者在饮水或利用超纯水的应用中不期望的其它物质。实例性废流包含工业及城市废水、采出水、返排水、尾矿及各种其它废流。可使用本文中所描述的实例被处理及/或浓缩的产物流可一般包含任何食物、饮料、开采物(mining)、油、气体、化学品或者可通过渗透而被浓缩的其它产物。实例性产物为经浓缩果汁、啤酒、葡萄酒、锂、碳酸钾、藻类、乳制品、肥料、氨、糖、生物燃料及生物燃料原料或者其它食物、饮料或工业产物。

以此方式，本文中所描述的系统及方法的实例可提供经浓缩产物或经过滤水以用于再利用。举例来说，经浓缩产物可为经浓缩锂、碳酸钾、果汁、原料、化学品或其它经浓缩产物。用于再利用的经过滤水可为来自任何废流的水。有利地，可以可能比输送及/或运送未经浓缩产物高效的方式来输送及运送经浓缩产物。经浓缩产物可接着在消耗或被用作浓缩物之前被重构。经过滤水可被进一步处理以用于直接或间接饮用水再利用、工业再利用、用于产物中或用于冲洗、灌溉或者经净化水的任何一般用途。

本文中所描述的实施例涉及用于利用经加压出料流、使用正向渗透(FO)而从溶液去除水以用于产物浓缩及水再利用的方法以及系统。本文中所描述的实例包含系统及方法，所述系统及方法用于与经加压出料流以及以促进用于膜片完整性监测及/或提供经增强净化的方法的方式经配置的系统一起操作。

在实例性实施例中，FO元件可用于将进料流中的溶剂(例如水)与其中的一或多种污染物或者其它溶质分离。进料流通过FO元件的第一侧，且出料流通过FO元件的第二侧。FO元件的第一侧与第二侧由其间的至少一个半渗透性FO膜片分离并至少部分地界定。出料流可具有比进料流相对高的一或多种溶质浓度，使得关于一或多种溶质而诱导渗透压力(例如，在出料流中比在进料流中高的渗透压力)，此致使来自进料流的至少一种组分(例如，溶剂)通过至少一个FO膜片而传递到出料流中。因此，可跨越膜片而产生渗透压力差，且溶剂(例如，水)可从进料流穿过膜片流动到出料流中。当出料流具有比进料流高的流体静压力且当FO膜片中发生泄漏时，可由于第二侧中的膜片处的正的流体静压力而大大避免因来自进料流的一或多种溶质(例如，污染物)对出料流进行污染。举例来说，由于出料侧中的正的流体静压力，因此出料流体可以单向流动通过FO膜片中的泄漏处而穿透到进料侧中，借此防止进料流组分泄漏到出料流中。换句话说，出料流的较高流体静压力阻碍进料流穿过FO膜片中的缺口(例如，针孔泄漏、膜片脱层或膜片板脱层)进行流动，使得基本上防止或抑制进料流通过所述缺口。此外，当将标记物分子用于出料流中时，可通过检测进料流中的标记物分子而发现此类泄漏且可进行适当测量以修理或替换泄漏的FO膜片。因此，高分辨率膜片完整性监测可允许可能对本文中所揭示的FO方法及系统赋予从进料流进行的5个对数级或更大(例如，约99.999％或更多)的污染物(例如，病毒及病原体)去除而非将经由导电率监测所预期的2个对数级(例如，约99.0％)。

由分离膜片(例如，FO或RO膜片)的第二侧上的比所述膜片的第一侧高的溶质浓度诱导的渗透压力可导致溶剂(例如，水)流动到第二侧中。渗透压力可与膜片的第二侧上的提高的流体静压力(与膜片的第一侧相比)一起使用。此类压力差—渗透压力差及流体静压力差两者—允许溶剂由于渗透压力而经由膜片从第一侧迁移到第二侧，且抵靠膜片而供应正的流体静压力，使得在存在缺口(例如，针孔或裂缝)的情形中，正的流体静压力致使第二侧中的出料流传递到第一侧中，同时基本上防止第一侧中的进料流通过所述缺口而传递到第二侧中。系统输出经浓缩进料流及经稀释出料流。

可通过在单独进料流及/或出料流中使用一或多个标记物分子而监测所述进料流及/或出料流，使得在经浓缩进料流或经稀释出料流中所出现的任何标记物将指示膜片中的缺口。因此，利用本文中的系统对进料及/或出料流进行实时监测可允许利用FO进行的可靠水处理达到污染物的至少2个对数级降低，例如污染物的2个对数级降低到6个对数级降低、2个对数级降低、至少3个对数级降低、至少4个对数级降低、至少5个对数级降低或甚至6个对数级降低。针对DPR，提供实时高分辨率完整性监测及压力壁垒以用于截留有害病原体及新出现的所关注污染物(例如，化学品)将为有利的。

在实例中，可使用FO将一或多种溶剂与其中的一或多种溶质(例如，溶剂系统的经溶解、经分散或经悬浮组分)或其它污染物(例如，病毒、病原体、化学品等)选择性地分离。一或多种溶剂可包含水。溶质可包含污染物，例如病毒；细菌；微生物；无机化学品(例如，铅、汞、砷等)；经溶解盐(例如，卤水)；有机化学品，例如尿素、除害剂、药物、溶剂(例如，苯二氧六环、三氯乙烯高氯酸盐(triethylenechloride perchlorate)等)、糖(例如，甘油或聚乙二醇(PEG))等；灰尘或油；植物物质(例如，果浆)；杂质；废料；化学品(药物(例如，至少部分经溶解)、致癌物或其它化学毒素，例如砷、高氯酸盐或二恶英(dioxin))或者能够经由FO而在半渗透性膜片处进行过滤(例如，保留或去除)的液体系统的其它组分，或者前述内容中的任何者的组合。溶质可在进料流中至少部分地溶解、分散或悬浮。

在实施例中，出料流可包含经组成以增加出料流中的渗透压力的一或多种出料溶质。术语“出料溶质”是用于在本文中所揭示的系统及方法的进料侧中的溶质与出料侧中的溶质之间进行区分。出料溶质可与进料流中的溶质相同或与所述进料流中的溶质共享一或多种共同组分。出料溶质可包含无机盐，举例来说氯化钠、氯化镁、硫酸镁或任何其它无机盐。出料溶质可包含有机化合物，举例来说甘油、糖、PEG或任何其它有机化合物。一或多种出料溶质可在出料流中至少部分地溶解、分散或悬浮。

尽管在本文中将特定溶液、馏出物、渗入物、浓缩物、产物等描述为“流”，但应理解，“流”可含有所述溶液、馏出物，物、浓缩物、产物等。如本文中所使用的术语“流”打算包含溶液的流量或体积的含义且并非打算需要所述流具有恒定流量。

本文中的用于分离溶液或混合物的液体组分(例如，脱水)的实例性系统可包含：主要流体输入，其提供含有进料溶液(例如，溶液)的进料流；FO膜片；及至少一个流体输出，其包含含有经脱水进料流(例如，进料浓缩物)的经浓缩进料流。本文中的系统可包含：主要流体输入，其从进料流在FO膜片的相对侧上提供出料流；及至少一个输出，其包含含有来自进料流的水的经稀释出料流。经稀释出料流可被进一步处理以提供第二系统输出—通常主要含有水的渗入物流。本文中的实例性系统还可包含出料流输入，所述出料流输入提供含有出料溶液的出料流，所述出料溶液具有比进料流及/或经浓缩进料流高的一或多种组分(例如，溶质)浓度。

通常，经加压出料方法可对于过滤为不利的，这是因为经加压出料流可减少膜片比通量(membrane specific flux)(公升/m²/h/条(bar))且增加逆向盐通量。比通量与驱动力(渗透压力或流体静压力)成比例。增加出料压力将减小跨越FO膜片的经组合渗透与流体静压力差，从而降低比通量。增加出料流体静压力还将增加从出料流到进料流中的盐通量。然而，对如本文中所揭示的流体静压力及渗透压力进行小心控制可导致对来自进料流的溶剂的选择性渗入、对来自进料流的一或多种溶质的截留以及对膜片完整性的实时监测。经加压出料方法可提供用于高分辨率实时膜片完整性监测(例如，替代间歇的离线测试及低分辨率方法(如导电率))的新方法；在水处理应用期间提供压力壁垒以将病原体保持远离FO产物水流(例如，在发生针孔泄漏或其它泄漏时的水净化)；在产品浓缩应用期间提供压力壁垒以将想要的香料及产物保持于FO浓缩物中(例如，在发生针孔泄漏或其它泄漏时的产物保留)；允许进行利用经加压进料方法不可能实现的高分辨率FO膜片完整性监测；以及提供利用出料溶质、标记物及传感器来提供对经组合FO与RO系统中的FO及RO膜片两者的膜片完整性监测的新方法。

提供本文中所描述的实例的益处及优点以促进对本文中所描述的实例性系统的了解。将理解，所述益处及优点仅为示范性的，且并非本文中所描述的所有实例均可具有所描述的益处及优点中的全部或甚至任何益处及优点。

图1是用于从溶液中去除一或多种组分的逆流FO系统100的框图。FO系统100经配置为逆流系统。也就是说，进料流112及出料流122两者的块体流动通过系统100中的FO元件110而以相对方向行进。系统100包含进料流源114，所述进料流源将进料流112中的至少一些进料流提供到至少一个FO元件110。系统100进一步包含至少一个出料流源124，所述至少一个出料流源流体耦合到至少一个FO元件110且经配置以将出料流122提供到至少一个FO元件110。进料流112可在FO元件110的第一侧115中存在于所述FO元件中且行进穿过所述FO元件。出料流122可在FO元件110的第二侧125中存在于所述FO元件中且行进穿过所述FO元件。第一侧115与第二侧125由安置于其间的至少一个FO膜片130分离。至少一个FO元件110可包含至少部分地界定内部区域的壳体(例如，不透流体的容器或组合件)，FO膜片130以及第一侧115及第二侧125定位于所述内部区域中。第二侧125及FO膜片130可经配置以在第二侧125中维持或耐受比在第一侧115中高的流体静压力(例如在不具有泄漏或不脱胶的情况下)。

尽管将第一侧115描述为进料侧且将第二侧125描述为出料侧，但命名第一及第二仅是为了在元件之间进行区分且并非打算是对系统100的元件或配置的限制。举例来说，第一侧115及第二侧125可包含单独体积、层、蛇形路径等，只要第一侧115与第二侧125至少部分地化学分离(例如经由其间的至少一个FO膜片130)即可。

随着进料流112及出料流122行进穿过FO元件110，进料流112的一或多种组分(例如，溶剂，例如水)可至少部分地借助于第一侧115与第二侧125之间的渗透压力差而穿过FO膜片130渗入到出料流122中。进料流112可包含待被回收或浓缩(例如，脱水)的进料溶液，例如含有本文中所揭示的溶剂(例如，水)与溶质(例如，污染物)的任何组合的溶液、悬浮液或分散液。出料流122可包含具有在第一侧115与第二侧125之间诱导所选择渗透压力差的一或多种组分(例如，溶剂及出料溶质)的出料溶液。举例来说，出料流122可包含以下各项中的一或多者：溶剂(例如，水)；一或多种经溶解盐(例如，卤水)、糖(例如，甘油)；或存在于进料流112中的任何组分。再多一种出料溶质(例如，甘油)的存在或向出料流122的添加可有效地选择性控制出料流122的渗透压力、有效地使进料流112至少部分地脱水(或从所述进料流中去除任何其它溶剂)。

存在于出料流122中的一或多种组分(例如，增加渗透压力的溶质)的特定浓度可诱导、增加、限制或防止一或多种组分从进料流112横穿FO膜片130到达出料流122中。举例来说，存在于出料流122中的比在进料流112中高的经溶解盐的浓度可导致经由FO膜片130而优先地将水从进料流112去除到出料流122中，同时使污染物保留于进料流112中。在出料流122中不存在诱导渗透压力的组分的情况下，可不容易地发生一些组分从进料流112到出料流122的净转移。

在实施例中，出料流122中的至少两种组分(例如，溶剂与溶质)的组合可用于提供有效地诱导、增加、限制或防止一或多种组分(例如，溶剂或溶质，例如水)从进料流112到出料流122的迁移的充足量的渗透压力。举例来说，一或多种溶质的组合可在出料流122中诱导比存在于进料流112中的渗透压力总体高的渗透压力，借此诱导溶剂(例如，水)跨越FO膜片进行选择性渗入，同时基本上完全保留进料流中的污染物或其它溶质。举例来说，与进料流112中的溶质的浓度相比，存在于出料流122中的经溶解盐与糖的组合的较高浓度可导致经由FO膜片130而从进料流112优先地去除水，同时使溶质保留于进料流112中。在实施例中，至少一种溶质可不为进料流与出料流共有的。

当通过经由FO膜片130去除进料流112的至少一种流体组分(例如，溶剂，例如水)而在FO元件110中将进料流112浓缩时，产生进料浓缩物116(例如，经浓缩废水溶液)(例如以流的形式)。进料浓缩物116可被引导到流体耦合到FO元件110的第一侧115的一或多个下游(例如，产物)组件118。当通过经由FO膜片130从进料流112添加一或多种组分(例如，水)而稀释出料流122(例如，出料溶液)时，系统100产生经稀释出料流126(例如，其一或多种组分(例如水)的浓度与在出料流进入FO元件110时所存在的所述一或多种组分的浓度相比类似或较高的出料流)。经稀释出料流126可被引导到流体耦合到FO元件110的第二侧125的一或多个下游出料组件128。

进料流源114可包含以下各项中的一或多者：槽、经加压泵、阀、管、导管、软管、温度控制元件、废水供应器等。进料流源114可操作地耦合到废水供应器。进料流源114流体耦合(例如，管接)到FO元件110的第一侧115。进料流源114可经配置以将所要进料速率及/或压力的进料流112选择性地提供到FO元件110。出料流源124可包含以下各项中的一或多者：槽、经加压泵、阀、管、导管、软管、温度控制元件等。出料流源124可流体耦合到出料溶液供应器，例如出料流再生系统(下文详细地论述)或者出料溶液槽或管线。出料流源124流体耦合到FO元件110的第二侧125。出料流源124可经配置以将所要流动速率及/或流体静压力的出料流122选择性地提供到FO元件110。举例来说，出料流源124可包含经加压泵，所述经加压泵经配置以提供处于比进料流112高的流体静压力的出料流122以在所述进料流与所述出料流之间形成压力差(例如，出料到进料流体静压力差)。经加压泵可提供处于比进料流高至少1psi的流体静压力(例如比进料流112的流体静压力高至少约2psi、高至少约4psi、高至少约5psi、高至少约10psi、高约1psi到约1000psi、高约2psi到约1000psi、高约4psi到约100psi、高约15psi到约100psi、高约1psi到约50psi、高约2psi到约25psi、高约10psi到约20psi、高约5psi到约10psi、高约3psi到约10psi或高约4psi到约8psi)的出料流(例如，出料到进料流体静压力差具有正值)。第二侧125上的流体静压力被维持于在存在膜片缺口的情形中有效地防止或抑制进料组分污染出料流、但又低至足以允许出料流122中的渗透压力诱导水从进料流112穿过FO膜片130进行渗入的水平。在实例中，出料流与进料流之间的流体静压力差可防止或抑制离子、有机组分及悬浮固体从进料溶液传递到出料溶液中。此出料到进料流体静压力差还可减少使经溶解污染物通过FO膜片130。

本文中所揭示的流体静压力可为出料侧或进料侧中的平均流体静压力，也就是说，所述流的从入口到出口被求平均的流体静压力。已知将在FO元件中的流入口与出口之间发生一些流体静压力损失(例如，压头损失(head loss))。因此，本文中的流体静压力可被视为在FO元件中的一侧的入口与出口之间的路程内的平均压力。替代地，在实施例中，本文中所揭示的流体静压力(或其差)可为系统中的相应入口、出口或其它位置处的局部压力。可使用在出料侧中产生较高流体静压力的其它方法，例如具有比第二侧125中的出口大的入口。然而，在每一情形中，第二侧125(例如，出料流/侧)中的流体静压力应在沿着划分第一侧115与第二侧125的膜片区(例如，一膜片或多个膜片的整体)的每个点处比第一侧(例如，进料流/侧)中的流体静压力高。在实施例中，可由独立压力监测系统监测并检验正的出料到进料流体静压力差。

在存在FO膜片缺口或FO元件的其它部分泄漏(例如，沿着FO膜片元件之间的胶线的脱层或分离)的情形中，FO元件110的第二侧125(出料流侧)中的较高流体静压力提供压力壁垒。此压力壁垒通过提供足够压力使得仅出料流通过缺口或泄漏点而防止进料流污染出料流。

出料流中的比进料流中的溶质浓度高的出料溶质浓度可在出料流122与进料流112之间诱导渗透压力，所述渗透压力有效地驱动溶剂(例如，水)经由FO膜片130而从进料流112迁移到出料流122。此溶质浓度差(及基于此的相对渗透压力)可在出料流122与进料流112之间产生至少1psi的渗透压力差(例如，出料到进料渗透压力差)，例如约1psi到约1000psi、约100psi到约1000psi、约20psi到约500psi、约100psi到约400psi、约200psi到约600psi、约50psi到约200psi、约1psi到约10psi、约5psi到约20psi、约10psi到约50psi或大于0psi到约5psi或者大于0psi到约2psi的出料到进料渗透压力差。在实施例中，出料到进料渗透压力差可被视为沿着第一侧115与第二侧125之间的整个膜片区的平均差。举例来说，较高渗透压力差可预期在出料侧的输入处(在此处出料溶质浓度为最高的)而非出料侧的输出处(在此处水跨越RO元件中的膜片的累积迁移会将出料溶质稀释且降低渗透压力差)。替代地，在实施例中，本文中所揭示的出料到进料渗透压力差可为系统中的相应入口、出口或其它位置处的局部渗透压力差。

出料到进料渗透压力差可被维持在比出料到进料流体静压力差高的值，例如是出料到进料流体静压力差的至少2倍、是出料到进料流体静压力差的至少3倍、至少4倍、至少5倍、至少8倍、至少10倍、至少12倍、至少15倍、至少18倍、至少20倍、至少25倍、至少50倍、至少100倍或横跨前述值的任何组合的范围。举例来说，出料到进料渗透压力差可为至少20psi，而出料到进料流体静压力差可为约2psi(例如，出料到进料渗透压力差是出料到进料流体静压力差的至少10倍)。在此实施例中，溶剂从进料流112到出料流122的流动可以所选择速率前进，即使在出料流中存在相对较高流体静压力的情况下。同时，防止或抑制进料溶液经由膜片系统中的任何缺口(例如，针孔泄漏、膜片从间隔板的脱层或分离或者邻近间隔板的脱层或分离)而进入出料流。在实施例中，FO膜片130或FO元件110可包含介于第一侧115与第二侧125之间的一或多个缺口(例如，泄漏、针孔、脱层等)，但正的流体静压力差防止或抑制来自进料流112的污染物进入出料流122，这是因为出料流122因所述压力差而被迫使通过所述缺口进入进料流112中，而同时溶剂仍经由渗透压力差而通过FO膜片130从进料流112传递到出料流122中。即使在系统完整性中存在缺口的情况下，此类压力差仍减少或消除污染物从进料流112到出料流122的流动。

返回到图1，FO元件110可为任何FO元件或元件阵列，包含但不限于螺旋缠绕式FO元件或标准(潜水式)板及框架FO元件。FO元件110的FO膜片130可包含任何可渗透膜片，例如选择性可渗透膜片，所述选择性可渗透膜片经配置以允许进料流的一或多种组分(例如，水)通过，同时截留进料流的一或多种组分(例如，经保留污染物或其它溶质)。在实例中，FO膜片130可为在其中包含聚合物(例如聚酰胺、乙酸纤维素、芳族聚酰胺、聚(偏二氟乙烯)、聚丙烯腈、聚砜或适合用作FO膜片的任何其它聚合物材料)的聚合物膜片。在实例中，FO膜片可包含薄膜复合膜片，所述薄膜复合膜片包含上文所揭示的聚合物材料中的任一者中的一或多者。在实例中，FO膜片130可包含支撑一或多个功能层的一或多个支撑层，例如一或多个聚酰胺薄膜层。在实施例中，FO膜片130可包含FO膜片阵列，所述FO膜片阵列可并联或串联(例如，折流板式(baffled)布置)或者以并联与串联的任何组合布置。由FO膜片的交替串联布置产生的蛇形路径(例如，折流板)中的弯折数目可在流入口与出口之间导致一些压力损失。适合用于本文中所描述的FO系统中的FO元件、FO膜片及其组件的实例可包含以下各项中所描述的FO元件、FO膜片及其组件中的任一者：2011年9月30日提出申请的美国专利第8,920,654号；2013年12月20日提出申请的美国专利申请公开案第US 2014/0175011号；2014年3月14日提出申请的PCT申请案PCT/US2014/029227；及2014年3月14日提出申请的PCT申请案PCT/US2014/029332，以上案件中的每一者出于任何目的以其全文引用的方式并入。

在实施例中，进料流112可由泵(例如，进料流源114)加压而以相对低压力(例如，在100psi渗透压力及4psi流体静压力下10加仑/分钟(gpm))将进料流112提供到FO元件110的第一侧115。进料流112可为任何废流溶液。FO元件110或元件阵列可接收进料流112且以比在将所述进料流引入到FO元件110中时(例如，在2psi流体静压力下500psi渗透压力及2gpm)低的流体静压力及速率以及高的渗透压力施配进料浓缩物116。FO元件110可为任何FO元件或元件阵列，包含但不限于：螺旋缠绕式或板及框架。出料流122可由泵(例如，出料流源124)加压而以比进料流112相对高的压力(例如，在14psi流体静压力下600psi渗透压力及24gpm)将出料流122提供到FO元件110的第二侧125。出料流122可包含水及至少一种出料溶质(例如，NaCl及/或甘油)。所述至少一种出料溶质可以有效地在出料流122中产生比存在于进料流112中的渗透压力大的渗透压力的浓度存在。FO元件110可接收经加压出料流122且施配经稀释出料流126(例如，在12psi流体静压力下300psi渗透压力及48gpm)。水可至少部分地由于出料流122中的较高渗透压力而从进料流112跨越FO膜片130渗入到出料流122。FO膜片130可为本文中所揭示的任何膜片。在膜片的泄漏或其它完整性缺口的事件中，可防止及/或阻止不想要的固体或生物体(例如，果浆或病原体)从进料流112转移到出料流122，尽管所述出料流处于相对低流体静压力(例如，约200psi或更小)，但所述出料流仍处于比进料流112高的流体静压力。出料流122中的相对较高流体静压力(例如，穿过FO系统为14psi到12psi)可允许水从出料流122流动到进料流112中，同时基本上防止进料流行进穿过泄漏处或完整性缺口。

在FO元件110中存在泄漏的事件中，通过所述泄漏处的出料流122流动速率可在较高流体静力出料压力下为较高的。出料流122中的较高流体静压力抑制其中的渗透压力，且可因此需要较高出料溶质浓度(或在具有标记物的实施例的情形中，标记物浓度)以实现与较低流体静压力出料流相同的通量。在使用标记物来检测泄漏的实例中，虽然较高流体静力出料压力抑制渗透，但泄漏速率可由出料流中的较高流体静压力增加，借此将较多标记物从出料流提供到进料流112中，从而进一步改进泄漏检测。在实例中，出料流流体静压力可被保持且系统能量消耗可随流体静力出料压力而最低限度地增加，例如2014年3月14日提出申请的PCT申请案PCT/US2014/29227中所描述，所述PCT申请案以其全文引用的方式并入本文中。

如下文更详细地解释，在实施例中，可(例如)经由操作地耦合到经稀释出料流126的至少一个RO元件而从经稀释出料流126再生及再利用出料流122。

替代图1，在实施例中，FO元件110可以顺流(co-current)配置操作。然而，与顺流流动相比，逆流处理可允许在出料流中使用经减少量的溶质，这是因为在逆流系统中，进料流与出料流之间的溶质浓度及渗透差可基本上为恒定的。

图2是布置成堆叠205的多个膜片板组合件230的等角视图。膜片板组合件230中的每一者可包含其中具有多个入口242及出口244的间隔板206。膜片板组合件230中的每一者可包含安置于其上(例如其内部间隔区域中)的至少一个半渗透性膜片207。在实施例中，每一膜片板组合件可包含位于内部间隔区域的每一侧上的至少一个半渗透性膜片207。在实施例中，入口242可经配置以将流体(例如，进料流或出料流)引导到安置于间隔板206的每一侧上的半渗透性膜片207之间的空间中。在此类实施例中，可使第二流体(例如，出料流或进料流)越过位于间隔板206的每一侧上的半渗透性膜片207的外侧。

一旦经堆叠，间隔板206的一或多个开口241便可经布置使得入口242与出口244可彼此对准以形成统一歧管。膜片板组合件230的间隔板206可被胶合在一起以形成所述统一歧管。可在本文中所揭示的FO元件中的任一者中使用布置成堆叠205的任何数目个膜片板组合件230。举例来说，FO元件可包含至少一个膜片板组合件230，例如1个到100个膜片板组合件、5个到80个膜片板组合件、10个到50个膜片板组合件、15个到40个膜片板组合件、25个到75个膜片板组合件或少于约100个膜片板组合件。

在一些实例中，彼此对准的一或多种开口241可允许流体与堆叠205中的膜片板组合件230中的每一者的间隔板206的多个导管进行流体连通。以此方式，可实现并联流动。在一些实例中，间隔板206中的一者的开口241可被阻挡(例如，被挡住)以迫使所有流体通过所述间隔板206的导管。以此方式，可实现串联流动(例如，折流)。在一些实例中，可将折流板插入到间隔板206的开口中或者一些间隔板206可在不具有一或多个开口的情况下被射出模制。折流板可阻挡通向共同出口的进料或出料溶液通路且借此，在进料或出料溶液分别被重组并离开FO元件之前跨越一或多个额外膜片薄片而重新引导这些流动。串联配置(例如，蛇形)或折流板式元件可适合用于经加压出料方法，这是因为所述串联配置或折流板式元件可允许对穿过FO元件及串联的元件的压头损失(例如，压降)进行工程设计及控制(例如，通过选择一定数目个并联及/或串联元件)使得在FO元件、FO元件阵列或FO系统内的任何点处，出料溶液压力比进料溶液压力大或均匀地大。

在实施例中，FO元件中的膜片板组合件230中的每一者可被并联布置。在实施例中，FO元件中的膜片板组合件230中的每一者可被串联布置(例如，交替180度定向或经折流以形成蛇形流动路径)。在实施例中，FO元件中的膜片板组合件230中的一些膜片板组合件可被并联布置且一些膜片板组合件可被串联布置。

在实施例中，膜片元件可布置为螺旋缠绕式FO元件。在此类实施例中，传统螺旋缠绕式元件的结构将必须被变更以在较高出料压力下恰当地用作螺旋缠绕式FO元件。举例来说，通过使系统组件(以及对应进料及出料流动)反向，出料侧中的压力不会损坏系统或使得所述系统变得无功能。在实施例中，FO元件可为潜水式元件。

图3是根据实施例的具有膜片板组合件330的FO元件310或模块的等角视图。FO模块包含壳体343及至少部分地安置于壳体343内的多个膜片板组合件330。在一些实施例中，壳体343可为基本上不透流体的。如所展示，在一些实施例中，例如当将进料流及出料流在不同(例如，单独)流动路径中密封于多个膜片板组合件330之间时，壳体可在其一或多个部分上为开放的。每一膜片板组合件330可与本文中所揭示的膜片板组合件230类似或相同。FO模块包含经配置以接收进料流的进料入口316及经配置以允许进料浓缩物在逆流操作中流动穿过(例如，通过系统的第一侧)的进料流出口(未展示)。FO元件310包含经配置以接收出料流的出料入口322及312以及经配置以允许经稀释出料流流动穿过(例如，通过系统的第二侧)的出料流出口326。在一些实施例中，膜片板组合件330可在其中包含折流板，使得进料流可具有增加的路径长度(例如，增加串联的路径的数目，或降低的路径长度(例如，增加并联的路径的数目，降低串联的路径的数目)(由于进料流的体积随着浓度及出料流增加而降低)。在顺流操作中，进料入口、进料出口可被切换，因此进料流及出料流在相同方向上流动穿过FO元件310。

在进料侧(例如，第一侧)上不具有折流板的情况下，进料流流动速率可能随着进料溶液浓缩而降低。同时，出料流速度可由于稀释而增加。此可导致进料侧上的流体静压降及出料侧上的流体静压降。然而，折流板可允许FO元件310的内部流动路径经设计及构造使得可如通过FO元件或元件阵列所选择而将进料速度及出料速度保持为恒定的、增加的或降低的。恒定的或受控制的进料速度及出料速度可允许沿着整个膜片流动路径的几乎恒定流体静压力差，如下文所论述。折流板式配置可在启动及连续操作期间以受控制方式维持经加压出料方法，使得膜片不会脱层且可实现充分的性能。

以比进料流高的流体静压力来操作出料流可形成对FO元件的出料侧(例如，第二侧)的正的流体静压力。也就是说，以比进料流高的流体静压力来操作出料流会将出料流抵靠FO膜片而推动以在进料流与出料流之间提供有效地防止或限制从进料流泄漏到出料流中的压力壁垒。如果膜片具有完整性(例如，无泄漏)，那么FO膜片可以此方式令人满意地操作，这是因为渗透压力驱动力可比此流体静力高，使得水仍可从进料流流动跨越FO膜片并流动到出料流中。然而，如果存在小的泄漏(例如，针孔泄漏或间隔板之间的胶分离)，那么正的流体静压力可将出料溶液从出料侧且以单向流动推动到进料侧，借此防止进料溶液污染出料侧。出料侧上的正的流体静压力可防止进料流中的固体、污染物及其它不期望的化合物穿过泄漏处行进到出料溶液中，如利用经加压进料方法将发生。正的流体静压力差应沿着整个膜片流动路径而存在以防止未检测到的泄漏污染出料流。典型FO系统可不在出料流的大部分或至少小部分中具有正的流体静压力。FO系统可通过对FO元件进行设计及构造以具有并联与串联的流动路径的混合而具有正的流体静压力，如上文所描述。经加压出料方法可以其它膜片过滤器未能实现的可靠方式将不想要的病原体及污染物保持远离出料流及系统渗入物(例如，经过滤水)。

在一些实例中，废水循环应用中的经加压出料流方法可利用流体静压力差，当在FO膜片元件中发生完整性问题时，所述流体静压力差可减少或防止溶质(例如病原体、小分子、大分子、藻类、浆状物及/或任何粒子或化合物)横穿到经过滤出料流中，且可增加对病原体的截留，所述截留的程度超过在不利于此方法的情况下FO膜片将通常提供的截留。在其它实例中，经加压出料方法可在膜片表面处增加被添加到出料流的盐、阻垢剂、杀生物剂及/或其它有益溶质，从而降低积垢且改进长期系统性能。

在系统操作期间，少量的不合意进料溶质(污染物)可进入出料且可由于所述出料被再生达多个循环而随时间累积。为了实现渗入流的所要质量，可需要周期性地或连续地处理出料流以减小其中的污染物浓度。所述处理可包含用新鲜的出料溶液来完全或部分替换所述出料。所述处理还可包含通过膜片过滤(例如NF或UF)而进行出料清理、吸收污染物或者通过暴露于氧化剂、UV、高压、高温而破坏或移植(inoculation)污染物，或任何类似方法。

在一些实例中，可通过RO而从经稀释出料流回收出料溶液。图4是根据实例的用于从溶液中去除一或多种组分的逆流系统400(例如，浓缩系统)的框图，所述逆流系统包含至少一个FO元件110及至少一个RO元件150。系统400包含经配置以将进料流112供应到FO元件110的第一侧115的进料流源114，及经配置以将出料流122供应到FO元件110的第二侧的出料流源124。第一侧及第二侧125由安置于其间的FO膜片130分离及至少部分地界定。FO膜片130可在本文中所揭示的任何配置中包含本文中所揭示的FO膜片、FO膜片板组合件或其堆叠中的任一者。FO元件110从第一侧115输出进料浓缩物116且从第二侧125输出经稀释出料流126。进料浓缩物116可包含经浓缩废水、饮料浓缩物或本文中所揭示的任何其它经浓缩进料溶液。进料浓缩物可被引导到导管、泵、存储器皿或最终使用位点中的一或多者。FO元件110可如上文所揭示而操作。

经稀释出料流126可从第二侧125的输出被引导到一或多个下游组件118。经稀释出料流126可进一步经处理以(例如)经由RO元件150或经配置以将经稀释出料流浓缩及使出料流至少部分地再生的其它浓缩系统而产生渗入物(例如，可饮用水)且使出料流122再生。一或多个下游组件118及RO元件150可共同地形成出料流再生系统。一或多个下游组件118可包含一或多个导管、泵、存储槽、渗透元件或最终使用位点。举例来说，经稀释出料流126可从第二侧125的输出被引导到经配置以将经稀释出料流126加压的至少一个泵。经稀释出料流126可从所述泵被引导到RO元件150以从经稀释出料流126分离出其中的至少一些水且借此产生(经再生)出料流122。

在实施例中，FO元件110与RO元件150之间的至少一个泵可经配置以将经稀释出料流126加压到一压力，所述压力经选择以提供从所述经稀释出料流对水的去除，从而足以产生具有与在进入FO元件110中之前的出料流122类似或相同的组成的经再生出料流122。在实施例中，FO元件110与RO元件150之间的至少一个泵可经配置以将经稀释出料流126加压到一压力，所述压力经选择以在基本上不致使任何溶质通过RO膜片136的情况下从经稀释出料流126去除最大量的水，(例如)从而产生可饮用水(例如，与进料流112相比，在其中的污染物上具有至少2个对数级、3个对数级、4个对数级或5个对数级降低)。至少一个泵可将经稀释出料流126加压到至少约2psi，例如约10psi、约2psi到约1000psi、约4psi到约100psi、约5psi到约25psi、约50psi到约800psi、约100psi到约500psi、约200psi到约600psi、约400psi到约800psi、约500psi到约1000psi、大于约100psi、大于约500psi或大于约750psi。经稀释出料流126可以上述压力中的任一者通过RO元件150。上述压力可为RO元件150中的平均压力。

RO元件150可包含含有安置于其中的RO膜片136的壳体。壳体(例如，器皿或组合件)可为基本上不透流体或开放的且经配置以将RO膜片136固持于其中。RO膜片136可以与本文中所揭示的FO膜片类似或相同的方式经配置、有效地至少部分地界定RO元件150的第一侧151及第二侧152。举例来说，RO元件150的第一侧151及第二侧152可由安置于其间的RO膜片136至少部分地化学分离，借此在RO元件150内界定两个不同体积。RO元件150的第一侧151及第二侧152可与本文中所描述的FO元件110的第一侧115及第二侧125类似或相似。RO膜片136可包含适合用于RO的任何膜片(例如，标准RO膜片或低截留率RO膜片)。举例来说，RO膜片136可从其中具有水及溶质的溶液分离出至少一些溶剂(例如，水)或溶质(例如，经溶解盐及/或糖等)。

经稀释出料流126可被引导到RO元件150的第一侧151，其中RO膜片136从经稀释出料流126中的出料溶质(例如，葡萄糖、果糖、甘油、经溶解盐等)溶剂(例如，水)分离出至少一些水以使出料流122至少部分地再生作为至少一个RO元件150的RO浓缩物。从经稀释出料流126再生的出料流122可主要含有(例如)以与在出料溶液进入FO元件110的第一侧115时相同的比例的水及出料溶质。RO元件150可操作地耦合到出料流源，使得在RO元件150中再生的出料流122中的至少一些出料流可被往回引导到出料流源124。在实施例中，从RO元件150输出的出料流122可与出料溶液的一或多种个别组分组合以使出料流122再生为其中具有一或多种溶质的所选择浓度。举例来说，RO浓缩物154可至少与盐、糖或其它出料溶质组合以使出料流122再生。RO元件150还可从其第二侧152产生RO渗入物156。RO渗入物156可包含适合使用可饮用水的基本上纯水。RO渗入物156可进一步经处理以(例如)经由蒸馏、额外RO过程、高级氧化等而产生纯渗入物(例如，RO系统的净化水渗入物)。在实施例中，RO渗入物156可包含或可进一步被处理成基本上纯水(例如，与进料流112相比，在污染物上具有至少2个对数级(例如，2个对数级、3个对数级、4个对数级或5个对数级)降低)。

在实施例中，可使用一或多种泵(未展示)来控制RO渗入物156或经再生出料流122的压力。

在实施例中，RO元件150可配置为低截留率RO元件及/或螺旋缠绕式逆向渗透元件。在实例中，例如在低截留率RO元件中，可使用具有经增加或经减小溶质截留率(与FO膜片相比)的元件。RO元件150可配置为元件阵列。所述元件或元件阵列可在连续系统中或在具有缓冲槽的分批系统中进行操作。

在实例中，100psi渗透压力的进料溶液可由泵(例如，进料流源114)加压而以10gpm形成具有4psi流体静压力的进料流112。FO元件110可接收进料流112且以约2gpm及2psi的流体静压力以及约500psi的渗透压力来施配进料浓缩物116。出料溶液可由泵(例如，出料流源124)加压，从而以约24gpm形成具有约600psi的渗透压力及约10psi的流体静压力的出料流122。出料溶液可包含水及盐(例如，NaCl)。FO元件110可接收出料流122且以约48gpm及8psi来施配经稀释出料流126。泵(例如，下游组件118)可接收经稀释出料流126并以约48gpm产生具有800psi高压的经稀释出料流126。RO元件150可接收(高压)经稀释出料流126并以24gpm产生出料流122且以24gpm产生RO渗入物156。在一些实施例中，与进料流112相比，RO渗入物156可在一或多种污染物或其它溶质上具有至少5个对数级降低。

在实施例中，系统400可包含各自经配置以从经稀释出料流产生RO渗入物的串联及/或并联的多个RO元件。举例来说，系统400可包含2个或更多RO元件150，例如2个到50个RO元件、2个到20个RO元件、10个到30个RO元件、20个到40个RO元件、25个到50个RO元件、2个到5个RO元件或5个到10个RO元件。RO元件150中的至少一些RO元件可彼此串联耦合以产生越来越纯的渗入物(例如，水)(例如每一RO膜片具有越来越小的渗入性)且每一RO渗入物被引导到后续RO元件直到形成最终产物为止。在实施例中，RO元件150中的至少一些RO元件可并联耦合到经稀释出料流126以同时产生RO渗入物156及使出料流122再生。

在实施例中，RO渗入物156可在离开RO元件150之后被引导到蒸馏设备以用于进一步净化。在实施例中，RO渗入物156可被引导到可执行高级氧化的槽或其它器皿。举例来说，RO渗入物156可被引导到槽或流体管线，可在所述槽或流体管线中执行臭氧化、光催化氧化(例如，利用催化剂，例如TiO₂)或过氧化物的UV裂解以产生羟自由基，所述羟自由基容易地起作用以经由一或多个自由基反应而净化水(例如，与污染物反应以将所述污染物分解)。

对FO与RO及蒸馏或高级氧化的使用将允许将第三壁垒用于所关注污染物以获得直接饮用水(例如，DPR)。针对DPR，提供实时高分辨率完整性监测及压力壁垒以用于截留溶质(例如，进料流112的溶质)(例如有害病原体及新出现的所关注污染物)将为有利的。

在实施例中，出料流122可在其中具有标记物(例如，染料或化学指示剂)，使得可通过检测进料流112或进料浓缩物116中的标记物而发现膜片中的任何泄漏。图5是根据实例的用于从溶液中去除一或多种组分(及将经稀释出料流浓缩以使所述出料流至少部分地再生)的系统500(例如，浓缩系统)的框图，所述系统包含至少一个FO元件110及至少一个RO元件150。系统500可包含如本文中所揭示的至少一个FO元件110及如本文中所揭示的至少一个RO元件150，包含所述每一元件的相应所揭示组件。系统500可包含经配置以检测进料流112、进料浓缩物116、出料流122或RO渗入物156中的至少一者中的一或多种标记物的一或多个传感器160或感测装置。一或多个传感器160可操作地耦合到FO元件110的第一侧115、FO元件的第一侧的输出(例如，以监测进料浓缩物116)、RO元件150的第二侧152、RO元件150的输出(例如，耦合于导管或槽中以监测RO渗入物156)或者FO元件110的第二侧的出料流输入或经稀释出料流输出。举例来说，至少一个传感器160可安置于第一侧115的输出与下游进料产物组件(例如，进料浓缩物存储槽、管线或施配器)之间的导管中。一或多个传感器160可经配置以经由UV可见光谱法、荧光测定法、导电率或氟化物选择性电极探针中的一或多者而一或多种标记物在进料流112、进料浓缩物116、出料流122、经稀释出料流126或RO渗入物156中的存在、不存在或浓度。因此，至少一个传感器160可包含检测器，及紫外光谱仪、荧光计、导电率探针或选择性离子探针中的一或多者的其它部分。在实施例中，一或多个传感器160中的至少一些传感器可配置为压力传感器(例如，压力换能器)以检测系统的一或多个部分中的压力。压力传感器可安置于第一侧115(例如，进料侧)及第二侧125(例如，出料侧)两者中的有效地监测第一侧115与第二侧125之间的流体静压力差的一或多个位置中。压力传感器可经配置以连续地、间歇地或立即监测第一侧及第二侧的流体静压力(及/或其间的流体静压力差)且将所检测压力传递到控制器170(例如，共同地为压力监测系统)。

在实例中，出料溶液可包含旨在作为标记物的染料或化学品(例如，具体可识别或可检测化学物种，例如氟化物离子)，所述标记物作为出料溶质或外加于出料溶质且可不存在或不以显著(例如，可检测)浓度存在于进料溶液中。标记物可被组成为容易地由出料溶液回收系统(例如，RO元件、蒸馏设备等)回收，且可在高分辨率下被检测到。实例性标记物可包含有机染料(例如，荧光素、芘、亚甲蓝(methylene blue)、若丹明(Rhodamine)或其衍生物)、无机染料(例如，酞菁、纳米粒子或其衍生物)、离子(例如，硫酸盐、氟化物、氯化物、钠)或可由传感器以低浓度(例如，ppm或ppb尺度)且(在若干实施例中)在线检测到的任何物质。标记物可为选择性的，例如对于完整无损的膜片具有从出料侧到进料侧的低渗入性。标记物膜片保留率可为至少99.0％(2个对数级)、99.9％(3个对数级)、99.99(4个对数级)、99.999(5个对数级)或更大。可通过增加出料侧中的标记物浓度、通过增加标记物的大小或分子量、通过增加电荷密度或用以改进膜片截留率的任何现有技术方法而增加标记物膜片保留率。标记物可为一种标记物或标记物的组合。标记物的组合可以所要比率来使用(例如，50％标记物A与50％标记物B)以实现进料中的经改进检测可靠性，从而避免来自传感器的错误正面或负面响应。

在使用期间，具有比进料流112高的流体静压力且在其中具有标记物的出料流122可通过FO元件110中的任何泄漏(例如，膜片缺口或粘合失效)而被推动到进料流112中。进料流在进入FO元件110时基本上不含标记物。可使用与进料流112接触的一或多个传感器160在所述进料流中检测标记物在出料流122中的存在或浓度，指示FO元件的完整性损失，例如膜片缺口或堆叠中的间隔板的分离。举例来说，至少一个传感器可安置于FO元件110的第一侧115内，例如靠近所述第一侧的出口。在实施例中，至少一个传感器160可安置于将进料浓缩物116从第一侧115载运出的导管中，以检测进料浓缩物116中的标记物。

至少一个传感器160可经配置为相对于系统为在线的，也就是说，至少一个传感器160可经配置以在不中断系统500的操作的情况下取得测量、等分部分或样本且确定标记物的存在、不存在或浓度。在实施例中，至少一个传感器160可安置于以下各项中的一或多者中：第一侧115、第二侧125、第一侧115的出口(例如，以测试进料浓缩物116的存在或浓度)、第二侧125的出口、进料流源114(例如，泵)与FO元件110之间的导管、出料流源124(例如，泵)与FO元件110之间的导管、FO元件110的出料出口与下游组件118(例如，泵)之间的导管、下游组件118(例如，泵)与RO元件150之间的导管、RO元件150的第一侧151、RO元件150的第二侧152、RO元件150的第一侧151的输出(例如，以检测经再生出料流122的存在或浓度)、RO元件150的第二侧152的输出(例如，以测试(经稀释出料)RO渗入物156的存在或浓度)。

在实施例中，至少一个传感器160可经配置以提供标记物存在于进料流112、进料浓缩物116或RO渗入物156中的指示(例如，光、音调或其它指示)。在此类实施例中，用户或操作者可响应于所述指示而终止或调整系统500的操作。

在实施例中，至少一个传感器160可(例如)经由其间的无线或硬连线连接178而操作地耦合到控制器170。至少一个传感器160与控制器170可共同地称为监测系统。在具有多个传感器160的实施例中，可存在每一传感器160与控制器170之间的连接178。每一传感器160可经配置以连续地、间歇地或即时地(例如，按需要)感测传感器数据并将所述传感器数据发射到控制器170。监测系统可经配置以监测系统500的一或多个部分中的标记物浓度、流体静压力或流动速率中的一或多者。举例来说，传感器数据可指示标记物在进料流112、进料浓缩物116、出料流122、经稀释出料流126或RO渗入物156中的存在、不存在或浓度。控制器170可经配置以响应于标记物在进料流112、进料浓缩物116、出料流122、经稀释出料流126或RO渗入物156中的一或多者中的所检测存在、不存在或浓度而选择性地控制系统500的一或多个部分的操作。举例来说，控制器170可经配置以响应于在第一侧115的进料出口处从传感器160接收到指示进料浓缩物116在其中含有标记物的感测信号而终止系统的操作。在实例中，控制器170可经配置以响应于在第一侧115的进料出口处从传感器160接收到指示进料浓缩物116在其中含有标记物的感测信号而关闭一或多个阀或者去激活或调整一或多个泵(例如，降低或增加由所述一或多个泵产生的压力)。标记物在进料浓缩物116中的存在可指示出料流122在FO元件中泄漏到进料流112中，且FO元件需要进行检查、修理或替换。此系统可实时地确保FO元件110及整个系统500恰当地起作用且当前不允许污染物进入出料流122或其下游形态(version)中(例如，提供确认：系统是否在基本上无泄漏的情况下起作用且与进料流112相比可能实现污染物的至少2个对数级降低)。控制器170可经配置以通过操作地耦合到其的用户接口(未展示)而向用户或操作者指示已在系统500的一或多个部分中检测到标记物及/或所述标记物的浓度。

在实施例中，至少一个传感器160中的至少一些传感器可包含经配置以确定以下各项中的压力或流动速率的量、增加或降低的压力传感器(例如，压力换能器)及/或流动速率传感器：第一侧115、第二侧125、第一侧115的出口、第二侧125的出口、进料流源114(例如，泵)与FO元件110之间的导管、出料流源124(例如，泵)与FO元件110之间的导管、FO元件110的出料出口与下游组件118(例如，泵)之间的导管、下游组件118(例如，泵)与RO元件150之间的导管、RO元件150的第一侧151、RO元件150的第二侧152、RO元件150的第一侧151的输出(例如，以测试经再生出料流122的压力)、RO元件150的第二侧152的输出(例如，以测试RO渗入物的压力)。(监测系统的)压力传感器可经配置以将指示系统500的一部分中的压力的传感器数据发送到控制器170。响应于传感器数据，控制器170可经配置以选择性地变更(例如，提升、降低或维持系统的一部分中的流体静压力)、起始或终止系统500的任何组件的操作。举例来说，在FO元件的第一或进料侧上的流体静压力高于FO元件的第二或出料侧中的流体静压力的指示(如由其中的压力换能器所指示)后，控制器可即刻选择性地变更、起始或终止系统的一或多个组件的操作(例如通过使系统关闭)以防止进料流中的较高压力致使污染物迁移到出料流中。在实施例中，系统500可在第一侧及第二侧(例如，进料流及出料流)两者中包含一或多个压力传感器以监测(例如，确保/保证)从出料流到进料流维持正的压力差。基于出料流中的不充足压力(例如，关闭命令)、出料流中的充足压力或出料流与进料流中的所选择压力差，控制器可包含对系统进行编程及选择性地执行控制。举例来说，如果传感器160未检测到FO元件的第二出料侧中的压力比第一进料侧的压力高至少2psi，那么控制器可增加由出料源泵施加的压力、减少由进料源泵施加到第一侧的压力或可将系统去激活。

在实施例中，一或多个传感器160中的至少一些传感器可配置为压力传感器(例如，压力换能器)以检测系统的一或多个部分中的压力。压力传感器可安置于第一侧115(例如，进料侧)及第二侧125(例如，出料侧)两者中的有效地监测第一侧115与第二侧125之间的流体静压力差的一或多个位置中。

泵(例如，进料流源114及出料流源124)与控制器可共同地称为压力调节系统。压力调节系统可用于调节系统500中的进料流、出料流、经稀释出料流或任何其它溶液的压力。压力调节系统可操作地耦合到监测系统(例如，共享控制器170)且与所述监测系统进行通信。举例来说，压力调节系统经配置以响应于监测系统指示(例如，检测到)至少一种标记物存在于进料浓缩物或RO渗入物中而选择性地控制(例如，增加、降低、起始或终止)系统的一或多个部分中的进料流、出料流或经稀释出料流的流体静压力或流动速率。在一些实施例中，监测系统可经配置以监测系统500的一或多个部分中的流体静压力以及标记物在系统500的一或多个部分中的存在及浓度。

图5图解说明系统500中的经加压出料方法，所述系统与FO及RO元件中的化学标记物一起操作以指示泄漏是否存在于相应元件中(例如，系统500可响应于由RO渗入物156中的标记物所指示的RO元件中的所检测泄漏而如上文所描述起作用)。在实例性实施例中，进料溶液可由泵(例如，进料流源114)加压以在4psi下以10gpm来提供进料流112。进料溶液可为任何废流溶液，例如废水或城市径流。进料流112可与FO元件110的第一侧115中的传感器160接触。传感器160可配置为离子选择性氟化物探针。FO元件110(或FO元件阵列)可接收进料流112且在2psi下以2gpm来施配进料浓缩物116。进料浓缩物45可与操作地耦合到第一侧115的出口的导管中的传感器160接触。出料溶液可由泵(例如，出料流源124)加压而以24gpm及8psi(尽管相对低，但仍处于比进料流112高的压力)来提供出料流122。出料流122可包含水、出料溶质(例如，NaCl)及标记物(例如，氟化物)。FO元件110接收出料流122且以32gpm及6psi来施配经稀释出料流126。经稀释出料流126被引导到泵(例如，下游组件118)且将经稀释出料流126加压而以32gpm在约800psi高压下将经稀释出料流126提供到RO元件150。RO元件150可在其第一侧151中从泵接收经稀释出料流126且从第一侧151以约24gpm来产生出料流122并从其第二侧152以约8gpm来产生RO渗入物156。RO渗入物156可与传感器160接触以检测标记物在所述RO渗入物中的存在。可使用额外或更少传感器来针对给定标记物及进料流定制操作。水可跨越FO膜片从进料流112渗入到出料流122且接着再次跨越RO膜片136从经稀释出料流126渗入到RO渗入物156。当FO或RO膜片中存在泄漏或其它完整性缺口时，通过导电率而测量的出料溶质(例如，NaCl)及通过高分辨率仪器(例如，UV可见光谱法、荧光计、导电率或氟化物选择性电极探针)而测量的标记物可接着从较高压力出料流122流动到相对较低压力进料流112中，这是因为出料流122(例如，穿过FO元件110为8psi到6psi)是处于比进料流112(例如，穿过FO元件110为4psi到2psi)高的流体静压力。标记物可替代地或另外(例如)通过RO元件150的第一侧151中的过大压力或RO膜片136中的缺口而从经稀释出料流126被推动到RO渗入物156中。因此，系统500可检测到此类泄漏且关闭或向操作者通知所述泄漏。

FO系统可经工程设计以使用任何浓度的标记物，使得膜片完整性监测的分辨率根据特定项目或应用而加以微调。此外，如果发生将显著减小渗透效率的中等泄漏，那么出料溶质将开始改变进料流中的渗透压力。当此发生时，可存在链式反应，使得渗透可减速，此可导致经由控制器170中的经编程低流量及/或低压警报、经由压力传感器及流量计对泄漏进行检测。控制器170可经编程以响应于所述警报而使FO元件110或系统500关闭，且提供故障保险方法以用于膜片完整性监测、防止污染经过滤水以进行高纯度再利用(例如，IPR、DPR或其它饮用水再利用)且提供用于确保膜片完整性以用于水处理应用的有利方法。此外，此监测帮助回收出料流及其中的标记物，借此防止标记物的损失。

图6是根据实施例的控制器170的框图。控制器170可包含存储器存储媒体172，所述存储器存储媒体经配置以存储传感器数据、一或多个阈值或者上面具有机器可读程序的一或多个操作程序。存储器存储媒体172可包含固态存储器装置、硬盘驱动器或任何其它存储器存储装置中的一或多者。操作程序可包含经配置以引导系统500的一或多个部分(例如，泵、阀等)终止、起始或调整操作的程序。

控制器170可包含操作地耦合到存储器存储媒体172且经配置以存取所述存储器存储媒体的处理器174。处理器174可经配置以存取并执行存储于存储器存储媒体172中的一或多个操作程序。处理器174可经配置以确定系统500的一部分中的标记物的浓度是高于还是低于阈值，且响应于此而执行操作程序。举例来说，处理器可经配置以通过将经由连接178递送的感测信号信息(例如，标记物的浓度或存在)与指示系统500的部分中的可接受标记物量的阈值进行比较而确定所述感测信号是否指示膜片中的泄漏，且响应于此而控制系统500的一或多个组件。处理器174可经配置以确定系统500的一部分中的流体静压力或流动速率是高于还是低于阈值，且响应于此而执行操作程序。举例来说，处理器可经配置以确定经由连接178递送的感测信号是否指示膜片中的泄漏，第二侧125中的流动速率或流体静压力)与指示系统500的部分中的可接受的流动速率或流体静压力的阈值，且响应于此而控制系统500的一或多个组件，例如用以控制压力(例如，使流动完全关闭或增加压力)的泵。流动速率、压力、浓度等的阈值可由处理器174从存储器存储媒体172存取以用于与来自至少一个传感器160的一或多个感测信号进行比较。响应于确定流动速率、压力或浓度已超过特定阈值，处理器174可选择性地执行操作程序以终止或调整系统500的一或多个组件的操作。

在一些实施例中，控制器170可包含用户接口176。用户接口176可包含以下各项中的一或多者：屏幕、键盘、小键盘、触摸屏、一或多个光指示器、一或多个音频指示器(例如，扬声器、警报器等)或者一或多个无线通信装置(例如，用以将文字或电子邮件消息发送给操作者的网络蜂窝式连接)。用户接口176可经配置以提供对系统500的一或多个组件的状态、系统中的一或多个压力或流动速率、系统中的一或多种流体的化学组成或所检测泄漏的视觉或音频指示(例如，警报)。用户接口176可经配置以(例如)经由键盘、触摸垫、数据端口或其上的其它输入装置而从用户接受输入。用户接口176可经配置以从用户接受操作程序或对所述操作程序进行调整的输入。用户接口可经配置以提供对系统500的手动控制构件(例如接通/关断开关)或者对系统500的一或多个组件的电子控制构件(例如，控制由泵产生的压力、打开或关闭阀或者控制流动速率)。

控制器170可安置于系统500的组件上，或可远离系统500的其它组件。举例来说，控制器170可经由一或多个无线连接180而操作地耦合到系统500的组件且控制器170(例如经配置以从办公室控制所述系统的单独计算机)远离所述一或多个组件而定位。

在一些实施例(未展示)中，单个控制器170可操作地耦合到多个FO元件110(例如，并联FO元件)及位于FO元件中的每一者上的一或多个传感器160。控制器170可响应于来自相应FO元件110的一或多个感测信号而单独地起始、终止或调整每一FO元件110(例如，增加或降低每一FO元件中的压力或流动速率。举例来说，可由于进料浓缩物中的所检测标记物而使多个并联FO元件110中的单个FO元件关闭，使得可修理所述FO元件，同时其它FO元件继续操作。

本文中所揭示的系统的不同流体运输或容纳组件中的每一者可经由一或多个导管(例如，管、管子、软管等)、阀、泵等而操作地(例如，流体地)耦合在一起。为简洁起见，将框图的组件展示为在其间具有箭头。应理解，箭头中的每一者可表示一或多个导管、阀、槽、泵或系统的组件之间的其它流体连接。

上述系统的框图还可被视为示范性方法的框图。此类方法可以如上文所描述的一系列连续操作或以分批式方式(例如，单独地执行每一FO或RO元件操作)来实现。

图7是用于从进料流回收水的方法700的流程图。在实施例中，所回收的水可为可饮用的。方法700包含以下动作：710将其中具有一或多种溶质的进料流引入到正向渗透系统的第一侧中；720以比进料流高的流体静压力及比所述进料流高的渗透压力使出料流循环穿过正向渗透系统的第二侧，其中出料到进料渗透压力差是出料到进料流体静压力差的至少10倍；730在正向渗透系统的第二侧中产生经稀释出料流，所述经稀释出料流具有比出料流高的水浓度；及740从经稀释出料流回收渗入物。可使用本文中所揭示的系统或其组件中的任一者(例如FO元件110)来执行方法700。方法700可用于回收水(例如，可饮用水)及/或通过从溶液去除至少一种溶质或溶剂(例如水)而将所述溶液(例如，在进料侧上)浓缩。

在实施例中，710将其中具有一或多种溶质的进料流引入到FO系统的第一侧中可包含将本文中所揭示的进料溶液中的任一者引入到本文中所揭示的FO系统中的任一者的第一侧中。举例来说，将其中具有一或多种溶质(例如，在整个分离过程中留在进料侧上的所保留溶质)的进料流引入到FO系统的第一侧中可包含引入以下各项中的至少一者：工业或城市废水、采出水、返排水、尾矿、中水、污水、盐水、暴雨下水道径流、饮料或可饮用水。在实施例中，一或多种溶质可包含一或多种污染物，包含以下各项中的至少一者：病毒、细菌、微生物、有机物质(例如，糖、尿素等)、植物物质(例如，藻类或浆状物)、无机物质(例如，盐或灰尘)、化学品(例如，致癌物、药物(例如，至少部分经溶解)或砷)或者金属(例如，过渡金属)。

在实施例中，710将其中具有一或多种溶质的进料流引入到FO系统的第一侧中可包含以所选择流体静压力及/或速率将进料流引入到所述第一侧中。进料流的流体静压力可为约1psi或更大，例如约1psi到约10,000,000加仑/天(gpd)、约1psi到约5psi或小于约10psi。流动速率可为约1gpm或更大，例如约1gpm到约50gpm、约2gpm到约40gpm、约5gpm到约30gpm、约10gpm到约25gpm。在实施例中，710将其中具有一或多种溶质的进料流引入到FO系统的第一侧中可包含使用泵对进料溶液进行加压以形成进料流。在实施例中，710将其中具有一或多种溶质的进料流引入到FO系统的第一侧中可包含使进料流从FO元件的第一侧的入口到出口循环穿过所述第一侧。

在实施例中，720以比进料流高的流体静压力及比所述进料流高的渗透压力使出料流循环穿过FO系统的第二侧，其中出料到进料渗透压力差是出料到进料流体静压力差的至少10倍可包含将出料流从FO元件的第二侧的入口到出口馈送到所述第二侧中。在实施例中，720以比进料流高的流体静压力及比所述进料流高的渗透压力使出料流循环穿过FO系统的第二侧，其中出料到进料渗透压力差是出料到进料流体静压力差的至少10倍可包含使用其中具有经配置以在出料流中产生比在进料流中高的渗透压力的一或多种出料组分(例如，溶剂及出料溶质)的出料流。一或多种出料溶质可包含无机溶质(例如，盐)或有机溶质。出料溶质可包含以下各项中的一或多者：无机盐，举例来说氯化钠、氯化镁、硫酸镁或任何其它无机盐。出料溶质可包含有机化合物，举例来说甘油、糖、PEG或任何其它有机化合物。以比进料流高的流体静压力及渗透压力使出料流循环穿过正向渗透系统的第二侧，其中出料到进料渗透压力差是出料到进料流体静压力差的至少10倍可包含在出料流中以一浓度提供一或多种溶质，所述浓度有效地在出料流中诱导比进料流高的渗透压力、有效地诱导来自进料流的水渗入穿过安置于第一侧与第二侧之间的正向渗透膜片。在出料流中以有效地在出料流中诱导比进料流高的渗透压力的浓度提供一或多种溶质可使得出料到进料渗透压力差是出料到进料流体静压力差的至少2倍，例如是出料到进料流体静压力差的至少3倍、至少4倍、至少5倍、至少8倍、至少10倍、至少12倍、至少15倍、至少18倍、至少20倍、至少25倍、至少50倍、至少100倍或横跨前述值的任何组合的范围。

在实施例中，720以比进料流高的流体静压力及比所述进料流高的渗透压力使出料流循环穿过FO系统的第二侧，其中出料到进料渗透压力差是出料到进料流体静压力差的至少10倍可包含以本文中所揭示的流体静压力(及/或出料到进料流体静压力差)中的任一者(例如比进料流的流体静压力大至少1psi、比进料流的流体静压力大约1psi到大约100psi、大约2psi到大约50psi、大约4psi到大约50psi、大约5psi到大约50psi、大约2psi到大约10psi、大约5psi到大约15psi、大约5psi到大约10psi、大约2psi到大约25psi、大约5psi到大约20psi或大约10psi到大约20)使出料流循环到FO元件的第二侧中及穿过所述第二侧。在一些实施例中，出料流体静压力可介于从比进料流体静压力大到比进料流体静压力大100psi的范围内。在一些实施例中，出料流的平均渗透压力可比进料流的平均渗透压力大至少约10psi，例如比平均进料流渗透压力大约100psi到约1000psi、大约20psi到大约500psi或大约100psi到大约400psi。以比进料流高的流体静压力及比所述进料流高的渗透压力使出料流循环穿过FO系统的第二侧，其中出料到进料渗透压力差是出料到进料流体静压力差的至少10倍可包含在泵中对出料溶液进行加压而以本文中所揭示的特定流体静压力中的任一者将出料流递送到所述第二侧。

在实施例中，以比进料流高的流体静压力及比所述进料流高的渗透压力使出料流循环穿过正向渗透系统的第二侧，其中出料到进料渗透压力差是出料到进料流体静压力差的至少10倍包含在出料流中以一浓度提供一或多种溶质，所述浓度有效地在出料流中诱导较高渗透压力、有效地诱导来自进料流的水渗入穿过安置于第一侧与第二侧之间的正向渗透膜片。在实施例中，以比进料流高的流体静压力及渗透压力使出料流循环穿过正向渗透系统的第二侧，其中出料到进料渗透压力差是出料到进料流体静压力差的至少10倍包含在出料流中循环或提供至少一种标记物，例如以本文中所揭示的标记物或其浓度中的任一者(例如，为所述至少一种标记物的最小可检测浓度的至少1000倍)。

在实施例中，730在FO系统的第二侧中产生经稀释出料流，所述经稀释出料流具有比出料流高的水浓度包含使出料流及进料流循环越过FO膜片。所述FO膜片可包含本文中所揭示的FO膜片中的任何者中的至少一者且以本文中所揭示的任何配置(例如以并联或蛇形配置)。在FO系统的第二侧中产生经稀释出料流可包含经由至少一个FO膜片而从进料流去除至少一些水同时保留其中的基本上所有一或多种溶质。产生经稀释出料流可包含经由正向渗透膜片而从进料流去除至少一些水同时产生具有比进料流高的一或多种溶质浓度的进料浓缩物。

在实施例中，740从经稀释出料流回收渗入物可包含从所述经稀释出料流分离出或回收水。在实施例中，740从经稀释出料流回收渗入物可包含在一或多个下游组件(例如至少一个RO元件、至少一个蒸馏设备或高级氧化设备)中处理所述经稀释出料流以从所述经稀释出料流产生渗入物，例如水。在实施例中，740从经稀释出料流回收渗入物可包含产生渗入物，与进料流相比，所述渗入物展现在至少一个物种(例如，所有物种、仅病毒、仅病原体、仅细菌、仅小分子(例如，小于约900道尔顿)、仅大分子或其组合)、一或多种溶质的浓度上的至少2个对数级降低，例如2个对数级降低到6个对数级降低、2个对数级降低、至少3个对数级降低、至少4个对数级降低、5个对数级降低或甚至6个对数级降低。从所述经稀释出料流回收渗入物(例如，从至少一个RO元件产生渗入物流)可包含将所述经稀释出料流引导穿过至少一个RO元件。将经稀释出料流引导穿过至少一个RO元件可包含将所述经稀释出料流加压到至少约2psi(例如约2psi到约1000psi、约4psi到约100psi、约5psi到约50psi、约50psi到约800psi、约100psi到约500psi、约200psi到约600psi、约400psi到约800psi、约500psi到约1000psi、大于约100psi、大于约500psi、大于约750psi或小于100psi而保持大于进料流的流体静压力)的压力。可使用安置于FO元件的第二侧的出口与所述至少一个RO元件的第一侧的入口之间的一或多个泵来执行将所述经稀释出料流加压。从所述经稀释出料流回收渗入物可包含从所述经稀释出料流产生渗入物流，其中渗入物流包含水，与进料流相比，所述渗入物流展现在一或多种溶质的浓度上的至少2个对数级降低，例如本文中所揭示的所述减少中的任一者(例如，3个对数级、5个对数级等)。RO渗入物可为基本上清水(例如，在污染物上具有至少2个对数级降低)，例如可饮用水(例如，在污染物上具有至少5个对数级降低)。在实施例中，RO渗入物可经蒸馏或经受高级氧化以对溶质提供额外壁垒。

在实施例中，方法700可包含感测至少一种标记物在进料流、进料浓缩物或RO渗入物(例如，渗入物流)中的存在或浓度。在此类实施例中，以比进料流高的流体静压力及比所述进料流高的渗透压力使出料流循环穿过FO系统的第二侧可包含使出料流中的至少一种标记物(例如以本文中所揭示的浓度中的任一者)循环。感测至少一种标记物在进料流、进料浓缩物或RO渗入物中的存在或浓度可包含使用一或多个传感器来检测所述至少一种标记物。一或多个传感器可安置于本文中所揭示的系统的第一侧、第一侧的出口、操作地耦合到第一侧的下游组件(例如，导管或泵)或任何其它组件(例如，RO元件的第二侧上的出口)中。一或多个传感器可包含本文中所揭示的传感器中的任一者。感测至少一种标记物的存在可包含经由紫外光谱法、荧光测定法、导电率或选择性离子探针中的一或多者而感测至少一种标记物的存在或浓度。方法700可包含响应于检测到至少一种标记物在出料流(或渗入物流)中的存在或浓度而起始、终止或调整进料流或出料流中的一或多者的递送(例如，流动速率或压力)。举例来说，当在进料流、进料浓缩物或RO渗入物中检测到标记物后，可即刻终止进料流或出料流或者整个系统中的一或多者的流动。方法700可包含响应于检测到至少一种标记物在出料流或渗入物流中的存在或浓度而(例如)经由操作地耦合到一或多个传感器的控制器选择性地控制系统的一或多个部分(例如，起始、终止或调整进料流或出料流中的一或多者的递送)以用于从进料流分离出溶剂。

在一些实施例中，相对大量的标记物可被添加到或存在于出料流中。举例来说，出料流可在其中载运一定浓度的标记物，所述浓度为最小可检测浓度(可通过本文中所揭示的技术中的任一者检测)的至少1,000倍，使得从出料到进料的泄漏可相对容易地检测到(即使出料流较低透过到进料流中)。标记物的浓度可为标记物的最小可检测浓度的至少100倍，例如为标记物的最小可检测浓度的100倍到1,000,000倍、1,000倍到100,000倍或至少10,000倍。使用此类大量的标记物可在RO系统中为极昂贵的，在所述RO系统中，标记物与RO截留物流一起从系统被排出。在本文中所揭示的FO系统中，可在出料流中对标记物进行回收及再利用。举例来说，当出料流被稀释时，标记物保持在经稀释出料流中。当对经稀释出料流进行进一步处理时，标记物可保留于所述出料流中(例如在RO元件中进行进一步处理后，其中标记物保持于RO浓缩物/截留物中)且被再循环(并可被再浓缩)以用于再利用于(经再生)出料流中。以此方式，本文中的系统及方法可包含在出料流中对标记物进行循环或再利用。因此，可在其中的系统及方法中使用相对高量/浓度的标记物，同时此后可由于标记物保留在出料流中而大大消除对通常较昂贵标记物的花费。

方法700可包含使所述出料流再生。使所述出料流再生可包含将经稀释出料流引导穿过至少一个RO元件且从RO元件的第一侧收集出料流(例如，RO浓缩物或截留物流)。出料流可通过RO过程而被至少部分地再生。在实施例中，额外溶质或水可被添加到从RO元件收集的出料流以控制(现在为经至少部分地再生)出料流中的渗透压力。从RO元件的第一侧收集的出料流可被引导到泵以用于加压从而用于至少一个FO元件中。

在实施例中，从经稀释出料流使所述出料流再生可包含将经稀释出料流中的一或多种溶剂(例如，水)及/或溶质(例如，乙醇)中的至少一些溶剂及/或溶质与经稀释出料流中的其它溶质(例如，甘油)中的至少一些溶质分离。在实施例中，从经稀释出料流使所述出料流再生可进一步包含(例如)通过RO操作及/或蒸馏而将一或多种溶质(例如，乙醇)中的至少一些溶质或者其它溶质(例如，甘油)中的至少一些溶质浓缩。在实施例中，从经稀释出料流使所述出料流再生或使出料流中的标记物循环中的一者或两者包含在出料流中再生一定浓度的标记物(例如通过经由RO将经稀释出料流浓缩)。

在实施例中，使所述出料流再生可包含减小出料流或经稀释出料流中的污染物的浓度。可与从经稀释出料流回收渗入物同时或在其后执行减小出料流或经稀释出料流中的污染物的浓度。举例来说，减小出料流或经稀释出料流中的污染物的浓度可包含在从经稀释出料流回收渗入物之后从系统去除经稀释出料流或出料流的至少一部分。从系统去除经稀释出料流或出料流的至少一部分可包含去除出料流或经稀释出料流的任何部分，例如出料流或经稀释出料流的约1％或更多、约1％到约99％、约1％到约10％、约5％到约20％、约20％到约40％、约30％到约50％或约50％到约80％。从系统去除经稀释出料流或出料流的至少一部分可包含在设定持续时间之后去除出料流或经稀释出料流的一部分，例如(一天或系统的运行时间中的)一小时一次、一天一次、一周一次、一月一次等。减小出料流或经稀释出料流中的污染物的浓度可包含在经再生出料流穿过系统的第二侧进行再循环之前替换出料流或经稀释出料流的至少一部分，例如将以上量中的任一量的出料溶质添加到出料流或经稀释出料流的如所减少部分(例如，出料流或经稀释出料流的减少达上文所揭示的那些量的部分)。在实施例中，减小出料流或经稀释出料流中的污染物的浓度可包含以有效地至少部分地减小出料流或经稀释出料流中的污染物的浓度的过程(例如巴氏灭菌法(pasteurization)、蒸馏、高级氧化等)来处理所述出料流或经稀释出料流。因此，本文中所揭示的系统可包含在第一侧的出口与第一侧的入口之间(例如在RO元件之前或之后)操作地耦合到所述系统的除污设备(例如，经设计以去除并替换出料流或经稀释出料流的出口及入口；或巴氏灭菌法、蒸馏、高级氧化系统、膜片过滤(例如NF或UF)、吸收污染物或者通过暴露于氧化剂、UV、高压、高温而破坏或移植污染物或者任何类似方法及相关联装备)。举例来说，额外出料流源(未展示)可操作地耦合到系统400或500(例如在RO元件150与FO元件110之间)，以将额外出料流、出料溶质或溶剂添加到系统400或500中。额外出料流源可经由添加出料流的一或多种基本上未被污染的组分而稀释出料流中的污染物的浓度。

在实施例中，方法700可包含使经再生出料流(其中包含任何标记物)穿过至少一个FO元件进行再循环。在实施例中，出料流可不被再生，而是可用新的出料溶液来替换。

图8是用于经由正向渗透而使进料流脱水的方法800的流程图。方法800包含以下动作：810将其中具有一或多种溶质的进料流引入到正向渗透系统的第一侧中；820以比进料流高的流体静压力及比所述进料流高的渗透压力使包括标记物的出料流循环穿过正向渗透系统的第二侧；830在正向渗透系统的第二侧中产生经稀释出料流，所述经稀释出料流具有比出料流高的水浓度；840从经稀释出料流回收渗入物流；850将标记物、经稀释出料流浓缩以提供至少部分经再生出料流；以及860使至少部分经再生出料流往回循环到FO系统的第二侧。进料流的所选择脱水(在不将污染物引入到出料流及/或RO渗入物中的情况下)可按水体积为80％或为5倍浓度；按水体积为小于80％，例如按水体积为约50％或按水体积为约25％；或者按水体积为大于80％，例如按水体积为约85％或按水体积为约95％。方法800可用于产生可饮用水及/或通过从溶液去除至少一种溶质或溶剂(例如水)而将所述溶液(例如，在进料侧上)浓缩。方法800可用于提供对膜片完整性的实时监测，同时保留出料流组分以用于再利用。

在实施例中，在一或多个方面中，810将其中具有一或多种溶质的进料流引入到FO系统的第一侧可与本文中所描述的动作710类似或相同。举例来说，将其中具有一或多种溶质的进料流引入到FO系统的第一侧可包含将以下各项中的至少一者引入到FO系统中：工业或城市废水、采出水、返排水、尾矿、中水、污水、盐水、暴雨下水道径流、饮料或可饮用水或者本文中所揭示的任何其它水。进料流可包含本文中所揭示的溶质中的任一者，例如以下各项中的至少一者：病毒、细菌、微生物、灰尘、有机物质、化学品或金属。

在一或多个方面中，动作820以比进料流高的流体静压力及比所述进料流高的渗透压力使包括标记物的出料流循环穿过FO系统的第二侧可与本文中所描述的动作720类似或相同。举例来说，以比进料流高的渗透压力使出料流循环穿过FO系统的第二侧可包含形成及/或使用其中具有经配置以在出料流中产生比在进料流中高的渗透压力的一或多种出料组分(例如以有效地诱导本文中所揭示的出料到进料渗透压力差中的任一者的浓度的无机溶质(例如，盐)或有机溶质(例如，糖、甘油、PEG))的出料流。在实例中，以比进料流高的流体静压力使出料流循环穿过正向渗透系统的第二侧可包含在泵中对出料溶液进行加压而以特定流体静压力(例如本文中所揭示的流体静压力中的任一者)(例如比进料流高至少1psi(例如，高2psi到25psi))将出料流递送到所述第二侧(或提供本文中所揭示的出料到进料流体静压力差中的任一者)。出料流的较高流体静压力可沿着正向渗透系统的整个膜片区为较高的。出料流的较高流体静压力阻碍进料流穿过膜片中的任何缺口、密封部、接口或正向渗透系统的其它组件进行流动。以比进料流高的流体静压力及比所述进料流高的渗透压力使包括标记物的出料流循环穿过FO系统的第二侧可包含使用本文中所揭示的标记物中的任何者中的至少一者，所述标记物中的任何者中的至少一者是以本文中所揭示的浓度中的任一者(例如，为最小可检测浓度的至少1000倍)。以比进料流高的流体静压力及比所述进料流高的渗透压力使包括标记物的出料流循环穿过FO系统的第二侧可包含在出料流中使用多种标记物。

在实施例中，在一或多个方面中，830在FO系统的第二侧中产生经稀释出料流，所述经稀释出料流具有比出料流高的水浓度可与上文所揭示的动作730类似或相同。举例来说，动作830可包含使出料流及进料流循环越过FO膜片(例如本文中所揭示的FO膜片中的任一者且以本文中所揭示的任何配置)。FO膜片可以并联或蛇形配置(例如，折流板式)进行配置。在FO系统的第二侧中产生经稀释出料流可包含经由至少一个FO膜片而从进料流去除至少一些水同时保留其中的基本上所有一或多种溶质。在实施例中，830在FO系统的第二侧中产生经稀释出料流，所述经稀释出料流具有比出料流高的水浓度可包含产生与进料流相比在一或多种溶质上具有至少2个对数级降低(例如，3个对数级、4个对数级或5个对数级)的经稀释出料流。产生经稀释出料流可包含经由正向渗透膜片而从进料流去除至少一些水同时保留其中的基本上所有一或多种溶质。产生经稀释出料流可包含经由正向渗透膜片而从进料流去除至少一些水同时产生具有比进料流高的一或多种溶质浓度的进料浓缩物。

在实施例中，在一或多个方面中，840从经稀释出料流回收渗入物可与上文关于方法700所揭示的回收渗入物类似或相同。举例来说，从经稀释出料流回收渗入物流可包含回收渗入物流，与进料流相比，所述渗入物流展现在至少一个物种(例如，所有物种、仅病毒、仅病原体、仅细菌、仅小分子、仅大分子或其组合)、一或多种溶质的浓度上的至少2个对数级降低。在实施例中，840回收渗入物流可包含将经稀释出料流引导穿过至少一个RO元件。将经稀释出料流引导穿过至少一个RO元件可包含将所述经稀释出料流加压到至少约2psi(例如，至少约10psi、50psi或100psi)的压力，例如上文关于技术方案700所揭示的那些RO压力中的任一者。可使用安置于FO元件的第二侧的出口与所述至少一个RO元件的第一侧的入口之间的一或多个泵来执行将所述经稀释出料流加压。RO渗入物可为可饮用水且RO浓缩物可为至少部分经再生出料流。在实施例中，RO渗入物可经蒸馏或经受高级氧化以对最终产品(例如，可饮用水)中的溶质提供额外壁垒。以此方式，本文中的方法可为从废流提供可饮用水的方法。

在实施例中，850将标记物及经稀释出料流浓缩以提供至少部分经再生出料流可包含使经稀释出料溶液循环穿过至少一个RO元件。使经稀释出料溶液循环穿过至少一个RO元件可包含产生RO浓缩物(例如，至少部分经再生出料流)。RO浓缩物的组成及浓度可与出料流类似或相同。在实施例中，将标记物及经稀释出料流浓缩以提供至少部分经再生出料流包含将一或多种出料溶质添加到RO浓缩物。在实施例中，将标记物及经稀释出料流浓缩以提供至少部分经再生出料流可包含将水添加到RO浓缩物。在实施例中，将标记物及经稀释出料流浓缩以提供至少部分经再生出料流可包含(例如)经由额外RO过程、蒸馏或FO而进一步处理RO浓缩物。在实施例中，在一或多个方面中，将标记物及经稀释出料流浓缩以提供至少部分经再生出料流可与上文关于方法700所揭示的再生出料流类似或相同。举例来说，将标记物及经稀释出料流浓缩以提供至少部分经再生出料流可包含减小出料流或经稀释出料流中的污染物的浓度，如上文关于方法700所揭示。在实施例中，可在使至少部分经再生出料流往回循环到正向渗透系统的第二侧之前执行减少经稀释出料流中的污染物。减少经稀释出料流中的污染物可包含本文中所揭示的技术中的任一者。举例来说，减少经稀释出料流中的污染物可包含将额外出料流或出料溶质添加到经稀释出料流、至少部分经再生出料流或此两者。

在一些实例中，本文中的回收方法(例如，FO过程及/或RO过程)可在周围条件下使进料溶液脱水而不会使浓缩物的营养素或组分的显著更改或降级。此脱水可减少输送或处置成本、增加产物的稳定性及贮存寿命，且提供经净化水以用于再利用。方法及系统还可包含用以经由向经浓缩溶液受控制地至少添加水而重构所述经浓缩溶液的动作及组件。方法及系统还可包含用以施配经处理可饮用水以用于使用的动作及组件。

在实施例中，860使至少部分经再生出料流往回循环到FO系统的第二侧可包含从RO元件的第一侧收集(至少部分经再生)出料流且将(至少部分经再生)出料流引导到泵(例如，出料流源)以进行加压以用于至少一个FO元件中。在实施例中，使至少部分经再生出料流往回循环到FO系统的第二侧可包含去除、替换或扩增(至少部分经再生)出料流的至少一部分。替换或扩增出料流的至少一部分可包含将至少一种标记物、出料流溶剂或出料流溶质中的一或多者添加到(至少部分经再生)出料流。方法800可包含感测(例如，检测或监测)至少一种标记物在进料流、进料浓缩物或RO渗入物中的存在或浓度。感测至少一种标记物在进料流、进料浓缩物或RO渗入物中的存在或浓度可包含使用一或多个传感器来检测所述至少一种标记物。一或多个传感器可安置于本文中所揭示的系统的第一侧、第一侧的出口、操作地耦合到第一侧的下游组件(例如，导管或泵)或任何其它组件(例如，RO元件的第二侧上的出口)中。一或多个传感器可包含本文中所揭示的传感器中的任一者。感测至少一种标记物的存在可包含经由紫外光谱法、荧光测定法、导电率或选择性离子探针中的一或多者而感测/检测至少一种标记物的存在或浓度。在实施例中，至少一种标记物可包含多种标记物且感测至少一种标记物的存在或浓度可包含感测多种标记物中的每一者的存在或浓度，例如以在系统中提供冗余。在实施例中，多个传感器可包含经配置以检测第一类型的多种标记物的存在或浓度的第一组传感器，且多个传感器可包含经配置以检测至少第二类型的多种标记物的存在或浓度的至少第二组传感器。

方法800可包含响应于检测到至少一种标记物在出料流(或渗入物流)中的存在或浓度而选择性地控制进料流或出料流中的一或多者(例如通过起始、终止或调整所述一或多者的递送(例如，流动速率或流体静压力))。举例来说，当在进料流、进料浓缩物或RO渗入物中检测到标记物后，可即刻终止进料流或出料流中的一或多者的流动。感测至少一种标记物在进料流、进料浓缩物或RO渗入物中的存在或浓度可包含通过确定至少一种标记物在进料流、进料浓缩物或RO渗入物中的一或多者中的浓度而确定缺口的大小。选择性地控制进料流或出料流中的一或多者可为响应于检测到超过阈值大小或持续时间的泄漏。

方法800可包含(例如)沿着FO系统的整个膜片区感测/检测(例如，监测)本文中所揭示的系统的一或多个部分中的流(例如，进料流、出料流、经稀释出料流等)的流动速率或流体静压力中的一或多者。举例来说，方法800可包含连续地、间歇地或即时地感测或检测FO元件的第一侧及第二侧中(例如，沿着FO膜片的整个表面区的一或多个部分)的流体静压力以确保在系统中维持正的出料到进料流体静压力差。方法800可包含响应于检测到进料流、出料流或经稀释出料流中的一或多者的流动速率或流体静压力而起始、终止或调整对应流的递送(例如，流动速率或流体静压力)。举例来说，控制器可经配置以响应于一或多个传感器检测到进料侧中的流体静压力等于或高于出料侧而自动终止系统的操作或增加由出料流源泵施加的压力。

方法800可包含利用控制器控制出料流、经稀释出料流或进料流中的一或多者的流体静压力或流动速率中的一或多者。在一或多个方面中，控制器可与控制器170类似或相同。控制流体静压力或流动速率中的一或多者可由控制器响应于一或多个传感器感测(例如，检测)到以下各项中的任一者而自动执行：进料流、进料浓缩物或RO渗入物中的标记物；系统中的一或多个流的流体静压力；或者系统中的一或多个流的流动速率。在实施例中，方法800可包含利用控制器确定所感测信息是否指示用于起始、终止或调整所述流的流体静压力或流动速率中的一或多者(例如，使流动关闭)的条件。利用控制器确定所感测信息是否指示用于起始、终止或调整流体静压力或流动速率中的一或多者的条件可包含确定所感测数据是否超过针对标记物在进料流、进料浓缩物或RO渗入物中的浓度、缺口大小或持续时间的阈值；或者流体静压力或流动速率是高于还是低于所述流体静压力或流动速率的阈值。处理器可通过将所感测数据与存储于存储器存储媒体中的查找表或者一或多个预编程阈值进行比较而确定所感测数据是否超过阈值。

在实施例中，方法800可包含响应于在FO元件的进料流或进料浓缩物中感测到标记物而利用控制器将与FO元件相关联的泵选择性地去激活，从而有效地终止FO元件的使用。在实施例中，方法800可包含响应于在多个并联FO元件中的一或多个FO元件的进料流或进料浓缩物中感测到标记物而利用控制器将对应FO元件及相关联泵选择性地去激活，从而有效地终止对应FO元件的使用。在实施例中，方法800可包含响应于在对应FO元件的进料流或进料浓缩物中感测到至少一种标记物而利用控制器将一或多个阀、相关联FO元件、多个并联FO元件选择性地关闭，从而有效地隔离对应FO元件。在实施例中，方法800可包含经由操作地耦合到控制器的用户接口而提供对以下各项的实时更新：标记物在进料流、进料浓缩物或RO渗入物中的存在或不存在；或者系统中的一或多个流的流体静压力或流动速率。

在实施例中，方法700或800可包含产生经浓缩进料，例如果汁其它饮料浓缩物。产生经浓缩进料可包含将所述经浓缩进料引导到存储装置、封装或其它最终使用位点或媒介。

方法700及800可包含本文中关于各图中的任一者所揭示的动作中的任一者。

可在不背离本文的精神或基本特性的情况下使用本文中所描述的其它特定形式的实例。所描述实施例在所有方面上均应视为仅具有说明性而非限制性。因此，本发明的范围是由所附权利要求书而非由前述描述来指示。归属于权利要求书的等效内容的意义及范围内的所有改变均将涵盖于权利要求书的范围内。

Claims (63)

1.一种方法，其包括：

将其中具有一或多种溶质的进料流引入到正向渗透系统的第一侧中；

以比所述进料流高的流体静压力及比所述进料流高的渗透压力使出料流循环穿过所述正向渗透系统的第二侧，其中出料到进料渗透压力差是出料到进料流体静压力差的至少10倍；

在所述正向渗透系统的所述第二侧中产生经稀释出料流，所述经稀释出料流具有比所述出料流高的水浓度；及

从所述经稀释出料流回收渗入物。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述出料流的所述较高流体静压力阻碍所述进料流穿过所述正向渗透系统的膜片中的缺口进行流动。

3.根据权利要求1所述的方法，其中沿着所述正向渗透系统的整个膜片区，所述出料到进料渗透压力差是所述出料到进料流体静压力差的至少10倍。

4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括监测所述较高流体静压力。

5.根据权利要求1所述的进一步，其进一步包括控制进料流流体静压力及出料流流体静压力，从而沿着将所述正向渗透系统的所述第一侧与所述第二侧分离的一或多个正向渗透膜片的整个膜片区有效地将所述出料到进料渗透压力差维持在为所述出料到进料流体静压力差的至少10倍的值。

6.根据权利要求1所述的方法，其中产生所述经稀释出料流包含经由正向渗透膜片而从所述进料流去除至少一些水同时保留其中的基本上所有所述一或多种溶质。

7.根据权利要求1所述的方法，其中产生经稀释出料流包含经由正向渗透膜片而从所述进料流去除至少一些水同时产生具有比所述进料流高的一或多种溶质浓度的进料浓缩物。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述进料流包含废水、中水、污水、城市用水、采出水、盐水、暴雨下水道径流、饮料或其组合。

9.根据权利要求1所述的方法，其中以比所述进料流高的所述流体静压力使所述出料流循环穿过所述正向渗透系统的所述第二侧包含以比所述进料流的进料流压力高至少1psi的出料流压力使所述出料流循环穿过所述第二侧。

10.根据权利要求1所述的方法，其中以比所述进料流高的所述流体静压力使所述出料流循环穿过所述正向渗透系统的所述第二侧包含以比所述进料流的进料流压力高约2psi到约25psi的出料流压力使所述出料流循环穿过所述第二侧。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述一或多种溶质包含一或多种污染物，包含以下各项中的至少一者：病毒、细菌、微生物、灰尘、有机物质、化学品或金属。

12.根据权利要求1所述的方法，其中以比所述进料流高的所述流体静压力使所述出料流循环穿过所述正向渗透系统的所述第二侧包含使所述出料流中的标记物循环。

13.根据权利要求12所述的方法，其中使所述出料流中的所述标记物循环包含使所述标记物以为所述标记物的最小可检测浓度的至少1000倍的浓度循环。

14.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括针对所述标记物而监测所述进料流、渗入物流或此两者。

15.根据权利要求14所述的方法，其中针对所述标记物而监测所述进料流、渗入物流或此两者包括利用光谱法、荧光测定法、导电率或选择性离子探针中的一或多者来检测所述标记物。

16.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括基于针对所述标记物对所述进料流、所述渗入物流或此两者进行的所述监测而调整所述进料流或所述出料流中的一或多者的流动速率或流体静压力中的一或多者。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述调整包括响应于在所述进料流、所述渗入物流或此两者中检测到所述标记物而维持、增加、降低或终止所述进料流或所述出料流中的一或多者的所述流动速率。

18.根据权利要求16所述的方法，其中从所述经稀释出料流回收所述渗入物包含使所述经稀释出料流循环穿过至少一个逆向渗透元件以从所述经稀释出料流分离出水，借此使所述出料流至少部分地再生且回收所述渗入物。

19.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括从所述经稀释出料流使所述出料流至少部分地再生。

20.根据权利要求19所述的方法，其中从所述经稀释出料流回收所述渗入物包含使所述经稀释出料流循环穿过至少一个逆向渗透元件以从所述经稀释出料流分离出水，借此使所述出料流至少部分地再生且回收所述渗入物。

21.根据权利要求20所述的方法，其进一步包括在使所述出料流至少部分地再生之前，减少所述经稀释出料流中的污染物。

22.根据权利要求21所述的方法，其中减少所述经稀释出料流中的污染物包括将额外出料流添加到所述经稀释出料流、所述至少部分经再生出料流或此两者。

23.根据权利要求12所述的方法，其中所述标记物包含以下各项中的一或多者：荧光素、亚甲蓝、芘、酞菁、硫酸盐、氟化物、氯化物、钠或若丹明。

24.根据权利要求1所述的方法，其中从所述经稀释出料流回收所述渗入物包含从所述经稀释出料流产生渗入物流，所述渗入物流包含水，与所述进料流相比，所述渗入物流在所述一或多种溶质的浓度上具有至少2个对数级降低。

25.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括从所述经稀释出料流使所述出料流至少部分地再生。

26.根据权利要求25所述的方法，其中从所述经稀释出料流使所述出料流至少部分地再生包括增加所述经稀释出料流中的标记物浓度。

27.一种方法，其包括：

将其中具有一或多种溶质的进料流引入到正向渗透系统的第一侧中；

以比所述进料流高的流体静压力及比所述进料流高的渗透压力使包括标记物的出料流循环穿过所述正向渗透系统的第二侧；

在所述正向渗透系统的所述第二侧中产生经稀释出料流，所述经稀释出料流具有比所述出料流高的水浓度；

从所述经稀释出料流回收渗入物；

将所述标记物及所述经稀释出料流浓缩以提供至少部分经再生出料流；及

使所述至少部分经再生出料流往回循环到所述正向渗透系统的所述第二侧。

28.根据权利要求27所述的方法，其中所述出料流的所述较高流体静压力阻碍所述进料流穿过所述正向渗透系统的膜片中的缺口进行流动。

29.根据权利要求27所述的方法，其中所述出料流的所述较高流体静压力沿着所述正向渗透系统的整个膜片区为较高的。

30.根据权利要求27所述的方法，其进一步包括监测所述较高流体静压力。

31.根据权利要求30所述的进一步，其进一步包括控制进料流流体静压力及出料流流体静压力，从而沿着将所述正向渗透系统的所述第一侧与所述第二侧分离的一或多个正向渗透膜片的整个膜片区有效地将出料到进料渗透压力差维持在为出料到进料流体静压力差的至少10倍的值。

32.根据权利要求27所述的方法，其中产生所述经稀释出料流包含经由正向渗透膜片而从所述进料流去除至少一些水同时保留其中的基本上所有所述一或多种溶质。

33.根据权利要求27所述的方法，其中产生经稀释出料流包含经由正向渗透膜片而从所述进料流去除至少一些水同时产生具有比所述进料流高的一或多种溶质浓度的进料浓缩物。

34.根据权利要求27所述的方法，其中所述进料流包含废水、中水、污水、城市用水、采出水、盐水、暴雨下水道径流、饮料或其组合。

35.根据权利要求27所述的方法，其中以比所述进料流高的所述流体静压力使所述出料流循环穿过所述正向渗透系统的所述第二侧包含以比所述进料流的进料流压力高至少1psi的出料流压力使所述出料流循环穿过所述第二侧。

36.根据权利要求27所述的方法，其中以比所述进料流高的所述流体静压力使所述出料流循环穿过所述正向渗透系统的所述第二侧包含以比所述进料流的进料流压力高约2psi到约25psi的出料流压力使所述出料流循环穿过所述第二侧。

37.根据权利要求27所述的方法，其中所述一或多种溶质包含一或多种污染物，包含以下各项中的至少一者：病毒、细菌、微生物、灰尘、有机物质、化学品或金属。

38.根据权利要求27所述的方法，其中所述出料流中的所述标记物具有为所述标记物的最小可检测浓度的至少1000倍的浓度。

39.根据权利要求27所述的方法，其进一步包括针对所述标记物而监测所述进料流、渗入物流或此两者。

40.根据权利要求39所述的方法，其中针对所述标记物而监测所述进料流、渗入物流或此两者包括利用光谱法、荧光测定法、导电率或选择性离子探针中的一或多者来检测所述标记物。

41.根据权利要求39所述的方法，其进一步包括基于针对所述标记物对所述进料流、所述渗入物流或此两者进行的所述监测而调整所述进料流或所述出料流中的一或多者的流动速率或流体静压力中的一或多者。

42.根据权利要求41所述的方法，其中所述调整包括响应于在所述进料流、所述渗入物流或此两者中检测到所述标记物而维持、增加、降低或终止所述进料流或所述出料流中的一或多者的所述流动速率。

43.根据权利要求27所述的方法，其中将所述经稀释出料流浓缩包含使所述经稀释出料流循环穿过至少一个逆向渗透元件以从所述经稀释出料流分离出水，借此使所述出料流至少部分地再生且回收所述渗入物。

44.根据权利要求43所述的方法，其进一步包括在使所述至少部分经再生出料流往回循环到所述正向渗透系统的所述第二侧之前，减少所述经稀释出料流中的污染物。

45.根据权利要求44所述的方法，其中减少所述经稀释出料流中的污染物包括将额外出料流添加到所述经稀释出料流、所述至少部分经再生出料流或此两者。

46.根据权利要求27所述的方法，其中所述标记物包含以下各项中的一或多者：荧光素、亚甲蓝、芘、酞菁、硫酸盐、氟化物、氯化物、钠或若丹明。

47.根据权利要求27所述的方法，其中从所述经稀释出料流回收所述渗入物包含从所述经稀释出料流产生渗入物流，所述渗入物流包含水，与所述进料流相比，所述渗入物流在所述一或多种溶质的浓度上具有至少2个对数级降低。

48.一种系统，其包括：

正向渗透系统，其经配置以接收进料流及出料流，所述出料流包含标记物，所述正向渗透系统进一步经配置以产生经稀释出料流；

浓缩系统，其经配置以将所述经稀释出料流及所述标记物浓缩且使包含所述标记物的所述出料流至少部分地再生；及

压力调节系统，所述压力调节系统经配置以在所述正向渗透系统中将所述出料流维持在比所述进料流高的流体静压力。

49.根据权利要求48所述的系统，其中所述压力调节系统经配置以维持所述出料流的所述较高流体静压力，使得所述出料流在操作期间阻碍所述进料流穿过所述正向渗透系统的膜片中的缺口进行流动。

50.根据权利要求48所述的系统，其中所述压力调节系统经配置以沿着所述正向渗透系统的整个膜片区维持所述出料流的所述较高流体静压力。

51.根据权利要求48所述的系统，其中所述进料流包含废水、中水、污水、城市用水、采出水、盐水、暴雨下水道径流、饮料或其组合。

52.根据权利要求48所述的系统，其中所述压力调节系统经配置以将所述出料流的所述较高流体静压力维持为比所述进料流的进料流压力高至少1psi。

53.根据权利要求48所述的系统，其中所述压力调节系统经配置以将所述出料流的所述较高流体静压力维持在比所述进料流的进料流压力高约2psi到约25psi的出料流压力。

54.根据权利要求48所述的系统，其中所述进料流包含一或多种污染物，包含以下各项中的至少一者：病毒、细菌、微生物、灰尘、有机物质、化学品或金属。

55.根据权利要求48所述的系统，其中所述出料流中的所述标记物具有为所述标记物的最小可检测浓度的至少1000倍的标记物浓度。

56.根据权利要求48所述的系统，其进一步包括经定位以针对所述标记物而监测所述进料流、渗入物流或此两者的监测系统。

57.根据权利要求56所述的系统，其中所述监测系统包含经配置以执行光谱法、荧光测定法、测量、导电率或利用选择性离子探针的检测器。

58.根据权利要求56所述的系统，其中所述压力调节系统与所述监测系统进行通信，且其中所述压力调节系统进一步经配置以基于所述监测系统而调整所述进料流或所述出料流中的一或多者的流动速率或流体静压力中的一或多者。

59.根据权利要求58所述的系统，其中所述压力调节系统经配置以响应于来自所述监测系统的对所述进料流中的所述标记物的指示而通过维持、增加、降低或终止所述进料流或所述出料流中的一或多者的流动来进行调整。

60.根据权利要求48所述的系统，其中所述浓缩系统包括至少一个逆向渗透元件，所述至少一个逆向渗透元件用以从所述经稀释出料流分离出水，借此使所述出料流至少部分地再生且回收渗入物。

61.根据权利要求48所述的系统，其进一步包括经定位以减少所述经稀释出料流中的污染物的过滤器。

62.根据权利要求48所述的系统，其进一步包括额外出料流源，所述额外出料流源经定位以将额外出料流添加到所述经稀释出料流、所述至少部分经再生出料流或此两者，借此减小所述至少部分经再生出料流中的污染物浓度。

63.根据权利要求48所述的系统，其中所述标记物包含以下各项中的一或多者：荧光素、亚甲蓝、芘、酞菁、硫酸盐、氟化物、氯化物、钠或若丹明。