CN110636894A - 渗透压辅助的反渗透膜和模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了用于在水纯化或废水处理系统中操作期间产生浓缩的进料流和稀释的进料流的膜和过滤模块。提供了包括半透膜的过滤模块，所述半透膜具有第一侧和第二侧，所述第一侧被配置为接收来自第一进料溶液源的第一进料溶液流，并且所述第二侧被配置为接收来自第二进料溶液源的第二进料溶液流。所述半透膜可以被配置为在所述膜的所述第二侧上的液体静压为所述膜的所述第一侧上的液体静压的约1％至约40％的情况下操作，并且在一些情况下在操作期间可以表现出约60％至约90％的脱盐率。
Description
技术领域
本公开涉及使用适合于渗透压辅助的反渗透工艺的膜和过滤器模块对海水、半咸水、废水、工业用水、采出水和/或受污染水进行纯化、净化或脱盐。本公开还涉及使用渗透压辅助的反渗透膜和过滤器模块形成浓缩的原料溶液，并且产生作为副产物的纯化水。
背景技术
某些膜允许溶剂分子穿过，但不允许溶质分子穿过。此类膜被称为半透性的。半透膜可以用于脱盐技术和水纯化技术。
正渗透在本领域中是已知的，并且由于未来淡水短缺的可能性以及对节省成本的脱盐技术和水纯化技术的需求相应增加，而已成为近期研究的课题。海水、半咸水或其它受污染水可以通过将水(溶剂)提取穿过半透膜来纯化，该半透膜拒绝盐和其它污染物(溶质)通过。在正渗透工艺中，使用具有比进料更高的渗透压的提取溶液将水提取穿过半透膜。正渗透工艺不纯化水。正渗透只是将水从一组溶质移动到另一组溶质。
反渗透工艺也已应用于水纯化技术。特别地，反渗透已被用于通过从水中除去盐来使海水、半咸水或其它受污染水脱盐，以制备可饮用的或其它工业上可用的水。在正渗透中，溶剂从稀溶液穿过半透膜流到更浓的溶液。通过向更浓的溶液施加等于渗透压的压力，可以使渗透过程停止。通过施加甚至更大的压力，可以使渗透过程逆转。在这种情况下，溶剂从浓溶液(诸如海水)穿过半透膜流到更稀的溶液。反渗透的液体静压要求可使得反渗透的能量成本高昂。此外，用于浓缩溶质使其超过传统RO的浓缩程度的零液体排放(ZLD)系统中所涉及的蒸发工艺和结晶工艺也是成本高昂的。因此，需要适用于能够降低能量成本或提高反渗透系统和其它水纯化系统的效率的设备和系统的膜和过滤模块。
附图说明
本申请的实施方案仅以举例的方式参考附图加以描述，其中：
图1是根据本公开的一个示例实施方案的适用于渗透压辅助的反渗透(OsARO)系统的过滤模块和膜的图；
图2是根据本公开的一个示例实施方案的多阶段OsARO系统的图；
图3A至图3E是根据本公开的一个示例实施方案的将OsARO系统与反渗透(RO)系统、正渗透(FO)系统、压力延缓渗透(PRO)系统和压力辅助FO(PAFO)系统进行比较的一系列图；
图4是根据本公开的一个示例实施方案的具有密封元件的平片膜过滤模块的图，该密封元件分隔渗透物管并且特征在于适用于渗透压辅助的反渗透(OsARO)系统的渗透物间隔件内的U形流动型态；
图5是根据本公开的一个示例实施方案的平片膜过滤模块的图，该平片膜过滤模块在适用于渗透压辅助的反渗透(OsARO)系统的渗透物间隔件内具有接收和收集室；
图6是根据本公开的一个示例实施方案的适用于渗透压辅助的反渗透(OsARO)系统的平片膜过滤模块的图，该平片膜过滤模块具有第二管；
图7是根据本公开的一个示例实施方案的平片膜包封件的分解图；
图8是根据本公开的一个示例实施方案的具有进料间隔件的平片膜包封件的分解图；
图9是根据本公开的一个示例实施方案的螺旋缠绕平片膜模块的图；以及
图10是根据本公开的一个示例实施方案的管状中空纤维膜模块的图。
应当理解，各个方面不限于附图中示出的布置和手段。
具体实施方式
应当理解，为简单和清楚起见，在适当的情况下，已在不同图中重复使用附图标号来指示对应的或类似的元件。此外，提出了许多具体细节，以便提供对本文所述的实施方案的透彻了解。然而，本领域的普通技术人员将理解，本文所述的实施方案可以在没有这些具体细节的情况下进行实践。在其它情况下，方法、程序以及部件没有进行详细描述，以免混淆所描述的与之相关的有关特征。另外，本说明书不被视为限制本文所述的实施方案的范围。附图未必按比例绘制，并且某些部分的比例已经被夸大以便更好地展示本公开的细节和特征。
现在将呈现在整个本公开中应用的若干定义。术语“OsARO”是指渗透辅助反渗透，并且还可以称为正渗透预处理反渗透(FO-PRO)或正渗透渗透恢复膜(FO-ORM)。术语“联接”被定义为直接地连接或者通过中间部件间接地连接，并且不一定限于物理连接。术语“流体联接”被定义为直接地连接或通过中间部件间接地连接，并且所述连接不一定限于物理连接，而是调节溶液、分散体、混合物或其它流体在这样描述的部件之间的转移的连接。所述连接可以是使得物体永久性地连接或可逆地连接的连接。术语“包括”、“包含”和“具有”在本公开中可互换使用。术语“包括”、“包含”和“具有”意味着包括但不一定限于这样描述的事物。
如本文所用，术语“纯化(purify)”、“经纯化”或“纯化(purification)”以其各种形式表示生产至少具有下述性质的水的一种或多种过程：纯度逐渐增加，以及/或者溶质浓度或污染物浓度逐渐减小。因此，术语“纯化(purify)”、“经纯化”或“纯化(purification)”不一定指生产具有特定纯度或特定溶质浓度的水，相反，所述术语用于指生产由于本发明所公开的方法和技术而至少具有下述性质的水：纯度逐渐增加，以及/或者溶质浓度或污染物浓度逐渐减小。
如本文所用，术语“流”以其各种形式(包括其在术语“进料流”中的使用)表示可以流入或被接收在本公开的设备或系统的一部分或部件中的溶液，并且不限于在连续流动下引入设备或系统、或者其一部分的溶液，而是还可以包括接收在设备或系统中一段时间的溶液，诸如可以在一系列间歇工艺中采用的溶液。
如本文所用，术语“渗透物通道”是指渗透物间隔件中能够接收渗透物溶液和/或第二进料溶液流并且还能够提供渗透物溶液和/或第二进料溶液流流过该渗透物间隔件的任何通道、通路或储库。如本文所用，术语“渗透物通道”可以同等地指能够接收渗透物溶液和/或第二进料溶液流并且还能够提供渗透物溶液和/或第二进料溶液流流过该渗透物间隔件的单个通路、多个通路或通路网络。
根据本公开的至少一个方面，提供了过滤模块。该过滤模块可以包括半透膜，该半透膜具有第一侧和第二侧，其中第一侧被配置为接收来自第一进料溶液源的第一进料溶液流，并且第二侧被配置为接收来自第二进料溶液源的第二进料溶液流。该过滤器模块还可以包括这样的半透膜：该半透膜被配置为在向该膜的第一侧和第二侧施加液体静压时将第一进料溶液流的溶剂以渗透物溶液的形式从该膜的第一侧传递到该膜的第二侧。该半透膜可以被配置为在该膜的第二侧上的液体静压为该膜的第一侧上的液体静压的约1％至约40％的情况下操作。在至少一些情况下，该膜可以被配置为在该膜的第一侧上的压力为约10巴至约120巴并且该膜的第二侧上的压力为约2巴至约20巴的情况下操作。在至少一些情况下，该膜在脱盐、ZLD或近ZLD废水处理系统中操作期间，可以表现出约60％至约90％的脱盐率。
在本公开的至少一个其它方面，提供了过滤模块，该过滤模块包括第一室和第二室。半透膜设置在第一室与第二室之间的界面处。该半透膜具有与第一室流体连通的第一侧和与第二室流体连通的第二侧。第一室被配置为接收来自第一进料溶液源的第一进料溶液流，并且第二室被配置为接收来自第二进料溶液源的第二进料溶液流。该半透膜被配置为在向该膜的第一侧和第二侧施加液体静压时将第一进料溶液流的溶剂以渗透物溶液的形式从该膜的第一侧传递到该膜的第二侧。该半透膜可以被配置为在该膜的第二侧上的液体静压为该膜的第一侧上的液体静压的约1％至约40％的情况下操作。在至少一些情况下，该膜可以被配置为在该膜的第一侧上的压力为约10巴至约120巴并且该膜的第二侧上的压力为约2巴至约20巴的情况下操作。在至少一些情况下，该膜在脱盐、ZLD或近ZLD废水处理系统中操作期间，可以表现出约60％至约90％的脱盐率。
图1展示了根据本公开的一个示例实施方案的设备100。如图1中所描绘，设备100包括OsARO过滤模块150，用于在使用半透膜115稀释第二进料溶液142的同时将第一进料溶液141浓缩。该OsARO过滤模块包括第一室131和与第一室131相对的第二室132。半透膜115设置在第一室131与第二室132之间的界面处。半透膜115具有与第一室131流体连通的第一侧121和与第二室132流体连通的第二侧122。
在操作期间，OsARO过滤模块150被配置为接收具有溶质浓度C1和渗透压π(C1)的第一进料溶液流141。第一进料溶液流141在经受液压P1的同时被引到半透膜115的第一室131和第一侧121。在至少一些情况下，第一进料溶液流141经由入口端口(诸如图1中所示的入口端口181)进入第一室131。
OsARO过滤模块150还被配置为将第二进料溶液流142接收到第二室132中以及半透膜115的第二侧122上。第二进料溶液流142具有溶质浓度C2和渗透压π(C2)，该渗透压小于或等于在半透膜115的相对的第一侧121上进料的第一进料溶液流141的渗透压π(C1)。第二进料溶液流142以小于第一进料溶液流141的液压P1的液压P2进料到第二室132中以及半透膜115的第二侧122上。在一些情况下，第一进料溶液流141的溶质浓度C1大于第二进料溶液流142的溶质浓度C2。在其它情况下，溶质浓度C1和C2可以相同。在至少一些情况下，第二进料溶液流142经由入口端口(诸如图1中所示的入口端口182)进入第二室132。
由于液压和渗透压的平衡，溶剂以渗透物112的形式从第一室131经由半透膜115传递到第二室132，从而浓缩第一进料溶液流141(C1出>C1入)以形成浓缩的第一进料溶液流171，同时稀释第二进料溶液流142(C2入>C2出)以形成稀释的第二进料溶液流172。根据本发明所公开的技术，反渗透(RO)工艺由第二进料溶液流142所提供的渗透压辅助，从而得到在能量上更有效的渗透压辅助的反渗透(OsARO)工艺。
根据本公开的至少一个方面，OsARO过滤模块150的第一室131可以与第一进料溶液源161流体联接，该第一进料溶液源被配置为使第一进料溶液流141流动到第一室131以及半透膜115的第一侧121上。第一进料溶液源161可以是高压泵，如图1中所描绘，或者在至少一些情况下可以是另一个OsARO过滤模块的第一室或第二室。在至少一些情况下，第一进料溶液源161可以是反渗透部件或正渗透部件。
类似地，在至少一些情况下，OsARO过滤模块150的第二室132可以与第二进料溶液源162流体联接，该第二进料溶液源被配置为使第二进料溶液流142流动到第二室132以及半透膜115的第二侧122上。第二进料溶液源162可以是低压或高压泵，如图1中所描绘，或者在至少一些情况下可以是另一个OsARO过滤模块的第一室或第二室、反渗透部件或正渗透部件。
根据本公开的至少一个方面，第二进料溶液流142的渗透压大于渗透物112的渗透压。在至少一些情况下，第一进料溶液源161和第二进料溶液源162可以被配置为产生第一进料溶液流141的液体静压与第二进料溶液流142的液体静压之间的压差以足以引起溶剂以渗透物112的形式从半透膜115的第一侧121传递到半透膜115的第二侧122。在一些情况下，第一进料溶液源161和第二进料溶液源162可以被配置为根据第二进料溶液流142的渗透压而改变压差。
根据本公开的至少一个方面，浓缩的第一进料溶液流171可以在出口端口(诸如图1中所描绘的出口端口191)处离开OsARO过滤模块150的第一室131。类似地，稀释的第二进料溶液流172可以在出口端口(诸如图1中所描绘的出口端口192)处离开OsARO过滤模块150的第二室132。尽管图1中描绘的OsARO过滤模块150被描绘为对于每个室仅具有单个入口端口和出口端口，但是具有多个入口端口和/或出口端口的第一室或第二室仍在本公开的实质和范围之内。
根据本公开的至少一个方面，浓缩的第一进料溶液流171和/或稀释的第二进料溶液流172可以进料到另一个OsARO过滤模块或者反渗透部件或正渗透部件。在至少一些情况下，第一进料溶液源161可以被配置为将浓缩的第一进料溶液流171或其一部分再循环至半透膜115的第一侧121。在一些情况下，第二进料溶液源162可以被配置为将浓缩的第一进料溶液流171的至少一部分提供给半透膜115的第二侧122。
根据本公开的至少一个方面，第一进料溶液流141可以是受污染溶液。在一些情况下，受污染溶液可以分成至少两个部分，其中一部分形成第一进料溶液流141，并且另一部分形成第二进料溶液流142。在此类情况下，第一进料溶液源161和第二进料溶液源162各自被配置为分别向半透膜115的第一侧121和第二侧122提供同一受污染溶液的各部分。
第一进料溶液流141和第二进料溶液流142可以具有相同或不同的化学组成，并且可以处于相同的温度或不同的温度下。第一进料溶液流和第二进料溶液流可以包含许多不同的溶液组分，一些溶液组分可能有助于渗透压，其它溶液组分则可能不会。产生渗透压的任何溶液都可以用于本发明所公开的设备、系统和方法中。
在至少一些情况下，第一进料溶液流或第二进料溶液流中任一者的溶剂可以是水、无机盐、极性有机溶剂(诸如甲醇或乙醇)，或任何其它合适的溶剂。在一些情况下，可以使用具有无机盐溶质的进料溶液流，所述无机盐溶质为诸如氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)、氯化镁(MgCl2)、碳酸镁(MgCO3)、硫酸镁(MgSO4)、氯化钙(CaCl2)、硫酸钙(CaSO4)、碳酸钙(CaCO3)、醋酸钾(KAc)或醋酸钙镁(CaMgAc)。在其它情况下，可以使用具有无机盐溶质的进料溶液流，所述无机盐溶质包括离子物质，诸如过渡金属、镧系元素和锕系元素。在其它情况下，可以使用具有无机盐溶质的进料溶液流，所述无机盐溶质包括诸如氰化物、硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐、亚硫酸盐、磺酸盐、氢氧化物、磷酸盐、亚磷酸盐、卤化物、醋酸盐、砷化物、胺、羧酸盐和硝基类的物质。在一些情况下，当水是溶剂时，可以使用具有良好水溶性的有机化合物溶质，诸如醇、二噁烷、丙酮、四氢呋喃(THF)、二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)。在一些情况下，可以将具有水溶性的有机化合物溶质用作进料溶液流中的溶质，所述有机化合物溶质诸如芳族化合物(如甲苯和苯)、直链烷烃或烯烃(如己烷或辛烷)、氯化溶剂(如二氯甲烷(CH2Cl2))、有机磺酸盐和有机酸。在一些情况下，可以使用聚合物溶质，诸如但不限于糖、环氧乙烷(EO)、环氧丙烷(PO)、聚乙二醇(PEG)、聚(丙烯酸)、聚(乙烯醇)聚(环氧乙烷)、聚(乙烯基酸)、聚(苯乙烯磺酸盐)、基于聚(丙烯酰胺)的聚合电解质、聚(二烯丙基二甲基氯化铵)、聚(烯丙胺盐酸盐)、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(N-异丙基丙烯酰胺)、聚(烷基丙烯酸酯)、聚烷基丙烯酸、聚(2-噁唑啉)和聚乙烯亚胺，以及它们的共聚物或嵌段共聚物，或者它们的任意组合。
图2展示了根据本公开的一个示例实施方案的设备200。如图2中所描绘，设备200包括多个OsARO过滤模块250-253，它们以串联方式彼此流体联接，以用于连续的分离步骤或阶段，其中初始的第一进料溶液流241可以递增地浓缩至更高的浓度。每个OsARO过滤模块250-253都包括第一室231-234、第二室236-239，以及设置在第一室231-234与第二室236-239之间的界面处的半透膜215-218。每个半透膜215-218都具有与第一室231-234流体连通的第一侧221-224和与第二室236-239流体连通的第二侧226-229。
在操作期间，第一OsARO过滤模块250被配置为接收初始的第一进料溶液流241。初始的第一进料溶液流241在经受液压的同时被引到第一过滤模块250的第一室231以及半透膜215的第一侧221。如图2中所描绘，初始的第一进料溶液流241从第一进料溶液源261经由入口端口281进入第一室231。第一过滤模块250还被配置为接收来自第二进料溶液源262的第二进料溶液流246，将其接收到第二室236中以及半透膜215的第二侧226上。第一进料溶液源261和第二进料溶液源262可以是高压泵，或者可以是反渗透部件或正渗透部件。
仅以举例的方式，图2描绘了初始的第一进料溶液流241的溶质浓度最初为65g/lNaCl，与第二进料溶液流246的溶质浓度匹配。进料溶液流的溶质浓度可以是任何值，只要第二进料溶液流246的渗透压小于或等于初始的第一进料溶液流241的渗透压即可，并且第二进料溶液流246的溶质浓度足以通过降低产生渗透物必需的所要求液体静压来辅助反渗透工艺。在至少一些情况下，使用溶质浓度近似等于第一进料溶液流的溶质浓度的第二进料溶液流(如图2中所描绘)是有利的，因为第二进料溶液流提供了明显的渗透压，凭借该渗透压促进反渗透工艺。在至少一些情况下，跨膜的渗透压差可以降低至接近零，以便降低执行该工艺必需的液压。
在操作期间，初始的第一进料溶液流241在半透膜215的第一侧221上施加液压，使得溶剂从半透膜215的第一侧221传递到半透膜215的第二侧226，从而在第一模块250的第一室中产生浓缩的第一进料溶液流242，并且在第二室236中产生稀释的第二进料溶液271。图2中呈现的示例实施方案展示了在设备200的第一模块250的操作或第一阶段期间，具有溶质浓度65g/l NaCl的初始的第一进料溶液流41被浓缩至105g/l NaCl。如图2中所描绘，浓缩的第一进料溶液以第三进料溶液流242的形式进料到第二OsARO过滤模块251的第一室232中，在该第一室中，该第三进料溶液流由于参照第一模块250描述的相同工艺而被浓缩至145g/l NaCl。该浓缩的第三进料溶液流然后以第五进料溶液流243的形式进料到第三OsARO过滤模块252的第一室233中，在该第一室中，该第五进料溶液流243被浓缩至185g/lNaCl。该浓缩的第五进料溶液流然后以第七进料溶液流244的形式进料到第四OsARO过滤模块253的第一室234中，在该第一室中，该第七进料溶液流在出口端口294处被浓缩至目标浓度225g/l。在每个过滤模块250-253中，将各自具有限定浓度C2的不同进料溶液流246-249引入相应的第二室236-239，以便提供渗透压驱动力以辅助进料溶液流在相应的第一室231-234中浓缩。
在至少一些情况下，进料溶液流247-249可以从进料溶液源263-265进料到模块251-253的第二室237-239。在一些情况下，进料溶液源263-265可以是低压泵或高压泵。在其它情况下，进料溶液流247-249可以包含前一模块的浓缩进料流242-244的至少一部分。在此类情况下，进料溶液源263-265可以是前一模块250-252的第一室231-233。例如，第四进料溶液流247可以包含来自第一模块250的第一室231的浓缩的第一进料溶液流242的至少一部分。
根据本公开的至少一个方面，稀释的进料溶液流271-274可以进料到另一个OsARO过滤模块或反渗透部件，如参照下文提供的附加的示例性实施方案所述。例如，来自第二模块251的第二室237的稀释的进料溶液流272可以进料到第一过滤模块250的第二室236，以至少部分地形成第二进料溶液流246。
如图2中所描绘，OsARO过滤模块250-253的第一室231-234具有入口端口281-284，这些入口端口为进料溶液流提供进入第一室231-234的进入路径。此外，第一室231-234具有出口端口291-294，这些出口端口为浓缩的进料溶液流提供离开第一室231-234并进入后续的阶段或模块的离开路径。类似地，第二室236-239包括入口端口286-289和出口端口296-299，以允许进料溶液流进出第二室236-239。在一些情况下，这些OsARO模块可以被配置为具有用于相应的进料溶液流中的每一者的多个入口端口和多个出口端口。此外，这些OsARO过滤模块可以用于连续工艺、间歇工艺或半间歇工艺。在每种工艺的每个过滤模块中，进料溶液流可以只穿过膜一次，或通过回收和再循环多次穿过膜。此外，施加于进料溶液流的液压可以保持恒定，或者可以在相应的工艺步骤期间改变。
根据本公开的至少一个方面，图2中所描绘的设备200可以用于执行对包含溶剂和溶质的溶液中的溶质(诸如污染物)进行浓缩的工艺。该工艺包括提供与第一进料溶液源261和第二进料溶液源262流体联接的第一过滤模块250。第一过滤模块250可以包括第一室231和第二室236。第一过滤模块250还可以包括设置在第一室231与第二室236之间的界面处的半透膜215。半透膜215可以具有与第一室231流体连通的第一侧221和与第二室236流体连通的第二侧226。该工艺还包括将第一进料溶液流241从第一进料溶液源261引入至第一室231和半透膜215的第一侧221上。
该工艺还包括将第二进料溶液流246从第二进料溶液源262引入至第二室236和半透膜215的第二侧226上。第一进料溶液流241的渗透压大于或等于第二进料溶液流246的渗透压。该工艺还包括在半透膜215的第一侧221上施加液体静压，使得溶剂从半透膜215的第一侧221传递到第二侧226，从而在第一室231中产生浓缩的进料溶液流242，并且在第二室236中产生稀释的第二进料溶液流271。
在至少一些情况下，该工艺还可以包括选择第二进料溶液流246的渗透压，以便降低使溶剂从半透膜215的第一侧221传递到第二侧226所需的液体静压，从而产生浓缩的进料溶液流242和稀释的第二进料溶液流271。在其它情况下，第二进料溶液流246的渗透压可以是预定渗透压，该预定渗透压被选择为降低使溶剂从半透膜215的第一侧221传递到第二侧226所必需的液体静压。在一些情况下，第二进料溶液流246的渗透压可以被选择为大于渗透物溶液的渗透压，以便降低使溶剂从半透膜215的第一侧221传递到第二侧226所需的液体静压。
根据本公开的至少一个方面，该工艺还可以包括将浓缩的第一进料溶液流242或其一部分再循环至半透膜215的第一侧221。该工艺还可以包括将浓缩的第一进料溶液流242的至少一部分再循环至半透膜215的第二侧226。
在至少一些情况下，该工艺还包括提供与第一模块250和第四进料溶液源263流体联接的第二过滤模块251。第二模块251包括第一室232和第二室237。第二过滤模块251还包括半透膜216，该半透膜设置在第一室232与第二室237之间的界面处。半透膜216包括与第一室232流体连通的第一侧222和与第二室237流体连通的第二侧227。该工艺还包括将第三进料溶液流242从第一过滤模块250的第一室231引入至第二过滤模块251的第一室232。第三进料溶液流242可以包含浓缩的第一进料溶液流的至少一部分。该工艺还包括将第四进料溶液流247从第四进料溶液源263引入至第二过滤模块251的第二室237和半透膜216的第二侧227上。第三进料溶液流242的渗透压大于或等于第四进料溶液流247的渗透压。该工艺还包括在第二模块251的半透膜216的第一侧222上施加液体静压，使得溶剂从半透膜216的第一侧222传递到半透膜216的第二侧227，从而在第二模块251的第一室232中产生浓缩的第三进料溶液流243，并且在第二模块251的第二室237中产生稀释的第四进料溶液流272。
第四进料源263可以是高压泵，或者可以是第一模块250的第一室231。在此类情况下，第四进料溶液流247可以包含来自第一过滤模块250的第一室231的浓缩进料溶液流242的至少一部分。
除了提供用于浓缩溶液的工艺之外，本公开还提供了用于从溶质溶液中纯化溶剂的工艺。例如，图1和图2中描绘并且如上所述的OsARO过滤模块可以与反渗透(RO)部件和正渗透(FO)部件组合，以产生经纯化的溶剂产物，诸如水渗透物。更具体地，用于纯化溶剂的工艺可以包括提供与反渗透(RO)部件和过滤模块流体联接的正渗透(FO)部件。该过滤模块可以包括与RO部件和FO部件流体联接的第一室，以及与RO部件流体联接的第二室。该过滤模块还可以包括设置在第一室与第二室之间的界面处的半透膜。该半透膜可以包括与第一室流体连通的第一侧和与第二室流体连通的第二侧。
该工艺还包括将受污染的FO进料溶液引入至FO部件。受污染的FO进料溶液包含被一种或多种溶质污染的溶剂。该工艺还包括使FO部件由受污染的FO进料溶液流产生浓缩的FO进料溶液流和稀释的提取溶液。该工艺还可以包括将稀释的提取溶液引入至RO部件，以形成RO进料溶液流的至少一部分。该工艺还可以包括使RO部件由RO进料溶液流产生渗透物溶液和浓缩的RO进料溶液流。该渗透物溶液包含根据该工艺回收的经纯化溶剂。
该工艺还可以包括将第一进料溶液流从RO部件引入至过滤模块的第一室以及半透膜的第一侧上。第一进料溶液流包括浓缩的RO进料溶液流的至少一部分。该工艺还可以包括将第二进料溶液流从RO部件引入至过滤模块的第二室以及半透膜的第二侧上。第二进料溶液也包括浓缩的RO进料溶液流的至少一部分。第一进料溶液流的渗透压可以近似等于第二进料溶液流的渗透压。作为替代，第一进料溶液流的渗透压可以大于第二进料溶液流的渗透压。
该工艺还可以包括在半透膜的第一侧上施加液体静压，使得溶剂从半透膜的第一侧传递到半透膜的第二侧，从而在第一室中产生浓缩的第一进料溶液流，并且在第二室中产生稀释的第二进料溶液流。该工艺还可以包括将稀释的第二进料溶液流的至少一部分从模块的第二室引入至RO部件，以用作RO进料溶液流的至少一部分。该工艺还可以包括将浓缩的第一进料溶液流的至少一部分从过滤模块的第一室引入至FO部件，以形成提取溶液的至少一部分。
图3A至图3E展示了本发明所公开的OsARO设备和技术与反渗透(RO)工艺、正渗透(FO)工艺、压力延缓渗透(PRO)工艺和压力辅助正渗透(PAFO)工艺的常规技术之间的差异。OsARO工艺不同于本领域中所使用的RO、FO、PRO和PAFO工艺。如图3A至图3E中所示，这些工艺中的每一种都使用半透膜将一种或多种溶质从溶液中分离。
上文提到的常规工艺可以根据渗透物流的方向而分为两个类别。在FO、PRO和PAFO中，渗透物从低渗透压混合物侧(π(C2))流到半透膜的高渗透压混合物侧(π(C1))。一般来讲，在FO系统中，施加在膜两侧上的液压是相等的。在PRO系统中，进料1在高于进料2的液压P2和渗透压π(C2)的液压P1和渗透压π(C1)下引入，导致渗透物从进料2流到进料1。在PAFO系统中，进料2的液压P2高于进料1的液压P1。在进料1的渗透压π(C1)高于进料2的渗透压π(C2)的情况下，导致渗透物从进料2流到进料1。
渗透程度可以计算为渗透物通量Jw。渗透物通量被定义为每单位时间流过每单位面积的膜的体积。
常规的RO和OsARO不同于FO、PRO和PAFO。在RO工艺中，渗透物从具有较高液压P1的进料1流到具有较低液压P2的进料2。在RO中，进料2最初没有溶液(在大多数情况下是纯溶剂，诸如水)，因而没有初始的溶质浓度C2和对应的渗透压π(C2)。在OsARO中，渗透物从具有较高渗透压π(C1)的进料1流到具有较低渗透压π(C2)的进料2。在一些情况下，在OsARO中，进料1和进料2各自的浓度C1和C2是相同的。仅仅由于向进料1施加的液压P1高于向进料2施加的液压P2，渗透物从半透膜的进料1侧流到进料2侧。
常规RO与OsARO之间的差异是低渗透压混合物进料(C2)的起因。在RO工艺中，没有跨膜引入进料2；只有从进料1流出的渗透物存在于膜的进料2侧上。相比之下，在OsARO中，具有浓度C2的第二进料独立地引入该阶段中，如图1至图3所证明。该第二进料减小了跨半透膜的渗透压差，因此降低了使溶剂流经半透膜所需的液体静压，从而产生浓缩的进料溶液和稀释的进料溶液。
从上面的比较可以看出，本发明所公开的OsARO工艺与先前已知的工艺不同。使用本发明所公开的OsARO设备和技术，可以针对各种应用独立地获得浓缩的进料1溶液和/或稀释的进料2溶液。
本发明所公开的OsARO工艺需要特定的半透膜和过滤模块，它们不同于本领域已知的那些膜和过滤模块。特别地，本发明所公开的半透膜和过滤模块被配置为将第二进料溶液流接收到膜的第二侧，而膜的第一侧则被配置为接收第一进料溶液流。相比之下，常规的RO膜和过滤模块仅被配置为将单一进料溶液流只接收到膜的一侧。因此，在RO工艺期间，膜的第二侧上仅存在从单一进料溶液流流经膜的渗透物。
过滤膜通常由细粒材料或易碎材料制成，这限制了可以使用膜的有效操作压力。在许多情况下，RO膜和过滤模块受到70巴或更低的操作压力的限制。在这样的压力下，RO膜或过滤模块将不再产生渗透物。RO模块受到70巴或更低的操作压力的限制的另一个原因是，由较高操作压力产生的高溶质浓度增加了模块的操作成本。这是由于压力每递增一次所产生的渗透物通量较低，以及膜污染碰巧增加。这些效应是由膜表面发生的大浓度极化引起的，该膜的一侧具有高溶质浓度并且该膜的另一侧则具有低溶质浓度。由于渗透物质量在RO系统中非常重要，所以典型的RO模块表现出99+％的脱盐率，以便实现必要的单程RO渗透物质量。在高溶质浓度和高压条件下操作的RO系统可能需要第二次过滤，从而增加了系统的能量需求和成本。
本发明所公开的适用于OsARO工艺的过滤模块被配置为通过引入具有足以降低执行RO工艺或过滤步骤所必需的操作压力的渗透压的第二进料溶液流，来克服常规RO系统固有的操作压力限制。因此，本发明所描述的膜和过滤模块可以在高达120巴的操作压力下操作。在至少一些情况下，第二进料溶液流的渗透压可以等于或小于第一进料溶液的渗透压。
常规RO应用中所采用的膜尽管没有被配置为在膜的第二侧或内孔上接收第二进料溶液流，但是被设计为对半咸水RO提供超过99％的脱盐率，并且对海水RO提供通常高达99.8％的脱盐率，以便将水脱盐为满足饮用的要求。然而，对于根据本发明所公开的OsARO方法和技术适合使用的本发明所公开的膜和过滤模块，可以放宽99+％的脱盐率标准。在OsARO应用中，可以允许第一进料溶液流和第二进料溶液流通过跨过膜进行混合。因此，渗透压差减小，跨膜通量增加。通过降低对感兴趣的盐物质的滤盐参数，可以降低增大或减小盐度所需的压力，从而节省能量。
在至少一些情况下，当膜的两侧暴露于包含35,000ppm溶质、温度为25℃且跨膜液压为约40巴或约600psi的进料溶液流时，本发明所公开的膜表现出至少0.18升/平方米/小时(LMH)的渗透物通量。在至少一些情况下，溶质是NaCl或海水。
在至少一些情况下，该膜在脱盐或者ZLD或近ZLD废水处理系统中操作期间表现出介于约60％与约90％之间的脱盐率。在其它情况下，该膜表现出介于约30％与约99％之间或介于约40％与约95％之间的脱盐率。在至少一些情况下，当膜的两侧暴露于包含200,000ppm溶质、温度为25℃且压力为约70巴或约1000psi的进料溶液流时，本发明所公开的膜表现出介于约60％与约90％之间的脱盐率。在至少一些情况下，溶质是硫酸铵。
本发明所公开的膜可以被配置为在该膜的第二侧上的液体静压为该膜的第一侧上的液体静压的约1％至约40％的情况下操作。在一些情况下，本发明所公开的膜可以被配置为在该膜的第二侧上的液体静压为该膜的第一侧上的液体静压的约1％至约25％、或该膜的第一侧上的液体静压的约1％至约5％的情况下操作。在至少一些情况下，本发明所公开的膜可以被配置为在该膜的第二侧上的液体静压在该膜的第一侧上的液体静压的下限约1％、2％、3％、5％、10％、12％、15％至上限约5％、10％、12％、15％、20％、25％、30％、35％和40％的范围(涵盖上限与下限之间的任何值和任何子集)内的情况下操作。
本发明所公开的膜可以被配置为在该膜的第一侧上的压力为约10巴至约120巴并且该膜的第二侧上的压力为约2巴至约20巴的情况下操作。在至少一些情况下，本发明所公开的膜可以被配置为在该膜的第一侧上的液体静压在下限约10巴、15巴、20巴、25巴、30巴、35巴、40巴、45巴、50巴、55巴、60巴、65巴、70巴、75巴、80巴、85巴、90巴、95巴、100巴至上限约105巴、110巴、115巴、120巴、125巴、130巴、135巴、140巴、145巴、150巴、155巴、160巴、165巴、170巴、175巴、180巴、185巴、190巴、195巴和200巴的范围(涵盖上限与下限之间的任何值和任何子集)内的情况下操作。
在至少一些情况下，本发明所公开的膜可以被配置为在该膜的第二侧上的液体静压在下限约1巴、2巴、3巴、4巴、5巴、6巴、7巴、8巴、9巴、10巴、11巴、12巴、13巴、14巴、15巴至上限约5巴、6巴、7巴、8巴、9巴、10巴、11巴、12巴、13巴、14巴、15巴、16巴、17巴、18巴、19巴、20巴、21巴、22巴、23巴、24巴和25巴的范围(涵盖上限与下限之间的任何值和任何子集)内的情况下操作。
使用本发明所公开的膜和过滤模块，结合常规RO系统，还可以降低现有RO设备的进料浓度、增加产水量并改善水质。此外，由本发明所公开的OsARO膜、过滤模块和技术产生的盐水的盐度高于常规RO系统产生的盐水的盐度，从而使得本发明所公开的设备和方法能够用于生产供零液体排放(ZLD)应用或近ZLD应用所使用的浓缩进料流。
本发明所公开的膜(诸如上文参照图1和图2所述的膜115和膜215-218)可以由具有使一种流组分相比另一种流组分优先从中穿过的能力的任何半透膜材料组成。该膜可以是聚合物膜、无机膜、生物膜、生物和无机复合膜、合成有机复合膜，或它们的任意组合。聚合物膜可以根据Loeb&Sourirajen开发的相转化过程形成，以便形成具有穿过该膜的孔隙率和孔径梯度的不对称膜。由于一种物质相比另一种物质优先扩散跨过该膜，所以这种膜能够将溶质和溶剂分离。
在至少一些情况下，该膜可以是无机膜，诸如陶瓷膜、玻璃膜、金属膜、碳膜、沸石膜，或它们的任意组合。无机膜可以根据烧结过程或本领域已知的任何其它方法制备。
在一些情况下，该膜可以是由多种材料组成的薄膜复合膜。在此类情况下，可以通过用半透膜层涂覆多孔支撑层来形成该膜。至少在一些情况下，薄的活性层涂层可以由与多孔支撑材料相同的材料组成。
在至少一些情况下，该膜可以是包括脂质双层和蛋白质的生物膜，其中蛋白质掺入到一个或多个脂质双层中并且能够选择性地将溶质运输跨过该膜。在至少一些情况下，此类生物膜可以与其它膜杂混，以便形成生物和无机复合物、或生物和合成有机复合物。生物和合成有机复合膜的实例是水通道蛋白膜。
本发明所公开的膜可以包括位于膜的第一侧、或膜的第二侧、或膜的第一侧和第二侧这两者上的活性表皮。如本文所用，术语“活性表皮”表示膜的负责滤除感兴趣的物质以便减轻膜污染的一部分。感兴趣的物质可以包括颗粒、有机材料和无机材料，以及微生物。由于本发明所公开的膜被配置为在该膜的两侧上接收进料溶液，所以该膜的每一侧都可以包括活性表皮，以便在操作期间更好地滤除污染物质。然而，至少在一些情况下，该膜可以包括一块活性表皮或不包括活性表皮，特别是在对一种或多种进料溶液流进行预处理以除去污染物质的情况下。
本发明所公开的膜可以在接近环境温度的相对窄的温度范围内操作，或者可以与其中对工艺流的加热或冷却并不总是可行的工业过程结合起来操作。在此类情况下，这些膜可以至少部分地由适合于较高温度的材料构成，诸如聚苯并咪唑(PBI)纤维、聚砜(PSU)、聚芳基砜(PAS)、聚芳醚砜(PAES)、聚酰亚胺(PI)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰胺-酰亚胺(PAI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯砜(PPSU)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、全氟烷氧基烷烃(PFA)、再生纤维素和氟化乙烯丙烯(FEP)。
本发明所公开的过滤模块包括至少两个入口端口和至少两个出口端口。至少一个入口端口被配置为接收来自第一进料溶液源的第一进料溶液流，而至少一个入口端口被配置为接收来自第二进料溶液源的第二进料溶液流。本发明所公开的过滤模块还包括被配置为排出浓缩的第一进料溶液流的至少一个出口端口，以及被配置为排出产生的渗透物溶液或稀释的第二进料溶液流的至少一个出口端口。
例如，过滤模块150(如图1中所描绘)包括入口端口181，该入口端口为第一进料溶液流141提供入口通道，使其进入第一室131并被膜115的第一侧121接收。过滤模块150还包括第一出口端口191，该第一出口端口提供浓缩的第一进料溶液流171从第一室131离开的出口。过滤模块150还包括第二入口端口182，该第二入口端口为第二进料溶液流142提供入口通道，使其进入第二室并被膜115的第二侧122接收。过滤模块150还包括第二出口端口192，该第二出口端口提供稀释的第二进料溶液流172从第二室132离开的出口。
尽管过滤模块150在图1中被描绘为具有两个入口端口和两个出口端口，共计四个端口，但任何数量的入口端口和/或出口端口都在本公开的实质和范围之内，只要有至少一个入口端口和一个出口端口与该膜的第一侧流体连通、并且有至少一个入口端口和一个出口端口与该膜的第二侧流体连通即可。例如，具有4、5、6、7、8、9、10、11、12至100个端口的过滤模块在本公开的实质和范围之内。
本发明所公开的膜可以是能够有效地执行本文所公开的OsARO工艺和技术的任何形式或配置。例如，本发明所公开的膜可以是平行叶片、动态膜、管状陶瓷膜、管状聚合物膜、振荡膜或者盘加管(Disk and Tube)的形式。在至少一些情况下，该膜可以是下列形式的平片膜：螺旋缠绕平片膜、板框型、悬于进料溶液中的平片叶片，或者封装件中的折叠平片。在其它情况下，该膜可以是下列形式的管状膜：中空纤维管状膜、中空细纤维管状膜、毛细管管状膜，以及没有壳体的双开口管状膜。
根据本公开的至少一个方面，该膜可以是平片膜，诸如图4中所描绘的那种。图4描绘了过滤模块400，该过滤模块具有壳体410、渗透物管455和由平片膜450形成的至少一个小叶435，所述平片膜被布置为形成围绕渗透物间隔件425的膜包封件430。渗透物间隔件425包括一个或多个渗透物通道(未示出)。膜包封件430的外侧，或小叶435，形成膜450的第一侧460，而膜包封件430的内侧则形成膜450的第二侧470。在至少一些情况下，膜包封件430可以是折叠的半透膜片。
过滤模块400的壳体410包括第一入口端口480和第一出口端口482，该第一入口端口被配置为接收来自第一进料溶液源(未示出)的第一进料溶液流，并且该第一出口端口被配置为从过滤模块400排出浓缩的第一进料溶液流。壳体410还包括第二入口端口484和第二出口端口486，该第二入口端口被配置为接收来自第二进料溶液源(未示出)的第二进料溶液流，并且该第二出口端口被配置为排出稀释的第二进料溶液流。
如图4中所描绘，过滤模块400包括渗透物管455，该渗透物管沿半透膜的边缘设置，并且经由在渗透物管455中形成的一个或多个穿孔475与渗透物间隔件425中的一个或多个渗透物通道(未示出)流体联接。渗透物管455还与壳体410的第二出口端口486联接。除了渗透物间隔件425的内侧边缘向渗透物管455的穿孔475敞开之外，该膜包封件的边缘被粘合剂415密封。容纳在壳体410中的每个半透膜450都具有与第一入口端口480流体联接的外侧460，以及与渗透物间隔件425和一个或多个渗透物通道流体联接的内侧470。膜450的外侧460被配置为经由第一入口端口480接收来自第一进料溶液源的第一进料溶液流。渗透物间隔件425与第二入口端口484流体联接，因此，膜450的内侧470被配置为经由第二入口端口484和渗透物间隔件425接收来自第二进料溶液源的第二进料溶液流。因此，在向膜450的第一侧460施加液体静压时，膜450被配置为将第一进料溶液流的溶剂以渗透物溶液的形式跨膜传递到渗透物间隔件425中的一个或多个渗透物通道，并且经由渗透物管455穿过第二出口端口486。
本发明所公开的平片膜可以具有各种配置，只要平片膜包括用于使第二进料溶液流流到该膜的第二侧(膜包封件的内侧)的装置即可。所有此类配置都在本公开的实质和范围之内。图4至图6展示了作为本公开的示例性实施方案的三种这样的配置。
如图4中所示，过滤模块400还包括将渗透物管455分成第一渗透物管部分457和第二渗透物管部分459的密封元件490。第一渗透物管部分457与第二入口端口484流体联接，而第二渗透物管部分459则与第二出口端口486流体联接。第一渗透物管部分457被配置为经由第二入口端口484接收来自第二进料溶液源的第二进料溶液流，并且将第二进料溶液流递送穿过第一渗透物管部分457中的一个或多个穿孔475，到达渗透物间隔件425中的一个或多个渗透物通道，使得第二进料溶液流与半透膜450的内侧470流体连通。
此外，密封元件490从渗透物管455纵向延伸到渗透物间隔件425中，以便引导第二进料溶液流从第一渗透物管部分457以大致U形的路径流向第二渗透物管部分459。
图5提供了具有平片膜的过滤模块的一个替代性实施方案，其适用于OsARO系统，其中渗透物间隔件包括接收室和收集室。如图5中所描绘，过滤模块500包括壳体510、渗透物管555和由平片膜550形成的至少一个小叶535，所述平片膜被布置为形成围绕渗透物间隔件525的膜包封件530。渗透物间隔件525包括一个或多个渗透物通道(未示出)。膜包封件530的外侧，或小叶535，形成膜550的第一侧560，而膜包封件530的内侧则形成膜550的第二侧570。在至少一些情况下，膜包封件530可以是折叠的半透膜片。膜包封件530的边缘被粘合剂515密封。
过滤模块500的壳体510包括第一入口端口580和第一出口端口582，该第一入口端口被配置为接收来自第一进料溶液源(未示出)的第一进料溶液流，并且该第一出口端口被配置为从过滤模块500排出浓缩的第一进料溶液流。壳体510还包括第二入口端口584和第二出口端口586，该第二入口端口被配置为接收来自第二进料溶液源(未示出)的第二进料溶液流，并且该第二出口端口被配置为排出稀释的第二进料溶液流。
如图5中所示，过滤模块500还包括渗透物管555，该渗透物管沿半透膜550的边缘设置。设置在渗透物管555的第一端部552中的第一密封元件591将渗透物管555分成第一端部部分557和中央部分558。第一端部部分557与第二入口端口584流体联接。过滤模块500还包括设置在渗透物管555的第二端部553中的第二密封元件592，以便将渗透物管555分成第二端部部分559和中央部分558。第二端部部分559与第二出口端口流体联接。
此外，第一密封元件591从渗透物管555纵向延伸到渗透物间隔件525中以形成渗透物间隔件接收部分598，该渗透物间隔件接收部分与第一端部部分557流体联接并且被配置为接收来自第二进料溶液源的第二进料溶液流。第一密封元件591还包括一个或多个穿孔575，所述一个或多个穿孔被配置为允许第二进料溶液流流到渗透物间隔件525和一个或多个渗透物通道中，使得第二进料溶液流与半透膜550的内侧570流体连通。
第二密封元件592从渗透物管555纵向延伸到渗透物间隔件525中，以形成经由第二密封元件592中的一个或多个穿孔575与第二端部部分559流体联接的渗透物间隔件收集部分599。
容纳在壳体510中的半透膜550具有与第一入口端口580流体联接的外侧560，以及与渗透物间隔件525和一个或多个渗透物通道流体联接的内侧570。膜550的外侧560被配置为经由第一入口端口580接收来自第一进料溶液源的第一进料溶液流。渗透物间隔件525经由渗透物间隔件接收部分598与第二入口端口584流体联接，因此，膜550的内侧570被配置为经由第二入口端口584、渗透物间隔件接收部分598和渗透物间隔件525接收来自第二进料溶液源的第二进料溶液流。因此，在向膜550的第一侧560施加液体静压时，膜550被配置为使第一进料溶液流的溶剂以渗透物溶液的形式跨过膜550到达渗透物间隔件525中的一个或多个渗透物通道，并且经由渗透物管555的渗透物间隔件收集部分599和第二端部部分559穿过第二出口端口586。
图6提供了适用于OsARO系统的平片膜过滤模块的一个替代性实施方案，该平片膜过滤模块具有第二管。如图6中所描绘，过滤模块600包括壳体610、渗透物管655和由平片膜650形成的至少一个小叶635，所述平片膜被布置为形成围绕渗透物间隔件625的膜包封件630。渗透物间隔件625包括一个或多个渗透物通道(未示出)。膜包封件630的外侧，或小叶635，形成膜650的第一侧660，而膜包封件630的内侧则形成膜650的第二侧670。在至少一些情况下，膜包封件630可以是折叠的半透膜片。
过滤模块600的壳体610包括第一入口端口680和第一出口端口682，该第一入口端口被配置为接收来自第一进料溶液源(未示出)的第一进料溶液流，并且该第一出口端口被配置为从过滤模块600排出浓缩的第一进料溶液流。壳体610还包括第二入口端口684和第二出口端口686，该第二入口端口被配置为接收来自第二进料溶液源(未示出)的第二进料溶液流，并且该第二出口端口被配置为排出稀释的第二进料溶液流。
如图6中所描绘，过滤模块600包括渗透物管655，该渗透物管沿半透膜的边缘设置，并且经由在渗透物管655中形成的一个或多个穿孔675与渗透物间隔件625中的一个或多个渗透物通道(未示出)流体联接。渗透物管655还与壳体610的第二出口端口686联接。过滤模块600还包括第二管657，该第二管沿半透膜650的与渗透物管655相对的边缘设置。第二管657经由在第二管657中形成的一个或多个穿孔675与渗透物间隔件625和一个或多个渗透物通道流体联接。第二管657还与第二入口端口684流体联接。除了渗透物间隔件625的内侧边缘向渗透物管655的穿孔675敞开并且渗透物间隔件625的相对内侧边缘向第二管657的穿孔675敞开之外，膜包封件630的边缘被粘合剂615密封。第二管657被配置为经由第二入口端口684接收来自第二进料溶液源的第二进料溶液流，并且将第二进料溶液流递送穿过第二管657中的一个或多个穿孔675而到达渗透物间隔件，使得第二进料溶液流与膜650的内侧670流体连通。
容纳在壳体610中的每个半透膜650都具有与第一入口端口680流体联接的外侧660，以及与渗透物间隔件625和一个或多个渗透物通道流体联接的内侧670。膜650的外侧660被配置为经由第一入口端口680接收来自第一进料溶液源的第一进料溶液流。渗透物间隔件625经由第二管657与第二入口端口684流体联接，因此，膜650的内侧670被配置为经由第二入口端口684、第二管657和渗透物间隔件625接收来自第二进料溶液源的第二进料溶液流。因此，在向膜650的第一侧660施加液体静压时，膜650被配置为将第一进料溶液流的溶剂以渗透物溶液的形式跨膜传递到渗透物间隔件625中的一个或多个渗透物通道，并且经由渗透物管655中的穿孔675穿过第二出口端口686。
图7是根据本公开的一个示例实施方案的平片膜包封件的分解图。如图7中所描绘，过滤模块700包括渗透物管755和由平片膜750形成的小叶735，所述平片膜被布置为形成围绕渗透物间隔件725的膜包封件730。小叶735可以由单个平片膜750形成，该单个平片膜经折叠以便形成小叶735的一个边缘，并且被固定或紧固到渗透物管755，或者作为替代，小叶735可以由第一平片膜750和第二平片膜750形成，该第一平片膜和第二平片膜被布置为形成围绕间隔件725的膜包封件730并且在两个或更多个边缘处密封或胶合。除了渗透物间隔件725的内侧边缘向渗透物管755的穿孔(未示出)敞开之外，该膜包封件的边缘被粘合剂密封。
平片膜750可以包括位于平片膜750的一侧或多侧上的活性表皮792。平片膜750还可以包括多孔部分794和支撑结构796。支撑结构796可以是织造或非织造结构。渗透物间隔件725包括一个或多个渗透物通道788。
膜包封件730的外侧，或小叶735，形成膜750的第一侧760，而膜包封件730的内侧则形成膜750的第二侧770。渗透物管755沿半透膜750的边缘设置，并且经由在渗透物管755中形成的一个或多个穿孔(未示出)与渗透物间隔件725中的一个或多个渗透物通道788流体联接。在向膜750的第一侧760施加液体静压时，膜750被配置为将第一进料溶液流的溶剂以渗透物溶液的形式跨膜750传递到渗透物间隔件725中的一个或多个渗透物通道788，并且经由渗透物管755穿过第二出口端口(未示出)。
图8是根据本公开的一个示例实施方案的具有进料间隔件的平片膜包封件过滤模块的分解图。如图8中所描绘，过滤模块800具有与图7相似的特征，但此外还包括具有提供第一进料溶液流的流动的进料间隔件通道878的进料间隔件875，使得第一进料溶液流在小叶835周围流动并与膜850的第一侧860接触。在至少一些情况下，过滤模块800由被至少一个进料间隔件875分开的多个小叶835构成。渗透物间隔件825包括渗透物通道888，这些渗透物通道提供第二进料溶液流和渗透物在每个小叶835的内侧上的流动以及与膜850的第二侧870的接触。进料间隔件875可以与一个或多个第一入口端口(未示出)和一个或多个第一出口端口(未示出)流体联接。
如图8中所描绘，过滤模块800包括渗透物管855和由平片膜850形成的小叶835，所述平片膜被布置为形成围绕渗透物间隔件825的膜包封件830。小叶835可以由单个平片膜850形成，该单个平片膜经折叠以便形成小叶835的一个边缘，并且被固定或紧固到渗透物管855，或者作为替代，小叶835可以由第一平片膜850和第二平片膜850形成，该第一平片膜和第二平片膜被布置为形成围绕间隔件825的膜包封件830并且在两个或更多个边缘处密封或胶合。除了渗透物间隔件825的内侧边缘向渗透物管855的穿孔(未示出)敞开之外，该膜包封件的边缘被粘合剂密封。
平片膜850可以包括位于平片膜850的一侧或多侧上的活性表皮892。平片膜850还可以包括多孔部分894和支撑结构896。支撑结构896可以是织造或非织造结构。渗透物间隔件825包括一个或多个渗透物通道888。
膜包封件830的外侧，或小叶835，形成膜850的第一侧860，而膜包封件830的内侧则形成膜850的第二侧870。渗透物管855沿半透膜850的边缘设置，并且经由在渗透物管855中形成的一个或多个穿孔(未示出)与渗透物间隔件825中的一个或多个渗透物通道888流体联接。在向膜850的第一侧860施加液体静压时，膜850被配置为将第一进料溶液流的溶剂以渗透物溶液的形式跨膜850传递到渗透物间隔件825中的一个或多个渗透物通道888，并且经由渗透物管855穿过第二出口端口(未示出)。
在至少一些情况下，本发明所公开的小叶(诸如图4至图8中的小叶435、535、635、735和835)可以重复缠绕在渗透物管上，以形成卷绕或螺旋缠绕的平片膜，如图9中所示。如图9中所描绘，螺旋缠绕的平片膜模块900包括重复缠绕在渗透物管955上的螺旋缠绕平片膜905。螺旋缠绕的平片模块900还包括围绕螺旋缠绕平片膜905的壳体910。壳体910包括第一入口端口980和第一出口端口982，该第一入口端口被配置为接收来自第一进料溶液源(未示出)的第一进料溶液流，并且该第一出口端口被配置为从过滤模块900排出浓缩的第一进料溶液流。壳体910还包括第二入口端口984和第二出口端口986，该第二入口端口被配置为接收来自第二进料溶液源(未示出)的第二进料溶液流，并且该第二出口端口被配置为排出稀释的第二进料溶液流。
本发明所公开的平片膜可以被配置为表现出约30％至约99.9％的脱盐率水平，这取决于盐的种类和应用。在至少一些情况下，本发明所公开的平片膜可以表现出约40％至约95％或约60％至约90％的脱盐率水平。本发明所公开的平片膜能够在叶片的外侧上的压力为约10巴至约120巴并且叶片的内侧上的压力为约2巴至约20巴的情况下操作。在其它情况下，这些平片膜可以在叶片的外侧上的压力为约30巴至约80巴并且叶片的内侧上的压力为约2巴至约20巴的情况下操作。
根据本公开的至少一个方面，该膜可以是具有内孔和外部壳体的管状中空纤维膜，如图10中所示。图10是根据本公开的一个示例实施方案的管状中空纤维膜模块1000的图。如图10中所描绘，管状中空纤维膜模块1000包括壳体1010和多个管状中空纤维膜1050。每个管状中空纤维膜1050都包括外部壳体1002和内孔1004。膜1050的第一侧1060可以是外部壳体1002的外表面，而膜1050的第二侧1070可以是管状中空纤维膜1050的内孔1004的内表面。在操作期间，在向膜1050的第一侧1060施加液体静压时，渗透物溶液传递到膜1050的内孔1004。每个管状中空纤维膜1050都在两个端部处敞开，并且渗透物可以根据过滤模块1000的配置从中空纤维膜1050的一个端部或两个端部流出。在至少一些情况下，每个管状中空纤维膜1050都至少部分地由三醋酸纤维素制成。
每个管状中空纤维膜1050都被配置为将第二进料溶液流接收到内孔1004中，使得该第二进料溶液流与内孔1004的内表面接触，因此与膜1050的第二侧1070接触。在壳体上施加的液体静压导致第二进料溶液流与从膜1060的第一侧穿过膜1050壁的渗透物混合，从而形成稀释的第二进料溶液流。因此，稀释的第二进料溶液流离开管状中空纤维膜1050的内孔1004，而浓缩的第一进料溶液流离开管状中空纤维膜1050的壳体侧1070。
壳体1010包括第一入口端口1080和第一出口端口1082，该第一入口端口被配置为接收来自第一进料溶液源(未示出)的第一进料溶液流，并且该第一出口端口被配置为从过滤模块1000排出浓缩的第一进料溶液流。壳体1010还包括第二入口端口1084，该第二入口端口被配置为接收来自第二进料溶液源(未示出)的第二进料溶液流。第二入口端口1084与管状中空纤维膜1050的一个或多个内孔1004流体联接。壳体1010还包括第二出口端口1086，该第二出口端口被配置为接收来自管状中空纤维膜1050的一个或多个内孔1004的稀释的第二进料溶液流，并且从过滤模块1000排出稀释的第二进料溶液流。灌封材料1095用于保持第二进料溶液流与第一进料溶液流分离，并且促进第二进料溶液流通过第二入口端口1084流到管状中空纤维膜1050的内孔1004、或者在模块1000的相对端部上流动，促进稀释的第二进料溶液流从管状中空纤维膜1050的内孔1004流到第二出口端口986并流出模块1000。
虽然管状中空纤维膜已经用于常规RO应用中，且没有被配置为在膜的第二侧或内孔上接收第二进料溶液流，但是此类管状中空纤维膜被设计为对半咸水RO提供超过99％的脱盐率，并且对海水RO提供通常高达99.8％的脱盐率，以便将水脱盐为满足饮用的要求。然而，对于根据本发明所公开的OsARO方法和技术适合使用的本发明所公开的膜和过滤模块，可以放宽99+％的脱盐率标准。在OsARO应用中，可以允许第一进料溶液流和第二进料溶液流通过跨过膜进行混合。因此，渗透压差减小，跨膜通量增加。通过降低对感兴趣的盐物质的滤盐参数，可以降低增大或减小盐度所需的压力，从而节省能量。本发明所公开的管状中空纤维膜可以被配置为表现出介于约30％与约99.9％之间的脱盐率水平，这取决于盐的种类和应用。在至少一些情况下，本发明所公开的管状中空纤维膜可以表现出介于约40％与约95％之间或介于约60％与约90％之间的脱盐率水平。
本发明所公开的管状中空纤维膜能够在壳体侧上的压力介于约10巴与约120巴之间并且膜的内孔侧上的压力介于约2巴与约20巴之间的情况下操作。在其它情况下，管状中空纤维膜可以在该膜的壳体侧上的压力为约30巴至约80巴的情况下操作。该管状中空纤维膜可以具有约63μm至约2,000μm的内径。在一些情况下，该管状中空纤维膜可以具有约85μm至约230μm或约100μm至约150μm的内径。管状中空纤维膜的厚度可以变化，以支持约10巴至约120巴的操作压差，这取决于应用。
上文示出和描述的实施方案仅仅是实例。因此，许多此类细节既未示出、又未描述。虽然本发明技术的许多特征和优点已经连同本公开的结构和功能的细节一起在以上描述中列举，但本公开仅仅是说明性的，并且可在本公开的原理范围内在细节上，尤其是在零件的形状、尺寸和布置方面进行更改，更改的最大范围由所附权利要求中所用术语的宽泛的一般含义指示。因此将理解，上文所述的实施方案可以在所附权利要求的范围内进行修改。
Claims (66)
1.一种过滤模块，其包括：
半透膜，所述半透膜包括第一侧和第二侧，其中所述第一侧被配置为接收来自第一进料溶液源的第一进料溶液流，并且所述第二侧被配置为接收来自第二进料溶液源的第二进料溶液流，
其中所述半透膜被配置为在向所述膜的所述第一侧和所述第二侧施加液体静压时将所述第一进料溶液流的溶剂以渗透物溶液的形式从所述膜的所述第一侧传递到所述膜的所述第二侧，所述半透膜被配置为在所述第二侧上的液体静压为所述膜的所述第一侧上的液体静压的约1％至约40％的情况下操作。
2.根据权利要求1所述的模块，其中所述膜被配置为在所述膜的所述第一侧上的压力为约10巴至约120巴并且所述膜的所述第二侧上的压力为约2巴至约20巴的情况下操作。
3.根据权利要求1所述的模块，其中所述膜在脱盐、ZLD或近ZLD废水处理系统中操作期间表现出约60％至约90％的脱盐率。
4.根据权利要求1所述的模块，其中当所述膜的所述第一侧暴露于包含200,000ppm溶质、温度为25℃且液体静压为约70巴的第一进料溶液流时，所述膜表现出约60％至约90％的脱盐率。
5.根据权利要求1所述的模块，其中当所述膜的所述第一侧暴露于包含35,000ppm溶质、温度为25℃且液体静压为约40巴的第一进料溶液流时，所述膜表现出至少0.18升/平方米/小时的渗透物通量。
6.根据权利要求1所述的模块，其中所述膜是具有内孔和外部壳体的管状中空纤维膜，所述膜的所述第一侧包括所述外部壳体的外表面，并且所述膜的所述第二侧包括所述内孔的内表面，其中在向所述膜的所述第一侧施加液体静压时，所述渗透物溶液传递到所述膜的所述内孔。
7.根据权利要求6所述的模块，其中所述膜能够在所述壳体侧上的压力为约10巴至约120巴并且所述膜的所述内孔侧上的压力为约2巴至约20巴的情况下操作。
8.根据权利要求6所述的模块，其中所述膜具有约63μm至约2000μm的内孔直径。
9.根据权利要求6所述的模块，其中所述膜具有约85μm至约230μm的内孔直径。
10.根据权利要求6所述的模块，其中所述膜具有约100μm至约150μm的内孔直径。
11.一种包括根据权利要求6所述的模块的设备，所述设备还包括：
第一进料溶液源；和
第二进料溶液源；
其中所述第一进料溶液流具有第一溶质浓度和第一渗透压，并且所述第二进料溶液流具有第二溶质浓度和第二渗透压，所述第一渗透压大于或等于所述第二渗透压，并且所述第二进料溶液流具有比所述渗透物溶液更大的渗透压，并且
其中所述第一进料溶液源被配置为在所述膜的所述壳体侧上提供约10巴至约120巴的液体静压，并且所述第二进料溶液源被配置为在所述膜的所述内孔侧上提供约2巴至约20巴的液体静压。
12.根据权利要求11所述的模块，其中所述膜被布置为形成围绕渗透物间隔件的膜包封件，所述膜包封件和所述渗透物间隔件构成小叶，所述膜的所述第一侧构成所述膜包封件的外侧，并且所述膜的所述第二侧构成所述膜包封件的内侧，并且其中在向所述膜的所述第一侧施加液体静压时，所述渗透物溶液传递到所述渗透物间隔件中的一个或多个渗透物通道。
13.根据权利要求12所述的过滤模块，其中所述膜包封件包括折叠的半透膜片。
14.根据权利要求12所述的过滤模块，其还包括与所述渗透物间隔件流体联接的渗透物管，其中所述小叶以卷的形式重复缠绕在所述渗透物管上。
15.根据权利要求12所述的模块，其中所述膜能够在所述膜包封件的所述外侧上的压力为约10巴至约120巴并且所述膜包封件的所述内侧上的压力为约2巴至约20巴的情况下操作。
16.一种包括根据权利要求12所述的模块的设备，所述设备还包括：
第一进料溶液源；
第二进料溶液源；并且
其中所述第一进料溶液流具有第一溶质浓度和第一渗透压，并且所述第二进料溶液流具有第二溶质浓度和第二渗透压，所述第一渗透压大于或等于所述第二渗透压，并且其中所述第二渗透压大于所述渗透物溶液的渗透压；并且
其中所述第一进料溶液源被配置为在所述膜包封件的所述外侧上提供约10巴至约120巴的液体静压，并且所述第二进料溶液源被配置为在所述膜包封件的所述内侧上提供约2巴至约20巴的液体静压。
17.一种脱盐、零液体排放(ZLD)或近ZLD废水处理系统，其包括根据权利要求1所述的模块。
18.根据权利要求1所述的模块，其中所述膜包括呈一种选自由下列组成的组的形式的膜：平行叶片、动态膜、管状陶瓷膜、管状聚合物膜、振荡膜，以及盘加管。
19.根据权利要求1所述的模块，其中所述膜包括平片膜，所述平片膜具有选自由下列组成的组的配置：螺旋缠绕、板框型、悬于进料溶液中的平片叶片，以及封装件中的折叠平片。
20.根据权利要求1所述的模块，其中所述膜包括管状膜，所述管状膜具有选自由下列组成的组的配置：中空纤维、中空细纤维、管状、毛细管，以及没有壳体的双开口管状膜。
21.根据权利要求1所述的模块，其中所述膜是聚合物膜、无机膜、生物膜、生物和无机复合膜、合成有机复合膜，或它们的任意组合。
22.根据权利要求1所述的模块，其中所述膜是选自由陶瓷膜、玻璃膜、金属膜、碳膜、沸石膜以及它们的任意组合组成的组的无机膜。
23.根据权利要求1所述的模块，其中所述膜是薄膜复合膜。
24.根据权利要求1所述的模块，其中所述膜是包括脂质双层和蛋白质的生物膜，其中所述蛋白质掺入到一个或多个脂质双层中并且能够选择性地跨所述膜运输溶质。
25.一种过滤模块，其包括：
第一室和第二室；
设置在所述第一室与所述第二室之间的界面处的半透膜，所述半透膜具有与所述第一室流体连通的第一侧和与所述第二室流体连通的第二侧；
其中所述第一室被配置为接收来自第一进料溶液源的第一进料溶液流，并且所述第二室被配置为接收来自第二进料溶液源的第二进料溶液流；并且
其中所述半透膜被配置为在向所述膜的所述第一侧和所述第二侧施加液体静压时将所述第一进料溶液流的溶剂以渗透物溶液的形式从所述膜的所述第一侧传递到所述膜的所述第二侧，所述半透膜被配置为在所述第二侧上的液体静压为所述膜的所述第一侧上的液体静压的约1％至约40％的情况下操作。
26.根据权利要求25所述的过滤模块，
其中所述第一室包括第一入口端口和第一出口端口，所述第一入口端口被配置为接收来自所述第一进料溶液源的第一进料溶液流，并且所述第一出口端口被配置为排出浓缩的第一进料溶液流；并且
其中所述第二室包括第二入口端口和第二出口端口，所述第二入口端口被配置为接收来自所述第二进料溶液源的第二进料溶液流，并且所述第二出口端口被配置为排出产生的渗透物溶液。
27.根据权利要求25所述的模块，其中所述膜在脱盐、ZLD或近ZLD废水处理系统中操作期间表现出约60％至约90％的脱盐率。
28.根据权利要求25所述的模块，其中当所述膜的所述第一侧暴露于包含200,000ppm溶质、温度为25℃且压力为约70巴的第一进料溶液流时，所述膜表现出约60％至约90％的脱盐率。
29.根据权利要求25所述的模块，其中当所述膜的所述第一侧暴露于包含35,000ppm溶质、温度为25℃且压力为约40巴的第一进料溶液流时，所述膜表现出至少0.18升/平方米/小时的渗透物通量。
30.根据权利要求25所述的模块，其中所述膜是具有内孔和外部壳体的管状中空纤维膜，所述膜的所述第一侧包括所述外部壳体的外表面，并且所述膜的所述第二侧包括所述内孔的内表面，其中在向所述膜的所述第一侧施加液体静压时，所述渗透物溶液传递到所述膜的所述内孔。
31.根据权利要求30所述的模块，其中所述膜能够在所述壳体侧上的压力为约10巴至约120巴并且所述膜的所述内孔侧上的压力为约2巴至约20巴的情况下操作。
32.根据权利要求30所述的模块，其中所述膜具有约63μm至约2000μm的内孔直径。
33.根据权利要求30所述的模块，其中所述膜具有约85μm至约230μm的内孔直径。
34.根据权利要求30所述的模块，其中所述膜具有约100μm至约150μm的内孔直径。
35.一种包括根据权利要求30所述的模块的设备，所述设备还包括：
第一进料溶液源；
第二进料溶液源；并且
其中所述第一进料溶液流具有第一溶质浓度和第一渗透压，并且所述第二进料溶液流具有第二溶质浓度和第二渗透压，所述第一渗透压大于或等于所述第二渗透压，并且其中所述第二渗透压大于所述渗透物溶液的渗透压；并且
其中所述第一进料溶液源被配置为在所述膜的所述壳体侧上提供约10巴至约120巴的液体静压，并且所述第二进料溶液源被配置为在所述膜的所述内孔侧上提供约2巴至约20巴的液体静压。
36.根据权利要求25所述的模块，其中所述膜被布置为形成围绕所述第二室的膜包封件，所述膜包封件和所述第二室构成小叶，所述膜的所述第一侧构成所述膜包封件的与所述第一室流体连通的外侧，并且所述膜的所述第二侧构成所述膜包封件的与所述第二室流体连通的内侧，并且其中在向所述膜的所述第一侧施加液体静压时，所述渗透物溶液传递到所述第二室。
37.根据权利要求36所述的过滤模块，其中所述膜包封件包括折叠的半透膜片。
38.根据权利要求36所述的过滤模块，其还包括与所述第二室流体联接的渗透物管，其中所述小叶以卷的形式重复缠绕在所述渗透物管上。
39.根据权利要求36所述的模块，其中所述膜能够在所述膜包封件的所述外侧上的压力介于约10巴至约120巴之间并且所述膜包封件的所述内侧上的压力为约2巴至约20巴的情况下操作。
40.一种包括根据权利要求36所述的模块的设备，所述设备还包括：
第一进料溶液源；
第二进料溶液源；并且
其中所述第一进料溶液流具有第一溶质浓度和第一渗透压，并且所述第二进料溶液流具有第二溶质浓度和第二渗透压，所述第一渗透压大于或等于所述第二渗透压，并且其中所述第二渗透压大于所述渗透物溶液的渗透压；并且
其中所述第一进料溶液源被配置为在所述膜包封件的所述外侧上提供约10巴至约120巴的液体静压，并且所述第二进料溶液源被配置为在所述膜包封件的所述内侧上提供约2巴至约20巴的液体静压。
41.一种脱盐、零液体排放(ZLD)或近ZLD废水处理系统，其包括根据权利要求25所述的模块。
42.根据权利要求25所述的模块，其中所述膜包括呈一种选自由下列组成的组的形式的膜：平行叶片、动态膜、管状陶瓷膜、管状聚合物膜、振荡膜，以及盘加管。
43.根据权利要求25所述的模块，其中所述膜包括平片膜，所述平片膜具有选自由下列组成的组的配置：螺旋缠绕、板框型、悬于进料溶液中的平片叶片，以及封装件中的折叠平片。
44.根据权利要求25所述的模块，其中所述膜包括管状膜，所述管状膜具有选自由下列组成的组的配置：中空纤维、中空细纤维、管状、毛细管，以及没有壳体的双开口管状膜。
45.根据权利要求25所述的模块，其中所述膜是聚合物膜、无机膜、生物膜、生物和无机复合膜、合成有机复合膜，或它们的任意组合。
46.根据权利要求25所述的模块，其中所述膜是选自由陶瓷膜、玻璃膜、金属膜、碳膜、沸石膜以及它们的任意组合组成的组的无机膜。
47.根据权利要求25所述的模块，其中所述膜是薄膜复合膜。
48.根据权利要求25所述的模块，其中所述膜是包括脂质双层和蛋白质的生物膜，其中所述蛋白质掺入到一个或多个脂质双层中并且能够选择性地跨所述膜运输溶质。
49.一种过滤模块，其包括：
壳体，所述壳体具有第一入口端口、第二入口端口、第一出口端口和第二出口端口，所述第一入口端口被配置为接收来自第一进料溶液源的第一进料溶液流，所述第二入口端口被配置为接收来自第二进料溶液源的第二进料溶液流，所述第一出口端口被配置为排出浓缩的第一进料溶液流，并且所述第二出口端口被配置为排出产生的渗透物溶液；
设置在所述壳体内的一个或多个小叶，每个小叶包括半透膜和具有一个或多个渗透物通道的渗透物间隔件，所述半透膜被布置为形成围绕所述渗透物间隔件的膜包封件；以及
渗透物管，所述渗透物管沿所述半透膜的边缘设置并且与所述一个或多个渗透物通道和所述第二出口端口流体联接；
其中每个半透膜包括与所述第一入口端口和所述第一出口端口流体联接的外侧，以及与所述渗透物间隔件和所述一个或多个渗透物通道流体联接的内侧，所述膜的所述外侧被配置为经由所述第一入口端口接收来自所述第一进料溶液源的所述第一进料溶液流；
其中所述渗透物间隔件与所述第二入口端口流体联接，所述膜的所述内侧被配置为经由所述第二入口端口接收来自所述第二进料溶液源的所述第二进料溶液流；并且
其中所述半透膜被配置为在向所述膜的所述第一侧施加液体静压时将所述第一进料溶液流的溶剂以渗透物溶液的形式跨所述膜传递到所述一个或多个渗透物通道，并且经由所述渗透物管穿过所述第二出口端口；
其中所述半透膜被配置为在所述内侧上的液体静压为所述膜的所述外侧上的液体静压的约1％至约40％的情况下操作。
50.根据权利要求49所述的过滤模块，其还包括：
与所述渗透物管相邻的第二管，所述第二管与所述渗透物间隔件、所述一个或多个渗透物通道和所述第二入口端口流体联接，所述第二管沿所述半透膜的与所述渗透物管相对的边缘设置；
其中所述第二管被配置为经由所述第二入口端口接收来自所述第二进料溶液源的所述第二进料溶液流，并且将所述第二进料溶液流递送穿过所述第二管中的一个或多个穿孔，到达所述渗透物间隔件和所述一个或多个渗透物通道，使得所述第二进料溶液流与每个半透膜的所述内侧流体连通。
51.根据权利要求49所述的过滤模块，其还包括：
将所述渗透物管分成第一渗透物管部分和第二渗透物管部分的密封元件，所述第一渗透物管部分与所述第二入口端口流体联接，并且所述第二渗透物管部分与所述第二出口端口流体联接；
其中所述第一渗透物管部分被配置为经由所述第二入口端口接收来自所述第二进料溶液源的所述第二进料溶液流，并且将所述第二进料溶液流递送穿过所述第一渗透物管部分中的一个或多个穿孔，到达所述渗透物间隔件和所述一个或多个渗透物通道，使得所述第二进料溶液流与每个半透膜的所述内侧流体连通；
其中所述密封元件从所述渗透物管纵向延伸到所述渗透物间隔件中，以便引导所述第二进料溶液流从所述第一渗透物管部分以大致U形的路径流向所述第二渗透物管部分。
52.根据权利要求49所述的过滤模块，其还包括：
第一密封元件和第二密封元件，所述第一密封元件设置在所述渗透物管的第一端部中，以便将所述渗透物管分成第一端部部分和中央部分，所述第一端部部分与所述第二入口端口流体联接，所述第二密封元件设置在所述渗透物管的第二端部中，以便将所述渗透物管分成第二端部部分和中央部分，所述第二端部部分与所述第二出口端口流体联接；
其中所述第一密封元件从所述渗透物管纵向延伸到所述渗透物间隔件中以形成渗透物间隔件接收部分，所述渗透物间隔件接收部分与所述第一端部部分流体联接并且被配置为接收来自所述第二进料溶液源的所述第二进料溶液流，所述第一密封元件包括一个或多个穿孔，所述一个或多个穿孔被配置为允许所述第二进料溶液流流到所述渗透物间隔件和所述一个或多个渗透物通道中，使得所述第二进料溶液流与每个半透膜的所述内侧流体连通；并且
其中所述第二密封元件从所述渗透物管纵向延伸到所述渗透物间隔件中，以形成经由所述第二密封元件中的一个或多个穿孔与所述第二端部部分流体联接的渗透物间隔件收集部分。
53.根据权利要求49所述的过滤模块，其中所述膜包封件包括折叠的半透膜片。
54.根据权利要求49所述的过滤模块，其中所述渗透物管包括一个或多个穿孔，所述一个或多个穿孔被配置为在所述渗透物管的内孔与所述渗透物间隔件的所述一个或多个渗透物通道之间提供流体连通。
55.根据权利要求54所述的过滤模块，其中除了所述渗透物间隔件的内侧边缘向所述渗透物管的所述穿孔敞开之外，所述膜包封件的所述边缘被密封。
56.根据权利要求49所述的过滤模块，其中所述一个或多个小叶以卷的形式重复缠绕在所述渗透物管上。
57.根据权利要求49所述的模块，其中所述膜在脱盐、ZLD或近ZLD废水处理系统中操作期间表现出约60％至约90％的脱盐率。
58.根据权利要求49所述的模块，其中当所述膜的所述第一侧暴露于包含200,000ppm溶质、温度为25℃且压力为约70巴的第一进料溶液流时，所述膜表现出介于约60％与约90％之间的脱盐率。
59.根据权利要求49所述的模块，其中当所述膜的所述第一侧暴露于包含35,000ppm溶质、温度为25℃且压力为约40巴的第一进料溶液流时，所述膜表现出至少0.18升/平方米/小时的渗透物通量。
60.根据权利要求49所述的模块，其中所述膜能够在所述膜的所述外侧上的压力为约10巴至约120巴并且所述膜的所述内侧上的压力介于约2巴与约20巴之间的情况下操作。
61.一种包括根据权利要求49所述的模块的设备，所述设备还包括：
第一进料溶液源；和
第二进料溶液源；
其中所述第一进料溶液流具有第一溶质浓度和第一渗透压，并且所述第二进料溶液流具有第二溶质浓度和第二渗透压，所述第一渗透压大于或等于所述第二渗透压，并且其中所述第二渗透压大于所述渗透物溶液的渗透压；并且
其中所述第一进料溶液源被配置为在所述膜的所述外侧上提供约10巴至约120巴的液体静压，并且在所述膜的所述内侧上提供约2巴至约20巴的液体静压。
62.一种脱盐、零液体排放(ZLD)或近ZLD废水处理系统，其包括根据权利要求49所述的模块。
63.根据权利要求49所述的模块，其中所述膜是聚合物膜、无机膜、生物膜、生物和无机复合膜、合成有机复合膜，或它们的任意组合。
64.根据权利要求49所述的模块，其中所述膜是选自由陶瓷膜、玻璃膜、金属膜、碳膜、沸石膜以及它们的任意组合组成的组的无机膜。
65.根据权利要求49所述的模块，其中所述膜是薄膜复合膜。
66.根据权利要求49所述的模块，其中所述膜是包括脂质双层和蛋白质的生物膜，其中所述蛋白质掺入到一个或多个脂质双层中并且能够选择性地跨所述膜运输溶质。
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