CN116917024A - 操作水过滤系统的系统和方法 - Google Patents

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CN116917024A CN202280013381.XA CN202280013381A CN116917024A CN 116917024 A CN116917024 A CN 116917024A CN 202280013381 A CN202280013381 A CN 202280013381A CN 116917024 A CN116917024 A CN 116917024A
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Abstract

本申请的一个方面涉及一种用于过滤水的方法和系统，在供入水中可以包括或不包括结垢/积垢化合物。相反，可以使用膜系统/配置来操作与本申请一致的系统和方法，该膜系统/配置包括：输入进料流、输出透过物流和排放物流，该排放物流中残留的污染物浓度不断增加。

Description

操作水过滤系统的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求申请号为63/199,557的美国申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本申请涉及过滤系统和用于操作过滤系统的方法。
背景技术
水过滤系统通常包括至少一个过滤膜，用于由进料流产生渗透。水过滤的一种方法是使用稳态连续反渗透(Reverse Osmosis，RO)操作/循环，并且使用以基本恒定的压力使进料(feed)移动穿过一个或多个过滤膜的泵。以透过物(permeate)形式流出的进料相对于以截留物(retentate)/废弃物(reject)形式流出的进料的比例将可以确定出系统的回收率。通常以等于或低于引发结垢条件的回收率的回收率来操作此种连续流动系统。因此，连续流动系统具有相对较低的最大回收率，例如50-75％，以避免形成结垢和积垢。
进行水过滤的另一种方法使用了批量反渗透操作/循环。在批量反渗透中，随着时间的推移，泵的压力将发生变化，以克服一个或多个过滤膜的渗透压。
尽管与连续流动系统相比，批量反渗透系统能够实现相对较高的回收率，但此种系统必须进行周期性冲洗以保持渗透通量。
附图说明
通过结合附图阅读下文的详细描述，将更好地理解本申请的各个方面和特征。
以下附图用于解释本说明书的教导的对象、方法和装置的各种示例，而不旨在以任何方式限制所教导的内容的范围。
图1示出了统一过滤系统示例图，该统一过滤系统的相反的两端分别表示连续反渗透操作和批量反渗透操作。
图2A示出了在连续反渗透操作期间使用的示例性过滤配置的框图。
图2B示出了在批量反渗透操作期间使用的示例性过滤配置的框图。
图3示出了根据本申请的实施例的示例性过滤系统的框图。
图4示出了根据本申请的实施例的由图3的过滤系统执行的多个示例性过滤操作序列。
图5示出了根据本申请的实施例的执行图4的一个或多个过滤操作序列的示例性过程。
图6示出了根据一个实施例的，当以高于无结垢率的回收率操作时，用于生成第一诱导期和第二诱导期以延长图3的过滤系统的操作的示例性过程。
图7是根据本申请的实施例的当执行一个或多个过滤操作序列时，图3的过滤系统随时间(T)的各种回收目标率的示意图。
图8是根据本申请的实施例的当执行一个或多个过滤操作序列时，图3的过滤系统随时间(T)的各种回收目标率的另一示意图。
图9A示出了根据本申请的实施例的示例性膜系统的框图。
图9B示出了根据本申请的实施例的图9A的示例性膜系统的另一框图。
图10示出了传统反渗透过滤系统的模拟操作的模拟水分析结果。
图11A示出了在与本申请相一致的一个示例性水过滤系统的模拟操作期间的一个时间点处的模拟水分析结果。
图11B为与本申请相一致的系统的一个示例的生成周期的示意图。
图12A示出了在与本申请相一致的另一个示例性水过滤系统的模拟操作期间的一个时间点处的模拟水分析结果。
图12B为与本申请相一致的系统的另一个示例的生成周期的示意图。
图13A示出了在与本申请相一致的另一个示例性水过滤系统的模拟操作期间的一个时间点处的模拟水分析结果。
图13B为与本申请相一致的系统的另一个示例的生成周期的示意图。
具体实施方式
基于反渗透的过滤系统越来越受欢迎以及被更多地使用，尤其是在商业和大规模的过滤工厂中。基于反渗透的水过滤系统存在两种操作模式，即，连续反渗透模式或批量反渗透模式。尽管反渗透过滤系统的这两种模式利用了类似的过滤技术，例如NF技术(纳滤技术)、海水反渗透技术和微咸水反渗透技术，但是实现连续反渗透操作的过滤系统与实现批量反渗透操作的过滤系统落在一个统一系统的相反的端部，彼此相对。
通过举例说明可以更好地理解该连续系统。图1示出了一个此种统一系统的示例，其中，连续反渗透操作和批量反渗透操作落在统一系统的相反的端部/末端。尤其地，连续反渗透系统以相对较低的回收率操作，从而实现无结垢稳态(使用或不使用防结垢剂)，其操作时间以数周到数月为单位来度量。另一方面，批量反渗透系统以高于无结垢稳态的回收率(即100％回收率)操作，在冲洗过滤膜(例如通过进料冲洗)之前其操作时间通常是连续反渗透系统的操作时间量的一部分。例如，在冲洗周期发生之前，一些批量反渗透操作仅发生数分钟到数小时。
与批量反渗透系统相比，连续反渗透系统具有各种结构差异和操作差异。
当需要高回收率时，新的过滤设计和现有的过滤设计可以实施批量反渗透；当需要设备稳定地、不间断地操作数周或数月时，可以实施连续操作，优选地不使用阻垢剂或少使用阻垢剂，和/或降低的水回收率是可以接受的。
在任一情况下，使用NF和反渗透技术的水过滤系统的设计，通常始于根据识别使得所选过滤膜开始结垢的回收率来确定最大回收设置点(在本文中也称为水回收率、回收率或简称为回收)，其中，所识别的回收率通常在不使用阻垢剂(在本文中也称为防垢剂)的情况下计算。过滤系统的回收率表示为由进入过滤系统的进料部分(或给水)与作为透过物流出的进料部分所定义的比例。因此，低于100％的回收率意味着：至少一部分进料做为截留产物经由一个或多个排放阀输出(output)，截留产物在本文中也可以被称为废水或简称为废弃物。
因此，截留产物，在本文也称为截留物，是指未穿过过滤膜的进料部分。另一方面，透过物是指穿过过滤膜而输出的进料部分(例如“净”水)，尽管根据过滤系统的配置和透过物的预期用途，透过物不一定是饮用水。
值得注意，在下文中：结垢达到形成结垢化合物的过饱和点的点，以及当积垢达到临界通量(或临界浓度)时使输出的透过物显著减少或以其他方式阻碍透过物的现象，分别简称为结垢和积垢。本文所讨论的一些示例和场景可以结合提及上述结垢条件和积垢条件中的一种或两者，而不必同时提及两者。例如，本文公开的各个方面和特征涉及最大无结垢回收率。该值不仅限于结垢，还可以指积垢条件出现之前的最大比值。
在连续反渗透/NF系统的情况下，如图2A所示，在不使用防垢剂的情况下，最大回收率(或设置点)被建立在略低于所识别的回收率(结垢条件在该回收率处开始发生)的比值。可选地，将在下文中进一步详细讨论，在使用防垢剂的情况下，最大回收率设置点可以操作为高于所识别的回收率(结垢条件发生于该回收率处)。在任何情况下，连续反渗透/NF系统然后在通常以周/月为单位度量的一段时间内，以无结垢的稳态操作。在操作期间，连续反渗透/NF系统消耗的功率基本上是恒定的，例如，通过负载(例如泵等)来使进料流移动穿过过滤膜，然后通过下水道处理所得到的截留产物，或者，将所得到的截留产物提供到附加的过滤级，这将进一步增加此种系统的操作成本。通常以大约50％-70％的固定回收率操作连续反渗透/NF系统，以保持无结垢的稳态。
相反，在诸如图2B所示的批量反渗透/NF系统的情况下，将最大回收率(或设置点)设置为高于在结垢条件的开始发生时所识别的回收率。此种配置可以实现循环的批量操作，其中，100％的进料在一段时间内均转化为透过物，之后使用进料冲洗反渗透系统以排除操作的最终批量浓缩物，然后重新开始批量循环。
例如，使用批量反渗透/NF时，最大回收率可以设置为100％，从而消除了输出所产生的截留物的排放需求。在此种回收率下设置的反渗透/NF系统将在非稳态下操作，并且随着时间改变压力以克服过滤膜的渗透压。在非稳态下可以以分钟或小时来度量进行此种操作的总时间，这取决于过滤系统的特定配置。
批量反渗透的一个优点是在不使用防垢剂的情况下实现高回收率。
然而，在此种批量操作期间的某一时间点上，过滤膜的渗透压将超过系统的泵能够生成的最大压力量。系统设计人员通常会限制在此种非稳态下的操作时间，即，在超出结垢限制的情况下限制操作，以避免对过滤系统造成潜在损耗，和/或发生不安全的情况。此种限制可以包括：例如，仔细监测系统压力和/或防止在超过固定预定时间量的非稳态下操作。因此，实现高回收率(即100％的回收率)的代价为：以冲洗过滤膜的停机时间(以及降低的回收率)以及高频批次循环所导致的泵的额外磨损。
在过去的二十年里，防垢剂有了显著的改进，使得批量反渗透系统和连续反渗透系统都具有更高的回收率。以下的表1示出了各种市售防垢剂的能力，在不使用防垢剂的情况下可以实现相对于100％最大值的过饱和％、或主要结垢化合物的最大绝对浓度、或以pH单位为单位的最大Langelier饱和指数(Langelier Saturation Index，LSI)相对于某些NF/反渗透废弃物流中碳酸钙结垢的饱和pH值。在表1中，在第2列中示出了从一个示例性公共来源报告的最大过饱和度，但是应该注意的是，随着防垢剂研究的进展，结果将会随着时间而发生变化。
商业/大规模的NF/反渗透系统通常以固定的供入率和固定的回收率(这导致固定的渗透率和排放率)操作，并且此种系统可以向进料中加入防垢剂剂量来实现一定程度的过饱和。防垢剂的剂量通常等于或低于5毫克/升(mg/L)，以降低化学成本。然而，市场对更高回收率的需求以及废水市场的再利用要求在持续增长。满足这些需求的主要手段仍是不断增加的防垢剂剂量。同时，这些相同的市场需求将导致更高的膜积垢率以及相关化学成本的增加。
在处理含有防垢剂的NF/反渗透排放物流时，还存在许多相关的挑战。这些挑战包括：需要在沉淀和热体积缩减系统中对这些排放物流进行后处理，和/或，在环境中接收排放物流时防垢剂的影响。其他挑战包括：膜和防垢剂之间的潜在不相容性，以及进料流组分和防垢剂之间意料之外的有害的相互作用，这两种挑战中的任意一种或两种都会降低过滤系统的性能。
结垢或积垢 工业来源所报告的最大值
LSI(碳酸钙) +2.9
硫酸钙 400％
硫酸锶 1,200％
硫酸钡 8,000％
氟化钙 12,000％
硅 300ppm或以上
铁 5ppm
铝 4ppm
表1
利用反渗透技术的水过滤系统的不断改进至少部分取决于过滤技术的发展，过滤技术使得连续反渗透系统和批量反渗透系统的特征和优点能够以能够实现相对较的高回收率的方式集成，而不会出现诸如系统部件的磨损、高功耗以及必须使用防垢剂等现有缺陷。
此外，需要存在一种过滤系统，此种过滤系统在一般意义上可以在上文中关于图1所讨论的连续系统的中点处操作，使得可以平衡多个目标参数，例如，总功耗、废水生成、以及为了实现所期望的水回收率将被考虑到系统设计中的其他成本，该过滤系统也符合特定过滤系统的各种其他要求和目标。
考虑到前述内容，本申请针对结合了连续的和批量的NF/反渗透元素的技术(例如，系统和方法)。此种系统和方法可以考虑到末端用户的设备限制，以实现例如回收率和功耗之间的目标平衡，并降低工厂的长期操作成本。本文还公开了通过注入防垢剂将批量操作延长至第二诱导期的方法，该第二诱导期使得可以获得更高的水回收率。优选地，可以通过使用高压过滤膜模块和能够生成高达90-120巴(bar)的可变压力的泵，来延长第一诱导期和/或第二诱导期，例如，通过高压过滤膜模块输出供入水。除了结垢之外，由于积垢同样会对NF/
反渗透系统的压力和回收率产生负面影响，本文所公开的技术也可以用于积垢管理。
如本文所用的，当用于提及过滤系统(例如进料、截留物、排放物、浓缩物、流出物、透过物等)中的流(例如水)，术语“质量”指的是该流的一种或多种物理或化学性质或数值，例如但不限于：流的pH值、流中某些物质的浓度、流的电导率、流的浊度，及其组合等。
除非本申请另有规定，当用于提及所述的质量、特性或数值时，术语“基本上”指的是所述的质量、特性或数值的±10％。
本文使用的术语“连接”是指任何连接、耦接、链接等，并且“流体连接的”是指使得流体从一个元件连通到另一个元件的连接。此种“连接”元件不一定彼此直接连接，并且可以由中间组件/元件分开。同样，术语“直接连接”指的是不使用中间元件的元件之间的连接，并且本文中使用的“直接流体连接的”指的是元件间的连接，由此流体可以在不使用中间组件/元件的情况下从一个元件连通到另一个元件。
转向附图，图3示出了与本申请相一致的过滤系统300的一个示例。如图3所示，过滤系统300包括：控制器302、至少一个泵304和过滤级306。
控制器302包括至少一个处理设备/电路，例如微控制器(MicroController，MCU)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、精简指令集计算机(Reduced Instruction SetComputer，RISC)处理器、x86指令集处理器、微控制器、专用集成电路(Application-Specific Integrated Crcuit，ASIC)。优选地，在可编程逻辑控制器(Programmable LogicController，PLC)内实现控制器302。控制器302优选地与至少一个泵304通信地连接。可以将控制器302配置为向泵304提供驱动信号，以使得泵304生成目标压力量。
控制器302还优选地与至少一个排放阀(例如排放阀308)通信连接。可以将控制器302配置为使得向排放阀308提供控制信号。优选地，可以将控制信号配置为使得排放阀308在关闭位置和多个打开位置之间转换。多个打开位置中的每一个打开位置使得不同量的进料流309的供入水可以作为截留产物输出310(在本文中也称为浓缩废弃物、废水或简称为废弃物)。如下文进一步讨论的，根据实施例，过滤阀装置312可以可切换地将由至少一个泵304输出的进料与一个或多个过滤级314流体连接，过滤级314在本文中也可以被称为过滤阵列。因此，可以将控制器302配置为向阀装置312提供控制信号，其中控制信号可以使得一个或多个过滤级314可切换地与通过至少一个泵304输出的进料流体连接。
排放阀308可以实现为机电阀，可以将该机电阀配置为如上文所述的通过接收到的控制信号来驱动。然而，排放阀308可以实现为任何其他合适的装置，包括手动阀。例如，该手动阀需要诸如技术人员或工程师通过用户提供的力来驱动阀。过滤级306包括至少一个过滤膜311。优选地，至少一个过滤膜311是NF过滤膜或反渗透过滤膜。
在一个实施例中，过滤级306包括至少一个高压NF过滤膜或反渗透过滤膜，其壳体/外壳能够承受至少1000-1800磅/平方英寸(psi)的工作压力，优选地，承受至少1740±5psi的工作压力。在一个非限制性示例中，至少一个过滤膜311被实施为板框(或间隔管)高压膜模块，其被配置为承受高达1750psi的工作压力。例如，至少一个过滤膜311可以实施为AquaZoomTM超高压过滤模块，该模块具有由马萨诸塞州霍尔布鲁克的CrossTek MembraneTechnology LLC提供的能够承受90-120巴(1305-1745psi)的压力壳体。
至少一个过滤膜311优选地包括至少一个入口311-1(或输入)，该至少一个入口通过至少一个泵304与进料流309流体连接。至少一个泵304可以生成压力(优选地，压力量可变)，以使得可以接收进料流309的供入水(在本文中也称为进料)，并将供入水移动到至少一个过滤膜311中。注意，虽然图3示出了至少一个入口311-1与泵304直接连接的示例，但此种配置不是必需的。例如，至少一个入口311-1可以与另一个过滤级\过滤系统的排放物流体连接，并且可配置为将排放物输出的废弃物作为进料流309来接收。可选地，至少一个入口311-1可以与另一个过滤级/过滤系统的输出的透过物流体连接，并且可配置为将另一个过滤级/过滤系统输出透过物的作为进料流309来接收。
至少一个过滤膜311还包括至少一个出口311-2以输出透过物313，以及至少一个排放出口311-3以输出截留物310。根据所期望的配置，至少一个过滤膜311中的出口311-2可以例如与多个过滤级314中的另一个过滤级的入口流体连接，以用于作进一步处理。至少一个排放出口311-3也可以与多个过滤级314中的另一个过滤级的入口流体连接，或者可选地与下水道/废水回流处流体连接。
在一个实施例中，可选地可以将过滤级306实现为多个不同的过滤级，诸如在314处集中示出的过滤级以及在314-1和314-2处单独示出的过滤级。多个过滤级314中的每一个过滤级还可以包括相对于其他过滤级基本上相似的过滤膜或不同类型的过滤膜和/或总数量的过滤膜。例如，可以将第一过滤级314-1配置具有一个或多个第一类型的过滤膜，可以将第二过滤级314-2配置具有一个或多个第二类型的过滤膜，其中，第二类型的过滤膜的压力壳体能够承受比第一类型的过滤膜的压力壳体更高的最大工作压力。当通过第二过滤级314-2执行高压循环时，此种过滤类型的变化可能是特别有利的。在此种情况下，阀装置312可以可切换地将来自至少一个泵304的进料与第二过滤级314-2流体连接，并且可切换地将进料流从多个过滤级314中的其他过滤级(例如第一过滤级314-1)分离，这些过滤级的压力壳体不一定能够承受高压循环的特定压力量。
过滤阀装置312可以实现为机电阀，可以将该机电阀配置为如上文所述的通过接收到的控制信号来驱动。然而，过滤阀装置312可以实现为任何其他合适的装置，包括手动阀。例如，该手动阀需要诸如技术人员或工程师通过用户提供的力来驱动阀，或者，实现为此种手动阀和机电阀的结合。
在一个实施例中，过滤系统的回收率可以计算为每消耗一体积的进料(或接收到的供入水)所产生的透过物的体积。例如，在批量处理过程中，可以通过等式(1)计算回收率：
考虑以下场景，在批量生成期间中，过滤系统以每分钟125加仑(gallons-per-minute，gpm)的速度冲洗3分钟，同时以每分钟100加仑的速度操作30分钟。然后，过滤系统300的总回收率可达88.9％＝(100gpm×30min)/(100gpm×30min+125gpm×3min)。批量反渗透工艺的一个优点是：过滤系统可以在不使用防垢剂的情况下操作，并且通过在比结垢条件/积垢条件开始和发生结垢之间所需时间更短的时间段内进行操作，以在无结垢的情况下超过最大回收率，在本文中该时间段被称为第一诱导期。
然后，设计人员定义了进料(例如进料309)的特性，优选地定义了进料309的所有结垢化合物和浓度。此外，优选地，还定义末端用户针对流出物或透过物的质量要求，例如透过物电导率、总溶解固体(Total Dissolved Solid，TDS，其可由电导率计算)以及有机物含量。优选地，流出物或透过物的质量要求优选地基于电导率，因为电导率使得可以在线快速测量，并且是一般透过物的质量的强指标。设计人员还可以确定进料流率和末端用户所期望的回收率目标。对于本文讨论的实施例，进料流量率为100gpm，进料总溶解固体(TDS)为2000ppm，末端用户所期望的透过物TDS<250mg/L。
然后，设计人员进行膜选择，优选地，定义了所选择的膜的结垢和TDS去除特性。例如，可以选择微咸水反渗透膜，其TDS去除率为99.5％，可以用于去除TDS和结垢。
然后，设计人员可以确定结垢开始时的水回收率，或者当所感兴趣的结垢化合物首次出现过饱和时的水回收率。最大无结垢回收率取决于例如预期在过滤系统上实施的温度和其他预处理剂量条件(例如，防垢剂的剂量、酸剂量)。例如，尽管最大无结垢回收率的特定设置点可以基于上述因素而发生变化，但是可以将最大无结垢回收率设置为80％的回收率。
然后，设计人员基于例如预期在过滤系统上实施的温度和其他预处理剂量条件(例如，防垢剂的剂量、酸剂量)来确定第一诱导时间，例如，达到(或首次超过)最大无结垢回收率和结垢实际发生之间的时间段。例如，第一诱导时间可以等于25分钟。
然后，设计人员可以任选地确定过滤系统中进料/废弃物的截留量。例如，可以将过滤系统设计为具有200加仑的进料/废弃物的截留量。
然后，设计人员优选地确定多个输入(或操作参数)，包括例如动态水/载流特性、结垢、积垢和TDS(总溶解固体)，以生成质量平衡，该质量平衡使得可以跟踪进入该系统的载流(例如水和组分)，以及离开该系统的排放物和透过物。注意，排放率最好由设计人员设置为输入。此种质量平衡示出了前述参数的浓度随时间在系统中的变化，并且还优选地可以跟踪随时间上的回收率。
然后，设计人员可以基于改变上述各种输入/参数来分析上述质量平衡的输出和过滤系统性能，并且可以优选地选择过滤系统的操作参数，可以将过滤系统的回收率设置在100％的回收率和最大无结垢回收之间，从而实现了过滤系统所期望的功耗率(以及扩展成本)和平均回收率。优选地，所选择的操作参数还考虑下水道/废弃物处理成本和/或峰值功耗(例如，当循环时泵对过滤系统进行冲洗、批量循环等时的电流峰值)。设计人员还可以更新或以其他方式更改所选择的操作参数，以随着过滤系统的条件变化而更改操作设置点，例如，增加/
减少下水道处理成本、增加/减少功率成本、和/或增加/减少回收率目标。
然后，优选地，可以将所选择的操作参数输出为机器可读指令，当由诸如控制器302的控制器执行时，该机器可读指令可使得实现过滤操作序列，例如实现图4所示的并将在下文中进一步详细讨论的过滤操作序列中的一个或多个。此类指令可以优选地存储在控制器302的存储器(未示出)内。
延长反渗透/NF过滤系统的诱导时间段
本申请还认识到，通过在第一诱导期结束前的预定时刻(例如，当结垢/积垢发生时)引入防垢剂，然后可以建立第二诱导期。本申请进一步指出：在第一诱导期和第二诱导期期间，相对于在批量/连续反渗透循环期间由过滤系统300通过单独使用防垢剂剂量所实现的回收率而言，通过操作过滤系统300而实现的总回收率使得其可以实现更高的总回收率。此种第一诱导期和第二诱导期可以被考虑到过滤系统设计流程中，例如上文所讨论的示例性过滤系统设计流程。
注意，如上文所述，进入过滤级306的进料309可以是来自于另一个过滤级/系统的废弃物/截留物流。在这种情况下，进料309可以包括防垢剂。然后，当确定引起如本文所公开的第二诱导期的剂量时，可以利用进料309中存在的防垢剂的浓度/量以及防垢剂的已知效率。例如，防垢剂可以具有时间依赖性效率，并且可能需要更多和/或更少的防垢剂剂量来引起第二诱导期，更重要的是，第二诱导期可以延长的总持续时间。
在任何情况下，第二诱导期的特定持续时间至少部分地基于在预定时刻所引入的防垢剂(任选地，为已知现有的防垢剂)的性能。因此，可以至少部分地基于所选择的防垢剂的性能(和/或基于进料309中防垢剂的存在)来预先确定第二诱导期。优选地，所选择的防垢剂使得第二诱导期能够延长为第一诱导期的持续时间/时间段的至少一半，并且优选地等于或长于第一诱导期的持续时间。因此，此种延长的第二诱导期可能导致渗透压单调地(monotonically)增加，直至至少一个过滤膜311的额定渗透压极限。因此，如果过滤系统300将至少一个过滤膜311实现为高压过滤膜模块，以使得第二诱导期可以延长至包括例如90-120巴的相关渗透压的时间段，则该过滤系统300可以受益。
在一个实施例中，在使用或不使用防垢剂的情况下，过滤系统300实现了批量反渗透的特征，其回收率设置为介于100％的回收率和用于循环的一部分的无结垢稳态之间。优选地，过滤系统300可以实现至少一个过滤操作，其回收率高于最大无结垢回收率且小于100％的回收率。该操作在本文中可被称为基本上连续的操作，因为可以将回收率设置为高于最大无结垢回收率，并且有至少一部分供入水作为废弃物被输出。相比之下，连续操作包括将回收率设置为等于或小于最大无结垢回收率，批量操作包括将回收率设置为100％(即，无输出的废弃物)。因此，与本申请相一致的过滤系统使得可以获得高于类似于连续系统的回收率和低于类似于批量反渗透系统的回收率，以实现诸如总功耗和下水道成本的操作参数等的平衡。
在实施例中，可以在过滤操作的预定序列中执行批量反渗透和连续操作/循环，该预定序列可以实现末端用户的各种要求，例如，如上文所述的总回收率(如，在预定时间量内平均)、功耗和相关成本(例如用于处置废水的下水道/处置成本)。
应当注意，优选地，可以最大化上文所讨论的第一诱导期和第二诱导期，以延长批量操作在非缩放稳态上操作的总时间量。然而，其他批量-结束参数，如进料的浓度系数；进料质量，例如总溶解固体(TDS)、电导率；透过物的质量(例如透过物电导率)；和/或进料侧压力也是可以触发过滤过程的结束或者影响第一诱导期/第二诱导期的总持续时间的参数。
此外，应当注意，过滤器300系统可以使用一个或多个能量回收装置，例如涡轮增压器或压力交换器，与本文公开的各种过滤过程相结合，以进一步提高功率效率并降低总功耗。
鉴于上述情况，因此本申请的一个方面是通过对批量和/或连续反渗透操作进行排序，来确定结垢水的反渗透和NF处理回收的最佳回收率和功耗。例如，本申请的各特征和各方面优选地使得可以扩充/更改现有的过滤系统，以能够更好地控制和调节功耗和总回收率。然而，本申请同样适用于新的过滤系统设计，并且在这方面不受限制。
图4示出了多个示例性序列(A-C)，其中图3的过滤系统300的操作可以包括根据序列A、序列B、序列C或其任意组合进行操作，这取决于例如所期望的总回收率、功耗以及输出的截留物/废弃物。例如，操作可以包括序列A和序列B而不包括序列C，或者，可以包括序列A和序列C而不包括序列B。
在操作期间，所选择的序列中的每一个序列可以包括执行在时间I、时间II和时间III所示的每个阶段，或者仅执行这些阶段的子集。例如，可以任选地执行序列A和序列C，而不必在时间III执行冲洗阶段。类似地，可以无序地执行序列，序列A不一定在序列B之前执行，并且类似地，序列C不一定在序列B之后执行，而是可以在例如序列A之后执行。可以重复执行序列N次，以实现针对给定序列的预定重复次数，而在其间不执行其他序列。因此，序列的特定组合可以包括一个或多个所选择的序列，以期望的顺序执行所选择的序列，并且优选地，以能够以一个或多个需实现的性能目标(例如总回收率和功耗)的顺序执行所选择的序列。特定序列可以优选地为机器可读代码(例如，设置文件)存储在图3的过滤系统300的存储器(未示出)中。
应当注意，在批量级之后，序列C使得连续级可以在时间(I)处进行过滤系统300的不完全冲洗(也称为部分冲洗)操作，从而使得与在每个批量反渗透循环之后执行冲洗的系统相比，可以减少过滤系统300的操作循环的总数量。此种部分冲洗的一个示例将在下文中参考例如图8所示出和讨论。此种部分冲洗通过减少泵和相关设备上的磨损，以及减少过滤系统不输出透过物的时间(例如，回收率为0％)，以有利地增加过滤系统的使用寿命。这进一步有利地为末端用户提供了更稳定的操作条件，并且通过减少由各种过滤系统组件所引起的能量损失，例如由循环至少一个泵304所引起的电流尖峰/浪涌，从而为过滤系统提供了更高的功率效率。此种能量损失将会显著降低过滤系统的功率效率，因为此种损失会在系统的整个寿命期间内累积，并且最终会成为功率损失的重要来源，尤其是对于商业/大规模过滤系统中的高电流电机。
图5示出了本申请的各个方面和特征的示例性过程500的示例。具体地，过程500包括使得与本申请相一致的过滤系统执行连续操作/循环，随后执行批量操作/循环的动作，例如，如图4的示例序列A所示。然而，该过程500不一定限于这一方面，其他序列以及序列间的组合均在本申请的范围内。
注意，该过程500的动作不一定按照所示的顺序执行，此外，可以根据本申请所公开的各个方面和特征来更改、省略和/或添加动作，而不脱离本申请的范围。优选地，可以至少部分地由控制器302与过滤系统300的一个或多个组件的组合来执行过程500，以实现自动化操作。例如，不一定需要人工控制和/或技术人员的干预过滤系统300的操作，诸如打开/关闭至少一个排放阀308并且使得至少一个泵304生成目标压力。
然而，也可以通过手动操作来执行过程500，例如，通过用户手动驱动开关来驱动至少一个排放阀308和/或过滤阀装置312，以使得将控制信号发送到该排放阀308和/或过滤阀装置312，或者，通过自动和手动步骤的组合来驱动至少一个排放阀308和/或过滤阀装置312。例如，可以将控制器302配置为经由自动的序列使得至少一个泵产生目标压力，并且可以通过技术人员手动驱动排放阀308，以实现所期望的回收率。值得注意的是，可以将控制器302配置为基于定时器/时间表提供可视指示器，例如，通过计算机系统的用户界面、LED灯等，以使得技术人员执行一个或多个手动步骤/过程，例如驱动至少一个排放阀308。
过程500在动作502处开始。在动作502处，控制器302确定第一目标回收率。第一目标回收率的一些非限制性示例回收率包括：25％-50％、50％-70％、50％-80％及其之间的所有数值和范围。优选地，第一目标回收率高于过滤系统的最大无结垢回收率，例如，至少80％的回收率，并且回收率小于100％。第一目标回收率的其他非限制性示例包括大于至少一个过滤膜的最大无结垢回收率且小于或等于98％的回收率。在任何此类情况下，剩余的供入水可以作为废弃物输出。例如，在第一目标回收率大于最大无结垢回收率且小于或等于98％的回收率的情况下，在第一时间段期间至少有2％的供入水将作为废弃物输出。然而，在需要至少一个循环的稳态连续操作的情况下，第一目标回收率也可以选择等于或低于过滤系统的最大无结垢回收率。
在动作504中，控制器302使得至少一个排放阀308在第一时间段期间基于第一目标回收率输出进料流(例如进料流309)的预定部分以作为截留物/废弃物。例如，在一个实施例中，将80％的回收率设置为第一目标回收率，因此，可以将至少一个排放阀308配置为将20％的进料流作为截留物输出。
在动作506中，控制器302使得可以向至少一个泵(例如泵304)提供驱动信号(或第一驱动信号)，以使得其在第一时间段期间基于所确定的第一目标回收率产生输出的透过物流。在一个实施例中，可以将第一驱动信号配置为使得至少一个泵生成基本恒定的压力，以使得在第一时间段上，压力在达到目标回收率的初始压力基础上每小时增加最多10psi。在一个实施例中，第一时间段是1-2小时，优选地为至少6小时。注意，在基本连续操作期间，压力变化率取决于多种因素，包括例如供入水特性和/或回收率设置点。例如，在基本上连续操作期间，与在90％的回收率下的操作相比，99％的回收率将导致相对较高的每分钟压力增加。因此，本文提供的与基本连续操作相关的示例性压力值和变化率不是为了限制的目的而提供的。
在动作508中，控制器302确定第二目标回收率。在一个实施例中，第二目标回收率高于第一目标回收率。第二目标回收率的一些非限制性示例包括：70％-80％、80％-100％、90％-100％之间的回收率及其之间的所有数值和范围。在一个实施例中，第二目标回收率在95％-100％之间，优选为100％。在另一个实施例中，第二目标回收率低于第一目标回收率，其中第二目标回收率使得可以进行至少一个过滤膜的至少部分冲洗。例如，可以将第二目标回收率设置为等于或低于至少一个过滤膜311的最大无结垢回收率，例如在0-80％之间，并且优选地高于0％，以使得可以在部分冲洗期间继续产生透过物。
可选地或附加地，第二目标回收率在第二时间段的一部分期间低于或等于至少一个过滤膜的最大无结垢回收率，并且在第二时间段的一部分期间高于最大无结垢回收率。
在动作510中，控制器302使得至少一个排放阀308在第二时间段期间基于第二目标回收率输出进料流(例如进料流309)的预定部分以作为废弃物。在一个示例性场景中，第二回收率为100％，并且作为废弃物输出的进料流309的预定部分因此为零(0％)，或者基本上为零(0％)以使得至多且包括2％的进料流309作为输出的废弃物。因此，在本实施例中，控制器302使得至少一个排放阀308关闭，且使得第二时间段期间基本上没有进料流309作为废弃物输出。
可选地，第二目标回收率小于100％，因此进料流309的预定部分与特定目标回收率成比例。例如，可以将第二目标回收率设置在96％-100％之间，使得在第二时间段期间所接收的供入水与输出的透过物流的体积比在0.96-1.0之间。在另一个示例中，如上文所述，可以将第二目标回收率设置在0到80％之间，以使得进行至少部分冲洗。
在动作512中，控制器302使得可以向至少一个泵提供驱动信号(或第二驱动信号)，以使得其在第二时间段期间基于所确定的第二目标回收率产生输出的透过物流。例如，可以将驱动信号配置为使得至少一个泵在第二时间段期间压力单调地增加，以超过至少一个过滤膜(例如，图3的至少一个过滤膜311)的渗透压。可选地，可以将驱动信号配置为如上文所述使得进行冲洗或部分冲洗。此外，可以将第二驱动信号配置为基本上类似于上文所讨论的第一驱动信号，为了简洁起见，将不再重复其描述和特征。
优选地，可以将第二驱动信号配置为使得至少一个泵生成基本恒定的压力，以使得在第二时间段期间压力每分钟增加至少10psi，优选地每分钟增加至少50psi。在一个实施例中，第二时间段为至少两(2)分钟。
如下文进一步详细讨论的，动作512可以进一步包括：控制器302在预定时刻引入防垢剂剂量，以引入第二诱导期并且延长第二时间段的总持续时间，从而通过延长以增加总回收率(例如，随时间平均)。
图6示出了本申请的各个方面和特征的示例性过程600的示例。具体地，过程600包括使得与本申请相一致的过滤系统通过引入第二诱导期来延长批量反渗透循环(例如，具有高于最大无结垢回收率且低于100％的回收率，或者优地等于100％的回收率的相关回收率)的动作。注意，可以由能够进行批量反渗透处理的任何过滤系统来执行过程600，并且不一定限于例如由图3的过滤系统300和/或具有前述高压过滤膜模块的过滤系统来执行。然而，优选地，实施过程600的过滤系统包括高压过滤膜模块，以使得可以将第二诱导期延长到相关过滤膜的渗透压达到90-120巴或更高的时刻。
例如，当如上文所讨论的在图5的过程500的动作506和/或512期间提供驱动信号时，可以执行过程600。然而，过程600在此方面不受限制，并且可以由过滤系统执行过程600，而不必执行过程500的动作。注意，过程600的动作不必按照附图所示的顺序执行，此外，可以根据本申请所公开的各个方面和特征来更改、省略和/或添加动作，而不脱离本申请的范围。
在动作602中，控制器302可以为至少一个过滤膜(例如，至少一个过滤膜311)设置高于最大无结垢率的回收率。在一个实施方案中，回收率在90％至99.99％之间，更优选地回收率为100％。
在动作604中，控制器302使得至少一个泵在第一时间段期间使压力单调地增加，直至高于至少一个过滤膜的渗透压。在动作606中，控制器302确定第一时间段期间的第一预定时刻，该第一预定时刻介于结垢条件的发生和至少一个过滤膜发生结垢之间。在一个实施例中，预定时刻是在第一时间段的初始开始处，或者是在第一时间段的初始开始之后且在至少一个过滤膜结垢和/或积垢之前的时刻。
在动作608中，控制器302使得在预定时刻将一个或多个防垢剂剂量引入至少一个过滤膜中。在动作610中，控制器302使得至少一个泵继续将压力单调地增加到高于至少一个膜的渗透压，直至第二预定时刻。第二预定时刻可基于例如固定的时间量和/或基于其他条件和因素，以保持过滤系统的稳定性。
图7示出了示例性曲线图700，其示出了当执行图5的过程500和图6和过程600时过滤系统300的操作。图表700包括沿Y轴从0％到100％的目标回收率范围，以及沿X轴的时间。在该示例性序列中，根据图5的过程500的动作502-506，过滤系统300以第一目标回收率(例如80％)在第一时间段(T0至T0+1)内操作。如图所示，该第一目标回收率可优选地选择为高于过滤系统300的至少一个过滤膜311的预定最大无结垢/积垢回收率的比率。
在第一时间段(例如，T0+1)结束之后，过滤系统300以第二目标回收率(例如，98％)在第二时间段(例如，T0+1至T0+2，或T0+1至T0+3)内操作。第二时间段定义了至少第一诱导期，其中，第一诱导期是过滤系统300的回收率超过无结垢/无积垢回收率(例如，结垢/结垢条件开始时的回收率)和结垢/积垢发生之间的时间段。换而言之，在第二时间段期间，目标回收率将超过过滤系统300的最大无结垢回收率，并且当没有故意注入防结垢剂的情况下，在达到一个或多个过滤膜的最大无结垢回收率状态之前目标回收率具有相关的持续时间，该状态也可以被称为防垢剂前最大无结垢回收率状态。如图7所示，过滤系统300在第一诱导期T0+2之后达到防垢剂前最大无结垢回收率状态。注意，如上文所述，防垢剂可能存在于进料中，并且术语“防结垢剂前的时刻”并不排除存在此种现有的防垢剂。
如进一步所示，过滤系统300，更具体地，控制器302可确定例如在T0+2处所示的预定时刻，该预定时刻刚好位于达到防垢剂前最大无结垢回收率状态之前，例如，当在第一诱导期内发生结垢/积垢时，例如，基于图6的过程600的动作606。
在预定时刻，控制器302可以例如基于上文所讨论的图6的过程600的动作608，使得防垢剂剂量(antiscalant dose)被引入/注入到至少一个过滤膜311中。作为响应，过滤系统300随后可以在第二诱导期内继续以第二目标回收率进行操作，直至例如至少一个过滤膜311的渗透压超过至少一个泵304的最大压力，或者，直至经过了过滤系统300在第二诱导期期间的运行的预定最大时间量，以避免在不稳定的条件下操作过滤系统300。
例如，在预定时刻引入防垢剂因此可以将过滤系统300的最大无结垢回收率状态延长到T0+3，该移位/延长的回收率状态也被称为防垢剂后最大无结垢回收率状态。此种延长的持续时间例如可以使得至少一个过滤膜的渗透压超过至少一个泵304所能够生成的最大压力和/或在到达第二诱导期(例如，T0+3)结束之前过滤膜的最大压力额定值。因此，可以优选地将过滤系统300配置为在第二诱导期内以第二目标回收率继续在预定的最大时间量内进行批量操作，该预定的最大时间量小于在预定时刻引入防垢剂剂量所提供的第二诱导期的总持续时间。预定的最大时间量可以选择为恒定的持续时间，例如1分钟、3分钟、1-30分钟，或者，可以基于例如防垢剂的剂量、和/或已知的防垢剂性能等级、和/或已知的进料条件、压力或其他设备限制、和/或可以经由例如物联网(Internet of Things，IOT)装置在线测量的透过物或废弃物的质量要求，来动态设置该预定的最大时间量。
因此，在任何此类情况下，如图7所示，预定的时刻可以划定第二诱导期和第一诱导期。注意，第一诱导期和第二诱导期的持续时间可以基本相等，也可以不同。优选地，第二诱导期是第一诱导期的持续时间的至少一半。
图8示出了根据实施例的当执行图5的过程500时过滤系统300的操作的示例性示意图800。示意图800包括沿Y轴从0％到100％的目标回收率，以及沿X轴的时间。在该示例场景中，过滤系统300按序列进行操作，该序列包括在第一回收率目标(高于最大无结垢回收率且低于100％的回收率)下的基本连续操作，以及在第二回收率目标(100％的回收率)下进行批量操作。该序列还包括可选的冲洗循环，如下文所述。
如图所示，每个基本连续操作的总持续时间是D1，并且每个批量操作的总持续时间是D2。D1可以测量至少6小时，并且优选地，D1可以测量至少一天。另一方面，D2可以测量至少一分钟到数个小时，优选地至少5分钟。因此，与D2相比，D1的持续时间可以长得多。
每个基本连续操作的持续时间D1可以是一致的，或者可以发生变化，使得每个操作比其他基本连续操作更长、基本上相等或更短。同样，每个批量操作的持续时间D2可以是一致的，或者可以发生变化，使得每个操作比其他批量操作更长、基本上相等或更短。如上文所述，可以在预定时刻引入防垢剂，以引入/诱导第二诱导期。因此，一个或多个批量操作可以包括持续时间D2，与不包括使用防垢剂以实现第二诱导期的其它批量操作相比，该持续时间D2更长。
如进一步所示，过滤系统300可以在0％的回收率下操作，以引起至少一个过滤膜311的可选(完全)冲洗，使得所有接收到的供入水作为废弃物输出。如上文中关于图5的过程500所讨论的，可以由例如第二驱动信号引起可选冲洗。然而，也可以由第三驱动信号引起可选冲洗。优选地，可以将第三驱动信号配置为引起第三目标回收率，例如，在完全冲洗的情况下第三目标回收率为0％，或者在部分冲洗期间第三目标回收率大于零(0％)并且小于或等于最大无结垢回收率(例如，80％)。在一个实施例中，第三目标回收率可以不同于上文所讨论图5的过程500中的第一目标回收率和第二目标回收率。
例如，如图所示，在基于第三驱动信号的第三时间段(或持续时间)D3内，过滤系统300可以在低于最大无结垢/积垢回收率的回收率(例如，在1％-80％之间并且优选地为80％)下操作。将持续时间D3设计为引起至少一个过滤膜311的至少部分冲洗，而不需要完全冲洗(例如，一段时间内的回收率为0％)。因此，过滤系统300可以继续产生透过物流，而没有进行完全冲洗，换而言之，例如在批量反渗透操作之后，不必下降到0％的回收率以进行冲洗。
因此，本申请的各个方面使得NF/反渗透设计人员能够基于末端用户的设施限制选择组合连续和批量NF/反渗透的选择元件的最佳操作方法，并且降低工厂的长期操作成本。本申请还公开了一种通过注入防垢剂将批量操作延长到第二诱导期的方法，其中第二诱导期使得具有更高的水回收率。此外，除了结垢之外，由于积垢同样会对NF/反渗透系统的压力和回收率产生负面影响，本申请所公开的技术和特征也可用于积垢管理。
本申请的另一方面涉及一种用于过滤水的方法和系统，该方法和系统可以包括或不包括供入水中的结垢/积垢化合物。相反，可以使用膜系统/配置来操作以下示例性系统和方法，该膜系统/配置包括：输入进料流、输出透过物流和排放物流，在排放物流中所截留的污染物的浓度将不断增加。如本文所用，短语“在排放物流中所截留的污染物的浓度将不断增加”是指：将系统和方法设计总是在排放物流中所截留的污染物的浓度增加的条件下操作。这与被设计为在稳定浓度条件下操作的连续或传统反渗透系统形成对比。
图9A中示出了此类示例性膜系统900(在此也可称为过滤系统)。膜系统900优选地包括至少一个过滤膜911。可以将至少一个过滤膜911配置为基本上与如上文所述类似的各种过滤膜配置，并且出于此原因，为了简洁起见，将再不重复对其的描述。然而，应当注意，至少一个过滤膜911可以包括N个过滤膜和膜级，而不一定是如图9A所示的单个过滤膜模块。
至少一个过滤膜911可以包括：与进料流909流体连接以接收进料的入口(或进料入口)、与透过物流913流体连接的第一出口(或透过物出口)，以及与排放物流910流体连接的第二出口(或排放物出口)。
膜系统900优选地包括至少一个测量装置。例如，图9A的膜系统900包括第一测量装置960-1和第二测量装置960-2。可以将第一测量装置960-1配置为测量透过物流913的一个或多个质量/特性，例如电导率，并且输出测量信号，该测量信号包括对透过物流913的一个或多个测量的质量/特性的表征。可以将第二测量装置960-2配置为测量排放物流910的一个或多个质量/特性，例如电导率和压力，并且输出测量信号，该测量信号包括排放物流910的一个或多个测量的质量/特性的表征。
注意，与本申请相一致的膜系统可以包括设置在其他位置的测量装置，以输出其他元件的测量质量/特性。例如，测量装置可用于测量和输出表示膜流出物的质量的信号，例如电导率、有机物浓度和紫外光透射率。本申请的进一步方面考虑了对于其他质量/特性的测量，包括浓缩物的质量，例如至少一个过滤膜911内的颜色、折射率、白利糖度、电导率、pH值和紫外光透射率。
因此，与本申请相一致的测量装置输出到控制器902的测量可以表示：膜流出物的质量、透过物的质量、膜废弃物的质量、浓缩物的质量和/或系统压力。优选地，系统900使用所谓的“在线”测量装置，该装置能够在膜系统的操作期间以实时方式输出测量信号。
如进一步所示，膜系统900还优选地包括控制器902，控制器902与第一测量装置960-1和第二测量装置960-2中的至少之一通信连接，以接收从该第一测量装置960-1和第二测量装置960-2输出的测量信号。
在操作期间，可以将控制器902配置为使得至少一个过滤膜911通过提供给至少一个泵(未示出)的信号将透过物输出到透过物流913。作为响应，然后在第一时间段期间将来自进料流909的进料移动到至少一个过滤膜911中，并且作为透过物输出到透过物流913中，以实现目标回收率。目标回收率可以是固定的数值/比值，也可以是随时间变化的数值/比值。优选地，目标回收率保持在100％以下，使得将进料流的至少一部分输出到排放物流910。在实施例中，目标回收率小于100％。
然后，控制器902优选地监控和检测在第一时间段期间发生的操作条件(operational condition)。该操作条件可包括膜系统900的一个或多个目标/预定特性。
例如，控制器902可以基于由第一测量装置960-1和/或第二测量装置960-2输出的测量信号来检测目标/预定特性。可选地或附加地，控制器902可以基于例如定时器来确定操作条件，该定时器可以确定何时已经经过了预定持续时间，即，在第一时间段期间输出透过物的时间点。
注意，控制器902还可以对测量的目标/预定特性进行时间平均，以确定例如按时间平均的膜截留物的质量、浓缩物的质量、膜流出物和透过物的质量。因此，可以基于膜系统900的一个或多个目标/预定特性的按时间平均目标来计算/确定系统的当前操作条件。
控制器902可以将测量的目标/预定特性与相应的目标值或目标阈值进行比较。例如，控制器902可以比较从第一测量装置960-1输出的测量信号中确定的目标/预定特性，并且将所确定的目标/预定特性与相应的阈值进行比较。在实施例中，测量信号可以包括测量的透过物的质量的表示，例如电导率、总溶解固体、pH值、颜色、白利糖度和/或紫外光透射率。在此种情况下，控制器可以将这些测量值与一个或多个相应的预定透过物阈值进行比较。例如，当预定透过物阈值是总溶解固体的阈值浓度(例如，500mg/L)时，控制器可以在透过物中的总溶解固体大于或等于总溶解固体的阈值浓度(即，大于500mg/L)时检测操作条件。
可由控制器检测的一些示例性操作条件包括膜流出物和/或透过物的质量(或其指标)；膜截留物(在本文中也可称为膜废弃物或简称为废弃物)和/或浓缩物的质量(和/或其指标)；混合冲洗流体加上膜废弃物和/或浓缩物的质量(和/或其指标)；预定时间量的到期；和/或按时间平均的截留物和/或浓缩物的质量(和/或其指标)。不受限制地，在实施例中，操作条件不包括：在例如进料、浓缩物、截留物、废弃物和/或透过物流中的结垢组分、结垢组分或两者的浓度。不受限制地，在实施例中，操作条件不包括：在例如进料、浓缩物、截留物或废弃物中的结垢组分的浓度、结垢组分的浓度或两者的浓度。在那些或其他实施例中，透过物的硬度可用于作为操作条件(或作为操作条件的一部分)的目标/预定特性。
如本文所用的术语“混合冲洗”是指：过滤操作的废弃物的按时间平均的总体积(例如，冲洗和连续排放物的量)和冲洗体积(例如，如同其都被收集在搅拌罐中)。可选地或附加地，可以将混合冲洗计算为排放物和冲洗浓度及其对应流率的按时间的平均值。
当控制器902检测/识别操作条件时，控制器902优选地启动冲洗例程。冲洗例程可以包括：控制器902使得打开至少一个过滤膜911的一个或多个冲洗阀(未示出)。这使得至少一个过滤膜停止输出透过物，因为冲洗阀的打开可以降低至少一个过滤膜的进料侧的压力。
如图9B所示，冲洗例程还优选地包括将流961中的水移动到至少一个过滤膜911中。流961的供入水可以是：来自于进料流909进料、来自于透过物流913的透过物、或来自不同于进料流909和透过物流913的另一水源的供入水、或其任意组合，以进入到至少一个过滤膜911中。然后，基于来自流961的置换水，至少一个过滤膜911内浓缩物的至少一部分(更优选至少99％的浓缩物)经由流964(见图9B)排除。通常将流964以排放物流910实现，尽管本申请在这方面不受限制。
实验结果和模拟
第一实验(传统反渗透系统)：下文中的表2和表3示出了一个示例性过滤配置，并且图10示出了由此生成的模拟水分析结果。图10中的模拟结果表明：该示例性配置可以实现用于排放到局部接收流中的废弃物排放物总溶解固体(TDS)目标。该模拟结果进一步表明：该示例性配置的渗透流为333.9m3/小时＝1469加仑/分钟(gpm)。
更具体地，表2和表3示出了传统的反渗透系统设计，其目标是将盐水排放到当地河流中的最大废弃物TDS标称为2600毫克/升，这决定了传统反渗透(RO)系统存在75％的回收率限制。该设计是在市售反渗透设计工具(CHEM Q+)中开发的。将进料压力设置为8.12巴，在75％的水回收率下，透过物TDS等于4.61mg/L，浓缩物TDS等于2622.69mg/L。该示例性配置使用了两个阶段的膜，在阶段1中具有38个压力容器(vessel)，在阶段2中具有18个压力容器。每个容器具有6个膜，系统中的总膜数为(38+18)*6＝336个膜元件。
表2-实验1配置和模拟结果
阶段1 阶段2
容器数量 38 18
元件数量 6 6
反渗透进料流量 445.2立方米/小时 197.83立方米/小时
透过物流量 247.37立方米/小时 86.21立方米/小时
浓缩物流量 197.83立方米/小时 111.62立方米/小时
反渗透进料压力 8.12巴 6.65巴
浓缩物压力 6.65巴 5.2巴
容器驱动压力(DP) 1.47巴 1.45巴
增压压力 0巴 0巴
背压 0巴 0巴
级间压力损失 0巴 0巴
平均通量 29.2lmh 21.48lmh
透过物总溶解固体 2.93毫克/升 9.43毫克/升
表3-实验1容器信息和模拟结果
第二个实验(根据本申请的系统)：表4和表5示出了与本申请相一致的过滤系统的示例性配置。与实验1一样，该设计是在市售反渗透设计工具(CHEM Q+)中开发的。图11A示出了在系统的模拟操作过程中的单个时间点(即，在过程的端点)的模拟水分析结果。该示例和配置不同于实验1的系统，因为其是单级反渗透系统，而实验1中的系统是传统的双级反渗透系统。与比实验1中的系统相比，本实验中的系统还将在更低的压力下开始，并且在如图所示的压力/浓缩物的质量/能量下结束。与实验1的系统相比，这显著地节省了功率，并且产生了具有较低的总溶解固体(标称为2159mg/L)的排放物，该总溶解固体取决于混合冲洗，在此种情况下，相对于图10，该混合冲洗是在图11B所示的生产循环中与时间平均浓缩物混合的总溶解固体的冲洗体积。图11B示出了本实验中使用的系统的产生周期，并且示出了供入水的质量和量如何随时间变化。这与实验1不同，实验1是一个传统的反渗透系统，在相同操作条件下操作较长时间(例如，数周或数月)。如图11B所示，该系统在不断变化的排放物浓度下操作，如通过模拟计算的排放物TDS所证明的，该模拟使用传统反渗透系统的75％的回收率作为操作特性来确定何时应该进行冲洗操作。注意，在图11B中，浓度因子(Concentration Factor，CF)等于排放物总溶解固体除以进料总溶解固体，即排放物TDS/进料TDS。
该示例性配置旨在保持与表2、表3和图10中的第一实验中所示的相同的通量目标和水回收率。该实验优选地实施为图9A的膜系统900，为了简洁起见，将不再重复对其的描述。具体地，表4和表5以及图11A和11B示出了系统产生操作循环的端点的模拟，该模拟利用了上文所述关于图9A至图9B所讨论的各个方面和特征。第二实验的端点设计为：在75％的水回收率下，具有7.43巴的进料压力、透过物TDS为6.22mg/L、浓缩物TDS为2617.39mg/L、以及使用具有60个容器的1级膜。每个容器具有6个膜，系统中总膜数为60*6＝360个膜元件，这比图10的传统系统多24个膜元件。
如表4和表5进一步所示，可以将与本申请相一致的过滤系统和方法配置为以与图10所示的传统反渗透系统相同的75％的回收率和相同的通量实现节能。值得注意的是，与本申请相一致的过滤系统因此可以将1469gpm的透过物的反渗透系统的功耗降低约9.5％/16马力(HP)，同时将TDS降低12.7％至废弃物排放点。
表4-实验2配置和模拟结果
表5-实验2容器信息和模拟结果
实验3(根据本申请的系统)：表6和表7示出了与本申请相一致的过滤系统的另一示例性配置，并且图12A示出了在系统的模拟操作过程中的单个时间点(即，在过程的端点)的模拟水过滤结果。如实验2一样，该示例和配置不同于实验1的系统，因为其是单级反渗透系统，而实验1中的系统是传统的双级反渗透系统。与比实验1中的系统相比，本实验中的系统还将在更低的压力下开始，并且在如图所示的压力/浓缩物的质量/能量下结束。与实验1的系统相比，这显著地节省了功率，并且产生了具有较低的总溶解固体(2160mg/L)的排放物，该总溶解固体取决于混合冲洗，在此种情况下，相对于图10，该混合冲洗是在图12B所示的生产循环中与时间平均浓缩物混合的总溶解固体的冲洗体积。图12B示出了本实验中使用的系统的产生周期，并且示出了供入水的质量和量如何随时间变化。这与实验1不同，实验1是一个传统的反渗透系统，在相同操作条件下操作较长时间(例如，数周或数月)。如图12B所示，该系统在不断变化的排放物浓度下操作，如通过模拟跟踪的排放物TDS所证明的。
与图11B一样，图12B中的浓度因子(CF)等于排放物总溶解固体除以进料总溶解固体，即排放物TDS/进料TDS。
该示例性配置旨在保持与第一实验中所示相同的膜数量，并且优选地实施为图9A的膜系统900，为了简洁起见，将不再重复对其的描述。该示例系统的端点设计为：在75％的水回收率下，具有7.9巴的进料压力、透过物TDS为5.73mg/L、浓缩物TDS为2619.43mg/L、以及使用具有56个容器的1级膜。每个容器具有6个膜，系统中的总膜数为56*6＝336个膜元件，这与图10的传统反渗透系统相同。
如表6和表7和图12A进一步所示，可以将与本申请相一致的过滤系统和方法配置为以与图10所示的传统反渗透系统相同的75％的回收率和相同的膜数量实现节能，并且在此种配置中，与本申请相一致的方法和系统因此可以将1469gpm的透过物的反渗透系统的功耗降低约4.1％/7马力，同时将TDS降低12.7％至废弃物排放点。
表6-实验3配置和模拟结果
表7-实验3容器信息和模拟结果
实验4(根据本申请的系统)：表8和表9示出了与本申请相一致的过滤系统的另一示例性配置，并且图13A示出了在系统的模拟操作过程中的单个时间点(即，在过程的端点)的模拟水分析结果。如实验2和3一样，该示例和配置不同于实验1的系统，因为其是单级反渗透系统，而实验1中的系统是双级传统反渗透系统。与比实验1中的系统相比，本实验中的系统还将在更低的压力下开始，并且在如图所示的压力/浓缩物的质量/能量下结束。与实验1的系统相比，这显著地增加了水回收率，并且产生具有与混合冲洗相同的总溶解固体的排放物，在此种情况下，相对于图10，该混合冲洗是在图13B所示的生产循环中与时间平均浓缩物混合的总溶解固体的冲洗体积。图13B示出了本实验中使用的系统的产生周期，并且示出了供入水的质量和量如何随时间变化。这与实验1不同，实验1是一个传统的反渗透系统，在相同操作条件下操作较长时间(例如，数周或数月)。如图13B所示，该系统在不断变化的排放物浓度下操作，如被模拟跟踪为操作特性的排放物TDS所证明的，以确定何时应该进行冲洗操作。与图11B一样，图13B中的浓度因子(CF)等于排放物总溶解固体除以进料总溶解固体，即排放物TDS/进料TDS。
该配置旨在保持与第一实验中所示相同的废弃物TDS，并且优选地实施为图9A的膜系统900，为了简洁起见，将不再重复对其的描述。该示例系统的端点设计为：在77.3％的水回收率下，具有7.75巴的进料压力、透过物TDS为6.86毫mg/L，浓缩物TDS为2879.1mg/L、以及使用具有56个容器的1级膜。每个容器具有6个膜，系统中的总膜数为56*6＝336个膜元件，这与传统系统相同。
该实验进一步证明，可以将与本申请一致的过滤系统和方法配置为：与实验1的传统反渗透设计相比实现2.3％的增强回收率，同时匹配相同的废弃物TDS限制，且在操作期间使用大约7.2马力或4.3％的多功率。然而，在本实验的背景下，这种方法将为1469gpm透过物的反渗透系统(假设每年运行350天)每年从水源水库中节省2920万加仑的水，以在一年中产生相同数量的透过物。
表8-实验4配置和模拟结果
表9-实验4容器信息和模拟结果
本申请还认识到，可以开发末端用户可能优选的中间解决方案，例如，如果电力成本高于取水成本或者包括电力在内的水浪费成本显著，则可以考虑比传统反渗透提高1％的回收率和略多的能源使用。在由本申请的各个方面和特征实现的另一个用途中，图13的示例可以被扩展以研究当移除最大允许的废弃物TDS限制时系统的最大回收率。在此种情况下，如果浓缩水显示出结垢趋势，则防垢剂剂量可用作系统生产循环的一部分，但如果循环时间相对短到足以避免结垢，则可能不需要这种防垢剂剂量。
其他示例方面和体系结构
本申请的一个方面包括一种方法，可以确定使得NF/反渗透系统可以在设置点处操作的回收率和功率条件/参数(在此也称为操作参数)，该设置点落在连续系统所提供的无结垢稳态(使用或不适用防结垢剂)和反渗透系统提供的100％的回收率的批量操作的两个末端之间。因此，以下公开提供了以下非限制性示例。
示例1包括操作一个NF/反渗透系统，该系统具有至少一个进料流、一个排放物流和一个透过物流；在操作循环的至少一部分中，该系统的回收率被设置在100％的回收率和最大无结垢或无积垢回收率的末端值之间。
示例2包括操作一个NF/反渗透系统，该系统具有至少一个进料流、一个排放物流和一个透过物流；在操作循环的至少一部分中，该系统的回收率被设置在100％的回收率和最大无结垢或无积垢回收率的末端值之间，在重复操作循环之前，进料冲洗序列作为操作循环的最后步骤(参见例如图4中的序列B)。
示例3包括一种操作NF/反渗透系统的方法，该系统具有至少一个进料流、一个排放物流和一个透过物流；在操作循环的一部分中，该系统的回收率被设置在100％的回收率和最大无结垢或无积垢回收率的末端值之间，并且在操作循环的另一部分中，该系统的回收率为100％(参见例如图4的序列A和序列C，不一定需要冲洗循环)。
示例4是一种操作NF/反渗透系统的方法，该系统具有至少一个进料流、一个排放物流和一个透过物流；在操作循环的一部分中，该系统的回收率被设置在100％的回收率和最大无结垢或无积垢回收率的末端值之间，并且在操作循环的另一部分中，该系统的回收率为100％，在重复操作循环之前，进料冲洗序列作为操作循环的最后步骤(参见例如图4的序列A和序列C)。
示例5是一种操作NF/反渗透系统的方法，该系统具有至少一个进料流、一个排放物流和一个透过物流；在操作循环的至少一部分中，该系统的回收率被设置在100％的回收率和最大无结垢或无积垢回收率的末端值之间，在第一诱导期内初始操作时不使用防垢剂，直到发生结垢/积垢之前的预定时刻；然后，在重复操作循环一次或多次之前向进料中添加防垢剂剂量，以使得在将进料冲洗序列作为操作循环的最后一步完成之前能够延长操作(例如，第二诱导期)。
示例6是一种操作NF/反渗透系统的方法，该系统具有至少一个进料流、一个排放物流和一个透过物流；在操作循环的一部分中，该系统的回收率被设置在100％的回收率和最大无结垢或无积垢回收率的末端值之间，在操作循环的另一部分中，该系统的回收率被设置为100％；在第一诱导期内初始操作时不使用防垢剂，直到刚好到达无防垢剂诱导时间段(或第二诱导期)之前；然后，在重复操作循环之前向进料中添加防垢剂剂量，以使得在将进料冲洗序列作为操作循环的最后步骤完成之前能够延长操作(例如，第二诱导期)，直到防垢剂诱导时间段。
示例7是一种操作NF/反渗透系统的方法，该系统具有至少一个进料流和一个透过物流，该系统的回收率为100％，在第一诱导期内初始操作时不使用防垢剂，直到刚好到达无防垢剂的诱导时间段(第二诱导期)之前；然后，在重复操作循环之前，向进料中添加防垢剂剂量，以使得刚好在将进料冲洗序列作为操作循环的最后步骤完成之前能够延长操作(第二诱导期)。
示例8是一种操作NF/反渗透系统的方法，该系统具有至少一个进料流和一个透过物流，该系统的回收率为100％；在重复操作循环之前使用防垢剂操作，以使得在将进料冲洗序列作为操作循环的最后步骤完成之前，浓缩物能够超过无防垢剂诱导时间段，直到刚好在防垢剂诱导时间段之前。
示例9是一种操作NF/反渗透系统的方法，该系统具有板框或间隔管高压膜模块，该板框或间隔管高压膜模块具有至少一个进料流和一个透过物流，该系统的回收率为100％。在没有防垢剂的情况下初始操作，直到刚好到达无防垢剂诱导时间段之前；然后，在重复操作循环之前向进料中添加防垢剂剂量，以使得在将进料冲洗序列作为操作循环的最后一步完成之前能够延长操作(第二诱导期)，直到防垢剂诱导时间段。
示例10是一种操作NF/反渗透系统的方法，该系统具有板框或间隔管高压膜模块，该板框或间隔管高压膜模块具有至少一个进料流和一个透过物流，该系统的回收率为100％。在重复操作循环之前使用防垢剂操作，以使得在将进料冲洗序列作为操作循环的最后步骤完成之前，浓缩物能够超过无防垢剂诱导时间段，直到刚好在防垢剂诱导时间段之前。
示例11是一种操作过滤系统的方法，该过滤系统具有：与至少一个进料流流体连接的至少一个入口、与至少一个入口流体连接以接收来自至少一个进料流的供入水的至少一个过滤膜、以及至少一个泵，泵产生压力以使来自至少一个进料流的进料移动到至少一个过滤膜中并且产生输出的透过物流。该方法包括：向至少一个泵提供第一驱动信号，以使得产生的压力在第一时间段期间以基本上与第一目标回收率相等的回收率产生输出的透过物流，第一目标回收率大于至少一个过滤膜的最大无结垢回收率且小于100％。
示例12包括示例11的特征，该方法还包括：向至少一个泵提供第二驱动信号，以使得所产生的压力在第二时间段期间以基本上与第二目标回收率相等的回收率产生输出的透过物流。
示例13包括示例12的特征，第二目标回收率等于或小于至少一个过滤膜的最大无结垢回收率。
示例14包括示例12的特征，第二目标回收率大于至少一个过滤膜的最大无结垢回收率。
示例15包括示例12的特征，第二目标回收率大于至少一个过滤膜的最大无结垢回收率和第一目标回收率。
示例16包括示例12的特征，将第二驱动信号配置为实施对至少一个过滤膜的至少部分冲洗，从而使得第二目标回收率小于至少一个过滤膜的最大无结垢回收率。
示例17包括示例16的特征，第二目标回收率等于零，从而使得至少一个进料流的所有接收供入水被作为废弃物排除。
示例18包括示例12的特征，第二目标回收率在第二时间段的一部分内小于或等于至少一个过滤膜的最大无结垢回收率，并且在第二时间段的一部分内高于最大无结垢回收率。
示例19包括示例12的特征，第二目标回收率大于0％且小于或等于最大无结垢回收率，以引起至少一个过滤膜的部分冲洗。
示例20包括示例12的特征，第二目标回收率在96％-100％之间，使得在第二时间段期间接收的供入水与输出的透过物流的体积比在0.96-1.0之间。
示例21包括示例12的特征，该方法还包括：使得至少一个排放阀与至少一个过滤膜流体连接，以在第二时间段期间至少一个进料流的供入水的第一预定部分被作为废水输出。
示例22包括示例21的特征，第二目标回收率等于100％，并且使得至少一个排放阀在第二时间段期间将至少一个进料流的第一预定部分作为废水输出还包括：关闭至少一个排放阀，使得至少一个进料流的基本上0％作为废水输出。
示例23包括示例21的特征，第二目标回收率小于100％，并且使得至少一个排放阀在第二时间段期间将至少一个进料流的第一预定部分作为废水输出还包括：打开至少一个排放阀以将第一预定部分的供入水作为废水输出。
示例24包括示例12的特征，第二目标回收率是100％，使得在第二时间段的至少一部分时间内，至少一个进料流的0％作为废水输出。
示例25包括示例12的特征，基于预定的过滤器操作序列，第二时间段发生在第一时间段之前或之后。
示例26包括示例12的特征，第二目标回收率为100％，并且使得向至少一个泵提供第二驱动信号。该方法还包括：在第二时间段期间的预定时刻将一个或多个防垢剂剂量引入至少一个过滤膜中，并且在预定时刻将第二时间段划分为在预定时刻之前发生的第一诱导期和在引入防垢剂的预定时刻之后发生的第二诱导期，第一诱导期是在至少一个过滤膜结垢和/或积垢发生之前操作的时间段，第二诱导期是测得的从引入防垢剂时直到至少一个过滤膜结垢和/或积垢发生时的时间段。
示例27包括示例11-26中任一个的特征，该方法还包括：使得向至少一个泵提供第三驱动信号，以至少部分地冲洗至少一个过滤膜，其中，使得向至少一个泵提供第三驱动信号以至少部分地冲洗至少一个过滤膜还包括：在第三时间段期间向至少一个泵提供第三驱动信号，该第三时间段位于第二时间段之后。
示例28包括示例27的特征，将第三驱动信号配置为使得至少一个泵生成压力，以在第三时间段期间以基本上与第三目标回收率相等的回收率产生输出的透过物流。
示例29包括示例28的特征，在第三时间段期间，第三目标回收率在0％和80％之间，以引起对至少一个过滤膜的至少部分冲洗。
示例30包括示例28的特征，第三目标回收率基本上为0％，以引起对至少一个过滤膜的完全冲洗，第三目标回收率不同于第一目标回收率和第二目标回收率。
示例31包括示例11-30中任一个的特征，第二时间段位于第一时间段之后，并且使得在第二时间段期间产生第二驱动信号，而不会在第一时间段和第二时间段之间引起对至少一个过滤膜的中间完全冲洗。
示例32包括示例12的特征，第二驱动信号配置为使得由至少一个泵生成的压力增加到超过至少一个过滤膜的渗透压的量，使得在第二时间段期间压力每分钟增加至少10psi，第二时间段为至少两(2)分钟。
示例33包括示例12的特征，第二驱动信号配置为使得至少一个泵生成基本恒定的压力，使得在第二时间段期间，基本恒定的压力每小时最多增加10磅/平方英寸(psi)，第二时间段为至少6小时。
示例34包括示例11-33中任一个的特征，第一驱动信号配置为使得由至少一个泵所生成的压力增加到超过至少一个过滤膜的渗透压的量，使得在第一时间段期间压力每分钟增加至少10psi，第一时间段为至少两(2)分钟。
示例35包括示例11-33中任一个的特征，将第一驱动信号配置为使得至少一个泵生成基本恒定的压力，使得在第一时间段期间，基本恒定的压力每小时最多增加10磅/平方英寸(psi)，第一时间段至少为6小时。
示例36包括示例11-35中任一个的特征，该方法还包括：使得至少一个排放阀与至少一个过滤膜流体连接，以在第一时间段期间将至少一个进料流的第二预定部分的供入水作为废水输出。
示例37包括示例36的特征，第一目标回收率小于或等于98％，并且使得在第一时间段期间将至少一个进料流的第二预定部分的供入水作为废水输出还包括：在第一时间段期间打开至少一个排放阀以使得将至少一个进料流的至少2％的供入水作为废水输出。
示例38包括示例11-37中任一个的特征，使得向至少一个泵提供第一驱动信号还包括：使得将一种或多种防垢剂剂量在第一时间段期间的预定时刻引入至少一个过滤膜中，该预定时刻位于第一时间段的初始开始处或在第一时间段的初始开始之后且在至少一个过滤膜结垢和/或积垢之前。
示例39包括示例38的特征，预定时刻将第一时间段划分为在预定时刻之前发生的第一诱导期和在引入防垢剂的预定时刻之后发生的第二诱导期，第一诱导期是在至少一个过滤膜发生结垢和/或积垢之前操作的时间段，第二诱导期是测得的从引入防垢剂时直到至少一个过滤膜发生结垢和/或积垢时的时间段。
示例40包括示例39的特征，使得向至少一个泵提供第一驱动信号还包括：使得至少一个泵从引入防垢剂的预定时刻开始使压力单调地增加至超过至少一个过滤膜的渗透压，以在第二诱导期的至少一部分内保持第一目标回收率。
示例41是一种过滤系统，包括：与至少一个进料流流体连接的至少一个入口；至少一个过滤膜，连接到至少一个入口流体，以接收来自至少一个进料流的供入水；至少一个泵，产生压力以将来自至少一个进料流的供入水移动到至少一个过滤膜中并且产生输出的透过物流；以及控制器，配置为使得向至少一个泵提供第一驱动信号，以使得所生成的压力在第一时间段期间以基本上等于第一目标回收率的回收率产生输出的透过物流，第一目标回收率大于至少一个过滤膜的最大无结垢回收率且小于100％。
示例42包括示例41的特征，还将控制器配置为使得向至少一个泵提供第二驱动信号，以使得所生成的压力在第二时间段期间以基本上等于第二目标回收率的回收率产生输出的透过物流。
示例43包括示例42的特征，第二目标回收率等于或小于至少一个过滤膜的最大无结垢回收率。
示例44包括示例42的特征，第二目标回收率大于至少一个过滤膜的最大无结垢回收率。
示例45包括示例42的特征，第二目标回收率大于至少一个过滤膜的最大无结垢回收率和第一目标回收率。
示例46包括示例42的特征，第二驱动信号配置为引起对至少一个过滤膜的至少部分冲洗。
示例47包括示例46的特征，第二目标回收率等于零，使得将至少一个进料流的所有供入水作为废弃物输出。
示例48包括示例46的特征，第二目标回收率在第二时间段的一部分内小于或等于至少一个过滤膜的最大无结垢回收率，并且在第二时间段的另一部分内大于最大无结垢回收率。
示例49包括示例46的特征，第二目标回收率大于0％且小于最大无结垢回收率，以引起至少一个过滤膜的部分冲洗。
示例50包括示例42的特征，第二目标回收率在96％-100％之间，使得在第二时间段期间接收的供入水与输出的透过物流的体积比在0.96-1.0之间。
示例51包括示例42的特征，还包括至少一个排放阀，该排放阀与至少一个过滤膜流体连接，以在第二时间段期间将至少一个进料流的供入水的第一预定部分作为废水输出。
示例52包括示例51的特征，第二目标回收率等于100％，并且控制器配置为：使得至少一个排放阀关闭，以便在第二时间段期间供入水的第一预定部分的0％被作为废水输出。
示例53包括示例51的特征，第二目标回收率为100％，使得至少一个进料流的0％在第二时间段期间被作为废水输出。
示例54包括示例51的特征，基于存储在存储器中的预定过滤操作序列，
第二时间段发生在第一时间段之前或之后。
示例55包括示例42-54中任一个的特征，第二驱动信号还配置为在第二时间段期间的预定时刻使得将一种或多种防垢剂剂量引入到至少一个过滤膜中。
示例56包括示例55的特征，预定时刻将第二时间段划分为在预定时刻之前发生的第一诱导期和在引入防垢剂的预定时刻之后发生的第二诱导期，第一诱导期是在至少一个过滤膜发生结垢和/或结垢之前运行的时间段，第二诱导期是测得的从引入防垢剂时直到至少一个过滤膜发生结垢和/或结垢时的时间段。
示例57包括示例42-56中任一个的特征，控制器还配置为使得向至少一个泵提供第三驱动信号，以在第三时间段期间引起至少部分冲洗，第三时间段位于第二时间段之后。
示例58包括示例57的特征，第三驱动信号配置为使得至少一个泵生成压力，以在第三时间段期间以基本上与第三目标回收率相等的回收率产生输出的透过物流，第三目标回收率不同于第一目标回收率和第二目标回收率。
示例59包括示例57-58中任一个的特征，在第三时间段期间，第三目标回收率在0％和80％之间，以引起对至少一个过滤膜的至少部分冲洗。
示例60包括示例57-58中任一个的特征，第三回收率基本上为0％，以引起对至少一个过滤膜的完全冲洗。
示例61包括示例42-60中任一个的特征，第二时间段位于第一时间段之后，并且使得在第二时间段期间提供第二驱动信号，而不会在第一时间段和第二时间段之间引起对至少一个过滤膜的中间完全冲洗。
示例62包括示例42的特征，将第二驱动信号配置为使得由至少一个泵所生成的压力增加到超过至少一个过滤膜的渗透压的量，使得在第二时间段期间压力每分钟增加至少10psi，第二时间段为至少两(2)分钟。
示例63包括示例42的特征，将第二驱动信号配置为使得至少一个泵生成基本恒定的压力，使得在第二时间段期间，基本恒定的压力每小时最多增加10磅/平方英寸(psi)，第二时间段为至少6小时。
示例64包括示例41-63中任一个的特征，将第一驱动信号配置为使得由至少一个泵所生成的压力增加到超过至少一个过滤膜的渗透压的量，使得在第一时间段期间压力每分钟增加至少10psi，第一时间段为至少两(2)分钟。
示例65包括示例41-63中任一项的特征，将第一驱动信号配置为使得至少一个泵生成基本恒定的压力，使得在第一时间段期间，基本恒定的压力每小时最多增加10磅/平方英寸(psi)，第一时间段至少为6小时。
示例66包括示例41-65中任一项的特征，还包括至少一个排放阀，该至少一个排放阀与至少一个过滤膜流体连接，以在第一时间段期间将至少一个进料流的第二预定部分的供入水作为废水输出。
示例67包括示例66的特征，第一目标回收率小于或等于98％，供入水的第一预定部分为至少2％，并且控制器配置为：使得至少一个排放阀在第一时间段期间将至少一个进料流的供入水的第一预定部分作为废水输出。
示例68包括示例41-67中任一个的特征，控制器还配置为将一种或多种防垢剂剂量在第一时间段期间的预定时刻引入至少一个过滤膜中。
示例69包括示例68的特征，预定时刻将第一时间段划分为在预定时刻之前发生的第一诱导期和在引入防垢剂的预定时刻之后发生的第二诱导期，第一诱导期是在至少一个过滤膜发生结垢和/或积垢之前操作的时间段，第二诱导期是测得的从引入防垢剂时直到至少一个过滤膜发生结垢和/或积垢时的时间段。
示例70包括示例69的特征，使得向至少一个泵提供第一驱动信号还包括：使得至少一个泵从引入防垢剂的预定时刻开始将压力单调地增加到超过至少一个过滤膜的渗透压，以在第二诱导期的至少一部分内保持第一目标回收率。
示例71包括示例41-70中任一个的特征，至少一个过滤膜包括至少一个高压过滤膜，该高压过滤膜具有能够承受至少90巴压力的压力外壳。
示例72包括示例41-71中任一个的特征，至少一个过滤膜至少包括第一过滤膜和第二过滤膜，该至少第一过滤膜和第二过滤膜中的每一个分别提供第一过滤级和第二过滤级的至少一部分。
示例73包括示例72的特征，还包括过滤阀装置，以可切换地(switchably)将第一过滤膜和/或第二过滤膜与至少一个进料流流体连接。
示例74包括示例73的特征，控制器还配置为使得过滤阀装置在第一时间段和/或第二时间段期间可切换地将第一过滤膜和/或第二过滤膜与至少一个进料流流体连接。
示例75包括示例41-74中任一个的特征，至少一个入口与过滤系统的排放物流体连接，使得至少一个进料流包括来自过滤系统的浓缩物。
示例76包括示例41-74中任一个的特征，至少一个入口与过滤系统的出口流体连接，使得至少一个进料流包括过滤系统输出的透过物。
示例77是一种操作过滤系统的方法，该过滤系统具有：与至少一个进料流流体连接的入口、与该入口流体连接以接收至少一个进料流的供入水的至少一个过滤膜、以及至少一个泵，泵产生压力以将至少一个进料流的进料移动到至少一个过滤膜中并且产生输出的透过物流。该方法包括：使得向至少一个泵提供第一驱动信号，该第一驱动信号使得至少一个泵的所生成压力增加到超过至少一个过滤膜的渗透压的量并且在第一时间段期间保持目标回收率，该目标回收率超过最大无结垢回收率，并且在至少一个过滤膜达到最大无结垢回收率状态之前具有相关的持续时间；检测第一时间段期间至少一个过滤膜何时达到最大无结垢回收率状态，并且作为检测到达到最大无结垢回收率状态的响应，将一种或多种防结垢剂剂量引入至少一个过滤膜中，以增加达到最大无结垢回收率状态和至少一个过滤膜发生结垢和/或积垢之间的时间量。
示例78是一种操作批量反渗透(RO)过滤系统的方法，该批量反渗透RO过滤系统具有：与至少一个进料流流体连接的入口；至少一个过滤膜，与入口流体连接，以接收至少一个进料流的供入水；以及至少一个泵，生成压力以将至少一个进料的供入水移动至少一个过滤膜中并且产生输出的透过物流。该方法包括：使得向至少一个泵提供第一驱动信号，以使得输出的渗透流在第一时间段期间基本上以目标回收率输出，目标回收率大于至少一个过滤膜的最大无结垢回收率，并且第一驱动信号将至少一个泵的所生成的压力增加到超过至少一个过滤膜的渗透压的量，以维持所输出的透过物的输出并且在第一时间段期间的预定时刻将一个或多个防垢剂剂量引入至少一个过滤膜中。
示例79包括示例78的特征，预定时刻将第一时间段划分为在预定时刻之前发生的第一诱导期和在引入一种或多种防垢剂剂量的预定时刻之后发生的第二诱导期，第一诱导期是在发生结垢和/或积垢之前操作的时间段，第二诱导期是测得的从引入一种或多种防垢剂剂量时直到发生结垢和/或积垢时的时间段。
示例80是其上存储有多条指令的非暂时性计算机可读介质，使得执行根据示例77的方法。示例81是其上存储有多个指令的非暂时性计算机可读介质，使得执行根据示例78-79中任一个的方法。
示例82是其上存储有多条指令的非暂时性计算机可读介质，使得执行根据示例1-40中任一个的方法。
示例83是一种过滤系统，包括：至少一个过滤膜，该至少一个过滤膜具有入口和排放出口，入口用于流体连接到进料流，排放出口用于流体连接到排放物流，并且在排放物流中截留的污染物浓度不断增加；至少一个泵，用于生成压力以将来自进料流中的供入水移动到至少一个过滤膜中并且产生输出的透过物流；控制器，被配置为向至少一个泵提供第一信号，以在第一时间段期间使至少一个过滤膜产生输出的透过物流，在第一时间段期间于透过物流的输出期间检测操作条件，基于所检测的操作条件输出冲洗信号以实施冲洗，以从至少一个过滤膜排除至少一部分浓缩物；以及，向至少一个泵提供第二信号，以在实施所述冲洗之后的第二时间段使所述至少一个过滤膜产生输出的透过物流。优选地，操作条件不包括结垢化合物的浓度、积垢化合物的浓度或两者的浓度。
示例84包括示例83的特征，操作条件是至少一个过滤膜的透过物、截留物和/或浓缩物的预定特性。优选地，预定特性不是结垢化合物的浓度、积垢化合物的浓度或两者的浓度。
示例85包括示例83-84中任一个的特征，控制器还被配置为：基于接收至少一个过滤膜的透过物、截留物和/或浓缩物的所测量的特性并将所测量的特性与相应的阈值进行比较，来检测操作条件。优选地，预定特性不是结垢化合物的浓度、积垢化合物的浓度或两者的浓度。
示例86包括示例83-85中任一个的特征，预定特性是目标流出物(effluent)和/或透过物的质量。优选地，预定特性不是结垢化合物的浓度、积垢化合物的浓度或两者的浓度。
示例87包括示例83-86中任一个的特征，预定特性是目标截留物和/或浓缩物的质量。优选地，预定特性不是结垢化合物的浓度、积垢化合物的浓度或两者的浓度。
示例88包括示例83-87中任一个的特征，预定特性是混合冲洗和排放物流体的量或质量，或，来自系统的总混合废物的量或质量。
示例89包括示例83-88中任一个的特征，预定特性是至少一个过滤膜的按时间平均的流出物特性和/或按时间平均的透过物的质量。
示例90包括示例83-89中任一个的特征，预定特性是至少一个过滤膜的预定的按时间平均的截留物特性和/或按时间平均的浓缩物的质量。
示例91包括示例83-90中任一个的特征，预定特性是预定的进料流压力和/或浓缩物压力。
示例92包括示例83-91中任一个的特征，操作条件是在透过物流的输出期间已经过的预定的持续时间。
示例93包括示例83-92中任一个的特征，冲洗信号被配置为：使得来自进料流的进料、来自透过物流的透过物和/或来自不同于进料流和透过物物流的来源的水移动到至少一个过滤膜中。
示例94是一种用于操作过滤系统的方法，该过滤系统具有至少一个过滤膜、排放物流、以及至少一个泵；至少一个过滤膜具有与进料流流体连接的入口，在排放物流中截留的污染物浓度不断增加，至少一个泵用于生成压力以将来自进料流中的供入水移动到至少一个过滤膜中并且产生输出的透过物流。该方法包括：在第一时间段期间使至少一个过滤膜产生输出的透过物流，在第一时间段期间于透过物流的输出期间检测操作条件，基于所检测的操作条件实施冲洗，以从至少一个过滤膜排除至少一部分浓缩物，以及，在实施所述冲洗之后的第二时间段使所述至少一个过滤膜产生所述输出的透过物流。优选地，操作条件不包括结垢化合物的浓度、积垢化合物的浓度或两者的浓度。
示例95包括示例94的特征，操作条件是至少一个过滤膜的透过物、截留物和/或浓缩物的预定特性。优选地，预定特性不是结垢化合物的浓度、积垢化合物的浓度或两者的浓度。
示例96包括示例94-95中任一个的特征，检测操作条件还包括：测量至少一个过滤膜的透过物、截留物和/或浓缩物的至少一个特性，并将所测量的至少一个特性与预定阈值进行比较。优选地，所测量的特性不是结垢化合物的浓度、积垢化合物的浓度或两者的浓度。
示例97包括示例94-96中任一个的特征，预定特性是目标流出物和/或透过物的质量。优选地，预定特性不是结垢化合物的浓度、积垢化合物的浓度或两者的浓度。
示例98包括示例94-97中任一个的特征，预定特性是目标截留物和/或浓缩物的质量。优选地，预定特性不是结垢化合物的浓度、积垢化合物的浓度或两者的浓度。
示例99包括示例94-98中任一个的特征，预定特性是混合冲洗和排放物流体的量或质量，或，来自系统的总混合废物的量或质量。
示例100包括示例94-99中任一个的特征，预定特性是至少一个过滤膜的按时间平均的流出物特性和/或按时间平均的透过物的质量。优选地，预定特性不是结垢化合物的浓度、积垢化合物的浓度或两者的浓度。
示例101包括示例94-100中任一个的特征，预定特性是至少一个过滤膜的预定的按时间平均的截留物特性和/或按时间平均的浓缩物的质量。优选地，预定特性不是结垢化合物的浓度、积垢化合物的浓度或两者的浓度。
示例102包括示例94-101中任一个的特征，其中预定特性是预定的进料流压力和/或浓缩物压力。
示例103包括示例94-102中任一个的特征，操作条件是在透过物流的输出期间已经过的预定的持续时间。
示例104包括示例94-103中任一个的特征，过滤系统被配置为反渗透(RO)系统，并且能够在第一时间段期间以至高100％的回收率通过至少一个过滤膜产生输出的透过物。
示例105包括示例94-104中任一个的特征，过滤系统被配置为在第一时间段期间以小于100％的回收率通过至少一个过滤膜产生输出的透过物，使得进料流的至少一部分进料通过所述排放物流输出。
示例106包括示例94-105中任一个的特征，还包括使得一种或多种防垢剂剂量移动到至少一个过滤膜中。
示例107包括示例94-106中任一个的特征，使得发生冲洗以从所述至少一个过滤膜排除至少一部分浓缩物还包括：将来自进料流的进料移动到至少一个过滤膜中，将来自透过物流的透过物移动到至少一个过滤膜中，和/或，将来自不同于进料流和透过物流的来源的水移动到至少一个过滤膜中。
根据本申请，用于操作具有进料流、透过物流和排放物流的膜系统的另一示例性方法和系统，排放物流中残留的污染物的浓度不断增加。在达到/检测到操作条件时，启动冲洗步骤以从膜系统中排除浓缩物。然后，重复该过程。操作条件可以是膜流出物或透过物的质量；截留物或浓缩物的质量；和/或混合冲洗流体加上截留物或浓缩物的质量。可选地或附加地，操作条件可以是经过预定时间段、平均的膜排放物或浓缩物的质量、平均的膜流出物或透过物的质量、膜进料或浓缩物压力、或其两种或多种的组合。优选地，操作条件不是结垢化合物的浓度、积垢化合物的浓度或两者的浓度。此类系统和方法可以在使用或不适用引入膜系统的防垢化学品的情况下操作。
尽管已经在此描述了本申请的原理，但是本领域技术人员应当理解，该描述仅通过示例的方式进行，而不是作为对本申请范围的限制。除了本文示出和描述的示例性实施例之外，在本申请的范围内还设想了其他实施例。本领域技术人员将理解，设备可以体现本文包含的任何一个或多个特征，并且这些特征可以用于任何特定的组合或子组合中。本领域普通技术人员的修改和替换被认为在本申请的范围内，除了权利要求之外，本申请不受限制。

Claims (25)

1.一种用于操作过滤系统的方法，所述过滤系统具有至少一个过滤膜以及至少一个泵；所述至少一个过滤膜具有入口以流体连接到进料流，在排放物流中的截留污染物的浓度不断增加，所述至少一个泵用于生成压力以将来自所述进料流中的供入水移动到所述至少一个过滤膜中并且产生输出的透过物流，所述方法包括：
在第一时间段使所述至少一个过滤膜产生所述输出的透过物流；
在所述第一时间段期间，在所述透过物流的输出期间检测操作条件；
基于所检测的操作条件来实施冲洗，以从所述至少一个过滤膜排除至少一部分浓缩物；以及
在实施所述冲洗之后的第二时间段使所述至少一个过滤膜产生所述输出的透过物流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述操作条件是所述至少一个过滤膜的透过物、截留物和/或浓缩物的预定特性。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，检测所述操作条件还包括：
测量所述至少一个过滤膜的所述透过物、截留物和/或浓缩物的至少一个特性；以及
将测量的所述至少一个特性与预定阈值进行比较。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述预定特性是目标流出物和/或透过物的质量。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述预定特性是目标截留物和/或浓缩物的质量。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述预定特性是混合冲洗和排放物流体的量或质量，或，来自所述系统的总混合废物的量或质量。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，所述预定特性是所述至少一个过滤膜的按时间平均的流出物特性和/或按时间平均的透过物的质量。
8.根据权利要求2所述的方法，其中，所述预定特性是所述至少一个过滤膜的预定的按时间平均的截留物特性和/或按时间平均的浓缩物的质量。
9.根据权利要求2所述的方法，其中，所述预定特性是预定的进料流压力和/或浓缩物压力。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述操作条件是在所述透过物流的输出期间已经过的预定的持续时间。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述过滤系统被配置为反渗透(RO)系统，并且能够在所述第一时间段以至高100％的回收率通过所述至少一个过滤膜产生所述输出的透过物。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述过滤系统被配置为在所述第一时间段以小于100％的回收率通过所述至少一个过滤膜产生所述输出的透过物，使得进料流的至少一部分进料通过所述排放物流输出。
13.根据权利要求1所述的方法，还包括使一种或多种防垢剂剂量移动到所述至少一个过滤膜中。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，实施所述冲洗以从所述至少一个过滤膜排除所述至少一部分浓缩物还包括：将来自所述进料流的进料移动到所述至少一个过滤膜中，将来自所述透过物流的透过物移动到所述至少一个过滤膜中，和/或，将来自不同于所述进料流和所述透过物流的来源的水移动到所述至少一个过滤膜中。
15.一种过滤系统，所述过滤系统包括：
至少一个过滤膜，所述至少一个过滤膜具有入口和排放出口，所述入口用于流体连接到进料流，所述排放出口用于流体连接到排放物流，并且所述排放物流中截留的污染物浓度不断增加；
至少一个泵，用于生成压力以将来自所述进料流中的供入水移动到所述至少一个过滤膜中并且产生输出的透过物流；
控制器，被配置为：
向所述至少一个泵提供第一信号，以在第一时间段使所述至少一个过滤膜在第一时间段产生所述输出的透过物流；
在所述第一时间段期间于所述透过物流的输出期间检测操作条件；
基于所检测的操作条件来输出冲洗信号以实施冲洗，以从所述至少一个过滤膜排除至少一部分浓缩物；以及
向所述至少一个泵提供第二信号，以在实施所述冲洗之后的第二时间段使所述至少一个过滤膜产生所述输出的透过物流。
16.根据权利要求15所述的过滤系统，其中，所述操作条件是所述至少一个过滤膜的透过物、截留物和/或浓缩物的预定特性。
17.根据权利要求16所述的过滤系统，其中，所述控制器还被配置为：基于接收所述至少一个过滤膜的所述透过物、截留物和/或浓缩物的所测量的特性，来检测所述操作条件。
18.根据权利要求16所述的过滤系统，其中，所述预定特性是目标流出物和/或透过物的质量。
19.根据权利要求16所述的过滤系统，其中，所述预定特性是目标截留物和/或浓缩物的质量。
20.根据权利要求16所述的过滤系统，其中，所述预定特性是混合冲洗流体的量和截留物的质量，或，混合冲洗和排放物流体的量或质量，或，来自所述系统的总混合废物的量或质量。
21.根据权利要求16所述的过滤系统，其中，所述预定特性是所述至少一个过滤膜的预定的按时间平均的流出物特性和/或按时间平均的透过物的质量。
22.根据权利要求16所述的过滤系统，其中，所述预定特性是所述至少一个过滤膜的预定的按时间平均的截留物特性和/或按时间平均的浓缩物的质量。
23.根据权利要求16所述的过滤系统，其中，所述预定特性是预定的进料流压力和/或浓缩物压力。
24.根据权利要求15所述的过滤系统，其中，所述操作条件是在所述透过物流的输出期间已经过的预定的持续时间。
25.根据权利要求15所述的过滤系统，其中，所述冲洗信号被配置为使来自所述进料流的进料、来自所述透过物流的透过物和/或来自不同于所述进料流和透过物物流的来源的水移动到所述至少一个过滤膜中。
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