TWI714147B - 正滲透性能改進的膜裝置和使用其分離溶液的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明公開了一種膜裝置，包括殼體；正滲透膜，其將所述殼體的內部空間分成進入區域和混合區域；和滲透蒸發膜，其將所述殼體的內部空間分成所述混合區域和排出區域。所述正滲透膜將供給到所述進入區域的初級過濾液與進入液分離，並將分離的初級過濾液供給到所述混合區域，所述初級過濾液與所述混合區域中的正滲透汲取溶液混合以製備混合溶液，所述滲透蒸發膜將最終過濾液與所述混合溶液分離，並將分離的最終過濾液供給到所述排出區域，和所述最終過濾液在所述排出區域中蒸發以產生蒸汽。

Description

正滲透性能改進的膜裝置和使用其分離溶液的方法
發明領域 本發明涉及一種膜分離裝置和分離溶液的方法。
發明背景 通常，用於分離化學物質或水的膜是具有諸如正滲透、反滲透、選擇性氣體分離和滲透蒸發等功能的半滲透膜，例如，用於石油、煉油廠、化學物質、精細化學物質、頁岩氣處理、有毒氣體處理、廢水處理和海水淡化。
膜具有諸如親水性、疏水性、親有機性和疏有機性等性質，因此，由於性質的差異，例如，由於濃度差異、電荷排斥的差異和分子大小的差異引起的分子間擴散性，被用於選擇性地分離各種化學物質。
使用膜分離化學物質的方法是使用具有特定功能的膜裝置。例如，如果使用正滲透膜，則可以使用獨立組裝的正滲透膜裝置和反滲透膜裝置將滲透物與進料溶液分離。如果使用上述獨立的膜裝置，則存在裝置昂貴且需要大空間的問題。
正滲透膜裝置包括進給部，其中供應含有待分離物質的液體；和汲取溶液部或滲透部，其中供應汲取溶液並且通過正滲透膜的物質與汲取溶液混合。在這種情況下，選擇性地通過正滲透膜的化學物質(滲透物)通過滲透溶液中的分子的擴散而緩慢擴散，並且在正滲透膜附近它影響來自正滲透膜的緩慢的化學擴散速率。結果，降低了與膜相鄰的兩側之間的滲透壓差，從而降低了通過正滲透膜的分離性能。
為了解決這個問題，可以通過提高能夠增加物質滲透到正滲透膜的汲取溶液部的膜性能來提高擴散速度，但是由於擴散速度沒有顯著增加，所以還不足以有效地改進正滲透性能。另外，為了增加化學物質的擴散效果，可以使用在高速循環下使汲取溶液通過的方法，使得汲取溶液可以在汲取溶液部的空間中形成湍流。然而，存在為此目的必須使汲取溶液循環的問題，並且即使汲取溶液以高速通過裝置，汲取溶液的濃度也不可避免地隨著化學物質通過該裝置而降低，因此，沒有解決正滲透性能降低的問題。
圖17示出了根據作為汲取溶液的NaCl濃度而變化的淡水通量。在正滲透膜裝置中使用NaCl溶液作為汲取溶液，以使NaCl濃度為0.6 mol/L的海水淡化。從理論上講，滲透液的NaCl濃度越高，淡水通量就越高，但在實際操作中，從海水中通過正滲透膜的水與滲透溶液混合，不會在滲透膜附近快速擴散，因此淡水通量顯著降低。
為了解決這個問題，可以通過將正滲透膜與膜蒸餾膜結合來構造正滲透-膜蒸餾單元。然而，膜蒸餾膜具有孔並蒸發滲透溶液以通過膜蒸餾膜中的孔排出氣相材料，從而導致高能耗。另外，如果由於水堵塞孔而使膜蒸餾膜處於濕潤狀態，則必須通過蒸發分離的材料不能通過孔逸出。因此，如果由於分離膜的親水性而必須使用疏水性膜來分離材料，則使用受到限制。因此，難以始終維持由通過正滲透膜的過濾液稀釋的正滲透汲取溶液的濃度。
該問題的另一個解決方案是通過將正滲透膜與微過濾器、奈米過濾器或超濾器結合來構造正滲透-過濾器單元。然而，如果使用具有小分子的物質作為汲取溶液以通過使用過濾器來過濾水，則通過過濾器的汲取溶液可能會損失，因此，存在僅必須使用高分子物質溶液作為汲取溶液的限制。然而，如果使用高分子物質溶液作為汲取溶液，則滲透壓差減小，因此存在通過正滲透膜的水量減少的問題。 引用文獻列表 專利文獻
(專利文獻1) 韓國專利公開No. 10-2017-0047090：使用大尺寸高分子汲取溶質的節能正滲透-過濾混合水處理/海水淡化系統和使用它的水處理/海水淡化方法 (專利文獻2) 美國專利公開No. 2010/0224476：組合的膜-蒸餾-正滲透系統和使用方法
發明概要 技術問題
要解決的目的是提供一種具有改進的正滲透性能的膜裝置。
另一個要解決的目的是提供一種具有小占地面積的膜裝置。
另一個要解決的目的是提供一種分離溶液的方法，其中正滲透性能得到改進。
然而，目的不限於上述公開內容。 問題的解決方案
在一個方面，提供了一種膜裝置，包括殼體；正滲透膜，其將所述殼體的內部空間分成進入區域和混合區域；和滲透蒸發膜，其將所述殼體的內部空間分成所述混合區域和排出區域，其中所述正滲透膜將供給到所述進入區域的初級過濾液與進入液分離，並將分離的初級過濾液供給到所述混合區域，其中所述初級過濾液與所述混合區域中的正滲透汲取溶液混合以製備混合溶液，其中所述滲透蒸發膜將最終過濾液與所述混合溶液分離，並將分離的最終過濾液供給到所述排出區域，和其中所述最終過濾液在所述排出區域中蒸發以產生蒸汽。
所述膜裝置還可以包括控制部，其調節所述混合溶液的溫度和所述排出區域的真空度中的至少一個。可以通過所述混合溶液的溫度和所述排出區域的真空度中的至少一個來調節蒸汽量。
所述正滲透汲取溶液可以含有無機鹽，和所述無機鹽可以包括氯化鈉(NaCl)溶液。
可以對應於所述混合溶液的溶質濃度來調節所述排出區域的真空度和所述混合溶液的溫度。
所述膜裝置還可以包括：進入液供應部，其將進入液供應到所述進入區域；冷凝器，其冷凝所述蒸汽以再生所述最終過濾液；和真空泵，其調節所述排出區域的真空度。
所述正滲透膜可以具有平板形狀，和所述滲透蒸發膜可以具有平板形狀並且與所述正滲透膜平行佈置。
所述正滲透膜和所述滲透蒸發膜可以具有管形狀或中空纖維形狀。
可以設置多個正滲透膜或多個滲透蒸發膜。
膜室還可以包括反滲透膜，其將所述混合區域分成第一混合區域和第二混合區域。
在另一個方面，提供了一種使用膜裝置分離溶液的方法，所述方法包括：準備膜室，其包括殼體、將所述殼體的內部空間分成進入區域和混合區域的正滲透膜以及將所述殼體的內部空間分成所述混合區域和排出區域的滲透蒸發膜；分別向所述進入區域和所述混合區域供給進入液和正滲透汲取溶液；將與所述進入液分離的初級過濾液與所述正滲透汲取溶液混合以製備混合溶液；和將從所述混合溶液分離的最終過濾液供給到所述排出區域，以在所述排出區域中蒸發所述最終過濾液。
所述的使用膜裝置分離溶液的方法還可以包括：對應於所述混合溶液的溶質濃度來控制所述混合溶液的溫度和所述排出區域的真空度中的至少一個，其中可以通過所述混合溶液的溫度和所述排出區域的真空度中的至少一個來調節所述最終過濾液的蒸發量。
所述的使用膜裝置分離溶液的方法還可以包括：冷凝所述蒸汽以再生所述最終過濾液。
在所述的使用膜裝置分離溶液的方法中，可以恒定地維持所述混合溶液的滲透壓。 發明的有益效果
可以提供具有改進的正滲透性能的膜裝置。
可以提供小占地面積的膜裝置。
可以提供一種分離溶液的方法，其中正滲透性能得到改進。
然而，效果不限於上述公開內容。
較佳實施例之詳細說明 在下文中，將參照附圖詳細描述本發明的實施方案。在以下附圖中，相同的附圖標記或符號表示相同的元件，並且為了清楚和方便說明，可以擴大附圖中的各元件的尺寸。同時，下面描述的實施方案僅僅是說明性的，並且可以從這些實施方案進行各種修改。
在下文中，所謂的“上部”或“上方”不僅可以包括在接觸狀態下的直接上面，而且包括不接觸地直接上面。
除非在上下文中另有明確說明，否則單數形式包括複數表達。另外，當描述特定部分包括某個構成要素時，這意味著該特定部分可以進一步地包括其他要素，除非特別說明，否則不排除其他要素。
在說明書中描述的諸如“…部”等術語是指用於處理至少一個功能或操作的單元，其可以通過硬體或軟體實現，或者可以通過硬體和軟體的組合來實現。
圖1是根據示例性實施方案的膜裝置的框圖。
參照圖1，可以提供膜裝置1，其包括膜室10、進入液供應部210、殘留物處理部220、冷凝器230、真空泵240、過濾液存儲部250和液體收集室300。
膜室10可以包括殼體102、進入區域IR、混合區域MR、排出區域DR、正滲透膜110和滲透蒸發膜120。殼體102可以包含抵抗殼體102的內部壓力的材料。
進入區域IR可以存儲進入液142。進入液142可以從進入液供應部210供應到進入區域IR。可以在進入液供應部210和膜室10之間設置閥門(未示出)和泵(未示出)，以控制進入液142的流動。進入液142可以是其中初級過濾液PFL和殘餘物混合的溶液。初級過濾液PFL可以包含進入液142的溶劑。例如，進入液142可以是海水或廢水，並且初級過濾液PFL可以是水。
初級過濾液PFL和進入液142可以通過正滲透現象彼此分離，這將在下面說明。從初級過濾液PFL分離的進入液142可以從膜室10供應到殘留物處理部220。殘留物處理部220可以丟棄從初級過濾液PFL分離的進入液142。
混合區域MR可以存儲混合溶液144。混合溶液144可以包含初級過濾液PFL和正滲透汲取溶液。正滲透汲取溶液可以含有在水溶液中處於離子狀態的物質。例如，正滲透汲取溶液可以含有諸如SO2 、MgCl2 、CaCl2 、NaCl、KCl、MgSO4 、KNO3 、NH4 HCO3 、NaHCO3 或硫酸鋁等無機鹽、諸如脂肪醇、葡萄糖、果糖和蔗糖等高分子化學物質或其組合。正滲透汲取溶液中的溶質濃度可以高於進入液142中的溶質濃度。混合溶液144中的溶質濃度可以高於進入液142中的溶質濃度。混合溶液144可以含有待分離的物質。例如，待分離的物質可以是純水。
混合溶液144可以通過混合泵MRP循環。例如，混合溶液144可以通過混合泵MRP從混合區域MR排出，然後可以再次注入混合區域MR。
從混合區域MR排出的混合溶液144可以通過混合溶液加熱部144h加熱。例如，通過混合溶液加熱部144h，混合溶液144的溫度可以維持在15°C~150°C。如果混合溶液144的溫度高於或等於150°C，則可能會限制膜的選擇並且可能會增加能耗。如果混合溶液144的溫度低於或等於15°C，則滲透蒸發現象可能不會順利地發生。優選地，可以利用低於或等於約170°C的廢熱，更優選低於或等於約120°C的廢熱。根據本公開的膜裝置可以具有利用廢熱的優點。
另外，混合溶液加熱部144h可以以板或桿的形式安裝在混合區域MR內部，而不是安裝在膜室10的外部。
正滲透膜110可以位於進入區域IR和混合區域MR之間，以分離進入區域IR和混合區域MR。例如，正滲透膜110可以具有在一個方向上延伸的平板形狀。當在進入區域IR中的進入液142和混合區域MR中的正滲透汲取溶液之間發生正滲透時，正滲透膜110用作半滲透膜。正滲透膜110可以包含聚合物、陶瓷、碳或其組合。例如，正滲透膜110可以包含基於纖維素的膜、基於聚醯胺的膜、基於聚芳烴的膜或其組合。
排出區域DR可以存儲蒸汽146。蒸汽146可以通過蒸發從混合溶液144分離出的最終過濾液FFL來產生。最終過濾液FFL可以包含混合溶液144的將被分離的物質。例如，最終過濾液FFL可以是純水，蒸汽146可以是水蒸汽。排出區域DR可以處於真空狀態。其中最終過濾液FFL與混合溶液144分離並在排出區域DR中蒸發的現象可以稱為滲透蒸發現象。排出區域DR可以將蒸汽146從膜室10排出。蒸汽146可以從膜室10移動到冷凝器230。
滲透蒸發膜120可以位於混合區域MR和排出區域DR之間，以分離混合區域MR和排出區域DR。例如，滲透蒸發膜120可以具有在一個方向上延伸的平板形狀。滲透蒸發膜120可以面對正滲透膜110。滲透蒸發膜120可以將最終過濾液FFL與混合溶液144分離。例如，分離膜可以包括親水膜。在其他示例性實施方案中，如果最終過濾液FFL不是水，則分離膜可以包括疏水膜。
冷凝器230可以冷凝蒸汽146以再生最終過濾液FFL。例如，冷凝器230可以包括使用製冷劑的冷凝器。製冷劑可以包含例如水、鹽水或油。冷凝器230可以將再生的最終過濾液FFL供給到液體收集室300。
液體收集室300可以存儲從冷凝器230供給的最終過濾液FFL。液體收集室300可以將最終過濾液FFL供給到過濾液存儲部250。
真空泵240可以設置在液體收集室300的一側。真空泵240可以是各種類型的真空泵或大氣壓冷凝器，並且可以降低液體收集室300內部的大氣壓力。液體收集室300的內部和排出區域DR的內部可以彼此連接。排出區域DR中的大氣壓力可以通過真空泵240減小。例如，液體收集室300和排出區域DR的內部可以具有大致真空狀態。真空泵240可以對應於混合溶液144的溶質濃度來調節排出區域DR的真空度。例如，如果混合溶液144的溶質濃度降低，則真空泵240增加排出區域DR的真空度，以增加最終過濾液FFL的量並增加混合溶液的溶質濃度，從而恒定地維持混合溶液的溶質濃度。優選的是，排出區域DR的真空度在絕對壓力下為1 Torr~660 Torr。如果真空度低至661 Torr~759 Torr，則混合溶液的溫度必須過度升高至超過150°C，從而最終過濾液FFL可以作為蒸汽排出。
可以設置控制部144c。控制部144c可以通過控制真空泵240和混合溶液加熱部144h來控制混合溶液144的濃度。例如，控制部144c可以控制真空泵240使得排出區域DR具有所需的真空度，並且可以控制混合溶液加熱部144h使得混合溶液144具有所需的溫度。可以通過控制部144c來測量混合溶液144的濃度。在示例性實施方案中，排出區域DR的真空度和混合溶液144的溫度中的至少一個由控制部144c控制，使得可以恒定地維持混合溶液144的濃度。蒸汽146的量可以通過混合溶液144的濃度和排出區域DR的真空度中的至少一個來控制。
通常，當進行正滲透過程時，可以降低正滲透汲取溶液的濃度。如果降低正滲透汲取溶液的濃度，則可能不會順利地發生正滲透現象。根據本公開，由於初級過濾液PFL流入混合溶液144並且同時最終過濾液FFL與混合溶液144分離，因此可以恒定地維持混合溶液144的濃度。因此，正滲透現象可以順利地發生。結果，可以為膜裝置1提供改進的正滲透性能。
過濾液存儲部250可以存儲最終過濾液FFL。可以在過濾液存儲部250和液體收集室300之間設置閥(未示出)和泵(未示出)，以控制最終過濾液FFL的流動。
圖2是說明圖1的膜裝置的操作的流程圖。為了說明簡要，可以不說明與參照圖1說明的基本相同的內容。
參照圖1和圖2，進入液142可以供給到進入區域IR (S10)。進入液142可以從進入液供應部210供給到進入區域IR。例如，進入液142可以是海水或廢水。
在將進入液142供給到進入區域IR之前，可以用正滲透汲取溶液(未示出)填充混合區域MR。正滲透汲取溶液可以含有在水溶液中處於離子狀態的物質。例如，正滲透汲取溶液可以含有諸如SO2 、MgCl2 、CaCl2 、NaCl、KCl、MgSO4 、KNO3 、NH4 HCO3 、NaHCO3 或硫酸鋁等無機鹽、諸如脂肪醇、葡萄糖、果糖和蔗糖等高分子化學物質或其組合。正滲透汲取溶液中的溶質濃度可以高於進入液142中的溶質濃度。因此，在進入液142和正滲透汲取溶液之間可以發生滲透壓差。
滲透壓可以用下式表示。 π= i c R T π是滲透壓，i是溶液中的滲透活性顆粒的數量，c是摩爾濃度，R是通用氣體常數，T是絕對溫度。
上述i可以如下表示。 i = 1 + α (v-1) α是解離度，和v是解離反應的化學計量係數。
如果初級過濾液PFL是純水，則由於正滲透現象引起的初級過濾液PFL的滲透通量(水通量)可以如下表示。 JW = A (πD -πF ) JW 是初級過濾液的滲透通量(水通量)，A是水透過率，πD 是滲透壓，和πF 是進入液的滲透壓。
進入液142可以具有比正滲透汲取溶液更低的溶質濃度。因此，進入液142的滲透壓可以低於正滲透汲取溶液的滲透壓。由於進入液142和正滲透汲取溶液之間的滲透壓差，可以發生正滲透現象。即，進入液142中的初級過濾液PFL可以與進入液142分離並且可以移動到正滲透汲取溶液(S20)。初級過濾液PFL可以通過正滲透膜110供給到混合區域MR。初級過濾液PFL可以包含進入液142的溶劑。例如，初級過濾液PFL可以是水。初級過濾液PFL和正滲透汲取溶液可以混合以產生混合溶液144。
混合溶液144的溫度可以為15°C~150°C之間的溫度。如果混合溶液144的溫度高於150°C，則可能限制可用的膜。如果混合溶液144的溫度低於15°C，則可能不能順利地發生滲透蒸發現象。
隨著初級過濾液PFL供應到混合區域MR，混合溶液144中的溶質濃度可以降低。因此，混合溶液144的滲透壓可以降低。由於進入液142的滲透壓恒定，因此可以降低進入液142和混合溶液144之間的滲透壓差。通常，如果進入液142和混合溶液144之間的滲透壓差減小，則可以降低初級過濾液PFL從進入區域IR移動到混合區域MR的速度。根據示例性實施方案的膜裝置旨在維持初級過濾液從進入區域IR到混合區域MR的通量率。
在滲透蒸發膜120中發生滲透蒸發現象，從而可以從混合溶液144分離出最終過濾液FFL。最終過濾液FFL可以包含混合溶液144的溶劑。例如，最終過濾液FFL可以是純水。最終過濾液FFL可以在排出區域DR中蒸發，從而被轉換成蒸汽146 (S30)。例如，蒸汽146可以是水蒸汽。蒸汽146可以從排出區域DR排出到膜室10的外部。
排出區域DR可以通過真空泵240進入真空狀態。最終過濾液FFL的蒸發量可以根據排出區域DR的真空度來確定。例如，當排出區域DR的真空度較高時的最終過濾液FFL的蒸發量可以大於當排出區域DR的真空度較低時的最終過濾液FFL的蒸發量。從混合溶液144分離出的最終過濾液FFL的量可以與最終過濾液FFL的蒸發量成比例。最終過濾液FFL與混合溶液144分離的量可以與最終過濾液FFL的蒸發量成比例。因此，控制排出區域DR的真空度，從而可以調節從混合溶液144分離出的最終過濾液FFL的量。優選的是，排出區域DR的真空度在絕對壓力下為1 Torr~660 Torr。如果真空度低至661 Torr~759 Torr，則混合溶液的溫度必須過度升高至超過150°C，從而最終過濾液FFL可以作為蒸汽排出。
隨著最終過濾液FFL與混合溶液144分離，混合溶液144中的溶質濃度可以增加。由於可以通過排出區域DR的真空度來調節從混合溶液144分離出的最終過濾液FFL的量，因此可以控制排出區域DR的真空度並且可以調節混合溶液144的溶質濃度。可以調節混合溶液144的溶質濃度使得混合溶液144具有所需的滲透壓。如果恒定地維持混合溶液144的滲透壓，則可以恒定地維持初級過濾液PFL相對於正滲透膜110的滲透通量。
蒸汽146可以移動到冷凝器230。蒸汽146可以通過冷凝器230冷凝以再生最終過濾液FFL (S40)。再生的最終過濾液FFL可以從冷凝器230供給到液體收集室300。最終過濾液FFL可以從液體收集室300供給到過濾液存儲部250，以存儲在過濾液存儲部250中。
根據本公開，可以在一個膜室10中設置彼此具有不同功能的膜110和120。因此，膜裝置1可以最小化。
根據上述公開，可以通過控制部144c來控制排出區域DR的真空度和混合溶液144的溫度中的至少一個，從而可以恒定地調節混合溶液144的滲透壓。可以通過混合溶液144的濃度和排出區域DR的真空度中的至少一個來調節蒸汽146的量。因此，可以恒定地維持初級過濾液PFL的滲透通量。
圖3是根據示例性實施方案的膜裝置的框圖。圖4是圖3的膜室的截面圖。為了說明簡要，可以不說明與參照圖1和圖2說明的基本相同的內容。
參照圖3和圖4，可以提供膜裝置2，其包括膜室11、混合泵MRP、混合溶液加熱部144h、控制部144c、進入液供應部210、殘留物處理部220、冷凝器230、真空泵240、過濾液存儲部250和液體收集室300。泵MRP、混合溶液加熱部144h、控制部144c、進入液供應部210、殘留物處理部220、冷凝器230、真空泵240、過濾液存儲部250和液體收集室300可以與參照圖3說明的基本相同。膜室11可以與參照圖1說明的膜室10基本相同，除了其形狀之外。在下文中，將說明膜室11的形狀。
膜室11可以包括殼體102、進入區域IR、混合區域MR、排出區域DR、正滲透膜110和滲透蒸發膜120。殼體102可以包含抵抗膜室10內部的壓力的材料。殼體102以圓柱形狀示出，這是示例性的。
與圖1不同的是，正滲透膜110和滲透蒸發膜120可以具有管形狀或中空纖維形狀。正滲透膜110可以被滲透蒸發膜120包圍。即，正滲透膜110的直徑可以小於滲透蒸發膜120的直徑。正滲透膜110和滲透蒸發膜120可以彼此分開。
進入區域IR可以由正滲透膜110的內側表面限定。混合區域可以由正滲透膜110的外側表面和滲透蒸發膜120的內側表面限定。排出區域DR可以由滲透蒸發膜120的外側表面和殼體102的內側表面限定。
初級過濾液PFL可以通過正滲透膜110與進入液142分離並供給到混合區域MR。例如，初級過濾液PFL可以在正滲透膜110的直徑方向上徑向流動。在混合區域MR中，初級過濾液PFL可以與正滲透汲取溶液混合以產生混合溶液144。隨著初級過濾液PFL與混合溶液144混合，混合溶液144的溶質濃度可以降低。因此，混合溶液144的滲透壓可以降低。
在示例性實施方案中，混合溶液144的溫度可以通過混合溶液加熱部144h維持在15°C~150°C。如果混合溶液144的溫度高於或等於150°C，則可能會限制膜的選擇並且可能會增加能耗。如果混合溶液144的溫度低於或等於15°C，則滲透蒸發現象可能不會順利地發生。
最終過濾液FFL可以通過滲透蒸發膜120與混合溶液144分離。最終過濾液FFL可以在排出區域DR中蒸發以產生蒸汽146。蒸汽146可以從排出區域DR排出到膜室11的外部並且可以移動到冷凝器230。隨著最終過濾液FFL與混合溶液144分離，混合溶液144中的溶質濃度可以增加。因此，混合溶液144的滲透壓可以增加。
如參照圖2所述的，膜裝置2控制排出區域DR的真空度和混合溶液144的溫度中的至少一個，以調節混合溶液144的溶質濃度，使得混合溶液144具有所需的滲透壓。可以通過混合溶液144的濃度和排出區域DR的真空度中的至少一個來調節蒸汽146的量。因此，可以恒定地維持初級過濾液PFL相對於正滲透膜110的滲透通量。優選的是，排出區域DR的真空度在絕對壓力下為1 Torr~660 Torr。如果真空度低至661 Torr~759 Torr，則混合溶液的溫度必須過度升高至超過150°C，從而最終過濾液FFL可以作為蒸汽排出。
圖5是根據示例性實施方案的膜裝置的框圖。為了說明簡要，可以不說明與參照圖1和圖2說明的基本相同的內容。
參照圖5，可以提供膜裝置3，其包括膜室12、混合泵MRP、壓力調節閥MRV、混合溶液存儲部MRT、控制部144c、進入液供應部210、殘留物處理部220、泵260和過濾液存儲部250。混合泵MRP、控制部144c、進入液供應部210和殘留物處理部220可以與參照圖1說明的基本相同。
膜室12可以包括殼體102、進入區域IR、混合區域MR、排出區域DR、正滲透膜110和反滲透膜130。與參照圖1說明的排出區域不同的是，排出區域DR可以被供給最終過濾液FFL。在示例性實施方案中，最終過濾液FFL可以供給到排出區域DR的一部分中。即，參照圖1和圖2說明的蒸汽不能供給在排出區域DR中。反滲透膜130可以是用於反滲透的膜。例如，當在混合區域MR和排出區域DR之間發生反滲透時，反滲透膜130可以用作膜。反滲透膜130可以包含聚合物、陶瓷、碳或其組合。例如，反滲透膜130可以包含醋酸纖維素(CA)膜、聚醯胺(PA)膜、聚碸膜或其組合。
初級過濾液PFL可以通過正滲透膜110與進入液142分離。初級過濾液PFL可以與混合區域MR中的正滲透汲取溶液混合以製備混合溶液144。例如，隨著初級過濾液PFL與混合溶液144混合，混合溶液144中的溶質濃度可以降低。因此，混合溶液144的滲透壓可以降低。
最終過濾液FFL可以通過反滲透膜130與混合溶液144分離。可以對混合溶液144加壓，使得最終過濾液FFL與混合溶液144分離。例如，混合溶液144的壓力可以為20 bar~80 bar。此時，進入液142的壓力可以基本上等於混合溶液144的壓力。如果混合溶液144的壓力低於20 bar，則最終過濾液FFL不能從混合溶液順利地分離。由於消耗大量的能量，因此不優選將混合溶液的壓力設定為80 bar或更高。
例如，隨著最終過濾液FFL與混合溶液144分離，混合溶液144的溶質濃度可以增加。因此，混合溶液144的滲透壓可以增加。
隨著混合溶液144的壓力增加，從混合物中分離出的最終過濾液FFL的量可以增加。因此，可以控制混合溶液144的壓力以調節混合溶液144的溶質濃度，使得混合溶液144具有所需的滲透壓。如果調節混合溶液144的壓力使得混合溶液144具有恒定的滲透壓，則可以恒定地維持初級過濾液PFL相對於正滲透膜110的滲透通量。
最終過濾液FFL可以通過泵260從排出區域DR移動到過濾液存儲部250。
與參照圖1說明的控制部不同的是，控制部144c可以控制混合泵MRP和壓力調節閥MRV以調節混合溶液144的濃度。例如，控制部144c可以控制混合泵MRP和壓力調節閥MRV使得混合溶液144具有所需的壓力。在示例性實施方案中，混合溶液144的壓力由控制部144c控制，從而可以恒定地維持混合溶液144的濃度。混合溶液存儲部MRT可以設置在混合泵MRP和混合區域MR之間。即，從混合泵MRP排出的混合溶液144可以通過混合溶液存儲部MRT供應到混合區域MR。
圖6是根據示例性實施方案的膜裝置的框圖。圖7是圖6的膜室的截面圖。為了說明簡要，可以不說明與參照圖5說明的基本相同的內容。
參照圖6和圖7，可以提供膜裝置4，其包括膜室13、混合泵MRP、壓力調節閥MRV、混合溶液存儲部MRT、控制部144c、進入液供應部210、殘留物處理部220、泵260和過濾液存儲部250。混合泵MRP、壓力調節閥MRV、混合溶液存儲部MRT、控制部144c、進入液供應部210、殘留物處理部220、泵260和過濾液存儲部250可以與參照圖5說明的基本相同。膜室13可以與參照圖5說明的膜室12基本相同，除了其形狀。在下文中，將說明膜室13的形狀。
膜室13可以包括殼體102、進入區域IR、混合區域MR、排出區域DR、正滲透膜110和反滲透膜130。殼體102以圓柱形狀示出，這是示例性的。
與圖5中所示的正滲透膜和反滲透膜不同的是，正滲透膜110和反滲透膜130可以具有管形狀或中空纖維形狀。正滲透膜110可以被反滲透膜130包圍。即，正滲透膜110的直徑可以小於反滲透膜130的直徑。正滲透膜110和反滲透膜130可以彼此分開。
進入區域IR可以由正滲透膜110的內側表面限定。混合區域可以由正滲透膜110的外側表面和反滲透膜130的內側表面限定。排出區域DR可以由反滲透膜130的外側表面和殼體102的內側表面限定。
初級過濾液PFL可以通過正滲透膜110與進入液142分離並供給到混合區域MR。例如，初級過濾液PFL可以在正滲透膜110的直徑方向上徑向移動。初級過濾液PFL可以與混合區域MR中的正滲透汲取溶液混合以製備混合溶液144。例如，隨著初級過濾液PFL與混合溶液144混合，混合溶液144的溶質濃度可以降低。因此，混合溶液144的滲透壓可以降低。
最終過濾液FFL可以通過反滲透膜130與混合溶液144分離。從混合溶液144分離出的最終過濾液FFL可以與填充在排出區域DR中的最終過濾液FFL混合。例如，隨著最終過濾液FFL與混合溶液144分離，混合溶液144的溶質濃度可以增加。因此，混合溶液144的滲透壓可以增加。
膜裝置4可以控制混合溶液144的壓力以調節混合溶液144的溶質濃度，使得混合溶液144具有所需的滲透壓。如果調節混合溶液144的壓力使得混合溶液144具有恒定的滲透壓，則可以恒定地維持初級過濾液PFL相對於正滲透膜110的滲透通量。例如，混合溶液144的壓力可以為20 bar~80 bar。如果混合溶液144的壓力低於20 bar，則最終過濾液FFL不能從混合溶液順利地分離。由於消耗大量的能量，因此不優選將混合溶液的壓力設定為80 bar或更高。
圖8是根據示例性實施方案的膜裝置的框圖。為了說明簡要，可以不說明與參照圖1、圖2和圖5說明的基本相同的內容。
參照圖8，可以提供膜裝置5，其包括膜室14、第一和第二混合泵MRP1和MRP2、壓力調節閥MRV、混合溶液存儲部MRT、混合溶液加熱部144h、控制部144c、進入液供應部210、殘留物處理部220、冷凝器230、真空泵240、過濾液存儲部250和液體收集室300。進入液供應部210、殘留物處理部220、冷凝器230、真空泵240、過濾液存儲部250和液體收集室300可以與參照圖1說明的基本相同。第一混合泵MPR1、混合溶液加熱部144h和控制部144c可以與參照圖1說明的基本相同。第二混合泵MRP2、壓力調節閥MRV和混合溶液存儲部MRT可以與參照圖5說明的基本相同。控制部144c可以調節第一混合溶液144a的濃度，這將在下面說明。
與參照圖1說明的膜室不同的是，膜室14還可以包括在正滲透膜110和滲透蒸發膜120之間的反滲透膜130。反滲透膜130可以與參照圖5說明的反滲透膜130基本相同。
混合區域可以包括通過反滲透膜130彼此分開的第一混合區域MR1和第二混合區域MR2。第一混合區域MR1設置在正滲透膜110和反滲透膜130之間，第二混合區域MR2設置在反滲透膜130和滲透蒸發膜120之間。
正滲透汲取溶液可以供給到第一混合區域MR1。正滲透汲取溶液可以具有比進入液142更高的溶質濃度。第一過濾液FL1可以通過正滲透現象與進入液142分離並供給到第一混合區域MR1。第一過濾液FL1可以與參照圖3說明的初級過濾液PFL基本相同。
第一過濾液FL1可以與第一混合區域MR1中的正滲透汲取溶液混合以製備第一混合溶液144a。第一混合溶液144a可以與參照圖1說明的混合溶液144基本相同。第一混合溶液144a的壓力可以與進入液142的壓力基本相同。例如，第一混合溶液144a的壓力和進入液142的壓力可以為20 bar~80 bar。因此，可以防止在進入液142和第一混合溶液144a之間發生反滲透現象。即，可以防止第一過濾液FL1從第一混合溶液144a移回到進入液142。隨著第一過濾液FL1與第一混合溶液144a混合，第一混合溶液144a的溶質濃度可以降低。因此，第一混合溶液144a的滲透壓可以降低。
可以將第二過濾液FL2與第一混合溶液144a分離。第二過濾液FL2可以含有第一混合溶液144a的滲透目標物質。例如，第二過濾液FL2可以通過使純水和第一混合溶液144a的一部分通過反滲透膜130而獲得。第二過濾液FL2可以在第二混合區域MR2中收集以製備第二混合溶液144b。第一混合溶液144a的壓力可以足夠高以將第二滲透液FL2與第一混合溶液144a分離。例如，第一混合溶液144a的壓力可以為20 bar~80 bar。如果第一混合溶液144a的壓力低於20 bar，則第二過濾液FL2不能順利地從第一混合溶液144a分離。由於消耗大量的能量，因此不優選將第一混合溶液144a的壓力設定為80 bar或更高。例如，隨著第二過濾液FL2與第一混合溶液144a分離，第一混合溶液144a的溶質濃度可以增加。因此，第一混合溶液144a的滲透壓可以增加。
最終過濾液FFL可以與第二混合溶液144b分離。最終過濾液FFL可以通過滲透蒸發膜130轉換為蒸汽146。在示例性實施方案中，第二混合溶液144b的溫度可以通過混合溶液加熱部144h維持在15°C~150°C。如果第二混合溶液144b的溫度高於或等於150°C，則可能會限制膜的選擇並且可能會增加能耗。如果第二混合溶液144b的溫度低於或等於15°C，則滲透蒸發現象可能不會順利地發生。
排出區域DR可以進入真空狀態。例如，優選的是，排出區域DR的真空度在絕對壓力下為1 Torr~660 Torr。如果真空度低至661 Torr~759 Torr，則混合溶液的溫度必須過度升高至超過150°C，從而最終過濾液FFL可以作為蒸汽排出。排出區域DR可以存儲蒸汽146。滲透蒸發膜130、排出區域DR和最終過濾液FFL可以與參照圖1說明的基本相同。
可以控制第一混合溶液144a的壓力、第二混合溶液144b的溫度和排出區域DR的真空度中的至少一個，以調節第一混合溶液144a的溶質濃度。可以通過第一混合溶液144a的壓力、第二混合溶液144b的溫度和排出區域DR的真空度中的至少一個來調節蒸汽146的量。以這種方式，可以恒定地維持第一過濾液FL1相對於滲透膜110的滲透通量。
圖9是根據示例性實施方案的膜裝置的框圖。圖10是圖9的膜室的截面圖。為了說明簡要，可以不說明與參照圖3、圖4和圖5說明的基本相同的內容。
參照圖9和圖10，可以提供膜裝置6，其包括膜室15、第一和第二混合泵MRP1和MRP2、壓力調節閥MRV、混合溶液存儲部MRT、混合溶液加熱部144h、控制部144c、進入液供應部210、殘留物處理部220、冷凝器230、真空泵240、過濾液存儲部250和液體收集室300。第一和第二混合泵MRP1和MRP2、壓力調節閥MRV、混合溶液存儲部MRT、混合溶液加熱部144h、控制部144c、進入液供應部210、殘留物處理部220、冷凝器230、真空泵240、過濾液存儲部250和液體收集室300可以與參照圖8說明的基本相同。
與參照圖3和圖4說明的膜室不同的是，膜室15還可以包括在正滲透膜110和滲透蒸發膜120之間的反滲透膜130。反滲透膜130可以與參照圖8說明的反滲透膜130基本相同。
混合區域MR可以包括通過反滲透膜130彼此分開的第一混合區域MR1和第二混合區域MR2。第一混合區域MR1可以位於正滲透膜110和反滲透膜130之間，第二混合區域MR2可以位於反滲透膜130和滲透蒸發膜120之間。
正滲透汲取溶液可以供給到第一混合區域MR1。正滲透汲取溶液可以具有比進入液142更高的溶質濃度。第一過濾液FL1由於正滲透現象可以與進入液142分離並且可以移動到第一混合區域MR1。第一過濾液FL1可以與參照圖3說明的初級過濾液PFL基本相同。
第一過濾液FL1可以與第一混合區域MR1中的正滲透汲取溶液混合以製備第一混合溶液144a。第一混合溶液144a可以與參照圖1說明的混合溶液144基本相同。第一混合溶液144a的壓力可以與進入液142的壓力基本相同。例如，第一混合溶液144a的壓力和進入液142的壓力可以為20 bar~80 bar。因此，可以防止在進入液142和第一混合溶液144a之間發生反滲透現象。即，可以防止第一過濾液FL1從第一混合溶液144a移回到進入液142。例如，隨著第一過濾液FL1與第一混合溶液144a混合，第一混合溶液144a的溶質濃度可以降低。因此，第一混合溶液144a的滲透壓可以降低。
由於消耗大量的能量，因此不優選將第一混合溶液144a的壓力設定為80 bar或更高。第二過濾液FL2可以從第一混合溶液144a分離並移動到第二混合區域MR2。例如，第二過濾液FL2可以包含第一混合溶液144a的溶劑。例如，第二過濾液FL2可以通過使純水和第一混合溶液144a的一部分通過反滲透膜130而獲得。第二過濾液FL2可以被收集在第二混合區域MR2中以形成第二混合溶液144b。第一混合溶液144a的壓力可以足夠大以將第二過濾液FL2與第一混合溶液144a分離。例如，第一混合溶液144a的壓力和進入液142的壓力可以為20 bar~80 bar。如果第一混合溶液144a的壓力低於20 bar，則第二過濾液FL2不能順利地與第一混合溶液144a分離。
例如，隨著第二過濾液FL2與第一混合溶液144a分離，第一混合溶液144a的溶質濃度可以增加。因此，第一混合溶液144a的滲透壓可以增加。
最終過濾液FFL可以與第二混合溶液144b分離。在示例性實施方案中，通過混合溶液加熱部144h，第二混合溶液144b的溫度可以維持在15°C~150°C。如果第二混合溶液144b的溫度高於或等於150°C，則可能會限制膜的選擇並且可能會增加能耗。如果第二混合溶液144b的溫度低於或等於15°C，則滲透蒸發現象可能不會順利地發生。
最終過濾液FFL可以通過滲透蒸發膜130轉換為蒸汽146。排出區域DR可以存儲蒸汽146。滲透蒸發膜130、排出區域DR和最終過濾液FFL可以與參照圖3說明的基本相同。排出區域DR可以進入真空狀態。例如，優選的是，設定排出區域DR的真空度在絕對壓力下為1 Torr~660 Torr。如果真空度低至661 Torr~759 Torr，則混合溶液的溫度必須過度升高至超過150°C，從而最終過濾液FFL可以作為蒸汽排出。
可以控制第一混合溶液144a的壓力、第二混合溶液144b的溫度和排出區域DR的真空度中的至少一個，以調節第一混合溶液144a的溶質濃度。可以通過第一混合溶液144a的壓力、第二混合溶液144b的溫度和排出區域DR的真空度中的至少一個來調節蒸汽146的量。以這種方式，可以恒定地維持第一過濾液FL1相對於滲透膜110的滲透通量。
圖11是根據示例性實施方案的膜裝置的框圖。為了說明簡要，可以不說明與參照圖1、圖2和圖5說明的基本相同的內容。
參照圖11，可以提供膜裝置7，其包括膜室16、混合泵MRP、混合溶液加熱部144h、控制部144c、進入液供應部210、殘留物處理部220、冷凝器230、真空泵240、過濾液存儲部250和液體收集室300。混合溶液加熱部144h、控制部144c、進入液供應部210、殘留物處理部220、冷凝器230、真空泵240、過濾液存儲部250和液體收集室300可以與參照圖1說明的基本相同。
與參照圖1說明的膜室不同的是，膜室16可以包括圍繞排出區域DR佈置的一對混合區域MR和一對進入區域IR。一對混合區域MR可以彼此分開，其間具有排出區域DR。一對進入區域IR可以彼此分開，其間具有一對混合區域MR。
一對正滲透膜110可以分別設置在一對進入區域IR和一對混合區域MR之間。一對滲透蒸發膜120可以分別設置在一對混合區域MR和排出區域DR之間。一對進入區域IR、一對混合區域MR、排出區域DR、一對正滲透膜110和一對滲透蒸發膜可以與參照圖1說明的基本相同。
進入液142可以分別設置在一對進入區域IR中。初級過濾液PFL可以由於正滲透現象而與進入液142分離並且可以分別移動到一對混合區域MR中。初級過濾液PFL可以與一對混合區域MR中的正滲透汲取溶液混合以製備混合溶液144。最終過濾液FFL可以由於滲透蒸發現象而與混合溶液144分離並轉換為排出區域DR中的蒸汽146。如參照圖1和圖2所述的，蒸汽146可以再次轉換成最終過濾液FFL並且存儲在過濾液存儲部250中。
由於可以根據排出區域DR的真空度和混合溶液144的溫度中的至少一個來調節從混合溶液144分離出的最終過濾液FFL的量，所以可以控制排出區域DR的真空度和混合溶液144的溫度中的至少一個以調節混合溶液144的溶質濃度。可以根據混合溶液144的濃度和排出區域DR的真空度中的至少一個來調節蒸汽146的量。可以調節混合溶液144的溶質濃度使得混合溶液144具有所需的滲透壓。如果恒定地維持混合溶液144的滲透壓，則可以恒定地維持初級過濾液PFL相對於正滲透膜110的滲透通量。優選的是，設定排出區域DR的真空度在絕對壓力下為1 Torr~660 Torr。如果真空度低至661 Torr~759 Torr，則混合溶液的溫度必須過度升高至超過150°C，從而最終過濾液FFL可以作為蒸汽排出。
在示例性實施方案中，混合溶液144的溫度可以通過混合溶液加熱部144h維持在15°C~150°C。如果混合溶液144的溫度高於或等於150°C，則可能會限制膜的選擇並且可能會增加能耗。如果混合溶液144的溫度低於或等於15°C，則滲透蒸發現象可能不會順利地發生。
在其他示例性實施方案中，正滲透膜110和滲透蒸發膜120的位置可以互換。因此，排出區域DR和進入區域IR的位置可以互換。
圖12是根據示例性實施方案的膜裝置的框圖。圖13是圖12的膜室的截面圖。為了說明簡要，可以不說明與參照圖3、圖4和圖5說明的基本相同的內容。
參照圖12和圖13，可以提供膜裝置8，其包括膜室17、混合泵MRP、混合溶液加熱部144h、控制部144c、進入液供應部210、殘留物處理部220、冷凝器230、真空泵240、過濾液存儲部250和液體收集室300。混合溶液加熱部144h、控制部144c、進入液供應部210、殘留物處理部220、冷凝器230、真空泵240、過濾液存儲部250和液體收集室300可以與參照圖3說明的基本相同。
與參照圖3說明的膜室不同的是，膜室17可以包括一對進入區域IR、一對混合區域MR和排出區域DR。一對進入區域IR可以分別設置在膜室17的最內側和最外側。排出區域DR可以設置在一對進入區域IR之間。一對混合區域MR可以分別設置在一對進入區域IR和排出區域DR之間。
一對正滲透膜110可以分別設置在一對進入區域IR和一對混合區域MR之間。一對滲透蒸發膜120可以分別設置在一對混合區域MR和排出區域DR之間。一對進入區域IR、一對混合區域MR、排出區域DR、一對正滲透膜110和一對滲透蒸發膜120可以與參照圖1說明的基本相同。
進入液142可以分別設置在一對進入區域IR中。初級過濾液PFL可以由於正滲透現象而與進入液142分離，並且可以分別移動到一對混合區域MR中。初級過濾液PFL可以與一對混合區域MR中的正滲透汲取溶液混合以製備混合溶液144。最終過濾液FFL可以由於滲透蒸發現象而與混合溶液144分離並轉換為排出區域DR中的蒸汽146。如參照圖1和圖2所述的，蒸汽146可以再次轉換成最終過濾液FFL並且存儲在過濾液存儲部250中。
由於可以根據排出區域DR的真空度和混合溶液144的溫度中的至少一個來調節從混合溶液144分離出的最終過濾液FFL的量，所以可以控制排出區域DR的真空度和混合溶液144的溫度中的至少一個以調節混合溶液144的溶質濃度。可以根據混合溶液144的濃度和排出區域DR的真空度中的至少一個來調節蒸汽146的量。可以調節混合溶液144的溶質濃度使得混合溶液144具有所需的滲透壓。如果恒定地維持混合溶液144的滲透壓，則可以恒定地維持初級過濾液PFL相對於正滲透膜110的滲透通量。
優選的是，設定排出區域DR的真空度在絕對壓力下為1 Torr~660 Torr。如果真空度低至661 Torr~759 Torr，則混合溶液的溫度必須過度升高至超過150°C，從而最終過濾液FFL可以作為蒸汽排出。
在示例性實施方案中，混合溶液144的溫度可以通過混合溶液加熱部144h維持在15°C~150°C。如果混合溶液144的溫度高於或等於150°C，則可能會限制膜的選擇並且可能會增加能耗。如果混合溶液144的溫度低於或等於15°C，則滲透蒸發現象可能不會順利地發生。
在其他示例性實施方案中，正滲透膜110和滲透蒸發膜120的位置可以互換。因此，排出區域DR和進入區域IR的位置可以互換。通常，隨著正滲透過程進行，正滲透汲取溶液的濃度可以降低。如果正滲透汲取溶液的濃度降低，則正滲透現象可能不會順利地發生。根據本公開，由於初級過濾液PFL流入混合溶液144並且同時最終過濾液FFL與混合溶液144分離，因此可以恒定地維持混合溶液144的濃度。因此，正滲透現象可以順利地發生。結果，可以提供具有改進的正滲透性能的膜裝置8。
圖14是根據示例性實施方案的膜室的截面圖。為了說明簡要，可以不說明與參照圖3和圖4說明的基本相同的內容。
參照圖14，膜室18可以包括殼體102、多個正滲透膜110、滲透蒸發膜120、多個進入區域IR、混合區域MR和排出區域DR。殼體102可以與參照圖3和圖4說明的殼體基本相同。
滲透蒸發膜120可以設置在由殼體102的內側表面限定的區域中。滲透蒸發膜120可以具有管形狀或中空纖維形狀。滲透蒸發膜120的外徑可以小於殼體102的內徑。滲透蒸發膜120的外側表面和殼體102的內側表面可以彼此面對。
排出區域DR可以設置在滲透蒸發膜120和殼體102之間。即，排出區域DR可以由滲透蒸發膜120的外側表面和殼體102的內側表面限定。
多個正滲透膜110可以設置在由滲透蒸發膜120的內側表面限定的區域中。
混合區域MR可以設置在多個正滲透膜110和滲透蒸發膜120之間。即，混合區域MR可以由多個正滲透膜110的外側表面和滲透蒸發膜120的內側表面限定。
多個進入區域IR可以分別由多個正滲透膜110的內側表面限定。
進入液142可以分別供給到多個進入區域IR中。初級過濾液PFL可以由於正滲透現象而與進入液142分離並且可以移動到混合區域MR。初級過濾液PFL可以與混合區域MR中的正滲透汲取溶液混合以製備混合溶液144。
在示例性實施方案中，混合溶液144的溫度可以通過混合溶液加熱部144h維持在15°C~150°C。如果混合溶液144的溫度高於或等於150°C，則可能會限制膜的選擇並且可能會增加能耗。如果混合溶液144的溫度低於或等於15°C，則滲透蒸發現象可能不會順利地發生。
最終過濾液FFL可以由於滲透蒸發現象而與混合溶液144分離，並且在排出區域DR中轉換成蒸汽146。排出區域DR可以進入真空狀態。優選的是，設定排出區域DR的真空度在絕對壓力下為1 Torr~660 Torr。如果真空度低至661 Torr~759 Torr，則混合溶液的溫度必須過度升高至超過150°C，從而最終過濾液FFL可以作為蒸汽排出。
根據本公開，可以提供膜室18，其中初級過濾液PFL相對於多個正滲透膜110的滲透通量被恒定地維持。
控制排出區域DR的真空度和混合溶液144的溫度中的至少一個，從而可以調節混合溶液144的溶質濃度。可以通過混合溶液144的濃度和排出區域DR的真空度中的至少一個來調節蒸汽146的量。
圖15是根據示例性實施方案的膜室的截面圖。為了說明簡要，可以不說明與參照圖3和圖4說明的基本相同的內容。
參照圖15，膜室19可以包括殼體102、多個正滲透膜110、一對滲透蒸發膜120、多個進入區域IR、混合區域MR和一對排出區域DR。殼體102可以與參照圖3和圖4說明的殼體基本相同。
一對滲透蒸發膜120可以設置在由殼體102的內側表面限定的區域中。滲透蒸發膜120可以具有管形狀或中空纖維形狀。滲透蒸發膜120的外徑可以小於殼體102的內徑。滲透蒸發膜120的外側表面和殼體102的內側表面可以彼此面對。
排出區域DR可以設置在滲透蒸發膜120和殼體102之間。即，排出區域DR可以由滲透蒸發膜120的外側表面和殼體102的內側表面限定。
多個正滲透膜110可以具有管形狀或中空纖維形狀，並且可以設置在由滲透蒸發膜120的內側表面限定的區域中。
混合區域MR可以設置在多個正滲透膜110和滲透蒸發膜120之間。即，混合區域MR可以由多個正滲透膜110的外側表面和滲透蒸發膜120的內側表面限定。
多個進入區域IR可以分別由多個正滲透膜110的內側表面限定。
進入液142可以分別供給到多個進入區域IR中。初級過濾液PFL可以由於正滲透現象而與進入液142分離並且可以移動到混合區域MR。初級過濾液PFL可以與混合區域MR中的正滲透汲取溶液混合以製備混合溶液144。
在示例性實施方案中，混合溶液144的溫度可以通過混合溶液加熱部144h維持在15°C~150°C。如果混合溶液144的溫度高於或等於150°C，則可能會限制膜的選擇並且可能會增加能耗。如果混合溶液144的溫度低於或等於15°C，則滲透蒸發現象可能不會順利地發生。
最終過濾液FFL可以由於滲透蒸發現象而與混合溶液144分離，並且在排出區域DR中轉換成蒸汽146。排出區域DR可以進入真空狀態。優選的是，設定排出區域DR的真空度在絕對壓力下為1 Torr~660 Torr。如果真空度低至661 Torr~759 Torr，則混合溶液的溫度必須過度升高至超過150°C，從而最終過濾液FFL可以作為蒸汽排出。
根據本公開，可以提供膜室18，其中初級過濾液PFL相對於多個正滲透膜110的滲透通量被恒定地維持。
排出區域DR的真空度和混合溶液144的溫度中的至少一個被控制，從而可以調節混合溶液144的溶質濃度。可以通過混合溶液144的濃度和排出區域DR的真空度中的至少一個來調節蒸汽146的量。
圖16是根據示例性實施方案的膜室的截面圖。為了說明簡要，可以不說明與參照圖3和圖4說明的基本相同的內容。
參照圖16，膜室20可以包括殼體102、多個正滲透膜110、多個滲透蒸發膜120、多個進入區域IR、混合區域MR和多個排出區域DR。殼體102可以與參照圖3和圖4說明的殼體基本相同。
多個正滲透膜110和多個滲透蒸發膜120可以設置在由殼體102的內側表面限定的區域中。多個正滲透膜110和多個滲透蒸發膜120可以具有中空纖維形狀或管形狀。在由殼體102的內側表面限定的區域中，除了多個正滲透膜110和多個滲透蒸發膜120之外的區域可以是混合區域MR。
進入液142可以分別供給到多個進入區域IR中。初級過濾液PFL可以由於正滲透現象而與進入液142分離並且可以移動到混合區域MR。初級過濾液PFL可以與混合區域MR中的正滲透汲取溶液混合以製備混合溶液144。混合溶液144可以通過混合泵MRP循環。在其他示例性實施方案中，加熱管或加熱板可以安裝在殼體102內，從而混合溶液144可以不循環。
在示例性實施方案中，混合溶液144的溫度可以通過混合溶液加熱部144h維持在15°C~150°C。如果混合溶液144的溫度高於或等於150°C，則可能會限制膜的選擇並且可能會增加能耗。如果混合溶液144的溫度低於或等於15°C，則滲透蒸發現象可能不會順利地發生。
最終過濾液FFL可以由於滲透蒸發現象而與混合溶液144分離，並且在排出區域DR中轉換成蒸汽146。排出區域DR可以進入真空狀態。優選的是，設定排出區域DR的真空度在絕對壓力下為1 Torr~660 Torr。如果真空度低至661 Torr~759 Torr，則混合溶液的溫度必須過度升高至超過150°C，從而最終過濾液FFL可以作為蒸汽排出。
根據本公開，可以提供滲透室18，其中初級過濾液PFL相對於多個正滲透膜110的滲透通量被恒定地維持。
在其他示例性實施方案中，可以設置參照圖5說明的反滲透膜130來代替滲透蒸發膜120。可以供給滲透目標物質來代替排出區域DR中的蒸汽146。混合溶液144可以通過混合泵MRP循環。在其他示例性實施方案中，混合溶液144可以通過正滲透壓力加壓，或者可以通過諸如泵等加壓裝置加壓，從而不循環。
另外，為了進一步提高正滲透膜的性能，在正滲透膜之間使用第一混合溶液作為正滲透汲取溶液，在正滲透膜和滲透蒸發膜之間或在正滲透膜和反滲透膜之間使用第二混合溶液，並且第一混合溶液的溶質濃度可以低於第二混合溶液的溶質濃度。
控制排出區域DR的真空度和混合溶液144的溫度中的至少一個，從而調節混合溶液144的溶質濃度。可以通過混合溶液144的濃度和排出區域DR的真空度中的至少一個來調節蒸汽146的量。
關於本發明的技術構思的上述實施方案是說明本發明的技術構思的示例。因此，本發明的技術構思不限於上述實施方案，並且顯而易見的是，本領域技術人員可以在本發明的技術構思內進行各種修改和變化，例如，組合各實施方案。
1,2,3,4,5,6,7,8:膜裝置 10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20:膜室 102:殼體 110:正滲透膜 120:滲透蒸發膜 130:反滲透膜 142:進入液 144:混合溶液 144a:第一混合溶液 144b:第二混合溶液 144c:控制部 144h:混合溶液加熱部 146:蒸汽 210:進入液供應部 220:殘留物處理部 230:冷凝器 240:真空泵 250:過濾液存儲部 260:泵 300:液體收集室 DR:排出區域 FL1:第一過濾液 FL2:第二過濾液 FFL:最終過濾液 IR:進入區域 MR:混合區域 MR1:第一混合區域 MRP:混合泵 MRP1:第一混合泵 MRP2:第二混合泵 MRV:壓力調節閥 MRT:混合溶液存儲部 PFL:初級過濾液 S10-S40:步驟
圖1是根據示例性實施方案的膜裝置的框圖。 圖2是說明圖1的膜裝置的操作的流程圖。 圖3是根據示例性實施方案的膜裝置的框圖。 圖4是圖3的膜室的截面圖。 圖5是根據示例性實施方案的膜裝置的框圖。 圖6是根據示例性實施方案的膜裝置的框圖。 圖7是圖6的膜室的截面圖。 圖8是根據示例性實施方案的膜裝置的框圖。 圖9是根據示例性實施方案的膜裝置的框圖。 圖10是圖9的膜室的截面圖。 圖11是根據示例性實施方案的膜裝置的框圖。 圖12是根據示例性實施方案的膜裝置的框圖。 圖13是圖12的膜室的截面圖。 圖14是根據示例性實施方案的膜室的框圖。 圖15是根據示例性實施方案的膜室的框圖。 圖16是根據示例性實施方案的膜室的框圖。 圖17是示出了根據作為汲取溶液的NaCl濃度而變化的淡水通量的圖。在正滲透膜裝置中使用NaCl溶液作為汲取溶液，以使NaCl濃度為0.6 mol/L的海水淡化。
1:膜裝置
10:膜室
102:殼體
110:正滲透膜
120:滲透蒸發膜
142:進入液
144:混合溶液
144c:控制部
144h:混合溶液加熱部
146:蒸汽
210:進入液供應部
220:殘留物處理部
230:冷凝器
240:真空泵
250:過濾液存儲部
300:液體收集室
DR:排出區域
FFL:最終過濾液
IR:進入區域
MR:混合區域
MRP:混合泵
PFL:初級過濾液

Claims (13)

  1. 一種膜裝置，包括： 殼體； 正滲透膜，其將所述殼體的內部空間分成進入區域和混合區域；和 滲透蒸發膜，其將所述殼體的內部空間分成所述混合區域和排出區域， 其中所述正滲透膜將供給到所述進入區域的初級過濾液與進入液分離，並將分離的初級過濾液供給到所述混合區域， 其中所述初級過濾液與所述混合區域中的正滲透汲取溶液混合以製備混合溶液， 其中所述滲透蒸發膜將最終過濾液與所述混合溶液分離，並將分離的最終過濾液供給到所述排出區域，和 其中所述最終過濾液在所述排出區域中蒸發以產生蒸汽。
  2. 如請求項1之膜裝置，還包括： 控制部，其調節所述混合溶液的溫度和所述排出區域的真空度中的至少一個， 其中通過所述混合溶液的溫度和所述排出區域的真空度中的至少一個來調節蒸汽量。
  3. 如請求項1之膜裝置， 其中所述正滲透汲取溶液含有無機鹽，和 其中所述無機鹽包括氯化鈉溶液。
  4. 如請求項2之膜裝置， 其中對應於所述混合溶液的溶質濃度來調節所述排出區域的真空度和所述混合溶液的溫度。
  5. 如請求項2之膜裝置，還包括： 進入液供應部，其將進入液供應到所述進入區域； 冷凝器，其冷凝所述蒸汽以再生所述最終過濾液；和 真空泵，其調節所述排出區域的真空度。
  6. 如請求項1之膜裝置， 其中所述正滲透膜具有平板形狀，和 其中所述滲透蒸發膜具有平板形狀並且與所述正滲透膜平行佈置。
  7. 如請求項1之膜裝置， 其中所述正滲透膜和所述滲透蒸發膜具有管形狀或中空纖維形狀。
  8. 如請求項7之膜裝置， 其中設置多個正滲透膜或多個滲透蒸發膜。
  9. 如請求項1之膜裝置， 其中膜室還包括反滲透膜，其將所述混合區域分成第一混合區域和第二混合區域。
  10. 一種使用膜裝置分離溶液的方法，所述方法包括： 準備膜室，其包括殼體、將所述殼體的內部空間分成進入區域和混合區域的正滲透膜以及將所述殼體的內部空間分成所述混合區域和排出區域的滲透蒸發膜； 分別向所述進入區域和所述混合區域供給進入液和正滲透汲取溶液； 將與所述進入液分離的初級過濾液與所述正滲透汲取溶液混合以製備混合溶液；和 將從所述混合溶液分離的最終過濾液供給到所述排出區域，以在所述排出區域中蒸發所述最終過濾液。
  11. 如請求項10之使用膜裝置分離溶液的方法，還包括： 對應於所述混合溶液的溶質濃度來控制所述混合溶液的溫度和所述排出區域的真空度中的至少一個， 其中通過所述混合溶液的溫度和所述排出區域的真空度中的至少一個來調節所述最終過濾液的蒸發量。
  12. 如請求項10之使用膜裝置分離溶液的方法，還包括： 冷凝所述蒸汽以再生所述最終過濾液。
  13. 如請求項10之使用膜裝置分離溶液的方法， 其中恒定地維持所述混合溶液的滲透壓。
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