作、在第二室的下游流体连接的分离系统、被配置以从第二室接收稀释的吸引溶液并回收吸引溶质和溶剂流的分离系统、包括被配置以促进吸引溶质重新引入第二室以维持所需摩尔比的吸收器的再循环系统、和与溶剂流流体连通的后处理操作。在一个实施方案中，分离系统包括蒸馏柱。
[0018]本发明的其他方面涉及利用本文描述的系统和方法来处理废水。根据一个或多个实施方案，处理废水的方法可以包括将具有高生化需氧量或高化学需氧量的废水引入到半透膜的第一侧，将包含至少一比一摩尔比的氨和二氧化碳的浓缩吸引溶液引入到半透膜的第二侧以维持所需的跨半透膜的渗透浓度梯度，促进至少一部分所述废水流动穿过所述半透膜以在所述半透膜的第一侧形成第二溶液并在所述半透膜的第二侧形成稀释的吸引溶液，并将至少一部分所述稀释的吸引溶液引入分离操作以回收吸引溶质和溶剂流。所述方法还可以包括以下任选的步骤:将吸引溶质重新引入半透膜的第二侧以维持浓缩吸引溶液中氨与二氧化碳的所需摩尔比，和收集溶剂流。
[0019]在一些实施方案中，所述方法还可以包括将第二溶液引入二级过程，例如厌氧消化器。在其他实施方案中，所述方法还可以包括将第二溶液引入焚烧器。可以将从焚烧器或者从来自消化器的甲烷燃烧产生的热提供至分离操作。在至少一些实施方案中，所述方法还可以包括控制半透膜积垢。
[0020]另一方面，本发明涉及正向渗透方法。所述方法包括以下步骤:将具有溶剂和至少一种溶质的第一溶液引入半透膜的第一侧，将多个沉淀成核结晶(“晶种”)引入第一溶液，将浓缩吸引溶液引入所述半透膜的第二侧，促进所述第一溶液中所述至少一种溶质的成核，并促进至少一部分所述溶剂流动穿过所述半透膜，以在所述半透膜的第一侧形成第二溶液并在所述半透膜的第二侧形成稀释的吸引溶液。所述多个晶种可以包括基本上均一组成和构型的晶种，然而，可以将具有不同组成和/或构型的晶种引入用于不同溶质的选择性成核。选择晶种的量、组成和构型以适合特定应用;例如，回收药物化合物的回收和/或不想要溶质的去除。促进成核的步骤可以包括溶液中晶种的引入和被动分散以及任选地搅拌、通气或促进第一溶液内晶种混合的其他手段。
[0021]在前述方面的各种实施方案中，所述方法可以包括将至少一部分所述稀释的吸引溶液导入分离单元以回收溶剂流或吸引溶质的至少一个的步骤，以及将吸引溶质重新引入所述半透膜的第二侧的浓缩吸引溶液以维持在所述浓缩吸引溶液中的所需摩尔比的步骤。在一个实施方案中，促进至少一部分溶剂流动的步骤包括维持跨半透膜的渗透浓度梯度，其可以包括维持浓缩吸引溶液中氨和二氧化碳至少1: 1的摩尔比。任选地，所述方法可以包括以下步骤:监测浓缩吸引溶液的一个或多个特征，并且必要时通过例如将吸引溶质重新引入溶液以改变其摩尔比来调整吸引溶液。所述方法还可以包括回收至少一部分从所述第一溶液沉淀出的至少一种溶质的步骤。回收沉淀的溶质可以包括通过例如溶质的过滤、重力沉降(例如，在分离的室中)、分类和优先沉淀、热交换或其他分离手段来进一步处理所述溶质和/或第一溶液。例如，在某些实施方案中，当沉淀的溶质包括或包含有机物质时，可以将沉淀的溶质或浆料导入焚烧器或消化器以进一步处理。
[0022]另一方面，本发明涉及用于使用渗透处理溶液的系统。所述系统包括正向渗透模块和用于将多个晶种引入正向渗透模块的装置。正向渗透模块包括与包含溶剂和至少一种溶质的第一溶液的源流体连通的第一室、与浓缩吸引溶液流体连通的第二室、和联接所述第一室和所述第二室的半透膜。用于引入多个晶种的装置被配置以将多个晶种引入第一室，其中当将第一溶液引入第一室时，所述多个晶种导致至少一部分所述至少一种溶质的成核。用于引入多个晶种的装置可以包括来自系统中其他地方或者靠近第一室放置的料斗的一部分去除的沉淀晶体的再循环，以提供(有或没有计量)晶种进入第一室或分离系统，包括例如用于容纳多个晶种(作为干晶体或浆料)的贮器和用于将晶种从贮器递送至第一室的必要的栗(或其他原动力)、铅管和阀。所述装置和/或第一室还可以包括空气源、混合器和/或导流板，以辅助晶种在第一溶液内的引入和分散。
[0023]在一个或多个实施方案中，所述系统可以包括与第二室流体连通、用于回收溶剂流和吸引溶质的至少一个的分离模块，以及用于将吸引溶质再循环入浓缩吸引溶液的装置。分离模块和再循环装置可以包括例如其他室、滤器、热交换器、蒸馏柱、接触膜和必要的管路，以将吸引溶质回收并重新引入浓缩吸引溶液。所述系统还可以包括与第一室流体连通、用于回收沉淀的溶质的回收模块。回收模块可以包括例如沉降罐、滤器、焚烧器和/或消化器(例如，其中沉淀随着B0D或C0D浓度而发生)。
[0024]另一方面，本发明涉及使用渗透处理溶液的装置。所述装置包括被配置用于接收包含溶剂和至少一种溶质的第一溶液的室;置于所述室内的膜模块;和用于将多个晶种引入所述室的装置，其中所述多个晶种导致所述室中第一溶液中至少一部分的所述至少一种溶质的成核。膜模块包括具有与所述室中所述第一溶液流体连通的外表面和用于接收浓缩吸引溶液的内表面的半透膜。
[0025]下文详细讨论这些示例性方面和实施方案的其它方面、实施方案和优点。此外，应理解上述信息和以下详细描述都仅为各个方面和实施方案的示例说明性实例，并且预期提供用于理解要求保护的方面和实施方案的性质和特征的概述或框架。因此，通过参照如下描述和附图，本文公开的本发明的这些和其他目的以及优点和特征将变得明显。此外，应了解本文描述的各个实施方案的特征并非互相排斥，并且可以以各种组合和排列存在。
【附图说明】
[0026]在附图中，类似的附图标记通常在不同的视图中指相同的部分。而且，附图不一定是成比例的，相反，通常强调示例说明本发明的原理，而不旨在作为本发明的限制的定义。为了清楚的目的，在每个附图中可能并未标记每一个部件。在以下描述中，本发明的各个实施方案参照如下附图进行描述，其中:
[0027]图1是根据本发明的一个或多个实施方案的用于废水处理的正向渗透系统/方法的不意图；
[0028]图2是根据本发明的一个或多个实施方案的用于废水处理的可选系统/方法的示意图；
[0029]图3是根据本发明的一个或多个实施方案的用于渗透提取溶剂的系统的示意图；
[0030]图4是根据本发明的一个或多个实施方案的图3的系统的一个应用的示意图；
[0031]图5是根据本发明的一个或多个实施方案的包括正向渗透单元和反向渗透单元的渗透系统的不意图；和
[0032]图6是描述被配置用于维持其离子平衡的渗透驱动膜方法的各个步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0033]根据一个或多个实施方案，用于从溶液提取溶剂(例如，水)的渗透方法一般可以包括将所述溶液暴露于正向渗透膜的第一表面。可将相对于第一溶液或过程溶液具有增加的浓度的第二溶液或吸引溶液暴露于正向渗透膜的第二相对表面。然后，溶剂可从溶液被吸引通过正向渗透膜并进入第二溶液，经由正向渗透产生富含溶剂的溶液，正向渗透利用流体转移性质，涉及从较不浓缩溶液向较浓缩溶液移动。富含溶剂的溶液，也称为稀释的吸引溶液，可在第一出口收集并经历进一步的分离过程，以产生例如纯化的水。可在第二出口收集第二产物流，例如消耗或浓缩的过程溶液，以排出或进一步处理。
[0034]液压一般可以促进第一和第二溶液通过膜模块沿着其各自通道的纵轴运输，而渗透压一般可以促进溶剂从进料跨模块中正向渗透膜至吸引溶液的运输。可选地，液压可以施加于进料溶液以帮助溶剂从进料流动至吸引溶液，或者液压可以施加于吸引溶液以允许从吸液溶液的体积膨胀中产生粉末，吸液溶液的体积膨胀是由于两种溶液之间渗透压差驱动的溶剂从进料溶液的膜通量(PRO)。一般而言，可以设计模块内的流动通道以使引起通过这些通道的流动(错流)所必需的液压最小化，但这常常与在流动通道中产生湍流的希望不符，湍流有益于两种溶液之间渗透压差的有效产生，其倾向于增加流动阻力。较高的渗透压差一般可以增加跨膜通量，但是也可以具有增加从稀释的吸引溶液分离吸引溶质所需热量以产生稀释的水产物和再浓缩的吸引溶液的趋向。
[0035]根据一个或多个实施方案，正向渗透膜可以包括一个或多个正向渗透膜。正向渗透膜一般可以是半透性的，例如，允许水穿过，但是排除其中溶解的溶质，例如氯化钠、碳酸铵、碳酸氢铵和氨基甲酸铵。许多类型的半透膜适合该目的，条件是它们能够允许水(即，溶剂)穿过的同时阻止溶质穿过，并且不与溶液中的溶质反应。膜可以具有许多构型，包括薄膜、中空纤维膜、螺旋缠绕膜、单丝和盘管。存在许多公知的可商业途径获得的半透膜，其特征在于具有足以允许水穿过的小孔径，同时筛掉溶质分子，例如氯化钠及其离子分子物类，例如氯化物。这种半透膜可以由有机或无机材料制成。在一些实施方案中，可以使用由诸如以下材料制成的膜:醋酸纤维素、硝酸纤维素、聚砜、聚偏二氟乙烯、聚酰胺和丙烯腈共聚物。其他膜可以是由诸如Zr02和Ti02等材料制成的矿物膜或陶瓷膜。
[0036]优选地，被选择用作半透膜的材料一般能够经受膜可能经受的各种处理条件。例如，可能希望膜能够经受升高的温度，例如与灭菌或其他高温过程相关的那些。在一些实施方案中，正向渗透膜模块可以在约0-100摄氏度范围内的温度下操作。在一些非限制性实施方案中，处理温度范围可以是约40-50摄氏度。同样，可能希望膜能够在各种pH条件下维持完整。例如，在膜环境中的一种或多种溶液，例如吸引溶液，可以或多或少的酸性或碱性。在一些非限制性实施方案中，正向渗透膜模块可以在约2和11之间的pH水平下操作。在某些非限制性实施方案中，pH水平可以是约7至10。使用的膜不需要由这些材料的一种制成，并且它们可以是不同材料的复合物。在至少一个实施方案中，膜可以是不对称膜，例如在第一表面上具有活性层，并且在第二表面上具有支持层。在一些实施方案中，活性层一般可以是拒绝层。例如，在一些非限制性实施方案中，拒绝层可以阻止盐的穿过。在一些实施方案中，支持层，例如衬里层，一般可以是非活性的。
[0037]根据一个或多个实施方案，至少一个正向渗透膜可以位于外套或罩内。外套的大小和形状一般可以适应位于其中的膜。例如，如果外套螺旋缠绕正向渗透膜，则外套可以基本上是圆柱形的。模块的外套可以含有对模块提供进料和吸引溶液的进口和用于产物流从模块退出的出口。在一些实施方案中，外套可以提供至少一个贮器或室，用于容纳或储存被引入模块或从模块退出的流体。在至少一个实施方案中，外套可以是绝缘的。
[0038]根据一个或多个实施方案，分离过程可以包括