将第一溶液暴露于半透膜的第一表面。具有比第一溶液浓度大的浓度的第二溶液可以暴露于该膜的第二相对表面。在一些实施方案中，可以通过使用第一试剂来调节第二溶液中溶质的平衡以增加第二溶液内可溶物类的溶质的量，来增加第二溶液的浓度。然后，第一溶液和第二溶液之间的浓度梯度通过半透膜从第一溶液吸引溶剂进入第二溶液，产生溶剂富集的溶液。根据一个或多个实施方案，可以从溶剂富集的第二溶液回收一部分溶质并再循环至吸引溶液。回收过程可以产生溶剂产物流。浓度梯度还在半透膜的第一侧上产生消耗的溶液，其可以被排放或者进一步处理。消耗的溶液可以包含希望浓缩或回收的一种或多种目标物类。
[0039]根据一个或多个实施方案，公开了使用渗透从第一溶液提取溶剂的装置。在该装置的一个非限制性实施方案中，该装置具有第一室，该第一室具有进口和出口。第一室的进口可以与第一溶液源连接。半透膜分隔第一室与第二室。第二室具有进口和第一和第二出口。在一些实施方案中，第三室可以接收来自第二室的第一出口的溶剂富集的第二溶液以及来自第二室第二出口的试剂。第三室可以包括与分离操作连接的出口，所述分离操作例如用于过滤溶剂富集的第二溶液的滤器。该滤器可以具有第一和第二出口，第一出口与第二室的进口连接以将沉淀的溶质再循环至第二室。在一些实施方案中，第四室可以接收来自分离操作的第二出口的溶剂富集的第二溶液。第四室可以具有用于加热溶剂富集的第二溶液的加热器。第四室中的第一出口可以将组成气体返回第二室的进口。如本文讨论的，各种物类，例如来自第四室的气体和/或来自第三室的沉淀的溶质，可以在系统内再循环。例如，这种物类可以在相同进口或不同进口引入第二室。第四室中的第二出口可以允许最终产物、例如溶剂从装置排出。当发生从一种溶液至另一溶液的跨膜流动时，流动通道构型可以负责改变进料溶液和吸引溶液的流量或流速。一般应该设计膜系统中进料溶液和吸引溶液的流动通道为对于短长度和低至中流速而言是大致相等的，或者是分等级的，其中对于较长的通道长度和或较高的流量而言进料变得更窄并且吸引变得更深。
[0040]根据一个或多个实施方案，一般可以构建并安排正向渗透膜模块以使第一溶液和第二溶液分别与半透膜的第一和第二侧形成接触。尽管第一和第二溶液可以保持停滞，但优选通过错流，即与半透膜表面平行的流动引入第一和第二溶液。这一般可以增加沿着一个或多个流体流路的膜表面积接触，从而增加正向渗透效率。在一些实施方案中，第一和第二溶液可以相同方向流动。在其他实施方案中，第一和第二溶液可以相反方向流动。在至少一些实施方案中，膜表面的两侧上可以存在相似的流体动力学。这可以通过模块或外套中一个或多个正向渗透膜的策略集成来实现。
[0041]根据一个或多个实施方案，可以将吸引溶质回收再利用。吸引溶质回收过程的实例描述于McGinnis的美国专利公布号2012/0067819(‘819公布)，其公开内容通过引用整体并入本文。分离系统可以从稀释的吸引溶液剥离溶质以产生基本上无溶质的产物水。分离系统可以包括蒸馏柱。然后，可以例如通过再循环系统将吸引溶质返回浓缩吸引溶液。可以浓缩或吸收气态溶质以形成浓缩吸引溶液。吸收器可以使用稀释的吸引溶液作为吸收剂。在其他实施方案中，可以使用产物水作为吸收剂，用于从溶质再循环系统吸收气体流的全部或部分。此外，作为废水处理过程的部分而产生的气体和/或热可用于吸引溶质回收过程。
[0042]根据一个或多个实施方案，第一溶液可以是含有期望分离、纯化或其他处理的一种或多种溶质的任何水溶液或溶剂。在一些实施方案中，第一溶液可以是非饮用水，例如海水、盐水、苦咸水、中水(graywater)和一些工业水。待处理的过程流可包含盐和其他离子物类，例如氯化物、硫酸盐、溴化物、硅酸盐、碘化物、磷酸盐、钠、镁、钙、钾、硝酸盐、砷、锂、硼、锶、钼、锰、铝、镉、铬、钴、铜、铁、铅、镍、砸、银和锌。在一些实例中，第一溶液可以是盐水(例如盐水或海水)、废水或其它污水。第一溶液可以从上游单元操作(例如工业设施)或任何其它来源(例如海洋)递送至正向渗透膜处理系统。第二溶液可以是含有比第一溶液高的溶质浓度的吸引溶液。可使用多种吸引溶液。例如，吸引溶液可包含热分解盐溶液。在一些实施方案中，可以使用氨和二氧化碳吸引溶液，例如McGinnis的美国专利公布号2005/0145568中公开的那些，其公开内容通过引用整体并入本文。在一个实施方案中，第二溶液可以是氨和二氧化碳的浓缩溶液。在至少一个实施方案中，吸引溶液可以包含大于1比1摩尔比的氨和二氧化碳。
[0043]第二(吸引)溶液的优选溶质可以是氨和二氧化碳气体及其产物、碳酸铵、碳酸氢铵和氨基甲酸铵。当以约1的比例溶解于水中时，氨和二氧化碳形成主要包含碳酸氢铵和更小程度的相关产物碳酸铵和氨基甲酸铵的溶液。该溶液的平衡偏向于较不可溶的物类溶质碳酸氢铵，超过可溶性物类溶质氨基甲酸铵和更小程度的碳酸铵。用过量氨气缓冲主要包含碳酸氢铵的溶液，使铵与二氧化碳的比例增加到约1.75至2.0，将使溶液平衡转向可溶性物类溶质氨基甲酸铵。氨气在水中更可溶，并且优先被溶液吸收。因为氨基甲酸铵更容易被第二溶液的溶剂吸收，其浓度可以增加至溶剂不能再吸收更多溶质，即饱和的点。在一些非限制性实施方案中，通过该操作实现的该第二溶液中的溶质浓度大于约2摩尔、大于约6摩尔或约6至12摩尔。
[0044]根据一个或多个实施方案，氨与二氧化碳的比例应该基本上允许吸引溶液气体完全吸收进入吸收流体，例如一部分上述的稀释的吸引溶液，基于系统中吸引溶液的最高浓度。吸引溶液的浓度、体积和流速一般应匹配进料溶液的浓度、体积和流速，使得两个溶液之间所需的渗透压差在整个膜系统和进料水回收范围中得以保持。这可根据考虑膜中和其表面处的内部和外部浓差极化现象的一个或多个实施方案来计算。在一个非限制性的脱盐实施方案中，可使用大约为盐水进料水流速的大约33%的浓缩吸引溶液进口流速，对于海水脱盐系统，通常在约25%至75%的范围内。较低盐度的进料可需要进料水流速的约5%至25 %的吸引溶液进口速率。稀释的吸引溶液出口速率可通常为进料水进口速率的约50 %至100%，并且为盐水排放体积的约三至四倍。
[0045]根据一个或多个实施方案，氨与二氧化碳的比例一般应该与吸引溶液的浓度和在吸引溶质的除去和回收过程中使用的温度相匹配。如果该比例不够高，那么将不可能将吸引溶质气体完全吸收成盐以再用于浓缩溶液，而如果该比例太高，则吸引溶液中会有过量的氨，其在希望的温度范围内(如利用废热驱动该过程所必需的温度范围)将不会适当地冷凝。例如，在一些实施方案中，蒸馏柱可在约50°C剥离气体，吸收柱可在约20°C下操作。应该进一步考虑氨与二氧化碳的比例以防止氨通过膜进入进料溶液。如果该比例太高，可能引起非离子化的氨以高于必需的或理想的浓度存在于吸引溶液中(通常主要是铵)。其它参数，例如进料水的类型、所需的渗透压、所需的通量、膜的类型和吸引溶液浓度，可影响优选的吸引溶液的摩尔比。在渗透分离过程中，可监测和控制氨与二氧化碳的比例。在至少一个实施方案中，吸引溶液可包含摩尔比大于1比1的氨和二氧化碳。在一些非限制性实施方案中，在约50°C且吸引溶液的摩尔浓度规定为该溶液内二氧化碳的摩尔浓度时，吸引溶液的比例对于最多1摩尔的吸引溶液可以是为至少约1.1比1，对于最多1.5摩尔的吸引溶液可以是约1.2比1，对于最多3摩尔的吸引溶液可以是约1.3比1，对于最多4摩尔的吸引溶液可以是约1.4比1，对于最多4.5摩尔的吸引溶液可以是约1.5比1，对于最多5摩尔的吸引溶液可以是约1.6比1，对于最多5.5摩尔的吸引溶液可以是约1.7比1，对于最多7摩尔的吸引溶液可以是约1.8比1，对于最多8摩尔的吸引溶液可以是约2.0比1，对于最多10摩尔的吸引溶液可以是约2.2比1。实验表明，这些比例大致为这些浓度的溶液在该近似温度下的稳定溶解性所需要的最小比例。在较低的温度，对于相同的浓度，需要较高的氨与二氧化碳的比例。在较高的温度，可能需要较低的比例，但可能还要求对溶液进行一定加压来防止溶质分解成气体。大于1比1的比例，即使在总浓度小于2摩尔时，也大大增加溶液的稳定性，并防止二氧化碳气体的形成和通常响应于甚至是适量热和或压降的吸引溶液的热分解。
[0046]根据一个或多个实施方案，正向渗透分离过程可以包括将第一溶液引入半透膜的第一侧，检测第一溶液的至少一个特征，基于至少一个检测的特征来选择包含氨和二氧化碳的浓缩吸引溶液的摩尔比，将以选定的摩尔比包含氨和二氧化碳的浓缩吸引溶液引入半透膜的第二侧以维持跨半透膜的所需的渗透浓度梯度，促进至少一部分第一溶液流动穿过半透膜以在半透膜第一侧形成第二溶液并在半透膜第二侧形成稀释的吸引溶液，将至少一部分稀释的吸引溶液引入分离操作以回收吸引溶质和溶剂流，将吸引溶质重新引入半透膜的第二侧以维持选择的浓度和浓缩吸引溶液中氨与二氧化碳的摩尔比，并收集溶剂流。
[0047]根据一个或多个实施方案，用于从第一溶液渗透提取溶剂的装置可以包括具有与第一溶液源流体连接的进口的第一室、具有与包含至少1比1的摩尔比的氨和二氧化碳的浓缩吸引溶液的源流体连接的进口的第二室、分隔第一室与第二室的半透膜系统、在第二室的下游流体连接的分离系统(包括蒸馏柱)、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、和包括被配置以促进吸引溶质重新引入第二室以维持浓缩吸弓I溶液中氨与二氧化碳的摩尔比的吸收器的再循环系统。
[0048]根据一个或多个实施方案，各种渗透驱动膜系统和方法可以与更大的系统集成。在一些实施方案中，系统和方法可以与各种热源和水系统集成。在至少一个实施方案中，吸引溶液可以在与冷凝器相关的管内部进料。在一些实施方案中，来自地下的热水可用于再煮器。在其他实施方案中，可以使用地热、工业来源的废热、太阳能集热器、熔盐或热储存系统中的余热。在其他实施方案中，可以采用柴油发电机。
[0049]根据一个或多个其他实施方案，正向渗透系统和方法可以与用于最大化从具有结垢沉淀可能性的废水源回收水的辅助过程集成。例如，为了防止钙和镁盐的沉淀，可以首先通过诸如包括在强酸阳离子交换树脂上与钠离子交换的那些技术从进料去除钙和镁。F0浓缩液可用于再生树脂。化学分散剂可用于防止离子交换柱内的沉淀。为了二氧化硅结垢控制，可以向系统进料提供二氧化硅结垢分散剂。如果所需浓度因子导致超过分散剂供应商推荐的最大的二氧化硅的浓度，则可以通过去除二氧化硅的小的外部微滤器或超滤器再循环一部分进料。
[0050]在另一实施方案中，可以在F0膜系统中浓缩可溶性盐达到或超过其溶解度