(使用或不使用阻垢化学品)，使得浓缩的进料溶液被导入含有晶种和/或絮凝剂化学添加的沉淀罐。然后可以将该溶液导入沉降罐和/或过滤装置以去除颗粒。然后可以将来自该处理的流出物导入另一过程、去除或在F0膜系统中再循环以进一步浓缩。流体剪切力的使用和/或用于冲洗的气泡的引入可用于F0膜系统，以确保膜表面不发生沉淀和/或积垢。
[0051]根据一个或多个实施方案，可以监测并控制膜积垢。可以使用诸如涉及液体湍流和气体引入的那些冲洗技术来控制膜积垢。在一些实施方案中，剪切力，诸如涉及在膜表面诱导剪切的循环流体动力学的那些，可用于冲洗。在其他实施方案中，可以将诸如泡沫球的物体放入流路中以实现冲洗。在一些实施方案中，可以通过操纵操作参数以改变渗透压和流路来控制积垢和生物活性，例如，使得不同膜区域在不同的时间经历不同的溶液、渗透压、pH或其他条件。可以将随时间的变化列表，例如基于分钟、小时或年。可以使用另外的F0分离系统和方法来处理具有高结垢可能性的溶液。通过使用超饱和和去饱和或加入晶种的浆料，这些系统和方法将允许显著提高进料水流的回收，提供显著的经济和环境益处(例如，较少摄入水、较少排放水、较少化学使用等)。
[0052]未加入晶种的浆料系统将饱和溶液送至膜阵列，其进料将通过流动去除水而变得超饱和。将该超饱和的溶液导入罐，该罐混合该溶液与悬浮的晶体或其他成核点以沉淀。然后将浆料导入沉降罐、旋流器或其他过滤装置以去除沉淀。
[0053]使用加入晶种的浆料的系统和方法将具有在膜模块中溶液中悬浮的沉淀，使得在这些成核点上、而不是在膜表面发生另外沉淀，如下参考图2更详细描述的。浆料的处理将需要预过滤或旋流器系统以维持最大颗粒直径。在各种实施方案中，可以将该系统的膜包衣并且在一些情况下定期重新包衣以防止阻挡层的磨损。这种包衣可以包括聚乙酸乙烯酯(PVA)。这些系统和方法的另外优点包括例如其允许在或高于一种至多种盐的溶解度极限下对溶液连续去盐，减少或消除过程中消耗的化学品的使用，减少膜积垢，和减少反相盐运输的影响。
[0054]根据一个或多个实施方案，系统和方法可用于膜生物反应器(MBR)操作以进行废水处理。在一些实施方案中，可以在一步中将废水转化以从废物重新利用。一些实施方案可能不需要通气，使得在水系统或膜消化器操作中水从悬浮固体和有机物的直接膜分离可以提供在能量和总成本方面的节省。在非限制性实施方案中，可以设计MBR系统，使得循环沿着膜片表面，在膜片下罐中具有相对未混合的区域。可以从该沉降区去除固体。也可以将发酵置于未混合区，允许从罐顶部去除和使用甲烷。可以配置罐，使得栗出口置于罐一侧，指导沿着膜片横(宽度)轴的流动，如果需要则诱导剪切力和湍流，使得流动沿着膜片的纵轴平均分布，从顶到底均匀分布。剪切力以及例如通气和搅拌帮助防止/减少膜表面的积垢。可以进一步配置罐，使得罐的相对壁以使水在减少的阻力下返回罐的栗侧的方式弯曲，该流动在膜层叠的任一侧穿过。膜袋内部中的吸引溶液可以从顶流向底、从底流向顶或者按需要交替串联。可以布置膜层叠，使得罐的不同区域经历进料溶液的不同稳态浓度。可以使用气泡冲洗膜表面以减少浓差极化现象并防止膜表面上的积垢和/或结垢，该空气引入预期为了这些目的，而不是为了如常规膜生物反应器通常的向溶液引入氧。
[0055]根据一个或多个实施方案，可以用本文公开的正向渗透技术替代膜生物反应器和常规反向渗透过程来处理工业废水。在涉及高水平悬浮固体或高水平溶解的有机物的应用中，正向渗透方法可能是特别有益的。对于处理具有高生化需氧量(B0D)或高化学需氧量(C0D)的废水，正向渗透也可能是理想的选择。正向渗透发挥与MBR和反向渗透相同的功能，但是以一步进行，并且没有MBR正常所需的能量以对水通气以引入氧以生物降解B0D和C0D。具体地，使用正向渗透浓缩污水消除了对获得必要细菌以消耗废物的空气/氧的需要，得到更有效的方法-较少设备、较少能量和较小足迹。如下讨论，然后可以将该浓缩的污水送至例如消化器以产生甲烷气体。
[0056]根据一个或多个实施方案，还可以使用正向渗透来浓缩进料流。与需要后精制阶段(例如涉及反向渗透的那些)的常规微过滤或超过滤方法相反，正向渗透浓缩方法可以在一步过程中产生适于饮用或其他高质量的水，即，F0-MBR产生与常规MBR加上反向渗透过程一样质量的水，但是在一步中完成。
[0057]在一些实施方案中，过程流可以含有待浓缩和回收的所需的目标物类，例如药物、盐、酶、蛋白、催化剂、微生物、有机化合物、无机化合物、化学前体、化学产物、胶体、食品或污染物。在至少一个实施方案中，正向渗透可用于矿物回收。在一些实施方案中，正向渗透可用于在溶液采矿工业中浓缩盐水。盐水溶液可以用正向渗透操作达到饱和，使得沉淀可以促进矿物、盐、金属和肥料例如钾碱的回收。
[0058]可以使用正向渗透方法浓缩具有高B0D和/或高C0D的流。在一些实施方案中，正向渗透浓缩方法可以与厌氧消化器联接以产生用于燃烧的气体。产生的气体还可以为溶质回收过程提供热而无需单独的消化器。在其他实施方案中，正向渗透浓缩方法可以与焚烧器联接以直接燃烧固体以向上游正向渗透过程和/或溶质回收过程提供热。
[0059]图1提供了用于废水处理的正向渗透系统/方法的示意图。待处理的废水流可以含有一种或多种物类，例如盐、蛋白、催化剂、微生物、有机或无机化学品、化学前体或产品、胶体或其他成分。在一些非限制性实施方案中，可以用如示例说明的正向渗透系统和方法来减少废水厂的营养排放。
[0060]如图1所示，系统/方法10包括正向渗透模块12。可以使用各种正向渗透系统和方法，例如本文描述和美国专利号6，391，205、美国专利公布号2011/0203994;和2010年10月29日提交的PCT申请序号PCT/US10/054738和2010年10月28日提交的PCT/US10/054512中进一步描述的那些，其公开内容通过引用整体并入本文。模块12与废水源或流14(8卩，进料溶液)和吸引溶液源或流16流体连通。废水源14可以包括例如市政(例如，污水)和/或工业(例如，水力破碎回流)废水，包括放射性水。吸引溶液源16可以包括例如盐水流，例如海水或本文描述的另一溶液，其可用作渗透剂以通过模块12内的正向渗透膜渗透而使废水源14脱水。模块12从废水源14向外输出浓缩溶液的流18，其可以如本文所述进一步处理。模块12还输出稀释的吸引溶液20，其可以如本文所述进一步处理，例如，可以将稀释的吸引溶液20导入分离单元22，在那里可以回收吸引溶质和靶溶剂。
[0061]图2描绘了系统/方法110，其中正向渗透膜模块102可以浸入或放入包封的组件内。除了上述用于减少积垢的方法以外，图2中描绘的系统/方法110利用了用于处理废水或其他进料溶液源的加入晶种的浆料方法。如所示的，系统/方法110包括与废水流114和吸引溶液流116流体连通的正向渗透模块112。模块112包括用于接收废水的室或罐104。室104被配置用于容纳膜模块102。如相对于图1讨论的，F0模块112还输出浓缩溶液118和稀释的吸引溶液120。
[0062]根据一个或多个实施方案，向室104添加晶种以产生加入晶种的浆料106。晶种提供了用于选择性沉淀其上的某些溶质(例如，盐或氨基酸)的成核点。靶向溶质将从加入晶种的浆料106中沉淀出来，并且沉降至室104的底，与沉积在膜表面上相反，其中沉淀的溶质可以如前讨论的进一步处理。这些可以在所述方法中部分地重复使用，例如，使用重新导入罐的沉淀的固体作为晶种。此外，室104可以包括用于改善正向渗透过程的其他装置，例如通气和搅拌，以减少膜积垢和/或改善晶种效力，如前所公开的。
[0063]正向渗透模块中晶种的使用对于可能需要预处理或包含所需的溶质的进料、例如来自制药过程的晶种是特别有益的。晶种辅助靶溶质的回收。而且，相对于具有高水平悬浮固体的废水的处理，可以从室104的底部抽取一部分固体，并且可以通过使用晶种沉淀出另一部分固体。此外，可以选择晶种的尺寸和组成以适合特定应用，例如，回收药物化合物或减少反向盐运输的影响。
[0064]图3展示了使用包括一个或多个预处理和/或后处理单元操作214、216的正向渗透系统/方法212渗透提取溶剂的系统210的示意图。可以使用各种正向渗透系统和方法，例如本文描述和上文引用的美国专利号6，391，205、美国专利公布号2011/0203994;和PCT公布号W02011/053794和W02011/059751中进一步描述的那些。
[0065]根据一个或多个实施方案，系统210可以包括一个或多个预处理操作214以增强正向渗透过程212。预处理可以包括pH调节，例如升高待处理的过程流的pH水平，使用阻垢剂，各种类型的过滤，聚合物添加，热交换，软化，和纳米过滤软化。
[0066]根据一个或多个实施方案，系统210可以包括一个或多个后处理操作216。后处理可以包括第二单程反向渗透分离、离子交换分离、另外的正向渗透过程或其他氨和/或盐去除操作。后处理可以使产物水盐度降低至单程正向渗透系统产生的盐度之下。在其他实施方案中，可以可选或附加地使用后处理以去除否则将在产物流中存在的吸引溶质。在一些特定的非限制性实施方案中，可以使用离子交换、蒸馏、全蒸发、膜蒸馏、通气、生物处理或其他过程来后处理正向渗透盐水排出物，以去除反向扩散进入盐水的吸引溶质。另外的后处理操作可以包括零液体排放(ZLD)处理，使用例如结晶和蒸发。在一个实施方案中，ZLD处理利用例如正向渗透系统替换蒸发系统。
[0067]根据一个或多个实施方案，可以使用来自改善通量的吸引溶质回收过程的拒绝热来预热进料水。吸引溶质回收过程的实例描述于上文引用的‘819公布。吸引溶质回收系统可能需要冷却。例如，剥离器的冷凝器可能需要冷却。因此，可以由膜进料流在其引入正向渗透膜之前提供冷却。膜进料流可以提供足够的冷却，以允许吸引溶质流在吸引溶质回收过程的重吸收。在一个实施方案中，进料流可以冷却回收过程中的一个或多个流至室温。此夕卜，通过增加水透过性、增加吸引和/或进料溶质扩散性并通过热膨胀改善膜孔结构，较高的膜系统温度可以伴随较高的通量。
[0068]根据一个或多个实施方案，可以使用盐水去除吸引溶质回收过程的热。加热盐水可以蒸发盐水中的残余溶质。具体地，可以将来自正向渗透膜的盐水浓缩物导入剥离器顶部的冷凝器以提供剥离器的冷却。盐水吸收的热可以帮助驱动来自盐水的溶解气体，并且可以用于作为盐水后处理的剥离过程，类似于用于从产物水