渗透分离系统和方法与流程

本申请要求于2014年4月8日提交的美国临时专利申请No.61/976,714以及2014年10月28日提交的美国临时专利申请No.62/069,627的优先权和权益；由此以引用的方式将它们的全部内容整体并入本文。

技术领域

一个或多个方面大体涉及渗透分离。更具体地，一个或多个方面涉及利用渗透驱动膜工艺(例如正向渗透)从水溶液中分离溶质。

背景技术：

正向渗透已被用于脱盐。通常，正向渗透脱盐工艺涉及具有被半透膜分隔开的两个室的容器。一个室容纳海水。另一个室容纳浓缩的溶液(concentrated solution)，由此在海水和浓缩的溶液之间产生浓度梯度。该梯度吸引海水中的水穿过膜进入到浓缩的溶液中，所述膜选择性地允许水通过而不允许盐通过。逐渐地，进入浓缩的溶液中的水将该溶液稀释。然后将溶质从该稀释的溶液(dilute solution)中除去，以产生饮用水。

供给到正向渗透工艺的进料溶液可能产生各种问题。例如，进料溶液可能具有充分低的盐度，使得在膜相对侧的浓缩的驱动溶液被该工艺高度稀释，从而使驱动溶液的回收/再生复杂化。进料溶液的条件可能也需要利用特定预处理工艺，以使其可用于正向渗透工艺。例如，大多数预处理工艺因需要利用额外的能量或化学物质(例如，石灰软化)或进一步的步骤(例如，离子交换树脂的再生)而使得整个工艺更加昂贵。另外，在正向渗透处理之后，浓缩的进料溶液可能存在处置问题。例如，高度浓缩的盐水提出了环境处置问题，例如，将浓缩的盐水排放到水体中会对局部生态系统产生不利影响。虽然对于这些问题存在一些解决方案，但是它们往往很昂贵和/或向基本的正向渗透工艺增加了过度的复杂性。

技术实现要素：

本发明的方面大体涉及渗透驱动膜系统和方法，包括正向渗透分离(FO)、直接渗透浓缩(DOC)、压力辅助正向渗透(PAFO)和压力延缓渗透(PRO)。

在一个方面，本发明涉及一种用于从第一溶液中渗透提取溶剂的系统(及其对应的方法步骤)。所述系统包含多个正向渗透单元，各正向渗透单元具有：第一室，所述第一室具有与第一溶液的源流体连接的入口；第二室，所述第二室具有与浓缩的驱动溶液的源流体连接的入口；以及半透膜系统，所述半透膜系统将所述第一室与所述第二室隔开，并被构造用于从所述第一溶液中渗透分离所述溶剂，从而形成所述第一室中的第二溶液和所述第二室中的稀释的驱动溶液。所述系统还包含：分离系统，所述分离系统与所述多个正向渗透单元流体连通，并被构造用于将所述稀释的驱动溶液分离成浓缩的驱动溶液和溶剂流。

在前述方面的各种实施方式中，浓缩的驱动溶液包含处于大于1:1的所需摩尔比的氨和二氧化碳。然而，在本发明的范围内还设想和考虑其它驱动溶液，包括例如NaCl或在PCT专利公布No.WO2014/078415(‘415公布)中公开的各种备选驱动溶液中的任一种，将该专利的全部公开内容以引用的方式并入本文。此外，在本发明的范围内还设想和考虑用于分离和回收驱动溶质和溶剂的其它系统和方法，例如在‘415公布中所公开的那些系统和方法。此外，可将各种预处理和后处理系统并入本发明的前述方面中。预处理系统可包括下列中的至少一种：用于预热第一溶液的热源；用于调节第一溶液或驱动溶液的pH的装置；用于消毒(例如，化学或UV)、分离和澄清的装置；用于过滤第一溶液的过滤器或其它装置(例如，碳或砂石过滤或反向渗透)；用于聚合物添加、离子交换的装置；或用于软化(例如，石灰软化)第一溶液的装置。后处理系统可包括下列中的至少一种：反向渗透系统、离子交换系统、第二正向渗透系统、蒸馏系统、渗透蒸发器(pervaporator)、机械蒸气再压缩系统、热交换系统或过滤系统(例如，纳米过滤、微过滤或超滤)。在另外的实施方式中，该系统还可包含回收系统(recycling system)，所述回收系统包含吸收器(absorber)，该吸收器被构造用于促进将驱动溶质重新引入第二室以维持驱动溶液的所需摩尔比。

在另一方面，本发明涉及一种用于从第一溶液中渗透提取溶剂的系统。所述系统包含多个正向渗透单元，其中，各单元包含：半透膜组件，所述半透膜组件具有框架和连接在所述框架上的多个膜，并具有第一侧和第二侧，其中，所述第一侧限定了用于接收所述第一溶液的第一多个通道，并且所述第二侧限定了用于接收浓缩的驱动溶液的第二多个通道；以及槽(tank)，所述槽被构造用于接收所述半透膜组件和所述第一溶液，其中，所述半透膜组件至少部分地浸没在所述槽中。第一溶液包含其中的溶解固体和/或悬浮固体，并且膜被构造用于从第一溶液中渗透分离溶剂，从而形成第一多个通道中的更浓缩的第一溶液和第二多个通道中的稀释的驱动溶液。所述系统进一步包含：分离系统，所述分离系统与多个正向渗透单元流体连通，并被构造用于从正向渗透单元接收稀释的驱动溶液；多个再循环系统(recirculation systems)，各再循环系统与对应的正向渗透单元流体连通，并被构造用于使更浓缩的第一溶液再循环通过各槽；以及多个水力旋流器线路(hydrocyclone circuits)，各水力旋流器线路与对应的正向渗透单元和/或再循环系统流体连通，并被构造用于控制各槽内的第一溶液中的固体浓度。分离系统包含用于将稀释的驱动溶液分离成浓缩的驱动溶液和溶剂流的装置。在一些实施方式中，整个系统包含用于各正向渗透单元的分离系统。在各种实施方式中，再循环系统使更浓缩的第一溶液连续地再循环。此外，再循环系统可用于将第一溶液引入正向渗透单元中的一个或多个。水力旋流器线路和/或再循环系统还可用于将第一溶液的至少一部分运送(forward)到后续正向渗透单元。

在前述方面的各种实施方式中，第一溶液中可包含约15,000ppm的总溶解固体(TDS)。在一些情况下，第一溶液中TDS的范围是约5,000ppm至约40,000ppm。该系统还可包含用于直接或经由再循环系统将添加剂(例如晶种(seeds))引入第一溶液的装置。引入装置可包含用于将所述添加剂直接引入流体输送路线或其中一个单元的阀门和端口布置。另外，所述装置可包含储存和/或混合槽以及计量装置等，以用于将所述添加剂储存和/或输送到所述系统中。在一个实施方式中，所述添加剂是晶种材料(例如硫酸钙)和/或分散剂，以控制悬浮固体的行为。在一个或多个实施方式中，所述框架包含：多个板，各板具有第一侧和第二侧，所述第一侧和第二侧被构造用于接收(例如，经由粘合剂、焊接或机械紧固件)连接到其上的膜并至少部分地限定第一多个通道和第二多个通道；至少一个端板(endplate)，所述端板设置在所述多个板和膜的一端；以及歧管组件，所述歧管组件设置在所述多个板和膜的相对端；以及用于将所述多个板、至少一个端板和歧管组件以堆叠构造固定的装置(例如连接杆)。在一些实施方式中，所述框架是外罩(housing)或包含外罩。

在另外的实施方式中，所述系统包含与多个正向渗透单元流体连通的澄清池阶段(clearwell stage)。所述澄清池阶段包含被构造用于接收更浓缩的第一溶液的储器(receptacle)。可将多个正向渗透单元串联布置，并可将澄清池阶段设置为与串联中的最后一个正向渗透单元邻近并流体连通。此外，各水力旋流器线路可包含尺寸经设计并被构造用于将第一溶液的溢流(overflow)运送到串联中的正向渗透单元中的后续正向渗透单元的水力旋流器。串联中的最终水力旋流器线路与澄清池阶段流体连通，并被构造用于控制各在前的正向渗透单元中的第一溶液的体积/液面(level)。在一些实施方式中，分离系统包含全都与多个正向渗透单元流体连通的过滤单元、反向渗透单元以及旁通线路(by-pass circuit)。过滤单元可包含：第一室，所述第一室具有与正向渗透单元中的至少一个流体连接的入口，用于接收稀释的驱动溶液的至少第一部分；第二室，所述第二室具有与反向渗透单元流体连接的出口，用于将更低稀释的驱动溶液传递至其中；以及过滤膜，所述过滤膜将第一室与第二室隔开，并被构造用于部分地将溶质从稀释的驱动溶液中除去，从而在第二室中形成更低稀释的驱动溶液。可使除去的溶质返回至正向渗透单元中的至少一个。反向渗透单元可包含：第一室，所述第一室具有与正向渗透单元中的至少一个流体连接的入口，用于接收稀释的驱动溶液的至少第二部分，以及与正向渗透单元中的至少一个流体连接的出口，用于将浓缩的驱动溶液引入其中；半透膜，所述半透膜与第一室连接；以及第二室，所述第二室与半透膜连接，并被构造用于接收流过(fluxed through)膜的溶剂，从而将浓缩的驱动溶液留在第一室中，用于传递至正向渗透单元。旁通线路被构造用于将稀释的驱动溶液的第一部分和第二部分选择性地引导至过滤单元和/或反向渗透单元。在各种实施方式中，澄清池阶段还包含用于使更浓缩的第一溶液脱水的装置，例如压滤机或其它机械工艺或热工艺。在一些实施方式中，固体在澄清池中经由重力从第一溶液中沉降出来。澄清池阶段还可包含用于回收存在于其中的物质或固体(例如，添加至第一溶液以控制其中的固体的行为的晶种材料)的至少一部分的装置，用于重复使用或进一步处理。

在又一方面，本发明涉及一种用于从第一溶液中提取溶剂的方法。所述方法通过多个正向渗透单元进行，其中，各正向渗透单元包含：半透膜组件，所述半透膜组件具有框架和连接在所述框架上的多个膜，并具有第一侧和第二侧，其中，所述第一侧限定了用于接收所述第一溶液的第一多个通道，并且所述第二侧限定了用于接收浓缩的驱动溶液的第二多个通道，其中，所述膜被构造用于从所述第一溶液中渗透分离溶剂，从而形成所述第一多个通道中的更浓缩的第一溶液和所述第二多个通道中的稀释的驱动溶液；以及槽，所述槽被构造用于接收所述半透膜组件和所述第一溶液，其中，所述半透膜组件至少部分地浸没在所述槽中。第一溶液包含其中的溶解固体，例如，约5,000ppm至约40,000ppm、优选约10,000ppm至约30,000ppm、更优选约15,000ppm至约25,000ppm的TDS。所述方法包括以下步骤：提供以串联构造布置的多个正向渗透单元，将第一溶液引入串联中的第一正向渗透单元，将浓缩的驱动溶液引入串联中的最后一个正向渗透单元，使溶剂的一部分穿过多个膜从第一溶液流入浓缩的驱动溶液，使更浓缩的第一溶液再循环通过各槽以维持溶液中的固体，在更浓缩的第一溶液中维持预定浓度的固体，将稀释的驱动溶液引导至分离系统，将稀释的驱动溶液分离成浓缩的驱动溶液和溶剂流，以及将浓缩的驱动溶液回收到多个正向渗透单元。

在所述方法的各种实施方式中，在更浓缩的第一溶液中维持预定浓度的固体的步骤可包括：经由再循环系统将更浓缩的第一溶液的至少一部分引导至水力旋流器，其中，水力旋流器被构造用于控制槽内的第一溶液中的固体浓度；以及根据需要经由水力旋流器将更浓缩的第一溶液的溢流部分(overflow portion)引导至串联中的后续正向渗透单元。在一些实施方式中，必要性取决于槽中维持的固体浓度％。例如，如果更浓缩的第一溶液中的固体浓度过高，水力旋流器会将更浓缩的第一溶液和其中包含的固体的一部分传递到后续正向渗透单元。在一些实施方式中，基于流体液面将第一溶液的溢流部分传递到后续单元。所述方法还可包括将更浓缩的第一溶液从串联中的最后一个正向渗透单元引导至澄清池的步骤。所述方法可包括以下步骤：将额外的溶剂从澄清池中的更浓缩的第一溶液中除去，留下绝大部分的固体。可从可在系统内重复使用的留下的固体(例如晶种材料)提取物质，送去进一步处理或者按原样回收。

在另一方面，本发明涉及一种用于从第一溶液中渗透提取溶剂的系统。所述系统包含多个正向渗透单元，其中，各单元包含：半透膜组件，所述半透膜组件具有框架和连接在所述框架上的多个膜，并具有第一侧和第二侧，其中，所述第一侧限定了用于接收所述第一溶液的第一多个通道，并且所述第二侧限定了用于接收浓缩的驱动溶液的第二多个通道；以及槽，所述槽被构造用于接收所述半透膜组件和所述第一溶液，其中，所述半透膜组件至少部分地浸没在所述槽中。第一溶液包含其中(例如溶解和/或悬浮)的固体，并且膜被构造用于从第一溶液中渗透分离溶剂，从而形成第一多个通道中的更浓缩的第一溶液和第二多个通道中的稀释的驱动溶液。所述系统进一步包含：分离系统，所述分离系统与多个正向渗透单元流体连通，并被构造用于从正向渗透单元接收稀释的驱动溶液；多个再循环系统，各再循环系统与对应的正向渗透单元流体连通，并被构造用于使更浓缩的第一溶液再循环通过各槽；以及至少一个脱水子系统(dewatering sub-system)，所述脱水子系统与再循环系统中的至少一个或槽中的至少一个流体连通，并被构造用于控制各槽内的第一溶液中的固体浓度。分离系统包含用于将稀释的驱动溶液分离成浓缩的驱动溶液和溶剂流的装置。在一些实施方式中，整个系统包含用于各正向渗透单元的分离系统。在各种实施方式中，再循环系统使更浓缩的第一溶液连续地再循环。此外，再循环系统可用于将第一溶液引入正向渗透单元中的一个或多个。脱水子系统和/或再循环系统还可用于将第一溶液的至少一部分运送到后续正向渗透单元。

在前述方面的各种实施方式中，脱水子系统包含一个或多个管式压滤机，各管式压滤机具有一个或多个滤管。在一些实施方式中，一个或多个滤管包含设置在其内表面上的螺旋肋(spiral rib)。在一些实施方式中，脱水子系统代替了上述水力旋流器线路，而在其它实施方式中，脱水子系统与水力旋流器线路集成。另外，所述系统可包含用于将空气引入槽的通气系统。在一些实施方式中，通气系统是溶气浮选(dissolved air flotation)系统。所述系统还可包含澄清池阶段，所述澄清池阶段与多个正向渗透单元流体连通，并被构造用于接收更浓缩的第一溶液。在所述系统的一些实施方式中，将多个正向渗透单元串联布置，并将澄清池阶段设置为与串联中的最后一个正向渗透单元邻近并流体连通。分离系统可包含全都与多个正向渗透单元流体连通的过滤单元、反向渗透单元以及旁通线路。在另外的实施方式中，澄清池阶段进一步包含用于回收存在于其中的物质或固体的至少一部分的装置。

在另一方面，本发明涉及一种用于从第一溶液中提取溶剂的方法。所述方法包括以下步骤：提供以串联构造布置的多个正向渗透单元，其中，各单元包含：半透膜组件，所述半透膜组件具有框架和连接在所述框架上的多个膜，并具有第一侧和第二侧，其中，所述第一侧限定了用于接收所述第一溶液的第一多个通道，并且所述第二侧限定了用于接收浓缩的驱动溶液的第二多个通道。所述膜被构造用于从第一溶液中渗透分离溶剂，从而形成第一多个通道中的更浓缩的第一溶液和第二多个通道中的稀释的驱动溶液。多个正向渗透单元进一步包含槽，所述槽被构造用于接收半透膜组件和第一溶液，其中，所述半透膜组件至少部分地浸没在所述槽中。所述方法包括以下额外步骤：将第一溶液引入串联中的第一正向渗透单元，将浓缩的驱动溶液引入串联中的最后一个正向渗透单元，使溶剂的一部分穿过多个膜从第一溶液流入浓缩的驱动溶液，使更浓缩的第一溶液再循环通过各槽以维持溶液中的固体，在更浓缩的第一溶液中维持预定浓度的固体，将稀释的驱动溶液引导至分离系统，将稀释的驱动溶液分离成浓缩的驱动溶液和溶剂流，以及将浓缩的驱动溶液回收到多个正向渗透单元。

在所述方法的各种实施方式中，在更浓缩的第一溶液中维持预定浓度的固体的步骤包括：经由再循环系统将更浓缩的第一溶液的至少一部分引导至脱水子系统，其中，与上述水力旋流器线路类似，脱水子系统被构造用于控制槽内的第一溶液中的固体浓度并回收额外的水。脱水子系统可包含管式压滤机，所述方法可进一步包括以下步骤：将额外的水的至少一部分引导至第一溶液，并将回收的固体的一部分引导至第二工艺，例如沉降工艺、研磨工艺或一些其它分离工艺。所述方法还可包括以下步骤：将更浓缩的第一溶液从串联中的最后一个正向渗透单元引导至澄清池和/或从回收的固体提取物质。

另外的方面、实施方式以及这些示例性方面和实施方式的优点在下文中进行详细讨论。此外，应当理解，上述信息和以下详细描述均只是各种方面和实施方式的示例性实例，并且旨在提供综述或框架，以用于理解要求保护的方面和实施方式的本质和特征。因此，通过参照以下描述和附图，这些和其它目的以及本文所公开的本发明的优点和特征将变得显而易见。此外，应当理解，本文所述各种实施方式的特征不是互相排斥的，并且可以各种组合和排列存在。

附图说明

在附图中，贯穿不同视图，类似的附图标记通常指相同的部分。另外，附图未必按比例绘制，相反，重点通常在于说明本发明的原理，而并非意图作为对本发明的界限的定义。出于简明的目的，不是所有部件都在每张附图中进行标记。在以下描述中，参照以下附图描述本发明的各种实施方式，在附图中：

图1是根据本发明的一个或多个实施方式，用于溶剂的渗透提取的系统的示意图；

图2是根据本发明的一个或多个实施方式，在图1的系统中使用的示例性正向渗透模块的示意透视图；

图3是根据本发明的一个或多个实施方式，用于溶剂的渗透提取的备选系统的示意图；以及

图4A和图4B是图3的系统中使用的压滤机的一部分的示意图。

具体实施方式

根据一个或多个实施方式，用于从水溶液中提取水的渗透方法通常可涉及使水溶液暴露于正向渗透膜的第一表面。相对于该水溶液的浓度而言具有增加的浓度的第二溶液或驱动溶液可以暴露于正向渗透膜的第二相对表面。水随后可以经由正向渗透被从水溶液中汲取通过正向渗透膜并进入第二溶液，生成富水溶液，正向渗透利用涉及从浓度较低的溶液移动至浓度较高的溶液的流体传递性质。富水溶液(也称为稀释的驱动溶液)可在第一出口处被收集并经历进一步的分离工艺以产生纯化水。第二产物流(即，贫化的(depleted)或浓缩的含水工艺溶液)可在第二出口处被收集以用于排放或进一步处理。或者，本文所述的各种系统和方法可以用非水溶液实现。

根据一个或多个实施方式，正向渗透膜模块可包含一个或多个正向渗透膜。正向渗透膜通常可以是半透性的，例如允许水通过而排除其中的溶解溶质，例如氯化钠、碳酸铵、碳酸氢铵和氨基甲酸铵。许多类型的半透膜都适用于此目的，前提条件是它们能够允许溶剂(例如水)通过，同时阻挡溶质通过，并且不与溶液中的溶质反应。在一些实施方式中，膜可具有高选择渗透性，从而允许上述溶质通过膜；然而，可以使用备选类型的膜来使用于特定应用(例如进料化学、驱动溶液化学、环境条件等)的系统的性能最大化。

根据一个或多个实施方式，至少一个正向渗透膜可置于外罩或外壳(casing)内。通常可将该外罩的尺寸和形状设计为容纳置于其中的膜。例如，如果容纳螺旋盘绕式正向渗透膜，该外罩可以大体上是圆柱体。模块的外罩可包含向该模块提供进料溶液和驱动溶液的入口以及用于从该模块中抽取产物流的出口。在一些实施方式中，该外罩可提供至少一个用于容纳或储存待引入该模块或待从该模块中抽取的流体的储器或室。在至少一个实施方式中，该外罩可以是绝缘的。

根据一个或多个实施方式，正向渗透膜模块通常可被构造和布置成使第一溶液和第二溶液分别与半透膜的第一侧和第二侧接触。虽然第一溶液和第二溶液可保持不流动，但优选第一溶液和第二溶液均通过横向流(cross flow)(即，与半透膜表面平行的流)引入。这通常可增加沿着一个或多个流体流动路径的膜接触表面积，从而增加正向渗透工艺的效率。在一些实施方式中，第一溶液和第二溶液可在相同方向上流动。在其它实施方式中，第一溶液和第二溶液可在相反方向上流动。在至少一些实施方式中，在膜表面的两侧上可存在类似的流体动力学。这可通过将所述一个或多个正向渗透膜策略性地集成在模块或外罩中来实现。

根据一个或多个实施方式，可回收驱动溶质以重复使用。分离系统可从稀释的驱动溶液中气提(strip)溶质，以产生大体上不含所述溶质的产物水。在一些实施方式中，分离系统可包含蒸馏塔或其它热回收机构或机械回收机构。驱动溶质随后可例如通过回收系统返回至浓缩的驱动溶液。可将气体溶质冷凝(condensed)或吸收以形成浓缩的驱动溶液。吸收器可使用稀释的驱动溶液作为吸收剂。在其它实施方式中，产物水可被用作用于全部或部分吸收来自溶质回收系统的气体流的吸收剂。包含分离系统/回收系统的不同的渗透驱动系统的实例在下列文献中有所描述：美国专利No.6,391,205和No.8,002,989；以及美国专利公布No.2011/0203994、No.2012/0273417、No.2012/0267306、No.2012/0267307和No.2012/0067819；以及美国专利公布No.2014/0224718，将这些文献的全部公开内容以引用的方式并入本文。

图1描述了渗透驱动膜系统10，该系统利用一个或多个正向渗透模块12a、12“n”(整体表示为12，其中“n”表示可包含在系统10的任何具体实施方式中的几乎无限数量的模块(即阶段(stages)))，这些正向渗透模块可串联或并联布置，以适合特定应用。如图1所示，正向渗透模块12串联布置并与分离/回收系统39流体连通。在一些实施方式中，系统10包含2至10个阶段、更具体地4至6个阶段。通常，将正向渗透模块12构造用于与上文并入的申请和专利所述的那些类似并与其类似地工作。此外，分离/回收系统39与并入的专利和专利申请所述的那些类似。仅描述了一个分离/回收系统39；然而，可使用多个系统39以适合特定应用(例如，针对串联或并联中的各正向渗透模块12或者多个系统/阶段对单个系统39的尺寸进行设计并铺设管道(plumbed))。如下面更详细地描述的，所述系统还包含澄清池32和相关部件，其与正向渗透模块12流体连通，用于处理浓缩的进料溶液14”(例如残余盐水)。系统10通常包含各种流体传递装置(例如泵、能量回收装置)、阀门、传感器(具有或不具有视觉指示器(例如计量仪或状态灯))和相关管道设备(plumbing)，以进行各种工艺。为清楚起见，可将其中一些泵、阀门等从附图中省略。

系统10的基本操作按如下所述进行：将进料流14引入被半透膜分成第一室或侧和第二室/侧的第一正向渗透模块12a中。将进料流14引导至各连续的正向渗透模块12a、12n，并作为浓缩的进料流14”离开最后一个模块12n。选择正向渗透模块12的具体数量和布置以适合特定应用(例如，进料流的起始浓度和所需终浓度、通量和流速等)，并且可包含串联和/或并联布置的任意数量的模块。例如，可将正向渗透模块的多个平行对串联布置。在图1所示的实施方式中，将浓缩的驱动溶液16引入串联的正向渗透模块12中的最后一个模块12n，并引入与进料流14相对的膜的一侧，从而随着驱动溶液16被引导通过连续的模块12，在进料流14和驱动溶液16之间提供横向流。然而，可在进料流14被首先引入时将浓缩的驱动溶液16首先引入同一模块12a，和/或可同时(即，平行)引入多个阶段以适合特定应用。此外，可根据需要对各种流/溶液进行调节/分割，以根据需要实现最优的渗透压差，从而维持所需的跨膜通量。

当进料流14通过各正向渗透模块12时，该进料流变得更浓缩，而前述浓缩的进料流14”从最终的正向渗透模块12n排放。当浓缩的驱动溶液16通过各连续的正向渗透模块12时，由于溶剂穿过膜从进料流进入驱动溶液，该浓缩的驱动溶液16被稀释；将稀释的驱动溶液16”从“第一”正向渗透模块12a排放。通常，将浓缩的进料流14”丢弃或送去进一步处理，同时将稀释的驱动溶液16”引导至分离/回收系统39，以回收驱动溶质/使驱动溶液再浓缩并回收产物溶剂(例如，水)48。备选地或额外地，如下面更详细地描述的，离开各正向渗透模块12的更浓缩的进料流的一部分可被重新引导回初始进料流14并与其混合、根据需要引导至后续正向渗透模块12以维持最优的跨膜渗透压差、和/或在模块12内再循环。

通常，当操作串联布置的模块12时，如图1所示以及上文所述的，通常希望以进料流14和驱动溶液16的横向流来进行操作，从而使得进料流在流经模块12时浓度提高以及驱动溶液在流经模块12时浓度降低。这种布置导致在模块12a中跨过膜的浓度最小的进料流对着浓度最小的驱动溶液，并且在模块12n中跨过膜的浓度最大的进料流对着浓度最大的驱动溶液。这产生跨过所有模块12的最优渗透压差。

图1示出的正向渗透模块12包含槽13a、13n，所述槽被构造用于接收进料流14、14’，并容纳一个或多个膜盒组件(membrane cassette assemblies)18a、18n。通常，膜盒18包含多个平面膜，所述平面膜以板框式构造(然而其它构造也在本发明的设想和考虑范围内)布置并至少部分地浸没在槽13中。然而，在一些实施方式中，膜盒被独立包含在具有必要入口和出口的外罩内。通常，盒18包含膜之间(例如膜活性层之间)的通道，进料流14、14’从所述通道通过(例如被泵送通过)。盒18包含额外的交替(alternating)通道(例如在膜支撑层之间)，浓缩的驱动溶液16、16’从所述通道通过(例如在真空下汲取通过)。盒18还通常包含端板和/或歧管，用于将膜板固定在一起并向盒18提供流体入口和出口(参见图2)。

在各种实施方式中，系统10包含被引导至各正向渗透模块12的浓缩的驱动溶液16的源19(例如容纳槽)。备选地或额外地，各正向渗透模块12可包含邻近膜槽13的驱动溶液槽17a、17n。在一些实施方式中，驱动溶液槽17用于向模块12提供足够流量的驱动溶液并从模块12提供足够流量的驱动溶液(例如用于启动(priming)模块12)，或用于提供足够的体积，以允许使从另一阶段12进入槽17的浓缩的驱动溶液16、16’以及离开模块12并被返回至槽17的稍不浓缩的驱动溶液混合。在一些实施方式中，槽17包含多个室，例如，用于将更浓缩的驱动溶液引入模块12的一个室以及用于将稀释的驱动溶液传递至下一模块/阶段12的第二室。在其它实施方式中，槽17以正向渗透模块12将浓缩的驱动溶液和较不浓缩的驱动溶液直接交换。例如，槽17从模块12n的槽17n接收浓缩的驱动溶液16’(例如经由泵和适当的阀门和控制器)，浓缩的驱动溶液被从槽17引导至模块12，稍不浓缩的驱动溶液离开模块12并被返回至槽17(例如在真空下)，最终，较不浓缩的驱动溶液(在模块12a(即第一模块)的情况下的稀释的驱动溶液16”)离开槽17，并被引导至系统10的下一阶段12或被引导至分离系统39(如果作为最终的稀释的驱动溶液16”离开)。通常，在槽17和模块12之间交换的驱动溶液的浓度水平相对较低，在槽17内混合对可由驱动溶液产生的渗透压并不会产生任何显著的影响。

作为各个正向渗透模块12的部分或作为各FO阶段之间的线路(circuitry)的部分，系统10包含再循环系统20a、20n。各再循环系统20可包含水力旋流器线路23a、23n。如图1所示，进料流14在压力下(例如泵送或重力供给)进入第一阶段，到达正向渗透模块槽13的顶部。存于在进料流14中的溶剂的一部分流经膜并将浓缩的驱动溶液16’稀释。同时，再循环系统20从槽13的底部汲取进料的一部分并将该浓度略高的进料返回至槽13的顶部。通常，不管进料流的状态，连续操作再循环系统20以防止固体在槽17内沉降，沉降可能危及整个系统10的操作。进入正向渗透模块12并被再循环通过正向渗透模块12的进料流体积将导致更浓缩的进料流14’的至少一部分溢流到下一正向渗透模块12n。通常，再循环系统20包含将进料流的一部分从槽的底部移动到顶部所需的泵(或其它压力传递装置)和管道设备；然而，在一些实施方式中，再循环系统20可使进料从槽13的顶部循环至底部或在阶段之间循环。在一些实施方式中，将再循环系统20全部去除。在一些实施方式中，溢流进料路线(overflow feed(s)lines)14’是任选的，并且可经由再循环系统20将进料流溢流的全部或任何部分引导至后续模块/阶段12，无需溢流进料路线14’。

另外，再循环系统20可根据需要包含阀门和传感器，以控制系统20的操作。例如，再循环系统20内或正向渗透模块12本身内的传感器可发出需要操作再循环系统20的信号，并根据需要开启泵和/或开/关阀门。此类事件可在系统被启动并已达到操作稳定状态之后发生，且操作者/系统想要维持一定的进料组成。另外，再循环系统20可用于保持溶液中的固体(参见下文所讨论的晶种浆液)、产生剪切力以在膜表面上降低或消除结垢/积垢、将额外物质引入进料(例如经阀门和端口布置引入晶种或阻垢剂)、以及控制从进料流14和/或特定阶段12除去溶剂的速度。例如，通过控制通过盒18的流速，可控制溶剂流经膜的速度(例如，可采用“温和的”方式，通过以比驱动溶液被抽拉过盒18更高的速率经由盒18回收进料，来将溶剂抽拉出系统)。“温和地”除去溶剂协助维持了通过盒通道的晶种/固体均匀性，这降低了固体在膜表面上的结块。在一些实施方式中，再循环系统还用于将进料流14引入模块12a，例如，可使进料与再循环系统20直接连接，以简化管道。

在例如其中将晶种添加至正向渗透模块12以控制进料流14内各种溶质内的行为和/或积垢的一些实施方式中，再循环系统20可包含水力旋流器线路23a、23n，然而还可将水力旋流器线路23用于处理进料流14内的固体(例如，在不进行预处理的情况中)。在一些实施方式中，渗透驱动膜系统10可包括晶种的使用(例如在进料溶液中)，以增强系统10的操作。通常，如在并入的参考文献和2014年11月19日提交的美国专利申请No.14/547,299(由此将其全部公开内容以引用的方式并入本文)中更详细描述的，晶种的添加将使进料溶液14转变成晶种浆液。根据其中的渗透驱动膜系统10对添加到进料溶液14中以产生晶种浆液的晶种进行操作的实施方式，可将晶种添加至进料/浆液，以帮助控制系统10内浆液的行为。例如，晶种将充当溶液中其它溶质的备选成核点，以例如防止这些溶质在膜表面积垢、从溶液沉降出来或负面地影响系统性能。在各种实施方式中，将晶种直接添加至进料流14或经由再循环系统20添加至进料。

另外，可将晶种添加至串联中的各正向渗透模块阶段12或添加至各种组合的阶段。例如，在一个实施方式中，将晶种添加至系统的第二阶段和最后一个阶段。通常，引入量和顺序将会变化以适合特定应用。还可对晶种的大小和组成进行选择以适合特定应用，在一些实施方式中，如本文所讨论的，晶种可以是可回收重复使用的。在一个实施方式中，晶种包括硫酸钙(CaSO₄)。备选地或额外地，晶种材料可包括在进料流14中发现的物质。在一个或多个实施方式中，将晶种与分散剂组合添加。通常，可对晶种体积进行选择以符合特定的进料化学。所需要的晶种材料(在一些实施方式中，还有分散剂材料)的量通常不依赖于进料流14的体积或流速。在各种实施方式中，可以约40g晶种材料每200mg分散剂的剂量添加晶种(200:1的比例)；然而，在本发明的范围内还设想和考虑其它量和比例(例如50:1至500:1)，以适合特定应用。

通常，水力旋流器部24a、24n用于控制特定正向渗透模块12内的固体大小和停留时间。水力旋流器线路23a、23n用于将各阶段产生的适量固体(通常具有一定量的澄清溶剂或部分进料流)给料/运送到系统10中的后续阶段。典型的水力旋流器包含入口以及至少一个溢流端口和底流端口(underflow port)，对水力旋流器的尺寸进行设计以基于固体的大小/重量将固体分离。如在图1的系统10中所使用的，水力旋流器线路23控制和维持槽13中的固体浓度水平。通常，对水力旋流器24的尺寸进行设计，以使得在最佳情况下，全部进料固体经由底流路线27返回至槽13。理想地，水力旋流器线路23将在槽13中维持约1％至约30％、优选约2％至约20％、更优选约4％至约10％的固体浓度水平。水力旋流器24还将具有高盐度但缺乏固体的进料的一部分传递到系统10中的下一阶段12。此外，可有区别地对用于各正向渗透单元的水力旋流器线路23的尺寸和构造进行设计，以在不同的模块/阶段12中维持不同的固体浓度。例如，在一些实施方式中，当模块处于串联取向时，在后续正向渗透模块12中维持增加的浓度水平可能是有益的。

在正常操作中，经由再循环系统20从槽13的底部(或与其邻近的区域)抽取进料14的一部分，该再循环的进料26a、26n的一部分被引导至水力旋流器24的入口。备选地，水力旋流器线路23可独立于再循环系统20之外。一定量的再循环的进料和固体(例如较重/较大的固体)经由水力旋流器24的底流端口27a、27n离开，并被直接或经由再循环系统20引导回槽13。再循环的进料和固体的剩余部分(主要为具有一些较轻/较小固体的更浓缩的盐水)离开溢流端口28a、28n。溢流28的至少一部分被直接或经由溢流进料流14’引导至下一阶段12。在一些实施方式中，溢流的一部分还经由例如该路线中的三通或三通阀30a、30n被重新引导回槽13。阀门30可用于控制被引导至下一阶段和/或返回当前阶段12的固体和进料的量和流速，这能够允许操作者控制系统10的操作。水力旋流器线路23还允许操作者控制被引入或通过特定阶段的晶种/固体的大小。

如以前所讨论的，水力旋流器线路23控制槽13中的固体浓度，这是基于水力旋流器24的故障或绕绳点(failure or roping point)实现的。如果浓度水平太低，水力旋流器将大体上所有固体引导回槽13。如果浓度水平太高，水力旋流器将过量固体引导通过溢流28并到达系统10的下一阶段12，这转而将通过使用其水力旋流器线路23n来控制其槽13n中的固体浓度。此外，在正常操作中，大体上所有固体都应返回至槽中，直到达到所需固体浓度(例如，约4％-10％)，过量固体将离开溢流端口28。如图1所示，可经由三通或阀门30将溢流成比例地运送至下一阶段和当前阶段。水力旋流器线路23的额外实施方式包含可用于除去大量固体和/或将额外固体转移到任何后续阶段12的任选的排放管道(blow down)或旁通31a、31n。在一个或多个实施方式中，系统10监测任何特定模块12的通量率并响应于该通量率调节特定模块12中的固体浓度水平。例如，如果系统10感测到正向渗透模块12a中的通量率下降，这可能是槽13a中的固体浓度太高的指示，系统控制器可在该点致动旁通31a，以降低槽13a中的固体浓度。可将绕过的固体引导至后续模块12、返回至进料流14和/或丢弃。

在最后一个正向渗透模块/阶段12n之后，将残余盐水14”(即浓缩的进料)引导至澄清池32。通常，澄清池32是系统10的最终阶段，在此处可从固体除去盐水并可调整固体的处理。通常，如下所述，澄清池32可通过例如回收晶种材料来降低系统的化学需求。在各种实施方式中，可允许固体在澄清池32内沉降出或稠化，而可从系统10除去固体较少的盐水60。可将盐水60回收回进料流14、送去进一步处理或以其它方式丢弃。在一些实施方式中，系统10包含压滤机58，其可用于从固体除去额外的溶剂/盐水，留下淤渣(sludge)。系统10还可包含用于回收或以其它方式修复(reconditioning)固体内的任何晶种材料的装置38。在一个实施方式中，装置38包含用于从固体废物分离晶种材料的研磨机或压机。可将晶种材料回收回(路线62)进料流14、任何特定的正向渗透模块12，或储存用于以后重复使用。可将剩余淤渣送去进一步处理或以其它方式丢弃。

在一些实施方式中，澄清池32还与最后一个阶段的水力旋流器线路23n流体连通。最后一个阶段的水力旋流器线路23n的操作与以前就早期阶段所描述的本质上相同。水力旋流器24n连同澄清池32为系统10的自动液压平衡提供了散状固体管理。通常，澄清池32内的液面将在系统10的操作期间变化。为了解决系统中的低液面，水力旋流器24n的溢流路线30n可包含弯部(jog)34，以设定在前的槽的液面。通过将弯部34的液面设定为不高于槽13的上边缘，槽13将保持被填充，而只有当处于最大液面时，盐水才流向澄清池32。通过使各模块12相对于进料流的暴露时间和膜表面积最大化，该布置能够使各模块12的效率最大化。

如以前所述的，系统10包含与一个或多个分离系统39流体连通的一个或多个正向渗透模块12(例如，串联和/或并联布置以适合特定应用的多个单元)。在各种实施方式中，分离系统包含全部处于各种状态的流体连通的一个或多个纳米过滤/超滤单元40、一个或多个反向渗透单元42以及任选的额外的水回收系统46(例如膜蒸馏单元)。分离系统39还可包含盐水制造机56。分离系统39包含所有必需的阀门、泵、管道、传感器、控制器等，以适合特定应用。

通常，分离系统39包含纳米过滤(NF)或超滤(UF)单元40以及反向渗透单元42，纳米过滤(NF)或超滤(UF)单元40用于初始处理稀释的驱动溶液16”的至少一部分，反向渗透单元42用于处理经NF/UF单元40处理的稀释的驱动溶液52、由正向渗透单元12直接输出的稀释的驱动溶液16”或两者。单元40、42任一者或两者中的一个或多个可根据需要串联和/或并联布置，以适合特定应用。系统39可任选地包含膜蒸馏单元46或其它热/机械回收系统，用于额外浓缩驱动溶液和/或回收额外的产物水。

在一个或多个实施方式中，稀释的驱动溶液16”可包含选择性地渗透过FO膜的一种或多种溶质(例如钙离子(Ca²⁺)、镁离子(Mg²⁺)或各种硫酸盐、磺酸盐)或一般其它难溶(sparingly soluble)无机溶质或有机组分。可将稀释的驱动溶液16”的至少一部分(包括渗透的溶质)引导至NF/UF单元40。在一些实施方式中，部分取决于稀释的驱动溶液16”、52的条件/化学组成，稀释的驱动溶液的全部或一部分可经由旁通线路44(阀门布置44a和路线44b)绕过NF/UF单元40，并被直接送至反向渗透单元42。在一些实施方式中，旁通阀门布置44a可包含可对到达NF/UF单元40和/或反向渗透单元42的稀释的驱动溶液16”的部分进行计量的三通阀。备选地，多个阀门可用于选择性地将稀释的驱动溶液16”或其部分引导至适当的处理工艺。

通常，NF/UF膜41是允许至少绝大部分驱动溶质(例如NaCl)通过、同时阻挡至少绝大部分渗透的溶质的“松的”NF膜(或者也许是“紧的”UF膜)。通常，排斥率仅为约30％的膜41是可接受的(例如，如果使用NaCl驱动溶质，那么优选0％-20％的排斥率)，尽管考虑到所希望的排斥率将取决于各种系统条件(例如，溶液化学、操作参数和环境条件)而变化。在一个或多个实施方式中，包含单价化合物(例如NaCl)的驱动溶质更容易通过NF膜41，它们可在反向渗透单元42中被浓缩以用作浓缩的驱动溶液16，而二价或多价化合物(例如Ca²⁺、硫酸盐)或有机化合物被膜41排斥并返回到进料流14。这些溶质可经由路线37被引导至系统进料14，该路线可包含任意必需的泵、阀门、传感器和控制器等，以将溶质返回到进料14。在一个或多个实施方式中，仅约10％的稀释的驱动溶液16”被引导至NF/UF单元40，其与溶质排放工艺的作用类似，以除去可能在驱动溶液中积累的至少一部分不希望的溶质和/或协助正向渗透模块12的进料侧和驱动侧之间的离子平衡，从而消除对单独的排放线路的需要。在一个实施方式中，三通阀35用来将NF单元滞留物的至少一部分经由路线37返回到进料流14和/或将该滞留物的一部分作为排出物经由出口36排放，可针对适当的处置机制对出口36铺设管道。

另外，分离系统39/旁通线路44可包含装置50(例如，具有或不具有槽、计量/混合装置等的端口和阀门布置)，以在处理之前将一种或多种添加剂引入稀释的驱动溶液16”中。在一些实施方式中，分散剂(例如，木质素磺酸钠)可以在NF/UF单元40之前添加到稀释的驱动溶液16”中，以促进将添加剂引入进料流14，因为至少绝大部分添加剂将被NF/UF膜排斥，使得其与不希望的溶质返回到进料中。在一些实施方式中，添加剂可在被引导至进料流14之前降低或消除NF/UF膜的结垢或积垢。备选地或额外地，引入装置50可用来将其它添加剂(例如，阻垢剂、阻蚀剂、络合剂、分散剂、多价螯合剂(sequestrants)、淤渣调理剂或淤渣抑制剂)引入系统10的其它区域。系统10可包含用于将额外的驱动溶质引入驱动溶液的类似装置。在一些实施方式中，这些装置包括盐水制造机56(例如，其中主要驱动溶质是NaCl)，以替换可能已反向流经FO膜或已在驱动溶液回收工艺中丢失的任意溶质。通常将这些装置56置于邻近浓缩的驱动溶液被引入正向渗透模块12的地方；然而，也可以是其它位置以适合特定应用。在一个实施方式中，盐水制造机56包含用于引入驱动溶质的装置57(例如，端口和阀门布置)和用于引入溶剂48”的类似装置，以用于制造盐水/驱动溶液16’”。也可向盐水制造机56添加其它物质，以进一步调节驱动溶液的条件，例如添加酸(例如柠檬酸、硫酸、盐酸或乙二胺四乙酸(EDTA))以降低驱动溶液的pH。其它物质包含可反向流经膜以降低/消除膜活性层上的积垢的螯合剂或表面活性剂。在一些实施方式中，溶剂48”是从分离系统39回收的溶剂48的一部分。

在反向渗透单元42中对稀释的驱动溶液16”、52进行加压(例如，经由泵)以迫使溶剂通过膜43。这一产物溶剂48可作为例如可以按原样使用的产物水从反向渗透单元40被除去、丢弃、送去进一步处理或用作集成系统内的热传导流体。遗留在反向渗透单元42滞留侧的驱动溶液现在是重新浓缩的驱动溶液54，并可被原样送回到正向渗透模块12，或者根据需要送去进一步处理以使驱动溶液进一步浓缩和/或回收额外的产物溶剂，以适合特定应用。如图1所示，离开反向渗透单元40的浓缩的驱动溶液54被引导至任选的膜蒸馏单元46以用于进一步浓缩，产生额外的产物水48’和最终的浓缩的驱动溶液16。

图2描述了正向渗透模块12中使用的盒组件18的一种可能的构造。如图2所示，盒18包含多个板102，膜片104附接至各板102的每一侧。通常，对膜片104进行定向，以使得膜片的活性层以交替的方式面向彼此，板厚度限定了穿过其中的进料通道106。由于板102和膜片104以这种交替的方式布置，膜片的支撑层也将面向彼此并在它们之间形成驱动通道(draw channels)108。通常，将汲取屏(draw screen)或间隔物110设置在膜片104的支撑层之间，以帮助维持驱动通道108的完整性。在驱动溶液在真空下被汲取通过模块12、同时进料流在正压下被引入时尤其如此。

同样如图2所示，盒18包含在盒18的一端上的端板112和歧管布置114；然而，第二歧管布置还可位于盒18的相对端，和/或歧管布置可消除对端板的需要。通常，图2所示的盒18是开放型的板框式构造，歧管布置114为驱动溶液提供入口116和出口118。进料流将流经开放的进料通道106，因为盒18将至少部分地浸没在槽13内。在备选的实施方式中，例如在盒18被完全封闭的情况下，在盒18中提供额外端口(例如，经由第二歧管布置)，以用于从盒18/模块12引入和除去进料流。在所示的实施方式中，盒18用连接杆120进行组装；然而，在本发明的范围内设想和考虑用于将板固定的其它机械装置。

在一些实施方式中，正向渗透模块12中的一个或多个可包括帮助从进料除去有机材料的电凝能力。例如，可将盒18修改为包含电镀板(electroplates)122。如图2所示，可将电镀板122设置在膜板框式组件的端部，例如，在最后一个膜与盒端板和/或歧管之间；然而，也可以使电镀板位于盒18(或系统整体)内的任何位置，以适合特定应用。通常，可包含牺牲电镀板(sacrificial electroplates)，以将例如铁(Fe)或铝(Al)离子作为配体(即螯合剂)引入第一溶液。此外，可将电镀板122添加到任一个或全部的正向渗透模块12/盒18中。在一个实施方式中，将电镀板122设置在第一盒18a内，离子吸引并结合至长有机链，从而除去或至少减少传递到随后阶段12n的有机物。备选地，可将牺牲板附接至其完整性不会受到损害的槽壁或其它表面或部件。

图3描述了系统110，该系统与就图1所述的类似，但在盐水160和固体159管理中有所差异(例如未使用水力旋流器系统)。与图1类似，系统110包含一个或多个正向渗透模块112(可包含一个或多个进料槽113和膜盒118)(与上述系统的操作类似)。如图所示，将进料流114引入FO模块112中的膜的一侧，同时将浓缩的驱动溶液116引入膜的相对侧，并将浓缩的进料流114’和稀释的驱动溶液116’从各FO模块112输出。如上文就图1所述的，在具有多个模块112的系统110中，驱动溶液和进料流将在各个模块112之间通过。如上所述，在离开最后一个模块112之后，稀释的驱动溶液116’将被引导至分离系统(为了清楚起见未示出)。在一些实施方式中，如下面更详细地描述的，可将浓缩的进料114’或其部分在最终模块112n之后从系统110除去，并引导至脱水子系统161。然而，在一些实施方式中，可将来自模块112之间的阶段间进料的一部分单独地或与任何其它进料流114、114’、114”组合引导至脱水子系统161。除了进一步使最终的浓缩的进料脱水之外，脱水子系统161还可根据需要用于例如操纵进料流浓度或除去/减少阶段间的TSS。

如图3进一步所示，各模块112可包含用于使槽113内的进料114通气的装置。在具体的实施方式中，通气装置147包含设置在邻近槽113底部并与泵149或用于将空气引入进料的类似装置流体连通的穿孔管151(或用于引入空气、特别是在压力下引入气泡或溶解的空气的其它装置)。通常，根据需要操作通气系统147(尽管它可以设定的间隔/持续时间和/或根据特定的方案或感测条件运行)，以在槽113内产生迫使积垢或其它污染物离开各个膜表面的气泡。通常，在引入模块之前，不对进料114进行预处理，因此进料114可能含有高水平的总悬浮固体(TSS)，该固体趋向于在膜表面上聚集。通常，膜能够通过脱落行为(sloughing behavior)自我除去石膏积垢形成物(gypsum scale formations)，环境压力下的操作条件(即，在正向渗透模式中，从而使得积垢材料不在膜表面上被压实和脱水)使所述脱落行为成为可能。一旦脱落，这些积垢形成物被通气系统147分解成更小的颗粒，并被迫进入FO槽113中的悬浮液(即，悬浮固体)，直到它们被引导至脱水子系统161。在一些实施方式中，根据需要操作通气系统147以加速积垢的脱落。例如，系统110中的各种传感器可指示积垢已形成到肯定需要除去的程度(例如，通量下降、驱动溶液电导率增加等)，这转而触发操作条件的改变(例如，给通气子系统通电、增加进料流流速等)。空气的引入导致膜表面得到冲洗，这使得固体159从膜表面脱落并在槽113内被分解。

然后，可将这些固体159直接或作为再循环系统120的一部分(例如，与再循环的进料114”的一部分一起)引导至包含压滤机158的脱水子系统161。如图3所示，系统110包含用于将各种工艺流引导至系统110的不同区域的一系列任选路径。例如，系统110包含上述再循环系统120，其被构造用于使进料流114”在槽113内再循环。再循环系统120包含泵145a和一个或多个阀门144，用于引导再循环的进料114”的流动。在具体实施方式中，系统120包含旁通线路126，用于将其中的进料114”和任何固体159经由阀门144d和泵145b引导至压滤机158。在一个或多个实施方式中，系统110包含另一旁通线路131，用于将浓缩的或溢流进料114’的一部分例如经由阀门144b、144c和泵145b引导至压滤机158。在各种实施方式中，将浓缩的进料114’的全部或仅一部分单独地或与再循环旁通流126组合引导至压滤机158。通常，将浓缩的进料流114’引导至系统中的后续FO模块，或者如果在最终FO模块处，则将其送去进一步处理(例如，经由压滤机158)或丢弃。通常，如本行业所公知的，本文所公开的各种阀门可本质上是截留阀和方向阀的任意组合，并且通常是能够在各种子系统、线路和模块之间控制多个流的多向阀。另外，系统110还包含所有必需的阀门、泵、传感器、管道等以适合特定应用，根据需要包含任意数量和布置的阀门和路线，以完成任何特定的线路或子系统。

通常，压滤机158以及必需的阀门、泵、传感器等是整个脱水子系统161的一部分，用于处理来自晶种浆液FO工艺的具有一定范围悬浮固体的水。如图3所示，脱水子系统161与连续流动的板框式膜脱盐系统(即，FO模块112和相关子系统/线路)集成，通过提供路径用于除去膜积垢形成物(例如固体159)和/或从盐水-浆液流(例如浓缩的进料114’)提取额外的水，来增加/增强FO系统的水回收。在一些实施方式中，浓缩的流114’包含水合矿物质，从而可能希望进行回收或至少进一步浓缩。在控制进料114”中的TSS的情况下，上述旁通线路126和通气系统147可一起使用，以从膜上除去积垢形成物并将得到的固体159脱水。具体来说，如上所述地操作通气系统147，以使得积垢从膜表面脱离并在槽113中被分解。然后，将固体159(即，分解的积垢)引导至压滤机158以用于脱水，将额外的水155引导回FO模块112(例如，路线155a)、引导至额外的工艺(例如，路线155b)、按原样使用或以其它方式丢弃。如下面更详细地描述的，可将收集的固体159除去。

在使盐水/浆液输出(进料114’)脱水的情况下，系统110可在没有通气系统147的情况下操作，浓缩的浆液经由旁通线路131被引导至脱水子系统161，用于进一步脱水。在一些情况下，脱水子系统161连同连续流动的防污膜系统一起使用，其中，有机会从水合结晶矿物质(例如石膏)的液体-固体悬浮液中回收额外的水，其以重量计为约21％的水。可经由脱水子系统161将该水回收。子系统161可根据需要或根据预定方案(例如，以设定的间隔和持续时间经由触发的传感器和控制系统)连续操作。在一些实施方式中，脱水子系统161可与图1的系统集成。

在图3、图4A和图4B所描述的实施方式中，压滤机158是包含一个或多个管的管式压滤机，可引导进料流114’、114”通过该管。通常，滤管的壁165由具有适当支撑结构的精细织物构成，该精细织物允许水155通过，但管内的压力(P)会将石膏(或其它固体)压实到该精细织物上(参见例如图4B)。在一个实施方式中，滤管包含设置在其内表面上的螺旋肋163(图4A)，用于在管内建立向上的涡流/离心作用，以协助浆液和固体沿管向上移动。当管直径由于固体形成物而减小时，压力增加，最终迫使固体159离开织物并通过管。

如图3所示，固体159的全部或一部分可经由泵145e和一个或多个阀门144f再循环通过压滤机158。额外地或备选地，可将固体159的全部或一部分引导(例如，经由阀门144g)至额外的工艺138或用于进一步处理的装置，以例如回收晶种材料、沉降固体、或者将固体再循环回主进料流114。在一些情况下，可将回收的水155b的一部分引导至(例如，经由泵145d和阀门144e)回收的固体并与其混合，以协助任何进一步的处理。在各种实施方式中，可允许固体159在澄清池(例如，图1中的32)内沉降或稠化，同时可将固体较少的盐水160a从系统110除去并送去进一步处理或以其它方式丢弃。在一些实施方式中，可将盐水160b的一部分回收回进料流14，例如经由阀门144h、144a以及任何必需的管道设备。

根据一个或多个实施方式，本文所述的装置、系统和方法通常可包含控制器，所述控制器用于调节或调整所述装置或所述系统的部件的至少一个操作参数(例如但不限于致动阀门和泵)以及调节经过渗透驱动膜模块或特定系统中的其它模块的一个或多个流体流动流的性能或特性。控制器可与至少一个传感器电连通，所述传感器被构造用于检测所述系统的至少一个操作参数(例如浓度、流速、pH水平或温度)。控制器通常可被构造用于产生控制信号，以响应于传感器产生的信号来调节一个或多个操作参数。例如，控制器可被构造用于接收渗透驱动膜系统及相关联的预处理和后处理系统的任何流、部件或子系统的条件、性能或状态的表现度(representation)。控制器通常包含促进产生至少一种输出信号的算法，该输出信号通常基于上述表现度中的任何一种或多种以及目标或所需值(例如设定点)。根据一个或多个具体方面，控制器可被构造用于接收任何流的任何测定的性能的表现度，并产生控制信号、驱动信号或输出信号到任何系统部件，以减小测量性能与目标值的任何偏差。

根据一个或多个实施方式，工艺控制系统和方法例如可基于所检测到的参数(包括pH值和传导率)监测各种浓度水平。还可控制工艺流流速和槽液面(tank level)。可监测温度、压力以及其它操作参数和维护问题。例如可通过测量产物水流速和品质、热流和电能消耗来监测各个工艺效率。例如，可通过测量通量衰减(flux decline)(由在膜系统中特定点下的进料溶液和驱动溶液的流速确定)来控制用于减轻生物积垢的清洁方案。在盐水流上的传感器可指示何时需要例如采用蒸馏、离子交换、折点氯化或类似方案进行处理。这可采用pH计、离子选择性探针、傅里叶变换红外光谱计(FTIR)或其它感测驱动溶质浓度的装置来完成。可监测并追踪驱动溶液的条件以进行溶质的弥补添加和/或替换。同样地，可通过传统方法或用探针(例如，铵探针或氨探针)监测产物水品质。可以实施FTIR以检测存在的物质种类，从而提供对于例如保证合适的工厂操作以及识别例如膜离子交换作用的行为可能有用的信息。

本领域技术人员应理解本文所述的参数和构造是示例性的，实际参数和/或构造将取决于使用本发明的系统和技术的特定应用。本领域技术人员仅利用常规实验，也应认识到或能确定本发明具体实施方式的等同物。因此应理解，本文所述实施方式仅作为实例提供，且都落入所附权利要求及其等同物的范围内；本发明可以不同于本文具体描述的方式实施。

另外，还应理解本发明涉及本文描述的各个特征、系统、子系统或技术以及两种以上本文描述的特征、系统、子系统或技术的任意组合，并且，认为两种以上特征、系统、子系统和/或方法的任意组合(如果此类特征、系统、子系统和技术没有互相不一致)都在权利要求所述的本发明的范围内。此外，不应排除仅就一种实施方式讨论的动作、元素和特征在其它实施方式中的类似作用。