[发明专利]用于水萃取的系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于水萃取的系统，该系统包括一罩住过滤薄膜的流动槽，其中该薄膜具有一包含固定的水通道蛋白水道的活性层及一多孔支撑层，并且其中，一水性来源溶液与该薄膜流体连通。此外，本发明涉及一种用以从水源去除污染物的系统、用以使用肥料抽吸前向渗透(fertiliser drawn forward osmosis)而产生用于灌溉目的的经稀释的营养溶液的系统、用以浓缩在水溶液中的有机和/或无机溶质的系统；使用前向渗透和/或逆向渗透，通常来说，诸如低压逆向渗透的水萃取系统；用于压力延迟渗透(pressure retarded osmosis)、废水或程序用水处理(process water treatment)的系统，包括从使用过的透析液萃取出水；以及用于去盐和/或能量生成而具有低碳排放或零碳排放的结合系统。

背景技术

水是生命的最基本组分。但是，随着干净水的日益缺乏，越来越有兴趣进行从海水及工业水中萃取出干净水、及处理工业程序用水和有难度废水流。对从有价值的溶液萃取出柔性水(gentle water)的可能性亦有兴趣，其中，该有价值的溶液有食物流至蛋白质和胜肽(peptide，缩氨酸)溶液或有用的小有机化合物。

在不同的水纯化技术当中，逆向渗透、前向渗透及纳米过滤已变成受水萃取欢迎，因为在去除低分子量溶质诸如小有机化合物及离子方面有效。但是，这些水萃取技术仍然是能量密集且不总是具有足够的选择性。污染物的实施例有诸如天然存在于海水中和在污染地下水中溶解的硼化合物，并且其可在用于灌溉及饮用水的去盐水中引起问题；以及时常存在于天然的地面和地下水源中的砷化合物，例如在冲积平原及冰碛堆积中。

齐姆(Kim)等人于2012年在多种FO和RO水过滤实验中研究硼摒除，并已发现在FO模式中有约50至55％的最大硼残留。因此，此低硼过滤效率可需要多个过滤循环以在所产生的滤出液中获得想要的低硼含量。因此，重要的是发展出改良的水萃取系统，诸如能够去除水污染物诸如硼或砷的系统，并且优选地使用较少过滤步骤或仅一个过滤步骤。此外，本发明的目的为提供一种适应于肥料抽吸前向渗透(FDFO)的水萃取系统，其中可使用海水、咸水、受损的地下或地面水或任何其它合适的水源作为进料溶液，以及使用浓无机植物营养溶液作为抽吸溶液而产生具有足够低渗透压浓度或硼含量的最后肥料溶液，以便允许其使用作为液体肥料，例如作为含有加入的营养素之灌溉水。再者，本发明的目的为提供一种用于能量储存的新颖系统和用于血液透析中重复利用水诸如超纯水的新颖系统。

发明内容

本发明的目标为提供一种使用固定在支撑过滤薄膜中或上的水通道蛋白水道，诸如呈支撑或固定的液体薄膜调配物形式的水萃取系统。参照图1，该系统包含一包含薄膜(2)的流动槽(1)，其中该薄膜包含一活性层(3)及一多孔支撑层(4)，活性层包含水通道蛋白水道，及该薄膜具有一进料侧(5)和一非进料侧(6)；并且该系统还包含一与该进料侧流体连通的水性来源溶液(7)。本发明提供一种用于选择性水萃取的新颖系统，其中，并入水通道蛋白水道(诸如水通道蛋白Z水道)的过滤薄膜向该系统提供该通道的独特性和选择性水运输性质，即，特别是使用在该系统中的薄膜的高效率水通量、高盐摒除、呈前向渗透操作模式的低能量消耗、小的有机及无机溶质的高摒除、固有的低污染倾向、以及稳健的操作条件。

本发明的其它目标将由本领域的技术人员通过下列详细说明和实施例明了。

附图说明

图1A显示出一种水萃取系统的基本特征的示意图，其中：(1)是流动槽；(2)是薄膜；以及(7)是水性来源溶液。图1B显示出该具体实例，其中该活性层(3)在该薄膜的进料侧(5)上并且该支撑层(4)在该薄膜的非进料侧(6)上。图1B薄膜构造已显示出在某些实验中较高的含硼溶质摒除百分比，参照实施例1。图1C显示出该具体实例，其中该支撑层(4)在该薄膜的进料侧(5)上以及该活性层(3)在该薄膜的非进料侧(6)上。

图2显示出一用于从进料流的水萃取的前向渗透(FO)系统的示意图，其中：(10)是进料流；(1)是含有薄膜(2)的流动槽；(11)是经浓缩的进料流；(8)是与该薄膜的抽吸侧流体连通之抽吸溶液；以及(9)是抽吸溶液浓缩单元(9)。