KR20180104152A

KR20180104152A - 삼투압 지원 역삼투 공정 및 이를 사용하는 방법

Info

Publication number: KR20180104152A
Application number: KR1020187025221A
Authority: KR
Inventors: 치앙 웨이; 존 웨블리; 엘리엇 베이커; 게리 카르미그나니
Original assignee: 트레비 시스템즈 인크.
Priority date: 2016-02-02
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2018-09-19
Also published as: KR20200087271A; MX2018009473A; CN108778469A; CN108778469B; EP3411133B1; CL2018002085A1; SA522440259B1; EP3411133A1; EP3411133A4; JP6971992B2; US20190054421A1; CO2018008248A2; US11198097B2; KR102392316B1; SA518392144B1; ZA201805788B; WO2017136048A1; JP2019504763A

Abstract

역삼투 공정 동안 반투성 막의 저압측으로 제공되는 용질 스트림을 사용하여 농축된 공급 스트림 및 희석된 공급 스트림을 생성하기 위한 디바이스들, 방법들, 및 시스템들. 방법은 제1 측 및 제2 측을 갖는 반투성 막을 제공하는 단계 및 제1 공급 용액 스트림을 막의 제1 측 상에 그리고 제2 공급 용액 스트림을 제2 측 상에 도입시키는 단계를 포함하되, 제1 공급 용액 스트림의 삼투압은 제2 공급 용액 스트림의 삼투압 이상이다. 방법은 용매가 제1 측으로부터 제2 측으로 지남으로써 농축된 제1 공급 용액 스트림 및 희석된 제2 공급 용액 스트림을 생성하도록 막의 제1 측 상에 정수압을 가하는 단계를 더 포함한다. 방법들을 수행하기 위한 디바이스들 및 시스템들이 제공된다.

Description

삼투압 지원 역삼투 공정 및 이를 사용하는 방법

관련 출원 상호 참조

본 출원은 2016년 2월 2일에 출원된 "삼투압 지원 역삼투(OsARO, Osmotic Pressure Assisted Reverse Osmosis) 공정"이라는 명칭의 미국 가 출원 번호 62/388,563, 및 2016년 5월 24일에 출원된 "삼투압 지원 역삼투(OsARO) 공정 및 이를 사용하는 방법"이라는 명칭의 미국 가 출원 번호 62/392,203으로부터의 우선권을 주장하며, 이들 각각은 어떠한 목적으로든 그 전체가 본 출원에 참조로 원용된다.

기술분야

본 발명은 삼투압 지원 역삼투 공정을 사용하는 해수, 기수, 폐수, 산업 용수, 생수 및/또는 오수의 정화, 제염, 또는 탈염에 관한 것이다. 또한 본 발명은 삼투압 지원 역삼투 공정을 사용하여 농축된 공급원료 용액을 형성하는 것 그리고 정제수를 부산물로서 생성하는 것에 관한 것이다.

특정 막들은 용매 분자들이 그것들을 통과하게 하나 용질 분자들은 그렇지 않게 한다. 그러한 막들을 반투성이라 지칭한다. 반투성 막들은 탈염 및 정수 기술들에 이용될 수 있다.

정삼투는 해당 기술분야에 알려져 있고 장차 신선한 물이 부족할 가능성으로 인해 최근 연구의 대상이 되어왔고 대응하여 비용 효율적인 탈염 및 정수 기술들에 대한 요구가 증가되어왔다. 해수, 기수 또는 그 외 오수는 물(용매)을 염류 및 다른 오염물들(용질들)을 받아들이지 않는 반투성 막으로 유도함으로써 정화될 수 있다. 정삼투 공정들에서, 물은 공급부보다 더 높은 삼투압을 갖는 유도 용액을 사용하여 반투성 막으로 유도된다. 정삼투 공정은 물을 정화하지는 않는다. 정삼투는 단순히 물을 용질들의 하나의 집합으로부터 용질들의 다른 집합으로 이동시키는 것이다.

또한 역삼투 공정이 정수 기술들에 적용되어왔다. 특히, 역삼투는 물에서 염류를 제거함으로써 해수, 기수 또는 다른 오수에서 염분을 제거하여 음용가능하거나 그 외 산업 용수로 만들기 위해 사용되어왔다. 정삼투에서, 용매는 묽은 용액으로부터 반투성 막을 통해 더 농축된 용액으로 흐른다. 삼투압과 동등한 압력을 더 농축된 용액에 인가함으로써, 삼투 공정은 중단될 수 있다. 훨씬 더 큰 압력을 인가함으로써, 삼투 공정은 역전될 수 있다. 이러한 예에서, 용매는 농축된 용액(이를테면 해수)으로부터 반투성 막을 통해 더 묽은 용액으로 흐른다. 역삼투의 정수압 요건은 역삼투에 에너지가 많이 들게 만들 수 있다. 추가적으로, 전통적인 RO의 정수압 요건을 너머 용질들을 농축시키기 위해 사용되는, 무방류(ZLD, zero liquid discharge) 시스템들에 수반되는 기화 및 결정화 공정들은 또한 비용이 많이 든다. 따라서, 에너지 비용을 감소시키거나 역삼투 시스템들 및 다른 정수 시스템들의 효율을 증가시킬 수 있는 시스템들, 방법들 및 기술들이 요구된다.

본 출원의 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여, 단지 예로서, 설명되며, 첨부된 도면들에서:
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 일단(single stage) 삼투압 지원 역삼투(OsARO, osmotic pressure assisted reverse osmosis) 시스템의 도해이다;
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 다단(multiple stage) OsARO 시스템의 도해이다;
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, OsARO 시스템을 역삼투(RO, reverse osmosis), 정삼투(FO, forward osmosis), 압력 지연 삼투(PRO, pressure retarded osmosis), 및 압력 지원 FO(PAFO, pressure assisted FO) 시스템들과 비교하는 일련의 도해이다;
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 일단 삼투압 지원 역삼투(OsARO) 시스템을 사용한 공급 용액의 인가된 저압에 관한 농도 변화의 그래픽 표현이다;
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 일단 삼투압 지원 역삼투(OsARO) 시스템을 사용한 공급 용액의 인가된 고압에 관한 농도 변화의 그래픽 표현이다;
도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, FO-RO-OsARO 시스템의 도해이다;
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, OsARO-RO 시스템의 도해이다;
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, FO-RO-OsARO 시스템의 도해이다;
도 9는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 다른 대안적인 FO-RO-OsARO 시스템의 도해이다.
도 10a는 3.2 중량% 공급 해수가 고압 펌프에 의해 막으로 전달되는 RO 시스템의 도해이다;
도 10b는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 고압 펌프 앞에 OsARO 스테이지가 추가되는 것을 제외하고는 도 10a에 도시된 동일하여, 시스템 효율을 증가시키는 RO 시스템의 도해이다;
도 11은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 두 개의 OsARO 스테이지에 의해 희석되는 묽은 공급 해수를 사용함으로써 작동 압력을 감소시키는 RO-OsARO 시스템의 도해이다;
다양한 측면이 도면들에 도시된 배열들 및 수단에 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.

예시의 간단함 및 명확성을 위해, 적절한 경우, 참조 부호들은 대응하거나 유사한 요소들을 나타내기 위해 상이한 도면들 중에 반복되었다는 것이 이해될 것이다. 또한, 많은 구체적인 세부사항은 본 출원에 설명된 실시예들에 대한 완전한 이해를 제공하기 위해 제시된다. 그러나, 해당 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 본 출원에 설명된 실시예들이 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 다른 예들에서, 설명되는 관련된 관련 특징을 모호하지 않게 하기 위해 방법들, 절차들 및 구성요소들은 상세하게 설명하지 않았다. 또한, 본 설명은 본 출원에 설명된 실시예들의 범위를 한정하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 도면들은 반드시 일정한 비율로 그려진 것은 아니고 특정 부분들의 비율들은 본 발명의 세부사항들 및 특징들을 더 양호하게 예시하기 위해 확대되었다.

이제 본 발명 전체에 걸쳐 적용되는 몇몇 정의가 제시될 것이다. 용어 "OsARO"는 삼투 지원 역삼투를 나타내고 또한 정삼투 전처리 역삼투(FO-PRO, forward osmosis pre-treatment reverse osmosis) 또는 정삼투 삼투성 재생 막(FO-ORM, forward osmosis osmotic recovery membrane)이라 지칭될 수도 있다. 용어 "결합된(coupled)"은 직접적으로든 개재 구성요소들을 통해 간접적으로든, 연결된으로 정의되고, 반드시 물리적 연결들로 한정되는 것은 아니다. 용어 "유체 결합된(fluidically coupled)"은 직접적으로든 개재 구성요소들을 통해 간접적으로든, 연결된으로 정의되고, 연결들은 반드시 물리적 연결들로 한정되는 것은 아니나, 그렇게 설명된 구성요소들 간 용액들, 분산액들, 혼합액들, 또는 다른 유체들의 전달을 수용하는 연결들이다. 연결들은 대상체들이 영속적으로 연결되거나 가역적으로 연결되도록 할 수 있다. 용어들 "포함하는", "포함한", 그리고 "갖는"은 본 발명에서 통용된다. 용어들 "포함하는", "포함한", 그리고 "갖는"은 그렇게 설명된 것들을 포함하는 것을 의미하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

본 출원에서 사용될 때, 용어들 다양한 형태의 "정화하다(purify)", "정화된(purified)", 또는 "정화(purification)"는 적어도 순도가 증분 증가하고/거나 용액 농도 또는 오염물 농도가 증분 감소하는 물을 생성하는 하나 이상의 공정을 지칭한다. 이와 같이, 용어들 "정화하다", "정화된", 또는 "정화"는 반드시 특정 순도 또는 특정 용액 농도를 갖는 물의 생성을 지칭하는 것이 아니라, 용어들은 현재 개시된 방법들 및 기술들로부터의 결과로, 적어도 순도가 증분 증가하고/거나 용액 농도 또는 오염물 농도가 증분 감소하는 물의 생성을 지칭하기 위해 사용된다.

본 출원에서 사용될 때, 용어 "공급 스트림(feed stream)"에서의 사용을 포함하여, 다양한 형태의 용어 "스트림(stream)"은 본 발명의 장치 또는 시스템의 부분 또는 구성요소로 흐르거나 그것에 수용될 수 있는 용액을 지칭하고, 연속 흐름으로, 장치 또는 시스템, 또는 그것의 부분으로 도입되는 용액들로 한정되는 것이 아니라, 일정 시간 기간 동안, 이를테면 일련의 배치법(batch process)에 채용될 수 있는, 장치 또는 시스템에 수용되는 용액들을 또한 포함할 수 있다.

본 발명의 적어도 하나의 측면에 따르면, 장치가 제공된다. 장치는 제1 공급 용액원 및 제2 공급 용액원을 포함할 수 있다. 장치는 상기 제1 공급 용액원으로부터 제1 공급 용액 스트림을 수용하도록 구성된 제1 측 및 상기 제2 공급 용액원로부터 제2 공급 용액 스트림을 수용하도록 구성된 제2 측을 포함하는 반투성 막을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 공급 용액 스트림은 제1 용질 농도 및 제1 삼투압을 가질 수 있는 한편, 상기 제2 공급 용액 스트림은 제2 용질 농도 및 제2 삼투압을 가질 수 있다. 상기 제1 삼투압은 상기 제2 삼투압 이상이다. 상기 제1 공급 용액원은 투과 용액의 형태로, 상기 제1 공급 용액 스트림으로부터 상기 반투성 막을 통해 상기 제2 공급 용액 스트림으로 지나는 용매에 의해 농축된 제1 공급 용액 스트림 및 희석된 제2 공급 용액 스트림을 생성하기 위해 상기 반투성 막의 상기 제1 측에 정수압을 제공하도록 구성된다.

본 발명의 적어도 하나의 측면에 따르면, 용매 및 용질을 포함하는 용액에서의 용질을 농축시키기 위한 방법이 제공된다. 방법은 제1 측 및 제2 측을 갖는 반투성 막을 제공하는 단계를 포함한다. 방법은 제1 공급 용액 스트림을 반투성 막의 제1 측 상에 도입시키는 단계 및 제2 공급 용액 스트림을 반투성 막의 제2 측 상에 도입시키는 단계를 더 포함한다. 상기 제1 공급 용액 스트림은 제1 용질 농도 및 제1 삼투압을 가질 수 있는 한편, 상기 제2 공급 용액 스트림은 제2 용질 농도 및 제2 삼투압을 가질 수 있다. 상기 제1 삼투압은 상기 제2 삼투압 이상이다. 방법은 용매가 투과 용액의 형태로, 상기 반투성 막의 상기 제1 측으로부터 상기 반투성 막의 상기 제2 측으로 지남으로써 농축된 제1 공급 용액 스트림 및 희석된 제2 공급 용액 스트림을 생성하도록 상기 반투성 막의 상기 제1 측 상에 정수압을 가하는 단계를 더 포함한다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 장치(100)를 예시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 장치(100)는 반투성 막(115)을 사용하여 제1 공급 용액(141)을 농축시키는 한편 제2 공급 용액(142)을 희석시키기 위한 단일 OsARO 모듈(150)을 포함한다. OsARO 모듈은 제1 챔버(131) 및 제1 챔버(131) 맞은 편의 제2 챔버(132)를 포함한다. 반투성 막(115)은 제1 챔버(131)와 제2 챔버(132) 사이 계면에 배치된다. 반투성 막(115)은 제1 챔버(131)와 유체 연통하는 제1 측(121) 및 제2 챔버(132)와 유체 연통하는 제2 측(122)을 갖는다.

동작 동안, OsARO 모듈(150)은 용질 농도(C1) 및 삼투압 π(C1)을 갖는 제1 공급 용액 스트림(141)을 수용하도록 구성된다. 제1 공급 용액 스트림(141)은 유압(P1)을 받는 동안 제1 챔버(131) 및 반투성 막(115)의 제1 측(121)으로 도입된다. 적어도 몇몇 예에서, 제1 공급 용액 스트림(141)은 유입 포트, 이를테면 도 1에 도시된 유입 포트(181)를 통해 제1 챔버(131)로 들어간다.

또한 OsARO 모듈(150)은 제2 챔버(132)로 그리고 반투성 막(115)의 제2 측(122) 상에 제2 공급 용액 스트림(142)을 수용하도록 구성된다. 제2 공급 용액 스트림(142)은 반투성 막(115)의 맞은 편 제1 측(121) 상에 공급되는 제1 공급 용액 스트림(141)의 삼투압 π(C1)보다 더 작거나 동일한 삼투압 π(C2) 및 용질 농도(C2)를 갖는다. 제2 공급 용액 스트림(142)은 제1 공급 용액 스트림(141)의 유압(P1)보다 더 적은 유압(P2)에서 제2 챔버(132)로 그리고 반투성 막(115)의 제2 측(122) 상에 공급된다. 몇몇 예에서, 제1 공급 용액 스트림(141)의 용질 농도(C1)는 제2 공급 용액 스트림(142)의 용질 농도(C2)보다 더 크다. 다른 예들에서, 용질 농도(C1 및 C2)는 동일할 수 있다. 적어도 몇몇 예에서, 제2 공급 용액 스트림(142)은 유입 포트, 이를테면 도 1에 도시된 유입 포트(182)를 통해 제2 챔버(132)로 들어간다.

수압 및 삼투압들의 균형의 결과, 용매는 투과(112)의 형태로, 제1 챔버(131)로부터 반투성 막(115)을 통해 제2 챔버(132)로 전달되며, 그렇게 함으로써 제1 공급 용액 스트림(141)을 농축시켜(C1_out > C1_in) 농축된 제1 공급 용액 스트림(171)을 형성하는 한편 제2 공급 용액 스트림(142)을 희석시켜(C2_in > C2_out) 희석된 제2 공급 용액 스트림(172)을 형성한다. 현재 개시된 기술에 따르면, 역삼투(RO) 공정은 제2 공급 용액 스트림(142)에 의해 제공되는 삼투압에 의해 부분적으로 유도되어, 삼투압 지원 역삼투(OsARO) 공정이 더 에너지 효율적이게 한다.

본 발명의 적어도 하나의 측면에 따르면, OsARO 모듈(150)의 제1 챔버(131)는 제1 공급 용액 스트림(141)을 제1 챔버(131)로 그리고 반투성 막(115)의 제1 측(121) 상에 흘리도록 구성된 제1 공급 용액원(161)과 유체 결합될 수 있다. 제1 공급 용액원(161)은 도 1에 도시된 바와 같이 고압 펌프일 수 있거나, 또는 적어도 몇몇 예에서, 다른 OsARO 모듈의 제1 또는 제2 챔버일 수 있다. 적어도 몇몇 예에서, 제1 공급 용액원(161)은 역삼투 구성요소 또는 정삼투 구성요소일 수 있다.

유사하게, 적어도 몇몇 예에서, OsARO 모듈(150)의 제2 챔버(132)는 제2 공급 용액 스트림(142)을 제2 챔버(132)로 그리고 반투성 막(115)의 제2 측(122) 상에 흘리도록 구성된 제2 공급 용액원(162)과 유체 결합될 수 있다. 제2 공급 용액원(162)은 도 1에 도시된 바와 같이 고압 펌프일 수 있거나, 또는 적어도 몇몇 예에서, 다른 OsARO 모듈의 제1 또는 제2 챔버, 역삼투 구성요소, 또는 정삼투 구성요소일 수 있다.

본 발명의 적어도 하나의 측면에 따르면, 제2 공급 용액 스트림(142)의 삼투압은 투과(112)의 삼투압보다 더 클 수 있다. 적어도 몇몇 예에서, 제1 공급 용액원(161) 및 제2 공급 용액원(162)은 용매를 반투성 막(115)의 제1 측(121)으로부터 반투성 막(115)의 제2 측(122)으로 투과(112)의 형태로 전달하게 하기에 충분한 제1 공급 용액 스트림(141) 및 제2 공급 용액 스트림(142)의 정수압 간 압력차를 생성하도록 구성될 수 있다. 몇몇 경우, 제1 공급 용액원(161) 및 제2 공급 용액원(162)은 제2 공급 용액 스트림(142)의 삼투압의 함수에 따라 압력차를 달라지게 하도록 구성할 수 있다.

본 발명의 적어도 하나의 측면에 따르면, 농축된 제1 공급 용액 스트림(171)은 유출 포트, 이를테면 도 1에 도시된 유출 포트(191)에서 OsARO 모듈(150)의 제1 챔버(131)를 나갈 수 있다. 유사하게, 희석된 제2 공급 용액 스트림(172)은 유출 포트, 이를테면 도 1에 도시된 유출 포트(192)에서 OsARO 모듈(150)의 제2 챔버(132)를 나갈 수 있다. 도 1에 도시된 OsARO 모듈(150)이 챔버들의 각각에 대해 단지 하나의 유입 포트 및 유출 포트만을 갖는 것으로 도시되지만, 다수의 유입 및/또는 유출 포트를 갖는 제1 및 제2 챔버들은 본 발명의 사상 및 범위 내이다.

본 발명의 적어도 하나의 측면에 따르면, 농축된 제1 공급 용액 스트림(171) 및/또는 희석된 제2 공급 용액 스트림(172)은 다른 OsARO 모듈로 또는 역삼투 구성요소 또는 정삼투 구성요소로 공급될 수 있다. 적어도 몇몇 예에서, 제1 공급 용액원(161)은 농축된 제1 공급 용액 스트림(171), 또는 그것의 일 부분을 반투성 막(115)의 제1 측(121)으로 재순환시키도록 구성될 수 있다. 몇몇 경우, 제2 공급 용액원(162)은 농축된 제1 공급 용액 스트림(171)의 적어도 일 부분을 반투성 막(115)의 제2 측(122)으로 제공하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 적어도 하나의 측면에 따르면, 제1 공급 용액 스트림(141)은 오염된 용액일 수 있다. 몇몇 경우, 오염된 용액은 한 부분이 제1 공급 용액 스트림(141)을 형성하고 다른 부분이 제2 공급 용액 스트림(142)을 형성하는 적어도 두 부분으로 나눠질 수 있다. 그러한 예들에서, 제1 공급 용액원(161) 및 제2 공급 용액원(162)은 각각 동일한 오염된 용액의 부분들을 각각, 반투성 막(115)의 제1 측(121) 및 제2 측(122)에 제공하도록 구성된다.

제1 공급 용액 스트림(141) 및 제2 공급 용액 스트림(142)은 동일하거나 상이한 화학 조성을 가질 수 있고, 동일한 온도 또는 상이한 온도일 수 있다. 제1 및 제2 공급 용액 스트림들은 많은 상이한 용액 성분을 포함할 수 있으며, 용액 성분들의 몇몇은 삼투압에 기여할 수 있는 한편, 다른 것들은 그렇지 않을 수 있다. 삼투압을 발생시키는 임의의 용액은 현재 개시된 장치, 시스템들, 및 방법들에 사용될 수 있다.

적어도 몇몇 예에서, 제1 또는 제2 공급 용액 스트림 중 어느 하나의 용매는 물, 무기 염류, 극성 유기 염류 이를테면 메탄올 또는 에탄올, 또는 임의의 다른 적합한 용매일 수 있다. 몇몇 예에서, 무기 염류 용질들 이를테면, 예를 들어, 소듐 클로라이드(NaCl), 포타슘 클로라이드(KCl), 마그네슘 클로라이드(MgCl₂), 마그네슘 카보네이트(MgCO₃), 마그네슘 설페이트(MgS0₄), 칼슘 클로라이드(CaCl₂), 칼슘 설페이트(CaS0₄), 칼슘 카보네이트 (CaCO₃), 포타슘 아세테이트(KAc) 또는 칼슘 마그네슘 아세테이트(CaMgAc)를 갖는 공급 용액 스트림이 사용될 수 있다. 다른 예들에서, 이온성 종 이를테면, 예를 들어, 전이 금속들, 란탄 계열 원소들, 및 악티늄 원소들을 포함하는 무기 염류 용질들을 갖는 공급 용액 스트림들이 사용될 수 있다. 또 다른 예들에서, 종 이를테면, 예를 들어, 시안화물, 질산염, 아질산염, 황산염, 아황산염, 술폰산염, 수산화물, 인산염, 아인산염, 할로겐화물, 아세트산염, 비소화물, 아민류, 카르복시산염, 및 니트로 화합물을 포함하는 무기 염류 용질들을 갖는 공급 용액 스트림들이 사용될 수 있다. 몇몇 예에서, 물이 용매일 때, 수용성이 좋은 유기 화합물 용질들 이를테면, 예를 들어, 알코올, 디옥산, 아세톤, 테트라히드로푸란(THF), 디메틸 포름아미드(DMF), 및 디메틸 술폭시드(DMSO)가 사용될 수 있다. 몇몇 예에서, 수용성이 좋은 유기 화합물 용질들 이를테면 방향족 이를테면 톨루엔 및 벤젠, 선형 알케인 또는 알켄 또는 알켄 이를테면 헥산 또는 옥탄, 염소화된 용매들 이를테면 메틸렌 클로라이드(CH₂Cl₂), 유기 술폰산염, 및 유기산이 공급 용액 스트림들에서 용질들로 사용될 수 있다. 몇몇 예에서, 중합체 용질들, 이에 제한되지는 않지만, 이를테면, 당, 에틸렌 옥사이드(EO), 프로필렌 옥사이드(PO), 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리(아크릴 산), 폴리(비닐 알코올) 폴리(에틸렌 옥사이드), 폴리(비닐 산), 폴리(스티렌설포네이트), 폴리(아크릴아미드)-계 폴리전해질, 폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드), 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드), 폴리(비닐피롤리돈), 폴리(N-이소프로필아크릴아미드), 폴리(알킬아크릴레이트), 폴리알킬아크릴 산, 폴리(2-옥사졸린) 및 폴리에틸렌이민, 이들의 공중합체들 또는 블록 공중합체들, 또는 이들의 임의의 조합이 사용될 수 있다.

제1 공급 용액 스트림의 유압(P1)은 범위가 50 psi에서 5,000 psi에, 대안적으로 100 psi에서 3,000 psi에, 대안적으로 200 psi에서 1,500 psi에, 또는 대안적으로 250 psi에서 1,000 psi에 이르는 임의의 미리 결정된 압력으로 인가될 수 있다. 제2 공급 용액 스트림의 유압(P2)은 범위가 0 psi에서 500 psi에, 대안적으로 2 psi에서 200 psi에, 대안적으로 5 psi에서 100 psi에, 대안적으로 10 psi에서 50 psi에, 또는 대안적으로 14 psi에서 30 psi에 이르는 임의의 미리 결정된 압력으로 인가될 수 있다.

OsARO 모듈에 사용되는 공급 용액 스트림들의 삼투압 π(C)은 사용되는 반투성 막의 유형과 관련된다. OsARO 모듈에 구현되는 반투성 막은 임의의 유형의 막 이를테면, 예를 들어, 미세 여과, 한외 여과, 나노 여과, 정삼투 또는 역삼투 막들일 수 있으며, 이들은 셀룰로오스 트리아세테이트(CTA), 폴리벤지미다졸(PBI), 박막 복합(TFC) 막 또는 해당 기술분야의 통상의 기술자가 사용할 수 있는 임의의 다른 화학 물질로 만들어질 수 있다. 반투성 막들은 임의의 적합한 기하학적 구성 이를테면, 예를 들어 평평한 시트 또는 복수의 적층된 또는 층상화된 시트, 또는 복수의 중공 나노튜브 또는 나노섬유를 가질 수 있다. 뿐만 아니라, 반투성 막은 임의의 적합한 구성 이를테면 막힌 끝, 직교류, 병류, 또는 방사상으로 동작될 수 있다.

도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 장치(200)를 예시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 장치(200)는 맨 처음 제1 공급 용액 스트림(241)이 높은 농도로 증분 농축될 수 있는 연속적인 분리 단계 또는 스테이지에 대해 직렬로 서로 유체 결합되는 다수의 OsARO 모듈(250-253)을 포함한다. 각 OsARO 모듈(250-253)은 제1 챔버(231-234), 제2 챔버(236-239) 및 제1 챔버(231-234)와 제2 챔버(236-239) 사이 계면에 배치되는 반투성 막(215-218)을 포함한다. 각 반투성 막(215-218)은 제1 챔버(231-234)와 유체 연통하는 제1 측(221-224) 및 제2 챔버(236-239)와 유체 연통하는 제2 측(226-229)을 갖는다.

동작 동안, OsARO 모듈(250)은 맨 처음 제1 공급 용액 스트림(241)을 수용하도록 구성된다. 맨 처음 제1 공급 용액 스트림(241)은 유압을 받는 동안 제1 모듈(250)의 제1 챔버(231)뿐만 아니라 반투성 막(215)의 제1 측(221)으로 도입된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 맨 처음 제1 공급 용액 스트림(241)은 제1 공급 용액원(261)으로부터 유입 포트(281)를 통해 제1 챔버(231)로 들어간다. 또한 제1 모듈(250)은 제2 공급 용액원(262)으로부터 제2 챔버(236)로 그리고 반투성 막(215)의 제2 측(226) 상에 제2 공급 용액 스트림(246)을 수용하도록 구성된다. 제1 공급 용액원(261) 및 제2 공급 용액원(262)은 고압 펌프일 수 있거나 역삼투 구성요소 또는 정삼투 구성요소일 수 있다.

예로서, 도 2는 맨 처음 제1 공급 용액 스트림(241)의 용질 농도가 맨 처음 제2 공급 용액 스트림(246)의 용질 농도에 일치하는 65 g/l NaCl임을 도시한다. 공급 용액 스트림들의 용질 농도는 제2 공급 용액 스트림(246)의 삼투압이 맨 처음 제1 공급 용액 스트림(241)의 삼투압보다 더 작거나 동일하고 제2 공급 용액 스트림(246)의 용질 농도가 투과를 야기하는 데 필요한 필수 정수압을 감소시킴으로써 역삼투를 조장하기에 충분한 임의의 값일 수 있다. 적어도 몇몇 예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 공급 용액 스트림의 용질 농도와 대략 동일한 용질 농도를 갖는 제2 공급 용액 스트림의 사용은 제2 공급 용액 스트림이 역삼투 공정을 용이하게 하는 것에 있어서 상당한 삼투압을 제공하기 때문에 바람직하다.

동작 동안, 용매가 반투성 막(215)의 제1 측(221)으로부터 반투성 막(215)의 제2 측(226)으로 지남으로써 제1 모듈(250)의 제1 챔버에 농축된 제1 공급 용액 스트림(242)을 그리고 제2 챔버(236)에 희석된 제2 공급 용액(271)을 생성하도록 정수압이 맨 처음 제1 공급 용액 스트림(241)에 의해 반투성 막(215)의 제1 측(221) 상에 인가된다. 도 2에 제시된 예시적인 실시예는 65 g/l NaCl의 용질 농도를 갖는 맨 처음 제1 공급 용액 스트림(41)이 장치(200)의 제1 모듈(250), 또는 제1 스테이지의 동작 동안 105 g/l NaCl로 농축됨을 예시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 농축된 제1 공급 용액은 제2 OsARO 모듈(251)의 제1 챔버(232)로 제3 공급 용액 스트림(242)의 형태로 공급되며, 여기서 제3 공급 용액 스트림은 제1 모듈(250)에 대하여 설명된 것과 동일한 공정에 기인하여 145 g/l NaCl로 농축된다. 그 다음 농축된 제3 공급 용액 스트림은 제3 OsARO 모듈(252)의 제1 챔버(233)로 제5 공급 용액 스트림(243)의 형태로 공급되며, 여기서 제5 공급 용액 스트림(243)은 185 g/l NaCl로 농축된다. 그 다음 농축된 제5 공급 용액 스트림은 제4 OsARO 모듈(253)의 제1 챔버(234)로 제7 공급 용액 스트림(244)의 형태로 공급되며, 여기서 제7 공급 용액 스트림은 유출 포트(294)에서225 g/l의 타겟 농도로 농축된다. 각 모듈(250-253)에서, 각각의 제2 챔버(236-239)에는 각각의 제1 챔버들(231-234)에서의 공급 용액 스트림들의 농도를 조장하기 위한 삼투압 구동력을 제공하기 위해 각각이 정의된 농도(C2)를 갖는 상이한 공급 용액 스트림(246-249)이 도입된다.

적어도 몇몇 예에서, 공급 용액 스트림들(247-249)은 공급 용액원들(263-265)로부터 모듈들(251-253)의 제2 챔버들(237-239)로 공급될 수 있다. 몇몇 경우, 공급 용액원들(263-265)은 저압 또는 고압 펌프들일 수 있다. 다른 경우들에서, 공급 용액 스트림들(247-249)은 선행하는 모듈의 농축된 공급 스트림들(242-244)의 적어도 일 부분을 포함할 수 있다. 그러한 경우들에서, 공급 용액원들(263-265)은 선행하는 모듈(250-252)의 제1 챔버들(231-233)일 수 있다. 예를 들어, 제4 공급 용액 스트림(247)은 제1 모듈(250)의 제1 챔버(231)로부터 농축된 제1 공급 용액 스트림(242)의 적어도 일 부분을 포함할 수 있다.

본 발명의 적어도 하나의 측면에 따르면, 희석된 공급 용액 스트림들(271-274)은 아래에 제공되는 추가 대표적인 실시예들에 대하여 설명될 바와 같이, 다른 OsARO 모듈로 또는 역삼투 구성요소로 공급될 수 있다. 예를 들어, 제2 모듈(251)의 제2 챔버(237)로부터의 희석된 공급 용액 스트림(272)은 적어도 부분적으로 제2 공급 용액 스트림(246)을 형성하기 위해 제1 모듈(250)의 제2 챔버(236)로 공급될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, OsARO 모듈들(250-253)의 제1 챔버들(231-234)은 제1 챔버들(231-234)로의 공급 용액 스트림들에 대한 전체 경로를 제공하는 유입 포트들(281-284)을 갖는다. 추가적으로, 제1 챔버들(231-234)은 농축된 공급 용액 스트림이 제1 챔버들(231-234)를 나가 후속 스테이지 또는 모듈로 들어가기 위한 출구 경로를 제공하는 유출 포트들(291-294)을 갖는다. 유사하게, 제2 챔버들(236-239)은 공급 용액 스트림들이 제2 챔버들(236-239)로 들어가고 그것들로부터 나올 수 있게 하기 위한 유입 포트들(286-289) 및 유출 포트들(296-299)을 포함한다. 몇몇 예에서, OsARO 모듈들은 각각의 공급 용액 스트림들의 각각에 대해 다수의 유입구 및 다수의 유출구를 갖도록 구성될 수 있다. 뿐만 아니라, OsARO 모듈들은 연속, 배치 또는, 또는 세미-배치법들로 사용될 수 있다. 각 모듈에서의 각 공정에서, 공급 용액 스트림들은 한번, 또는 재활용 및 재순환함으로써 여러번 막을 통과할 수 있다. 추가적으로, 공급 용액 스트림들에 인가되는 유압은 각각의 공정 단계들 동안 일정하게 유지될 수 있거나 달라질 수 있다.

본 발명의 적어도 하나의 측면에 따르면, 도 2에 도시된 장치(200)는 용매 및 용질을 포함하는 용액에서의 용질, 이를테면 오염물을 농축시키기 위한 방법을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 상기 방법은 제1 공급 용액원(261) 및 제2 공급 용액원(262)과 유체 결합되는 제1 모듈(250)을 제공하는 단계를 포함한다. 제1 모듈(250)은 제1 챔버(231) 및 제2 챔버(236)를 포함할 수 있다. 제1 모듈(250)은 제1 챔버(231)와 제2 챔버(236) 사이 계면에 배치되는 반투성 막(215)을 더 포함할 수 있다. 반투성 막(215)은 제1 챔버(231)와 유체 연통하는 제1 측(221) 및 제2 챔버(236)와 유체 연통하는 제2 측(226)을 가질 수 있다. 상기 방법은 제1 공급 용액 스트림(241)을 제1 공급 용액원(261)으로부터 제1 챔버(231)로 그리고 반투성 막(215)의 제1 측(221) 상에 도입시키는 단계를 더 포함한다.

상기 방법은 제2 공급 용액 스트림(246)을 제2 공급 용액원(262)으로부터 제2 챔버(236)로 그리고 반투성 막(215)의 제2 측(226) 상에 도입시키는 단계를 더 포함한다. 제1 공급 용액 스트림(241)의 삼투압은 제2 공급 용액 스트림(246)의 삼투압보다 더 크다. 상기 방법은 용매가 반투성 막(215)의 제1 측(221)으로부터 제2 측(226)으로 지남으로써 제1 챔버(231)에 농축된 공급 용액 스트림(242)을 그리고 제2 챔버(236)에 희석된 제2 공급 용액 스트림(271)을 생성하도록 반투성 막(215)의 제1 측(221) 상에 정수압을 가하는 단계를 더 포함한다.

적어도 몇몇 예에서, 상기 방법은 용매가 반투성 막(215)의 제1 측(221)으로부터 반투성 막(215)의 제2 측(226)으로 지남으로써, 농축된 공급 용액 스트림(242)을 그리고 희석된 제2 공급 용액 스트림(271)을 생성하는 데 필요한 정수압을 감소시키도록 제2 공급 용액 스트림(246)의 삼투압을 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다. 다른 경우들에서, 제2 공급 용액 스트림(246)의 삼투압은 용매가 반투성 막(215)의 제1 측(221)으로부터 제2 측(226)으로 지나게 하는 데 필요한 정수압을 감소시키도록 선택되는 미리 결정된 삼투압일 수 있다. 몇몇 경우, 제2 공급 용액 스트림(246)의 삼투압은 용매가 반투성 막(215)의 제1 측(221)으로부터 제2 측(226)으로 지나게 하는 데 필요한 정수압을 감소시키기 위해 투과 용액의 삼투압보다 더 크도록 선택될 수 있다.

본 발명의 적어도 하나의 측면에 따르면, 상기 방법은 농축된 제1 공급 용액 스트림(242), 또는 그것의 일 부분을 반투성 막(215)의 제1 측(221)으로 재순환시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 농축된 제1 공급 용액 스트림(242)의 적어도 일 부분을 반투성 막(215)의 제2 측(226)으로 재순환시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

적어도 몇몇 예에서, 상기 방법은 제1 모듈(250) 및 제4 공급 용액원(263)과 유체 결합되는 제2 모듈(251)을 제공하는 단계를 더 포함한다. 제2 모듈(251)은 제1 챔버(232) 및 제2 챔버(237)를 포함한다. 또한 제2 모듈(251)은 제1 챔버(232)와 제2 챔버(237) 사이 계면에 배치되는 반투성 막(216)을 포함한다. 반투성 막(216)은 제1 챔버(232)와 유체 연통하는 제2 측(222) 및 제2 챔버(237)와 유체 연통하는 제2 측(227)을 포함한다. 상기 방법은 제3 공급 용액 스트림(242)을 제1 모듈(250)의 제1 챔버(231)로부터 제2 모듈(251)의 제1 챔버(232)로 도입시키는 단계를 더 포함한다. 제3 공급 용액 스트림(242)은 농축된 제1 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 포함할 수 있다. 상기 방법은 제4 공급 용액 스트림(247)을 제4 공급 용액원(263)으로부터 제2 모듈(251)의 제2 챔버(237)로 그리고 반투성 막(216)의 제2 측(227) 상에 도입시키는 단계를 더 포함한다. 제3 공급 용액 스트림(242)의 삼투압은 제4 공급 용액 스트림(247)의 삼투압보다 더 크거나 같다. 상기 방법은 용매가 반투성 막(216)의 제1 측(222)으로부터 반투성 막(216)의 제2 측(227)으로 지남으로써 제2 모듈(251)의 제1 챔버(232)에 농축된 제3 공급 용액 스트림(243)을 그리고 제2 모듈(251)의 제2 챔버(237)에 희석된 제4 공급 용액 스트림(272)을 생성하도록 제2 모듈(251)의 반투성 막(216)의 제1 측(222) 상에 정수압을 가하는 단계를 더 포함한다.

제4 공급원(263)은 고압 펌프일 수 있거나 제1 모듈(250)의 제1 챔버(231)일 수 있다. 그러한 경우들에서, 제4 공급 용액 스트림(247)은 제1 모듈(250)의 제1 챔버(231)로부터 농축된 공급 용액 스트림(242)의 적어도 일 부분을 포함할 수 있다.

용액을 농축시키기 위한 방법들을 제공하는 것에 더하여, 본 발명은 용질 용액으로부터 용매를 정화시키기 위한 방법들을 더 제공한다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시되고 위에서 설명된 OsARO 모듈들은 정화된 용매 생성물, 이를테면 투과수를 생성하기 위해 역삼투(RO) 구성요소 및 정삼투(FO) 구성요소와 조합될 수 있다. 더 상세하게는, 용매를 정화시키기 위한 방법은 역삼투(RO) 구성요소 및 모듈과 유체 결합되는 정삼투(FO) 구성요소를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 모듈은 RO 구성요소 및 FO 구성요소, 뿐만 아니라 RO 구성요소와 유체 결합되는 제2 챔버와 유체 결합되는 제1 챔버를 포함할 수 있다. 모듈은 제1 챔버와 제2 챔버 사이 계면에 배치되는 반투성 막을 더 포함할 수 있다. 반투성 막은 제1 챔버와 유체 연통하는 제1 측 및 제2 챔버와 유체 연통하는 제2 측을 포함할 수 있다.

상기 방법은 오염된 FO 공급 용액을 FO 구성요소로 도입시키는 단계를 더 포함한다. 오염된 FO 공급 용액은 하나 이상의 용질로 오염된 용매를 포함한다. 상기 방법은 FO 구성요소가 오염된 FO 공급 용액 스트림으로부터 농축된 FO 공급 용액 스트림 및 희석된 유입 용액을 생성하게 하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 RO 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 형성시키기 위한 희석된 유입 용액을 RO 구성요소로 도입시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 RO 구성요소가 RO 공급 용액 스트림으로부터 투과 용액 및 농축된 RO 공급 용액 스트림을 생성하게 하는 단계를 더 포함할 수 있다. 투과 용액은 상기 방법에 따라 회수된 정화된 용매를 포함한다.

상기 방법은 제1 공급 용액 스트림을 RO 구성요소로부터 모듈의 제1 챔버로 그리고 반투성 막의 제1 측 상에 도입시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 제1 공급 용액 스트림은 농축된 RO 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 포함한다. 상기 방법은 또한 제2 공급 용액 스트림을 RO 구성요소로부터 모듈의 제2 챔버로 그리고 반투성 막의 제2 측 상에 도입시키는 단계를 포함할 수 있다. 제2 공급 용액은 또한 농축된 RO 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 포함한다. 제1 공급 용액 스트림의 삼투압은 제2 공급 용액 스트림의 삼투압과 거의 동등할 수 있다. 대안적으로, 제1 공급 용액 스트림의 삼투압은 제2 공급 용액 스트림의 삼투압보다 더 클 수 있다.

상기 방법은 용매가 반투성 막의 제1 측으로부터 반투성 막의 제2 측으로 지남으로써 제1 챔버에 농축된 제1 공급 용액 스트림을 그리고 제2 챔버에 희석된 제2 공급 용액 스트림을 생성하도록 반투성 막의 제1 측 상에 정수압을 가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한 모듈의 제2 챔버로부터 RO 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분으로 사용될 희석된 제2 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 RO 구성요소로 도입시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 모듈의 제1 챔버로부터 유입 용액의 적어도 일 부분을 형성시키기 위한 농축된 제1 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 FO 구성요소로 도입시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

도 3a 내지 도 3e는 역삼투(RO, reverse osmosis), 정삼투(FO, forward osmosis), 압력 지연 삼투(PRO, pressure retarded osmosis), 및 압력 지원 FO(PAFO, pressure assisted forward osmosis) 공정들과의 종래 기술들에 있어서의 현재 개시된 OsARO 장치 및 기술 차이를 예시한다. OsARO 공정은 해당 기술분야에서 사용되는 RO, FO, PRO, 및 PAFO 공정들과 상이하다. 도 3a 내지 도 3e에 도시된 바와 같이, 이러한 공정들의 각각은 하나 이상의 용질을 용액과 분리하기 위해 반투성 막을 사용한다.

위에서 참조된 종래 공정들은 투과 흐름 방향에 따라 두 카테고리로 나눠질 수 있다. FO, PRO 및 PAFO에서, 투과 흐름들은 반투성 막의 저삼투압 혼합물 측(π(C2))으로부터 고삼투압 혼합물 측(π(C1))으로 흐른다. 일반적으로, FO 시스템에서, 막의 양측 상에 인가되는 유압은 동일하다. PRO 시스템에서, 급유 1은 투과 흐름을 급유 2로부터 급유 1로 야기하기 위해 급유 2의 유압(P2), 삼투압(π(C2))보다 높은 유압(P1) 및 삼투압(π(C1))으로 도입된다. PAFO 시스템에서, 급유 2의 유압(P2)은 급유 1의 유압(P1)보다 더 높다. 한편 투과 흐름을 급유 2로부터 급유 1로 야기하기 위해 급유 1의 삼투압(π(C1))은 급유 2의 삼투압(π(C2))보다 더 높다.

투과도는 투과 플럭스(J_w)로서 계산될 수 있다. 투과 플럭스는 단위시간당 단위면적당 막을 통해 흐르는 볼륨으로 정의된다.

종래 RO 및 OsARO는 FO, PRO 및 PAFO와 상이하다. RO 공정에서, 투과액은 더 높은 유압(P1)을 갖는 급유 1로부터 더 낮은 유압(P2)을 갖는 급유 2로 흐른다. RO에서, 급유 2는 처음에는 용액을 갖지 않고(대부분의 경우 순수 용매 이를테면 물을 가짐) 그에 따라, 어떤 초기 용질 농도(C2) 또는 대응하는 삼투압(π(C2))도 갖지 않는다. OsARO에서, 투과액은 더 높은 삼투압(π(C1))을 갖는 급유 1로부터 더 높은 삼투압(π(C2))을 갖는 급유 2로 흐른다. 몇몇 예에서, OsARO에서, 급유 1 및 2의 농도들(C1 및 C2)은 각각, 동일하다. 투과액은 단지 급유 2의 인가된 유압(P2)보다 급유 1의 더 높이 인가된 유압(P1)에 기인하여 반투성 막의 급유 1 측으로부터 급유 2 측으로 흐른다.

종래 RO 및 OsARO 간 차이는 저삼투압 혼합물 공급(C2)의 기점이다. RO 프로세스에서는, 어떤 급유 2도 막에 걸쳐 도입되지 않고; 단지 급유 1로부터 흐르는 투과액만이 막의 급유 2 측 상에 존재한다. 그에 반해, OsARO에서는, 농도(C2)를 갖는 제2 급유가 도 1 내지 도 3에 실증된 바와 같이, 독립적으로 스테이지로 도입된다. 이러한 제2 급유는 반투성 막에 걸친 삼투압의 차를 감소시키고 그에 따라 용매가 반투성 막에 걸쳐 흐르게 하는 데 요구되는 정수압을 감소시킴으로써, 농축된 공급 용액 및 희석된 공급 용액을 생성한다.

상기한 비교점들로부터, 현재 개시된 OsARO는 이전에 알려졌던 공정들과 상이하다는 것을 알 수 있다. 현재 개시된 OsARO 장치 및 기술들을 사용하면, 농축된 급유 1 용액들 및/또는 희석된 급유 2 용액들이 다양한 적용예에 대해 독립적으로 획득될 수 있다.

예들

이하의 예들은 용질들을 용액에 농축시키고/거나 용매를 정화시키기 위한 OsARO 모듈들의 다양한 적용예 및 사용 효과를 실증한다. 이러한 예들에서는, 50 m²의 표면적을 갖는 시중에서 구할 수 있는 중공 섬유 기수 막을 사용했다. 그러한 막은 최대 450 psi의 동작 유압을 가능하게 한다. 수성 소듐 클로라이드(NaCl) 용액들을 예들 1-3에서 급유 1 및 급유 2로 사용했다. OsARO 모듈은 반투성 막의 각 측 상의 하나의 유입구 및 하나의 유출구가 각각 급유 1 및 급유 2에 대한 것인 유입구들 및 유출구들의 두 개의 집합을 갖는 방사상 구성이었다.

예 1: 저염분 급유들에 대해 농도차를 조절하는 것

57 g/l NaCl 용액(0.98M)을 반투성 막의 대향측들에 급유 1 및 급유 2로서 동시에 도입했다. 57 g/l NaCl 용액 농도는 일반적으로 종래 RO 탈염 공정에 의해 생성되는 소금물 농도와 대체로 동일하다. 급유 1 측에는 200 + 5 psi 유압을 인가한 한편, 급유 2 측에 인가되는 유압은 5 psi 이하로 유지했다. 급유 1 및 급유 2의 공급 유량들(분당 그램 용액)이 조절되었을 때, 급유 1 및 2 간 농도차, 및 투과 플럭스가 그에 따라 표 1에 요약된 바와 같이 변경될 수 있다.

57 g/l 급유 조건에서 유출구 농도차를 조절하는 것

시행#	급유 1 유입 흐름 g/min	급유 2 유입 흐름 g/min	유출 ΔC (C1-C2) g/L	플럭스 Jw LMH
1	151	217	15.7	0.03
2	1,125	727	9.5	0.09
3	1,178	1,167	8	0.10
4	2,714	1,184	7.1	0.12
5	2,766	1,895	5.6	0.13

예 2: 고염분 급유들에 대해 농도차를 조절하는 것

180 g/l NaCl 수용액(3.08M)을 OsARO 모듈에 급유 1 및 급유 2로서 각각 도입했다. 급유 2의 평균 유압은 20 psi 미만으로 유지된 한편 급유 1 측 상의 유압은 100 psi와 400 psi 사이에서 달라졌다. OsARO 모듈의 유출 포트들에서의 C1과 C2 간 농도차는 표 2 및 도 4에 요약된다.

180 g/l 급유 조건에서 유출구 농도차를 조절하는 것

시행#	급유 1 측에서의 압력(psi)	유출구에서의 ΔC=C1-C2, g/l
1	120	1.2
2	200	2.2
3	300	3.8
4	360	4.8

표 2에 제시된 데이터에 따르면, 1,000 psi 압력이 C1 공급측에 인가될 때, 14 g/l의 이론적 농도차가 3.02 M의 급유 1 유출구 농도 및 2.96 M의 급유 2 유출구 농도에 대응하는 것으로 예상된다.

예 3: 급유 1 농도를 조절하는 것

농축된 급유 1이 관심 대상일 때, OsARO 모듈의 동작 파라미터들, 이를테면 급유 1 및 급유 2의 인가된 유압들, 급유 2의 농도, 및 급유 1 및 급유 2의 유량비는 유출구에서 급유 1의 타겟 농도들을 이루기 위해 달라질 수 있다. 예 3에서, NaCl 용액들의 급유 1 및 급유 2 유입구 농도들 양자는 53.8 g/l(0.921M)이었다. 급유 1에 인가된 유압은 300 psi에서 400 psi까지 다양했던 한편, 급유 2는 14.7 psi 미만 압력 아래로 유지되었다. 급유 농도(C1 및 C2)를 고려할 때, 급유 1의 유압 및 급유 1 및 2의 직교류 속도들은 유출구에서 급유 1의 타겟 농도를 내기 위해 달라질 수 있다. 결과들이 표 3에 나열된다. 표 3에 도시된 바와 같이, 타겟 급유 1 유출구 농도들은 실험적으로 획득된 결과들과 적절히 일치한다.

급유 1의 유출구 농도의 제어

인가 압력, psi	계산된 C1 유출구, g/L([M])	테스트된 C1 유출구, g/L([M])	유수량, LMH
400	64.5(1.10)	65.9(1.13)	0.26
350	62.5(1.07)	60.9(1.03)	0.22
300	58(0.992)	57.1(0.977)	0.21

현재 개시된 OsARO 모듈들은 무방류(ZLD, zero liquid discharge) 적용예들에 관한 시스템들에 사용될 수 있다. 그러한 시스템들은 염 함유 용액들을 전통적인 역삼투 시스템들의 농도보다 더 높은 농도들로 농축시킬 수 있는 능력을 갖는다. 개시된 OsARO 모듈들을 통합하는 시스템들은 또한 염 함유 용액을 포화에 가깝게 농축시킬 수 있는 가능성을 가질 수 있다. 그 후, 농축된 염 함유 용액은 ZLD 적용예들에서 기화 또는 결정화 공정에 의해 더 농축될 수 있다. 아래 예 4-예 6은 에너지 입력을 증가시키지 않고 극히 높은 해수 담수화 회수를 이루기 위한 고압 OsARO 모듈 성능을 예시한다. 이러한 예들에서는, 75 m²의 표면적을 갖는 해수 RO형 막을 사용했다. 그러한 막은 최대 1200 psi의 동작 유압을 가능하게 한다.

예 4: 고압 단일 OsARO 모듈 성능

NaCl 용액들의 동일한 유입구 농도들을 갖는 급유 1 및 급유 2는 58 g/l에서 150 g/l까지 다양했다. 급유 1에 인가된 유압은 750 psi에서 800 psi까지 다양했던 한편, 급유 2는 압력(<40 psi) 아래로 유지되었다. 급유 농도(C1 및 C2) 및 급유 1의 유압을 고려할 때, 급유 1 및 2의 직교류 속도들은 유출구들에서 급유 1과 급유 2 간 타겟 농도차를 내기 위해 달라질 수 있다. 유수량의 결과들이 또한 표 4 및 IG. 5에 나열된다.

고압 OsARO의 유출구들 농도차 및 유수량 결과들

유입구 급유 C1 및 C2, g/L	C1 유출구, g/L	C2 유출구, g/L	유수량, LMH
59	86	20	0.64
86	109	45	0.38
110	135	79	0.21
135	150	109	0.15
150	166	130	0.07

예 5: 초고회수 해수 담수화를 위한 FO-RO-OsARO 시스템(도 6)

이러한 예에서, 30,000 ppm NaCl의 해수가 도 6에 도시된 시스템(600)을 사용하여 140,000 ppm으로 농축되었다. 도 6은 해수 FO 공급 용액 스트림(605)이 예를 들어, 150,000 ppm NaCl 용액을 유입 용액 스트림(607)으로 사용하는 정삼투(FO) 구성요소(610)에 공급되는 FO-RO-OsARO 시스템을 도시한다. 물을 FO 막(615)을 통해 해수측으로부터 유입 용액측으로 투과되고, 해수 FO 공급 용액 스트림(605)의 총 용존 고형물(TDS)이 140,000 ppm으로 농축되는 한편 유입 용액 스트림(607)은 40,000 ppm으로 희석된다. 이는 78.6% FO 회수에 대응하며, 이는 통상적인 해수 RO에 대한 50% 회수보다 훨씬 더 높은 것이다. 그 다음 생성된 40,000 ppm 희석된 유입 용액(609)은 FO 구성요소(610)로부터 역삼투(RO) 구성요소(620)로 전달되어 예를 들어, 1,000 psi에서 RO 공급 용액 스트림(612)의 적어도 일 부분을 형성하여 전화된 용매 투과(625) 생성물(즉, 초순수(de-ionized water))을 생성하고 부수적으로 RO 공급 용액 스트림(612)을 90,000 ppm으로 농축시킴으로써, 농축된 RO 공급 용액 스트림(627)을 형성한다. 그 다음 90,000 ppm 농축된 RO 공급 용액 스트림(627)은 예를 들어, 1,000 psi에서 작동되는 OsARO 모듈(650)의 제1 챔버(652) 및 제2 챔버(654) 양자로 나눠져 도입된다. OsARO 모듈(650)은 농축된 RO 공급 용액 스트림(627)의 제1 부분을 제1 챔버(652)로 수용하여 제1 공급 용액 스트림(653)을 형성하고 농축된 RO 공급 용액 스트림(627)의 제2 부분을 제2 챔버(654)로 수용하여 제2 공급 용액 스트림(655을 형성한다. 제1 챔버(652)에서, 제1 공급 용액 스트림(653)은 150,000 ppm으로 농축되어 150,000 ppm 유입 용액(607)을 재생시키기 위해 FO 구성요소(610)로 전달될 수 있는 농축된 공급 용액 스트림(657)을 형성한다. 제2 챔버(654)에서, 제2 공급 용액 스트림(655)은 60,000 ppm으로 희석되어 희석된 제2 공급 용액 스트림(656)을 형성한다. 그 다음 60,000 ppm 희석된 제2 공급 용액 스트림(656)은 RO 구성요소(620)로 보내져 추가의 정화된 용매 생성물(625)을 생성한다.

예 6: 배수된 소금물로부터 기존 해수 담수화 RO 플랜트의 회수를 향상시키는 OsARO-RO 시스템

이러한 예에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 해수 RO 플랜으로부터 60,000 ppm 소금물이 OsAR02-RO 시스템을 사용하여 140,000 ppm으로 농축된다. 도 7에 도시된 바와 같이, OsAR02-RO 시스템(700)은 각 OsARO 모듈 앞에 사용되는 전처리 시스템(750, 755)을 포함한다. 시스템(700)은 UF 여과 모듈(705), 고체-액체 분리 디바이스(710), 이를테면 시딩 탱크(seeding tank), 와동 탱크(vortex tank) 또는 변형된 하이드로 사이클론 디바이스, 및 NF 여과를 포함한다. 소금물은 먼저 UF 막(705)에 의해 여과되고, 진흙 배수물과 함께 시딩 탱크 또는 와동 탱크(710)에 가라앉은 다음, NF 막에 의해 단단함이 제거된다. 그 다음 전처리된 소금물은 제1 OsARO 모듈(720)로 나눠져 공급되고, 예를 들어, 1,000 psi에서 작동된다. OsARO 모듈(720)의 하나의 챔버에서의 공급 스트림은 90,000 ppm 용액으로 농축되는 한편, OsARO 모듈(720)의 다른 챔버에서의 공급 스트림은 20,000 ppm으로 희석된다. 20,000 ppm 용액 스트림은 RO 구성요소(725)로 보내져 추가의 정제수 생성물(730)을 생성하는 한편, 60,000ppm으로 생성된 RO 소금물은 다시 제1 전처리 시스템(750)으로 공급된다. 제1 OsARO 모듈(720)에 의해 생성되는 90,000 ppm 용액은 제2 전처리 시스템(755)에 의해 처리되고, 제2 OsARO 모듈(740)로 나눠져 공급된다. 제2 OsARO 모듈(740)의 하나의 챔버는 140,000 ppm 배수 소금물을 생성하는 한편, 다른 챔버에서의 공급 스트림은 45,000 ppm으로 희석된다. 이러한 45,000 ppm 공급 스트림은 또한 RO 구성요소(725)로 보내져 추가의 물을 생성한다. OsARO 모듈들(720, 740)로부터의 희석된 20,000 ppm 및 45,000 ppm 스트림들 양자가 내부에서 재활용되고 있음에 따라, 배수된 140,000 ppm은 기존 해수 RO 플랜에 대한 추가 28.6% 회수에 대응한다(30,000 ppm에서 해수로부터 계산되는 경우).

위에서 설명된 전처리 시스템들(750, 755)에 더하여, 들어오는 공급 스트림, 이를테면 해수, 기수, 폐수, 산업 용수 및 또는 생수는 산화물 부착, 유기물 오염 및 또는 생물학적 부착을 방지하기 위해 전처리될 필요가 있을 수 있다. 그 결과, 별개로 또는 조합하여, 모든 이하의 전처리 시스템이 현재 개시된 장치 및 기술들에 대한 전처리로서 이용될 수 있다: 다중 매체 여과(multimedia filtration), 카티지 여과 응고(cartage filtration coagulation), 화학 물질 첨가, 원심 분리, 미세 여과(MF), 한외 여과 UF), 나노 여과(UF), 화학 물질 시딩, UF/시딩, NF/시딩, UF/시딩/NF 활성탄 흡수, UF/시딩-하이드로사이클론/NF, 이온 교환, 커패시턴스 탈이온(CDI, capacitance deionization), 전기 탈이온(EDI, electro deionization), 고급 산화법(AOP, Advanced Oxidation Process), 및 이들의 임의의 조합.

아래 예 7-예 8은 ZLD 적용예들에서 FO 유입 용액들을 재생시키기 위해 사용되는 FO-RO-OsARO 시스템들을 예시한다.

예 7: 해수 ZLD 담수화를 위한 FO-RO-OsARO 시스템

이러한 해수 ZLD 예에서, 몇몇 OsARO 모듈이 이전 예 4에 직렬로 추가된다. 도 8에 도시딘 바와 같이, 시스템(800)은 FO 구성요소(805)가 더 강한 유입 용액과 사용될 수 있게 하는 다수의 OsARO 모듈 또는 스테이지를 포함한다. 이러한 예에서, 해수는 30,000 ppm에서 240,000 ppm으로 농축되며, 이는 87.5% 회수에 대응한다. FO 구성요소(805)는 예를 들어, 280,000 ppm MgCl₂ 유입 용액을 사용할 수 있다. 40,000 ppm에서의 FO 구성요소(805)에서 나가는 희석된 유입 용액은 예를 들어, 1,000 psi에서의 RO 구성요소(810)에 의해 80,000 ppm으로 농축된다. 그 다음 이러한 80,000 ppm 용액은 280,000 ppm 유입 용액을 재생시키기 위해 예를 들어, 1,000 psi에서의 각각, 다섯 개의 OsARO 모듈(815, 820, 825, 830, 835), 또는 스테이지를 순차적으로 통과한다. 각 OsARO 스테이지는 FO 280,000 ppm 유입 용액이 재생될 때까지 유입 용액을 대략 40,000 ppm만큼 농축시킨다. RO 구성요소(810)는 이전에 설명된 바와 같이, 정제수 생성물(840)(즉, 초순수), 및 제1 OsARO 모듈(815)에서 후속 사용하기 위한 80,000 ppm 용액을 발생시킨다. FO 공정에서 유수량을 증가시키는 것을 돕기 위해, 해수 급유(및/또는 유입액)는 재활용 모드에서 작동될 수 있으며, 여기서 FO 유출구 용액이 다시 특히 고농도 조건 하에서, 농도 분극을 감소시키는 것을 돕기 위해 실행가능한 최고속도로 FO 막의 유입구로 가게 하기 위해 재활용 펌프가 사용된다. 도 7에 도시된 전처리 시스템들(750, 755)과 전처리 시스템들은 고농도의 부착을 제거하기 위해 FO 막들 앞에 사용될 수 있다.

예 8: 생성된 유전수 ZLD 공정을 위한 FO-RO-OsARO 시스템

예 8은 예 7에 설명되고 대응하는 도 8에 도시된 시스템과 유사한 시스템을 사용한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 공급 용액의 농도가 140,000 ppm으로 더 높기 때문에, 희석된 유입 용액은 더 높은 농도, 약 160,000 ppm으로 FO 구성요소(905)를 나간다. 그 다음 이러한 묽은 유입 용액은 도 9에 도시된 바와 같이, 160,000 ppm 제3 OsARO 모듈(930)로 바로 보내진다. 하나의 스트림은 280,000 ppm으로 순차적으로 농축되고 FO 구성요소(905)에 대한 유입 용액으로 재사용되는 한편, 다른 스트림은 40,000 ppm으로 순차적으로 희석되고 RO 구성요소(910)로 도입된다. RO 구성요소(910)는 이전에 설명된 바와 같이, 정제수 생성물(960)(즉, 초순수), 및 제1 OsARO 모듈(915)에서 후속 사용하기 위한 80,000 ppm 용액을 발생시킨다.

예 9: 종래 RO 시스템에서의 회수를 향상시키기 위한 OsARO 모듈 추가

도 10a 및 도 10b는 OsARO 모듈을 갖는 그리고 OsARO 모듈이 없는 종래 RO 시스템에서의 회수 비교를 예시한다. 도 10a는 해수를 담수화하기 위해 사용되는 종래 RO 시스템(1000)에 대한 회수를 예시한다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 3.2 wt% 해수 급유는 고압 펌프(1010)에 의해 RO 구성요소(1005)로 전달되어, 47% 회수에 대응하는, 6 wt%의 농축된 스트림을 낸다. 그에 반해, 도 10b에서의 시스템(1025)에 의해 도시된 바와 같이, OsARO 모듈(1050)이 고압 펌프(1020) 앞에 추가될 때, OsARO 모듈(1050)의 저압측(제2 챔버)은 해수 급유를 위해 사용될 수 있는 한편 고압측(제1 챔버)은 고압하에서 RO 구성요소(1030)로부터의 소금물을 공급받을 수 있다. 그러한 구성에서, 더 정확히 말하면 동일한 RO 동작 압력들 및 해수 급유 농도들 하에서, OsARO 모듈(1050)의 추가는 RO 소금물이 추가 투과액을 OsARO 모듈(1050)에서의 막을 가로질러 해수 급유로 제공하게 한다. 소금물은 더 농축되고 동시에 RO 단계로의 급유의 농도는 감소된다. 그 결과, 동일한 RO 구성요소에 의해 더 많은 투과액이 획득되고, 회수가 증가된다. 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, OsARO 모듈의추가의 결과, 공급 농도는 3.2 wt%로부터 2.5 wt%로 감소될 수 있고 RO 소금물은 4.5 wt%에서 8 wt%까지 농축될 수 있다. 따라서, 회수율이 60%가 되며, 이는 추가 13% 회수율이 급유의 전처리의 추가 에너지 소비 없이 동일한 RO 시스템에서 달성될 수 있음을 나타낸다.

예 10: OsARO 모듈로부터의 희석된 급유를 사용함으로써 해수 담수화 RO 시스템에서의 동작 압력이 감소된다

도 11은 두 개의 OsARO 모듈의 사용에서 기인하여 단지 300 psi RO 동작 압력에서 해수 담수화시 47%를 회수할 수 있는 시스템(1100)을 예시한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 3.2 wt% 해수 급유는 제1 OsARO 모듈(1110)에 의해 1.6 wt%로 희석될 수 있는 한편 동일한 모듈(1110)이 단지 300 psi 압력 하에서 해수 스트림을 3.2 wt%에서 6 wt%까지 농축시킨다. 희석된 1.6 wt% 스트림은 제2 OsARO 모듈(1115)에 의해 0.8 wt%로 더 희석되고 RO 구성요소(1120)로 공급될 수 있다. 제2 OsARO 모듈로부터 농축된 스트림은 3.2 wt%로 조절되고 원래 해수 급유 탱크(1130)로 다시 공급될 수 있다. RO 소금물은 또한 1.6 wt%로 조절되고 다시 중간 1.6 wt% 수수 탱크(break tank)(1140)로 공급될 수 있다. s the system 1100 produces 6 wt% brine and deionized water as outlet streams, this system 1100 provides a 47% recovery under 300 psi pressure. 종래 RO 시스템에서의 동일한 회수율은 보통 800 psi 압력을 필요로 한다. 또한, 압력 교환기는 에너지를 더 절감하기 위해 고압 펌프들(1160, 1165)을 대체하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 예는 두 개의 OsARO 모듈 또는 스테이지로 한정되지 않는다. 임의의 수의 OsARO 스테이지가 본 발명의 범위 및 사상 내이다.

위에서 도시되고 설명된 실시예들은 단지 예들이다. 따라서, 많은 그러한 세부사항들은 도시되지도 설명되지도 않는다. 본 기술의 많은 특성 및 이점이 앞에서의 설명에 본 개시 내용의 구조 및 기능의 세부사항들과 함께 제시되었지만, 본 개시 내용은 단지 예시적인 것이고, 본 발명의 원리들 내에서 특히 부품들의 형태, 크기 및 배열에 관해, 세부사항이 첨부된 청구범위에 사용되는 용어들의 넓은 일반적인 의미에 의해 나타내어지는 전체 범위까지 변경될 수 있다. 따라서 위에서 설명된 실시예들이 첨부된 청구범위의 범위 내에서 변경될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

본 발명의 구문들은 다음을 포함한다:

구문 1: 장치로서, 제1 공급 용액원; 제2 공급 용액원; 및 상기 제1 공급 용액원으로부터 제1 공급 용액 스트림을 수용하도록 구성된 제1 측 및 상기 제2 공급 용액원로부터 제2 공급 용액 스트림을 수용하도록 구성된 제2 측을 포함하는 반투성 막을 포함하고, 상기 제1 공급 용액 스트림은 제1 용질 농도 및 제1 삼투압을 갖고, 상기 제2 공급 용액 스트림은 제2 용질 농도 및 제2 삼투압을 갖되, 상기 제1 삼투압은 상기 제2 삼투압 이상이며; 그리고 상기 제1 공급 용액원은 투과 용액의 형태로, 상기 제1 공급 용액 스트림으로부터 상기 반투성 막을 통해 상기 제2 공급 용액 스트림으로 지나는 용매에 의해 농축된 제1 공급 용액 스트림 및 희석된 제2 공급 용액 스트림을 생성하기 위해 상기 반투성 막의 상기 제1 측에 정수압을 제공하도록 구성되는, 장치.

구문 2: 구문 1에 있어서, 상기 제2 공급 용액원은 상기 반투성 막의 상기 제2 측 상에 정수압을 제공하도록 구성되고, 상기 반투성 막의 상기 제2 측 상에 제공되는 상기 정수압은 상기 제1 공급 용액원에 의해 상기 반투성 막의 상기 제1 측 상에 제공되는 상기 정수압보다 더 적은, 장치.

구문 3: 구문 1에 있어서, 상기 정수압은 약 50 psi 내지 약 5,000 psi인, 장치.

구문 4. 구문 2에 있어서, 상기 반투성 막의 상기 제1 측에 제공되는 상기 정수압은 약 50 psi 내지 약 5,000 psi이고 상기 반투성 막의 상기 제2 측에 제공되는 상기 정수압은 약 0 psi 내지 약 500 psi인, 장치.

구문 5: 구문 1에 있어서, 상기 제1 공급 용액원은 상기 제1 용액 스트림을 상기 반투성 막의 상기 제1 측에 제1 정수압으로 공급하도록 구성되고 상기 제2 공급 용액원은 상기 제2 용액 스트림을 상기 반투성 막의 상기 제2 측에 제2 정수압으로 공급하도록 구성되되, 상기 제1 정수압은 상기 제2 정수압보다 더 큰, 장치.

구문 6: 구문 5에 있어서, 상기 제1 정수압은 약 50 psi 내지 약 5,000 psi이고 상기 제2 정수압은 약 0 psi 내지 약 500 psi인, 장치.

구문 7: 구문 1 내지 6 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제1 용질 농도는 상기 제2 용질 농도 이상인, 장치.

구문 8: 구문 1 내지 6 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제1 용질 농도는 상기 제2 용질 농도와 거의 동등한, 장치.

구문 9: 구문 1 내지 8 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제2 용질 농도는 약 500 ppm보다 더 큰, 장치.

구문 10: 구문 1 내지 9 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제2 공급 용액 스트림은 분당 약 200 그램 용질 내지 분당 약 2000 그램 용질의 유량을 포함하는, 장치.

구문 11: 구문 1 내지 10 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제1 삼투압 대 상기 제2 삼투압의 비는 약 1 내지 약 5인, 장치.

구문 12: 구문 1 내지 11 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제1 삼투압은 제2 삼투압과 거의 동등한, 장치.

구문 13: 구문 1 내지 12 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제2 삼투압은 상기 제1 공급 용액 스트림으로부터 상기 반투성 막을 통해 상기 제2 공급 용액 스트림으로 지나는 용매에 의해 농축된 제1 공급 용액 스트림 및 희석된 제2 공급 용액 스트림을 생성하는 데 요구되는 상기 정수압을 감소시키기에 충분한, 장치.

구문 14. 구문 1 내지 13 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제1 공급 용액 스트림은 제1 용질 및 제1 용매를 포함하고 상기 제2 공급 용액 스트림은 제2 용질 및 제2 용매를 포함하며, 적어도 상기 제2 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 장치.

구문 15: 구문 14에 있어서, 적어도 상기 제2 용매는 물인, 장치.

구문 16. 구문 15에 있어서, 상기 제2 용질은 알코올, 디옥산, 아세톤, 테트라히드로푸란(THF), 디메틸 포름아미드(DMF), 및 디메틸 술폭시드(DMSO)로 이루어진 군으로부터 선택되는, 장치.

구문 17. 구문 14에 있어서, 상기 제2 용질은 소듐 클로라이드(NaCl), 포타슘 클로라이드(KCl), 마그네슘 클로라이드(MgCl₂), 마그네슘 카보네이트(MgCO₃), 마그네슘 설페이트(MgS0₄), 칼슘 클로라이드(CaCl₂), 칼슘 설페이트(CaS0₄), 칼슘 카보네이트 (CaCO₃), 포타슘 아세테이트(KAc), 및 칼슘 마그네슘 아세테이트(CaMgAc)로 이루어진 군으로부터 선택되는, 장치.

구문 18. 구문 14에 있어서, 상기 제2 용질은 당, 에틸렌 옥사이드(EO), 프로필렌 옥사이드(PO), 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리(아크릴 산), 폴리(비닐 알코올) 폴리(에틸렌 옥사이드), 폴리(비닐 산), 폴리(스티렌설포네이트), 폴리(아크릴아미드)-계 폴리전해질, 폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드), 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드), 폴리(비닐피롤리돈), 폴리(N-이소프로필아크릴아미드), 폴리(알킬아크릴레이트), 폴리알킬아크릴 산, 폴리(2-옥사졸린) 및 폴리에틸렌이민, 이들의 공중합체들 또는 블록 공중합체들, 및 이들의 임의의 조합으로부터 선택되는, 장치.

구문 19. 구문 1 내지 18 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제1 공급 용액원은 고압 펌프, 역삼투 시스템, 정삼투 시스템, OsARO 모듈, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 장치.

구문 20. 구문 1 내지 19 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제2 공급 용액원은 펌프, 역삼투 시스템, OsARO 모듈, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 장치.

구문 21: 구문 1 내지 20 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제2 공급 용액 스트림은 일정한 흐름 용질 스트림인, 장치.

구문 22. 구문 1 내지 21 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 투과 용액은 제3 삼투압을 갖고, 상기 제2 삼투압이 상기 제3 삼투압보다 더 큰, 장치.

구문 23: 구문 1 내지 22 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제1 공급 용액원 및 상기 제2 공급 용액원은 용매가 상기 반투성 막의 상기 제1 측으로부터 상기 제2 측으로 지나가게 하기에 충분한 상기 제1 정수압 및 상기 제2 정수압 간 압력차를 발생시키도록 구성되되, 상기 제1 공급 용액원 및 상기 제2 공급 용액원은 상기 압력차를 상기 제2 삼투압의 함수에 따라 달라지게 하도록 더 구성되는, 장치.

구문 24: 구문 1 내지 23 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제1 공급 용액 스트림은 오염된 용액을 포함하고, 상기 제2 공급 용액 스트림은 상기 오염된 용액의 적어도 일 부분을 포함하는, 장치.

구문 25. 구문 1 내지 24 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제1 공급 용액원 및 상기 제2 공급 용액원은 각각 동일한 상기 오염된 용액의 부분들은 상기 반투성 막의 상기 제1 측 및 상기 제2 측 중 각각의 측에 제공하도록 구성되는, 장치.

구문 26. 구문 1 내지 25 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제1 공급 용액원은 농축된 상기 제1 공급 용액 스트림, 또는 그것의 일 부분을 상기 반투성 막의 상기 제1 측으로 재순환시키도록 더 구성되는, 장치.

구문 27: 구문 1 내지 26 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제2 공급 용액원은 농축된 상기 제1 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 상기 반투성 막의 상기 제2 측으로 제공하도록 구성되는, 장치.

구문 28: 장치로서, 제1 공급 용액원; 제2 공급 용액원; 및 제1 공급 용액원 및 제2 공급 용액원과 유체 결합되는 적어도 하나의 모듈로서, 상기 적어도 하나의 모듈은: 제1 챔버 및 제2 챔버; 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이 계면에 배치되는 반투성 막으로서, 상기 제1 챔버와 유체 연통하는 제1 측 및 상기 제2 챔버와 유체 연통하는 제2 측을 갖는, 상기 반투성 막을 포함하는, 상기 적어도 하나의 모듈을 포함하되; 상기 제1 챔버는 상기 제1 공급 용액원으로부터 제1 공급 용액 스트림을 수용하도록 구성되고 상기 제2 챔버는 상기 제2 공급 용액원으로부터 제2 공급 용액 스트림을 수용하도록 구성되고, 상기 제1 공급 용액 스트림은 제1 용질 농도 및 제1 삼투압을 갖고, 상기 제2 용액 스트림은 제2 용질 농도 및 제2 삼투압을 갖되, 상기 제1 삼투압은 상기 제2 삼투압 이상이며; 그리고 상기 제1 공급 용액원은 상기 제1 챔버로부터 상기 반투성 막을 통해 상기 제2 챔버로 지나는 용매에 의해 농축된 제1 공급 용액 스트림 및 희석된 제2 공급 용액 스트림을 생성하기 위해 상기 제1 챔버에 정수압을 제공하도록 구성되는, 장치.

구문 29: 구문 28에 있어서, 정삼투(FO) 구성요소 및 역삼투(RO) 구성요소를 더 포함하며, 각 구성요소는 상기 적어도 하나의 모듈과 유체 결합되는, 장치.

구문 30: 구문 28 또는 29에 있어서, 상기 제1 챔버는 상기 제1 공급 용액원으로부터 상기 제1 공급 용액 스트림을 수용하도록 구성된 제1 유입 포트를 포함하고 상기 제2 챔버는 상기 제2 공급 용액원으로부터 제2 공급 용액 스트림을 수용하도록 구성된 제2 유입 포트를 포함하는, 장치.

구문 31: 구문 28 내지 30 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제1 공급 용액원은 역삼투(RO) 구성요소를 포함하고, 상기 RO 구성요소는 RO 공급 용액 스트림으로부터 투과 용액 및 농축된 RO 공급 용액 스트림을 생성하되, 상기 제1 공급 용액 스트림은 상기 농축된 RO 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 포함하는, 장치.

구문 32: 구문 31에 있어서, 상기 제2 공급 용액원은 상기 RO 구성요소를 포함하고, 상기 제2 용액 스트림은 상기 농축된 RO 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 포함하는, 장치.

구문 33 : 구문 29 내지 32 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제2 챔버는 상기 희석된 제2 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 상기 RO 구성요소에 전달하도록 구성되고, 상기 RO 구성요소는 상기 제2 챔버로부터 상기 희석된 제2 공급 용액 스트림의 상기 적어도 일 부분을 수용하도록 구성되며, 상기 RO 공급 용액 스트림은 상기 희석된 제2 공급 용액 스트림을 적어도 부분적으로 포함하는, 장치.

구문 34 : 구문 28에 있어서, 상기 RO 구성요소 및 상기 적어도 하나의 모듈과 유체 결합되는 정삼투(FO) 구성요소를 더 포함하고, 상기 FO 구성요소는 유입 용액 FO 공급 용액 스트림으로부터 희석된 유입 용액 및 농축된 공급 용액을 생성하도록 구성되되, 상기 적어도 하나의 모듈의 상기 제1 챔버는 생성된 상기 농축된 제1 공급 용액 스트림을 상기 FO 구성요소에 전달하도록 구성되고, 상기 FO 구성요소는 상기 적어도 하나의 모듈의 상기 제1 챔버로부터 상기 농축된 제1 공급 용액 스트림을 수용하고 상기 농축된 제1 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 상기 유입 용액으로 사용하도록 구성되는, 장치.

구문 35 : 구문 34에 있어서, 상기 FO 구성요소는 상기 희석된 유입 용액을 상기 RO 구성요소로 전달하도록 구성되고, 상기 RO 구성요소는 상기 FO 구성요소로부터 상기 희석된 유입 용액 스트림을 수용하고 상기 희석된 유입 용액 스트림의 적어도 일 부분을 상기 RO 공급 용액 스트림으로 사용하도록 구성되는, 장치.

구문 36: 구문 28 내지 35 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제2 공급 용액원은 상기 반투성 막의 상기 제2 측 상에 정수압을 제공하도록 구성되고, 상기 반투성 막의 상기 제2 측 상에 제공되는 상기 정수압은 상기 제1 공급 용액원에 의해 상기 반투성 막의 상기 제1 측 상에 제공되는 상기 정수압보다 더 적은, 장치.

구문 37: 구문 28 내지 35 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 정수압은 약 50 psi 내지 약 5,000 psi인, 장치.

구문 38. 구문 36에 있어서, 상기 반투성 막의 상기 제1 측에 제공되는 상기 정수압은 약 50 psi 내지 약 5,000 psi이고 상기 반투성 막의 상기 제2 측에 제공되는 상기 정수압은 약 0 psi 내지 약 500 psi인, 장치.

구문 39: 구문 28 내지 35 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제1 공급 용액원은 상기 제1 용액 스트림을 상기 반투성 막의 상기 제1 측에 제1 정수압으로 공급하도록 구성되고 상기 제2 공급 용액원은 상기 제2 용액 스트림을 상기 반투성 막의 상기 제2 측에 제2 정수압으로 공급하도록 구성되되, 상기 제1 정수압은 상기 제2 정수압보다 더 큰, 장치.

구문 40: 구문 39에 있어서, 상기 제1 정수압은 약 50 psi 내지 약 5,000 psi이고 상기 제2 정수압은 약 0 psi 내지 약 500 psi인, 장치.

구문 41: 구문 28 내지 40 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제1 용질 농도는 상기 제2 용질 농도 이상인, 장치.

구문 42: 구문 28 내지 40 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제1 용질 농도는 상기 제2 용질 농도와 거의 동등한, 장치.

구문 43: 구문 28 내지 42 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제2 용질 농도는 약 500 ppm보다 더 큰, 장치.

구문 44: 구문 28 내지 43 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제2 공급 용액 스트림은 분당 약 200 그램 용질 내지 분당 약 2000 그램 용질의 유량을 포함하는, 장치.

구문 45: 구문 28 내지 44 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제1 삼투압 대 상기 제2 삼투압의 비는 약 1 내지 약 5인, 장치.

구문 46: 구문 28 내지 45 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제1 삼투압은 제2 삼투압과 거의 동등한, 장치.

구문 47: 구문 28 내지 46 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제2 삼투압은 상기 제1 공급 용액 스트림으로부터 상기 반투성 막을 통해 상기 제2 공급 용액 스트림으로 지나는 용매에 의해 농축된 제1 공급 용액 스트림 및 희석된 제2 공급 용액 스트림을 생성하는 데 요구되는 상기 정수압을 감소시키기에 충분한, 장치.

구문 48. 구문 28 내지 47 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제1 공급 용액 스트림은 제1 용질 및 제1 용매를 포함하고 상기 제2 공급 용액 스트림은 제2 용질 및 제2 용매를 포함하며, 적어도 상기 제2 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 장치.

구문 49: 구문 48에 있어서, 적어도 상기 제2 용매는 물인, 장치.

구문 50. 구문 49에 있어서, 상기 제2 용질은 알코올, 디옥산, 아세톤, 테트라히드로푸란(THF), 디메틸 포름아미드(DMF), 및 디메틸 술폭시드(DMSO)로 이루어진 군으로부터 선택되는, 장치.

구문 51. 구문 48에 있어서, 상기 제2 용질은 소듐 클로라이드(NaCl), 포타슘 클로라이드(KCl), 마그네슘 클로라이드(MgCl₂), 마그네슘 카보네이트(MgCO₃), 마그네슘 설페이트(MgS0₄), 칼슘 클로라이드(CaCl₂), 칼슘 설페이트(CaS0₄), 칼슘 카보네이트(CaCO₃), 포타슘 아세테이트(KAc), 및 칼슘 마그네슘 아세테이트(CaMgAc)로 이루어진 군으로부터 선택되는, 장치.

구문 52. 구문 48에 있어서, 상기 제2 용질은 당, 에틸렌 옥사이드(EO), 프로필렌 옥사이드(PO), 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리(아크릴 산), 폴리(비닐 알코올) 폴리(에틸렌 옥사이드), 폴리(비닐 산), 폴리(스티렌설포네이트), 폴리(아크릴아미드)-계 폴리전해질, 폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드), 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드), 폴리(비닐피롤리돈), 폴리(N-이소프로필아크릴아미드), 폴리(알킬아크릴레이트), 폴리알킬아크릴 산, 폴리(2-옥사졸린) 및 폴리에틸렌이민, 이들의 공중합체들 또는 블록 공중합체들, 및 이들의 임의의 조합으로부터 선택되는, 장치.

구문 53. 구문 28 내지 52 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제1 공급 용액원은 고압 펌프, 역삼투 시스템, 정삼투 시스템, OsARO 모듈, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 장치.

구문 54. 구문 28 내지 53 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제2 공급 용액원은 펌프, 역삼투 시스템, OsARO 모듈, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 장치.

구문 55: 구문 28 내지 54 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제2 공급 용액 스트림은 일정한 흐름 용질 스트림인, 장치.

구문 56 : 용매 및 용질을 포함하는 오염된 용액에서의 용질을 농축시키기 위한 방법으로서, 제1 측 및 제2 측을 갖는 반투성 막을 제공하는 단계; 제1 용질 농도 및 제1 삼투압을 갖는 제1 공급 용액 스트림을 상기 반투성 막의 상기 제1 측 상에 도입시키는 단계; 제2 용질 농도 및 제2 삼투압을 갖는 제2 공급 용액 스트림을 상기 반투성 막의 상기 제2 측에 도입시키는 단계로서, 상기 제1 삼투압이 상기 제2 삼투압 이상인, 상기 제2 공급 용액 스트림을 도입시키는 단계; 용매가 상기 반투성 막의 상기 제1 측으로부터 상기 반투성 막의 상기 제2 측으로 지남으로써 농축된 제1 공급 용액 스트림 및 희석된 제2 공급 용액 스트림을 생성하도록 상기 반투성 막의 상기 제1 측 상에 정수압을 가하는 단계를 포함하는, 방법.

구문 57 : 구문 56에 있어서, 상기 반투성 막의 상기 제1 측 상에 정수압을 가하는 단계는 상기 반투성 막의 상기 제1 측에 정수압을 가하기 위해 고압 펌프를 통해, 상기 반투성 막의 상기 제1 측에 상기 제1 공급 용액을 전달하는 단계를 포함하는, 방법.

구문 58 : 구문 56 또는 57에 있어서, 상기 반투성 막의 상기 제2 측에 상기 제2 공급 용액을 전달함으로써 상기 반투성 막의 상기 제2 측 상에 정수압을 가하는 단계를 더 포함하되, 상기 반투성 막의 상기 제2 측 상에 가해지는 상기 정수압은 상기 반투성 막의 상기 제1 측 상에 가해지는 상기 정수압보다 더 적은, 방법.

구문 59 : 구문 56 내지 58 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 반투성 막의 상기 제1 측 상에 정수압을 가하는 단계는 약 50 psi 내지 약 5,000 psi를 포함하는, 방법.

구문 60 : 구문 58 또는 59에 있어서, 상기 반투성 막의 상기 제1 측 상에 가해지는 상기 정수압은 약 50 psi 내지 약 5,000 psi이고 상기 반투성 막의 상기 제2 측 상에 가해지는 상기 정수압은 약 0 psi 내지 약 500 psi인, 방법.

구문 61: 구문 56 내지 60 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제1 용질 농도는 상기 제2 용질 농도 이상인, 방법.

구문 62: 구문 56 내지 61 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제1 용질 농도는 상기 제2 용질 농도와 거의 동일한, 방법.

구문 63: 구문 56 내지 62 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제2 용질 농도는 약 500 ppm보다 더 큰, 방법.

구문 64: 구문 56 내지 63 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제2 공급 용액 스트림은 분당 약 200 그램 용질 내지 분당 약 2000 그램 용질의 유량을 포함하는, 방법.

구문 65: 구문 56 내지 64 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제1 삼투압 대 상기 제2 삼투압의 비는 약 1 내지 약 5인, 방법.

구문 66: 구문 56 내지 65 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제1 삼투압은 제2 삼투압과 거의 동등한, 장치.

구문 67: 구문 56 내지 66 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제2 삼투압은 상기 제1 공급 용액 스트림으로부터 상기 반투성 막을 통해 상기 제2 공급 용액 스트림으로 지나는 용매에 의해 농축된 제1 공급 용액 스트림 및 희석된 제2 공급 용액 스트림을 생성하는 데 요구되는 상기 정수압을 감소시키기에 충분한, 방법.

구문 68. 구문 56 내지 67 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제1 공급 용액 스트림은 제1 용질 및 제1 용매를 포함하고 상기 제2 공급 용액 스트림은 제2 용질 및 제2 용매를 포함하며, 적어도 상기 제2 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.

구문 69: 구문 68에 있어서, 적어도 상기 제2 용매는 물인, 방법.

구문 70 : 구문 69에 있어서, 상기 제2 용질은 알코올, 디옥산, 아세톤, 테트라히드로푸란(THF), 디메틸 포름아미드(DMF), 디메틸 술폭시드(DMSO), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.

구문 71. 구문 68에 있어서, 상기 제2 용질은 소듐 클로라이드(NaCl), 포타슘 클로라이드(KCl), 마그네슘 클로라이드(MgCl₂), 마그네슘 카보네이트(MgCO₃), 마그네슘 설페이트(MgS0₄), 칼슘 클로라이드(CaCl₂), 칼슘 설페이트(CaS0₄), 칼슘 카보네이트(CaCO₃), 포타슘 아세테이트(KAc), 칼슘 마그네슘 아세테이트(CaMgAc), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.

구문 72. 구문 68에 있어서, 상기 제2 용질은 당, 에틸렌 옥사이드(EO), 프로필렌 옥사이드(PO), 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리(아크릴 산), 폴리(비닐 알코올) 폴리(에틸렌 옥사이드), 폴리(비닐 산), 폴리(스티렌설포네이트), 폴리(아크릴아미드)-계 폴리전해질, 폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드), 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드), 폴리(비닐피롤리돈), 폴리(N-이소프로필아크릴아미드), 폴리(알킬아크릴레이트), 폴리알킬아크릴 산, 폴리(2-옥사졸린) 및 폴리에틸렌이민, 이들의 공중합체들 또는 블록 공중합체들, 및 이들의 임의의 조합으로부터 선택되는, 방법.

구문 73 : 구문 56 내지 72 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제2 공급 용액 스트림을 상기 반투성 막의 상기 제2 측 상에 도입시키는 단계는 상기 제2 공급 용액 스트림을 상기 반투성 막의 상기 제2 측 상에 연속적으로 흘리는 단계를 포함하는, 방법.

구문 74 : 구문 56 내지 73 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제1 공급 용액 스트림을 상기 반투성 막의 상기 제1 측 상에 도입시키는 단계는 상기 제1 공급 용액 스트림을 고압 펌프로부터 흘리는 단계를 포함하는, 방법.

구문 75 : 구문 56 내지 74 중 어느 한 구문에 있어서, 정삼투(FO) 구성요소의 유입 용액으로 사용될 상기 농축된 제1 공급 용액을 상기 FO 구성요소에 공급하는 단계를 더 포함하는, 방법.

구문 76 : 구문 56 내지 75 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 농축된 제1 공급 용액을 사용하여 FO 구성요소에서 상기 유입 용액을 재생시키는 단계를 더 포함하는, 방법.

구문 77 : 구문 56 내지 76 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 정수압을 감소시키기 위한 상기 제2 삼투압을 선택하는 단계를 더 포함하는, 방법.

구문 78 : 구문 56 내지 76 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제2 삼투압은 상기 용매가 상기 반투성 막의 상기 제1 측으로부터 상기 제2 측으로 지나게 하는 데 필요한 상기 정수압을 감소시키도록 선택되는 미리 결정된 삼투압인, 방법.

구문 79. 구문 56 내지 78 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 투과 용액은 제3 삼투압을 갖고, 상기 제2 삼투압이 상기 제3 삼투압보다 더 큰, 방법.

구문 80 : 구문 56 내지 79 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 정수압을 감소시키기 위한 상기 제2 삼투압을 상기 상기 투과 용액의 상기 삼투압보다 더 크게 선택하는 단계를 더 포함하는, 방법.

구문 81: 구문 56 내지 80 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 제1 공급 용액 스트림 및 상기 제2 공급 용액 스트림 양자는 동일한 오염된 용액의 적어도 일 부분을 포함하는, 방법.

구문 82 : 구문 56 내지 81 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 농축된 제1 공급 용액 스트림, 또는 그것의 일 부분을 상기 반투성 막의 상기 제1 측으로 재순환시키는 단계를 더 포함하는, 방법.

구문 83 : 구문 56 내지 82 중 어느 한 구문에 있어서, 상기 농축된 제1 공급 용액 스트림의 일 부분을 상기 반투성 막의 상기 제2 측으로 재순환시키는 단계를 더 포함하는, 방법.

구문 84 : 용매 및 용질을 포함하는 용액에서의 용질을 농축시키기 위한 방법으로서, 제1 공급 용액원 및 제2 공급 용액원과 유체 결합되는 제1 모듈을 제공하는 단계로서, 상기 제1 모듈은: 제1 챔버 및 제2 챔버; 및 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이 계면에 배치되는 반투성 막으로서, 상기 제1 챔버와 유체 연통하는 제1 측 및 상기 제2 챔버와 유체 연통하는 제2 측을 갖는, 상기 반투성 막을 포함하는, 상기 제1 모듈을 제공하는 단계; 상기 제1 공급 용액원으로부터, 제1 공급 용액 스트림을 상기 제1 챔버로 그리고 상기 반투성 막의 상기 제1 측 상에 도입시키는 단계로서, 상기 제1 공급 용액 스트림은 제1 용질 농도 및 제1 삼투압을 갖는, 상기 제1 공급 용액 스트림을 도입시키는 단계; 상기 제2 공급 용액원으로부터, 제2 공급 용액 스트림을 상기 제2 챔버로 그리고 상기 반투성 막의 상기 제2 측 상에 도입시키는 단계로서, 상기 제2 공급 용액 스트림은 제2 용질 농도 및 제2 삼투압을 갖되, 상기 제1 삼투압이 상기 제2 삼투압 이상인, 상기 제2 공급 용액 스트림을 도입시키는 단계; 용매가 상기 반투성 막의 상기 제1 측으로부터 상기 반투성 막의 상기 제2 측으로 지남으로써 상기 제1 챔버에 농축된 제1 공급 용액 스트림을 그리고 상기 제2 챔버에 희석된 제2 공급 용액 스트림을 생성하도록 상기 반투성 막의 상기 제1 측 상에 정수압을 가하는 단계를 포함하는, 방법.

구문 85 : 구문 84에 있어서, 상기 제1 모듈 및 제4 공급 용액원과 유체 결합되는 제2 모듈을 제공하는 단계로서, 상기 제2 모듈은: 제1 챔버 및 제2 챔버; 및 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이 계면에 배치되는 반투성 막으로서, 상기 제1 챔버와 유체 연통하는 제1 측 및 상기 제2 챔버와 유체 연통하는 제2 측을 갖는, 상기 반투성 막을 포함하는, 상기 제2 모듈을 제공하는 단계; 제3 공급 용액 스트림을 상기 제1 모듈의 상기 제1 챔버로부터 상기 제2 모듈의 상기 제1 챔버로 도입시키는 단계로서, 상기 제3 공급 용액 스트림은 상기 농축된 제1 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 포함하고 제3 용질 농도 및 제3 삼투압을 갖는, 상기 제3 공급 용액 스트림을 도입시키는 단계; 제4 공급 용액 스트림을 상기 제4 공급 용액원으로부터 상기 제2 모듈의 상기 제2 챔버로 그리고 상기 반투성 막의 상기 제2 측 상에 도입시키는 단계로서, 상기 제4 공급 용액 스트림은 제4 용질 농도 및 제4 삼투압을 갖되, 상기 제3 삼투압이 상기 제4 삼투압 이상인, 상기 제4 공급 용액 스트림을 도입시키는 단계; 용매가 상기 반투성 막의 상기 제1 측으로부터 상기 반투성 막의 상기 제2 측으로 지남으로써 상기 제2 모듈의 상기 제1 챔버에 농축된 제3 공급 용액 스트림을 그리고 상기 제2 모듈의 상기 제2 챔버에 희석된 제4 공급 용액 스트림을 생성하도록 상기 제2 모듈의 상기 반투성 막의 상기 제1 측 상에 정수압을 가하는 단계를 더 포함하는, 방법.

구문 86 : 구문 85에 있어서, 상기 제4 용질 농도는 상기 제2 용질 농도보다 더 큰, 방법.

구문 87 : 구문 86에 있어서, 상기 제4 공급원은 상기 제1 모듈의 상기 제1 챔버를 포함하고, 상기 제4 공급 용액 스트림은 상기 농축된 제1 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 포함하는, 방법.

구문 88 : 용매를 정화하기 위한 방법으로서, 역삼투(RO) 구성요소 및 모듈과 유체 결합되는 정삼투(FO) 구성요소를 제공하는 단계로서, 상기 모듈은: 상기 RO 구성요소 및 상기 FO 구성요소와 유체 결합되는 제1 챔버, 및 상기 RO 구성요소와 유체 결합되는 제2 챔버; 및 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이 계면에 배치되는 반투성 막으로서, 상기 제1 챔버와 유체 연통하는 제1 측 및 상기 제2 챔버와 유체 연통하는 제2 측을 갖는, 상기 반투성 막을 포함하는, 상기 FO 구성요소를 제공하는 단계; 오염된 FO 공급 용액 스트림을 상기 FO 구성요소에 도입시키는 단계로서, 상기 FO 구성요소는 유입 용액을 갖되, 상기 오염된 FO 공급 용액 스트림은 하나 이상의 용질로 오염된 용매를 포함하는, 상기 오염된 FO 공급 용액 스트림을 도입시키는 단계; 상기 FO 구성요소가 상기 오염된 FO 공급 용액 스트림으로부터 농축된 FO 공급 용액 스트림 및 희석된 유입 용액을 생성하게 하는 단계; RO 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 형성시키기 위한 상기 희석된 유입 용액을 상기 RO 구성요소로 도입시키는 단계; 상기 RO 구성요소가 상기 RO 공급 용액 스트림으로부터 투과 용액 및 농축된 RO 공급 용액 스트림을 생성하게 하는 단계로서, 상기 투과 용액은 정제된 용매를 포함하는, 상기 투과 용액 및 농축된 RO 공급 용액 스트림을 생성하게 하는 단계; 상기 RO 구성요소로부터, 제1 공급 용액 스트림을 상기 모듈의 상기 제1 챔버로 그리고 상기 반투성 막의 상기 제1 측 상에 도입시키는 단계로서, 상기 제1 공급 용액 스트림은 상기 농축된 RO 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 포함하고 제1 용질 농도 및 제1 삼투압을 갖는, 상기 제1 공급 용액 스트림을 도입시키는 단계; 상기 RO 구성요소로부터, 제2 공급 용액 스트림을 상기 모듈의 상기 제2 챔버로 그리고 상기 반투성 막의 상기 제2 측 상에 도입시키는 단계로서, 상기 제2 공급 용액 스트림은 상기 농축된 RO 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 포함하고 제2 용질 농도 및 제2 삼투압을 갖되, 상기 제1 삼투압은 상기 제2 삼투압 이상인, 상기 제2 공급 용액 스트림을 도입시키는 단계; 용매가 상기 반투성 막의 상기 제1 측으로부터 상기 반투성 막의 상기 제2 측으로 지남으로써 상기 제1 챔버에 농축된 제1 공급 용액 스트림을 그리고 상기 제2 챔버에 희석된 제2 공급 용액 스트림을 생성하도록 상기 반투성 막의 상기 제1 측 상에 정수압을 가하는 단계; 상기 모듈의 상기 제2 챔버로부터, RO 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 형성시키기 위한 상기 희석된 제2 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 상기 RO 구성요소로 도입시키는 단계; 상기 모듈의 상기 제1 챔버로부터, 상기 유입 용액의 적어도 일 부분을 형성시키기 위한 상기 농축된 제1 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 상기 FO 구성요소로 도입시키는 단계를 포함하는, 방법.

구문 89: 시스템으로서, 제1 공급 용액원; 제2 공급 용액원; 및 적어도 하나의 모듈로서, 각 모듈은: 제1 챔버 및 제2 챔버; 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이 계면에 배치되는 반투성 막으로서, 상기 제1 챔버와 유체 연통하는 제1 측 및 상기 제2 챔버와 유체 연통하는 제2 측을 갖는, 상기 반투성 막을 포함하는, 상기 적어도 하나의 모듈을 포함하되; 상기 제1 챔버는 상기 제1 공급 용액원으로부터 제1 공급 용액 스트림을 수용하도록 구성되고 상기 제2 챔버는 상기 제2 공급 용액원으로부터 제2 공급 용액 스트림을 수용하도록 구성되고, 상기 제1 공급 용액 스트림은 제1 용질 농도 및 제1 삼투압을 갖고, 상기 제2 용액 스트림은 제2 용질 농도 및 제2 삼투압을 갖되, 상기 제1 삼투압은 상기 제2 삼투압 이상이며; 그리고 상기 제1 공급 용액원은 상기 제1 챔버로부터 상기 반투성 막을 통해 상기 제2 챔버로 지나는 용매에 의해 농축된 제1 공급 용액 스트림 및 희석된 제2 공급 용액 스트림을 생성하기 위해 상기 제1 챔버에 정수압을 제공하도록 구성되는, 시스템.

구문 90 : 구문 89에 있어서, 복수의 모듈을 더 포함하되, 각 모듈의 제1 챔버는 적어도 하나의다른 모듈의 상기 제1 챔버와 유체 결합되는, 시스템.

구문 91 : 구문 89 또는 90에 있어서, 제1 모듈 및 제2 모듈을 더 포함하고, 상기 제1 모듈의 상기 제1 챔버는 상기 제2 모듈의 상기 제1 챔버와 유체 결합되고, 상기 제2 모듈의 상기 제1 모듈은 상기 제1 모듈의 상기 제1 챔버로부터 상기 농축된 제1 공급 용액 스트림을 수용하도록 구성되는, 시스템.

구문 92 : 구문 91에 있어서, 상기 제1 모듈의 상기 제1 챔버는 상기 제1 공급 용액원으로부터 상기 제1 공급 용액 스트림을 수용하도록 구성된 제1 유입 포트 및 제1 출구 포트를 포함하고, 상기 제2 모듈의 상기 제1 챔버는 상기 제1 출구 포트에 유체 결합되는 제2 유입 포트를 포함하며, 상기 제2 유입 포트는 상기 제1 모듈의 상기 제1 챔버로부터 상기 농축된 제1 공급 용액 스트림을 수용하도록 구성되는, 시스템.

구문 93 : 구문 92에 있어서, 상기 제2 모듈의 상기 제2 챔버는 상기 제1 모듈의 상기 제2 챔버와 유체 결합되고, 상기 제2 모듈의 상기 제2 챔버는 상기 제1 모듈의 상기 제2 챔버로부터 상기 희석된 제2 공급 용액을 수용하도록 구성되는, 시스템.

구문 94 : 구문 93에 있어서, 상기 제2 모듈의 적어도 상기 제2 챔버와 유체 결합 정삼투(FO) 구성요소를 더 포함하고, 상기 FO 구성요소는 유입 용액 및 FO 공급 용액 스트림으로부터 희석된 유입 용액 및 농축된 공급 용액을 생성하도록 구성되되, 상기 제2 모듈의 상기 제2 챔버는 상기 FO 구성요소로부터 상기 희석된 유입 용액을 수용하고 상기 희석된 유입 용액을 상기 제2 공급 용액의 적어도 일 부분으로 사용하도록 구성되는, 시스템.

구문 95 : 구문 89에 있어서, 상기 제1 공급 용액원은 역삼투(RO) 구성요소를 포함하고, 상기 RO 구성요소는 RO 공급 용액 스트림으로부터 투과 용액 및 농축된 RO 공급 용액 스트림을 생성하되, 상기 제1 공급 용액 스트림은 상기 농축된 RO 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 포함하는, 시스템.

구문 96 : 구문 95에 있어서, 상기 제2 공급 용액원은 상기 RO 구성요소를 포함하고, 상기 제2 용액 스트림은 상기 농축된 RO 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 포함하는, 시스템.

구문 97 : 구문 96에 있어서, 상기 제2 챔버는 상기 희석된 제2 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 상기 RO 구성요소에 전달하도록 구성되고, 상기 RO 구성요소는 상기 제2 챔버로부터 상기 희석된 제2 공급 용액 스트림의 상기 적어도 일 부분을 수용하도록 구성되며, 상기 RO 공급 용액 스트림은 상기 희석된 제2 공급 용액 스트림을 적어도 부분적으로 포함하는, 시스템.

구문 98 : 구문 97에 있어서, 상기 RO 구성요소 및 상기 적어도 하나의 모듈과 유체 결합되는 정삼투(FO) 구성요소를 더 포함하고, 상기 FO 구성요소는 유입 용액 FO 공급 용액 스트림으로부터 희석된 유입 용액 및 농축된 공급 용액을 생성하도록 구성되되, 상기 적어도 하나의 모듈의 상기 제1 챔버는 생성된 상기 농축된 제1 공급 용액 스트림을 상기 FO 구성요소에 전달하도록 구성되고, 상기 FO 구성요소는 상기 적어도 하나의 모듈의 상기 제1 챔버로부터 상기 농축된 제1 공급 용액 스트림을 수용하고 상기 농축된 제1 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 상기 유입 용액으로 사용하도록 구성되는, 시스템.

구문 99 : 구문 98에 있어서, 상기 FO 구성요소는 상기 희석된 유입 용액을 상기 RO 구성요소로 전달하도록 구성되고, 상기 RO 구성요소는 상기 FO 구성요소로부터 상기 희석된 유입 용액 스트림을 수용하고 상기 희석된 유입 용액 스트림의 적어도 일 부분을 상기 RO 공급 용액 스트림으로 사용하도록 구성되는, 시스템.

Claims

장치로서,
제1 공급 용액원;
제2 공급 용액원; 및
상기 제1 공급 용액원으로부터 제1 공급 용액 스트림을 수용하도록 구성된 제1 측 및 상기 제2 공급 용액원로부터 제2 공급 용액 스트림을 수용하도록 구성된 제2 측을 포함하는 반투성 막을 포함하고,
상기 제1 공급 용액 스트림은 제1 용질 농도 및 제1 삼투압을 갖고, 상기 제2 공급 용액 스트림은 제2 용질 농도 및 제2 삼투압을 갖되, 상기 제1 삼투압은 상기 제2 삼투압 이상이며; 그리고
상기 제1 공급 용액원은 투과 용액의 형태로, 상기 제1 공급 용액 스트림으로부터 상기 반투성 막을 통해 상기 제2 공급 용액 스트림으로 지나는 용매에 의해 농축된 제1 공급 용액 스트림 및 희석된 제2 공급 용액 스트림을 생성하기 위해 상기 반투성 막의 상기 제1 측에 정수압을 제공하도록 구성되는, 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 투과 용액은 제3 삼투압을 갖고, 상기 제2 삼투압이 상기 제3 삼투압보다 더 큰, 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 공급 용액원은 상기 제1 용액 스트림을 상기 반투성 막의 상기 제1 측에 제1 정수압으로 공급하도록 구성되고 상기 제2 공급 용액원은 상기 제2 용액 스트림을 상기 반투성 막의 상기 제2 측에 제2 정수압으로 공급하도록 구성되되, 상기 제1 정수압은 상기 제2 정수압보다 더 큰, 장치.
청구항 3에 있어서, 상기 제1 정수압은 약 50 psi 내지 약 5,000 psi이고 상기 제2 정수압은 약 0 psi 내지 약 500 psi인, 장치.
청구항 3에 있어서, 상기 제1 공급 용액원 및 상기 제2 공급 용액원은 용매가 상기 반투성 막의 상기 제1 측으로부터 상기 제2 측으로 지나가게 하기에 충분한 상기 제1 정수압 및 상기 제2 정수압 간 압력차를 발생시키도록 구성되되, 상기 제1 공급 용액원 및 상기 제2 공급 용액원은 상기 압력차를 상기 제2 삼투압의 함수에 따라 달라지게 하도록 더 구성되는, 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 용질 농도는 상기 제2 용질 농도와 거의 동등한, 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제2 용질 농도는 약 500 ppm보다 더 큰, 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제2 공급 용액 스트림은 분당 약 200 그램 용질 내지 분당 약 2000 그램 용질의 유량을 포함하는, 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 삼투압은 상기 제2 삼투압과 거의 동등한, 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 공급 용액원은 고압 펌프, 역삼투 시스템, 정삼투 시스템, OsARO 모듈, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제2 공급 용액원은 펌프, 역삼투 시스템, OsARO 모듈, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 공급 용액 스트림은 오염된 용액을 포함하고, 상기 제2 공급 용액 스트림은 상기 오염된 용액의 적어도 일 부분을 포함하는, 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 공급 용액원 및 상기 제2 공급 용액원은 각각 동일한 상기 오염된 용액의 부분들은 상기 반투성 막의 상기 제1 측 및 상기 제2 측 중 각각의 측에 제공하도록 구성되는, 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 공급 용액원은 농축된 상기 제1 공급 용액 스트림, 또는 그것의 일 부분을 상기 반투성 막의 상기 제1 측으로 재순환시키도록 더 구성되는, 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제2 공급 용액원은 농축된 상기 제1 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 상기 반투성 막의 상기 제2 측으로 제공하도록 구성되는, 장치.
용매 및 용질을 포함하는 오염된 용액에서의 용질을 농축시키기 위한 방법으로서,
제1 용질 농도 및 제1 삼투압을 갖는 제1 공급 용액 스트림을 반투성 막의 제1 측 상에 도입시키는 단계;
제2 용질 농도 및 제2 삼투압을 갖는 제2 공급 용액 스트림을 상기 반투성 막의 제2 측에 도입시키는 단계로서, 상기 제1 삼투압이 상기 제2 삼투압 이상인, 상기 제2 공급 용액 스트림을 도입시키는 단계;
용매가 투과 용액의 형태로, 상기 반투성 막의 상기 제1 측으로부터 상기 반투성 막의 상기 제2 측으로 지남으로써 농축된 제1 공급 용액 스트림 및 희석된 제2 공급 용액 스트림을 생성하도록 상기 반투성 막의 상기 제1 측 상에 정수압을 가하는 단계를 포함하는, 방법.
청구항 16에 있어서, 상기 정수압을 감소시키기 위한 상기 제2 삼투압을 선택하는 단계를 더 포함하는, 방법.
청구항 16에 있어서, 상기 제2 삼투압은 상기 용매가 상기 반투성 막의 상기 제1 측으로부터 상기 제2 측으로 지나게 하는 데 필요한 상기 정수압을 감소시키도록 선택되는 미리 결정된 삼투압인, 방법.
청구항 16에 있어서, 상기 투과 용액은 제3 삼투압을 갖고, 상기 제2 삼투압이 상기 제3 삼투압보다 더 큰, 방법.
청구항 16에 있어서, 상기 정수압을 감소시키기 위한 상기 제2 삼투압을 상기 상기 투과 용액의 상기 삼투압보다 더 크게 선택하는 단계를 더 포함하는, 방법.
청구항 16에 있어서, 상기 제1 공급 용액 스트림 및 상기 제2 공급 용액 스트림 양자는 동일한 오염된 용액의 적어도 일 부분을 포함하는, 방법.
청구항 16에 있어서, 상기 농축된 제1 공급 용액 스트림, 또는 그것의 일 부분을 상기 반투성 막의 상기 제1 측으로 재순환시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
청구항 16에 있어서, 상기 농축된 제1 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 상기 반투성 막의 상기 제2 측으로 재순환시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
청구항 16에 있어서, 상기 반투성 막의 상기 제1 측 상에 정수압을 가하는 단계는 상기 반투성 막의 상기 제1 측에 정수압을 가하기 위해 고압 펌프를 통해, 상기 반투성 막의 상기 제1 측에 상기 제1 공급 용액을 전달하는 단계를 포함하는, 방법.
청구항 24에 있어서, 상기 반투성 막의 상기 제2 측에 상기 제2 공급 용액을 전달함으로써 상기 반투성 막의 상기 제2 측 상에 정수압을 가하는 단계를 더 포함하되, 상기 반투성 막의 상기 제2 측 상에 가해지는 상기 정수압은 상기 반투성 막의 상기 제1 측 상에 가해지는 상기 정수압보다 더 적은, 방법.
청구항 25에 있어서, 상기 반투성 막의 상기 제1 측 상에 정수압을 가하는 단계는 약 50 psi 내지 약 5,000 psi를 포함하는, 방법.
청구항 26에 있어서, 상기 반투성 막의 상기 제1 측 상에 가해지는 상기 정수압은 약 50 psi 내지 약 5,000 psi이고 상기 반투성 막의 상기 제2 측 상에 가해지는 상기 정수압은 약 0 psi 내지 약 500 psi인, 방법.
청구항 16에 있어서, 상기 제1 용질 농도는 상기 제2 용질 농도와 거의 동등한, 방법.
청구항 16에 있어서, 상기 제2 용질 농도는 약 500 ppm보다 더 큰, 방법.
청구항 16에 있어서, 상기 제2 공급 용액 스트림은 분당 약 200 그램 용질 내지 분당 약 2000 그램 용질의 유량을 포함하는, 방법.
청구항 16에 있어서, 상기 제1 삼투압은 상기 제2 삼투압과 거의 동등한, 방법.
청구항 16에 있어서, 상기 제1 공급 용액 스트림은 제1 용질 및 제1 용매를 포함하고 상기 제2 공급 용액 스트림은 제2 용질 및 제2 용매를 포함하며, 적어도 상기 제2 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
청구항 32에 있어서, 적어도 상기 제2 용매는 물인, 방법.
청구항 33에 있어서, 상기 제2 용질은 알코올, 디옥산, 아세톤, 테트라히드로푸란(THF), 디메틸 포름아미드(DMF), 디메틸 술폭시드(DMSO), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
청구항 33에 있어서, 상기 제2 용질은 소듐 클로라이드(NaCl), 포타슘 클로라이드(KCl), 마그네슘 클로라이드(MgCl₂), 마그네슘 카보네이트(MgCO₃), 마그네슘 설페이트(MgS0₄), 칼슘 클로라이드(CaCl₂), 칼슘 설페이트(CaS0₄), 칼슘 카보네이트 (CaCO₃), 포타슘 아세테이트(KAc), 칼슘 마그네슘 아세테이트(CaMgAc), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
청구항 33에 있어서, 상기 제2 용질은 당, 에틸렌 옥사이드(EO), 프로필렌 옥사이드(PO), 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리(아크릴 산), 폴리(비닐 알코올) 폴리(에틸렌 옥사이드), 폴리(비닐 산), 폴리(스티렌설포네이트), 폴리(아크릴아미드)-계 폴리전해질, 폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드), 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드), 폴리(비닐피롤리돈), 폴리(N-이소프로필아크릴아미드), 폴리(알킬아크릴레이트), 폴리알킬아크릴 산, 폴리(2-옥사졸린) 및 폴리에틸렌이민, 이들의 공중합체들 또는 블록 공중합체들, 및 이들의 임의의 조합으로부터 선택되는, 방법.
청구항 16에 있어서, 상기 제2 공급 용액 스트림을 상기 반투성 막의 상기 제2 측 상에 도입시키는 단계는 상기 제2 공급 용액 스트림을 상기 반투성 막의 상기 제2 측 상에 연속적으로 흘리는 단계를 포함하는, 방법.
청구항 16에 있어서, 상기 제1 공급 용액 스트림을 상기 반투성 막의 상기 제1 측 상에 도입시키는 단계는 상기 제1 공급 용액 스트림을 고압 펌프로부터 흘리는 단계를 포함하는, 방법.
청구항 16에 있어서, 정삼투(FO) 구성요소의 유입 용액으로 사용될 상기 농축된 제1 공급 용액을 상기 FO 구성요소에 공급하는 단계를 더 포함하는, 방법.
청구항 16에 있어서, 상기 농축된 제1 공급 용액을 사용하여 FO 구성요소에서 상기 유입 용액을 재생시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
용매 및 용질을 포함하는 용액에서의 용질을 농축시키기 위한 방법으로서,
제1 공급 용액원 및 제2 공급 용액원과 유체 결합되는 제1 모듈을 제공하는 단계로서, 상기 제1 모듈은:
제1 챔버 및 제2 챔버; 및
상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이 계면에 배치되는 반투성 막으로서, 상기 제1 챔버와 유체 연통하는 제1 측 및 상기 제2 챔버와 유체 연통하는 제2 측을 갖는, 상기 반투성 막을 포함하는, 상기 제1 모듈을 제공하는 단계;
상기 제1 공급 용액원으로부터, 제1 공급 용액 스트림을 상기 제1 챔버로 그리고 상기 반투성 막의 상기 제1 측 상에 도입시키는 단계로서, 상기 제1 공급 용액 스트림은 제1 용질 농도 및 제1 삼투압을 갖는, 상기 제1 공급 용액 스트림을 도입시키는 단계;
상기 제2 공급 용액원으로부터, 제2 공급 용액 스트림을 상기 제2 챔버로 그리고 상기 반투성 막의 상기 제2 측 상에 도입시키는 단계로서, 상기 제2 공급 용액 스트림은 제2 용질 농도 및 제2 삼투압을 갖되, 상기 제1 삼투압이 상기 제2 삼투압 이상인, 상기 제2 공급 용액 스트림을 도입시키는 단계;
용매가 상기 반투성 막의 상기 제1 측으로부터 상기 반투성 막의 상기 제2 측으로 지남으로써 상기 제1 챔버에 농축된 제1 공급 용액 스트림을 그리고 상기 제2 챔버에 희석된 제2 공급 용액 스트림을 생성하도록 상기 반투성 막의 상기 제1 측 상에 정수압을 가하는 단계를 포함하는, 방법.
청구항 41에 있어서,
상기 제1 모듈 및 제4 공급 용액원과 유체 결합되는 제2 모듈을 제공하는 단계로서, 상기 제2 모듈은:
제1 챔버 및 제2 챔버; 및
상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이 계면에 배치되는 반투성 막으로서, 상기 제1 챔버와 유체 연통하는 제1 측 및 상기 제2 챔버와 유체 연통하는 제2 측을 갖는, 상기 반투성 막을 포함하는, 상기 제1 모듈을 제공하는 단계;
상기 제1 모듈의 상기 제1 챔버로부터, 제3 공급 용액 스트림을 상기 제2 모듈의 상기 제1 챔버로 도입시키는 단계로서, 상기 제3 공급 용액 스트림은 상기 농축된 제1 공급 용액 스트림 의 적어도 일 부분을 포함하고 제3 용질 농도 및 제3 삼투압을 갖는, 상기 제3 공급 용액 스트림을 도입시키는 단계;
상기 제4 공급 용액원으로부터, 제4 공급 용액 스트림을 상기 제2 모듈의 상기 제2 챔버로 그리고 상기 반투성 막의 상기 제2 측 상에 도입시키는 단계로서, 상기 제4 공급 용액 스트림은 제4 용질 농도 및 제4 삼투압을 갖되, 상기 제3 삼투압이 상기 제4 삼투압 이상인, 상기 제4 공급 용액 스트림을 도입시키는 단계;
용매가 상기 반투성 막의 상기 제1 측으로부터 상기 반투성 막의 상기 제2 측으로 지남으로써 상기 제2 모듈의 상기 제1 챔버에 농축된 제3 공급 용액 스트림을 그리고 상기 제2 모듈의 상기 제2 챔버에 희석된 제4 공급 용액 스트림을 생성하도록 상기 제2 모듈의 상기 반투성 막의 상기 제1 측 상에 정수압을 가하는 단계를 더 포함하는, 방법.
청구항 42에 있어서, 상기 제4 용질 농도는 상기 제2 용질 농도보다 더 큰, 방법.
청구항 42에 있어서, 상기 제4 공급원은 상기 제1 모듈의 상기 제1 챔버를 포함하고, 상기 제4 공급 용액 스트림은 상기 농축된 제1 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 포함하는, 방법.
용매를 정화하기 위한 방법으로서,
역삼투(RO) 구성요소 및 모듈과 유체 결합되는 정삼투(FO) 구성요소를 제공하는 단계로서, 상기 모듈은:
상기 RO 구성요소 및 상기 FO 구성요소와 유체 결합되는 제1 챔버, 및 상기 RO 구성요소와 유체 결합되는 제2 챔버; 및
상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이 계면에 배치되는 반투성 막으로서, 상기 제1 챔버와 유체 연통하는 제1 측 및 상기 제2 챔버와 유체 연통하는 제2 측을 갖는, 상기 반투성 막을 포함하는, 상기 FO 구성요소를 제공하는 단계;
오염된 FO 공급 용액 스트림을 상기 FO 구성요소에 도입시키는 단계로서, 상기 FO 구성요소는 유입 용액을 갖되, 상기 오염된 FO 공급 용액 스트림은 하나 이상의 용질로 오염된 용매를 포함하는, 상기 오염된 FO 공급 용액 스트림을 도입시키는 단계;
상기 FO 구성요소가 상기 오염된 FO 공급 용액 스트림으로부터 농축된 FO 공급 용액 스트림 및 희석된 유입 용액을 생성하게 하는 단계;
RO 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 형성시키기 위한 상기 희석된 유입 용액을 상기 RO 구성요소로 도입시키는 단계;
상기 RO 구성요소가 상기 RO 공급 용액 스트림으로부터 투과 용액 및 농축된 RO 공급 용액 스트림을 생성하게 하는 단계로서, 상기 투과 용액은 정제된 용매를 포함하는, 상기 투과 용액 및 농축된 RO 공급 용액 스트림을 생성하게 하는 단계;
상기 RO 구성요소로부터, 제1 공급 용액 스트림을 상기 모듈의 상기 제1 챔버로 그리고 상기 반투성 막의 상기 제1 측 상에 도입시키는 단계로서, 상기 제1 공급 용액 스트림은 상기 농축된 RO 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 포함하고 제1 용질 농도 및 제1 삼투압을 갖는, 상기 제1 공급 용액 스트림을 도입시키는 단계;
상기 RO 구성요소로부터, 제2 공급 용액 스트림을 상기 모듈의 상기 제2 챔버로 그리고 상기 반투성 막의 상기 제2 측 상에 도입시키는 단계로서, 상기 제2 공급 용액 스트림은 상기 농축된 RO 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 포함하고 제2 용질 농도 및 제2 삼투압을 갖되, 상기 제1 삼투압은 상기 제2 삼투압 이상인, 상기 제2 공급 용액 스트림을 도입시키는 단계;
용매가 상기 반투성 막의 상기 제1 측으로부터 상기 반투성 막의 상기 제2 측으로 지남으로써 상기 제1 챔버에 농축된 제1 공급 용액 스트림을 그리고 상기 제2 챔버에 희석된 제2 공급 용액 스트림을 생성하도록 상기 반투성 막의 상기 제1 측 상에 정수압을 가하는 단계;
상기 모듈의 상기 제2 챔버로부터, RO 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 형성시키기 위한 상기 희석된 제2 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 상기 RO 구성요소로 도입시키는 단계;
상기 모듈의 상기 제1 챔버로부터, 상기 유입 용액의 적어도 일 부분을 형성시키기 위한 상기 농축된 제1 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 상기 FO 구성요소로 도입시키는 단계를 포함하는, 방법.
시스템으로서,
제1 공급 용액원;
제2 공급 용액원; 및
적어도 하나의 모듈로서, 각 모듈은:
제1 챔버 및 제2 챔버;
상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이 계면에 배치되는 반투성 막으로서, 상기 제1 챔버와 유체 연통하는 제1 측 및 상기 제2 챔버와 유체 연통하는 제2 측을 갖는, 상기 반투성 막을 포함하는, 상기 적어도 하나의 모듈을 포함하되;
상기 제1 챔버는 상기 제1 공급 용액원으로부터 제1 공급 용액 스트림을 수용하도록 구성되고 상기 제2 챔버는 상기 제2 공급 용액원으로부터 제2 공급 용액 스트림을 수용하도록 구성되고,
상기 제1 공급 용액 스트림은 제1 용질 농도 및 제1 삼투압을 갖고, 상기 제2 용액 스트림은 제2 용질 농도 및 제2 삼투압을 갖되, 상기 제1 삼투압은 상기 제2 삼투압 이상이며; 그리고
상기 제1 공급 용액원은 상기 제1 챔버로부터 상기 반투성 막을 통해 상기 제2 챔버로 지나는 용매에 의해 농축된 제1 공급 용액 스트림 및 희석된 제2 공급 용액 스트림을 생성하기 위해 상기 제1 챔버에 정수압을 제공하도록 구성되는, 시스템.
청구항 46에 있어서, 복수의 모듈을 더 포함하되, 각 모듈의 제1 챔버는 적어도 하나의다른 모듈의 상기 제1 챔버와 유체 결합되는, 시스템.
청구항 47에 있어서, 제1 모듈 및 제2 모듈을 더 포함하고, 상기 제1 모듈의 상기 제1 챔버는 상기 제2 모듈의 상기 제1 챔버와 유체 결합되고, 상기 제2 모듈의 상기 제1 모듈은 상기 제1 모듈의 상기 제1 챔버로부터 상기 농축된 제1 공급 용액 스트림을 수용하도록 구성되는, 시스템.
청구항 48에 있어서, 상기 제1 모듈의 상기 제1 챔버는 상기 제1 공급 용액원으로부터 상기 제1 공급 용액 스트림을 수용하도록 구성된 제1 유입 포트 및 제1 출구 포트를 포함하고, 상기 제2 모듈의 상기 제1 챔버는 상기 제1 출구 포트에 유체 결합되는 제2 유입 포트를 포함하며, 상기 제2 유입 포트는 상기 제1 모듈의 상기 제1 챔버로부터 상기 농축된 제1 공급 용액 스트림을 수용하도록 구성되는, 시스템.
청구항 49에 있어서, 상기 제2 모듈의 상기 제2 챔버는 상기 제1 모듈의 상기 제2 챔버와 유체 결합되고, 상기 제2 모듈의 상기 제2 챔버는 상기 제1 모듈의 상기 제2 챔버로부터 상기 희석된 제2 공급 용액을 수용하도록 구성되는, 시스템.
청구항 50에 있어서, 상기 제2 모듈의 적어도 상기 제2 챔버와 유체 결합 정삼투(FO) 구성요소를 더 포함하고, 상기 FO 구성요소는 유입 용액 및 FO 공급 용액 스트림으로부터 희석된 유입 용액 및 농축된 공급 용액을 생성하도록 구성되되, 상기 제2 모듈의 상기 제2 챔버는 상기 FO 구성요소로부터 상기 희석된 유입 용액을 수용하고 상기 희석된 유입 용액을 상기 제2 공급 용액의 적어도 일 부분으로 사용하도록 구성되는, 시스템.
청구항 46에 있어서, 상기 제1 공급 용액원은 역삼투(RO) 구성요소를 포함하고, 상기 RO 구성요소는 RO 공급 용액 스트림으로부터 투과 용액 및 농축된 RO 공급 용액 스트림을 생성하되, 상기 제1 공급 용액 스트림은 상기 농축된 RO 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 포함하는, 시스템.
청구항 52에 있어서, 상기 제2 공급 용액원은 상기 RO 구성요소를 포함하고, 상기 제2 용액 스트림은 상기 농축된 RO 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 포함하는, 시스템.
청구항 53에 있어서, 상기 제2 챔버는 상기 희석된 제2 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 상기 RO 구성요소에 전달하도록 구성되고, 상기 RO 구성요소는 상기 제2 챔버로부터 상기 희석된 제2 공급 용액 스트림의 상기 적어도 일 부분을 수용하도록 구성되며, 상기 RO 공급 용액 스트림은 상기 희석된 제2 공급 용액 스트림을 적어도 부분적으로 포함하는, 시스템.
청구항 54에 있어서, 상기 RO 구성요소 및 상기 적어도 하나의 모듈과 유체 결합되는 정삼투(FO) 구성요소를 더 포함하고, 상기 FO 구성요소는 유입 용액 FO 공급 용액 스트림으로부터 희석된 유입 용액 및 농축된 공급 용액을 생성하도록 구성되되, 상기 적어도 하나의 모듈의 상기 제1 챔버는 생성된 상기 농축된 제1 공급 용액 스트림을 상기 FO 구성요소에 전달하도록 구성되고, 상기 FO 구성요소는 상기 적어도 하나의 모듈의 상기 제1 챔버로부터 상기 농축된 제1 공급 용액 스트림을 수용하고 상기 농축된 제1 공급 용액 스트림의 적어도 일 부분을 상기 유입 용액으로 사용하도록 구성되는, 시스템.
청구항 55에 있어서, 상기 FO 구성요소는 상기 희석된 유입 용액을 상기 RO 구성요소로 전달하도록 구성되고, 상기 RO 구성요소는 상기 FO 구성요소로부터 상기 희석된 유입 용액 스트림을 수용하고 상기 희석된 유입 용액 스트림의 적어도 일 부분을 상기 RO 공급 용액 스트림으로 사용하도록 구성되는, 시스템.