CN110732245A - 正渗透性能改进的膜装置和使用其分离溶液的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种膜装置，包括壳体；正渗透膜，其将所述壳体的内部空间分成进入区域和混合区域；和渗透蒸发膜，其将所述壳体的内部空间分成所述混合区域和排出区域。所述正渗透膜将供给到所述进入区域的初级过滤液与进入液分离，并将分离的初级过滤液供给到所述混合区域，所述初级过滤液与所述混合区域中的正渗透汲取溶液混合以制备混合溶液，所述渗透蒸发膜将最终过滤液与所述混合溶液分离，并将分离的最终过滤液供给到所述排出区域，和所述最终过滤液在所述排出区域中蒸发以产生蒸汽。
Description
技术领域
本发明涉及一种膜分离装置和分离溶液的方法。
背景技术
通常，用于分离化学物质或水的膜是具有诸如正渗透、反渗透、选择性气体分离和渗透蒸发等功能的半渗透膜，例如，用于石油、炼油厂、化学物质、精细化学物质、页岩气处理、有毒气体处理、废水处理和海水淡化。
膜具有诸如亲水性、疏水性、亲有机性和疏有机性等性质，因此，由于性质的差异，例如，由于浓度差异、电荷排斥的差异和分子大小的差异引起的分子间扩散性，被用于选择性地分离各种化学物质。
使用膜分离化学物质的方法是使用具有特定功能的膜装置。例如，如果使用正渗透膜，则可以使用独立组装的正渗透膜装置和反渗透膜装置将渗透物与进料溶液分离。如果使用上述独立的膜装置，则存在装置昂贵且需要大空间的问题。
正渗透膜装置包括进给部，其中供应含有待分离物质的液体；和汲取溶液部或渗透部，其中供应汲取溶液并且通过正渗透膜的物质与汲取溶液混合。在这种情况下，选择性地通过正渗透膜的化学物质(渗透物)通过渗透溶液中的分子的扩散而缓慢扩散，并且在正渗透膜附近它影响来自正渗透膜的缓慢的化学扩散速率。结果，降低了与膜相邻的两侧之间的渗透压差，从而降低了通过正渗透膜的分离性能。
为了解决这个问题，可以通过提高能够增加物质渗透到正渗透膜的汲取溶液部的膜性能来提高扩散速度，但是由于扩散速度没有显著增加，所以还不足以有效地改进正渗透性能。另外，为了增加化学物质的扩散效果，可以使用在高速循环下使汲取溶液通过的方法，使得汲取溶液可以在汲取溶液部的空间中形成湍流。然而，存在为此目的必须使汲取溶液循环的问题，并且即使汲取溶液以高速通过装置，汲取溶液的浓度也不可避免地随着化学物质通过该装置而降低，因此，没有解决正渗透性能降低的问题。
图17示出了根据作为汲取溶液的NaCl浓度而变化的淡水通量。在正渗透膜装置中使用NaCl溶液作为汲取溶液，以使NaCl浓度为0.6mol/L的海水淡化。从理论上讲，渗透液的NaCl浓度越高，淡水通量就越高，但在实际操作中，从海水中通过正渗透膜的水与渗透溶液混合，不会在渗透膜附近快速扩散，因此淡水通量显著降低。
为了解决这个问题，可以通过将正渗透膜与膜蒸馏膜结合来构造正渗透-膜蒸馏单元。然而，膜蒸馏膜具有孔并蒸发渗透溶液以通过膜蒸馏膜中的孔排出气相材料，从而导致高能耗。另外，如果由于水堵塞孔而使膜蒸馏膜处于湿润状态，则必须通过蒸发分离的材料不能通过孔逸出。因此，如果由于分离膜的亲水性而必须使用疏水性膜来分离材料，则使用受到限制。因此，难以始终维持由通过正渗透膜的过滤液稀释的正渗透汲取溶液的浓度。
该问题的另一个解决方案是通过将正渗透膜与微过滤器、纳米过滤器或超滤器结合来构造正渗透-过滤器单元。然而，如果使用具有小分子的物质作为汲取溶液以通过使用过滤器来过滤水，则通过过滤器的汲取溶液可能会损失，因此，存在仅必须使用高分子物质溶液作为汲取溶液的限制。然而，如果使用高分子物质溶液作为汲取溶液，则渗透压差减小，因此存在通过正渗透膜的水量减少的问题。
引用文献列表
专利文献
(专利文献1)韩国专利公开No.10-2017-0047090：使用大尺寸高分子汲取溶质的节能正渗透-过滤混合水处理/海水淡化***和使用它的水处理/海水淡化方法
(专利文献2)美国专利公开No.2010/0224476：组合的膜-蒸馏-正渗透***和使用方法
发明内容
技术问题
要解决的目的是提供一种具有改进的正渗透性能的膜装置。
另一个要解决的目的是提供一种具有小占地面积的膜装置。
另一个要解决的目的是提供一种分离溶液的方法，其中正渗透性能得到改进。
然而，目的不限于上述公开内容。
问题的解决方案
在一个方面，提供了一种膜装置，包括壳体；正渗透膜，其将所述壳体的内部空间分成进入区域和混合区域；和渗透蒸发膜，其将所述壳体的内部空间分成所述混合区域和排出区域，其中所述正渗透膜将供给到所述进入区域的初级过滤液与进入液分离，并将分离的初级过滤液供给到所述混合区域，其中所述初级过滤液与所述混合区域中的正渗透汲取溶液混合以制备混合溶液，其中所述渗透蒸发膜将最终过滤液与所述混合溶液分离，并将分离的最终过滤液供给到所述排出区域，和其中所述最终过滤液在所述排出区域中蒸发以产生蒸汽。
所述膜装置还可以包括控制部，其调节所述混合溶液的温度和所述排出区域的真空度中的至少一个。可以通过所述混合溶液的温度和所述排出区域的真空度中的至少一个来调节蒸汽量。
所述正渗透汲取溶液可以含有无机盐，和所述无机盐可以包括氯化钠(NaCl)溶液。
可以对应于所述混合溶液的溶质浓度来调节所述排出区域的真空度和所述混合溶液的温度。
所述膜装置还可以包括：进入液供应部，其将进入液供应到所述进入区域；冷凝器，其冷凝所述蒸汽以再生所述最终过滤液；和真空泵，其调节所述排出区域的真空度。
所述正渗透膜可以具有平板形状，和所述渗透蒸发膜可以具有平板形状并且与所述正渗透膜平行布置。
所述正渗透膜和所述渗透蒸发膜可以具有管形状或中空纤维形状。
可以设置多个正渗透膜或多个渗透蒸发膜。
膜室还可以包括反渗透膜，其将所述混合区域分成第一混合区域和第二混合区域。
在另一个方面，提供了一种使用膜装置分离溶液的方法，所述方法包括：准备膜室，其包括壳体、将所述壳体的内部空间分成进入区域和混合区域的正渗透膜以及将所述壳体的内部空间分成所述混合区域和排出区域的渗透蒸发膜；分别向所述进入区域和所述混合区域供给进入液和正渗透汲取溶液；将与所述进入液分离的初级过滤液与所述正渗透汲取溶液混合以制备混合溶液；和将从所述混合溶液分离的最终过滤液供给到所述排出区域，以在所述排出区域中蒸发所述最终过滤液。
所述的使用膜装置分离溶液的方法还可以包括：对应于所述混合溶液的溶质浓度来控制所述混合溶液的温度和所述排出区域的真空度中的至少一个，其中可以通过所述混合溶液的温度和所述排出区域的真空度中的至少一个来调节所述最终过滤液的蒸发量。
所述的使用膜装置分离溶液的方法还可以包括：冷凝所述蒸汽以再生所述最终过滤液。
在所述的使用膜装置分离溶液的方法中，可以恒定地维持所述混合溶液的渗透压。
发明的有益效果
可以提供具有改进的正渗透性能的膜装置。
可以提供小占地面积的膜装置。
可以提供一种分离溶液的方法，其中正渗透性能得到改进。
然而，效果不限于上述公开内容。
附图说明
图1是根据示例性实施方案的膜装置的框图。
图2是说明图1的膜装置的操作的流程图。
图3是根据示例性实施方案的膜装置的框图。
图4是图3的膜室的截面图。
图5是根据示例性实施方案的膜装置的框图。
图6是根据示例性实施方案的膜装置的框图。
图7是图6的膜室的截面图。
图8是根据示例性实施方案的膜装置的框图。
图9是根据示例性实施方案的膜装置的框图。
图10是图9的膜室的截面图。
图11是根据示例性实施方案的膜装置的框图。
图12是根据示例性实施方案的膜装置的框图。
图13是图12的膜室的截面图。
图14是根据示例性实施方案的膜室的框图。
图15是根据示例性实施方案的膜室的框图。
图16是根据示例性实施方案的膜室的框图。
图17是示出了根据作为汲取溶液的NaCl浓度而变化的淡水通量的图。在正渗透膜装置中使用NaCl溶液作为汲取溶液，以使NaCl浓度为0.6mol/L的海水淡化。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施方案。在以下附图中，相同的附图标记或符号表示相同的元件，并且为了清楚和方便说明，可以扩大附图中的各元件的尺寸。同时，下面描述的实施方案仅仅是说明性的，并且可以从这些实施方案进行各种修改。
在下文中，所谓的“上部”或“上方”不仅可以包括在接触状态下的直接上面，而且包括不接触地直接上面。
除非在上下文中另有明确说明，否则单数形式包括复数表达。另外，当描述特定部分包括某个构成要素时，这意味着该特定部分可以进一步地包括其他要素，除非特别说明，否则不排除其他要素。
在说明书中描述的诸如“…部”等术语是指用于处理至少一个功能或操作的单元，其可以通过硬件或软件实现，或者可以通过硬件和软件的组合来实现。
图1是根据示例性实施方案的膜装置的框图。
参照图1，可以提供膜装置1，其包括膜室10、进入液供应部210、残留物处理部220、冷凝器230、真空泵240、过滤液存储部250和液体收集室300。
膜室10可以包括壳体102、进入区域IR、混合区域MR、排出区域DR、正渗透膜110和渗透蒸发膜120。壳体102可以包含抵抗壳体102的内部压力的材料。
进入区域IR可以存储进入液142。进入液142可以从进入液供应部210供应到进入区域IR。可以在进入液供应部210和膜室10之间设置阀门(未示出)和泵(未示出)，以控制进入液142的流动。进入液142可以是其中初级过滤液PFL和残余物混合的溶液。初级过滤液PFL可以包含进入液142的溶剂。例如，进入液142可以是海水或废水，并且初级过滤液PFL可以是水。
初级过滤液PFL和进入液142可以通过正渗透现象彼此分离，这将在下面说明。从初级过滤液PFL分离的进入液142可以从膜室10供应到残留物处理部220。残留物处理部220可以丢弃从初级过滤液PFL分离的进入液142。
混合区域MR可以存储混合溶液144。混合溶液144可以包含初级过滤液PFL和正渗透汲取溶液。正渗透汲取溶液可以含有在水溶液中处于离子状态的物质。例如，正渗透汲取溶液可以含有诸如SO2、MgCl2、CaCl2、NaCl、KCl、MgSO4、KNO3、NH4HCO3、NaHCO3或硫酸铝等无机盐、诸如脂肪醇、葡萄糖、果糖和蔗糖等高分子化学物质或其组合。正渗透汲取溶液中的溶质浓度可以高于进入液142中的溶质浓度。混合溶液144中的溶质浓度可以高于进入液142中的溶质浓度。混合溶液144可以含有待分离的物质。例如，待分离的物质可以是纯水。
混合溶液144可以通过混合泵MRP循环。例如，混合溶液144可以通过混合泵MRP从混合区域MR排出，然后可以再次注入混合区域MR。
从混合区域MR排出的混合溶液144可以通过混合溶液加热部144h加热。例如，通过混合溶液加热部144h，混合溶液144的温度可以维持在15℃～150℃。如果混合溶液144的温度高于或等于150℃，则可能会限制膜的选择并且可能会增加能耗。如果混合溶液144的温度低于或等于15℃，则渗透蒸发现象可能不会顺利地发生。优选地，可以利用低于或等于约170℃的废热，更优选低于或等于约120℃的废热。根据本公开的膜装置可以具有利用废热的优点。
另外，混合溶液加热部144h可以以板或杆的形式安装在混合区域MR内部，而不是安装在膜室10的外部。
正渗透膜110可以位于进入区域IR和混合区域MR之间，以分离进入区域IR和混合区域MR。例如，正渗透膜110可以具有在一个方向上延伸的平板形状。当在进入区域IR中的进入液142和混合区域MR中的正渗透汲取溶液之间发生正渗透时，正渗透膜110用作半渗透膜。正渗透膜110可以包含聚合物、陶瓷、碳或其组合。例如，正渗透膜110可以包含基于纤维素的膜、基于聚酰胺的膜、基于聚芳烃的膜或其组合。
排出区域DR可以存储蒸汽146。蒸汽146可以通过蒸发从混合溶液144分离出的最终过滤液FFL来产生。最终过滤液FFL可以包含混合溶液144的将被分离的物质。例如，最终过滤液FFL可以是纯水，蒸汽146可以是水蒸汽。排出区域DR可以处于真空状态。其中最终过滤液FFL与混合溶液144分离并在排出区域DR中蒸发的现象可以称为渗透蒸发现象。排出区域DR可以将蒸汽146从膜室10排出。蒸汽146可以从膜室10移动到冷凝器230。
渗透蒸发膜120可以位于混合区域MR和排出区域DR之间，以分离混合区域MR和排出区域DR。例如，渗透蒸发膜120可以具有在一个方向上延伸的平板形状。渗透蒸发膜120可以面对正渗透膜110。渗透蒸发膜120可以将最终过滤液FFL与混合溶液144分离。例如，分离膜可以包括亲水膜。在其他示例性实施方案中，如果最终过滤液FFL不是水，则分离膜可以包括疏水膜。
冷凝器230可以冷凝蒸汽146以再生最终过滤液FFL。例如，冷凝器230可以包括使用制冷剂的冷凝器。制冷剂可以包含例如水、盐水或油。冷凝器230可以将再生的最终过滤液FFL供给到液体收集室300。
液体收集室300可以存储从冷凝器230供给的最终过滤液FFL。液体收集室300可以将最终过滤液FFL供给到过滤液存储部250。
真空泵240可以设置在液体收集室300的一侧。真空泵240可以是各种类型的真空泵或大气压冷凝器，并且可以降低液体收集室300内部的大气压力。液体收集室300的内部和排出区域DR的内部可以彼此连接。排出区域DR中的大气压力可以通过真空泵240减小。例如，液体收集室300和排出区域DR的内部可以具有大致真空状态。真空泵240可以对应于混合溶液144的溶质浓度来调节排出区域DR的真空度。例如，如果混合溶液144的溶质浓度降低，则真空泵240增加排出区域DR的真空度，以增加最终过滤液FFL的量并增加混合溶液的溶质浓度，从而恒定地维持混合溶液的溶质浓度。优选的是，排出区域DR的真空度在绝对压力下为1Torr～660Torr。如果真空度低至661Torr～759Torr，则混合溶液的温度必须过度升高至超过150℃，从而最终过滤液FFL可以作为蒸汽排出。
可以设置控制部144c。控制部144c可以通过控制真空泵240和混合溶液加热部144h来控制混合溶液144的浓度。例如，控制部144c可以控制真空泵240使得排出区域DR具有所需的真空度，并且可以控制混合溶液加热部144h使得混合溶液144具有所需的温度。可以通过控制部144c来测量混合溶液144的浓度。在示例性实施方案中，排出区域DR的真空度和混合溶液144的温度中的至少一个由控制部144c控制，使得可以恒定地维持混合溶液144的浓度。蒸汽146的量可以通过混合溶液144的浓度和排出区域DR的真空度中的至少一个来控制。
通常，当进行正渗透过程时，可以降低正渗透汲取溶液的浓度。如果降低正渗透汲取溶液的浓度，则可能不会顺利地发生正渗透现象。根据本公开，由于初级过滤液PFL流入混合溶液144并且同时最终过滤液FFL与混合溶液144分离，因此可以恒定地维持混合溶液144的浓度。因此，正渗透现象可以顺利地发生。结果，可以为膜装置1提供改进的正渗透性能。
过滤液存储部250可以存储最终过滤液FFL。可以在过滤液存储部250和液体收集室300之间设置阀(未示出)和泵(未示出)，以控制最终过滤液FFL的流动。
图2是说明图1的膜装置的操作的流程图。为了说明简要，可以不说明与参照图1说明的基本相同的内容。
参照图1和图2，进入液142可以供给到进入区域IR(S10)。进入液142可以从进入液供应部210供给到进入区域IR。例如，进入液142可以是海水或废水。
在将进入液142供给到进入区域IR之前，可以用正渗透汲取溶液(未示出)填充混合区域MR。正渗透汲取溶液可以含有在水溶液中处于离子状态的物质。例如，正渗透汲取溶液可以含有诸如SO2、MgCl2、CaCl2、NaCl、KCl、MgSO4、KNO3、NH4HCO3、NaHCO3或硫酸铝等无机盐、诸如脂肪醇、葡萄糖、果糖和蔗糖等高分子化学物质或其组合。正渗透汲取溶液中的溶质浓度可以高于进入液142中的溶质浓度。因此，在进入液142和正渗透汲取溶液之间可以发生渗透压差。
渗透压可以用下式表示。
π＝i c R T
π是渗透压，i是溶液中的渗透活性颗粒的数量，c是摩尔浓度，R是通用气体常数，T是绝对温度。
上述i可以如下表示。
i＝1+α(v-1)
α是解离度，和v是解离反应的化学计量系数。
如果初级过滤液PFL是纯水，则由于正渗透现象引起的初级过滤液PFL的渗透通量(水通量)可以如下表示。
JW＝A(πD-πF)
JW是初级过滤液的渗透通量(水通量)，A是水透过率，πD是渗透压，和πF是进入液的渗透压。
进入液142可以具有比正渗透汲取溶液更低的溶质浓度。因此，进入液142的渗透压可以低于正渗透汲取溶液的渗透压。由于进入液142和正渗透汲取溶液之间的渗透压差，可以发生正渗透现象。即，进入液142中的初级过滤液PFL可以与进入液142分离并且可以移动到正渗透汲取溶液(S20)。初级过滤液PFL可以通过正渗透膜110供给到混合区域MR。初级过滤液PFL可以包含进入液142的溶剂。例如，初级过滤液PFL可以是水。初级过滤液PFL和正渗透汲取溶液可以混合以产生混合溶液144。
混合溶液144的温度可以为15℃～150℃之间的温度。如果混合溶液144的温度高于150℃，则可能限制可用的膜。如果混合溶液144的温度低于15℃，则可能不能顺利地发生渗透蒸发现象。
随着初级过滤液PFL供应到混合区域MR，混合溶液144中的溶质浓度可以降低。因此，混合溶液144的渗透压可以降低。由于进入液142的渗透压恒定，因此可以降低进入液142和混合溶液144之间的渗透压差。通常，如果进入液142和混合溶液144之间的渗透压差减小，则可以降低初级过滤液PFL从进入区域IR移动到混合区域MR的速度。根据示例性实施方案的膜装置旨在维持初级过滤液从进入区域IR到混合区域MR的通量率。
在渗透蒸发膜120中发生渗透蒸发现象，从而可以从混合溶液144分离出最终过滤液FFL。最终过滤液FFL可以包含混合溶液144的溶剂。例如，最终过滤液FFL可以是纯水。最终过滤液FFL可以在排出区域DR中蒸发，从而被转换成蒸汽146(S30)。例如，蒸汽146可以是水蒸汽。蒸汽146可以从排出区域DR排出到膜室10的外部。
排出区域DR可以通过真空泵240进入真空状态。最终过滤液FFL的蒸发量可以根据排出区域DR的真空度来确定。例如，当排出区域DR的真空度较高时的最终过滤液FFL的蒸发量可以大于当排出区域DR的真空度较低时的最终过滤液FFL的蒸发量。从混合溶液144分离出的最终过滤液FFL的量可以与最终过滤液FFL的蒸发量成比例。最终过滤液FFL与混合溶液144分离的量可以与最终过滤液FFL的蒸发量成比例。因此，控制排出区域DR的真空度，从而可以调节从混合溶液144分离出的最终过滤液FFL的量。优选的是，排出区域DR的真空度在绝对压力下为1Torr～660Torr。如果真空度低至661Torr～759Torr，则混合溶液的温度必须过度升高至超过150℃，从而最终过滤液FFL可以作为蒸汽排出。
随着最终过滤液FFL与混合溶液144分离，混合溶液144中的溶质浓度可以增加。由于可以通过排出区域DR的真空度来调节从混合溶液144分离出的最终过滤液FFL的量，因此可以控制排出区域DR的真空度并且可以调节混合溶液144的溶质浓度。可以调节混合溶液144的溶质浓度使得混合溶液144具有所需的渗透压。如果恒定地维持混合溶液144的渗透压，则可以恒定地维持初级过滤液PFL相对于正渗透膜110的渗透通量。
蒸汽146可以移动到冷凝器230。蒸汽146可以通过冷凝器230冷凝以再生最终过滤液FFL(S40)。再生的最终过滤液FFL可以从冷凝器230供给到液体收集室300。最终过滤液FFL可以从液体收集室300供给到过滤液存储部250，以存储在过滤液存储部250中。
根据本公开，可以在一个膜室10中设置彼此具有不同功能的膜110和120。因此，膜装置1可以最小化。
根据上述公开，可以通过控制部144c来控制排出区域DR的真空度和混合溶液144的温度中的至少一个，从而可以恒定地调节混合溶液144的渗透压。可以通过混合溶液144的浓度和排出区域DR的真空度中的至少一个来调节蒸汽146的量。因此，可以恒定地维持初级过滤液PFL的渗透通量。
图3是根据示例性实施方案的膜装置的框图。图4是图3的膜室的截面图。为了说明简要，可以不说明与参照图1和图2说明的基本相同的内容。
参照图3和图4，可以提供膜装置2，其包括膜室11、混合泵MRP、混合溶液加热部144h、控制部144c、进入液供应部210、残留物处理部220、冷凝器230、真空泵240、过滤液存储部250和液体收集室300。泵MRP、混合溶液加热部144h、控制部144c、进入液供应部210、残留物处理部220、冷凝器230、真空泵240、过滤液存储部250和液体收集室300可以与参照图3说明的基本相同。膜室11可以与参照图1说明的膜室10基本相同，除了其形状之外。在下文中，将说明膜室11的形状。
膜室11可以包括壳体102、进入区域IR、混合区域MR、排出区域DR、正渗透膜110和渗透蒸发膜120。壳体102可以包含抵抗膜室10内部的压力的材料。壳体102以圆柱形状示出，这是示例性的。
与图1不同的是，正渗透膜110和渗透蒸发膜120可以具有管形状或中空纤维形状。正渗透膜110可以被渗透蒸发膜120包围。即，正渗透膜110的直径可以小于渗透蒸发膜120的直径。正渗透膜110和渗透蒸发膜120可以彼此分开。
进入区域IR可以由正渗透膜110的内侧表面限定。混合区域可以由正渗透膜110的外侧表面和渗透蒸发膜120的内侧表面限定。排出区域DR可以由渗透蒸发膜120的外侧表面和壳体102的内侧表面限定。
初级过滤液PFL可以通过正渗透膜110与进入液142分离并供给到混合区域MR。例如，初级过滤液PFL可以在正渗透膜110的直径方向上径向流动。在混合区域MR中，初级过滤液PFL可以与正渗透汲取溶液混合以产生混合溶液144。随着初级过滤液PFL与混合溶液144混合，混合溶液144的溶质浓度可以降低。因此，混合溶液144的渗透压可以降低。
在示例性实施方案中，混合溶液144的温度可以通过混合溶液加热部144h维持在15℃～150℃。如果混合溶液144的温度高于或等于150℃，则可能会限制膜的选择并且可能会增加能耗。如果混合溶液144的温度低于或等于15℃，则渗透蒸发现象可能不会顺利地发生。
最终过滤液FFL可以通过渗透蒸发膜120与混合溶液144分离。最终过滤液FFL可以在排出区域DR中蒸发以产生蒸汽146。蒸汽146可以从排出区域DR排出到膜室11的外部并且可以移动到冷凝器230。随着最终过滤液FFL与混合溶液144分离，混合溶液144中的溶质浓度可以增加。因此，混合溶液144的渗透压可以增加。
如参照图2所述的，膜装置2控制排出区域DR的真空度和混合溶液144的温度中的至少一个，以调节混合溶液144的溶质浓度，使得混合溶液144具有所需的渗透压。可以通过混合溶液144的浓度和排出区域DR的真空度中的至少一个来调节蒸汽146的量。因此，可以恒定地维持初级过滤液PFL相对于正渗透膜110的渗透通量。优选的是，排出区域DR的真空度在绝对压力下为1Torr～660Torr。如果真空度低至661Torr～759Torr，则混合溶液的温度必须过度升高至超过150℃，从而最终过滤液FFL可以作为蒸汽排出。
图5是根据示例性实施方案的膜装置的框图。为了说明简要，可以不说明与参照图1和图2说明的基本相同的内容。
参照图5，可以提供膜装置3，其包括膜室12、混合泵MRP、压力调节阀MRV、混合溶液存储部MRT、控制部144c、进入液供应部210、残留物处理部220、泵260和过滤液存储部250。混合泵MRP、控制部144c、进入液供应部210和残留物处理部220可以与参照图1说明的基本相同。
膜室12可以包括壳体102、进入区域IR、混合区域MR、排出区域DR、正渗透膜110和反渗透膜130。与参照图1说明的排出区域不同的是，排出区域DR可以被供给最终过滤液FFL。在示例性实施方案中，最终过滤液FFL可以供给到排出区域DR的一部分中。即，参照图1和图2说明的蒸汽不能供给在排出区域DR中。反渗透膜130可以是用于反渗透的膜。例如，当在混合区域MR和排出区域DR之间发生反渗透时，反渗透膜130可以用作膜。反渗透膜130可以包含聚合物、陶瓷、碳或其组合。例如，反渗透膜130可以包含醋酸纤维素(CA)膜、聚酰胺(PA)膜、聚砜膜或其组合。
初级过滤液PFL可以通过正渗透膜110与进入液142分离。初级过滤液PFL可以与混合区域MR中的正渗透汲取溶液混合以制备混合溶液144。例如，随着初级过滤液PFL与混合溶液144混合，混合溶液144中的溶质浓度可以降低。因此，混合溶液144的渗透压可以降低。
最终过滤液FFL可以通过反渗透膜130与混合溶液144分离。可以对混合溶液144加压，使得最终过滤液FFL与混合溶液144分离。例如，混合溶液144的压力可以为20bar～80bar。此时，进入液142的压力可以基本上等于混合溶液144的压力。如果混合溶液144的压力低于20bar，则最终过滤液FFL不能从混合溶液顺利地分离。由于消耗大量的能量，因此不优选将混合溶液的压力设定为80bar或更高。
例如，随着最终过滤液FFL与混合溶液144分离，混合溶液144的溶质浓度可以增加。因此，混合溶液144的渗透压可以增加。
随着混合溶液144的压力增加，从混合物中分离出的最终过滤液FFL的量可以增加。因此，可以控制混合溶液144的压力以调节混合溶液144的溶质浓度，使得混合溶液144具有所需的渗透压。如果调节混合溶液144的压力使得混合溶液144具有恒定的渗透压，则可以恒定地维持初级过滤液PFL相对于正渗透膜110的渗透通量。
最终过滤液FFL可以通过泵260从排出区域DR移动到过滤液存储部250。
与参照图1说明的控制部不同的是，控制部144c可以控制混合泵MRP和压力调节阀MRV以调节混合溶液144的浓度。例如，控制部144c可以控制混合泵MRP和压力调节阀MRV使得混合溶液144具有所需的压力。在示例性实施方案中，混合溶液144的压力由控制部144c控制，从而可以恒定地维持混合溶液144的浓度。混合溶液存储部MRT可以设置在混合泵MRP和混合区域MR之间。即，从混合泵MRP排出的混合溶液144可以通过混合溶液存储部MRT供应到混合区域MR。
图6是根据示例性实施方案的膜装置的框图。图7是图6的膜室的截面图。为了说明简要，可以不说明与参照图5说明的基本相同的内容。
参照图6和图7，可以提供膜装置4，其包括膜室13、混合泵MRP、压力调节阀MRV、混合溶液存储部MRT、控制部144c、进入液供应部210、残留物处理部220、泵260和过滤液存储部250。混合泵MRP、压力调节阀MRV、混合溶液存储部MRT、控制部144c、进入液供应部210、残留物处理部220、泵260和过滤液存储部250可以与参照图5说明的基本相同。膜室13可以与参照图5说明的膜室12基本相同，除了其形状。在下文中，将说明膜室13的形状。
膜室13可以包括壳体102、进入区域IR、混合区域MR、排出区域DR、正渗透膜110和反渗透膜130。壳体102以圆柱形状示出，这是示例性的。
与图5中所示的正渗透膜和反渗透膜不同的是，正渗透膜110和反渗透膜130可以具有管形状或中空纤维形状。正渗透膜110可以被反渗透膜130包围。即，正渗透膜110的直径可以小于反渗透膜130的直径。正渗透膜110和反渗透膜130可以彼此分开。
进入区域IR可以由正渗透膜110的内侧表面限定。混合区域可以由正渗透膜110的外侧表面和反渗透膜130的内侧表面限定。排出区域DR可以由反渗透膜130的外侧表面和壳体102的内侧表面限定。
初级过滤液PFL可以通过正渗透膜110与进入液142分离并供给到混合区域MR。例如，初级过滤液PFL可以在正渗透膜110的直径方向上径向移动。初级过滤液PFL可以与混合区域MR中的正渗透汲取溶液混合以制备混合溶液144。例如，随着初级过滤液PFL与混合溶液144混合，混合溶液144的溶质浓度可以降低。因此，混合溶液144的渗透压可以降低。
最终过滤液FFL可以通过反渗透膜130与混合溶液144分离。从混合溶液144分离出的最终过滤液FFL可以与填充在排出区域DR中的最终过滤液FFL混合。例如，随着最终过滤液FFL与混合溶液144分离，混合溶液144的溶质浓度可以增加。因此，混合溶液144的渗透压可以增加。
膜装置4可以控制混合溶液144的压力以调节混合溶液144的溶质浓度，使得混合溶液144具有所需的渗透压。如果调节混合溶液144的压力使得混合溶液144具有恒定的渗透压，则可以恒定地维持初级过滤液PFL相对于正渗透膜110的渗透通量。例如，混合溶液144的压力可以为20bar～80bar。如果混合溶液144的压力低于20bar，则最终过滤液FFL不能从混合溶液顺利地分离。由于消耗大量的能量，因此不优选将混合溶液的压力设定为80bar或更高。
图8是根据示例性实施方案的膜装置的框图。为了说明简要，可以不说明与参照图1、图2和图5说明的基本相同的内容。
参照图8，可以提供膜装置5，其包括膜室14、第一和第二混合泵MRP1和MRP2、压力调节阀MRV、混合溶液存储部MRT、混合溶液加热部144h、控制部144c、进入液供应部210、残留物处理部220、冷凝器230、真空泵240、过滤液存储部250和液体收集室300。进入液供应部210、残留物处理部220、冷凝器230、真空泵240、过滤液存储部250和液体收集室300可以与参照图1说明的基本相同。第一混合泵MPR1、混合溶液加热部144h和控制部144c可以与参照图1说明的基本相同。第二混合泵MRP2、压力调节阀MRV和混合溶液存储部MRT可以与参照图5说明的基本相同。控制部144c可以调节第一混合溶液144a的浓度，这将在下面说明。
与参照图1说明的膜室不同的是，膜室14还可以包括在正渗透膜110和渗透蒸发膜120之间的反渗透膜130。反渗透膜130可以与参照图5说明的反渗透膜130基本相同。
混合区域可以包括通过反渗透膜130彼此分开的第一混合区域MR1和第二混合区域MR2。第一混合区域MR1设置在正渗透膜110和反渗透膜130之间，第二混合区域MR2设置在反渗透膜130和渗透蒸发膜120之间。
正渗透汲取溶液可以供给到第一混合区域MR1。正渗透汲取溶液可以具有比进入液142更高的溶质浓度。第一过滤液FL1可以通过正渗透现象与进入液142分离并供给到第一混合区域MR1。第一过滤液FL1可以与参照图3说明的初级过滤液PFL基本相同。
第一过滤液FL1可以与第一混合区域MR1中的正渗透汲取溶液混合以制备第一混合溶液144a。第一混合溶液144a可以与参照图1说明的混合溶液144基本相同。第一混合溶液144a的压力可以与进入液142的压力基本相同。例如，第一混合溶液144a的压力和进入液142的压力可以为20bar～80bar。因此，可以防止在进入液142和第一混合溶液144a之间发生反渗透现象。即，可以防止第一过滤液FL1从第一混合溶液144a移回到进入液142。随着第一过滤液FL1与第一混合溶液144a混合，第一混合溶液144a的溶质浓度可以降低。因此，第一混合溶液144a的渗透压可以降低。
可以将第二过滤液FL2与第一混合溶液144a分离。第二过滤液FL2可以含有第一混合溶液144a的渗透目标物质。例如，第二过滤液FL2可以通过使纯水和第一混合溶液144a的一部分通过反渗透膜130而获得。第二过滤液FL2可以在第二混合区域MR2中收集以制备第二混合溶液144b。第一混合溶液144a的压力可以足够高以将第二渗透液FL2与第一混合溶液144a分离。例如，第一混合溶液144a的压力可以为20bar～80bar。如果第一混合溶液144a的压力低于20bar，则第二过滤液FL2不能顺利地从第一混合溶液144a分离。由于消耗大量的能量，因此不优选将第一混合溶液144a的压力设定为80bar或更高。例如，随着第二过滤液FL2与第一混合溶液144a分离，第一混合溶液144a的溶质浓度可以增加。因此，第一混合溶液144a的渗透压可以增加。
最终过滤液FFL可以与第二混合溶液144b分离。最终过滤液FFL可以通过渗透蒸发膜130转换为蒸汽146。在示例性实施方案中，第二混合溶液144b的温度可以通过混合溶液加热部144h维持在15℃～150℃。如果第二混合溶液144b的温度高于或等于150℃，则可能会限制膜的选择并且可能会增加能耗。如果第二混合溶液144b的温度低于或等于15℃，则渗透蒸发现象可能不会顺利地发生。
排出区域DR可以进入真空状态。例如，优选的是，排出区域DR的真空度在绝对压力下为1Torr～660Torr。如果真空度低至661Torr～759Torr，则混合溶液的温度必须过度升高至超过150℃，从而最终过滤液FFL可以作为蒸汽排出。排出区域DR可以存储蒸汽146。渗透蒸发膜130、排出区域DR和最终过滤液FFL可以与参照图1说明的基本相同。
可以控制第一混合溶液144a的压力、第二混合溶液144b的温度和排出区域DR的真空度中的至少一个，以调节第一混合溶液144a的溶质浓度。可以通过第一混合溶液144a的压力、第二混合溶液144b的温度和排出区域DR的真空度中的至少一个来调节蒸汽146的量。以这种方式，可以恒定地维持第一过滤液FL1相对于渗透膜110的渗透通量。
图9是根据示例性实施方案的膜装置的框图。图10是图9的膜室的截面图。为了说明简要，可以不说明与参照图3、图4和图5说明的基本相同的内容。
参照图9和图10，可以提供膜装置6，其包括膜室15、第一和第二混合泵MRP1和MRP2、压力调节阀MRV、混合溶液存储部MRT、混合溶液加热部144h、控制部144c、进入液供应部210、残留物处理部220、冷凝器230、真空泵240、过滤液存储部250和液体收集室300。第一和第二混合泵MRP1和MRP2、压力调节阀MRV、混合溶液存储部MRT、混合溶液加热部144h、控制部144c、进入液供应部210、残留物处理部220、冷凝器230、真空泵240、过滤液存储部250和液体收集室300可以与参照图8说明的基本相同。
与参照图3和图4说明的膜室不同的是，膜室15还可以包括在正渗透膜110和渗透蒸发膜120之间的反渗透膜130。反渗透膜130可以与参照图8说明的反渗透膜130基本相同。
混合区域MR可以包括通过反渗透膜130彼此分开的第一混合区域MR1和第二混合区域MR2。第一混合区域MR1可以位于正渗透膜110和反渗透膜130之间，第二混合区域MR2可以位于反渗透膜130和渗透蒸发膜120之间。
正渗透汲取溶液可以供给到第一混合区域MR1。正渗透汲取溶液可以具有比进入液142更高的溶质浓度。第一过滤液FL1由于正渗透现象可以与进入液142分离并且可以移动到第一混合区域MR1。第一过滤液FL1可以与参照图3说明的初级过滤液PFL基本相同。
第一过滤液FL1可以与第一混合区域MR1中的正渗透汲取溶液混合以制备第一混合溶液144a。第一混合溶液144a可以与参照图1说明的混合溶液144基本相同。第一混合溶液144a的压力可以与进入液142的压力基本相同。例如，第一混合溶液144a的压力和进入液142的压力可以为20bar～80bar。因此，可以防止在进入液142和第一混合溶液144a之间发生反渗透现象。即，可以防止第一过滤液FL1从第一混合溶液144a移回到进入液142。例如，随着第一过滤液FL1与第一混合溶液144a混合，第一混合溶液144a的溶质浓度可以降低。因此，第一混合溶液144a的渗透压可以降低。
由于消耗大量的能量，因此不优选将第一混合溶液144a的压力设定为80bar或更高。第二过滤液FL2可以从第一混合溶液144a分离并移动到第二混合区域MR2。例如，第二过滤液FL2可以包含第一混合溶液144a的溶剂。例如，第二过滤液FL2可以通过使纯水和第一混合溶液144a的一部分通过反渗透膜130而获得。第二过滤液FL2可以被收集在第二混合区域MR2中以形成第二混合溶液144b。第一混合溶液144a的压力可以足够大以将第二过滤液FL2与第一混合溶液144a分离。例如，第一混合溶液144a的压力和进入液142的压力可以为20bar～80bar。如果第一混合溶液144a的压力低于20bar，则第二过滤液FL2不能顺利地与第一混合溶液144a分离。
例如，随着第二过滤液FL2与第一混合溶液144a分离，第一混合溶液144a的溶质浓度可以增加。因此，第一混合溶液144a的渗透压可以增加。
最终过滤液FFL可以与第二混合溶液144b分离。在示例性实施方案中，通过混合溶液加热部144h，第二混合溶液144b的温度可以维持在15℃～150℃。如果第二混合溶液144b的温度高于或等于150℃，则可能会限制膜的选择并且可能会增加能耗。如果第二混合溶液144b的温度低于或等于15℃，则渗透蒸发现象可能不会顺利地发生。
最终过滤液FFL可以通过渗透蒸发膜130转换为蒸汽146。排出区域DR可以存储蒸汽146。渗透蒸发膜130、排出区域DR和最终过滤液FFL可以与参照图3说明的基本相同。排出区域DR可以进入真空状态。例如，优选的是，设定排出区域DR的真空度在绝对压力下为1Torr～660Torr。如果真空度低至661Torr～759Torr，则混合溶液的温度必须过度升高至超过150℃，从而最终过滤液FFL可以作为蒸汽排出。
可以控制第一混合溶液144a的压力、第二混合溶液144b的温度和排出区域DR的真空度中的至少一个，以调节第一混合溶液144a的溶质浓度。可以通过第一混合溶液144a的压力、第二混合溶液144b的温度和排出区域DR的真空度中的至少一个来调节蒸汽146的量。以这种方式，可以恒定地维持第一过滤液FL1相对于渗透膜110的渗透通量。
图11是根据示例性实施方案的膜装置的框图。为了说明简要，可以不说明与参照图1、图2和图5说明的基本相同的内容。
参照图11，可以提供膜装置7，其包括膜室16、混合泵MRP、混合溶液加热部144h、控制部144c、进入液供应部210、残留物处理部220、冷凝器230、真空泵240、过滤液存储部250和液体收集室300。混合溶液加热部144h、控制部144c、进入液供应部210、残留物处理部220、冷凝器230、真空泵240、过滤液存储部250和液体收集室300可以与参照图1说明的基本相同。
与参照图1说明的膜室不同的是，膜室16可以包括围绕排出区域DR布置的一对混合区域MR和一对进入区域IR。一对混合区域MR可以彼此分开，其间具有排出区域DR。一对进入区域IR可以彼此分开，其间具有一对混合区域MR。
一对正渗透膜110可以分别设置在一对进入区域IR和一对混合区域MR之间。一对渗透蒸发膜120可以分别设置在一对混合区域MR和排出区域DR之间。一对进入区域IR、一对混合区域MR、排出区域DR、一对正渗透膜110和一对渗透蒸发膜可以与参照图1说明的基本相同。
进入液142可以分别设置在一对进入区域IR中。初级过滤液PFL可以由于正渗透现象而与进入液142分离并且可以分别移动到一对混合区域MR中。初级过滤液PFL可以与一对混合区域MR中的正渗透汲取溶液混合以制备混合溶液144。最终过滤液FFL可以由于渗透蒸发现象而与混合溶液144分离并转换为排出区域DR中的蒸汽146。如参照图1和图2所述的，蒸汽146可以再次转换成最终过滤液FFL并且存储在过滤液存储部250中。
由于可以根据排出区域DR的真空度和混合溶液144的温度中的至少一个来调节从混合溶液144分离出的最终过滤液FFL的量，所以可以控制排出区域DR的真空度和混合溶液144的温度中的至少一个以调节混合溶液144的溶质浓度。可以根据混合溶液144的浓度和排出区域DR的真空度中的至少一个来调节蒸汽146的量。可以调节混合溶液144的溶质浓度使得混合溶液144具有所需的渗透压。如果恒定地维持混合溶液144的渗透压，则可以恒定地维持初级过滤液PFL相对于正渗透膜110的渗透通量。优选的是，设定排出区域DR的真空度在绝对压力下为1Torr～660Torr。如果真空度低至661Torr～759Torr，则混合溶液的温度必须过度升高至超过150℃，从而最终过滤液FFL可以作为蒸汽排出。
在示例性实施方案中，混合溶液144的温度可以通过混合溶液加热部144h维持在15℃～150℃。如果混合溶液144的温度高于或等于150℃，则可能会限制膜的选择并且可能会增加能耗。如果混合溶液144的温度低于或等于15℃，则渗透蒸发现象可能不会顺利地发生。
在其他示例性实施方案中，正渗透膜110和渗透蒸发膜120的位置可以互换。因此，排出区域DR和进入区域IR的位置可以互换。
图12是根据示例性实施方案的膜装置的框图。图13是图12的膜室的截面图。为了说明简要，可以不说明与参照图3、图4和图5说明的基本相同的内容。
参照图12和图13，可以提供膜装置8，其包括膜室17、混合泵MRP、混合溶液加热部144h、控制部144c、进入液供应部210、残留物处理部220、冷凝器230、真空泵240、过滤液存储部250和液体收集室300。混合溶液加热部144h、控制部144c、进入液供应部210、残留物处理部220、冷凝器230、真空泵240、过滤液存储部250和液体收集室300可以与参照图3说明的基本相同。
与参照图3说明的膜室不同的是，膜室17可以包括一对进入区域IR、一对混合区域MR和排出区域DR。一对进入区域IR可以分别设置在膜室17的最内侧和最外侧。排出区域DR可以设置在一对进入区域IR之间。一对混合区域MR可以分别设置在一对进入区域IR和排出区域DR之间。
一对正渗透膜110可以分别设置在一对进入区域IR和一对混合区域MR之间。一对渗透蒸发膜120可以分别设置在一对混合区域MR和排出区域DR之间。一对进入区域IR、一对混合区域MR、排出区域DR、一对正渗透膜110和一对渗透蒸发膜120可以与参照图1说明的基本相同。
进入液142可以分别设置在一对进入区域IR中。初级过滤液PFL可以由于正渗透现象而与进入液142分离，并且可以分别移动到一对混合区域MR中。初级过滤液PFL可以与一对混合区域MR中的正渗透汲取溶液混合以制备混合溶液144。最终过滤液FFL可以由于渗透蒸发现象而与混合溶液144分离并转换为排出区域DR中的蒸汽146。如参照图1和图2所述的，蒸汽146可以再次转换成最终过滤液FFL并且存储在过滤液存储部250中。
由于可以根据排出区域DR的真空度和混合溶液144的温度中的至少一个来调节从混合溶液144分离出的最终过滤液FFL的量，所以可以控制排出区域DR的真空度和混合溶液144的温度中的至少一个以调节混合溶液144的溶质浓度。可以根据混合溶液144的浓度和排出区域DR的真空度中的至少一个来调节蒸汽146的量。可以调节混合溶液144的溶质浓度使得混合溶液144具有所需的渗透压。如果恒定地维持混合溶液144的渗透压，则可以恒定地维持初级过滤液PFL相对于正渗透膜110的渗透通量。
优选的是，设定排出区域DR的真空度在绝对压力下为1Torr～660Torr。如果真空度低至661Torr～759Torr，则混合溶液的温度必须过度升高至超过150℃，从而最终过滤液FFL可以作为蒸汽排出。
在示例性实施方案中，混合溶液144的温度可以通过混合溶液加热部144h维持在15℃～150℃。如果混合溶液144的温度高于或等于150℃，则可能会限制膜的选择并且可能会增加能耗。如果混合溶液144的温度低于或等于15℃，则渗透蒸发现象可能不会顺利地发生。
在其他示例性实施方案中，正渗透膜110和渗透蒸发膜120的位置可以互换。因此，排出区域DR和进入区域IR的位置可以互换。通常，随着正渗透过程进行，正渗透汲取溶液的浓度可以降低。如果正渗透汲取溶液的浓度降低，则正渗透现象可能不会顺利地发生。根据本公开，由于初级过滤液PFL流入混合溶液144并且同时最终过滤液FFL与混合溶液144分离，因此可以恒定地维持混合溶液144的浓度。因此，正渗透现象可以顺利地发生。结果，可以提供具有改进的正渗透性能的膜装置8。
图14是根据示例性实施方案的膜室的截面图。为了说明简要，可以不说明与参照图3和图4说明的基本相同的内容。
参照图14，膜室18可以包括壳体102、多个正渗透膜110、渗透蒸发膜120、多个进入区域IR、混合区域MR和排出区域DR。壳体102可以与参照图3和图4说明的壳体基本相同。
渗透蒸发膜120可以设置在由壳体102的内侧表面限定的区域中。渗透蒸发膜120可以具有管形状或中空纤维形状。渗透蒸发膜120的外径可以小于壳体102的内径。渗透蒸发膜120的外侧表面和壳体102的内侧表面可以彼此面对。
排出区域DR可以设置在渗透蒸发膜120和壳体102之间。即，排出区域DR可以由渗透蒸发膜120的外侧表面和壳体102的内侧表面限定。
多个正渗透膜110可以设置在由渗透蒸发膜120的内侧表面限定的区域中。
混合区域MR可以设置在多个正渗透膜110和渗透蒸发膜120之间。即，混合区域MR可以由多个正渗透膜110的外侧表面和渗透蒸发膜120的内侧表面限定。
多个进入区域IR可以分别由多个正渗透膜110的内侧表面限定。
进入液142可以分别供给到多个进入区域IR中。初级过滤液PFL可以由于正渗透现象而与进入液142分离并且可以移动到混合区域MR。初级过滤液PFL可以与混合区域MR中的正渗透汲取溶液混合以制备混合溶液144。
在示例性实施方案中，混合溶液144的温度可以通过混合溶液加热部144h维持在15℃～150℃。如果混合溶液144的温度高于或等于150℃，则可能会限制膜的选择并且可能会增加能耗。如果混合溶液144的温度低于或等于15℃，则渗透蒸发现象可能不会顺利地发生。
最终过滤液FFL可以由于渗透蒸发现象而与混合溶液144分离，并且在排出区域DR中转换成蒸汽146。排出区域DR可以进入真空状态。优选的是，设定排出区域DR的真空度在绝对压力下为1Torr～660Torr。如果真空度低至661Torr～759Torr，则混合溶液的温度必须过度升高至超过150℃，从而最终过滤液FFL可以作为蒸汽排出。
根据本公开，可以提供膜室18，其中初级过滤液PFL相对于多个正渗透膜110的渗透通量被恒定地维持。
控制排出区域DR的真空度和混合溶液144的温度中的至少一个，从而可以调节混合溶液144的溶质浓度。可以通过混合溶液144的浓度和排出区域DR的真空度中的至少一个来调节蒸汽146的量。
图15是根据示例性实施方案的膜室的截面图。为了说明简要，可以不说明与参照图3和图4说明的基本相同的内容。
参照图15，膜室19可以包括壳体102、多个正渗透膜110、一对渗透蒸发膜120、多个进入区域IR、混合区域MR和一对排出区域DR。壳体102可以与参照图3和图4说明的壳体基本相同。
一对渗透蒸发膜120可以设置在由壳体102的内侧表面限定的区域中。渗透蒸发膜120可以具有管形状或中空纤维形状。渗透蒸发膜120的外径可以小于壳体102的内径。渗透蒸发膜120的外侧表面和壳体102的内侧表面可以彼此面对。
排出区域DR可以设置在渗透蒸发膜120和壳体102之间。即，排出区域DR可以由渗透蒸发膜120的外侧表面和壳体102的内侧表面限定。
多个正渗透膜110可以具有管形状或中空纤维形状，并且可以设置在由渗透蒸发膜120的内侧表面限定的区域中。
混合区域MR可以设置在多个正渗透膜110和渗透蒸发膜120之间。即，混合区域MR可以由多个正渗透膜110的外侧表面和渗透蒸发膜120的内侧表面限定。
多个进入区域IR可以分别由多个正渗透膜110的内侧表面限定。
进入液142可以分别供给到多个进入区域IR中。初级过滤液PFL可以由于正渗透现象而与进入液142分离并且可以移动到混合区域MR。初级过滤液PFL可以与混合区域MR中的正渗透汲取溶液混合以制备混合溶液144。
在示例性实施方案中，混合溶液144的温度可以通过混合溶液加热部144h维持在15℃～150℃。如果混合溶液144的温度高于或等于150℃，则可能会限制膜的选择并且可能会增加能耗。如果混合溶液144的温度低于或等于15℃，则渗透蒸发现象可能不会顺利地发生。
最终过滤液FFL可以由于渗透蒸发现象而与混合溶液144分离，并且在排出区域DR中转换成蒸汽146。排出区域DR可以进入真空状态。优选的是，设定排出区域DR的真空度在绝对压力下为1Torr～660Torr。如果真空度低至661Torr～759Torr，则混合溶液的温度必须过度升高至超过150℃，从而最终过滤液FFL可以作为蒸汽排出。
根据本公开，可以提供膜室18，其中初级过滤液PFL相对于多个正渗透膜110的渗透通量被恒定地维持。
排出区域DR的真空度和混合溶液144的温度中的至少一个被控制，从而可以调节混合溶液144的溶质浓度。可以通过混合溶液144的浓度和排出区域DR的真空度中的至少一个来调节蒸汽146的量。
图16是根据示例性实施方案的膜室的截面图。为了说明简要，可以不说明与参照图3和图4说明的基本相同的内容。
参照图16，膜室20可以包括壳体102、多个正渗透膜110、多个渗透蒸发膜120、多个进入区域IR、混合区域MR和多个排出区域DR。壳体102可以与参照图3和图4说明的壳体基本相同。
多个正渗透膜110和多个渗透蒸发膜120可以设置在由壳体102的内侧表面限定的区域中。多个正渗透膜110和多个渗透蒸发膜120可以具有中空纤维形状或管形状。在由壳体102的内侧表面限定的区域中，除了多个正渗透膜110和多个渗透蒸发膜120之外的区域可以是混合区域MR。
进入液142可以分别供给到多个进入区域IR中。初级过滤液PFL可以由于正渗透现象而与进入液142分离并且可以移动到混合区域MR。初级过滤液PFL可以与混合区域MR中的正渗透汲取溶液混合以制备混合溶液144。混合溶液144可以通过混合泵MRP循环。在其他示例性实施方案中，加热管或加热板可以安装在壳体102内，从而混合溶液144可以不循环。
在示例性实施方案中，混合溶液144的温度可以通过混合溶液加热部144h维持在15℃～150℃。如果混合溶液144的温度高于或等于150℃，则可能会限制膜的选择并且可能会增加能耗。如果混合溶液144的温度低于或等于15℃，则渗透蒸发现象可能不会顺利地发生。
最终过滤液FFL可以由于渗透蒸发现象而与混合溶液144分离，并且在排出区域DR中转换成蒸汽146。排出区域DR可以进入真空状态。优选的是，设定排出区域DR的真空度在绝对压力下为1Torr～660Torr。如果真空度低至661Torr～759Torr，则混合溶液的温度必须过度升高至超过150℃，从而最终过滤液FFL可以作为蒸汽排出。
根据本公开，可以提供渗透室18，其中初级过滤液PFL相对于多个正渗透膜110的渗透通量被恒定地维持。
在其他示例性实施方案中，可以设置参照图5说明的反渗透膜130来代替渗透蒸发膜120。可以供给渗透目标物质来代替排出区域DR中的蒸汽146。混合溶液144可以通过混合泵MRP循环。在其他示例性实施方案中，混合溶液144可以通过正渗透压力加压，或者可以通过诸如泵等加压装置加压，从而不循环。
另外，为了进一步提高正渗透膜的性能，在正渗透膜之间使用第一混合溶液作为正渗透汲取溶液，在正渗透膜和渗透蒸发膜之间或在正渗透膜和反渗透膜之间使用第二混合溶液，并且第一混合溶液的溶质浓度可以低于第二混合溶液的溶质浓度。
控制排出区域DR的真空度和混合溶液144的温度中的至少一个，从而调节混合溶液144的溶质浓度。可以通过混合溶液144的浓度和排出区域DR的真空度中的至少一个来调节蒸汽146的量。
关于本发明的技术构思的上述实施方案是说明本发明的技术构思的示例。因此，本发明的技术构思不限于上述实施方案，并且显而易见的是，本领域技术人员可以在本发明的技术构思内进行各种修改和变化，例如，组合各实施方案。
附图标记列表
1,2,3,4,5,6,7,8：膜装置
10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20：膜室
102：壳体
110：正渗透膜
120：渗透蒸发膜
130：反渗透膜
IR：进入区域
MR：混合区域
DR：排出区域
210：进入液供应部
220：残留物处理部
230：冷凝器
240：真空泵
250：过滤液存储部
260：泵
300：液体收集室
Claims (13)
1.一种膜装置，包括：
壳体；
正渗透膜，其将所述壳体的内部空间分成进入区域和混合区域；和渗透蒸发膜，其将所述壳体的内部空间分成所述混合区域和排出区域，
其中所述正渗透膜将供给到所述进入区域的初级过滤液与进入液分离，并将分离的初级过滤液供给到所述混合区域，
其中所述初级过滤液与所述混合区域中的正渗透汲取溶液混合以制备混合溶液，
其中所述渗透蒸发膜将最终过滤液与所述混合溶液分离，并将分离的最终过滤液供给到所述排出区域，和
其中所述最终过滤液在所述排出区域中蒸发以产生蒸汽。
2.根据权利要求1所述的膜装置，还包括：
控制部，其调节所述混合溶液的温度和所述排出区域的真空度中的至少一个，
其中通过所述混合溶液的温度和所述排出区域的真空度中的至少一个来调节蒸汽量。
3.根据权利要求1所述的膜装置，
其中所述正渗透汲取溶液含有无机盐，和
其中所述无机盐包括氯化钠溶液。
4.根据权利要求2所述的膜装置，
其中对应于所述混合溶液的溶质浓度来调节所述排出区域的真空度和所述混合溶液的温度。
5.根据权利要求2所述的膜装置，还包括：
进入液供应部，其将进入液供应到所述进入区域；
冷凝器，其冷凝所述蒸汽以再生所述最终过滤液；和
真空泵，其调节所述排出区域的真空度。
6.根据权利要求1所述的膜装置，
其中所述正渗透膜具有平板形状，和
其中所述渗透蒸发膜具有平板形状并且与所述正渗透膜平行布置。
7.根据权利要求1所述的膜装置，
其中所述正渗透膜和所述渗透蒸发膜具有管形状或中空纤维形状。
8.根据权利要求7所述的膜装置，
其中设置多个正渗透膜或多个渗透蒸发膜。
9.根据权利要求1所述的膜装置，
其中膜室还包括反渗透膜，其将所述混合区域分成第一混合区域和第二混合区域。
10.一种使用膜装置分离溶液的方法，所述方法包括：
准备膜室，其包括壳体、将所述壳体的内部空间分成进入区域和混合区域的正渗透膜以及将所述壳体的内部空间分成所述混合区域和排出区域的渗透蒸发膜；
分别向所述进入区域和所述混合区域供给进入液和正渗透汲取溶液；
将与所述进入液分离的初级过滤液与所述正渗透汲取溶液混合以制备混合溶液；和
将从所述混合溶液分离的最终过滤液供给到所述排出区域，以在所述排出区域中蒸发所述最终过滤液。
11.根据权利要求10所述的使用膜装置分离溶液的方法，还包括：
对应于所述混合溶液的溶质浓度来控制所述混合溶液的温度和所述排出区域的真空度中的至少一个，
其中通过所述混合溶液的温度和所述排出区域的真空度中的至少一个来调节所述最终过滤液的蒸发量。
12.根据权利要求10所述的使用膜装置分离溶液的方法，还包括：
冷凝所述蒸汽以再生所述最终过滤液。
13.根据权利要求10所述的使用膜装置分离溶液的方法，
其中恒定地维持所述混合溶液的渗透压。
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