CN118119442A - 半封闭反渗透设备和方法 - Google Patents

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CN118119442A CN202280070154.0A CN202280070154A CN118119442A CN 118119442 A CN118119442 A CN 118119442A CN 202280070154 A CN202280070154 A CN 202280070154A CN 118119442 A CN118119442 A CN 118119442A
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佘乾洪
莫子敬
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Nanyang Technological University
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Abstract

一种***，包括：具有入口、渗出液出口和浓液出口的反渗透膜模块，所述反渗透膜模块可操作以将原液分离成反渗透渗出液和反渗透浓液，所述反渗透浓液经浓液出口被输送出所述反渗透膜模块；第一液罐；以及流体回路，所述流体回路将所述反渗透膜模块与所述第一液罐耦接，所述流体回路被设置为提供流动路径，所述流动路径包括：将所述原液引导至所述入口的第一原液流动路径；将所述反渗透浓液从所述浓液出口引导至所述第一液罐的第一浓液流动路径；将所述原液从所述第一液罐引导至所述入口的第二原液流动路径，其中所述第一原液流动路径和所述第二原液流动路径被设置为从不同液源接收所述原液。

Description

半封闭反渗透设备和方法
本申请要求新加坡专利申请号10202111588T的优先权，其全部公开内容通过援引并入本文。
技术领域
本公开涉及液体的处理，并且更具体地涉及反渗透***和方法。
背景技术
在常规的单级反渗透中，沿膜模块(membrane module)施加恒定的液压(hydraulic pressure)。液压需要高于最终排出流(final exiting stream)的渗透压。为获得较高的回收率，排出流的渗透压变得越来越重要，并且膜模块的入口处和出口处的渗透压之间的差值变得越来越大。因此，在实践中，操作常规单级反渗透***的能量损失量限制其应用，使得常规单级反渗透不是用于获得较高能量效率和较高回收率的实际选择。
发明内容
一方面，本申请公开一种***，所述***包括：反渗透膜模块(reverse osmosis，RO)，所述反渗透膜模块具有入口、渗出液出口和浓液出口，所述反渗透膜模块可操作以将原液分离成反渗透渗出液和反渗透浓液，所述反渗透浓液经所述浓液出口被输送出所述反渗透膜模块；第一液罐；以及流体回路，所述流体回路将所述反渗透膜模块与所述第一液罐耦接，所述流体回路被设置为提供流动路径，所述流动路径包括：第一原液流动路径，所述第一原液流动路径将所述原液引导至所述入口；第一浓液流动路径，所述第一浓液流动路径将所述反渗透浓液从所述浓液出口引导至所述第一液罐；以及第二原液流动路径，所述第二原液流动路径将所述原液从所述第一液罐引导至所述入口，其中所述第一原液流动路径和所述第二原液流动路径被设置为从不同液源接收所述原液。
所述***还可以包括：第二液罐，所述第二液罐被耦接于所述流体回路，其中所述流体回路被设置为在第一循环中提供所述第一原液流动路径与在第二循环中提供所述第二原液流动路径之间交替，所述第一循环和所述第二循环是液体流经所述反渗透膜模块的至少两个循环中的连续两个循环，其中：在所述第一循环中，从所述第二液罐接收所述原液，并且所述原液被沿所述第一原液流动路径引导至所述反渗透膜模块，所述第二液罐在所述第一循环中作为原液液罐；并且在所述第一循环中，所述反渗透浓液被沿所述第一浓液流动路径从所述反渗透膜模块引导至所述第一液罐，所述第一液罐在所述第一循环中作为接收液罐，并且其中：在所述第二循环中，从所述第一液罐接收所述原液，并且将所述原液沿所述第二原液流动路径引导至所述反渗透膜模块，所述第一液罐在所述第二循环中作为所述原液液罐；并且在所述第二循环中，所述反渗透浓液被沿第二浓液流动路径从所述反渗透膜模块引导至所述第二液罐，所述第二液罐作为所述接收液罐。
在所述第一循环中，所述第一原液流动路径和所述第一浓液流动路径在所述入口的上游和所述第二液罐的下游不汇合，并且其中在所述第二循环中，所述第二原液流动路径和所述第二浓液流动路径在所述入口的上游和所述第一液罐的下游不汇合。当前循环的所述反渗透浓液被防止与所述当前循环的所述原液混合，所述当前循环是所述至少两个循环中的任意一个循环。
所述第一液罐和所述第二液罐中的每一个液罐可以被设置为交替地作为在所述当前循环中提供所述原液的所述原液液罐与在后续循环中作为接收所述反渗透浓液的所述接收液罐，所述后续循环紧接所述当前循环。
所述流体回路被设置为在所述至少两个循环中的每一个循环内，防止从所述接收液罐至所述原液液罐的液体直通流动路径，其中所述液体直通流动路径不经过所述反渗透膜模块。
流出所述反渗透膜模块的所述反渗透浓液的特征在于用于所述至少两个循环中的每个循环的渗透压，并且其中每个循环的所述原液被以目标压力输送至所述入口，所述目标压力在所述至少两个循环中的任意循环之间是可以可控地改变的，以使得所述目标压力至少最低限度地大于所述当前循环中流出所述反渗透膜模块的反渗透浓液的渗透压。
所述***还可以包括耦接于所述流体回路的泵，所述泵被设置为以目标压力将所述原液输送至所述入口，其中所述泵被设置为随着所述连续多个循环中的每一个循环，逐渐增加所述目标压力。所述泵可以被设置为在(i)在所述第一循环中从所述第二液罐接收所述原液与(ii)在所述第二循环中从所述第一液罐接收所述原液之间交替。
所述***还可以包括：耦接于所述流体回路的能量回收装置，所述能量回收装置被设置为从所述反渗透浓液回收能量，其中所述能量回收装置被设置为至少部分地对所述原液加压。
所述流体回路还可以包括新原液入口，所述新原液入口被设置为接收一份新原液摄入，并且其中所述一份新原液摄入被经所述反渗透膜模块循环所述至少两个循环。
所述***被设置为启动所述流体回路中的剩余液体的排出以及所述第一液罐和所述第二液罐中的任意液罐中的剩余液体的排出，并且其中响应于回收参数达到阈值，所述排出被启动。所述回收参数是基于所述渗出液出口处的所述反渗透渗出液的状态、所述原液的状态、流出所述反渗透膜模块的所述反渗透浓液的状态、比能耗、循环次数、渗出液流速或其任意组合确定的。
所述***还可以包括处理单元，所述处理单元被设置为对所述原液液罐和所述接收液罐中的一个液罐或两个液罐的相应内容物提供至少一个化学添加剂。所述处理单元可以包括一个或多个第三液罐，所述一个或多个第三液罐被设置为从所述反渗透膜模块接收所述反渗透浓液，并且将经处理的浓液输送至所述接收液罐，其中所述处理单元被设置为对所述一个或多个第三液罐提供所述至少一个化学添加剂，并且在所述经处理的浓液被输送至所述接收液罐之前，提供用于不溶颗粒在所述一个或多个第三液罐中的至少部分的沉降。所述***还可以包括耦接于所述流体回路的过滤单元，所述过滤单元被设置为过滤从所述原液液罐接收的所述原液。所述***还可以包括耦接于所述流体回路的第二级膜模块，其中所述第二级膜模块可操作以将从所述反渗透膜模块流出的所述反渗透浓液分离成第二级渗出液和第二级截留液，所述第二级渗出液被所述接收液罐接收。所述第二级膜模块可以是低盐截留率反渗透(low salt-rejection RO，LSRRO)膜模块、纳滤(nanofiltration，NF)膜模块、超滤(ultrafiltration，UF)膜模块、微滤(microfiltration，MF)膜模块或其任意组合中的一个或多个。所述流体回路可以被设置为在排出所述第二级截留液之前，从所述第二级截留液回收能量。所述反渗透膜模块可以包括一个或多个反渗透膜，并且其中所述一个或多个反渗透膜中的至少一个反渗透膜的特征在于80％的氯化钠截留率或80％以上的氯化钠截留率的截留率。
另一方面，本公开的方法包括：沿流体回路中的第一原液流动路径引导原液，所述流体回路被设置为在包括第一液罐和反渗透(reverse osmosis，RO)膜模块的***中提供流动路径，所述反渗透膜模块具有入口、渗出液出口和浓液出口，所述反渗透膜模块可操作以将所述原液分离成反渗透渗出液和反渗透浓液；将所述反渗透浓液沿第一浓液流动路径从所述浓液出口引导至所述第一液罐；以及沿第二原液流动路径将所述原液从所述第一液罐引导至所述入口，其中所述第一原液流动路径和所述第二原液流动路径被设置为从不同液源接收所述原液，并且其中所述流动路径包括所述第一原液流动路径、所述第一浓液流动路径，以及所述第二原液流动路径。
所述方法可以包括：在第一循环中提供所述第一原液流动路径与在第二循环中提供所述第二原液流动路径之间交替，所述第一循环和所述第二循环是液体流经所述反渗透膜模块的至少两个循环中的连续两个循环，其中所述第一循环包括从第二液罐接收所述原液，并且将所述原液沿所述第一原液流动路径引导至所述反渗透膜模块，所述第二液罐在所述第一循环中作为原液液罐；并且其中所述第一循环包括将所述反渗透浓液沿所述第一浓液流动路径从所述反渗透膜模块引导至所述第一液罐，所述第一液罐在所述第一循环中作为接收液罐，并且其中所述第二循环包括从所述第一液罐接收所述原液，并且将所述原液沿所述第二流动路径从所述第一液罐引导至所述反渗透膜模块，所述第一液罐在所述第二循环中作为所述原液液罐；并且其中所述第二循环包括将所述反渗透浓液沿第二浓液流动路径从所述反渗透膜模块引导至所述第二液罐，所述第二液罐作为所述接收液罐。
在所述第一循环中，所述第一原液流动路径和所述第一浓液流动路径在所述入口的上游和所述第二液罐的下游不汇合，并且在所述第二循环中，所述第二原液流动路径和所述第二浓液流动路径在所述入口的上游和所述第一液罐的下游不汇合。
所述方法还可以包括：对于一份新原液摄入，执行所述至少两个循环中的所有循环。所述方法还可以包括：可控地设置目标压力，所述原液被以所述目标压力输送至所述反渗透膜模块，以使得所述目标压力至少最低限度地大于在当前循环中流出所述反渗透膜模块的反渗透浓液的渗透压。所述方法还可以包括：在连续多个循环中，逐渐增加所述目标压力。所述方法还可以包括：化学处理所述原液液罐和所述接收液罐中的一个液罐或两个液罐相应的内容物。所述方法还可以包括：使所述反渗透浓液流经第二级膜模块，其中所述第二级膜模块被设置为从所述反渗透浓液滤出杂质。所述第二级膜模块可以包括低盐截留率RO(low salt-rejection RO，LSRRO)膜模块、纳滤(nanofiltration，NF)膜模块、超滤(ultrafiltration，UF)膜模块、微滤(microfiltration，MF)膜模块或其任意组合中的一个或多个。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的、具有能量回收装置(energy recovery device，ERD)的半封闭反渗透(semi-closed reverse osmosis，SCRO)***的示意图；
图1A至图1F是示出具有ERD的SCRO方法的不同循环的示意图；
图2是根据本公开另一实施例的、没有ERD的SCRO***的示意图；
图2A至图2F是示出没有ERD的SCRO方法的不同循环的示意图；
图3A和图3B是示出具有化学添加剂的不同实施例的示意图；
图4A和图4B是示出具有外部处理单元的不同实施例的示意图；
图5A和图5B是示出具有附加过滤的不同实施例的示意图；
图6A是示出具有附加的第二级纯化的ERD的SCRO方法中的一个循环的示意图；
图6B是示出图6A的***中的最终循环的示意图；
图7A是示出在没有ERD的、具有附加的第二级纯化的SCRO方法中的一个循环的示意图；
图7B是示出图7A的***中的最终循环的示意图；
图8是由压力容器阵列和压力容器中的膜部件形成的反渗透膜模块示例的示意图，该反渗透膜模块用于图1或图2的、所提出的***中；
图9是示出用于海水淡化的各个反渗透(RO)工艺的热力学最低比能量消耗(specific energy consumption，SEC)作为回收率的函数的示图；
图10A是示出与具有ERD的SCRO相比的、各个RO工艺的海水淡化的最小SEC的示图，其中考虑泵和能量回收装置的实际低效率(inefficiencies)以及摩擦能量损失，其中假设98％的ERD效率、80％的泵效率，以及每级或每个循环0.1bar的压力损失；
图10B是示出与具有ERD的SCRO相比的、各个RO工艺的海水淡化的最小SEC的示图，其中考虑泵和能量回收装置的实际低效率以及摩擦能量损失，其中假设98％的ERD效率、80％的泵效率，以及每级或每个循环0.2bar的压力损失；
图10C是示出与具有ERD的SCRO相比的、各个RO工艺的海水淡化的最小SEC的示图，其中考虑泵和能量回收装置的实际低效率以及摩擦能量损失，其中假设98％的ERD效率、80％的泵效率，以及每级或每个循环1bar的压力损失；
图11A是示出与没有ERD的SCRO相比的、各个RO工艺的海水淡化的最小SEC的示图，其中考虑泵的实际低效率以及摩擦能量损失，其中假设80％的泵效率以及每级或每个循环0.1bar的压力损失；
图11B是示出与没有ERD的SCRO相比的、各个RO工艺的海水淡化的最小SEC的示图，其中考虑泵的实际低效率以及摩擦能量损失，其中假设80％的泵效率以及每级或每个循环0.2bar的压力损失；以及
图11C是示出与没有ERD的SCRO相比的、各个RO工艺海水淡化的最小SEC的示图，其中考虑泵的实际低效率以及摩擦能量损失，其中假设80％的泵效率以及每级或每个循环1bar的压力损失。
具体实施方式
在整个说明书中对“一实施例”、“另一实施例”或“一个实施例”(或类似术语)的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各处出现的短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”等不一定指同一实施例。此外，所描述的特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。在下文的描述中，提供许多具体细节以给出对实施例的透彻理解。相关领域的技术人员将认识到，可以在没有一个或多个具体细节的情况下，或者利用其他方法、部件、材料等实践各个实施例。在其他情况下，一些或全部已知结构、材料或操作可能没有详细示出或描述以避免混淆。
本文使用的词语“示例性”意指“用作示例、实例或说明”。本文中描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其他实施例优选或有益。如本文所使用的，单数“一”和“一个”可以被解释为包括复数“一个或多个”，除非从上下文中明显示出相反含义。
在说明书和权利要求中使用例如“第一”和“第二”的术语仅是为了简洁和清楚起见，并且不一定暗示优先权或顺序，除非上下文需要。应用于所述数值的术语“约”和“大约”涵盖确切值和合理差值，如本领域普通技术人员将理解的，并且术语“总体上”和“实质上”应以类似方式理解，除非另有说明。
图1是根据本公开一个实施例的***100的示意图，***100被设置用于半封闭反渗透(semi-closed reverse osmosis，SCRO)工艺。***100包括反渗透(RO)膜模块200和第一液罐410(液罐T1)。***100还包括流体回路110，流体回路110将RO膜模块200与第一液罐410耦接。RO膜模块200包括入口210、渗出液出口220和浓液出口230。RO膜模块200包括设置于其中的至少一个膜，以使得经RO膜模块200循环的液体将通过跨设(across)该至少一个膜发生的反渗透分离。经入口210供给至RO膜模块200的液体被称为原液211(原液流入)。经入口210接收于RO膜模块200中的原液211(流S6)经RO膜模块200循环，以使得原液211分离成反渗透(RO)渗出液222(流S7)和RO浓液233。在本公开中，术语“RO浓液”还可以指从RO膜模块200流出的浓液流出物(effluent)或流S8。术语“浓液”可以指从RO膜模块200流出的RO浓液和/或经处理的浓液，本文所使用的术语“经处理的浓液”指从RO浓液的附加处理获得的浓液流/溶液。RO渗出液222被输送出渗出液出口220，并且流出RO膜模块200的RO浓液233流经浓液出口230。本***100的RO膜模块200可以被以多种方式设置。例如，在一些实施例中，RO膜模块200可以包括一个或多个RO膜，其中一个或多个RO膜中的至少一个RO膜是特征在于较高截留率(rejection rate)的任何膜。较高截留率的膜指能够实现80％的氯化钠截留率或大于80％的氯化钠截留率的膜。应当理解，80％的截留率指约80％的截留率。换言之，如本文所使用的，术语“RO膜”不旨在仅限于常规上选择用于常规反渗透工艺的那些膜。一方面，有益地，由于本***100所实现的较高的效率，可选择用于本***100的膜的种类可以扩展至常规使用的膜之外。
可以提供能量回收装置(energy recovery device，ERD)460，以从RO浓液233(流S8)回收一些能量，并且对一部分原液(流S5)部分地加压。可借助泵430(例如增压泵434或再循环泵)对流S5进一步加压。原液211的另一部分(流S4)可通过例如高压泵432的另一泵430加压。因此，流S4和流S5可以结合以提供处于目标压力(液压)的流S6，目标压力高于RO膜模块200的多个排出流之间(即S8与S7之间)的渗透压差。可以选择使用各种能量回收装置460，其示例包括但不限于压力交换器(pressure exchangers，PX)、佩尔顿式水轮机(Pelton turbine，PT)、双功交换器能量回收(dual work exchanger energy recover，SWEER)***等。
流体回路110可以包括新原液入口102。流体回路110可以以流体输送导管或管道等、至少一个泵430和多个阀440中的一个阀440的形式实施，以使得流体回路110可以被可控地设置为经***100的至少一部分，引导液体的流动路径300。例如，例如二通阀V2(1)的阀440可以设于新原液入口102处，以控制每次摄入(intake)时进入***100的新原液的量。可以提供例如三通阀V3(2)的另一阀440，以可控地允许RO浓液233仅流至第一液罐410(液罐T1)和第二液罐420(液罐T2)中的一个液罐。可以提供二通阀V2(2)以可控地允许液体经排料出口(discharge outlet)104排出***100。可以提供例如三通阀V3(1)的另一阀440，以可控地控制是从第一液罐410(液罐T1)抽取原液211还是从第二液罐420(T2)抽取原液211。
本领域技术人员将理解，这并不排除***100物理连接于其他部件。例如，可以将两个以上的液罐连接于流体回路，其中附加的液罐可以用作备用容器，以确保新原液的连续摄入。图2示出根据本公开另一实施例的***100的另一示例，其中***100被设置用于SCRO工艺。图2的***100可以被描述为没有ERD的SCRO***。仅需要例如一台高压泵432的一台泵430，以用于对从液源(source)抽取的原液211(流S6)加压，该液源在任何时候不超过以下中的一个：从新原液入口102流入的新原液、第一液罐410(液罐T1)和第二液罐420(液罐T2)。
为帮助理解，图1A示出图1的***100中具有ERD的SCRO工艺中的初始循环(循环1)的流动路径300。图1B示出偶数循环中的流动路径300，即循环数i＝2,4,…,2n，其中图1的SCRO工艺中的 图1C示出奇数循环中的流动路径300，即循环数i＝3,5，…，2n-1，其中图1的SCRO工艺中的/>图1D示出图1的SCRO工艺的最终循环的流动路径300，其中最终循环是奇数循环，即循环数/>图1E示出图1的SCRO工艺的最终循环的流动路径300，其中最终循环是偶数循环，即循环数 图w
下面的表1示出参照图1A至图1F的、用于具有ERD的SCRO工艺的多循环SCRO操作的各个阶段。
表1
没有ERD的SCRO工艺的顺序(sequence)可以类似地参照图2A至图2F呈现。图2A示出在图2的***100中没有ERD的SCRO工艺中的初始循环(循环数i＝1)的流动路径300。图2B示出偶数循环中的流动路径300，即循环数i＝2,4,…,2n，其中图2的SCRO工艺中的图2C示出奇数循环中的流动路径300，即循环数i＝3,5,…,2n-1，其中图2的SCRO工艺中的/>图2D示出图2的SCRO工艺的最终循环的流动路径300，其中最终循环是奇数循环，即循环数/>图2E示出图2的SCRO工艺的最终循环的流动路径300，其中最终循环是偶数循环，即循环数/> 图2F示出冲洗操作中液体经图2的***的流动。
对于经新原液入口102接收的一份新原液摄入，可以按以下顺序引导液体流经***100:(i)经新原液入口接收的一份新原液摄入，并且沿第一原液流动路径311'将原液211引导至RO膜模块200的入口210；(ii)在该初始循环(图1A/图2A)中，经入口210接收的液体被RO膜模块200分离成RO渗出液222和RO浓液233；(iii)流出RO膜模块200的RO浓液233被沿第一浓液流动路径331从浓液出口230引导至第一液罐410；(iv)如图1B或图2B所示，液体被从第一液罐410抽取，并且形成全部原液211，原液211现在被沿第二原液流动路径312引导至RO膜模块200的入口210；(v)在液体流经RO膜模块200的该后续循环中，原液211被进一步分离成RO渗出液222和RO浓液233；(vi)如果第二循环是最终循环(图1E/图2E)，则流出RO膜模块200的RO浓液233被排出***100。任意循环或全部循环的RO渗出液222可以出于各种目的，经管道输送出***100。然后可以执行冲洗操作(图1F或图2F)，以在经新原液入口102将另一份新原液摄入引入***100中之前，将***100中的剩余液体冲出。
一方面，本***100与常规的开放***的不相似之处在于，对于本***100，每份新原液摄入都经RO膜模块200循环一个或多个循环，直到在另一份新原液摄入被接收于***100中之前，全部液体被排出***100。另一方面，本公开的流动路径300不同于常规的封闭***。例如，在常规的封闭式反渗透***中，常规的流动路径从RO膜模块通向液罐，并且从同一液罐通向RO膜模块。在常规的封闭式反渗透***中，有不可避免的熵的产生，熵的产生至少源于液罐中原液和浓液的混合。相反地，在本***100中，在每个循环中，防止原液和浓液在任何液罐中的混合。因此，本公开的***100在本文中也被称为半封闭***。
本文提出的半封闭反渗透(semi-closed reverse osmosis，SCRO)的特征还在于以下方面。新原液仅在初始循环(循环1)中进入，与此同时，反渗透浓液在达到所需回收率后在最终循环中被排出。在初始循环之后的每个循环中，原液的液源是从前一循环收集的浓液溶液(concentrate solution)。原液被加压，并且然后在RO膜模块中脱水。在每个循环中，从RO膜模块流出的RO浓液被储存于除原液液罐之外的单独的接收液罐中，这在运行过程中形成半闭环。所储存的浓缩溶液作为下一循环的原液液源。在最终循环中，RO浓液可以可选地在不被储存于接收液罐中的情况下，在流出RO膜模块时被排出。在SCRO操作中，消除或防止浓液流和原液流之间的混合。用于一份新原液摄入的循环数可以根据原液的特性(例如原液盐度)和回收目标，在不改变流体回路中的流动取向的情况下，灵活地改变。SCRO工艺的循环数是可以被优化以降低能耗的操作参数。在用于一次液体摄入的淡化的一系列循环中，与前一循环的液压相比，每个循环中施加的液压被升高。
仍然参照图1和图2，***100还可以包括第二液罐420，其中流体回路110将第二液罐420、第一液罐410与RO膜模块200耦接。对于经新原液入口102接收的一份新原液摄入，液体可以按以下顺序引导流经***100：(i)经新原液入口接收的一份新原液摄入被沿第一原液流动路径311'引导至入口210，并且被作为原液211接收至RO膜模块200中(图1A/图2A)；(ii)在流经RO膜模块200的该循环中，经入口210接收的原液211被RO膜模块200分离成RO渗出液222和RO浓液233；(iii)流出RO膜模块200的RO浓液233被沿第一浓液流动路径331从浓液出口230引导至第一液罐410；(iv)从第一液罐410流出的液体形成全部原液211，然后全部原液211被沿第二原液流动路径312引导至RO膜模块200的入口210；(v)在液体流经RO膜模块200的该后续循环或后续流动中，液体进一步分离成RO渗出液222和RO浓液233；(vi)流出RO膜模块200的RO浓液233被沿第二浓液流动路径332从浓液出口230引导至第二液罐420，并且RO渗出液222经渗出液出口220流出RO膜模块200(图1B/图2B)。在***100停止从第一液罐410抽取液体之前，没有液体被从第二液罐420抽出至***100的其余部分中。在该示例中，在第一液罐410中的、实质上全部的液体已经被耗尽之后，即在第一液罐410中的、实质上全部的液体已被从第一液罐410中抽出、被经RO膜模块200循环，并且被储存于第二液罐420中之后，***100中的一个或多个阀可以被可控地调节，以使得按照上述顺序，(vii)从第二液罐420抽取液体，并且该液体被沿第一原液流动路径311引导至RO膜模块200的入口210(图1C/图2C)；(viii)在RO膜模块200中，原液211被分离成RO浓液233和RO渗出液222；(ix)如果当前循环不是最终循环，则流出RO膜模块200的RO浓液233被从浓液出口230引导至第一液罐410。在***100停止从第二液罐420抽取液体之前，没有液体被从第一液罐410抽出至***100的其他部分中。在该示例中，在第二液罐420中实质上全部的液体已经耗尽之后，即在第二液罐420中实质上全部的液体已经经RO膜模块200循环且储存于第一液罐410中之后，***100中的一个或多个阀可以被可控地调节以用于液体流经RO膜模块200的另一循环，或者用于将液体排出***100。如果该循环是最终循环(图1D/图2D)，则流出RO膜模块200的RO浓液233被排出***100。冲洗操作(图1F/图2F)可以在最终循环之后进行，例如，水可以经新原液入口102泵入***100中，流经至少RO膜模块200，然后排出***100。
在一些实施例中，在最终循环中，流出RO膜模块200的RO浓液233可以在流经能量回收装置460(图1D/图1E)和/或处理单元470后(例如图6A至图7B)，被排出***100。
参见图1或图2，替代性地描述，流体回路110的设置示出流动路径300，在流动路径300中，液体被沿第一原液流动路径311、经RO膜模块200、沿第一浓液流动路径331引导至第一液罐410，并且然后沿第二原液流动路径312，从第一液罐410引导回RO膜模块200，其中第一原液流动路径311与第二原液流动路径312是不相同的。
替代地描述，流体回路100被设置为提供流动路径300，其中流动路径300包括第一原液流动路径311、第一浓液流动路径331和第二原液流动路径312。在运行时，原液211被沿第一原液流动路径311引导至RO膜模块200的入口210。RO浓液233被沿第一浓液流动路径331从RO膜模块200的浓液出口230引导至第一液罐410。从第一液罐410流出的原液211被沿第二原液流动路径312引导至RO膜模块200的入口210。第一原液流动路径311和第二原液流动路径312是至RO膜模块200的同一入口210的连续的多个原液211，并且第一原液流动路径311和第二原液流动路径312中的每一个原液流动路径均从不同的液源接收其各自的原液211。例如，在当前循环中，第二原液流动路径312可以被设置为从第一液罐410接收原液211，并且在后续循环中，第一原液流动路径311被设置为不从第一液罐410接收原液211。例如，在初始循环中，第一原液流动路径311可以从新原液入口102接收原液211，其中液体没有被预先储存于或流经第一液罐410和第二液罐420中的任何液罐，并且在后续循环中，第二原液流动路径312可以从第一液罐410和第二液罐420中的一个液罐接收原液211。
为方便参照，在本公开中，第一循环指原液211被沿第一原液流动路径311引导至RO膜模块200的循环。例如，在第一循环中，原液211可以被从第二液罐420接收，并且被沿第一原液流动路径311引导至RO膜模块200。在第一循环的该示例中，第二液罐420作为原液液罐402，并且还作为原液211的唯一液源。在第一循环中，RO浓液233可被沿第一浓液流动路径331从RO膜模块200引导至第一液罐410。在第一循环的该示例中，第一液罐410作为接收液罐404。在任意一个循环中，仅第一液罐410和第二液罐420中的一个液罐被用作接收液罐404，并且在第一循环中，第一液罐410是用于RO浓液233的唯一储存液罐。第一原液流动路径311和第一浓液流动路径331不在同时是RO膜模块200的入口210的上游和第二液罐420的下游的任何点处汇合(converge)。换言之，在任意循环中，在RO膜模块200的入口210处的原液211不是从原液液罐402流出的液体与从接收液罐404流出的液体的汇合物(convergence)。
为方便参照，在本公开中，第二循环指原液211被沿第二原液流动路径312引导至RO膜模块200的循环。例如，在第二循环中，原液211可以被从第一液罐410接收且被沿第二原液流动路径312引导至RO膜模块200。在第二循环的该示例中，第一液罐作为原液液罐402，并且还作为原液211的唯一液源。在第二循环中，RO浓液233可被沿第二浓液流动路径332、从RO膜模块200引导至第二液罐420。在第二循环的该示例中，第二液罐作为接收液罐404。在任何一个循环中，第一液罐410和第二液罐420中仅有一个液罐被用作接收液罐404，并且在第二循环中，第二液罐420是用于RO浓液233的唯一储存液罐。第二原液流动路径312和第二浓液流动路径332不在同时是RO膜模块200的入口210的上游和第一液罐410的下游的任何点处汇合。换言之，在任意循环中，在RO膜模块200的入口210处的原液211不是从原液液罐402流出的液体和从接收液罐404流出的液体的汇合物。流体回路110可以被设置为在任意两个连续循环的每一个循环内，防止从接收液罐404至原液液罐402的液体直通流动路径或从原液液罐402至接收液罐404的液体直通流动路径，其中直通流动路径指流体回路110中的两点之间的、不经过RO膜模块200的、最短的可能流动路径。换言之，直通流动路径不经过RO膜模块200。
在一些实施例中，***100被设置成使得第一循环和第二循环是流经RO膜模块200的液体的至少两个循环中的连续两个循环。在优选实施例中，一份新原液摄入被经RO膜模块200循环至少两个循环。在至少两个循环中的任意一个循环中(为简洁起见，在本公开中，任意一个循环也可以称为当前循环)，当前循环的RO浓液233被防止与同一当前循环的原液211混合。流体回路110可以被设置为在第一循环中提供第一原液流动路径311以及在第二循环中提供第二原液流动路径312之间交替。例如，一个或多个阀440可被用于确定高压泵432所接收的液体。例如，在第一循环中，三通阀V3(1)可以使全部三个接口关闭(图1A)或仅关闭通向第一液罐410的接口(图1C)，以使得高压泵432经第一原液流动路径311/311'从新原液入口102(图1A)接收液体，或者从第二液罐420而不是从第一液罐410(图1C)接收液体；并且在第二循环中，三通阀V3(1)可以仅关闭通向第二液罐420的接口(图1B)，以使得高压泵432经第二原液流动路径312从第一液罐410而不是从第二液罐420接收液体。换言之，第一液罐410可以被设置成交替地作为原液液罐402(以在当前循环中提供原液211)以及作为接收液罐404(以在后续循环中接收RO浓液233)，其中后续循环是紧接当前循环的循环。替代地，第二液罐420可以被设置为交替地作为原液液罐402(以在当前循环中提供原液211)以及作为接收液罐404(以在后续循环中接收RO浓液233)，其中后续循环是紧接当前循环的循环。
***100可以包括一个或多个泵430和一个或多个阀440，以使流体回路110中的液体能够沿上述流动路径300流动。为简洁起见，在本公开中，“泵”430可以指任何类型和/或数量的泵，包括但不限于一个或多个液压泵、一个或多个高压泵、一个或多个增压泵或其任意组合等。在运行时，泵430沿流动路径300推动液体，并且/或者以一个压力输送液体。一个或多个阀440可以包括但不限于，一个或多个二通阀、一个或多个三通阀或其任意组合等。本领域技术人员应当理解，有多个位置可以被选择用于在***100中安装泵430和一个或多个阀440，以实施上述流体回路110的各个实施例。因此，附图中所示的设置是为帮助理解而示出的非限制性示例。为简洁起见，***100可以被描述为具有耦接于流体回路110的泵430，其中泵430被设置为以目标压力将原液211输送至入口210。泵430被设置为在(i)在第一循环中从第二液罐420接收原液211与(ii)在第二循环中从第一液罐410接收原液211之间交替。
在一些实施例中，***100可被描述为包括被设置于RO膜模块200的入口210的上游和原液液罐402的下游的高压泵432，其中高压泵432被设置为增加原液211的压力。在一些实施例中，***100还包括与高压泵432并联的能量回收装置(energy recovery device)460。ERD 460可以被设置为从RO膜模块200下游的RO浓液233回收能量，并且使用所回收的能量至少部分地对RO膜模块200上游的原液211加压。在一些实施例中，***100还包括与能量回收装置460串联的增压泵434，其中增压泵434和能量回收装置460二者共同与高压泵432并联耦接。增压泵434可以被用于将能量回收装置460之后的或下游的加压流的压力升高至期望水平。
流出RO膜模块200的RO浓液233的特征在于，液体流经RO膜模块200的至少两个循环中的每一个循环的渗透压，其中每一个循环的原液211被以目标压力输送至RO膜模块200的入口210。目标压力在至少两个连续循环中的任意循环之间是可以可控地改变的，以使得目标压力至少最低限度地大于当前循环中流出RO膜模块200的RO浓液233的渗透压。***100可以包括耦接于流体回路110的泵430，其中泵430被设置为将原液211以目标压力输送至RO膜模块200的入口210。在优选实施例中，泵430被设置为随着连续多个循环中的每一个循环，逐渐增加目标压力。
***100可以被设置为启动流体回路110中的任何剩余液体的排出以及/或者第一液罐410和第二液罐420中的任意液罐中的任何剩余液体的排出。该排出可以响应于回收参数达到阈值而启动。回收参数可以基于渗出液出口处的RO渗出液的状态、原液211的状态、流出RO膜模块200的RO浓液的状态、比能量消耗、循环次数、(RO渗出液的)渗出液流速或其任意组合、导数或函数确定。所述状态中的一些状态可由位于流体回路110的一部分处的一个或多个传感器确定或感测。例如，流量计可以被安装于渗出液出口220处，以测量渗出液流速。在另一示例中，传感器可以被安装于入口210处或入口210的上游处，从而确定原液211的水质等。
在一些实施例中，如图3A(具有ERD的SCRO)和图3B(没有ERD的SCRO)示意性所示，在***100中，化学添加剂(chemical dosages)492可以被直接添加于第一液罐410和第二液罐420中的任意一个液罐或两个液罐的液体中。这优选地用于化学添加剂不会引起不溶颗粒形成的情况。化学添加剂可以选自以下任意一个或多个：调节pH的化学品、调节碱度(alkalinity)的化学品、阻垢剂(anti-scalants)、消毒剂(disinfectants)、氧化剂(oxidants)等。
在一些实施例中，***100包括外部处理单元470，外部处理单元470具有一个或多个第三液罐490(即一个第三液罐490或多个第三液罐490)，如图4A(具有ERD的SCRO)和图4B(没有ERD的SCRO)示意性所示。一个或多个第三液罐490在化学添加剂可能引起或将引起不溶颗粒形成的设置中是有益的。可促进或导致凝结(coagulation)、絮凝(flocculation)、沉降(sedimentation)、化学沉淀(chemical precipitation)等的化学添加剂可被添加于一个或多个第三液罐490的液体中，而不是直接添加于第一液罐410或第二液罐420中的任何液罐。不溶颗粒可被允许沉降于一个或多个第三液罐490中，并且经处理的液体可以随后被抽出且被引导至预期的接收液罐404。
在一些实施例中，过滤单元472可被加装于原液液罐402的下游和泵430(例如摄入泵436)的上游，如图5A(具有ERD的SCRO)和图5B(没有ERD的SCRO)所示。在该设置中，化学添加剂可被直接添加于第一液罐410和第二液罐420中的任意一个液罐或两个液罐中。即使化学添加剂导致不溶颗粒的形成，该颗粒也可以被过滤单元472滤出。
在一些实施例中，用于具有ERD 460的SCRO的***100可以包括第二级纯化。图6A示意性地示出被设置为提供循环的流动路径300的***100，其中(从RO膜模块200流出的)RO浓液233被设置为流经第二级膜模块480，以使得RO浓液233经过过滤或结垢/成垢(fouling/scaling)缓解过程。本文所用的术语“第二级膜模块”指可以包括一个或多个膜或部件的装置，该一个或多个膜或部件被设置为滤出杂质，杂质是例如但不限于可能已经在从RO膜模块200流出的RO浓液中形成的不溶颗粒、污染物、沉淀物、晶体。第二级膜模块480可以包括被设置为缓解RO膜模块的下一循环中的结垢和/或成垢的设备。优选地，第二级膜模块480包括至少一个膜，该至少一个膜具有比RO膜模块200疏松的孔结构。第二级膜模块480的示例可以包括但不限于一个或多个低盐截留反渗透(low-salt-rejectionreverse osmosis，LSRRO)膜模块、纳滤(nanofiltration，NF)膜模块、超滤(ultrafiltration，UF)膜模块、微滤(microfiltration，MF)膜模块或其任意组合。一个或多个第二级膜模块480可在RO浓液233(流S8)处耦接于流体回路110。流出第二级膜模块480的第二级渗出液可被输送至接收液罐404。流出第二级膜模块480的第二级截留液(retentate)可在液体被排出***100之前，流经ERD 460，以进行能量回收。图6B示出最终循环的流动路径，其中第二级膜模块480可以被绕过(by-passed)，并且其中从RO膜模块200流出的RO浓液233在能量回收之后被排出***100。
在一些实施例中，用于没有ERD的SCRO的***100可以包括第二级纯化。图7A示意性地示出流经一个或多个第二级膜模块480的循环的流动路径300，一个或多个第二级膜模块480在RO浓液233(流S8)处耦接于流体回路110。流出第二级膜模块480的第二级渗出液可被输送至接收液罐404。流出第二级膜模块480的第二级截留液可被排出***100。图7B示出最终循环的流动路径，其中从RO膜模块200流出的RO浓液233流经第二级膜模块480。第二级膜模块480的第二级截留液482可以被排出***100。第二级膜模块480的第二级渗出液484可以被引导至接收液罐404。
优选地，第二级膜模块480被安装于流体回路110中，其中第二级膜模块480仅处理从RO膜模块200排出的液体。
本文提出的SCRO***的各个实施例(具有ERD的或不具有ERD的)可以利用各个不同类型的RO膜模块实施。RO膜模块200可以是单个膜模块或平行的多个膜模块的阵列(如图8示意性地示出)，其中每个膜模块可以包括压力容器(pressure vessel)，该压力容器包含一个或数个膜部件。
图9是示出用于海水淡化的、理想的热力学最低SEC作为各个常规RO工艺和具有ERD的示例性SCRO的回收率的函数的示图。在该示例性情况下，具有ERD的SCRO的性能与常规的批量RO(batch RO，BRO)和常规的多级RO(multiple-stage RO，也称为MSRO或N级RO)是可比的，然而具有ERD的SCRO具有明显较小的物理占用空间且需要较少的硬件设置。该具有ERD的SCRO的示例的性能优于常规单级RO(也称为1级RO)和常规闭路RO(closed-circuitRO，CCRO)。
本文提出的SCRO工艺可被用于各种液体加工、分离和处理，包括但不限于海水淡化(seawater desalination)、苦咸水淡化(brackish water desalination)、废水淡化(wastewater desalination)、废水再生(wastewater reclamation)、原油分馏(crude oilfractionation)、有机溶剂分离(organic solvent separation)和回收(recovery)等。在一个示例中，用于商业海水淡化的、具有ERD***的SCRO的性能可以通过下文描述的分析模型估算。
在下文中，Vf,1、Cf,1和πf,1是在初始循环中进入RO膜模块200的原液211的体积、浓度和渗透压。总渗出液体积Vp计算如下：
Vp＝Vf,1×R 计算式(1)
其中R是SCRO的总回收率。对于具有N个循环且循环回收率为r的SCRO操作，第i个循环中收集的浓液体积Vc,i可由下式得出：
Vc,i＝(1-r)i×Vf,1 计算式(2)
Vc,i也是后续循环的原液体积，因此
Vf,i＝Vc,i-1＝(1-r)i-1×Vf,1 计算式(3)
SCRO***的SEC推导如下：
其中ηP和ηERD分别是泵的效率和ERD的效率。ΔPLoss是第i个循环中的压力损失。第i个循环所施加的最小压力PF,i等于排出RO浓液的渗透压。
注意，
并且，
SEC的计算式可以简化为：
将SCRO工艺的性能与其他RO工艺的性能进行比较，其中假设如下：
(i)原液入口浓度Cf,1＝0.6M；
(ii)用于海水淡化的水回收率R＝30％-80％；
(iii)泵效率ηP＝80％，压力交换器效率ηERD＝98％；
(iv)每级或每个循环的压力损失ΔPLoss＝0.1、0.2或1bar；并且
(v)所有***均在最佳运行条件下运行。
图10A至图10C将用于海水淡化的、所提出的SCRO工艺的理论比能耗(根据上述计算式(8)计算)与其他常规反渗透(RO)工艺的比能耗进行比较，其中考虑实际的低效率(inefficiencies)和损失(losses)。所对比的常规RO***分别包括3组不同的压力损失条件ΔPLoss＝0.1bar(图10A)、0.2bar(图10B)和1bar(图10C)下的常规的单级反渗透(single-stage reverse osmosis，SSRO)、常规的多级反渗透(multi-stage reverseosmosis，MSRO)、常规的闭路反渗透(closed-circuit reverse osmosis，CCRO)以及常规的批量反渗透(batch reverse osmosis，BRO)。在这些理论计算中，施加于每个***的压力等于排出浓液的渗透压，并且膜面积是无限的(unlimited)。特别地，SCRO具有比常规BRO工艺和常规CCRO工艺低的SEC，特别是当ΔPcirc较大且回收率较高(>50％)时。这表明与常规RO工艺相比，SCRO工艺中的能量损失较低，并且熵产生也较少。
图11A(每级0.1bar压力损失)、图11B(每级0.2bar压力损失)和图11C(每级1bar压力损失)示出类似的比较，但是是用于针对废水淡化而不是海水淡化。其假设与海水淡化示例中给出的假设类似，除以下所述：
(i)施加浓度Cf,1＝500ppm的废水作为原液溶液。
(ii)本节中比较的所有***均在不使用ERD的情况下运行，即通过设置ηERD＝0％。
(iii)水回收率R＝40％-95％。
虽然所提出的SCRO工艺可能不会在各个RO工艺中表现出最低的SEC，但即使在较低的压力损失(low-pressure loss)下，它也能提供可比的性能。SCRO工艺可应用于海水淡化和废水淡化，这是因为它能够切换运行循环和回收的次数，以最大限度地降低能耗。这是使用常规的MSRO和具有预设级数的常规单级设计所不可能实现的。SCRO***还被设置为通过将中间盐水(intermediate brine)储存于除原液液罐之外的单独液罐中，以缓解浓液和原液混合的影响。
如上文所做的比较所示，本文提出的SCRO工艺可以缓解原液的过压(over-pressurization)，还可以减少(或者甚至消除)熵的产生和能量浪费。上述示例性SCRO设备和方法还提供相对紧凑的***，同时实现灵活的操作。***100的硬件不必重新设置成为一份新原液摄入执行不同次数的循环。通过改变多循环操作中的循环数可以在无需改变***的物理硬件的情况下，实现不同级别的回收。所施加的液压在多个循环中是可变的。不需要级间增压泵(inter-stage booster pumps)。有益地，如所表明的，本文提出的半封闭反渗透的特征在于与各个其他常规方法相比的、降低的能耗。
所提出的SCRO设备和方法提供许多优点。与常规SSRO相比，SCRO可以以较低的施加压力降低能耗。如果采用多于一个循环，则可以在最终循环之前的所有循环中，降低SCRO中所需的液压，以利用RO浓液较低的渗透压(即排出***的最终浓液的渗透压是多个循环中最高的)。可以通过这种方式缓解低盐(low-salinity)原液的过压。
SCRO中的每个循环均可以被视为对应于常规MSRO工艺的一级。在SCRO中，当用于高浓度盐水淡化或液体分离(例如海水淡化)时，在SCRO的每个循环中，与前一循环相比，压力将被升高至较高的水平。这可能类似于不同级的MSRO操作。然而，MSRO需要在两个相邻级之间安装级间增压装置(例如增压泵)。SCRO工艺不需要安装级间增压装置。通过改变SCRO工艺中的循环次数，仅具有一组循环泵的SCRO***可以起到如MSRO***的作用。然而，在MSRO***中，必须在多级之间安装多个增压泵。因此，SCRO可以有益地提供相当大的成本节省，同时提供可比的或改进的性能。
与常规SSRO和常规MSRO相比，所提出的SCRO的RO膜预计会出现较少的结垢和较长的可用寿命。这是因为SCRO可以使用较短的压力容器，其中压力容器内串联连接较少数量的部件。这有益地导致沿RO膜模块较均匀地分布的通量(flux)。与常规SSRO和MSRO中使用的较长模块不同，其中前部部件承受非常高的通量，同时尾部部件承受非常低的通量，SCRO中的前部部件可以在较低通量下运行，并且这可以反过来降低结垢的可能性。附加地，在不同的循环中，不同浓度的溶液会流入RO膜模块中。不同的浓度可以潜在地使先前沉积于多个膜上的任何污垢不稳定，并且有助于去除先前循环中沉积的污垢。
所提出的SCRO的操作是灵活的。它可以被根据待实现的回收率以不同的循环操作。可以优化循环次数，以最大限度地降低不同操作条件下的能耗。
与常规CCRO和常规BRO相比，所提出的SCRO方法通过将浓液溶液储存于单独的液罐中，以避免RO浓液与原液溶液之间的混合。这有助于消除浓液与原液的混合过程中熵的产生，即可以避免或降低不可逆的能量损失。
与常规CCRO相比，所提出的SCRO的操作容易得多，这是因为SCRO可以使用常规ERD而不是使用加压的侧通道(side-conduit，SC)进行能量回收。与CCRO和BRO不同，SCRO不需要压力的连续增加。SCRO每个循环中施加的液压可以是恒定的，同时通过ERD实现能量回收，这与SSRO类似。
与常规CCRO相比，SCRO在多个淡化批量之间的冲洗时间占总淡化时间的比例较小，这是因为大部分液体在SCRO的最终循环之前已被排出。在常规CCRO中，全部的浓液在冲洗期间被排出，并且需要淡化时间的按比例的、较长比例用于执行冲洗。另一方面，所提出的SCRO的特征在于在冲洗模块中的残余浓度过程中的、比常规CCRO低的能耗。
与常规BRO相比，由于液罐容量要求较小，所提出的SCRO可以节省工厂占地面积。
有益地，SCRO可以在不购置昂贵的主要设备(例如泵、ERD)得情况下，通过改造现有的SSRO***实施。
所提出的SCRO***的液罐切换设置允许将化学品添加于浓液储存液罐中，并且在浓液在后续循环中被提供至***之前，与浓液溶液充分搅拌。由于多个中间循环的每个循环中产生的RO浓液的体积小于一份新原液摄入的体积，这意味着所提出的SCRO将需要较少的、用于水处理/液体处理的化学品。根据不同循环的结垢程度，可以调节在哪个循环添加化学品的选择。SCRO还提供在稍后的循环中添加化学品的选项，以使得所需化学品的量是成比例地较少的，这是因为待处理的RO浓液的体积是较小的。这不仅节省化学品和成本，而且也较具环保意识，并且是可持续的。因此，具有多循环运行的SCRO可以潜在地避免对被处理的液体添加大量的添加化学品(例如防污和防垢添加剂(anti-fouling and anti-scaling additives)、消泡添加剂(antifoaming additives)和除氧剂(oxygenscavengers))。
本文描述的所有示例，无论是设备、方法、材料或者产品，都是为说明和帮助理解的目的而呈现的，并且不旨在限制或穷举。本领域普通技术人员可以做出各种改变和修改而不脱离本发明所要求保护的范围。

Claims (27)

1.一种***，包括：
反渗透膜模块，所述反渗透膜模块具有入口、渗出液出口和浓液出口，所述反渗透膜模块可操作以将原液分离成反渗透渗出液和反渗透浓液，所述反渗透浓液经所述浓液出口被输送出所述反渗透膜模块；
第一液罐；以及
流体回路，所述流体回路将所述反渗透膜模块与所述第一液罐耦接，所述流体回路被设置为提供流动路径，所述流动路径包括：
第一原液流动路径，所述第一原液流动路径将所述原液引导至所述入口；
第一浓液流动路径，所述第一浓液流动路径将所述反渗透浓液从所述浓液出口引导至所述第一液罐；以及
第二原液流动路径，所述第二原液流动路径将所述原液从所述第一液罐引导至所述入口，其中所述第一原液流动路径和所述第二原液流动路径被设置为从不同液源接收所述原液。
2.根据权利要求1所述的***，还包括：
第二液罐，所述第二液罐被耦接于所述流体回路，其中所述流体回路被设置为在第一循环中提供所述第一原液流动路径与在第二循环中提供所述第二原液流动路径之间交替，所述第一循环和所述第二循环是液体流经所述反渗透膜模块的至少两个循环中连续的两个循环，
其中：
在所述第一循环中，从所述第二液罐接收所述原液，并且所述原液被沿所述第一原液流动路径引导至所述反渗透膜模块，所述第二液罐在所述第一循环中作为原液液罐；并且
在所述第一循环中，所述反渗透浓液被沿所述第一浓液流动路径从所述反渗透膜模块引导至所述第一液罐，所述第一液罐在所述第一循环中作为接收液罐，并且
其中：
在所述第二循环中，从所述第一液罐接收所述原液，并且所述原液被沿所述第二原液流动路径引导至所述反渗透膜模块，所述第一液罐在所述第二循环中作为所述原液液罐；并且
在所述第二循环中，所述反渗透浓液被沿第二浓液流动路径从所述反渗透膜模块引导至所述第二液罐，所述第二液罐作为所述接收液罐。
3.根据权利要求2所述的***，其中在所述第一循环中，所述第一原液流动路径和所述第一浓液流动路径在所述入口的上游和所述第二液罐的下游不汇合，并且其中在所述第二循环中，所述第二原液流动路径和所述第二浓液流动路径在所述入口的上游和所述第一液罐的下游不汇合。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的***，其中当前循环的所述反渗透浓液被防止与所述当前循环的所述原液混合，所述当前循环是所述至少两个循环中的任意一个循环。
5.根据权利要求4所述的***，其中所述第一液罐和所述第二液罐中的每一个液罐被设置为交替地作为在所述当前循环中提供所述原液的所述原液液罐与在后续循环中作为接收所述反渗透浓液的所述接收液罐，所述后续循环紧接所述当前循环。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的***，其中所述流体回路被设置为在所述至少两个循环中的每一个循环内，防止从所述接收液罐至所述原液液罐的液体直通流动路径，其中所述液体直通流动路径不经过所述反渗透膜模块。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的***，其中流出所述反渗透膜模块的所述反渗透浓液的特征在于用于所述至少两个循环中的每个循环的渗透压，并且其中每个循环的所述原液被以目标压力输送至所述入口，所述目标压力在所述至少两个循环中的任意循环之间是可以可控地改变的，以使得所述目标压力至少最低限度地大于所述当前循环中流出所述反渗透膜模块的反渗透浓液的渗透压。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的***，还包括：
耦接于所述流体回路的泵，所述泵被设置为以目标压力将所述原液输送至所述入口，其中所述泵被设置为随着所述连续多个循环中的每一个循环，逐渐增加所述目标压力。
9.根据权利要求8所述的***，
其中所述泵被设置为在(i)在所述第一循环中从所述第二液罐接收所述原液与(ii)在所述第二循环中从所述第一液罐接收所述原液之间交替。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的***，还包括：
耦接于所述流体回路的能量回收装置，所述能量回收装置被设置为从所述反渗透浓液回收能量，其中所述能量回收装置被设置为至少部分地对所述原液加压。
11.根据权利要求2至10中任一项所述的***，其中所述流体回路还包括新原液入口，所述新原液入口被设置为接收一份新原液摄入，并且其中所述一份新原液摄入被经所述反渗透膜模块循环所述至少两个循环。
12.根据权利要求11所述的***，其中所述***被设置为启动所述流体回路中的剩余液体的排出以及所述第一液罐和所述第二液罐中的任意液罐中的剩余液体的排出，并且其中响应于回收参数达到阈值，所述排出被启动。
13.根据权利要求12所述的***，其中所述回收参数是基于所述渗出液出口处的所述反渗透渗出液的状态、所述原液的状态、流出所述反渗透膜模块的所述反渗透浓液的状态、比能耗、循环次数、渗出液流速或其任意组合确定的。
14.根据权利要求2至13中任一项所述的***，还包括处理单元，所述处理单元被设置为对所述原液液罐和所述接收液罐中的一个液罐或两个液罐的相应内容物提供至少一个化学添加剂。
15.根据权利要求14所述的***，其中所述处理单元包括一个或多个第三液罐，所述一个或多个第三液罐被设置为从所述反渗透膜模块接收所述反渗透浓液，并且将经处理的浓液输送至所述接收液罐，其中所述处理单元被设置为对所述一个或多个第三液罐提供所述至少一个化学添加剂，并且在所述经处理的浓液被输送至所述接收液罐之前，提供用于不溶颗粒在所述一个或多个第三液罐中的至少部分的沉降。
16.根据权利要求14所述的***，还包括耦接于所述流体回路的过滤单元，所述过滤单元被设置为过滤从所述原液液罐接收的所述原液。
17.根据权利要求2至13中任一项所述的***，还包括耦接于所述流体回路的第二级膜模块，其中所述第二级膜模块可操作以将从所述反渗透膜模块流出的所述反渗透浓液分离成第二级渗出液和第二级截留液，所述第二级渗出液被所述接收液罐接收。
18.根据权利要求17所述的***，其中所述流体回路被设置为在排出所述第二级截留液之前，从所述第二级截留液回收能量。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的***，其中所述反渗透膜模块包括一个或多个反渗透膜，并且其中所述一个或多个反渗透膜中的至少一个反渗透膜的特征在于80％的氯化钠截留率或80％以上的氯化钠截留率的截留率。
20.一种方法，包括：
沿流体回路中的第一原液流动路径引导原液，所述流体回路被设置为在包括第一液罐和反渗透膜模块的***中提供流动路径，所述反渗透膜模块具有入口、渗出液出口和浓液出口，所述反渗透膜模块可操作以将所述原液分离成反渗透渗出液和反渗透浓液；
将所述反渗透浓液沿第一浓液流动路径从所述浓液出口引导至所述第一液罐；以及
沿第二原液流动路径将所述原液从所述第一液罐引导至所述入口，其中所述第一原液流动路径和所述第二原液流动路径被设置为从不同液源接收所述原液，并且其中所述流动路径包括所述第一原液流动路径、所述第一浓液流动路径，以及所述第二原液流动路径。
21.根据权利要求20所述的方法，包括：
在第一循环中提供所述第一原液流动路径与在第二循环中提供所述第二原液流动路径之间交替，所述第一循环和所述第二循环是液体流经所述反渗透膜模块的至少两个循环中的连续两个循环，
其中所述第一循环包括从第二液罐接收所述原液，并且将所述原液沿所述第一原液流动路径引导至所述反渗透膜模块，所述第二液罐在所述第一循环中作为原液液罐；并且
其中所述第一循环包括将所述反渗透浓液沿所述第一浓液流动路径从所述反渗透膜模块引导至所述第一液罐，所述第一液罐在所述第一循环中作为接收液罐，并且
其中所述第二循环包括从所述第一液罐接收所述原液，并且将所述原液沿所述第二流动路径从所述第一液罐引导至所述反渗透膜模块，所述第一液罐在所述第二循环中作为所述原液液罐；并且
其中所述第二循环包括将所述反渗透浓液沿第二浓液流动路径从所述反渗透膜模块引导至所述第二液罐，所述第二液罐作为所述接收液罐。
22.根据权利要求21所述的方法，其中在所述第一循环中，所述第一原液流动路径和所述第一浓液流动路径在所述入口的上游和所述第二液罐的下游不汇合，并且其中在所述第二循环中，所述第二原液流动路径和所述第二浓液流动路径在所述入口的上游和所述第一液罐的下游不汇合。
23.根据权利要求21或权利要求22所述的方法，还包括：对于一份新原液摄入，执行所述至少两个循环中的所有循环。
24.根据权利要求21或23所述的方法，还包括：可控地设置目标压力，所述原液被以所述目标压力输送至所述反渗透膜模块，以使得所述目标压力至少最低限度地大于在当前循环中流出所述反渗透膜模块的所述反渗透浓液的渗透压。
25.根据权利要求24所述的方法，还包括：在所述连续多个循环中，逐渐增加所述目标压力。
26.根据权利要求21至25中任一项所述的方法，还包括：化学处理所述原液液罐和所述接收液罐中的一个液罐或两个液罐相应的内容物。
27.根据权利要求21至26中任一项所述的方法，还包括：使所述反渗透浓液流经第二级膜模块，其中所述第二级膜模块被设置为从所述反渗透浓液滤出杂质。
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