TW200902452A - Depth exposed membrane for water extraction - Google Patents

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200902452 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明提供用於淡化海水並淨化地表與地下水之系統及 方法。該等系統利用自然或誘發水柱之流體靜壓力來使水 ’慮過反滲透、奈米過濾或其他薄臈’從而獲得某一期望之 水質或飲用水。 本申請案根據35 U.S.C· § 119(e)主張2007年2月14曰提 出申味之第60/889,839號美國臨時申請案及2〇〇7年4月27曰 提出申請之第6〇/914,69〇號美國臨時申請案之權利。上述 申請案之揭示内容特此明確地以引用方式全文併入本文 中。 【先前技術】 也求上超過97/。的水為；^水；其餘四分之三的水封閉在 冰川冰中；且不足1%的水處於含水層、湖泊及河流中， 其可用於農業、卫業、衛生及人㈣耗。由於含水層、湖 泊及河流中的水係可再生資源，因此地球上之此小部分水 被不斷地再使用。就是此再㈣之速率才已使常規水資源 緊張。 ' 在上個世紀中，此笙>^ 7源因增長之人口及污染限制了容 易接近之淡水之可用，地二h 用而變得緊張。近來，局部缺水 開發淡化廠來用鹹海皮生 要 包含三個主要步騍：箱考^ 用认化過私 驟中，將海水自海洋引s、、k 仕預處理步 ’乂化地點，並隨後根據欲按用夕 淡化過程來對其進杆袖α 扣像欲株用之 即。水通常取自含有必須在脫鹽過 128960.doc 200902452 私之4濾除之懸浮（例如有機或無機）物質之淺的、近岸區 域。在淡化步驟中，採用一例如多級閃急蒸餾（MSF)、多 效蒸餾（MED)、電滲折（ED)或逆滲透（R〇)之過程從水中移 除鹽。該等淡化過程通常需要大量呈各種形式（例如機 械、電等)之能量’且處置該過程所產生之濃縮鹽水可係 一重要環境問題。在預處理步驟中，根據該淡化過程之產 品水之最終用途來對其進行調節。 多年來，多級閃急蒸餾或多效蒸餾係淡化工業之選擇過 程，但自二十世紀九十年代以來，薄膜技術之改進及能量 成本之增加已使逆滲透成為新能力之明顯領導者。 逆渗透係-薄膜過程，其充當—分子過滤器以移除％至 "%之溶解鹽及錢分子以及有機分子。滲it係當水或另 一溶劑自然地自一不太濃縮之溶液透過一半透明薄膜並流 入一更濃縮之溶液中之自然過程。在逆滲透中，藉由向濃 縮溶液（給水）施加一外部壓力來克服自然滲透力。因此， 使水流逆轉並從給水溶液中移除經淡化之水（滲透物），從 而留下-更濃縮之鹽溶液(鹽水)。可藉由添加一第二遍薄 膜來進-步改善產品水質，&而將來自第一遍之產品水供 給至第二遍。在-如通常在商業上所採用之逆渗透過程 中’在m卜殼（例如_螺旋捲繞逆渗透薄膜）中將經預 處理之海水加壓至介於850與以㈧磅/每平方英对（psi) (5,861至8,274 kPa)之間。海水接觸薄膜之—第—表面，且 透過施加壓力、飲用水穿透薄膜且收集於對置側處。將該 南達約兩倍於海水之 過程中所產生之濃縮鹽水（其具有 I28960.doc 200902452 鹽濃度之鹽濃度）處置回至海洋中。 【發明内容】

本發明提供一種用於海水淡化及地表與地下水淨化之高 度經濟及新穎之方法。該方法利用水體之流體靜壓力來驅 動一用於移除例如溶解鹽之逆滲透過程或一用於歸除有害 成分（例如病毒及細菌）之淡水體過濾過程。該方法有利於 其免除對原本在—習用淡化廠中或在一習用水處理廠中必 不可J之系統之需要，因為其能夠經濟地利用流體靜壓力 來達成逆滲透或其他過濾過程。在較佳實施例中，提供一 種水卞取之沬度之無遮蔽之薄膜（demwaxtm)模組，其玎 〜掛於浮動平臺上、系留至底部或以其他方法定位於一 其中忒壓力足以透過逆滲透從海水中產生具有降低之溶解 含鹽量之淡水或水之深水下。在其他較佳實施例中，一 DEM WAX μ模組可配備有奈米過濾薄膜且用於從地表或地 下水中篩除污染物。 此在第一態樣中，提供一種過濾系統，該系統包 含了經組態以在-水體中浸沒達—浸沒深度之薄膜模組， 該薄膑杈組包含至少-個薄膜濾筒，言亥薄膜濾筒包含至少 -個薄臈元件，該薄膜元件具有一第一側及一第二側，其 Π膜元件之4第—側曝露至欲在—該浸沒深度特有之 €力下n之水’—收集器通路，其經組態以浸沒於該水 體中，其中該收集II通路之至少—部分與其中收集過遽水 之邊賴元件之該第二側流體連通；及-呼吸通路，立自 該收集器通路延伸至該水體之-表面且經組態以將該收集 128960.doc 200902452 器通路之一内部曝露至大氣壓力於該水體之該表面處或一 阿於該水體之該表面之高度處特有之壓力，其中該浸沒深 度特有之壓力與大氣壓力於該水體之該表面處或一高於該 水體之該表面之咼度處特有之壓力之間的一差促使滲透物 自該薄膜元件之該第一側流至該薄膜元件之該第二側。 在該第一態樣之一實施例中，該薄膜元件包含兩個由至 少一個滲透物間隔物間隔開之薄膜層。 在該第一態樣之一實施例中’該薄膜元件係大致平面 的。 在該第一態樣之一實施例中，該薄膜濾筒包含至少兩個 薄膜元件。 在該第一態樣之一實施例中，該水處理系統包含複數個 薄膜元件，其中每一薄膜元件皆與一毗鄰薄膜元件間隔開 至少約1 mm。 在該第一態樣之一實施例中，該水處理系統包含複數個 薄膜元件，其中每一薄膜元件皆與一毗鄰薄膜元件間隔開 至少約2 mm。 在該第一態樣之一實施例中，該水處理系統包含複數個 薄膜元件，其每一薄膜元件皆與一毗鄰薄膜元件間隔開約 2 mm至約 8 mm。 在該第一態樣之一實施例中，該水處理系統包含複數個 薄膜元件，其中每一薄膜元件皆與一毗鄰薄膜元件間隔門 約 6 mm。 在該第一態樣之一實施例中，該薄膜元件包含兩個呈一 128960.doc 200902452 平行組,¾、之平片薄膜，該薄膜元件進一步包含至少一個設 置於兩個平片薄膜之間的收集器間隔物，其中該收集器間 隔物經組態以將該兩個平片薄膜彼此分離。 在该第一態樣之一實施例中，該薄膜模組包含複數個薄 膜濾筒。 在該第一態樣之一實施例中，該薄膜元件包含至少一個 奈米過濾薄膜。該薄膜模組可經組態以浸沒至一至少約6 米之深度、或至一至少約8米之深度、或至一至少約丨0米 之深度、或至一自約12米至約丨8米之深度、或至一至少約 30米之深度、或至一至少約6〇米之深度、或至一約6〇米之 深度、或至一自約60米至約244米之深度、或至一自約122 米至約152米之深度、或至一自約152米至約183米之深 度。 在該第一態樣之一實施例中，該薄膜元件包含至少一個 逆滲透薄膜。該薄膜模組可經組態以浸沒至一至少約19〇 米之深度、或至一至少約244米之深度、或至一自約259米 至約274米之深度。 在該第一態樣之一實施例中，該薄膜元件包含至少一個 超過溏薄膜。該薄膜模組可經組態以浸沒至一至少約6米 之深度、或至一至少約8米之深度、或至一至少約1 〇米之 深度、或至一自約1 2米至約1 8米之深度、或至一至少約22 米之深度、或至一自約22米至約60米之深度。 在該第一態樣之一實施例中，該薄膜元件包含至少一個 微過遽薄膜。該薄膜模組可經組態以浸沒至一至少約6米 128960.doc •9- 200902452 之深度、或至一至少約8米之深度、或至一至少約1 〇米之 深度、或至一自約12米至約1 8米之深度。 在該第一態樣之一實施例中’該薄膜模組經組態以浸沒 至一至少約7米之深度，且進一步經組態以基本避免在滲 透物自該薄膜元件之該第一側流至該薄膜元件之該第二側 時吸入水生生物。 在該第一態樣之一實施例中’在沒有一用於增大該薄膜 之該第一側曝露至之壓力之機械裝置之情況下，且在沒有 一用於減小該薄膜之該第二側曝露至之壓力之機械裝置之 情況下，該浸沒深度特有之壓力與大氣壓力於該水體之該 表面處特有之壓力之間的該差提供驅動該過濾過程之大致 全部力。 在一第二態樣中’提供一種水處理系統，其包含：至少 個薄膜’其經組癌以在一欲處理之水體中浸沒至一深 度’該水在該浸沒深度下具有一第一壓力，該薄膜具有一 濃縮物側及一滲透物側；一收集器’其與該薄膜之該滲透

該水體之至少該表面。 物側流體連通；及一通路 ，其經組態以將該收集器之一内

水體之該表面處所特有。 128960.doc -10- 200902452 在該第二態樣之一實施例中’該收集器係該通路。 在一第三態樣中，提供一種水處理系統，其包含：筛除 構件，其用於從一源水中篩除至少一種成分以產生—產品 水，該篩除構件具有一源水側及一產品水側，其中該源水 側經組態以曝露至該源水之一流體靜壓力；及收集構件， 其用於收集該產品水，其中該收集構件經組態以曝露至一 低於該流體靜壓力之壓力。 在該第二態樣之一實施例中，該更低壓力係大氣特性於 該源水之該表面處所特有。 在一第四態樣中，提供一種水處理系統，其包含：過慮 構件’其用於過滤一源水以產生一產品水，該過渡構件具 有一源水側及一產品水側；利用構件’其利用該源水中及 該源水上方之周圍壓力條件來在該源水側與該產品水側之 間形成一足以誘發滲透物自該源水側跨越至該產品水側之 壓差。 在一第五態樣中，提供一種過濾系統，其用於從給水中 產生產品水，該系統包含至少一個逆滲透薄膜，其中該薄 膜經組態以允許水透過其但限制一種或多種溶解於該給水 中之離子透過其，其中該薄臈經組態以在含有溶解於其中 之該等離子之給水體中浸沒達一深度，其中該深度為至少 約1 4 1米，其中該薄膜之一第一側經組態以曝露至該浸沒 深度特有壓力下之該給水，且其中一位於該薄膜之一第二 側上之收集器經組態以曝露至大氣壓力於海平面處特有之 壓力，藉A ’在使用中，該薄膜兩端之間的—壓差驅動一 128960.doc 11 · 200902452 逆滲透過濾過程從而在該薄膜之該第二側上獲得一具有一 降低之浴解離子濃度之渗透物，其中該薄膜經^置以便， 在使用中，重力及水流中之至少一者有效地將一更高密度 濃縮物移離該薄膜。 在該第五態樣之-實施财，該系統經組態以在一海水 體中浸沒至一自約113米至約307米之深度，其中該海水具 有一自約20,000至約42,000 ppm之鹽度。 在該第五態樣之一實施例中，該系統經組態以在一海水 體中浸沒至一自約247米至約274米之深度，其中該海水具 有自約33,000至約38,000 ppm之鹽度。 在該第五態樣之一實施例中，該系統包含複數個薄膜， 其中每一薄膜皆與一毗鄰薄膜間隔開至少約1 mm。 在該第五態樣之一實施例中，該系統包含複數個薄膜， 其中每一薄膜皆與一毗鄰薄膜間隔開至少約2 mm。 在該第五態樣之一實施例中，該系統包含複數個薄膜， 其中每一薄膜皆與一 ®比鄰薄膜間隔開自約2 mm至約8 mm ° 在該弟五怨樣之一實施例中’ S玄系統包含複數個薄膜， 其中每一薄膜皆與一毗鄰薄膜間隔開約6 mm。 在該第五態樣之一實施例中’該收集器透過—通路曝露 至大氣壓力於海平面處特有之壓力。 在該第五態樣之一貝施例中，a玄通路係一呼吸管。兮啤 吸管可自約該浸沒深度延伸至該給水體之至少一表面。 在該第五態樣之一實施例中，該通路包含至少—個介於 128960.doc •12- 200902452 &空間。 兩個薄膜之間的 在該第五態樣之一實施例中，該收集器係一與該給水體 夕主二考之突氟流體連通之盛放槽。 之一表面處I少 在該第玉態捧之貝施例中，β亥糸統進一步包含一經組 態、以將渗透物自/帛 <立置輸送至一第三位置之栗浦。 .在該第五態捧之實細*例中，該系統進一步包含一至少 部分地浸沒於該飨水體中之滲透物儲存槽。 在該第五態樣之一實施例中’該滲透物儲存槽被至少部 ( 分地浸沒且包含/可適應渗透物之填充及排放之撓性材 料。 在該第五態樣之 Λ施例中’該系統進一步包含至少一 個薄膜模組’其中該薄膜模組包含一個或多個於邊緣處密 封以防止給水進入之配對平片薄膜，其中該等配對平片薄 膜之外部表面經組態以曝露至給水，且其中，在使用中， 滲透物可透過一滲透物收集模組從該等配對膜片之間抽 取。 在該第五態樣之一實施例中，該系統進一步包含一上面 懸掛該薄膜模組之離岸平臺。 在該第五態樣之一實施例中，該系統進一步包含一經組 態以將飲用水輸送至海岸之通道。 在-第六態樣中’提供一種從給水中產生產品水之過濾 系：，該系統包含至少一個奈米過濾薄膜，其中該薄膜經 組態以允許水透過其但限制至少一種成分透過其，其中該 薄膜左組悲以在—含有肖等成分之給水體中⑧沒達—深 128960.doc -13- 200902452 ，其中該薄膜之一第一側經

給水在該薄膜 度，其中該深度為至少約6米 組態 一位 大氣 用中 薄膜 物， 之該弟一側上充分地自由流動。 在S亥第六態樣之一實施例中，該深度為至少約8米。 在該第六態樣之一實施例中上，該深度為至少約1〇米。 在該第六態樣之一實施例中，該浸沒深度特有之壓力與 該大氣壓力特有之壓力之間的該壓差提供驅動該過濾過程 之大致全部力。 在該第六態樣之一實施例中，該過濾過程在不影響一真 空泵浦之情況下進行。 在該第六態樣之一實施例中，該系統進—步包含一經組 態以將滲透物自該收集器移至該給水體之該表面之正壓頭 泵浦。 在一第七態樣中，提供一種用於淡化水之二遍式系統， 該系統包含一第一遍過遽系統，該第一遍過擴系統包含至 少一個經組態以允許水透過其但限制—種或多種溶解離子 透過其之第一奈米過濾薄膜，其中該第一薄膜經組態以在 一海水體中浸沒至一至少約113米之深度，其中該第—薄 膜之一第一側經組態以曝露至該浸沒深度特有之壓力下之 128960.doc -14- 200902452 —苐二側經組態以曝露至大氣

透薄膜。 海水，且其中該第一薄膜之— 壓力於海平面處或一高於海平 此，在使用中，該第一薄膜兩

組態以曝露至具有降低鹽度之滲透物，且經組態以便，在 一壓差來驅動一過濾 使用中，在該第二薄膜兩端之間應用 過私從而在該第二薄膜之該第二側上獲得一具有進一步降 低鹽度之滲透物。 在该第七態樣之一實施例中，該第一遍過濾系統經組態 以在該海水體中浸沒至一自約1 52米至約213米之深度，該 海水具有一自約33,000到38,000 ppm之鹽度。 在該第七態樣之一實施例中，該系統包含複數個第—奈 米過濾薄膜，其中該等第一奈米過濾薄膜中之每一者皆與 一毗鄰薄臈間隔開約1 mm或以上。 在該第七態樣之一實施例中’該系統包含複數個第一奈 米過濾薄膜，其中該等第一奈米過濾薄膜中之每一者皆與 一毗鄰薄膜間隔開約2 mm或以上。 在該第七態樣之一實施例中’該系統包含複數個第一奈 128960.doc -15 - 200902452 米過濾薄膜，纟中該等第一奈米過濾薄媒中之每一者皆與 一桃鄰薄膜間隔開自約2 mm至約8 mm。 在一第八態樣中，提供一種用於處理水之方法，詨方法 包含：將-薄膜模組在一源水中浸沒至—浸沒深度了該薄 膜模組包含至少一個薄膜單元，該薄臈單元具有一第一側 及一第二側，其中該第一側之至少一部分與_；收集器通道 流體連通，且其中該第一側曝露至處於—第一壓力下之該 源水，其中該第一壓力係該浸沒深度之特性；將該收集器 通道曝路至一第一壓力，其中該第二壓力足以誘發滲透物 自該第一側跨越至該第二側；並將滲透物收集於該收集器 糸統中。 在該第八態樣之一實施例中，該第二壓力係大氣壓力於 該源水之一表面處或一高於該源水之該表面之高度處所特 有0 在該第八態樣之一實施例中’在不使用一真空泵浦之情 況下’誘發滲透物自該第一側跨越至該第二側。 在該第八態樣之一實施例中，該薄膜單元包含至少一個 奈米過濾薄膜。該薄膜模組可浸沒至一至少約6米之深 度、或至一至少約8米之；木度、或至一至少約1〇米之深 度、或至一自約12米至約18米之深度、或至一至少約3〇米 之深度、或至一至少約60米之深度、或至一約60米之深 度、或至一自約60米至約244米之深度、或至一自約122米 至約152米之深度、或至一自約152米至約183米之深度。 在該第八態樣之一實施例中，該薄膜單元包含至少一個 128960.doc -16 - 200902452 逆滲透薄膜。该薄膜模組可浸沒至一至少約19〇米之深 度、至一至少約244米之深度、或至一自約259米至約274 米之深度。 在該第八態樣之一實施例中，該薄膜單元包含至少一個 : 超過濾薄膜。該薄膜模組可浸沒至一至少約6米之深度、 : 或至一至少約8氺之深度、或至一至少約10米之深度、或 至一自約12米炱約1 8米之深度、或至一至少約22米之深 度、或至一自約22米至約60米之深度。 {' 在該第八態樣之一實施例中，該薄膜單元包含至少一個 微過濾薄膜。該薄膜模組可浸沒至一至少約6米之深度、 或至一至少約8水之深度、或至一至少約10米之深度、或 至一自約12米炱約1 8米之深度。 在該第八態樣之一實施例中，該薄膜模組浸沒至一至少 約7米之深度，真進一步經組態以基本避免在滲透物自該 薄膜元件之該第一側流至該薄膜元件之該第二側時吸入水 生生物。 〇 在一第九態樣中，提供一種用於處理水之方法，該方法 包含將至少一個設置於一水體中之薄膜曝露至該薄膜之一 - 浸沒深度特有之一流體靜壓力’該薄膜具有一濃縮物側及 . 一滲透物側，其中該滲透物側與一收集器流體連通；將該 收集器之一内部之至少一部分曝露至一低於該流體靜壓力 之壓力’藉此滲透物自該濃縮物側流至該薄膜之該滲透物 側；益自該收集器收集滲透物。 在該第九態樣之一實施例中，該第二壓力係大氣壓力於 -17- I28960.doc 200902452 該水體之一表面處或一高於該水體之該表面之高度處所特 有。 在該第九態樣之一實施例中，該薄膜用作該收集器。 在一第十態樣中’提供—種用於處理水之方法，該方法 包含浸沒用於從一源水中篩除至少一種有害成分之構件， 該篩除構件界定一源水側及一產品水側，其中該源水側曝

露至該源水之一流體靜壓力；將該產品水側曝露至一低壓 系統，該低壓系統具有一低於該流體靜壓力之廢力，藉此 產品水自該源水側流至該產品水側；並收集該產品水。 在一第十一態樣中，提供一種用於製造一水處理模組之 方法，該方法包含將至少一個源水間隔物附裝至一第—薄 膜單元’該薄膜單元包含兩個由—滲透物間隔層間隔開之 間隔層，該第一薄膜單元具有一密封邊緣部分及一未密封 邊緣部分；將一第二薄臈單元附襄至該第二源水間隔物； 並將一收集器間隔物耦合至該第— ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 碍膜早凡及該第二薄膜 ...、中。亥收集器間隔物經組態 形成-將該第一薄膜單元及該第二 虚續第一 .¾ S - -η 單疋之源水側 亥第溥膜早兀及該第二薄膜單 水密密封。 $之—產品水側分離之 在一第十二態樣中， 施輸送至陸地之方法， 中浸沒達一第—深度， 至一大氣壓力；提供— 通路自該收集單元延伸 ，η 啊/r队示改 該方法包含贤 3將一收集單元在一水體 其中該收隼留_ '、早凡之至少一部分曝露 與該收集單元 义机體連通之通路，該 至陸地上之— 4立置，其中陸地上之 128960.doc -18· 200902452 該位置處於一低於該第一深度之高度處。 在該第十二態樣之一實施例中，該收集單元包含至少一 個薄膜元件，每一薄膜元件皆具有一第一側及一第二側， 其中該第一侧曝露至該水體於該第一深度處特有之壓力， 且其中該第二側與該收集單元之一曝露至大氣壓力之部分 流體連通。 【實施方式】 下文說明及實例詳細闡釋本發明之較佳實施例。熟習此 項技術者將認識到，存在眾多由本發明之範嘴所涵蓋之本 發明之變化及修改形式。因此，對一較佳實施例之說明不 應視為對本發明之範疇之限制。 習用逆滲透淡化廠將逆滲透薄膜曝露至高壓鹽水。此壓 力迫使水透過薄膜但阻止（或阻礙）離子、選定分子及粒子 透過薄膜。淡化過程通常在高壓下運作，且因此具有高能 量需要。各種淡化系統闡述於第3,060,119 (Carpenter)號； 弟 3,456,802 (Cole)號；第 4,770,775 (Lopez)號；第 5,229,005 (F〇k)號；第 5,366,635 (Watkins)號；及第6,656,352 (Bosley) 號美國專利；及第2004/0108272 (Bosley)號美國專利申請案 中，上述專利及專利申請案中之每一者之揭示内容皆特此 以引用方式全文併入本文中。 提供用於淨化及/或淡化水之系統。該等系統涉及將一 個或多個薄膜（例如奈米過濾（NF)或逆滲透（R〇)薄膜）曝露 至一自然或誘發水柱（例如海洋之深水中之高壓水）之流體 靜壓力。薄膜浸沒至一其中壓力足以克服存在於薄膜之第 128960.doc •19· 200902452 一側上之給水（或未淨化水）之滲透壓力與薄膜本身之透膜 ’力損失之和。對於海水或其他含有更高溶解鹽量之水而 。，透膜壓力損失通常遠遠小於滲透壓力1此，在某些 應用中/參透塵力係、—t匕透膜壓力才員失t重要的確定所需 I力（及因此所需深度）之驅動器。在處理淡地表水或含有 更低’奋解鹽量之水時’滲透壓力往往較低，且透膜壓力損 失成為一更重要的確定所需壓力（及因此所需深度）之因 素通㊉，適於淡化海水之系統需要更大之壓力，且因此 需要比用於處理淡水之系統更大之深度。 較佳實施例之系統利料種組態之薄膜模組。在一較佳 組態中，薄膜模組採用-其中兩個平行膜片由渗透物間隔 物保持間隔開且其中包封膜片之間的容積之薄膜系統。滲 透水透過薄膜並進人其中收集滲透物之包封容積中。特別 較佳實施例採用剛性隔離物來保持低壓（渗透物）側上薄膜 之間的間RI ;然、而，亦可採用任何能夠保持該兩個膜片之 -分離之合適之滲透物間隔物組態(例如具有某一撓度或 變形度之間隔物)。該等間隔物可具有任何能夠保持膜片 之間的-分離之合適之形狀、形式或結構，例如正方形、 矩形或多邊截面（實心或至少部分地空

可採用間隔物來在其中收集滲透物 卜'得一分離，且間隔物可 之區域中之膜片（例如未 另—選擇係，可採用不 匕以，藉由將薄臈保持在 間中之膜片（渗透物間隔物）之間保持· 在曝露至未淨化或未經處理之水之區 淨化水間隔物）之間保持一分離。另_ 利用未淨化水間隔物之組態。代之以 128960.doc -20- 200902452 適田位置之結構(例如支撐框架 列各物來達成分離：例如，」、^刀離y亦可藉由下 (例如球體)、波浪形 纖0:開之膨脹塑膠媒介 維片、或類似物。同樣地，間=了多由孔整料、非編織纖 複合物、塗= 剛性聚合物、陶究、不錢鋼、 塗覆有聚合物之金屬b 士私丄 間隔物或其他提供 於：：類。如上文所述’ 個薄膜表面之間的C於其中收集渗透物之該兩 露未 二B (例如滲透物間隔物），或用於曝 ;未::水之薄膜表面之間(例如未淨化水間隔物)。 捲可採用一個或多個呈鬆散卷式組態之螺旋 ㈣，：Γ，其中重力或水流可將更高密度濃縮物移動 ::?7並移離薄膜表面。薄膜元件亦可排列呈使表面 螺=大化並使空間要求最小化之各種不同組態（平面、 =、曲形、波浪形等等)。在一較佳組態中，此等元 、，排列、_隔開且放下至深水。在海水應用中，海 體靜壓力迫使水透過㈣，且—㈣“收集經處 並將其料至地表、至海岸、或至任何其他所需位 。右知用—螺旋捲繞組態’則薄膜較佳比在習用逆渗透 系統令彼此間隔開更遠，例如約0.25英忖或以上(約6毫米 或以上)—，'該組態較佳位於一 ”打㈤”模組中（亦即，經組 〜以將薄臈直接曝露至周圍源水並使源水能夠基本不受禁 止地流過薄膜)。此-組態便於給水流過薄膜，且尤其便 於^能夠把該過濾過程在薄膜之表面處所產生之更高密 度&縮物向下移。雖然一打開組態通常較佳，但在某些實 128960.doc -21 - 200902452 ”中τ 需要-不同於_打開組態之組態。

較佳實施例之系統提供免除對藉由將薄膜放下至處於自 = 194米至約3〇7米或以上之深度下之海水中來對給水或未 ^化水=壓之需要之優點。f用陸基型之逆渗透過程通常 而要大I此1來產生此壓力。較佳地，當需要從具有平均 鹽度之海水(例如來自具有一約35,〇〇〇 _升之鹽度之太平 年之水）中產生飲用水時，冑用逆渗透薄膜之較佳實施例 ，系統中所採用之深度為自約247米至約274米，最佳地， 該深度為約259米。當然]吏用滲透薄膜之系統亦可部署 於更淺之深度下。若需要降低鹽度之水(例如適於灌溉、 工業冷卻用途或類似用途之微咸水），則使用奈米過濾薄 膜之系統之較佳深度自約i 13米至約247米或以上。較佳 地’該深度自約152米至約213米以從具有平均鹽度之海水 (例如來自具有一約35,〇〇〇叩爪或mg/L鹽度之太平洋之水） 產生Μ咸水。g然，使用奈米過遽薄膜之系統亦可部署 於大於213米之深度下；此等系統可部署於與採用逆滲透 薄膜之系統相同之深度下。 該較佳深度可取決於各種各樣的因素，包括但不限於薄 膜化學物質、薄膜間隔、周圍水流、海水之鹽度（或給水 之溶解離子含量）、滲透物之鹽度（或滲透物之溶解離子含 里）、及諸如此類。在深水下，與薄臈接觸之海水自然地 處於一連續高壓下。較佳實施例之系統之其他優點在於其 不需要高壓管道、水攝取系統、水預處理系統或鹽水處置 系統。較佳實施例之系統亦可部署於甚至更淺之深度下。 I28960.doc •22- 200902452 舉例而言，實施例可部署於淺海水域以用於淡化預處理系 統或海水攝取系、统。因不存在高速攝取，&此等系統有利 地避免傷害海洋生物。較佳實施例之選定系統較佳經組態 以便海水不與任何内部金屬組件接觸，從而顯著減輕影響 習用逆滲透系統之選定溶解離子之腐蝕效應。該等系統較 佳經組態以用於公海中，因此不需要如在習用陸基型之逆 滲透系、统中一樣之大量靠近岸之陸地面積。雖#通常較佳

在247米至約274米之深水下運作較佳實施例之系統，但系 統亦可有利地組態用於在更淺之深度下運作。舉例而言， ^括微過;慮、超過渡或奈米過渡薄膜之系統可定位於處於 夂付夕之冰度下之地表水及水庫中且經組態以從淡水源中 濾除細菌、病毒、有機物及無機物。最佳地，地表水處理 系統採用奈米過濾薄膜。此等系統之薄膜可定位於一約6 米至61米之深度下，或定位於任何其他適當之深度下，此 視W之總溶解固體粒子、所期望之攝取速度及所期望 之產扣水貝而疋。包括微過渡、超過遽或逆滲透薄膜之系 統亦可適心從-受污染供水中產生淨化水且可組態用於 佈置於地面井_。 、” ·Μ土實施例之4膜模組用來將有害成分與給水分離 並將由此產生之產品水輸送至—包n浦之水下收集系 γ此收本系統可充當一盛放足以緩衝薄膜生產與果速之 變異性之滲透物之槽。該等泵浦可呈任一合適之形式，包 括潛水泵浦、幹井泵浦或類似泵浦。該收集系統連接至至 兩個管道、I、通路或其他引流構件，透過其中一者將 128960.doc -23 - 200902452 滲透水引至地表、海岸或其他所需位置；且其中一 (或保護）薄膜以使其免受泵浦運作影響（例如一 I呼吸管 可藉由啤吸管排空或填充而不是突然增大或減小薄二端 之間的壓差來減輕因接通或關斷泉浦而引起之系統中 力波動。在沒有一呼吸管之情況下，因泵浦循環（例如因 系統維護）而引起之薄膜單元上之應力可減少薄膜壽命或 广他機械磨損。雖然特別較佳採用一呼吸管來將殊透 2盛放槽曝露至大㈣力，且藉此使滲透物能夠在曝露至 ，木水下之壓力時流過薄膜，但亦可採用其他用於將 之麼力施加至薄膜之滲透物側之構件來驅動該過滤過程Ϊ 採用一單一呼吸管或多個呼吸管。同樣地，可有利地採 用多個引流構件（例如，多個用於將渗透水輸送至_單一木 :立置：輸送至不同位置之管道、等等)。該(等)呼 避免在啟動或停止該等果浦時空氣非常迅速地流 &⑷呼吸管之情況下所觀察到之音速效應。 將用之收集系統經組態以聚集或積聚渗透物並 -卜海面或某-其他所需位置（一浸沒位置、岸上 ==儲存槽、或類似位置)。此等收集系統較佳 / 系留至海底以避免水面風暴或可視撞擊之影響； ’、’、而’亦可有利地採用其他組態。舉例 海 設置一水面平臺f、、聿叙彳+门 J在海乎中 在該水面平* 式”且可將薄膜模組懸掛 施加-相對於該縣掛模紐之六 彳慮到海k。水流 該側。如同在鐘擺中」樣’去將該懸掛模組位移之 田將該模組位移至該側時，迫 128960.doc -24- 200902452 ^核組更接近於水面。若水流相對恆^，則該模組可縣 掛在一長於該較佳模組深度之管線上，因此該水流之力: 把該模組推進至該側並直到該較佳深度。此等相同之考慮 因素相反謀求系留至一水體之底部之浮力模組。因此，： 某些實施例中，可調節該管線之長度以補償水流之變化 ⑼如可連同-絞盤制—水流感測器）以使該模組保持在 该較佳深度下。另一選擇係，可將該模組設置於一深度下 以使水流位移不會導致該模組上升超過該較佳深度。 較佳實施例之系統可採用習用海洋平臺技術：舉例而 吕’可採用-帶有混凝土外殼之浮動平臺來支撐一用於發 電（例如’-發電機、-變壓器等等）、燃料儲存、維護備 件儲存及其他用於運行該系統之基礎架構之功率模組。由 於陸地上之飲用水需求並非整天均勾因此—連續生產過 程較佳採用-儲存系統。當需求低時，作為-對岸上儲存 之補充，該平臺可採用一浮動槽，該浮動槽係由一隨著該 槽裝滿與清空而膨脹與收縮之撓性材料（例如删助卿） 製^此等儲存系統懸浮於海洋中，i因此不需要如在靠 近m地所設置之岸上水槽或槽中所需之繁重建築工程。 該系統所產生之飲用水或減少離子含量之水較佳藉由利 用-管線之内部與外部幾乎相同之壓力來輸送至海岸。舉 例而言’在選定實施例十，可採用一由hyperl〇ntm或並 他合適之材料製成之水下浮動、撓性管道。此等管道較佳 懸洋於海面下方’例如在水面下方約1〇〇英尺處，或沿著 海底。該管道之深度較佳係如此以致於其將不影響任何水 I28960.doc •25- 200902452 面父通。右s玄糸統所在之處不存在任何水面交通，則可有 利地採用一位於海洋之表面處之管道。雖然有利地採用撓 性管道’但亦可採用剛性管道、水泥流通道或其他管或通 路組態。 根據本地規章’淡化廠常常向經淡化之水添加某些化學 物質（例如氯、氟、除藻劑、防沫劑、抗微生物劑、鍋爐 水防垢劑、凝結劑、防腐劑、消毒劑、凝聚劑、中和劑、

氧化劑、除氧劑、pH調節劑、樹脂清潔劑、水垢抑制劑及 類似化學物質）。此活動可在將水輸送至淡化系統時在岸 上進行或在系統中任何其他合適之位置處進行。 DEMWAXtm 系統 圖1中顯示一較佳實施例之一 demwax™系統一圖式。 DEM WAX μ系統之元件（包括薄膜模組1 及一收集通道 1 04)系留至海底上之一錨丨〇〇。薄膜模組1 可包括一個或 多個例如下文結合圖9。所述之薄膜濾筒。該系統之此等及 其他το件較佳組態為接近中性浮力的以便可根據應用來添 加浮子，法碼從而將該等模組保持於—所期望之深度下。 呼吸g 06延伸於收集通道1〇4與一漂浮於海洋之表面上 之汙同1〇8之間以將該收集通道曝露至大氣壓力。另一選 擇係，該吟吸管可順著參透物管道Μ通至海岸。一泵浦 110透過管道112將、姿-未k丄 將參透物自收集通道104唧送至海岸。泵 浦110可佈置於該收隼 队莱通道内或毗鄰收集通道104，如該圖 式中所示，或去 ) 了女裝於與管道112流體連通之海岸處或 附近。該栗浦較佳處於盥 、/、/專Μ幾乎相同之深度下以使背壓 128960.doc -26- 200902452 不h止.亥逆參透過程。若該栗浦處於一小於請英尺之深 度下1可能需要對薄膜提供負壓以允許該逆渗透過程繼 續進订-個或多個參透物儲存槽工14可視需要在該系統 内。又置例如成收集通道1〇4之一部分或自收集通道⑽伸 : 丨，以提供料料。此額外料㈣地^緩衝栗速之 : ⑸匕。儲存槽114可包括感測器（未顯示），該等感測器經組 態以感測槽114中戶斤儲左+、洛、未& Λ 丫坏储存之滲透物之容積並相應地調節泵 浦110之運作。 ®2圖解闡釋尤其很適合臨時（非永久）應用之 DEMWAXtm系統之另一實施例。一抓mwAxtm模組系 邊至海底上之一個或多個錨丨22。模組丨2〇包括至少一個薄 膜滤筒及-收集通道。該薄膜模組曝露至深水下之海洋之 流體靜壓力，且該收集通道透過一延伸至漂浮於該水之表 面上之浮筒126之呼吸管124曝露至大氣壓力。滲透物收集 於模組120中且透過—滲透物管道127唧送至一靠近浮筒 ;126之行動儲存容器128，以輸送至海岸。例如此系統之系 統可在緊急情況下迅速部署成例如接近於經歷供水污染或 不足之區域。 圖3圖解闡釋一DEMWAX™系統之一替代組態。薄膜模 組132懸浮在一浮動平臺130下面。在所繪示之系統中，模 組132產生沈積至一含有潛水泵浦、幹井泵浦或類似泵浦 136之盛放槽或槽134中之淡水。藉助一延伸於盛放槽134 與浮動平臺130之間的呼吸管138 ’盛放槽ι34之内部保持 處於大氣壓力下。該產品水可唧送至地表14〇並隨後進入 128960.doc -27- 200902452 一撓性料槽142中。雖然顯示成儲存槽U2漂浮在平臺 130之向海側上’但該儲存槽亦可設置呈任何其他適當之 組態，例如在平臺130之向陸地側上或懸浮於該水之表面 下方。該產品水隨後透過一管道144哪送至海岸以供最 終處理及料。發t設備146可提供於㈣平臺m中且經 組態以向所示系統之其他組件提供功率。亦可提供—泵浦 148以將水自儲存槽移至海岸。雖然諸如懸索、電力電 鐵、系鏈及錯之組件未繪示於圖3中，但其可合意地用於 例如所繪示之系統之系統中。 圖4圖解闡釋一DEMWAXTM系統之另—替代組態，其中 一立柱160懸掛在—浮動平臺162上。立柱_可經組態以達 成對一下室164之接近。室164可經組態以安置Μ_ΑχτΜ 系統之各種組件，例如泵浦、閥、配電盤' 儀錶設備及其 他輔助設備168。室164之尺寸可大到足以使工人能夠接近 該室以維護設備。薄膜模組170可排列於室164外部、曝露 至周圍給水’但使渗透物部分與收集通道及系統166流體 連通。收集系統166可曝露至室164之内部，室164之内部 又可透過立柱160曝露至大氣壓力。藉由此一組態，室164 本身可用作收集系統丨66之一"呼吸管"。一單獨的呼吸管 亦可順著该立柱外部通至地表。收集系統丨66可流體連接 至一經組態以將產品水輸送至儲存槽或至海岸之管道 172。諸如此等系統之較佳實施例之系統尤其有利於大規 模應用，且可採用比其他實施例更大的薄膜濾筒、更大的 薄膜模組、及/或更大的薄膜模組陣列。此等系統有利地 128960.doc -28 · 200902452 提供對泵浦之選擇之附加豫 、击好甘从 1加皿活性以及為了維護目的而對泵 浦及其他設備之接近之簡县 間易性。在此應用中，可使用除潛 水泵浦以外之其他類型的 1滴。立柱160及室164可由一矣士 構緊固、穩定且防腐之材 '''° 材抖（例如混凝土）構成，以使該系

統能夠保持更少地受油、卞十+ T 、 又夕〜皮浪或海流影響。此-系統可(但不 必）如上文結合圖1所述系留至海底。 耗上文說明具體提及海洋應用，但類似組態之系統〜 ί u 自由’子動式及料式兩者—亦可用於針對淡水或地表水庫 用組態之實施例。 、 :職WAX™薄膜模組则之一個組態利用由呈一方框 、且心之4膜單70或70件202構成之垂直對準薄膜渡筒。圖5 中顯種這樣的模組之—簡化截面。薄膜元件202較佳 相隔罪近在一 # ’但並非如此靠近以致於表面張力明顯削 弱f力向下汲取由該過濾過程在薄膜表面204處所產生之 更同饴度海水之能力。避免顯著表面張力效應之最小間隔 可取決於包括薄膜化學性質之各種因素，但通常為約lmm 或以上，較佳約2 mm或以上，更佳自約2 mm至約25 ， 且最佳自約5 mm至約10 mm。在某些實施例中，一小於】 mm之間隔可能係可接受的或甚至合意的。同樣地在某 些實施例中’ 一大於25 mm之間隔可能係可接受的或甚至 合意的。通常較佳使該間隔最小化以使針對該安裝之每一 佔用面積之薄膜表面積最大化。 圖5未按比例繪製且出於例示目的而放大該等薄膜之間 的距離。該圖式顯示一收集通道206之兩側上之總共七個 128960.doc -29· 200902452 溥膜元件202;然❿，在較佳實施例中，亦可採用更多的 凡件，此視欲產生之水量或其他因素而定。在該海水 dEMWAX™系統之較佳實施例中，該模_常含 彼此隔開約％英寸(約6毫米)之此等元件。薄膜元件之間的 間隔取決於若干因素，包括(但不限於)給水中之總溶解固 體粒子、薄膜之高度及周圍水流之速度。在表面或淡水應 用中，可合意地採用薄膜元件之間的—約1/8英寸⑻毫 米）之間隔。

在較佳實施例之系、統中，薄膜模組及/或渡筒可垂直排 列或排列呈任何其他合適之組態，例如傾斜離垂直、抑或 水平（若存在海流）。在某些實施例中，該等模組可集中於 -其中淡水自該等薄膜模組流至收集通道之剛性殼體處。 為了達成此等逆滲透系統之經濟運作，較佳針對每佔用面 積單位使曝露至高壓海水之薄膜之表面積最大化，例如， 藉由將該等薄膜元件佈置非常靠近在一起呈一平行，散熱片， 組態（例如類似於一散熱器或熱交換器中之，散熱片，）。 另一選擇係，選定較佳實施例之薄膜模組之一組態可類 似於t用逆滲透薄膜模組之組態。舉例而言，圖6中繪示 四個矩形薄片210(&)至210(<1)。構成圖6中所繪示之逆滲透 薄膜元件之四個薄片包括：一聚醯胺薄膜21〇(a); 一滲透 物間隔物210(b)(例如分離該兩個膜片21〇(&)及21〇(匀以使 淡水能夠在其之間流動）；一第二聚醯胺薄膜2丨〇(c);及一 未淨化水間隔物210(d)(例如將該等薄膜元件彼此分離以使 未淨化海水能夠在其之間流動）。圖6顯示在結合、捲動並 128960.doc -30- 200902452 ***至一塵力容φ + ^ 210(d)# ^ ^ 〇 則的此等薄片。間隔物210(b)及 係多孔的以使水 至該整個薄膜表面且兮、炎透物：：之間流動。該未淨化水流 採用之薄片之典型尺:=:至該收集系統，利地 吋(1米)乘八英尺(2 44米;、、尺(°’91米)或二英尺四英 寸。可較佳採用可自薄膜製造V二可採用任何合適之尺 採用任何合適之大小。在-個維數上更 接八在使用此項技術中習知之技術將更窄之長度 常w用！得’抑或可按任何所期望之尺寸製造。通 吊季乂佳才木用一整體壤y . 在-起之更〗二通常呈現比由在接縫處接合 二（之更小的溥片製備而成之薄片 薄片。同樣地，當一薄 u之 咖要折晶1 1 、 平坦夾層組態時，可能 系統中所採用之任何其他薄片組件） 以开y成该夾層之一側，蕻 ’ ^ . 9吏'f 口及/或接頭數最小化並 :Γ;ΓΓ結構完整性，除非該折疊職予薄膜之屬 丨生之-弱化。在捲動之前，密封此等薄片 片=該渗透物間隔物）。使第四側處於打開狀— 態並接= Ζ透Μ道以便能夠將該產品水移至該收集系統。 ^任何合適之密封方法（例如雙層、黏結、屋接、熱封等 ' )。：7Α及7Β中呈現—習用螺旋捲繞模組中之 之尺寸。該等照片顯示-具有十二個纏繞於-渗透物管； 圍之薄膜層2 1 1之逆珠读壤胺抬ζ 周 您/參透溥膜模組之剖面。在約二分之— 英寸02.7毫米）之半徑中，存在十二個㈣“Μ 所述之四個薄片構成之層。此等習用系統中之薄膜之間的 I28960.doc -31 - 200902452 流動空間通常極小，但所採用之麼力高，以使一大薄膜表 面積能夠配合至-小空間中。在較佳實施例之薄膜渡筒 中’薄膜元件之間的間隔不像習用逆滲透系統中一樣小以 使表面張力實質上影響給水在該等薄膜元件之間的流動。 • 狀以，肖間隔大到《以使流動於該f㈣元件之間的給 ; 水容積足以保持該等薄臈之間的空間中之滲透壓力，但小 到足以將一大薄膜表面積配合至一相對小的容積中。 f·, 圖8顯示一來自一習用逆滲透單元之薄膜元件212(在捲 動之前）之一截面。在較佳實施例中’不是將薄膜捲繞於 —收集裝置周圍，而是垂直排列薄膜214(a)、214(c)及滲 透物間隔物，以便能夠用一實際空間來代替未淨化 水間隔物2 14(d) ’但在某些實施例中，可採用一聚合物或 其他間隔片。 薄膜濾筒 圖9A顯示一根據一較佳實施例組態之薄膜濾筒22〇之一 ^ 透視圖。濃筒220包括一個或多個大致設置於—包含兩個 側壁224⑷、224(b)之殼體内之薄臈元件222。一個或多個 剛性榫釘226(a)延伸於濾筒22〇之頂部、底部及後部處之側 壁224之間以保持側壁224之間隔並對濾筒22〇提供結構支 撐。一個或多個剛性榫釘226(1))延伸於濾筒22〇之前部處之 側壁224之間以執行此同一功能，並且提供供渗透物流過 濾筒220之前部之空間（參見，例如下面對圖17A之說明）。 榫釘226(a)、226(b)顯示延伸至側壁224 ;然而，亦可具有 其他組態。榫釘226(a)、226(b)亦可經組態以保持薄膜元 128960.doc •32· 200902452 件222之間的間隔’但亦可提供單獨的間隔構件來執行此 功能。在濾筒220之前端處，薄膜元件222由一個或多個自 薄膜元件222之頂端延伸至元件222之底端之密封間隔物 227分隔。共同地，密封間隔物227形成濾筒22〇之一前壁 229进封間隔物2 2 7經組態以提供一水密密封，該水密密 封將流動於薄膜元件222之間的源水與流過薄膜元件222並 進入位於濾筒220之前端處之收集系統中之滲透物分離。

側壁224(a) ' 224(b)可分別包括—個或多個凹口 228或其他 特徵，其經組態以與該收集系統之一對應結構配合，以便 於收集透過薄膜單几222之前端之滲透物。薄膜濾筒22〇可 經組態以經受住其將在運作期間曝露至的流體靜壓力，且 可包含適於該特^應用之材料。該圖式顯示濾筒22()中之 總共七個薄膜元件222;然巾，在較佳實施例中，可根據 欲產生之水罝、薄膜之間的所期望之間隔或其他因素採用 更多或更少之元件。圖9A未按比例繪製 放大薄膜單元222之間的距離（舉例而十 -薄膜濾筒可為一米高，其中薄膜元件 毫米）。 且出於例示目的而 ，一較佳實施例之 之間的間隔僅為6 】评扣％裂造—薄膜濾筒22〇之過程中之 步驟。為了建造一薄膜遽筒， 百先製備若干薄膜單元或元 件222。母一薄臈元件222 L 3兩個由一滲透物間隔片 236間隔開之薄膜234。密 ^ 溥膜兀件222之頂部、底 部及後邛邊緣，如由圖9Β中 - r之虛線2 3 0所示，以使簿胺开 件222之前部邊緣（圖9B之右 Π處於打開狀態。密封該等 128960.doc 33- 200902452 邊緣可使用黏結、慶接方法、熱封或任何能夠形成一可經 文住該等薄臈元件之内部與外部之間的壓差之密封之合適 之方法來實ί見。然I，將一個或多個間隔物232附裝於薄 膜元件222之邊緣周圍。間隔物232可延伸於薄膜元件222 之周邊以外m 9Β中所示’或可鄰接該周邊。間隔物 232可視需要包括一個或多個經組態以接納一延伸穿過一 系列元件222之榫釘之凹口、凹槽或開口。當‘然，間隔物 232可具有任何其他適於其既定目的之組態。在薄膜元件 222之前端處，附裝一沿元件222之高度延伸之密封間隔物 227。間隔物232及密封隔離227可使用黏結或任何其他合 適之方法附裝或者耦合至薄膜元件222。—旦附裝間隔物 232及密封間隔物227，則將另一薄膜元件222附裝至間隔 物232及密封間隔物227。重複該過程直至構成一具有所期 望數量之薄膜元件222之濾筒為止。 圖9C至9E顯示-薄膜元件222堆疊中之間隔物之各種組 態。圖9C顯示—由間隔物232間隔開之薄膜元件222堆疊之 -截面。間隔物232延伸於薄膜元件222之邊緣以外以纏繞 於一跨越該濾筒中之該-系列薄膜元件222之連續榫釘238 周圍。共同地，間隔物232及榫釘238形成—跨越該一系列 薄膜το件222且可充當該薄膜據筒之—結構組件之加強結 構（參見例如圖9A中之榫釘226⑷）。圖9D顯示一替代實 施例’其中間隔物24G延伸於薄膜元件222之邊緣以外。間 隔物240可帶有凹槽或凹口以接納一跨越該一系列薄膜元 件222之榫釘242，其中榫釘242配合至間隔物24〇中之凹槽 128960.doc •34- 200902452 t。榫釘242可包含（例如）—聚合材料、複合物或金屬。圖 9E，示再一實施例，其包括一經組態以緊密地接納每一薄 膜早兀222之梳狀榫釘244。在此一組態中，薄膜單元222 之間隔由榫釘244之齒保持，而無需附加間隔物。為了製 造—具有此組態之濾筒，可將一系列薄膜單元222***至 棒丁 244之齒之間的每一空間中。可視需要在此等空間中 提供黏結或其他合適之嚙合構件以確保榫釘244與單元222 適當嚙合。另外，雖然顯示成間隔物232延伸至薄膜234之 1的區域中，但貝施例亦可採用不延伸至薄膜U 4之間的 區域中之間隔物。舉例而言，實施例可包括由延伸於該薄 、品或乂外之达、封部件密封（在頂部、後部及底部邊緣處） 之薄膜兀件。在此等實施例中，料間隔物可設置於延伸 於該薄膜區域以外之密封部件之彼等部分之間，而不是該 等薄膜本身之間。 圖卯中更詳細地圖解闡釋薄膜濾筒220之前壁229。如該 圖式中所示’密封間隔物227設置於每一薄膜單元222之 間密封間隔物227沿薄膜單元222之長度延伸（參見圖州） 且經組態以將流動於薄膜單元2 2 2之間的源水（如箭頭2 3 i ^、机過，參透物間隔物236並進入該收集通道之滲透物 (如*前頭—233所不）分離。密封間隔物227基本不影響渗透物 在薄臈几件222之間的流動。密封間隔物⑵可使用黏結或 任何其他合適之方法附裝至膜片234。 較，λ施例之系統之佔用面積隨所期望之容量、薄膜高 度及薄膜元件之間的咖 的二間而變化。對於海水應用而言，假 128960.doc -35· 200902452 :薄膜元件間隔開.英寸(6.35毫米），且薄膜 則針對每】，_平方英尺（93平方米）薄膜”佔用 ―面積，枝统可生產·，_加侖/每天（約_百六十萬升/ 母天），假定一M5gpfd(約61升/每平方米薄膜/每天）之通 =率:薄膜模組可堆#於深水下以進—步減少佔用面積。 右該等薄膜系統部署於一其中水流很大之區域中，則該等 '、、、可比彼等其中水流最小之區域中更緊密地堆疊，因為 大水流將便於混合並移動離開該頂部模組之濃縮物，從而 使鹽度與該頂部模組下方一短距離内之周圍海水相均衡。 在不存在大水流之情況下，可能需要提供一便於混合海水 並將海水移動跨越該等薄膜之系統，例如起泡器、喷射器 或諸如此類。 任何合適之薄臈組態皆可用於較佳實施例之系統中。舉 例而言，一種這樣的組態採用一中心收集器，該中心收集 器具有自兩側鄰接該收集器之薄膜單元或濾筒。另一組態 採用與徑向收集器呈同心圓之薄膜單元來將飲用水移至該 中心收集器。 薄膜模組之深度 在該等海水應用中，較佳實施例之薄膜模組較佳浸沒至 足以藉由海水作用於薄膜上之周圍壓力而無需施加額外壓 力來產生所期望之滲透水之深度。此等深度通常為至少約 194米’較佳至少約259米。然而’端視應用，較佳實施例 之系統可部署於其他深水下。該259米深度對於海水逆渗 透從平均鹽度（例如’約3 5，0〇〇 mg/L)之海水中產生飲用水 128960.doc -36- 200902452 係較佳的。若一水平之半鹹性可允許（例如，在用於灌溉 或工業過程之水之情況下），則可採用一更淺之深度。舉 例而言，生產適於灌溉學業之微咸水可藉由某些浸沒至一 自約100米至約247米深度之薄膜來實現。一可接受水平之 半鹹性可藉由下述方式來加以選擇：根據周圍海水之鹽度 來選擇薄膜類型（例如化學性質）及薄膜模組之深度。例 如，利用奈米薄膜之較佳實施例之系統可部署於約米之 深度下之海洋中以篩除給水之鹽度之約2〇%，而且移除鈣 及諸多其他有害成分。此等系統可用作岸上淡化薇之離岸 預處理系統，從而擴展現有工廠之能力並使維護以及總能 里需要與標準岸上逆滲透工廠相比減少約5〇%。利用超過 濾（UF)及/或微過濾（MF)薄膜之較佳實施例之系統亦可與 不接近於海洋或其他更深之水體之習用淡化廠或工業應用 結合採用。較佳實施例之系統可組態用於其中鈣或其他不 利成分之存在帶來問題（例如腐蝕或水垢形成）之工業應 用，例如發電廠冷卻應用。適用於較佳實施例 薄膜可自密西根洲Midland市的D〇w Water s〇luti〇ns公司及 自韓國的Saehan Industries公司購得。 在某些實施例中，系統可組態用於部署於更淺之深水 下。舉例而言’實施例可部署於淺海水域中(例如處：二 約7求之深水下）且用作例如用於為岸上發電廠生產冷卻水 之低速海水攝取系統。此等低速攝取系統有利地避免傷害 海洋生物。此等系統亦可採用濾布或濾網來替代次多孔^ 膜。 / 128960.doc •37· 200902452 另外，採用微過濾、超過濾或奈米過濾薄膜之較佳實施 例之系統可定位於處於淺達6米之深度下之地表水域及水 庫中且可經組態以從源水中濾除細菌、病毒、有機物質及

無機化合物。舉例而言，採用奈米薄膜之系統可定位於一 約6至30米之深水下或定位於任何其他適當深水下，該視 欲移除之總溶解固體粒子及所期望之產品水質而定。包括 微過濾、超過濾或奈米過濾薄膜之較佳實施例之系統亦可 適於從一受污染供水中產生清潔水且組態用於佈置於地面 井中。在具有極低水平之溶解固體粒子之淡水源中，源水 之滲透壓力係該過濾過程中之一不太重要的因素（通常， 源水中每100 mg/L總溶解固體粒子需要〗磅/每平方英吋（大 約6.9 kPa)之壓力）。因此，薄膜之透膜壓力損失在針對所 期望水平之處理確定所需深度時變得更佔優勢。 在某些實施例中，可使用一誘發水柱來提供用以驅動該 過濾過程之壓力。當一小溪或河流不具有必要之深度時， 可將其轉移至一類似於一大的深池之人工容器中。可將 DEMWAX™系統設置於該池中。該池藉由下述方式來保持 原始水源之流經性質：❹餘的水流回至現有河流或小溪 中、或至一新的位置（例如為了灌溉目的而轉移之）中。因 此，由薄膜所篩除之雜質可留存其自然所在之處，例如在 該河流或小溪中。返回至河流或小溪之雜質量通常足夠小 以致於其返回不顯著改變水體相對於其自然狀態之化學性 質。用於此等應用之系統通常使轉移多餘之水成為必需，· 然而原始水之重力流通常免除對大 至、右有）人工唧送能 128960.doc -38· 200902452 量。亦可將薄膜模組設置於壓力容器或槽内。可藉由將源 水哪送至槽中來誘發一水柱。在具有顯著高度變化（山區） 之小溪之情況下’可將水引引流入一給水槽中，該給水槽 設置於一高於具有該等模組之壓力槽之預選高度處以誘發 所期望之水柱高度。 較佳以一距水源之底部足夠之距離設置Dem WAX™模組 以免因泥潰、沈積物及其他通常以更高濃度存在於水體底 部附近之懸浮固體粒子而引起薄臈污染。較佳地，將該海 水DEMWAXtm模組設置於距海底至少幾百英尺處；然而， 在某些實施例中，將DEMWAX·™模組設置於更接近於海底 之練度處可能係可接受的。 同樣地，若需要在一其中海洋报淺以致於無法達到— 259米之深度之位置（例如某些靠近海岸之位置）處採用該系 統，則在此等較佳實施例中，可採用一兩遍式系統。藉由 將一奈米過濾薄膜浸沒至更淺之深度（例如約152米），較佳 實例陡之系統可產生處於約7 〇〇〇 ppm鹽度下之微咸水。 然後，可以一明顯低於習用逆滲透系統之總運作成本使此 微咸水經歷另一逆滲透過程（例如，在陸地上、在一離岸 平臺上、或在任何其他合適之位置處）以得到飲用水。另 選擇係可挖掘水體之底部以提供一允許將薄膜模組設 置於一所期望之深度下之腔、室或通道。 、，在較佳實施例中，一兩遍式過程之第一遍使用一具有奈 米過濾薄臈之DEMWAX™系統來產生鹽度適當減少之水。 將降低鹽度之水料至海岸，在那裏其經歷-第二遍過渡 128960.doc •39· 200902452 過程以使溶解離子濃度降至為具有一大約80%回收率之钎 用等級特有之濃度。第二遍過濾過程可採用—習用螺旋捲 繞逆滲透或奈米過濾薄膜系統。此過程所產生之鹽水八睡 度與原始海水相同或含鹽度略低於原始海水。因此， 此過程所產生之鹽水處置（例如，回至海洋中）而不存在與 習用陸基型之逆滲透系統中所產生之含鹽度更高之鹽2 (其含鹽度可接近原始海水之兩倍）相關聯之環境問題。該 兩遍式過程亦比習用陸基型之淡化更具能量效益。該過程 之兩遍（一透過一處於一 500英尺深度下且離岸六英里之 DEMWAX™系統之第一遍、及一根據一習用淡化過程之岸 上第二遍）總共僅消耗約7.5 kWh/每kgal(約2 kWh/每立方 米），而目前技術水平逆滲透工薇消耗超過丨6 kWh/每 kgal(約4.2 kWh/母立方米）甚至更多。可有利地將此一系 統用於一現有習用岸上r〇淡化系統以在（例如）紅海中產生 更清潔之給水（亦即，具有更低鹽度及其他不利成分（例如 鈣）之更低濃度之給水），從而提高效率並降低系統維護成 本。 不同之海水具有不同之鹽度（例如’紅海之鹽度（4〇,〇〇〇 ppm)尚於北大西洋（37,900 ppm) ’而北大西洋又高於黑海 (20,000 ppm))。不受陸地影響之公海之鹽含量很少低於 33,000 ppm且很少高於38,000 ppm。較佳實施例之方法可 經調整或修改以適應具有不同鹽度之海水。舉例而言，用 於浸沒較佳實施例之DEMWAX™系統之較佳深度在較咸的 水（例如紅海）中較深，而在不太咸的水（例如黑海）中較 128960.doc 40· 200902452 淺。本文中所提及之深度係對於具有平均鹽度(33，_至 卿PPrn，較佳約35,000 ppm)之水較佳之深度，且可經 調整以適應更高或更低鹽度之水。 間隔演算法 薄膜元件較佳以-距離隔開，該距離使未淨化水能夠在 其之間自由流動，且在高溶解固體粒子（亦即，海水）之情 况:’基本保持薄膜元件之間的整個空間中之給水之逆渗 透壓力。圖10中1 會示一較佳實施例之DEMWAX™薄膜模組 中之渗透物、、給水及所產生之濃縮纟（例如鹽水）之流動， …I示兩個㈤㈤之薄膜元件3〇〇。每—薄膜元件则皆包 含兩個由一滲透物間隔物304間隔開之膜片302。如上文所 述I用淡化壓力容器中允許未淨化水在薄膜之間流動之 空間極小。較佳實施例之系統較佳採用更大之間隔以便於 海水或其他未淨化水利用重力自然地流至薄膜表面302以 把表面處所產生之更高密度之鹽水向下移（如由箭頭306所 示）’藉此自上方吸取周圍鹽度之海水。薄膜3〇2曝露至之 水流越快’濃縮水處置得就越快，從而使更大容量之給水 能夠接觸薄膜302。箭頭308指示穿透薄膜之滲透水。較佳 見施例之系統亦可經組態以利用由重力向下牽引之更稠密 之濃縮水所產生之對流注在沒有水流之水中運作。 為了使母工廠’佔用面積'單位工薇產量最大化，更靠近 之間隔通常較佳。已開發出一種演算法，其在確定薄臈元 件之較佳間隔時慮及幾個參數，此視存在之條件而定。 用於確定較佳間隔之外生變數包括薄膜元件高度、濃縮 128960.doc -41 - 200902452 +速又n回收率及未淨化水間隔物體積（若有）。薄 膜兀Γ =頂^與底部之間的距離轉定鹽水在與常規海水相 遇之雨^下^遠。在不存在速度、通量或回收率變化之情 更门的元件較佳比一更矮的元件與一毗鄰元件間 隔開更逆0當飲用k咖、泰後 欠牙透溥膜時，剩下之鹽水因其更高鹽 度而更重且重力致使更重之鹽水落下，從而把更多原始海 水自系統之頂部向下孩。+、未> ^ 牙透母一溥膜表面積單位之淡水 量因系統之通量而異。通量之度量單位通常為加命渗透物/ 母天平方英尺薄膜表面積（或者，另一選擇係，為升渗 天/母平方米薄膜表面積)’且通量越高，每滲透物 里單位所力之薄膜表面就越小。通量率可根據薄膜材 料、海水鹽度及深度（壓力）而變化。曝露至實際穿透之薄 、。之百刀率稱作回收'率。雖然高回收率（大約30°/〇至 或以上）通常對於習用岸上淡化廠之商業生存力必不可 少’但其在較佳實施例之系統中通常僅具有較 性。以—山 厗工廠之一 50%回收率，該系統必須處理、加 壓或^其他方式加工兩倍於所生產之淡水之海水容量。較 佳實苑例之系統不需要如同在習用陸基型之水處理及淡化 系統中-樣之以機械方式產生之壓力、給水預處理或鹽水 處置。根據某些實施例更低的回收率係合意的，因為 f收率越高導致接觸薄膜元件之下部分之給水之鹽度越 向=較佳實施例之海水DEM WAXTM系統之估計回收率為約 百^之二（2%)。回收率越高，必須曝露至薄膜表面之水就 越v若使用一未淨化水間隔物，側在確定薄膜元件之間 128960.doc -42· 200902452

Prej時必須考慮到該未淨化水間隔物之體積

面規定用於組態較佳實施例之選定系統之薄膜間隔 法。雖然根特此演算法之薄膜間隔尤其較佳，但^旧 任何合適之間隔

kRV 其中S係薄膜元件之間的空間’纟量度單位為毫米(或英 时）；F係系統之通量，其度量單位為升/每平方米/每天（或 加余/每广方英尺薄膜表面積/每天Η係薄膜元件之高 :’其單位為米(或英吋)；尺係回收率(曝露至薄膜之水： 量之百分率）；V係鹽水在元件之間落下之速度，其度量單 位為米/每分鐘（或英尺/每分鐘）；Μ係一常數，=於 720(當通量之單位為升/每平方米/每天時，高度之單位為 米，且速度之單位為米/每分鐘）或5,386(當通量之單位為 加侖/每平方英尺/每天且高度之單位為英寸且速度之單位 為英尺/每分鐘）。 匕對於具有百分之二回收率及兩加侖/每平方英 ^ /二天之通量之36英寸（在高度上）薄膜元件（其中鹽水以 每刀4里二央尺之速度落下），一較佳間隔為0.223英寸。 0.223 =—— 5,386χ〇.〇2χ3 、右抓用一未淨化水間隔物以例如在周圍條件（水流等等） 、專膜擾動時保持結構完整性，則間隔物之體積較佳成 比例地增大薄臈元件之間的間隔。舉例而言，若一間隔物 佔據4膜元件之間2〇%的容積，則薄膜之間的距離增大從 128960.doc -43- 200902452 而使薄膜之間的容積增大20%。 呼吸管及盛放容器；及 為了讓水流過該等薄膜 签, 巧1木符溥臈兩端之間的一声 井果浦抽空該盛放容器並利用一二水果浦❹ 氣壓力一用於一每天五百心：及^將該谷器曝露至i 百4加网（_萬九千立 組之呼吸管之較佳 卞）之私

而，亦可採用其他合::::;Γ Α他σ過之尺寸。該呼吸管可由任 =製作而成。例如，該呼吸管可由一聚合物、金二 “勿、扣凝土或諸如此類建造而成。該呼吸管經组能、 受住其在運作期間曝t $ ώ驊 、、'Ί'以、％ 敕… 各至之流體靜壓力而不崩潰。結構完 :立可糟由該材料本身或透過使用加強構件（該管之^ -π上之肋、該管内部之間隔物或諸如此類）提供。 在一較佳實施例中，一呼吸管連接至位於水下 =可在該盛放容器中設置—個或多個潛水泵浦、幹^ 2似泵浦’其可提供有—用於將水輸送至其既定目的 如-更大的儲存容器)之管線。該盛放容器之較佳尺 寸隨泵浦操作要求而變化。 唧送能量 較佳實加例之系統有效地利用；罙水下流體靜壓力而 泵庸來驅動該逆滲透過濾過程，i因此不需要習用阡 之淡化系統中所需之巨大能量。較佳實施例之系統ς :糸統來將所產生之產品水唧送至地表並隨後唧送 厗’但此等能量要求明顯低於陸基型之系統中淡化水 128960.doc -44 - 200902452 u量要心既定深水下壓頭，將水料至地表通常比將 水自地㈣送至海岸需要多得多之能量。對於採用習用逆 滲透聚醯胺薄膜之較佳實施例之系統，採用一“Ο英尺之 運作深度來從海水中產生飲用水。對於其㈣Μ學性質 或當淨化不同鹽度之水（淡水、微喊不、極咸水）時，可能 需要更低深度或更高深度來獲得具有相同減少鹽含量之 水。 圖11Α至11C圖解闡釋各種用於將滲透物自一離岸 DEMWAXtm系統唧送至海岸之組態。圖丨丨α顯示一懸浮於 深水下之DEMWAX™系統700。系統7〇〇包括一個或多個薄 膜模組（或模組陣列）及一透過一呼吸管曝露至大氣壓力之 收集系統，如本文中所述。系統700連接至一可包括撓性 及/剛性部分之滲透物管道702。滲透物管道702可自懸浮 系統700向下延伸至海底，由此跨海底延伸並直到海岸。 懸浮系統700亦包括一泵浦704，泵浦704經組態以透過管 道702輸送滲透物並直到海岸。由於使懸浮系統700中之收 集系統保持處於大氣壓力下，因此在此組態中泵浦704必 須克服以將滲透物唧送直到海岸之壓頭是懸浮系統700之 間的垂直距離、滲透物管道出口之高度及將該處理系統連 接至海岸7 0 6之管線之系統壓頭損失之一函數。 圖11B顯示另一懸浮於深水下之DEMWAX™系統720。系 統720包括一個或多個薄膜模組及一透過一呼吸管曝露至 大氣壓力之收集系統，如本文中所述。系統72〇連接至一 可包含撓性及/或剛性部分之滲透物管道7 0 2。滲透物管道 128960.doc -45- 200902452 702可自懸浮系統720向下延伸至海底，由此跨海底延伸並 部分地直到海岸。滲透物管道702在一位於懸浮系統720正 下方之位置處進入一隧道726。由於使懸浮系統72〇中之收 集系統保持處於大氣壓力下，且由於該唧送係自一位於懸 浮系統720正下方之位置進行，因此懸浮系統720無需包括 一滲透物泵浦來將滲透物輸送至陸地。可代之以在滲透物 管道7 0 2進入該随道處提供一泵浦7 2 4以將渗透物向上》即送 至地表728。 圖11C顯示另一懸浮於深水下之DEM WAX™系統740。系 統740包括一個或多個薄膜模組及一透過一呼吸管曝露至 大氣麼力之收集系統，如本文中所述。系統7 4 〇連接至一 可包括撓性及/或剛性部分之滲透物管道742。滲透物管道 742可自懸浮系統700向下延伸至海底’由此跨海底延伸並 部分地直到海岸。滲透物管道742在一位於懸浮系統740正 下方之位置處、在一通向一濕井7U之隧道744之頂部處進 入陸地。一豎井通道746自水面750向下延伸至濕井745。 由於懸浮系統740中之收集系統與大氣壓力連通，且由於 滲透物官道742終止於一位於懸浮系統74〇正下方之位置 處，因此懸浮系統740無需包括一滲透物泵浦來將滲透物 輸送至陸地。另外’由於滲透物泵浦742在一位於井745正 上方之位置處進入陸地，因此在進入至陸地之點處不需要 任何栗浦。系統740只需要懸浮於井745正上方之一短距離 (例如，一英尺或兩英尺（約三分之一米）處以在不使用泵浦 之情况下將，參透物輸送至海岸。可代之以在濕井745中提 128960.doc •46- 200902452 供-泵浦748以透過豎井通道746將滲透物向上哪送至地表 750。此系統之-個優點在於所有移動部件（例如泵浦）均^ 接近於陸地上或土壤下面而不是離岸及在深水下。 如上文所述，較佳實施例之系統相對於習用陸基型之海 水淡化系統提供實質性的能量節f。舉例而言，將淡水自 海下850英尺引至地表之能量及將水唧送六英里至海岸之 能量計算如下’且顯示大多數能量要求在於將水引至地 表： r

PE 其中HP=馬力；H=動壓頭（其以英尺為單位）；F =水流（其以 加侖/每分鐘為單位）；p=唧送常數=3,96〇(在壓頭以英尺為 單位且流以gpm為單位之情況下）；且£=泵浦效率（假定為 對於大型泵浦係典型之85%)。 為了將五百萬加侖飲用水/每天（或3,472 約 18,9〇〇,〇〇0升，或13，144升/每分鐘）哪送至地表，馬力計算

如下： =876.8 HP ~ 85〇/gg^ X 3,472gpm 3960x0.85 由於淡化工業通常使用千瓦小時/每千加侖（或kWh/每立 方米）之單位來比較系統效能，因此使用轉換因數〇.745千 瓦/每馬力來將馬力變換成千瓦。 876.8馬力 x0.745=653.2千瓦 因此，653.2千瓦將驅動一具有3,472加侖/每分鐘（5百分 加侖/每天，18,900,〇〇〇升/每天，或π,144升/每分鐘）之容 量的泵浦。該週期期間所消耗之能量為1 5，677千瓦小時。 128960.doc -47· 200902452 月b量要求與即送之水之比產生一 314千瓦小時/每千加舍之 值。 為了將水即送至海岸，能量要求計算如下。使用與上述 相同之公式，但假定—針對每〗，〇〇〇英尺〇〇5米）水平距離 之/、英尺（1.83米）壓頭損失設計值。假定一六英里行程 (9,656米）’該值等價於190英尺（58米）壓頭損失（5,280英尺/ 每英里〜、英里X六英尺=190英尺；（9,656米+305米Xl·83米

—58米）。在此等假定下，需要一額外190馬力（146千瓦）唧 送功率來將水唧送至海岸。 HP = 190細 χ3,472_ 3960x 0.85 = 196 將馬力變換成能量產生一 146千瓦能量要求。一達24小 犄之146千瓦負載（3.5〇6兆瓦小時除以五百萬加侖）產生一 0.70千瓦小時/每千加侖之能夠消耗。

除該唧送能量以外，較佳實施例之系統通常還具有站臺 及、准。蔓此量負載，其估計為該等哪送功率需要之5 %。例 如，較佳實施例之一個系統之總能量消耗提供於表丨中。 能量使用 V、上· 千瓦小時/每千加侖(kWh/每立方米） 至地表之泵浦1¾ 一' ___3.14(0.83)_ j·海岸（六英里)之泵浦能詈… 0.70 Γ0 18Ί 輔助能量(泵浦能量之5 %) 總能*使珀 _ 0.19(0.05) 4.03 (1.06) 此僅為四千瓦小時/每千加侖（約M kWh/每立方米）之總 能量要求明顯低於通常消耗超過十六千瓦小時/每千加侖 (超過4 kWh/每立方米）之目前技術水平逆滲透系統之能量 128960.doc •48· 200902452 要求。例如，Tu a s淡化廠於2 0 0 5竣工於新加坡且其承包商 將其吹捧為僅需要16.2千瓦小時/每千加侖（約4.3 kWh/每 立方米）之”世界上最經濟的淡化廠之一”。即使常規水源往 往亦需要比用於沿海居民之DEMWAX™系統多得多之能 量。表2提供用於證明較佳實施例之系統之能量效率優於 Tuas淡化廠及一眾所周知之乾旱沿海地區之兩個主要水資 料之能量效率之資料。 表2. 水資源 千瓦小時/每千加侖(kWh/每立方米） 加利福尼亞洲水項目 9·2至 13.2 (2.4至3.5) 科羅拉多洲河流輸水道 6.1 (1.6) Tuas淡化廠 16.2 (4.3) DEMWAXTW#井系統 4.0(1.1) DEM WAXTM系統之優點 DEM WAX™系統提供相對於習用水資料且更特定而言相 對於習用水處理及淡化技術之眾多成本優點。舉例而言， 習用逆滲透系統需要相對高的運作壓力（大約800 psi (5,516 kPa))來生產飲用水。DEMWAX™系統不需要能量 來加壓給水。藉由DEMWAX™系統中利用深水下自然壓 力，因此不存在對用於人工形成壓力之泵浦之需要。 較佳實施例之系統中不需要如同在習用水淨化或淡化系 統中一樣之源水處理。藉由習用淡化過程接受給水並隨後 處置具有兩倍鹽度之鹽水，因此該等系統之組件必須經策 劃以經受住海水及鹽水之腐蝕作用。較佳實施例之系統不 需要處理任何給水。僅薄膜及殼體曝露至給水，因此該等 128960.doc -49- 200902452 組件因不f #專用防腐#料來輸送源水及鹽水或滲透物而 製造起來費用多’纟需要較少的維護，且其具有更長 的奇命。在習用淡化廠中’用於經受住鹽曝露之腐蝕作用 之材料製造起來比用於較佳實施例之系統之材料昂貴得 多。此外，既定習用逆滲透系統之大約5〇%產量，針對所 生產之每一加侖淡水必須處理兩加侖海水。在較佳實施例 之系統中，比較起來，僅須處理一個加侖淡水。 在較佳實施例中不採用專用攝取及預處理系統。習用逆 滲透工廠中之海水攝取系統靠近岸及水面，且因此接受大 量包括有機材料之懸浮物質。此材料造成需要維護且減少 薄膜壽命之薄膜污染及壓實。在某些實施例中， DEMWAXtm薄膜部署於其中減少之光使有機生長最小化之 深水下。此亦排除對篩除更大固體粒子及有機材料之預處 理系統之需要。 在運作於深水下以生產產品水之較佳實施例之系統中不 採用鹽水或濃縮水處置系統。當採用較佳實施例之系統來 在更淺之深水下產生欲在一第二過程中加以進一步淨化 之微咸水時’鹽水產生明顯低於在習用淡化過程中。同樣 地，當採用較佳實施例之系統來以--步驟過程（乃至兩 步驟或多於兩步驟之過程）在深水下產生飲用水時，鹽水 產生亦明顯更低。處置習用逆滲透過程之鹽水副產品具有 一有害的環境影響。處置濃縮鹽水危及處置點之海洋生 物。往往’環境機構要求逆滲透工廠在將鹽水回送至海洋 之前以追加成本用更多海水稀釋鹽水，從而將另一重要细 128960.doc • 50- 200902452 件及因此費用添加至工廠。 與需要大片靠近居住區中之海岸之陸地之典型大效用規 ^廠（其必然代價高昂）相比’佳實施例之系統沒有很高 、陸地要未。較佳實施例之系統通常不需要任何陸地，除 非為提供對所產生之水之接人或在某㈣施例中為提供内 陸混合設施（若必須在配送之前對水進行添加處理（例如加 氯=理、力η氟處理等等）所必須。用於緩衝連續生產量與 可變當天需求之間的關係之儲存槽可很大；因&,供應緩 衝較佳由離岸“之水下、撓性槽提供。&等儲存槽排除 :十大型门]丨生岸上水槽及附帶高度策劃之基礎設施之需要； 然而’在需要時（例如在現有槽之情況下）’較佳實施例之 系統亦可用於岸上槽。同樣地，纟某些實施例中，不採用 可類5L之槽可能係合意的。可排除所產生之任何多餘的 ^抑或可在其產生時採用所產生之水之全部。此一組態 之一優點在於減少之設備費用。 &較佳實施例之其他優點包括恆定生產之能力。水之溫度 ’以響通里（水穿透薄膜之速率）。由於習用淡化廠所收集之 近地表水全年中在溫度方面有差異，因此習用逆滲透工廠 、畺亦可變。DEM WAX™系統沒有此波動產量之缺點，因 為不管季節或水面上之氣候條件如何，薄膜曝露至之深水 域通$皆處於一相對恆定之溫度下。 較佳實施例之系統提供優於習用陸基型之工廠之靈活 f 此·#習用工廠可視為處於陸地上之硬資產，其可遭受 比可用作一處於海上且可能處於國際水域中之行動資產之 128960.doc 51 200902452 與陸地及行動性之隔離使 更大有利性之區域。 較佳實施例之系統更大之風險。 得可將系統移至具有更大需要或 較佳實施例之系統有助於钻 於針對受到可污染習用飲用水源 之自然災害（例如地震及海啸）旦 久吨羅）影響之區域之行動、臨時性 大規模水生產。較佳實施你丨夕抬 J之模組及可擴縮設計亦有助於 極大規模離岸應用。此外 既疋此模組性質，大部分成本 在於系統本身而不是易澧夸+甘& ^ 疋勿還又比其中製造DEMWAXTM濾筒及 其他組件之受控工廠背景客捏

月京夕侍多之變數之原地設計、策 劃、建造及土建工程。 除成本優點以外’較佳實施例之系統具有環境及生產優 點。環境優點包括零鹽水產生及因此處置。一習用淡化廉 接受海水並將其中約-半以具有兩倍鹽度之#水之形4返 回（在許多情況下至靠近岸之位置）。此更高鹽度之鹽水對 處置之區域中之海洋生物具有有害影響。透過分散及混 合’鹽水最終由海水稀釋，但因連續淡化過程，故在一習 用淡化系統之排放管周圍始終存在_《中海洋生物受到影 響之區域。較佳實施例之系統通常淨化曝露至薄膜之水: 約百分之1至3，從而僅在薄膜附近產生—遠遠快得多地被 周圍海水稀釋之略微更高濃度之海水。此外，在自約5〇〇 英尺至約1,000英尺之深水下，因光不足而存在少得多之 海洋生物。 較佳實施例之系統亦提供顯著的應用靈活性。舉例而 言，、較佳實施例之系…统可用於淡水應除供水中之有 害成分，例如細菌病毒、有機物及無機物。例如，適用於 128960.doc -52- 200902452 淡化應用之較佳實施例之系統有少量或沒有陸地要求，且 不需要源水攝取系統或專用濃縮水處置系統。此外，適用 於地下水應用之較佳實施例之系統可防止當其他水處理方 法係價格而得令人不敢問津時放棄受污染之地面井。用於 處理地表、地面或其他淡水源之較佳實施例之系統提供與 用於處理海水或咸水之系統相似之優點。

水使用具有顯著環境影響。由於來自海洋之廉價水可代 替從天然水流抽取之水，以致於可使此等小溪及河流返回 至其天然狀態，抑或可在上游排除更多水以保證更大的内 陸水品要。科羅拉多河因上游抽取而很少溢出至北墨西哥 之科特斯海。科羅拉多河輸水道每天向南加利加利福尼亞 提供1 2億加侖（45億升）水。十二個分別能夠產生100 MGD(約3彳思7千8百萬升/每天）之較佳實施例之淡化系統可 代替來自科羅拉多河之南加利福尼亞分配。 旎置與水密切聯繫。將水唧送至使用點使用巨大的能 里。較佳實施例之系統具有較習用淡化廠或水項目（例如 科羅拉多河輸水道及加利福尼亞洲水項目）大得多之能量 效凰。因此，增加之效率促成更低之能量消耗。由於大部 刀毛電排放溫室氣體（例如燃煤發電廠），因此降低水之單 位此里消耗成比例地降低溫室氣體排放。 較佳實施例之系統之-附加優點在於習用及廉價技術及 材料可用於該等系統之諸多組件，例如，薄膜材料（例如 聚醯胺）' 用於水槽及管道之HYpERL〇NTM型材料、用於 薄膜模组殼體及盛放槽之聚氯乙烯(pvc)、習用潛水泵浦 128960.doc -53- 200902452 或幹井泵浦、習用發電設備（例如引擎、渦輪機、發電機 等等），且可採用習用平臺（混凝土或其他材料通常用於離 岸平臺，例如在石油生產工業中）。用於較佳實施例之系 統之薄膜材料因更低的能量率及更低的運作動力而通常具 有較用於習用逆滲透系統之薄膜材料更長之壽命；因此， 可產生更低的維護及材料成本。用於支撐薄膜模組之平臺 或洋筒可方便地由預應力混凝土以低成本建造而成，且可 以模組形式製造而成以便其可藉由組合各種模組（例如懸 浮模組，燃料儲存模組；控制室模組；備件儲存模組；等 等）來加以大規模生產並組態至一特定項目。 大型基礎架構項目（例如淡化廠或發電廠）之建造通常主 要在現場進行。因此，與常見裝配線製造相比，排定及工 作/;IL程順序問題以及現場具體策劃顯著增加建造複雜度及 成本°與此相反，較佳實施例之系統可在現場外之方便位 置處建造並運送至所期望之位置來進行部署。 可用於較佳實施例之系統之浮動平臺係行動的且可在世 界上若干位置處生產並運送至所需位置。另一選擇係，可 利用建造於海床上之固定平臺。較佳實施例之系統可（例 如）藉由利用位於海底下面之短管道及處於近海環境下之 達幾百碼之開槽連接至現有陸基型之水系統。 薄膜模組 圖1 2至1 5綠示較佳實施例之DEM WAXTM系統之各種組 ‘％。圖1 2以平面圖顯示一 demWAX™薄膜模組3 1 0之一基 本圖式式（未按比例繪製），其圖解闡釋具有剛性滲透物間 128960.doc -54- 200902452 隔物314之薄膜元件312。剛性間隔物314使膜面316在深水 壓力下保持分離’從而有利於從每一薄膜元件3 12之對置 膜面316之間收集淡飲用水（滲透物）。滲透物之流動由箭頭 3 18、320指示。海水（咸水）在膜片312之間的空間中自由流 通。一位於膜片312之一端處之剛性Pvc殼體322收集滲透 物並將其輸送至一與一收集系統流體連通之管道324。膜

片3 1 2由置放於未淨化給水側上之膜片3丨2之間的可選咸水 間隔物326保持呈一隔開组態。 圖13繪不具有波浪形元件332及直元件334之波浪形 塑膠纖維330。&等纖維適合用#薄膜單元之間的間隔物 以保持足以供未淨化水流動之空間。 圖1 4顯示一用於DEMWAXTM系統之收集元件34〇之一基 本圖式（未按比例繪製）。水平雙頭螺栓（未繪示）用於在收 集器元件340曝露至深水壓力時為其提供結構完整性同 時允許滲透物流過收集m端視用於建造該收集哭元 件之材料’雙頭螺栓(水平、垂直、或其他組態、或整體 式或其他多孔式内部支撑物)可省略(例如當採用一能夠诚 受住深水壓力之高強度材料時）。收集器元件340可具有帶 有開槽以達成對；^腔、、由#斗、__ a 對溥膜濾筒或70件之附裝之側342、以及— 組態用於附裝至-收集系統之連接器管道344。 2二顯示—用請職㈣系統之殼體元件⑽之— 土本圖式(未按比例繪製）。薄 裝至一收隼哭_ μ 义兀件於一螭處附附 收集為兀件354。殼體35〇使薄 開之鬆散點陣，從、切保持呈-間隔 皁從而保持薄膜352之結構完 128960.doc -55- 200902452 之間隔及海水至薄膜352之自由流動。 圖15B提供一中心收集器元件362之一薄膜模組36〇之一 視圖，薄膜模組360具有附裝於一中心通道之兩側上之薄 膜364。圖1 5C顯示一根據另一實施例之薄膜模組3,其 具有耦合至一具有一延伸於其之間的内部通道388之收集 通道384之濾筒382。每一濾筒382可包括多個薄膜單元 387。内部通道388與源水分離但與薄臈單元387之滲透物 側流體連通。收集通道384透過出口 389(a)、389(b)流體連 接至盛放槽386之一濕井部分390。在收集通道384與濕井 390之間提供兩個出口 389(a)、389(b)使在填充内部通道 388期間所陷閉之空氣能夠釋放。一泵浦392可提供於濕井 部分390中且經組態以透過一滲透物管道394將滲透物唧送 至離岸或岸上儲存槽。盛放槽386藉由一啤吸管3 96曝露至 大氣壓力。亦可提供一電力電纜398並將其連接至一離岸 或岸上發電設施以驅動泵浦392。 圖16圖解闡釋一根據一較佳實施例組態之收集器系統 400。系統400包括兩個側翼4〇2，該兩個側翼4〇2包含成 形、彎曲、連接或以其方式組態呈一框架形形狀以形成— 收集通道之管道或管。薄膜濾筒4〇 1於側翼402上之佈置由 虛線顯示。側翼4〇2之頂部及底部部分403(a)、403(b)可較 佳帶有孔以使滲透物能夠來自濾筒4〇1流入側翼4〇2中。然 而，側翼402之端部部分4〇3(幻可具有實心外壁，因為此等 部分曝露至源水。側翼4〇2可包括經組態以將濾筒4〇丨之參 透物側與源水分離之端板405。側翼402亦可提供具有用於 128960.doc -56- 200902452 增強結構之支柱（未顯示） 母一侧翼402皆透過一個或多個出口 流體連接至一安 置一潛水泵浦406(以虛線顯示）之中心通道或盛放槽4〇4。 一滲透管道412可自盛放槽404延伸至臨時儲存槽或一直至 海岸。盛放槽404可具有一延伸於側翼4〇2下方之包封底部 部分408。底部部分408可經組態以安置感測設備，例如溫 度感測没備。盛放槽404亦可具有一延伸於側翼4〇2上方之 包封上部分4 10。一呼吸管414自上部分4 1 〇延伸至水體之 表面，且經組態以將收集系統400之内部保持於約大氣壓 力下上#刀41 〇可知:供具有感測器（未顯示），該等感測器 經組態以感測儲存於收集系統400中之滲透物之水平並根 據對產品水之要求來調節泵浦4〇6之運作。上部分41〇可視 需要包括經組態以提供臨時浸透物儲存之側向延伸臂 416。臨時儲存槽亦可提供於滲透物管道412之路徑内之收 集系統410外部。臂416可包含（例如）從盛放槽4〇4分支出來 的官道延部。側翼4〇2及盛放槽404可具有一適於其既定目 的之組態。舉例而言，側翼402及盛放槽404可具有一大體 圓开y或大體矩形截面形狀。側翼402及盛放槽404亦可具有 一連續或可變截面。端視特定應用之深度及收集器系統 400將曝露至之條件，側翼402及盛放槽404可包含金屬、 pvc或任何其他合適之材料。藉由此一組態，收集系統 400可滿足收集滲透物及為該系統提供結構加固以免受環 境條件影響之雙重功能。 圖17A顯不一包含若干附裝至一收集系統430之薄膜濾筒 128960.doc -57- 200902452

432之薄膜模組之一局部剖面透視圖。濾筒432中之一者已 被移除以更好地圖解闡釋收集系統43〇之部分。收集系統 430之一端部部分亦已被移除以圖解闡釋該收集系統之一 内部通道431。收集系統43〇具有一頂部部分434及一底部 邻刀436且由延伸於頂部部分與底部部分434、436之間 的支柱440加固。薄膜濾筒432經置放以使其前壁433(參見 圖9A至9F)在系統430之兩側上與收集系統43〇呈鄰接關 係。濾筒432之前端上之榫釘438坐靠在支柱44〇上，以使 滲透物此夠在支柱440周圍自由流動。包封濾筒432之前壁 433與收集系統430之頂部及底部部分434、436之的區域以 將薄膜之滲透物側與周圍源水分離。頂部及底部部分 434、436帶有孔以接收自濾筒432流入收集系統43〇之内部 通道43 1中之滲透物。薄膜之滲透物側藉由一與收集系統 430流體連通之呼吸管（未顯示）保持處於約大氣壓力下。 當薄膜模組被浸沒時，周圍源水基本上自由地流過每一 濾筒432之頂部、底部及後部。薄膜之源水側與薄膜之滲 透物側之間的壓差促使滲透物流至薄膜之低壓（滲透物） 側。雖然顯示呈一其中濾筒位於一收集系統之兩側上之大 體對稱組態，但薄膜模組亦可組態呈任何其他合適之組 態。 圖1 7B顯示根據另一實施例組態之薄膜模組450之一透 視圖（未按比例繪製）。模組45〇包括若干附裝至一包含各種 收集框架451包括四 。立柱454包含垂直 互連管道之收集框架451之濾筒452。 個設置於框架451之拐角處之立柱454 128960.doc -58- 200902452 定向之管道，該等垂直定向之管道由一個或多個端管456 連接於框架451之兩個對置側處。於框架451之其他兩側 處，立柱454由一個或多個收集通道458連接。所示實施例 包括兩個上部及兩個下部收集通道458，每一通道458皆具 有一頂部區段460(a)及一底部區段460(b)。每一收集通道 458經組態以支撐一組濾筒452並接收流過濾筒之前壁 (亦即，鄰接收集通道458之濾筒之端部）之滲透物，同時阻 止源水流入收集通道458中。每一收集通道可包括端板462 或其他組態用於將濾筒452中之薄膜之滲透物側與周圍源 水分離之特徵。薄膜之滲透物側藉由一與收集框架流 體連通之呼吸管（未顯示）保持於約大氣壓力下。收集通道 458可大致如上文結合圖17A所述來加以組態，或可具有任 何適於其既定目的之其他組態。藉由此一互連管道系統， 收集框架451可滿足儲存滲透物及為該系統提供結構加固 以免受環境條#影響之雙重功&。一^固或多㈣浦（未顯 示）可提供於立柱454中之一者或多者中，或該系統中之其 他任何地方’以將所收集之滲透物唧送至地表。 框架451亦可包括一個或多個經組態以為模組450提供附 加、構支撐之加強構件464。加強構件464可設置於立柱 454與端管456之間，如該圖式中所示。另外或另一選擇 係，加強構件可設置於端管456與收集通道458之間、兩個 或兩個以上立柱454之間、兩個或兩個以上收集通道458之 間及/或呈任何其他合適之組態。加強構件可包含實心 構件抑或可包含空^管道以形成該收集系統之—部分並 128960.doc -59- 200902452 &供s亥系統内之附加儲存。一走道4 6 6可視需要附裝於框 架45 1之中心處以在模組450之建造及維護期間提供接近。 圖1 8顯示一基本圖式（未按比例繪製），其緣示一包括— 離岸平臺500及若干浸沒薄膜模組502之DEMWAX™廠之— 俯視圖。模組502組態成不同排且連接至一滲透物收集器 管線503。該平臺可支撐用於運作該系統之設備（發電、听 送、等等）。 圖19顯示一基本圖式（未按比例繪製），其繪示佈置呈平 行及串列組態之浸沒DEMWAX™模組504之一俯視圖。 圖20顯示一支撐dEMWAXtm模組508之浮筒5〇6之陣列系 統之一平面圖。電力電纜將浮筒/模組站臺連接至一發電 平臺5 1 0，且水管將每一浮筒/模組站臺之收集系統連接至 離岸或岸上儲存槽。 圖2 1顯示支撐DEMWAX™模組522之浮筒52〇之陣列系統 組態之一側視圖。每一模組522皆包含一個或多個流體連 接至一收集器系統526之薄膜模組524。收集器系統526透 過一呼吸管528曝露至大氣壓力。電力電纜及滲透物管道 5 3 〇 (其設置深到足以避開水面交通）將浮筒/模組站臺連接 至離厗或岸上發電及水儲存槽。每一浮筒/模組站臺皆由 一系鏈532錨定至海底。 為了使多排陣列之佔用面積最小化，成排之模組可在彼 此頂上堆疊成層。該等層可垂直隔開以便於在自一上層之 薄膜模組落下之更重的渗透物與周圍海水之間進行混合。 可採用任何合適之組態，且可根揸由 m爆而要添加或移除成排之 128960.doc -60- 200902452 模組’例如，以增加或減少滲透物生產旦 &里、替換損壞模 組、清潔模組、或分解該糸統之一部分以私、、， 乂翰迗至別處。 逆滲透薄膜系統及組態 如上所述’任何合適之組態均可用於軔彳 权佳實施例之系統 中所使用之逆滲透薄膜。此等組態包括麥也 “ ^枯各散螺旋捲繞組 態，其中平片薄膜纏繞於一中心收集管道闲 示s逼周圍。此等系統 之密度通常自約200至l，〇〇〇 m2/m3。模細古— 棋、、且直從一起到40 cm 或更大。給水在一圓柱形模組上沿軸向汚 平田Π机動而滲透物流入 該中心管道中。螺旋捲繞系統呈現高壓耐久性呈緊密 的，呈現一低滲透壓力降及低薄膜濃度，並呈現一最小濃 度極化。較佳地，該等螺旋捲繞模組設置呈—垂直組態辰 以達成更稠密之滲透物朝遠離薄膜表面方向轉移。^ 另-可用於較佳實施例之系統之組態通常稱作板或框 架。膜片被置放呈一其中給水側彼此面對之夹層式組態。 給水自該夾層之側流動且滲透物自 ;9巧框架（例如於一侧或 多側上）收集。薄膜通常由一波 及及形間隔物保持分開。密 度通常自約100至約400 m2/m3。此 此寺組態係有利的，因為 結構及薄膜置換相對簡單。名 J门早在一板及框架組態中，如同在 其他組悲中一樣’薄膜較佳間陪門q执土 住間隔開足夠遠以使表面張力不 影響對流水流向下並朝遠離薄 <两*存腰表面方向轉移更稠密之濃 縮水。 另一可有利地用於較伟眚# 、例之系統之薄膜類型係一空 心纖維薄膜。大量此等空心 纖維（例如數百或數千）捆綁在 一起並安置於模組中。扃欞从山 在運作中’深水壓力施加至該等纖 I28960.doc •61 · 200902452 維之内部，從而迫使水進入該等薄膜中之每一者之中 道或内腔中而溶解離子留在外部。飲用水聚Μ 内部且透過該等端部排除。 寻纖維 該纖維桓組組態传—古择入交丄 …$，…之組態’因為其使得模組 。達到-極南的每單位容積表面面積 約30，_ mW。該等 …问達 ^ 纖維通*佈置成在端部上罐封之击 或圈，其中纖維端部於— 於^上打開以抽取滲透物。-薄膜 拉組中之纖維薄膜之充填密 、 度界疋為由該纖維所伯據之截 罐衣面積。在較佳實施 如以低充填密度)，兴…s Μ㈣開組態(例 下至約10、 $ + σ ’通常採用一自約1 «^或以 、、勺10 mm或以上之纖維壁之間的間隔。 通常’模組内之纖維呈有一自 ,,U自約5%或以下至約75%或以 較佳自約10%至約6〇%，且更 填密度（如上文所至約5〇%之充 施例之:：I: 適之内徑皆可用於較佳實 :纖維。由於纖維曝露至之深水高壓，因 、，、。構元整性較佳採用一小内徑，例 以下至約！ _或以上，較佳自約…自、，’〇.〇5_或 〜 丄平乂住目約0.10、0.20、η Λ 或 0·5〇 mm至約 〇·6、〇 7、〇 · 、，40 根據所使帛t # . 5 . mm °纖維之壁厚度可 擇。通㈣效率所需之強度來加以選 至約3 \實施例中，可採用—自州職或以下 、勺3 mm或以上，較佳自 1.6 ， , 7 , 0 , u 13 、 1.4 、 1·5 、 25”.、.或1.9 咖至約 .、2.7、2.8或2.9 111111之壁厚度。可能啦 中採用—客a *掩此上 J此而要在該纖維 多孔支樓物或充填材料（例如，當纖維具有一相 128960.doc -62- 200902452 對大的直徑或一相對薄的壁時)以防止 潰。一較佳支樓物係乙酸纖維素；然而 /下朋 之支撐物。 知用任何合適 纖維之長度較佳相對短，以克服流動阻力 對快速移動之水流，則可採用更長之纖維。曝路至相 提: = 中’可有利地對位於纖維下面之薄膜模組 广通風及/或液體流動源(例如，加廢水或含有…

::加，’以使氣泡及液體能夠沿纖維之外部流動： d条作用從而減少污染並增加薄膜壽命，或減少薄 械方：處之濃縮極化。同樣地’可使薄臈振動(例如以機 1 產生類似效果。通常較佳使薄膜能夠在周圍條 件下起作用而無需將以機械方式產生之水流或流引入至薄 膜中（例如纖維或薄M，從而使能量消耗最小化H 在，些實施例（例如具有一高濁度或有機物含量之水）中， 可能需要提供此等水流或流以藉由減少污染來增加薄膜壽 命。 ， ，維較佳佈置呈圓柱形陣列或束’然而，亦可採用其他 :怎：例如正方形、六角形、三角形、不規則及類似組 態。較佳使薄臈㈣纟一打開間隔開、组態以便於海水及渗 透物在其之間流動；然而，在某些實施例中，可能需要將 、截維或纖維組群捆綁在一起，以分隔該等纖維，或將該等 ’·.、 ί匕封於一保護屏柵、護罩或其他組態内以保護薄臈 不欠機械力影響（例如在處理期間）並保持其他間隔。較佳 該#分隔物或間隔物係由一介於相應纖維組群之間的 128960.doc -63- 200902452 間隔形成，然而，亦可採用多孔（例如，一屏柵、夾片或 環）或實心分隔物或間隔物。該纖維束可由一支撐屏柵來 保護，該支撐屏柵具有適當間隔開以使海水能夠在該等纖 維周圍不限制地流動之垂直及水平元件兩者。 在某些較佳實施例中，可能需要將薄膜包封於一可提供 保護以免文機械力影響（例如，如同在一密封於一保護管 内之習用螺旋捲繞薄臈中一樣）之容器或其他外殼内，並 連續地或間歇地將海水引入至含有薄膜之容器中（並從含 有薄膜之容器中移除濃縮鹽水）。然而，通常較佳使薄膜 局部或全部不被包含以使其直接曝露至周圍源水。 任何特定組態（薄片、螺旋捲繞或纖維）之薄膜有利地提 供呈濾筒形式。該濾筒形式允許將一所期望數量之濾筒接 合至一滲透物抽取系統以產生所期望容量之滲透物。濾筒 系統亦有利於達成對具有被污染或洩漏薄膜之濾筒之移除 及替換。 隨著時間，薄膜之效率因雜質吸附於薄膜表面上而下 降。結垢因懸浮無機粒子（例如碳酸鈣、硫酸鋇及鐵化合 物）阻礙過濾能力及/或增加運作壓力而降低薄膜之效率。 當有機、膠狀及懸浮粒子阻礙過濾能力時，出現污染。可 使用習用防垢劑及防污染劑來清潔薄膜以再生過濾能力並 增加薄膜壽命。物理清潔方法（例如回洗）亦可有效地再生 一薄膜以增加薄膜壽命。在回洗中，迫使滲透物往回透過 薄膜。較佳實施例之系統中所採用之薄膜可按照一針對預 防性維護之正常清潔時間表或一正常薄膜替換時間表來置 128960.doc -64- 200902452 另么擇係、，可採用***來摘測何時必須進行清潔或 =(例如當滲透物流動迷率降低一預選量時，或當為保 渗透物流動速率所必需之壓力增加至一預選量時)。 支榜結構 … r 適用於較佳實施例之系統之離岸平臺包括通常用於離岸 石油鑽探及石油生產之離岸平臺。固定離岸平臺建造呈多 稀空樣的、°構組態’且包括任何建立在海底上並自海底延 、過水面之結構。安置支樓淡化過程之設備之平臺之部 “冉作平臺取上層或甲板。自海底延伸穿過水面並支 :取上層之平臺之部分通常屬於-稱作管道架(管狀空間 框架)、拉索平臺或張力腿平臺之類型。平臺包括… :動平臺透過鋼筋束(例如峨連接至海底之張力腿平 臺 ° 叔類1之矛動平$係通常呈一藉由鋼纜錨定至海底之 /予圓柱㈣構之翼樑平臺。該平臺可係剛性的 =二架結構之聯接方式。拉索平臺通常以垂直及側向 二撐於基座上同時以該基座為中心自由地旋轉脫離垂 直。措由-朝該平臺頂部方向㈣且遠離 = 陣列來為該平臺提供敎性。使: 在由及附接拉索内之張力水平偏移之後恢復至一垂直 二基於重力之結構係大型結構，其經設計以索引至安 ^位置’在«其穩定下來並由重力固定就位於海底上 f於重力之結構具有_用於在至^ — 攜載大的曱板負栽之巨大能力，”板一旦其就 128960.doc -65- 200902452 移mt構。其他平臺（通常稱作半潛水平臺）包括用於在 極知氣候事件期間提供穩定性之通常超過⑽噸排水量 之大體矩形或圓柱形浮船。 另一選擇係’可使用一容器來支撐較佳實施例之系統， 例如，一駁船、油船或一翼樑平臺。翼樑平臺通常具有一 、-、田長’儿ί目外殼，該細長沉箱外殼具有一極深的龍骨吃水 (通常大於500英尺）。該翼樑將一上甲板支撐於海面上方且 使用附接至該外殼並附接至海床錨之懸吊錨索來系泊。立 官通常自該翼樑平臺之外殼中之一月池向下延伸至海底。 典型翼樑平臺之外殼呈大體圓柱形形狀，其通常由一大系 列之以一圓形形式定位且具有一穿過該外殼之等深點之垂 直徑向平面之彎曲板形成。此圓柱形設計用來減輕由海流 所引起之渦流脫落之嚴重性並更有效地抵抗流體靜壓力。 在更淺之水中，可有利地使用海底支撐平臺。定位於更 淺水域中之平臺係針對靜態風及波浪負載而設計。 在另一組態中，可採用例如氣球之浮力結構（例如包封 空氣之混凝土殼體或其他此類組態）來將一 DemWAX™模 組懸浮於深水上方。該浮力結構可系留至海底，抑或可配 備有一動力裝置以將該模組保持於一所期望之位置（深度 及/或緯度及經度）處。在此一組態中，該浮力結構可位於 水面處’或被浸沒。若浸沒該浮力結構，則可採用一浮筒 或其他水面結構來支撐一啤吸管（若存在）^可根據需要採 用浮力結構來支樓系統之任何其他組件，抑或可與其他支 撐系統結合使用浮力結構。一用於支撐DEMWAXTM模組之 128960.doc -66· 200902452 浮筒系統繪示於圖2 〇及21中。 f 可提供-甲板結構以支撐用於運作較佳實施例之系統之 人貝及設備(例如發電機、或弓丨擎驅動式液壓馬達、泵 浦、船員住處等等）。離岸平臺可係載人式的，抑或（較佳） 不載人式的。不载人式離岸平臺需要週期維護，然而’為 了週期維護目的，維護隊必須訪問平臺以進行必要的維護 工作。對離岸平臺之接近可（例如）藉由直升機或船來達 成。因此，可有利地為平臺提供—直升機甲板或其他支樓 將船員及設備運送至平臺上並撤離平臺之結構。可在平臺 上提供能量產生器(例如發電機或引擎驅動式液壓馬達)以 供在要進行維護時使用。當此等供維護使用之發電機或馬 達永久性地安裝於平臺上時，此亦增加平臺之成本。若代 之以其由支援船舶來輸送，則對船員而言不方便，尤其當 將此設備自船舶輸送至平臺時。在某些實施例中，可能: 要在深水下發電(例如水下發電）。在此一組態中，可能需 要設置除深水呼吸管（若採用）以外之所有組件。 而 在一替代實施例中，-單_DEMWaxtm模組或小模組組 群可懸掛於-浮筒上或直接系留至底部。可將若干此類模 且串在#以產生一更大之工廠，從而可免除對其中不期 望有平細如’出於美學或環境影響之緣由)之彼等區域 中之大1平玄之品I。該浮筒單元可納含-小型發電機 及燃料槽或一水下傳輸電纜。另一選擇係，可採用一更大 之浮筒或小型平臺或諸如此類來安置若干具有懸掛於宜上 之麵WAP模組之更小浮筒之發電設備。在—較佳組態 128960.doc -67- 200902452 中，該等浮筒設置於一滲透物儲存槽或結構周圍。 較佳實施例之薄膜收集系統可採用呈任何合適之組態’ 例如，呈一同心圓'组態、或其他組態（例如一，最緊密減 之，六角形組態、具有八個裝進徑向收集器中之梯形薄膜模 組之同心八角形陣列、或一系列裝進一中心收集器中之呈 任何組態之收集器。除了水平隔開之陣列或模組二外，亦 可採用垂直間隔開之陣列或模組。 替代電力供應

由於DEMWAX™具有比習用淡化系統低得多的能量要 求，因此其尤其適於與可再生電力資源（例如風力發電機 或太陽能光電伏打）整合以提供小的、遠程水負載。同樣 地，若DEMWAXtm系統設置於—經隸高及極低潮沙之區 域中則可有利地利用潮汐能量來為該系統發電。若可使 用本地、亘虽及/或低成本燃料源（例如，生物柴油、甲 烷、天然氣、沼氣、乙醇、甲醇、柴油、汽油、船用燃 料、煤或其他含烴燃料）’則可能需要選擇可利用此等燃 7源之發電機。另—選擇係，若電可方便地自—岸上地點 侍到Y則可針對電力需要提供—通至DEMWAXtm平臺之電 力電繞。其他能量產生系統可包括湧浪及潮湧系統或（陸 基型或水下型）。 替代實施例 雖然上文具體參照逆渗透薄臈及海水淡化應用闡述本發 月但本發明亦可有利地與其他類型之薄膜一起使用並用 於例如下文所述之諸多其他應用中。 128960.doc -68- 200902452 淡水應用 諸如野生動物、城市排水及有機生長等源給來自湖泊、 水庫及河流的水帶來污染。最常見之處理方法係一種包括 化學增強型澄清、過濾及淡化之三步料程。習用澄清過 程通常使用昂貴的化學品來凝結有機浸染物從而產生必須 處置至填埋場之n沙或薄膜過據步驟係耗費資金及空 間的。藉由使用水體中之水柱所施加之自然壓力來驅動: 處理過程，可有利地使用DEMWAXTM系統之實施例比習用 系統更有效地取代此等過程中之頭兩個過程，其不使用化 學品’具有降低之複雜度，具有少得多之資金成本且具有 更好之產品水質。 適於處理地表水以供飲用使用之較佳實施例之系統通常 利用包括奈米薄膜單元之薄膜模組DI米?專膜之更小的孔 尺寸產生遠遠超過當前EPA地表水處理要求之水，且低通 里（〜5至10 gfd)使維護更簡單，因為雜質不容易附著至小 於現行微過濾(MF)薄膜系統之奈米薄膜之孔。當採用微過 濾薄臈而不是奈米過濾薄膜時，泥沙可卡在其更大的孔中 從而需要更加複雜及頻繁的清潔。較佳實施例之之 DEMWAXtm系統減少或免除對頻繁回洗及其附帶複雜度 (閥及泵浦）之需要。針對微過濾系統之維護需要更複雜的 系統及硬體。較佳實施例之奈米過濾系統具有一低維護障 壁層且將微生物、病毒、有機物及其他有害成分排斥在供 水以外。藉由將薄膜模組放下至一自約6米至約2〇〇米之深 度（此視具體薄膜及源水質而定），該水自然地處於高到足 128960.doc -69- 200902452 以驅動δ亥過據過程之持續壓力下。當然，使用逆滲透薄膜 之實施例亦可用於淡水應用中。舉例而言，使用逆滲透薄 膜之實施例可部署於約丨5米之深度（或更深）下並用來生產 超純水。 適用於淡水應用之較佳實施例之系統可基本上如上文結 a /每洋應用所述組怨例如有一個或多個薄膜模組及一懸浮 於深水下之收集系統以及一自該收集系統向上延伸至地表 之呼吸管。較佳實施例之某些系統可透過一個或多個系鏈 !田疋至水體底部’但栓系並非係一要求’除非該系統係有 浮力的。 較佳實施例之薄膜模組包括一個或多個薄膜單元，且可 組態呈任何適於使源水能夠充分地自由地流動於薄膜單元 之間的工間中之形式。關於海洋應用所述之間隔演算法略 加修改以用於淡水處理應用。在淡水應用巾，薄膜單元之 間的間隔U因數係表面張力。由於賴固體粒子通常 不以问展度存在於地表水源中，因此克服滲㈣力不需 與淡化相關聯之高M。因此，與在海水應用h同， 隔不足，則略微地濃縮給水不可能引發壓力要求。因此: 適用於淡水應用之較佳眚 實施例之糸統可利用較在海 中通常所採用之間隔為窄之間隔(約3毫米或 ^ 隔）。 开了間 每一薄膜元件皆可包括兩個膜片以及-設置於該兩層之 間的隔離物(例如，聚合物、複合物、金屬等 係矩形膜片，其渡除雜質並使清潔水透過該隔離物流I: 128960.doc •70· 200902452 收集态。薄膜層與隔離層可接合並密封於該等側上之邊緣 處-中-通路或其他開口提供用於移除渗透物。較佳 、”接〇於二側上，其中作為開口之第四側提供用於移 除透物。將_邊緣之打開(未密封)邊緣或未密封部分置 放成與該收集系統流體連通。該收集系統可包括一適於為 該系統提供結構支撐之收集通道。淡水應用中不存在與海 洋應用中相同程度之波浪及水流’且可懷著這個目的選擇 適當材料及結構。 該收集系統較佳含有一潛水泵浦，且連接至兩個管道 (或管、通路、開口、《其他引流構件）：—個透過其將渗 透物唧送至海岸之管道、及-個適於將大氣壓力自水體之 表面傳輸至薄膜之經處理水側從而提供為驅動處理過程所 必需之屋差之管道或呼吸管該呼吸管之直徑經選擇以免 在泵浦運作期間出現氣缚或過度之速度。自該收集系統， ❹透物。即送至最終處理設施。在諸多淡水應用中，至海 岸之唧送距離通常相對短，因為水庫及湖泊具有至少6米 之深度而不是靠近海岸。 可在該系統内或岸上提供儲存”緩衝該連續過據過程 與對於水的不均句每小時需求之間的關係。舉例而言，可 在一如上文結合圖16所述之收集通道或系統内提供臨時儲 存槽。另-選擇係或另夕卜實施例可藉由下述方式來建立 -虛擬水儲存槽：㈣膜置放於其中可藉由接通更多的果 浦容量來誘發更高的通量率之更大之深度下。當該等薄膜 模組浸沒至-比為基本負狀計能力所需更大之深度時， 128960.doc 200902452 匣疋基本負载泵速誘發 τ之者壓，此乃因薄膜正在產 生比泵浦可二出更多之水。 + ^± ^ ± 円而未w，增大滲透物泵浦 之抓動速率減輕該系統中 ^ 攸而增大薄膜兩端之間 的£差並杧大滲透物產生速率。 在淡水應用中，右嫱4 。， 生且# W…機生長(例如藻類)之積聚可阻礙水產 -呌以/由#* b ’較佳實施例之系統可經 叹什以使澡類及其他污染物盥 * -Λ ^ ^ '、潯膜鬆開。可提供自動系統 來迫使壓縮空氣或水穿過一 A，寻膜下方之噴嘴陣列。亦 可提供纖維攪拌器來協助 、％旱列亦 篝m祕〃- …7固體粒子與臈面鬆開。此 4 π 4系統可以母日間隔部署， ^ U , 了補充以一更徹底的一 年兩次，抑或視需要，涉及自 r m 中移除薄膜濾筒之清潔過 私。因此，較佳實施例之系 m Γκ^ ^ ^ 、了匕括—用於（例如）透過使 用壓載水槽或諸如此類來升 歧丄# π + qI降低杈組之自動系統。 將功率傳輸至DEMWAXTM奉缔，” B _ 糸統以唧送產品水。存在諸多 種用以達到此目的之方式且 大小及含、斤… 選擇之方法可取決於系統之 大小及罪近早兀之功率之可用性。 素包括現場山 子於功率供給之考慮因 == 之距離(管線損耗及布欖成本)以及位於 航表面上之功率（浮動於浮筒上）之侵入（視覺及導 地下水應用 重金屬及揮發性有機化合物常常污染地下水供應。 移除方法代價咼昂且根據附帶 ^ ^ 而要處置所得到之右主 廢物。較佳實施例2DEMW 有背 甘* 糸統可有利地用於自對於 其其他類型之處理可能成本高 子於 7人不敢問津之受污染井 128960.doc •72- 200902452 中產生清潔水。 圖22圖解闡釋一適用 用於地下水應用之DEM WAXtm系統之 一實例。該系統包括一III如41^ ^圓柱形溥膜濾筒600，圓柱形薄膜 渡筒600包含一個或多個淨、、专於 /又^又於—現有井002中之奈米過濾 薄膜。該等薄膜環繞—中心收隹h , T。收集至，其中該等薄膜之浸透 側與該室流體連通。該官鋅由 茨至猎由—延伸至地下水位606之至 少頂部之呼吸管604保持處於大氣麼力下，哞吸管_，如 該圖中所…在井602之區中略微向下移。藉由將位於 井泵浦608下方之濾筒600浸沒至一位於地下水位6〇6之頂 部下方約33英尺（1G米）之深度，清潔水可產生並^即送出井 602,從而使污染物留在地面中。地下含水層之移動及再 填充可阻止此等污染物積聚在井周圍之區域中。 圖23A-23B及24A-24B圖解闡釋一適於地下水應用之圓 柱形薄膜濾筒之各種組態。一圓柱形薄膜濾筒通常包括— 環繞一中心收集通道之薄膜。在較佳實施例中，該薄臈係 以這樣一種方式組態以使地面井之圓柱形約束範圍内之薄 膜表面積最大化。舉例而言’如圖23 A及23B中所示，— 薄膜620於一中心收集通道622周圍以一呈一圓柱形組態之 手風琴折頁形式佈置。一個或多個滲透物間隔物Μ*連續 地或於分立位置處設置於每一折頁内部以防止薄膜折頁自 身崩潰。該圖中之虛線指示中心收集通道622中之穿孔 該等穿孔經提供以使滲透能夠穿透間隔物624並進入通道 622。當浸沒於一井殼體626中時，薄膜620之外部表面曝 露至井中之周圍地下水’以便滲透物能夠穿透至 ^收集 128960.doc -73- 200902452 通道622。一例如包含肋及支 供於姑蟲—2 爻[条（未顯不）可視需要提 1折^顿周圍以為系統提供結構支撐。採用多個呈— 堆^:組怨之據筒之系、統可包括—連接器管道㈣以連接每 -遽筒之收集通道622。在某些實施例中，如在圖“A及 24B中所示’ _圓柱形滤筒63〇可包括一帶有折頁之薄膜 632，該等折頁可於該圓柱之外部周邊處彼此對折從而在 從滤二筒之中心至周邊之折頁之間保持類似間隔。折疊薄臈 632環繞-帶穿孔之中，讀集通道㈣。源水相對於薄膜 632之流動由箭頭634指示。滲透物朝收集通道638之流動 由箭頭636指示。在針對地下水應用而組態之實施例中， 薄膜折頁可比在海水應用中間隔開更靠近於一起，但較佳 並非如此靠近以致於表面張力禁止給水在薄膜之間流動。 適用於與較佳實施例之系統連接之裝置及方法闡述於下 列參考文獻中’該等參考文獻中之每一者皆以引用方式全 文併入本文中：Pacenti等人，"水下海水逆滲透淡化系統 (Submarine seawater reverse osmosis desalination system)"， 淡化126 (1999) 213-218 ;第5,229,005號美國專利；第 3,060,119號美國專利；Colombo等人，”具有能量效益之水 下淡化廠(An energy-efficient submarine desalination plant)”，淡化 122 (1999) 17 卜 176;第 6,656,352號美國專 利；第5,366,635號美國專利；第4,770,775號美國專利；第 3,456,802號美國專利；及第US-2004-0108272-A1號美國專 利公開申請案。 本文所引用之全部參考文獻皆以全文引用的方式併入本 128960.doc -74- 200902452 文中。由於以引用方式併入之公開申請案及專利或專利申 請案與本說明11所含有之揭*内容相矛^，因此本說明 書旨在取代及/或優先於任何此類矛盾材料。 本文所用”包含（comprising)”係與”包括（including),，、”含 有㈣ntaining)”或”其特徵在於”同義，且具包羅性或者無 限定性，且並不排除其他未提及之元件或方法步驟。 本說明書及中請專利範圍中用於表示配料數量、反應條 件等等之所有數值皆應理解為在所有情;兄下由術語，，大約" 來修飾。目此，除非指示與引相反，否則，以下說明書及 隨附申請專利範圍中所列示之數字參數均為可隨本發料 求達成之期望性質而變化的近似值。無論如何，且並非音 欲限制中料利範圍之料之等效物之原狀應用，每二 數字參數皆應根據有效數位及普通舍入方法來加以解釋。 上述說明揭示本發明之若干方法及材 對該等方法及材料之修改、以及對製造方法及設備2 變：熟習此項技術者藉由考量本揭示内容或實踐本文中所 揭不之本發明將明瞭此等修改。因此，並非旨在本發明僅 :本文中所揭不之具體實施例’而是本發明涵蓋所有歸 :;Ik附中π專利範圍中所包含之本發明之真實範嘴及精 神之修改及替代形式。 【圖式簡單說明】 、 八’、召至一水體之底部之DEMWAX™模組之一 圖式（未按比例纷製）。 圖2提供一適用於臨時安裝之DEMWAXTM模組之—圖式 128960.doc -75· 200902452 (未按比例繪製）。 圖3提供一懸掛於一浮動平臺上之DEM WAX™模組之— 圖式（未按比例繪製）。 圖4提供一適用於大規模應用或適用於期望更多地接近 該等薄膜模組之彼等使用者之DEM WAX™模組之一圖式 (未按比例緣製）。

圖5提供一利用呈一方框組態之垂直對準薄膜之 demwax™薄膜模組之一平面圖（未按比例繪製）。 圖6繪示一習用逆滲透薄膜模組之螺旋捲繞元件（在捲動 之前）。 圖7A及7B顯示一具有十二個纏繞於一滲透物管周圍之 薄膜層之逆滲透薄膜模組之一剖面圖。 圖8顯不一來自一習用逆滲透單元之薄膜元件（在捲動之 前）之剖視圖。 圖9A顯示一根據一實施例之薄膜濾筒之透視圖（未按比 例繪製）。 圖9B至卯圖解闡釋一用於製作一薄膜濾筒之過程中之步 驟0 圖10示意性地繪示逆滲透過濾並向下運動所產生之鹽水 之過程。 圖11A至UC示意性地繪示各種用於將離岸收集之水輪 送至海岸之系統。 圖1 2以剖面圖形式顯示一 DEMWAXTM薄膜渡筒之一基本 其圖解闡釋鹽水間隔物且顯

128960.doc 示具有與一收集系統流 -76- 200902452 體連通之薄膜元件之滲透物側。該等 間隔物係排列呈 其|圖案且與強塑膠纖維連接之塑膠， 叭斟一田认、 該間隔物排 除對用於分離該等薄膜之點陣方框之需要。 圖13繪示適合用作鹽水或源水間隔 纖維。 < 夜浪形編織塑膠 收集器通道之 圖14顯示—用於DEMWAXtm系統之滲透水 一基本圖式（未按比例繪製）。 模組之一基本圖式 多個薄膜元件之濾 圖1 5A顯示一用於DEM WAX™系統之 (未按比例繪製），該模組具有多個含有 筒及一收集器通道。 之—基本圖式 薄臈元件之濾 圖15B顯示—用於DEMWAXtm系統之模組 (未按比例繪製），該模組具有多個含有多個 筒及一收集器通道。 】圖W顯示-DEMWAXTM模組之—基本圖式（未按比例繪 製）’忒模組具有多個含有多個流體連接至一收集系統之 薄膜元件之濾筒。 圖16顯示一收集框架之一側視圖，其中以虛線來圖解闡 釋薄膜濾筒之佈置。 圖ΠΑ顯示一薄膜模組之一剖面透視圖（未按比例績 製），其中移除-薄膜合及該收集系統之―部分以更好地 圖解闌釋該收集系統之部分。 圖17B顯示一薄膜模組之一透視圖（未按比例綠们，其 中一收集框架支撐四組濾筒。 圖u顯示一，會示__DEMWAXTM工廠之一俯視圖之基本圖 128960.doc •77- 200902452 式（未按比例繪製），其顯示浸沒薄膜模組懸掛在一離岸平 臺上。 圖1 9顯示一繪示呈一陣列之懸掛在一平臺上且佈置呈平 行及串列組態之浸沒DEMWAX™模組之一俯視圖之基本圖 式（未按比例繪製）。 圖20顯示一具有多個組陣列之工廠之一平 面圖。 圖2 1顯示一 DEM WAX™模組浮筒陣列系統之一側視圖。 圖22提供一適用於地下水應用之DEMWAX™濾筒之圖 式。 圖23 A及23B圖解闡釋一立柱形DEMWAX™濾筒。 圖24A及24B圖解闡釋一立柱形DEMWAXTM濾筒。 【主要元件符號說明】 100 錨 102 薄膜模組 104 收集通道 106 呼吸管 108 浮筒 110 泵浦 112 滲透物管道 114 滲透物儲存槽 120 DEMWAX™ 模組 122 錨 124 呼吸管 128960.doc •78- 200902452 126 浮筒 127 滲透物管道 128 行動儲存容器 130 浮動平臺 132 薄膜模組 134 盛放槽或槽 136 潛水泵浦、幹井泵浦或類似泵浦 138 呼吸管

140 水面 142 撓性儲存槽 144 管道 146 發電設備 160 立柱 162 浮動平臺 164 下室 166 收集系統 168 其他輔助設備 170 薄膜模組 172 管道 200 DEM WAX™薄膜模組 202 薄膜元件 204 薄膜表面 206 收集通道 2 1 0d 未淨化水間隔物 128960.doc -79- 200902452 210c 第二聚醯胺薄膜 210b 滲透物間隔物 210a 聚醯胺薄膜 211 薄膜層 212 薄膜元件 214a 薄膜 214b 滲透物間隔物 214c 薄膜 214d 未淨化水間隔物 220 薄膜濾筒 222 薄膜元件 224b 側壁 224a 側壁 226a 榫釘 226b 榫釘 227 密封間隔物 228 凹口 229 前壁 232 間隔物 234 膜片 236 滲透物間隔物 240 間隔物 242 榫釘 244 梳狀榫釘 -80- 128960.doc 200902452 300 302 304 310 312 314 316 322 324 326 330 332 334 340 342 344 350 352 354 360 362 364 380 薄膜元件 膜片 滲透物間隔物 DEMWAXtm薄膜模組 薄膜元件 剛性滲透物間隔物 對置膜面 剛性PVC殼體 管道 可選咸水間隔物 波浪形編織塑膠纖維 波浪形元件 直元件 收集元件 側 連接器管道 殼體 薄膜 收集器元件 薄膜模組 中心收集器元件 薄膜 薄膜模組 濾筒 128960.doc -81 - 382 200902452 384 收集通道 386 盛放槽 387 薄膜單元 388 内部通道 389b 出口 389a 出口 390 濕井部分 392 泵浦 394 滲透物管道 396 呼吸管 398 電力電纜 400 收集器系統 401 薄膜濾筒 402 側翼 403c 端部部分 403a 頂部部分 403b 底部部分 404 端部部分 405 端板 406 潛水泵浦 407 出口 408 底部部分 410 上部分 412 滲透物管道 128960.doc -82- 200902452 414 呼吸管 416 側向延伸臂 430 收集系統 431 内部通道 432 濾筒 433 前壁 434 頂部部分 436 底部部分 438 榫釘 440 支柱 450 薄膜模組 451 收集框架 452 濾筒 454 立柱 456 端管

458 下部收集通道 460a 頂部區段 460b 底部區段 462 端板 464 加強構件 466 走道 500 離岸平臺 502 浸沒薄膜模組 503 滲透物收集器管線 128960.doc -83 - 200902452 504 浸沒DEMWAX™模組 506 浮筒 508 DEMWAX™ 模組 510 發電平臺 520 浮筒 522 DEM WAX™模組 522 524 薄膜模組 526 收集器系統 528 呼吸管 530 電力電纜及滲透物管道 532 系鏈 600 圓柱形薄膜濾筒 602 現有井 604 呼吸管 606 地下水位 608 井泵浦 620 薄膜 622 中心收集通道 624 滲透物間隔物 626 井殼體 630 圓柱形濾筒 632 帶有折頁之薄膜 638 收集通道 700 DEMWAX™ 系統 128960.doc -84- 200902452 702 滲透物管道 704 泵浦 706 海岸 720 DEMWAX™系統 724 泵浦 726 隧道 728 地表 740 DEMWAX™ 系統 742 滲透物管道 744 隧道 745 濕井 746 豎井通道 748 泵浦 750 地表 128960.doc -85-

Claims (1)

1. 200902452 十、申請專利範圍： 1. 一種過濾系統，該系統包含： 一薄膜模組，其經組態以在一水體中浸沒於一浸沒深 度’該薄膜模組包含至少—個薄膜濾筒，該薄膜濾筒包 含至少-個薄膜元件，該薄膜元件具有一第一側及一第 二侧，其+㈣膜元件之該第叫則曝露至欲在該浸沒深 度特有之壓力下過濾之水；

   一收集器通路，其經組態以浸沒於該水體中，其中該 收集器通路之至少一部分與該薄膜元件之收集過濾水之 該第二側流體連通；及 一呼吸通路，其自該收集器通路延伸至該水體之一表 面且、&、、且態以將該收集器通路之一内部曝露至一大氣壓 力於該水體之該表面處或—高於該水體之該表面之高度 處特有之壓力，其中該浸沒深度特有之壓力與大氣壓力 於該水體之該表面m於該水體之該表面之高度處 ®力之間的一差促使渗透物自該薄膜元件之該第 一側流至該薄臈元件之該第二側。 2·如請求項1之水處理系統，其中該薄膜元件包含由至少 一個滲透物間隔物間隔開之兩個薄膜層。 3· 請求項1之水處理系統，其中該薄膜元件係大致平面 4. 如請求項1之水處理系統 個薄膜元件。 其中該薄獏濾筒包含至少兩 5. 如請求項4之水處 理系統 其包含複數個薄膜元件，其 I28960.doc 200902452 隔開至少約1 中母—涛膜元件皆與一此鄰薄m元件間 mm 〇 不返理系 °· 划睛來項 中每一镇瞪_丄 A Μ丨叫碑臊元件，其 mm。膜7^件皆與一㈣薄膜元件間隔開至少約2 7. ::二項4之水處理系統’其包含複數個薄膜元件，其 母-薄膜元件皆與一毗鄰薄膜元件間隔開自約2 _至 約 8 mm 〇

   8. 如請：項4之水處理系統’其包含複數個薄膜元件，其 母4膜元件皆與一址鄰薄臈元件間隔開約6 。 9. :請求項4之水處理系統’其中該薄膜元件包含呈一平 仃組態之兩個平片薄膜，該薄膜元件進一步包含至少一 個設置於兩個平片薄膜之間的收集器間隔物，其中該收 集器間隔物經組態以將該兩個平片薄膜彼此分離。 10. 士吻求項1之水處理系統，其中該薄膜模組包含複數個 薄膜濾筒。 η·如請求項1之水處理系統，其中該薄膜元件包含至少一 個奈米過濾薄膜。 12. 如請求項丨丨之水處理系統，其中該薄膜模組經組態以浸 沒至一至少約6米之深度。 13. 如請求項丨！之水處理系統，其中該薄膜模組經組態以浸 沒至一至少約8米之深度。 14. 如請求項11之水處理系統，其中該薄膜模組經組態以浸 沒至一至少約1 0米之深度。 128960.doc 200902452 1 5.如請求項11之水處理系統，其中該薄膜模組經組態以浸 沒至一自約12米至約18米之深度。 1 6.如請求項11之水處理系統，其中該薄膜模組經組態以浸 沒至一至少約30米之深度。 ' 1 7.如請求項11之水處理系統，其中該薄膜模組經組態以浸 沒至一至少約60米之深度。 1 8.如請求項11之水處理系統，其中該薄膜模組經組態以浸 沒至一約60米之深度。 1 1 9.如請求項11之水處理系統，其中該薄膜模組經組態以浸 沒至一自約60米至約244米之深度。 20.如請求項11之水處理系統，其中該薄膜模組經組態以浸 沒至一自約1 22米至約1 52米之深度。 2 1 ·如請求項11之水處理系統，其中該薄膜模組經組態以浸 沒至一自約1 52米至約1 83米之深度。 22. 如請求項1之水處理系統，其中該薄膜元件包含至少一 , 個逆滲透薄膜。 U 23. 如請求項22之水處理系統，其中該薄膜模組經組態以浸 沒至一至少約1 90米之深度。 24. 如請求項22之水處理系統，其中該薄膜模組經組態以浸 沒至一至少約244米之深度。 25. 如請求項22之水處理系統，其中該薄膜模組經組態以浸 沒至一自約259米至約274米之深度。 26. 如請求項1之水處理系統，其中該薄膜元件包含至少一 個超過濾薄膜。 128960.doc 200902452 27. 如請求項26之水處理系統，其中該薄膜模組經組態以浸 沒至一至少約6米之深度。 28. 如請求項26之水處理系統，其中該薄膜模組經組態以浸 沒至一至少約8米之深度。 2 9.如請求項2 6之水處理系統，其中該薄膜模組經組態以浸 沒至一至少約1 0米之深度。 30.如請求項26之水處理系統，其中該薄膜模組經組態以浸 沒至一自約12米至約18米之深度。 3 1.如請求項26之水處理系統，其中該薄膜模組經組態以浸 沒至一至少約22米之深度。 3 2.如請求項26之水處理系統，其中該薄膜模組經組態以浸 沒至一自約22米至約60米之深度。 33. 如請求項1之水處理系統，其中該薄膜元件包含至少一 個微過濾薄膜。 34. 如請求項33之水處理系統，其中該薄膜模組經組態以浸 沒至一至少約6米之深度。 3 5.如請求項33之水處理系統，其中該薄膜模組經組態以浸 沒至一至少約8米之深度。 3 6.如請求項33之水處理系統，其中該薄膜模組經組態以浸 沒至一至少約1 0米之深度。 37.如請求項33之水處理系統，其中該薄膜模組經組態以浸 沒至一自約12米至約1 8米之深度。 3 8.如請求項1之水處理系統，其中該薄膜模組經組態以浸 沒至一至少約7米之深度，且進一步經組態以大致上避 128960.doc 200902452 免在滲透物自該薄膜元件之該第一側流通至該薄膜元件 之該第二側時吸入水生生物。 39.如請求項丨之水處理系統，其令，在不存在一機械裝置 以增大該薄膜之該第一側所曝露至之壓力之情況下，且 在不存在一機械裝置以減小該薄膜之該第二側所曝露至 之壓力之情況下，該浸沒深度特有之該壓力與大氣壓力 於該水體之該表面處特有之該壓力之間的該差提供驅動 該過濾過程之大致全部力。 40·—種水處理系統，其包含： 至少一個薄膜，其經組態以在一待處理之水體中浸沒 至一深度，該水在該浸沒深度處具有一第一壓力，該薄 臈具有一濃縮物側及一滲透物側； -收集器’其與該薄膜之該滲透物側流體連通；及 一通路，其經組態以將該收集器之一内部曝露至一低 於該第-壓力之第二麼力’其中將該薄膜之該濃縮物側 曝露至該第一屢力驅動一伟、，灸谏私&斗曲 A 勒便，參透物自該濃縮物側跨越該 薄臈移動至該渗透物側之過渡過程。 41 ·如請求項40之水處理系統，直中 # /、Y邊弟一壓力係大氣壓力 於該水體之該表面處所特有。 42·如請求項4〇之水處理系 ^具中8亥通路自該收集器延伸 至該水體之至少該表面。 2如請求㈣之水處理系統，其中該收集㈣該通路。 一種水處理系統，其包含： 篩除構件，其自一源水 Τ師除至ν —種成分以產生一 128960.doc 200902452 產品水，該篩除構件具有一源水側及一產品水側，其中 該源水側經組態以曝露至該源水之一流體靜壓力；及 收集構件，其用於收集該產品水，其中該收集構件經 組態以曝露至一低於該流體靜壓力之壓力。 45. 如請求項44之水處理系統，其中該較低壓力係大氣壓力 於该源水之該表面處所特有。 46. —種水處理系統，其包含： 過濾構件，其用於過濾一源水以產生一產品水，該過 濾構件具有一源水側及一產品水側；及 利用構件’其利用該源水中及該源水上方之周圍壓力 條件在該源水側與該產品水側之間建立一足以誘發滲透 物自該源水側跨越至該產品水側之壓差。 47. 種用於從給水中產生產品水之過濾系統，該系統包 含： 至少一個逆滲透薄臈，其中該薄膜經組態以允許水穿 過其且同時限制一種或多種溶解於該給水中之離子穿過 其’其中該薄膜經組態以在一含有溶解於水中之該等離 子之給水體中浸沒於一深度，其中該深度為至少約1 4 i 米’其中該等薄膜中之每一者之一第一側經組態以曝露 至該浸沒深度特有之壓力下之該給水，且其中一位於該 等薄膜中之每一者之一第二側上之收集器經組態以曝露 至大氣壓力於海平面處特有之壓力’藉此，在使用中’ 跨越該等薄膜中之每一者之一壓差驅動一逆滲透過濾過 程’使得在該等薄膜之每一者之該第二側上獲得一具有 128960.doc 200902452 一降低溶解離子濃度之滲透物，其中該薄膜經定位以便 在使用中由重力及水流中之至少一者有效地將一更高密 度濃縮物移離該薄膜。 48. 如請求項47之系統，其中該系統經組態以在一海水體中 浸沒至一自約113米至約307米之深度，其中該海水具有 自約20,000至約42,000 ppjjj之鹽度。 r 49. 如叫求項47之系統，其中該系統經組態以在一海水體中 次沒至一自約247米至約274米之深度，其中該海水具有 一自約33,〇〇〇至約38,〇〇〇 ppm之鹽度。 其中每一薄膜 5 0·如明求項47之系統，其包含複數個薄膜 皆與一毗鄰薄膜間隔開至少約i mm。 其中每一薄膜 51.如請求項47之系統，其包含複數個薄膜 皆與一毗鄰薄膜間隔開至少約2111爪。 其中每一薄膜 52·如請求項47之系統’其包含複數個薄膜 皆與-晰鄰薄膜間隔開自約2_至約8_ 5 3 ·如請求項4 7夕έ β ^ 、 ’、、、4，其包含複數個薄膜，其中每一薄膜 左與-毗鄰薄膜間隔開約6mm。 54.如請求項47 备 ,^ ' '、、’、 ’其中該收集器透過一通路曝露至一 大乳塵力於海平面處特有之壓力。 5 5.如清求項5 4夕备从 ^上a、、 其中該通路係—呼吸管。 5 6.如5月求項$ $夕备么乏 u w ν '、''、，其中該呼吸管自約該浸沒深度延伸 主邊給水體之至少—表面。 57,如請求項54之系 薄膜< „ ，、中該通路包含至少一個介於兩個 淨联之間的空間。 128960.doc 200902452 58.如β月求項47之***，其中該收集器係—與該給水體之— 表面處之空氣流體連通之盛放槽。 59=請求項47之系統，其進—步包含—泵浦，該泵浦經组 態以將滲透物自一第一位置傳送至—第二位置。 60. 如請求項47之系統，其進一步包含一滲透物儲存槽該 滲透物儲存槽至少部分地浸沒於該給水體中。 61. 如請求項60之系統，其中該滲透物儲存槽至少部分地浸 沒且包含一可適應滲透物填充及排放之撓性材料。 62. 如咕求項47之系統，其包含至少一個薄膜模組，其中該 薄膜杈組包含於邊緣處密封以防止給水進入之一個或多 個配對平片薄膜，其中該等配對平片薄膜之外部表面經 組態以曝露至給水，且其中，在使用中，滲透物可透過 滲透物收集模組自該等配對膜片之間抽取。 63· 士月长項47之系統，其進一步包含一離岸爭臺，該薄膜 模組懸掛在該離岸平臺上。 64. 士明长項47之系統，其進一步包含一通道，該通道經組 態以將飲用水輸送至海岸。 65. -種用於自給水中產生產品水之過濾系統’該系統包 含： 至^個奈米過濾薄膜，其中該薄膜經組態以允許水 牙過其且同時限制至少一種成分穿過其，其中該薄臈經 組態2在一含有該等成分之給水體中浸沒於一深度，其 中名冰度為至少約6米，其中該薄膜之一第，側經組態 以曝露至該浸沒深度特有之壓力下之該給水，且其中一 128960.doc 200902452 位:該薄膜中之每-者之—第二側上之收集器經組態以 +硌至大氣壓力於該給水體之一表面處特有之壓力，择 此，在使用中，跨越該薄膜之一壓差驅動一過濾過程， 使得在該薄膜之該第二側上獲得一具有該成分之一降低 濃度之滲透物，其中該薄膜經定位以防止表面張力禁止 -給水充分自由地流經該薄膜之該第一側。 66. 如請求項65之系統，其中該深度為至少約8米。 67. 如請求項65之系統，其中該深度為至少約米。 68. 如請求項65之系統，其中該浸沒深度特有之該壓力與大 氣壓力特有之該壓力之間的該壓差提供驅動該過濾過程 之大致全部力。 士明求項6 5之系統，其中該過遽過程在無—真空泵浦作 用之情況下進行。 70, 如請求項65之系統，其進一步包含一正壓頭泵浦，該正 壓頭泵浦經組態以將滲透物自該收集器移至該給水體之 該表面〇 71. 種用於淡化海水之二遍式系統，該系統包含： 一第一遍過濾系統，該第一遍過濾系統包含至少一個 經組態以允許水穿過其且同時限制一種或多種溶解離子 穿過其之第一奈米過濾薄膜’其中該第一薄膜經組態以 在一海水體中浸沒至一至少約113米之深度，其中該第 一薄瞑之一第一側經組態以曝露至該浸沒深度特有之壓 力下之該海水，且其中該第一薄膜之一第二侧經組態以 曝露至大氣壓力於海平面或一高於海平面之高度處特有 128960.doc 200902452 之一壓力，藉此，在使用中，跨越該第—薄膜之—壓差 驅動—過濾過程，使得在該第一薄膜之該第二側上择栉 一具有降低鹽度之滲透物，其中該第一薄膜經組態 在使用中由重力及水流中之至少一者有效地將—更高密 度濃縮物移離該第一薄膜；及 第二遍過濾系統，該第二遍過濾系統包含至少一個 第二薄膜，其中該第二薄膜係一奈米過濾薄膜或—逆滲 透薄臈。 72. 如請求項7丨之系統，其中該第二薄膜之一第一側經組態 以曝露至鹽度降低之該滲透物’並經組態以便在使用中 跨越該第二薄膜施加一壓差來驅動一過濾過程，使得在 °亥第—薄膜之§亥弟一側上獲得一鹽度進一步降低之渗透 物。 73. 如請求項71之系統，其中該第一遍過濾系統經組態以在 一海水體中浸沒至一自約152米至約213米之深度，該海 水具有一自約33,000至38,〇〇〇 ρρηΐ2鹽度。 74·如清求項7 1之系統’其包含複數個第一奈米過濾薄膜， 其中遠等第一奈米過濾薄膜中之每一者皆與一 ®比鄰薄膜 間隔開約1 mm或以上。 75. 如凊求項7丨之系統，其包含複數個第一奈米過濾薄瞑， 其中S亥等第一奈米過濾薄膜中之每一者皆與一 B比鄰薄膜 間隔開約2 mm或以上。 76. 如請求項71之系統，其包含複數個第一奈米過濾薄膜， 其中礒等第一奈米過濾薄膜中之每一者皆與一毗鄰薄膜 128960.doc -10- 200902452 間隔開自約2 mm至約8 mrn。 77. —種用於處理水之方法，該方法包含： 將一薄膜模組在一源水中浸沒至一浸沒深度，該薄膜 模組包含至少一個薄膜單元，該薄膜單元具有一第一側 及一第二側，其中該第二側之至少一部分與一收集器通 道流體連通，且其中該第_側曝露至一第一壓力下之該 源水，其中該第一壓力為該浸沒深度所特有；

   將該收集器通道曝露至—第二壓力，其中該第二壓力 足以誘發’參透物自該第—側跨越至該第二側；及 將滲透物收集於該㈣”統中。 7 8.如凊求項7 7之方法甘 其中該第二壓力為大氣壓力於該源 水之一表面處或— ' 呵於该源水之該表面之高度處所特 有。 79. 80.

   如請求項77之方法， 誘發滲透物自該第一 如請求項77之方法， 過濾薄臈。 其中在不使用一真空泵浦之情況下 側跨越至該第二側。 其中該薄膜單元包含至少一個奈米 81. 如請求項80之方法 6米之深度。 82. 如請求項8〇之方法 8米之深度。 83. 如請求項8〇之方法 10米之深度。 84. 如請求項8〇之方法 其中將該薄膜模組浸沒至一至少約 其中將該薄膜模組浸沒至一至少約 其中將該薄膜模組浸沒至一至少約 其中將該薄膜模組浸沒至一自約12 12S960.doc 200902452 米至約]& J18水之深度。 8 5.如請求堪〇 λ 只⑽之方法’其中將該薄膜模組浸沒至一至少約 30米之深度。 8 6 ·如請求堪e λ 貝8 〇之方法，其中將該薄膜模組浸沒至一至少約 60米之深度。 8 7.如'^眚τ石 ’負80之方法，其中將該薄膜模組浸沒至一約60米 之深度。 88·如請杰ts。 ’員80之方法，其中將該薄膜模組浸沒至一自約60 米至約244米之深度。 89 如譜本τϊτ & ^員80之方法’其中將該薄膜模組浸沒至一自約 122米至約152米之深度。 9〇_如叫求項8〇之方法，其中將該薄膜模組浸沒至一自約 152米至約183米之深度。 91 如印求項7〇之方法，其中該薄膜單元包含至少一個逆滲 透薄膘。 92. 如請求項91之方法，其中將該薄臈模組浸沒至一至少約 190米之深度。 93. 如請求項91之方法，其中將該薄膜模組浸沒至一至少約 244米之深度。 94. 如請求項91之方法，其中將該薄膜模組浸沒至一自約 259米至約274米之深度。 95 ·如請求項77之方法，其中該薄犋單元包含至少一個超過 濾薄暝。 96.如請求項95之方法，其中將該薄骐模組浸沒至一至少約 128960.doc -12- 200902452 6米之深度。 97. 如請求項％之方法，其中將該薄膜模組浸沒至一至少約 8米之深度。 98. 如請求項％之方法，其中將該薄膜模組浸沒至一至少約 10米之深度。 如晴求項95之方法’其中將該薄膜模組浸沒至一自約12 米至約1 8米之深度。 100. 如明求項95之方法，其中將該薄膜模組浸沒至一至少約 22米之深度。 101. 如叫求項95之方法’其中將該薄膜模組浸沒至一自約22 米至約6〇米之深度。 102. 如％求項77之方法，其中該薄膜單元包含至少一個微過 濾薄骐。 103. 如凊求項j 〇2之方法，其中將該薄膜模組浸沒至一至少 約6米之深度。 104. 如叫求項1 〇2之方法，其中將該薄膜模組浸沒至一至少 約8米之深度。 105. 如清求項1 〇2之方法’其中將該薄膜模組浸沒至一至少 約1 〇米之深度。 1〇6.如清求項1 02之方法，其中將該薄膜模組浸沒至一自約 1 2来至約1 8米之深度。 1〇7.如请求項1 02之方法’其中將該薄膜模組浸沒至一至少 約7米之深度，且其進一步經組態以大致上避免在滲透 物自該薄膜元件之該第一側流至該薄膜元件之該第二側 128960.doc •13- 200902452 時吸入水生生物。 108一種用於處理水之方法，該方法包含： 將至少-個定位於一水體中 律π喋谇杖士 /守臊曝硌至該薄膜之一 /又/又冰度特有之流體 - # 相具L物側及 " '八中s亥滲透物惻與一收集器流體連通； 體==之—内部之至少一部分曝露至-低於該流 體靜壓力之壓力，M LL &二 . 稭此滲透物自該濃縮物側流至該薄膜 之該滲透物側；及 自該收集器收集滲透物。 ，其中該第二壓力為大氣壓力於該 高於該水之該表面之高度之高度處 109.如請求項1 〇8之方法 水體之一表面處或— 所特有。 110•如請求項108之方法’其中該薄膜用作該收集器。 111.-種用於處理水之方法，該方法包含： 次沒用於自一源水中篩除至少一種有害成分之構件， 5亥&帛除構件界定—源水側及一產品水側，其中該源水側 曝路至該源水之_流體靜壓力； 將該產品水側曝露至一低壓系統，該低壓系統具有一 低於該流體靜壓力之壓力，藉此產品水自該源水側流至 該產品水側；及 收集該產品水。 112• —種製造一水處理模組之方法，該方法包含： 將至少一個源水間隔物附裝至一第一薄膜單元，該薄 膜單元包含兩個由一滲透物間隔層間隔開之薄膜層，該 128960.doc 200902452 凡具有一密封邊緣部分及一未密封邊緣部 另夺—第一後 、禾一缚膜單元附裝至該源水間隔物；及 將一收集器間隔物耦合至該第一薄膜單元及該第二薄 膜單元之該莫去金 忑4未捃封邊緣部分’其令該收集器間隔物經 組態以形成_眩 # 將該弟—薄膜單元及該第二薄膜單元之一 源水側與該隹 妈系弟一薄犋單元及該第二薄膜單元之一產品水 側分離之水密密封。 113. —種將水自— 包含： 離厗收集設施輸送至陸地之方法，該方法 將一收集單亓太 該收集單元之至丨—水體中浸沒於―第―深度，其中將 挺也 部分曝露至一大氣壓力； 徒供—與該收集留_ 士 集單元延伸至& 連通之通路，該通路自該收 一低於該第一抑上—位置，其中陸地上之該位置處於 冰度之高度處。 i 第一薄 分； 114. 如請求項113之方 \ 膜元件，每—餐 其中β亥收集單元包含至少一個薄 冷麟元件皆i 中該第一側曝露 *八有—第一側及一第二側，其 力’且其中該第 °亥水體於該第-深度處特有之壓 之部分流體連# 收集早元之一曝露至大氣壓力 128960.doc 15·