[0001] 本发明设及一种用于水萃取的系统，该系统包括一罩住过滤薄膜的流动槽，其中 该薄膜具有一包含固定的水通道蛋白水道的活性层及一多孔支撑层，并且其中，一水性来 源溶液与该薄膜流体连通。此外，本发明设及一种用W从水源去除污染物的系统、用W使用 肥料抽吸前向渗透（fertiliser化awn化rwardosmosis)而产生用于灌概目的的经稀释 的营养溶液的系统、用W浓缩在水溶液中的有机和/或无机溶质的系统；使用前向渗透和 /或逆向渗透，通常来说，诸如低压逆向渗透的水萃取系统；用于压力延迟渗透（pressure retardedosmosis)、废水或程序用水处理（processwatertreatment)的系统，包括从使 用过的透析液萃取出水；W及用于去盐和/或能量生成而具有低碳排放或零碳排放的结合 系统。

　　[0002] 水是生命的最基本组分。但是，随着干净水的日益缺乏，越来越有兴趣进行从海水 及工业水中萃取出干净水、及处理工业程序用水和有难度废水流。对从有价值的溶液萃取 出柔性水（gentlewater)的可能性亦有兴趣，其中，该有价值的溶液有食物流至蛋白质和 胜肤（peptide,缩氨酸）溶液或有用的小有机化合物。

　　[0003] 在不同的水纯化技术当中，逆向渗透、前向渗透及纳米过滤已变成受水萃取欢迎， 因为在去除低分子量溶质诸如小有机化合物及离子方面有效。但是，运些水萃取技术仍然 是能量密集且不总是具有足够的选择性。污染物的实施例有诸如天然存在于海水中和在污 染地下水中溶解的棚化合物，并且其可在用于灌概及饮用水的去盐水中引起问题；W及时 常存在于天然的地面和地下水源中的神化合物，例如在冲积平原及冰赖堆积中。

　　[0004] 齐姆化im)等人于2012年在多种F0和R0水过滤实验中研究棚擬除，并已发现在 F0模式中有约50至55%的最大棚残留。因此，此低棚过滤效率可需要多个过滤循环W在 所产生的滤出液中获得想要的低棚含量。因此，重要的是发展出改良的水萃取系统，诸如能 够去除水污染物诸如棚或神的系统，并且优选地使用较少过滤步骤或仅一个过滤步骤。此 夕F，本发明的目的为提供一种适应于肥料抽吸前向渗透（FDF0)的水萃取系统，其中可使用 海水、咸水、受损的地下或地面水或任何其它合适的水源作为进料溶液，W及使用浓无机植 物营养溶液作为抽吸溶液而产生具有足够低渗透压浓度或棚含量的最后肥料溶液，W便允 许其使用作为液体肥料，例如作为含有加入的营养素之灌概水。再者，本发明的目的为提供 一种用于能量储存的新颖系统和用于血液透析中重复利用水诸如超纯水的新颖系统。

　　[0005] 本发明的目标为提供一种使用固定在支撑过滤薄膜中或上的水通道蛋白水道，诸 如呈支撑或固定的液体薄膜调配物形式的水萃取系统。参照图1，该系统包含一包含薄膜 (2)的流动槽（1)，其中该薄膜包含一活性层（3)及一多孔支撑层（4)，活性层包含水通道蛋 白水道，及该薄膜具有一进料侧（5)和一非进料侧化）；并且该系统还包含一与该进料侧流 体连通的水性来源溶液（7)。本发明提供一种用于选择性水萃取的新颖系统，其中，并入水 通道蛋白水道（诸如水通道蛋白Z水道）的过滤薄膜向该系统提供该通道的独特性和选择 性水运输性质，即，特别是使用在该系统中的薄膜的高效率水通量、高盐擬除、呈前向渗透 操作模式的低能量消耗、小的有机及无机溶质的高擬除、固有的低污染倾向、W及稳健的操 作条件。

　　[0006] 本发明的其它目标将由本领域的技术人员通过下列详细说明和实施例明了。

　　[0007] 图1A显示出一种水萃取系统的基本特征的示意图，其中：（1)是流动槽；似是薄 膜；W及（7)是水性来源溶液。图1B显示出该具体实例，其中该活性层（3)在该薄膜的进 料侧（5)上并且该支撑层（4)在该薄膜的非进料侧（6)上。图1B薄膜构造已显示出在某 些实验中较高的含棚溶质擬除百分比，参照实施例1。图1C显示出该具体实例，其中该支撑 层（4)在该薄膜的进料侧妨上W及该活性层做在该薄膜的非进料侧（6)上。

　　[000引图2显示出一用于从进料流的水萃取的前向渗透（F0)系统的示意图，其中：（10) 是进料流；（1)是含有薄膜（2)的流动槽；（11)是经浓缩的进料流；(8)是与该薄膜的抽吸 侧流体连通之抽吸溶液；W及（9)是抽吸溶液浓缩单元巧）。

　　[000引图3显示出一肥料抽吸前向渗透师F0)去盐系统的示意图，其中：（10)是进料 流，优选为不适于饮用的水；（13)是浓肥料溶液；（1)是含有薄膜的流动槽；（12)是经部分 稀释的肥料溶液，其可再循环W达成较高的稀释程度；（14)是用W最后调整肥料溶液的稀 释程度的额外的淡水池；（11)是经浓缩的进料流，例如向上浓缩的海水；（15)是准备好使 用的经稀释的肥料溶液。

　　[0010] 图4显示出一逆向渗透（R0)系统的示意图，其中：（18)是进料槽；（16)是累；（17) 是阀；（19)是渗透物W及（20)是渗透物槽。从累经由流动槽并回至该阀的流是加压流。

　　[0011] 图5显示出一用于去盐与抽吸溶液的再生W萃取产物水的前向渗透（F0)系统的 示意图，其中（21)是进料流，例如海水；（1)是含有薄膜（2)的流动槽；（22)是经浓缩的进 料流；（23)是浓抽吸溶液；抽吸溶液（8)与该流动槽流体连通；（24)经稀释的抽吸溶液； (9)该抽吸溶液回收系统；W及（25)无抽吸溶液溶质的去盐的产物水。

　　[001引图6显示出一压力延迟渗透（PRO)系统的示意图，其中：（1)是含有薄膜似的流 动槽；（26)是进料流，例如具有比抽吸流低的渗透压浓度的淡水或海水；（16)是累；（27) 是进料水流出；（28)是抽吸流，例如海水或盐水；（29)是累；（30)是经稀释及加压的抽吸 流；（31)是产生电力的满轮机；（32)和（34)是减压的抽吸水；W及（33)是压力交换器W 辅助加压该进入的抽吸流。

　　[001引图7显示出一F0浓缩器的示意图，其中（41)是一包括输入流及输出流的基础单 元，W保证在薄膜（45)下有最理想的抽吸溶液流动曲线)是可弃换式上部单元；该薄 膜（45)是使该上部单元稳固并密封，并且一起具有一对该基础单元的额外密封（43) ; (44) 是一选择性流动产生器W揽拌在上部单元中的溶液；(46)是一线上监视系统，W监视并连 续地显示出在该上部单元进料溶液中的浓度程度，例如可视觉地检查体积及重量；（47)是 该反馈回路机构，其经设计W便一旦达到想要的浓度时，停止该浓缩工艺；（48是一再循环 该抽吸溶液的累；W及（49)是一包含定制的用于不同浓缩工艺的抽吸溶液的可弃换式抽 吸溶液袋。

　　[0014] 图8显示出经修改的F0浓缩器的示意图，其中（41)是一包括定制的输入流及输 出流的基础单元，W保证在薄膜（45)下有最理想的抽吸溶液流动曲线，该基础单元包括 一用于该可弃换式上部单元（42)的稳固机构；(43)系一 0形环，W稳固及密封该流动槽； (44)是一选择性流动产生器W揽拌在该上部单元中的溶液；(46)是一线上监视系统，W 监视并连续地显示出在该上部单元进料溶液中的浓度程度；(47)是该反馈回路机构，其经 设计W便一旦达到想要的浓度时，停止该浓缩工艺；（48)是一再循环该抽吸溶液的累；及 (49)是一包括定制的用于不同浓缩工艺的抽吸溶液的可弃换式抽吸溶液袋；及巧0)是一 在薄膜（45)上之选择性的筛网支撑物，W提供稳定性。

　　[0015] 图9显示出一在图8中的F0浓缩器的上部单元从上方观看的示意图，其中巧1) 是用W将上部与基础单元错在一起的工具。

　　[0016] 图10显示出一在图8中的F0浓缩器的基础单元从上方观看的示意图。

　　[0017] 图11显示出一通过浓缩盐溶液储存来自再生源的能量的逆向渗透（R0)系统与通 过稀释浓缩溶液来产生能量的压力延迟渗透（PRO)系统结合的组合的示意图，其中（1)是 含有薄膜（2)的流动槽；(61)是盐溶液侧；化2)是去盐的水侧；化3)是去盐的水槽；（16) 是累；（17)是阀；化4)是盐溶液槽；（31)是产生电力的满轮机；(65)是减压的稀释盐溶液 的输出；化6)是减压的稀释盐溶液的返回流；W及化7)是新鲜盐溶液的输入。

　　[0018] 更特别的是，本发明设计一种用于水萃取的系统，如详述在下列。

　　[0020] 本发明设及一种使用R0和/或F0从水源去除污染物诸如微量污染物包括重金属 及有毒的无机化合物的系统。实施例包括从用于多种目的不需要棚的例如用于人类消耗的 淡水源中去除棚污染物。当海水源是使用于去盐W产生灌概水及适于饮用的水时，棚是在 其中特别麻烦的污染物。现有的技术需要二次过滤通过W获得足够低的棚浓度。本发明的 系统在仅有一次R0通过后于约中性抑下提供最高去除约65%在淡水源中溶解的棚，化及 在F0工艺期间于中性抑下最高去除约75%，参照下列实施例1。另一个实施例为去除神 污染物，其中本发明的系统可在R0及F0过滤二者后去除约100%，参照下列实施例2。 [002。 用于肥料抽吸前向渗透去盐（抑F0)的水萃取系统

　　[0022] 最近，已经增加了对W去盐水取代来减少将淡水源用于农作物灌概，及进一步对 该灌概水加入稀释的营养盐溶液（抑F0)兴趣。但是，使用可购得的F0薄膜诸如可从水 井过滤器模组（Hy化0wellfiltermodules)(水合科技公司（Hy化ationTechnologies Inc.))购得的薄膜具有相关联的缺点，该缺点主要为该营养盐（例如氯化钟）的相当大的 逆向盐通量（Js)，其中指出在文献中已经提到高如59. 58g/m2s(0. 222mmoles/m2s，费敦尔 (Phuntsho)等人2011年）或6. 8至15. 3g/m2s(阿奇利（Achilli)等人于2010年使用来自 亚利桑那州斯克茨戴尔市的水合科技创新公司（Hy化ationTechnologiesInnovations, 化C，Scottsdale,A幻的平板S醋酸醋纤维素（CTA)薄膜）。想要具有尽可能低的JsW最 小化有价值的营养素离子损失。于本文中我们显示出在F0系统中使用具有两亲物P8061 作为囊泡形成物质的TFC-AqpZ薄膜（根据下列实验部分制备），2MKC1溶液作为抽吸，及 具有5M巧黄绿素的去离子水作为进料时，可获得Js少于4g/m2h，参照下表：

　　[0024] 该表明显地显示出可对钟盐KC1获得平均3. 41 [g/m2h]之一致的低逆向盐通量。 [00巧]此外，透过使用较低等级或不适于饮用的水（诸如经污染的地下水、咸水及甚至 海水）供应，本发明提供一种降低在农业中的淡水消耗（多如约40%)的低能量工具。本 发明的水萃取系统与其独特水通道蛋白薄膜（诸如呈根据于本文的实验部分所制备的TFC 薄膜形式）与液体浓肥料抽吸溶液组合着使用，W选择性从于本文中使用作为进料源的较 低等级水供应中萃取出干净的水。最后结果为稀释的液体植物营养溶液，其需要较少准备 好使用于农业灌概及施肥的淡水。在下列实施例中，我们描述出薄膜测试如何在来自丹麦 厄勒海峡的resund)的相对低盐度（约10至15〇/〇〇)的海水的较低等级的水供应的情况 中显示出概念性验证（proof-of-concept)。

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　　技术研发人员：瑟伦·门采尔;马克·爱德华·佩里;约尔格·福格尔;西尔维·布拉克费尔特;奥利弗·格施克;玛丽安娜·埃莱奥诺拉·斯潘格特·拉森;

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