Система и способ осмотического разделения

Описаны способы разделения с использованием усовершенствованного осмоса, обычно включающие экстракцию растворителя из первого раствора, чтобы концентрировать растворенное вещество, используя второй концентрированный раствор для втягивания растворителя из первого раствора через полупроницаемую мембрану. Повышенная эффективность может быть обусловлена использованием низкопотенциального отходящего тепла из промышленных или торговых источников. Область техники, к которой относится изобретение Один или более аспектов относятся, в общем, к осмотическому разделению. Более конкретно, один или более аспектов включают использование усовершенствованных осмотических процессов, таких как прямой осмос (FO), для отделения растворенных веществ от растворов. Уровень техники Прямой осмос используют для опреснения. В общем, прямой осмотический способ опреснения включает контейнер, содержащий две камеры, разделенные полупроницаемой мембраной. Одна камера содержит морскую воду. Другая камера содержит концентрированный раствор, что создает градиент концентрации между морской водой и концентрированным раствором. Этот градиент втягивает воду из морской воды через мембрану, которая селективно допускает прохождение воды, но не солей, в концентрированный раствор. Постепенно вода, поступающая в концентрированный раствор, разбавляет этот раствор. Растворенные вещества затем удаляют из разбавленного раствора, получая питьевую воду. Сущность изобретения Аспекты относятся, в общем, к усовершенствованным осмотическим системам и способам, включая прямое осмотическое разделение (FO), прямое осмотическое концентрирование (DOC), прямой осмос под действием давления и ограниченный давлением осмос (PRO). В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления система для осмотической экстракции растворителя из первого раствора может включать первую камеру, имеющую впуск в гидравлическом соединении с источником первого раствора, вторую камеру, имеющую впуск в гидравлическом соединении с источником концентрированного гипертонического раствора, включающего аммиак и диоксид углерода в требуемом молярном соотношении, составляющем по меньшей мере 1:1, систему полупроницаемой мембраны, которая отделяет первую камеру от второй камеры, систему разделения в гидравлическом соединении после второй камеры, включающую дистилляционную колонну, где система разделения предназначена для приема разбавленного гипертонического раствора из второй камеры и для извлечения гипертонических растворенных веществ и потока растворителя, систему рециркуляции,включающую абсорбер, предназначенный для упрощения повторного введения гипертонических растворенных веществ во вторую камеру, чтобы поддерживать требуемое молярное соотношение, и источник низкопотенциального тепла в термическом соединении с системой разделения. В некоторых вариантах осуществления система может дополнительно включать систему хранения гипертонического раствора в гидравлическом соединении с источником концентрированного гипертонического раствора. Система хранения гипертонического раствора может включать по меньшей мере одну емкость. Система хранения гипертонического раствора может содержаться в контейнере, который дополнительно включает по меньшей мере одну емкость для хранения первого раствора и емкость для хранения разбавленного гипертонического раствора. По меньшей мере в одном варианте осуществления дистилляционная колонна может находиться ниже уровня грунта. Система полупроницаемой мембраны может включать мембранный модуль, погруженный в резервуар. Резервуар может включать зону первой концентрации и зону второй концентрации. Мембранный модуль может включать множество плоских листовых мембран. В некоторых вариантах осуществления система может дополнительно включать систему газовой очистки. Система может дополнительно включать систему предварительной обработки в гидравлическом соединении с первым раствором, выбранную из группы, которую составляют технологические блоки ионного обмена, химического умягчения, нанофильтрации, удаления накипи и осаждения. По меньшей мере в одном варианте осуществления система может дополнительно включать солевой кристаллизатор в соединении с системой разделения. Система может дополнительно включать по меньшей мере один из приборов: измеритель рН, ионный зонд, инфракрасный спектрометр Фурье (Fourier) и зонд расходомера. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления способ прямого осмотического разделения может включать введение первого раствора на первую сторону полупроницаемой мембраны, введение концентрированного гипертонического раствора, включающего аммиак и диоксид углерода при молярном соотношении, составляющем по меньшей мере 1:1, на вторую сторону полупроницаемой мембраны для поддержания предпочтительного осмотического градиента концентрации на полупроницаемой мембране, обеспечение потока по меньшей мере части первого раствора через полупроницаемую мембрану для образования второго раствора на первой стороне полупроницаемой мембраны и разбавления гипертонического раствора на второй стороне полупроницаемой мембраны, введение по меньшей мере части разбавленного гипертонического раствора в операцию разделения для извлечения гипертонических растворенных веществ и потока растворителя, повторное введение гипертонических растворенных веществ на вторую сторону полупроницаемой мембраны, чтобы поддерживать требуемое молярное соотношение аммиака и диоксида углерода в концентрированном гипертоническом растворе, сбор потока растворителя и контроль биологического загрязнения полупроницаемой мембраны. В некоторых вариантах осуществления контроль биологического загрязнения включает дегазацию первого раствора. Контроль биологического загрязнения можно также включают регулирование осмотического давления в окружении полупроницаемой мембраны. По меньшей мере в одном варианте осуществления контроль биологического загрязнения включает по меньшей мере один из вариантов: сульфит-1 023086 ное восстановление, биологическая обработка, осмотический шок, аэрация, поток обработанной воды и добавление бисульфита. Другие аспекты, варианты осуществления и преимущества данных примерных аспектов и варианты осуществления обсуждаются ниже более подробно. Кроме того, следует понимать, что и приведенная выше информация, и следующее подробное описание представляют собой просто иллюстративные примеры разнообразных аспектов и вариантов осуществления и предназначены для создания обзора или рамки, чтобы понимать природу и характер заявленных в формуле изобретения его аспектов и вариантов осуществления. Сопровождающие чертежи представлены, чтобы обеспечить иллюстрирование и дальнейшее понимание разнообразных аспектов и вариантов осуществления, и включены в настоящее описание, составляя его часть. Данные чертежи вместе со следующей частью описания служат для разъяснения принципов и операций описанных и заявленных в формуле изобретения его аспектов и вариантов осуществления. Кроме того, следует понимать, что отличительные особенности разнообразных вариантов осуществления, описанных в настоящем документе, не являются взаимоисключающими и могут существовать в разнообразных сочетаниях и перестановках. Краткое описание чертежей Разнообразные аспекты по меньшей мере одного варианта осуществления осуждаются ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи. На данных чертежах, которые не предназначены для соблюдения масштаба, каждый идентичный или почти идентичный компонент, который проиллюстрирован на различных чертежах, представлен аналогичным численным обозначением. В целях ясности не каждый компонент может быть обозначен на каждом чертеже. Данные чертежи представлены в целях иллюстрации и разъяснения и не предназначены для установления ограничений настоящего изобретения. На данных чертежах фиг. 1 представляет принципиальную схему системы хранения раствора в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления; фиг. 2 представляет принципиальную схему модулей прямого осмоса в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления; фиг. 3 представляет схему технологического процесса резервуаров для прямого осмоса в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления; фиг. 4a-4d представляют принципиальные схемы рамок мембраны в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления; фиг. 5 представляет принципиальную схему множества модулей в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления; фиг. 6 и 7 представляют принципиальные схемы гидравлических профилей в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления; фиг. 8 представляет принципиальную схему компоновки системы в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления; фиг. 9 представляет принципиальную схему компоновки кристаллизатора в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления; фиг. 10 представляет принципиальную схему компоновки силикатной фильтрации в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления; фиг. 11 представляет принципиальную схему мобильного усовершенствованного осмотического процесса в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления; и фиг. 12 и 13 представляют принципиальные схемы ограниченных давлением осмотических контакторов в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления. Подробное описание В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления осмотический способ для экстрагирования воды из водного раствора может обычно включать помещение водного раствора на первую поверхность прямой осмотической мембраны. Второй раствор, или гипертонический раствор, с повышенной концентрацией по сравнению с концентрацией водного раствора можно помещать на вторую противоположную поверхность прямой осмотической мембраны. Вода может затем втягиваться из водного раствора через прямую осмотическую мембрану во второй раствор, образуя обогащенный водой раствор посредством прямого осмоса, что использует свойства переноса текучей среды, включая движение из менее концентрированного раствора в более концентрированный раствор. Обогащенный водой раствор, также называемый как разбавленный гипертонический раствор, можно собирать у первого выпуска и направлять на следующий процесс разделения для производства очищенной воды. Поток второго продукта, т.е. обедненный или концентрированный водный технологический раствор, можно собирать у второго выпуск для сброса или дальнейшей обработки. Гидравлическое давление может обычно способствовать переносу первого и второго растворов через мембранный модуль вдоль продольной оси их соответствующих протоков, в то время как осмотическое давление может обычно способствовать переносу воды через прямую осмотическую мембрану в модуле из гипотонического раствора в гипертонический раствор. В качестве альтернативы, гидравлическое давление может быть приложено к гипотоническому раствору, чтобы способствовать потоку воды из гипотонического раствора в гипертонический раствор, или гидравлическое давление может быть приложено к гипертоническому раствору, чтобы обеспечивать производство энергии при увеличении объема гипертонического раствора вследствие потока воды через мембрану из гипотонического раствора под действием разности осмотического давления между двумя растворами (ограниченный давлением осмос,PRO). Обычно протоки внутри модуля предназначены для сведения к минимуму гидравлического давления, которое необходимо, чтобы вызвать поток через эти протоки (поперечный поток), но это часто противоречит желанию создать в протоках турбулентность, которая выгодна для эффективного образования разности осмотического давления между двумя растворами, что обычно увеличивает сопротивление потоку. Повышенная разность осмотического давления может обычно увеличивать поток через мембрану,но может также стремиться к увеличению количества тепла, требуемого для отделения гипертонических растворенных веществ от разбавленного гипертонического раствора в целях производства в качестве продуктов разбавленной воды и реконцентрированного гипертонического раствора. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления прямой осмотический мембранный модуль может включать одну или более прямых осмотических мембран. Прямые осмотические мембраны могут обычно быть полупроницаемыми, например, допуская прохождение растворителя, такого как вода, но не пропуская растворенные в нем вещества, такие как хлорид натрия, карбонат аммония,бикарбонат аммония, карбамат аммония, другие соли, сахара, лекарственные средства или другие соединения. Многие типы полупроницаемых мембран являются подходящими для этой цели при том условии,что они способы допускать прохождение воды (т.е. растворителя), блокируя при этом прохождение растворенных веществ и не реагируя с растворенными веществами в растворе. Мембрана может иметь разнообразные конфигурации, включая тонкие пленки, полые волокнистые мембраны, спирально свернутые мембраны, моноволокна и дисковые трубки. Существуют многочисленные хорошо известные, имеющиеся в продаже полупроницаемые мембраны, которые отличаются наличием пор, достаточно малых, чтобы допускать прохождение воды, но задерживать молекулы растворенных веществ, таких как хлорид натрия, и ионные частицы данных молекул, такие как хлорид. Такиеполупроницаемые мембраны можно изготавливать из органических или неорганических материалов. В некоторых вариантах осуществления можно использовать мембраны, изготовленные из таких материалов, как ацетат целлюлозы, нитрат целлюлозы, полисульфон, поливинилиденфторид, полиамид и сополимеры акрилонитрила. Другие мембраны могут представлять собой минеральные мембраны или керамические мембраны, изготовленные из таких материалов, как ZrO2 и TiO2. Предпочтительно материал, выбранный для использования в качестве полупроницаемой мембраны,обычно должен иметь способность выдерживать разнообразные технологические условия, которым может подвергаться мембрана. Например, может оказаться предпочтительным, чтобы мембрана имела способность выдерживать повышенные температуры, такие как те, которые используются в стерилизации или других высокотемпературных процессах. В некоторых вариантах осуществления прямой осмотический мембранный модуль может работать при температуре в интервале от приблизительно 0 С до приблизительно 100 С. В некоторых неограничительных вариантах осуществления технологические температуры могут составлять от приблизительно 40 С до приблизительно 50 С. Аналогичным образом, может оказаться предпочтительным, чтобы мембрана имела способность сохранять целостность при различных значениях рН. Например, один или более растворов в окружении мембраны, таких как гипертонический раствор, могут быть более или менее кислыми или основными. В некоторых неограничительных вариантах осуществления прямой осмотический мембранный модуль может работать при уровне рН от приблизительно 2 до приблизительно 11. В определенных неограничительных вариантах осуществления уровень рН может составлять от приблизительно 7 до приблизительно 10. Используемые мембраны не обязательно должны быть изготовлены из одного из данных материалов и могут представлять собой композиты из разнообразных материалов. По меньшей мере в одном варианте осуществления мембрана может представлять собой асимметричную мембрану, такую как мембрана с активным слоем на первой поверхности и несущим слоем на второй поверхности. В некоторых вариантах осуществления активный слой может обычно представлять собой заградительный слой. Например, заградительный слой может блокировать прохождение солей в некоторых неограничительных вариантах осуществления. В некоторых вариантах осуществления несущий слой, такой как слой подложки, может обычно быть неактивным. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления по меньшей мере одна прямая осмотическая мембрана может находиться внутри корпуса или кожуха. Корпус может обычно быть такого размера и формы, чтобы внутри него можно было поместить мембраны. Например, корпус может быть, главным образом, цилиндрическим, если в нем расположены спирально свернутые прямые осмотические мембраны. Корпус модуля может содержать впуски, чтобы вводить гипотонические и гипертонические растворы в модуль, а также выпуски для выведения потоков продуктов из модуля. В некоторых вариантах осуществления корпус может включать по меньшей мере один резервуар или камеру для содержания или хранения текучей среды, вводимой в модуль или выводимой из него. По меньшей мере в одном варианте осуществления корпус может быть изолированным. Способ разделения в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления может включать помещение первого раствора на первую поверхность полупроницаемой мембраны. Второй рас-3 023086 твор, который имеет концентрацию, превышающую концентрацию первого раствора, можно помещать на вторую противоположную поверхность данной мембраны. В некоторых вариантах осуществления концентрацию второго раствора можно увеличивать, используя первый реагент, чтобы регулировать равновесие растворенных веществ во втором растворе и увеличивать количество растворимых частиц растворенного вещества во втором растворе. Градиент концентрации между первым и вторым растворами затем втягивает растворитель из первого раствора через полупроницаемую мембрану во второй раствор, образуя обогащенный растворителем раствор. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления часть растворенных веществ можно извлекать из обогащенного растворителем второго раствора и рециркулировать в гипертонический раствор. В процессе извлечения может образовываться поток растворителя в качестве продукта. Градиент концентрации также создает обедненный раствор на первой стороне полупроницаемой мембраны, который можно сбрасывать или подвергать дальнейшей обработке. Обедненный раствор может включать одно или более целевых веществ, концентрирование или извлечение которых является предпочтительным. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления описано устройство для экстракции растворителя из первого раствора с использованием осмоса. В одном неограничительном варианте осуществления устройства это устройство содержит первую камеру с впуском и выпуском. Впуск первой камеры может быть соединен с источником первого раствора. Полупроницаемая мембрана отделяет первую камеру от второй камеры. Вторая камера содержит впуск и первый и второй выпуски. В некоторых вариантах осуществления третья камера может принимать обогащенный растворителем второй раствор из первого выпуска второй камеры и реагент из второго выпуска второй камеры. Третья камера может включать выпуск, который соединен с устройством для разделения, таким как фильтр для фильтрации обогащенного растворителем второго раствора. Фильтр может содержать первый и второй выпуск,причем первый выпуск соединен с впуском второй камеры для рециркуляции осажденного растворенного вещества во вторую камеру. В некоторых вариантах осуществления четвертая камера может принимать обогащенный растворителем второй раствор из второго выпуска устройства для разделения. Четвертая камера может содержать нагреватель для нагревания обогащенного растворителем второго раствора. Первый выпуск в четвертой камере может возвращать составляющие газы во впуск второй камеры. Как обсуждается в настоящем документе, разнообразные вещества, такие как газы из четвертой камеры и/или осажденное растворенное вещество из третьей камеры, могут рециркулировать в пределах системы. Такие вещества можно вводить, например, во вторую камеру, в тот же впуск или в другие впуски. Второй выпуск в четвертой камере может обеспечивать выход из устройства конечного продукта, например растворителя. Конфигурации протоков могут обеспечивать изменение объемов потоков или скоростей потоков в гипотонический раствор и гипертонический раствор, когда поток возникает через мембрану из одного раствора в другой. Протоки для гипотонического и гипертонического растворов в мембранных системах следует обычно предусматривать приблизительно равными для коротких расстояний и низких или средних скоростей потоков или сужающимися, в которых впуск сужается и выпуск расширяется для более длинных расстояний и/или более высоких скоростей потоков. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления прямой осмотический мембранный модуль обычно может быть сконструирован и установлен таким образом, чтобы приводить первый раствор и второй раствор в контакт с первой и второй сторонами полупроницаемой мембраны соответственно. Хотя первый и второй растворы могут оставаться неподвижными, предпочтительно, чтобы и первый, и второй растворы вводились поперечным потоком, т.е. протекали параллельно поверхности полупроницаемой мембраны. Это может обычно увеличивать площадь контакта поверхности мембраны вдоль одного или более путей прохождения текучей среды, в результате чего увеличивается эффективность прямого осмоса. В некоторых вариантах осуществления первый и второй растворы могут протекать в одном направлении. В других вариантах осуществления первый и второй растворы могут протекать в противоположных направлениях. По меньшей мере, в некоторых вариантах осуществления аналогичная динамика текучих сред может существовать на обеих сторонах поверхности мембраны. Это может быть достигнуто путем стратегического интегрирования одной или более прямых осмотических мембран в модуле или корпусе. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления гипертонические растворенные вещества можно извлекать для повторного использования. Система разделения может отделять растворенные вещества от разбавленного гипертонического раствора, образуя в качестве продукта воду,практически не содержащую растворенных веществ. Система разделения может включать дистилляционную колонну. Гипертонические растворенные вещества можно затем возвращать, например, посредством системы рециркуляции обратно в концентрированный гипертонический раствор. Газообразные растворенные вещества можно конденсировать или абсорбировать, получая концентрированный гипертонический раствор. В абсорбере можно использовать разбавленный гипертонический раствор в качестве абсорбента. В других вариантах осуществления полученную воду можно использовать в качестве абсорбента для абсорбции всех или части потоков газа из системы рециркуляции растворенного вещества. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления первый раствор может представлять собой любой водный раствор или растворитель, содержащий одно или более растворенных ве-4 023086 ществ, для которого оказываются предпочтительными разделение, очистка или другая обработка. В некоторых вариантах осуществления первый раствор может представлять собой непитьевую воду, такую как морская вода, соленая вода, слабоминерализованная вода, сточная вода и какая-либо промышленная вода. Технологический поток, подлежащий обработке, может включать соли и другие ионные частицы,такие как хлорид, сульфат, бромид, силикат, йодид, фосфат, натрий, магний, кальций, калий, нитрат,мышьяк, литий, бор, стронций, молибден, марганец, алюминий, кадмий, хром, кобальт, медь, железо,свинец, никель, селен, серебро и цинк. В некоторых примерах первый раствор может представлять собой рассол, такой как соленая вода или морская вода, сточная вода или другая загрязненная вода. Первый раствор может поступать в систему обработки с прямой осмотической мембраной из предшествующих технологических блоков, таких как промышленное предприятие, или из любого другого источника, такого как океан. Второй раствор может представлять собой гипертонический раствор, содержащий более высокую концентрацию растворенного вещества по сравнению с первым раствором. Можно использовать широкое разнообразие гипертонических растворов. Например, гипертонический раствор может включать термолитический солевой раствор. В некоторых вариантах осуществления можно использовать гипертонический раствор аммиака и диоксида углерода, такой как растворы, описанные в публикации патентной заявки США 2005/0145568 (McGinnis), и это описание во всей своей полноте включено в настоящий документ посредством ссылки во всех целях. В одном варианте осуществления второй раствор может представлять собой концентрированный раствор аммиака и диоксида углерода. По меньшей мере в одном варианте осуществления гипертонический раствор может включать аммиак и диоксид углерода в молярном соотношении, составляющим более чем 1:1. Предпочтительные растворенные вещества для второго (гипертонического) раствора могут представлять собой газообразный аммиак, диоксид углерода и продукты их взаимодействия, включая карбонат аммония, бикарбонат аммония и карбамат аммония. Аммиак и диоксид углерода, когда их растворяют в воде при соотношении, составляющем приблизительно 1, образуют раствор, включающий, главным образом, бикарбонат аммония и в меньшей степени родственные продукты, такие как карбонат аммония и карбамат аммония. Равновесие в этом растворе смещено в сторону менее растворимых растворенных веществ (бикарбонат аммония) от растворимых растворенных веществ (карбамат аммония и в меньшей степени карбонат аммония). Буферирование раствора, включающего, главным образом, бикарбонат аммония, избытком аммиака, таким образом, что соотношение аммиака и диоксида углерода увеличивается приблизительно до 1,75-2,0, сдвигает равновесие в растворе к более растворимому растворенному веществу (карбамат аммония). Газообразный аммиак является более растворимым в воде и предпочтительно поглощается раствором. Поскольку карбамат аммония легче поглощается растворителем второго раствора, его концентрация может увеличиваться до такого состояния, в котором растворитель больше не способен поглощать растворенное вещество, т.е. до насыщения. В некоторых неограничительных вариантах осуществления концентрация растворенных веществ в данном втором растворе, достигаемая такой процедурой, составляет более чем 2-моляльной, более чем 6-моляльной или от приблизительно 6-моляльной до приблизительно 12-моляльной. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления соотношение аммиака и диоксида углерода должно обеспечивать практически полную абсорбцию газов гипертонического раствора газы в абсорбирующей текучей среде, т.е. части разбавленного гипертонического раствора, как описано выше, на основании наиболее высокой концентрации гипертонического раствора в системе. Концентрация, объем и скорость потока гипертонического раствора должны обычно соответствовать концентрации,объему и скорости потока гипотонического раствора, таким образом, чтобы поддерживать предпочтительную разность осмотического давления между двумя растворами во всей мембранной системе и интервал извлечения питательной воды. Это можно вычислить в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления, принимая во внимание явление внутренней и внешней концентрационной поляризации в мембране и на ее поверхности. В одном неограничительном варианте осуществления опреснения можно использовать скорость входящего потока концентрированного гипертонического раствора, которая составляет приблизительно 33% скорости потока соленой питательной воды, как правило,приблизительно в интервале от 25 до 75% для системы опреснения морской воды. Для меньшей солености питательной воды может потребоваться скорость входящего потока гипертонического раствора, составляющая приблизительно от 5 до 25% скорости потока питательной воды. Скорость выходящего разбавленного гипертонического раствора может, как правило, составлять приблизительно от 50 до 100% скорости потока входящей питательной воды и приблизительно от трехкратного до четырехкратного объема сброса рассола. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления соотношение аммиака и диоксида углерода обычно должно соответствовать концентрациям гипертонического раствора и температурам, используемым в процессе удаления и извлечения гипертонического растворенного вещества. Если соотношения не являются достаточно высокими, будет невозможной полная абсорбция гипертонических растворенных газов с образованием солей для повторного использования в концентрированном растворе,и если соотношение является чрезмерно высоким, в гипертоническом растворе возникнет избыток аммиака, который не будет надлежащим образом конденсироваться в таком предпочтительном темпера-5 023086 турном интервале, который необходим для использование отходящего тепла для осуществления процесса. Например, в некоторых вариантах осуществления дистилляционная колонна может отделять газы при температуре около 50 С, и абсорбционная колонна может работать при температуре около 20 С. Кроме того, соотношение аммиака и диоксида углерода следует определять так, чтобы предотвращать прохождение аммиака в гипотонический раствор через мембрану. Если данное соотношение является чрезмерно высоким, это может привести к присутствию неионизированного аммиака в более высоких концентрациях в гипертоническом растворе (обычно присутствуют, главным образом, ионы аммония), чем это необходимо или предпочтительно. Другие параметры, такие как тип питательной воды, предпочтительное осмотическое давление, предпочтительная скорость потока, тип мембраны и концентрация гипертонического раствора могут повлиять на требуемое молярное соотношение гипертонического раствора. Соотношение аммиака и диоксида углерода можно отслеживать и регулировать в процессе осмотического разделения. По меньшей мере в одном варианте осуществления гипертонический раствор может включать аммиак и диоксид углерода в молярном соотношении, составляющем более чем 1:1. В некоторых неограничительных вариантах осуществления соотношение для гипертонического раствора при температуре около 50 С, где молярность гипертонического раствора определена как молярность диоксида углерода в данном растворе, может составлять, по меньшей мере, приблизительно 1,1:1 для не более чем 1 молярного гипертонического раствора, приблизительно 1,2:1 для не более чем 1,5-молярного гипертонического раствора, приблизительно 1,3:1 для не более чем 3-молярного гипертонического раствора, приблизительно 1,4:1 для не более чем 4-молярного гипертонического раствора, приблизительно 1,5:1 для не более чем 4,5-молярного гипертонического раствора, приблизительно 1,6:1 для не более чем 5-молярного гипертонического раствора, приблизительно 1,7:1 для не более чем 5,5-молярного гипертонического раствора, приблизительно 1,8:1 для не более чем 7-молярного гипертонического раствора, приблизительно 2,0:1 для не более чем 8-молярного гипертонического раствора и приблизительно 2,2:1 для не более чем 10-молярного гипертонического раствора. Эксперименты показывают, что это приблизительно минимальные соотношения, требуемые для устойчивой растворимости в растворах с данными концентрациями при данной приблизительной температуре. При пониженных температурах более высокие соотношения аммиака и диоксида углерода требуются для одинаковых концентраций. При повышенных температурах могут потребоваться меньшие соотношения, но некоторое сжатие раствора может также потребоваться, чтобы предотвратить разложение растворенных веществ на газы. Соотношения, превышающие 1:1, даже при суммарных концентрациях, составляющих менее чем 2-молярные, значительно увеличивают устойчивость растворов и препятствуют выделению газообразного диоксида углерода и, в общем,термическому разложению гипертонических растворов в ответ на достаточно умеренные степени нагревания и/или уменьшение давления. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления способ прямого осмотического разделения может включать введение первого раствора на первую сторону полупроницаемой мембраны, определение по меньшей мере одной характеристики первого раствора, выбор молярного соотношения для концентрированного гипертонического раствора, включающего аммиак и диоксид углерода, на основании по меньшей мере одной определенной характеристики, введение концентрированного гипертонического раствора, включающего аммиак и диоксид углерода при выбранном молярном соотношении, на вторую сторону полупроницаемой мембраны для поддержания предпочтительного осмотического градиента концентрации на полупроницаемой мембране, обеспечение потока по меньшей мере части первого раствора через полупроницаемую мембрану для образования второго раствора на первой стороне полупроницаемой мембраны и разбавления гипертонического раствора на второй стороне полупроницаемой мембраны, введение по меньшей мере части разбавленного гипертонического раствора в операцию разделения для извлечения гипертонических растворенных веществ и потока растворителя, повторное введение гипертонических растворенных веществ на вторую сторону полупроницаемой мембраны,чтобы поддерживать выбранные концентрации и молярное соотношение аммиака и диоксида углерода в концентрированном гипертоническом растворе, и сбор потока растворителя. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления устройство для осмотической экстракции растворителя из первого раствора может включать первую камеру, имеющую впуск в гидравлическом соединении с источником первого раствора, вторую камеру, имеющую впуск в гидравлическом соединении с источником концентрированного гипертонического раствора, включающего аммиак и диоксид углерода в молярном соотношении, составляющем по меньшей мере 1:1, полупроницаемую мембрану, которая отделяет первую камеру от второй камеры, систему разделения в гидравлическом соединении после второй камеры, включающую дистилляционную колонну, где система разделения предназначена для приема разбавленного гипертонического раствора из второй камеры и для извлечения гипертонических растворенных веществ и потока растворителя, и систему рециркуляции, включающую абсорбер и предназначенную для упрощения повторного введения гипертонических растворенных веществ во вторую камеру, чтобы поддерживать молярное соотношение аммиака и диоксида углерода в концентрированном гипертоническом растворе. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления системы и способы могут быть предназначены для уменьшения воздействия на окружающую среду. В некоторых вариантах осу-6 023086 ществления разнообразные растворы, такие как концентрированные и разбавленные многократно используемые растворы, можно в стратегических целях хранить в емкостях. По меньшей мере в одном неограничительном варианте осуществления емкости можно изготавливать из неопрена или аналогичного материала. В некоторых неограничительных вариантах осуществления можно использовать три емкости внутри одного резервуара для хранения питательной воды, полученной воды, концентрата и разбавленного раствора соли. Суммарный объем внутри резервуара может оставаться одинаковым, независимо от того, являются ли вода и концентрат раздельными или смешанными. Можно использовать по одной емкости для каждой текучей среды или две емкости по одной для двух текучих сред, где третья текучая среда хранится снаружи между двумя емкостями и стенкой резервуара. Емкости можно хранить в вертикальном или горизонтальном положении. Фиг. 1 иллюстрирует разнообразные конфигурации из двух и трех емкостей. В других вариантах осуществления, связанных с уменьшенным воздействием на окружающую среду, можно использовать единственный контейнер, такой как выложенный бетоном резервуар, наполненный насадками, используемые в дистилляционной башне. Стальные крышки могут обеспечивать образование вакуума. Бетон можно покрывать полимер, или можно использовать резервуар, выложенный полимером без бетона. Можно также использовать подземные резервуары. Можно использовать вспомогательное оборудование. Структуры низкой стоимости могут способствовать теплообмену. В разнообразных вариантах осуществления можно использовать общую или совместную стенную конструкцию, чтобы встраивать стрипперы и абсорберы в одну и ту же структуру в целях сведения до минимума воздействие на окружающую среду, а также стоимости, и это обычно улучшает эстетичность. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления опреснение методом прямого осмоса можно осуществлять, используя системы и способы, включающие погруженную конструкцию атмосферной мембраны. Прямое осмотическое мембранное устройство можно осуществлять в полой волоконной конфигурации с гипертоническим раствором внутри полостей волокон и скоростью течения,достаточной для сведения к минимуму концентрационной поляризации на стороне гипертонического раствора. Чтобы сократить до минимума концентрационную поляризацию на стороне гипертонического раствора, внешнюю поверхность волокон можно очищать непрерывно или периодически воздухом, который распределен в области основы пучка модуля. Волокна могут быть ориентированы в вертикальном направлении параллельно потоку воздуха, чтобы сократить до минимума напряжение волокон. В другом варианте осуществления можно также использовать конфигурации спирально свернутых мембран в погруженных или затопленных конфигурациях контейнера. На эти мембранные модули можно воздействовать текучей средой, скорость которой достаточна для создания сил сдвига на поверхности мембраны,что полезно для ослабления явления концентрационной поляризации и сохранения в чистоте поверхностей мембраны. Их можно также подвергать непрерывной или периодической очистке воздушными пузырьками, чтобы уменьшать концентрационную поляризацию и содержать поверхности мембраны в чистоте. Данные способы могут обеспечить обработку воды с высокими уровнями загрязнения и/или отложения осадка. В операции, которая схематически представлена на фиг. 2, концентрированный гипертонический раствор может поступать в распределительную камеру на одном конце модуля и протекать по длине пучка волокон в сборную камеру на другом конце модуля. Гипертонический раствор, выходящий из модуля, может после этого проходить в распределение соседнего модуля. Такое устройство может позволять гипертоническому раствору проходить в противоположном горизонтальном направлении относительно питательной воды, которая подлежит опреснению. Можно преимущественно получать относительно постоянную осмотическую движущую силу через мембрану. Конструкция мембранной системы может включать ступенчатые модульные контакторы, в результате чего скорости на поверхности мембраны сохраняются относительно постоянными по всему резервуару контактора на сторонах как гипотонического, так и гипертонического раствора. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления фиг. 3 схематично представляет конфигурацию резервуара, в котором сырая питательная вода поступает вдоль периферии. Поток входит в резервуар и выходит из него через перфорированные пластины, чтобы обеспечить однородные скорости вертикального потока. Свежий гипертонический раствор поступает в верхнюю часть модулей,ближайших к выходу рассола, стекает вниз через модули второй ступени и вверх через модули первой ступени. Относительное число ступеней и модулей на ступень можно регулировать, чтобы соответствовать определенным необходимым условиям для состояния питательной воды и гипертонического раствора. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления системы и способы могут включать плоскую листовую конструкцию прямого осмотического мембранного модуля. Плоская листовая мембранная оболочка может способствовать потоку гипертонического раствора внутри мембранной оболочки. Лист мембраны можно вклеивать между двумя пластмассовыми рамками, которые обеспечивают опору структуры, как проиллюстрировано на фиг. 4 А. Две рамки мембраны можно сочетать в одной мембранной оболочке, как проиллюстрировано на фиг. 4 В. Рамки можно сконструировать таким образом, чтобы образовать ряд отверстий на противоположных краях рамки, способствуя равномерному распределению и сбору гипертонического раствора внутри оболочки, как проиллюстрировано на фиг. 4 С. По меньшей мере, в некоторых вариантах осуществления объем гипертонического раствора может существенно увеличиваться по мере его прохождения через оболочку в результате переноса воды через мембрану. При такой конфигурации потока скорость движения гипертонического раствора через модуль может увеличиваться по мере увеличения объема, что может приводить к увеличению перепада давления и энергии нагнетания. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления может быть полезным поддержание относительно постоянной скорости гипертонического раствора по мере увеличения объема от впуска до выпуска из оболочки. В качестве альтернативы, как проиллюстрировано на фиг. 4D, модуль может быть асимметричным в отношении своего внутреннего объема, например более толстым внизу для повышенного объема потока. В качестве альтернативы, модуль может быть гибким до некоторой степени. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления мембранные оболочки могут иметь конфигурацию модуля, состоящего из множества оболочек. Конечные расстояния между оболочками и размеры модуля можно определять во время разработки изделия. Например, в одном неограничительном варианте осуществления можно использовать три оболочки на дюйм ширины модуля для оценки площади мембраны на единицу объема. В отношении фиг. 5, множество модулей можно располагать вертикально в пакетную сборку с пластмассовой опорной рамкой между каждым модулем, что предназначено для обеспечения вертикального потока как воды, так и гипертонического раствора. Габаритные размеры отдельного модуля и пакета можно определять на основании ряда факторов, включая простоту операций во время сборки и разборки и/или извлечения из мембранного резервуара. Модули, прокладки и пакеты можно сконструировать таким образом, чтобы поддерживать гидравлические характеристики гипотонического и гипертонического растворов. Что касается гидравлического профиля через мембранный контактор в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления, можно использовать разнообразные конструкционные параметры. Относительно постоянную скорость можно поддерживать на обеих сторонах мембраны, чтобы сводить к минимуму отклонение потока при низкой скорости и перепад избыточного давления при высокой скорости. Скорость можно также сохранять приемлемо высокой, чтобы препятствовать осаждению твердых частиц на водной стороне мембраны. Объемная скорость потоков гипертонического раствора и воды в ходе процесса может, соответственно, увеличиваться и уменьшаться, делая предпочтительным в некоторых вариантах осуществления использование двух или более последовательных ступеней для потоков как воды, так и гипертонического раствора. По меньшей мере, в некоторых вариантах осуществления может оказаться предпочтительным использование большей части концентрированного гипертонического раствора (т.е. гипертонический раствор, поступающий в контактор) для экстракции воды из наиболее соленой воды (рассол, выходящий из контактора). В общем, вращающееся оборудование для движения текучих сред в ходе процесса должно быть сведено к минимуму. Конструкция должна обеспечить характеристики, которые способствуют надежной обработке источников питательной воды с суспендированными твердыми частицами и/или малорастворимыми солями, которые могут образовывать осадок после концентрирования. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления, как проиллюстрировано на фиг. 6, гидравлическая конструкция для водной стороны устройства может иметь одну или более отличительных особенностей, таких как две или более последовательные ступени, один или более параллельных пакетов на ступень, аэрация для регулирования скорости поперечного потока, очистка поверхности,движущая сила для рециркуляции воды за счет аэродинамического подъемного эффекта, однократная проточная обработка или рециркуляция концентрата, питательный насос, если одного воздуха недостаточно, и резервуар для отстаивания концентрата в целях уплотнения и отделения суспендированных твердых частиц от рециркулирующего концентрата. В соответствии с одним или несколькими неограничительными вариантами осуществления гидравлическая схема для стороны гипертонического раствора может необязательно включать поток гипертонического раствора в противоположном направлении относительно воды и/или использование давления,развиваемого в разбавленном концентрате, в качестве источника энергии для перекачивания концентрата через систему, как проиллюстрировано на фиг. 7. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления разнообразные усовершенствованные осмотические системы и способы можно интегрировать с более крупными системами. В некоторых вариантах осуществления эти системы и способы можно интегрировать с разнообразными источниками тепла и водными системами, как представлено на фиг. 8. По меньшей мере в одном варианте осуществления гипертонический раствор можно подавать внутрь труб, связанных с конденсатором. В некоторых вариантах осуществления горячую подземную воду можно использовать в ребойлере. В других вариантах осуществления можно использовать геотермальное тепло, отходящее тепло из промышленных источников, солнечные коллекторы, расплав соли или остаточное тепло в системе термических аккумуляторов. В следующих вариантах осуществления можно использовать дизельные генераторы. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления прямые осмотические системы и способы можно интегрировать с солевым кристаллизатором. Можно оптимизировать регулирование теплообмена для интегрированной системы прямого осмоса и кристаллизатора таким образом, чтобы кристаллизатор обеспечивал качество пара, который можно затем использовать в процессе прямого осмоса для регенерации гипертонического раствора. Пар из кристаллизатора может представлять собой пар, выходящий из парового корпуса кристаллизатора после отделения кристаллической соли, или, в качестве альтернативы, часть пара, выходящего из компрессора, который используют в качестве источника тепловой энергии для кристаллизатора. Фиг. 9 схематически представляет один неограничительный вариант осуществления такого интегрирования. В соответствии с одним или несколькими дополнительными вариантами осуществления прямые осмотические системы и способы можно интегрировать с вспомогательными процессами для максимального увеличения извлечения воды из источников сточной воды с возможным осаждением накипи. Например, чтобы предотвратить осаждение солей кальция и магния, ионы кальция и магния можно заблаговременно отделять от питательной воды посредством таких технологий, в которых используется ионный обмен с ионами натрия на сильнокислой катионообменной смоле. Прямой осмотический концентрат можно использовать для регенерации смолы. Можно использовать химический диспергатор,чтобы предотвратить осаждение внутри ионообменной колонны. Для сокращения силикатных отложений можно вводить диспергатор осадка диоксида кремния в питающую систему воду. Если предпочтительный коэффициент концентрирования приводит к такой концентрации диоксида кремния, которая превышает максимальный уровень, рекомендованный поставщиком диспергатора, часть питательной воды можно рециркулировать через небольшой внешний микрофильтр или ультрафильтр, который удаляет диоксид кремния. Фиг. 10 схематически представляет неограничительный вариант осуществления данного способа. В другом варианте осуществления растворимые соли можно концентрировать в прямой осмотической мембранной системе в пределах или за пределами их растворимости, используя или не используя препятствующие осаждению накипи химические вещества, таким образом, что концентрированный гипотонический раствор поступает в осадительный резервуар, содержащий затравочные кристаллы и/или способствующие флокуляции химические добавки. Этот раствор можно затем направлять в резервуар для отстаивания и/или в фильтрационное устройство для отделения твердых частиц. Выходящий поток после этой обработки можно затем направлять на следующий процесс, утилизировать или рециркулировать в прямой осмотической мембранной системе для дополнительного концентрирования. Использование сил сдвига текучей среды и/или введение воздушных пузырьков для очистки можно осуществлять в прямой осмотической мембранной системе, чтобы обеспечить отсутствие осаждения и/или загрязнения, происходящего на поверхности мембраны. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления системы и способы можно использовать в устройствах мембранных биореакторов (MBR) для обработки сточной воды. В некоторых вариантах осуществления сточную воду можно обрабатывать для повторного использования их отходов в одну стадию. В некоторых вариантах осуществления может не требоваться аэрация, в результате чего прямое мембранное отделение воды от суспендированных твердых частиц и органических веществ в потоке отходов или мембранное устройство ферментативного разложения может обеспечить экономию в отношении энергетических и общих затрат. В неограничительных вариантах осуществления мембранная биореакторная система может быть сконструирована таким образом, чтобы осуществлять циркуляцию вдоль поверхности листов мембраны с относительно несмешанной областью в резервуаре под листами. Твердые частицы можно отделять из этой зоны отстаивания. Ферментация может происходить также и в несмешанной области, обеспечивая отделение и использование метана из верхней части резервуара. Резервуар может иметь конфигурацию, в которой выпуски насоса расположены на одной стороне резервуара, направляя поток по поперечной оси (ширине) листов мембраны, вызывая силу сдвига и турбулентность, если это предпочтительно, таким образом, что поток равномерно распределяется по продольной оси листов, однородно сверху донизу. Силы сдвига вместе, например, с аэрацией и перемешиванием способствуют предотвращению/уменьшению загрязнения поверхностей мембраны. Кроме того, резервуар может иметь конфигурацию, в которой противоположная стенка резервуара искривлена таким образом, чтобы возвращать воду с уменьшенным сопротивлением обратно на сторону насоса резервуара, где данный поток проходит по любой стороне мембранного пакета. Гипертонический раствор внутри углублений мембраны может протекать сверху донизу, или, в качестве альтернативы,последовательно, если это необходимо. Мембранные пакеты можно располагать таким образом, что на различные области резервуара воздействуют различные стационарные концентрации гипотонического раствора. Пузырьки воздуха можно использовать для очистки поверхности мембраны, чтобы ослабить явление концентрационной поляризации и предотвратить загрязнение и/или отложение осадка на поверхности мембраны, причем данное введение воздуха предназначено именно для этих целей, а не для введения кислорода в раствор, что является типичным для традиционных мембранных биореакторов. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления данные системы и способы можно использовать в процессе периодического усовершенствованного осмоса (ЕО). В некоторых неог-9 023086 раничительных вариантах осуществления можно опреснять и концентрировать партии из источников слабоминерализованной воды и сточной воды. Обрабатываемая текучая среда может рециркулировать между периодическим усовершенствованным осмотическим процессом и резервуаром для хранения воды из источника до тех пор, пока не будет достигнута предпочтительная концентрация соли. Периодический усовершенствованный осмотический процесс может быть спланирован таким образом, чтобы работать с суспендированными твердыми частицами в питательной воде, используя предварительную фильтрацию или такую конструкцию прямой осмотической мембраны и модуля, которую можно приспособить для суспендированных твердых частиц. В данном способе можно использовать мобильные временные или постоянные очистные установки. Фиг. 11 представляет пример применения мобильного прямого осмотического процесса для концентрирования запруженной слабоминерализованной очищенной воды. Мембранный модуль в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления можно использовать в ограниченном давлением осмосе. Ограниченный давлением осмос может обычно быть связан с созданием осмотической силы или энергии градиента солености в результате разности концентраций соли между двумя растворами, такими как концентрированный гипертонический раствор и разбавленная рабочая текучая среда. В некоторых примерах морская вода может представлять собой первый раствор, и пресная вода или почти деионизированная вода может представлять собой второй раствор. В некоторых вариантах осуществления один или несколько спирально свернутых прямых осмотических мембранных модулей можно устанавливать в резервуар под давлением, чтобы способствовать ограниченному давлением осмосу. Один или более конструкционных аспектов прямого осмотического мембранного модуля можно модифицировать для использования в ограниченном давлением осмосе. В условиях ограниченного давлением осмоса гипертонический раствор можно вводить в камеру под давлением на первую сторону мембраны. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере часть гипертонического раствора можно подвергать давлению на основании разности осмотического давления между гипертоническим раствором и разбавленной рабочей текучей средой. Разбавленную рабочую текучую среду можно вводить на вторую сторону мембраны. Разбавленная рабочая текучая среда может обычно двигаться через мембрану посредством осмоса, в результате чего увеличивается объем на стороне мембраны, где находится сжатый гипертонический раствор. Поскольку давление компенсируется, можно вращать турбину для производства электроэнергии. Полученный в результате разбавленный гипертонический раствор можно затем обрабатывать, например разделять для повторного использования. В некоторых вариантах осуществления низкотемпературный источник тепла, такой как промышленное отходящее тепло, можно использовать в ходе или для облегчения ограниченной давлением осмотической системы или процесса. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления системы и способы можно использовать в крупномасштабном ограниченном давлением осмотическом контакторе. Можно использовать полые волоконные мембранные модули, как проиллюстрировано на фиг. 12 и 13. Данные модули можно устанавливать внутри вертикального или горизонтального резервуара под давлением, как показано в иллюстративных целях для одного модуля в вертикальном резервуаре. В случае "незамкнутого" ограниченного давлением осмоса, в котором используется разность осмотического давления между морской водой и пресной водой, можно регулировать концентрацию соли и можно поддерживать соответствующую скорость, чтобы сокращать до минимума эффекты концентрационной поляризации на пресноводной стороне мембраны. Пресная вода может поступать с одного конца волокна и выходить с другого конца, или, в качестве альтернативы, пресная вода может поступать с двух концов волокна и допускать накопление солей в некоторой степени внутри волокна, после чего следует периодическая промывка солей в полости пресной водой, вводимой сверху. Для "замкнутого" ограниченного давлением осмоса, где и восстановленный гипертонический раствор, и дистиллированная или деионизированная вода возвращаются в контактор, вода может поступать в модуль одновременно сверху и снизу пучка волокон, чтобы сократить до минимума потерю гидравлического давления внутри волокна и максимально увеличить производство энергии. В незамкнутом или замкнутом ограниченном давлением осмосе регулирование концентрационной поляризации снаружи волокон в зоне высокого давления может способствовать максимальному увеличению скорости потока воды и производства энергии. Газ можно вводить снизу каждого модуля, чтобы разрушить пограничный слой концентрационной поляризации. Газ можно собирать сверху отсека высокого давления и рециркулировать с помощью небольшого компрессора. Компрессору требуется преодолеть лишь относительно низкое давление в системе рециркуляционного трубопровода и распределения внутри контактор, что сводит к минимуму энергопотребление. В некоторых вариантах осуществления, включающих незамкнутый ограниченный давлением осмос,газ может представлять собой воздух, но может также представлять собой или содержать другой газ, такой как азот или диоксид углерода, чтобы регулировать рН и предотвращать осаждение карбоната кальция в модулях. В случае замкнутого ограниченного давлением осмоса с использованием карбоната аммония в качестве гипертонического раствора может оказаться полезным использование аммиака и/или диоксида углерода, выходящего из дистилляционной колонны, в системе утилизации тепла в качестве разрывающего газа, и в этом случае резервуар мембранного контактора обычно также служит в качестве газового абсорбера и, таким образом, обеспечивает некоторую экономию капитальных расходов и снижает сложность всего процесса. Газы, которые не поступают в раствор, рециркулируют в разнообразных вариантах осуществления, в результате чего можно использовать смесь газов, в частности, если один или более газов в значительной степени растворяется в гипертоническом растворе. Например, воздух, аммиак и диоксид углерода можно использовать в соответствующем соотношении и объемах газов, которые обеспечивают достаточное перемешивание волокон. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления загрязнение мембраны можно отслеживать и контролировать. Загрязнение мембраны можно контролировать, используя технологии очистки, например, те, которые включают турбулентность жидкости и введение газа. В некоторых вариантах осуществления для очистки можно использовать силы сдвига, такие как включающие гидродинамику при циркуляции, которая вызывает сдвиг на поверхности мембраны. В других вариантах осуществления предметы, такие как шарики пеноматериала, можно помещать на пути потока, чтобы обеспечивать очистку. В некоторых вариантах осуществления загрязнение и биологическую активность можно контролировать посредством регулировки технологических параметров, чтобы изменять осмотическое давление и пути потока, например, таким образом, чтобы на различные области мембраны воздействовали различные растворы, осмотические давления, значения рН или другие условия в различные сроки. Могут быть предусмотрены изменения с течением времени, такие как на основании минут, часов или лет. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления присутствие экстремофилов в гипертоническом растворе можно контролировать разнообразными способами. Питательную среду можно дегазировать или предварительно обрабатывать другим способом, чтобы препятствовать нитрифицирующим бактериям или другим организмам потреблять составляющие гипертонического раствора путем реакции с газом в потоке питательной среды, таким как кислород. Можно использовать мембранные контакторы или другие способы дегазации. Сульфитное восстановление, биологическая обработка, осмотические шоки, традиционные средства очистки, которые не реагируют с гипертоническим раствором,промывание потоком обработанной воды без химических веществ, аэрация концентрированного соляного раствора и введение бисульфита представляют собой дополнительные технологии, которые можно использовать для контроля экстремофилов в гипертоническом растворе. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления устройства, системы и способы могут обычно включать контроллер для установления или регулирования по меньшей мере одного технологического параметра устройства или компонента системы, включая, например, но не ограничиваясь этим, приводные клапаны и насосы, а также для регулирования свойства или характеристики одного или более потоков текучей среды через спирально свернутый прямой осмотический мембранный модуль. Контроллер может находиться в электронном соединении по меньшей мере с одним датчиком, предназначенным для определения по меньшей мере одного технологического параметра системы, такого как концентрация, скорость потока, уровень рН или температура. Контроллер может обычно предназначаться для создания управляющего сигнала, чтобы регулировать один или более технологических параметров в ответ на сигнал, производимый датчиком. Например, контроллер может быть предназначен, чтобы принимать информацию об условии, свойстве или состоянии какого-либо потока, компонента или подсистемы устройства для прямого осмотического разделения. Контроллер обычно включает алгоритм,который способствует выработке по меньшей мере одного исходящего сигнала, который обычно основан на одном или более фактах из представленной информации и на целевом или предпочтительном значении, таком как заданное значение. В соответствии с одним или несколькими определенными аспектами контроллер может иметь такую конфигурацию, чтобы принимать информацию о любом измеряемом свойстве какого-либо потока и производить управляющий, ведущий или исходящий сигнал для какоголибо из компонентов системы и уменьшать тем самым любое отклонение измеряемого свойства от целевого значения. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления системы и способы управления технологическими процессами могут отслеживать различные уровни концентрации, такие как те,которые могут быть основаны на определяемых параметрах, включая рН и проводимость. Можно также регулировать скорости технологических потоков и уровни в резервуарах. Можно следить за температурой и давлением. Утечки из мембраны можно определять, используя ионоселективные зонды, измерители рН, уровни в резервуарах и скорости потоков. Утечки можно также определять, нагнетая газ на сторону гипертонического раствора мембраны и используя ультразвуковые детекторы и/или визуальное наблюдение за утечками со стороны питательной воды. Можно следить за другими технологическими параметрами и предметами обслуживания. Можно следить за различными параметрами эффективности процессов, например, измеряя скорость потока и качество очищенной воды, поток тепла и потребление электроэнергии. Условия очистки для уменьшения биологического загрязнения можно регулировать,например, измеряя снижение потока, которое определяется скоростями потоков гипотонических и гипертонических растворов в определенных точках мембранной системы. Датчик в потоке рассола может показывать, когда необходима обработка, например дистилляция, ионный обмен, хлорирование до точки перелома или аналогичные способы. Это можно осуществлять, используя измерители рН, ионоселективные датчики, инфракрасный спектрометр Фурье (FTIR) или другие устройства для определения концен- 11023086 траций гипертонического растворенного вещества. Состояние гипертонического раствора можно отслеживать и регулировать для усиления очистки и/или замены растворенных веществ. Аналогичным образом, за качеством обработанной воды можно следить, используя традиционное устройство или датчик,такой как датчик для определения аммония и аммиака. Инфракрасный спектрометр Фурье можно использовать для определения присутствующих веществ, предоставляя информацию, которая может оказаться полезной, например, чтобы обеспечивать надлежащую работу установки и определять характеристики, такие как эффекты мембранного ионного обмена. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления концентрированный и/или разбавленный гипертонический раствор можно хранить в емкостях, в некоторых случаях внутри резервуара. Аналогичным образом, очищенную воду и/или исходную воду можно хранить в емкостях. Когда используют резервуар с множеством емкостей, суммарный объем резервуара не обязательно изменять,как изменяются объемы различных контейнеров вместе с потоком через мембрану и рециркуляцией гипертонического раствора, в результате чего можно сократить до минимума технологическое воздействие на окружающую среду. Можно устанавливать в земле дистилляционные колонны, используя, например,выложенный покрытым бетоном колодец, наполненный насадками и снабженный крышкой. Мембранные модули можно погружать в резервуар исходной воды с гипертоническим раствором на внутренней стороне мембраны. Мембраны могут иметь спиральную, полую волоконную, состоящую из пластин и рамок или другую конфигурацию. Продувка воздухом в устройствах с прямой осмотической мембраной может поддерживать в чистоте протоки для исходной среды. Продувка воздухом может быть непрерывной или периодической. Мембранные модули можно устанавливать внутри погруженного резервуара таким образом, что различные зоны содержат различные концентрации. Плоские листовые прямые осмотические мембраны можно использовать в пакетной конфигурации и погружать в резервуар. Низкотемпературное тепло можно использовать для регенерация гипертонического раствора в прямом осмосе или ограниченном давлением осмосе. Источники низкопотенциального тепла могут включать геотермальное или солнечное тепло, остаточное тепло от систем тепловых аккумуляторов, отходящее тепло от промышленных и/или генерирующих энергию процессов. Процесс прямого осмоса можно интегрировать с солевым кристаллизатором таким образом, что тепло от кристаллизатора можно использовать в процессе прямого осмоса, и любые гипертонические растворенные вещества, которые попадают при прямом осмосе в рассол, можно возвращать в процесс прямого осмоса, например газы из кристаллизатора. Прямой осмос можно сочетать с предварительной обработкой, препятствующей образованию накипи, чтобы обеспечить высокую степень очистки питательной воды, включая, например, ионный обмен, химическое умягчение, нанофильтрацию, средства против накипи и/или способы осаждения. Очистку воздухом в системе, препятствующей отложению осадка, для прямого осмоса можно использовать, чтобы не допустить образования осадка на поверхности мембраны. Прямой осмос можно использовать в случае содержащей органические соединения воды без аэрации для биологической активности. Поток отходов можно концентрировать для возможного использования в реакторе для ферментативного разложения, где можно производить метан внутри мембранного резервуара для использования в энергетических целях, и производства очищенной воды, качество которой пригодно для многоразового применения. Это может быть особенно эффективным в конструкции погруженного резервуара с мембранами. Помимо подачи кислорода, можно также использовать очистку воздухом, что допускает высокую концентрацию органических веществ без загрязнения мембраны. Можно использовать реактор в виде резервуара с мешалкой периодического или непрерывного действия (CSTR) для осуществления прямого осмоса, в частности,обеспечивая повышенную эффективность прямых осмотических систем концентрирования органических соединений и/или осаждения. Ограниченные давлением осмотические системы можно также использовать в конфигурации погруженного резервуара. Ограниченные давлением осмотические системы можно аэрировать, чтобы предотвращать загрязнение и/или отложение осадка и уменьшать концентрационную поляризацию. Реакционноспособные газы могут также способствовать выполнению этой функции. Биологический рост в прямых осмотических системах можно контролировать чередованием мембранных модулей или секций, которые подвержены высокому или низкому осмотическому давлению. Например,секцию из множества мембран, которая обычно используется для воды с концентрацией 0,5 М, можно изменить для очистки воды с концентрацией 2 М. Такая регулировка значительно затрудняет рост биопленки. Можно также осуществлять дегазацию исходного потока, чтобы предотвращать рост определенных типов биологических организмов. Например, удаление кислорода может ограничивать рост нитрифицирующих организмов, которые могли бы окислять аммиак, выходящий из гипертонического раствора в гипотонический раствор. Сульфитное восстановление, биологическая очистка, осмотические шоки,традиционные средства очистки, которые не реагируют с гипертоническим раствором, промывка очищенной водой без химических веществ, аэрация концентрированного солевого раствора и добавление бисульфита представляют собой дополнительные способы, которые можно использовать для ограничения биологической активности. В некоторых вариантах осуществления можно использовать датчик кислотности, датчик ионов, инфракрасный спектрометр Фурье (FTIR) и/или скорости потоков для регулирования систем прямого осмоса, чтобы обеспечивать предпочтительные потоки, разности осмотического давления, соотношения аммиака и диоксид углерода и концентрации. После описания некоторых иллюстративных вариантов осуществления настоящего изобретения специалистам в данной области техники должно быть очевидным, что вышеизложенная информация является исключительно иллюстративной, а не ограничительной, и представлена только в качестве примера. Многочисленные модификации и другие варианты осуществления являются очевидными для обычного специалиста в данной области техники и рассматриваются как входящие в объем настоящего изобретения. В частности, хотя многие из примеров, представленных в настоящем документе, включают определенные сочетания технологических операций или системных элементов, следует понимать, что указанные операции и данные элементы можно сочетать другими способами для достижения таких же целей. Кроме того, специалистам в данной области техники следует оценить, что параметры и конфигурации, описанные в настоящем документе, представляют собой примеры, и что фактические параметры и/или конфигурации будут зависеть от конкретного приложения, в котором будут использованы системы и технологии настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники должны также признать или иметь возможность определить, не используя ничего более, кроме стандартных экспериментов, эквиваленты конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения. Таким образом, следует понимать, что варианты осуществления, описанные в настоящем документе, представлены исключительно в качестве примеров, и что, в пределах объема каких-либо прилагаемых пунктов формулы изобретения и их эквивалентов, настоящее изобретение можно практически осуществлять другими способами, чем те,которые конкретно описаны. Фразеология и терминология, используемые в настоящем документе, предназначены для цели описания, и их не следует рассматривать в качестве ограничительных. При использовании в настоящем документе термин "множество" означает два или более предметов или компонентов. Термины "включающий", "включая", "несущий", "имеющий", "содержащий" и "заключающий", приведенные в описании или формуле изобретения и т.п., представляют собой неограниченные термины, т.е. означающие "включая, но не ограничиваясь". Таким образом, использование таких терминов означает объединение перечисляемых после них предметов и их эквивалентов, а также дополнительных предметов. Только переходные фразы "состоящий из" и "состоящий в основном из" представляют собой ограниченные или полуограниченные фразы, соответственно, в отношении каких-либо пунктов формулы изобретения. Использование порядковых терминов, таких как "первый", "второй", "третий" и т.п., в пунктах формулы изобретения для обозначения заявляемого в формуле элемента само по себе не подразумевает никакого приоритета, первенства или превосходства одного заявленного в формуле элемента по отношению к другому или временного порядка, согласно которому осуществляются действия процесса, но представляет собой просто обозначения, которые отличают один заявленный в формуле элемент от другого элемента,имеющего такое же название (за исключением использования порядкового термина) для различия заявленных элементов формулы изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ прямого осмотического разделения растворов, в котором: вводят первый раствор на первую сторону полупроницаемой мембраны; вводят концентрированный гипертонический раствор на вторую сторону полупроницаемой мембраны для поддержания предпочтительного осмотического градиента концентрации на полупроницаемой мембране; обеспечиваютя поток по меньшей мере части первого раствора через полупроницаемую мембрану для образования второго раствора на первой стороне полупроницаемой мембраны и разбавленного гипертонического раствора на второй стороне полупроницаемой мембраны; вводят по меньшей мере часть разбавленного гипертонического раствора в операцию разделения для извлечения гипертонических растворенных веществ и потока растворителя; вводят разбавленные гипертонические растворенные вещества в систему рециркуляции, включающую абсорбер, содержащий часть разбавленного гипертонического раствора, для преобразования концентрированного гипертонического раствора; вводят преобразованный гипертонический раствор на вторую сторону полупроницаемой мембраны для поддерживания требуемого молярного соотношения концентрированного гипертонического раствора на второй стороне полупроницаемой мембраны; производят сбор потока растворителя и при этом контролируют биологическое загрязнение полупроницаемой мембраны. 2. Способ по п.1, в котором контроль биологического загрязнения включает по меньшей мере одно из: дегазацию первого раствора, регулирование осмотического давления в окружении полупроницаемой мембраны, сульфитное восстановление, биологическую обработку, осмотический шок, аэрацию, поток обработанной воды и добавление бисульфита. 3. Система для осуществления способа по п.1 для осмотической экстракции растворителя из первого раствора, включающая: первую камеру, имеющую впуск в гидравлическом соединении с источником первого раствора; вторую камеру, имеющую впуск в гидравлическом соединении с источником концентрированного гипертонического раствора, с концентрацией, большей, чем у первого раствора; устройство полупроницаемой мембраны, которая отделяет первую камеру от второй камеры; устройство разделения в гидравлическом соединении после второй камеры, где устройство разделения предназначено для приема разбавленного гипертонического раствора из второй камеры и для извлечения гипертонических растворенных веществ и потока растворителя; устройство рециркуляции, включающее абсорбер, содержащий часть разбавленного гипертонического раствора, и предназначенное для упрощения преобразования концентрированного гипертонического раствора с извлеченными гипертоническими растворенными веществами и введения преобразованного гипертонического раствора во вторую камеру для поддержания требуемого молярного соотношения концентрированного гипертонического раствора; и контроллер биологического загрязнения полупроницаемой мембраны. 4. Система по п.3, в которой контроллер биологического загрязнения полупроницаемой мембраны содержит устройство для обеспечения по меньшей мере одного из: дегазации первого раствора, регулирования осмотического давления в окружении полупроницаемой мембраны, сульфитного восстановления, биологической обработки, осмотического шока, аэрации, потока обработанной воды и добавления бисульфита. 5. Система по п.3, где устройство разделения содержит дистилляционную колонну. 6. Система по п.3, где устройство разделения содержит фильтрационное устройство. 7. Система по п.3, в которой концентрированный гипертонический раствор содержит аммиак и гидроксид углерода в требуемом молярном соотношении, превышающем соотношение 1:1. 8. Система по п.3, дополнительно включающая устройство хранения гипертонического раствора в гидравлическом соединении с источником концентрированного гипертонического раствора. 9. Система по п.8, в которой устройство хранения гипертонического раствора включает по меньшей мере одну емкость. 10. Система по п.9, в которой устройство хранения гипертонического раствора содержится в контейнере, который дополнительно включает по меньшей мере одну емкость для хранения первого раствора и емкость для хранения разбавленного гипертонического раствора. 11. Система по п.3, в которой устройство полупроницаемой мембраны включает мембранный модуль, погруженный в резервуар. 12. Система по п.11, в которой резервуар включает зону первой концентрации и зону второй концентрации. 13. Система по п. 11, в которой мембранный модуль включает множество плоских листовых мембран. 14. Система по п.3, дополнительно включающая систему газовой очистки. 15. Система по п.3, дополнительно включающая устройство предварительной обработки в гидравлическом соединении с первым раствором, где устройство предварительной обработки содержит по меньшей мере один из следующих технологических блоков: ионного обмена, химического умягчения,нанофильтрации, удаления накипи и осаждения. 16. Система по п.3, дополнительно включающая солевой кристаллизатор в соединении с устройством разделения. 17. Система по п.3, дополнительно включающая по меньшей мере один из приборов: измеритель рН, ионный зонд, инфракрасный спектрометр Фурье и зонд расходомера, для отслеживания по меньшей мере одного из: первого раствора, концентрированного гидравлического раствора, разбавленных гипертонических растворенных веществ или потока растворителя. 18. Система по п.3, дополнительно содержащая источник низкопотенциального тепла в термическом соединении с устройством разделения.