授权实质审查的生效IPC(主分类):B01D 61/00申请日:20140224专利申请权的转移IPC(主分类):B01D 61/00登记生效日:20151228变更事项:申请人变更前权利人:水通道蛋白有限公司变更后权利人:博通分离膜技术（北京）有限公司变更事项:地址变更前权利人:丹麦哥本哈根变更后权利人:100082 北京市海淀区西直门北大街60号首钢综合楼12A18室公开

　　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

　　本发明涉及一种水萃取系统，该水萃取系统包含一具有薄膜的流动槽；该薄膜包含一活性层及一支撑层，该活性层包含固定的水通道蛋白水道，并且该薄膜具有一进料侧及一非进料侧；及一水性来源溶液，该水性来源溶液与该薄膜的进料侧流体连通。

　　a)一流动槽(1)，所述流动槽包括薄膜(2)；所述薄膜包括一活性层(3)及一支撑层(4)，所述活性层包括固定的水通道蛋白水道，并且所述薄膜具有一进料侧(6)及一非进料侧(6)；以及

　　2.根据权利要求1所述的水萃取系统，其中，所述活性层是包含有水通道蛋白囊泡的交联的芳香族酰胺薄膜，所述囊泡是在水通道蛋白悬浮液存在的情况下通过两亲脂质或嵌段共聚物的自组合而形成的。

　　3.根据权利要求1或2所述的水萃取系统，其中，所述活性层是优选通过界面聚合而形成的交联的芳香族酰胺层，并且所述囊泡是由两亲脂质或三嵌段共聚物溶液形成的，所述两亲脂质或所述三嵌段共聚物溶液诸如是大豆磷脂或PMOXAa-PDMSb-PMOXAc共聚物，

　　4.根据权利要求1至3中任一项所述的水萃取系统，其中，所述水通道蛋白选自于植物水通道蛋白，例如SoPIP2；1；哺乳动物水通道蛋白，例如Aqp1；以及细菌的水通道蛋白，例如水通道蛋白-Z。

　　5.根据权利要求1至4中任一项所述的水萃取系统，其中，所述支撑层是一种聚砜或聚醚砜支撑薄膜。

　　6.根据权利要求1至5中任一项所述的水萃取系统，所述水萃取系统使用于高温工艺中。

　　7.根据权利要求1至5中任一项所述的水萃取系统，所述水萃取系统使用于高pH工艺中。

　　8.根据权利要求1至5中任一项所述的水萃取系统，所述水萃取系统使用于低pH工艺中。

　　9.根据权利要求1至8中任一项所述的水萃取系统，所述水萃取系统用于前向渗透(FO)，其中，所述薄膜的非进料侧用作抽吸侧；并且所述系统还包括：

　　c)一水性抽吸溶液(8)，所述水性抽吸溶液与所述薄膜的抽吸侧流体连通；以及选择性地

　　10.根据权利要求1至9中任一项所述的水萃取系统，所述水萃取系统还包含用以所述薄膜的再生或防污的工具，所述工具包括pH为约2至11的清洁流体，所述清洁流体选自于有机酸或螯合剂的溶液，所述有机酸诸如为柠檬酸，所述螯合剂诸如为EDTA。

　　11.根据权利要求1至10中任一项所述的水萃取系统，所述水萃取系统使用于灌溉施肥系统。

　　iii)一流动槽(1)，所述流动槽优选为交叉流动槽，所述流动槽具有一水通道蛋白薄膜，所述水通道蛋白薄膜优选为TFC-水通道蛋白薄膜(2)；

　　v)一经稀释的抽吸溶液，所述经稀释的抽吸溶液与所述薄膜的抽吸侧(8)流体连通；

　　vi)一选择性淡水源(14)，所述选择性淡水源用于额外稀释所述经稀释的抽吸溶液；以及

　　13.根据权利要求1至10中任一项所述的水萃取系统，所述水萃取系统使用于有机溶质的向上浓缩中，所述有机溶质诸如氨基酸、胜肽及蛋白质。

　　14.根据权利要求13所述的水萃取系统，所述水萃取系统实质上如图7至10中示出的。

　　15.根据权利要求1至8中任一项所述的水萃取系统，所述水萃取系统用于逆向渗透，其中，所述薄膜的非进料侧用作渗透物侧；且所述水萃取系统还包含：

　　16.根据权利要求15所述的水萃取系统，其中，所述来源溶液以约0.10米/秒至约0.30米/秒的交叉流动速度以及在约100磅/平方英寸至约130磅/平方英寸的压力下被泵送通过所述流动槽，所述交叉流动速度诸如约0.26米/秒，所述压力例如约125磅/平方英寸。

　　17.根据权利要求15和16所述的逆向渗透系统，所述逆向渗透系统包含下列特征(参考图4)：

　　18.根据权利要求17所述的逆向渗透系统，其中，该进料溶液具有呈砷酸形式的约0.005毫克/升至约20毫克/升的溶解的As含量，并且所述渗透物具有少于初始含量的约1％的溶解的砷含量。

　　19.根据权利要求17所述的逆向渗透系统，其中，该进料溶液具有约0.005毫克/升B至约20毫克/升B的溶解的硼含量，并且该渗透物具有少于初始含量的约50至20％的溶解的硼含量，诸如少于初始含量的25％。

　　20.根据权利要求17所述的逆向渗透系统，其中，所述进料溶液是一种来自乳品废水的RO渗透物，所述进料溶液具约10毫克/升至15克/升N或更少的呈尿素形式的总氮含量，并且所述渗透物具有少于原始含量的约50％的总溶解的氮含量。

　　21.根据权利要求9所述的用于前向渗透的水萃取系统，所述水萃取系统还包含所述经稀释的抽吸溶液的逆向渗透处理，呈抽吸溶液回收系统形式，诸如参照图5的逆向渗透回收。

　　22.根据权利要求1至8中任一项所述的水萃取系统，所述水萃取系统用于压力延迟渗透(PRO)，其中，所述薄膜的非进料侧用作抽吸侧；并且所述水萃取系统还包含：

　　f)用以提供抽吸溶液的工具，其中，所述抽吸溶液与所述薄膜的抽吸侧流体连通，其中，所述抽吸溶液包含天然海水或湖水渗透物，并且其中，所述工具包括一密闭的体积，所述密闭的体积允许压力呈势能的形式累积；

　　g)用以将来源溶液提供至所述薄膜的进料侧的工具，其中，所述来源溶液包括水，所述水的水活性比所述抽吸溶液的水活性高；以及

　　23.根据权利要求22所述的水萃取系统，其中，所述抽吸溶液选自于盐水源，诸如海水、咸水、碱湖水、死海水、盐液溶液及盐水。

　　24.根据权利要求22或23所述的水萃取系统，其中，所述来源溶液通过抽吸溶液的去盐而获得并且通过过剩的再生能源而产生。

　　25.根据权利要求1至10中任一项所述的水萃取系统，所述水萃取系统用于血液透析过程中使用过的超纯水的重复利用，其特征在于，使用过的透析液构成所述来源溶液。

　　26.根据权利要求25所述的水萃取系统，所述水萃取系统还包括使用浓缩的新鲜透析液作为抽吸溶液。

　　本发明涉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，本发明涉及一种用以从水源去除污染物的系统、用以使用肥料抽吸前向渗透(fertiliserdrawnforwardosmosis)而产生用于灌溉目的的经稀释的营养溶液的系统、用以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(pressureretardedosmosis)、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；以及用于去盐和/或能量生成而具有低碳排放或零碳排放的结合系统。

　　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肽(peptide，缩氨酸)溶液或有用的小有机化合物。

　　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，这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硼化 合物，并且其可在用于灌溉及饮用水的去盐水中引起问题；以及时常存在于天然的地面和地下水源中的砷化合物，例如在冲积平原及冰碛堆积中。

　　齐姆(Kim)等人于2012年在多种FO和RO水过滤实验中研究硼摒除，并已发现在FO模式中有约50至55％的最大硼残留。因此，此低硼过滤效率可需要多个过滤循环以在所产生的滤出液中获得想要的低硼含量。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硼或砷的系统，并且优选地使用较少过滤步骤或仅一个过滤步骤。此外，本发明的目的为提供一种适应于肥料抽吸前向渗透(FDFO)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，以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硼含量的最后肥料溶液，以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溉水。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。

　　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(6)；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、高盐摒除、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摒除、固有的低污染倾向、以及稳健的操作条件。

　　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；(2)是薄膜；以及(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硼溶质摒除百分比，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(5)上以及该活性层(3)在该薄膜的非进料侧(6)上。

　　图2显示出一用于从进料流的水萃取的前向渗透(FO)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；以及(9)是抽吸溶液浓缩单元(9)。

　　图3显示出一肥料抽吸前向渗透(FDFO)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，其可再循环以达成较高的稀释程度；(14)是用以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。

　　图4显示出一逆向渗透(RO)系统的示意图，其中：(18)是进料槽；(16)是泵；(17)是阀；(19)是渗透物以及(20)是渗透物槽。从泵经由流动槽并回至该阀的流是加压流。

　　图5显示出一用于去盐与抽吸溶液的再生以萃取产物水的前向渗透(FO)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；以及(25)无抽吸溶液溶质的去盐的产物水。

　　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(2)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)是泵；(27)是进料水流出；(28)是抽吸流，例如海水或盐水；(29)是泵；(30)是经稀释及加压的抽吸流；(31)是产生电力的涡轮机；(32)和(34)是减压的抽吸水；以及(33)是压力交换器以辅助加压该进入的抽吸流。

　　图7显示出一FO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，以保证在薄膜(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以搅拌在上部单元中的溶液；(46)是一线上监视系统，以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，其经设计以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泵；以及(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。

　　图8显示出经修改的FO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，以保证在薄膜(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O形环，以稳固及密封该流动槽；(44)是一选择性流动产生器以搅拌在该上部单元中的溶液；(46)是一线上监视系统，以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，其经设计以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泵；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(50)是一在薄膜(45)上之选择性的筛网支撑物，以提供稳定性。

　　图9显示出一在图8中的FO浓缩器的上部单元从上方观看的示意图，其中(51)是用以将上部与基础单元钳在一起的工具。

　　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(RO)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；(62)是去盐的水侧；(63)是去盐的水槽；(16)是泵；(17)是阀；(64)是盐溶液槽；(31)是产生电力的涡轮机；(65)是减压的稀释盐溶液的输出；(66)是减压的稀释盐溶液的返回流；以及(67)是新鲜盐溶液的输入。

　　本发明涉及一种使用RO和/或FO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硼的例如用于人类消耗的淡水源中去除硼污染物。当海水源是使用于去盐以产生灌溉水及适于饮用的水时，硼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以获得足够低的硼浓度。本发明的系统在仅有一次RO通过后于约中性pH下提供最高去除约65％在淡水源中溶解的硼，以及在FO工艺期间于中性pH下最高去除约75％，参照下列实施例1。另一个实施例为去除砷污染物，其中本发明的系统可在RO及FO过滤二者后去除约100％，参照下列实施例2。

　　最近，已经增加了对以去盐水取代来减少将淡水源用于农作物灌溉，及进一步对该灌溉水加入稀释的营养盐溶液(FDFO)兴趣。但是，使用可购得的FO薄膜诸如可从水井过滤器模组(Hydrowellfiltermodules)(水合科技公司(HydrationTechnologiesInc.))购得的薄膜具有相关联的缺点，该缺点主要为该营养盐(例如氯化钾)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(HydrationTechnologiesInnovations，LLC，Scottsdale，AZ)的平板三醋酸酯纤维素(CTA)薄膜)。想要具有尽可能低的Js以最小化有价值的营养素离子损失。于本文中我们显示出在FO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)，2MKCl溶液作为抽吸，及具有5M钙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：

　　该表明显地显示出可对钾盐KCl获得平均3.41[g/m2h]之一致的低逆向盐通量。

　　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，以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溉及施肥的淡水。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(Oresund)的相对低盐度(约10至15o/oo)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)。

　　我们已与来自美国加利福尼亚州的帕罗奥托市的美国国家航天局埃姆斯研究中心(NASAAmesfacilityinPaloAlto(CA，US))的科学家一起进行第一真实现场测试，其中，该系统包含一水通道蛋白薄膜。测试推断当与现存的前向渗透薄膜比较时，该包含特定TFC-水通道蛋白薄膜的水萃取系统显示出对尿素具有优异的摒除值(90％)，参考希尔和泰勒(2012)(Hill&Taylor(2012))。本发明的水萃取系统将通过再循环来自太空人的立即可提供的体液来促成降低在载人太空任务中所需要运输至太空的质量的主要成果。已推断根据本发明的水萃取系统非常接近满足在太空中对简单、重量轻及可信赖从体液中萃取出适于饮用的水的系统的需求。

　　在2012年5月时，来自水通道蛋白有限公司(AquaporinA/S)和美国国家航天局埃姆斯研究中心(NASAAmes)的科学家使用放大规模的TFC-水通道蛋白薄膜样品(500cm2)成功地重复在美国国家航天局埃姆斯研究中心的试验。放大规模的薄膜样品与初始样品相同地进行，从而证明该薄膜制造方法的稳定性。根据成功的第二测试，水通道蛋白有限公司和美国国家航天局埃姆斯研究中心研究如何产生用于太空的黄水重复利用的第一原型系统。

　　背景：许多工业流出物包括高浓度化合物，包括非极性溶质诸如尿素，其未通过去离子水方法或逆向渗透薄膜去除。该非极性溶质经常是化学稳定的，因此不容易通过UV杀菌方法破坏。现有技术的处理尿素废水通常包括二个步骤：第一，将尿素水解成氨和二氧化碳；以及第二，消除氨。现在的方法大部分依赖用于高强度尿素废水生物处理的厌氧条件。但是，所需要的硝化细菌具有慢的生长速率、小的可接受pH范围、以及经常由其它废水污染物(例如，双氰胺)抑制。本系统的优点为本系统以使用配备有具有固定水通道蛋白水道的薄膜的流动槽为基准，该薄膜在实验室规模下已显示出非常高的尿素去除，参照下列实施例7。此将消除对生物反应器技术的需求并且原则上允许简单式样翻新现在使用于尿素去除的现有单元操作(例如，抛光步骤)。

　　该水通道蛋白薄膜的高摒除及水通量性质及固有的低污染倾向使得将这些仿生薄膜使用进用于尿素去除的大规模工业系统中是可行的并且是有用的，其中，污染的可能和/或向上浓缩小中性溶质(例如尿素)的需求不容易由现在的基于薄膜的技术或其它技术实现。对尿素的高摒除让本发明的系统能够使用于处理包含高尿素量的废水流，诸如存在于来自乳品的加工用水中。在本发明的水萃取系统的一个具体实例中，该水通道蛋白薄膜(诸如包含固定水通道蛋白水道的TFC-薄膜)将与高渗透性抽吸溶液(例如海水，例如来自卡得加特海峡(Kattegat))一起使用，以从该废水流萃取出接近无尿素的水。此低能量水萃取系统将通过废水体积减少而有效地降低废弃成本。

　　在此系统中，组合着使用高渗透性或渗透压浓度抽吸溶液(诸如盐水)与水通道蛋白薄膜(诸如如于本文中所描述般制备的TFC薄膜)，以在前 向渗透工艺中向上浓缩水溶液。值得注意的水溶液包括顽固的废水流、医药及生物产物溶液及液体食品。典型的具体实例为用于向上浓缩宽分子尺寸范围的有机分子(诸如氨基酸及寡肽至包括膜蛋白的蛋白质)的系统，其正常通过离心浓缩器(例如使用Pierce浓缩器)浓缩至想要的程度，其可获得3K、10K、30K及100K截流分子量(MWCO)，以及其使用聚醚砜(PES)薄膜超微滤离心装置来浓缩及淡化生物样品。根据本发明的系统的优点包括非常温和的水萃取、低胜肽或蛋白质损失、浓缩从氨基酸至小胜肽至大膜蛋白的宽分子尺寸范围的能力、浓缩方法可控制及可自动化用于高生产量，与目前在市场上的离心浓缩器或通过真空干燥浓缩该样品溶液比较，但是，此经常接着严重的损失样品材料及额外的污染物。本发明的系统可设定使用具有用于单一用途的固定水通道蛋白薄膜或具有可去除的水通道蛋白薄膜的浓缩槽，如显示在图8中。因此，若该水通道蛋白薄膜可经去除例如用以净化，及重新装配进该槽中时，已建议可将如在下列实施例4及5中所描述的EDTA或柠檬酸处理施加至该薄膜，同时保有该系统的水萃取性质。

　　“抽吸溶液”意味着相对于进料溶液的渗透压具有较高渗透压的溶液。该抽吸溶液可包含一选自于下列的至少一种的抽吸溶质：可溶于水的无机化学物质及可溶于水的有机化学物质。该可溶于水的无机化学物质可包括下列的至少一种：A12(SO4)3、MgSO4、Na2SO4、K2SO4、(NH4)2SO4、Fe2(SO4)3、AlCl3、MgCl2、NaCl、CaCl2、NH4Cl、KCl、FeCl3、Al(NO3)3、Mg(NO3)2、Ca(NO3)2、NaNO3、NO3、NH4HCO3、KHCO3、NaHCO3、KBr及其相对的水合物；并且其中，该可溶于水的有机化学物质包括下列的至少一种：甲醇、乙醇、丙酮、葡萄糖、蔗糖、果糖、右旋糖、聚甲壳糖、树状分子(dendrimer)及2-甲基咪唑基底的化学物质。

　　“前向渗透”(FO)是一种渗透方法，其中，穿越半渗透薄膜的渗透压梯度造成从溶解的溶质中萃取出水。引起净水流通过薄膜的驱动力是来自相对于该进料溶液的渗透压具有较高渗透压的抽吸溶液。

　　如于本文中使用，用语“辅助式前向渗透”(AFO)(或“压力辅助式前向渗透”，PAFO)是指对该薄膜的进料侧施加机械压力以经由协同该渗透与液压驱动力来提高水通量的概念。

　　“逆向渗透”(RO)为一种经由半渗透薄膜，通过施加高于进料溶液的渗透压的机械压力对抗渗透压梯度从进料溶液萃取出水的方法。

　　“渗透压”为必需施加以防止溶剂从较低溶质浓度的溶液净流通过半渗透的薄膜至较高溶质浓度的溶液的压力。

　　溶液的渗透压根据该溶液中的颗粒量而定。对理想溶液来说，渗透压直接与重量摩尔浓度成比例。

　　“渗透压浓度”为测量每千克溶剂的渗透活性溶质的摩尔数(或渗透压摩尔(osmoles))，其表示为渗透压摩尔/kg。未分解的化合物的理想溶液的渗透压浓度等于重量摩尔浓度。

　　渗透压浓度典型藉由凝固点下降来测量。一渗透压摩尔/千克水溶液具有-1.858℃的凝固点。至于实施例：例如1摩尔糖在1千克水中的溶液降低凝固点1.858℃，然而该凝固点下降将由0.5摩尔在1千克水中获得。

　　“渗透压浓度”为测量每升溶液的溶质的渗透压摩尔。“渗透压”可使用下式通过渗透压浓度计算：

　　如于本文中使用，“大豆磷脂(asolectin)”指为大豆卵磷脂碎片[IV-S]，其是高度纯化的磷脂产物，包括卵磷脂、脑磷脂、肌醇磷脂类及大豆油(同义字：偶氮植物凝血素(azolectin))。

　　如于本文中使用，“嵌段共聚物”指为具有亲水性(A或C)与疏水性(B)嵌段二者之薄膜形成或囊泡形成二及三嵌段共聚物；该二嵌段共聚物是能够形成双层的A-B或C-B类型，并且该三嵌段共聚物是自组合形成单层的A-B-A或A-B-C类型，其中，全部薄膜都在中间具有该疏水层。有用的二嵌段共聚物的实施例和有用的三嵌段共聚物的实施例是在美国专利案号5,364,633和下列(全部来自供应商共聚物资源公司(PolymerSource))中公开：

　　其中，EO-嵌段-DMS-嵌段代表聚(二甲基硅氧烷-嵌段-环氧乙烷-嵌段)、EO-嵌段-BO-嵌段代表聚(环氧丁烷-嵌段-环氧乙烷-嵌段)、以及 MOXA-嵌段-DMS-嵌段-MOXA-嵌段代表聚(2-甲基-唑啉-嵌段-二甲基硅氧烷-嵌段-2-甲基唑啉)。

　　如于本文中使用，“薄膜-复合物”或(TFC)薄膜是指具有额外的水通道蛋白组分的薄膜的薄膜活性层，该层系使用胺反应物制备，优选为芳香族胺，诸如二胺或三胺，例如在水溶液中的1,3-二胺苯(间-苯二胺99％，例如，如从西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich)购买)；以及卤化酰反应物，诸如二或三酰氯，较佳为芳香族卤化酰，例如溶解在有机溶剂中的苯-1,3,5-三羰酰氯(目录编号84270-84-8，均苯三甲酰氯(TMC)，98％，例如，如从西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich)购买)，其中，该反应物系在界面聚合反应中结合，参照US4,277,344，其详细地描述出聚酰胺薄膜的形成是在多孔薄膜(例如聚醚砜薄膜)支撑物的表面处形成。更特别是，苯-1,3,5-三羰酰氯可溶解在溶剂中，诸如C6-C12烃，包括己烷(99.9％，费世尔化学公司(FisherChemicals))、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷等等(直链或分枝的烃)；或其它低芳香烃溶剂，例如IsoparTMGFluid，其是从石油基底的原料在触媒的存在下以氢处理产生一低气味流体而制造，其主要组分包括异烷烃。IsoparTMGFluid：化学名称：烃，C10-C12，异烷烃，2％芳香烃；目录编号：64742-48-9，化学名称：石油脂(石油)，经氢化处理的高沸点(来自埃克森美孚化工公司(ExxonMobilChemical))。反应物1,3-二胺苯的代用品包括二胺，诸如己二胺等等；以及反应物苯-1,3,5-三羰酰氯的代用品包括二酸氯、己二酰氯等等，如在本技术领域中已知。为了制得薄膜复合物层的活性层，在界面聚合发生前，将促进水运输的额外组分于本文中是水通道蛋白水道加入至该反应物溶液。该组分可参与或可不参与该反应，但是优选地对该反应呈惰性及在所形成的薄膜中变成固定。于本文中，该水通道蛋白水道优选地包括在由两亲化合物形成的囊泡中，诸如蛋白脂质体(proteoliposomes)及蛋白质高分子液胞(proteopolymersomes)。

　　如于本文中使用，“蛋白脂质体”是典型具有脂质对蛋白质比率(LPR，基于摩尔计算)在25至500之间的囊泡，诸如约100至约200。

　　如于本文中使用的，“蛋白质高分子液胞”是典型具有聚合物对蛋白质比率(POPR，基于摩尔浓度计算)在25至500之间的囊泡，诸如当使用三嵌段共聚物时约50至约100；及聚合物对蛋白质比率在25至500间，诸如当使用二嵌段共聚物时约100至约200。

　　如于本文中使用，“水通道蛋白薄膜”是指一包含固定的水通道蛋白水道的活性层和支撑层的薄膜。在该水通道蛋白薄膜中，该水通道蛋白水道经固定、或多或少地埋入、或部分埋入或甚至支撑在该活性层中或上。该活性层优选地与支撑层(诸如典型聚砜或聚醚砜支撑薄膜)紧密接触而产生。

　　在一个具体实例中，该薄膜包含一活性层，该活性层是一包含水通道蛋白水道的薄膜复合物(TFC)层。

　　在支撑薄膜(平板或中空纤维)的表面上形成呈薄膜层形式如在现有技术中已知的分离层对水运输机构造成改变。取代通过正常扩散通过支撑薄膜的孔洞发生水运输，发生另一种通过薄膜层的水运输形式，如通过逆向渗透薄膜的形式已知，其中薄膜渗透性是限制。该薄膜分离层的无孔性本质造成水需要“跳跃扩散”运输，如科特莱恩斯基(Kotelyanskii)等人在1998年描述的。因此，水薄膜的薄膜改质主要已在逆向渗透中发现用途，其中需要静水压力以强迫水通过该薄膜，以及所获得的优点在于改良在欲过滤的水中的不想要的溶质之分离。这些用于逆向渗透的已知的薄膜有效地具有100-200纳米厚度且由多孔材料支撑的无孔层。在这些薄膜中的水渗透发生扩散过程来通过该无孔层，该扩散过程例如通过间隙空间的显露与消失来建立。在本文的系统中所使用的活性层通过具有水通道蛋白水道并入薄膜层中使其成为薄膜复合物(TFC)层，其相对于现有技术的薄膜具有进一步改良。并入该水通道蛋白具有加入的优点，其提供选择性水 运输通过其具有直径在最窄通道处仅有2.4埃的孔洞(AqpZ孔洞，参照王(Wang)等人2005)，于此发生有效率的单一纵列水运输。

　　在进一步具体实例中，该水通道蛋白水道在并入TFC层中之前并入囊泡中。在进一步具体实例中，囊泡是脂粒或高分子液胞，该水通道蛋白水道并入该囊泡中。在进一步具体实例中，该脂粒是通过脂质制备的，诸如DPhPC、DOPC、混合的大豆油脂、大豆磷脂或混合大肠杆菌的脂质。在进一步具体实例中，该高分子液胞包含亲水性-疏水性-亲水性(A-B-A或A-B-C)类型的三嵌段共聚物，或亲水性-疏水性类型(A-B)的二嵌段共聚物。

　　该水通道蛋白水道优选为AqpZ通道，但是原则上，全部的水选择性水通道蛋白在本发明中都是有用的，诸如例如水通道蛋白Z(AqpZ)、Aqp1、GlpF或SoPIP2；1。在进一步具体实例中，该水通道蛋白水道是AqpZ通道或SoPIP2；1水道。

　　在进一步具体实例中，该TFC层是经由二胺或三胺的水溶液与二酰基卤化物或三酰基卤化物在有机溶剂中的溶液的界面聚合而形成的，并且其中，该水通道蛋白水道囊泡并入该水溶液中。

　　该薄膜可由Zhao，Y.等人(2012年)所描述般制造。如于本文中使用，“流动槽”代表具有进料隔间及非进料隔间的过滤器(或薄膜)模组。该流动槽可适应用于RO，例如具有一进料溶液输入及一渗透物输出；或该流动槽可适应于FO，其中，在该槽的一侧上安装用于进料溶液的输入及输出以允许与该薄膜流体连通，及在该槽的相对侧上安装用于抽吸溶液的输入及输出以允许与该薄膜的相反侧流体连通。有用的流动槽的实施例包括来自美国华盛顿的司得力科技集团公司(SterlitechCorp，WA，US，的下列：

　　此槽可具有RO上部或FO上部。将尺寸13.5cm×19cm的薄膜安装进SEPACFII槽中。

　　“受损的地下水”在本文中与用语“污染地下水”及“经污染的地下水”同义地使用，此用语全部已由本领域的技术人员所熟知。

　　薄膜污染可造成通量递减并影响水萃取过程的品质。弄脏程度可由诸如测量通过在该水萃取系统的特定点处测量进料及抽吸溶液的流速决定的通量递减来控制。用于水萃取的系统还可包括用于维持目的的工具，诸如用以引进空气或清洗溶液或诸如用以使用物理和/或化学清洗技术的工具。该用以清洗该水萃取系统的薄膜的物理方法包括正向冲洗及逆向冲洗、返洗、空气冲洗(亦称为空气冲刷(airscouring))及海绵球清洁(阿尔-阿曼迪(Al-Amoudi)2007年)。在一个具体实例中，该水萃取系统可通过将泡沫引进用于空气冲刷的清洁溶液来清洁。

　　关于化学清洁，阿尔-阿曼迪等人(2007年)提供用于纳米过滤薄膜的清洁系统之总览；及波斯丽(Porcelli)等人(2010年)提供适于饮用的水薄膜的化学清洁的回顾。清洁试剂的一个实施例为柠檬酸，其可提供缓冲并具有螯合能力。此外，柠檬酸可通过去除来自污垢层的无机物而破坏生物膜形成。清洁剂的第二实施例为EDTA(乙二胺四醋酸)，其通常对金属诸如钙提供螯合能力并分散无机物。

　　由于水通道蛋白薄膜的坚固性，本发明的水萃取系统在不同pH及温度条件下系有用的，其可容许pH值低如2及高如11及温度高如65℃及低如10℃。在非常高和非常低pH以及温度进料值期间，水通量变成可逆地减低，以便该薄膜恢复其高的初始性能，参照下表：

　　在CF042槽中使用TFC-AqpZ薄膜在高进料pH下及低进料pH下的FO实验结果：

　　在上表中的结果明确地显示出该FO系统具pH敏感性及pH耐受性，并且该薄膜性能如通过水通量(Jw)、逆向盐通量(Js)及钙黄绿素摒除(RCa)测量，其在中性pH下是可逆的。所计算的Js/Jw值基于平均值并且通常在所测试的全部pH值下显示出一致的薄膜性能。因此，本发明的进一步的目的为提供在约pH2至约pH11的pH范围内具有稳定性能的水萃取系统，如由Js/Jw值定义。在特别的方面中，本发明提供一种使用在低pH工艺中的水萃取系统，诸如低pH前向渗透工艺，诸如在pH低于6、5、4或3下的工艺。在进一步特别的方面中，本发明提供一种使用在高pH工艺中之水萃取系统，诸如高pH前向渗透工艺，诸如在pH大于8、9、10或11下的工艺。

　　此外，本发明的水萃取系统具耐热性。但是，已发现在10℃和65℃下操作具有一冲击性FO性能。在65℃下，高水通量伴随着较高的逆向盐通量值。在10℃下操作产生较低的水通量及高残留。在50℃下操作获得水通量及盐摒除值，其可与在22℃下使用P8061作为两亲囊泡形成材料 (两亲物)的TFC-水通道蛋白薄膜和在该进料溶液包含溶解的钙黄绿素作为微量材料的系统中的参考系统的性能标准比较。最后，已发现将薄膜曝露至10℃及65℃约1200分钟不会对该薄膜造成任何损伤，并且该系统的连续标准FO操作无负面影响。结果系提供在下表中：

　　在CF042槽中使用TFC-AqpZ薄膜在高进料温度下及低进料温度下的FO实验结果：

　　在上表中的结果明确地显示出FO系统具热敏感性及耐热性，并且该薄膜性能如通过水通量(Jw)、逆向盐通量(Js)及钙黄绿素摒除(RCa)来测量，其在室温下是可逆的。此外，在上表中基于平均值计算的Js/Jw值显示出该薄膜性能在10℃至65℃的区间中不受温度改变影响。因此，本发明的进一步目的为提供一种在该温度区间中具有稳定性能的水萃取系统，如由Js/Jw值定义。在特别的方面中，本发明提供一种使用于高温工艺的水萃取系统，诸如高温前向渗透工艺，诸如在温度大于30、40、50或60℃下之前向渗透工艺。

　　本发明通过下列实施例进一步阐明，这些实施方式不应该解释为限制本发明的范围。

　　根据下列方法，使用AqpZMw27233来制备1mg/ml大豆磷脂蛋白脂质体，及脂质对蛋白质比率(LPR)200：

　　1.将5毫升在CHCl3中的2mg/ml大豆磷脂(Mw786.11克/摩尔，西格玛(Sigma))的原料溶液填入50毫升玻璃蒸发小玻瓶中。

　　3.加入0.8ml缓冲溶液(1.3％辛基葡萄糖苷(OG)在PBS中，pH7.4)，以再水合在步骤2中于蒸发小玻瓶中所获得的薄膜。

　　4.在平台摇动器(海道尔夫(Heidolph)轨道平台摇动器Unimax2010或同等物)上，以最大最大功率转速(rpm)摇动小玻瓶，直到该脂质溶解。

　　5.将1.73毫克AqpZ加入包含氨基丁三醇(Tris)pH8、葡萄糖及OG的蛋白质缓冲液中，10mg/ml；及以200最大功率转速旋转小玻瓶15分钟，该Aqp是Z根据上述制备的。

　　6.慢慢加入9.03毫升PBS(pH7.4没有OG)，及以200最大功率转速摇动小玻瓶15分钟。

　　7.在干冰/40℃水浴上冷冻/融化该结合的溶液/悬浮液三次，以消除可能的多层结构。

　　8.加入250mg水合的Biobeads牌凝胶填料(SM2，来自伯乐公司(Biorad))及在4℃下以200最大功率转速旋转小玻瓶1小时以吸附清洁剂(OG)。

　　9.进一步加入250毫克水合的Biobeads牌凝胶填料及在4℃下以200最大功率转速旋转小玻瓶2至3天。

　　10.然后，通过用吸量管吸取掉悬浮液来去除含有吸附的OG之Biobeads牌凝胶填料。

　　11.使用挤压器挤压所获得的悬浮液通过200纳米聚碳酸酯过滤器约11次(诸如从至少1次至最高约22次)以获得呈囊泡(液体薄膜)悬浮液形式的均匀蛋白脂质体悬浮液。

　　取代使用Biobeads牌凝胶填料，可在典型的树脂管柱上去除清洁剂，诸如安伯莱特(Amberlite)XAD-2。

　　用于1mg/ml蛋白质高分子液胞，蛋白质对聚合物比率(POPR)50的方法

　　3.加入3.0毫升缓冲溶液(1.3％O.G.；200mM蔗糖；10mM氨基丁三醇pH8；50mMNaCl)，以再水合在步骤2中于蒸发小玻瓶中所获得的薄膜。

　　4.在平台摇动器(海道尔夫轨道平台摇动器Unimax2010或同等物)上以200最大功率转速摇动该小玻瓶3小时，以获得溶解的共聚物。

　　5.将75微升AqpZ加入包含氨基丁三醇、葡萄糖及OG的蛋白质缓冲液中，及在200最大功率转速及4℃下旋转该小玻瓶过夜。

　　6.慢慢加入6.88毫升缓冲液(10mM氨基丁三醇pH8；50mMNaCl)，同时以移液管上下混合。

　　7.加入180毫克水合的Biobeads牌凝胶填料及以200最大功率转速旋转1小时。

　　8.加入210毫克水合的Biobeads牌凝胶填料及以200最大功率转速旋转1小时。

　　9.加入240毫克水合的Biobeads牌凝胶填料及在200最大功率转速4℃下旋转O.N.。

　　10.加入240毫克水合的Biobeads牌凝胶填料及在200最大功率转速4℃下旋转O.N.。

　　11.然后，通过用吸量管吸取掉悬浮液来去除含有吸附的OG的Biobeads牌凝胶填料。

　　12.使用挤压器挤压该悬浮液通过200纳米聚碳酸酯过滤器约21次(诸如从至少1次至最高约22次)以获得均匀的蛋白质高分子液胞悬浮液(囊泡)悬浮液。

　　囊泡：如上所述制备的蛋白质高分子液胞或蛋白脂质体，例如使用来自加拿大魁北克的共聚物资源公司的P8061-MOXZDMSMOXZ(聚(2-甲基唑啉-b-二甲基硅氧烷-b-2-甲基唑啉)与AqpZ(POPR50)

　　界面聚合是一种聚合反应，其发生在二种具有不同的溶解单体的不能相混合的液体间的界面处。这里，MPD是溶解在水中并加入囊泡。将多孔PES支撑薄膜例如来自Membrana公司GmbH的MICROPES1FPH或2FPH薄膜切割成矩形，例如5.5厘米×11厘米、13.5厘米×19厘米、或20厘米×25厘米，并将其浸泡在水溶液中，并将该表面干燥至仅足以具有水溶液填充孔洞的干燥表面。将TMC溶解在非极性溶剂(己烷或IsoparTM)中并施加至半干经浸泡的支撑薄膜表面。该MPD及TMC在二种液体间地界面处反应并形成高度交联的芳香族聚酰胺网状物。TMC与水反应以提供羧酸基团及HCl，因此该TMC在水相中分解。MPD容易地与TMC反应，因此其不远远扩散进非极性溶剂中。所产生的层是高度交联的芳香族聚酰胺薄膜，其埋入该支撑薄膜表面中具有的厚度大约是100纳米-700纳米。该囊泡因被捕捉或埋入该交联的聚酰胺薄膜中而变固定。

　　图4显示出一种用于水萃取与硼去除的系统，其使用沃斯凯德牌(Washguard)SST泵(16)和渗透槽(司得力科技牌(Sterlitech)CF042)用于RO过滤，其中，该槽保有5.7厘米×11.3厘米如于本文描述制备的 TFC-AqpZ薄膜，并且其中，该经硼污染的淡水进料源是通过将硼酸溶解在自来水中至约5mg/LB而产生，其中，该自来水具有平均含量187微克/升B、0.20微克/升As、113mg/LCa、pH＝7.5(来源：哥本哈根哈佛(HOFOR，Copenhagen)，2011年)，在RO操作模式期间，让该进料源在压力125磅/平方英寸下过滤通过该薄膜。所产生的渗透物可取样用于ICP-MS硼元素分析，例如根据永石和石川(Nagaishi&Ishikawa)(2009年)，其根据所获得的分析资料提供经计算的摒除范围是约45％至约55％摒除，可与由齐姆(Kim)等人2012年获得的结果比较。

　　图2显示出一种用于水萃取与硼去除的系统，其使用与在上述RO实验中相同的进料源及一在封闭线g/LNaCl于自来水中(如与进料相同的自来水源)的抽吸溶液。该FO系统使用适应用于FO模式的司得力科技牌CF042P渗透槽，其中该槽保有如于本文描述般制备之TFC-AqpZ薄膜，参照附图。该FO系统系以50.03ml/min与0.85cm/s相应的逆向流速度操作，并且测试薄膜对着抽吸的活性侧及薄膜对着进料溶液的活性侧。在1300分钟操作后，从抽吸溶液采取用于ICP-MS硼元素分析的样品，根据所获得的分析资料提供经计算的摒除范围是约60％至约85％，此表示在FO期间改良摒除的可能，与由齐姆等人2012所公告的结果比较。

　　所表列的结果是来自10个FO实验，其使用具有活性面积8.5cm×3.9cm如上所述制备的薄膜，并且在经调整的自来水中包含5mg/ml呈硼酸形式的硼的进料溶液，对上2MNaCl抽吸溶液：

　　此外，5个在进料溶液侧上具有活性薄膜层的逆向渗透实验显示出平均硼摒除值为50％±8％，其中，该进料溶液包含5mg/ml硼，如为在自来水中的硼酸，流速0.25m/s及施加压力8.62巴。

　　使用与在实施例1中所描述的相同的RO系统，除了在RO操作模式期间，让人工产生的5mg/LAs(将砷酸溶解在MilliQ牌水中及使用1NNaOH调整至pH9.5)的进料溶液于压力125磅/平方英寸下过滤通过该薄膜外。所产生的渗透物可取样用于ICP-MS砷元素分析，例如如由格鲁瑟(Grosser)(2010年)所描述的，根据所获得的分析资料提供经计算的摒除范围系约100％摒除。

　　使用与在实施例1中所描述者相同的FO系统，除了使用5mg/LAs在MilliQ水中，pH9.5之进料溶液，及2MNaCl在MilliQ水中的抽吸溶液外。在1300分钟操作后，从抽吸溶液采取用于砷元素分析之样品用于ICP-MS分析。结果显示出根据所获得的分析资料，使用FO过滤(当使用TFC薄膜的活性侧对着抽吸溶液及使用TFC薄膜的活性侧对着进料溶液时)可获得约100％的经计算的砷摒除。

　　所表列的结果是来自10个FO实验，其使用具有活性面积8.5厘米×3.9厘米如上所述的制备的薄膜，并在调整至pH9.5的MilliQ牌水中包含5mg/L呈As2O3形式的砷的进料溶液，对上2MNaCl抽吸溶液：

　　此外，进行5个逆向渗透实验，其中，将相同薄膜类型的活性侧对着进料溶液配置，其中，该进料溶液系在调整至pH9.5的MilliQ牌水中包含5mg/L呈As2O3形式的砷，流速0.25m/s及施加压力8.62巴。这些实验一致地显示出平均砷摒除值98％±1％。

　　1.将塑胶测量圆筒(诸如具有直径1厘米及其类似尺寸，根据向上浓缩的体积而定)水密牢固，诸如以聚硅氧胶黏着或其它方面钳紧至具有相应的孔洞面积0.5cm2或3.14cm2的宝克力(Plexiglas)表面，其中该进料溶液将曝露至该薄膜。

　　3.如上所述般制备TFC-AqpZ薄膜，诸如使用1FPH支撑薄膜及用于高分子液胞的P8061两亲共聚物来制备，其中在上部的活性侧系黏着在该支撑物下，或以O形环水密牢固。

　　5.当该上部部分系与配置该管线的底部部分组合时，可加入额外的橡胶衬垫作为缓冲器，参照下列图7或8。

　　6.该模组现在连接至泵，诸如蠕动泵，其中，抽吸溶液系透通常以40ml/min的流动速度通过该系统再循环。使用2MNaCl在MilliQ水中作 为抽吸溶液所产生的渗透梯度来驱动水从该进料溶液在测量圆筒中移动至该抽吸溶液。

　　在此实施例中，将习知制得的胜肽GGGSGAGKT(可从卡斯罗药厂(CasloLaboratory)购得，如为冷冻干燥的三氟醋酸盐，分子量藉由MS测量系690.71，纯度98.87％)或氨基酸L-离胺酸(来自西格玛奥德里奇公司(SigmaAldrich)，分子量146.1克/摩尔，纯度97％))的浓缩进料溶液与等体积的拉瓦普牌(LavaPep)成套配方(来自该成套配方黏结至在胜肽中的离胺酸残基及于本文中也实验地使用来侦测自由态氨基酸)混合，及在室温下于暗室中培养1小时。该胜肽及L-离胺酸的侦测是在库比特牌试剂(QuBit)上完成且设定为“ssDNA”。ssDNA在库比特牌试剂(QuBit)上的侦测范围：激发：400-490纳米，500-645纳米；发射：570-645纳米。

　　标准曲线xTES缓冲液中，范围于1000至1微克/毫升内的6种不同浓度的胜肽/离胺酸，该等浓度系合适的，由于进料在向上浓缩期间获得浓缩约2至6倍。

　　定量：10微升浓缩溶液(2至5倍浓缩)+90微升10xTES缓冲液至在该稀释液中9.3x缓冲液+100微升成套配方处结束。

　　进料：200微克/毫升L-离胺酸(氨基酸实施例)，或在1xTES缓冲液中50微克/毫升-500微克/毫升胜肽，或在PBS缓冲液中500微克/毫升牛血清白蛋白(BSA)(0.303Osm)，使用作为蛋白质实施例

　　胜肽、蛋白质及L-离胺酸成套配方：拉瓦普牌(LavaPep)成套配方(萤光化合物：epicocconone(荧光材料)，黏结至离胺酸，并使用来定量在胜肽中的离胺酸残基)。优选地是，可使用HPLC定量离胺酸(及其它氨基酸)。

　　实验条件：大规模实验，在司得力科技(Sterlitech)CF042舱中使用1升进料及1升抽吸溶液

　　开始进料浓度[μg/ml]向上浓缩体积[倍]胜肽向上浓缩[倍]502.31.9

　　200565004.34.8结论：结果明确地显示出在该系统中，在少于20小时的前向渗透操作期间，该进料的L-离胺酸溶质可浓缩最高约6至7倍，以及对该进料胜肽溶液来说，这些可浓缩最高6倍，其中，该进料体积系以相同级数大小浓缩。

　　薄膜是如在上述实验部分中描述般制备并测试对抗以柠檬酸处理的坚固性。将该薄膜浸没在0.3％柠檬酸溶液中并留下浸泡15分钟(n＝3)。

　　在该浸泡工艺前及后，该薄膜以FO模式(具有5μM钙黄绿素进料及2MNaCl作为抽吸溶液)在CF042流动槽中运转900分钟。

　　如可从表中看见，该处理不负面影响水通量并且该钙黄绿素摒除维持在非常高程度下。

　　薄膜系如在上述实验部分中所描述般制备并测试对抗以EDTA处理之坚固性。该薄膜浸没在0.8％EDTA溶液中并留下浸泡15分钟(n＝3)。

　　在该浸泡工艺前及后，该薄膜系以FO模式(具有5μM钙黄绿素进料及2MNaCl作为抽吸溶液)在CF042流动槽中运转900分钟。

　　如可从表中看见，该处理不负面影响该水通量并且该钙黄绿素摒除维持在非常高程度下，此指示出完整的薄膜。

　　在此实施例中，根据本发明在前向渗透水萃取系统中测试肥料抽吸前向渗透(FDFO)的原理，其目标为研究通常包含在肥料中的植物营养盐的摒除速率及可达成的水通量值。

　　通过将来自丹麦农业公司(DanishAgro)具有下列组成物的干NPK颗粒溶解在水例如自来水或MilliQ水中来制备66.62克/升的浓营养溶液： 总N14.0％、硝酸盐-N5.7％、铵-N8.3％、磷(柠檬酸盐及可溶于水)3.0％、钾(可溶于水)15.0％、镁总共2.5％、硫总共10.0％及硼总共0.02％。

　　参照图3，该系统包含一海水进料源(10)，该水系取样自哥本哈根的厄勒海峡接近海岸的杜伯(Tuborg)港处，该水具有大约盐度约8.7克/升；(13)是一含有如上所述制备的浓肥料溶液的容器(选择性安装有磁搅拌子或其类似物)；(1)是司得力科技牌(Sterlitech)CF042流动槽，其具有如在上述实验部分中所描述使用P8061共聚物所制备的TFC-AqpZ薄膜(活性面积0.003315m2)；(12)是含有部分稀释的肥料溶液的容器，其中，该肥料溶液可再循环以达成较高的稀释程度；(14)是用于肥料溶液的稀释程度的最后调整的额外淡水池(可使用正常自来水)；(11)是浓缩的进料流，例如向上浓缩的海水；(15)是准备好使用之经稀释的肥料溶液。该系统最初将运转约900分钟及预计产生足够稀释准备好使用或准备好在进一步稀释后使用的植物营养溶液，参照图3及于此对图3的说明。

　　参照图4，该系统包括含有乳品程序用水的进料槽(18)，其具有总N在45mg/L至75mg/L间，与约110mg/L尿素相应；(16)是泵；(17)是阀；(19)是渗透物及(20)是渗透物槽。来自泵(沃斯凯德牌(Washguard)SST)通过司得力科技牌(Sterlitech)CF042流动槽及回至阀的流动是经加压125磅/平方英寸的流动，及相交流动速度系0.26cm/s；剩余流动是未加压的流动。尿素的渗透物含量预计减低至少50％。

　　参照图5，该系统包括进料流(21)，其具有与上述在(18)中相同的组成物；(1)是司得力科技牌(Sterlitech)CF042P流动槽，其含有如在上述实验部分中所描述般制备的水通道蛋白薄膜(2)；(22)是浓缩的进料流；(23)是浓抽吸溶液；(8)抽吸溶液，例如35g/LNaCl在自来水中，与典型的卡得加特海峡盐度相应，其与该流动槽流体连通；(24)经稀释的抽吸溶液；(9)抽吸溶液回收系统；及(25)无抽吸溶液溶质的去盐产物水。进料及抽吸流均是以相对流模式在流动速度50.03ml/min下泵过该流动槽。在此系统中，所产生的尿素摒除预计系约75％。

　　此实施例显示出使用该水萃取系统从再生源储存能量，诸如来自日光、风、潮汐、波及地热的能量(即，绿色能量)。这些能量来源其本质经常系间歇性及对储存此能量的系统有高度需求。

　　能量以如在此实施例中所描述的盐梯度储存可与普通使用在电能过多期间将水泵至较高程度的场所(诸如山)的方法比较。当需要的电能高于产生容量时，使用水的势能来驱动涡轮机。然而，此已知的技术容易应用在山区，但无法应用在低高度区域或近海。

　　根据此实施例的系统，由(近海)风车、波动力、太阳能电池或任何其它再生能源生成的能量可贮存如为盐梯度。

　　参照图11，若再生能源产生更多超过栅极可接纳的电能时，该能量可使用来通过逆向渗透方法浓缩水溶液，诸如海水或甚至废水。全部所需要者为一用于盐溶液(64)的贮存器(其最简单的形式可系海洋)、一用于去盐水的贮存器(63)、一由过剩的电能运转的压力输送泵(16)，及一含有渗透薄膜(2)的流动槽(1)。该压力梯度迫使淡水(去盐海水)加压通过薄膜，留下浓缩的盐水。

　　有时，若需要更多超过该再生能源可产生的电能时，该方法可使用压力延迟渗透(PRO)来倒转。在此方法中，在盐溶液侧(61)与去盐水侧(62)之间的盐梯度在渗透薄膜上产生水压。因为盐无法通过薄膜但是水可以，水将通过薄膜朝向较高盐度(较高盐浓度)因此产生水压，其然后可通过发电机(31)转化成电能。依减压的稀释盐溶液的盐度而定，该流可流回(经由66)至盐溶液槽(64)或让其流出系统。输入(67)可以新鲜供应的盐溶液来供应该系统。

　　此实施例显示出将本发明的水萃取系统使用于透析液的后处理，参照图1。该透析液是一种经稀释的无机离子及葡萄糖水溶液，其典型在血液透析期间以与来自患者的血液相对的流通过中空纤维超微滤模组来进行。山姆(Sam)等人(2006年)揭示出血液透析物的组成物及临床用途。透析液将穿越超微滤薄膜来维持足够关于必需从血液去除的溶质，诸如尿素；降解产物，诸如硫酸吲哚酚及对-甲酚；及过量的钾及磷的浓度梯度，因此维持透析效率。为此目的，需要大量超纯水，每周立即要提供约400升的水。描述于本文的水萃取系统在重复利用此超纯水的系统中是有用的，诸如在封闭回路中，该超纯水在使用于血液透析后(例如在藉由通过血液透析过滤器从血液吸收废弃物质诸如尿素后)，该(经稀释)使用过的透析液当其通过进一步薄膜模组，即，包含水通道蛋白薄膜的流动槽(1)时可作用为来源溶液(7)，并且其中，浓缩的新鲜透析液(透析流体)可作用为抽吸溶液。理想上，该浓缩的透析物可足够地稀释以便直接使用于连续血液透析。此可通过在包含水通道蛋白的薄膜的进料侧上施加轻微的压力来实现(使用辅助式前向渗透的概念)。在此方法中，仅从经污染的、使用过的透析液中萃取出纯水，并且此萃取出的纯水是使用作为其它方面需要补充新的超纯水以用于透析浓缩物的稀释的置换。