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江苏科恒水处理工程有限公司
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纳滤技术可回收的4种资源
来源: | 作者:jskh1234 | 发布时间: 2023-09-14 | 547 次浏览 | 分享到:

什么是纳滤?

纳滤 (NF) 是一种在众多行业中被用于过滤液体的半透膜(一种超薄选择性屏障)。纳滤孔径在1~10 nm之间,介于反渗透和超滤,是第二致密膜。纳滤膜可提供多种构型:最常见的是螺旋缠绕式,但自Pentair X-Flow于2013年推出以来,中空纤维式纳滤膜一直在市场上占有较大份额。市场以有机聚合物纳滤为主,同时也存在其它材料,包括陶瓷和纤维素。

 通过加压推动液体通过膜:直径小于纳滤膜孔径的颗粒将会通过,而直径大于纳滤膜孔径的颗粒则会被截留。颗粒不仅可以通过尺寸排阻被截留,还可能会根据它们的电荷或化学亲和性选择性吸引或排斥某些污染物,以膜表面化学效应被截留。

 纳滤可以提高水质,并且它比反渗透 (RO) 能耗更低。对于处理一些不需要去除高盐度的水来说,纳滤膜可以作为RO有效的替代膜,具有去除细菌、病毒、有机物和二价离子的能力。

 

 




水处理行业中纳滤应用

纳滤最初用于石油和天然气行业中硫酸盐去除,但现在用于水处理行业,例如,水软化、饮用水和处理大量工业废水和盐水。最近,纳滤还被用于去除饮用水中出现的新兴污染物。

纳滤技术首先可以回收适合再利用的高质量水,符合循环经济理念,亦可通过回收其它资源(如,生物资源、矿物和化学品)而逐渐在市场上受到关注。此处,探讨可以通过纳滤技术回收的4种新兴资源:锂、靛蓝染料、苛性钠和再生肥料。

苛性钠

苛性钠,也被称为氢氧化钠(NaOH),是一种多用途碱性盐,可以腐蚀和溶解有机和无机材料。因此,它在各个行业中用于清洁、去脂和剥离过程。将苛性钠排入废水会对环境和人类健康造成伤害:它会提高水体pH值,导致水体极度碱化。如果与某些化学物质相互作用,它还会产生有毒和持久性副产品,例如,氯代烃。特别是在欧洲,由于乌克兰战争造成的能源和天然气价格上涨,苛性钠供应链变得越来越贵并具有挑战性。

 由于废弃苛性钠中存在高浓度污染物,因此,通常不能在工业生产中再次使用。相反,排放时还需要添加其它化学物质,如,盐酸或硫酸,以中和碱性。然而,使用纳滤技术,可以通过去除杂质来回收和再利用废弃的苛性钠。这对终端用户来说有多重好处;可以轻松达到排放标准,最大限度地减少化学品投加和处理成本,并通过减少对新化学品的运输来减少工厂的碳足迹。苛性钠最大地区消费者之一是南亚,该地区存在大量纺织业。在这里,苛性钠溶液不仅用于清洁,还是纺织制造的关键部分,尤其是漂白处理过程中它可以提高棉纤维强度、光泽和染料亲和性。

 NX Filtration已经将其dNF40膜元件应用于印度Jetput地区一座进水含有大量纺织废水的普通处理中(CEPT)中,以回收苛性钠。这些dNF膜在极端pH值下具有较强的稳定性,非常适合该处理工艺。另一个商业案例是Koch Separation Solutions(KSS),该公司为纺织、食品和饮料行业提供其Causti-COR纳滤膜系统。该系统使用螺旋式纳滤膜,KSS声称可以回收高达95%的苛性钠以供再利用,并具有不到18个月的成本回收期。2020年,KSS还与孟加拉国Waste 3R Engineering + Solutions(W3RES)建立了合作伙伴关系,重点关注纺织行业中靛蓝染料和苛性钠的回收。

 

随着去碳化进程加快,特别是电动汽车和可再生能源存储需求增加,锂作为是一种重要的金属,市场价值正在迅速提升。传统锂提取是一个巨大的污染过程,并且其供应链是分散的。

锂主要从玻利维亚、阿根廷和智利("锂三角")富含碳酸锂的卤水中开采出来,然后运输到锂业大国——中国进行加工和出口。随着行业对更环保锂资源的寻找,非传统理源正变得越来越具有吸引力,如,从地热、石油和天然气、采矿和海水淡化卤水中回收。

 虽然与其它技术相比不完全适用于新兴模式,但直接锂提取(DLE)正在成为锂业的主流。DLE提供了显著的环境效益,如,减少水消耗和降低碳足迹。同时,与传统蒸发池相比,可加快回收和浓缩的速度。

 上述这些优点正在引领市场风向,智利政府最近表示支持DLE而不是其它技术。与传统锂提取方法不同,DLE不使用需要长达18个月的太阳能蒸发池来浓缩卤水,而是通过膜和离子交换等技术直接提取锂。

 水行业各种NF供应商,如,DuPontKoch Separation Solutions等老牌企业,以及英国初创企业Evove,正在通过利用其膜组合的DLE工艺向锂业进军。EvoveDLE解决方案之关键是其高选择性锂膜,加利福尼亚州和加拿大项目处于规划阶段,未来市场在拉丁美洲和澳大利亚。Evove3D打印、陶瓷Separonics膜将分别在2024年和2025年进行试点和商业化,同时,即将开展的项目将使用纳米过滤膜,其增强型氧化石墨烯涂层具有高锂选择性。在欧洲,DuPontVulcan能源公司合作,在德国上莱茵河谷测试并扩大地热卤水DLE工艺研究。


再生肥料

肥料中关键营养物质-——磷正在变得稀缺,引起了人们对长期粮食安全的担忧。磷是一种有限资源,来自于磷矿开采。随着全球磷储量减少,并局限于个别地区,供应链也变得很脆弱。同时,这一珍贵营养物质过度集中正对生态系统造成严重破坏,通过富营养化过程对水体造成严重污染。通过捕捉和回收这一营养物质来创造生物资源,可以同时解决两个挑战:粮食安全和环境退化。

 尽管纳滤不是再生肥料生产的基本工艺,但它可以通过去除杂质和浓缩消化液中的营养物质来创造更高质量的产品。通过混凝-絮凝方法,原料会被残留化学品污染,而纳滤通过膜进行物理分离而不是化学分离,从而避免了这一问题。除了创造高质量生物资源,为终端用户创造利润外,排放水质量也得到改善,生物固体处理成本也有所减少。

 美国初创公司ZwitterCo是该应用的市场领导者。作为超级过滤卖家,它的膜位于纳滤和超滤之间、更偏向超滤一侧。该膜是由极其疏水的高聚物制成,这使它们很适合去除大分子有机物,如,蛋白质、脂肪和油脂。ZwitterCo生产膜在北美有各种案例,包括最近与Digested Organics合作,在北美最大的消化液-营养物回收厂安装其超滤膜。


靛蓝染料

靛蓝,是一种制造经典牛仔裤的经典染料,是全球纺织业的主力军。众所周知,纺织品制造需要大量用水,大量的靛蓝染料随之流失到废水中。无论染料是合成的还是天然的,由于其购买成本高,这种损失对纺织品制造商来说是一种相当大的浪费。此外,废水中的染料即使在低浓度水平也是有毒的,它污染了本就稀缺的淡水资源,从而通过阻碍阳光进入水体而抑制光合作用。

 纺织行业废水的监管越来越为严格,印度、孟加拉国和中国都在倡导零排放或最小液体排放。纳滤技术不仅可以用于处理废水,以便再利用,而且可以回收废水中携带的染料。因此,这不仅可以减少最终用户染料、排放和处理成本,还可以降低用水量,这在大多数纺织中心位于水资源匮乏地区的情况下尤为重要。

 染料去除是市场上大多数纳滤膜的标准功能,但仅有一些市场参与者,包括NX Filtration,提供用于回收和再利用染料的方案。尽管Koch Separation Solutions也提供了靛蓝回收系统,但其使用纳滤技术仅用于染料去除,而超滤技术则用于回收。

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