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原创研究 反向溶质扩散助力正渗透浓缩藻酸盐
水业碳中和资讯 曹达啟,郝晓地等 / 时间:2022-06-21 10:57:58

慧聪水工业网6月21日讯:资源回收是未来污水处理技术的发展方向。藻酸盐是高附加值的生物聚合物,因其凝胶强度高、增稠性好、保水能力强、有生物相容性等特点,作为增稠剂、乳化剂、稳定剂、黏合剂、上浆剂等物质的生产原料,被广泛应用于食品、医药、纺织、印染、造纸、日用化工等行业。研究人员在研发污水处理技术过程中,发现好氧颗粒污泥(AGS)成粒过程以及成熟过程始终含有较高含量的藻酸盐,最高可达污泥干重的25%,然而,回收的藻酸盐溶液含水率高达99.8%。因此,脱水、浓缩是从AGS回收藻酸盐的主要瓶颈之一。

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传统方法通过添加乙醇、氯化钙、无机酸和其他化学试剂以沉淀、浓缩水中溶解的藻酸盐,该方法消耗大量化学试剂并带来二次污染。正渗透(FO)是一种新型的膜分离技术,可使藻酸盐回收过程中的工艺规模和操作成本大大降低。然而,驱动溶质反向扩散是制约FO技术发展的瓶颈之一,驱动溶质的反向溶质通量(RSF)会降低FO过程所需驱动力,导致水通量下降。同时,驱动溶质的反向扩散亦会污染原料液,并增加驱动液的消耗成本。驱动溶质的反向渗透在FO过程中无法避免,因此大量研究致力于减轻RSF。

有趣的是,我们发现FO过程中Ca2+的反向渗透对藻酸盐浓缩具有促进作用。驱动液中少量Ca2+透过FO膜,反向扩散至原料液侧,而原料液中待浓缩、回收的藻酸盐为一种高分子材料,可与Ca2+结合形成“蛋壳”结构并生成海藻酸钙(Ca-Alg),并注意到Ca-Alg可看作是一种新型的可回收纳米材料,亦是可回收的目标产品之一。

基于此,本研究提出一种利用驱动溶质反向扩散的新型FO浓缩、回收藻酸盐的方法,其中,驱动溶质的反向扩散不再是制约FO发展的瓶颈。本研究可为未来污水处理技术以及污水资源化提供思路,特别是污水藻酸盐的浓缩回收方向,成果于2021年7月发表在《Chemosphere》杂志,相关技术已获国家发明专利授权(专利号:ZL202010189536.8)。

结语

本研究提出了一种以钙盐为驱动剂,FO浓缩回收藻酸盐的新方法,其中,钙离子的反向扩散有利于藻酸盐的回收。料液侧FO膜上形成的浓缩物是藻酸钠与反向扩散的钙离子相互作用形成的藻酸钙,其亦是一种可回收的材料。随CaCl2浓度的增加,水通量显著增加;但SA浓度对水通量影响不大。待浓缩藻酸盐浓度一定时需要适量反向扩散的Ca2+,设计并制作新型的FO膜是未来研究的重点方向,同时,还应评估藻酸钠回收的经济潜力。

详情请参阅水业碳中和资讯 曹达啟,郝晓地等的论文