什么是納濾？

納濾 (NF) 是一種在眾多行業(yè)中被用于過(guò)濾液體的半透膜（一種超薄選擇性屏障）。納濾孔徑在1~10 nm之間，介于反滲透和超濾，是第二致密膜。納濾膜可提供多種構(gòu)型：最常見(jiàn)的是螺旋纏繞式，但自Pentair X-Flow于2013年推出以來(lái)，中空纖維式納濾膜一直在市場(chǎng)上占有較大份額。市場(chǎng)以有機(jī)聚合物納濾為主，同時(shí)也存在其它材料，包括陶瓷和纖維素。

 通過(guò)加壓推動(dòng)液體通過(guò)膜：直徑小于納濾膜孔徑的顆粒將會(huì)通過(guò)，而直徑大于納濾膜孔徑的顆粒則會(huì)被截留。顆粒不僅可以通過(guò)尺寸排阻被截留，還可能會(huì)根據(jù)它們的電荷或化學(xué)親和性選擇性吸引或排斥某些污染物，以膜表面化學(xué)效應(yīng)被截留。

 納濾可以提高水質(zhì)，并且它比反滲透 (RO) 能耗更低。對(duì)于處理一些不需要去除高鹽度的水來(lái)說(shuō)，納濾膜可以作為RO有效的替代膜，具有去除細(xì)菌、病毒、有機(jī)物和二價(jià)離子的能力。

水處理行業(yè)中納濾應(yīng)用

納濾最初用于石油和天然氣行業(yè)中硫酸鹽去除，但現(xiàn)在用于水處理行業(yè)，例如，水軟化、飲用水和處理大量工業(yè)廢水和鹽水。最近，納濾還被用于去除飲用水中出現(xiàn)的新興污染物。

納濾技術(shù)首先可以回收適合再利用的高質(zhì)量水，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，亦可通過(guò)回收其它資源（如，生物資源、礦物和化學(xué)品）而逐漸在市場(chǎng)上受到關(guān)注。此處，探討可以通過(guò)納濾技術(shù)回收的4種新興資源：鋰、靛藍(lán)染料、苛性鈉和再生肥料。

苛性鈉

苛性鈉，也被稱(chēng)為氫氧化鈉（NaOH），是一種多用途堿性鹽，可以腐蝕和溶解有機(jī)和無(wú)機(jī)材料。因此，它在各個(gè)行業(yè)中用于清潔、去脂和剝離過(guò)程。將苛性鈉排入廢水會(huì)對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康造成傷害：它會(huì)提高水體pH值，導(dǎo)致水體極度堿化。如果與某些化學(xué)物質(zhì)相互作用，它還會(huì)產(chǎn)生有毒和持久性副產(chǎn)品，例如，氯代烴。特別是在歐洲，由于烏克蘭戰(zhàn)爭(zhēng)造成的能源和天然氣價(jià)格上漲，苛性鈉供應(yīng)鏈變得越來(lái)越貴并具有挑戰(zhàn)性。

 由于廢棄苛性鈉中存在高濃度污染物，因此，通常不能在工業(yè)生產(chǎn)中再次使用。相反，排放時(shí)還需要添加其它化學(xué)物質(zhì)，如，鹽酸或硫酸，以中和堿性。然而，使用納濾技術(shù)，可以通過(guò)去除雜質(zhì)來(lái)回收和再利用廢棄的苛性鈉。這對(duì)終端用戶(hù)來(lái)說(shuō)有多重好處；可以輕松達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，最大限度地減少化學(xué)品投加和處理成本，并通過(guò)減少對(duì)新化學(xué)品的運(yùn)輸來(lái)減少工廠(chǎng)的碳足跡?？列遭c最大地區(qū)消費(fèi)者之一是南亞，該地區(qū)存在大量紡織業(yè)。在這里，苛性鈉溶液不僅用于清潔，還是紡織制造的關(guān)鍵部分，尤其是漂白處理過(guò)程中它可以提高棉纖維強(qiáng)度、光澤和染料親和性。

 NX Filtration已經(jīng)將其dNF40膜元件應(yīng)用于印度Jetput地區(qū)一座進(jìn)水含有大量紡織廢水的普通處理中（CEPT）中，以回收苛性鈉。這些dNF膜在極端pH值下具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，非常適合該處理工藝。另一個(gè)商業(yè)案例是Koch Separation Solutions（KSS），該公司為紡織、食品和飲料行業(yè)提供其Causti-COR納濾膜系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用螺旋式納濾膜，KSS聲稱(chēng)可以回收高達(dá)95%的苛性鈉以供再利用，并具有不到18個(gè)月的成本回收期。2020年，KSS還與孟加拉國(guó)Waste 3R Engineering + Solutions（W3RES）建立了合作伙伴關(guān)系，重點(diǎn)關(guān)注紡織行業(yè)中靛藍(lán)染料和苛性鈉的回收。

 鋰

隨著去碳化進(jìn)程加快，特別是電動(dòng)汽車(chē)和可再生能源存儲(chǔ)需求增加，鋰作為是一種重要的金屬，市場(chǎng)價(jià)值正在迅速提升。傳統(tǒng)鋰提取是一個(gè)巨大的污染過(guò)程，并且其供應(yīng)鏈?zhǔn)欠稚⒌摹?/span>

鋰主要從玻利維亞、阿根廷和智利（"鋰三角"）富含碳酸鋰的鹵水中開(kāi)采出來(lái)，然后運(yùn)輸?shù)戒嚇I(yè)大國(guó)——中國(guó)進(jìn)行加工和出口。隨著行業(yè)對(duì)更環(huán)保鋰資源的尋找，非傳統(tǒng)理源正變得越來(lái)越具有吸引力，如，從地?zé)?、石油和天然氣、采礦和海水淡化鹵水中回收。

 雖然與其它技術(shù)相比不完全適用于新興模式，但直接鋰提?。?/span>DLE）正在成為鋰業(yè)的主流。DLE提供了顯著的環(huán)境效益，如，減少水消耗和降低碳足跡。同時(shí)，與傳統(tǒng)蒸發(fā)池相比，可加快回收和濃縮的速度。

 上述這些優(yōu)點(diǎn)正在引領(lǐng)市場(chǎng)風(fēng)向，智利政府最近表示支持DLE而不是其它技術(shù)。與傳統(tǒng)鋰提取方法不同，DLE不使用需要長(zhǎng)達(dá)18個(gè)月的太陽(yáng)能蒸發(fā)池來(lái)濃縮鹵水，而是通過(guò)膜和離子交換等技術(shù)直接提取鋰。

 水行業(yè)各種NF供應(yīng)商，如，DuPont和Koch Separation Solutions等老牌企業(yè)，以及英國(guó)初創(chuàng)企業(yè)Evove，正在通過(guò)利用其膜組合的DLE工藝向鋰業(yè)進(jìn)軍。Evove的DLE解決方案之關(guān)鍵是其高選擇性鋰膜，加利福尼亞州和加拿大項(xiàng)目處于規(guī)劃階段，未來(lái)市場(chǎng)在拉丁美洲和澳大利亞。Evove的3D打印、陶瓷Separonics膜將分別在2024年和2025年進(jìn)行試點(diǎn)和商業(yè)化，同時(shí)，即將開(kāi)展的項(xiàng)目將使用納米過(guò)濾膜，其增強(qiáng)型氧化石墨烯涂層具有高鋰選擇性。在歐洲，DuPont與Vulcan能源公司合作，在德國(guó)上萊茵河谷測(cè)試并擴(kuò)大地?zé)猁u水DLE工藝研究。

再生肥料

肥料中關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)-——磷正在變得稀缺，引起了人們對(duì)長(zhǎng)期糧食安全的擔(dān)憂(yōu)。磷是一種有限資源，來(lái)自于磷礦開(kāi)采。隨著全球磷儲(chǔ)量減少，并局限于個(gè)別地區(qū)，供應(yīng)鏈也變得很脆弱。同時(shí)，這一珍貴營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)過(guò)度集中正對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞，通過(guò)富營(yíng)養(yǎng)化過(guò)程對(duì)水體造成嚴(yán)重污染。通過(guò)捕捉和回收這一營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)創(chuàng)造生物資源，可以同時(shí)解決兩個(gè)挑戰(zhàn)：糧食安全和環(huán)境退化。

 盡管納濾不是再生肥料生產(chǎn)的基本工藝，但它可以通過(guò)去除雜質(zhì)和濃縮消化液中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)創(chuàng)造更高質(zhì)量的產(chǎn)品。通過(guò)混凝-絮凝方法，原料會(huì)被殘留化學(xué)品污染，而納濾通過(guò)膜進(jìn)行物理分離而不是化學(xué)分離，從而避免了這一問(wèn)題。除了創(chuàng)造高質(zhì)量生物資源，為終端用戶(hù)創(chuàng)造利潤(rùn)外，排放水質(zhì)量也得到改善，生物固體處理成本也有所減少。

 美國(guó)初創(chuàng)公司ZwitterCo是該應(yīng)用的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者。作為超級(jí)過(guò)濾賣(mài)家，它的膜位于納濾和超濾之間、更偏向超濾一側(cè)。該膜是由極其疏水的高聚物制成，這使它們很適合去除大分子有機(jī)物，如，蛋白質(zhì)、脂肪和油脂。ZwitterCo生產(chǎn)膜在北美有各種案例，包括最近與Digested Organics合作，在北美最大的消化液-營(yíng)養(yǎng)物回收廠(chǎng)安裝其超濾膜。

靛藍(lán)染料

靛藍(lán)，是一種制造經(jīng)典牛仔褲的經(jīng)典染料，是全球紡織業(yè)的主力軍。眾所周知，紡織品制造需要大量用水，大量的靛藍(lán)染料隨之流失到廢水中。無(wú)論染料是合成的還是天然的，由于其購(gòu)買(mǎi)成本高，這種損失對(duì)紡織品制造商來(lái)說(shuō)是一種相當(dāng)大的浪費(fèi)。此外，廢水中的染料即使在低濃度水平也是有毒的，它污染了本就稀缺的淡水資源，從而通過(guò)阻礙陽(yáng)光進(jìn)入水體而抑制光合作用。

 紡織行業(yè)廢水的監(jiān)管越來(lái)越為嚴(yán)格，印度、孟加拉國(guó)和中國(guó)都在倡導(dǎo)零排放或最小液體排放。納濾技術(shù)不僅可以用于處理廢水，以便再利用，而且可以回收廢水中攜帶的染料。因此，這不僅可以減少最終用戶(hù)染料、排放和處理成本，還可以降低用水量，這在大多數(shù)紡織中心位于水資源匱乏地區(qū)的情況下尤為重要。

 染料去除是市場(chǎng)上大多數(shù)納濾膜的標(biāo)準(zhǔn)功能，但僅有一些市場(chǎng)參與者，包括NX Filtration，提供用于回收和再利用染料的方案。盡管Koch Separation Solutions也提供了靛藍(lán)回收系統(tǒng)，但其使用納濾技術(shù)僅用于染料去除，而超濾技術(shù)則用于回收。

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