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       從城市到鄉村,從生產到生活,如今的中國,在“雙碳目標”的指引下,綠色變革正在全面展開。 

       在這其中,高氨氮廢水的凈化一直是世界性的難題。氨氮廢水來源甚廣且排放量大,如石油、化工、制藥、化肥、冶煉、食品、焦化、垃圾填埋場等均可以產生大量高濃度氨氮廢水。大量氨氮廢水排入水體不僅引起水體營養化、造成水體黑臭,而且將增加給水處理的難度和成本,甚至對人群及生物產生毒害作用。因此,有效地處理高氨氮廢水是當前環境保護和綠色高質量發展的重要課題。 

PTFE中空纖維膜(簡稱PTFE膜)脫氨氮替代傳統工藝,降本增效實現 CO2 大幅減排

        傳統高氨氮廢水處理工藝有:生物法、吹脫汽提法、化學沉淀法、折點氯化法等,在實際應用中普遍存在氨氮處理濃度受限、運行費用高、能耗高、二次污染、性能不穩定等問題。 

      PTFE膜脫氨工藝為吸收、膜分離相結合的一種新技術,該項技術的出現,很好地解決了傳統工藝的弱點。PTFE膜脫氨技術工藝原理上與吹脫類似,首先調節廢水pH使其中絕大部分氨變成游離氨,同時采用硫酸等做吸收劑吸收從廢水中游離出來的氨以實現脫氨。

PTFE膜脫氨氮原理圖

 

         但與吹脫相比,PTFE膜脫氨微觀上將吹脫塔、吸收塔集于一體,故在外形上更加小型化;PTFE膜脫氨吹脫、吸收同時進行,且PTFE脫氨膜相對更加密閉,亦無需鼓入空氣,相較吹脫無二次污染;PTFE膜脫氨在低壓下進行,無需鼓風機等耗電設備,較吹脫節能明顯。以吹脫塔3個37kW·h鼓風機為例, PTFE膜脫氨氮工藝不用鼓風機而減少的電耗可實現255噸CO2/年的減排。(按中國電力平均碳排放水平 0.92kg/kW·h, 裝置按年工作2500小時計算)。

圖:PTFE膜脫氨與傳統技術的對比

        PTFE脫氨氮膜的高效能源于PTFE材料的優異性能。PTFE被稱為“塑料王”,通常用于不粘鍋涂層材料,其表面能低,不易污染和結垢,化學穩定性佳,耐強酸和強堿,且有很好的耐溫性和機械性能。與常用疏水膜材料如PP (聚丙烯)和PVDF(聚偏氟乙?。┑认啾?,疏水性最好,競爭優勢明顯。

 

      此外,由于PTFE材料本身強疏水、高強度、耐腐蝕、抗污染,PTFE膜因此也具有了使用壽命長、抗污染性強、可清洗再生等特點。這些都使得PTFE膜成為脫氨氮領域一股不可忽略的新勢力。 

PTFE膜凈化天然氣,成為實現海上平臺CCUS的關鍵技術

 

    除了在脫氨氮領域成效顯著,PTFE膜還被創新性地應用在凈化天然氣領域,并成為海上平臺CCUS的關鍵技術。

圖:PTFE膜脫氨氮和凈化天然氣的原理圖

 

CCUS即Carbon Capture,Utilization and Storage(二氧化碳捕集、利用與封存),是指將二氧化碳大型排放源所排放的二氧化碳進行捕集、壓縮后輸送并封存,或進行工業應用(如食品加工、離岸驅油及生產化學產品)以避免其排放到大氣中的一種技術。發展應用CCUS技術不僅有望為其實現碳減排目標提供更多可能性,而且還能夠為行業發展開拓更廣闊的空間。

 

具體而言,在深海天然氣開采領域,如果能在深海天然氣開采平臺上實現天然氣脫CO2,可較方便和經濟地將分離出來的CO2注入海底或地層用于石油驅采,在高壓狀態下,CO2以半固半液的超臨界態封存在海底或地層。但常規的天然氣脫CO2工藝使用吸收塔,塔太高太大無法安裝在海上平臺。PTFE膜凈化天然氣工藝裝置的尺寸是吸收塔尺寸的五分之一到二十分之一,同時膜組件可以橫布,裝置高度大幅降低,可實現海上平臺安裝與運行。

 


圖:PTFE膜凈化天然氣工藝與傳統工藝

PTFE膜發展歷史

1938 年首次發現 PTFE 樹脂。 PTFE 樹脂是所有氟塑料中用量最大的一種, 可作為機械工業的摩擦材料、 化學工業的防腐材料, 電氣工業絕緣材料、 醫用高分子材料等很多領域。>

 PTFE 分離膜是近幾十年內發展起來的新型膜材料,因為其具有優異的化學穩定性、熱穩定性, 被認為在環境領域和電子方面有廣闊的應用前景。PTFE 材料具有很好的化學惰性,但其“不溶不熔”的特點給膜的制備過程帶來極大的困難。20 世紀 60 年代,美國公司率先采用單向拉伸法制備出PTFE平板微孔膜,但此法在膜孔徑、孔隙率及強度控制上存在一定缺陷 。中國科學院大連化學物理研究所在2010年開始PTFE中空纖維膜的開發,目前已開發了具有自主知識產權的系列PTFE中空纖維膜產品,發表學術論文10余篇,申請發明專利近10項,曾榮獲中國膜工業協會科學技術獎一等獎、IChemE (英國化學工程師學會) Malaysia Awards for Oil and Gas Award和IChemE Global Awards with Highly Commended Research Project Award,在國內外受到廣泛關注和認可。開發的PTFE脫氨氮膜技術成功應用于中高濃度氨氮廢水脫除處理項目,完成國際上首套將PTFE中空纖維膜接觸器技術應用高氨氮廢水處理領域的工業案例, 包括中國科學網,中國科技網,新華網,經濟參考和中國化工報等40多家媒體進行了報道。

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