重金属污染综合解决方案提供商
赛恩斯环保
Science Environmental
科技资讯
2023年第12期
总第40期
企业文化
2023年第12期
科技资讯
2023年12月 第12期
经营理念:
持续满足客户需求
企业目标:
重金属污染防治领域的领航者
核心价值观:
艰苦奋斗 共创共享
企业精神:
专业 创新 务实 高效
人才理念:
人品第一 德才兼备
政策法规
目录
CONTENTS
· 图说发布会 | 生态环境标准50年
· 15个研究方向入选生态环境领域《2023全球工程前沿》
· 全省生态环境保护大会在长沙召开
热点资讯
· 一图读懂2023年中央经济工作会议
· 一图读懂 | 湘江新区发布全球研发中心城市支持政策
· 一图查看 | 知识产权若干规定
· 国务院:污水处理场所高浓度有机废气要单独收集处理
· 2023年中国固废处理市场前景及投资研究报告
· 膜技术去除水与废水中微塑料的研究进展
市场动态
行业创新
· 可扭转全氟和多氟烷基物质(PFAS)污染趋势的两项新技术
· 亚纳米孔两性离子环糊精膜用于高效去除重金属离子
· 一图读懂 | 《废硫酸利用处置污染控制技术规范》
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一图读懂2023年中央经济工作会议
政策法规
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一图读懂 | 湘江新区发布全球研发中心城市支持政策
政策法规
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导读:日前,湖南湘江新区发布《关于加快建设全球研发中心城市核心引领区 奋力打造具有核心竞争力的科技创新高地的实施意见(草案)》,明确要通过5年时间,基本完成国家重大科技基础设施、国家实验室、国家创新中心等战略科技力量科学布局,新引育全球研发中心、外资研发中心等高水平创新平台80家以上,新增省级以上创新平台500家以上。
根据《实施方案》,湘江新区将以“八大工程”促“六个倍增”,努力把科技创新“关键变量”转化为高质量发展“最大增量”,大力建设全球研发中心城市核心引领区在长沙建设全球研发中心城市中担当主力、走在前列。
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来源:湖南湘江新区
一图查看 | 知识产权若干规定
政策法规
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《长沙市知识产权保护若干规定》已经2023年10月27日长沙市第十六届人民代表大会常务委员会第十七次会议通过,2023年11月30日湖南省第十四届人民代表大会常务委员会第六次会议批准。现予公布,自2024年1月1日起施行。
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来源:长沙发布
国务院:污水处理场所高浓度有机废气要单独收集处理
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政策法规
近日,国务院发布的《空气质量持续改善行动计划》引起了环保行业的热烈讨论。原文多次提及VOCs治理,从VOCs的源头减排到过程管控以及末端治理均有新的纲领性的思路与要求。
如第六章“强化多污染物减排,切实降低排放强度”中明确要求“污水处理场所高浓度有机废气要单独收集处理”。
此部分要求,段落原文如下:
强化VOCs全流程、全环节综合治理:
鼓励储罐使用低泄漏的呼吸阀、紧急泄压阀,定期开展密封性检测;
汽车罐车推广使用密封式快速接头;
污水处理场所高浓度有机废气要单独收集处理,含VOCs有机废水储罐、装置区集水井(池)有机废气要密闭收集处理;
重点区域石化、化工行业集中的城市和重点工业园区,2024年年底前建立统一的泄漏检测与修复信息管理平台;
企业开停工、检维修期间,及时收集处理退料、清洗、吹扫等作业产生的VOCs废气。
企业不得将火炬燃烧装置作为日常大气污染处理设施。
来源:水生态与水环境
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图说发布会 | 生态环境标准50年
热点资讯
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来源:中国环保产业协会
· 城市污泥与垃圾共发酵高效资源化
· 城市水系统病原微生物风险识别与阻控
· 城市化对小时极端降水的影响研究
· 饮用水水源微污染防治与安全利用技术
· 地下水资源量-水质-生态协同演变及可持续利用
· 土壤中新污染物的环境风险
· 水产养殖温室气体产排机理与减污降碳途径研究
· 非二氧化碳温室气体减排与资源化
· 全球海-气二氧化碳通量估算及其调控机制研究
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15个研究方向入选生态环境领域《2023全球工程前沿》
热点资讯
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来源:中国新闻网
总体而言,今年的《2023全球工程前沿》报告中关于生态环境研究领域的重要关键词可以总结为:城市安全韧性、智能检测评估修复、固废高效资源化、极端环境应对、碳减排和资源化、污染防治。
《全球工程前沿2023》报告12月20日在北京发布,“高超声速飞机技术”“超大规模硅基量子芯片”“海水直接制氢技术研究”“衰老重编程”等93个侧重理论探索的工程研究前沿,“多机器人协同作业优化技术”“高速空间光通信技术”“动力电池快速充电及管理技术”“合成免疫学技术”等94个侧重实践应用的工程开发前沿。9个领域共遴选出了187项全球工程研究和开发领域的前沿热点。
其中,生态环境领域的9个研究方向入选工程研究前沿:
生态环境领域的6个研究方向入选工程开发前沿:
· 排水管道漏损智能探测与修复技术
· 低碳源污水脱氮工艺
· 河湖富营养化生态治理技术与装备
· 多源固废制备负碳建筑材料技术
· 新老污染物跨介质协同防控技术
· 化工园区场地土壤减污降碳协同治理技术
沈晓明指出,近年来,全省生态文明建设取得了显著成绩,但生态环保历史欠账较多、新增问题没有禁绝等问题依然突出。全省各级各部门要深学笃用习近平生态文明思想以及习近平总书记关于湖南工作的重要讲话和指示批示精神,坚定不移走生态优先、绿色发展之路,以更高站位、更实举措、更硬作风推进生态文明建设。
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全省生态环境保护大会在长沙召开
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12月7日上午,全省生态环境保护大会在长沙召开。会议强调,要深学笃用习近平生态文明思想,全面贯彻全国生态环保大会精神,扛牢“守护好一江碧水”的政治责任,常抓不懈、久久为功,奋力谱写新时代生态文明建设的湖南篇章,为建设人与自然和谐共生的美丽中国作出新的更大贡献。
来源:湖南日报
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毛伟明在讲话时说,近年来,湖南深入践行习近平生态文明思想,全面落实“守护好一江碧水”的嘱托,推动“一江一湖四水”系统治理,全力打好蓝天、碧水、净土保卫战,生态环保责任得到强化、生态环境质量得到改善、绿色发展水平得到提升、群众获得感得到增强,全省生态环境得到全局性改善。147个国考断面水质优良率达98.6%、居中部第1,受污染耕地安全利用率达91%,森林覆盖率、湿地保护率分别达59.98%、70.54%,近5年单位GDP、规工增加值能耗分别下降17.2%、27.2%,绿色发展指数进入全国前十。要清醒认识生态环境保护的短板不足,科学谋划目标、路径和方法,加快建设人与自然和谐共生的美丽湖南。要着力打好污染防治攻坚战,着力整改突出生态环境问题,着力推动绿色低碳转型,着力保护修复自然生态,着力防范化解生态环境风险,以生态环境保护的实干实绩,为三湘四水添砖加瓦、增光添彩,以高品质生态环境支撑全省高质量发展。
沈晓明强调,要狠抓重点任务落实,以高品质生态环境支撑高质量发展。以更大力度抓好突出生态环境问题整改,对尚未销号的问题,要一案一策、倒排工期、加快清零;对已完成整改的问题,要全面开展“回头看”,坚决防止虚假整改和反弹回潮。
沈晓明指出,要加强党对生态文明建设的全面领导,全省各级党委、政府要严格落实生态环境保护“党政同责”“一岗双责”,相关部门要充分发挥职能作用,加强协调联动,不断健全党委领导、政府主导、企业主体、社会组织和公众共同参与的现代环境治理格局。
二、固废处理行业发展政策
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2023年中国固废处理市场前景及投资研究报告
市场动态
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固废处理是指对产生的各种固体废物进行分类、收集、运输、处理和处置的过程。在可持续发展趋势下,固体废物无害化、减量化和资源化处理技术开发应用及产业化前景广阔,固废处理技术研究已成为继废水、废气处理研究之后又一研究热点。
根据固废的来源和性质,可以将其分为生活垃圾、建筑垃圾、工业固体废物、农业固体废物和危险废物。目前,固体废物处理主要包括焚烧、堆肥、填埋、资源化利用等方式。由于固体废物种类繁多,成分复杂,导致其物理性状千变万化,因此固体废物的处理难度较大。
一、固废处理行业概览
近年来,随着我国经济发展、城镇化率提升、人民生活水平提高,固体废物增加,固体废物的无害化和资源化显得愈发重要。对此,国家发布多项政策支持和引导固废处理行业的发展,如《关于开展大宗固体废弃物综合利用示范的通知》《“十四五”时期“无废城市”建设工作方案》《环境基础设施建设水平提升行动(2023—2025年)》等。
三、固废处理行业发展现状
1.生活垃圾处理
(1)生活垃圾无害化处理
城市生活垃圾产生量大、堆存量高等问题已成为无法忽视的“城市病”。近年来,各地区、各部门不断加大城市生活垃圾无害化处理工作力度,我国城市生活垃圾无害化处理能力快速提升。城市生活垃圾无害化处理方式主要包括填埋、焚烧和堆肥等,数据显示,2022年中国城市生活垃圾无害化量达2.58亿吨,无害化处理率达99.9%。中商产业研究院分析师预测,2023年中国城市生活垃圾无害化量将进一步增长至2.66亿吨。
在城镇化进程中,我国建筑行业得到快速发展,建筑规模不断扩大,随之产生的建筑垃圾成为影响生态环境的重要因素。根据中国城市环境卫生协会测算,近年来我国大中城市的建筑垃圾年产生量超过20亿吨,一直居高不下。处理量方面,2022年建筑垃圾处理量在18.03亿吨左右,预计到2026年建筑垃圾处理量将超过20亿吨。
市场动态
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2.建筑垃圾处理
(2)餐厨垃圾处理
我国城市生活垃圾中,厨余/餐厨垃圾所占比重较高,占比达到约50%,厨余/餐厨垃圾是影响城市生活垃圾资源回收质量与效率的重要变量。根据中国城市环境卫生协会数据,2022年我国餐厨垃圾处理量达到1.74亿吨,较上年增长10.16%。随着垃圾分类政策的实施,我国厨余垃圾处理量将稳步提升,2026年我国的餐厨垃圾处理量将达到2.56亿吨。
工业固废方面,一般工业固废由工业生产过程中排入环境的各种废渣、粉尘及其他废物构成,通常包括尾矿、粉煤灰、煤矸石、冶炼废渣和炉渣等。在社会发展过程中,新兴产业和工业不断发展与扩大的同时,也带来了大量工业固体废物。初步核算,2022年,全国一般工业固体废物产生量为41.1亿吨,处置量为8.9亿吨。中商产业研究院分析师预测,2023年我国工业固体废物产生量和处置量将分别达到41.2亿吨和9.1亿吨。
3.一般工业固体废物处理
近年来,固废处理产业在国家政策的推动下快速发展,企业关键核心技术不断突破。根据国家统计局数据,2022年中国固体废料的处理专利申请授权量达到约7533项,中商产业研究院分析师预测,2023年相关专利申请授权量达到8464项。
工业危险废物以固态、半固态和液态形式存在,具有毒性、污染性和危险性。危废的处理处置方式主要包括综合利用、物理化学与生物处理、热处理、固化处理等。截至2022年底,全国约6000余家单位持有危险废物经营许可证,中国工业危废年产生量达1亿吨,年处置量达0.98亿吨。中商产业研究院分析师预测,2023年中国工业危废产生量和处置量将分别达到1.08亿吨和1.05亿吨。
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4.危险废物处理
5.行业相关专利情况
固废处理行业综合利用企业数量少,行业市场份额分散、产业化水平与市场集中低,尚未形成行业统一的技术标准和垄断的局面。从企业上市情况来看,目前A股固废处理行业共有31家上市企业,2022年31家企业营业收入合计1046.52亿元。从地区分布来看,我国固废处理行业上市企业主要分布在广东、浙江、安徽、北京等省市。
6.行业上市企业情况
四、固废处理行业发展前景
从双碳战略的顶层设计,到“十四五”规划的坚持生态文明建设不动摇,再到开展“无废城市”建设等政策推出,支持产业发展的国家政策在持续发酵,建筑垃圾、厨余垃圾等通过处理,可有效降污减排、助力碳中和,具有良好经济效益,固体废弃物处理和资源再生行业前景广阔。
1.政策支持行业发展
2.固废处理需求增长
目前,人口增长、城市化进程和生活水平的不断提高都加速了废弃物的产生;与此同时,原材料短缺和能源需求不断增长,这些环境挑战迫使在能源生产和废弃物处理方面不得不采用新技术,将固废转变成为可靠的再生资源和低碳燃料。同时,相关立法也对资源循环利用、使用碳中和燃料提出了更高的要求,促使社会更加重视固废的处理,杜绝简单粗暴的简单填埋,提倡循环经济、变废为宝。
来源:中商产业研究院
微塑料(MPs)是指直径小于5 mm的塑料微粒,它们常常来自于塑料制品的分解或者微细颗粒的塑料原料。这些MPs可以在环境中广泛分布,包括海洋、河流、湖泊、土壤和空气中。MPs具有持久性,难以降解,容易被生物吸收并进入食物链,因此其
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膜技术去除水与废水中微塑料的研究进展
市场动态
近年来,随着全球塑料污染问题日益严重,微塑料(microplastics-MPs)在水和废水中的存在成为了人们关注的焦点。传统的饮用水处理厂(DWTPs)和污水处理厂(WWTPs)不能完全去除饮用水和污水中的MPs,其出水仍含有MPs。
微塑料的赋存与富集不仅对水体生态系统和生物多样性造成威胁,也可能对人类健康构成潜在风险。因此,寻找高效、环保的微塑料处理方法成为了当今学术和工程领域的一个紧迫任务。
膜分离技术是一种先进的水/废水处理技术,微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)、膜生物反应器(MBR)等膜技术在去除MPs方面表现出了优异性能。
伊斯坦布尔大学的科学家全面综述了膜技术对MPs的去除概况。他们在IWA期刊《Water Science & Technology》上分享了其研究成果《A review of microplastic removal from water and wastewater by membrane technologies》,在文献研究的基础上指出了膜技术去除MPs的现状和研究不足,并对进一步的研究提出了建议。
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一、饮用水处理厂和污水处理厂中的微塑料
对环境和生物造成了潜在危害。目前,MPs已成为全球性的环境问题,引发了广泛关注和研究。
MPs在DWTPs和WWTPs的进水中广泛存在,其浓度主要受城市人口密度、生活习惯、废弃物管理策略、交通密度和季节等因素的影响。
目前,针对饮用水和废水中MPs含量的标准分析方法尚未建立,主要由于在样本收集量、分析方法、设备的使用方式以及微塑料尺寸等方面存在差异。
DWTPs和WWTPs进水中最常见的MPs是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚丙烯酰胺(PAM)等。下图为饮用水处理厂与污水处理厂进水中MPs的来源及性质。
沉降法利用重金属盐等物质与微塑料颗粒结合沉淀,将微塑料从水中分离出来,可以有效去除高浓度的MPs,但低密度和小粒径的MPs不能有效沉降。相比之下,膜过滤可以去除各种尺寸的MPs,克服了物理沉淀的局限性。
市场动态
传统的污水和饮用水处理工艺难以有效去除MPs,而膜技术则表现出较高的去除效率,可以作为改善水质的有效手段。表1总结了DWTPs/WWTPs进水中MPs的特性及MPs的去除率。
在DWTPs和WWTPs处理中,MF膜对MPs去除率达81.5-100%;实验室研究数据显示其去除率达98.5%。
有研究者指出,尽管膜孔径小于微塑料粒径,但MF膜并未达到100%的去除效率。这可能是由于MPs形貌尖锐,而膜强度较低,由此引发的膜磨损会导致MPs的逸出。
UF膜的孔径通常界于1-100 nm,在1-10 bar的压力下工作。由于其孔径更小,UF膜在去除MPs方面优于MF膜。
UF膜对MPs的去除率受膜材料特性、孔径、孔隙率、接触角、zeta电位和表面粗糙度等因素影响。未来的研究应侧重于综合比较不同MPs的聚合物类型在UF和MF膜中的性能,以更好地了解膜性能与MPs之间的相互作用,从而提高MPs的去除效率并减轻膜污染。
NF膜孔径为1-10 nm之间,工作压力为5-15 bar之间,通常用于去除水和废水中的多价态盐和有机分子。与UF膜相比,它们具有更高的脱盐性能,比反渗透膜具有更高的通量性能。
然而,高压通水要求限制了其广泛应用,增加了水处理的能耗。而对于NF膜去除MPs的研究仍然有限,其去除水和废水中MPs的效果有待进一步研究。
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二、膜技术对微塑料的去除效率
RO膜在高压(20 bar)和致密孔隙(1 nm)下工作。尽管RO具有优异的处理能力,但存在MPs扩散现象。研究人员在RO渗透液中发现了纤维状和碎片状的MPs,表明该类物质可能由于其物理特性而穿过膜。未来研究应关注MPs在RO膜的渗透液中赋存机制。
MBR集生物处理和膜过滤于一体,构型分为浸没式和分置式,能够在短的水力停留时间和高的混合液悬浮固体浓度下运行。
与活性污泥系统相比,MBR系统可以将活性污泥处理过程中不能有效沉降的MPs通过截留去除,去除效率更高。
三、膜技术与其他技术去除微塑料的对比
混凝/絮凝、沉淀、浮选、砂滤、AOPs(高级氧化过程)与膜过滤是水/废水处理中常用于分离和去除微塑料的工艺,其去除MPs的效果可能受到MPs特性、混凝剂/絮凝剂类型和用量、操作条件以及水中其他污染物的并存等因素的影响。
混凝/絮凝通过添加絮凝剂促使微塑料颗粒聚集形成较大的絮凝体,以在后续处理过程被分离并去除。对较小尺寸的MPs的去除率通常比较大尺寸的MPs去除率更高。相反,膜处理在不需要化学物质的情况下实现高MPs去除效率,体现出相较于混凝/絮凝的优势。
膜污染是膜处理过程中的主要挑战,由于污染物在膜表面聚积,导致孔隙堵塞和滤饼形成,从而引起膜通量下降以及对化学清洗需求的增加。
研究表明,MPs可引起跨膜压差(TMP)上升,加剧膜污染。MPs的大小和浓度均会影响膜污染,MPs越小,膜污染越严重。需要对膜材料和操作条件进行深入研究,以减轻膜污染并保持对MPs的高去除率。
最近的研究表明,用于水和废水处理的高分子聚合物膜有可能会从自身结构中释放MPs。
研究者发现,垃圾渗滤液中MPs的浓度在UF处理环节后逐渐下降,但在NF和RO环节后浓度上升。
硝酸纤维素(NF和RO膜的材料)仅在NF和RO处理后的渗滤液中发现,表明MPs从膜结构中释放了出来。
同样,研究者在对商业PVDF的UF中空纤维膜进行超纯水过滤时发现,水力冲击会导致MPs的释放,流出物中检测到55.1 MP/L,其中大部分是碎片(64%)和1-10 μm的颗粒(60%)。
此外,膜暴露于清洗剂中也会改变其性能并导致微塑料的释放。这些发现说明对水处理中常用的不同高分子聚合物膜材料的MPs释放进行进一步研究非常有必要。虽然实验室规模的聚合物膜的生产和应用已经取得了显著效果,但缺乏对膜中MPs释放的研究。未来的研究可以集中在通过详细的膜表征手段并结合膜特性来评估MPs的释放。
市场动态
砂滤则是利用多层不同颗粒大小的砂层过滤的传统水处理方法,可有效去除大尺寸MPs,但对小尺寸MPs的去除率很低。膜过滤则利用MF膜或NF膜等过滤介质,其孔径比砂滤介质的孔径小得多。因此,砂过滤不能有效去除的水/废水中的小尺寸MPs可以通过膜过滤有效去除。
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四、微塑料从聚合向水/废水的释放
AOPs利用臭氧、过氧化氢、紫外光等能促进微塑料颗粒降解分解,从而实现对MPs的有效降解和去除。然而,该类过程需要长时间的暴露,去除效率较低,并且依赖于化学品、能源和催化剂。相比之下,膜技术可考虑MPs的性质,快速、高效地去除水中和废水中的不同MPs。
四、微塑料从聚合向水/废水的释放
下图总结了从水和废水中去除MPs的常用方法的优缺点。
这项研究针对膜技术对微塑料的去除、微塑料从聚合膜向水/废水的释放等问题进行了全面且深入的讨论,对MPs去除以及膜技术领域做出了重要贡献。
该项研究在强调膜技术作为更有效的MPs去除方法的同时,提出了未来针对膜材料的研究重点,为MPs去除技术的发展指明了方向。
这篇综述着眼于解决实际问题,展望了未来的技术发展,为促进MPs去除的研究领域的发展提供了宝贵的参考和启发。
市场动态
来源:IWA全球水行业动态
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五、小结
一、PFAS所带来的挑战
导读:两项引人注目的技术创新已经浮现,在与广泛应用于各种工业和商业领域全氟和多氟烷基物质(PFAS)合成化学品的去除方面取得了可喜的进展。
在膜中掺入亲水纳米材料有望提高膜的防污性能,但对MPs过滤后的通量回收率(FRR)及后续清洗的研究尚缺乏。研究FRR与膜和MPs特性的关系有助于更具抵抗污染能力的膜的开发。
此外,开发通过光催化降解从而具有自清洁能力的膜为减少膜清洗需求和提高处理效率提供了潜在的解决方案,但该类膜技术在去除MPs的应用方面仍待进一步探索。总的来说,探索去除MPs的自清洁膜有望实现更有效和更具成本效益的水处理。
行业创新
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可扭转全氟和多氟烷基物质(PFAS)污染趋势的两项新技术
美国地质调查局预测,至少45%的自来水中可能含有一种或多种PFAS。尽管PFAS被广泛应用于各种消费品和工业产品中,而且其强大的化学特性使其难以降解,从而导致其在环境中累积,造成潜在的长期健康风险。
研究表明,一系列不良健康后果与接触PFAS有关,包括可能扰乱内分泌系统、损害免疫功能以及增加罹患某些癌症的风险。图为 PFAS对人体的潜在危害。
与此同时,位于华盛顿州塔科马的一家初创公司Aquagga也在努力利用其“销毁装置”销毁PFAS,这是一种安装在小型货运集装箱内的便携式系统。
总部位于马萨诸塞州哈德逊市的Heartland Water Technology公司宣称,其新型生物固体销毁工艺可使体积显著减少,同时也能解决PFAS污染问题。
该工艺采用LTC循环热干燥技术,利用传导热来处理湿废料(通常指脱水污泥),排放物极少。干燥机热力学过程利用干物质进行经济可靠的热传递。
Heartland公司表示,它对含水量在5%~35%之间的生物固体的处理能力可达50 t/d。这样,体积可大幅减少95%。
然后,干燥材料被导入HelioStorm气化工艺,在高达10000℃的度下进行处理,可完全销毁所有PEAS化合物,同时实现90%以上的转化率。
行业创新
来源:水业碳中和资讯
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此外,PFAS在环境中的持久性对生态系统构成威胁,可能对野生动物和水生生物产生影响。
由于在水源、食品甚至家用品中不断检测到这些化学物质,所以,了解和解决接触PFAS潜在后果仍然是全球公共卫生和环境保护工作的一个重要关注领域。
二、生物固体PFAS销毁工艺
三、货运集装箱中PFAS销毁装置
该公司最近获得了700万美元资金,并表示其设备可以从水中分解99%的持久性PFAS。
图为Aquagga公司的PFAS“销毁装置”。
该系统采用水热碱性处理技术,在约298.9 ℃和大约25 MPa压力下运行,通过添加苛性钠来分解PFAS分子键,从而创造一个碱性环境。
阿拉斯加费尔班克斯国际机场最近使用该系统处理了约75.7 m³受PFAS重型消防泡沫(也称为AFFF)污染的水。该公司表示,PFAS销毁装置成功地将水池中泡沫减少到约3.8 m³。
图为:β-CD和ZCD(a)红外谱图、(b)XPS谱图及(c)13C核磁谱图;ZCDM膜(d)SEM断面形貌,(e)SEM表面形貌和(f)AFM表面形貌;β-CDM膜和不同两性离子含量ZCDM膜(g)动态水接触角,(h)表面Zeta电位和(i)孔径分布图。
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亚纳米孔两性离子环糊精膜用于高效去除重金属离子
行业创新
导读:浙江工业大学膜分离与水科学技术研究院高从堦院士团队近期于Journal of Membrane Science期刊(2023, 688, 122123)发表题目为”Zwitterionic cyclodextrin membrane with uniform subnanometre pores for high efficient heavy metal ions removal” 的文章。
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【研究亮点】
1.合成新型两性离子环糊精(ZCD)膜材料,具有良好水溶性和高反应活性;
2.采用界面聚合法制备了亚纳米孔两性离子环糊精膜(ZCDM) ;
3.ZCDM膜具有高水渗透性和重金属离子截留率 ;
4.ZCDM膜在长期运行中表现出良好的稳定性和强耐污染抗菌性能。
上图为:(a)两性离子β-环糊精(ZCD)膜材料合成及(b)界面聚合制备ZCDM膜示意图。
通过改变ZCDs功能基团的含量,调控其界面聚合反应速率,实现对所得膜ZCDM表面性质和膜孔微结构同步优化。随着两性离子基团含量增加,ZCD水溶性增加促进其从水相快速扩散到有机相;另外,ZCD两性化同时引入高反应活性氨基,提高了其界面聚合反应速率,有利于在聚合物多孔支撑层表面快速形成结构完整无缺陷的分离层。随着ZCD两性离子基团含量增加,ZCDM膜表面亲水性增强,荷电性增强,膜孔尺寸减小且孔径分布变窄(如下图)。
行业创新
由于膜表面具有强亲水性和膜内含有丰富的亚纳米孔道结构,使所得ZCDM膜表现出高水渗透性(21.7 L∙m-2∙h-1∙bar-1),是β-CDM膜(10.7 L∙m-2∙h-1∙bar-1)~2倍;同时,ZCDM膜具有分布较窄的亚纳米孔(~0.5 nm),对较大尺寸重金属离子如Cu2+, Co2+, Fe3+, Cr3+具有高截留率>90%,对较小尺寸金属离子如k+, Na+, Li+具有较低截留率<30%。在模拟多种重金属离子混合料液进行循环测试时,ZCDM膜表现出良好的结构和分离稳定性,与文献报道的纳滤膜相比表现出优异的重金属离子分离性能(图3)。另外,ZCDM膜具有良好的耐污染抗菌性能,在对含有机污染物如苯酚的重金属离子水溶液测试中,表现出高水通量恢复率>99%,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率高达~99%(如下图)。
来源:jms膜科学
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上图为:ZCDM-3膜分离性能:ZCDM和β-CDM膜对(a)FeCl3和CrCl3分离性能及(b)不同尺寸无机盐离子截留率,(c)ZCDM膜对不同种类重金属离子混合料液循环测试分离性能,(d)ZCDM膜与其他文献报道纳滤膜的重金属离子分离性能对比。
图为:β-CDM和ZCDM膜含苯酚重金属离子水溶液测试(a)水通量随运行时间变化,(b)FRR、FRir、FRR和FDR值及(c)膜表面SEM形貌。(d)PSFM多孔支撑膜、β-CDM和ZCDM膜表面的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的菌落照片,(e)β-CDM和ZCDM膜的抗菌性能对比。
综上所述,本研究工作采用界面聚合法制备了具有分布较窄的亚纳米孔两性离子环糊精膜,该膜表现出高水渗透性,高重金属离子截留率,以及良好的耐污染抗菌性能,在重金属离子分离纯化及其废水处理方面显示出良好的应用前景。
一图读懂 | 《废硫酸利用处置污染控制技术规范》
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来源:生态环境部
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