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CO2 Utilization for Water Treatment: Ion Exchange Nitrate Removal Driven by CO2 without Producing Spent Brine Regenerant
ACS ES&T Water ( IF 4.8 ) Pub Date : 2021-09-16 , DOI: 10.1021/acsestwater.1c00254 Hang Dong 1 , Hao Chen 2 , Arup K. SenGupta 2
ACS ES&T Water ( IF 4.8 ) Pub Date : 2021-09-16 , DOI: 10.1021/acsestwater.1c00254 Hang Dong 1 , Hao Chen 2 , Arup K. SenGupta 2
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Ion exchange (IX) is a major technology addressing groundwater nitrate violations. However, the conventional IX nitrate removal system generates environmentally harmful spent brine regenerant, the disposal of which has been increasingly banned in many regions. Meanwhile, CO2 utilization is needed in different sectors to incentivize CO2 capture for achieving carbon neutrality by the 2050s. Thus, we exemplified CO2 utilization in the water sector by investigating a CO2-driven IX system (referred to as NSR-Desal) for nitrate removal to eliminate the spent brine regenerant. The NSR-Desal system contained two IX columns including a nitrate-selective resin (NSR) and a shallow-shell weak acid cation exchange resin (SSWAC). With CO2 as the sole regenerant, NSR-Desal achieved over 70% nitrate removal from real groundwater for multiple cycles. Additionally, over 50% desalination was achieved, demonstrating the process versatility. Compared with conventional brine (12% NaCl) regeneration, CO2 regeneration decreased the spent regenerant salinity for over 50 times, which significantly reduced the chemical discharge from IX nitrate removal. CO2 utilization was estimated as 4.7 kg CO2 per m3 treated water, and partial CO2 was sequestrated as CaCO3 precipitates. We envision this study to provide insights for utilizing CO2 in the water sector for sustainable water treatment and facilitating carbon neutrality.
中文翻译：
水处理中的二氧化碳利用：由二氧化碳驱动的离子交换硝酸盐去除，而不产生废盐水再生剂
离子交换 (IX) 是解决地下水硝酸盐违规的一项主要技术。然而，传统的 IX 硝酸盐去除系统会产生对环境有害的废盐水再生剂，在许多地区越来越多地禁止对其进行处理。同时，不同部门需要利用CO 2来激励 CO 2捕获，以便到 2050 年代实现碳中和。因此，我们通过研究 CO 2驱动的 IX 系统（称为 NSR-Desal）去除硝酸盐以消除用过的盐水再生剂，举例说明了水行业中的CO 2利用率。NSR-Desal 系统包含两个 IX 柱，包括硝酸盐选择性树脂 (NSR) 和浅壳弱酸阳离子交换树脂 (SSWAC)。与一氧化碳2作为唯一的再生剂，NSR-Desal 在多个循环中从真实地下水中去除了超过 70% 的硝酸盐。此外，实现了超过 50% 的脱盐率，证明了该工艺的多功能性。与常规盐水（12% NaCl）再生相比，CO 2再生降低了废再生剂盐度50倍以上，显着减少了IX硝酸盐去除的化学排放。CO 2利用率估计为4.7 kg CO 2每m 3处理过的水，部分CO 2被隔离为CaCO 3沉淀物。我们设想这项研究为利用 CO 2提供见解 水部门的可持续水处理和促进碳中和。
更新日期：2021-10-08
中文翻译：
水处理中的二氧化碳利用：由二氧化碳驱动的离子交换硝酸盐去除，而不产生废盐水再生剂
离子交换 (IX) 是解决地下水硝酸盐违规的一项主要技术。然而，传统的 IX 硝酸盐去除系统会产生对环境有害的废盐水再生剂，在许多地区越来越多地禁止对其进行处理。同时，不同部门需要利用CO 2来激励 CO 2捕获，以便到 2050 年代实现碳中和。因此，我们通过研究 CO 2驱动的 IX 系统（称为 NSR-Desal）去除硝酸盐以消除用过的盐水再生剂，举例说明了水行业中的CO 2利用率。NSR-Desal 系统包含两个 IX 柱，包括硝酸盐选择性树脂 (NSR) 和浅壳弱酸阳离子交换树脂 (SSWAC)。与一氧化碳2作为唯一的再生剂，NSR-Desal 在多个循环中从真实地下水中去除了超过 70% 的硝酸盐。此外，实现了超过 50% 的脱盐率，证明了该工艺的多功能性。与常规盐水（12% NaCl）再生相比，CO 2再生降低了废再生剂盐度50倍以上，显着减少了IX硝酸盐去除的化学排放。CO 2利用率估计为4.7 kg CO 2每m 3处理过的水，部分CO 2被隔离为CaCO 3沉淀物。我们设想这项研究为利用 CO 2提供见解 水部门的可持续水处理和促进碳中和。
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