這兩天天俺，江蘇久吾高科技股份有限公司項(xiàng)目經(jīng)理柯振宇，正蹲在南通能達(dá)水務(wù)有限公司進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化拙徽。經(jīng)由一道道膜的過(guò)濾刨沦，制漿诗宣、造紙廢水里濾出鹽酸和燒堿……
這些廢水，來(lái)自江蘇王子制紙公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)王子制紙)想诅。9年前召庞，也是在這里，時(shí)任江蘇省省長(zhǎng)助理兼科技廳廳長(zhǎng)的徐南平来破，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)用膜技術(shù)篮灼，幫王子制紙化解了危機(jī)、順利開(kāi)工徘禁。如今诅诱，這里每天過(guò)濾濃縮的制漿尾水達(dá)3.2萬(wàn)噸，造紙尾水的日處理量約達(dá)1萬(wàn)噸送朱。
“十三五”以來(lái)娘荡，我國(guó)膜產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的年均增速在15%左右;2019年，我國(guó)膜產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值已達(dá)2773億元驶沼，較“十二五”末翻了一番炮沐。
“除了水處理，我國(guó)膜產(chǎn)品大量應(yīng)用于制藥佛缕、食品等行業(yè)碉伙，也出口到東南亞、德國(guó)陈汇、美國(guó)等地區(qū)或國(guó)家真译。”南京工業(yè)大學(xué)膜科學(xué)技術(shù)研究所、國(guó)家特種分離膜工程技術(shù)研究中心教授范益群告訴記者燕柠。
膜技術(shù)可實(shí)現(xiàn)分子級(jí)過(guò)濾
水資源短缺和水環(huán)境污染是全球面臨的兩個(gè)重大環(huán)境問(wèn)題猬蚤。作為一種新興高效的分離技術(shù)，膜分離技術(shù)利用特殊材料的膜扶取，外加動(dòng)力蔫迅，可以分離水中的小分子人狞、固體顆粒等物質(zhì)芜田。這種技術(shù)兼有分離、濃縮欢礼、純化等功能蜈沛，而且高效、節(jié)能革半、環(huán)保碑定，能實(shí)現(xiàn)分子級(jí)過(guò)濾，過(guò)濾過(guò)程簡(jiǎn)單又官、易操作延刘、能耗低漫试、效率高。
“近年來(lái)碘赖，高性能膜材料技術(shù)快速發(fā)展驾荣，污水處理廠、家用凈水器都廣泛地使用了膜技術(shù)普泡，隨著技術(shù)不斷進(jìn)步播掷，成本也在快速下降。”與膜材料打了半輩子交道的范益群撼班，對(duì)中國(guó)膜材料的發(fā)展如數(shù)家珍歧匈。他說(shuō)，膜材料根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域可以分為水處理膜砰嘁、氣體分離膜嚎猛、離子交換膜、特種分離膜鹤梯。其中水處理膜又可根據(jù)孔徑和功能肄琉，分為超濾膜、微濾膜窟礼、納濾膜洋训、反滲透膜等。
范益群介紹绰尖，超濾膜的孔徑一般在0.1微米以下妙散，可以過(guò)濾水中的細(xì)菌、病毒吹磕、膠體诅慧、大分子，可以用在食品加工業(yè)中壤牙，例如班聂，過(guò)濾、攔截豆制品加工后液體中的大豆蛋白适肠。微濾膜的孔徑大多在0.1微米以上霍衫，多用來(lái)處理水中的懸浮物，降低水體的濁度侯养，還可以過(guò)濾水中的細(xì)菌敦跌，一般在河道的凈化中多有使用。納濾膜顧名思義逛揩，膜內(nèi)的過(guò)濾孔徑可以達(dá)到0.002微米柠傍，除了可以過(guò)濾水中的腐殖酸、農(nóng)藥化肥殘留等大分子物質(zhì)辩稽，還能過(guò)濾鈣鎂離子惧笛，軟化水體从媚，但又可以保留一部分礦物質(zhì)。
過(guò)濾孔徑最小的是反滲透膜患整。“反滲透膜孔徑非常小静檬，只有水分子可以透過(guò)。它利用膜兩側(cè)的靜壓差作為推動(dòng)力并级，實(shí)現(xiàn)液體混合物的分離拂檩，廣泛應(yīng)用于海水淡化以及高純水生產(chǎn)中。”范益群說(shuō)迈窗。
多個(gè)領(lǐng)域都離不開(kāi)這張膜
目前夭蒜，在海水淡化、工業(yè)廢水處理惑妥、工業(yè)用水處理值舌、市政污水再生處理、市政自來(lái)水提質(zhì)改造示荠、家用凈水器市場(chǎng)等領(lǐng)域漓蜗，膜技術(shù)大顯身手。
該技術(shù)的應(yīng)用节立，曾一度為王子制紙一項(xiàng)陷入絕境的大項(xiàng)目力挽狂瀾螃恕。
2012年，王子制紙打算在江蘇啟東修建一條制漿廢水排海管道患并，消息傳開(kāi)后膳几，世代以漁業(yè)為生的啟東老百姓，開(kāi)始擔(dān)心造紙制漿廢水會(huì)影響生態(tài)和近海漁業(yè)養(yǎng)殖破溺。
關(guān)鍵時(shí)刻启疙，中國(guó)工程院院士、中國(guó)膜科學(xué)973項(xiàng)目首席科學(xué)家徐南平主動(dòng)請(qǐng)纓裕循，帶領(lǐng)南京工業(yè)大學(xué)膜科學(xué)研究所的40多位研發(fā)人員臣嚣，開(kāi)始攻克造紙制漿廢水“零排放”的世界性難題，提出了成套設(shè)計(jì)工藝剥哑，打消了民眾顧慮硅则，幫助地方與企業(yè)走出了困局。
9年過(guò)去星持，科研團(tuán)隊(duì)再次進(jìn)行技術(shù)升級(jí)抢埋〉穑柯振宇告訴科技日?qǐng)?bào)記者：“以前制漿尾水過(guò)濾后析出的鹽有很多雜質(zhì)督暂，甚至還有一些腐蝕性固體廢棄物。此次技改工藝穷吮，將反滲透產(chǎn)生的濃鹽水分離成高氯化鈉濃鹽水和高硫酸鈉濃鹽水逻翁，再將高氯化鈉濃鹽水通過(guò)新增的膜電解單元饥努，制成低濃度的酸、堿水用于生產(chǎn)八回，替代部分外購(gòu)藥劑酷愧。高硫酸鈉濃鹽水進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)后，則生產(chǎn)出工業(yè)級(jí)元明粉撼烹，可作產(chǎn)品銷(xiāo)售濒垫。”目前，他們正在做項(xiàng)目的試生產(chǎn)運(yùn)行远燕，預(yù)計(jì)今年下半年可以建成投產(chǎn)久泞。
除了廢水處理，以膜技術(shù)為核心的新型水處理技術(shù)奖放，已經(jīng)成為提高水環(huán)境的利器淡藻。
2019年，深圳鹽田區(qū)建成深圳市首個(gè)自來(lái)水直飲示范區(qū)砚粒，采用臭氧-活性炭缔沐、超濾膜等深度處理工藝，提高出廠水水質(zhì)益柳，實(shí)現(xiàn)自來(lái)水直飲全覆蓋尊陪。
重要的是，包括芯片在內(nèi)的精密電子器件的生產(chǎn)捕谢，也離不開(kāi)膜技術(shù)躺刷。“目前芯片的集成度要求越來(lái)越高，這要求晶體管之間不能有離子狞洋，以確保器件之間不會(huì)有電磁干擾弯淘，而生產(chǎn)制作這些晶體管，都需要使用超純水沖刷吉懊，確保芯片性能穩(wěn)定庐橙。在制備超純水方面，膜技術(shù)提供了有力支撐借嗽。”范益群說(shuō)态鳖。
加強(qiáng)原始創(chuàng)新能力應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)
中國(guó)膜產(chǎn)業(yè)現(xiàn)階段還需突破產(chǎn)品種類(lèi)偏少、應(yīng)用領(lǐng)域偏窄的局限恶导。例如膜產(chǎn)品主要集中在水處理領(lǐng)域浆竭，占膜市場(chǎng)的85%。面向醫(yī)藥惨寿、能源和物料分離領(lǐng)域應(yīng)用的特種功能膜產(chǎn)品品類(lèi)較少邦泄。“膜產(chǎn)品處于產(chǎn)業(yè)鏈的頂端，而膜材料成了膜產(chǎn)品向高端發(fā)展的瓶頸裂垦，因此需要加強(qiáng)基礎(chǔ)研究顺囊，強(qiáng)化原始創(chuàng)新很撩，加大關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。”中國(guó)膜工業(yè)協(xié)會(huì)理事長(zhǎng)鄭根江告訴記者端辛。
膜與膜材料原始創(chuàng)新能力較弱咨只，是我國(guó)膜產(chǎn)業(yè)現(xiàn)階段面臨的挑戰(zhàn)之一。鄭根江指出希没，這主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：一是制膜用化工原材料要求高械拉，一般的化工原材料難以達(dá)到制膜要求，需要進(jìn)行大量的優(yōu)化腿伟、改性研究驴嚣。二是成膜機(jī)理、膜配方铣佛、制膜工藝和制膜設(shè)備這四大關(guān)鍵技術(shù)黔巨，互為支撐、密切度高袜晌、匹配性強(qiáng)预甲，需要系統(tǒng)性創(chuàng)新。三是由于膜的應(yīng)用場(chǎng)景不同但惶，每種膜的配方耳鸯、結(jié)構(gòu)、制作工藝及性能要求也不同膀曾，制膜設(shè)備及工藝針對(duì)性強(qiáng)县爬，技術(shù)難度大，這些膜核心技術(shù)的原始創(chuàng)新亟待加強(qiáng)添谊。例如财喳，氫燃料電池質(zhì)子交換膜、太陽(yáng)能光伏背板膜等新能源用膜斩狱，高性能醫(yī)用膜以及高精準(zhǔn)分離膜等一些高端膜產(chǎn)品的制膜關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率偏低耳高，部分關(guān)鍵設(shè)備仍需要進(jìn)口。
鄭根江建議所踊，應(yīng)以發(fā)展先進(jìn)裝備制造業(yè)為目標(biāo)泌枪，圍繞膜裝備的重大共性關(guān)鍵技術(shù)及綠色、高效秕岛、智能制造等開(kāi)展系統(tǒng)研發(fā)碌燕，強(qiáng)化機(jī)械裝備模塊化、智能化继薛、機(jī)電一體化和零部件的通用化预旺、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化。“還要多開(kāi)發(fā)高端產(chǎn)品萤考，例如能用于物料精準(zhǔn)分離的超濾膜和納濾膜悠拗，在極端工況下應(yīng)用的耐高溫高壓黎撤、抗污染的膜乒柳。”
“十四五”膜產(chǎn)業(yè)總值或達(dá)5000億元
2019年的膜工業(yè)總產(chǎn)值，主要由膜與膜材料侄灭、膜設(shè)備彭铐、膜工程和膜配套設(shè)備、膜貿(mào)易與服務(wù)四大部分構(gòu)成亏傅。其中摊谢，膜工程與膜配套設(shè)備板塊占我國(guó)膜產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的27%;膜設(shè)備板塊產(chǎn)值占26%;膜與膜材料板塊的產(chǎn)值占15%。這意味著醉装，膜與膜材料領(lǐng)域增長(zhǎng)空間較大辕芳。
“膜技術(shù)的發(fā)展，讓膜的原材料層出不窮宵睦。從幾元錢(qián)一公斤的PVC记罚，到幾百元一公斤的聚四氟乙烯，從粉煤灰到高純度氧化鋁壳嚎，不同原材料制得的膜桐智，應(yīng)用場(chǎng)景不同，大家也在嘗試一些新材料烟馅，例如陶瓷膜说庭。”范益群說(shuō)。
“不過(guò)郑趁，原材料的生產(chǎn)和制造工藝越復(fù)雜刊驴，成本越昂貴。”范益群舉例說(shuō)寡润，去除氧化鋁雜質(zhì)的成本很高缺脉，99%純度的氧化鋁，市場(chǎng)售價(jià)約1萬(wàn)元每噸悦穿，而99.95%純度的氧化鋁售價(jià)則高達(dá)100萬(wàn)元每噸攻礼。
“此外，原材料的均勻度落怀、可重復(fù)性甚宜，生產(chǎn)工藝的控制精度和水平，生產(chǎn)中監(jiān)控儀器的精度和靈敏度百览，都會(huì)決定膜的質(zhì)量高低映情。”范益群說(shuō)，大批量的膜生產(chǎn)，膜表面不能有缺陷阱墩，一張幾十平方米的膜谍臀，只要有一個(gè)頭發(fā)絲粗細(xì)的孔，過(guò)濾時(shí)就會(huì)讓雜質(zhì)漏過(guò)去;生產(chǎn)過(guò)程中局该，如果不慎有灰塵掉落在膜上抡杈，也可能在膜上留下一個(gè)孔洞;這些都會(huì)影響過(guò)濾效率。
面向“十四五”涉佑，鄭根江對(duì)中國(guó)的膜產(chǎn)業(yè)信心滿(mǎn)滿(mǎn)加梁，他表示：“近幾年，全球膜市場(chǎng)需求快速增長(zhǎng)淮超。2018年融蹂，全球膜與膜裝備總產(chǎn)值達(dá)到950億美元。未來(lái)幾年弄企，隨著科技水平超燃、產(chǎn)品質(zhì)量、工程技術(shù)水平和國(guó)際市場(chǎng)運(yùn)作能力的不斷提升拘领，中國(guó)膜產(chǎn)業(yè)將快速融入全球市場(chǎng)意乓，國(guó)際市場(chǎng)占有率將大幅提升。”
對(duì)于未來(lái)院究，鄭根江充滿(mǎn)期待洽瞬。他分析，2025年中國(guó)膜產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值或?qū)⑦_(dá)5000—6000億元业汰。其中工業(yè)廢水資源化伙窃、城鎮(zhèn)污水再利用、城鎮(zhèn)自來(lái)水提質(zhì)改造样漆、醫(yī)用膜为障、家用凈水器市場(chǎng)的產(chǎn)值將占據(jù)較大市場(chǎng)份額。“膜產(chǎn)業(yè)也將通過(guò)關(guān)鍵共性技術(shù)放祟，帶動(dòng)3D打印鳍怨、醫(yī)學(xué)、光學(xué)巾妖、能源等領(lǐng)域的發(fā)展估横。”鄭根江說(shuō)。
