“水文章”激活高性能膜材料市場(chǎng)
近日《海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》印發(fā)，明確到2015年，我國(guó)每天海水淡化產(chǎn)能將達(dá)到220萬(wàn)立方米以上。逐漸進(jìn)入成熟期的海水淡化市場(chǎng)，將反滲透膜材料一并引入了發(fā)展的快車(chē)道。不僅海水需要淡化，還有日常飲用水需要凈化，城市以及工業(yè)污水需要處理，這些因水資源短缺而日益增長(zhǎng)的水處理需求，一道成為了高性能膜材料發(fā)展的“添柴者”。
我國(guó)是淡水資源缺乏的國(guó)家，人均水資源擁有量低，且時(shí)空分布不均。數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)目前年用水總量已突破6000億立方米，全國(guó)年平均缺水量500多億立方米，2/3的城市缺水，且人均水資源量只有2100立方米，僅為世界人均水平的28%。
“高性能膜材料是新型高效分離技術(shù)的核心材料，已經(jīng)成為解決水資源等領(lǐng)域重大問(wèn)題的共性技術(shù)之一。”南京工業(yè)大學(xué)國(guó)家材料化學(xué)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室常務(wù)副主任金萬(wàn)勤教授說(shuō)。
據(jù)金萬(wàn)勤介紹，高性能膜材料的發(fā)展得到了全球范圍的高度重視，多國(guó)政府將膜技術(shù)作為21世紀(jì)高新技術(shù)進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)。目前全球膜材料市場(chǎng)出現(xiàn)強(qiáng)勁的增長(zhǎng)勢(shì)頭，年銷(xiāo)售額已經(jīng)超過(guò)400億美元。我國(guó)則是世界膜技術(shù)發(fā)展最活躍、膜市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的地區(qū)之一。“在我國(guó)，高性能膜材料主要用于水處理領(lǐng)域。膜法海水淡化是解決沿海地區(qū)缺水的有效手段，膜法凈水技術(shù)是保障我國(guó)飲用水安全的先進(jìn)技術(shù)，膜生物反應(yīng)器技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)市政污水回用的重要保證。”金萬(wàn)勤說(shuō)。
據(jù)了解，海水淡化主要應(yīng)用反滲透膜材料。在國(guó)際上，反滲透膜材料已經(jīng)趨向成熟，醋酸纖維素、聚酰胺等是主要產(chǎn)業(yè)化的膜材料。膜法海水淡化和苦咸水淡化的大規(guī)模應(yīng)用，推動(dòng)了反滲透膜組件的大型化及反滲透膜材料快速發(fā)展。目前單個(gè)反滲透膜材料海水淡化工程已達(dá)日產(chǎn)淡水33萬(wàn)立方米，反滲透膜苦咸水淡化工程已達(dá)日產(chǎn)淡水37萬(wàn)立方米。
但金萬(wàn)勤告訴記者，我國(guó)海水淡化反滲透膜才初步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，關(guān)鍵膜原材料需要進(jìn)口，也尚未用于大型海水淡化工程和苦咸水淡化工程。國(guó)內(nèi)的反滲透膜主要用于純水生產(chǎn)和家用凈水器等領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額也僅占10%左右。剛剛出臺(tái)的我國(guó)海水淡化領(lǐng)域的第一個(gè)專項(xiàng)規(guī)劃《海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》必將對(duì)國(guó)內(nèi)海水淡化產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生明顯的提振效果。《規(guī)劃》提出，到2015年，我國(guó)海水淡化產(chǎn)能達(dá)到220萬(wàn)立方米/日以上，同時(shí)建立我國(guó)自主技術(shù)研發(fā)、裝備制造、工程設(shè)計(jì)建設(shè)和應(yīng)用、原材料生產(chǎn)等完整的海水淡化產(chǎn)業(yè)體系，海水淡化原材料、裝備制造自主創(chuàng)新率達(dá)到70%以上。
水質(zhì)凈化是膜在水處理方面的又一重要應(yīng)用領(lǐng)域。用于水質(zhì)凈化的膜材料主要是微濾、超濾和納濾膜材料。微濾和超濾主要用于去除水中的顆粒懸浮物、大分子等污染物，技術(shù)相對(duì)成熟。但納濾膜可以去除水中小分子有機(jī)物、砷、硝酸鹽和重金屬等有害物質(zhì)，同時(shí)保留大多數(shù)人體必需的無(wú)機(jī)鹽離子，更能滿足社會(huì)的需求。
金萬(wàn)勤說(shuō)，國(guó)外已采用納濾膜技術(shù)建立了日產(chǎn)14萬(wàn)立方米的飲用水凈化裝置。我國(guó)超微濾膜研制和產(chǎn)業(yè)化也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，建立起來(lái)日產(chǎn)30萬(wàn)立方米的雙膜法飲用水深度凈化工程，產(chǎn)品具有一定的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。但用于自來(lái)水深度凈化的納濾膜材料尚只有中試產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，與國(guó)際產(chǎn)品的質(zhì)量還有一定差距。隨著水質(zhì)的惡化和人們對(duì)水質(zhì)要求的提高，納濾膜凈化水質(zhì)將成為一種重要的發(fā)展方向，我國(guó)企業(yè)在此領(lǐng)域有一定基礎(chǔ)也有很大進(jìn)步空間。
對(duì)廢水的處理同樣離不開(kāi)高性能膜材料。“膜生物反應(yīng)器（MBR）已經(jīng)在城市污水、工業(yè)廢水處理和回用方面實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模應(yīng)用。”金萬(wàn)勤說(shuō)。聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯（PVDF）等都是已經(jīng)商業(yè)化的MBR專用膜材料，其中增強(qiáng)型PVDF在MBR市場(chǎng)份額不斷增大，已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)最可靠的MBR工程專用膜。國(guó)際上大型MBR工程已達(dá)到22萬(wàn)立方米/日。
數(shù)據(jù)顯示，生活污水已成為我國(guó)污水的主要來(lái)源。中國(guó)一年洗衣污水量就將近22億噸，相當(dāng)于34個(gè)十三陵水庫(kù)，76個(gè)昆明湖。金萬(wàn)勤表示，我國(guó)MBR市場(chǎng)已經(jīng)是世界增長(zhǎng)最快的地區(qū)之一，已建成10萬(wàn)噸級(jí)MBR工業(yè)廢水和市政污水處理工程，但其中的膜材料主要采用進(jìn)口產(chǎn)品。我國(guó)雖然已經(jīng)具備了PVDF中空纖維膜的大規(guī)模生產(chǎn)能力，但產(chǎn)品應(yīng)用到MBR工程中，抗污染性和強(qiáng)度性能仍與國(guó)際產(chǎn)品存在一定差距。隨著新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的提速和工業(yè)節(jié)能減排需求的增長(zhǎng)，我國(guó)市政和污水產(chǎn)生量還將進(jìn)一步增長(zhǎng)，這將成為MBR專用膜大展拳腳的舞臺(tái)。
開(kāi)辟新的淡水來(lái)源和提高用水效率必將成為我國(guó)社會(huì)生活用水的主題。金萬(wàn)勤認(rèn)為，我國(guó)高性能膜材料的科技創(chuàng)新能力和產(chǎn)業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力還應(yīng)進(jìn)一步提升，使其在緩解水資源短缺、節(jié)能減排和資源高效利用等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。
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