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集團新聞

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2017.05

正滲透技術—水處理領域投資新熱點

行業之窗

水資源的相對匱乏和水質惡化已經嚴重影響到人類的生活和健康。未來的和平與發展也將與凈水及淡水的獲得息息相關。因此,如何低成本地實現水凈化和脫鹽成為世界各國關注的重要科技問題。正滲透技術正是在這一背景下應運而生。
7月25日~30日,國際膜會議在荷蘭阿姆斯特丹舉行。剛參加完此次會議回國的中科院上海高等研究院膜實驗室研究員何濤告訴記者,在此次大會上,正滲透技術是各國專家最感興趣、討論最多的議題。
最前沿的水處理技術
“正滲透技術是目前國際上最前沿的脫鹽和水凈化技術?!痹诮邮苡浾卟稍L時,何濤表示。
正滲透是相對于反滲透而提出的。反滲透的原理是:對海水或污水施加高壓,使水分子通過一層膜滲透出來,而鹽分和其他雜質則留在膜的另一邊。反滲透的問題在于能耗太高,并且海水淡化后產生的濃鹽水直接排放對環境有影響。
正滲透技術的原理是:在一層膜的兩邊放置兩種不同濃度的溶液,因為水的特性,水分子會自然穿過這層膜,從濃度低的一側向濃度高的一側移動。
何濤說:“與反滲透相比,正滲透技術具有得天獨厚的優勢:能耗低,不需外界的壓力即可實現分離過程;材料本身親水,可以有效防止膜污染;回收率高,零排放,無污染?!?
據美國國家航空航天局網站報道,7月20日返航的“亞特蘭蒂斯”號航天飛機在宇宙空間的最后一次飛行中,順利完成所攜帶的兩項實驗任務,其中之一即是在微重力環境下使用正滲透技術獲得飲用水。
當未來的太空探險者在宇宙深空探險時,獲取淡水的唯一辦法是在飛船內部實現水的循環利用。正滲透技術能夠把飛船上的污水、尿液等轉化成富含水合物和營養的飲用水,保證宇航員的淡水需求。
對此,美國國家航空航天局埃姆斯研究中心科學家邁克爾·弗林的解釋是:“正滲透是一個類似將人體腸道中的水吸收到血液或植物根部從土壤中吸收水分的過程。這一技術通過半透膜實現水的自然擴散。半透膜作為一道屏障,允許小分子通過,比如水,同時阻截鹽、糖、淀粉、蛋白質等較大分子,及病毒、細菌和寄生蟲等?!?br>何濤表示,正滲透是目前唯一能夠為深空探索提供淡水來源的技術手段,在將來我國的載人航天項目中,該技術將大有用武之地。
更低的能耗
何濤告訴記者,正滲透技術在國際水處理領域可謂“熱點中的熱點”。目前科學家們研發的核心是尋找更為合適的驅動液和滲透膜,技術領先的國家是美國和英國。
2004年,美國耶魯大學梅納赫切姆·艾利米勒的研究小組在汲取液的研究上獲得進展。該小組使用一種基于碳酸氫銨的汲取液,可以很好地吸引水分子通過薄膜,然后加熱溶液至40攝氏度,鹽分會揮發,剩下的就是純凈的淡水,揮發的氣體可回收后再利用。研究小組稱,該方法的能耗僅是目前海水淡化工廠的20%。
正滲透技術面臨的另一個挑戰是找到合適的薄膜。美國《海水淡化道報》的編輯湯姆·派克拉茨認為:“這是正滲透技術面臨的主要難題?!?
這種膜必須滿足三個條件:一是只讓水分子通過,而將鹽分等雜質阻擋在膜的另一邊;二是必須盡量薄,以便讓海水與汲取液“親密接觸”,保持高滲透壓;三是需要足夠強韌,能夠抵御汲取液的侵蝕。
據報道,新加坡南洋理工大學膜技術中心最近研發出一種新的納米復合薄膜,具有很高的孔隙率,厚度也很薄,有利于高產出水量和降低能耗,也能夠抵御碳酸氫銨汲取液的堿性。
該中心主任托尼·費恩表示,這種薄膜有望使海水淡化工廠的能耗降低至少30%,生產過程簡單,大型海水淡化設施可按需進行組裝。
英國現代水公司也宣稱解決了正滲透膜問題,并成功應用正滲透裝置來淡化海水,工廠能耗比傳統海水淡化技術低30%。
何濤告訴記者,我國正滲透技術的研究起步較晚,2009年中國工程院院士徐南平、高從堦帶領的團隊得到了國家重大基礎研究“973”項目的支持,何濤即是團隊中正滲透項目的主要成員之一。
新投資熱點
中國工程院院士、國家海洋局杭州水處理技術開發中心膜與膜過程實驗室主任高從堦告訴記者,正滲透技術為水資源和環境問題提供了低能耗、高效率的解決方法,是一種實用性很強的環境友好型技術。其應用范圍已經包括海水淡化、水凈化、廢水處理、食品、醫藥、能源等領域。
在醫藥領域,利用正向滲透技術制造的滲透泵能夠實現藥物劑量的精確釋放、靶向輸送和劑量控制。食品加工應用正滲透保存食品(水果、肉類等)已很普遍,正向滲透濃縮飲料和流質食物很好地保留了食品本來的色、香、味和營養價值,深受人們喜愛。
高從堦表示,正滲透技術在能源領域也有巨大的市場潛力,它可以利用河流入??诘貐^海水與河水之間的滲透壓差來發電,歐洲國家已經把目光瞄準了這個市場。
在這一領域處于國際領先地位的是挪威。2008年,挪威國家能源集團在布斯克呂德郡建設了世界首個海洋滲透壓發電廠,工程中使用了2000平方米的正滲透膜。預計到2015年,發電廠將成熟到可以將其電力正常入網的狀態。
高從堦告訴記者,對于像我國這樣能源緊張的國家來說,滲透壓發電是理想的選擇。挪威的經驗可以作為我國將來發展滲透壓發電的借鑒。
國際大型的水處理公司也紛紛致力于正滲透技術的商業化應用。
目前最好的商業化正滲透膜是美國水化技術創新公司的支撐型高強度膜,該公司成立于1987年,是公認的正滲透技術的先行者。水化技術創新公司在2004年推出一款基于正滲透原理的便攜式水過濾器。在這種過濾器里,正滲透膜被封入小型密封塑料包,包中還含有由糖、香料、飲料粉末等組成的可食用汲取液。把這種膜包浸入臟水,水在滲透壓作用下擴散進入膜包,稀釋的汲取溶液就是可飲用的水溶液。這一過程不需要外加能源,特別適用于野外救生和軍事應用。
英國現代水公司已經將該公司的正滲透技術應用于一座示范工廠和另一座正規的海水淡化工廠。
對正滲透技術的未來,何濤非常樂觀?!拔磥?~10年,正滲透技術在水處理、能源等領域的中試即可完成,將展現出廣闊的應用前景,很可能成為繼反滲透之后水處理領域新的投資熱點?!?
高從堦也表示,正滲透技術具備非常好的潛力,今后應著重攻克技術難題,促進新一代水處理工藝的出現,推動正滲透技術的廣泛應用。
正滲透是目前唯一能夠為深空探索提供淡水來源的技術手段,在將來我國的載人航天項目中,該技術將大有用武之地。
記者手記
科技投資:目光應當更長遠
我國的海水淡化主要采用反滲透技術。各大投行的投資指南、風險評估報告無一例外地將反滲透技術作為投資熱點,爭先恐后將資金投放到在建的和籌建的各個基于反滲透技術的海水淡化工程上。
然而,業內專家指出,反滲透技術的能耗從一開始的生產一噸水耗費八九度電,降低到現在的生產一噸水耗費四度電,已經沒有太大的發展空間了。要想在能耗上進一步降低成本,未來只能寄希望于新的技術。正滲透技術相對于反滲透技術在這方面具有得天獨厚的優勢,并且不會帶來環境污染,很可能在將來取代反滲透,成為更優越的海水淡化技術。
發達國家早已把目光瞄準了正滲透技術的市場。中科院上海高等研究院膜實驗室研究員何濤告訴記者,美國的水化技術創新公司、英國的現代水公司等已經有正滲透技術的商業化應用。而美國的水化技術創新公司更是搶占了市場先機,其他國家使用的正滲透膜均為該公司的產品。
在7月30日結束的荷蘭國際膜會議上,何濤的研究小組在滲透膜、汲取液方面的成果引起了參會的某國際大型膜技術公司的關注,目前雙方正商談合作事宜,該公司很可能投入資金支持研發。
記者不禁感慨,我國的企業界什么時候能夠有這樣的敏感性與超前的眼光?
必須承認,產業和科研不一樣,產業往往滯后于科研,常常要等某一項技術發展成熟之后,才會進行大量投資,使之商業化。對于投資者來說,這樣做的好處是不用承擔高風險。
然而,也正因為如此,企業會失去在一個領域占據領軍地位的先機,今后也只能扮演被動地復制他人技術的角色。
事實告訴我們,不論是一個企業還是一個國家,失去了先機就只能受制于人,只能處于世界經濟鏈條的下游。
因此,我國的產業界、投資界目光應該長遠一點,超前一點,更多關注像正滲透這樣處于前沿的新技術,樂于在新技術上投放資金,勇于承擔風險,才可能占據科技的制高點。而占據了科技制高點,才能意味著贏取更大的經濟利益。
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