质、微粒等。微滤膜的平均孔径在0.1~20μm,水处理一般用0.1~0.4μm孔径的膜,主要去除微粒、亚微粒和细粒物质。超滤膜的材质主要为聚砜(PSU)、聚丙烯腈(PAN)、聚醚砜(PES)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氯乙烯(PVC)等。而微滤膜材质为醋酸纤维素(CA)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯(PTFE)等。此外无机陶瓷也可制作超滤膜和微滤膜。
国内自上个世纪七十年代开始UF/MF膜和膜过程的研究与开发,目前制造厂商多达一百多家,是我国膜产业中企业数、产品种类最多,产量最大,能与国外产品抗衡的领域。具有代表性的企业有天津膜天膜(生产PVDF/MF、UF膜)、海南立(PVC/超微滤)、大连欧科(PES/UF)、招金膜天(PSU/UF和PP/MF)、欧梅塞尔(PVDF/MF),以及南京九思、江苏久吾(这两家生产无机陶瓷膜)、杭州水处理中心、中科院大连化物所、高能所,健民过滤、庆江化工厂、武汉仪表厂等,2005年总产值约为9亿元,年增长率三年来均保持在16~20%。近年来,通过自主创新和引进消化吸收,UF/MF领域,国内企业推出了不少优秀的新技术、新产品。例如:天津膜天膜的PVDF毛细管式微滤膜制作技术(非溶剂致相分离法);南京工业大学、南京九思公司的氧化铝、氧化锆、氧化钛陶瓷超滤膜;海南立在国际上率先实现聚氯乙烯超微滤膜产业化;招金膜天TIPS法聚丙烯超滤膜。国内UF/MF市场中的高端领域(电子工业用超纯水、电泳漆回收、制药、酶制剂等用途)目前基本由国外企业控制,但在中、低端的水净化市场国产膜因价格低廉占有绝大份额。在我国, 超滤和微滤膜大量应用在双膜法处理过程中,国产膜不仅在性能上能满足要求而且具有价格优势。再加上进口超滤和微滤膜手续繁琐,国产膜的市场份额将有更大程度上地提高。
据不完全统计,UF/MF的应用实施例多达1,500余种。在国外主要应用于饮用水处理,国内则主要用于工业领域的废水处理、回用,作为反渗透的前处理已被认同。UF/RO、MF/RO组合的双膜法技术,国内在工业水处理特别是在电力、钢铁、化工、汽车等行业中应用较多。随着国家对水资源再利用投入的增加,UF/MF技术作为城市安全供水、市政污水处理、再生水回用的重要手段将获得广阔的市场空间。UF(MF)/RO双膜法工艺,膜生物反应器技术等将得到迅速发展。无机膜,特别是陶瓷膜、金属膜因其耐高温、耐有机溶剂、耐酸碱,也将会得到发展。
就其工程应用而言,国外主要用于地表水、受污染地下水的处理,及污水经二级处理后出水的深度处理,海水淡化、苦咸水淡化前处理等,设备推广已达数十亿美元。国内UF/MF工程的合同金额,2005年达到25亿人民币,涉及生化制药、MBR、电厂水净化、钢厂冷却水净化等。
膜分离技术被国际产业界公认为21世纪的重大产业技术之一。在当前国际、国内水资源短缺的背景下,在我国坚持科学发展观,大力发展循环经济的形势下,作为高效的水资源再利用手段,膜分离技术面临着空前的机遇与挑战。超滤和微滤膜将有更加辉煌的发展前景。
——中国膜工业协会秘书长刘宪秋
超滤是一种从溶液中分离出大粒子溶质的膜分离过程。超滤的应用非常广泛,其市场份额远远大于反渗透。从蛋白质浓缩、生物制剂的制备,到电子超纯水的生产、反渗透的预处理,超滤都表现出强大的生命力。
在中国,超滤与反渗透还有一个明显的区别。国内超滤膜研发、生产和制造的能力与世界尖端水平相当接近,只是在膜组件的设计上稍显薄弱。而在反渗透领域,我们在各个方面与发达国家的水平还有很大差距。从这个角度可以看出,超滤在中国的发展会非常迅速,前景将会非常光明。像欧美塞尔、立升、天津膜天膜、招远膜天等大大小小一批超滤膜制造厂商都为中国超滤市场的繁荣做出了贡献。
从世界范围内说,超滤与反渗透不同,也是百家争鸣的格局,没有哪一家是绝对的老大。像诺芮特、旭化成、科式、泽能、美净、海德能均具有一定的市场占有率。
另外,超滤膜的形式多样,有浸没式、加压式、内压式、外压式等很多不同形式,规格也大相径庭,这一方面说明了超滤百花齐放的特点,另一方面在某种程度上也限制超滤的应用和发展。
总之,超滤作为膜分离技术大家庭中的一员,会越来越多的渗透到我们的生活中的。
——海德能公司徐平博士
随着欧美等企业被国外环保巨头并购,国内超滤产业格局已经发生了巨大变化。今后的市场格局将形成国外几大环保巨头对中国超滤市场的争夺,国内一两家拥有核心技术优势的超滤膜企业也会参与这场残酷角逐。
超滤的应用范围虽然宽泛,但真正对竞争格局起决定性作用的将是上下水处理领域。作为反渗透预处理市场,将在未来的发展中份额变小。
超滤的性能提高还有很大潜力,新材料新工艺的发明,都有可能较大程度地改变超滤处理成本。这些改变都将使竞争格局发生巨大变化。
由于自来水处理等领域国有企业是主要力量,因此国家政策的影响和对产业的扶植也会对产业格局变化起到重要作用。
随着国内市场开放和公平程度越来越高,大型环保企业,特别是全球500强的环保企业,将可能逐渐利用自己综合实力的优势取得工程领域的垄断。在工程市场领域的洗牌不可避免,进而会影响到国内的超滤膜市场竞争格局。拥有完整产业链的综合环保企业和拥有专业化优势的超滤膜企业都可能在竞争中胜出,同时也很有可能最终形成两者合作的关系。
国内超滤膜企业应该积极参与全球市场的合作和竞争,争取获得更大的发展机会。
——立升公司总工程师陈清
三千里路云和月 ——记海南省首届十大专利发明人陈良刚
灾区神话
1998年夏,特大水灾将全国人民的心揪得紧紧的,望着电视机屏幕上滚滚浊流,人们不难想象,灾区人民又面临着饮用水问题。 一位海南的青年科技工作者出现在荧屏上,只见他站在已经被洪水泡了两个月的房子内,正用一个并不复杂的设备,将随手舀起的污水过滤为清水。可是谁也不敢喝这样的清水,因为那污水的四周还浸泡着各种淹死的动物呢! 县长来了,这位年轻人当着县长的面,“咕咚、咕咚”喝下了好几杯;小学生来了,年轻人又笑嘻嘻地喝下了这样的过滤水;喝啊喝,当着灾区人民的面,年轻人把肚子喝了个滚溜圆??于是,一个近乎神话的故事在灾区流传开了,海口发明了一种能把什么水都变成没有细菌、没有杂质的净水的机器。一个小小的过滤器,每小时可以制洁净水4000瓶。海南的高科技企业为湖北、湖南、江西、黑龙江等灾区,赠送了60多台价值160多万元的净水设备,缓解了部分灾区人民的饮用水问题。
这家高科技企业叫什么名字?这位在灾区和他的伙伴们顶着烈日,连续几天不停地安装净水设备的年轻人是谁?在清华校友会上,一位年轻人的发言引起了大家的注意——他叫陈良刚,1984年毕业于清华大学燃气轮机专业,研究航空发动机是他的专长,他应该在蓝天翱翔的,可奇怪的是他讲的是水。他讲到了“膜”技术,一个似乎与他所学的专业风马牛不相及的话题。年轻人是否踏错了行? 然而,师兄师弟及师长们给他的讲话报以热烈的掌声。
陈良刚,一位青年科技工作者及高科技创业者走过的路,十分清晰地展露在众人面前。 海南下海
跨出校门的陈良刚十分幸运,他被分配到内地一家实力很强的企业集团,担负一个与自己专业相符的重要工作。领导信任他,让他到国外锻炼。回国后,他渐渐感到内地的环境有时制约能力的发挥,毅然来到中国最大的经济特区海南省,寻找发挥自己更大能力的空间。
1988年到海南的陈良刚,很快就在国有企业“海南汽车制造厂”做出了新业绩,1991年,他作为主要负责人之一的海南省最大投资项目海南马自达投资获得成功。然而,就在各方面都希望陈良刚成为该中日合作项目的全面负责人时,他却出人意料地提出了辞职。人们不理解,他却坦然告之:国有企业不能按劳取酬,很难体现人的价值,另外,纵观世界汽车史,他认为不可能在汽车行业去超越发达国家,他要寻找新的突破。
他义无反顾地投身到一家民营高科技企业,真的下了海。刚下海的扑腾是艰难的,但他靠着一腔热情,靠着一个梦想——三、五年后做世界活塞大王,硬是“游”出了一段距离。可是与项目发明人在经营理念上的冲突,使陈良刚面临两难境地。不多久,陈良刚又暗萌退意。
还能做什么?陈良刚把自己抛到十字路口。
年轻人的好冲动让他飘忽不定,年轻人的好冲动也让他最终抓住了机遇。1992年4月,海南椰子节科技产品展销会,一家内地来的科研所的项目演示,抓住了他的眼睛。这是他以前从未看过的“奇迹”:脏脏的水,经一个叫做“膜”的过滤,变成没有污染的洁净水了。陈良刚较真了,他将水拿到防疫站检测,水里真的找不到细菌。具有科学家智慧和企业家商业敏感性的陈良刚敏锐地感觉到了这个技术中蕴含的巨大商机,开始和这家单位共同研制超滤膜。
经过日夜奋战,不多久,第一台被称为“超滤机”的净水设备生产出来了,并很快由一家酒厂指定使用。但不幸的是安装人员还没有回家,酒厂就来了电话,说设备中的过滤膜破了。出师不利并没有让陈良刚泄气,他和公司的技术人员反复研究设备使用条件,改进配方、调整工艺,没日没夜地干了3个月,但膜的质量问题仍然没有解决。内地那家科研所的代表悄悄地离去,而这位代表的助理则毫不客气地对陈良刚说:“你是个傻瓜!这种东西还在试验阶段,技术不成熟,怎么能生产产品呢?”
陈良刚失败了,而且败得那么惨。但是令人不解的是陈良刚并未就此收摊,而是又来了憨劲,他跑到北京,跑到母校,找到了有关教授及科研人员。他们告诉他:膜技术绝对是世界级高新技术,如你能解决质量问题、成本问题,将是前途无量。从这些教授、专家手中,他拿到了有关膜技术方面的专业书籍,获得了这方面的最新信息。
通过系统的学习,他才明白,内地那家科研所的人提供的只是书本上一些制膜的最基本知识,离真正生产出使用的产品还相去甚远。 初见曙光
从事高新技术项目,并非一蹴而就,从科研到商品化,往往是科研成果完成了1%的任务,中试成功只能算完成10%;要制成产品被社会接受,其间将是一个漫长而艰难的过程。在这个过程中,常常又是一棒接一棒地传递,很少听说一个人就完成了从科研到商品开发的艰难过程。
陈良刚没有等待和退却,他义无反顾地选择了独自走过这一历程。经过半年多的反复试验对比,他发现,只有毛细管式超滤膜这种结构形式,可能通过大通量、长寿命设计。如何使“高、贵”的膜分离技术能为普通百姓服务?国际上关于膜技术的一些基础理论仍不统一的今天,有许多东西仍在探索、在争论。要想在书本理论指导下生产出高质量的产品,其难度可想而知。他凭着自己在热工、流体方面的扎实基础,大胆地对传统工艺、生产设备进行改进,相信“按常理办事不会有突破”的陈良刚,希望以自己的研制结果来创出新的理论。
他边研制边为急需膜过滤设备的厂家解燃眉之急,将设备在实践中不断改进,一步步完善。他白天跑工厂与应用厂家一起研究设备结构、使用工艺。母校的老师、膜行业的专家成了他的活字典。1000多个日日夜夜,他的家安在车间,他的足迹遍布了上百家大大小小的应用厂家。
陈良刚在没有退路、没有任何外援的情况下,他首先要靠信誉来赢得大家对他的信心。为了信誉,他可以做到以一台超滤机的数倍的价值,为顾客提供售后服务,直到对方满意为止。他曾几上青海,为那里的酒厂改进超滤机设备,尽管那套设备只卖了13万,他化去的费用已不止20万元。有次,泸州一厂家来电要求维修设备,他首先想到的不是分清责任,而是先要保障人家的生产,第二天就空运一台备用机器给对方,同时再派人去维修。越来越多的厂家用他的超滤机,包括茅台酒厂。他得到了越来越多的信任。
一分耕耘,一分收获,膜的质量在不断提高。至1995年底,他研制出的立