我国膜分离技术行业发展概述( 0页)

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  吴辉   孙远  张坤 

东吴证券股份有限公司投资银行部上海部

膜分离技术是指借助膜的选择渗透作用, 在外界能量或化学位差的推动作用下对混合物中溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集。膜分离现象早在250多年以前就被发现,1748年,耐克特(A. Nelkt)发现水能自动地扩散到装有酒精的猪膀胱内,开创了膜渗透的研究。自20世纪60年代中期以来,膜分离技术真正实现了工业化。膜分离技术在近20年发展迅速,其应用已从早期的脱盐发展到化工、轻工、石油、冶金、电子、纺织、食品、医药等工业废水、废气的处理,原材料即产品的回收与分离和生产高纯水等,是适应当代新产业发展的重要高新技术。膜分离技术不但在工业领域得到广泛应用,同时正在成为解决能源、资源和环境污染问题的重要技术和可持续发展的技术基础。国外有关专家甚至把膜分离技术的发展称为“第三次工业革命”,因此膜分离技术被认为是20 世纪末至21世纪中期最有发展前途的高新技术之一。

我国的膜分离技术的发展是从1958 年对离子交换膜的研究开始的,数十年来, 取得了长足的进步。目前中国研究所涉及的领域遍及膜科学与技术, 从材料的应用到产品的开发等方面。经过20年的努力, 中国在膜分离技术的研究开发方面已涌现出一批具有实用价值, 接近或达到国际先进水平的成果。但从总体上讲, 特种分离行业,中国的膜分离技术和世界先进水平相比还有不小的差距, 还有待于进一步研究开发,膜产业的发展仍旧落后于欧美发达国家。近些年来随着国家对膜产业,尤其是对环境保护的日益重视,我国膜技术发展活跃、市场增长较快。2012年,我国膜产业(包括膜制品、膜组件、膜附属设备及相关工程)总产值达492亿元。

工业应用膜过程中,一般将膜分离技术分为以下几种:

①微滤(MF)又称微孔过滤,它属于精密过滤,其基本原理是筛孔分离过程。鉴于微孔滤膜的分离特征,微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物,以达到净化、分离、浓缩的目的。对于微滤而言,膜的截留特性是以膜的孔径来表征,通常孔径范围在0.11微米,故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离,可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。

②超滤(UF)是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程,膜孔径范围在0.050.1微米。超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程,超滤膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征,通常截留分子量范围在1000300000Da,故超滤膜能对大分子有机物(如蛋白质、细菌)、胶体、悬浮固体等进行分离,广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。

③纳滤(NF)是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术, 其截留分子量在801000Da的范围内,孔径为几纳米。膜的截留特性是以对标准NaClMgSO4CaCl2溶液的截留率来表征,通常截留率范围在60%90%,相应截留分子量范围在1001000Da,故纳滤膜能对小分子有机物等与水、无机盐进行分离,实现脱盐与浓缩的同时进行,其在制药、生物化工、食品工业等诸多领域显示出广阔的应用前景。

④反渗透(RO)是利用反渗透膜只能透过溶剂(通常是水)而截留离子物质或小分子物质的选择透过性,以膜两侧静压为推动力,而实现的对液体混合物分离的膜过程。反渗透是膜分离技术的一个重要组成部分,能够去除可溶性的金属盐、有机物、细菌、胶体粒子、发热物质,也即能截留所有的离子,在生产纯净水、软化水、无离子水、产品浓缩、废水处理方面反渗透膜已经应用广泛。

⑤电渗析

电渗析(electro-osmosis)是利用荷电膜(离子交换膜)对阴阳离子的选择性透过性质,在电位差推动力的作用下,使阴阳离子从水溶液中分离的一种分离方法。

膜分离操作基本工艺流程:

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对不同组成的有机物,根据有机物的分子量,选择不同的膜,选择合适的膜工艺,从而达到最好的膜通量和截留率,进而提高生产收率、减少投资规模和运行成本。

随着我国经济的快速发展,人口数量的增加,造成了用水与排水量的增加。日趋严重的水污染加剧了水资源短缺和饮水安全,成为制约我国经济、社会稳定发展的重要因素。为有效遏制水污染的恶化趋势、缓解水资源和保障饮水安全的紧张局面,国家出台了更严格的污(废)水排放标准与再生利用政策,以及相应的环保与膜产业发展规划与政策。如《“十二五“国家战略性新兴产业发展规划》提出到2020年,节能环保产业将被发展成为国民经济支柱产业,功能膜材料、复合材料的研发将得到进一步加大。《高性能膜材料科技发展“十二五”专项规划》提出实现5 8种膜材料国产化,为水资源保护、饮水安全和工业节能减排提供技术保障。《海水淡化科技发展“十二五”专项规划》预计到2015年,中国海水淡化能力将达到220万~260t /日。《“十二五”节能环保产业发展规划》提出到2015年,节能环保产业总产值达到4.5万亿元,节能环保产业产值年均增长15%以上。

可以预见,膜分离技术将进入产值大幅增加的黄金时期,它所带动的相关产业产值总量更是不可估量,其将在水资源、能源、环境、传统产业改造等领域发挥重大作用。


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