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与新加坡国立大学钟台生教授探讨当前膜领域研究现状
《水处理技术》记者 谢晓超 薛立波 王琪 徐子丹 / 时间:2016-05-26 11:06:15

  据中国海水淡化与水再利用学会微信公众平台2016年5月26日讯 新加坡作为岛国,天然的淡水资源很少,长期依靠从马来西亚进口淡水,这对于新加坡的可持续发展及国家安全而言是一种巨大的制约。近年来,新加坡公用事业局对水资源进行统筹规划、统一管理,为水资源的供应和需求、污水排放与处理等涉水事务的管理创造了一个有利的条件和环境。新加坡国立大学工程学院的钟台生教授,30年来致力于研发薄膜,在净水与能源开发方面为新加坡做出重大贡献,并获得了代表新加坡最高科技荣誉的总统科技奖。近日,《水处理技术》采访了钟台生教授,请他就新加坡国内应对水资源紧缺的举措及对中国当前膜研究领域的现状谈了自己的看法。


新加坡国立大学教授钟台生院士

新加坡国立大学教授钟台生院士


  《水处理技术》:首先,请简要先容一下您的研究历程。
  钟台生教授:我在美国企业从事了15年的高分子工程研究,用于塑胶加工、隐形飞机、防弹衣等,后因企业方向改变,改做水、膜、汽膜。到新加坡国立大学之后做了大量的基础研究工作,2003年应新加坡凯发企业(Hyflux)邀请负责企业膜研发工作,为此开发了几种水膜及大孔隙构造或不规则形状的膜孔和各种形式的膜喷头设计。当时,全球40%以上的反渗透海水淡化厂用凯发的Kristal超滤膜作为预处理膜,这些膜也同样用在新加坡的海水淡化厂。从参与凯发企业膜的研发开始,我着手做各种各样的水,如可以去除重金属等的纳滤膜,回收染料界的水。此外,也做了很多尖端的膜。
  《水处理技术》:这些产品的核心技术是什么?
  钟台生教授:膜技术,这里是指超滤。因为超滤比较容易商业化。纳滤要难一点,更尖端的更难。
  《水处理技术》:目前新加坡水的水资源现状如何?是否能达到自给自足?
  钟台生教授:不,新加坡现在60%的水是马来西亚供给的。新加坡和马来西亚的签约是到2060年。新加坡希翼到2060年,这个数据是20%。因为新加坡是岛国,水资源缺乏,为避免供水危机,新加坡想办法把所有的水、雨、湖都建立起来收集。这是一个方面,但仍还不够,新加坡是一个缺水的国家,通过技术创新满足了国内部分供水需求,摆脱了极端缺水的局面。今天能把制水的技术送到全世界,这是新加坡的了不起之处。
  《水处理技术》:NEWater是一个厂吗?
  钟台生教授:是的,叫指新生水厂,相当于中国的瓶装水生产商。新加坡的水是政府供给、控制的,叫做自来水企业,公用事业局。所以他们首先是造湖,新加坡所有的湖都很干净,让水能够回收。
  中国的膜技术已经较为成熟,新加坡的很多膜都由中国制造。但中国缺乏世界级的尖端技术,需要联合国内各方面力量,形成整体优势,抢占国际高端市场。
  《水处理技术》:新生水厂的主要技术是什么?
  钟台生教授:先采用超滤/微滤进行预处理,把污水中的粒状物和细菌等杂质过滤,通过反渗透,将已溶解的一些较小杂质过滤出来,再经过紫外线消毒,就得到了可循环利用的新生水。对新生水厂而言,回收雨水是很容易的,因为盐度等方面比较低。但是如果回收厕所用水,就需要膜生物反应器等。针对不同的水质,采用不同的技术。但是,总的目标是占到用水需求的50%。另外,还要建立反渗透海水淡化厂。
  《水处理技术》:新加坡从什么时候开始做海水淡化?
  钟台生教授:2005年,由凯发集团投资建设的第一座海水淡化厂投入运营。第三座海水淡化厂预计2017年投入运作,第四座海水淡化厂会在2019年竣工。
  《水处理技术》:第二座海水淡化厂的出水量是多少?
  钟台生教授:大概每天可供应7000万加仑的淡化海水,是亚洲最大的使用反渗透技术的海水淡化厂。新加坡公用事业局已开始探讨建造第五座海水淡化厂。大家的目标是到2060年,淡化海水和新生水产量分别满足新加坡25%和55%的用水需求。
  《水处理技术》:能为大家先容一下仿生膜的研究吗?
  钟台生教授:人有一种细胞,叫做水通道蛋白。人为什么会流泪、出汗?因为人的细胞里面有这种奇特的蛋白质,水从这种细胞能快速通过,而且它有分离的系数,可以把盐挡住,这是天生的。所以大家把这种蛋白质放在人造膜里面,模仿脂质中蛋白质水通道只让水分子通过的特性来制造新一代生物膜,阻止离子和其他溶质通过,但这种膜有它的问题。大家人体会造水,而且有免疫系统,即有防卫系统保护水通道蛋白,使得它可以成长。但是在膜里面,它就很易受攻击,怕被细菌吞噬,怕化学品破坏它失去活性,它没有办法自给自足。现在也还有人在继续研究。
  《水处理技术》:关于正渗透,您最新的研究进展有哪些?
  钟台生教授:正渗透拥有100多年的历史。荷兰人范特霍夫提出了一个渗透压方程,耶鲁的教授研究正渗透,全世界都跟着去研究。正渗透刚开始认为是一种低能耗技术,但你越做越发现,事实上正渗透技术的能耗并不低。正渗透水处理的两个关键核心技术是正渗透膜和汲取液,理想的汲取液应具有高渗透压、低能耗、低价、易回收、低毒或无毒特性,同时尽量不要汲取液再生。正渗透技术的短板是汲取液再生的能耗比较高,如果有天然的汲取液,一次性稀释的话能耗就很低,不需要回收。所以正渗透要成功,一定要想办法不要回收汲取液。还有一个方法,正渗透和反渗透复合。如将海水当作是汲取液,用工业废水来稀释,稀释后,若盐水从3.5变到了3,再做反渗透就不需要那么大的高能量,而且水回收利用率会高。现在正渗透可以多用一些水来稀释,降低进水浓度,之后浓缩废水又可以用来稀释脏水,废水稀释后就可以被排放。正渗透和反渗透复合技术是可以做的,而且这种复合技术是一定会商业化,中东已经在做。把海水当作汲取液,反渗透后汇集,作汲取液来稀释后丢掉,这样海水就不需要再生。就是说做一个技术尽量不要用到再生,那么正渗透技术是经济实惠的,但是要找到很天然的应用,是不容易的,所以大家做了各式各样的膜,我觉得正渗透有一个好处,它分离重金属的效果很好,大家还在继续研究。
  在油水分离方面,正渗透也有它的好处,但是有一个条件,怎么用便宜的汲取液。如果要用回用就很辛苦,如果要回收,就用正渗透-膜蒸馏(FO-MD),可以是连续性的技术。
  另外就是发电。由于淡水的水分子密集程度高于含盐海水,因此淡水的水分子会“自发”地涌向、渗入海水一侧,从而对半透膜产生压力,水流通过半透膜时产生的压力可以推动涡轮机发电。挪威国家电力企业是欧洲第一个设计渗透能发电的企业,但发电能力小得多,这组发电设备从2010年运行到2014年,后来就关闭了。
  《水处理技术》:为什么会关闭?是因为产量太低?
  钟台生教授:关闭是因为,第一,这里海水占100公尺,河水占300公尺,要花费很多的电运输水,同时发电设备没能制造出足够的电力以抵消建造、运行和维护的成本;第二,海水跟河水都很脏,因此要花费很多时间把水除干净;第三,他们的膜不好。
  《水处理技术》:他们用的是什么膜?
  钟台生教授:他们用的是日本的膜,大概是CTA膜,因为那种膜不好,所以发电量很小。渗透能发电的概念是挪威国家电力企业研发的,我也将这技术先容给新加坡,但因为盐度差太小,并且新加坡没有河水,所以采用了反渗透。其实新加坡还可以采用废水,在完成海水淡化后用分别剩下的浓盐水与废水发电。不仅能废物利用,也能解决海水淡化后剩下浓盐水的问题。
  《水处理技术》:现在新加坡已经有工程应用了吗?
  钟台生教授:大家正在做。它的水流高度是390公尺,之前只有135公尺,因此可以发很多的电。反渗透浓水可以跟新生水厂浓水混在一起,压力阻尼渗透、压力交换、能量回收混在一起,能量就会越来越减少。这是因为换了一个压力交换之后,又加上压力阻尼渗透,很多的能量就可以从这里转换到别的地方去。大家采用了各种正渗透膜,但所有的膜都破了,普通的正渗透膜更是一压就扁。大家采用的第一代用于渗透能发电的中空纤维膜,能做到12瓦/平方米,最新的已经做到了27瓦/平方米。试用废水和海水混合,理论上应该是21瓦/平方米,可实际只有4.6瓦/平方米。为什么?第一,盐水不够浓,因为膜会被污染。理论上盐水和干净的水是可以出27瓦/平方米,但脏水和海水混在一起,就只有4.6瓦/平方米。在反渗透环节,污染是发生在上面,而压力阻尼渗透环节的污染在里面,因为它的过程不一样。所以最后先用超滤进行过滤,可以达到6.6瓦/平方米甚至是8.9瓦/平方米,扣除过滤费用之后为6.4瓦/平方米。现在大家在研制抗污染膜和膜蒸馏的复合。
  《水处理技术》:国内的膜技术与与国际环境相比,优、劣势有哪些?
  钟台生教授:中国国内膜领域人才济济,但是国内有个大的趋势,就是一直要商业化。这有好处,也有缺点。好处是可以马上商业化,而且很实际。缺点是有很多的教授去赚钱,要赚钱就很难做好知识。所以说国内一直很强调商业化,进步也很快,但是到最后,很多人就不愿意再做基础工作。
  《水处理技术》:对正渗透和渗透能发电的发展和未来,您是怎样认为的?
  钟台生教授:我认为渗透能发电是一定会火,一定会商业化,中国值得去做。全世界有一万多的反渗透工厂,这一万多的反渗透工厂会产生多少的废水,多少的浓盐,这些是可以回收的,不回收太可惜了。
  《水处理技术》:关于海水淡化技术本身,您有什么看法?
  钟台生教授:反渗透的海水淡化,现在基本是日本和美国的技术,他们的技术商业化起步早,技术也最好。现在他们也正在研制反渗透、正渗透、压力阻尼渗透的结合。
  《水处理技术》:您在压力阻尼渗透方面的研究很权威,目前您的研究有哪些?
  钟台生教授:大家做压力阻尼渗透现在是全世界领先的,做正渗透也是世界第一。虽然领先,但还没有商业化。其它在研究用于药物分离的膜和用于有机溶剂回收的膜。以前人们都把有机溶剂烧掉,污染物就很多,所以要把有机溶剂回收。通常都是有机物纳滤,能用纳滤膜把有机溶剂分出来,这是未来的希翼。
  《水处理技术》:您认为大家国内的膜技术水平还是不算太高?
  钟台生教授:不,我觉得有些技术含量很高,甚至很尖端,只是不知道它的数据有多准确、可信。中国的膜技术已经较为成熟,但中国仍然缺乏世界级的尖端技术才可以拿诺贝尔奖金。若只是做生意,永远没办法在世界上排名的。商业化是一回事,科技又是一回事。商业化的东西通常都比较简单,太复杂就不能商业化。中国的膜很不错,但是太多注重商业化。中国现在应该支撑做些国际尖端的膜。
  《水处理技术》:请问您刚提到的,不知道数据是否准确,是指企业还是研究机构?
  钟台生教授:我的意思就是说,中国发表了很多好的论文,但是我不知道这些论文的数据是否真实。我不能说表示怀疑,因为我不懂,但是我觉得他们做的真的是好。中国在现阶段,为什么会有那么多的污染?因为中国太强调商业化。每一个教授到处都开企业,你的废水放哪里?如果我开企业,我的废水就交给政府去管。谁都不去管,那么污染的水就越多。我认为,在中国,当然鼓励有些教授去开企业,但也要鼓励有些教授做尖端科技。中国已经转型到一个阶段,现在应该慢慢收敛商业化。让一些人来做,不需要每个都来做。这是我对澳门金莎娱乐网站领域的看法。中国需要有些真正做膜基础研究的人。
  结语:访谈结束时,钟台生教授对我国膜技术发展表达了美好的祝福和坚定的信心。正如钟教授所言,我国的膜技术已经较为成熟,新加坡乃至全世界的很多膜都由中国制造,但如何让中国的膜技术走向尖端,走进世界前列,还需要联合国内各方面力量,形成整体优势,抢占国际高端市场。
  【专家概况】
  钟台生(Tai-Shung Chung),博士,新加坡工程科学院院士、新加坡国立大学教务长讲座教授。担任AIChE Journal(《美国化学工程师学会期刊》)、Journal of Membrane Science(《膜科学期刊》)、Chemical Engineering Journal(《化学工程期刊》)等刊物编委。撰写著作1本、17个章节,发表460多篇期刊论文和350多篇会议论文,拥有50项授权专利。

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