①分离膜+产业 ②探秘德国城市排水系统

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本栏目推出两篇文章：
篇目一《分离膜+产业”模式让“膜+”概念在我国工业界走俏》
篇目二《探秘德国城市排水系统》



分离膜+产业”模式让“膜+”概念在我国工业界走俏




膜技术目前正广泛应用于海水淡化、污水处理、海洋油气开采、海水养殖、中药生产、食品加工等领域。随着膜技术应用领域的不断增加，“膜+”概念也逐渐形成了。“十二五”末期，我国膜行业达到了千亿元产值，而且还继续保持快速增长，预计“十三五”末期产业规模相比“十二五”末期翻番。那么，“膜+”新模式是否拥有足够的发展空间?欲产值翻番，未来膜行业发展突破口在哪里?




翻番期冀再翻番


经过多年的努力，我国膜产业由小行业发展成为“十二五”末期产值达1000多亿元的产业，中国已经成为膜工业大国。“十一五”期间，膜行业在技术方面取得长足进步，其中微滤、超滤、反渗透等膜制作技术已经达到了较高的水平。“十二五”期间，随着膜产业被列入战略性新兴产业，发展速度更快。在“十二五”期间，膜行业每年以20%多的速度增长。其中，2014年，膜行业的增长速度达到26.9%。

不过，经过“十二五”期间的快速发展，部分膜产品产量已经达到饱和。对此，中国膜工业协会秘书长尤金德认为，“十三五”期间，膜行业的企业不应该单纯进行扩大性生产和重复性建设，而应该加强膜原料国产化研究。重要的是在一两种关键膜材料上取得突破性进展，例如，PVDF膜材料国内已经做出来了，今后应加大产业化的研究。
中国GDP预计到“十三五”末要翻一番，而膜行业发展速度年年高于国家GDP增速，所以膜行业“十三五”末一定能完成在“十二五”基础上翻一番，产值达到2500亿～3000亿元。
近几年来，我国膜行业在出口方面实现年百亿元的销售收入。虽然我国在膜质量和膜装备等方面与世界上其它膜工业大国相比还稍差一些，但由于我国膜原材料、膜制造、膜原件、膜装备和膜应用工程等方面具有人工便宜、产品成本低的优势，我国膜产品出口第三世界国家占很大比重。未来，结合“一带一路”战略出口亚、欧、非洲等地区将会大有作为。因此，出口在“十三五”期间仍是膜行业发展的重要部分。


“膜+”耦合多行业


南京工业大学副校长、国家特种分离膜工程技术研究中心主任邢卫红表示，膜是利用材料的特殊结构来实现物质高效分离的一些材料和技术。根据膜高效分离特性，膜可以在其他产业中大规模应用。伴随着海洋强国战略的实施，膜技术已经在海洋油气开采、海水养殖、海洋环境保护等方面有所应用。在化工领域，膜技术广泛应用于催化、分离、化工原材料的综合利用和回收、水循环、污水处理等方面。
中国工程院院士高从堦认为，借鉴目前流行的“互联网+”，膜行业可以提出“膜+”概念。“十三五”期间，让膜促进更多产业的发展。


中科院烟台海岸带研究所研究员胡云霞建议，“膜+”首先要建立好框架，其次要在框架中对膜技术进行精挑，再次将精选的膜技术与不同行业耦合，用“分离膜+产业”模式来实现高效、集成、节能、减排、绿色、符合国家战略要求的发展方式。
以海水淡化为例，邢卫红告诉记者，虽然环保人士认为，海水淡化产生的浓盐水会对环境产生较大的影响，但是如果与其他行业进行耦合，这个问题就可以解决。例如，海水淡化产生的浓盐水可以与盐化工进行耦合，浓盐水就可以“变废为宝”。
“十三五”期间，膜行业能够取得重大发展，关键在于膜技术能否在一些新的应用领域取得突破性进展，比如发酵行业、制品行业、造纸行业零排放等。同时，膜行业要和老旧工业改造相结合，把回收工业废料作为下一步工作重点。
“膜+”能源行业也受到业内关注。业内人士认为，“十三五”正渗透盐差发电技术应继续研究，向前推进。虽然国际上盐差发电已经做到中试阶段，但是效率还有待提高，希望膜技术专家、企业家一起努力把盐差发电技术继续向前推进。膜色谱对于第四代核能发展有重要意义。天津工业大学分离膜与膜过程国家重点实验室教授何说：“锂6和锂7是第四代核能重要的原料。用膜色谱技术分离锂6和锂7同位素，理论的分离因子是1.08。目前在实验室中，他们的技术已经达到1.06，还在做更深入的工作。”
“膜+”还可以解决居民生活中的水、能源和食物等方面问题。目前，我国在海洋牧场和渤海粮仓投入大量资金，而海洋牧场、渤海粮仓和海洋养殖用水量很大，大力发展膜技术可为其解决水源问题。另外，气候变化等原因会造成局部地区部分时段干旱，膜技术及应用的发展要有足够能力提供廉价间断式的供水以保证农业的正常生产。以色列农业的快速发展离不开滴灌技术和水肥技术，我国可以发展正渗透技术，助力水肥一体化技术发展，成本可行性需要进一步研究。


应用待继续扩展


“十三五”期间，膜产业要同时从膜研究、膜制造和膜应用方面发力。其中，膜在水资源、环境保护、新能源和传统工业改造等四大领域的应用研究应得到进一步加强。
“同一种膜应用于不同工艺，要求也会不同，因此，各种膜都要加强应用工艺研究和对应的市场应用，这样才能保证‘十三五’末期，膜应用工程实现千亿元的收入。”
胡云霞教授表示，目前，我国部分膜技术研发能力已居世界前列，但应用方面与进口膜差距较大。例如，在农产品、食品的浓缩加工中，应用国产膜和进口膜对加工效果影响颇大，因此，在食品、蛋白、酶等加工过程中，国内企业绝大部分使用的是进口膜。
对此，高从堦表示，成熟的膜技术重点在推广应用，但是发展中的膜技术需要小试、中试和工程示范，一定要和相关应用部门直接结合，才能加快应用进度。
业界一致认为，我国膜行业发展要再加大应用研究力度，促进膜产业向更高品质发展。
中药是我国在自然科学方面实现突破的一个重要领域。屠呦呦在2015年获得了中国第一个自然科学方面的诺贝尔奖。中药企业通过膜技术应用的使用提高了经济效益和社会效益，但从需求出发需要更多地借助膜技术应用解决现有问题。
南京中医药大学教授郭立玮表示，根据多年的探索，膜技术在中药加工方面有很强的适用性。近几年，位列我国药业排名前几名的扬子江药业、太极集团、劲牌有限公司(劲酒生产企业)都比较系统地用到了膜技术，而且膜技术带来了非常显著的经济效益和社会效益。
南京中医药大学教授朱华旭告诉记者，中药传统的水提过程用膜处理替代后，可以减少能耗50%以上。大家熟知的柴胡，由于其挥发油含量低，在生产中面临油水分离的问题。目前，许多中药企业所用设备是化工行业20多年前的设备，太极集团等一系列中药企业面临着改造和新产业升级，对膜的需求量非常大。因此希望膜行业专家、企业能用膜技术帮助中药企业进行产业升级，节能降耗。
除了中药行业，膜技术在其它行业也要不断扩展应用。国家发改委综合利用处处长杨尚宝表示，随着技术不断推广，膜和膜技术将应用于更多的领域。但这个过程中，如何把现有的膜技术工程化将会成为挑战。
膜技术工程化进程中，一定要结合国家发展战略来发展技术、装备和规模。第一，膜技术和膜装备必须固化到产品中。用户买产品并不是简单衡量原器件或技术的堆叠，而是更多地考虑品牌和稳定性。因此，膜技术和膜装备固化形成的高质量产品，将来的推广应用价值就会较高。第二，膜产品工程化规模很重要。许多膜技术可以做到很优异，但是工程化应用当中，需要考虑两个因素：一方面是膜技术本身在非实验状态下的运行稳定性，另一方面是膜技术在短期或长期能否产生经济效益。第三，膜技术工程化要结合国家发展的战略规划。目前，膜技术和膜应用的传统应用领域是海水淡化处理和污水处理。在下一步发展中，膜技术和膜应用应该与国家战略结合起来。比如，膜技术和膜应用与当前强调“精准扶贫”结合;“一带一路”战略中，海水淡化、水处理与水环境保护结合;习主席提出“青山绿水就是金山银山”，即是对我国大江河治理提出的要求，膜技术也可以与水环境治理结合。


发展需金融助力


我国膜行业发展很快，但在具体应用上还存在不足。因此，业内人士认为，当前膜行业与金融行业结合发展越来越重要，膜行业应该引导资金向膜技术应用方向倾斜，帮助企业实现膜技术的科研成果工业化。
投融资可以加速科技成果转换，针对膜行业的专业投融资基金更加重要。
“引入投资可以打破产业间的界限，把不同行业的产业链进行整合。例如，PPP推广让更多的社会资金参与到政府的公共项目中。资金进来可以参与膜技术开发，同时也可以并购相关技术配套企业，最终为客户提供多元化的解决方案。”
作者：王卓峰 编辑：水博士



探秘德国城市排水系统



在德国，我曾经历过几次大的降雨，却并没有看到出现内涝的现象。究其原因，这和德国在城市建设过程中未雨绸缪，十分重视排水系统有关。根据个人观察和查阅资料，德国城市的排水系统有两个显著特点。


第一个特点是地上和地下相结合。早先，德国的城市排水系统是以明渠、明沟和洼地为主，夏天常常臭气熏天，导致传染疾病流行。仅1851年至1867年，柏林就有18000多人死于霍乱。自1871年柏林成为帝国首都后，政府开始建造地下排水系统，至1878年柏林已建成长达744公里的排水网管，具有排泄一天一夜大暴雨的能力。

1902年，柏林遇到一场百年不遇的大雨，结果水漫柏林，从而暴露出排水系统最初设计的问题：一是雨污合流，雨水和污水一起排入河流污染自然水域；二是不少污泥、杂物堵塞管道影响排水功能。针对这种情况，柏林市政府开始大规模改造全市排水系统，将污水和雨水分开排放，形成了现代意义上的排水系统。现在，德国每年用于大城市排水系统建设的预算高达上亿欧元，维护费用保持在每公里5000欧元左右。据2010年统计数据显示，德国已建成公共排水管道达54万公里，大约可绕地球13圈半，其中专门的雨水排水管道长6.6万公里。

德国在重视地下排水系统建设的同时，与地上相结合，强制性地进行透水路面设计和建设。1973年，德国交通部制订了《路面结构内部排水系统设计指南》。在德国，不同区域会铺就不同的透水路面：像人行道、步行街、自行车道等受压不大的地方，采用透水砖，砖与砖之间用透水性填充材料拼接；自行车存放地和停车场的地面选择有孔的混凝土砖；在居民区、公园和街头广场则选用实心砖铺路，砖与砖之间要留出空隙。使用率高的步行道可用细碎石或小鹅卵石铺路。

经过多年的努力，目前德国大城市80%的路面可以透水。透水路面的建设，一方面有助于解决城市积水问题，另一方面还可以平衡城市生态系统。例如，雨水渗入地下，可补充地下水源。此外，透水地面的孔隙多，增大了地表面积，对粉尘有较强的吸附力，既减少了扬尘，又降低了噪音。另外，德国在对雨水径流明渠、明沟改造时，模拟蜿蜒曲折的天然河道，还起到了改善城市景观的作用。


第二个特点是排水和储水相结合：德国在雨水排水系统的建设过程中并不是一味地加大管道，而是采用排储结合的策略，在铺设排水管道的同时，增加储水池建设。目前，柏林建有115个总容量达上百万立方米的地下水库。如果暴雨达到排水系统超载标记，雨水便通过疏导渠进入地下水库，待排水系统恢复正常时，再将地下水库的雨水引入地下排水系统，避免出现排水不畅形成的城市内涝问题。所以，在柏林很少看到雨后积水成片的现象。此外，地下水库还可以起到过滤杂物、净化水质的作用。

从20世纪60年代起，德国还致力于开发各种雨水渗透装置。新建工业、商业及居民小区均要设计雨水利用装置。

近年来，德国又开始大力推广“洼地—渗渠系统”，达到了明显的储水效果。该系统的主要特点是，在洼地地表泥土下增设沙石填充层，而后在沙石填充层埋设带有孔洞的排水管道与渗渠相连，形成一个分散雨水处理系统。这样就通过渗渠把低洼草地渗透过滤的雨水储存起来，进一步减轻了排水管道的负担。


（作者：田园 编辑：水博士）


水博士董事长发表论文
美学与高端净水器品牌（附论文原文）



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