高性能膜材料是世界各國重點發展的高新技術，是解決水資源、能源、環境問題和傳統產業技術升級的戰略性新材料，膜技術是支撐環境污染治理（特別是水的循環再用和零排放）、節能減排、民生保障的共性技術之一。


6月24日晌午，82歲的中國工程院院士高從堦走出人民大會堂。剛剛結束的國家科學技術獎勵大會揭曉了2023年度國家科學技術獎，他與另外兩位院士領銜開發的新型膜法水處理關鍵技術及應用項目榮膺國家科技進步一等獎。


“32年了呀。”作為高從堦的“戰友”和該項目主要完成人之一，杭州水處理技術研究開發中心有限公司(下稱杭州水處理)首席顧問楊波看著紅底金字的獲獎證書，感慨地說。


高從堦會心一笑。1992年，也是在這里，也是憑借一手精湛的“膜”術，他第一次捧起國家科技進步一等獎的證書。彼時他方當盛年，如今已滿頭銀發。而杭州水處理——他們共同戰斗過的地方，見證了兩個一等獎的“膜”術升級之路。


1、創新：串起一個“膜”術師的夢


有一種“膜”術，可以把海水變為甘泉、讓廢水化為清流，這便是石油和化工行業普遍應用的膜分離技術。膜分離是海水淡化、超純水制備、藥品純化等領域的關鍵核心技術，對保障民生用水以及石油和化工、半導體、醫藥等工業用水安全意義重大。


我國在膜技術領域曾長期落后國外。高從堦告訴記者，為解決淡水緊缺的問題，他1967年投身海水淡化會戰，1970年進入杭州的海水淡化研究室(即杭州水處理前身)，懷揣著一個“膜”術師的夢，在膜技術的創新之路上風雨兼程。


從最初的高性能醋酸纖維不對稱反滲透膜，到三醋酸纖維素(CTA)中空纖維反滲透膜，再到在國內首次推出聚酰胺復合反滲透膜，高從堦帶領杭州水處理研發團隊不斷將“膜”術投向現實。


CTA中空纖維反滲透膜不僅實現了此類國產膜的從無到有，而且性能優異，風靡一時，迫使國外產品降價30%~50%。CTA中空纖維反滲透膜的成功研制為保障我國用水安全做出了杰出貢獻，于1992年獲得國家科技進步一等獎。

問鼎國家科學技術獎后，高從堦和研發團隊非但毫無“高處不勝寒”的感覺，反而愈發急迫地向更高峰攀登。他們攜手學界、業界有志之士，開發新型膜法水處理關鍵技術及應用項目。


歷經多年攻關，項目團隊實現了新型膜分離原理、膜材料制備、膜法水處理及膜固廢后處理全鏈條技術與工程創新，水平達到國際領先。他們建成了超大型海水淡化工程，市場占有率國內第一、國際第九；實現了芯片超純水分離膜國產化；解決了相關藥企藥物高純化等難題。


楊波告訴記者，以海水淡化為例，32年前，反滲透膜脫鹽率能達到95%就非常不錯了，但產水仍然略有苦咸味。如今，杭州水處理研發的新型膜法海水淡化技術，可以實現最高99.8%的脫鹽率，膜通量大大提升，裝置處理規模從上世紀90年代的百噸級，發展到后來的萬噸級、10萬噸級和30萬噸級，噸水電耗從10千瓦時以上降至3千瓦時以下。“成本更低了，處理過程也更加綠色低碳。”她說，“技術進步也反映了時代潮流。”


32年，兩個國家科技進步一等獎，串起了“膜”術師的時代之夢。


2、膜技術從大國邁向強國


膜，看似普通，是我們最日常的消費品之一。


不太為人所知的是，一張薄薄的分離膜，涉及到多項高精尖技術，與我們的生活息息相關。從海水淡化、污水凈化、廢氣過濾，到人工肝、人工腎，再到芯片制備……膜無所不在。

傳統膜分離面臨諸多問題，如脫鹽復合膜在設計上存在一定矛盾，往往脫鹽率高了，海水通量就低了，再如污廢水處理膜表面易粘附抗污難，還有退役膜固廢成分復雜，高效無害處置難等等。


作為新型化工分離領域的戰略制高點，如何實現綠色高效膜分離的 “跟跑”到“并跑”，甚至局部“領跑”？再遵循過去的制膜、用膜方式，重復老路走不通。膜技術從制備的機理研究到應用、再到廢膜回收的“一條龍”都需要創新。


三位院士領銜的團隊，十余年來迎難而上，從基礎理論研究入手，發明了超薄脫鹽膜、長效抗污膜、核素吸附膜3類核心材料，取得新型膜分離原理、膜材料制備、膜法水處理及膜固廢后處理全鏈條技術與工程創新，水平國際領先，打破了發達國家近50年的壟斷格局。


在膜固廢領域，團隊將吸附與分離結合，在膜材料表面利用親水材料，下面分多層控制變化，將原本兩到三年必須更換的污廢水處理膜延長到五年。


我國多地海島居民已經吃到“頭口水”，實現向海洋“要水喝”。項目研發的滲透性-選擇性“雙高”超薄脫鹽膜，保障了海島用水。


在浙江舟山建成了全球單機規模最大的海淡工程，支撐全球單體規模最大的煉化一體化項目，海水淡化領域國內市場占有率第一。


“過去我們解決有沒有的問題，今天要拿出更高技術、更高效益、更廣應用。”高從堦說。


更好的發展，要向新技術借力。團隊目前制定了研發的幾大方向，最新潮的當屬人工智能與膜材料、膜過程的結合，開展能源膜領域的研發與產業化工作。

3、應用：催開一株有“膜”力的花


“我國的膜技術和產品，從一開始就是為解決問題而生。科技攻關要堅持問題導向，奔著最緊急、最緊迫的問題去。


項目團隊聚焦大型膜法海水淡化工程集成關鍵技術與規模化應用，在大型海水淡化系統的節能降耗工藝研究、反滲透單機裝置設計與制造、國產化關鍵技術與裝備應用等方面進行了創新，在國內外建立了一批大型、超大型膜法海水淡化示范工程，催開了一株有“膜”力的應用之花，香飄海內外。


應用該新型膜法水處理技術，杭州水處理建成目前國內最大的膜法水處理系統——浙石化25萬噸/日海水淡化系統，單機規模達到3.5萬噸/日。同時，項目成果還成功走出國門，走向海外特別是“一帶一路”沿線國家。2023年2月，杭州水處理簽約阿爾及利亞30萬噸/日海水淡化項目。這是由中國企業進行獨立設計并提供海水淡化核心工藝包的最大的國際海水淡化項目。項目建成后，將為當地提供穩定的淡水供應，受益人口預計可達200萬人以上。


項目成果還在工業廢水資源化方面大放異彩，覆蓋化工、電鍍、印染和造紙等領域，取得了環境和經濟效益雙豐收。如應用項目成果建設的山東某新材料企業2萬噸/日廢水分鹽資源化零排放項目，每年可減少COD(化學需氧量)排放1400噸、氨氮排放252噸、氯化鈉排放23070噸；再如在廣東佛山某印染園區建設的廢水資源化分鹽項目，通過高效分離硫酸鈉和氯化鈉并制成元明粉、酸、堿，部分替代印染固色劑，真正實現園區廢水零排放和高值化資源循環,助力企業年盈利3000萬元。


“你知道嗎，上世紀90年代，娃哈哈和農夫山泉的第一套裝置，用的也是杭州水處理的技術。我們一直不斷擴大技術應用場景，目前實現了海產品養殖、船載海水淡化系統、海上鉆井平臺海水淡化系統的突破。”楊波抬了抬眼鏡，對記者說，“道高一尺，‘膜’高一丈。消除淡水‘盲點’，是我們不變的追求。”


文章來源： 中國化工報，科技金融時報，錢江晚報，科技武林門
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