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侯梦斌静电吸附式海水淡化技术夺得非职务发明一等奖
《福州晚报》记者 陈海东 / 时间:2015-06-24 10:38:56

  据福州资讯网2015年6月20日讯 昨日上午,第二届6·18发明竞赛在福州海峡国际会展中心举行,决出一、二等奖,当场签约28项民生发明。在全球淡水紧缺的背景下,改革传统膜法、热法淡化海水的方式,我省著名发明家、福州闽侯籍侯梦斌发明的静电吸附式海水淡化技术以88.6最高分夺得非职务发明一等奖。

  在大赛颁奖典礼现场,候梦斌先生感叹道:缺水是一个国际性的大问题,特别在中国缺水的问题更加严重,大家的团队花了10年的时间成功研究出这个项目,把海水淡化的成本降到最低,造福大家的社会,今天能够获奖很高兴,也是大家对大家的一个认可。


侯梦斌(福建日报记者黄世宏摄)

侯梦斌(福建日报记者黄世宏摄)


  已是满头银发的侯梦斌可能从没想过自己有一天会为海水淡化做出如此大的贡献。
  今年75岁的侯梦斌,福州闽侯人,1982年从国家航天部某科研所退休后回到福州,此后投入到海水淡化的工艺改进当中。经过不懈努力,他发现,用以竹为原料的活性炭纤维材料制成电吸附法淡化海水所需的电极可以大幅减低成本。可将海水淡化的成本降到每吨1元以内。这使得用电吸附法淡化海水具备了大规模推广的可能。
  “我是站在别人的肩膀上。因为活性炭不是我的发明,电吸附法淡化海水工艺也有一百多年的历史,国内也已经有一家企业在使用活性炭材料生产电极,我的贡献只是采用更为便宜的方法制成活性炭纤维材料而已。”侯梦斌说。
  可就是侯梦斌说的“而已”之举却可使阻碍海水淡化产业化的成本问题不再是障碍。
  成本有优势才具竞争力
  目前,国际上海水淡化的主流技术是“热法”与“膜法”。我国海水淡化也基本采用这两种办法,比例分别占到34.8%和60%。
  “膜法”和“热法”是根据去除海水中盐分过程中采用的方法进行区分的:“热法”基于淡水与盐分沸奌差异,加热海水就可蒸发收集淡水,低温多效蒸馏法、多级闪蒸法、压汽蒸馏法也属此类;“膜法”基于淡水与盐分分子形态与大小的区别,可以通过膜过滤截留盐分,滤得淡水。
  “‘热法’与‘膜法’工艺各有优缺点,虽然不断进步,但成本还是很高。”侯梦斌说。
  比如,“热法”的缺点是耗能高,“这种办法必须付出水的气化热能耗,成本太高,多数建设在火电厂等热源的附近,以后如果太阳能应用起来会缓解这一缺点,但是盐分在设备上结垢是个顽疾” 。
  “膜法”在能耗方面较“热法”优越,因为不需要付出水的气化热能耗,但因为膜阻力大,过程中需要用到高压泵,实际能耗仅比热法低10~20%。而且膜很贵价格不菲,寿命又短,每年有50%的衰减。此外,为了防止膜阻塞,要多级前处理,又要经常清洗再生。
  “‘膜法’的主要专利与原材料国外控制,这块市场被日本、美国、韩国的5家企业几乎完全垄断了,高压泵这样的设备都要进口”。
  侯梦斌的新突破使另外一种利用静电除盐理论的电吸附法淡化海水技术具备了和“热法”、“膜法”竞争的可能,从而具有广阔前景。
  静电除盐的理论依据是法拉第的电解理论,在电场作用下,水中阴、阳离子或其他带电粒子会向带相反电荷的电极表面迁移,这样海水中的溶解盐类、胶体颗粒和其他带电物质就被吸附到电极表面。
  实际上,电吸附法是一种很传统的海水淡化方法,之所以没有如同“热法”、“膜法”那样推广开来,就是因为成本问题。
  找到一种低成本电极材料,成为研究电吸附法最为关键的环节。“最初,采用石墨作为电极材料,但石墨太贵,一吨要3万多元,电场吸附离子的同时,电极也会溶解。”侯梦斌说。
  科学家们为此前赴后继,尝试过用活性炭粉、炭气凝胶、活性炭纤维、炭毡、炭布等多种材料来制备电极,并不断改进这些材料的制备工艺,降低材料的制造成本。
  直到2000年,电吸附法重新焕发青春。
  这一年,一个名叫孙晓慰的留美博士在常州创办了爱思特水务科技有限企业,利用自主研发的复合金属材料作为电极,采用电吸附法实现水的净化或淡化,电极成本大幅降低,使电吸附法水处理技术的总体成本低于“热法”和“膜法”。“从投资、运行成本数据来看,虽然电吸附法的一次性投资成本高,但运行成本要比那两种办法低得多”。
  而侯梦斌找到了比孙晓慰更为低廉的电极制备材料。侯梦斌说,“据我所知,活性炭纤维布是目前做成电极的最理想材料,它既不会像石墨那样溶解,同时因为本身具有高吸附力。还顺带解决了电极吸附到的离子、盐分等的储存问题”。
  此前采用石墨、复合金属材料制成的电极一般表面光滑,离子、盐分容易被吸附在电极表面,这样离子、盐分易重回到水中,或者会沉积到槽底,需要定期清理。“在建设海水淡化工程时,定期清理的成本也是运营成本中不小的开支。”侯梦斌说,更为重要的是,制作活性炭纤维布可以找到更低廉的原材料——竹子。“据我了解,孙晓慰的电极制备成本每吨大概在2万元左右,而使用竹基活性炭纤维布,成本可以低至8000多元。”
  侯梦斌的创新具革命性意义
  侯梦斌的创新引起省发展改革委的重视。
  2012年9月,省发展改革委举行了一场“海水淡化推介对接座谈会”。就是在这次座谈会上,省水处理专家黄主榕第一次见到侯梦斌,在详细了解侯梦斌的海水淡化工艺设想后,黄主榕大为赞叹。
  “他的设想将构建起全新的节能型海水淡化系统,对海水淡化领域具有革命性的意义。”黄主榕当天发言中说。
  黄主榕认为,侯梦斌将竹基炭纤维布以如此方式应用于海水淡化领域,降低了海水淡化项目投资的成本,促进大规模推广电吸附法这种海水淡化工艺,可解决我国沿海缺水地区、海岛淡水供给问题,将诞生一个新的产值数百上千亿新兴产业集群。
  黄主榕认为,以往的海水淡化工程动辄投资亿元,数额巨大,投资期长,回报率低,妨碍海水淡化产业的发展。“因为建设成本和运营成本都很高,投资进去赚不到钱,所以就没有积极性”。
  资料显示,“十一五”期间我国海水淡化产能年均增长率达70%,其间建成的主要海水淡化示范工程包括工程和设备折旧、运行维护费用在内的全制水成本大概在6元/吨左右。
  而根据核算,用竹基炭纤维布作为电极制取的淡水总成本可控制在3元左右,“这个价格已经很接近目前工业用水的成本价格。海岛居民淡水成本高,此法可以优先考虑用于海岛用水和沿海缺水地区的工业用水。”黄主榕建议。
  他认为,就省内来说,像目前正在开发的平潭岛、琅岐岛、南日岛、东山岛这些岛屿,淡水资源短缺,但海水资源丰富,都可以考虑采用侯梦斌的这种办法制取淡水。“有些海岛已经安装了利用风能、太阳能淡化海水的设备,但因为投资大、成本较高,当地人往往舍不得合作投资搞海水淡化,而宁愿上岸买自来水”。
  政策利好海水淡化产业迎来好时光
  除了工艺改进价格降低,国家政策的引导也加速海水淡化进入春天。
  2012年9月25日,国家海洋局印发了《关于促进海水淡化产业发展的意见》,提出全面贯彻落实《国务院办公厅关于加快发展海水淡化产业的意见》精神,结合当前我国水资源需求和海水淡化工作实际,切实促进海水淡化产业发展。
  我国要通过发展海水淡化产业,缓解沿海缺水地区和海岛水资源短缺,争取到2015年时,建成2个日产能5万~10万吨的国家级海水淡化示范工程,和20个日产能万吨级的海水淡化示范工程,淡化海水能力达到220万~260万吨/日;鼓励沿海缺水地区在保障公共饮水安全前提下创建海水淡化示范城市,在满足相关指标要求、确保人体健康的前提下,允许海水淡化水进入市政供水系统。选择居民多、淡水匮乏,关系国家海洋权益的海岛作为海水淡化示范海岛,将海水淡化水作为这些海岛的新增供水的第一水源;要求在沿海淡水资源匮乏或地下水严重超采地区,新建、改建和扩建高耗水工业项目,要优先使用海水淡化水,作为锅炉补给水和工艺用水水源。
  我省则提出要抓紧研究制定海水淡化及综合利用的相关扶持政策,组织开展海水淡化产业发展试点示范,加快推进平潭海水淡化工程等前期工作,争取纳入国家试点。
  “万事俱备,只欠东风。不仅投资海水淡化项目前景光明,原料生产和装备制造企业也会被带动起来。”黄主榕估计道。

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