陶瓷膜材料下的節(jié)能減排論文范文

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據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)袋收塵技術(shù)濾袋使用壽命受氣體介質(zhì)影響較大，短的僅有1~3個(gè)月，長(zhǎng)的在3年左右，濾袋腐蝕和穿透是影響濾袋使用壽命和除塵效率的主要因素。相對(duì)而言，陶瓷膜過(guò)濾材料尤其是高孔隙率纖維質(zhì)陶瓷膜材料具有使用溫度高（最高900℃）、過(guò)濾精度高（0.5微米以微粒去除效率99.8%以上）、過(guò)濾阻力小（接近濾袋阻力）、使用壽命長(zhǎng)（3~8年）、適用范圍廣等顯著優(yōu)點(diǎn)，可在工況條件下直接對(duì)各種高溫氣體進(jìn)行凈化，可以有效解決現(xiàn)有濾袋耐溫低、易腐蝕、易穿漏、易結(jié)露、使用壽命短以及易燒蝕等問(wèn)題。這樣既減少冷卻系統(tǒng)投資與運(yùn)行費(fèi)用，防止物料結(jié)露造成過(guò)濾效率下降，又可以充分利用大量高溫余熱，真正起到節(jié)能減排效果。高溫陶瓷膜過(guò)濾技術(shù)是近20年來(lái)國(guó)際上高溫氣體粒子控制最主要發(fā)展技術(shù)。為了促進(jìn)高溫陶瓷膜材料及高溫陶瓷膜氣體凈化技術(shù)發(fā)展，世界上許多國(guó)家都做了大量研究、開(kāi)發(fā)和推廣工作。上世紀(jì)70年代，日本Asahi玻璃公司開(kāi)發(fā)的熔融堇青石（MgO•Al2O3•SiO2）質(zhì)高溫陶瓷濾過(guò)濾元件就開(kāi)始在化鐵爐等冶煉爐內(nèi)高溫?zé)焿m凈化方面推廣應(yīng)用。80年代，英國(guó)Caldo環(huán)境工程有限公司、法國(guó)glosfume公司先后開(kāi)發(fā)成功低密度纖維質(zhì)高溫陶瓷膜過(guò)濾材料及過(guò)濾裝置，并廣泛應(yīng)用于冶金冶煉、垃圾焚燒、氣體洗滌、生物質(zhì)氣化等高溫氣體凈化領(lǐng)域。

此后，先進(jìn)的燃煤發(fā)電技術(shù)、煤化工技術(shù)發(fā)展，促進(jìn)了高溫陶瓷膜材料及過(guò)濾技術(shù)快速發(fā)展。上世紀(jì)90年代，美國(guó)能源部曾組織多家機(jī)構(gòu)對(duì)各種高溫?zé)釟怏w除塵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)對(duì)比評(píng)價(jià)，最終也認(rèn)為高溫陶瓷膜過(guò)濾技術(shù)是當(dāng)前熱氣體凈化領(lǐng)域最具有發(fā)展和應(yīng)用前途的技術(shù)之一。近20年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在熱氣體凈化用陶瓷膜材料及技術(shù)方面已得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模和市場(chǎng)份額不斷擴(kuò)大。其中法國(guó)glosfume公司自1990年至今已有400與套大型過(guò)濾裝置在10余個(gè)國(guó)家推廣應(yīng)用，美國(guó)Anguil環(huán)境系統(tǒng)公司采用陶瓷過(guò)濾和催化技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的自潔式高溫陶瓷過(guò)濾裝置目前已有1600余臺(tái)在全球各領(lǐng)域推廣應(yīng)用。以1萬(wàn)平方米陶瓷膜材料應(yīng)用為例，可年處理各種高溫氣體50多億立方米，減少高溫粉塵粒子排放數(shù)萬(wàn)噸。如果經(jīng)其處理的高溫余熱完全利用，則相當(dāng)于每年節(jié)約近百萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤。預(yù)計(jì)到2025年，在一些特殊高溫氣體凈化領(lǐng)域如冶金冶煉、石油化工、玻璃、水泥、新型建材、垃圾焚燒、煤化工等領(lǐng)域應(yīng)用高溫陶瓷膜材料年需求量將達(dá)到百萬(wàn)平方米以上，由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常顯著。可以說(shuō)，高溫陶瓷膜材料發(fā)展及過(guò)濾技術(shù)推廣對(duì)于推動(dòng)國(guó)家倡導(dǎo)的節(jié)能減排、高效余熱綜合利用、PM2.5控制實(shí)施具有積極意義。

廢水處理與零污染排放是節(jié)能減排工作的另一項(xiàng)重要內(nèi)容。膜分離技術(shù)作為當(dāng)前國(guó)際水處理技術(shù)主要發(fā)展方向之一，近年來(lái)在水處理技術(shù)中應(yīng)用日益廣泛。作為三大膜材料之一，陶瓷膜材料具有過(guò)濾精度高、使用壽命長(zhǎng)、出水水質(zhì)好、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，目前已在鋼廠循環(huán)水處理、含油廢水處理、焦化廢水處理、印染廢水處理、電廠冷凝水處理以及工廠工藝水處理和工業(yè)廢水、城市污水處理等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。如采用0.8微米陶瓷膜材料處理高濃度含油廢水，處理后油含量≤5mg/l，懸浮物含量≤1mg/l，使用壽命可以達(dá)到5年。采用0.2微米陶瓷膜處理印染廢水，其色度去除率可以達(dá)到90%以上，COD去除率85%以上。尤其是近年來(lái)國(guó)際發(fā)展的MBR膜生物反應(yīng)器水處理技術(shù)，具有膜分離技術(shù)與生物反應(yīng)器有效增強(qiáng)功能，可有效實(shí)現(xiàn)市政污水回收和工業(yè)污水處理，解決城市缺水問(wèn)題，憑借其出水水質(zhì)好、運(yùn)營(yíng)成本低、自動(dòng)化程度高等諸多優(yōu)勢(shì)正成為水處理領(lǐng)域最具發(fā)展前景的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，MBR工藝技術(shù)處理生活污水和工業(yè)廢水已突顯成效。平板陶瓷膜材料作為國(guó)際近年來(lái)發(fā)展的一種重要的MBR膜生物反應(yīng)器材料，與有機(jī)膜相比具有透水阻力小，抗污染性好、易于清洗再生、使用壽命長(zhǎng)、化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度好等優(yōu)點(diǎn)，可有效解決現(xiàn)有中空纖維膜、有機(jī)平板膜在工程應(yīng)用過(guò)程中存在的使用壽命短，易受酸堿腐蝕等問(wèn)題。作為有競(jìng)爭(zhēng)力的MBR核心部件之一，平板陶瓷膜是MBR技術(shù)水處理領(lǐng)域最具核心競(jìng)爭(zhēng)力的膜分離材料之一。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，1995年MBR的全球市值僅為1000萬(wàn)美元，到2013年底MBR年產(chǎn)值已達(dá)150億美元。2013年我國(guó)廢水排放總量達(dá)到730億噸，并且以每年5%左右的比例遞增，預(yù)計(jì)2015年將達(dá)到810億噸。截止2013年底，我國(guó)已有50多個(gè)規(guī)模超萬(wàn)噸的MBR工程投入運(yùn)行，累計(jì)規(guī)模230萬(wàn)噸/日。預(yù)計(jì)到2015年，中國(guó)投入運(yùn)行或在建的MBR系統(tǒng)累計(jì)處理能力將超過(guò)500萬(wàn)噸/日，與2013年相比增長(zhǎng)1倍。近年來(lái)，隨著水資源匱乏和水污染日益嚴(yán)重，國(guó)家加強(qiáng)了對(duì)水污染治理力度，通過(guò)水質(zhì)提標(biāo)、排放標(biāo)準(zhǔn)提高及水價(jià)提高以及“水十條”實(shí)施等多項(xiàng)措施，共同推進(jìn)水處理技術(shù)和水處理設(shè)備的提升。尤其是隨著水處理用膜技術(shù)不斷成熟，膜法水處理技術(shù)已成為解決資源型缺水和水質(zhì)型缺水問(wèn)題的重要技術(shù)，高性能膜材料發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃已明確提出發(fā)展高性能水處理用陶瓷膜材料，膜過(guò)濾技術(shù)及MBR膜生物器水處理技術(shù)也會(huì)有較快速度發(fā)展。我國(guó)在“十三五”期間，僅廢水治理的投入將達(dá)1.39萬(wàn)億，盡管平板陶瓷膜材料目前在國(guó)內(nèi)尚處在應(yīng)用起步階段，但在未來(lái)5年內(nèi)，平板陶瓷膜MBR憑借其優(yōu)異的特性，在市政污水、工業(yè)（化工、造紙、食品）廢水、垃圾滲透液等多個(gè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。以日處理量10萬(wàn)噸MBR膜生物反應(yīng)器技術(shù)處理廢水規(guī)模來(lái)算，需要平板陶瓷膜組件約10~15萬(wàn)平方米，平板陶瓷膜材料未來(lái)幾年內(nèi)將處于市場(chǎng)高速增長(zhǎng)期，預(yù)計(jì)到2020年，年需求量將會(huì)超過(guò)200萬(wàn)平方米。相比于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，國(guó)內(nèi)在節(jié)能減排領(lǐng)域應(yīng)用的陶瓷膜材料研究開(kāi)發(fā)方面開(kāi)展工作相對(duì)較晚，近年來(lái)盡管技術(shù)水平有長(zhǎng)足進(jìn)步，但總體來(lái)說(shuō)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化規(guī)模與市場(chǎng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用等方面與國(guó)外有較大差距。

目前，國(guó)內(nèi)從事該領(lǐng)域陶瓷膜材料單位不足百家，除南京工業(yè)大學(xué)膜科學(xué)技術(shù)研究所開(kāi)發(fā)的用于水處理等領(lǐng)域的氧化鋁質(zhì)多通道陶瓷膜材料、山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計(jì)院開(kāi)發(fā)的用于高溫氣體凈化的高溫陶瓷膜材料系列產(chǎn)品外，其他產(chǎn)品技術(shù)水平與國(guó)外同類產(chǎn)品相比差距明顯。山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計(jì)院作為國(guó)內(nèi)唯一的國(guó)家級(jí)工業(yè)陶瓷研究單位，是國(guó)內(nèi)最早從事微孔陶瓷及陶瓷膜材料的研究開(kāi)發(fā)單位，從上世紀(jì)70年代就開(kāi)始開(kāi)展各類微孔陶瓷及陶瓷膜材料的研制及市場(chǎng)開(kāi)發(fā)工作，其中《熱澆注工藝制備多孔陶瓷制品》1977年就獲得全國(guó)科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng)，80年代完成了微孔陶瓷材料系列性能檢測(cè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，“七五”、“八五”期間先后完成了用于汽車尾氣凈化用泡沫陶瓷和蜂窩陶瓷的研制開(kāi)發(fā)工作。長(zhǎng)期以來(lái)，山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計(jì)院以科技創(chuàng)新、服務(wù)社會(huì)為理念，一直致力于陶瓷膜材料的產(chǎn)品研發(fā)與技術(shù)創(chuàng)新工作，經(jīng)過(guò)兩代人不懈努力，目前已成為國(guó)內(nèi)陶瓷膜材料領(lǐng)域重要的產(chǎn)品研發(fā)基地和技術(shù)引領(lǐng)者。40多年來(lái)，在陶瓷膜材料領(lǐng)域，山東工陶院先后承擔(dān)了包括“七五”“、八五”國(guó)家科技攻關(guān)、國(guó)家“863”、科技部中小企業(yè)創(chuàng)新基金、科研院所公益基金及山東省重大科技攻關(guān)項(xiàng)目20余項(xiàng)，獲發(fā)明專利20余項(xiàng)，多項(xiàng)產(chǎn)品被評(píng)為國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品。特別是近10年來(lái)，滿足于國(guó)家節(jié)能減排和環(huán)保戰(zhàn)略需要，山東工陶院也先后制定了“十二五”、“十三五”陶瓷膜材料的發(fā)展計(jì)劃和產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，不斷加強(qiáng)陶瓷膜材料領(lǐng)域科技創(chuàng)新力度，提升技術(shù)水平。

自2010年以來(lái)，在國(guó)家各類科研項(xiàng)目支持下，加之自身雄厚的技術(shù)力量，山東工陶院先后完成了碳化硅、堇青石質(zhì)、莫來(lái)石質(zhì)高溫氣體凈化用系類陶瓷膜材料及裝備的研究開(kāi)發(fā)工作，完成了國(guó)內(nèi)首臺(tái)套煤化工領(lǐng)域應(yīng)用的大型高溫、高壓陶瓷膜飛灰過(guò)濾器研制開(kāi)發(fā)工作，產(chǎn)品已在冶煉、煤化工、有機(jī)硅、多晶硅、石化等行業(yè)的高溫高壓氣體凈化、高溫?zé)焿m凈化領(lǐng)域大量推廣應(yīng)用，建立了10萬(wàn)平方米的高溫陶瓷材料生產(chǎn)線。其中高溫高壓氣體凈化用陶瓷膜過(guò)濾器被評(píng)為“201”國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品，該院也成為建材行業(yè)高溫陶瓷膜材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的依托單位。2014年，該院組織技術(shù)攻關(guān)，僅用1年多時(shí)間，即完成了MBR水處理用氧化鋁質(zhì)平板陶瓷膜材料及產(chǎn)品研究開(kāi)發(fā)工作，產(chǎn)品填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。這些產(chǎn)品及技術(shù)開(kāi)發(fā)對(duì)推動(dòng)國(guó)內(nèi)節(jié)能減排領(lǐng)域應(yīng)用的陶瓷膜材料發(fā)展、提升我國(guó)節(jié)能減排領(lǐng)域高溫氣體凈化技術(shù)與水處理技術(shù)水平起了較大促進(jìn)作用。

盡管如此，受制于當(dāng)前國(guó)內(nèi)陶瓷膜材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平、陶瓷膜材料技術(shù)成熟度、裝備及工程的技術(shù)水平、成本及運(yùn)行費(fèi)用、宣傳力度、典型業(yè)績(jī)示范等方面影響，目前陶瓷膜材料及過(guò)濾技術(shù)在國(guó)內(nèi)節(jié)能減排領(lǐng)域技術(shù)優(yōu)勢(shì)并沒(méi)有完全顯現(xiàn)出來(lái)，產(chǎn)業(yè)規(guī)模及市場(chǎng)占有率相對(duì)較低，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益還不突出。基于本身具有的許多優(yōu)良特性，高性能陶瓷膜材料作為膜材料一個(gè)重要分支，在21世紀(jì)的多數(shù)工業(yè)領(lǐng)域中將會(huì)扮演更重要的角色，在能源、資源、環(huán)境、傳統(tǒng)行業(yè)改造等領(lǐng)域發(fā)揮重大作用。隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)節(jié)能減排工作越來(lái)越重視，尤其是在我國(guó)政府已將節(jié)能減排政策上升為國(guó)策、國(guó)家“十三五”計(jì)劃的實(shí)施以及國(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)環(huán)境形勢(shì)的要求下，高性能陶瓷膜材料將迎來(lái)一個(gè)良好發(fā)展機(jī)遇，陶瓷膜材料在高溫氣體凈化及水處理等節(jié)能減排領(lǐng)域?qū)⒚媾R巨大的市場(chǎng)商機(jī)。

作者：薛友祥