水處理技術簡史之反滲透 （中）

第三部分 成功商業化

L-S膜的誕生給反滲透技術的工業應用帶來了曙光。但要實現商業化應用，顯然還需要解決一個至關重要的工程問題，這就是膜組件的設計。

洛布和索裏拉金1959年發明的L-S膜是平板膜片，因此早期的膜組件直接借用了工業過濾設備的板框式結構。洛布等人隨後還開發了直徑在1-3厘米之間的管式反滲透膜，並應用在科林加裝置上。但無論是板框式還是管式，都存在裝配複雜、單位體積內裝填的膜麵積小等缺陷，因此沒能發展為商業反滲透膜組件的主流形式。

1965年前後，陶氏化學（Dow Chemical）和杜邦（DuPont）公司均投入力量開發中空纖維反滲透膜，這可能與它們熟悉紡織業的背景有關。

1966年，陶氏化學的馬洪（H. I. Mahon）設計了第 一套中空纖維膜紡絲係統，開發了基於三醋酸纖維素材料的中空纖維反滲透膜，並申請了第 一件專利（US3228877）。他們采用的同心毛細孔噴絲頭，外孔內徑為400微米，內孔外徑為200微米，內孔內徑為100微米。

1971年，杜邦公司申請了基於聚酰胺材料的中空纖維反滲透膜組件專利（US3567632）。1979年，另一家具有紡織背景的公司也在開發中空纖維反滲透膜組件，這就是日本東洋紡（TOYOBO）公司。

中空纖維反滲透膜組件具有很高的裝填密度，但由於絲徑很細，水力學狀態不可控，容易產生汙堵，因此並未成為反滲透膜組件的主流。這也是促使陶氏化學後來轉向卷式膜的原因。東洋紡則是唯 一一個至今仍保留醋酸纖維素中空纖維反滲透膜生產線的廠家。

如果說1959年是反滲透在技術上取得裏程碑式突破的一年，那麽1963年就是反滲透在商業化上成功播下種子的一年。

1963年，位於明尼蘇達州明尼阿波利斯（Minneapolis）市的研究所（North Star Research Institute）也在OSW資助下開展脫鹽技術研究。1967年，研究所的卡多特（John E. Cadotte）發明了微孔聚碸支撐膜。隨後幾年，他又開發了多種非醋酸纖維素複合膜。但他對反滲透的熱情並不限於研究。

1977年，卡多特與其他3人一起成立了FilmTec公司。1979年，卡多特申請了世界上第 一個界麵聚合法製備反滲透膜的專利（US4277344）。界麵聚合法使得反滲透膜的支撐層和分離層在製備過程中可以分別加以優化，從而進一步提升了膜的性能，這就是所謂的薄層複合膜（TFC）。界麵聚合也成為現代商業化反滲透膜的標準製備工藝。

1985年，陶氏化學在放棄中空纖維反滲透膜後，全資收購了FilmTec公司。這就是大名鼎鼎的陶氏膜的由來。時至今日，陶氏反滲透膜產品依然沿用了FilmTec商標。2017年，曾經在中空纖維反滲透膜上惺惺相惜的陶氏化學與杜邦公司實現了合並。

也是在1963年前後，41歲的二戰退伍老兵布雷（Donald T. Bray）開始研究反滲透膜。他於5年前加入了通用原子（General Atomics）公司。1965年，布雷申請了世界上第 一個多膜片卷式反滲透膜組件專利（US3417870），奠定了現在通用的卷式反滲透膜組件的基本結構。

通用原子公司的反滲透膜業務後來演變為流體係統（Fluid Systems）公司。1998年，流體係統公司被科氏膜係統（Koch Membrane Systems）公司收購，這就是科氏膜的由來。

但布雷的故事並未結束。1967年，他離開了通用原子公司，並創立了脫鹽係統（Desalination Systems）公司。脫鹽係統公司在膜片生產與膜組件卷製機器上做了大量工作，成為業內知名的反滲透膜生產商，其產品還包括具有獨特多層結構的納濾膜。

同樣是1963年，達特茅斯學院（Dartmouth College）的二年級學生斯帕茨（Dean Spatz）正在忙於他的工程課項目。他們要為南達科他州居民糟糕的飲用水設計一種合適的處理方法，而他決定采用剛剛問世不久的反滲透技術，並成功製作了一台樣機。

斯帕茨由此對反滲透技術產生了濃厚興趣，將其作為自己本科及碩士學位論文的主題，並在1965年獲得OSW的經費資助。據說斯帕茨在碩士研究期間，還請到了索裏拉金擔任顧問。

1968年，碩士畢業的斯帕茨加入一家總部位於邁阿密的公司，並被派往明尼阿波利斯發展反滲透業務。1969年，由於公司承諾的資金沒有到位，斯帕茨成立了自己的公司。這就是奧斯莫尼斯（Osmonics）公司的誕生。

1996年，84歲的布雷把脫鹽係統公司賣給了Osmonics公司。2002年，GE以2.5億美元的價格收購了Osmonics公司，這就是GE膜的由來。現在知道業內知名的GE納濾膜從何而來了吧。2017年，GE反滲透膜業務隨GE水處理以34億美元的價格整體賣給了蘇伊士（SUEZ）水務。

還是在1963年，日後成為反滲透膜領域的另一家大名鼎鼎的公司，海德能（ Hydranautics）公司也在美國加州成立。1970年，海德能公司正式進入反滲透膜領域。公開資料顯示，海德能與FilmTec公司還因卡多特的界麵聚合專利結過梁子。1987年，海德能公司被日本日東電工（Nitto Denko）正式收購。

在日本，還有一家公司很早就開始關注反滲透技術，這就是東麗（Toray）公司。1968年，東麗開始研究醋酸纖維素反滲透膜。1978年，其第 一款低壓RO膜產品上市。1991年，其海水RO膜元件上市。2009年，藍星東麗（TBMC）合資公司在北京成立。

除了這些源自1960或1970年代的老牌廠家，反滲透膜領域的後浪也陸續湧現出來。

1990年，韓國三星（Samsung）集團的一家子公司開始研究反滲透膜技術。1995年，其家用反滲透膜開始出口。1997年，這家公司更名為世韓（Saehan）集團。2001年，其高脫鹽率海水淡化膜開始上市。2008年，世韓集團更名為熊津化學（Woongjin Chemical）。熊津化學的反滲透膜產品就是俗稱的世韓膜。2020年初，東麗收購了熊津化學百分之五十六的股權。

2005年，號稱以納米技術提升反滲透膜性能的NanoH2O公司在美國加州洛杉磯成立。2014年，韓國LG化學以2億美元全資收購了NanoH2O。該公司近年來也逐步跨入主流RO膜供應商的行列。

至此，國際上知名的幾大反滲透膜廠家都已經出場了。據全球水務情報（GWI）統計，2012-2017年間，在50000噸/天以上的大型反滲透係統中，百分之七十的RO膜出自東麗、陶氏、海德能、LG化學等4家供應商。