为了让大家喝上好水,这个新加坡人花了20多年

2019年10月25日

编者按

这篇文章,与其说是人物专访,还不如说是科普文章。众所周知,不但新加坡缺水,中国的水资源其实也并不丰富。尤其现在水污染普遍存在并日益严重,感谢正因有了像本文主人公这样科学家的孜孜以求,我们能喝上一口放心水。

纳滤之父的芯故事

二十年前的中国,提起纳滤一词,大家还是一片黑人问号。上世纪90年代初,科技新词nanofiltration刚在美国出现,第一个将它介绍到中国,并把它称之为纳滤的,正是蓝伟光博士。

蓝博士随后的人生就与纳滤结下了不解之缘。他把这一技术引进中国并开发了一系列基于纳滤的工业分离与纯化工艺,到处弘扬、推广与应用,给中国的制药、食品、饮料、化工等行业带来了翻天覆地的变化,当然也给他自己带来了丰厚的收益。他的“纳滤之父”名声,正是由此口耳相传,在业界传播。

为了让大家喝上好水,这个新加坡人花了20多年

蓝伟光博士荣获“2017中国净水年度人物”称号

居家净水--反渗透膜的缺陷

1994年,从新加坡外派到上海工作的蓝博士,第一次感受到上海新加坡两地自来水的差距。上海自来水浓重的漂白粉味道让他很不适应。

他说,那段时间他才真正体会到什么叫水土不服。当时瓶装水还是高级酒店的奢侈品,在市场上并不普及。为了让他能够在上海适应水土、安心工作,他的公司特地在美国为他买了台反渗透膜纯水机,这在当年的上海,还算是稀罕的玩艺,安装使用后,水质大为改善。

一传十,十传百,当年的上海,只要是从国外到上海工作的人士,都习惯不了上海的漂白味自来水,因而,到上海的领使馆及外国人居住区兜售美国进口的反渗透纯水机,竟然成了蓝在上海工作时的副业。

为了降低成本,作为一家从新加坡到上海,专业从事纳滤技术推广应用的膜专家,那时候他还怂恿所在公司在美国进口膜芯,再到上海组装生产净水机。

然而,好景不长。当时被蓝博士兜售,买了反渗透膜纯水机的用户抱怨不断。那个年代倒是没有人说反渗透纯净水不含矿物质对健康不利的事,也鲜有人对反渗透膜纯水机生产一杯净水,要排掉三到四杯自来水有意见,因为会买反渗透膜纯水机的用户大多是到上海工作的外国人,收入比较高,多付点水费不算事儿。抱怨主要集中在反渗透膜滤芯的使用寿命太短,没用太久滤出水的质量就变差了。自来水的氯味一旦浓起来,用户往往难以接受,由此引发了不少纠纷。

蓝伟光在现场调查分析后发现:那个年代,上海的自来水含氯量挺大,而反渗透膜最怕的是氯。所有的反渗透膜纯水机,都是依赖前置的活性炭把氯吸附剔除,才能流入反渗透膜去除溶解性污染物。问题是一根活性炭滤芯,吸附容量极其有限,很快就被饱和,结果含氯的自来水直接进了反渗透,膜芯被破坏。

蓝博士马上敦促他的公司,取消上马组装生产反渗透膜纯水机的项目,因为没人能解决反渗透膜耐氯的问题,唯一的办法是强化预处理,增加前置滤芯,以确保反渗透膜不被穿孔破坏。然而,前置滤芯多了,过滤的级数增加,管路变长,成本增加,维护变复杂(当然今天的老百姓被商场的导购员忽悠成净水机过滤级数越多越好那是另一个故事了,纯粹是营销人的骗术而己)。

这是蓝与民用净水行业的初恋。如果他当时不是有另一个已经如胶似漆的“恋人”--那时的他,在工业界应用纳滤膜已经到了炉火纯青的地步----那么他可能会更早置身民用净水行业,用智慧解决自来水隐含微污染的问题。他的“三达”现在最引以为傲的纳滤芯,可能更早就开发成功了。

当然他会走出另外一条创芯净水之路,也说不定。众所周知,净水靠滤芯,滤芯大多数都是用膜做的。但那个年代,几乎所有的膜芯都要依赖进口。而国外流行的净水滤芯,通常到了中国会水土不服,因为水源水质差异太大了。换句话说“桔生淮南为桔、淮北为枳”的故事,在中国的净水行业不断上演。

这一点,蓝博士倒是看的很透,所以当年他要求叫停民用净水机项目,正是因为他原来工作的公司,没有生产核心净水滤芯的能力。

两水之争——催生了真净水

世纪之交,农夫山泉与哇哈哈的对立在业内引发了纯净水和山泉水的激烈纷争。顾名思义,纯净水中只含有水,不含任何矿物质,农夫山泉认为它并不适合人类长期饮用;而就山泉水而言,当时哇哈哈所代表的纯净水阵营则反唇相讥地嘲讽:连南极的冰山、喜马拉雅山的雪水都能检测出六六六等农药了,你用什么来保证千岛湖的水源,不含化学微污染呢?

为了让大家喝上好水,这个新加坡人花了20多年

显而易见的是,仅做大自然的搬运工,是远远不够的。尴尬的是,当时市场上可供选择的技术,若想保留水中的天然矿物质,就很难去除水中的化学微污染。熊掌与鱼,两者不可得兼。

外行看热闹,内行看门道。纯净水和山泉水的纷争,让蓝博士开始思考一个问题:到底能不能开发一种技术,能够在有效滤除化学微污染的同时,完美的保留水中天然的有益矿物质呢?

他最先想到的是在工业界已用得娴熟自如的有机纳滤膜----虽然有机纳滤膜也怕余氯,但对于一个工业化生产的净水厂而言,虽然跟家用净水要在有限的体积空间内去除氯害有所不同,预处理的问题,还是挺容易解决的。

因此,蓝在2000年 注册了纳滤水的商标,同时他又申请了基于有机纳滤膜的净水专利。这一专利尽管概念上似乎不错,保留部分矿物质、去除化学微污染,但实际的使用却带来诸多问题。

一是在矿物质的保留上,仅能保留钠、钾,无法真正保留水中天然存在且人体必需的钙、镁、锶、硅、硒等;而在去除化学微污染方面,一些极小的有机分子也会成为漏网之鱼。

换句话说,蓝博士在工业应用中最得心应手的有机纳滤膜,并不能真正实现既安全又健康的无忧净水。但如何开发纳其所需(保留矿物质)、滤其所虑(去除微污染)的净水技术,却成了他魂牵梦绕的追求。

蓝在纯净水与山泉水的纷争中,成功发现了一个市场断层。然而~科技的创新首先需要发现问题、定下目标,然后才能寻找解决问题的方案。起先,他是想用自己最拿手的有机纳滤膜生产纳滤水,保留纯净水不含微污染与山泉水含有矿物质的优点,克服纯净水没有矿物质与山泉水会有微污染的缺点。

说来有趣,最先把这一思路付诸行动的是天津大学的北洋牌纳滤水。有人因此揶揄蓝博士,纳滤水不是三达的商标吗?为什么任由天津大学使用不闻不问呢?他笑说“我的忧伤你不懂”,纳滤水作为一个新品类的水,他还真希望越多人参与越好。只是天大的同行们,可能当时并没有发现他们所采用的有机纳滤膜会有缺陷。

有了上述经历,蓝认识到应该跳出技术的条条框框,来开创新品类。由此,他又创造了“真净水”这一新词汇。这一次,他没有去注册商标,而是鼓励同行把真净水作为净水行业的新品类,一起推广应用,共同做强做大。

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三达膜科技(厦门)有限公司荣获2017中国净水行业产品创新奖

对应过度净化的纯净水、或者没有真正净化的山泉水,真净水的优势不言而喻。为了避免歧义,蓝博士还为真净水作了如下的定义:真净水是指在净水过程中返璞归真,去除了水中各种外源的微污染、保留了水中天然存在的矿物质,既安全、又健康的好水。

如何才能实现真净水,却是知易行难。他尝试了各种方法,利用其在新加坡与中国的研发平台,做了大量的探索性工作,试图改进他极为熟悉的2D有机纳滤膜,以实现真净水的目标。然而,他做的无数实验均以失败而告终。

峰回路转---与徳国专家结缘

2004年,偶然的机缘巧合,蓝博士获得了一个收购德国著名的膜公司迈纳徳的机会。这家公司是由当时的世界500强企业、德国化工巨头赫司特旗下的膜技术部门,与阿克苏·诺贝尔旗下的膜组件公司重组而成。

迈纳德有着深厚的技术底蕴,但当时它的现金流几乎枯竭,新加坡上市的三达膜有意进行并购,却隐含着极大风险,因而遭到了董事会的极力反对。但蓝从三达膜需要德国人严谨的工匠精神、目标公司超强的硏发能力的角度考虑,费尽周折后终于苦口婆心说服了他的同僚,支持其实现了这一并购。

随后的事实证明,这一成功的并购,为之后三达膜发展上游膜材料,打造产业链,奠定了良好基础。

然而在当时,这个决定却并不被人看好:一面是一个德国老牌的膜材料制造企业,另一面是一个植根中国的膜应用技术公司,双方在文化上的差异太大。尤其当时中国TCL收购法国Thomson 电视,台湾明基收购西门子手机部门,纷纷失败。阴影笼罩的市场环境下,更是不被人看好。

那个时候,安心做好三达极具优势的工业膜分离与应用,就能够很好地保证企业利益,为什么非要去冒险不可呢?只因蓝博士一心想着通过并购,加强其技术开发的水平、解决问题的能力。然而,要整合德国人的硏发队伍谈何容易?真正的技术壁垒要怎样才能打破?他 的义无反顾,在当时的确没有人懂。

那时候,一个华人以第一大股东的身份,出现在一个德国企业的董事会,还是十分罕见的。初次的董事会,迈纳德的管理层以及核心技术人员略显不自在;但蓝对于膜技术与应用的分析,让一个原本一小时的董事会,不知不觉演变成了整个下午的技术交流会议,就连傍晚在德国古堡喝着黑啤酒的时候,他也不忘讨论膜技术在啤酒发酵工艺上的应用与市场机会。

至于管理,蓝博士只是向他的德国同事分析了TCL收购Thomson电视失败的原因,及当年中国收复香港时采用的港人治港成功策略,并借此表达了他希望德人治德的想法,嬴得了迈纳德管理层与技术人员的信任与好感。

有了良好的开端,接下去的路就走得顺了。迈纳德的管理层带着他遍访了他们在德国合作的大学、研发机构与企业客户,并与许许多多的德国专家深入交流,探讨膜技术的前世今生及未来发展的方向。

关于那段经历,蓝博士笑称,读万卷书,不如行万里路;与其呆在实验室苦苦思索,不如找行家喝徳国啤酒交流思想。

膜界“异类”——3D无机纳滤芯

3D无机纳滤芯的灵感,正是得益于到德法交界一个称之为Saarbrucken的小镇的旅行。那天晚上,好客的主人是德国知名的纳米技术专家,他告诉蓝伟光,无机纳米材料制备技术的飞速进步,将改变传统的有机膜分离过程,因为前者可以制成3D材料,使吸附与过滤的过程同步进行,从而提升膜分离的效率,使许多2D的有机膜无法做到的事都可以实现。

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Suntar SC-4 净水机

说者无心,听者有意。蓝博士突然有了利用天然无机材料制备纳滤芯的灵感。如果从有机到无机,从2D到3D,为膜过滤增加一个维度,让过滤与吸附相结合,制备独特的无机复合陶瓷膜滤芯,很有可能解决困扰他多年的百思不得其解难题,即如何在净水的过程中,保留天然有益矿物质的同时,去除外源的化学微污染,以此实现真净水的目标。

瞬间的灵光乍现,让他兴奋异常。真可谓是:踏破铁鞋无觅处,得来全不费工夫。只是一个再好的灵感,也仅仅是一个idea。他明白,要将这灵感转化成现实,需要一个科学基础扎实,却又富有想像力的研发团队。

当蓝博士从德国回到新加坡后,立马与三达的技术总监一起制定了技术方案,搭建纳滤芯研发项目小组。借助他在学术界的名气以及三达的平台,很快建立了一个年轻精明能干的研发团队。

他们以市场上已经使用多年的英国皇家道尔顿陶瓷滤芯为参照物,仔细分析其优缺点,发现它在澄清水质、滤除病原微生物是极其有效的,但对氯代有机物及化学微污染的剔除却无能为力。

搞净水的人都知道,要想把氯代有机物及化学微污染去除,活性炭的吸附截留仍然是迄今为止所有净水材料中的最佳选择。但它的缺点是,一般的活性炭滤芯处理容量太小,很快达到吸附饱和,而且极易滋生细菌等病原微生物。

在民用净水中,常被使用的活性炭容量有限,且常成为细菌滋生的温床。即使经常更换,净水效果也很难得到保证。那如何把传统陶瓷滤芯与活性炭的优点加以整合?传统的做法是两支滤芯逐级安装、物理组合,但克服其缺点的能力非常有限。

他们把攻关的目标,聚焦到在陶瓷滤芯的三维立体空间内,把天然多孔的硅藻土与活性炭及其它功能添加剂整合一起的思路上。然而,如何在有限的空间内增加活性炭的容量与比表面积,成为开发过程中必须解决的主要难题。

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因涂层复合陶瓷滤芯的制备方法,获得奖牌匾

蓝博士不惜重金,在中国收购了一家当时国内外颇有名气的活性炭厂,并与相关的科研院所紧密合作,专门开发了活性炭微孔比传统活性炭小800倍的特殊活性炭,以几何级数的规模增加单位重量活性炭的比表面积。这一创新的纳米微孔活性炭制备技术,获得了中国国家科技进步二等奖的殊荣。

由于天然硅藻土本身含有微米级的蜂窝状多孔结构,只要通过特殊的工艺技术,把三达特制的纳米微孔活性炭镶嵌其中,颠覆传统陶瓷膜仅靠表面作为活性层的思路,创新性地把三维立体结构的中间层作为活性吸附与过滤层,而内外复合两层极薄的高精陶瓷膜作为保护层,然后,通过传统的无机陶瓷膜制备工艺,在保护核心的纳米微孔活性炭不遭任何破坏的前提下烧结成形,蓝博士引以为傲的无机陶瓷纳滤膜芯就这样问世了。

当然真正的科技与工艺远没有上面描述的那么简单易懂,但蓝认为这并不重要,用户真正关心的是三达纳滤芯净水的功效,即去除氯代有机物与化学微污染的能力。就此,三达人作了数万例的测试与表征,其反馈是收获了无数的点赞与肯定。

由于这一创新的三达纳滤芯的面世,彻底颠覆了市场上使用已久的反渗透膜芯,一些依赖反渗透膜芯组装生产纯水机的商家坐不住了,对新生的三达纳滤芯产生了本能的扺抗与排斥。与之相映成趣的是,远在美国的全球最知名的反渗透膜核心材料制造商,却对蓝创新的三达纳滤芯发生了浓厚的兴趣,他们在明尼苏达的膜材料制造厂,正使用着三达的纳滤芯净水器呢!

叙说到此,你一定对蓝博士的芯故事有所了解了吧?最新进展是,他有关纳滤芯的发明专利,获得了厦门市发明专利特等奖,听说含金量蛮高的,因为是在各行各业数千项的参评专利中,经许多专家严格评审脱颖而出的奖。

除此之外,内置纳滤芯的三达净水机,也荣获了中国净水产品创新奖,而蓝博士本人也荣获了中国净水年度人物奖。如今,被誉为“纳滤之父”的他,正期待着与你一起续写三达纳滤真净水的传奇。

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