污水處理膜產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

水處理網(wǎng)訊:近些年，北京、天津、山西、巢湖流域、太湖地區(qū)、大清河領(lǐng)域等地標(biāo)陸續(xù)出臺，部分敏感地區(qū)的污水處理排放標(biāo)準(zhǔn)從過去的一級A達(dá)到了準(zhǔn)四類、甚至三類標(biāo)準(zhǔn)，為應(yīng)對不斷提升的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，多樣性的膜技術(shù)組合工藝將得到越來越多的應(yīng)用。其中，以雙膜法技術(shù)為代表的多種膜組合工藝能充分發(fā)揮各自技術(shù)的優(yōu)勢，彌補(bǔ)單獨使用的不足，使廢水深度處理得以再生，是未來發(fā)展的新方向。

01 膜分類及特點

膜是一種具有選擇性透過功能的薄層物質(zhì)，可以特定的形式限制和促使兩側(cè)流體中各種物質(zhì)的遷移。而膜分離是以外界能量或化學(xué)勢差作為推動力，利用分離膜的選擇透過功能而實現(xiàn)對混合物中不同物質(zhì)進(jìn)行分離、純化和濃縮的過程。

◆根據(jù)膜的材料進(jìn)行分類，可分為有機(jī)膜（有機(jī)聚合物）和無機(jī)膜（金屬膜、陶瓷膜、玻璃膜等）。有機(jī)膜易于制備，成本較低，而無機(jī)膜耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性好、力學(xué)性能突出、抗微生物、使用壽命長，但成型難度大，成本高。

◆根據(jù)分離機(jī)制對膜進(jìn)行分類，可分為利用篩分機(jī)制（即根據(jù)污染物尺寸進(jìn)行分離）的多孔膜，和利用擴(kuò)散原理（即根據(jù)溶液的滲透壓進(jìn)行分離）的無孔致密膜，無孔致密膜也稱為擴(kuò)散膜。多孔膜有固定的孔， 包括微濾膜、超濾膜和納濾膜，根據(jù)膜的孔徑可分為大孔（孔徑>50nm）、中孔（孔徑范圍 2-50nm）、微孔（孔徑<2nm）。無孔致密膜包括納濾膜和反滲透膜。

從膜形態(tài)看，目前超濾、微濾多使用中空纖維膜， 反滲透、納濾多為卷式膜。

膜過程及其特點

資料來源：《膜分離材料應(yīng)用基礎(chǔ)》

02 膜產(chǎn)值

近20年是我國膜產(chǎn)業(yè)的高速增長期。近20年，全球膜產(chǎn)業(yè)（包括膜元件、膜組件、膜裝備、膜工程等）總產(chǎn)值穩(wěn)健增長。至2017年底，全球膜產(chǎn)值已達(dá)1050億美元，而我國膜產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值約為2000億人民幣， 我國膜產(chǎn)業(yè)占全球膜產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比重從1999年的1.7%提升到了2017年的27%以上。

從結(jié)構(gòu)看，隨著海水淡化、苦咸水軟化、超純水制備以及對微量污染物去除需求的逐年增加，反滲透膜在膜市場中占比也隨之增大，全球RO 膜銷售占比從2005年48.4%提高到2013年的55.3%。與此同時，UF\MF膜市場占比有所下降。

未來隨著膜技術(shù)在工業(yè)污水、市政污水、市政飲用水、民用凈水等領(lǐng)域的應(yīng)用增加，膜產(chǎn)業(yè)仍將快速發(fā)展，而與RO膜相比，NF膜性質(zhì)介于超濾和反滲透之間，具有低操作壓力、低運行成本、高通量、極性小分子選擇性截留等優(yōu)點，未來應(yīng)用占比有望提升。

全球膜產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值增長情況

國內(nèi)膜產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值增長情況

03 分離膜性能及技術(shù)

分離膜的性能由膜材料和制膜工藝條件決定。膜產(chǎn)品的相關(guān)性能指標(biāo)主要有分離透過性能、物理性能和化學(xué)性能三大類。

◆分離透過性能包括：產(chǎn)水量、水通量、純水透過率、截留分子質(zhì)量、截留率、脫鹽率、回收率、最大孔徑、平均孔徑、孔徑分布、孔隙率、氣密性及完整性等。

◆膜物理性能有：結(jié)構(gòu)性能(外觀、膜面積、膜厚、膜絲內(nèi)外徑)、機(jī)械性能(拉伸強(qiáng)度、爆破強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、柔潤指數(shù)、斷裂伸長率)、電性能(荷電性、Zeta電位)、親水性及耐熱性(最高操作溫度)等。

◆膜化學(xué)性能有：化學(xué)穩(wěn)定性(化學(xué)相容性)、耐氧化性(短時余氯耐受限度、過氧化氫耐受限度)、耐酸堿性(運行及清洗 pH 范圍)及耐污染性能等。

膜的不同性能相互制約，在實際應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)綜合考慮膜的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境項目具體要求，選擇性能合適的分離膜。

判斷膜質(zhì)量的性能指標(biāo)

因此膜材料的技術(shù)難點主要在于膜材料的研發(fā)與膜制備工藝的選擇與過程控制。尤其膜的制備工藝對分離膜的性能十分重要，同樣的材料，由于不同的制作工藝和控制條件，其性能會有很大差異。

以非溶劑相轉(zhuǎn)化法（NIPS）制備工藝為例，膜制造流程大體可分為六個階段：

1）高分子材料溶于溶劑中，加入添加劑，制成鑄膜液；

2）鑄膜液通過流延或紡絲制成平板、管狀或中空纖維；

3）使膜中溶劑部分蒸發(fā)；

4）將膜浸在對高分子是非溶劑的液體中，液相的膜變凝膠固化；

5）進(jìn)行熱處理；

6）膜的預(yù)壓處理。

超濾(UF)和微濾(MF)膜技術(shù)較為成熟，整體看國內(nèi)外產(chǎn)品性能差距較小，已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化。UF/MF 膜廣泛用于水處理行業(yè)、生物醫(yī)藥制備過程和食品飲料行業(yè)等。

國內(nèi)現(xiàn)有 UF/MF膜制造廠商數(shù)百家，龍頭企業(yè)都擁有自己獨特的制膜材料配方和成套裝備知識產(chǎn)權(quán)。與國外水平相比，我國相轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)的高分子MF/UF膜性能與國外同類產(chǎn)品性能基本一致，控制拉伸生產(chǎn)的聚乙烯、聚丙烯等MF/UF膜，雖然生產(chǎn)工藝和質(zhì)量還有待提高，但以其價廉、耐溶劑等優(yōu)點在不斷拓展市場，陶瓷膜等無機(jī)微濾膜技術(shù)水平與國外的差距逐漸縮小，部分產(chǎn)品達(dá)到國際先進(jìn)水平。

在超濾膜市場的高端領(lǐng)域，電子工業(yè)用超純水、電泳漆回收、制藥、酶制劑等目前仍有國外產(chǎn)品占據(jù)主導(dǎo)地位，國產(chǎn)膜因價格低廉占據(jù)中、低端的水凈化市場。

中國已成RO膜最大市場，進(jìn)口替代正當(dāng)時。目前，中國市場RO膜產(chǎn)品的銷售總額約為全球銷售額30%—35%，市場規(guī)模躍居世界首位。國外RO膜產(chǎn)品占據(jù)市場主導(dǎo)地位，其中美國陶氏化學(xué)、日本東麗、海德能公司占據(jù)了70%左右市場份額，國內(nèi)RO膜生產(chǎn)廠家正迎頭趕上，產(chǎn)能性能與穩(wěn)定性與國外頭部企業(yè)的差距正逐漸縮小，預(yù)期未來3-5年內(nèi)，國內(nèi)RO膜的國產(chǎn)化率將有明顯改善。

納濾膜尚未實現(xiàn)進(jìn)口替代。納濾(NF)膜分離機(jī)理為篩分和溶解擴(kuò)散并存，同時又具有電荷排斥效應(yīng)，對材料研發(fā)及工藝控制的要求較高。納濾膜的主要特點是對二價離子、功能性糖、小分子色素、多肽等物質(zhì)的截留性能高于98，而對于一些單價離子、小分子酸堿、醇等有30-80的透過性能，應(yīng)用較多的行業(yè)主要是苦咸水軟化、海水淡化脫鹽、飲用水、中水、食品飲料等。

由于我國對納濾膜的研究起步較晚，納濾膜原材料仍依賴進(jìn)口，納濾膜產(chǎn)品與國外仍有較大差距，國產(chǎn)化納濾膜生產(chǎn)廠商僅有個位數(shù)，且性能不穩(wěn)定，抗污染能力差，使用壽命不如陶氏等國際企業(yè)。

隨著我國納濾膜制備和生產(chǎn)工藝的研發(fā)投入不斷增加，納濾膜技術(shù)的工程應(yīng)用不斷推廣，納濾膜技術(shù)在我國擁有良好的發(fā)展前景。

04 膜法水處理

城鎮(zhèn)污水處理和城鎮(zhèn)供水是膜法水處理技術(shù)的主要應(yīng)用場所。大部分膜法城鎮(zhèn)供水廠采用微濾膜，部分出水指標(biāo)較高的水廠同時使用微濾和反滲透膜，納濾水廠近幾年也呈增長態(tài)勢。

絕大多數(shù)膜法城鎮(zhèn)污水處理廠使用MBR技術(shù)。從數(shù)據(jù)看，市政大規(guī)模MBR應(yīng)用和膜法市政水廠的規(guī)模變化與整個膜法水處理行業(yè)產(chǎn)值的變化趨勢高度一致，可以認(rèn)為MBR 膜技術(shù)的應(yīng)用在膜法水處理產(chǎn)值的快速增長中起到了主導(dǎo)作用。

水處理分為一級處理、二級處理和深度處理。一級處理的主要目的是去除懸浮狀態(tài)固體，常采用物理法，對于BOD5的去除率一般在20%-30%；二級處理的目的是進(jìn)一步去除污水中膠體和溶解性污染物，常使用生物法，BOD5的去除率在90%以上；深度處理以達(dá)到更高的處理與排放要求或污水回用為目的。

膜法技術(shù)通常用于處理二級處理活性污泥出水，或者將膜處理系統(tǒng)直接置于生化池，即膜生物反應(yīng)器(MBR)，代替原有二沉池、絮凝沉淀池等環(huán)節(jié)。

MBR工藝與傳統(tǒng)活性污泥法

與傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)相比，MBR 技術(shù)具有五大方面的優(yōu)點：

1）出水水質(zhì)優(yōu)：MBR技術(shù)出水水質(zhì)優(yōu)且穩(wěn)定，懸浮物和濁度接近于零。在難降解有機(jī)物去除、消毒和生態(tài)穩(wěn)定性等方面與傳統(tǒng)工藝比較有一定優(yōu)勢；

2）占地面積小：MBR反應(yīng)器內(nèi)能維持高濃度的微生物，處置裝置容積負(fù)荷高，與傳統(tǒng)生物工藝相比占地面積大大減少，這也是目前部分市政污水項目選擇MBR的重要原因。

3）耐水質(zhì)沖擊能力強(qiáng)：由于膜的高效截留作用，可使微生物完全截留在生物反應(yīng)器內(nèi)，有利于增殖緩慢的微生物在反應(yīng)器中截留、生長、繁殖，使得系統(tǒng)耐水質(zhì)沖擊能力得以提高；

4）剩余污泥少：系統(tǒng)在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷和長泥齡的條件下運行，污泥產(chǎn)率低，可降低污泥處理的費用；

5）啟動方便：系統(tǒng)為各種微生物的停留和繁殖創(chuàng)造了生長條件，豐富了反應(yīng)器中的微生物相，縮短了馴化周期，從而使MBR可以在短期內(nèi)啟動運行。

MBR技術(shù)與活性污泥法的優(yōu)劣勢比較

但MBR技術(shù)在推廣應(yīng)用過程中也面臨能耗高、成本高、管理要求高、剩余污泥難處理等難題。從經(jīng)濟(jì)性方面看，MBR技術(shù)的投資費用較高。據(jù)統(tǒng)計，所有市政污水處理廠的平均噸水總投資費用約2200元，而MBR噸水總投資費用為2100-7000元，平均約3800元，直接工程費用為2000-4500元（包括土建、安裝、膜系統(tǒng)和設(shè)備），投資費用的差異與應(yīng)用領(lǐng)域、項目建設(shè)時期、膜組件廠商、結(jié)構(gòu)形式等均有較大關(guān)系。

通過對比同地區(qū)同時期同規(guī)模不同技術(shù)路線的三個污水處理廠，分別采用MBR工藝（A工藝）、二級生物處理+濾布濾池（B工藝）、二級生物處理+UF（C工藝），可以看到，MBR的土建費用略低，但膜組件投資較高，其他配套設(shè)備投資也略高，但考慮到MBR技術(shù)的出水水質(zhì)更優(yōu)以及相關(guān)征地費用較小，MBR技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)的投資費用差距將大幅縮小。

從運行成本看，MBR工藝的直接運行成本在0.5-0.9元/m3，比傳統(tǒng)工藝高約0.15元/m3，加上膜折舊費要高出0.4元/m3，可見MBR技術(shù)的能耗和運行成本較高。

未來隨著水質(zhì)要求的不斷提升，技術(shù)工藝的不斷成熟改進(jìn)、膜制造成本不斷下降，膜法水處理的應(yīng)用占比有望進(jìn)一步提升。

05 膜企業(yè)成長路徑

企業(yè)并購是國際環(huán)保巨頭成長的必經(jīng)之路，這在全球膜法水處理市場的表現(xiàn)尤為明顯。

國際知名的膜制造商，大多都是多元化的大型企業(yè)，膜業(yè)務(wù)只是其多元化戰(zhàn)略下的一個事業(yè)部。各大公司拓展業(yè)務(wù)領(lǐng)域進(jìn)入水處理或膜制造行業(yè)，然后通過收購已有公司和業(yè)務(wù)來獲得市場份額和品類技術(shù)的補(bǔ)全。

我國的膜產(chǎn)業(yè)由于起步較晚，發(fā)展階段與海外所處不同，膜企業(yè)的規(guī)模普遍較小。我國的膜企業(yè)技術(shù)來源多為留學(xué)歸國人員自主研發(fā)，學(xué)校研究院、實驗室等產(chǎn)業(yè)研究成果轉(zhuǎn)化或外部成熟技術(shù)引入。2001 年國家推出膜產(chǎn)業(yè)化政策，膜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展伴隨著環(huán)保工程的爆發(fā)，膜材料、系統(tǒng)初創(chuàng)企業(yè)借助產(chǎn)業(yè)鏈延伸進(jìn)入到環(huán)保工程與運營領(lǐng)域。

借鑒海外的發(fā)展經(jīng)驗，我國的膜企業(yè)在生產(chǎn)工藝和材料研發(fā)上仍有較大提升空間，膜企業(yè)未來仍需要進(jìn)行持續(xù)的研發(fā)投入。而大型化工企業(yè)進(jìn)行高端膜材料研發(fā)具有先天優(yōu)勢：

◆2019年萬華化學(xué)投資5.1億元萬華工業(yè)園區(qū)內(nèi)投資設(shè)立膜工廠項目，總生產(chǎn)能力為619萬平方米/年，其中RO膜：300萬平方米/年；NF膜：60萬平方米/年；UF膜：50萬平方米/年；中空纖維膜：100萬平方米/年；MF膜：100萬平方米/年；改性分離膜：9萬平方米/年。

◆中化國際投資約9.7億元在寧波象山經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)建設(shè)年產(chǎn)22萬支反滲透膜工廠。預(yù)計項目將于今年年底或明年投產(chǎn)。

國內(nèi)膜材料的市場空間較小，國內(nèi)的膜制造企業(yè)若不能通過產(chǎn)業(yè)鏈的延伸做大做強(qiáng)，突破自身的市值瓶頸，持續(xù)投入研發(fā)構(gòu)建護(hù)城河，則當(dāng)前領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢未來或有被趕超風(fēng)險，遠(yuǎn)期或難逃被諸如萬華、中化等大型集團(tuán)并購整合的命運。

國內(nèi)膜主要上市公司比較

國內(nèi)膜元件市場空間較小，只做上游的膜材料企業(yè)將面臨較低的市值天花板，膜企業(yè)要做大做強(qiáng)， 需要從元件、系統(tǒng)向工程、運營領(lǐng)域拓展，延伸到廣闊的應(yīng)用市場方能突破市值天花板。

因此，膜企業(yè)的核心競爭力在于既要在系統(tǒng)裝備擁有制造或集成方面的技術(shù)優(yōu)勢、又要有工程經(jīng)驗和運營能力，方能持續(xù)研發(fā)創(chuàng)新，拓展新的應(yīng)用和業(yè)務(wù)領(lǐng)域，實現(xiàn)市值天花板的不斷突破。

參考資料：

wind；

中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)；

《膜分離材料應(yīng)用基礎(chǔ)》；

《中國水處理行業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究報告》；

《現(xiàn)代膜技術(shù)與制膜工藝實例》