我國膜分離技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

水處理網(wǎng)訊:膜分離技術(shù)因其高效率、低能耗和無二次污染等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于海水淡化、污水處理以及食品、醫(yī)藥等眾多領(lǐng)域，已發(fā)展成了橫跨材料、環(huán)保和能源等領(lǐng)域的高新技術(shù)和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。簡要概述了膜分離技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，梳理了膜分離產(chǎn)業(yè)發(fā)展相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)政策，同時介紹了膜分離產(chǎn)業(yè)國內(nèi)外市場發(fā)展現(xiàn)狀并對面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)提出了展望。

膜分離技術(shù)是一種以分離膜為核心，利用膜的選擇性透過來實(shí)現(xiàn)料液不同組分的分離、純化和濃縮的一門新興技術(shù)。與傳統(tǒng)分離技術(shù)相比，膜分離技術(shù)具有耗能低、無二次污染、操作簡單、分離效率高等特點(diǎn)，因此，膜分離技術(shù)廣泛應(yīng)用于水處理、食品、醫(yī)藥和石油化工等領(lǐng)域。膜分離技術(shù)以分離過程分有微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）、反滲透（RO）和電滲析等。我國膜分離技術(shù)雖起步較晚，但現(xiàn)已初步建立了較完善的膜工業(yè)體系，年產(chǎn)值正以每年20%左右的增長率快速發(fā)展。

本文概述了膜分離技術(shù)的現(xiàn)狀，重點(diǎn)從膜分離技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布情況以及國家相關(guān)政策導(dǎo)向來分析國內(nèi)膜分離市場的現(xiàn)狀及發(fā)展?jié)摿Α?/p>

一、膜分離技術(shù)的現(xiàn)狀

01 | 膜材料研究

膜分離技術(shù)的核心是膜材料，近年來對于膜材料的研究主要在無機(jī)膜材料、有機(jī)高分子膜材料、復(fù)合膜材料與膜材料的改性等方面，其中復(fù)合膜材料與膜材料的改性是當(dāng)前膜材料研究的熱點(diǎn)。多種膜材料的復(fù)合不僅克服了單一膜材料本身的缺點(diǎn)，還能將各自的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合，提高分離膜的過濾性能和抗污染能力。常見的復(fù)合膜包括有機(jī)-無機(jī)雜化復(fù)合膜、無機(jī)復(fù)合膜等。以NF膜為例，針對膜污染控制和膜選擇性透過的問題，對NF膜材料的研究從單一有機(jī)材料轉(zhuǎn)向有機(jī)材料與無機(jī)材料雜化。例如Song等將磷酸化殼聚糖（PCS）與氧化石墨烯（GO）結(jié)合，發(fā)現(xiàn)GO-PCS復(fù)合膜不僅改善了NF膜存在的問題還提高了水通量和抗氯性。膜材料的改性也是分離膜材料另一個重要的研究方向，膜材料的改性可分為膜表面改性和膜材料本身的改性。膜表面的改性通常是將活性組分負(fù)載到膜表面，膜材料本身的改性是利用化學(xué)反應(yīng)使材料本身性質(zhì)或結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而提高膜材料的性能。

例如He[等利用咪唑類離子液體改性聚酰胺復(fù)合膜，將AMIB分子固定在膜表面，制備出了高透水性、高抗菌性的納濾膜。Tong等對氧化石墨烯進(jìn)行磺化制備出新型的復(fù)合膜，磺化改性導(dǎo)致氧化石墨烯膜內(nèi)部層狀結(jié)構(gòu)不均勻，增大了低電阻水通道的自由體積，提高了機(jī)械強(qiáng)度和傳輸能力。

02 | 膜分離技術(shù)應(yīng)用

膜分離技術(shù)因其種類多、低能耗、效率高等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于海水淡化、污水處理以及食品、醫(yī)藥等眾多領(lǐng)域。反滲透（RO）技術(shù)操作簡單，脫鹽率可達(dá)到99.75%，極大地提高了海水淡化的效率。截至2017年，全國產(chǎn)水規(guī)模達(dá)到127.2萬t/d，預(yù)計(jì)2020年全國海水淡化總規(guī)模達(dá)到220萬t/d以上，海水淡化產(chǎn)業(yè)已成為我國海洋經(jīng)濟(jì)的重要部分。納濾（NF）膜分離小分子有機(jī)物和無機(jī)鹽的能力高，被廣泛應(yīng)用在污水處理和城市用水等領(lǐng)域。在食品處理領(lǐng)域，膜分離技術(shù)廣泛應(yīng)用在飲料加工工藝中，反滲透、納濾、超濾、電滲析的不同組合搭配，基本可以滿足飲料行業(yè)的不同分離、濃縮和純化需求，如An等研究了一種用于濃縮果汁的滲透膜蒸餾(FO-MD)工藝，使?jié)饪s的果汁幾乎沒有營養(yǎng)損失。在醫(yī)藥方面，膜分離技術(shù)主要應(yīng)用在制藥、血液透析等方面，但是，醫(yī)用新型膜材料我國仍靠大量進(jìn)口，其相關(guān)研究與國際水平還有較大距離。石油化工生產(chǎn)中，膜分離技術(shù)有效應(yīng)用在有機(jī)混合物的分離、燃油脫硫等工業(yè)過程，如Yang等對工PET/PTFE復(fù)合材料進(jìn)行了改造，實(shí)現(xiàn)了油滴有效收集和溢油的無損運(yùn)輸。膜分離技術(shù)很大程度上決定了石化行業(yè)的節(jié)能減排與清潔生產(chǎn)水平，膜分離技術(shù)的發(fā)展將會助推石化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

二、 膜分離相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策

為促進(jìn)膜分離產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我國陸續(xù)出臺了許多相關(guān)政策：2006年“十一五”規(guī)劃關(guān)于新材料產(chǎn)業(yè)中涉及分離膜的相關(guān)內(nèi)容有功能陶瓷膜、電池隔膜、醫(yī)用血液透析、海水淡化的反滲透膜與組件等；2010年出臺的《國務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》，其中新材料與節(jié)能環(huán)保兩大新興產(chǎn)業(yè)都涉及到膜分離技術(shù)；2012年《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》明確將膜材料列為規(guī)劃內(nèi)容，并提出三大目標(biāo)：一是分離膜領(lǐng)域形成完備的、規(guī)?；哪づc膜組器的生產(chǎn)技術(shù)與能力；二是大力推進(jìn)膜技術(shù)的應(yīng)用推廣；三是加快建立膜產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)體系和評價(jià)中心從而規(guī)范膜市場；2016年“十三五”規(guī)劃中，發(fā)展重點(diǎn)是水處理用高通量納濾膜、高性能反滲透膜以及污水治理和海水淡化用特種膜；2019年《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄》與《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2019年）》的發(fā)布為分離膜市場帶來更多的發(fā)展契機(jī)。從“十一五”規(guī)劃到“十三五”規(guī)劃中，國家陸續(xù)出臺了較多與膜分離相關(guān)的政策，極大地促進(jìn)了膜分離技術(shù)在材料、能源和環(huán)保等領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。

在“十三五”期間，國家陸續(xù)推出23個涉及分離膜的政策專項(xiàng)文件，包括17個政策文件和6個專項(xiàng)文件，具體內(nèi)容見表1、表2所列。涉及的領(lǐng)域包括科技創(chuàng)新、水處理、生態(tài)環(huán)境與節(jié)能減排4個領(lǐng)域，其中水處理的相關(guān)政策文件占比高達(dá)52%，可見我國膜分離技術(shù)的應(yīng)用重點(diǎn)在海水淡化和污水處理上。

表1 “十三五”計(jì)劃中膜分離產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策

表2 “十三五”計(jì)劃膜分離產(chǎn)業(yè)相關(guān)專項(xiàng)

三、 膜分離相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化政策

01 | 我國膜分離產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)政策

隨著我國膜分離產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，膜分離行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化工作得到了國家有關(guān)部門的重視，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定已經(jīng)成為國家發(fā)展的戰(zhàn)略性資源和增強(qiáng)國際競爭力的途徑之一。2008年全國分離膜標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC382）成立，標(biāo)志著膜分離產(chǎn)業(yè)進(jìn)入法制化、標(biāo)準(zhǔn)化和國際化快速發(fā)展的軌道；2012年科技部和國家發(fā)改委發(fā)布的《海水淡化科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》中明確指出要發(fā)展海水淡化標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)略，提高產(chǎn)業(yè)發(fā)展的整體性和科學(xué)性；2013年，國家標(biāo)準(zhǔn)委聯(lián)合九部門發(fā)布《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展規(guī)劃》，為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)I造良好的環(huán)境；接著國家標(biāo)準(zhǔn)委員會在《2014年戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)綜合體指導(dǎo)目錄（征求意見稿）》中明確提出高性能膜材料、組件和裝置的標(biāo)準(zhǔn)化問題。

02 | 我國膜分離產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

我國膜分離行業(yè)出臺的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)較少，在2015年王學(xué)軍統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)新增7項(xiàng)，國家標(biāo)準(zhǔn)則陸續(xù)出臺了23項(xiàng)，詳見表3、表4。截至目前與膜分離產(chǎn)業(yè)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)一共98項(xiàng)，國標(biāo)有40項(xiàng)，行標(biāo)58項(xiàng)。從行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來看，海洋(HY)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有36項(xiàng)，化工(HG)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)9項(xiàng)，環(huán)境保護(hù)(HJ)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)4項(xiàng)，城市建設(shè)(CJ)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)，電力(DL)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)，船舶(CB)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)，商業(yè)(SB)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)，煤炭(MT)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)，其中海洋行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)占比高達(dá)64%。從表3和表4可以看出，新增的國家標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量大于新增的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，逐漸打破膜分離技術(shù)以行標(biāo)為主的狀態(tài)，膜產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)將會更加規(guī)范統(tǒng)一。

表3 膜分離領(lǐng)域2015年以后新增國家標(biāo)準(zhǔn)

四、我國膜分離行業(yè)發(fā)展

我國膜分離技術(shù)已有60年的發(fā)展歷史，改革開放之后尤其是進(jìn)入新世紀(jì)以來，水處理需求的爆發(fā)式增長使得膜分離產(chǎn)業(yè)應(yīng)運(yùn)而生并迅速崛起，成為我國經(jīng)濟(jì)舞臺的重要新生力量。

01 | 膜分離產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值發(fā)展情況

1999年，全球膜分離產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到200億美元，中國膜分離產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值約為28億元人民幣，僅占全球總產(chǎn)值的1.7%。到2012年，全球膜分離產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到450億美元左右，同年我國膜分離市場總產(chǎn)值515億元人民幣，占全球總產(chǎn)值的10%以上，總產(chǎn)值占比大幅增加。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《中國膜產(chǎn)業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，得出2009—2018年我國膜分離產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值變化趨勢，如圖1所示。從圖1可以看出中國膜分離產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值由2009年的227億元，增長至2018年的2348億元。預(yù)計(jì)到2025年，膜分離產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值預(yù)計(jì)將達(dá)到3853億元。

現(xiàn)如今，我國膜分離產(chǎn)業(yè),年產(chǎn)值以年均20%左右的速度穩(wěn)定增長，已經(jīng)成為世界膜技術(shù)發(fā)展最活躍的地區(qū)之一。

圖1 中國膜分離產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值

02 |膜企業(yè)規(guī)模情況

中國膜分離產(chǎn)業(yè)由于基礎(chǔ)落后、起步晚，導(dǎo)致發(fā)展緩慢的情況，在2001年左右得到改善。1995年國內(nèi)膜企業(yè)數(shù)量僅50家左右，2001年后開始呈現(xiàn)快速增長趨勢，“十二五”期間增加的膜分離企業(yè)數(shù)量達(dá)到了332家，至2015年膜分離相關(guān)企業(yè)進(jìn)入了高位穩(wěn)定時期。截至2018年，全國與膜分離研究有關(guān)的高校研究機(jī)構(gòu)超過100家，膜制品生產(chǎn)企業(yè)和工程公司近1300家，其中年產(chǎn)值在500萬元左右的中小企業(yè)約占膜企業(yè)總數(shù)的85%，超過億元年產(chǎn)值的企業(yè)只占4%。進(jìn)入“十三五”之后，隨著水污染防治力度加大，膜分離產(chǎn)業(yè)也隨著高速增長，中國已成為全球膜市場增長的主力。

03 | 膜分離產(chǎn)業(yè)種類及區(qū)域分布情況

我國的膜產(chǎn)業(yè)體系龐大，其中反滲透膜（RO)占據(jù)50%左右的市場，納濾膜（NF）、超濾膜（UF）、微濾膜（MF）各占10%，剩下20%被電滲析膜、氣體分離膜、無機(jī)陶瓷膜、透氣膜及其他類型所占據(jù)，詳見表5。時代沃頓科技有限公司、藍(lán)星東麗膜科技有限公司占據(jù)國內(nèi)反滲透膜70%以上的市場份額；北京碧水源科技股份有限公司每年可生產(chǎn)微濾膜和超濾膜1000萬m2；其他公司如海南立昇凈水科技有限公司、江蘇久吾高科等公司在微濾超濾膜領(lǐng)域的年產(chǎn)能力也達(dá)到幾百萬平方米；津膜科技有限公司作為國內(nèi)最大的膜法自來水廠，日處理量達(dá)50萬t。我國在北京、上海、天津、杭州等地有從事膜技術(shù)研發(fā)的高校研究所，給膜企業(yè)提供了強(qiáng)大的技術(shù)和科研支撐，因此，在區(qū)域競爭格局方面，我國知名膜企業(yè)主要分布在北京和江浙滬地區(qū)，北京以26%占據(jù)首位，上海以21%的占比緊隨其后，江蘇與浙江分別有11%與9%的份額，詳見表6。膜企業(yè)中，國有企業(yè)及事業(yè)單位約占50%，另外50%包括民營、外資、合資、個體等多種形式。

表5 中國分離膜種類

表6 中國膜產(chǎn)業(yè)區(qū)域分布

04 | 膜分離市場占比情況

在膜分離領(lǐng)域，國外起步早且發(fā)展成熟，尤其是美國和日本以絕對優(yōu)勢領(lǐng)先。而從1999年僅占全球膜總產(chǎn)值的1.7%，到2012年10%以上的占比，中國以全球最快的發(fā)展速度占據(jù)了國際膜分離市場的一席之地?，F(xiàn)如今我國膜分離市場已躋身于世界前列，尤其是反滲透膜，與美國、日本一并占據(jù)了超過全球57%以上的市場份額。其中我國反滲透膜的產(chǎn)量在全球的占比約為18.98%，僅次于美國的21%。國內(nèi)最大的反滲透膜生產(chǎn)商也從日本東麗變?yōu)闀r代沃頓，并且2018年時代沃頓的對外出口額超過了1.9億元。在國家政策的支持下，國內(nèi)的超濾膜、納濾膜和微濾膜技術(shù)研究發(fā)展迅速，其中微濾膜、納濾膜已達(dá)國際先進(jìn)水平。在市場發(fā)展方面也取得一定的成就，比如超濾膜和納濾膜已成功用于國內(nèi)許多超大型項(xiàng)目，并在總量上開始占據(jù)市場優(yōu)勢。

該領(lǐng)域內(nèi)的龍頭企業(yè)津膜科技自主研發(fā)取得數(shù)百項(xiàng)專利技術(shù)，不僅打破了發(fā)達(dá)國家長期對我國技術(shù)壟斷的情況，其產(chǎn)品性能也處于國際先進(jìn)水平。

中國膜分離產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今，取得了一定的成果，但仍然存在一些劣勢。如膜分離企業(yè)以中小型居多、技術(shù)儲備與資金不足以及膜分離行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以行標(biāo)為主等問題。因此，須時刻關(guān)注國際膜分離技術(shù)發(fā)展動態(tài)，加大研發(fā)投入，進(jìn)一步制定和完善膜行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化體系，吸收國際先進(jìn)技術(shù)和管理理念，加快我國膜分離產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，不斷增大我國膜分離產(chǎn)業(yè)在國際市場的份額。