水处理膜：技术及产业发展现状- 大数跨境

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水处理膜：技术及产业发展现状

功能膜涂布产业链

2018-08-10

导读：水资源严重缺乏构成的水危机已威胁到世界上的绝大多数国家......

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目前，水资源严重缺乏构成的水危机已威胁到世界上的绝大多数国家，使各国的经济、社会和科技发展都面临着严峻考验。

历来被认为资源丰富的我国，水资源问题也不容乐观，人口占世界的22%，而淡水量仅占世界的8%，人均占有量仅为2400km³。

为了缓解这一现状，海水淡化、污水处理等技术已开始受到社会的强烈关注，而其中的关键——水处理膜技术更是重中之重。

◤ 水处理膜的战略部署与市场

膜法水处理技术与传统水处理方法相比，由于具有成本较低、分离精度高、投资少、易于操作和管理、对环境二次污染小等优点，在净水和污水处理与回用中有很好的应用前景，膜法水处理逐渐成为市场的发展趋势。

目前国内膜产品从原料到成品，有很大部分都依赖进口。而国产膜与进口膜在价格、市场占有率等方面的差异还是相当明显的，这也是为什么业界一直呼吁要大力提高分离膜国产化率的原因所在。

我国为了促进高性能分离膜的发展，发布了多项相关发展规划——

●《国家“十二五”科学和技术发展规划》：重点开发水处理膜、气体分离膜、特种分离膜等膜材料。水处理膜材料以反渗透膜为突破口，显著提高国产反渗透膜材料的市场占有率。

●《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》：大力发展高性能膜材料等新型功能材料。

●《节能环保产业发展规划》：发展先进环保技术和装备，重点攻克膜生物反应器等装备；发展环保产品，重点研发和产业化示范膜材料、持久性有机污染物替代产品等。

●《分离膜“十二五”发展规划》：在分离膜全领域形成完备、规模化的膜与膜组器的生产技术与生产能力，膜性能达到国际先进水平。

“十三五”期间，膜产业的年增长速度在20%左右，到2020年达到2500亿~3000亿元的规模，其中膜产品年出口产值将超过100亿元。

中国膜工业力争实现“着力培育龙头企业”的目标，将海水淡化反渗透膜、高分子超微滤膜等重要膜品种的国内市场占有率提高30%以上，市场销售膜产品标准化覆盖率达80%以上，使膜生产企业实现有标生产。

◤ 水处理膜研究进展

我国水处理膜的研究始于1970年前后，大约从1980年开始，水处理膜全面投产。从20世纪90年代起，又应用到了饮用水和工业用水的生产之中。

进入21世纪后，水处理膜材料技术迅速扩大。

现代的水处理膜分离技术主要包括：微滤膜（MF膜）、超滤膜（UF膜）、纳滤膜（NF膜）、反渗透膜（RO膜）等，用途包括净水处理、海水淡化、污水废水循环利用等。

微滤膜：

微滤膜技术在液体分离的主要应用领域包括食品饮料加工、生物制药生产、饮用水的生产、废水处理、工业加工和半导体制造等方面。

微滤膜允许大分子和溶解性固体（无机盐）等通过，但会截留悬浮物、细菌、及大分子量胶体等物质。

超滤膜：

超滤膜的工业应用十分广泛，用于分离、浓缩、纯化生物制品、医药制品以及食品工业中；还用于血液处理、废水处理和超纯水制备中的终端处理装置。

超滤膜一般为非对称膜，要求具有选择性的表皮层，其作用是控制孔的大小和表状，而聚合物膜的化学性质对膜的分离特性影响较小。

纳滤膜：

纳滤膜的孔径范围介于反渗透膜和超滤膜之间，约1nm左右，故称为纳滤膜。纳滤膜可分为有机膜和无机膜。

反渗透膜：

反渗透膜是以膜2侧静压差为推动力而实现对液体混合物分离的选择性分离膜。反渗透膜只能通过溶剂（通常是水）而截留离子或小分子物质。

反渗透膜的发展推动了水处理技术的进步，反渗透技术从海水淡化逐渐拓展到废水处理、市政水的回用等领域，因此对其也提出了新的要求。

◤ 国内外水处理膜材料产业化现状

国外：

东丽公司使用微孔约为0.7nm的“交联芳香聚酰胺”作为RO膜，结合UF膜和聚酯无纺布生产层状“平膜”；在海水淡化厂中设置形似蛋糕卷的“RO膜单元”。

目前，除了阿尔及利亚和特立尼达和多巴哥等国的大规模海水淡化厂外，该公司还在向科威特、新加坡的污水废水循环利用厂提供RO膜。

并且东丽最近研发出了在杂质去除和渗透水量方面都保持了高性能、并且可以强力粘附水中的污垢成分的反渗透膜“ROMEMBRA®TLF”系列。

美国陶氏公司的FILMTEC反渗透（RO）和纳滤（NF）膜技术，不论用在小型系统还是巨型水处理系统，处理天然苦咸水和海水时，被公认为最有效能和最经济的关键部件。

在UF膜和MF膜领域，旭化成、东丽、三菱丽阳等日本企业也拥有全球43%的份额。近几年来，中国和韩国企业也纷纷加入，竞争正日趋激烈。

表2 国外水处理膜材料产业化研究进展

机构（企业）	所属国家	研究进展	产业化规模
GE泽能公司	美国	ZeeWeed膜生物反应器 ZeeWeed浸没式超滤膜（中空纤维膜）	全球最大的海水淡化、工业废水处理、中水回用、纯水处理、循环水处理、锅炉水处理以及工艺生产过程处理供应商
陶氏化学公司	美国	FILMTEC反渗透和纳滤膜元件 DOWEX离子交换膜（PVDF中空膜丝）	复合膜技术世界领先，拥有干膜技术
西门子股份公司	德国	西门子MEMCOR®膜技术（中空聚丙烯纤维膜）浸入式连续膜过滤（CMF-S）系统	西门子收购USFilter（美净集团）成立了水技术部，又收购北京赛恩斯特水公司70%的股份，竞争获得北京北小河污水处理厂的改扩建工程
久保田公司	日本	久宝田膜生物反应器（浸没式平板式膜）久保田液中膜技术（薄膜层材料为聚氯乙烯）	1990年在日本建立商业化污水处理厂。至今在全世界已经有2200家市政污水用户和工业污水用户
东丽工业公司	日本	低压脱盐型反渗透复合膜、超低压大通量型反渗透复合膜、极超低压节能型反渗透复合膜、低污染高脱盐率反渗透复合膜、高脱盐海水淡化反渗透复合膜、节能型海水淡化反渗透复合膜、超高压海水淡化反渗透复合膜、超低压大通量纳滤复合膜、浸没式平板型MBR膜生物反应器、基于精密分子设计和纳米技高脱硼海水淡化膜、融合有机与无机材料的综合特性能耐氧化剂的新型膜材料	具有RO、NF、UF、MF、纤维滤布系列膜技术。在海水淡化领域，目前在世界各地已达到累计54万m³/d以上的使用业绩
日东电工集团／美国海德能公司	日本	反渗透膜和纳滤膜	美国（加利福尼亚州Oceanside市）和日本（草津市）两个工厂都具备从平膜制备到膜元件组装的一条龙生产线，中国上海松江工厂为4英寸反渗透膜元件组装厂
三菱丽阳集团	日本	中空纤维膜SteraporeSADF^TM系列（聚乙二烯氟化物薄膜（PVDF）） SteraporeSUN^TM系列（PE）
旭化成公司	日本	UF超滤膜（材料PAN、PS）、MF微滤膜（材料PE、PVDF）	MicrozaTM膜系列生产线总计300种膜组件产品

国内：

中国膜产业也已经进入快速增长期，膜产业发展前景十分广阔。

微滤、超滤、反渗透等膜技术在海水淡化、给水处理、污水处理与回用等领域的工程应用规模迅速扩大，多个具有标志性意义的大型膜法给水工程、污水回用工程及海水淡化工程已经相继建成。

在MBR领域，我国应用研究起步相对较晚，但发展非常迅速。

美日等国家的水企逐渐向中国渗透，从最初设备厂商的身份到并购、合资或者成立独立子公司，国内外企业各种形式的战略合作也越来越多。

表3 国内水处理膜材料产业化研究进展

机构（企业）	研究进展	产业化规模
中国科学院大连化学物理研究所	膜材料研究与开发，聚合物膜成膜过程及新型分离膜研究，膜分离过程中传质机理研究，膜分离应用及集成技术研究	“中空纤维氮氢膜分离器”荣获国家科技进步奖；超滤膜技术在医药、生化和食品工业的产品分离、超纯水制备和工业废水处理等方面得到了广泛应用；微孔滤膜、纳滤膜及其成套设备并已用于工业生产
北京碧水源科技股份有限公司	中空纤维高强度PVDF膜湿法、热法高品质多种超滤膜	PVDF中空纤维微滤膜200万m²/a，中空纤维超滤膜100万m²/a
南方汇通	反渗透膜	产能300万m²/a
天津膜天膜科技股份有限公司	中空纤维膜（PVDF）连续膜过滤（CMF）膜生物反应器（MBR）浸没式膜过滤技术（SMF）双向流膜过滤技术（TWF）	生产各种规格的内压型和外压型中空纤维超滤、微滤膜组件，中空纤维膜的年生产能力达到300万m²；承建日处理量超过万吨的工程近30个
北京坎普尔公司	膜产品包括EDI、UF、MF和MBR 塞伟尔（Saveyor）品牌PS内压超滤膜	年产中空纤维超滤膜300万m²
上海斯纳普膜分离科技有限公司	SINAP第三代平板膜元件及组件（PVDF）	高性能平板膜组件已经成功应用于钢厂乳化油废水、垃圾渗滤液、洗衣废水，生化制药废水及城市生活污水等多个领域，其中最大单项应用规模达13 500 m²
深圳市立昇净水科技有限公司	立升浸入式膜（采用PVDF材质，属于毛细管式超滤膜，且具有不对称结构，膜孔径仅为0.02μm）	300万m²/a
上海德宏生物医学科技有限公司	中空纤维MBR膜生物反应器，主要膜种有聚醚砜（PES）、聚丙烯腈（PAN）、聚偏氟乙烯（PVDF），聚砜（PS）等材料。0	5条中空纤膜生产线，生产能力每年可达数10m²。
伊乐科环保科技(上海)有限公司	EDI离子膜	EDI离子膜的使用寿命长达8年以上。