水处理膜材料应用分析

　　摘要：近年来我国水资源短缺问题越来越严重，我们认为这种现象仍将会持续。随着居民日益增长的水环境需求,政府监管措施不断从严，企业在水处理技术研发上的投入不断增加。因此，发展高效节能的水处理膜材料，已经变成一项迫切的任务。开发高质量水污染治理产品，已成为资本市场追逐一大趋势。本文对膜材料在我国水处理行业应用进行分析。

　　近年来我国环保产业发展十分迅速。产业协会的数据显示，“十二五”期间，我国环保产业年均增长速度达到26.9%，预计“十三五”期间，环保行业或将持续保持20-30%年高速增长，环保行业己进入一个可预期的快速增长周期。我国环保产业的增长速度远远超过国民经济和工业行业的增长速度。尤其是我国水处理行业规模不断增长，水处理膜行业未来也迎来了绝佳的发展时期。

　　政策监管趋严为膜材料产业发展提供机遇

　　新环保法明确了法律追究主体、法律制裁方式。2018年新修订的《中华人民共和国环境保护法》进一步明确了政府对环境保护监督管理职责，完善了生态保护红线等环境保护基本制度，强化了企业污染防治责任，加大了对环境违法行为的法律制裁，在环境法规的实施中，对违法的单位或个人，根据其违法行为的性质、危害后果和主观因素的不同、要追究法律责任，分别给予刑事、行政、民事三种不同的法律制裁。法律条文也从原来的47条增加到70条，增强了法律的可执行性和可操作性。被称为“史上最严”的环境保护法。环保督查力度不断强化。2017年“12369”环保举报管理平台接到举报电话618856件，处理618583件，办结率99.9%。2017年河北省第三批、四批督查进驻期间，问责干部1.8万人。在环保督察不断加强背景下，工业企业及工业园区也从被动治污向主动治污、防污转变。针对工业废水不达标问题，尤其是工业园区工业废水治理不达标问题，环保部在2016年12月印发《关于实施工业污染源全面达标排放计划的通知》，到2017年9月环境保护部印发《工业集聚区水污染治理任务推进方案》，均聚焦并加大了工业污水治理力度，在逐渐完善健全工业污染治理体系中起到了很大的拉动作用，同时对工业污染治理形成倒逼态势(表1)。

     政策趋严催生水处理膜材料行业发展。中国已出台10多项工业废水处理行业相关标准、30多项水污染物排放国家环境标准、20多项水污染物排放地方环境标准用于规范指标行业发展。2015年《中国膜行业“十三五”战略发展规划》提出功能膜产值在“十二五”的基础上实现翻番，微滤膜和超滤膜质量技术指标实现新突破，国内市场占比达到60%~80%。

　　水处理膜产业现状

　　近年来水处理膜材料市场发展迅速.据2018年发布的《膜与水处理行业发展研究报告(2018)》数据显示，在2015-2017期间，水处理膜年行业年均复合增长率达到18%。2017年中国水处理膜行业市场规模为710亿元，同比增长18.3%，预计到2018年中国水处理膜行业市场规模将达到852亿元。我国水处理膜技术与国际发达经济体之间存在很大差距。高端膜材料基本被国际巨头，陶氏化学、日东电工、日本东丽、韩国熊津、GE、科氏等国外知名企业牢牢占据，高端市场占比达90%之多。我国企业主要占据市场还是低端膜材料市场。以反渗透膜为例：反渗透膜市场上的7家生产企业，外资系品牌企业高达6家，外资系品牌在渗透膜市场占据垄断地位，市场占有率超过90%。

　　水处理膜主要应用在三个领域：市政污水处理、工业污水深度处理、海水淡化脱盐。其中市政污水处理市场主要应用为膜生物反应器(MBR)工艺，主要有微滤膜(MF)和超滤膜(UF)，膜孔径在0.02-0.4 µm之间，膜材料以PVDF为主，膜构型主要采用中空纤维膜或平板膜。据统计，截止到2017年我国万吨级以上的MBR市政污水处理厂200多座。根据工业污水深度处理工艺，针对不同的污水类型，常常将生化工艺与膜分离过程耦合，以达到提高微生物活性，改善出水水质的目的，同时深度处理回用系统采用双膜法工艺，双膜法工艺流程简单、结构紧凑、占地面积小、自动化程度高、操作简便，无需投加大量化学药品。在海水淡化脱盐领域主要应用膜为反渗透膜(RO)，孔径范围在0.1-1 nm之间，膜材料以醋酸纤维素、聚酰胺等为主。随着膜材料成本及工艺改进，反渗透海水淡化水成本已由8元/m³下降至平均5元/m³。反渗透膜供应商包括陶氏化学、西门子、东丽、海德能、津膜科技等。

　　膜材料技术发展取得不断突破。膜技术在水处理中的应用范围相当广泛，既可用于给水处理也可用于废水处理，在某些特殊行业的水处理中也有涉足，且其应用规模在不断扩大。目前，在膜法水处理应用方面领先的国家有美国、日本、德国等。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，我国应用研随着近几年研发投入加大及扩大与国际企业实行战略合作力度，国内膜技术发展十分迅速，尤其是MBR领域，国内已经形成一批具有初步实力的企业。如天津膜天膜科技股份有限公司、北京碧水源科技股份公司等。

　　自主研发背景下涌现出一些膜材料技术领先者，中南大学研发的具有pH响应可切换湿润性油水分离膜能够通过调节pH改变对油/水的选择透过性，达到不同条件下分离不同类型油水混合物的目的。分离效果好(油水分离率99%以上)，分离通量大(对四氯化碳/水混合物的分离通量达到11000 Lm-2h-1)，并且抗污染、重复使用性能好(重复25次分离性能基本不变，7天内性能几乎无衰减)，易再生。自主设计了具有工业处理规模的连续化膜分离油水分离器，通过搭载自主研发的pH响应可切换润湿性油水分离膜，能够应用于工业级的油水分离处理。

　　我国水处理膜材料技术行业发展趋势

　　膜材料市场将持续保持高速度增长。预计2018-2020年中国水处理膜行业市场规模年均复合增速为20%，到2018年中国水处理膜行业市场规模将达到852亿元，到2020年将达到1227亿元。我国水处理膜材料市场应用也将呈现下沉化趋势发展，将由单一发达城市为主，向三四线城市及城镇农村。

　　膜技术发展将不断取得突破。膜产业是战略性新兴产业一部分，得到了国家的高度重视和支持，膜产业迅速崛起。但我国水处理膜技术发展历程短，在高端膜材料、及其元件及组件方面与发达国家在技术上存在很大差距，许多理论上和技术上的研究还有较大提高空间。抓住发达国家膜技术向我国转移力度加大机遇，缩小与国际领先企业间差距。在科技创新领域，我国与发达经济体之间存在很大差距，尤其在新材料方面表现得尤其突出，膜材料技术恰恰就是新材料领域一个细分领域。因此，如何缩小与他们之间的研发及技术差距，已成为一个严峻而迫切的任务。

　　但近年来欧美日韩等发达经济体国家，面对中国如此庞大的水污染处理市场纷纷抛出橄榄枝。从初级阶段设备厂商的身份转变成通过并购、合资或者成立独资子公司，国内外业采取多样化战略合作的方式参与到中国水处理市场。如日本久保田牵手安徽国祯环保，成立久保田国祯环保工程科技有限公司，并引进久保田膜设备的生产技术，专门从事MBR设备生产、研发、销售及污水工程总承包。日本东丽株式会社联合中国蓝星集团，共同投资组建蓝星东丽膜科技有限公司，引进东丽先进的从制末到卷膜的全套自动化生产线，在中国建立反渗透全套产品生产基地;同方股份与日本NOK株式会社成立合资公司，来提高同方水处理产品品质。

　　结语

　　随着我国环保产业规模不断扩大，环保市场前景越来越广阔。高端膜材料技术仍然与发达国家存在较大差距，但随着近年来连续不断的政策支持和企业自主研发投入加大，国内膜技术也进展迅速，同时膜技术应用也从发达城市下沉到城镇农村地区，膜材料应用市场不断扩大，也为膜材料研发、生产企业提供了较好的历史机遇，并获得高额市场收益，进一步促进了膜技术产业循环良性发展。同时，也为百姓创造一片碧水青山提供完善的科学技术支持。