近些年，北京、天津、山西、巢湖（hú）流域、太湖地區、大清河領域等地標陸續出台，部分敏感地區的汙水處（chù）理排放標準從過去的一級（jí）A達到了準四類（lèi）、甚（shèn）至（zhì）三類標準，為應對不斷提升的水質標準，多樣性的膜技術組合工藝將得到越來越多的應用。其中，以（yǐ）雙膜（mó）法技術為代表的多種膜組合工藝能充分發揮各自技術的優勢，彌補單獨使用的不（bú）足，使廢水深度處（chù）理得以再生，是未（wèi）來（lái）發展的新方向。
01 膜分類（lèi）及特點
膜是一（yī）種（zhǒng）具有選擇性透過功能的（de）薄層物質，可以特（tè）定的形式限製和促使兩側流體中各種物（wù）質的遷移。而（ér）膜（mó）分離是（shì）以外界能量或化學勢差作為（wéi）推動力，利用分離膜（mó）的選擇透過功能而實現對混合物中不同物質進行分離（lí）、純化（huà）和濃縮的過（guò）程。
◆根據膜的材料進行（háng）分（fèn）類，可分為有機膜（有機（jī）聚合物（wù））和無（wú）機膜（金屬膜、陶瓷膜、玻璃膜（mó）等（děng））。有機膜易於製備，成本較低（dī），而無機膜耐熱性和化學穩定性好、力（lì）學性能突出、抗微生物、使用壽（shòu）命長，但成型難度大，成本高。
◆根（gēn）據分（fèn）離（lí）機製對（duì）膜進行分類，可分為利用篩分機製（即根據汙染物尺寸（cùn）進行分離）的多孔膜，和（hé）利用擴散（sàn）原理（lǐ）（即根據溶液的滲透（tòu）壓進（jìn）行分離）的無孔致（zhì）密膜，無孔（kǒng）致密膜也稱為擴散膜。多孔膜有固（gù）定的孔， 包括（kuò）微濾（lǜ）膜、超濾（lǜ）膜和納濾膜，根據膜的孔徑可分為大孔（孔徑>50nm）、中孔（孔徑（jìng）範圍 2-50nm）、微孔（孔徑<2nm）。無孔（kǒng）致密膜包括納濾膜和反（fǎn）滲透膜。
從膜形態看，目前超濾、微（wēi）濾多使（shǐ）用中（zhōng）空（kōng）纖維膜， 反滲透、納濾多（duō）為（wéi）卷式膜（mó）。
近20年是我國膜產業的高速增長期。近20年，全球膜產業（包括膜元件、膜組件（jiàn）、膜裝備（bèi）、膜（mó）工程等）總產值穩健增長。至2017年（nián）底（dǐ），全球膜產值（zhí）已達1050億美元，而我國膜產業的（de）總產值約為2000億人民幣， 我國膜產業占全球膜產業產值比重從1999年的1.7%提升到了2017年的27%以上。
從結構看，隨（suí）著海水淡化、苦鹹水軟化、超純水製備以及對微量汙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（zhī）增大，全球RO 膜銷售（shòu）占比從2005年48.4%提高到2013年的55.3%。與此同（tóng）時，UF\MF膜市場占比有所下降。
未來隨著膜技術在工業汙水（shuǐ）、市政汙水（shuǐ）、市政（zhèng）飲（yǐn）用水、民用淨水等領域的應用增（zēng）加，膜產（chǎn）業仍將快速發展（zhǎn），而與RO膜相（xiàng）比，NF膜性質介（jiè）於超濾和反（fǎn）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（xuǎn）擇性截留等優點，未來應用占比（bǐ）有望提升。
全球膜產業產（chǎn）值增長情況（kuàng）國內（nèi）膜產業產值增長情況（kuàng）
03 分離膜（mó）性能及技術
分離膜的性能由膜（mó）材料和製膜工藝條件決定（dìng）。膜產品的相關性（xìng）能指標主要有分離透過性能（néng）、物理（lǐ）性能和化（huà）學性（xìng）能三大類。
◆分離透（tòu）過（guò）性能包括：產水量、水通量、純水透過率、截留分子質量、截留（liú）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：結構性能(外觀、膜麵積、膜厚、膜絲內（nèi）外（wài）徑)、機械性能(拉伸（shēn）強度、爆破強度、彎曲強度、柔潤指數、斷裂伸長率（lǜ）)、電性能(荷（hé）電性、Zeta電位)、親水性及耐熱性(最高操作溫度)等。
◆膜化學性（xìng）能有（yǒu）：化學穩定（dìng）性(化學（xué）相容性)、耐氧化性(短時餘氯耐受限度（dù）、過氧（yǎng）化氫耐（nài）受（shòu）限度)、耐酸（suān）堿性(運行及清洗 pH 範（fàn）圍)及耐汙染性能等。
膜的不同性能相（xiàng）互製約，在實際應用中應當綜合（hé）考慮膜的經濟性（xìng）和環境項目（mù）具體要求，選擇性能合適的分離膜。
判斷膜質量的性能指標
因此膜材料（liào）的技術難（nán）點（diǎn）主要在於（yú）膜材料的研發與膜製備工（gōng）藝的選擇（zé）與過程控製。尤其膜的製備工藝對分離膜的性能（néng）十分重要，同（tóng）樣的（de）材（cái）料（liào），由於不同的製作工（gōng）藝和控製條件，其性能會有很大差異。
以非溶劑相轉（zhuǎn）化法（NIPS）製備工藝為例，膜製造流程大體可分為六個階段：
1）高分子材料溶於溶劑中（zhōng），加入添加劑，製成鑄膜液；
2）鑄膜液通（tōng）過（guò）流延（yán）或紡絲製成平板、管狀或中空纖維；
3）使（shǐ）膜中溶劑部分蒸發；
4）將膜浸在對高分子是（shì）非溶劑的（de）液體中，液相的膜變凝膠固化（huà）；
5）進行熱（rè）處理；
6）膜的預壓處理。
超濾（lǜ）(UF)和微濾(MF)膜技術（shù）較為成熟，整體看國內外產品性能差距較小，已基（jī）本實現（xiàn）國產化。UF/MF 膜（mó）廣泛用於水（shuǐ）處理（lǐ）行業、生物醫藥製備過（guò）程和食品飲料（liào）行業等。
國內現有 UF/MF膜製造（zào）廠商數百家（jiā），龍頭企業都擁有自己獨特的製（zhì）膜材（cái）料配方和成套裝備知識產權。與國外水平相比，我國相（xiàng）轉化法生產的（de）高（gāo）分（fèn）子MF/UF膜性能與國外同類產品性能基本一致，控製（zhì）拉伸生產的（de）聚乙烯、聚丙烯等MF/UF膜，雖然生產工藝和質量還有待提高，但以其價廉、耐溶劑等優點（diǎn）在不斷拓（tuò）展市場，陶（táo）瓷膜等無機微濾膜技術水平與國外的（de）差（chà）距逐漸縮小，部分產（chǎn）品（pǐn）達到國際先進水平。
在超濾膜（mó）市（shì）場的高端領域，電（diàn）子工業用（yòng）超純水、電泳漆回收、製藥、酶製（zhì）劑等目前（qián）仍有國外（wài）產品占據主導地位，國產（chǎn）膜因價格低廉占據中、低端（duān）的水淨化市場。
中國已成RO膜最大市場，進口替代正當時。目前，中國（guó）市場RO膜產品的（de）銷售（shòu）總額約為全球（qiú）銷售額30%—35%，市場規模躍居世界首位。國外RO膜產品（pǐn）占據市場主導地位，其中美國陶（táo）氏化學、日本東麗、海德能公司占據了70%左右市場份額，國（guó）內RO膜生（shēng）產廠家正迎頭趕上，產能性能與穩定性與國外（wài）頭部企業的差距正逐漸縮小，預期未來3-5年內，國內RO膜（mó）的國產化率將有明顯改善。
納濾膜尚未實現進口替代。納濾（lǜ）(NF)膜分離機理為篩分和溶解擴散並存，同時又具有電荷排斥效應，對材料研（yán）發及（jí）工（gōng）藝控製的要求較高。納濾膜的主（zhǔ）要特點是對二價（jià）離子、功能性糖（táng）、小分子色素（sù）、多肽等物質的截留性能高於98，而對於一些單價離子、小分子酸堿、醇等有30-80的透（tòu）過性能，應（yīng）用較多的行業主要是苦鹹水軟化、海水淡化脫鹽、飲用水、中水、食品飲料等。
由於我國對納濾膜的（de）研究起步較晚，納濾膜原材料仍依賴進口，納（nà）濾膜產品與國外仍有較大（dà）差距，國產化納濾膜（mó）生產廠商（shāng）僅有個位數，且性能（néng）不穩定，抗汙染（rǎn）能力差，使用（yòng）壽命（mìng）不如陶氏等國際企業。
隨著我國納濾膜製備和生產工（gōng）藝的研發投入不斷（duàn）增加，納濾膜技術的工程（chéng）應用不斷推廣，納濾膜技術在我國擁有良好（hǎo）的（de）發展前景。
04 膜法水處理
城鎮汙水處理和城鎮供水是膜法水處理技術的主要應用場（chǎng）所。大部分膜法城鎮供水廠采用微濾膜，部分出水指標較高的水廠同時使用微濾和反（fǎn）滲透膜，納濾水（shuǐ）廠近幾年（nián）也（yě）呈增長態勢。
絕大多數膜法城鎮汙水處理廠使用MBR技術。從數據看，市政大規模MBR應用（yòng）和膜法市（shì）政水廠的規模（mó）變化（huà）與整（zhěng）個膜法水處理行業產值的變化趨勢高（gāo）度一致，可以認為MBR 膜技（jì）術的應用在膜法水處理產值的快速（sù）增（zēng）長中起到了主導（dǎo）作用。
水處理分為一級處理、二級（jí）處理（lǐ）和（hé）深度（dù）處理。一級處理的主要目的是去除懸浮（fú）狀態固體，常采用物理法，對於BOD5的去除率一般在20%-30%；二級處理的（de）目的（de）是進一步去除汙水中膠體和溶解性汙（wū）染物，常使（shǐ）用生物法（fǎ），BOD5的去除率在90%以上；深度處理以達到更高的處理（lǐ）與排放要（yào）求或汙水回用為目的。
膜法技術（shù）通常用於處理二級處理活（huó）性汙泥（ní）出水，或（huò）者將膜處（chù）理係統直接置於生化池，即（jí）膜生物（wù）反應器(MBR)，代替原有二沉池、絮凝沉澱池等環節。
MBR工藝與傳（chuán）統活性汙泥法
與傳統的汙水處理技（jì）術相比，MBR 技術具有五（wǔ）大方麵的優點：
1）出水水質優：MBR技術出（chū）水水質優且穩定，懸浮物和濁度接近於零。在難降解有機物（wù）去除、消毒（dú）和生態穩定性等（děng）方麵與傳（chuán）統（tǒng）工藝比較有一定優勢；
2）占（zhàn）地麵積小：MBR反應器內能維持高濃度的微生物，處置裝置容積（jī）負荷高，與傳統生（shēng）物工藝相（xiàng）比占地麵積大大減少，這也（yě）是目前部分市（shì）政（zhèng）汙水項目選擇MBR的重要原因。
3）耐水質衝擊能力強：由於膜的高效截留（liú）作用，可使（shǐ）微生物完（wán）全截留在生物反應器內，有利於增（zēng）殖緩慢的微生物在（zài）反應器中截留、生長、繁殖，使得（dé）係統耐水質衝擊能力得以提高；
4）剩餘汙泥少：係統（tǒng）在高容積負荷、低汙泥負荷和長泥齡的條（tiáo）件下運行，汙泥產率低，可降低（dī）汙泥處理的（de）費用；
5）啟（qǐ）動方便：係統為各種微生物的停留和繁殖（zhí）創造了生長條（tiáo）件，豐富了（le）反應器中（zhōng）的微生物相，縮短了馴化周期，從而使MBR可以在短期內啟動運行。
MBR技術與（yǔ）活性汙泥法的優劣勢比較
但MBR技術在推廣應用過程中也麵臨能耗高、成本（běn）高、管理要求高、剩餘汙泥（ní）難處理等難題。從經濟性方麵看，MBR技術的投資費用較高。據統計，所有市政（zhèng）汙水處理廠的平均噸水總投資費用約2200元，而MBR噸（dūn）水總投資（zī）費用為2100-7000元（yuán），平均約3800元（yuán），直接工程費用為2000-4500元（包括土建、安裝（zhuāng）、膜係統和設備），投資費用的差異與應用領域、項目建設時期、膜組件廠商、結構形式等均有較大關係。
通（tōng）過對比同地區同時期（qī）同規模不同技術路線的三個汙水（shuǐ）處理廠，分別采用MBR工藝（A工藝）、二級生物處理+濾（lǜ）布濾池（B工藝）、二級生物處（chù）理+UF（C工藝（yì）），可以看到，MBR的土建費用略低，但膜組件投（tóu）資較（jiào）高，其（qí）他配套設備投資也略高，但考慮到MBR技術的出水水質更優以及相關征地費用較小（xiǎo），MBR技術與傳統技術的投資費用差距將大（dà）幅縮小。
從運行成本看（kàn），MBR工藝的直接運行成本在0.5-0.9元/m3，比傳統工藝高約0.15元/m3，加上膜折（shé）舊費要高出0.4元/m3，可見MBR技術的能（néng）耗和運行成本較高。
未（wèi）來（lái）隨著水質（zhì）要求（qiú）的（de）不斷提升，技術工藝的不斷成熟改（gǎi）進、膜製造成（chéng）本不斷下（xià）降，膜法水（shuǐ）處理的應用占比有望進一步提升。
05 膜企業成長路徑
企業並購（gòu）是國際環保巨頭成長（zhǎng）的必經之（zhī）路，這在全球（qiú）膜法水處理市場的表（biǎo）現尤為明顯。
國際知（zhī）名的膜製造商，大多都（dōu）是多元化的大型企業（yè），膜（mó）業務（wù）隻是其（qí）多元化戰（zhàn）略（luè）下的一個事（shì）業（yè）部。各大公司拓展業務領域進入水處理或膜（mó）製造行業，然後通過收購已（yǐ）有公司和業務來獲得市場份額和品類（lèi）技術的補全。
我國的膜產業（yè）由於起步較晚，發展階段與海外（wài）所處不同，膜企業的規模普遍較小。我國的膜企業技術來源多為留學歸國人員自主研（yán）發，學校研究院、實驗（yàn）室（shì）等產業研究成果轉化或外部成熟技術引入。2001 年國家推出膜產（chǎn）業化政策，膜產業的發（fā）展伴（bàn）隨著環保工程的爆發，膜材料、係統初創企（qǐ）業借助產業鏈延伸進入到環保工程與運營領域。
借鑒海外的發展經驗，我國的膜企業在生產工藝（yì）和材料（liào）研發（fā）上仍有較大提升空間，膜（mó）企（qǐ）業（yè）未來（lái）仍（réng）需要進行持續的研發投入。而大型化（huà）工企業進行高端膜材料研發具有先天優勢：
◆2019年萬華化學（xué）投資5.1億元萬華工（gōng）業園區內投資設立膜工廠項目，總生產能（néng）力為（wéi）619萬平方米/年，其中RO膜：300萬平方米/年；NF膜：60萬平（píng）方（fāng）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（zhōng）化國際投資約9.7億元在寧波象山經濟開（kāi）發區建設年產22萬支反滲透膜工廠。預計項目將於（yú）今年年（nián）底或明年投（tóu）產。
國內（nèi）膜材料的市場（chǎng）空間（jiān）較小，國內的膜製造企業若不能通過產業鏈的延伸做大做強，突破自身的市值（zhí）瓶頸，持續（xù）投入研發構建（jiàn）護城河，則當前領先的技術優勢未來或有被趕超風險，遠（yuǎn）期或難逃被（bèi）諸（zhū）如萬華（huá）、中（zhōng）化等大型集團並購（gòu）整（zhěng）合的（de）命運。
國（guó）內膜元件市場空間（jiān）較（jiào）小，隻做上遊的膜材料企（qǐ）業將麵臨較低的市值天花板，膜企業要做大做強， 需要從元件、係統向工程（chéng）、運營領域拓展，延伸到廣闊的應（yīng）用市場方能突破市值（zhí）天花板。
因此，膜企業（yè）的核心競爭力在於既要在係統裝備擁（yōng）有製造或集成方麵的技術（shù）優勢、又要有工程（chéng）經驗和運營能力，方能持續研發創新，拓展新的應用（yòng）和業務領域，實現市值（zhí）天（tiān）花板的不斷突（tū）破。(轉載北極星水處理網)
