近些年，北京、天（tiān）津、山西、巢湖流域、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理（lǐ）排放標準從過去的一級A達到了準四類、甚至三（sān）類（lèi）標準，為應（yīng）對不斷提（tí）升的（de）水質標準，多樣（yàng）性的膜技術組合工（gōng）藝將得到越來越多的應用。其中，以雙膜（mó）法技術為代表的多種膜組合工藝能充分發（fā）揮各自技術的優勢，彌補單獨使用的不足，使廢水深度處理得以再生，是未來（lái）發展的新方向。
01 膜分類及特點
膜是一種具有選擇性透過功（gōng）能的薄層物（wù）質，可以特定的（de）形式（shì）限製和促使兩側流體中各種物質的遷移。而膜分離是以外界能量（liàng）或化學勢差作為推動力，利用分離（lí）膜的選擇透過功能而實現對混合物中不同物質進行（háng）分離、純（chún）化和濃縮的過程。
◆根（gēn）據膜的材料進行分類，可（kě）分為有機膜（有機聚合（hé）物）和無機膜（金屬膜、陶瓷膜、玻璃膜等）。有機膜易於製備，成（chéng）本較（jiào）低，而無機（jī）膜耐熱性和化學穩定性好、力學性能突出、抗微生（shēng）物、使用壽命長，但成型難（nán）度大，成（chéng）本高。
◆根據分離機製對（duì）膜（mó）進行分類，可分為利用篩（shāi）分機製（即（jí）根據汙染（rǎn）物尺寸進行分離（lí））的多（duō）孔膜，和利用擴散（sàn）原（yuán）理（即（jí）根據（jù）溶液的滲透（tòu）壓進行分離）的無孔致密膜，無孔（kǒng）致密膜也稱為擴散膜。多孔膜有固定的孔， 包括（kuò）微濾膜、超濾膜和納濾膜，根（gēn）據膜的孔徑可（kě）分為大孔（孔徑>50nm）、中孔（孔徑範圍 2-50nm）、微孔（孔徑<2nm）。無孔致密膜包括納濾膜和反滲透膜（mó）。
從膜形態看，目前超濾、微濾多使（shǐ）用中空纖維膜（mó）， 反滲透、納濾多為卷式膜。
近20年是（shì）我國膜產業的高速增長期（qī）。近20年，全球膜產業（包括膜元（yuán）件、膜組件（jiàn）、膜裝備、膜工程等）總產值穩健增長。至2017年底，全球膜（mó）產值已達1050億美元，而我國膜產業的總產值約（yuē）為（wéi）2000億人民幣， 我國膜產業占全球膜產（chǎn）業產值比（bǐ）重從1999年的1.7%提升（shēng）到了2017年的27%以（yǐ）上（shàng）。
從結構看，隨著海水淡化、苦鹹水軟化、超純水製備以及對微（wēi）量汙（wū）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（nián）48.4%提高到2013年的55.3%。與此同（tóng）時，UF\MF膜市場占（zhàn）比有所（suǒ）下降。
未來隨著膜技術（shù）在工業汙水、市政汙水、市政飲用水、民用淨水等（děng）領域的應用增加，膜產業仍將快速發展，而與RO膜相（xiàng）比，NF膜性質介於超濾（lǜ）和反滲透之間，具有低操作壓力、低運行成本、高通量（liàng）、極性（xìng）小分子選擇性截留等優點，未來（lái）應（yīng）用占比（bǐ）有望（wàng）提升。
全球膜產業產值增長情況國內膜產業產值增長情況
03 分離膜性能及技術
分離膜的性能由膜（mó）材料和製膜（mó）工藝條件決定。膜產品的相關性能指標主要有分離透過性能、物理性能和化學性能三（sān）大類。
◆分（fèn）離透過性能包括：產水量（liàng）、水通量、純水透過率、截留分子質量、截留率、脫鹽率、回收率、最大孔徑、平均孔徑、孔徑分布、孔隙（xì）率、氣密性及（jí）完整性等。
◆膜物理性能有：結構性能(外觀、膜（mó）麵積、膜厚（hòu）、膜絲內外徑)、機械性能(拉伸強度、爆（bào）破強度、彎曲強度、柔潤指數、斷裂伸長率)、電性能（néng）(荷電性、Zeta電位)、親水性及耐熱性(最（zuì）高操作溫度)等。
◆膜化學性能有：化學穩定性(化學相容性)、耐氧化性(短時餘氯耐受限度、過氧化氫耐受限度)、耐酸堿性(運行及清洗 pH 範圍)及耐汙染（rǎn）性能等。
膜的不同性（xìng）能相互（hù）製約，在實際應用中應當綜（zōng）合（hé）考慮（lǜ）膜的經濟性和環境項目具體（tǐ）要求，選擇性能合適的分離膜。
判斷膜質量的性（xìng）能指標
因此膜材料的技術難點（diǎn）主要在於膜材料的研發與膜製備工藝的選（xuǎn）擇與過（guò）程控製。尤其膜的製備工藝對分離膜的性能十分重要，同樣的材料，由於不同的製作工藝和控製條件，其（qí）性能會有很大差異。
以非溶（róng）劑相轉化法（NIPS）製備工（gōng）藝為例，膜製造（zào）流程大體（tǐ）可分為六個階（jiē）段：
1）高分子材料溶於溶劑中，加入添加劑，製成鑄膜液；
2）鑄膜液通過流延或紡絲製成平板、管狀或中空纖維；
3）使（shǐ）膜中溶劑部分蒸發（fā）；
4）將膜浸在對（duì）高分子是非溶劑的液體中，液相的膜變凝膠固化；
5）進行熱（rè）處（chù）理；
6）膜的預壓處理。
超濾(UF)和微濾(MF)膜技術較為成（chéng）熟，整體看國內外產品（pǐn）性能差距較小，已（yǐ）基本實現國產化。UF/MF 膜廣泛用於水處理行業（yè）、生物醫藥（yào）製備過程和（hé）食品飲（yǐn）料行業等。
國內現有 UF/MF膜（mó）製造廠商數百家，龍頭企業都擁有自己獨特的製膜材料配方和成套裝（zhuāng）備（bèi）知識產權。與國外水平相比，我國相（xiàng）轉化法生產的高分子MF/UF膜性能與國外同類產品性能基本一（yī）致，控（kòng）製拉伸生產（chǎn）的聚乙烯、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、耐溶劑等優點在不（bú）斷拓展市場，陶瓷膜（mó）等無（wú）機微濾膜技術水平與國外的差距逐漸縮小，部分產品達（dá）到國際（jì）先進水平。
在超濾膜市場的高端（duān）領域，電子工業用超純水（shuǐ）、電（diàn）泳漆回收、製藥、酶製（zhì）劑等目前仍有國外產品占據主導地位，國產膜因（yīn）價（jià）格低廉（lián）占據中、低（dī）端的水淨化市場。
中國（guó）已成RO膜最大市場，進口替代正當時。目前，中國市場RO膜產品的銷售總額約為全球銷售額30%—35%，市場規模躍居世界首位。國外RO膜產品占據市場主導地位，其中美國陶氏（shì）化學、日本東麗、海（hǎi）德能公司占據了70%左右市場份額，國內RO膜生產廠（chǎng）家正迎頭趕上，產能性能與穩定性與國外頭部企（qǐ）業的差距正逐漸縮小，預期未來3-5年內，國內RO膜的國產（chǎn）化率（lǜ）將有明（míng）顯改善。
納濾膜尚未實現進口替代。納濾(NF)膜分（fèn）離機理為篩分和（hé）溶解擴散並存，同時又具（jù）有電荷排斥效應，對材（cái）料研發及工藝控製（zhì）的要求較高。納（nà）濾膜的主要特點是對二價離子（zǐ）、功能性糖、小分（fèn）子色素、多肽等（děng）物質（zhì）的（de）截留（liú）性能（néng）高於98，而對於一（yī）些單價離子、小分子酸堿、醇等有30-80的透過性能，應用較多的行業主要是（shì）苦鹹水軟化、海水淡化脫鹽（yán）、飲用水、中（zhōng）水、食品飲（yǐn）料（liào）等。
由於我國對納濾膜的研究起步較（jiào）晚，納濾膜原材料仍依（yī）賴進口，納濾膜產品與（yǔ）國（guó）外仍有較大差距，國產化納濾膜生產廠商（shāng）僅（jǐn）有個（gè）位數，且性能不穩定，抗汙染能力（lì）差，使用壽命不如陶氏等（děng）國際（jì）企業。
隨著我國納濾膜製備和（hé）生產工藝的研發投入不斷（duàn）增（zēng）加，納濾膜技術的工程（chéng）應用不斷推廣，納濾（lǜ）膜（mó）技術在我國擁有（yǒu）良好的發展前景。
04 膜法水處（chù）理
城鎮汙水處（chù）理和城鎮供水是膜法水處理技術的主要應用場所。大部分膜法（fǎ）城鎮供水廠采用微濾膜，部（bù）分出水指標較高的水廠同時使（shǐ）用（yòng）微濾和（hé）反滲透膜，納濾水廠近幾年（nián）也呈增長態勢。
絕大多數膜法城鎮汙水處（chù）理廠使用MBR技術。從（cóng）數據看，市政大規模MBR應用和（hé）膜法市政水廠的（de）規模變化與整個（gè）膜法水處理行業產值的（de）變（biàn）化趨勢高度一致，可以（yǐ）認為MBR 膜技術的應用在膜法水（shuǐ）處理產值的快速增長中起（qǐ）到了主導作用。
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固體，常采（cǎi）用物（wù）理法，對於BOD5的去除（chú）率（lǜ）一（yī）般在20%-30%；二（èr）級處理的（de）目的是進一步去除汙水中膠體和溶解性（xìng）汙染物，常使用生物法，BOD5的去除（chú）率在90%以（yǐ）上；深度處理以達到（dào）更高的處理與（yǔ）排（pái）放要求或汙水（shuǐ）回用為目的。
膜法技術通常用（yòng）於處理二級處理活性汙泥出水，或者將膜處理係統直接置於生化池，即膜生物反應器(MBR)，代替原有（yǒu）二沉池、絮凝沉澱池等環節。
MBR工藝與傳統活性汙泥法
與傳統的汙水處理技術相比（bǐ），MBR 技（jì）術具有五大方麵的優點：
1）出（chū）水水質優：MBR技術出水水質（zhì）優且穩定，懸浮物和（hé）濁度接近於零。在難降解有機物去除、消毒和生態穩定性等方麵與傳（chuán）統工藝比較有一定（dìng）優勢（shì）；
2）占地（dì）麵積小：MBR反應器內能維持高濃度的微生物，處置裝置容積負荷高，與傳統生物工藝相比占地麵積大大減少，這也是（shì）目前部（bù）分市政汙水項目（mù）選擇MBR的（de）重要原因（yīn）。
3）耐水質衝擊能力（lì）強：由於膜的高效截留作用，可使微生物完全截留在生物反應器內，有利於增殖（zhí）緩慢的微（wēi）生物在反應器中截留（liú）、生（shēng）長（zhǎng）、繁殖，使得係（xì）統耐水質（zhì）衝擊能（néng）力得以提高；
4）剩餘汙泥少：係統在高容積（jī）負荷、低汙泥負荷和長泥齡的條件下運行，汙（wū）泥產率低，可降低汙泥處理的費用；
5）啟動（dòng）方便：係統為各種微（wēi）生物的停留和繁殖創造了生長（zhǎng）條件（jiàn），豐富（fù）了反應器（qì）中的微生物相，縮短（duǎn）了馴化周期，從而使MBR可（kě）以在（zài）短期內啟動運行。
MBR技（jì）術與活性汙泥法的優劣勢比（bǐ）較
但（dàn）MBR技術在推廣應用過程中也麵臨能耗高（gāo）、成本（běn）高、管理要求高、剩餘汙泥難處理等難題。從經濟性（xìng）方麵看，MBR技術的投（tóu）資費用較高。據統計（jì），所（suǒ）有市政汙水處理廠的（de）平均噸水總投資費用約（yuē）2200元，而MBR噸（dūn）水總投資費用為2100-7000元，平均約3800元，直（zhí）接（jiē）工程（chéng）費用為2000-4500元（包（bāo）括（kuò）土建、安裝、膜係統和設備），投資費用的差異與應用領域、項目建設時（shí）期、膜組（zǔ）件廠商、結構形式等均有較大關係。
通過對比同地區（qū）同時期同規模不同技術路線的（de）三個汙水處理廠，分別采用MBR工藝（yì）（A工藝）、二級生物處（chù）理+濾布濾池（B工藝）、二級生物處（chù）理+UF（C工藝），可（kě）以看到，MBR的土建費用略低，但（dàn）膜組件投資較高（gāo），其他配套設備投資也略高，但考（kǎo）慮（lǜ）到MBR技術的出（chū）水水質更優以及相關征地費用較小，MBR技術與傳統技術（shù）的投資費用差距將大幅縮小。
從運（yùn）行成（chéng）本看，MBR工藝的直接運行成本在0.5-0.9元/m3，比傳統工（gōng）藝高約0.15元/m3，加上膜折舊費要高出0.4元/m3，可見MBR技術的能耗和運行成本較高。
未來隨著水質要求的不斷提升，技（jì）術工藝的不斷成熟改進、膜製造成本不（bú）斷（duàn）下降，膜法水處理的應用占比有望進一步提升。
05 膜企業成長路徑（jìng）
企業並購是國際環保巨頭成（chéng）長的必（bì）經之路（lù），這在全球（qiú）膜法水處理市場的（de）表現尤為明顯。
國際知名的膜製造商，大多都是多元化的大型（xíng）企業，膜業務隻是其多元化戰略下（xià）的一個事業部。各大公司拓展業務領域進入水處理或膜製造行業，然後通（tōng）過（guò）收購（gòu）已有公司和業務來獲得（dé）市場份額和品類技術的補全。
我國的膜產業由於起步較晚，發展階段與海外所處不同，膜企業的規（guī）模普（pǔ）遍較小。我國的膜企業技術來源多為留學（xué）歸國人（rén）員自（zì）主研（yán）發（fā），學校研究院、實（shí）驗（yàn）室等產業研究成果轉化或外部成熟技術引入（rù）。2001 年（nián）國家推出膜產（chǎn）業化政策，膜產業的發展伴隨著（zhe）環保工程的爆發，膜材料、係統初創企業借助（zhù）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）和材料研發上仍有較大提升空間，膜企業未來仍需要進行持續的研發投入。而大型化工企業進行高端膜材料研發具有先天優勢：
◆2019年萬華化學投資5.1億元萬華工業園區內投（tóu）資設立膜工廠項目，總（zǒng）生產能力為619萬平方米/年，其（qí）中RO膜：300萬平方（fāng）米（mǐ）/年；NF膜：60萬平（píng）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（xìng）分離膜：9萬平方米/年。
◆中（zhōng）化國際投資約9.7億元在寧（níng）波象山經（jīng）濟開發區建設（shè）年產22萬支反滲透膜工廠。預計項目將於今年年底或明年投產。
國內膜材料的市場空間較小（xiǎo），國內的膜製造（zào）企業若不能通過產業鏈（liàn）的延伸做大做強，突破自身的市值瓶頸（jǐng），持續投入（rù）研發構建護城河（hé），則當前領先的技術優（yōu）勢未來或有被趕超風（fēng）險，遠期或難逃被諸如萬華、中化等大型集團並購整合的命運。
國內膜元件（jiàn）市場空間較小，隻做上遊的膜材料企業將麵臨較低的市（shì）值（zhí）天花板，膜企業要做大（dà）做強， 需要從元件、係統向工（gōng）程、運營領域拓展（zhǎn），延伸到廣闊的（de）應用市（shì）場方能突破市值天花板。
因此，膜企業的核心競爭力在於既要在係統裝備擁有製造或（huò）集成方麵（miàn）的技術優勢、又要有工程經驗和運營能力，方（fāng）能持續研發創（chuàng）新，拓展新的（de）應用和業務領域，實現市值天花（huā）板的不斷突破。(轉載北極星水處理網（wǎng）)
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