近些（xiē）年，北京、天津、山西、巢（cháo）湖流域、太（tài）湖地區、大（dà）清（qīng）河領域等地標陸續出台，部分敏感地區的汙水處理排放標準從過（guò）去的一級A達到了準四類、甚至三類標準，為應對不斷提升的水質標準，多樣性的（de）膜技術組合工（gōng）藝將得（dé）到越來越（yuè）多的應用。其中（zhōng），以（yǐ）雙膜法技術為代表（biǎo）的多種膜組合工藝能充分發揮（huī）各自技術（shù）的優勢（shì），彌補（bǔ）單獨（dú）使用的不足，使廢水（shuǐ）深度處理得以再生，是未（wèi）來發展的新方向。
01 膜分類及特點
膜是一（yī）種具（jù）有選擇性透過功能（néng）的薄層物（wù）質，可以特定的形式限（xiàn）製和促使（shǐ）兩側流體（tǐ）中各種物質的遷移。而膜分離（lí）是以外界能量或化（huà）學（xué）勢差作為推動力（lì），利用（yòng）分（fèn）離膜的選擇透過功能而實現對混合物中不同物質進行分離、純化和濃縮的過程。
◆根（gēn）據膜的（de）材料進（jìn）行分類，可分為有機膜（有機聚合物）和無（wú）機膜（金屬膜、陶瓷膜、玻璃（lí）膜等）。有機膜易於（yú）製備，成本較低，而無機膜（mó）耐熱性和化學（xué）穩定性（xìng）好、力學性能（néng）突出、抗微生物、使用壽命長，但成型難度大，成本高。
◆根據分離機製對膜進行分類，可（kě）分為利用（yòng）篩分機製（即根據汙染物（wù）尺寸進行分離）的多孔膜，和利用擴散原理（即（jí）根據溶液的（de）滲（shèn）透壓進行分離）的無孔致密膜，無孔致密膜也稱為擴散膜。多孔膜有固定的孔， 包括微濾膜、超濾（lǜ）膜（mó）和納濾（lǜ）膜，根據膜的孔徑可（kě）分為大孔（孔（kǒng）徑>50nm）、中孔（孔徑範圍 2-50nm）、微孔（kǒng）（孔（kǒng）徑<2nm）。無孔致密（mì）膜包括納濾膜和反滲透膜。
從膜形態看，目前超（chāo）濾、微濾多使用中空纖維膜， 反滲透、納濾多為（wéi）卷式（shì）膜。
近（jìn）20年是我國膜（mó）產業的高速增長期。近20年，全球膜產業（包括（kuò）膜元件、膜組件、膜裝備（bèi）、膜工程等）總產值穩健增長。至2017年底，全球膜產（chǎn）值已達1050億（yì）美元，而我國膜產業的總產值（zhí）約為2000億人民幣， 我國膜產業占全球膜產業產值比重從（cóng）1999年的1.7%提升（shēng）到了2017年（nián）的27%以上。
從結（jié）構（gòu）看，隨著海水淡化、苦鹹（xián）水軟化、超純水製備以及對微量汙染物去除需求（qiú）的逐年（nián）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48.4%提高到2013年（nián）的55.3%。與此同時，UF\MF膜（mó）市場占比（bǐ）有所（suǒ）下降。
未來隨著膜技術在工業汙水、市政汙水、市政飲用水、民用淨水等領域的應用增加，膜產業仍將快速發展，而與（yǔ）RO膜相比，NF膜性質介於超濾和反滲透之間，具有低（dī）操作壓力、低運行成本、高通量、極性小分子選擇性截留等優（yōu）點，未來應用占比有望提升。
全球膜產業產值增長情況（kuàng）國內膜產業（yè）產值增長情況
03 分離膜性能及技術
分離膜的性能由膜材料和製膜工藝條件決定。膜產品的相關性能指（zhǐ）標主要有分離透過性能、物（wù）理性能和化學性能三大類。
◆分離透過性能包括：產水量、水通量、純水透過率、截留分子質量（liàng）、截（jié）留率、脫鹽率、回收率、最大孔徑、平均孔徑、孔徑（jìng）分布、孔隙率、氣密性及完整性（xìng）等。
◆膜物理性能有：結構性能（néng）(外觀、膜麵積、膜厚、膜絲內外（wài）徑（jìng）)、機械性能(拉伸強度、爆破強度、彎曲強度、柔潤指數、斷裂伸長率)、電性能(荷電性（xìng）、Zeta電（diàn）位)、親水性及耐熱性(最高操作溫度)等。
◆膜化學性能有（yǒu）：化學穩定性(化學相（xiàng）容性（xìng）)、耐氧化性(短時餘（yú）氯耐受限度、過氧化氫耐受限度)、耐（nài）酸堿性(運行及清洗 pH 範圍)及耐汙染性（xìng）能等。
膜的不同性能相互製約，在實際應用中應當綜合考慮膜（mó）的經濟性和環境項目具（jù）體要求，選擇（zé）性能合適的分離膜。
判斷（duàn）膜質量（liàng）的性能指標（biāo）
因（yīn）此（cǐ）膜材料的技術難點主要在於膜材料的研發與膜製備工（gōng）藝的選擇與過程控製。尤其膜的製備工藝對分離膜的性（xìng）能十分重（chóng）要，同樣的材料，由於不同的製作工藝和控製條件，其性能（néng）會有很大差異。
以非溶劑相（xiàng）轉化法（NIPS）製備工藝（yì）為例，膜製造流程大體可（kě）分為六個階（jiē）段：
1）高分子材料溶於溶（róng）劑中，加入添加劑，製成鑄膜液；
2）鑄膜液通過流延或紡絲製（zhì）成平板、管狀或中空纖維；
3）使膜中溶劑部分（fèn）蒸發；
4）將膜浸在對高分子是非溶劑的（de）液體中（zhōng），液相的膜變凝膠固化（huà）；
5）進行熱處理（lǐ）；
6）膜的預壓處理。
超濾(UF)和微濾(MF)膜技術較為成熟，整體（tǐ）看國內（nèi）外產品性能差距較小，已基本實現國產化。UF/MF 膜廣泛用於水處（chù）理行業（yè）、生物醫藥製備過（guò）程和食品飲料行業等。
國內現有 UF/MF膜製造廠商數百家，龍頭企業都擁有自己獨特的製膜材料配方和成套裝備知識產權。與國外水平相比，我國相轉化法生產的高分子MF/UF膜性能與國外同（tóng）類產品性能（néng）基本一致，控製拉伸生產的聚乙烯、聚丙烯等MF/UF膜，雖然生產工藝和質（zhì）量還有待提高，但以其價廉、耐溶劑等優點在不斷拓展市場，陶瓷膜等無機微濾膜技術水平與國外的差距逐漸縮（suō）小，部分產品達到國際先（xiān）進水平。
在（zài）超濾膜市場的高端領域，電子工業（yè）用超純水、電泳漆回（huí）收（shōu）、製藥、酶（méi）製劑等目前仍有國外產品占據主導地位，國產膜因價格低廉占（zhàn）據中、低端的水淨化市場。
中國已成RO膜最（zuì）大（dà）市場（chǎng），進口替代正（zhèng）當時。目前，中國市場RO膜產品的銷售總（zǒng）額約為全球銷售額30%—35%，市場規模（mó）躍居世（shì）界首位。國外RO膜產品（pǐn）占據市場主（zhǔ）導（dǎo）地位，其中（zhōng）美國陶氏化學、日本東麗、海德能公司占據了70%左右市場份額，國內RO膜生（shēng）產廠家正迎頭趕上，產能性能與穩定性與國外頭部（bù）企業的差距正逐漸縮小，預期未來3-5年內，國內RO膜的國產化率將有明顯改善。
納濾膜尚未實現進口替代。納濾(NF)膜（mó）分離（lí）機理為篩分和溶解擴散並存，同（tóng）時又具有電荷排斥效應，對材料（liào）研發（fā）及工藝控製的要求較高。納濾膜的主要特點是對二價離（lí）子、功能性糖、小分（fèn）子色素、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（yǒu）30-80的（de）透過性能，應用較多的行業（yè）主要是苦鹹水（shuǐ）軟化、海（hǎi）水淡化脫鹽、飲用水、中水、食品飲料等。
由於我國對納濾膜的研究起步（bù）較晚，納濾膜原材料仍依賴進口，納濾膜產品與國外仍有較大差距，國產化納濾膜生產廠商僅有個（gè）位數，且（qiě）性能不穩定，抗汙染能力差，使用壽命不如陶氏（shì）等國際企業。
隨著我（wǒ）國納濾膜製備和（hé）生產工藝的研發投入不斷增加，納濾（lǜ）膜技術的工程應用不斷推廣，納濾膜技術在我國擁有良好的發展前（qián）景。
04 膜法水處理
城鎮汙水處理和（hé）城鎮供水是膜法水處理技術的主（zhǔ）要應用場所。大部分膜法（fǎ）城鎮供水廠采用微（wēi）濾膜（mó），部分出水（shuǐ）指標較高的水廠同時使（shǐ）用微濾和（hé）反滲透膜，納濾水廠近幾年也呈增（zēng）長態勢。
絕大多數膜法城鎮汙水處理廠使用MBR技術。從數（shù）據看，市政大規模（mó）MBR應用和膜法市政水廠的規模變（biàn）化與整個膜法水處理行業產值的變化趨勢高度一致，可以認為MBR 膜技術的應用在膜法水處理產值的快速增長中起到了主導作用。
水處理分為一級處理（lǐ）、二級處理和深度處（chù）理。一級處理（lǐ）的主要目的是去除懸浮狀態固體，常（cháng）采用物理法，對於BOD5的去除率（lǜ）一般在20%-30%；二級處（chù）理的目（mù）的是進一步去（qù）除汙（wū）水中膠體和溶解性汙染物（wù），常使用生物法，BOD5的去除率（lǜ）在（zài）90%以上；深度處理以達到更高的處理與排放要求或汙水回用為目的。
膜法技（jì）術通常用於處理二級處理（lǐ）活性汙泥出水，或者將膜處理（lǐ）係（xì）統直接置於生化池（chí），即膜生物反應器(MBR)，代替原有二沉池、絮凝沉澱池等（děng）環節。
MBR工藝與傳統活性汙泥法（fǎ）
與傳統的汙（wū）水處理技術相比，MBR 技（jì）術具有五大方（fāng）麵的優點：
1）出（chū）水水質優：MBR技術出水水質優且穩定，懸（xuán）浮物和濁度接近（jìn）於零。在難降解有機物（wù）去除、消毒和生態穩定性等方麵與傳統工（gōng）藝（yì）比較有一定優勢；
2）占地麵積小（xiǎo）：MBR反應器內能維持高濃度（dù）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）分市政汙水項目選擇（zé）MBR的重要原因。
3）耐水質衝擊能（néng）力（lì）強：由於膜的高效截留作用，可使微生物完全截（jié）留在生物反應器內，有利於增殖（zhí）緩（huǎn）慢的微生物在反應器中截留、生長、繁殖，使得係統耐水質衝擊能力得（dé）以提高；
4）剩餘汙泥少：係統在（zài）高容（róng）積負荷、低汙泥負荷和長泥齡的條件下運行，汙泥產率低，可降低汙（wū）泥處理的費用；
5）啟動方便：係統為各種（zhǒng）微生物的停留和繁殖創造了生長條件，豐富了反應器中的微生物相，縮短了馴化周期，從而使MBR可以（yǐ）在短期（qī）內啟動運行（háng）。
MBR技術與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（chéng）本高、管理要求高、剩餘汙泥難處理等難題。從經濟性方麵看，MBR技術的投資費用較高。據統計，所有市政汙水處（chù）理廠的（de）平均噸水總投資（zī）費用約（yuē）2200元，而MBR噸水總投資（zī）費用為2100-7000元（yuán），平均約3800元，直接工程費用為2000-4500元（包括土建、安裝、膜係統和設備），投資費用的差異與應用領域、項目建設時期、膜組件廠商、結構形式等均有較（jiào）大關係。
通過對比（bǐ）同地區同時期同規模不同技術路線的三個汙水處（chù）理（lǐ）廠，分（fèn）別采用（yòng）MBR工藝（A工藝）、二級生物處理+濾布濾池（B工藝）、二級生物處理+UF（C工藝），可（kě）以看到，MBR的土（tǔ）建費（fèi）用略低，但膜組件投（tóu）資較高，其他配套設備投資也略高，但考慮到MBR技術（shù）的出水水質更優（yōu）以及相關征地費用較小，MBR技術與傳統技（jì）術的投資費用差距將大幅縮小。
從運行成本看，MBR工藝的直接運行成本在0.5-0.9元/m3，比傳統（tǒng）工藝高約0.15元/m3，加上（shàng）膜折舊（jiù）費要高出0.4元/m3，可見MBR技術的能（néng）耗和運（yùn）行成本較高（gāo）。
未來隨著水質要求的不斷（duàn）提升，技術工藝的（de）不斷成熟改進、膜製造（zào）成本不斷下降，膜法水處理的應用占比有（yǒu）望進一步提升。
05 膜企業成長路徑
企業並購是國際環保巨頭成長的必經之路，這在全球膜法水處理市場的表現尤為明顯（xiǎn）。
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（zhī）是其多元（yuán）化戰略（luè）下的一個事業部。各（gè）大公司拓（tuò）展業務領（lǐng）域進入水處理或膜製造行業，然後（hòu）通（tōng）過收購已有公司和（hé）業務來獲得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（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（yuán）自主研發，學校研究院、實驗（yàn）室等產業研究（jiū）成果轉化或外（wài）部成熟技（jì）術引入（rù）。2001 年（nián）國（guó）家推出膜產業化政策，膜產（chǎn）業的（de）發展伴隨著環保工程的爆發，膜材料、係統初創企業借助產業鏈（liàn）延伸進入到環保工程與（yǔ）運營領域。
借鑒海外的發展經（jīng）驗，我國的膜企業在生產工藝和材料研發上仍有較大提升（shēng）空間，膜（mó）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（tóu）資5.1億元萬華工業園區內投資設立膜工廠（chǎng）項目，總生產能力為619萬平方米（mǐ）/年，其（qí）中RO膜：300萬平方米（mǐ）/年；NF膜：60萬平方米（mǐ）/年；UF膜：50萬平方米/年；中空纖維膜：100萬（wàn）平方米/年；MF膜：100萬平方米/年；改性（xìng）分離膜：9萬平方米/年。
◆中化國際（jì）投資約9.7億元在寧波象山經濟開發區（qū）建設年產22萬支（zhī）反（fǎn）滲（shèn）透膜工廠。預計項目將於今（jīn）年年底或明年投（tóu）產。
國內膜材料的市場空間較小，國內的膜（mó）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，持續投入研發構建護城河，則（zé）當前（qián）領先的技術優勢未來或有被趕超風險（xiǎn），遠期或難逃被諸如（rú）萬華、中化（huà）等大型集團（tuán）並購整合的命運。
國內膜元件市（shì）場空間較小，隻做上遊的膜（mó）材料企業將（jiāng）麵臨較低的市值（zhí）天花（huā）板，膜企業要做大做強， 需要從元件、係統（tǒng）向工程、運營領域拓展，延伸到廣（guǎng）闊的應用（yòng）市場（chǎng）方能突破市值天花板（bǎn）。
因此，膜企業的核心（xīn）競爭力在於既（jì）要在係統（tǒng）裝備擁有（yǒu）製造或集成方麵的技術優勢（shì）、又（yòu）要有工程經驗和運營能力（lì），方能持續研發創新，拓展新的應用和業務領域，實現市值天花板的不斷突破。(轉載北極星水處理網)
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