水務行業“十四五”期間三大趨勢分析

來源:智匯工業

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關鍵詞:膜分離技術 膜分離產業 水處理


    膜分離技術因其高效率、低能耗和無二次污染等特點,已廣泛應用于海水淡化、污水處理以及食品、醫藥等眾多領域,已發展成了橫跨材料、環保和能源等領域的高新技術和戰略性新興產業。簡要概述了膜分離技術的發展現狀,梳理了膜分離產業發展相關標準和產業政策,同時介紹了膜分離產業國內外市場發展現狀并對面臨的機遇和挑戰提出了展望。


    膜分離技術是一種以分離膜為核心,利用膜的選擇性透過來實現料液不同組分的分離、純化和濃縮的一門新興技術。與傳統分離技術相比,膜分離技術具有耗能低、無二次污染、操作簡單、分離效率高等特點,因此,膜分離技術廣泛應用于水處理、食品、醫藥和石油化工等領域。膜分離技術以分離過程分有微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)、反滲透(RO)和電滲析等。我國膜分離技術雖起步較晚,但現已初步建立了較完善的膜工業體系,年產值正以每年20%左右的增長率快速發展。

    本文概述了膜分離技術的現狀,重點從膜分離技術相關標準的發布情況以及國家相關政策導向來分析國內膜分離市場的現狀及發展潛力。


    一、膜分離技術的現狀


    01 | 膜材料研究


    膜分離技術的核心是膜材料,近年來對于膜材料的研究主要在無機膜材料、有機高分子膜材料、復合膜材料與膜材料的改性等方面,其中復合膜材料與膜材料的改性是當前膜材料研究的熱點。多種膜材料的復合不僅克服了單一膜材料本身的缺點,還能將各自的優點結合,提高分離膜的過濾性能和抗污染能力。常見的復合膜包括有機-無機雜化復合膜、無機復合膜等。以NF膜為例,針對膜污染控制和膜選擇性透過的問題,對NF膜材料的研究從單一有機材料轉向有機材料與無機材料雜化。例如Song等將磷酸化殼聚糖(PCS)與氧化石墨烯(GO)結合,發現GO-PCS復合膜不僅改善了NF膜存在的問題還提高了水通量和抗氯性。膜材料的改性也是分離膜材料另一個重要的研究方向,膜材料的改性可分為膜表面改性和膜材料本身的改性。膜表面的改性通常是將活性組分負載到膜表面,膜材料本身的改性是利用化學反應使材料本身性質或結構發生改變,從而提高膜材料的性能。


    02 | 膜分離技術應用


    膜分離技術因其種類多、低能耗、效率高等特點,已廣泛應用于海水淡化、污水處理以及食品、醫藥等眾多領域。反滲透(RO)技術操作簡單,脫鹽率可達到99.75%,極大地提高了海水淡化的效率。截至2017年,全國產水規模達到127.2萬t/d,預計2020年全國海水淡化總規模達到220萬t/d以上,海水淡化產業已成為我國海洋經濟的重要部分。納濾(NF)膜分離小分子有機物和無機鹽的能力高,被廣泛應用在污水處理和城市用水等領域。在食品處理領域,膜分離技術廣泛應用在飲料加工工藝中,反滲透、納濾、超濾、電滲析的不同組合搭配,基本可以滿足飲料行業的不同分離、濃縮和純化需求,如An等研究了一種用于濃縮果汁的滲透膜蒸餾(FO-MD)工藝,使濃縮的果汁幾乎沒有營養損失。在醫藥方面,膜分離技術主要應用在制藥、血液透析等方面,但是,醫用新型膜材料我國仍靠大量進口,其相關研究與國際水平還有較大距離。石油化工生產中,膜分離技術有效應用在有機混合物的分離、燃油脫硫等工業過程,如Yang等對工PET/PTFE復合材料進行了改造,實現了油滴有效收集和溢油的無損運輸。膜分離技術很大程度上決定了石化行業的節能減排與清潔生產水平,膜分離技術的發展將會助推石化產業的發展。


    二、 膜分離相關產業政策


    為促進膜分離產業的發展,我國陸續出臺了許多相關政策:2006年“十一五”規劃關于新材料產業中涉及分離膜的相關內容有功能陶瓷膜、電池隔膜、醫用血液透析、海水淡化的反滲透膜與組件等;2010年出臺的《國務院關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》,其中新材料與節能環保兩大新興產業都涉及到膜分離技術;2012年《新材料產業“十二五”發展規劃》明確將膜材料列為規劃內容,并提出三大目標:一是分離膜領域形成完備的、規?;哪づc膜組器的生產技術與能力;二是大力推進膜技術的應用推廣;三是加快建立膜產品的標準評價體系和評價中心從而規范膜市場;2016年“十三五”規劃中,發展重點是水處理用高通量納濾膜、高性能反滲透膜以及污水治理和海水淡化用特種膜;2019年《重點新材料首批次應用示范指導目錄》與《產業結構調整指導目錄(2019年)》的發布為分離膜市場帶來更多的發展契機。從“十一五”規劃到“十三五”規劃中,國家陸續出臺了較多與膜分離相關的政策,極大地促進了膜分離技術在材料、能源和環保等領域的應用與發展。


    在“十三五”期間,國家陸續推出23個涉及分離膜的政策專項文件,包括17個政策文件和6個專項文件。涉及的領域包括科技創新、水處理、生態環境與節能減排4個領域,其中水處理的相關政策文件占比高達52%,可見我國膜分離技術的應用重點在海水淡化和污水處理上。


    三、 膜分離相關標準化政策


    01 | 我國膜分離產業標準政策


    隨著我國膜分離產業的發展,膜分離行業的標準化工作得到了國家有關部門的重視,技術標準制定已經成為國家發展的戰略性資源和增強國際競爭力的途徑之一。2008年全國分離膜標準化技術委員會(SAC/TC382)成立,標志著膜分離產業進入法制化、標準化和國際化快速發展的軌道;2012年科技部和國家發改委發布的《海水淡化科技發展“十二五”專項規劃》中明確指出要發展海水淡化標準戰略,提高產業發展的整體性和科學性;2013年,國家標準委聯合九部門發布《戰略性新興產業標準化發展規劃》,為戰略性新興產業發展營造良好的環境;接著國家標準委員會在《2014年戰略性新興產業標準綜合體指導目錄(征求意見稿)》中明確提出高性能膜材料、組件和裝置的標準化問題。


    02 | 我國膜分離產業標準現狀


    我國膜分離行業出臺的國家標準和行業標準較少,在2015年王學軍統計的基礎上,我國行業標準新增7項,國家標準則陸續出臺了23項。截至目前與膜分離產業相關的標準一共98項,國標有40項,行標58項。從行業標準來看,海洋(HY)行業標準有36項,化工(HG)行業標準9項,環境保護(HJ)行業標準4項,城市建設(CJ)行業標準3項,電力(DL)行業標準1項,船舶(CB)行業標準2項,商業(SB)行業標準1項,煤炭(MT)行業標準1項,其中海洋行業標準占比高達64%。新增的國家標準數量大于新增的行業標準,逐漸打破膜分離技術以行標為主的狀態,膜產業標準將會更加規范統一。


    四、我國膜分離行業發展


    我國膜分離技術已有60年的發展歷史,改革開放之后尤其是進入新世紀以來,水處理需求的爆發式增長使得膜分離產業應運而生并迅速崛起,成為我國經濟舞臺的重要新生力量。


    01 | 膜分離產業年產值發展情況


    1999年,全球膜分離產業總產值達到200億美元,中國膜分離產業的總產值約為28億元人民幣,僅占全球總產值的1.7%。到2012年,全球膜分離產業總產值達到450億美元左右,同年我國膜分離市場總產值515億元人民幣,占全球總產值的10%以上,總產值占比大幅增加。根據前瞻產業研究院發布的《中國膜產業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》統計數據,得出2009—2018年我國膜分離產業總產值變化趨勢,如圖1所示。從圖1可以看出中國膜分離產業總產值由2009年的227億元,增長至2018年的2348億元。預計到2025年,膜分離產業總產值預計將達到3853億元。


    現如今,我國膜分離產業,年產值以年均20%左右的速度穩定增長,已經成為世界膜技術發展最活躍的地區之一。


    02 |膜企業規模情況


    中國膜分離產業由于基礎落后、起步晚,導致發展緩慢的情況,在2001年左右得到改善。1995年國內膜企業數量僅50家左右,2001年后開始呈現快速增長趨勢,“十二五”期間增加的膜分離企業數量達到了332家,至2015年膜分離相關企業進入了高位穩定時期。截至2018年,全國與膜分離研究有關的高校研究機構超過100家,膜制品生產企業和工程公司近1300家,其中年產值在500萬元左右的中小企業約占膜企業總數的85%,超過億元年產值的企業只占4%。進入“十三五”之后,隨著水污染防治力度加大,膜分離產業也隨著高速增長,中國已成為全球膜市場增長的主力。


    03 | 膜分離產業種類及區域分布情況


    我國的膜產業體系龐大,其中反滲透膜(RO)占據50%左右的市場,納濾膜(NF)、超濾膜(UF)、微濾膜(MF)各占10%,剩下20%被電滲析膜、氣體分離膜、無機陶瓷膜、透氣膜及其他類型所占據。時代沃頓科技有限公司、藍星東麗膜科技有限公司占據國內反滲透膜70%以上的市場份額;北京碧水源科技股份有限公司每年可生產微濾膜和超濾膜1000萬m2;其他公司如海南立昇凈水科技有限公司、江蘇久吾高科等公司在微濾超濾膜領域的年產能力也達到幾百萬平方米;津膜科技有限公司作為國內最大的膜法自來水廠,日處理量達50萬t。我國在北京、上海、天津、杭州等地有從事膜技術研發的高校研究所,給膜企業提供了強大的技術和科研支撐,因此,在區域競爭格局方面,我國知名膜企業主要分布在北京和江浙滬地區,北京以26%占據首位,上海以21%的占比緊隨其后,江蘇與浙江分別有11%與9%的份額,詳見表6。膜企業中,國有企業及事業單位約占50%,另外50%包括民營、外資、合資、個體等多種形式。


    04 | 膜分離市場占比情況


    在膜分離領域,國外起步早且發展成熟,尤其是美國和日本以絕對優勢領先。而從1999年僅占全球膜總產值的1.7%,到2012年10%以上的占比,中國以全球最快的發展速度占據了國際膜分離市場的一席之地?,F如今我國膜分離市場已躋身于世界前列,尤其是反滲透膜,與美國、日本一并占據了超過全球57%以上的市場份額。其中我國反滲透膜的產量在全球的占比約為18.98%,僅次于美國的21%。國內最大的反滲透膜生產商也從日本東麗變為時代沃頓,并且2018年時代沃頓的對外出口額超過了1.9億元。在國家政策的支持下,國內的超濾膜、納濾膜和微濾膜技術研究發展迅速,其中微濾膜、納濾膜已達國際先進水平。在市場發展方面也取得一定的成就,比如超濾膜和納濾膜已成功用于國內許多超大型項目,并在總量上開始占據市場優勢。


    該領域內的龍頭企業津膜科技自主研發取得數百項專利技術,不僅打破了發達國家長期對我國技術壟斷的情況,其產品性能也處于國際先進水平。


    中國膜分離產業發展至今,取得了一定的成果,但仍然存在一些劣勢。如膜分離企業以中小型居多、技術儲備與資金不足以及膜分離行業標準以行標為主等問題。因此,須時刻關注國際膜分離技術發展動態,加大研發投入,進一步制定和完善膜行業標準化體系,吸收國際先進技術和管理理念,加快我國膜分離產業的發展,不斷增大我國膜分離產業在國際市場的份額。

    (審核編輯: monkey)

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