中國(guó)工業(yè)水處理的最近二十年 RO膜開(kāi)啟了中國(guó)膜法水處理的先河
我國(guó)的高分子膜法水處理的規(guī)；I(yè)應(yīng)用是在80年代中后期從反滲透（RO）膜開(kāi)始的。最早多用于半導(dǎo)體，電子行業(yè)的超純水用途。隨著反滲透的應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)展到火力發(fā)電廠鍋爐補(bǔ)給水的初級(jí)脫鹽，應(yīng)用規(guī)模開(kāi)始突破單套反滲透裝置產(chǎn)水量200噸/小時(shí)。我最早接觸到反滲透膜在國(guó)內(nèi)的工業(yè)應(yīng)用項(xiàng)目是在90年代初，當(dāng)時(shí)我在日本的膜廠家日東電工公司（該公司于1987年收購(gòu)了美國(guó)海德能公司）工作，經(jīng)；貒(guó)參加技術(shù)交流與產(chǎn)品推廣。那時(shí)參觀過(guò)的較為大型的終端用戶有無(wú)錫華晶半導(dǎo)體廠，上海石洞口電廠，上海楊樹(shù)浦電廠，天津軍糧城電廠等，那時(shí)美國(guó)杜邦公司B-9，B-10中空纖維反滲透在國(guó)內(nèi)有過(guò)幾個(gè)大型業(yè)績(jī)，但后來(lái)逐漸被預(yù)處理要求較低的卷式反滲透膜取代了。卷式反滲透膜中，直到90年代中期，國(guó)內(nèi)還有一些使用醋酸纖維素（CA）材質(zhì)的大型反滲透項(xiàng)目。記得鄭州熱電廠的CA膜是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)使用壽命使用壽命最長(zhǎng)（7年），運(yùn)行效果最好的大型CA膜案例之一，本刊主編苗偉先生當(dāng)時(shí)就在此廠任職水處理車間主任。92年我直接參與過(guò)西安渭河電廠海德能CA膜項(xiàng)目的銷售工作，但CA膜最終還是被操作壓力較低，脫鹽率較高的聚酰胺（PA）復(fù)合膜代替了。90年的深圳賽格日立顯像管廠超純水系統(tǒng)是日東電工/海德能公司在中國(guó)最早的PA復(fù)合反滲透膜大型項(xiàng)目，當(dāng)時(shí)此膜的采用還得到了后來(lái)成為工程院院士的國(guó)內(nèi)膜專家高叢堦先生的大力推薦。直到90年代中期，反滲透的主要競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)為傳統(tǒng)的離子交換樹(shù)脂和80年代后期興起的使用離子交換膜的電滲析技術(shù)。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)電廠水處理專家們討論離子交換和反滲透技術(shù)比較的成本損益平衡點(diǎn)選在了進(jìn)水含鹽量(TDS)800-1000毫克/升,隨著膜成本的下降與膜技術(shù)的進(jìn)步，21世紀(jì)始，國(guó)內(nèi)進(jìn)水含鹽量在100-200毫克/升的許多項(xiàng)目也都選擇了反滲透。除了工業(yè)純水制備外，國(guó)內(nèi)很早就開(kāi)始了苦鹽水脫鹽和污水處理的反滲透應(yīng)用。從90年起我參與過(guò)日東電工/海德能和上海工業(yè)用水中心合作，開(kāi)展上海金山石化污水處理反滲透項(xiàng)目中試，與中科院生態(tài)環(huán)境中心在北京燕山石化污水反滲透中試和新疆塔里木油田從高鹽度苦咸水制取生活用水等項(xiàng)目。經(jīng)過(guò)多年的各方努力，反滲透的普及確實(shí)給國(guó)內(nèi)水處理帶來(lái)了巨大的技術(shù)進(jìn)步。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的海水及苦咸水淡化，各行各業(yè)的純水制造和廢水脫鹽回用都已普遍使用反滲透技術(shù)，單項(xiàng)工程應(yīng)用規(guī)模也已突破日產(chǎn)純水20萬(wàn)噸。除了脫鹽率99%以上的RO膜外，主要注重除硬及部分脫鹽的納濾（NF）膜也開(kāi)始在國(guó)內(nèi)工業(yè)水處理市場(chǎng)占據(jù)一席之地。目前國(guó)內(nèi)RO/NF膜應(yīng)用的最大市場(chǎng)仍是以下兩個(gè)領(lǐng)域：一是大型鍋爐補(bǔ)給水及循環(huán)冷卻水處理，二是市政及工業(yè)污水回用脫鹽處理。市政供水領(lǐng)域的RO/NF應(yīng)用還沒(méi)有取得重大突破。另外國(guó)外一些國(guó)家RO膜已占據(jù)海水淡化領(lǐng)域的很大市場(chǎng)，由于種種原因，我國(guó)的市場(chǎng)發(fā)展還不盡人意，雖然國(guó)內(nèi)海水淡化大部分使用RO工藝，單套R(shí)O裝置日產(chǎn)水量也突破萬(wàn)噸級(jí)規(guī)模，但目前全國(guó)海水淡化裝置制水能力總量也只有區(qū)區(qū)日產(chǎn)百萬(wàn)噸左右，與我國(guó)淡水資源開(kāi)發(fā)需求和海洋大國(guó)的地位很不相符。海水淡化也是少數(shù)幾個(gè)沒(méi)有達(dá)到“十一五”國(guó)家發(fā)展目標(biāo)的領(lǐng)域之一。相信今后十年，我國(guó)沿海地區(qū)的海水淡化事業(yè)會(huì)迎來(lái)規(guī)模發(fā)展期，RO膜和與之配套的各種膜技術(shù)會(huì)因此大獲收益。
UF/MF/MBR膜的興起標(biāo)志著進(jìn)入膜法水處理時(shí)代
相對(duì)于RO/NF膜的主要功能是去除水中溶解性雜質(zhì)，即膜脫鹽，超濾（UF）、微濾（MF）和屬于同一膜種的膜生物反應(yīng)器MBR膜的主要功能是去除水中的非溶解性雜質(zhì)，即膜過(guò)濾。顯而易見(jiàn)，從水處理市場(chǎng)應(yīng)用規(guī)律與規(guī)模上講，制造凈水的UF/MF/MBR等過(guò)濾膜的市場(chǎng)需求要遠(yuǎn)大于制造純水的RO/NF膜。何況RO/NF系統(tǒng)的前處理工藝也已經(jīng)越來(lái)越多的采用UF/MF/MBR過(guò)濾膜。膜過(guò)濾的競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)是以石英砂為代表的傳統(tǒng)濾材過(guò)濾技術(shù)，只有膜過(guò)濾與傳統(tǒng)濾材過(guò)濾相比，取得明顯的技術(shù)及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，膜過(guò)濾才能實(shí)現(xiàn)規(guī)；袌(chǎng)應(yīng)用并成為水處理主流技術(shù)之一，才標(biāo)志著中國(guó)進(jìn)入膜法水處理時(shí)代。膜法水處理的黎明期是用于高純水和飲用純水，發(fā)展期是工業(yè)純水和回用再生水，而膜產(chǎn)業(yè)的明天是得市政者得天下，贏污水者贏未來(lái)。
上世紀(jì)80年代，國(guó)內(nèi)壓力式UF膜和MF膜開(kāi)始用于中小型水凈化處理，90年代MBR開(kāi)始用于地埋式污水處理裝置。97年我在東莞虎門(mén)自來(lái)水廠見(jiàn)到的日產(chǎn)一萬(wàn)噸MF系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)最早的國(guó)產(chǎn)膜法水廠之一，該系統(tǒng)使用東莞新紀(jì)元公司自制的PE燒結(jié)管式膜。進(jìn)入21世紀(jì)以后，UF，MF及MBR膜開(kāi)始大規(guī)模進(jìn)入工業(yè)及市政水處理，在管式，平板，卷式與中空絲等4種主要水處理膜組件形式中，與RO膜是卷式膜占主要市場(chǎng)不同，UF/MF/MBR膜是中空絲膜組件的市場(chǎng)最大。UF/MF膜用于復(fù)雜給水和生化處理后污水的RO前處理取得了很大成功，形成了后來(lái)稱為“雙膜法”的膜集成水處理工藝。2002年建成的天津泰達(dá)開(kāi)發(fā)區(qū)污水廠的壓力式MF+RO系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)最早的雙膜法大型市政再生水項(xiàng)目之一。天津后續(xù)幾個(gè)大型污水廠大都使用了壓力式或浸沒(méi)式UF＋RO工藝生產(chǎn)再生水，F(xiàn)在不僅雙膜法在國(guó)內(nèi)十分普及，還出現(xiàn)了越來(lái)越多的由（UF/MBR）、(RO/NF)加上電除鹽膜（EDI）構(gòu)成的“全膜法”工藝，可直接從污水生產(chǎn)高純水。此外僅用UF或MBR的“單膜過(guò)濾”系統(tǒng)近幾年發(fā)展更為迅速，F(xiàn)在日產(chǎn)水10萬(wàn)噸以上的UF或MBR大型市政污水處理廠和UF市政供水廠在國(guó)內(nèi)已建成近百個(gè)項(xiàng)目，如日產(chǎn)水55萬(wàn)噸的北京清河再生水廠就分別采用了浸沒(méi)式UF，內(nèi)壓式UF，外壓式UF和MBR等4種膜過(guò)濾工藝。北京已經(jīng)開(kāi)始建設(shè)堪稱世界級(jí)的日產(chǎn)水100萬(wàn)噸UF再生水廠和日產(chǎn)50萬(wàn)噸UF供水廠，我國(guó)的膜法水處理規(guī)模已經(jīng)進(jìn)入世界前列。
在膜法水處理市場(chǎng)，無(wú)論是壓力式還是浸沒(méi)式膜組件，近年來(lái)MF膜逐漸被分離性能更高的UF膜所取代。而UF膜細(xì)分市場(chǎng)，傳統(tǒng)的聚砜（PS），聚醚砜（PES）制成的內(nèi)壓式UF膜還保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，但近幾年國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也開(kāi)始明顯轉(zhuǎn)向聚偏氟乙烯（PVDF）外壓膜，其原因大致有以下三點(diǎn)：一是外壓膜的膜表面積更大，單位膜面積的成本低，二是PVDF膜的柔韌性和抗氧化性更好，三是近年興起的熱致相轉(zhuǎn)換（TIPS）制膜法的膜絲強(qiáng)度更高。特別是處理水質(zhì)更為惡劣，對(duì)膜絲要求更為苛刻的浸沒(méi)式UF和MBR膜組件，絕大部分膜廠家的膜材質(zhì)幾乎都從聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）拉伸多孔微濾膜等轉(zhuǎn)向PVDF。
為大幅提高膜絲強(qiáng)度，浸沒(méi)式膜絲還出現(xiàn)了在內(nèi)襯編織管外側(cè)涂覆PVDF的加襯膜。這兩年，國(guó)內(nèi)膜廠家還在國(guó)際上率先推出在中空膜絲壁內(nèi)直接加入幾根化纖的“砼式膜”,“中襯膜”。另一方面，海南立升公司世界首創(chuàng)的廉價(jià)的聚乙烯（PVC）材質(zhì)的內(nèi)壓及浸沒(méi)式超濾膜在國(guó)內(nèi)外建立了包括臺(tái)灣高雄30萬(wàn)噸水廠在內(nèi)的很多成功案例，在世界膜發(fā)展史上樹(shù)立了中國(guó)膜的一面旗幟。與RO膜國(guó)內(nèi)工業(yè)市場(chǎng)仍被美國(guó)，日本膜公司壟斷有所不同，國(guó)產(chǎn)的UF，MBR膜成長(zhǎng)迅速，已成功用于國(guó)內(nèi)許多堪稱為世界級(jí)的超大型項(xiàng)目，總量上已經(jīng)開(kāi)始占據(jù)市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。北京碧水源，天津膜天等國(guó)內(nèi)膜廠家也實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)業(yè)板上市。
國(guó)內(nèi)膜市場(chǎng)的發(fā)展
截止上世紀(jì)90年代，國(guó)內(nèi)膜法水處理工程市場(chǎng)活躍著許多外國(guó)公司，占據(jù)了相當(dāng)?shù)膰?guó)內(nèi)市場(chǎng)份額。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，國(guó)內(nèi)工程公司成長(zhǎng)迅速，還涌現(xiàn)了一批上市企業(yè)。目前不僅奪取了九成以上的國(guó)內(nèi)工程市場(chǎng)份額，也開(kāi)始在國(guó)外承建大型膜法水處理工程。這一優(yōu)勢(shì)還在不斷擴(kuò)大，除大型半導(dǎo)體超純水，高難廢水回用等少數(shù)領(lǐng)域和特定國(guó)外投資項(xiàng)目外，即便是知名的外國(guó)工程公司今后在國(guó)內(nèi)一般膜法水處理項(xiàng)目上拿到訂單已越來(lái)越困難。但水處理用膜產(chǎn)品市場(chǎng)方面，在目前充分國(guó)際化，市場(chǎng)化的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，國(guó)產(chǎn)膜還沒(méi)有占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。特別是國(guó)內(nèi)應(yīng)用最早，產(chǎn)品成熟度最高的卷式RO膜。80年代后半
期已經(jīng)出現(xiàn)國(guó)產(chǎn)RO膜，起步并不算晚。91年我曾在杭州無(wú)線電廠參觀過(guò)杭州水處理中心建設(shè)的首套國(guó)產(chǎn)反滲透膜5噸/小時(shí)超純水裝置。由于卷式RO膜制造技術(shù)與投資規(guī)模門(mén)檻較高，美國(guó)產(chǎn)品早期形成的世界壟斷，致使全世界工業(yè)卷式反滲透膜的外形尺寸高度統(tǒng)
一，且均為美國(guó)規(guī)格。絕大部分廠家的膜元件長(zhǎng)度均為40英寸（1m），直徑則有4英寸，8英寸和16英寸三種。16英寸雖已面市幾年，但市場(chǎng)普及速度遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期。在主力的8英寸膜市場(chǎng)，在目前50-55萬(wàn)支/年的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)容量中，以陶氏，海德能，東麗，GE，熊津,科式為代表的外國(guó)品牌還是占據(jù)了85%以上的份額，即8英寸工業(yè)用膜市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)還是處于呼喚國(guó)產(chǎn)品牌的時(shí)期。但在技術(shù)要求稍低，品牌效應(yīng)較弱的4英寸膜市場(chǎng)則情況大有不同。在目前25-30萬(wàn)支/年的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)容量中，以時(shí)代沃頓公司為代表的國(guó)產(chǎn)品牌已基本占據(jù)半壁江山，且還有大量國(guó)產(chǎn)4英寸膜遠(yuǎn)銷國(guó)外。此外在2.5英寸以下的家用/商用膜市場(chǎng)方面，數(shù)百萬(wàn)支/年的國(guó)產(chǎn)反滲透膜在整個(gè)亞洲市場(chǎng)已逐漸占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。
隨著水資源問(wèn)題愈發(fā)成為關(guān)注焦點(diǎn)和環(huán)保產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，近幾年新一輪水處理膜產(chǎn)品的投資熱潮正在興起。以RO膜為例，除了已在中國(guó)打拼多年的十幾家外國(guó)反滲透膜廠家（含管式，中空，碟管，平板等卷式以外的組件形式）仍處于此消彼長(zhǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)外，還有5-6家新興的外國(guó)膜廠家正在進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)RO膜廠家，除知名的貴陽(yáng)時(shí)代沃頓和杭州北斗星公司外，長(zhǎng)沙，汕頭，北京等地的國(guó)內(nèi)膜企業(yè)也開(kāi)始陸續(xù)投產(chǎn)，包擴(kuò)一些上市企業(yè)在內(nèi)的國(guó)內(nèi)公司也在準(zhǔn)備進(jìn)軍反滲透膜制造市場(chǎng)。目前正在建設(shè)和宣布開(kāi)始建設(shè)的國(guó)內(nèi)反滲透膜廠家已有十幾家。預(yù)計(jì)今后幾年內(nèi)，國(guó)內(nèi)RO/NF膜的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局會(huì)發(fā)生明顯變化。
UF,MF，MBR膜產(chǎn)品方面，由于適用水質(zhì)范圍和應(yīng)用領(lǐng)域遠(yuǎn)比RO寬泛得多，還沒(méi)有一種產(chǎn)品可以包打天下。對(duì)于UF/MF/MBR膜，無(wú)論是膜材質(zhì)及制膜機(jī)理，膜及膜組件形式，還是系統(tǒng)集成和應(yīng)用技術(shù)都還處于日新月異的大發(fā)展時(shí)期，技術(shù)創(chuàng)新的廣度與速度遠(yuǎn)高于RO膜。雖然在各細(xì)分產(chǎn)品市場(chǎng)都各有幾個(gè)國(guó)際及國(guó)內(nèi)知名品牌，但還遠(yuǎn)沒(méi)有形成市場(chǎng)壟斷。國(guó)內(nèi)的UF/MF/MBR膜廠家除規(guī)模較大的十幾家外，總數(shù)已經(jīng)超過(guò)200家，新的企業(yè)還在不斷涌現(xiàn)，這種“千帆竟發(fā)，百舸爭(zhēng)流”的市場(chǎng)繁榮和競(jìng)爭(zhēng)格局還會(huì)持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。
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