膜技术产品及工程应用市场分析报告

市场分析报告

中国科学院上海生物医学工程研究中心

                         2009年8月

第一章  膜分离技术发展现状及趋势

第一节  膜技术概述

一、膜分离技术

膜分离是在20世纪初出现，20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，目前已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生医疗等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。膜可以是固相、液相、甚至是气相的。用各种天然或人工材料制造出来的膜品种繁多，在物理、化学、生物性质上呈现出各种各样的特性。

大多数人会认为，膜离我们的生活非常遥远。其实不然，膜分离技术非常贴近我们的日常生活。如水、果汁、牛奶、保健品、中药、茶食品、饮料、调味品等我们随时可能接触到的，都会用到膜分离技术。

随着国民经济的迅速发展，膜分离技术的应用领域不但会越来越广泛，而且其会被越来越多的人认识和接受。据初步统计，2008年全世界膜和膜组件的销售额已接近150亿美圆，成套设备和膜工程的市场则已达到数百亿美圆，而且每年还在以10%~20%的幅度递增，显示出这一新兴产业的广阔前景。

1、膜分离技术特点

膜分离过程是一个高效、环保的分离过程，它是多学科交叉的高新技术，它在物理、化学和生物性质上可呈现出各种各样的特性，具有较多的优势。

与传统的分离技术如蒸馏、吸附、吸收、萃取、深冷分离等相比，膜分离技术具有以下特点。

※ 高效的分离过程

※ 低能耗

※ 接近室温的工作温度

※ 品质稳定性好

※ 连续化操作

※ 灵活性强

※ 纯物理过程

※ 环保

2、膜分离过程的基本特性

膜分离技术以其节能效果显著、设备简单、操作方便、容易控制而受到广大用户的普遍欢迎。选择适当的膜分离过程，可替代鼓式真空过滤、板框压滤、离子交换、离心分离、溶媒抽提、静电除尘、袋式过滤、吸附/再生、絮凝/共聚、倾析/沉淀、蒸发、结晶等多种传统的分离与过滤方法。

二、常用的膜分离过程

1、超滤技术

      超滤（ UF）也是一个以压力差为推动力的膜分离过程，一般认为超滤是一种筛孔分离过程。在压差的推动下，原料液中的溶剂和小的溶质粒子从高压的料液侧透过膜到低压侧，所得到的液体一般称为滤出液或透过液，而大的粒子组分被膜截留，使它在滤剩液中浓度增大，达到溶液的净化、分离与浓缩的目的。

1.1  超滤技术的特点： 

       超滤膜早期用的是醋酸纤维素膜材料，以后还用聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、氯乙烯醇等以及无机膜材料。膜的孔径大约 0.002 ～ 0.1μm,截留分子量大约为500～500000。其操作压力在0.07-0.7MPa左右。

超滤过程有如下的特点：

（1）过程无相变，可以在常温及低压下进行因而能耗低；

（2）物质在浓缩分离过程中不发生质的变化，适合热敏物质的处理；

（3）能将不同分子量的物质分级分离； 

（4）在使用过程中超滤膜无杂质脱落，保证超滤液的纯净。

1.2  超滤技术应用领域：

（1）电子工业：半导体工业超纯水、集成电路清洗用水终端处理；

（2）制药行业：医用纯水除菌、除热原，药物浓缩分离；

（3）食品工业：果汁的浓缩澄清，蛋白质的浓缩，酶制剂的浓缩；

（4）水处理工程：矿泉水制备，饮用水净化，以及超滤作为反渗透的预处理，以超滤为核心的MBR等：

（5）废水处理工程；工业废水处理，市政废水的处理回用；

（6）纺织工业：纤维加工油剂的回收，洗毛废水中回收羊毛脂。

2、微滤技术

      微滤（MF）又称微孔过滤，它属于精密过滤，其基本原理是筛孔分离过程。在压差的推动下，原料液中的溶剂和小的溶质粒子从高压的料液侧透过膜到低压侧，所得到的液体一般称为滤出液或透过液，而大的粒子组分被膜截留，达到溶液的净化目的。除此以外，还有膜表面层的吸附截留和架桥截留，以及膜内部的网络中的截留。微孔滤膜因孔径固定，可保证过滤的精度和可靠性。

2.1  微滤技术的特点：

      微滤膜的材质分为有机和无机两大类，有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙稀、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。膜的孔径大约 0.1～10μm,其操作压力在0.01-0.2MPa左右。微滤过程操作分死端过滤和错流过滤两种方式。在死端过滤时，溶剂和小于膜孔的溶质粒子在压力的推动下透过膜，大于膜孔的溶质粒子被截留，通常堆积在膜面上。随着时间的增加，膜面上堆积的颗粒越来越多，膜的渗透性将下降，这时必须停下来清洗膜表面或更换膜。错流过滤是在压力推动下料液平行于膜面流动，把膜面上的滞留物带走，从而使膜污染保持一个较低的水平。

2.2 微滤技术应用领域：

（1）水处理行业：水中悬浮物，微小粒子和细菌的去除； 

（2）电子工业：半导体工业超纯水、集成电路清洗用水终端处理； 

（3）制药行业：医用纯水除菌、除热原，药物除菌； 

（4）食品工业：酒、饮料中酵母和霉菌的去除，果汁的澄清过滤； 

（5）化学工业：各种化学品的过滤澄清。

3、反渗透技术 

      反渗透（ RO）技术是20世纪60年代发展起来的一项膜分离技术，是依靠反渗透膜在压力下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程。杭州水处理中心在20世纪60年代开始研发反渗透技术，并于80年代率先在国内大规模应用该技术。要了解反渗透的原理，先要了解“渗透”的概念。渗透是一种物理现象，当两种含有不同浓度盐的水的中间用一张半渗透膜分开就会发现，含盐量少的一边的水会透过膜渗到含盐量高的水中，而所含的盐分并不渗透，直到两边的含盐浓度融和到均等为止。如果在含盐量高的水侧施加一个压力，其结果也可以使上述渗透停止，这时的压力称为渗透压。如果施加的压力再加大，可以使水从含盐量高的一侧向含盐量低的一侧，而盐分截留住。因此，在含有盐分的水中施加比自然渗透压力更大的压力，使渗透向相反的方向进行，把原水中的水分子压到膜的另一侧，得到除去盐分和微生物与有机物等物质的纯净水，这就是反渗透的原理。原理示意图如下。 

3.1  反渗透技术的特点：

    反渗透（RO）技术是一种高效节能技术。它依靠压力推动将水和离子分离，从而达到纯化和浓缩的目的。该过程无相变，一般不需加热，能耗低，具有运行成本低，无污染，操作方便运行可靠，产水水质高等诸多优点，而成为海水和苦咸水淡化最节能的技术。目前已广泛应用于医药、电子、化工、食品、海水淡化等诸多行业。反渗透技术已成为现代工业中首选的水处理技术。反渗透（RO）技术成为膜分离技术的一个重要组成部分。

3.2 反渗透技术的用途：

（1）苦咸水、海水的淡化； 

（2）去除水中有机物、细菌和胶体及溶于水中的其它杂质； 

（3）废水处理回用； 

（4）作为一种浓缩方法，能回收溶解在溶液中有价值的成份。

3.3 反渗透技术应用领域： 

（1）电力工业：锅炉补给水； 

（2）电子工业：半导体工业超纯水、集成电路清洗用水； 

（3）食品工业：配方用水、生产用水； 

（4）饮料工业： 配方用水、生产用水、洗涤用水； 

（5）制药行业：工艺用水、制剂用水、洗涤用水、注射用水、药物浓缩分离； 

（6）化学工业：生产用水、废水处理 、有价值的物质的浓缩分离； 

（7）饮水工程：纯水制备、饮用水净化； 

（8）石油化工：油田注入水、石化废水深度处理； 

（9）海水淡化：海岛地区、沿海缺水地区、船舶、海水油田等生产生活用水。 

4、纳滤技术

     纳滤（Nanofilitration，NF）是一种新型分离技术。杭州水处理中心于20世纪90年代率先在国内研制成功该技术。纳滤膜在其分离应用中表现出两个显著特征：一个是其截流分子量介于反渗透膜和超滤膜之间，为200～2000；另一个是纳滤膜对无机盐有一定的截流率，因为它的表面分离层由聚电介质所构成，对离子有静电相互作用。从结构上看纳滤膜大多是复合型膜，即膜的表面分离层和它的支撑层的化学组成不同。根据第一个特征，推测纳滤膜的表面分离层可能拥有1nm左右的微孔结构，故称之为“纳滤”。 

4.1 纳滤技术的特点： 

① 膜结构绝大多数是多层疏松结构； 

② 分离过程无任何化学反应，无需加热，无相转变，不会破坏生活活性，不会改变风味、香味。 

4.2 纳滤技术应用领域： 

(1)．低聚糖的分离和精制； 

(2)．果汁的高浓度浓缩； 

(3)．肽和氨基酸的分离； 

(4)．抗生素的浓缩和纯化； 

(5)．牛奶及乳清蛋白的浓缩； 

(6)．农产品的综合利用； 

(7)．膜生物反应器的开发。 

5、其他常用膜分离过程

除了以上四种常用的膜分离过程，另外还有渗析、控制释放、膜传感器、膜法气体分离等。

第二节   膜行业发展概况

一、  行业发展回顾

1、世界膜工业发展回顾 

    1.1  膜工业总体发展历史：

19世纪30年代纤维素微滤膜商品化。

　　   1953年美国佛罗里达大学的Reid等人最早提出反渗透海水淡化。

　　  1960年美国加利福尼亚大学的洛布(Loeb)与素里拉简(Sourirtajan)发明了第一代高性能的非对称性醋酸纤维素膜，反渗透(RO)首次用于海波及苦咸水淡化。

1961年美国Hevens公司首选提出管式膜组件的制造方法。

1965年美国加利福尼亚大学制造出用于苦咸水淡化的管式反渗透装置，生产能力为19m3/d。

1970年开发成功高效芳香聚酰胺中空纤维反渗透膜，使RO膜性能进一步提高。超滤70年代进入工业化应用后发展迅速，已成为应用领域最广的技术。

20世纪80年代后进入工业应用的膜 用渗透汽化进行醇类等恒沸物脱水，由于该过程的能耗仅为恒沸精馏的1/3-1/2，且不使用苯等挟带剂，在取代恒沸精馏及其它脱水技术具有很大的经济优势。

20世纪90年代出现低压反渗透复合，为第三代RO膜，膜性能大幅度提高，为RO技术发展开辟了广阔的前景。

目前，膜分离技术已在许多领域进行应用，例如，超纯水制造、锅炉水软化，食品、医药的浓缩，城市污水处理，化工废液中有用物质的回收。

1.2  反渗透膜的发展史：

1748年 Nollet发现渗透现象；    

1920年 Van"t Hoff建立了稀溶液的完整理论；

1953年 发现醋酸纤维素类具有良好的半透性；

1960年 人类首次制成醋酸纤维素反渗透膜；

1970年 杜邦公司发明了芳香族聚酰胺中空纤维反渗透器；

1980年 全芳香族聚酰胺复合膜及其卷式元件问世；

1990年 中压、低压、及超低压高脱盐聚酰胺复合膜进入市场，从而为反渗透技术的发展开辟了广阔前景； 

1998年 低污染膜研发成功，进一步扩大了反渗透的应用范围；

2、中国膜工业发展回顾

   2.1  膜法水处理行业总体增长速度加快

       膜法水处理在中国成长有20年的时间，经过20年的市场培养和发展可以说在2008年这一行业的增长速度达到最高峰。2008年国内有机膜在水处理行业的市场增长率较2007年增长了50%左右，这是其它行业所不能达到的。这一行业快速增长表现之一是单项工程项目定单合同超过1亿人民币，二是各种膜厂商的8英寸膜组件在中国销售量已达到20-25万支，4英寸膜组件已达到10万支。总的来看，膜产品总体销售金额超过25个亿。这是膜法水处理快速增长的一个标志性特点。

2.2 超滤、微滤增长速度翻倍

超滤、微滤的增长速度与2007年相比翻倍增长，它的国内总体销售量在2008年达到9-10个亿左右。

 2.3  群雄逐鹿中国市场，市场的蛋糕越来越大

在中国，膜工业正在展现蓬勃的发展活力，天津膜天膜工程技术公司与外商合资1000万美元建造中空纤维膜生产基地，膜生产能力将达到每年100万平方米，膜装置(组件)生产能力达到10万套，销售额将达到1.5亿人民币。

在2008年度外国公司在中国的活动异常活跃，以前外企在国内仅有5-6家表现较为活跃，现在共有12-13家企业在国内设立了办事处，许多企业已将亚太的总部迁至中国，包括亚太总裁常驻中国，公司人员的增加等等，总之各大企业都看好中国市场并来此准备做大的发展。以前外国企业在中国建设大规模生产基地的只有海德能一家，而目前许多外企都在不断探讨是如何在中国建设大规模的生产基地。另外在膜法水处理行业外国膜公司收购中国膜企业的案例已经发生多起，如DOW收购欧美水处理，西门子收购北京恩斯特等。

在国内外膜企业的良性竞争下，进一步降低了膜法投资和使用成本，从而降低了膜技术的使用门槛，市场变的越来越大。

2.4自主创新取得不俗的成绩

目前国内膜法水处理企业通过引进和自主研发，近年来，在膜使用工艺上已经在追赶国外先进水平，但在膜材料选择和组件设计的创新上，还需要努力。

 2.5  膜法水处理新工艺市场接受度大幅提高

我国是严重缺水的国家，水资源回用越来越受到重视。2008年，在膜法水处理中，水资源回用（包括排水、废水、中水）的项目急剧增加，膜法水处理越来越被市扬接受。

二、  行业发展现状

1、生产状况

由于我国目前水资源的极度短缺，并且污染日趋严重，节水、污水处理、水资源的充分利用已成为我国经济发展中的一项重要任务。而膜技术的运用是水处理主要手段之一，因此目前我国对膜分离技术产品的需求逐年增加。我国膜技术起步较晚，而且主要依赖进口。目前我国市场上的膜技术产品依靠进口或全盘引进国外设备及原材料生产膜技术产品，这种状况造成了膜技术产品成本偏高，市场推广难度加大，从而形成了一方面我国急需膜技术产品，一方面膜技术产品成本高，而难以全面推广的状况。

表格  2008年我国膜进口品种分析

据中国膜工业协会的统计资料表明据中国膜工业协会的统计资料表明，我国膜产品产值1998年为12亿人民币，1995年为20亿人民币，2000年为28亿元，2008年为100亿。 2008年膜工业,包括组件和设备在内的销售收入达150亿人民币，到2010年我国膜行业的销售收入达180亿元人民币。从发展速度看远远高于任何一个发达国家。按照我国当前的膜技术水平和市场开拓情况，今后每年按10%-15%的增长速度发展是完全可能的。2015年，膜市场需求可望超过500亿元，将占到世界总量的10～15％。

图表   我国膜工业近8年来产值    

3、行业企业结构分析

据统计，2008年进入我国膜市场的研究开发、生产、经销企业有300多家，但从企业规模看，小型企业居多，中大型企业较少，年产值在一千万元以上的在40家左右，年产值亿元左右的只有7~8家，中大型企业占总企业数的10%左右，而小型企业占90%左右。其中，全民所有制的企业、事业单位约占有半数，他们中的主要部分是大专院校和科研院所的所属机构。民营、个体企业，中外合资，外商独资，外商代理企业，在数量上也占一半左右。

图表   膜行业各种企业规模的比例

三、  行业特征分析

1、投资特征

膜技术是一门新兴的多种学科交叉的高新技术。新技术、新工艺正在不断地被人们研究发明，应用领域（行业）正在不断扩大，膜分离的行业利润在100~200%左右。高利润可以刺激行业投资和研究。另一方面，成套膜工艺设备价格高，技术难度大，行业进入门槛高。

2、技术特征

现在，在中国市场约有90%左右的膜分离工程公司是从事工业纯水,高纯度水和民用纯净水的设备的生产，在这个领域竞争激烈。约有30家的膜工程公司从事工业料液的分离提纯,工业废水的处理。

用膜技术进行电镀废水的处理，贵重金属的回收，以及水的回用是膜技术新的应用领域，据统计只有少数的公司生产这种设备，而且市场容量大，竞争不激烈。

相对而言，工业和民用纯净水的生产设备的设计和生产，工艺成熟，技术难度低。而用膜进行工业料液的分离、提纯、浓缩和工业废水的处理，由于产品的多样性和不确定性，技术难度大，行业进入门槛高。

3、市场特征

   (1)、以中空膜为代表的膜法水处理有大规模的市场突破，涉及到饮用水行业，目前国内已经有多家公司生产小型纯水设备（家用纯水机）用中空膜，如海南立升等。

(2)、国内企业进入快速成长阶段。民族工业中做的比较优秀得企业有以下几个代表。以中空膜为代表的企业有：天津膜天膜、海南立升等。以卷式膜为代表的企业有：贵州汇通源泉、杭州北斗星等。另外国外企业也在寻求在中国的长足发展。国外膜产品进军中国市场中，一般分为市场转移、产品转移、应用研发转移三步，目前在国内的大部分外国企业还只停留在产品转移阶段。研发转移的外国企业以日本、美国企业为代表，他们更多的是在产品的本土适应性研发上大做文章。例如海德能公司，近年来在国内针对中水回用、污水处理、海水淡化等方面进行研发，并针对国内的水质情况研发出适应中国水处理工艺特点的新型膜组件。如GE公司利用自身的膜产品制造和研发的实力，大力发展膜法水处理工程项目的建设，在中国市场占有较大的份额。

(3)、市政、中水、污水领域今后在膜的应用上会有大的发展。中国和国外应用领域不同，中国的膜工业以有机膜为主，在纯水处理应用上比重较大，几乎超过了50%。而国外的膜工业以中水回用、海水淡化及自来水的深度处理比较多。

随着我国膜科学技术的发展，相应的学术、技术团体也相继成立。她们的成立为规范膜行业的标准、促进膜行业的发展起着举足轻重的作用。半个世纪以来，膜分离完成了从实验室到大规模工业应用的转变，成为一项高效节能的新型分离技术。1925年以来，差不多每十年就有一项新的膜过程在工业上得到应用。

由于膜分离技术本身具有的优越性能，故膜过程现在已经得到世界各国的普遍重视。在能源紧张、资源短缺、生态环境恶化的今天，产业界和科技界把膜过程视为二十一世纪工业技术改造中的一项极为重要的新技术。曾有专家指出：谁掌握了膜技术谁就掌握了化学工业的明天。

    80年代以来我国膜技术跨入应用阶段，同时也是新膜过程的开发阶段。在这一时期，膜技术在食品加工、海水淡化、纯水、超纯水制备、医药、生物、环保等领域得到了较大规模的开发和应用。并且，在这一时期，国家重点科技攻关项目和自然科学基金中也都有了膜的课题。

目前，这一潜力巨大的新兴行业正在以蓬勃的激情挑战市场，为众多的企业带来了较为显著的经济效益、社会效益和环境效益。

四、  膜技术发展趋势

     膜技术与光纤、超导等技术将成为主导未来工业的六大高新技术之一，也将是今后五十年内十大高科技产业之一。作为一项高新清洁生产技术，膜正广泛应用于环保及人们的日常生活等诸多领域，特别是在水处理领域，已经受到各国的高度重视和支持，膜市场蕴含着巨大的商机。展望2009年国内膜技术及市场，有以下几个方面： 

 第一，反渗透膜市场将从传统的工业纯水领域一枝独秀转向多元化发展。主战场将向水回用、海水淡化、市政水处理等市场扩散。“可持续发展、清洁生产、对环境友好，绿色循环经济，国家大力倡导的循环经济，对于膜法水处理来说是一个千载难逢的历史机遇。

随着电力市场紧张供求关系的缓和，中高压锅炉补给水这一反渗透膜的主要市场，随着08年金融危机的延续，明显在回落。在的鼓励和引导下，反渗透膜市场将逐渐转向再生水回用等市场。 

第二，膜法水处理由过去的“做纯水、做好水”逐渐向“污水处理”发展。也可以说是从“锦上添花”到“变废为宝、变害为利”，比重将发生变化。现在存在着两种人，一种是熟悉膜技术但不懂污水处理的人，一种是熟悉传统污水处理但不懂膜的人，谁将这两方面结合的好，谁就抢占了市场先机。

第三，膜法水处理将重点应用在几大领域：首先是冷却循环水，工业用水70%-80%用到的都是冷却循环水，而石油、石化、钢铁、造纸、印染、发酵等行业都是用水大户，是膜法水处理的重要的客户群和市场；其次是工业及市政污水处理厂，全国近年来高速建设污水处理厂，对膜产品、膜技术而言，是未来的一个大市场。污水处理的终极目标是再生回用，在这方面，对膜技术蕴含着巨大的商机。另外，市政自来水厂也是膜法水处理应用的市场方向，传统的自来水厂占地大，而膜法水处理厂占地小、自动化程度高、出水精度高、成本也会逐渐降低。目前国内已经有了2万吨/天处理级别的膜法水处理厂。今后膜法水处理厂很可能会在中小城镇抢先普及。最后是海水淡化，海水淡化是今后膜法水处理的一个重要市场方向，“虽然目前国内市场规模累计仅有日产25万吨左右，但经过多年的技术及市场培育，今后几年将迎来国内海水淡化产业的春天。首先在工业领域，随后在市政领域，未来五年内国内沿海各地将建成日产100多万吨淡水的海水淡化厂。这其中，膜技术将占据最大的市场份额。

     第四，膜法水处理技术将向着集成化发展，这里包括两个方面的含义，一是各种膜技术之间的集成与组合，二是膜与其他过滤、脱盐技术，比如水处理药剂、传统过滤、生化技术、热法及离子交换的集成。在水处理行业中，膜之间以及膜与其他分离技术之间不光是竞争的关系，相互补充、联合应用才能更好地达到节能降耗，提高经济效益的目的。 

第五，最近全国不少地方都在酝酿自来水价上涨，长三角城市南京、扬州等城市已经上调水价。随着自来水价的上涨，生产生活废水的回用一定会得到相关主管部门和企业的重视。相信今后一段时间内再生水回用工程，热膜一体化的海水淡化工程等会雨后春笋般的涌现。水价上涨后，水回用工程将从补贴，企业被动，到企业主动。因为随着技术的发展，膜分离技术的应用成本已经大大降低，使得以膜分离技术为核心的膜法再生水回用变的有利可图。

第六，近年来全国多个地方出现水污染事件，如07年的太湖蓝藻事件，06年的松花江水污染事件等。因为工业的超速发展，生产生活废水的过度排放，使得原本是鱼米之乡的多个发达区域，变的无干净水可喝。在水污染已经变的越来越严重的时候，国家一定会从层面上，某些重污染行业的排污量，而这些行业不少都是我国的支柱行业，如印染行业等。在我国的经济和人民就业中起着很大的作用，也是我国在国际上有竞争力的比较少有的几个行业。简单的关停不符合我国的国情，而这些企业要继续的生存下去，必须承担起社会的责任。这也给以膜技术为核心的水回用市场带来新的发展机遇。

第二章  膜工程应用市场分析

第一节   工业用水净化

一、案例说明

工艺用水是生产过程的基本条件之一，其水质直接影响产品的质量。按《药品生产管理规范(GMP)实施指南》的要求，对各级纯水有明确规定。但实际过程中却往往达不到理想的要求，为此一些先进的药厂采用的内部控制质量标准，均高于GMP和药典要求。如出水水质要达到的电导率£ 0.2-0.3m s.cm，浓缩30倍检查热源应为阴性等高要求。 

表格 制药工艺用水要求

多种膜分离技术集成使用不仅使这一高要求得以实现，在经济上也显示出较大优越性。反渗透(RO)代替离子交换做为初脱盐，可避免频繁的酸碱再生，并可连续运行，提高了产水效率；超滤(UF)代替多效蒸馏进行除热源，不仅减少了一次性设备投资，还大量节约蒸汽，降低了能耗。

以华北制药股份公司109车间5T/h原料用水的制备系统进行详细说明如下: 　 

（1）. 原水水质、产水水质和处理能力 　 原水水质对于整个系统的设计至关重要。本系统的进水为石家庄的地下水，水中硬度较高，全年平均温度较低，同时由于管道等设备老化，二次污染严重。使得对设计中前处理要求较高。出水水质分三段要求。第一段软化水，硬度要求低于18℃dH，处理能力10T/h；第二段无盐水，出水水质电阻>2.0MW .cm，实际出水可达到3.0 M.W .cm～5.0 MW .cm，处理能力5T/h；第三段除热源水，出水水质按药典各项规定进行检查，采用鲎试剂检测，检测浓度0.5EU/ml。 　 

（2）. 工艺流程　 考虑原水水质较硬和管道的二次污染，再加药厂有软化水用水要求，本系统采用多介质过滤器、阳树脂软化床和前级全自动超滤系统(采用大连化物所生产的切割分子量为30,000Daltan的中空纤维膜)作为前处理系统，保证反渗透系统进水的SDI指数小于1,0，同时保证反渗透系统在高回收率的条件下，无结污倾向。大大延长RO膜使用寿命，保证出水水质稳定如一。并设有预热系统，保证冬季条件下的产水能力。 反渗透系统采用美国DOW公司的复合膜，丹麦格兰富高压泵，并配以保安过滤器、高低压保护和出水电导率在线检测，可保证系统的脱盐率达到98%以上，回收率70%以上。采用混床做精脱盐，可使无盐水的比导阻达到3.0-5.0 MW .cm，远远高于GMP规定的0.5 MW .cm的要求。由于使用RO系统，使混床再生周期可达一个月，降低酸碱污染，减轻工作强度。 终端采用大连化物所除热源(切割分子量为10.000Dalton) 中空纤维膜，再配以全自动的正洗、反洗、药洗等流程，出水水质达到药典规定注射用水标准。由于采用全自动控制和进水水质在线检测, UF系统出水能力和出水水质得到充分的保证。 最后，按照GMP要求，除热源水采用60-80℃高温贮和大循环式输送系统，保证使用点水质不受二次污染。 　 

三、膜性能解析

和传统工艺的经济比较。 传统工艺中，采用离子交换(IE)和电渗析+离子交换(ED+IE)工艺制备无盐水。根据不同的进水水质(如TDS含量)，我们把反渗透+离子交换系统(RO+IE)和传统工艺进行有关耗水量和操作费用的比较。虽然IE系统的耗水量较低，但RO+IE系统的操作费用最低，特别是随着TDS含量增加，其优势更加明显。

四、技术性能评价

总结: 采用反渗透 + 离子交换 + 除热源超滤系统不仅出水水质可以达到GMP要求的各项水质指标，而且设备投资和操作费用与传统工艺相比也具有明显的竟争力。同时在降低能耗，减少环境污染和降低工作强度放面也具有一定优势。

第二节   工业污水处理及回用

一、案例说明

对于一些高耗水的工业来说，节约用水更是企业在新的２１世纪适应竞争和可持续发展的必要途径之一。目前，对多数工业企业来说，从企业发展来看，如何消除环保压力瓶颈、降低生产成本、提高产品质量是目前适应国际竞争的最有力手段，在原材料成本经济市场化、老生产工艺效率已无提升空间、利润微薄等综合条件下，要使企业在新的竞争环境下脱颖而出，将技术改造与清洁生产有机结合，改革技术落后状态、实施清洁生产、节约用水的有效途径，是企业在市场全球化竞争中的必经之路。另外，从国家来看，国家“十五”计划中也提出要大力推进清洁生产，《清洁生产促进法》也已经经过全国通过并开始实施，这对实现我国工业的可持续发展具有重大的现实意义和深远的历史意义。可见，在工业技改中，通过水资源的循环利用，减少污染物的产生，甚至从污染物中提取有用副产品，从而真正达到节水、环保的目的，已经成为工业清洁生产技改内容的重要指标之一。

在工业技术改造和清洁生产中，工业节水是通过改造用水工艺和提高水的重复利用率来实现的。工业节水方式可分为两类，其一是通过采用新的低耗水的生产技术来改造传统的生产工艺，从而直接减少用水量和废水排放量，直接提高水的重复利用率等方面来节约用水；其二是将生产中产生的污水或中水经过合适处理后再回用到生产工艺中，达到节约用水和减少排污量的目的。

表格   某玻璃厂生产废水中水回用水中分析数据

太钢在2002年建成全国最大的膜法工业污水处理工程—净环软水站工程在供水厂建成投产。该系统采用反渗透除盐技术，国内一般使用于电厂循环水系统、海水除盐、地下水除盐，在生产废水尤其是在钢铁生产废水的处理回用中使用还是首例。运行几年内，设备运行稳定，各项指标都能达到当初设计的要求。

       反渗透膜的清洗是确保反渗透系统长期稳定运行的关键。按常规反渗透的清洗是一个非常专业的工作，国内有专门的清洗公司，清洗一次最少需要３５５．２万元，按设计需每季清洗一次。如果用清洗公司来清洗，费用很大，而且清洗公司为了商业秘密，要求拆下膜送到清洗公司，会影响生产的连续运行。

      工业污水膜清洗方法的创建实施，填补了国内行业空白，并为公司和厂节约清洗费用４０００多万元，相当于又建一个净环软水站的费用。净环软水站自投产以来，至目前运行良好，为全国工业污水膜法处理的推广积累了经验。

       太钢膜处理设施运行初期，预处理沉淀池在温度高时就出现翻池现象（絮凝矾花从池边上溢），严重影响了水质。采取在布水筒水面下２００ｍｍ 处打眼，提升布水点的方法有效避免了翻池现象。

２００３年，由于预处理泥系列一直不能满足工艺要求，造成泥浆在系统内循环，严重制约了沉淀池的处理效果。而当时冶炼水处理系统由于加药量不足、运行条件差等因素，出水水质经常超标，引起用户异议。经过多次实验室实验发现，将预处理泥浆加入冶炼水处理进水中，再加少量聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺，絮凝效果非常好。

      实施了将预处理泥浆废物利用，作为药剂引到冶炼水处理进水渠的改造方案改善了两个水处理系列的运行状况，年创效益１３．３万元，并使预处理泥系列全部停运，大大减少运行人员工作量，减少了泥系列设备的检修、维护等工作。

工业污水膜项目实施后，到2005年5月底，共生产除盐水785万吨，吨水成本仅为2.5元，而售价为5.5元，可产生经济效益2355万元；如果采用新水设备除盐水，将消耗新水1047万吨，按2.8元/吨计算，可节约2931.6万元，两项合计节约5286.6万元。

二、应用方案

１、新生水水源节水新工艺

新加坡作为一个只有６８０平方公里陆域面积、人口４５０万的岛国，为了满足日益增长的清洁水需求，新加坡不得不寻求新的水资源。新加坡使用新技术和革新方法，对二级处理出水进行再生处理，生产高质量水，即ＮＥＷａｔｅｒ，以缓解水资源紧张的问题。ＮＥＷａｔｅｒ已经成为通过新技术生产可靠、经济的水资源的范例。

ＮＥＷａｔｅｒ处理工艺主要包括多廊道３阶段净化系统，其中包括超滤（ＵＦ）、反渗透（ＲＯ）和紫外消毒（ＵＶ）。双膜ＵＦ／ＲＯ处理技术的选择依据为严格的水质目标和美国各种类似的污水再生厂的成功经验。目前，已建设了两座ＮＥＷａｔｅｒ处理厂，总规模７２０００ｍe３／ｄ，２００２年１２月开始投入运行。２００４年初准备建设规模２２００ｍe３／ｄ的第三座ＮＥＷａｔｅｒ处理厂。

ＮＥＷａｔｅｒ的水质标准执行世界卫生组织（ＷＨＯ）饮用水指南的以及美国环保局（ＵＳＥＰＡ）饮用水标准。根据ＮＥＷａｔｅｒ提供的新生水水质，完全可以满足食品工业用水水源的水质要求，如果能够借鉴新加坡的ＮＥＷａｔｅｒ工程经验，利用食品工业废水作为水源，经过处理后的新生水直接回用到食品工业生产，这无疑能够从根本上解决食品工业发展用水需求与水资源短缺之间的矛盾，尤其是在缺水地区。

２、有机酸行业生产节水新工艺（以赖氨酸为例）

赖氨酸生产节水新工艺自２０００年在中国开始应用以来，截止２００３年１２月，已成功将１０套不锈钢膜（日处理１２００ｍe２发酵液）应用到赖氨酸生产节水新工艺上；赖氨酸生产节水新工艺除了体现上述赖氨酸生产节水新工艺的特点外，不锈钢膜本身还具有膜使用寿命长、过滤精度高、耐高压和高温、酸碱耐受范围宽、耐污染、易清洗等优点。

以生产节水新工艺的成功应用为例，采用不锈钢膜后的赖氨酸生产节水新工艺，在节水和环保方面具有以下明显特点：ａ．将分离出的菌体加工成为高蛋白饲料，减少总废物排放量和变废为宝，获得显著经济效益；ｂ．由于去除了大部分污染物质，赖氨酸发酵液经不锈钢膜过滤后直接上树脂，可减少吸附废液排放量３０％--５０％左右；ｃ．由于不锈钢膜过滤后发酵液特性大幅度改善，水洗水量可减少５０％左右，相应水洗废水量也减少５０％左右；ｄ．由于不锈钢膜分离对污染物的大幅度去除，树脂吸附当量大幅度提高，水洗时间也大幅度降低，从而树脂的生产能力可大大提高（３０％--４０％左右）；ｅ．吸附废液后续浓缩处理更加容易，大大减少处理成本；ｆ．经不锈钢膜分离后，污染物大幅度得到去除，后续氨水解吸收峰好，解析所用氨水用量大大减少，相应后续加酸中和所用酸量也大幅度减少，从而大幅度减少了相应酸碱处理量；ｇ．经过不锈钢膜分离后，后续精制工段的活性炭和脱色树脂生产能力大幅度提高，活性炭和脱色树脂用量大幅度减少，减少了总固体废物处理和排放量。

三、膜性能解析

下面具体以食品行业为例解析一些新节水生产工艺。

１、 味精生产节水新工艺

我国是味精生产大国，每年味精产量达到１００万ｔ以上。味精经微生物发酵得到。发酵产品历来是水、能源消耗大户，同时也是污染大户。多年来其污染问题未得到解决，而且随着产量的增加越来越严重。近年来由于国家对环保的要求越来越严，大中城市的味精生产厂纷纷迁往落后地区，但是未能从根本上解决节水以及污染问题。

传统味精生产工艺的工业用水和相应产生的废水主要包括发酵用水和后需提取、分离、精制过程用水等，相应产生的废水包括大量含菌体的提取废液和水洗排放废水等，这部分工业用水量和相应废水排放量基本一致，产生废水的水量和水质取决于生产所用原料和生产工艺。从节水和减少污染物排放角度来讲，可通过减少提取废液的排放、减少洗水用水量和相应废水排放量来进行。

近年来，众多企业开始关注新工艺的研发。将膜分离技术引入味精生产中，以膜技术为核心技术开发成功的新工艺，不仅大量节约了生产用水，同时从根本上解决了环境污染问题。该新工艺用水较传统工艺减少３０％--４０％，整个工艺无废渣排放，作为废物排放的菌体被制成高品质饲料，实现变废为宝。每ｔ味精生产成本降低８００元左右。

新工艺中所采用的关键技术为不锈钢膜分离技术，主要是采用该技术去除发酵液中的菌体及大分子物质，同时调整后续工艺，使减少工艺用水及降低生产成本成为可能。

新工艺主要具有以下优点：能有效地从发酵液中去除菌体，并将分离出的菌体加工成高蛋白饲料，变废为宝，解决了菌体废液难处理的环保难题，并为企业增添了可观的经济效益；由于有效去除了菌体，同时对Ｃａe2+等离子有一定的去除，大大减少了发酵液的粘度和硬度，提高了浓缩效率和浓缩倍数，并能在一定程度上提高浓缩谷氨酸的浓度，有利于提高结晶收率；由于采用膜分离技术后，能提高浓缩后谷氨酸浓度和大幅改善发酵液的料液特性，母液分离操作容易，母液废液排放量可相应减少，一方面减少了母液中产品损失，提高了收率，另一方面减少了母液废液排放量；由于膜分离技术大幅度降低了发酵液中的菌体、胶体、大分子蛋白、Ｃａe2+等污染杂质，后续精制工段的水洗量可大幅度减少，相应水洗废水量大幅度减少，废水水质更容易处理；由于前段半成品中杂质的大幅度减少，后续活性炭（以及树脂）的过滤速度可以显著提高，一方面提高活性炭的单位处理能力，减少活性炭的使用量和废活性炭固体排放量，同时还能一定程度减少活性炭工艺水洗废水量；大幅度提高味精产品质量，克服了加入ＷＴＯ后国际贸易竞争中非常重要的“环境”非关税壁垒；大大提高产品的国际竞争力。

２、 赖氨酸生产节水新工艺

赖氨酸是我国食品发酵行业中近年来发展最快的行业，仅２００３年就有十几万ｔ赖氨酸扩产，２００４年扩产势头更加猛烈。而新工艺的应用也成为企业的首选。膜分离技术在新工艺中扮演重要角色。新的生产工艺中，采用不锈钢膜技术及连续离交技术已经成为新技术的核心。不锈钢膜技术的应用使用水量降低３０％--４０％，废水排放量减少６０％。

传统赖氨酸生产工艺的工业用水和相应产生的废水主要包括发酵用水、上柱稀释用水、后续水洗用水、解析后水洗用水等，相应产生废水包括吸附废液（高浓度和中浓度两种）、各种水洗废水等，尽管部分水洗水可以循环使用，但是由于没有除菌，必须加大量水进行稀释后才能上树脂，树脂吸附当量低，进料流速低，为满足生产需要，树脂用量很大，生产效率较低，收率较低，同时产生的吸附废液量大；同时吸附后需水洗量很大，水洗废水量和随水洗的产品损失也大；随着树脂污染程度的严重，收率不断下降，从而影响整个提取工艺和产品收率。

要降低生产运行成本，提高产品收率，节约工业用水和减少相应废水排放量，综合上述各种因素，就必须对现有的工艺进行调整，在发酵液进入树脂前，需要将菌体首先去除。

新工艺节水的关键技术是不锈钢膜的应用。采用先进的不锈钢膜分离系统处理发酵液，将发酵液中所有菌体、固体蛋白、胶体等不溶物彻底去除，同时去除大部分大分子物质，如蛋白、多糖等，使进入树脂的料液清澈透明，大大提高树脂的利用率，同时大大减少了工业用水和相应废水处理问题。不锈钢膜分离赖氨酸新节水工艺主要优点如下：采用新的膜工艺，有效将菌体从发酵液中分离去除，并将分离截留的菌体、蛋白等经干燥制成高蛋白饲料（蛋白含量大于４０％），实现变废为宝，大大减少总废物排放量，并获得可观的副产品经济效益；经过膜分离后，滤出液澄清透明，不需要经过稀释就能直接上树脂，避免了大量的稀释用水量；经过膜分离后，由于不需要稀释就能上树脂，树脂吸附所产生的吸附废液量大幅度减少，吸附废液浓度大幅度提高，可以减少后续废液浓缩处理的处理量和处理成本；由于经过膜分离后，进入树脂柱的污染物大大减少，使漂洗水量大幅减少，相应漂洗废水量也大幅度减少；另外，由于整体料液特性和品质的大幅度改善，可明显提高树脂交换当量，提高树脂单元的生产能力，减少树脂用量；大幅度提高赖氨酸产品质量，克服了加入世界贸易组织后国际贸易中非常重要的“环境”非关税壁垒；大大提高产品的国际竞争力。

３、 新生水水源节水新工艺

利用廉价的城市污水二级处理水为水源，通过合适的膜法处理技术，使水质要求达到饮用水和食品加工工业用水水质要求，从而替代原来高价的自来水水源，从而大幅度降低食品工业用水单耗成本，可以从根本上缓解工业用水与工业发展的矛盾，降低产品成本，提高产品的市场竞争力，是非常有潜力的新生水水源节水新工艺。其实污水经过膜法深度处理后再回用，这并非一件新鲜事，美国在这方面已经有２０多年的经验。新加坡ＮＥＷａｔｅｒ工程的成功应用经验，为食品工业新生水水源节水提供了思路和契机。

天津大学通过多层的聚偏二氟乙烯（PVDF）膜过滤，能使原本乌黑混浊、散发着阵阵臭气的生活污水变得清澈透明，可以排入湖中当做景观及园林用水。由于采用的是膜分离技术，包括电费、药剂、人工成本在内，一吨污水的平均处理费用仅需花费0．95元。 

       做为目前国际上最先进的污水处理技术，膜分离技术是将污水通过多根PVDF膜柱进行多次分子级过滤。整个过程在膜柱内完成，干净清洁、污水回用率高。由于初期造价较高，过去在我国鲜见踪迹。随着我国水资源的日益短缺，水价不断上涨，膜分离技术在污水处理上显现出了优势。以天津为例，2000年天津民用水价格为1．3元／吨，2005年已上调为2．3元／吨，工业用水2．4元／吨，2005年已上涨为6元／吨，而且有继续上涨的趋势。以往通过简单的二沉池沉淀就直接排放的污水，现在已经成为一笔宝贵的财富。在这种形势下，膜分离技术的应用终于得以重视。通过该技术，可将各种生活及工业污水净化为可回用中水甚至饮用水。若用此技术将工业废水净化达到国家二级可回用工业水标准，其造价仅为2元／吨，远远低于工业直用水价格，具有了切实的市场价值。通过膜法处理，污水回用已经成为一个可以盈利的行业。

     据中国膜工业协会数据，自从2004年5月份水价再次上调尤其是工业用水价格上调后，全国的污水膜用量有了一个飞跃式增长。据粗略统计，2008年，我国膜工业的总销售额已经达到了200亿元，产值近120亿元，较上年成倍增长，其中污水处理用膜市场增长最快，较上年增长了200％，已经占到了全部水处理用膜市场的20％。

     据了解，目前全国仍有一半以上的城市没有污水处理厂，而城市生活污水排放量正以年均5％的速度递增，已超过工业污水排放量。如果膜处理法得以推广应用，污水膜市场还将有更高的市场增长率。

表格  新加坡－NEWater 工程出水水质

一、发展概况                                        

     海水淡化膜应用现状及最新进展 

       国外已有日产水量10万吨级的反渗透海水淡化装置，目前正在运行的大型卷式膜海水淡化装置的单机能力为日产水量超过10000吨。国内目前已建和在建的反渗透海水淡化装置日产水量250，000吨左右，国外单段反渗透海水淡化的水利用率最高达45％，国内目前多为35％，另外国内渔船上装载的反渗透海水淡化膜多用直径为2.5英寸的小型膜元件。目前国内批量生产海水淡化装置的公司不超过10家，在河北建设的日产水量18000吨的"亚海水"脱盐装置是国内最大的使用海水淡化膜的反渗透装置。今后国内海水淡化膜的应用将进入一个新时期，不久的将来，我国也会建设日产水十万吨级的海水淡化装置。此外国内已开始商业生产海水淡化反渗透膜元件。 

全球水的总储量为 13.86亿 km3，海水就占有96.5％，人类可取用的地表水和浅层地下水仅为0.79％，且随地域和季节变化分布极不均匀。为了向大海索取淡水，上世纪五十年代初，膜技术便被优先提出来了，至七十年代海水淡化技术在世界上实现了商品化，经过产品换代、工艺革新，目前已成为最经济的海水淡化和高盐度苦咸水脱盐技术。在国家支持下，我国海水淡化技术也取得了令人瞩目的业绩，成为具有自行设计、生产海水淡化装置的国家。

1、 应用概况

海水淡化是指将35000mg／L的海水淡化至500mg／L以下的饮用水。目前，世界上装机应用的海水淡化方法主要有多级闪蒸（MSF）、多效蒸发（MED）和反渗透法（RO），也就是业界所说的热法和膜法。半个世纪以来己养活了世界上1亿多的人口，促进了干旱沙漠地区和发达国家沿海经济和社会发展。

据国际脱盐协会统计，截止1995年底，全球日产水量在100m3以上的装置有11066台，每天生产淡水2030万m3。截止1997年底，装置总数12451台，每天产水2273万m3，其中海水淡化为1337万m3、苦咸水淡化为5840万m3，且以年10-30％的速度增长。就海水淡化而言，装机容量以MSF为主，但近年来RO发展很快。MSF除极大型装置外，1995年以来合同额极少。MSF从19年的84.4％下降为1997年的76.04％。而RO从19年的5.6％上升为1997年的14％。MED19年占6.7％，至1997年仅占5.47％。

对沿海苦咸水脱盐RO占绝对优势，占76.23％，投资和造水成本更低。对废水和水净化RO也分别占到约65％和94％。1995年后，新增海水淡化和苦咸水淡化装机容量RO为90％。最大规模的RO海水淡化厂建在沙特阿拉伯，日产淡水12.8万/m3。最大规模的RO苦咸水淡化装置建在美国，日产27万m3。

目前，海水淡化装置的年销售额达到100多亿美元，且以20％左右的年增长速度持续发展供应商主要是美国和日本，应用地区主要是中东地区、地中海地区和加勒比海地区，其次是东南亚和北非地区。

我国海水淡化技术的应用从上世纪七十年代初推广用小型电渗析（ED）海水淡化器开始，1981年建成了200m3／d ED淡化装置，“九五”期间相继建成了RO淡水装置，多为小型或示范工程， 并向马尔代夫和基里巴斯输出了ED和RO海水淡化装置。

表格  我国已经建成的部分海水淡化装置

反渗透将成为新世纪的主要海水淡化技术。工程稳定可靠与造水成本低廉是吸引用户的主要原因。

2.1 膜与组件性能提高

　　世界各生产膜组件的公司仍十分重视RO膜与组件的技术创新，目的在于开发抗氧化、耐细菌侵蚀的新膜提高膜与组件的产水量、脱盐率等。这些工作已取得一定的进展，如美国DOW公司推出 FILMTEC BW30LE－440膜元件，在约1.05MPa压力下，产水量43.5m3／d，脱盐率大于99％，一个新元件几乎相当换代前的两倍。Fluid Systems公司推出 Premium TFC新元件，其苦咸水和海水膜元件的脱盐率分别高达99.7％和99.8％。日本的东丽公司和日东电工公司己开发出可耐9.0MPa的海水淡化膜，并己在西班牙建造了回收率高在60％的两段RO海淡化装置。

表  国外典型的海水反渗透组件

反渗透海水淡化技术是建立在现代膜技术基础之上的。海水在通过反渗透海水淡化装置中的膜时，大于水分子的无机盐、有机物等受到膜的阻隔无法通过，从而达到淡化的目的。反渗透海水淡化装置具有一次性投资较少，耗电量较省等优点，但对海水的前处理要求较高。 透过一层膜，海水变淡水。膜元件是反渗透海水淡化装置的核心产品。杭州水处理技术开发中心从“九五”开始转入高性能反渗透复合膜与纳滤复合膜关键功能材料与关键制膜技术的研究，对复合膜支撑体和复合层的配方和制膜工艺进行了优化，建立了自行设计、年产2000支复合膜元件生产线。但是膜过滤的性能与国外先进产品仍有较大差距。借助国家膜法水处理专项支持，2002年又从美国引进复合膜生产线，目前进行批量生产和工业试用阶段，应用结果表明，膜性能接近世界先进水平，为替代进口膜元件创造了条件。据悉，目前贵州的一家由“海归”为主组成的公司，也在攻克这一难关，而且进展较快。

三、膜性能解析

世界各生产膜组件的公司十分重视RO膜与组件的技术创新，目的在于开发抗氧化、耐细菌侵蚀的新膜提高膜与组件的产水量、脱盐率等。这些工作已取得一定的进展，如美国DOW公司推出 FILMTEC BW30LE－440膜元件，在约1.05MPa压力下，产水量43.5m3／d，脱盐率大于99％，一个新元件几乎相当换代前的两倍。Fluid Systems公司推出 Premium TFC新元件，其苦咸水和海水膜元件的脱盐率分别高达99.7％和99.8％。日本的东丽公司和日东电工公司己开发出可耐9.0MPa的海水淡化膜，并己在西班牙建造了回收率高在60％的两段RO海淡化装置。

表格  国外典型的海水反渗透组件

1、工程投资低

按从标准海水生产淡水计，目前工程投资为MSF在1800-2000US＄／m3.d，低温MED在1100－1600 US＄／m3.d，RO在700-900US＄m3.d，且RO海水淡化厂建设快，l万m3的RO海水淡化厂可在7个月交付使用。

2、能耗降低

采用功交换器（WOrk Exchanrye Enerar Recovear），将从RO组件排出的高压浓水的压力回收并传递给组件进水，其转达换效率可高达－96％。Scott A.Shumway报导，一种新型的能更回收装置己成功应用到13600m3／d和5000m3／d的反渗透海水淡化装置上，过程能耗为2.6kwh／m3。Gord F.Leitner指出加上预处理能耗，总能耗为2.83kwh/m3。这是近几年在工艺方面的突出进展。

反渗透装置脱盐部分与或级与级之间，可使用能量回收透平，以提高下一段或级的进水压力，提高产水量。原理示意见图1。Steven J.Duranceau等报道，1996年佛里达水服务公司在Marco岛对现有15000m3/d苦碱水淡化进行改造，通过使用段之间的能量回收透平，使系统的产水量增加3780m3／d，增幅达25％。段之间能量回收透平适用于苦咸水反渗透淡化含盐量7500--10500mg/L，淡化能耗降到0.82kwh/m3。在反渗透海水淡化流程中，采用纳滤（NF）作为预处理，即NF-RO系统，NF脱除部分硬度和TDS，从而提高RO的操作压力和水回收率，可进一步降低能耗25％，造水成本可降低30％。

目前各种淡化方法在能耗方面都无法与RO竞争。RO为4－5kwh／m3、ED为14－16kwh／m3、MED为9－10kwh／m3、MFS为12-14kwh／m3。

据联合国提供资料分析，中国水资源总量为28124亿m3，居世界第6位，中国人均水资源量为2340m3，全球排在109位。到本世纪中叶，中国人口预测16亿时，人均水资源为1600m3，成为严重缺水的国家。中国设立668个城市中，缺水城市约400个，严重缺水的城市约108个。这些城市日缺水量为1600万m3，全年缺水量为200亿m3。中国每年工业、生活污水排放量已达约600亿m3，90％的城市水域受到不同程度的污染，尤其南方城市由于采用地表水做水源而地面水又受到不同程度的污染。因此又导致水质性缺水。水是我国经济、社会发展的战略性资源。我国对水资源的开发、利用、保护十分重视。在海水淡化、苦咸水脱盐、废水回用中，RO脱盐技术将发挥重要作用。

第四节   膜生物反应器（MBR）的市场及工程应用

一、前言

膜生物反应器(Membrane Bio Reactor, MBR ) 是一种新型高效的污水处理技术 ,因此受到各国环保和膜技术工作者的关注 。经过几十年的发展 , MBR已在城市污水和工业废水的处理和回用方面成为一种很有吸引力和竞争力的选择 ,并被视为“最佳实用技术。目前 ,全球 MBR 的市场正在加速成长 ,工程应用数量和处理规模快速增加和扩大 。随着 MBR 技术的日渐成熟 ,其投资 /运行费用不断降低 ,其未来发展空间将会更加广阔 。对MBR 的市场现状进行了调研 ,并对其在城市污水和工业废水处理方面的工程应用进行了总结 ,并简单介绍国际国内MBR生产商和工程公司的情况 。

二、MBR 全球的市场现状

市场分析指出 ,当前MBR市场正在加速成长 ,而且这种成长趋势预期会持续10年以上 。全球MBR的市场规模在过去5年里增长了一倍 , 2005年市场销售额达到2. 17亿美元 。预期到2010年 ,市场规模将会达到3. 6亿美元。MBR 市场的发展速度快于污水深度处理设备 ,也快于其他形式的膜法水处理系统 。在欧洲 , 2002 年包括工业和城市污水处理的 MBR市场规模为 3 280万欧元 , 2004年则已达到5 700万欧元。目前欧洲 MBR 的市场主要集中于德国、意大利、英国、爱尔兰、法国、比利时及荷兰等 。未来7年中 ,欧洲 MBR 的市场规模将增长一倍以上。

目前 ,全世界投入运行或在建的 MBR系统已超过2 500 套 。已投入运行的规模最大的 MBR 污水处理工程是位于德国Kaarst市的 No rdkanal污水处理厂 ,设计平均流量为    4. 5 ×104m3/ d (峰值流量为5 ×104m3/ d) 。在建规模最大的是美国 B rightwater污水处理厂 ,设计平均流量为    11. 7 ×104m3/ d,峰值流量为    14. 4 ×104m3/ d。

20 世纪90年代初期 ,欧洲开始采用 MBR 处理工业废水 ,而城市污水的处理则于1996 年开始启动 。在    2002年 —2005年间 ,欧洲各国应用 MBR 处理污水的工程以每年70 个以上的数量增加 ,其中MBR 用于工业废水处理的有    50 个以上 ,用于城市

污水处理的 MBR 系统有20 个以上 (见图    1,其中1998年前特指1990 年 —1998 年 ) 。美国和加拿大的 MBR 市场在下一个10 年里也会持续增长 , 2004年 —2006年间 ,美国 MBR 市场的发展速度明显高于其他水工业处理系统 。东亚地区也是 MBR 极为重要的市场 ,中国 、日本和韩国均有大量的 MBR 工程应用 ,截至2005 年 ,韩国已有 1 400多个 MBR 处理装置 。我国目前已有多个正在运行和建设中的规模 ≥1×104m3/ d 的    MBR 工程项目 , 并会在将来MBR 全球市场发展中占据越来越重要的位置 。

图    MBR在欧洲城市污水和工业废水处理领域的发展情况

目前市场上已经商业化的系统中 ,大部分为浸没式 MBR。就膜组件来说 ,主要有中空纤维 、平板和管式三种 。中空纤维膜组件的主要供应商有三菱丽阳 (M itsubishi Rayon) 、通用泽能 ( GE Zenon)和    Siemens Memcor等 ;平板膜组件的主要供应商有久保田 ( Kubota) 、东丽 ( Toray)和琥珀    (Huber)等 ;管式膜组件的主要供应商有诺芮特Norit X Flow、Berghof等 。

近几年来 ,随着并购( Siemens并购US Filter、GE并购Zenon、DOW 并购    OM EX、KOCH 并购Puron) 、联盟以及许可协议等的出现 , MBR 市场变化迅速而复杂 。GE Zenon是全球唯一的既提供膜和交钥匙工程 ,同时又做给水和废水处理项目的全球性公司 , Kubota、Mitsubishi Rayon和Norit X Flow 公司则主要提供膜组件 。在欧洲 , GE Zenon已和 Veolia、Ondeo Degremont及VA Tech Wabag公司达成许可协议。Kubota与美国Enviroqu ip公司 、英国的Copa公司 、法国的Stereau 公司以及西班牙Hera公司等达成许可协议 。M itsubish i Rayon 在英国和美国也有类似的许可协议 ,不过它的业务主要集中在中国 、韩国和日本等 。

MBR广泛的应用前景和迅速发展的势头 ,使得越来越多的研究机构和公司参与进来 ,大量的科研成果和工程案例提供的理论和经验使得 MBR 处理系统的可靠性进一步得到提高 。随着污水排放标准的日益提高 、MBR投资 /运行费用的逐渐降低 ,以及对 MBR技术信心的不断增强 ,未来的 MBR 市场具有更强劲 、更广泛的增长潜力 。因此 , MBR 工艺将变得更具竞争力 ,在全球的应用将会更加广泛 ,市场份额将会持续增加 。

三、　MBR 的推广与工程应用

1、　MBR 在城市污水处理中的应用

随着现代工业的迅猛发展 ,城市规模不断扩大 ,城市的用水量和废水排放量持续增加 ,造成城市水资源日益不足 ,水质日趋恶化 。为解决水资源短缺的问题 ,许多国家相继开展了污水再生回用的研究 ,MBR 工艺因其 出水 水质 优良 稳定 而 受 到 广 泛 关注  。早期的 MBR 能耗高 、通量小 、经济性差及膜污染控制技术不完善 ,使其推广应用受到了 。随着浸没式 MBR 的出现和膜材料价格的稳步下降 ,对于城市污水的处理和回用 , MBR 已成为一种很有吸引力和竞争力的选择 ,并逐渐进入大规模商业化的应用阶段 。目前 ,城市污水处理中采用的绝大多数为浸没式 MBR。

在欧洲 MBR 工艺得到了广泛应用。1998 年 ,欧洲第一个大 型    MBR 城 市 污 水 处 理 厂 ———英 国Porlock污水处理厂投入运行 。1999年 , MBR 工艺被用于德国生活污水的处理 ,随后采用 MBR工艺的Büchel、R Êd ingen 和    Perthestinais污水处理厂相继投入运行 。2004 年 ,德国No rdkanal污水处理厂投入运行 ,成为目前世界上运行规模最大的 MBR污水处理厂 。荷兰在处理规模为    240 m3/ d的 MBR中试取得成功后 ,建造了处理能力为    18 000 m3/ d的 Varsseveld污水处理厂 ,并从    2003年开始投资建设处理能力为    ( 6～24 )    ×104m3/ d的 MBR 污水处理厂 。截止到    2006年 ,欧洲已有    100多座服务人口> 500人的 MBR 城市污水处理厂投入运行 。在北美地区 , 20世纪90 年代中期之前 ,由于能耗较高使 MBR 仅限于小型城市污水厂的应用 。随着浸没式 MBR 的出现 , MBR 在城市污水处理中的应用得以迅速发展 。截止到 2005年 ,北美地区已有219个 MBR城市污水处理工程 ,其中    17 个处理规模> 1×104m3/ d。目前 世界 上在 建规 模 最 大 的MBR 污水处理厂 ———B rightwater污水处理厂 ,位于美国 W ashington地区 ,预计将于    2010年投入运行 。日本早在    20 世纪80 年代就开始了 MBR 的推广应用 。日本三井公司采用 MBR 工艺处理大楼的生活污水 ,出水用作绿化 、洗车用水 ,达到了污水再生利用的目的 。目前 ,日本已建有几百套 MBR 污水处理设施 。

我国对 MBR 的应用研究起步相对较晚 ,但发展迅速 ,密云污水处理厂再生水厂    ( 4. 5 ×104m3/ d) 、内蒙古金桥污水处理厂 ( 3. 1 ×104m3/ d) 、北小河污水处理厂 ( 6 ×104m3/ d)等大型 MBR 污水处理工程相继投入或即将投入运行 。

2、　MBR 在工业废水处理中的应用

相对于城市污水处理 ,MBR 在工业废水处理中更具竞争力 ,已经成功用于食品 、啤酒 、石化 、屠宰 、医药 、垃圾渗滤液等废水的处理 。在欧洲 ,早期的 MBR 主要用于垃圾渗滤液的处理 。20 世纪    90 年代 ,欧洲有    30 多个 MBR 垃圾渗滤液处理工程投入运行 。随着浸没式 MBR 的出现 ,MBR 的应用范围逐渐扩展到食品 、化工 、啤酒等其他工业废水的处理 。截止到    2006年 ,欧洲已有300多座处理能力>20 m3/ d的工业废水处理工程投入运行 ,平均处理能力为180 m3/ d。欧洲的工业废水处理市场已趋于成熟 , MBR被视 为“最佳实用技术 ”,其推动力主要来自于欧洲各国和欧盟的法规以及企业内部废水再生回用的经济效益 。按照目前的发展趋势 ,欧洲每年将新建50～60 个MBR工业废水处理系统 。

1991年 ,北美第一个外置式MBR工业废水处理系统在通用公司 M ansfield工厂投入运行 。随后 ,处理各种工业废水的 MBR 系统陆续在美国和加拿大投入运行 。截止到2005 年 , 北美 已建 成    39 个MBR 工业废水处理系统 ,处理对象主要包括食品 、啤酒 、化工 、医药和汽车生产废水及垃圾渗滤液等 。GE Zenon是北美工业废水处理中主要的 MBR 供应商。未来在北美地区，MBR有望在食品加工废水、屠宰废水和垃圾渗滤处理中进一步扩大其应用。与欧洲 MBR 在垃圾渗滤液中的广泛应用相比 ,北美地区仅有一家 MBR 垃圾渗滤液处理系统 。

MBR在东亚地区工业废水的处理中增长非常迅速。自20世纪70 年代以来 ,日本已建成了150余座    MBR工业废水处理项目。在中国 和韩国 ,MBR 也开始得到广泛应用 。特别是在中国 , MBR已经成功用于食品 、石化 、印染 、啤酒 、烟草等工业废水的处理 ,建设了数个104m3/ d 级的MBR工业废水处理 工 程 。这一地区的市场 主要为Kubota和M itsubishi Rayon所占据 。

四、国内MBR市场和应用的现状

国内对 MBR 的研究大致可分为几个方面：（1）探索不同生物处理工艺与膜分离单元的组合形式，生物反应处理工艺从活性污泥法扩展到接触氧化法、生物膜法、活性污泥与生物膜相结合的复台式工艺、两相厌氧工艺；（2）影响处理效果与膜污染的因素、机理及数学模型的研究，探求合适的操作条件与工艺参数，尽可能减轻膜污染，提高膜组件的处理能力和运行稳定性；（3）扩大 MBR 的应用范围，MBR 的研究对象从生活污水扩展到高浓度有机废水（食品废水、啤酒废水）与难降解工业废水（石化污水、印染废水等），但以生活污水的处理为主。

在我国，MBR 同时应用于生活污水与工业废水处理的研究。 这些研究结果都表明：MBR 对各种高浓度有机废水与难降解废水的 COD，NH3-N，SS，浊度等都达到良好的去除效果。

我国人均水资源拥有量仅为 2250m3/（人·\␘0X），不足世界平均水平的 1/4。在我国 600 多个城市中，有300余座城市缺水，真中严重缺水城市有 100    余个，年缺水量近    60    亿    m3，每年因缺水造成经济损失约2000    亿元人民币。华北地区人均水资源占有量只有250—480m3/（人·\␘0X），低于全国人均水平的 1/5，这一地区的所有城市几乎都面临缺水问题。因此污水回用是缓解华北平原水危机的重要措施之一。膜生物反应器技术以其优质的出水水质被认为是具有较好经济、社会和环境效益的节水技术而倍受关注。尽管还存在较高的运行费用问题，但随着膜制造技术的进步，膜质量的提高和膜制造成本的降低，MBR 的投资也会随之降低。如聚乙烯中空纤维膜，新型陶瓷膜的开发等已使其成本比以往有很大降低。另一方面，各种新型膜生物反应器的开发也使真运行费用大大降低，如在低压下运行的重力淹没式 MBR、厌氧 MBR 等与传统的好氧加压膜生物反应器相比，其运行费用大幅度下降。因此，从长远的观点来看，膜生物反应器在水处理中应用范围必将越来越广。在水环境标准日益严格的今天，MBR 已显示出其巨大的发展潜力，将是新世纪替代传统废水处理技术的有力竞争者。

我国对MBR 的应用研究起步相对较晚，但发展非常迅速，密云再生水厂（45000m3/d）、内蒙古金桥污水处理厂（31000m3/d）、北小河污水处理厂（60000m3/d）等大型    MBR污水处理工程相继投入运行。  随着我国水污染和水资源短缺问题的加重，MBR 已成为一种很有吸引力和竞争力的选择，工程数量和处理规模不断增加。

    我国 MBR 技术应用比较成熟的厂家有：天津膜天膜、上海斯纳普、立昇企业、上海德宏、杭州洁弗膜、江苏沛尔膜业、诺卫环境安全工程技术(广州)有限公司、北京清大国华、天津清华德人、北京朗新明、碧水源等。

1、天津膜天

国家批准立项建设的中国最大的中空纤维膜制造基地（年产中空纤维膜超过 300 万平方米）。公司主体的前身是天津工业大学膜科学与技术研究所，先后研究开发了各种材质（PVDF，PS， PES，PAN，PE    等）、各种规格的内压、外压型中空纤维超滤、微滤膜组件及其制造技术。在膜应用方面，其研制的核心竞争技术：连续膜过滤（CMF）、膜生物反应器（MBR）、双向流（TWF）和浸没式膜过滤 (SMF)是膜技术在工程应用方面的关键技术。在膜分离技术装备方面，开发了一系列应用于工程的关键技术设备，部分技术装备被认定为国家级重点新产品。

主要应用业绩：

中国科学院上海应用物理研究所（原上海原子核研究所）膜分离技术研究发展中心从 1980 年开始超滤膜的研究、开发。 1987年，中心研制的"YM    型内压管式超滤膜"获中国科学院科技进步三等奖；1990 年中心研制的"HP    系列板框式超滤装置"获国家级新产品证书；94    年该项目获上海市科技进步二等奖；1996    年"HP2 系列板框式超滤器"获上海市级新产品；1999 年中心研制的 SMB 系列生物型膜包超滤器填补了国内空白。

典型应用

洗衣废水(100m3/d)  

生物制药(300m3/d) 

豆制品废水(10m3/d)    

垃圾渗滤液(150m3/d) 

乳化油废液(240m3/d)

3、立昇

立昇企业自 1992 年成立以来，专注于超滤膜的研发、生产和推广应用。在海南，建有世界最大的超滤膜生产基地，具备年产300万平方米优质超滤膜的生产能力。在深圳，建立了营销总部，负责国内外所有的市场事务。在苏州，建成了占地 88 亩的生产工厂，负责膜产品及其设备的制造。另外，立升超滤产品研发中心也设立在此，立升PVC合金毛细管超滤膜在污水处理及其回用方面有着极其广阔的前景，能把污水处理成再生水，达到回用于生产过程或达标排放的要求，对降低单位GDP 的水资源消耗。MBR系列主要产品是浸入式帘式膜和帘式膜装置。

4、上海德宏生物

上海德宏生物医学科技发展有限公司，座落于上海市杨浦区军工路 1076 号的上海都市电气园区，以“以膜为中心，全方位扫描膜分离市场”为宗旨，成功研发与制造了多种适用于生物、医学、水处理、环境

工程等特种功能中空纤维膜分离材料。德宏公司以自主知识产权研制的五星级合金型膜生物反应器，用于污水处理及中水回用。

经典案例----国内：

     军舰及商用轮船、南极科学考察船的污水处理

景观水处理已超过一年，水通量依然≧30L/m2.h

 味精废水处理已超过一年， 水通量依然≧25L/m2.h

东北区域工业污水处理300m3/d

 工业高温油水分离处理1000m3/d，出油≦1PPM

养殖业污水处理300m3/d

 造纸废水——黑液处理超过两年，水通量依然≧20L/m2.h

 垃圾渗滤液处理240m3/d

 工业硅胶污水处理

---国外：

日本工业污水处理

 南非食品厂污水处理1200m3/d

 中东生活污水处理300m3/d

 东南亚药厂污水处理300m3/d

 拉美地区自来水处理21000m3/d

5、杭州洁弗膜技术有限公司

     杭州洁弗膜技术有限公司（原为浙大凯华膜技术有限公司）是由浙江大学和上海洁弗过滤技术有限公司共同投资组建的高新技术企业,注册于浙江大学国家大学科技园。公司以浙江大学“膜与水处理技术”教育部工程中心为技术依托，拥有具有自主知识产权的多种聚合物膜材料的制膜生产线。公司研究和开发了多种新型的聚合物分离膜器件与设备,主要用于空气和水质净化、废水处理与中水回用、浴液浓缩、萃取回收等分离与纯化领域。公司目前主要产品和技术：聚烯烃(PP、PE、PVDF)、聚醚砜(PES)等中空纤维超滤、微滤膜；聚四氟乙烯(PTFE)平板微孔膜 ZKM系列超滤和微滤膜组件；膜-生物反应器用膜器件；连续微滤技术与设备；膜-生物反应器技术与设备。

6、蓝天沛尔膜业

由江苏蓝天水集团、上海碧景环境科技发展有限公司、南京工业大学共同出资组建的高科技膜业企业。公司联合清华大学膜技术与工程研究中心、中国船舶总公司、上海第九设计研究院成立了技术开发应用中心，专业研发 MBR 膜和 MBR 膜生物反应器。

7、诺卫环境安全工程

联合环境技术有限公司（  United Envirotech Ltd.简称联合环境）是新加坡股票交易所主板上市的环保公司，目前在中国拥有诺卫环境安全工程技术（广州）有限公司、诺卫环境安全工程技术（天津）有限公司、联合国祯水处理（辽阳）有限公司和联合环境水处理（新泰）有限公司等全资子公司。

主要业绩：

注册于天津市高新技术产业园区，以清华大学、天津大学为技术依托。公司在采用天津大学的膜生物反应器科研成果的同时，通过进一步的研发优化，较好的解决了膜污染与膜堵塞、装置大型化的放大效应以及自控技术问题。通过将膜维护与清洗技术、模块化技术、微生物富集优化技术以及电气自动化技术集成，成功的开发出了 5m3/d～50000m3/d 的系列污水处理技术。

青岛流亭机场污水回用工程（2700m3/d）

内蒙古鄂尔多斯羊绒集团工业废水处理工程（1500m3/d）    

9、北京朗新

      北京朗新明环保科技有限公司是北京市海淀区中关村科技园区的高新技术企业，公司成立于 2001 年 3 月，隶属于中国国电科技环保集团有限公司。在废水回用处理、烟气处理等方面拥有多项专有技术，并于 2003 年引进加拿大 ZENON 公司浸入式中空纤维膜技术。主要业绩：

    华能呼和浩特金桥热电厂再生水回用工程，规模3.6 万吨/d，主要工艺为曝气+MBR；

山西柳林城市再生水回用工程，规模3.0 万吨/d，主要工艺为A2/O+MBR；

华能乌拉特电厂再生水回用工程，规模7000 吨/d，主要工艺为A/O+MBR；天津泰达开发区工业园区污水处理工程，规模2000 吨/d，主要工艺为    A/O+MBR。

10、北京碧水源

     北京碧水源科技股份有限公司成立于2001年，由归国留学人员创办，注册于北京中关村高科技园区，注册资本1.1亿元人民币，是专业从事污水处理和废水资源化业务，以膜生物反应器MBR技术为核心的高科技公司。

“碧水源”是中国污水资源化技术的开拓者和领先者，也是中国膜生物反应器（MBR）技术大规模应用的先行者。在膜生物反应器（MBR）应用技术领域处于国内先进的水平，在MBR工程应用方面颇为成功。 

11、北京清大国华环保

以清华大学和中科院专家教授为核心成立，以膜法水处理技术与污水资源化、新型高效环保设备、难降解废水处理为主营业务。典型工程有：

徐州开元四季新城小区中水回用工程（600m3/d）

徐州卷烟厂污水处理与再生回用工程（2000m3/d）

北京香山别墅小区中水回用（1000m3/d）

北京怀柔粪便消纳厂污水处理工程（425m3/d）

12、国内其他MBR生产及工程公司

    除了上述MBR的企业外，还有苏州膜华科技，浙江凯宏、上海蓝景、山东招远膜天等企业生产MBR装置。

五、未来发展

总体而言 ,MBR 是水工业发展历程中的一项新技术 。相对于传统活性污泥法和    SBR 等工艺而言 ,它的投资和运行费用较高 ,但 MBR 工艺能够减少占地面积 ,并提供优良的出水水质 。特别是后续处理单元采用    RO 等工艺时 ,其出水水质有着更高的保障性 ,从而更能显示出 MBR 的优势 。优越的处理性能使 MBR 在工程应用中取得了相当大的成绩 ,但要在应用中进一步提高竞争力和扩大市场份额 ,仍面临着诸多挑战 ,主要体现在以下几方面 :

1、提升膜材料和膜组件的质量 。进一步开发寿命长 、强度好 、抗污染 、价格低的膜材料 ,对膜组件的研究应朝着处理能力大 、能耗低的方向发展 。

2、膜污染及其控制策略 。利用分子生物学 、显微可视化方法等深入研究膜污染机理 ,探索更为有效 、简便的方法以控制和减缓膜污染的发生与发展 。

3、MBR 的经济性 。与传统工艺相比 , MBR费用仍偏高 ,需进一步降低其能耗以增强 MBR 的竞争力 ,因此需加强对 MBR 经济性的研究    (如能耗 、清洗费用 、劳动力成本等 ) 。

4、MBR 处理规模和应用领域 。扩大 MBR 的处理规模和应用领域 ,尤其是对高浓度污水和难降解废水的处理 ,解决 MBR 用于大规模工程项目中出现的新问题 。

5、膜组件的更换与标准化 。除新建项目外 ,已有 MBR 污水处理项目中膜组件的更换 ,将进一步拉动 MBR 市场的发展 。以每年的市场增长率为10% (新建项目) 、膜组件的平均使用寿命为5年计 , 膜组件的更换最终将占到每年膜销售量的40%。为进一步降低膜的成本费用 ,提高 MBR 工艺的经济性和竞争力 ,有必要对 MBR 的膜组件进行标准化设计 。

随着更为严格的污水排放标准和减少地下水使用量的要求 ,将污水处理后回用就显得更加重要 ;而地表及地下水污染带来的饮用水安全问题也逐渐提上日程 ,MBR 工艺为此提供了可靠的技术支持和新思路 。这些必将促进 MBR的进一步发展 :

1、城市污水的再生回用 。MBR 在这方面已经有不少工程应用 。随着处理规模的进一步扩大 ,大型 MBR 的设计 、运行经验需要及时总结 ,应尽快建立 MBR 处理城市生活污水标准化设计准则 ;为了保证出水的安全性 , MBR 对新型化学物质    ( EDCs,PPCP等 )的去除 ,及 MBR + RO (NF)生产高质量的回用水将会受到更多关注 。

2、工业废水的处理与回用 。MBR 在各种工业废水处理中将会得到更为广泛的应用 。在工业废水处理中 ,应注意组合工艺的开发和应用 ,如 MBR+物化处理工艺 、高效菌+MBR工艺等 。由于工业废水成分的复杂性 ,膜污染控制应予以特别重视 。

3、饮用水源水的净化 。如微污染水源水净化 、地下水脱氮处理等 ,都是今后值得研究的课题 。

第五节  膜技术在工业工艺分离上应用的市场分析

一、膜技术在工业工艺分离中的应用概况

     膜分离技术在工业工艺分离上面的应用在国内的历史不过10多年的时间。最早应用的行业是酶制剂行业，后逐渐发展到其他如制药，食品等行业。工业膜分离工艺中，主要应用到的膜技术有：超滤、微滤、纳滤，工业用反渗透等；按膜材料分，主要有无机膜和有机膜；按膜组件的来分，主要有管式膜，平板膜，中空纤维膜，卷式膜等。工业膜分离的工艺如下：

目前已经有多个行业成功应用膜分离工艺：

1、膜分离技术原料药中的应用

如在VC、青霉素、头C等大品种原料药中都有大量的成熟应用。用到的膜技术主要有：陶瓷膜、平板膜、卷式纳滤、工业反渗透以及中空纤维膜等。主要应用在发酵液的处理，物料的浓缩分离等方面。

2、在食品及食品添加剂行业的应用

如氨基酸的生产工艺中，目前膜的应用非常成熟，并且应用量很大。

3、在中药提取工艺中的应用

    中草药有效成份的提取、分离按传统生产工艺处理，存在生产周期长、损失量大、收率低等问题，在除杂 、除菌 、除热原等方面具有极大的不稳定性，严重影响了制剂的品质；并且耗费大量水电、能源及有机溶剂 ，造成生产成本增加 。而采用陶瓷超滤、微滤等技术则可以避免以上缺点，大大降低生产成本提高产品质量。 

膜分离技术在中药制剂中的应用：

　（1） 膜法精制中药口服液、药酒。中药口服液是近年来我国医疗保健行业大力发展的新剂型， 由于其疗效好，见效快，服用方便等优点，受到广泛好评。原生产工艺采用水提醇沉法，不仅流程长，产品黏度大，提取液中还含有大量亚微粒、微粒和絮状物等杂质。难以用一般的沉降、板框过滤、浸取等方法精制，故成品静置后易产生沉淀，影响口服液的外观及品质。如果采用相应的截留分子量的膜进行超滤后，再进行罐装，则可以保证 产品外观透明鲜亮、口感改善、保质期延长， 同时还可简化生产工艺，为企业节约成本开支。主要工艺流程如下： 

　　 药材煎煮→水提液→微滤除杂→超滤提纯→成品罐装

　　 由此可见，膜法处理中药口服液可以简化生产工艺，缩短生产周期，取代传统的板框过滤、硅藻土过滤等，有效去除鞣质、淀粉、树脂、蛋白、果胶等。并且得到的产品无论是澄清度、透光度和稳定性都明显提高。长期存储澄清度不变。口服液不再有沉淀和挂壁现象。

（2） 水提液无需冷却可直接过滤。由于胶脂类的物质被膜分离除去，料液浓缩时黏度大大降低，使浓缩蒸发和后序过滤大大方便，缩短了时间降低了成本。

（3）尤其是需要两次醇沉工艺的品种，采用膜技术可以取代一次醇沉。节约大量乙醇，大大降低其生产成本，还能降低乙醇回收所需能耗，缩短生产周期。最近有一家药厂。这家药厂投资几百万元，上了一套陶瓷膜面积200多平方米的设备。用于中药水提液的过滤，取代一次醇沉。仅此一个品种（一种口服液），每年就可以为企业节约190万元(这套陶瓷膜分离设备还可以进行多个品种的过滤生产)。同时，使工艺过程由原来的15天缩短为现在的10天。产品的质量也得到了明显的提高。用他们自己总结的话说：“新工艺能显著提高产品的收率和品质，缩短生产周期。省去了大量的乙醇及蒸发浓缩过程，减轻后工序的运行压力，从而降低了生产成本，更主要的是保证了药液的澄明度，提高了产品的市场竞争力。仅此一项殊荣，即可带来中药界的关注，为中国的国药走出国门起到了跳板的作用”。目前，这家药厂正在计划用膜技术进行常温下药液浓缩，从而取代双效或三效蒸发浓缩，实现企业全方位现代化，自动化。

（4）能保持原配方的成分，提高产品中有效成分的含量。(无论是固剂还是口服液等)中草药的成分十分复杂，通常含有生物碱、有机酸、酚类、皂甙等化合物以及蛋白质、黏液质、鞣质、多糖、淀粉、纤维素等。一般而言非药用性成分或药用性较差的成分，分子量都很大（从几十万～几百万道尔顿）,而有用成分即中药的目标产物的分子量一般较小，从几百到几千道尔顿。传统的水提醇沉工艺不能将高分子量的非药用成分去除。所以使药液中有效成分（既目标产物）的浓度降低，患者服用剂量加大，不仅给病人带来服用时的不便和痛苦，同时也使中药容易吸潮变质，难以保存。如采用膜分离技术，就可以解决这些问题，去除非药用性成分，使患者用药少而精，提高疗效。对企业而言，包装、运输等方面的费用也会随之下降许多，同样也能降低成本。

（5） 中药针剂，除菌、除热原，无需高温或其他化学方法，在常温下进行，效果好，完全能达到药典要求。 采用超滤膜去除中药注射剂中的热原，可缩短生产周期，且大大提高产品稳定性。超滤膜并不会截留药液中的有效成分，在热原去除的同时，还可以相应增加产品收率，比用活性炭等吸附剂吸附除热原、高温消毒除热原的传统方法优越许多。将膜分离工艺应用于中药注射液除热原是中药产业开发的主要应用项目之一，也是中药产业现代化中最具开发前景的项目。科研实验室引入小型膜实验设备，还将大大促进中药注射液新品种的开发。

（6） 中药药液的除油。传统的中药制药多使用醇沉工艺，溶于乙醇而难溶于水的植物油和胶质在酒精蒸发后会从药液中析出。目前，常用的去除方法是用食用石蜡等进行萃取。这种方法不但需要消耗大量辅料，费用大，且劳动强度大，环境条件差。采用膜技术除油，效果好，且大大降低生产成本，实现自动化，改善工作条件和环境。 

（7）膜技术工艺简单，设备占地少，操作容易，开停机方便，运行费用低，闭和回路运行，使生产过程清洁，卫生，环保。

4、膜技术在染料（印染）工业中的应用

     近年来，随着人们生活水平的提高以及纺织印染下游工业对环保的日益重视，对染料的要求也越来越高，色彩鲜艳、上染率高的环保染料、无盐液体染料倍受欢迎，膜分离技术作为染料后加工的重要技术手段，在提高染料品质、实现清洁生产工艺上的巨大作用已得到广泛的重视与应用。

尽管超滤技术与反渗透技术在染料工业皆有成功的应用，但应用最广泛的仍首推纳滤技术，纳滤技术同时具备脱盐与浓缩的功能。脱盐是生产高品质染料至关重要的步骤。大量的实践经验已经证明, 唯有减少染料中的盐分才能提高染料的着色强度、才能为添加辅助助剂创造一个稳定的溶剂条件。液体染料则要求几乎完全剔除染料生产中所产生或外加的无机盐, 以保证其产品的稳定性与溶解度。   

卷式纳滤膜组件图

管式纳滤膜组件图

（白色部分为膜芯）

染料纳滤的作用

脱除小分子无机盐提高染料强度

取代盐析压滤工艺减少废水排放、缩短工艺过程

节省原辅材料、回收产品

提高染料浆液浓度、降低干燥成本

适用于活性染料、酸性染料、直接染料及增白剂等水溶性染料

二、工业膜分离行业的市场分析

     膜分离技术应用在工业分离行业的技术难度比较大，使用门槛也比较高，但只要选择好一个行业，也必定大有所为。根据中国膜工业协会的统计，2008年中国工业膜分离行业的销售额为20亿，其中国内生产的组件和设备大概占到30%左右。大部分的组件还依赖进口。国内的膜公司中，从事工业分离的企业主要有：三达膜科技（厦门）有限公司，南京久吾高科技股份有限公司，凯能高科技工程（上海）有限公司等。另外还有20多家小规模的膜公司，其一般也是从这三家公司出来的人自己创业而成立的。

     因为工业膜分离行业工程难度比较大，对应用工艺的了解要求很高，所以目前这个市场相对其他行业，竞争还不是很激烈。有不少公司专业在一个行业的应用工艺中进行开发推广，也有不小的收益。

     工业膜分离行业的应用范围：

           第三章     国内主要膜工业企业分析

一、天津膜天膜科技有限公司

天津膜天膜科技有限公司是天津工业大学和中国纺织工业对外经济技术合作公司共同出资组建的高科技企业，总资产近亿元。其前身天津纺织工学院膜分离工程研究所成立于1974年，是国内膜行业中历史较长、规模较大的公司。公司人员组成方面，专业技术人员占70％以上，大多数具有博士、硕士、学士学位，20多人具有高级技术职称。

公司在中空纤维微滤膜、超滤膜、反渗透膜的研究开发方面投入较多，已成为我国膜技术研究和开发的重要基地。

该公司的产品主要是中空纤维膜，型号主要集中在微滤上，另外有少量超滤。 目前年产能大概在100万平米。天津膜天膜不仅是个膜生产商，也是个膜工程商，他们自己接揽工程项目来推广和应用自己生产的膜组件。目前这种商业模式在膜工业企业中比较常见。

    天津膜天膜公司的主要产品都是基于中空纤维膜组件，通过应用的需要进行配套，形成工程应用膜技术，主要技术有： CMF（连续微滤）、MBR（膜—生物反应器）、TWF（双向流）等。目前他们产品也已进入包括加拿大、澳大利亚、曰本、新加坡、韩国等发达国家在内的国际市场。广泛应用于环保、医药、生物制品、食品、工业废水的深度处理和回用、电泳漆涂装、工业用纯水和生活饮用水制备等领域。

1、主要产品有以下几种

中空纤维膜及其组件

连续膜过滤装置

膜生物反应器

双向流装置

实验展示装置

生物装置及其配套

纯化水及设备

2、公司优势及劣势分析

天津膜天膜属于国内典型的学院派膜工业企业，在膜材料的研发和组件的标准化生产方面颇有建树，也拥有不少专利技术。但在膜组件的工程应用技术以及膜使用寿命控制等方面则是他们的短腿，不仅跟国外大公司相比，甚至跟国内一些企业相比都显得落后。这个可能跟他们长期产学不分，工程应用不足有关。随着国外公司的进入，和国内其他公司的崛起，技术创新和重视实际应用已经成为膜行业的共识，天津膜天膜的发展必然会遇到更大的挑战。

二、  蓝星清洗股份有限公司

中蓝膜技术有限公司由蓝星清洗股份有限公司控股，成立于2001年4月，主要经营膜技术和膜设备及相关材料的研制、开发、生产；膜工程的施工；膜产品的销售、监制；技术咨询、转让。

蓝星水处理是目前国内膜法水处理行业最大的工程公司，在全国已经运行的水处理项目达几百个。蓝星清洗股份公司是央企中化总公司的子公司，拥有比较多的资源。但也遇到发展瓶颈，主要表现在目前水处理行业市场化已经比较成熟，膜产品和工程项目比较的更多是性价比，而蓝星长时间的资源垄断，导致了他们的成本具高不下，一时难以适应市场化后的水处理市场。

三、  汇通源泉

汇通源泉环境科技有限公司是目前国内最大的复合反渗透膜生产基地。公司全套引进美国复合膜生产线以及工业化工艺技术，主要设备和技术都来自于美国，没有自主产权。

汇通源泉的膜产品及技术主要应用于食品饮料、医疗制药、市政供水处理、工业用高纯水、锅炉补水、海水淡化、电子行业超纯水、废水处理与回用及物料浓缩提纯等行业。

该公司于2003年成功实现了超低压聚酰胺复合反渗透膜和低污染复合反渗透膜的批量生产。

复合反渗透膜是21世纪水处理系统的核心技术和核心材料,具有净化率高、成本低等优点,广泛应用于海水淡化、硬水软化、纯净水制取、锅炉补给水处理等领域。相关数据显示,中国是膜消耗大国,工业需求量达350万平方米/年,且每年以20%的速度增长,但我国的复合反渗透膜和组件长期依赖进口。目前，DOW和海德司占了反渗透膜市场的90%以上。日本的东丽、韩国的世韩占有少量市场分额。国内的企业目前占有的市场份额还很少。但国内企业只要在技术创新和成本控制上，投入资源和精力，并且国家已经开始重视国产膜的发展，在上也给予了倾斜，所以相信国产反渗透膜的市场占有率会越来越高。

四、  久吾高科

江苏久吾高科技股份有限公司以南京工业大学膜科学技术为依托，是国内最大的无机陶瓷膜及成套设备的专业化生产企业。公司始创于1997年，注册资本3150万元。公司拥有完全自主的无机陶瓷膜生产和应用的知识产权，公司研制开发的多通道管式无机陶瓷微滤、超滤膜系列产品填补了国内空白，在生物制药、环保废水、食品饮料等领域得到了日益广泛的应用。 

公司拥有膜成型、烧成车间、膜成套设备组装车间等超过5000平方米的现代化标准化生产厂房，拥有多台大容量高温窑炉、挤出机、真空炼泥机等现代化生产设备，自行开发出多种专业化生产装置和检测设备，并申请了多项国家专利。公司拥有一整套先进的分析、检测、制造和调试的设施设备，能够根据应用对象和过程的差异化进行膜材料以及装备的研究开发设计， 优化膜应用过程。开放式的现代化的膜应用研究中心集中了各种规格类型的国内外无机膜、有机膜分离小试中试试验装置及检测仪器，能够随时为客户提供快速真实的试验结果和周密的系统设计方案。

此外，公司根据客户的需要，也做有机膜的工程设备，用于陶瓷膜的配套和工艺链条延伸。

久吾的产品主要应用于医药、水处理、食品饮料、化工、环保、新材料等多个领域。

 五、三达膜科技（厦门）有限公司

    三达膜科技（厦门）有限公司创建于 1996 年，是新加坡三达膜集团发展中国及亚太地区事业的核心企业，主要提供与分离纯化、清洁生产相关的工艺技术开发和综合解决方案，业务领域集膜软件开发、工程设计、设备制造、系统集成、现场安装与售后服务为一体。

作为比较早进入中国市场从事工业膜分离应用的公司之一，三达在10多年间自主研发出一系列适合中国传统产业改造升级的膜应用技术与工艺，成为中国最大的工业膜分离技术提供商，为超过200家企业提供数千套膜分离设备。 目前，三达膜以全面的膜分离技术、齐全的膜资源、丰富的工程经验、过硬的设备质量、优秀的服务支持、卓越的创新能力获得了客户的认同与良好的口碑，成功占领中国医药领域及染料领域膜应用市场的半壁江山以上，在中国工业流体分离膜应用市场上的占有率达到10%以上。

三达膜的主营业务有：提供膜组件，设计、制造、安装工业膜分离系统。该公司商业模式，主要是给制药，生物等行业企业提供膜分离工艺和设备，帮助客户开发新的膜应用工艺，通过系统价值倒推的发方式定价系统价格，获取巨额利润。

三达膜的优势在于根据客户的需求，和客户一起对客户工艺进行改造，并且给出适合的方案。他们拥有一个员工比较多的技术团队，主要工作是在客户现场，通过做小试，中试实验，与客户一起进行工艺开发。不管是大项目，还是小项目，这个做法都可以先入为主。为以后遇到的招标或者其他竞争，打好基础。

三达膜在2005年通过资本运作，成功控股德国M-N公司。目前三达膜的膜片和其他有机膜的组件都该公司生产制造。10多年来，三达公司的平板超滤已经销售超过500套，每年光换膜收入就达到几千万人民币。

第四章 膜工业未来需求预测

水是我们生命中最重要的物质之一，从生命的开始到结束，都离不开水。在烈日炎炎的夏日，一瓶清醇爽口的纯净水远远胜过一顿美味佳肴。殊不知这众多的纯净水，超纯水，太空水绝大部分都是膜的杰作。全世界有6０多亿人口，每一张口都渴望洁净的水，这种需求给膜提供了极大的市场。膜是饮用水净化和纯化的最佳手段，使用膜可以去除水中的悬浮物、细菌、有毒金属物质和有机物，大大提高人们饮用水的质量。在城市供水中生产用水占９０％，居民生活用水占９％，而饮用水仅占１％。分质供水就是把这１％的水使用膜技术进行深度处理，使之达到饮用水标准。目前我国沈阳、上海等地已建成分质供水的住宅小区。反渗透是海水渗化和苦咸水淡化最经济的方法，是解决广大干旱地区饮用水和工业用水最有效的方法。

城市污水是一个重要的潜在水资源，使用膜生物反应器进行城市污水处理，可以生产出不同用途的再生水，是解决水资源匮乏的重要方法。以北京为例，目前已建成的城市污水处理厂有３座，正在建造的有４座，近年将建成１５座，到２００8年城市污水处理率将达到10０％。北京每天有3００多万吨废水排出，这些废水若使用膜及相关技术进行深度处理，处理水可作为工业冷却水、绿化用水和城市杂用水，这样既可以极大地缓解城市用水需求，同时城市水资源也可以得到充分利用。仅此一项北京市每天至少可以排出１００多万吨污水，同时可以节约１００多万吨水资源，每年可以节约用水３．６亿多吨。工业生产过程产生的废水、污水和废渣，其面大、量广、危害深。如含油废水、电镀废水、含酚废水、食品加工废水等，若处理回用，既回收了资源，也保护了环境，在这方面膜技术的作用也是非常引人注目的。反渗透法使电镀废水循环再用，荷电超滤膜使汽车等行业广为采用的电泳漆工艺实现了清洁生产，无机膜和电渗析结合是钛白废水回收再用的好途径，离子交换电渗析（ＥＤＩ）技术部分代替离子交换而不要酸碱再生，双极膜技术使各种废酸、废碱、废盐水重新再用，超滤法成功地将尼龙纺织上浆的ＰＶＡ废液浓缩回用，印染废水的膜法处理使染料和水同时回用，反渗透法成功地将尼龙的单体己内酰胺浓缩回用，超滤可能成为每年数亿吨含油废水回注的关键技术……近年来光催化降解工业废水的研究备受重视，若能利用太阳光实现这一高级氧化过程，则对环保有非常重要的战略意义。

      国际上的膜技术产业已初具规模，2008年国外上网的膜和膜设备的生产厂家及经营公司达４５２家。１９９４年世界膜市场的销售总额为３０亿美元，１９９７年达到４０亿美元，１９９８年为４４亿美元，１９９９年为４７亿美元，年平均增长速率为１０％左右。由此可以推测，到２０10年，世界分离膜的市场销售额将达到1８０亿－－2００亿美元。到２０１5年将达到250亿－－300亿美元。

随着我国国民经济的发展和人民生活水平的提高，膜技术的应用领域将不断扩大，预计在５年内，国内膜技术市场需求可达到3００亿元人民币。以油田污水和回注水市场为例，在多种处理技术中，只有采用膜技术方可以达到使用指标，仅辽河油田注水站约４５个，每个站处理的规模至少为１万吨／天，仅此一项市场需求就在２０亿元人民币左右。１９９５年中国膜工业协会宣告成立，标志着我国的膜技术产业已基本形成。但与国际先进水平相比，我国膜工业的整体技术水平尚存在５－－１０年的差距。

在未来，我国的膜技术和膜产业将围绕水资源开发、水处理、气体分离、天然气净化、回收有用物质和人类健康等市场需求，建立工业新技术、节能新技术、环保新技术和生物工程新技术，迎接知识经济的新时代。在我国现已经成熟并工业化的膜过程，如微滤、超滤、反渗透、电渗析和气体分离仍将占有相当的市场份额；正在进行中试放大的膜过程，如无机膜、渗透汽化、纳滤以及膜生物反应器将有较大的发展，其市场份额将接近已成熟的膜过程。

第五章 我们的优势和市场定位

一、我们的优劣势分析。

  （一）优势

   1、可控的成本

     公司的成本不仅包括生产成本，还包括研发成本，技术试验成本（不同于研发），人力资源成本，市场开发成本等。目前，我们的产业化公司虽还没有成立，但我们的研发，膜生产、检测等设备已经准备就绪，前期工作已经逐步展开。而这些费用主要来源于国家的拨款，这是别的企业所没有的优势。而对于一个初创业的高科技企业来讲，这一点很关键。

   2、背景支持

      中心股东都具有或中科院背景，同时中心产学研的能够为产业化公司的顺利发展和产品市场开发提供不可多得的条件。

   3、核心技术优势

      膜项目技术带头人具有国际大公司十多年工作背景，精通各种膜和组件的生产和研发。并且通晓国际几个膜公司的情况。我们不仅可以做超滤中空膜，还可以做反渗透，以后还可以做纳滤等，我们的技术团队是个技术全面的团队。国内几家膜生产厂商，他们一般也只是在某个过滤级别上有优势，目前国内基本上还没有能够做全系列膜和膜组件的厂商。另外，因为我们的膜是我们自己研发和生产，这个就具有根据客户的需求，研制特殊材料和用途的膜产品，这就是膜产品的可定制性，一般定制的膜附加值都比较高。

   4、年轻高学历的团队

   中心膜项目组平均年龄不超过28岁，基本都具有研究生以上学历。年轻人的优势是有冲劲，具有想尽快取得事业成功的欲望。并且他们可塑性比较强，能为我们产业化的研发，技术甚至市场开发提供强有力的人才支援。

   5、较好的区位优势

   上海地处经济发达的长三角核心区域，周边的江浙一带是我国重要的经济省份，快速发展的经济给当地带来财富，也给当地水系带来了比较大的污染。随着经济的发展和人民生活水平的提高，对环境卫生的要求也越来越高。所以，长三角地区以膜技术为核心的水回用和污水处理项目会越来越多，膜的市场会越来越大。膜技术应用是对售后的技术维护和咨询要求很高的一个行业，离市场越近，机会越多。

二、我们的市场定位

   1、水处理方面以买组件为主，适当做些示范工程

     目前国内的膜市场中，纳滤和反渗透基本都是国外企业和品牌占据市场主要分额。国内企业比较擅长超滤和微滤，不过也就是集中在中空纤维膜方面。所以目前国内膜企业的膜产品系列还很不完善，在一些大型的水处理项目中，对国外企业的产品依赖性很大。在一个水处理工艺中，尤其是再生水工艺中，使用膜的规格会比较多，所以各种膜类型的衔接就是工程设计者很头疼的事情。而我们有技术实力可以研发生产全系列的膜产品，给客户或工程公司提供可以满足整个工艺链的产品。我们还可以针对常用的水处理的工艺，开发出整套的膜工艺，减少工程公司的风险和设计成本。

2、工业工艺分离膜开发

    工业分离膜工艺比较复杂，与客户的产品工艺集合比较密切，需要投入比较多人力物力进行工艺开发。但如果开发成功，复制性会很好，比较容易在某个行业中快速推广，并且工业分离行业，竞争比较少，产品利润也比较高。

在这个市场中，我们首先关注已经成熟应用的工艺，寻找可以替换膜组件或膜片的机会。据我们所了解，目前国内，每年的工业分离膜的换膜市场大概有5个亿人民币左右，主要的市场占有者是：KOCH、GE、三达膜，南京久吾等。我们能够通过更高的性价比，进入这个市场。

目前，我们正在开发制药，食品添加剂、乳制品等行业的膜应用工艺，相信不久的将来，我们会有一个一个的膜应用新工艺开发出来，并且快速的推向市场。