膜法水处理行业发展研究报告.docx

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膜法水处理行业发展研究报告

膜法水处理行业发展研究报告

“十三五”规划以来，国家对环境保护已经到了一个高度重视的程度。

全国各行各业都在开展环境保护工作。

而作为生产制造业的企业来说，保护环境问题更是严峻。

环境资源部门要求每一个生产企业都要针对其可能产生的污染进行处理，水污染处理尤甚。

膜法是水处理行业主要工艺，那么膜法水处理的行业究竟是一个什么状态。

第一部分

一、水处理行业概况

我们先来普及一下污水处理市场概况、水处理过程及膜的应用情况。

图一：

中国31个省级水资源供求状况

图二：

水资源质量状况、污水水质的分布

二、污水处理市场的概况

2003-2014年，全国城镇污水处理厂的年均增速达到25.16%，到2014年，数量达到6031座，不过增速已经放缓，2014年增速为12.43%。

同期，城镇污水处理量年均增速达到18.35%，到2014年已经达到494.30亿吨，但增速同样下降到了8.38%。

同时，据住建部数据，2010-2015年城市污水处理能力年均提高6.09%，至2015年已经达到14028万立方米/日，再生水能力提高到2317万立方米/日。

在2010年，城镇污水处理率已经达到72.90%，由于后续数据缺乏，但推测其比率已超过80%，因此未来城镇污水处理走势趋缓，增量空间有限，存量运营将成为关键。

另外，相比于城镇污水处理，工业废水治理市场已经处于减速区间，全国工业废水治理投资完成额已经负增长，2014年增长-7.72%，为115.25亿元。

三、要点总结

截止2015年末，中国约有6500座污水处理厂，城镇污水处理能力约2.17亿吨/日，全球污水处理能力约10亿吨/日。

四、污水来源和处理流程

我们以市政污水处理为例，处理的对象是排放到市政管网中的污废水。

这些污废水有三大来源：

生活污水、工业污水、初期污染雨水，其中，工业污水一般要经过预处理，达到国家和地区的排放标准才能排放到市政管网中。

当然，偷排、不达标排放是另外一个问题。

在对水处理流程中，废水一般要经过初沉池、生化反应器、二沉池等环节，在生化反应器中，由于采用不同的固定微生物的方法，因而出现氧化沟、传统活性污泥法、A2/O、SBR、A/O、MBR等水处理技术。

通常所说的膜法水处理，指的就是MBR水处理技术，目前，其使用的主要是微滤膜和超滤膜。

五、膜法水处理和传统水处理的区别

使用膜法技术可以大幅度提高产水水质。

按处理深度，可将污水处理分为一级处理、二级处理和深度处理。

一级处理的主要目的是去除悬浮状态固体，常采用物理法，对于BOD5的去除率一般在20%~30%;二级处理的目的是进一步去除污水中胶体和溶解性污染物，常使用生物法，BOD5的去除率在90%以上;深度处理以达到更高的处理与排放要求或污水回用为目的。

膜法技术通常用于处理二级处理活性污泥出水，或者将膜处理系统直接置于生化池，代替原有二沉池、絮凝沉淀池等环节。

使用膜法技术改造之后，传统污水处理工艺可以直接生产出高品质再生水。

可以说，水处理行业具有刚性需求属性；水需求持续增长；污水处理市场快速发展，但增速已放缓；以水处理为主要手段的水资源循环利用是解决上述矛盾最佳方案。

第二部分

一、政策向导

近年来，膜技术水处理行业的相关政策。

二、水排放法规标准

2015年4月国务院发布“水十条”，其中明确：

敏感区域（重点湖泊、重点水库、近岸海域汇水区域）城镇污水处理设施应于2017年底前全面达到一级A排放标准;建成区水体水质达不到地表水Ⅳ类标准的城市，新建城镇污水处理设施要执行一级A排放标准。

“水十条”提标改造投资空间预计约400亿。

三、要点总结

水资源安全是国家安全的重要组成部分，近年来国家大力扶持水处理膜产业的发展。

排放标准越来越高，利好膜行业。

第三部分

一、膜法水处理技术概况

（一）膜技术简介

膜技术是膜分离技术的简称，是仿生物学膜，通过人工材料（膜材料）实现不同介质分离的技术。

膜分离是以对组分具有选择性透过功能的膜为分离载体，通过在膜两侧施加一种或多种推动力，使原料中的组分选择性地优先透过膜，从而达到混合物分离，并使产物提取、浓缩、纯化等的一种新型分离过程。

膜的分离精度主要取决于其过滤孔径大小，可分为微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）膜。

膜技术广泛用于环境、能源、电子、医药等各个方面。

由于膜技术可以去除常规处理工艺难以去除的水污染物，在水处理领域的应用越发受到重视。

不同种类的膜技术分别应用于不同的细分领域，主要包括市政污水处理及再生、自来水处理、工业水回用、海水淡化、家用净水器等。

（二）技术原理

膜材料（Membrane）制作：

膜是具有选择性分离功能的材料，以膜为分离介质，通过在膜两边施加一个推动力（如浓度差、压力差或电位差）时，使原料侧分组选择性的通过膜，以达到分离提出的目的。

根据压差驱动膜分类，或根据孔径大小及可通过溶质大小的不同，膜材料制作可分为微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）膜四种。

膜元件（Element）制作：

膜元件是将膜材料以某种形式组装在一个基本单元设备内，通过较小体积扩大膜面积和提高膜的工作效率的装置。

膜元件的作用是用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩。

膜元件制作分为平板式、卷式、管式、中空纤维式四种。

膜组件（Module）制作：

由若干膜元件与自控系统组成的设备集合体为膜组件系统;膜组件及其系统是实现膜分离作用的主要载体。

膜材料-孔径大小、过滤效果示意图1。

（三）膜材料的材质分类

根据制造材质不同，膜可分为无机膜和有机膜。

无机膜主要是陶瓷膜，玻璃膜，金属膜，其过滤精度较低，选择性较小。

有机膜由高分子材料加工而成，如聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氯乙烯（PVC）、聚醚砜（PES）、聚砜（PS）、醋酸纤维素（CA）等，由于有机膜过滤精度较高，选择性大，广泛应用于水资源化领域与工业特种分离等领域。

目前大型水处理方案中使用较多的为偏氟乙烯（PVDF）、聚醚砜（PES）材质制作的微滤/超滤膜元件。

反渗透膜的制造材质多为醋酸纤维素（CA）等。

（四）膜材料的形状分类

根据不同形状，膜可以分为中空纤维膜（PVDF）、平板膜（MBR）、管式膜和卷式膜。

膜的形状是由制作和装配工艺决定的，中空纤维膜在水处理应用领域使用广泛。

平板膜一般仅在水资源化领域中的部分工艺中使用，如部分膜生物反应器（MBR）中，管式膜则主要用于垃圾渗滤液处理和高固含量液体分离。

（五）膜法水处理的技术类别

根据技术类别分类，主要包括膜生物反应器（MBR）、连续膜过滤（CMF）、浸没式膜过滤（SMF）和双向流膜过滤（TWF）。

膜生物反应器（MBR），是高效膜分离技术与活性污泥法相结合的新型污水处理技术。

其主要工艺原理是用超/微滤膜分离技术取代传统活性污泥法的二沉池和常规过滤单元，实现高效的固液分离和生物菌群的截留，经其处理后的出水直接达到高品质再生回用水标准。

以MBR为核心的三级水处理系统是目前最好、具有一定成本效益的保护水环境和饮用水源的解决方案，多用于污水排放标准高的传统污水厂提标改造、扩建工程，或新建紧凑高效型的污水处理系统。

出水水质远超未来几年的排放标准，出水可安全排放至敏感水环境中、在农业灌溉和工业生产中重复使用，以及地下水回灌。

目前在中国市政污水处理领域MBR使用较为普遍。

连续膜过滤（CMF），是以中空纤维超/微滤膜组件为中心处理单元，配以特殊设计的管路、阀门、自清洗单元、加药单元和自控单元等，形成闭路连续操作系统，原水在一定压力下透过微滤/超滤膜进行过滤，达到物理分离净化的目的。

浸没式膜过滤（SMF），是超低压中空纤维膜技术与连续膜过滤技术相结合而派生出来的一种新型的膜过滤处理工艺。

它使用开放式中空纤维膜组件，将膜直接置于充满待处理水的膜池之中，通过泵的负压抽吸和大气压力，使水透过膜表面，从中空纤维膜内侧抽出，达到过滤净化的目的。

CMF和SMF主要用来处理相对清洁的水，如地表水、地下水、污水处理厂或预处理后尾水、海水淡化和纯水制备过程中反渗透（RO）膜组件的前处理水等。

供水深度净化处理中CMF、SMF应用相对较广。

双向流膜过滤（TWF），是在膜分离过程中，通过对原水的进出方向进行周期性倒换，在分离过滤的同时，利用原水对污染较重的一端进行清洗，以保持膜的良好通透效果，达到持续稳定地进行原水分离净化的效果。

膜法水处理-工艺对比示意图

（六）膜法水处理应用范围

膜技术在水处理方面的应用约占国内分离膜市场的85%份额，是分离膜的主要应用领域。

膜法水处理技术目前主要应用于污水处理（包括市政污水处理和工业污水处理）、给水净化（包括市政给水净化和工业给水净化）、海水淡化（苦咸水淡化）和纯水制备等领域。

大规模水处理中，微滤膜、超滤膜更适用。

在大规模的水处理工程中，包括市政污水处理和工业废水处理，采用膜法水处理工艺的情况下，使用的大部分是微滤膜和超滤膜，这主要与这部分的水处理的要求和该种膜的特性有关。

在大规模污水处理过程中，由于处理量大，最后的出水的标准要求并不高，并不要求达到饮用水的标准。

反渗透膜更适用于生产性用水等领域。

反渗透膜主要应用在生产性工业纯水领域，主要是制药、微电子、食品、化工等技术要求较高的领域，同时在海水淡化也是一个重要的应用领域。

反渗透膜和纳滤膜成本较高，且由于其孔径较小，出水率较低。

比如，对于反渗透膜而言，其进水和出水一般是2:

1的关系，也就是说，至少有一半的水损失掉。

不过，如居民自行饮用，亦或者对于食品、制药等工业生产过程中对水的品质要求较高的话，比如说纯水要求等，在这些生产性或消费性用水中，反渗透膜更加适用。

膜法水处理–应用领域示意图

注：

其他领域-特种分离一般是指发酵、制药等如菌体分离、生物法生产丙烯酰胺、血液透析。

实际应用中需要应用多种膜技术。

（七）膜技术和核心优势

要点总结

膜法水处理的优势明显、出水水质高，市场空间广阔，但成本较高。

第四部分

一、膜行业产业链和利润分布

（一）水处理产业链示意图

（二）膜法水处理产业链示意图

（三）膜法水处理的产业链

上游：

包含膜材料、膜组件制作。

膜材料分为反渗透、纳滤、超滤、微滤四种。

膜组件分为中空纤维式、平板式、卷式、管式四种。

上游膜材料的性能和价格直接影响膜组件设备的性能、膜法水处理工艺的优化空间和水处理设施的投资成本与运营费用。

膜材料/膜元件制作和研发在整条产业链中拥有更高的技术先进性和盈利性。

中游：

包含工程的技术设计、工艺设计、工程建设。

技术和工艺设计主要分为膜生物反应器（MBR）、连续膜过滤系统（CMF）、浸没式膜过滤（SMF）和双向流膜过滤技术（TWF）。

下游：

包含水处理设施的运营、维护。

主要涉及给水处理、污水处理、海水淡化、超纯水制作以及膜的清洗、更换等。

（四）产业链的收入、利润分布

膜法水处理产业链50%以上的收入和利润，都在膜材料和组件的制造环节。

第五部分

一、国内膜技术水处理的发展历程

通过梳理行业产值变化规律，以及相关政策和标志性事件，中国膜法水处理行业的发展经历了以下几个阶段：

1.实验室阶段（2001年之前）：

我国早在1967年就开始了反渗透膜的研制工作，1986年CA非对称反渗透膜实现产业化，1991年MBR技术传入中国，1998年第一个采用MBR工艺的中水回用装置在大连建成，处理量为200吨/天。

这一阶段膜技术主要集中在大学和科研机构的实验室小试、中试阶段装置。

2.小型工程应用阶段（2001-2006年）：

2001年国家推出膜产业化政策，膜法水处理工艺进入深入研究阶段，部分处理量为几百至几千吨/天的小型MBR污水处理工程开始建造，2004年慈溪杭州湾航丰水厂建成，成为第一个规模5万吨/天以上的膜法城镇供水项目。

3.规模