膜处理运营管理产业深度调研及未来发展现状趋势

膜处理运营管理产业深度调研及未来发展现状趋势一、 全球膜材料行业发展趋势（一）技术方面膜材料技术未来发展的重点方向包括：推广应用领域包括海水淡化和苦咸水淡化；处理微污染水，保证饮水安全；实现工业废水和市政污水资源化；进军新能源电池隔膜挑战性领域；提升医疗用膜和医用检测膜水准；加强重大技术设备的核心膜开发。与此相适应，未来各国将开发适用于重点应用领域的高性能膜的规模化制造技术，实现膜组器的优化和革新，建设以膜技术为核心的处理工程。（二）产品方面膜材料产品种类繁多，应用领域极广，而目前全球各类膜材料组件产品中，反渗透膜主要用于海水脱盐及超纯水的制造，而主要用于污水、废水处理及循环利用、给水净化以及海水淡化预处理等领域的超滤、纳滤膜材料也占了较大比重，膜材料的诸多应用潜力尚未完全开发。未来，随着膜产品多元化及技术多元化，产品的应用领域也将变得越来越广泛。二、 陶瓷膜行业技术特点及发展趋势自20世纪90年代我国科研人员在陶瓷膜材料核心技术上取得突破以来，我国陶瓷膜行业经过近二十年的发展，在技术水平和产品质量等方面已经达到或接近了国际领先水平，甚至在个别性能或功能指标上已实现超越，并在生物与医药、化工、食品饮料等过程工业及特种水处理领域探索出了较为成熟的膜分离技术应用工艺。（一）陶瓷膜行业膜材料的创新发展实现陶瓷膜材料的低成本化生产，解决制约陶瓷膜推广应用的成本经济性问题；进一步提高陶瓷膜材料的分离精度及分离稳定性，使其在液体分离领域实现纳滤级别的连续高效运行；实现对陶瓷膜表面性质的调控，通过改变其表面亲疏水性及荷电性、生物兼容性等拓展陶瓷膜的应用领域。（二）陶瓷膜行业多种技术的耦合为满足在不同领域的应用需求，需要在陶瓷膜技术之上进行多种技术的耦合，主要体现为：陶瓷膜与其他膜材料的集成应用；膜分离技术与其他技术的集成应用。三、 机陶瓷膜行业发展趋势陶瓷膜也被称为无机陶瓷膜，是以氧化铝（Al2O3）、氧化锆（ZrO2）和氧化钛（TiO2）等粉体为原材料，采用特殊工艺制备而形成的非对称膜。陶瓷膜具有良好的化学稳定性、耐酸耐碱性、机械强度大、耐高温、分离率高等优良特征，在食品工业、环境工程、生物工程、石油化工、冶金等多个领域得到广泛应用。我国陶瓷膜的起步时间比较晚，在发展初期无法与国外产品竞争，但经过多年发展，国产陶瓷膜企业凭借价格竞争力、产品适用性及全过程服务等优势开始逐步实现进口替代。与其他膜产品相比，陶瓷膜的价格相对较高，但是陶瓷膜凭借着良好的产品性能受到下游用户的欢迎，其具有较强的竞争力，具体表现为两个方面：一方面，陶瓷膜具有较长的使用寿命，主要是因为产品的机械强度高以及耐高温耐酸碱的特性免去膜组件的高频率更换;另一方面，陶瓷膜的膜通量比普通有机膜高近五倍，具备很高的处理效率。四、 无机陶瓷膜未来行业发展前景无机陶瓷膜是一种具有特殊选择性分离功能的无机高分子材料，是以氧化铝（Al2O3）、氧化锆（ZrO2）和氧化钛（TiO2）等粉体为原材料，采用特殊工艺制备而形成的薄膜材料。无机陶瓷膜是高性能膜材料的重要组成部分，也是国家重点大力发展的战略新兴产业，近年来，随着国家政策持续利好，以及相关技术不断突破，我国无机陶瓷膜市场规模逐渐扩大。无机陶瓷膜优势突出，具有耐高温、化学稳定性好、机械强度高、使用寿命长、抗微生物能力强等特点，在化工、食品、医药、生物制品以及污水处理等领域应用广泛。近年来，得益于市场需求不断释放，全球无机陶瓷膜市场发展态势较好，2019年，全球无机陶瓷膜行业市场规模接近52亿美元。与欧美等发达国家相比，我国无机陶瓷膜行业研究和应用起步较晚，受技术、资金等因素限制，早期我国无机陶瓷膜企业的竞争优势不足，国内市场由外资企业占据主导。后随着国内企业自主研发能力提升，以及国家扶持力度加大，我国无机陶瓷膜行业取得了一定的成就，本土企业凭借价格优势、本土优势、渠道优势等抢占国内无机陶瓷膜市场份额，在此背景下，无机陶瓷膜开始逐步实现。2019年，我国无机陶瓷膜市场规模达到58亿元，行业产能接近134万平方米，同比增加129%。从产能分布来看，我国无机陶瓷膜产能主要集中在长三角、珠三角以及环渤海等地区，三大地区合计产能占比达到624%，由此来看，我国无机陶瓷膜产能较为集中。从细分市场来看，根据孔径不同，无机陶瓷膜可分为微滤膜、超滤膜和纳滤膜三大类，目前微滤膜、超滤膜的生产和应用较为成熟，相比之下，纳滤膜在无机陶瓷膜市场的占比较小。纳滤膜的分离精度更高，未来随着相关技术不断突破，以及市场需求升级，纳滤膜市场发展前景较好。无机陶瓷膜是高性能膜材料的重要组成部分，近年来，随着国家政策持续利好，以及相关技术不断突破，我国无机陶瓷膜行业发展态势较好。经过多年发展，我国无机陶瓷膜基本实现了，但与国际先进企业相比，我国无机陶瓷膜企业仍存在一定的发展空间。五、 全球膜材料行业发展现状20世纪80年代以来，随着膜材料分离技术的工业化应用迅速发展，以及膜蒸馏和渗透汽化等膜分离过程技术不断取得突破，世界膜材料产业迎来了飞速发展。目前，国际上膜材料研发及具备产业化规模的生产机构主要集中在美国、日本和欧洲等发达国际和地区，而主要的国际研发机构有法国国家科学研究院、新加坡国立大学、鲁汶大学、俄罗斯研究院、美国能源部、屯特大学等；主要的生产企业包括美国GE公司、陶氏化学公司、GFT公司、UOP公司、颇尔公司、日本东丽（TORAY）株式会社、日东电工公司、株式会社久保田等。从产品来看，以美日为代表的国外企业在高性能分离膜领域优势较为明显，尤其是在反渗透膜领域，正逐步形成了寡头垄断的格局，而其在气体分离膜等热点研究领域优势也比较明显。相比较而言，我国在高性能分离膜研究领域的起步较晚，且中低端产品居多，尤其是在高性能反渗透膜领域仍与国外企业有着较大差距。六、 陶瓷膜各细分领域具体应用情况与前景2010-2012年，合计安装了约2万平方米，行业普及率超过60%，预计2016-2018年氨基酸行业新增产能和传统工艺改造可形成约4万平方米的陶瓷膜材料需求。（一）生物制药行业截至2013年底，行业的普及率约为20%；2014年，在生物医药领域新安装与更换的陶瓷膜约为26万平方米，约占全年陶瓷膜安装总量的491%。（二）天然产物提取行业该行业对陶瓷膜的总需求容量预计将超过7万平方米。2014年化工与石化领域安装陶瓷膜面积与2013年114万平方米基本持平，约占全年陶瓷膜安装总量的215%。（三）食品饮料2014年安装陶瓷膜面积约为075万平方米，同比增幅超过15%，约占全年陶瓷膜安装总量的142%。市场占有率有望逐步提高，成为未来污水处理及回用的主流工艺之一。我国原油产量保持平稳增长态势，2015年产量已达215亿吨，陶瓷膜工艺在该领域将具有广阔市场空间。七、 膜及陶瓷膜的简介膜材料是一种具有特殊选择性分离功能的无机或有机聚合物材料，能够将流体分隔成不相通的两个部分，使其中的一种或几种物质透过，从而将其它物质分离出来。膜材料主要通过其微孔结构进行物料过滤与物质分离，微孔结构的孔径大小决定了其截流物质的范围，孔径分布与孔隙率则是影响膜材料分离精度与分离效率的关键因素。随着膜材料制备技术的发展，膜材料的孔径已由微米级逐步发展至纳米级，其过滤范围也由颗粒过滤扩展至分子级分离、气体分离等，适用范围不断扩大。现代膜材料制备技术，已能够根据物料体系环境和分离要求，精确控制膜材料的孔径大小、孔径分布与孔隙率，从而实现高效分离和选择性分离功能。与传统过滤分离技术相比，膜可以在分子范围内进行物质分离，可实现高精度的选择性分离，且膜分离过程属于连续物理过程，不需发生相变和添加助剂，因此膜分离技术具有高效、节能、环保和过滤精度高等特性，已成为分离科学中的重要技术之一。科技部高性能膜材料科技发展十二五专项规划中指出高性能膜材料是新型高效分离技术的核心材料，已经成为解决水资源、能源、环境等领域重大问题的共性技术之一，在促进我国国民经济发展、产业技术进步与增强国际竞争力等方面发挥着重要作用。高性能膜材料的应用覆盖面在一定程度上反映一个国家过程工业、能源利用和环境保护的水平。通过膜分离技术替代传统过滤分离技术已成为过程工业、水资源利用等领域发展的重要趋势。根据膜材质的不同，膜可分为无机膜和有机膜，其中有机膜是以有机聚合物加工而成，开发应用较早，容易制备、容易成型；但随着膜分离技术及其应用的发展，对膜的使用条件提出了越来越高的要求，有机膜因其材质强度、性能稳定性、耐久性等方面的局限，难以满足各种苛刻环境或复杂条件下膜分离应用的需要。在此背景下，无机膜尤其是陶瓷膜克服了有机膜在耐高温、耐酸碱、耐有机溶剂、机械强度等方面的不足，尤其适用于过程工业及特种水处理等苛刻环境或复杂条件下的膜分离应用，近年来得到了快速发展。根据膜的孔径可分为大孔（孔径50nm）、中孔（孔径范围2-50nm）、微孔（孔径2nm）。无孔致密膜包括纳滤膜和反渗透膜。从膜形态看，目前超滤、微滤多使用中空纤维膜，反渗透、纳滤多为卷式膜。（一）陶瓷膜及其结构陶瓷膜是以氧化铝（Al2O3）、氧化锆（ZrO2）和氧化钛（TiO2）等粉体原料经特殊工艺制备而成的膜。陶瓷膜管壁密布微孔，在压力作用下，原料液在膜管内的膜外侧流动，小分子物质（或液体）透过膜，大分子物质（或固体颗粒、液体液滴）被膜截留从而达到料液不同成分的分离、浓缩和纯化之目的。从结构上看，陶瓷膜一般由支撑体层、过渡层和膜层组成非对称结构，其中支撑体层是构成陶瓷膜的主体结构，为膜层提供必要的机械强度，孔隙率较高、平均孔径较大，是陶瓷膜机械强度、化学稳定性等性能的主要决定因素；膜层是涂于过渡层表面经烧结而成的一层致密陶瓷薄膜，其厚度通常在几十微米，通过采用不同的陶瓷粉体材料与烧制工艺，可以对膜层的孔径大小、孔径分布等进行调节，从而控制陶瓷膜的过滤范围、分离精度等功能指标；过渡层是膜层与支撑体层之间的一层过渡结构，其作用在于防止膜层内的陶瓷粉体渗入支撑体层，帮助膜层与支撑体层更好的结合。（二）陶瓷膜的主要特点和优势目前，陶瓷膜材料制备综合了先进的新材料制备技术，已能够根据物料体系环境和分离要求，通过陶瓷膜材料制备工艺调节陶瓷膜的孔径大小、孔径分布及孔隙率，分离效率与分离精度较传统过滤分离技术有大幅提升。除材料特性外，陶瓷膜分离以错流过滤方式为基础，与传统终端过滤方式不同，错流过滤方式中的原料液流体以切线流过膜表面的方式高速循环流动，过滤液（或称渗透液）在压力作用下透过膜表面滤出，通过原料液的循环冲刷有效抑制了传统终端过滤方式中过滤介质易被阻塞的问题，保障分离过程的连续运行，提高了分离效率与分离精度，并有效降低了分离过程的能耗。基于陶瓷膜的特点和优势，其在苛刻环境或复杂条件下，对高温、高压、强酸、强碱或腐蚀性体系，表现出了其它分离介质或材料所不具备的适用性；且陶瓷膜可在线清洗消毒的特点，能够降低分离设备的操作维护复杂度，提高分离设备的连续运行周期和使用寿命。陶瓷膜材料现阶段主要用于替代传统过滤分离技术，应用于生物与医药、化工、食品饮料等过程分离以及工业废水、油田回注水、垃圾渗滤液等特种水处理领域中的物料分离、浓缩、提纯、净化除杂等工艺环节。在下游领域中，虽然传统过滤分离工艺经过多年应用，工艺技术已相对较成熟，应用较为广泛；但随着陶瓷膜优异综合性能的体现，以陶瓷膜为核心的膜分离技术正逐步替代各类传统过滤分离技术，应用范围不断得到拓展。（三）陶瓷膜分类1、陶瓷膜按照膜的孔径分类陶瓷膜的孔径一般为微米级以下，依据孔径的不同（或截留分子量的大小），可将陶瓷膜分为微滤膜、超滤膜和纳滤膜。目前，已形成产业化规模应用的陶瓷膜主要为陶瓷微滤膜和陶瓷超滤膜，过滤孔径范围更小、分离精度更高的陶瓷纳滤膜在我国尚处于规模化制备技术研究阶段。2、陶瓷膜按照膜的材质分类材质决定了陶瓷膜的物理和化学性能，进而决定了陶瓷膜的亲水性、抗污染性、耐高温性、耐酸碱性、热稳定性等主要性能指标。根据制备陶瓷膜的材料不同，主要可分为氧化铝（Al2O3）、氧化锆（ZrO2）、氧化钛（TiO2）及氧化硅（SiO2）等陶瓷膜。3、陶瓷膜按照膜的构型分类陶瓷膜的构型与其制作工艺有关，通常分为片式膜、板式膜以及管式膜。其中，多通道管式膜因其单位体积内的膜层面积大、机械强度高以及安装方便等优点，适合于大规模应用，而成为工业应用的主要品种。单支（根）膜管称为膜元件。商品化的陶瓷膜元件根据其管长、管径、通道数以及通道直径等参数的不同，还可进一步区分为各种构型。