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中国水处理膜市场约占全球近3成,近零排放正迎来强烈需求

作者:易水环保网 发表时间:2022-07-21 09:09:14 来源:第一财经

  近日,国内目前最大的膜法市政污水提标改造项目——日处理水量达315000吨的银定庄市政污水处理厂深度处理项目,开启正式运转。

  始建立于1996年的银定庄市政污水处理厂,是河北省保定市主城区最大的污水处理厂,提标改造后,将肩负改善保定市以及雄安新区、白洋淀生态环境的重要责任。“也因为这样一个特殊的地理位置和责任,它的处理要求更高。”蓝星东丽膜科技(北京)有限公司技术总监朱列平博士说。

  接下来,在雄安新区和白洋淀水体保护中要发挥积极作用的,是东丽的水处理膜。

  “中国2008年就已经成为全世界最大的水处理市场,据我们的调研,中国也是全球最大的膜产品应用市场。当前,全球所有的膜厂家也都已经进入中国市场。”朱列平说,随着3060双碳目标的提出和推进,中国的水处理市场也正在形成近零排放的强烈需求。

  

  河北省保定市银定庄污水处理厂提标改造项目(由河北建设集团股份有限公司提供)

  必须达到地表水Ⅳ类要求

  银定庄项目,是一个考验。

  目前国内市政污水处理流行的提标改造标准,是将出水水质从城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)的国标一级B提高到一级A,但银定庄项目要求出水水质不仅要提高到一级A,还要再进一步提高到地表水环境质量标准(GB3838-2002)Ⅳ类。

  这意味着什么?

  朱列平说,以化学耗氧量(COD)指标来看,如果出水水质达到国标一级A,那么COD达到50毫克/升就可以排放。但要达到地表水Ⅳ类水体标准的话,COD浓度就必须小于30毫克/升。

  以总磷(TP)指标来看,一级A要求排放标准≤0.5毫克/升,而地表水Ⅳ类则要求提升到0.3毫克/升。另外,一级A排放标准对于悬浮物(SS)的浓度要求控制在10毫克/升以下,而地表水IV类标准虽然没有明确的SS要求,但作为“华北明珠”的白洋淀负有环保责任,业主方要求排放水的悬浮物必须小于5毫克/升。

  “处理水是要排放到白洋淀的,有机物以及磷和氮是造成湖泊水源富营养化的主要原因,而悬浮物会影响水体的清澈度,所以指标的提高,对今后白洋淀水体的保护会起到非常重要的作用。”朱列平说。

  要完成这些更高的指标要求,对水处理工艺以及膜的要求自然也非常高。提标改造的主要指标是COD/BOD/NH3-N/TP,这些指标的改善主要依靠在既有生化处理工艺基础上,增加物理方法比如混凝除磷、最后加上UF工艺,来去除水中胶体、微小颗粒、细菌等微生物,以达到拥有中水使用功能的IV类水体标准。

  水处理膜是一种具有分离作用的介质材料,当在膜两边施加压力差或电位差等推动力时,可以使原料侧组分选择性地通过膜,以达到分离提纯的目的。

  按照材质,水处理膜主要分为有机膜和无机膜,水处理行业中常用的是有机膜。按照分离原理和推动力的不同,又可分为微滤膜(孔径0.1-1.0微米)、超滤膜(孔径0.01-0.1微米)、纳滤膜(孔径0.001-0.1微米)和反渗透膜(孔径<0.001微米)。

  因过滤效果不同,几类有机膜往往适用于不同的场景。比如微滤膜主要应用于污水、废水处理等领域;超滤膜在污水、废水处理及回用和给水净化领域应用广泛;纳滤膜主要应用于优质饮用水、软化水以及有价成分的浓缩分离等方面;而反渗透膜可应用在工业纯水、海水淡化、纯净水生产等领域。

  此次在银定庄项目中要发挥重要作用的,是超滤膜。

  

  朱列平解释说,因为东丽超滤膜的过滤孔径只有0.01微米,甚至只是其他竞争对手的1/10,因此,它的过滤精度是最小,可以确保实现更高的产水水质。

  同时,东丽的超滤膜采用了PVDF(聚偏氟乙烯)材料和独自开发的热致相法(TIPS)来加工,具有非常好的化学耐久性和物理强度,能够大幅延长膜的使用寿命,保证项目运行7~10年以上且不用更换膜。

  此外,东丽超滤膜的表面有一个特殊的创新性技术发明,即外表面以复合膜的形式形成了致密层,能保证膜不易被污水中的污染物堵塞,进而减少对膜运行当中的化学清洗,降低药剂使用,也可以来降低运行成本。

  更好的产水水质,加上更低的运行成本,这成为东丽拿下项目的关键。 

  项目现场安装了东丽的超滤膜(由河北建设集团股份有限公司提供)

  市政污水处理,是中国水处理市场的一个重要组成。当前,这个市场,也正在不断扩张。

  2021年6月发布的《“十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划》提出,到2025年,我国要基本消除城市建成区生活污水直排口和收集处理设施空白区,全国城市生活污水集中收集率力争达到70%以上;城市和县城污水处理能力基本满足当地经济社会发展需要,县城污水处理率达到95%以上;水环境敏感地区污水处理基本达到一级A排放标准;全国地级及以上缺水城市再生水利用率达到25%以上,京津冀地区达到35%以上,黄河流域中下游地级及以上缺水城市力争达到30%;城市和县城污泥无害化、资源化利用水平进一步提升,城市污泥无害化处置率达到90%以上;长江经济带、黄河流域、京津冀地区建制镇污水收集处理能力、污泥无害化处置水平明显提升。

  截至2020年,全国城市和县城污水处理能力达2.3亿立方米/日,污水管网长度达60万公里,年化学需氧量(COD)削减量约1500万吨,年氨氮削减量约160万吨。2012~2020年,全国河流I—III类水质断面占比从68.9%提升到87.4%,劣V类水质断面占比从10.2%下降到0.2%。

  但是,国家发展改革委有关负责人接受采访时表示,也要清醒看到,我国城镇污水处理发展不平衡不充分,设施建设和运行维护还存在较多短板弱项。全国仍有部分城市、400多个县城污水处理能力不能满足需求,40%左右建制镇尚不具备生活污水处理能力。污水管网建设严重滞后,管网老旧破损和混错漏接严重,雨季溢流污染问题突出,城市生活污水集中收集能力不足。污水资源化利用尚处于起步阶段,城市再生水利用水平不高。各地普遍“重水轻泥”,污泥无害化处置还不规范,资源化利用水平较低。

  基于此,朱列平说,目前市政污水处理主要形成了三大市场空间,一是污水厂的提标改造,二是市政饮用水的深度处理,三是污水的资源化再利用。

  这三大空间,对水处理膜也有不同的需求。“污水厂提标改造的目的是为了排放,所以用到超滤膜、微滤膜就可以了。市政饮用水深度处理的主要目的是去除水中的小分子有机物或者是一些超标的离子,所以要用到超滤膜和纳滤膜。污水的资源化再利用是要把水中的所有离子,包括盐分离子、有机物全部去除,达到无害化和特定的水质要求,所以要用到超滤膜和反渗透膜。”朱列平说。

  东丽是世界上最早从事反渗透膜技术开发的企业之一。1968年就开始了反渗透膜(RO)的研究,距今已经54年。

  现在,东丽已成为世界上少数能同时提供醋酸纤维膜和聚酰胺复合膜的企业,同时也是世界极少数同时具有反渗透膜、NF(纳滤膜)、UF(超滤膜)、MF(微滤膜)、MBR(膜生物反应器)、纤维滤布等全系列膜技术研发与向市场提供全系列商业化膜产品的厂家。 

  中国占全球水处理膜市场近3成

  全球水处理市场巨大,而中国,已经占到全球水处理膜市场的3成左右。

  数据显示,2020年,全球水处理膜材料市场规模达到了2967.57百万美元,预计2027年将达到3901.93百万美元,年复合增长率为3.22%。

  而中国因为水资源匮乏、水质污染问题突出,随着用水需求量持续增长,水处理膜市场也发展迅速,2020年市场规模为846.75百万美元,约占全球的28.53%,预计2027年将达到1278.98百万美元,届时全球占比将达到32.78%。

  东丽膜进入中国,是在2004年。

  当年东丽就在上海成立了水处理研发中心,成为第一家在中国进行水环境方面研究工作的膜供应商。同时重点向国内一些大型污水回用项目、大型电子超纯水项目、煤化工项目、海水淡化项目等提供反渗透膜产品。2009年在节能减排政策全面实施、水处理关键技术发展上升为国家战略的背景下,中国膜与水处理领域的龙头企业中国蓝星集团与东丽合资成立了蓝星东丽膜科技(北京)有限公司(简称:TBMC),将全球领先的反渗透膜核心技术、生产设备和管理团队带到中国。 

  蓝星东丽膜科技(北京)有限公司(TBMC)

  虽然市场空间巨大,但在朱列平看来,中国的水处理膜市场也有自己的特点,比如,中国水质相对较差,膜容易被污染。所以中国市场对水处理膜的第一个要求就是抗污染,膜不能用一段时间就废了,或者用一段时间就马上要清洗。

  此外,水处理膜虽然是高科技产品,但国内往往并不具备较高的工程设计和运行操作条件,所以中国市场对水处理膜的第二个要求就是要耐受各种苛刻的使用要求,比较皮实、耐久。

  另外,因为水处理膜特别是反渗透膜需要高压泵,而高压泵是要耗电的,所以中国市场对水处理膜的第三个要求是节能。

  要获得市场,也必须及时回应中国市场的独特要求。朱列平说,东丽从2011年开始一直在做相关研究开发,一个典型的产品就是“拓夫™”膜。

  针对于中国水质的复杂性,以及项目中不合适的预处理或误操作而导致的水处理系统的整体运行不佳,东丽对反渗透膜进行精密的界面聚合技术升级,通过不断改善反渗透膜的功能层结构,实现产品升级。基于这项技术而产生的反渗透膜,被命名为TOUGH(拓夫™)膜。

  相较于其他同类产品,“拓夫™”膜脱盐率达99.8%,在行业内领先。同时,具有优异化学耐久性的“拓夫™”膜元件,能够适应更为苛刻的化学清洗条件(pH范围值1-13),轻松面对日趋严重和复杂的水质处理要求。

  “这个膜产品出来以后,很快得到了国内用户的理解和采用,也走向了世界,用于全世界的水。这是从中国走向世界的一个很好的例子。”朱列平说。

  

  蓝星东丽膜科技(北京)有限公司的拓夫™红膜

  持续回应中国市场需求,也推动蓝星东丽成为国内拥有整套全自动制膜卷膜技术的反渗透膜供应商,同时也是国内少数拥有全系列水处理膜产品的标杆企业。

  截至目前,蓝星东丽已经实施的项目包括了大型膜法饮用水项目(内蒙古100,000吨/天)、大型市政污水回用项目(天津45,000吨/天)、大型工业区综合污水回用项目(北京20,000吨/天)、大型海水淡化项目(青岛100,000吨/天)、国家海水淡化重点示范项目(曹妃甸50,000吨/天)、超大型市政污水深度处理项目(河北315,000吨/天)、大型钢铁废水项目(河北33,600吨/天)、大型煤化工项目(宁夏100,000吨/天)、大型印染废水回用项目(广东90,000吨/天)、大型电子超纯水项目(江苏68,400吨/天)、煤化工废水零排放项目(内蒙古45,000吨/天)等。

  2022年1月17日,东丽旗下的水处理膜生产公司“东丽膜科技(佛山)有限公司(简称:TMFC)”举行了首批生产的反渗透(RO)膜产品的交付仪式。这也使得东丽在中国的RO膜产能大大提升,加速东丽在中国水处理产业版图的扩大。

  近零排放的探索

  水处理市场还在不断发展变化,当前一个主要的变量,就是3060的双碳目标。

  这一目标会对中国未来的水处理市场带来怎样的影响?朱列平说,东丽开展了相应的调研,结果显示未来会形成四个重点市场:

  一是中国大量的工业园区、开发区,会形成区域性水处理需求,也就是水资源的深度处理或水循环利用工程,能有效地将再生水扩展到生态补水、工业生产和市政杂用。。

  朱列平表示,因为中国的经济的快速发展,特别是中国已经是全球的工业产品、生活用品的生产基地,工业是用水大户也是排污的大户。所以工业的水处理和循环再利用将来也是一个很大的市场。

  二是一些大型的高能耗高耗水行业包括钢铁、石化、有色冶金、造纸等,形成的工业废水循环利用工程需求。

  三是农业农村的污水治理。目前农村污水治理率只有25%,远低于城市97%以上的污水处理率。特点是分布面广,水质波动大,不仅包含村落生活污水,还涉及畜禽养殖、水产养殖。膜法水处理技术的有效应用将会大幅降低环境污染并且提高畜禽水产的存活率。

  四是污水的近零排放或零排放。

  目前,这四个重点市场都在快速扩容。

  国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》中提出重点实施“碳达峰十大行动”,其中之一,就是“工业领域碳达峰行动”。

  今年3月,国家发展和改革委员会等部门联合印发《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南(2022年版)》的通知,就科学做好重点领域节能降碳技术改造升级提出明确要求,并对建材、石化化工、钢铁、有色等17个重点行业提出了工作方向和目标。

  “有的行业往往是高耗能和高耗水并列。比如火力发电、石化、钢铁、有色、冶金,还包括造纸、印染等等,都是高耗能也是高耗水的行业。这些行业是我们关注的重点。”朱列平说。

  以煤化工为例,东丽膜产品应用于我国重要的煤化工基地水处理实现系统稳定高效运行,帮助客户大幅降低成本和能耗,有效助推了基地的节能降碳实现真正意义上的绿色生产。

  “在国内的煤化工领域,东丽的膜产品市场占有率是最高的。”朱列平说。 

  中国某煤化工大型项目中东丽水处理膜的应用

  同时,东丽正在针对零排放领域的需求研发新的膜技术,以实现不同行业高盐废水的近零排放。在朱列平看来,虽然近零排放最早是上世纪90年代在美国提出的概念,但从目前的观察来看,中国已经成为近零排放需求特别强烈的市场。

  位于广东省某印染园区,正在进行“近零排放”改造工程。

  朱列平解释说,印染需要大量添加一种助染剂,成分就是硫酸钠,它有利于染料附着在布料上面。如果能够把污水中的硫酸钠从包括氯化钠、硝酸盐等盐分中分离出来,就可以实现回用。

  “我们正在和日本总部的研发中心积极协同来开发适合于近零排放的膜产品,未来这个膜产品不仅可以在中国使用,包括印度、欧洲也需要。这也会成为继‘拓夫™’膜之后的第二个从中国走向世界的膜产品。”

  对于中国这个庞大但又始终在发展变化中的水处理市场,朱列平说,东丽非常强调保持自己的核心竞争力,所以对研发非常重视,企业大约有1/3的员工在从事研发,且每年投入的研发费用也非常多。

  面向中国的3060和全球低碳的目标,水处理膜的技术课题是如何实现更高的分离性能和更低的能耗。因此,东丽将继续开发各种分离膜和其的运转方法的技术开发。在日本,污水处理厂所使用的电量仅约占日本国内耗电量的0.7%。东丽方面表示,对于今后污水处理和再利用领域的技术革新充满期待,今后也会在水处理膜和相应材料的开发上继续前行。同时,位于中国上海的东丽先端材料研究开发(中国)有限公司(简称:TARC),也将会推行应用的开发和优化。

  而接下来,在北京和广东佛山两大生产基地的基础上继续深耕细作,“从生产,销售,技术支持,研发等多角度建立体系,规划布局未来水市场。”朱列平说。


中国水处理膜市场约占全球近3成,近零排放正迎来强烈需求
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