膜产业：乘“一带一路”之风 拓国际市场
■ 中国膜工业协会 王继文
随着我国工业化和城市化的发展，大量的生活和工业废水排入水体，这些废水中多含有不同浓度的化学成分，造成了严重的水体污染，为保护环境，使其不受污染，并能回收一些有用物质，在工业和城市废水排放之前必须进行净化处理。膜分离技术具有高效分离、设备简单、节能、常温操作、无污染等优点。据统计，全球膜销售额每年以14％～30％的速度增长。膜分离在废水处理中已得到了广泛的应用，并将会成为主要的先进废水处理技术，有着广阔的发展前景。
五大现有技术
1.正渗透（FO）膜技术
①正渗透的原理
用只能透过溶剂而不能透过溶质分子的半透膜将溶剂和溶液隔开，溶剂分子将在渗透压的作用下自发地从溶剂侧透过膜进入溶液侧，这就是渗透现象，也即所谓的“正向渗透”。
②正向渗透膜在水处理中的应用
FO 技术在工业废水处理、垃圾渗滤液处理、海水淡化、高品质再生水处理、市政污水处理、绿色能源、航空航天水处理等行业/领域具有较好的应用前景。我国虽然其技术与膜产品尚未完全成熟，但国内知名公司已通过投资与参股等形式引进国外FO 膜技术和产品，开展FO 技术推广与产业化应用，例如黑龙江国中水务、中工国际控股子公司北京沃特尔水技术股份有限公司等。国内的一些膜技术公司如碧水源等也计划开始FO 膜的研发工作。
2.反渗透（RO）膜技术
①反渗透的原理
反渗透是一种以压力为推动力的膜分离过程，在使用中为产生反渗透压需用水泵给含盐水溶液或废水施加压力以克服自然渗透压及膜的阻力使水透过反渗透膜，将水中溶解盐或污染杂质阻止在反渗透膜的另一侧。
②反渗透膜在水处理中的应用
2008 年中国的RO 膜市场规模就跃居世界首位。目前，中国市场RO 膜产品的销售总额约占全球销售额的30%~35%，成为全球最有潜力的RO 膜市场和国际反渗透膜厂商竞争的焦点地区。在中国RO 膜市场，国外RO 膜产品（例如美国陶氏化学公司、蓝星东丽和海德能公司）占据优势地位，但近几年，国外品牌的市场占有率已有明显下降。
时代沃顿于2001 年从美国引进反渗透膜全流程生产线和工艺技术，研发制造出工业通用膜元件、海水淡化膜元件、抗污染膜元件、抗氧化膜元件和家用膜元件等，其质量和技术水平位居行业领先地位，已经广泛应用于饮用纯水、食品饮料、医疗制药、市政供水处理、工业用高纯水、锅炉补给水、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。目前拥有年产1000 万平方米复合反渗透膜和纳滤膜的生产能力。
3.超滤（UF）和微滤（MF）膜技术
①超滤和微滤的基本原理
超滤和微滤都是在静压差的推动力作用下进行液相分离的过程，从原理上说并没有什么本质上的差别，同为筛孔分离过程。在一定压力作用下，当含有高分子溶质和低分子溶质的混合溶液流过膜表面时，溶剂和小于膜孔的低分子溶质(如无机盐)透过膜，成为渗液被搜集；大于膜孔的高分子溶质(如有机胶体)则被膜截留作为浓缩液回收。能截留分子量500以上、106以下分子的膜分离过程称为超滤;只能截留更大分子(通常被称为分散颗粒)的膜分离过程称为微滤。
②超滤和微滤膜的应用
超滤膜（UF）与微滤膜（MF）是我国发展最快、品种最多、应用范围最广的膜技术，相关膜产品的产业化已具有了一定的规模，涉及的膜材料有聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈、醋酸纤维素及其改性材料等。
超滤、微滤技术可以有效去除颗粒状物质，包括微生物，如隐胞虫子、贾第虫、细菌和病毒。还可通过一定程度地降低消毒副产物前体物的浓度和限制消毒过程中氧化剂需求量来减少消毒副产物。但对水中有机物的去除率很低，仅在20%以下。超滤和微滤的使用范围比较广，能够适用于处理不同的水质量。
国内现有UF/MF 膜制造厂商数百家。近年来，通过自主创新和引进消化吸收，国内企业推出了一系列新技术、新产品。例如在内衬编织管外侧涂覆PVDF的加衬膜、在中空膜丝壁内直接加入几根化纤的“砼式膜”、“中衬膜”等。目前国产的UF、MBR 膜成长迅速，已成功用于国内许多超大型项目，总量上已经开始占据市场优势。北京碧水源、天津膜天膜等国内膜厂家也实现了创业板上市。生产规模较大的知名公司（例如天津膜天膜、海南立昇、北京碧水源、北京赛诺膜、山东招金膜天等）均拥有自己独特的制膜材料配方和成套装备知识产权，例如天津膜天膜公司的PVDF 毛细管式MF/UF 膜、江苏久吾公司的氧化铝/氧化锆/氧化钛陶瓷膜；海南立昇的聚氯乙烯超微滤膜、招金膜天的热致相分离法聚丙烯微滤膜。
4.纳滤（NF）膜技术
①纳滤原理
纳滤(NF)是一种新型分子级膜分离技术，是目前世界膜分离领域研究的热点之一。NF膜孔径在1nm以上，一般在1～2nm;对溶质的截留性能介于RO与UF膜之间；RO膜几乎对所有的溶质都有很高的脱除率，但NF膜只对特定的溶质具有高脱除率。NF膜能够去除二价、三价离子，Mn≥200的有机物，以及微生物、胶体、热源、病毒等。纳滤膜的一个很大特征是膜本体带有电荷，这是它在很低压力下（仅0.5MPa）仍具有较高脱盐性能和截留分子量为数百的膜也可脱除无机盐的重要原因，也是NF运行成本较低的主要原因。NF适合各种含盐水源，水利用率一般为75%~85%，海水淡化时在30%~50%，没有酸碱废水排放。
②纳滤膜在水处理中的应用
纳滤操作压力小，是饮用水制备和深度净化的首选工艺。目前，大多数城市的给水水源均受到不同程度的污染，而自来水厂的常规处理工艺对水中有机物去除率不高，当采用氯杀菌消毒时，氯又会与水中的有机物生成卤代副产物。纳滤技术能够去除绝大部分的钙、镁等离子，因此脱盐是纳滤技术应用最多的领域。膜法水处理技术在投资、操作和维修及价格等方面与常规的石灰软化和离子交换过程相近，但具有无污泥、不需再生、完全除去悬浮物和有机物、操作简便和占地省等优点，应用实例较多。纳滤可以直接用于地下水、地表水和废水的软化，还可以作为反渗透、太阳能光伏脱盐装置等的预处理。
5.电驱动膜
①电渗析技术
电渗析是在离子交换法的基础上发展起来的，是膜分离技术的一种。它将阴阳离子交换膜交替排列在正负极之间，用特制隔板隔开，在电位差的驱动下利用离子交换膜的选择透过性，一部分溶液淡化，一部分浓缩，从而实现溶液的浓缩、淡化。
在开发应用之初，电渗析技术被广泛应用于海水和苦咸水淡化领域。由于其耗电量高、以及反渗透膜的广泛应用，电渗析海水淡化技术受到限制。然而，由于电渗析技术可在高盐溶液中工作，且产水水质好，因此，在浓水再浓缩、海盐分离提纯等领域电渗析可发挥更大作用。
②双极膜技术
双极膜一般由阴阳离子交换树脂层和中间界面亲水层组成。在直流电场作用下，从膜外渗透的水分子被分解成氢离子和氢氧根，以此作为氢离子和氢氧根的供应源。目前，该工艺主要应用于从盐溶液中产酸或碱。
双极膜作为一种新型膜，以其独特的优点，为解决环境工程中存在已久的一些技术难题提供了许多新的思路和解决办法。继续开发高性能的双极膜，改进膜的制备工艺，降低膜的生产成本，深入开展机理研究，研究膜中离子迁移及水传递的机理，研究高性能双极膜材料及制备，拓宽应用领域，具有深远的意义。
国产膜仍存差距
全球主要膜制品的主要消费地区为东亚地区和北美地区，其次是西欧和中东地区。中国膜市场的增长是全球膜市场增长的主力，2005年中国膜行业总产值仅为100亿元人民币，经过十年的高速增长，2016年中国的膜行业总产值已接近1000亿元人民币。北美地区是膜制品的重要消费地区，是全球膜市场的第二大增长点。
中国的膜技术从上世纪60年代中期起步研究，长时间在实验室内和中试规模徘徊。从“七五”计划开始，国家科委把膜技术列为国家重大科研项目加以支持，膜技术取得较大进展，特别是改革开放的国策促进了广泛的国际交流，膜技术在国民经济发展中的重要性日益增大，国内膜工业产值也逐渐增加。近20年来，中国膜技术的总体水平有了很大的进展，但与国际技术先进国家的差距仍然很大。问题主要表现在：生产现代化、产业化程度低；原料不规范；工艺参数未严格控制；产品质量不稳定；膜的品种少；应用范围小。尤其应用的工艺设计、系统成套能力、膜组件水平、相关机电产品等方面，尚未达到国际先进水平，远不能满足国内市场需求，膜技术存在着很大的发展空间。首先，我们要加强研发能力，推动膜技术产业的发展，依靠科技进步，提高产品质量，降低成本，增加品种，扩大应用面。再者，通过招商引资、引进技术、消化吸收、提高膜技术应用的工艺设计、系统成套能力、膜制备和膜组件水平、膜品种及相关机电产品等方面达到国际先进水平。
据不完全统计，中国的膜生产商、膜工程商以及相关企业已有994 家（在行内具有一定知名度的企业约143 家）；仅4.32%的企业注册资金大于5000万元。这些企业主要分布在北京、江苏、上海、浙江、山东和广东六大区域，总占比达到80%。近年来，中国膜企业开始走出国门，以时代沃顿等企业为代表的膜公司在开拓国际市场方面取得重要进展，其膜产品与工程业绩在全球市场崭露头角。
“一带一路”创机遇
“十三五”期间是实现我国膜产业发展的重要机遇期。全国严峻的水环境形势使得发展膜法水处理技术的战略性与紧迫性进一步凸显，科技创新与产业规模效应使得膜法水处理技术与传统工艺相比较优势更为突出。排水及供水标准提高直接推动膜技术在处理设施升级改造中的大规模应用，预计“十三五”市场空间超过5000亿元；随着用水成本和再生水回用要求的迅速提高，膜处理作为工业、城镇污染防治、污水再生回用的有效工艺路线，将在电力、钢铁和石化、印染、造纸等高耗水、重污染行业得到广泛应用。同时，随着工程运用增加和膜材料大规模生产，膜工艺也将进入技术成熟和成本降低双重驱动时代。随着国家节能减排要求和居民对饮水质量要求的不断提高，膜技术在水处理领域的应用在未来十年间将迎来市场的爆发期。
技术、市场和资本是产业发展的三大基本驱动力，“一带一路”战略给我国膜产业“走出去”带来了技术创新机遇和巨大的潜在市场及资本保障。“一带一路”沿线大多是新兴经济体和发展中国家，普遍面临工业化和全球产业转移带来的环境污染等多重挑战，加快转型、推动绿色发展的呼声不断增强。“一带一路”愿景和行动计划将加强生态环境保护合作列为积极推动务实合作的重要领域之一，这为我国膜产业“走出去”、打开国际市场提供了政策规范的市场基础。
可以预计，膜产业在未来中亚地区的市场，以及在中亚油气田中气体分离膜和水处理膜的应用将具有广阔的市场前景。随着“一带一路”战略的实施，膜产业“走出去”面向国际市场将迎来重大发展机遇。