膜技术发展概述
自1784年人类发现渗透现象，膜技术历经近两个世纪的缓慢发展，直到20世纪50年代，Hassler第一次提出将膜应用于脱盐，随着材料科学的发展，膜技术在水处理领域实现了“技术爆炸”。膜生物反应器(MBR)和反渗透(RO)工艺在全球迅速崛起，微滤膜取代二沉池，反渗透法逐渐取代传统热法成为海水淡化主流工艺。然而，在经历了近30年的发展之后，膜技术遇到了瓶颈，膜污染、运行成本和膜寿命等问题凸显。2014年，荷兰首座工业规模MBR市政污水处理厂在运行8年后选择关闭，引起了行业内的震动，成本运营成为业界关注的焦点，技术创新迫在眉睫。同时，各国对污水处理的理念已经发生了转变，污水处理厂从传统意义上的耗能大户，向资源回收站转变，水处理企业也从原来能源的消耗者向资源的生产者转型。在这个大的趋势下，什么样的膜技术才能满足需求?也许是每一位膜技术从业者需要思考的问题。
膜技术应用三大领域
市政污水处理-膜生物反应器(MBR)工艺
微滤膜(MF)和超滤膜(UF)被成功广泛应用于MBR市政污水处理工艺中，膜孔径在0.02-0.4 µm之间，膜材料以PVDF为主，膜构型主要采用中空纤维膜或平板膜。据统计，截止到2017年我国万吨级以上的MBR市政污水处理厂200多座，预计到2018年底，我国投入运行的MBR系统累计处理能力高达1400万吨/天，随着提标改造的不断深入，这个数字仍在迅速增长。MBR市场供应商主要包括SUEZ、三菱、广州超禹、旭化成、天津膜天膜等。过去十年，以广东超禹为代表的中国企业注重自主研发，突破少数发达国家的技术壁垒，已掌握最先进的MBR膜材料制备方法，截至2016年2月，广州超禹共有10万吨/天及以上的MBR工程项目30个，成为拥有全球最大MBR工程项目数量最多的公司之一。反渗透膜(RO)被应用于污水深度处理、脱盐、工业水回用等工艺中。孔径范围在0.1-1 nm之间，膜材料以醋酸纤维素、聚酰胺等为主。反渗透海水淡化工艺能源效率比蒸馏过程提高一个数量级，如今，反渗透工艺提供着0.38亿吨/天的淡水，大约占据全球海水淡化市场份额的60%(其市场份额还在提升，并将逐渐取代热法)。据“国际工程科技发展战略高端论坛”报告指出，截至2015年底，我国已建成海水淡化工程121个，海水淡化产能为100.88万吨/天，过去4年的复合增长率为9.21%。随着膜材料成本及工艺改进，反渗透海水淡化水成本已由8元/m³下降至平均5元/m³。反渗透膜供应商包括陶氏化学、西门子、东丽、海德能、津膜科技等。
工业污水深度处理
在工业污水深度处理工艺中，针对不同的污水类型，常常将生化工艺与膜分离过程耦合，以达到提高微生物活性，改善出水水质的目的。神华鄂尔多斯煤直接液化污水深度处理项目工艺为A/O+MBR+UF+RO。该工艺A/O-MBR对COD进行了强化处理，大幅降低了后续回用处理工艺中膜的有机物污染程度，保证了后期膜处理系统在保持较高回收率的前提下的长期稳定运行。针对项目场地小的特点，深度处理回用系统采用双膜法工艺，双膜法工艺流程简单、结构紧凑、占地面积小、自动化程度高、操作简便，无需投加大量化学药品。
膜技术在我国迅速发展的主要驱动力有三个：环境压力、政策驱动、及市场需求。
环境压力
环境污染，水资源短缺是全人类所面临的问题，中国尤甚。2017年由水利部发布的《2016年中国水资源公报》中指出，虽然2016年全国用水总量较2015年略有下降，用水效率提升，用水结构优化，水质状况总体有所好转。但是与2015年相比2016年全国供水总量为6040.2亿立方米，较2015年减少63.0亿立方米。其中，地表水源供水量减少57.1亿立方米，地下水源供水量减少12.2亿立方米，其他水源供水量增加6.3亿立方米。自然水体供水量的减少，预示着我国未来对水资源回用的需求会进一步增加。
政策驱动
相比较欧洲、北美等国家污水排放标准，我国排放标准更高，监管更加严格。“水十条”，“十三五”计划，工业污水零排放等政策的不断提出，使得膜技术市场在未来10-20年仍将维持高速发展势头。钱易院士曾于2016年凤凰国际智库举办的2016全球热点观察展望“十三五”论坛中指出，对比日本以往的经验，我国的水污染治理尚需30年的时间，还有很长的一段路要走。“十三五”期间高性能分离膜将受益于政策支持，相信水处理行业对创新型膜技术的需求仍居高不下。
市场需求
我国污水排放量之大，水资源短缺压力之重，决定了必将更加依赖于膜技术这种高效的污水处理方式。根据GEP Research《水处理膜行业市场分析报告》2017年调查显示，2000-2017年9月，中国共有膜技术相关专利数(包括发明、实用新型和外观)24340项(按照公开日数量)。随着膜材料及工艺运行成本的逐步降低，膜技术将更具经济性。2016年中国水处理膜行业市场规模为600亿元，同比增长17.6%，其中膜产品规模为190亿元，同比增长18.75%，膜工程市场规模为410亿元，同比增长17.14%。工业污水处理因为其污水的特殊性，选择合适的处理工艺尤为重要，技术难点更加突出，是创新膜技术需求的主要应用领域。同时，近几年水处理市场正在朝农村地区发展，未来五年，分散式污水处理系统需求会不断增大，该市场中需要占地更小、更易安装操作的系统，作为中国最大的膜供应商之一，广州超禹正在开拓该市场。
未来技术走向
节能降耗及污水资源化必将成为全球水务市场的发展方向，也是我国水处理企业技术创新的需求所在。为此，筛选出以下几项有发展潜力的细分技术和值得关注的海外技术企业。
实现同时硝化反硝化的膜曝气生物膜反应器(MABR)
技术创新 ★★★★ 值得关注 ★★★★★
原理：在MABR工艺中，膜不再仅仅作为过滤介质，更作为微孔曝气和生物膜生长载体。空气通过膜孔逐渐向水体扩散，通过对曝气量的控制，膜表面附着生物膜，靠近膜表面的微生物形成好氧区，远离膜表面接触水体的一侧由于没有氧气形成厌氧区，中间形成缺氧区，实现同时硝化反硝化。
优势：无需气泡曝气;资源利用率30-50%;高有机负荷;降低剩余污泥~50%;降低运行成本~30%;降低投资成本达80%等;占地小，易组装。在大型市政项目升级改造、高浓度有机废水处理、分布式处理等领域有极大优势。
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