膜技术产品及工程应用市场分析报告

中国科学院上海生物医学工程研究中心膜分离产品及工程应用市场分析报告 中国科学院上海生物医学工程研究中心 2009年8月 目录一、 膜技术概述（一）、膜分离技术（二）、常用的膜分离过程2.1 微滤技术的特点：2.2 微滤技术应用领域：3.1 反渗透技术的特点：3.2 反渗透技术的用途：3.3 反渗透技术应用领域：二、膜行业发展概况（一） 行业发展回顾2.1 膜法水处理行业总体增长速度加快（二） 行业发展现状（三）、 行业特征分析（三） 膜技术发展趋势一、工业用水净化（四）、技术性能评价二、工业污水处理及回用（一）、案例说明（二）、应用方案、新生水水源节水新工艺、有机酸行业生产节水新工艺（以赖氨酸为例）（三）、膜性能解析、 味精生产节水新工艺、 赖氨酸生产节水新工艺、 新生水水源节水新工艺三、 海咸水淡化（一）、发展概况（二）、应用方案（三）、膜性能解析（四）、技术性能评价四、膜生物反应器（MBR）的市场及工程应用（一）、前言（二）、MBR 全球的市场现状（三）MBR 的推广与工程应用（四）、国内MBR市场和应用的现状（五）、未来发展五、 膜技术在工业工艺分离上应用的市场分析（一）、膜技术在工业工艺分离中的应用概况（二）、工业膜分离行业的市场分析一、天津膜天膜科技有限公司二、 蓝星清洗股份有限公司三、 汇通源泉四、 久吾高科五、三达膜科技（厦门）有限公司第一章 膜分离技术发展现状及趋势第一节 膜技术概述一、膜分离技术膜分离是在20世纪初出现，20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，目前已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生医疗等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。膜可以是固相、液相、甚至是气相的。用各种天然或人工材料制造出来的膜品种繁多，在物理、化学、生物性质上呈现出各种各样的特性。大多数人会认为，膜离我们的生活非常遥远。其实不然，膜分离技术非常贴近我们的日常生活。如水、果汁、牛奶、保健品、中药、茶食品、饮料、调味品等我们随时可能接触到的，都会用到膜分离技术。随着国民经济的迅速发展，膜分离技术的应用领域不但会越来越广泛，而且其会被越来越多的人认识和接受。据初步统计，2008年全世界膜和膜组件的销售额已接近150亿美圆，成套设备和膜工程的市场则已达到数百亿美圆，而且每年还在以10%20%的幅度递增，显示出这一新兴产业的广阔前景。1、膜分离技术特点膜分离过程是一个高效、环保的分离过程，它是多学科交叉的高新技术，它在物理、化学和生物性质上可呈现出各种各样的特性，具有较多的优势。与传统的分离技术如蒸馏、吸附、吸收、萃取、深冷分离等相比，膜分离技术具有以下特点。 高效的分离过程 低能耗 接近室温的工作温度 品质稳定性好 连续化操作 灵活性强 纯物理过程 环保2、膜分离过程的基本特性膜分离技术以其节能效果显著、设备简单、操作方便、容易控制而受到广大用户的普遍欢迎。选择适当的膜分离过程，可替代鼓式真空过滤、板框压滤、离子交换、离心分离、溶媒抽提、静电除尘、袋式过滤、吸附/再生、絮凝/共聚、倾析/沉淀、蒸发、结晶等多种传统的分离与过滤方法。二、常用的膜分离过程1、超滤技术 超滤（ UF）也是一个以压力差为推动力的膜分离过程，一般认为超滤是一种筛孔分离过程。在压差的推动下，原料液中的溶剂和小的溶质粒子从高压的料液侧透过膜到低压侧，所得到的液体一般称为滤出液或透过液，而大的粒子组分被膜截留，使它在滤剩液中浓度增大，达到溶液的净化、分离与浓缩的目的。1.1 超滤技术的特点： 超滤膜早期用的是醋酸纤维素膜材料，以后还用聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、氯乙烯醇等以及无机膜材料。膜的孔径大约 0.002 0.1m,截留分子量大约为500500000。其操作压力在0.07-0.7MPa左右。超滤过程有如下的特点：（1）过程无相变，可以在常温及低压下进行因而能耗低；（2）物质在浓缩分离过程中不发生质的变化，适合热敏物质的处理；（3）能将不同分子量的物质分级分离； （4）在使用过程中超滤膜无杂质脱落，保证超滤液的纯净。1.2 超滤技术应用领域：（1）电子工业：半导体工业超纯水、集成电路清洗用水终端处理；（2）制药行业：医用纯水除菌、除热原，药物浓缩分离；（3）食品工业：果汁的浓缩澄清，蛋白质的浓缩，酶制剂的浓缩；（4）水处理工程：矿泉水制备，饮用水净化，以及超滤作为反渗透的预处理，以超滤为核心的MBR等：（5）废水处理工程；工业废水处理，市政废水的处理回用；（6）纺织工业：纤维加工油剂的回收，洗毛废水中回收羊毛脂。2、微滤技术 微滤（MF）又称微孔过滤，它属于精密过滤，其基本原理是筛孔分离过程。在压差的推动下，原料液中的溶剂和小的溶质粒子从高压的料液侧透过膜到低压侧，所得到的液体一般称为滤出液或透过液，而大的粒子组分被膜截留，达到溶液的净化目的。除此以外，还有膜表面层的吸附截留和架桥截留，以及膜内部的网络中的截留。微孔滤膜因孔径固定，可保证过滤的精度和可靠性。2.1 微滤技术的特点： 微滤膜的材质分为有机和无机两大类，有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙稀、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。膜的孔径大约 0.110m,其操作压力在0.01-0.2MPa左右。微滤过程操作分死端过滤和错流过滤两种方式。在死端过滤时，溶剂和小于膜孔的溶质粒子在压力的推动下透过膜，大于膜孔的溶质粒子被截留，通常堆积在膜面上。随着时间的增加，膜面上堆积的颗粒越来越多，膜的渗透性将下降，这时必须停下来清洗膜表面或更换膜。错流过滤是在压力推动下料液平行于膜面流动，把膜面上的滞留物带走，从而使膜污染保持一个较低的水平。2.2 微滤技术应用领域：（1）水处理行业：水中悬浮物，微小粒子和细菌的去除； （2）电子工业：半导体工业超纯水、集成电路清洗用水终端处理； （3）制药行业：医用纯水除菌、除热原，药物除菌； （4）食品工业：酒、饮料中酵母和霉菌的去除，果汁的澄清过滤； （5）化学工业：各种化学品的过滤澄清。3、反渗透技术 反渗透（ RO）技术是20世纪60年代发展起来的一项膜分离技术，是依靠反渗透膜在压力下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程。杭州水处理中心在20世纪60年代开始研发反渗透技术，并于80年代率先在国内大规模应用该技术。要了解反渗透的原理，先要了解“渗透”的概念。渗透是一种物理现象，当两种含有不同浓度盐的水的中间用一张半渗透膜分开就会发现，含盐量少的一边的水会透过膜渗到含盐量高的水中，而所含的盐分并不渗透，直到两边的含盐浓度融和到均等为止。如果在含盐量高的水侧施加一个压力，其结果也可以使上述渗透停止，这时的压力称为渗透压。如果施加的压力再加大，可以使水从含盐量高的一侧向含盐量低的一侧，而盐分截留住。因此，在含有盐分的水中施加比自然渗透压力更大的压力，使渗透向相反的方向进行，把原水中的水分子压到膜的另一侧，得到除去盐分和微生物与有机物等物质的纯净水，这就是反渗透的原理。原理示意图如下。 3.1 反渗透技术的特点：反渗透（RO）技术是一种高效节能技术。它依靠压力推动将水和离子分离，从而达到纯化和浓缩的目的。该过程无相变，一般不需加热，能耗低，具有运行成本低，无污染，操作方便运行可靠，产水水质高等诸多优点，而成为海水和苦咸水淡化最节能的技术。目前已广泛应用于医药、电子、化工、食品、海水淡化等诸多行业。反渗透技术已成为现代工业中首选的水处理技术。反渗透（RO）技术成为膜分离技术的一个重要组成部分。3.2 反渗透技术的用途：（1）苦咸水、海水的淡化； （2）去除水中有机物、细菌和胶体及溶于水中的其它杂质； （3）废水处理回用； （4）作为一种浓缩方法，能回收溶解在溶液中有价值的成份。3.3 反渗透技术应用领域： （1）电力工业：锅炉补给水； （2）电子工业：半导体工业超纯水、集成电路清洗用水； （3）食品工业：配方用水、生产用水； （4）饮料工业： 配方用水、生产用水、洗涤用水； （5）制药行业：工艺用水、制剂用水、洗涤用水、注射用水、药物浓缩分离； （6）化学工业：生产用水、废水处理 、有价值的物质的浓缩分离； （7）饮水工程：纯水制备、饮用水净化； （8）石油化工：油田注入水、石化废水深度处理； （9）海水淡化：海岛地区、沿海缺水地区、船舶、海水油田等生产生活用水。 4、纳滤技术 纳滤（Nanofilitration，NF）是一种新型分离技术。杭州水处理中心于20世纪90年代率先在国内研制成功该技术。纳滤膜在其分离应用中表现出两个显著特征：一个是其截流分子量介于反渗透膜和超滤膜之间，为2002000；另一个是纳滤膜对无机盐有一定的截流率，因为它的表面分离层由聚电介质所构成，对离子有静电相互作用。从结构上看纳滤膜大多是复合型膜，即膜的表面分离层和它的支撑层的化学组成不同。根据第一个特征，推测纳滤膜的表面分离层可能拥有1nm左右的微孔结构，故称之为“纳滤”。 4.1 纳滤技术的特点： 膜结构绝大多数是多层疏松结构； 分离过程无任何化学反应，无需加热，无相转变，不会破坏生活活性，不会改变风味、香味。 4.2 纳滤技术应用领域： (1)低聚糖的分离和精制； (2)果汁的高浓度浓缩； (3)肽和氨基酸的分离； (4)抗生素的浓缩和纯化； (5)牛奶及乳清蛋白的浓缩； (6)农产品的综合利用； (7)膜生物反应器的开发。 5、其他常用膜分离过程除了以上四种常用的膜分离过程，另外还有渗析、控制释放、膜传感器、膜法气体分离等。第二节 膜行业发展概况一、 行业发展回顾1、世界膜工业发展回顾 1.1 膜工业总体发展历史：19世纪30年代硝酸纤维素微滤膜商品化。 1953年美国佛罗里达大学的Reid等人最早提出反渗透海水淡化。 1960年美国加利福尼亚大学的洛布(Loeb)与素里拉简(Sourirtajan)发明了第一代高性能的非对称性醋酸纤维素膜，反渗透(RO)首次用于海波及苦咸水淡化。1961年美国Hevens公司首选提出管式膜组件的制造方法。1965年美国加利福尼亚大学制造出用于苦咸水淡化的管式反渗透装置，生产能力为19m3/d。1970年开发成功高效芳香聚酰胺中空纤维反渗透膜，使RO膜性能进一步提高。超滤70年代进入工业化应用后发展迅速，已成为应用领域最广的技术。20世纪80年代后进入工业应用的膜 用渗透汽化进行醇类等恒沸物脱水，由于该过程的能耗仅为恒沸精馏的1/3-1/2，且不使用苯等挟带剂，在取代恒沸精馏及其它脱水技术具有很大的经济优势。20世纪90年代出现低压反渗透复合，为第三代RO膜，膜性能大幅度提高，为RO技术发展开辟了广阔的前景。目前，膜分离技术已在许多领域进行应用，例如，超纯水制造、锅炉水软化，食品、医药的浓缩，城市污水处理，化工废液中有用物质的回收。1.2 反渗透膜的发展史：1748年 Nollet发现渗透现象； 1920年 Vant Hoff建立了稀溶液的完整理论；1953年 发现醋酸纤维素类具有良好的半透性；1960年 人类首次制成醋酸纤维素反渗透膜；1970年 杜邦公司发明了芳香族聚酰胺中空纤维反渗透器；1980年 全芳香族聚酰胺复合膜及其卷式元件问世；1990年 中压、低压、及超低压高脱盐聚酰胺复合膜进入市场，从而为反渗透技术的发展开辟了广阔前景； 1998年 低污染膜研发成功，进一步扩大了反渗透的应用范围；2、中国膜工业发展回顾2.1 膜法水处理行业总体增长速度加快 膜法水处理在中国成长有20年的时间，经过20年的市场培养和发展可以说在2008年这一行业的增长速度达到最高峰。2008年国内有机膜在水处理行业的市场增长率较2007年增长了50%左右，这是其它行业所不能达到的。这一行业快速增长表现之一是单项工程项目定单合同超过1亿人民币，二是各种膜厂商的8英寸膜组件在中国销售量已达到20-25万支，4英寸膜组件已达到10万支。总的来看，膜产品总体销售金额超过25个亿。这是膜法水处理快速增长的一个标志性特点。2.2 超滤、微滤增长速度翻倍超滤、微滤的增长速度与2007年相比翻倍增长，它的国内总体销售量在2008年达到9-10个亿左右。2.3 群雄逐鹿中国市场，市场的蛋糕越来越大在中国，膜工业正在展现蓬勃的发展活力，天津膜天膜工程技术公司与外商合资1000万美元建造中空纤维膜生产基地，膜生产能力将达到每年100万平方米，膜装置(组件)生产能力达到10万套，销售额将达到1.5亿人民币。在2008年度外国公司在中国的活动异常活跃，以前外企在国内仅有5-6家表现较为活跃，现在共有12-13家企业在国内设立了办事处，许多企业已将亚太的总部迁至中国，包括亚太总裁常驻中国，公司人员的增加等等，总之各大企业都看好中国市场并来此准备做大的发展。以前外国企业在中国建设大规模生产基地的只有海德能一家，而目前许多外企都在不断探讨是如何在中国建设大规模的生产基地。另外在膜法水处理行业外国膜公司收购中国膜企业的案例已经发生多起，如DOW收购欧美水处理，西门子收购北京恩斯特等。在国内外膜企业的良性竞争下，进一步降低了膜法投资和使用成本，从而降低了膜技术的使用门槛，市场变的越来越大。2.4 自主创新取得不俗的成绩目前国内膜法水处理企业通过引进和自主研发，近年来，在膜使用工艺上已经在追赶国外先进水平，但在膜材料选择和组件设计的创新上，还需要努力。2.5 膜法水处理新工艺市场接受度大幅提高我国是严重缺水的国家，水资源回用越来越受到重视。2008年，在膜法水处理中，水资源回用（包括排水、废水、中水）的项目急剧增加，膜法水处理越来越被市扬接受。二、 行业发展现状1、生产状况由于我国目前水资源的极度短缺，并且污染日趋严重，节水、污水处理、水资源的充分利用已成为我国经济发展中的一项重要任务。而膜技术的运用是水处理主要手段之一，因此目前我国对膜分离技术产品的需求逐年增加。我国膜技术起步较晚，而且主要依赖进口。目前我国市场上的膜技术产品依靠进口或全盘引进国外设备及原材料生产膜技术产品，这种状况造成了膜技术产品成本偏高，市场推广难度加大，从而形成了一方面我国急需膜技术产品，一方面膜技术产品成本高，而难以全面推广的状况。表格 2008年我国膜进口品种分析膜的种类进口比例反渗透膜90%超滤膜50%微滤膜50%微滤膜绝大部分生物和医用膜绝大部分气体分离膜绝大部分特种分离膜绝大部分2、经营状况据中国膜工业协会的统计资料表明据中国膜工业协会的统计资料表明，我国膜产品产值1998年为12亿人民币，1995年为20亿人民币，2000年为28亿元，2008年为100亿。 2008年膜工业,包括组件和设备在内的销售收入达150亿人民币，到2010年我国膜行业的销售收入达180亿元人民币。从发展速度看远远高于任何一个发达国家。按照我国当前的膜技术水平和市场开拓情况，今后每年按10%-15%的增长速度发展是完全可能的。2015年，膜市场需求可望超过500亿元，将占到世界总量的1015。产值(亿元)010203040506010015020012002200320072008年份图表 我国膜工业近8年来产值3、行业企业结构分析据统计，2008年进入我国膜市场的研究开发、生产、经销企业有300多家，但从企业规模看，小型企业居多，中大型企业较少，年产值在一千万元以上的在40家左右，年产值亿元左右的只有78家，中大型企业占总企业数的10%左右，而小型企业占90%左右。其中，全民所有制的企业、事业单位约占有半数，他们中的主要部分是大专院校和科研院所的所属机构。民营、个体企业，中外合资，外商独资，外商代理企业，在数量上也占一半左右。图表 膜行业各种企业规模的比例三、 行业特征分析1、投资特征膜技术是一门新兴的多种学科交叉的高新技术。新技术、新工艺正在不断地被人们研究发明，应用领域（行业）正在不断扩大，膜分离的行业利润在100200%左右。高利润可以刺激行业投资和研究。另一方面，成套膜工艺设备价格高，技术难度大，行业进入门槛高。2、技术特征现在，在中国市场约有90%左右的膜分离工程公司是从事工业纯水,高纯度水和民用纯净水的设备的生产，在这个领域竞争激烈。约有30家的膜工程公司从事工业料液的分离提纯,工业废水的处理。用膜技术进行电镀废水的处理，贵重金属的回收，以及水的回用是膜技术新的应用领域，据统计只有少数的公司生产这种设备，而且市场容量大，竞争不激烈。相对而言，工业和民用纯净水的生产设备的设计和生产，工艺成熟，技术难度低。而用膜进行工业料液的分离、提纯、浓缩和工业废水的处理，由于产品的多样性和不确定性，技术难度大，行业进入门槛高。3、市场特征 (1)、以中空膜为代表的膜法水处理有大规模的市场突破，涉及到饮用水行业，目前国内已经有多家公司生产小型纯水设备（家用纯水机）用中空膜，如海南立升等。(2)、国内企业进入快速成长阶段。民族工业中做的比较优秀得企业有以下几个代表。以中空膜为代表的企业有：天津膜天膜、海南立升等。以卷式膜为代表的企业有：贵州汇通源泉、杭州北斗星等。另外国外企业也在寻求在中国的长足发展。国外膜产品进军中国市场中，一般分为市场转移、产品转移、应用研发转移三步，目前在国内的大部分外国企业还只停留在产品转移阶段。研发转移的外国企业以日本、美国企业为代表，他们更多的是在产品的本土适应性研发上大做文章。例如海德能公司，近年来在国内针对中水回用、污水处理、海水淡化等方面进行研发，并针对国内的水质情况研发出适应中国水处理工艺特点的新型膜组件。如GE公司利用自身的膜产品制造和研发的实力，大力发展膜法水处理工程项目的建设，在中国市场占有较大的份额。(3)、市政、中水、污水领域今后在膜的应用上会有大的发展。中国和国外应用领域不同，中国的膜工业以有机膜为主，在纯水处理应用上比重较大，几乎超过了50%。而国外的膜工业以中水回用、海水淡化及自来水的深度处理比较多。随着我国膜科学技术的发展，相应的学术、技术团体也相继成立。她们的成立为规范膜行业的标准、促进膜行业的发展起着举足轻重的作用。半个世纪以来，膜分离完成了从实验室到大规模工业应用的转变，成为一项高效节能的新型分离技术。1925年以来，差不多每十年就有一项新的膜过程在工业上得到应用。由于膜分离技术本身具有的优越性能，故膜过程现在已经得到世界各国的普遍重视。在能源紧张、资源短缺、生态环境恶化的今天，产业界和科技界把膜过程视为二十一世纪工业技术改造中的一项极为重要的新技术。曾有专家指出：谁掌握了膜技术谁就掌握了化学工业的明天。 80年代以来我国膜技术跨入应用阶段，同时也是新膜过程的开发阶段。在这一时期，膜技术在食品加工、海水淡化、纯水、超纯水制备、医药、生物、环保等领域得到了较大规模的开发和应用。并且，在这一时期，国家重点科技攻关项目和自然科学基金中也都有了膜的课题。目前，这一潜力巨大的新兴行业正在以蓬勃的激情挑战市场，为众多的企业带来了较为显著的经济效益、社会效益和环境效益。四、 膜技术发展趋势 膜技术与光纤、超导等技术将成为主导未来工业的六大高新技术之一，也将是今后五十年内十大高科技产业之一。作为一项高新清洁生产技术，膜正广泛应用于环保及人们的日常生活等诸多领域，特别是在水处理领域，已经受到各国的高度重视和支持，膜市场蕴含着巨大的商机。展望2009年国内膜技术及市场，有以下几个方面： 第一，反渗透膜市场将从传统的工业纯水领域一枝独秀转向多元化发展。主战场将向水回用、海水淡化、市政水处理等市场扩散。“可持续发展、清洁生产、对环境友好，绿色循环经济，国家大力倡导的循环经济政策，对于膜法水处理来说是一个千载难逢的历史机遇。随着电力市场紧张供求关系的缓和，中高压锅炉补给水这一反渗透膜的主要市场，随着08年金融危机的延续，明显在回落。在政策的鼓励和引导下，反渗透膜市场将逐渐转向再生水回用等市场。 第二，膜法水处理由过去的“做纯水、做好水”逐渐向“污水处理”发展。也可以说是从“锦上添花”到“变废为宝、变害为利”，比重将发生变化。现在存在着两种人，一种是熟悉膜技术但不懂污水处理的人，一种是熟悉传统污水处理但不懂膜的人，谁将这两方面结合的好，谁就抢占了市场先机。第三，膜法水处理将重点应用在几大领域：首先是冷却循环水，工业用水70%-80%用到的都是冷却循环水，而石油、石化、钢铁、造纸、印染、发酵等行业都是用水大户，是膜法水处理的重要的客户群和市场；其次是工业及市政污水处理厂，全国近年来高速建设污水处理厂，对膜产品、膜技术而言，是未来的一个大市场。污水处理的终极目标是再生回用，在这方面，对膜技术蕴含着巨大的商机。另外，市政自来水厂也是膜法水处理应用的市场方向，传统的自来水厂占地大，而膜法水处理厂占地小、自动化程度高、出水精度高、成本也会逐渐降低。目前国内已经有了2万吨/天处理级别的膜法水处理厂。今后膜法水处理厂很可能会在中小城镇抢先普及。最后是海水淡化，海水淡化是今后膜法水处理的一个重要市场方向，“虽然目前国内市场规模累计仅有日产25万吨左右，但经过多年的技术及市场培育，今后几年将迎来国内海水淡化产业的春天。首先在工业领域，随后在市政领域，未来五年内国内沿海各地将建成日产100多万吨淡水的海水淡化厂。这其中，膜技术将占据最大的市场份额。 第四，膜法水处理技术将向着集成化发展，这里包括两个方面的含义，一是各种膜技术之间的集成与组合，二是膜与其他过滤、脱盐技术，比如水处理药剂、传统过滤、生化技术、热法及离子交换的集成。在水处理行业中，膜之间以及膜与其他分离技术之间不光是竞争的关系，相互补充、联合应用才能更好地达到节能降耗，提高经济效益的目的。 第五，最近全国不少地方政府都在酝酿自来水价上涨，长三角城市南京、扬州等城市已经上调水价。随着自来水价的上涨，生产生活废水的回用一定会得到政府相关主管部门和企业的重视。相信今后一段时间内再生水回用工程，热膜一体化的海水淡化工程等会雨后春笋般的涌现。水价上涨后，水回用工程将从政府补贴，企业被动，到企业主动。因为随着技术的发展，膜分离技术的应用成本已经大大降低，使得以膜分离技术为核心的膜法再生水回用变的有利可图。第六，近年来全国多个地方出现水污染事件，如07年的太湖蓝藻事件，06年的松花江水污染事件等。因为工业的超速发展，生产生活废水的过度排放，使得原本是鱼米之乡的多个发达区域，变的无干净水可喝。在水污染已经变的越来越严重的时候，国家一定会从政策层面上，限制某些重污染行业的排污量，而这些行业不少都是我国的支柱行业，如印染行业等。在我国的经济和人民就业中起着很大的作用，也是我国在国际上有竞争力的比较少有的几个行业。简单的关停不符合我国的国情，而这些企业要继续的生存下去，必须承担起社会的责任。这也给以膜技术为核心的水回用市场带来新的发展机遇。第二章 膜工程应用市场分析第一节 工业用水净化一、案例说明工艺用水是生产过程的基本条件之一，其水质直接影响产品的质量。按药品生产管理规范(GMP)实施指南的要求，对各级纯水有明确规定。但实际过程中却往往达不到理想的要求，为此一些先进的药厂采用的内部控制质量标准，均高于GMP和药典要求。如出水水质要达到的电导率£ 0.2-0.3m s.cm，浓缩30倍检查热源应为阴性等高要求。 表格 制药工艺用水要求水质类别用 途水质要求饮用水1、口服剂瓶子初洗应符合卫生部生活饮用 水标准GB5749-852、制备纯水的水源去离子水1、口服剂配料、洗瓶参照中国药典蒸馏水质 量标准。2、注射剂、无菌冲洗剂瓶子的初洗3、非无菌原料药精制4、制备注射用水的水源蒸馏水1、溶媒应符合中国药典标准2、口服剂、外用药配料3、非无菌原料药精制4、制备注射用水的水源注射用水1、注射剂、无菌冲洗剂配料应符合中国药典标准2、注射剂、无菌冲洗剂最后洗瓶水3、无菌原料药精制(经孔径为0.45m m的滤膜过滤后使用)二、应用方案多种膜分离技术集成使用不仅使这一高要求得以实现，在经济上也显示出较大优越性。反渗透(RO)代替离子交换做为初脱盐，可避免频繁的酸碱再生，并可连续运行，提高了产水效率；超滤(UF)代替多效蒸馏进行除热源，不仅减少了一次性设备投资，还大量节约蒸汽，降低了能耗。以华北制药股份公司109车间5T/h原料用水的制备系统进行详细说明如下: （1）. 原水水质、产水水质和处理能力 原水水质对于整个系统的设计至关重要。本系统的进水为石家庄的地下水，水中硬度较高，全年平均温度较低，同时由于管道等设备老化，二次污染严重。使得对设计中前处理要求较高。出水水质分三段要求。第一段软化水，硬度要求低于18dH，处理能力10T/h；第二段无盐水，出水水质电阻2.0MW .cm，实际出水可达到3.0 M.W .cm5.0 MW .cm，处理能力5T/h；第三段除热源水，出水水质按药典各项规定进行检查，采用鲎试剂检测，检测浓度0.5EU/ml。 （2）. 工艺流程 考虑原水水质较硬和管道的二次污染，再加药厂有软化水用水要求，本系统采用多介质过滤器、阳树脂软化床和前级全自动超滤系统(采用大连化物所生产的切割分子量为30,000Daltan的中空纤维膜)作为前处理系统，保证反渗透系统进水的SDI指数小于1,0，同时保证反渗透系统在高回收率的条件下，无结污倾向。大大延长RO膜使用寿命，保证出水水质稳定如一。并设有预热系统，保证冬季条件下的产水能力。 反渗透系统采用美国DOW公司的复合膜，丹麦格兰富高压泵，并配以保安过滤器、高低压保护和出水电导率在线检测，可保证系统的脱盐率达到98%以上，回收率70%以上。采用混床做精脱盐，可使无盐水的比导阻达到3.0-5.0 MW .cm，远远高于GMP规定的0.5 MW .cm的要求。由于使用RO系统，使混床再生周期可达一个月，降低酸碱污染，减轻工作强度。 终端采用大连化物所除热源(切割分子量为10.000Dalton) 中空纤维膜，再配以全自动的正洗、反洗、药洗等流程，出水水质达到药典规定注射用水标准。由于采用全自动控制和进水水质在线检测, UF系统出水能力和出水水质得到充分的保证。 最后，按照GMP要求，除热源水采用60-80高温贮和大循环式输送系统，保证使用点水质不受二次污染。 三、膜性能解析和传统工艺的经济比较。 传统工艺中，采用离子交换(IE)和电渗析+离子交换(ED+IE)工艺制备无盐水。根据不同的进水水质(如TDS含量)，我们把反渗透+离子交换系统(RO+IE)和传统工艺进行有关耗水量和操作费用的比较。虽然IE系统的耗水量较低，但RO+IE系统的操作费用最低，特别是随着TDS含量增加，其优势更加明显。四、技术性能评价总结: 采用反渗透 + 离子交换 + 除热源超滤系统不仅出水水质可以达到GMP要求的各项水质指标，而且设备投资和操作费用与传统工艺相比也具有明显的竟争力。同时在降低能耗，减少环境污染和降低工作强度放面也具有一定优势。第二节 工业污水处理及回用一、案例说明对于一些高耗水的工业来说，节约用水更是企业在新的世纪适应竞争和可持续发展的必要途径之一。目前，对多数工业企业来说，从企业发展来看，如何消除环保压力瓶颈、降低生产成本、提高产品质量是目前适应国际竞争的最有力手段，在原材料成本经济市场化、老生产工艺效率已无提升空间、利润微薄等综合条件下，要使企业在新的竞争环境下脱颖而出，将技术改造与清洁生产有机结合，改革技术落后状态、实施清洁生产、节约用水的有效途径，是企业在市场全球化竞争中的必经之路。另外，从国家政策来看，国家“十五”计划中也提出要大力推进清洁生产，清洁生产促进法也已经经过全国人大通过并开始实施，这对实现我国工业的可持续发展具有重大的现实意义和深远的历史意义。可见，在工业技改中，通过水资源的循环利用，减少污染物的产生，甚至从污染物中提取有用副产品，从而真正达到节水、环保的目的，已经成为工业清洁生产技改内容的重要指标之一。在工业技术改造和清洁生产中，工业节水是通过改造用水工艺和提高水的重复利用率来实现的。工业节水方式可分为两类，其一是通过采用新的低耗水的生产技术来改造传统的生产工艺，从而直接减少用水量和废水排放量，直接提高水的重复利用率等方面来节约用水；其二是将生产中产生的污水或中水经过合适处理后再回用到生产工艺中，达到节约用水和减少排污量的目的。表格 某玻璃厂生产废水中水回用水中分析数据膜处理进出水水质测定项目低压膜处理系统生活饮用水标准进水产水去除率%PH10.739.276.58.5色度 倍16215度浊度 NTU68.00.599.33度电导率 微西/厘米522.042.991.8耗氧量 mg/L53.0未检出99.9Cl- mg/L13.93.0178.3250总铜 mg/L3.740.04698.81. 0总硬度（CaCO3计）mg/L3646.398.3450SO42- mg/L221.3993.71000氨氮 mg/L5.551.9465.0铁 mg/L4.630.0299.60.1银 mg/L1.760.04697.4某电子厂线路板冲洗废水中水回用水中分析数据膜处理进出水水质测定项目低压膜处理系统生活饮用水标准进水产水去除率%PH7.757.836.58.5色度 倍2215度浊度 NTU12.10.199.23度电导率 微西/厘米218.042.880.4耗氧量 mg/L90.0未检出99.9Cl- mg/L12.31.5887.2250总铜mg/L5.670.00699.91. 0总硬度（CaCO3计）mg/L77.515.480.1450硝酸根 mg/L5.31.179.0SO42- mg/L29.50.8097.31000总铁 mg/L0.11未检出99.90.1表格 某印染废水中水回用水中分析数据膜处理进出水水质测定项目低压膜处理系统生活饮用水标准进水产水去除率%PH7.757.836.58.5色度倍16287.515度浊度 NTU27.00.598.23度悬浮物mg/L66.0未检出99.9耗氧量 mg/L84.0未检出99.9Cl- mg/L392.032.091.8挥发酚mg/L0.0110.021 0.30氨氮 mg/L27.34.7582.6硝酸盐氮mg/L6.871.5877.0总磷mg/L2.010.01299.4总锰mg/L0.0630.00296.81.0硬度（CaCO3计）mg/L1047.393.0450LASmg/L0.257未检出99.9250SO42- mg/L783.012.798.41000总可滤残渣mg/L1980.036.098.2Fe2+mg/L2.33未检出99.90.1太钢工业污水膜法处理案例分析太钢在2002年建成全国最大的膜法工业污水处理工程净环软水站工程在供水厂建成投产。该系统采用反渗透除盐技术，国内一般使用于电厂循环水系统、海水除盐、地下水除盐，在生产废水尤其是在钢铁生产废水的处理回用中使用还是首例。运行几年内，设备运行稳定，各项指标都能达到当初设计的要求。 反渗透膜的清洗是确保反渗透系统长期稳定运行的关键。按常规反渗透的清洗是一个非常专业的工作，国内有专门的清洗公司，清洗一次最少需要万元，按设计需每季清洗一次。如果用清洗公司来清洗，费用很大，而且清洗公司为了商业秘密，要求拆下膜送到清洗公司，会影响生产的连续运行。 工业污水膜清洗方法的创建实施，填补了国内行业空白，并为公司和厂节约清洗费用多万元，相当于又建一个净环软水站的费用。净环软水站自投产以来，至目前运行良好，为全国工业污水膜法处理的推广积累了经验。 太钢膜处理设施运行初期，预处理沉淀池在温度高时就出现翻池现象（絮凝矾花从池边上溢），严重影响了水质。采取在布水筒水面下 处打眼，提升布水点的方法有效避免了翻池现象。年，由于预处理泥系列一直不能满足工艺要求，造成泥浆在系统内循环，严重制约了沉淀池的处理效果。而当时冶炼水处理系统由于加药量不足、运行条件差等因素，出水水质经常超标，引起用户异议。经过多次实验室实验发现，将预处理泥浆加入冶炼水处理进水中，再加少量聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺，絮凝效果非常好。 实施了将预处理泥浆废物利用，作为药剂引到冶炼水处理进水渠的改造方案改善了两个水处理系列的运行状况，年创效益万元，并使预处理泥系列全部停运，大大减少运行人员工作量，减少了泥系列设备的检修、维护等工作。工业污水膜项目实施后，到2005年5月底，共生产除盐水785万吨，吨水成本仅为2.5元，而售价为5.5元，可产生经济效益2355万元；如果采用新水设备除盐水，将消耗新水1047万吨，按2.8元/吨计算，可节约2931.6万元，两项合计节约5286.6万元。二、应用方案、新生水水源节水新工艺新加坡作为一个只有平方公里陆域面积、人口万的岛国，为了满足日益增长的清洁水需求，新加坡不得不寻求新的水资源。新加坡使用新技术和革新方法，对二级处理出水进行再生处理，生产高质量水，即，以缓解水资源紧张的问题。已经成为通过新技术生产可靠、经济的水资源的范例。处理工艺主要包括多廊道阶段净化系统，其中包括超滤（）、反渗透（）和紫外消毒（）。双膜处理技术的选择依据为严格的水质目标和美国各种类似的污水再生厂的成功经验。目前，已建设了两座处理厂，总规模e，年月开始投入运行。年初准备建设规模e的第三座处理厂。的水质标准执行世界卫生组织（）饮用水指南的以及美国环保局（）饮用水标准。根据提供的新生水水质，完全可以满足食品工业用水水源的水质要求，如果能够借鉴新加坡的工程经验，利用食品工业废水作为水源，经过处理后的新生水直接回用到食品工业生产，这无疑能够从根本上解决食品工业发展用水需求与水资源短缺之间的矛盾，尤其是在缺水地区。、有机酸行业生产节水新工艺（以赖氨酸为例）赖氨酸生产节水新工艺自年在中国开始应用以来，截止年月，已成功将套不锈钢膜（日处理e发酵液）应用到赖氨酸生产节水新工艺上；赖氨酸生产节水新工艺除了体现上述赖氨酸生产节水新工艺的特点外，不锈钢膜本身还具有膜使用寿命长、过滤精度高、耐高压和高温、酸碱耐受范围宽、耐污染、易清洗等优点。以生产节水新工艺的成功应用为例，采用不锈钢膜后的赖氨酸生产节水新工艺，在节水和环保方面具有以下明显特点：将分离出的菌体加工成为高蛋白饲料，减少总废物排放量和变废为宝，获得显著经济效益；由于去除了大部分污染物质，赖氨酸发酵液经不锈钢膜过滤后直接上树脂，可减少吸附废液排放量-左右；由于不锈钢膜过滤后发酵液特性大幅度改善，水洗水量可减少左右，相应水洗废水量也减少左右；由于不锈钢膜分离对污染物的大幅度去除，树脂吸附当量大幅度提高，水洗时间也大幅度降低，从而树脂的生产能力可大大提高（-左右）；吸附废液后续浓缩处理更加容易，大大减少处理成本；经不锈钢膜分离后，污染物大幅度得到去除，后续氨水解吸收峰好，解析所用氨水用量大大减少，相应后续加酸中和所用酸量也大幅度减少，从而大幅度减少了相应酸碱处理量；经过不锈钢膜分离后，后续精制工段的活性炭和脱色树脂生产能力大幅度提高，活性炭和脱色树脂用量大幅度减少，减少了总固体废物处理和排放量。三、膜性能解析下面具体以食品行业为例解析一些新节水生产工艺。、 味精生产节水新工艺我国是味精生产大国，每年味精产量达到万以上。味精经微生物发酵得到。发酵产品历来是水、能源消耗大户，同时也是污染大户。多年来其污染问题未得到解决，而且随着产量的增加越来越严重。近年来由于国家对环保的要求越来越严，大中城市的味精生产厂纷纷迁往落后地区，但是未能从根本上解决节水以及污染问题。传统味精生产工艺的工业用水和相应产生的废水主要包括发酵用水和后需提取、分离、精制过程用水等，相应产生的废水包括大量含菌体的提取废液和水洗排放废水等，这部分工业用水量和相应废水排放量基本一致，产生废水的水量和水质取决于生产所用原料和生产工艺。从节水和减少污染物排放角度来讲，可通过减少提取废液的排放、减少洗水用水量和相应废水排放量来进行。近年来，众多企业开始关注新工艺的研发。将膜分离技术引入味精生产中，以膜技术为核心技术开发成功的新工艺，不仅大量节约了生产用水，同时从根本上解决了环境污染问题。该新工艺用水较传统工艺减少-，整个工艺无废渣排放，作为废物排放的菌体被制成高品质饲料，实现变废为宝。每味精生产成本降低元左右。新工艺中所采用的关键技术为不锈钢膜分离技术，主要是采用该技术去除发酵液中的菌体及大分子物质，同时调整后续工艺，使减少工艺用水及降低生产成本成为可能。新工艺主要具有以下优点：能有效地从发酵液中去除菌体，并将分离出的菌体加工成高蛋白饲料，变废为宝，解决了菌体废液难处理的环保难题，并为企业增添了可观的经济效益；由于有效去除了菌体，同时对e2+等离子有一定的去除，大大减少了发酵液的粘度和硬度，提高了浓缩效率和浓缩倍数，并能在一定程度上提高浓缩谷氨酸的浓度，有利于提高结晶收率；由于采用膜分离技术后，能提高浓缩后谷氨酸浓度和大幅改善发酵液的料液特性，母液分离操作容易，母液废液排放量可相应减少，一方面减少了母液中产品损失，提高了收率，另一方面减少了母液废液排放量；由于膜分离技术大幅度降低了发酵液中的菌体、胶体、大分子蛋白、e2+等污染杂质，后续精制工段的水洗量可大幅度减少，相应水洗废水量大幅度减少，废水水质更容易处理；由于前段半成品中杂质的大幅度减少，后续活性炭（以及树脂）的过滤速度可以显著提高，一方面提高活性炭的单位处理能力，减少活性炭的使用量和废活性炭固体排放量，同时还能一定程度减少活性炭工艺水洗废水量；大幅度提高味精产品质量，克服了加入后国际贸易竞争中非常重要的“环境”非关税壁垒；大大提高产品的国际竞争力。、 赖氨酸生产节水新工艺赖氨酸是我国食品发酵行业中近年来发展最快的行业，仅年就有十几万赖氨酸扩产，年扩产势头更加猛烈。而新工艺的应用也成为企业的首选。膜分离技术在新工艺中扮演重要角色。新的生产工艺中，采用不锈钢膜技术及连续离交技术已经成为新技术的核心。不锈钢膜技术的应用使用水量降低-，废水排放量减少。传统赖氨酸生产工艺的工业用水和相应产生的废水主要包括发酵用水、上柱稀释用水、后续水洗用水、解析后水洗用水等，相应产生废水包括吸附废液（高浓度和中浓度两种）、各种水洗废水等，尽管部分水洗水可以循环使用，但是由于没有除菌，必须加大量水进行稀释后才能上树脂，树脂吸附当量低，进料流速低，为满足生产需要，树脂用量很大，生产效率较低，收率较低，同时产生的吸附废液量大；同时吸附后需水洗量很大，水洗废水量和随水洗的产品损失也大；随着树脂污染程度的严重，收率不断下降，从而影响整个提取工艺和产品收率。要降低生产运行成本，提高产品收率，节约工业用水和减少相应废水排放量，综合上述各种因素，就必须对现有的工艺进行调