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污水处理膜产业发展趋势 MBR技术与活性污泥法的优劣势比较

添加时间:2020/12/31
 

污水处理膜工业开展趋势

  来历:华西证券        关键词:膜工业 双膜法 污水处理      

 近些年,北京、天津、山西、巢湖流域、太湖区域、大清河范畴等地标连续出台,部分灵敏区域的污水处理排放规范从曩昔的一级A到达了准四类、乃至三类规范,为应对不断进步的水质规范,多样性的膜技能组合工艺将得到越来越多的运用。其间,以双膜法技能为代表的多种膜组合工艺能充分发挥各自技能的优势,补偿独自运用的缺乏,使废水深度处理得以再生,是未来开展的新方向。

01 膜分类及特色

膜是一种具有挑选性透过功用的薄层物质,能够特定的方式约束和促进两边流体中各种物质的搬迁。而膜别离是以外界能量或化学势差作为推动力,运用别离膜的挑选透过功用而完成对混合物中不同物质进行别离、纯化和浓缩的进程。

◆依据膜的资料进行分类,可分为有机膜(有机聚合物)和无机膜(金属膜、陶瓷膜、玻璃膜等)。有机膜易于制备,本钱较低,而无机膜耐热性和化学安稳性好、力学功能杰出、抗微生物、运用寿命长,但成型难度大,本钱高。

◆依据别离机制对膜进行分类,可分为运用筛分机制(即依据污染物尺度进行别离)的多孔膜,和运用分散原理(即依据溶液的渗透压进行别离)的无孔细密膜,无孔细密膜也称为分散膜。多孔膜有固定的孔, 包含微滤膜、超滤膜和纳滤膜,依据膜的孔径可分为大孔(孔径>50nm)、中孔(孔径规划 2-50nm)、微孔(孔径<2nm)。无孔细密膜包含纳滤膜和反渗透膜。

从膜形状看,现在超滤、微滤多运用中空纤维膜, 反渗透、纳滤多为卷式膜。

膜进程及其特色

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资料来历:《膜别离资料运用根底》

02 膜产量

近20年是我国膜工业的高速添加期。近20年,全球膜工业(包含膜元件、膜组件、膜配备、膜工程等)总产量稳健添加。至2017年末,全球膜产量已达1050亿美元,而我国膜工业的总产量约为2000亿人民币, 我国膜工业占全球膜工业产量比重从1999年的1.7%进步到了2017年的27%以上。

从结构看,跟着海水淡化、苦咸水软化、超纯水制备以及对微量污染物去除需求的逐年添加,反渗透膜在膜商场中占比也随之增大,全球RO 膜出售占比从2005年48.4%进步到2013年的55.3%。与此一起,UF\MF膜商场占比有所下降。

未来跟着膜技能在工业污水、市政污水、市政饮用水、民用清水等范畴的运用添加,膜工业仍将快速开展,而与RO膜比较,NF膜性质介于超滤和反渗透之间,具有低操作压力、低运转本钱、高通量、极性小分子挑选性截留等长处,未来运用占比有望进步。

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全球膜工业产量添加状况

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国内膜工业产量添加状况

03 别离膜功能及技能

别离膜的功能由膜资料和制膜工艺条件决议。膜产品的相关功能目标首要有别离透过功能、物理功能和化学功能三大类。

◆别离透过功能包含:产水量、水通量、纯水透过率、截留分子质量、截留率、脱盐率、收回率、最大孔径、均匀孔径、孔径散布、孔隙率、气密性及完整性等。

◆膜物理功能有:结构功能(外观、膜面积、膜厚、膜丝内外径)、机械功能(拉伸强度、爆炸强度、曲折强度、柔润指数、开裂伸长率)、电功能(荷电性、Zeta电位)、亲水性及耐热性(最高操作温度)等。

◆膜化学功能有:化学安稳性(化学相容性)、耐氧化性(短时余氯耐受极限、过氧化氢耐受极限)、耐酸碱性(运转及清洗 pH 规划)及耐污染功能等。

膜的不同功能彼此限制,在实践运用中应当归纳考虑膜的经济性和环境项目具体要求,挑选功能适宜的别离膜。

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判别膜质量的功能目标

因而膜资料的技能难点首要在于膜资料的研制与膜制备工艺的挑选与进程操控。特别膜的制备工艺对别离膜的功能十分重要,相同的资料,因为不同的制作工艺和操控条件,其功能会有很大差异。

以非溶剂相转化法(NIPS)制备工艺为例,膜制作流程大体可分为六个阶段:

1)高分子资料溶于溶剂中,参加添加剂,制成铸膜液;

2)铸膜液经过流延或纺丝制成平板、管状或中空纤维;

3)使膜中溶剂部分蒸腾;

4)将膜浸在对高分子对错溶剂的液体中,液相的膜变凝胶固化;

5)进行热处理;

6)膜的预压处理。

超滤(UF)和微滤(MF)膜技能较为老练,全体看国内外产品功能距离较小,已根本完成国产化。UF/MF 膜广泛用于水处理职业、生物医药制备进程和食品饮料职业等。

国内现有 UF/MF膜制作厂商数百家,龙头企业都具有自己共同的制膜资料配方和成套配备知识产权。与国外水平比较,我国相转化法出产的高分子MF/UF膜功能与国外同类产品功能根本共同,操控拉伸出产的聚乙烯、聚丙烯等MF/UF膜,尽管出产工艺和质量还有待进步,但以其价廉、耐溶剂等长处在不断拓宽商场,陶瓷膜等无机微滤膜技能水平与国外的距离逐步缩小,部分产品到达世界先进水平。

在超滤膜商场的高端范畴,电子工业用超纯水、电泳漆收回、制药、酶制剂等现在仍有国外产品占有主导地位,国产膜因价格低廉占有中、低端的水净化商场。

我国已成RO膜最大商场,进口替代正当时。现在,我国商场RO膜产品的出售总额约为全球出售额30%—35%,商场规划跃居世界首位。国外RO膜产品占有商场主导地位,其间美国陶氏化学、日本东丽、海德能公司占有了70%左右商场份额,国内RO膜出产厂家正迎头赶上,产能功能与安稳性与国外头部企业的距离正逐步缩小,预期未来3-5年内,国内RO膜的国产化率将有显着改善。

纳滤膜没有完成进口替代。纳滤(NF)膜别离机理为筛分和溶解分散并存,一起又具有电荷排挤效应,对资料研制及工艺操控的要求较高。纳滤膜的首要特色是对二价离子、功用性糖、小分子色素、多肽等物质的截留功能高于98,而关于一些单价离子、小分子酸碱、醇等有30-80的透过功能,运用较多的职业首要是苦咸水软化、海水淡化脱盐、饮用水、中水、食品饮料等。

因为我国对纳滤膜的研讨起步较晚,纳滤膜原资料仍依靠进口,纳滤膜产品与国外仍有较大距离,国产化纳滤膜出产厂商仅有个位数,且功能不安稳,抗污染才能差,运用寿命不如陶氏等世界企业。

跟着我国纳滤膜制备和出产工艺的研制投入不断添加,纳滤膜技能的工程运用不断推行,纳滤膜技能在我国具有杰出的开展前景。

04 膜法水处理

乡镇污水处理和乡镇供水是膜法水处理技能的首要运用场所。大部分膜法乡镇供水厂选用微滤膜,部分出水目标较高的水厂一起运用微滤和反渗透膜,纳滤水厂近几年也呈添加态势。

绝大多数膜法乡镇污水处理厂运用MBR技能。从数据看,市政大规划MBR运用和膜法市政水厂的规划改变与整个膜法水处理职业产量的改变趋势高度共同,能够以为MBR 膜技能的运用在膜法水处理产量的快速添加中起到了主导效果。

水处理分为一级处理、二级处理和深度处理。一级处理的首要意图是去除悬浮状况固体,常选用物理法,关于BOD5的去除率一般在20%-30%;二级处理的意图是进一步去除污水中胶体和溶解性污染物,常运用生物法,BOD5的去除率在90%以上;深度处理以到达更高的处理与排放要求或污水回用为意图。

膜法技能一般用于处理二级处理活性污泥出水,或许将膜处理体系直接置于生化池,即膜生物反应器(MBR),替代原有二沉池、絮凝沉淀池等环节。

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MBR工艺与传统活性污泥法

与传统的污水处理技能比较,MBR 技能具有五大方面的长处:

1)出水水质优:MBR技能出水水质优且安稳,悬浮物和浊度接近于零。在难降解有机物去除、消毒和生态安稳性等方面与传统工艺比较有必定优势;

2)占地面积小:MBR反应器内能保持高浓度的微生物,处置设备容积负荷高,与传统生物工艺比较占地面积大大削减,这也是现在部分市政污水项目挑选MBR的重要原因。

3)耐水质冲击才能强:因为膜的高效截留效果,可使微生物彻底截留在生物反应器内,有利于增殖缓慢的微生物在反应器中截留、生长、繁衍,使得体系耐水质冲击才能得以进步;

4)剩下污泥少:体系在高容积负荷、低污泥负荷和长泥龄的条件下运转,污泥产率低,可下降污泥处理的费用;

5)发动便利:体系为各种微生物的逗留和繁衍发明了生长条件,丰厚了反应器中的微生物相,缩短了驯化周期,从而使MBR能够在短期内发动运转。

MBR技能与活性污泥法的优劣势比较

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但MBR技能在推行运用进程中也面对能耗高、本钱高、办理要求高、剩下污泥难处理等难题。从经济性方面看,MBR技能的出资费用较高。据统计,一切市政污水处理厂的均匀吨水总出资费用约2200元,而MBR吨水总出资费用为2100-7000元,均匀约3800元,直接工程费用为2000-4500元(包含土建、装置、膜体系和设备),出资费用的差异与运用范畴、项目建造时期、膜组件厂商、结构方式等均有较大联系。

经过比照同区域一起期同规划不同技能道路的三个污水处理厂,别离选用MBR工艺(A工艺)、二级生物处理+滤布滤池(B工艺)、二级生物处理+UF(C工艺),能够看到,MBR的土建费用略低,但膜组件出资较高,其他配套设备出资也略高,但考虑到MBR技能的出水水质更优以及相关征地费用较小,MBR技能与传统技能的出资费用距离将大幅缩小。

从运转本钱看,MBR工艺的直接运转本钱在0.5-0.9元/m3,比传统工艺高约0.15元/m3,加上膜折旧费要高出0.4元/m3,可见MBR技能的能耗和运转本钱较高。

未来跟着水质要求的不断进步,技能工艺的不断老练改善、膜制作本钱不断下降,膜法水处理的运用占比有望进一步进步。

05 膜企业生长途径

企业并购是世界环保巨子生长的必经之路,这在全球膜法水处理商场的体现尤为显着。

世界闻名的膜制作商,大多都是多元化的大型企业,膜事务仅仅其多元化战略下的一个事业部。各大公司拓宽事务范畴进入水处理或膜制作职业,然后经过收买已有公司和事务来取得商场份额和品类技能的补全。

我国的膜工业因为起步较晚,开展阶段与海外所在不同,膜企业的规划遍及较小。我国的膜企业技能来历多为留学归国人员自主研制,校园研讨院、实验室等工业研讨成果转化或外部老练技能引进。2001 年国家推出膜工业化方针,膜工业的开展伴跟着环保工程的迸发,膜资料、体系草创企业凭借工业链延伸进入到环保工程与运营范畴。

学习海外的开展经历,我国的膜企业在出产工艺和资料研制上仍有较大进步空间,膜企业未来仍需求进行继续的研制投入。而大型化工企业进行高端膜资料研制具有先天优势:

◆2019年万华化学出资5.1亿元万华工业园区内出资建立膜工厂项目,总出产才能为619万平方米/年,其间RO膜:300万平方米/年;NF膜:60万平方米/年;UF膜:50万平方米/年;中空纤维膜:100万平方米/年;MF膜:100万平方米/年;改性别离膜:9万平方米/年。

◆中化世界出资约9.7亿元在宁波象山经济开发区建造年产22万支反渗透膜工厂。估计项目将于今年年末或下一年投产。

国内膜资料的商场空间较小,国内的膜制作企业若不能经过工业链的延伸做大做强,打破本身的市值瓶颈,继续投入研制构建护城河,则当时抢先的技能优势未来或有被赶超危险,远期或难逃被比如万华、中化等大型集团并购整合的命运。

国内膜首要上市公司比较

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国内膜元件商场空间较小,只做上游的膜资料企业将面对较低的市值天花板,膜企业要做大做强, 需求从元件、体系向工程、运营范畴拓宽,延伸到宽广的运用商场方能打破市值天花板。

因而,膜企业的中心竞争力在于既要在体系配备具有制作或集成方面的技能优势、又要有工程经历和运营才能,方能继续研制立异,拓宽新的运用和事务范畴,完成市值天花板的不断打破。

参考资料:

wind;

我国工业信息网;

《膜别离资料运用根底》;

《我国水处理职业可继续开展战略研讨报告》;

《现代膜技能与制膜工艺实例》

 

 



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