膜法水處理行業發展研究報告

“十三五”規劃以來，國家對環境保護已經到了一個高度重視的程度。全國各行各業都在開展環境保護工作。而作為生產制造業的企業來說，保護環境問題更是嚴峻。環境資源部門要求每一個生產企業都要針對其可能產生的污染進行處理，水污染處理尤甚。膜法是水處理行業主要工藝，那么膜法水處理的行業究竟是一個什么狀態。

第一部分

一、水處理行業概況

我們先來普及一下污水處理市場概況、水處理過程及膜的應用情況。

圖一：中國31個省級水資源供求狀況

圖二：水資源質量狀況、污水水質的分布

二、污水處理市場的概況

2003-2014 年，全國城鎮污水處理廠的年均增速達到25.16%，到2014 年，數量達到6031 座，不過增速已經放緩，2014 年增速為12.43%。

同期，城鎮污水處理量年均增速達到18.35%，到2014 年已經達到494.30 億噸，但增速同樣下降到了8.38%。同時，據住建部數據，2010-2015年城市污水處理能力年均提高6.09%，至2015年已經達到14028 萬立方米/日，再生水能力提高到2317萬立方米/日。在2010 年，城鎮污水處理率已經達到72.90%，由于后續數據缺乏，但推測其比率已超過80%，因此未來城鎮污水處理走勢趨緩，增量空間有限，存量運營將成為關鍵。

另外，相比于城鎮污水處理，工業廢水治理市場已經處于減速區間，全國工業廢水治理投資完成額已經負增長， 2014 年增長-7.72%，為115.25 億元。

三、要點總結

截止2015年末，中國約有6500座污水處理廠，城鎮污水處理能力約2.17億噸/日，全球污水處理能力約10億噸/日。

四、污水來源和處理流程

我們以市政污水處理為例，處理的對象是排放到市政管網中的污廢水。這些污廢水有三大來源：生活污水、工業污水、初期污染雨水， 其中，工業污水一般要經過預處理，達到國家和地區的排放標準才能排放到市政管網中。當然，偷排、不達標排放是另外一個問題。

在對水處理流程中，廢水一般要經過初沉池、生化反應器、二沉池等環節，在生化反應器中，由于采用不同的固定微生物的方法，因而出現氧化溝、傳統活性污泥法、a2/o、sbr、a/o、mbr 等水處理技術。通常所說的膜法水處理，指的就是mbr 水處理技術，目前，其使用的主要是微濾膜和超濾膜。

五、膜法水處理和傳統水處理的區別

使用膜法技術可以大幅度提高產水水質。按處理深度，可將污水處理分為一級處理、二級處理和深度處理。一級處理的主要目的是去除懸浮狀態固體，常采用物理法，對于bod5的去除率一般在20%~30%;二級處理的目的是進一步去除污水中膠體和溶解性污染物，常使用生物法，bod5的去除率在90%以上;深度處理以達到更高的處理與排放要求或污水回用為目的。

膜法技術通常用于處理二級處理活性污泥出水，或者將膜處理系統直接置于生化池，代替原有二沉池、絮凝沉淀池等環節。使用膜法技術改造之后，傳統污水處理工藝可以直接生產出高品質再生水。

可以說，水處理行業具有剛性需求屬性；水需求持續增長；污水處理市場快速發展，但增速已放緩；以水處理為主要手段的水資源循環利用是解決上述矛盾最佳方案。

第二部分

一、政策向導

近年來，膜技術水處理行業的相關政策。

二、水排放法規標準

2015年4月國務院發布“水十條”，其中明確：敏感區域(重點湖泊、重點水庫、近岸海域匯水區域)城鎮污水處理設施應于2017年底前全面達到一級a排放標準;建成區水體水質達不到地表水ⅳ類標準的城市，新建城鎮污水處理設施要執行一級a排放標準?！八畻l”提標改造投資空間預計約400億。

三、要點總結

水資源安全是國家安全的重要組成部分，近年來國家大力扶持水處理膜產業的發展。排放標準越來越高，利好膜行業。

第三部分

一、膜法水處理技術概況

(一)膜技術簡介

膜技術是膜分離技術的簡稱，是仿生物學膜，通過人工材料(膜材料)實現不同介質分離的技術。膜分離是以對組分具有選擇性透過功能的膜為分離載體，通過在膜兩側施加一種或多種推動力，使原料中的組分選擇性地優先透過膜，從而達到混合物分離，并使產物提取、濃縮、純化等的一種新型分離過程。

膜的分離精度主要取決于其過濾孔徑大小，可分為微濾(mf)、超濾(uf)、納濾(nf)、反滲透(ro)膜。膜技術廣泛用于環境、能源、電子、醫藥等各個方面。由于膜技術可以去除常規處理工藝難以去除的水污染物，在水處理領域的應用越發受到重視。

不同種類的膜技術分別應用于不同的細分領域，主要包括市政污水處理及再生、自來水處理、工業水回用、海水淡化、家用凈水器等。

（二）技術原理

膜材料(membrane)制作：膜是具有選擇性分離功能的材料，以膜為分離介質，通過在膜兩邊施加一個推動力(如濃度差、壓力差或電位差)時，使原料側分組選擇性的通過膜，以達到分離提出的目的。根據壓差驅動膜分類，或根據孔徑大小及可通過溶質大小的不同，膜材料制作可分為微濾(mf)、超濾(uf)、納濾(nf)、反滲透(ro)膜四種。

膜元件(element)制作：膜元件是將膜材料以某種形式組裝在一個基本單元設備內，通過較小體積擴大膜面積和提高膜的工作效率的裝置。膜元件的作用是用膜的選擇性分離實現料液的不同組分的分離、純化、濃縮。膜元件制作分為平板式、卷式、管式、中空纖維式四種。

膜組件(module)制作：由若干膜元件與自控系統組成的設備集合體為膜組件系統;膜組件及其系統是實現膜分離作用的主要載體。

膜材料 - 孔徑大小、過濾效果示意圖1。

（三）膜材料的材質分類

根據制造材質不同，膜可分為無機膜和有機膜。

無機膜主要是陶瓷膜，玻璃膜，金屬膜，其過濾精度較低，選擇性較小。有機膜由高分子材料加工而成，如聚偏氟乙烯(pvdf)、聚氯乙烯(pvc)、聚醚砜(pes)、聚砜(ps)、醋酸纖維素(ca)等，由于有機膜過濾精度較高，選擇性大，廣泛應用于水資源化領域與工業特種分離等領域。

目前大型水處理方案中使用較多的為偏氟乙烯(pvdf)、聚醚砜(pes)材質制作的微濾/超濾膜元件。反滲透膜的制造材質多為醋酸纖維素(ca)等。

（四）膜材料的形狀分類

根據不同形狀，膜可以分為中空纖維膜(pvdf)、平板膜(mbr)、管式膜和卷式膜。

膜的形狀是由制作和裝配工藝決定的，中空纖維膜在水處理應用領域使用廣泛。平板膜一般僅在水資源化領域中的部分工藝中使用，如部分膜生物反應器(mbr)中，管式膜則主要用于垃圾滲濾液處理和高固含量液體分離。

（五）膜法水處理的技術類別

根據技術類別分類，主要包括膜生物反應器(mbr)、連續膜過濾(cmf)、浸沒式膜過濾(smf)和雙向流膜過濾(twf)。

膜生物反應器(mbr)，是高效膜分離技術與活性污泥法相結合的新型污水處理技術。其主要工藝原理是用超/微濾膜分離技術取代傳統活性污泥法的二沉池和常規過濾單元，實現高效的固液分離和生物菌群的截留，經其處理后的出水直接達到高品質再生回用水標準。

以mbr為核心的三級水處理系統是目前最好、具有一定成本效益的保護水環境和飲用水源的解決方案，多用于污水排放標準高的傳統污水廠提標改造、擴建工程，或新建緊湊高效型的污水處理系統。出水水質遠超未來幾年的排放標準，出水可安全排放至敏感水環境中、在農業灌溉和工業生產中重復使用，以及地下水回灌。目前在中國市政污水處理領域mbr使用較為普遍。

連續膜過濾(cmf)，是以中空纖維超/微濾膜組件為中心處理單元，配以特殊設計的管路、閥門、自清洗單元、加藥單元和自控單元等，形成閉路連續操作系統，原水在一定壓力下透過微濾/超濾膜進行過濾，達到物理分離凈化的目的。

浸沒式膜過濾(smf)，是超低壓中空纖維膜技術與連續膜過濾技術相結合而派生出來的一種新型的膜過濾處理工藝。它使用開放式中空纖維膜組件，將膜直接置于充滿待處理水的膜池之中，通過泵的負壓抽吸和大氣壓力，使水透過膜表面，從中空纖維膜內側抽出，達到過濾凈化的目的。

cmf和smf主要用來處理相對清潔的水，如地表水、地下水、污水處理廠或預處理后尾水、海水淡化和純水制備過程中反滲透(ro)膜組件的前處理水等。供水深度凈化處理中cmf、smf應用相對較廣。

雙向流膜過濾(twf)，是在膜分離過程中，通過對原水的進出方向進行周期性倒換，在分離過濾的同時，利用原水對污染較重的一端進行清洗，以保持膜的良好通透效果，達到持續穩定地進行原水分離凈化的效果。

膜法水處理 - 工藝對比示意圖

（六）膜法水處理應用范圍

膜技術在水處理方面的應用約占國內分離膜市場的85%份額，是分離膜的主要應用領域。

膜法水處理技術目前主要應用于污水處理(包括市政污水處理和工業污水處理)、給水凈化(包括市政給水凈化和工業給水凈化)、海水淡化(苦咸水淡化)和純水制備等領域。

大規模水處理中，微濾膜、超濾膜更適用。在大規模的水處理工程中，包括市政污水處理和工業廢水處理，采用膜法水處理工藝的情況下，使用的大部分是微濾膜和超濾膜，這主要與這部分的水處理的要求和該種膜的特性有關。在大規模污水處理過程中，由于處理量大，最后的出水的標準要求并不高，并不要求達到飲用水的標準。

反滲透膜更適用于生產性用水等領域。反滲透膜主要應用在生產性工業純水領域，主要是制藥、微電子、食品、化工等技術要求較高的領域，同時在海水淡化也是一個重要的應用領域。反滲透膜和納濾膜成本較高，且由于其孔徑較小，出水率較低。比如，對于反滲透膜而言，其進水和出水一般是2:1的關系，也就是說，至少有一半的水損失掉。不過，如居民自行飲用，亦或者對于食品、制藥等工業生產過程中對水的品質要求較高的話，比如說純水要求等，在這些生產性或消費性用水中，反滲透膜更加適用。

膜法水處理 – 應用領域示意圖

注：其他領域 - 特種分離一般是指發酵、制藥等如菌體分離、生物法生產丙烯酰胺、血液透析。

實際應用中需要應用多種膜技術。

（七）膜技術和核心優勢

要點總結

膜法水處理的優勢明顯、出水水質高，市場空間廣闊，但成本較高。

第四部分

一、膜行業產業鏈和利潤分布

（一）水處理產業鏈示意圖

（二）膜法水處理產業鏈示意圖

（三）膜法水處理的產業鏈

上游：包含膜材料、膜組件制作。膜材料分為反滲透、納濾、超濾、微濾四種。膜組件分為中空纖維式、平板式、卷式、管式四種。上游膜材料的性能和價格直接影響膜組件設備的性能、膜法水處理工藝的優化空間和水處理設施的投資成本與運營費用。膜材料/膜元件制作和研發在整條產業鏈中擁有更高的技術先進性和盈利性。

中游：包含工程的技術設計、工藝設計、工程建設。技術和工藝設計主要分為膜生物反應器(mbr)、連續膜過濾系統(cmf)、浸沒式膜過濾(smf)和雙向流膜過濾技術(twf)。

下游：包含水處理設施的運營、維護。主要涉及給水處理、污水處理、海水淡化、超純水制作以及膜的清洗、更換等。

（四）產業鏈的收入、利潤分布

膜法水處理產業鏈50%以上的收入和利潤，都在膜材料和組件的制造環節。

第五部分

一、國內膜技術水處理的發展歷程

通過梳理行業產值變化規律，以及相關政策和標志性事件，中國膜法水處理行業的發展經歷了以下幾個階段：

1. 實驗室階段(2001年之前)：我國早在1967年就開始了反滲透膜的研制工作，1986年ca非對稱反滲透膜實現產業化，1991年mbr技術傳入中國，1998年第一個采用mbr工藝的中水回用裝置在大連建成，處理量為200噸/天。這一階段膜技術主要集中在大學和科研機構的實驗室小試、中試階段裝置。

2. 小型工程應用階段(2001-2006年)：2001年國家推出膜產業化政策，膜法水處理工藝進入深入研究階段，部分處理量為幾百至幾千噸/天的小型mbr污水處理工程開始建造，2004年慈溪杭州灣航豐水廠建成，成為第一個規模5萬噸/天以上的膜法城鎮供水項目。

3. 規?；こ虘秒A段(2006-2011年)：2005年國家推出的節能減排和污水資源化政策促進膜產業加速發展。以采用mbr工藝的北京密云4.5萬噸/天再生水項目為代表的萬噸級以上膜法污水處理裝置陸續投運。這一階段由于2008年北京奧運會和2007年無錫太湖藍藻事件的催化劑作用，公眾對水安全的重視程度顯著提升，為膜法技術規?；茝V奠定了基礎。

4. 全面推廣階段(2011年至今)：國產膜材技術逐漸成熟，價格下降，同時伴隨著環保標準日趨嚴格和民眾環保意識增強，膜法技術在全國多地開始商業化應用，目前全國投運或在建的萬噸級mbr城鎮污水處理系統已達上百個。

我們認為中國膜法水處理行業的發展遵循以下規律：環保指標日趨嚴格是促使產業發展的外因，而以碧水源、津膜科技為代表的一批國內膜企技術水平提升以及公眾環保意識增強則是產業發展的內在動力，同時標志性事件在關鍵時間節點起到了催化劑作用。

第六部分

一、膜材料市場和未來趨勢分析

（一）國外市場

全球膜及膜組件市場銷售額，從1999年44億美元上升到2014年186.80億美元，復合增長率7-8%。

（二）國內市場

我國膜產業總產值(指膜制品、膜組件、膜附屬設備及相關工程的總值)從1993年2億元上升到2015年近850億元，復合增長率超過20%，其中水處理領域占到85%以上。

工信部提出"十三五"我國膜工業發展目標是，年均增長率將達到或超過20%,故保守預測到2020年達到2000-2500億元，膜產品出口產值每年超過100億元。

（三）膜材料成本逐漸下降

在當前市場，膜技術在污水處理行業推廣應用面臨的最重要的制約因素是較高的成本。隨著膜技術研發和應用的不斷推進，加上國產替代趨勢愈發明顯，膜材料及膜技術應用成本都趨于下降。而膜材料價格不斷下探，不僅拓寬了膜法水處理應用范圍，膜產品在污水處理領域大規模應用將成為現實。

以mbr膜為例，過去的20多年間，受益于膜工藝設計的改進、運行維護方案的優化和膜壽命的延長，膜產品及其工藝以指數形式下降，整個生命周期成本從1992年400美元/㎡降低至2005年不足50美元/㎡。

實際應用中，傳統工藝污水廠的單噸造價為1000–1200元，而采用mbr工藝的污水廠單噸造價一般都在1500元左右?？紤]到財政部有望出臺的補貼政策，可抹平膜技術與傳統工藝的造價差距。運行費用方面，以mbr為例，在考慮技術進步帶來的能耗下降和污泥處置要求的情況下，膜處理的運營費用與傳統工藝差距僅有20%。

下圖以碧水源膜組件投資成本為例。

（四）膜法水處理廠的變化

市政大規模mbr應用和膜法市政水廠的規模變化，與整個膜法水處理行業產值的變化趨勢高度一致。因此可以認為，以上兩類膜技術的應用在膜法水處理產值的快速增長中起到了主導作用。

城鎮污水處理和城鎮供水是膜法水處理技術的主要應用場所，絕大多數膜法城鎮污水處理廠使用mbr技術，大部分膜法城鎮水廠采用微濾膜，部分出水指標較高的水廠同時使用反滲透膜。另外，未來在工業污水處理以及再生水領域，膜法技術也將有較大發展空間。

（五）膜行業技術發展趨勢

膜元件生產高端化。

膜元件生產和研發一直是整個膜法水處理產業鏈技術核心，占據利潤金字塔頂端位置。目前低端膜市場國產化程度逐步升高，但由于技術壁壘下降，競爭趨于激烈，導致利潤率逐步下降。反觀高端膜市場，由于技術差距，大部分市場份額仍然被國際品牌占領，利潤率維持在較高水平。高利潤必將吸引更多企業進入，膜元件生產向高端發展是大勢所趨。

向全產業鏈延伸

膜法水處理產業鏈由膜元件研發和制作、膜組件制作、成套解決方案提供、運營和維護等幾部分組成。由其中一點切入，向全產業鏈延伸，可以迅速擴大公司營業收入和利潤總額，帶來公司的高速成長，同時塑造品牌形象，提高抗風險能力，降低平均成本。因此，向全產業鏈延伸是行業發展的另一大趨勢。

第七部分

一、國內膜技術行業的競爭格局

（一）競爭格局

國內膜企規模兩極分化趨勢明顯

目前，中國膜工業規模以上企業約400家，企業規模呈現兩極分化趨勢。大多數國內膜企業有規模較小，研發實力較弱，資金實力較差的特點。

年產值500萬左右的小規模企業占膜企總數的約85%；年產值1000萬以上一億以下的中等規模企業約占10%；年億元產值以上企業僅占企業總數的5%，但這一類企業集中了行業約90%的營業收入。如圖所示，2015年碧水源年營業收入為52.1億，超過所有年產值一億元以下膜企業的營業收入總和。

國內膜企中一批規模較大，競爭力較強的企業已登錄資本市場。目前在主板上市的膜法水處理相關標的有碧水源、津膜科技、南方匯通、維爾利和萬邦達。其中，津膜科技和南方匯通主要以膜制造商的角色出現;碧水源和維爾利是主流的膜工程商;萬邦達在2015年與日本東麗成立合資公司，開始生產mbr膜元件和膜組件，并借此機會切入膜法水處理市場。另外，在新三板市場有大概35家膜法水處理相關標的。

（二）反滲透(ro)膜產品市場

反滲透膜主要用于脫鹽、超純水制造、海水淡化領域。反滲透膜技術壁壘遠高于微濾和超濾膜。在ro膜元件制作所使用的50余種原材料和輔料中，聚酯無紡布、濃水隔網等至今尚未實現國產化。

反滲透膜市場份額占比最大。1)技術含量最高的的是膜元件環節(反滲透、超濾和微濾)。2)在各種膜組件中，反滲透膜的市場規模占比最高，達到45%左右，微濾膜膜組件其次，占比30%左右，納濾和超濾膜占比在20%左右。

反滲透膜屬于寡頭競爭格局，國產化率低。1)全球反滲透膜屬于寡頭競爭格局，主要有7大生產廠商，包括陶氏化學、日東電工、日本東麗、美國 ge、美國科氏、韓國世韓和時代沃頓。2)國內市場陶氏反滲透膜領域市場占有率第一，國產膜僅時代沃頓占比10%左右。