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我国反渗透膜市场的版图演变:1980-2022年

易开得
2023-02-11741
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2021年,全球反渗透(RO)膜片产量超过2亿平方米,国产品牌的RO膜产量占据全球膜产量的1/3,仅沃顿科技、澳维科技、唯赛勃与碧水源四家膜企业的产量就达到全球RO膜产量的19.5%。


回顾国产反渗透膜品牌在中国膜市场版图的演变历程对我国膜产业高质量发展也许不无益处,本文按其发展的时间顺序做简要回顾。


01 我国反渗透膜发展历程


起步阶段(1966-1985)


我国反渗透膜的研发始于上世纪六十年代中期,中国政府意识到海水淡化的重要意义,推动发展海水资源的脱盐技术。


1966年,国家科委决定在全国搞海水淡化会战,从海水中获取淡水。


同年,山东海洋学院化学系、国家海洋局一所、中科院青岛海洋所和中科院化学所在我国首先开发非对称醋酸纤维素反渗透膜;随后,1973年中科院大连化学物理研究所开展了芳香聚酰胺膜材料和中空纤维反渗透膜技术的开发。约在1977年左右,中科院兰州冰川冻土沙漠研究所、大连化物所、国家海洋局二所以及化工部晨光化工研究院几乎同时开展了复合反渗透膜的研究。


1975年-1982年,当时在国家海洋局海水淡化研究室从事研究工作的高从堦先生主持了“三醋酸纤维素中空纤维反渗透膜及组器的研究”,成功研发出国产化CTA中空纤维反渗透膜。1984年,我国已经研制出一批具有一定水平和实用价值的非对称反渗透膜;从事反渗透膜研究单位已经超过20个,遍及北京、上海、天津、浙江、辽宁、甘肃、山东、广东等十多个省市。


上世纪八十年代中后期,反渗透(RO)膜登上中国膜法水处理规模化工业应用的舞台。RO膜初期多用于半导体、电子行业的超纯水制备,随后迅速扩展应用于火力发电厂锅炉补给水的初级脱盐,应用规模突破单套反渗透装置产水量200吨/小时。


上世纪九十年代初,上海石洞口电厂,上海杨树浦电厂,天津军粮城电厂等已采用RO膜生产发电厂锅炉补给水。中国早期的RO膜市场中,中空纤维反渗透膜在工业应用占据重要地位。


国产化制造与应用阶段(1986-1995)


1985-1988年,辽宁兴城8271厂从美国引进了醋酸纤维素反渗透膜和元件生产线。1980年代末,中国已初步完成从实验室研发到工业化的过度,自主研制成功多款性能与国外同期产品水平相近的醋酸纤维素反渗透膜产品。此时,湖州水处理设备厂和8271厂已建立了年产几千个卷式组件的反渗透生产线,国家海洋局杭州水处理技术开发中心中空纤维反渗透生产线已具备工业化规模的生产能力。天津纺织工学院、余姚膜分离设备厂及沙市水处理设备厂也具备批量生产中空纤维反渗透组件、平板反渗透装置、管式反渗透装置的能力。


国产膜品牌处于停滞(1996-2005)


自20世纪90年代起,基于聚酰胺材料反渗透复合膜及其卷式器件风靡全球。当时国内虽然已经具备聚酰胺反渗透复合膜的研发能力,但由于原材料及基础工业条件限制,生产的膜器件性能偏低,生产成本高,还没有形成规模化生产。


上世纪九十年代中期到上世纪末的短短几年间,辽宁、江苏、河北、福建等地多家企业先后花巨资从国外引进4条芳香聚酰胺复合膜生产线,总投资超过两亿元人民币。由于国产原材料的质量很难保证均一与稳定导致部分原料尚需进口;在制膜、制器工艺与环境条件上难以达到发达国家的水平,这些因素严重制约了膜产品的质量。使用厂家反映,国产的反渗透膜初期使用效果尚可,但化学清洗后脱盐率明显下降。当国产膜价格和进口膜产品没有显著差异时,国产RO膜产品将缺乏市场竞争力。


1996年,日东电工美国海德能公司为了扩大中国市场份额,率先大规模降低向中国出口的聚酰胺RO复合膜元件售价,价格和国产RO膜产品售价十分接近。随后,陶氏化学、世韩等公司也相继降价。受此冲击,国内反渗透膜生产厂家大部分都停产;即使是从欧美引进芳香聚酰胺复合膜生产线的企业也处于半停产甚至停产状态。


1996-2005这十年间,中国反渗透膜市场规模扩大了13倍,累计引进的RO膜元件的水处理能力约为1000万m³/d。这一时期,中国RO膜市场几乎都被海外品牌占领,陶氏化学和美国海德能公司分别占30%~35%的市场,剩余的被日本东丽公司、GE与科氏等公司占领(见图2)。2003年,国产反渗透膜仅占2%左右的市场份额。


这一时期,国内生产反渗透装置主要采用进口国外的膜组件和压力容器进行组装生产。国内反渗透装置生产厂家的典型代表包括半岛水处理有限公司、浙江湖州水处理设备厂等。


跟跑阶段(2006-2015):技术引进与吸收


上世纪,中国通常引进发达国家已经过时的二、三流RO膜生产线。许多引进生产线的企业自身缺乏技术的消化吸收能力,同时缺少再投入研究的认识和准备,误以为引进的生产线安装调试好就大功告成,结果导致生产的产品往往达不到原设计水平。这一现象引起膜行业的深刻反思,“引进、吸收、创新”(即引进国外技术和设备,经消化吸收后再创新)成为行业的共识。


2000年,杭州水处理中心组建北斗星膜制品公司,全套引进了美国反渗透复合膜的生产线和相关工艺,主要生产芳香族聚酰胺复合膜,实现反渗透复合膜的国产化生产。


2001年,时代沃顿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。沁森高科于2010年从美国引进膜生产工艺及自动化生产流水线,具备年产300万平方米RO膜元件的生产能力。


蓝星(杭州)膜工业有限公司成功开发研制了海水淡化用反渗透复合膜和纳滤膜等系列产品,该公司2011年开始建设国家海水淡化装备制造基地,建成年产500万m2的膜生产线,可生产反渗透膜(RO)、PVDF中空超滤膜、纳滤膜(NF)等多种不同规格膜产品。


2010年后,相比于国外同类型产品,国产膜品牌在性价比方面开始展现出优势。在性能方面,时代沃顿公司这一时期生产的RO膜产品在抗氧化、抗污染能力等方面都非常优秀,其销售额每年以40%的速度增长,并且出口销售额已经占到整个销售额的40%,出口到欧美、东南亚等国家。


国内企业在RO膜生产的工艺逐步成熟和完善,2015年左右已经实现了RO膜的全系列生产,低压纯水膜制作技术更为成熟。但是由于国内企业的生产设备的控制精度不高,如缺乏灵敏的厚度在线控制、化学药剂浓度控制、温度传感控制和张力传感控制等;加之技术引进时未获得最优最新的生产工艺和生产方法,从而致使海水淡化膜和超低压RO膜在“十二五”末还未能实现规模化稳定生产。


此外,国产RO膜元件的抗污染性、抗清洗性、抗氧化性稍差,与国外最优秀产品相比尚存3-5年的差距。在RO膜元件制作所用的50余种原材料和辅料中,聚酯无纺布、浓水隔网等尚未实现国产化。


这一时期的国内反渗透膜市场上,国外反渗透膜产品仍然占据优势地位,其中美国陶氏化学公司、蓝星东丽和海德能公司占70%左右的市场份额。但总体上,国外品牌的市场占有率已有明显下降,国产反渗透膜在中国市场份额从2003年2%上升到2014年的13%以上(尚未计入蓝星东丽公司在中国的市场占有率)。


在全球反渗透膜市场上,中国品牌的膜元件(蓝星东丽份额按蓝星公司的股份占比折算)所占的市场份额已经接近10%。


跟跑向并跑的转换阶段(2016-)


2015年以来,新一轮RO膜产品的投资热潮正在兴起。除了已在中国打拼多年的十几家外国反渗透膜厂家仍处于激烈竞争态势外,还有5~6家新兴的外国膜厂家正在进入国内市场。国内RO膜厂家,除时代沃顿和蓝星(杭州)膜工业有限公司外,湖南沁森、山东九章、澳维科技及碧水源等国内膜企业也陆续投产,包括一些上市企业在内的国内公司也在进军RO膜制造市场。


这一时期,时代沃顿公司开始建设贵阳沙文新园区,2019年产能达到1700万m2,2021年达到2330万m2。时代沃顿通过自身的研发创新,树立起了国产复合反渗透膜第一品牌和第一大规模的行业领先地位。VONTRON反渗透膜产品已通过美国NSF/ANSI58和NSF/ANSI61认证,远销美国、印度、意大利、西班牙、德国、土耳其、韩国、日本、越南、马来西亚、泰国、新加坡、巴西、加拿大、中国台湾等国家和地区,并在全球各地拥有自己的代理经销商和固定客户群。


2016年澳维科技首条膜片生产线实现投产,反渗透膜通过美国WQA国际金印认证;2017年膜片产能达到140万m2,通过美国NSF/ANSI58、NSF/ANSI61国际认证;2021年膜片产能达到960万m2,销量达到国内第二、全球第六。


北京碧水源也加大在RO领域的投入,陆续建成两条RO/NF生产线,具备年产1000万m2产能,其中低压纳滤膜产品在我国多个新水源厂、饮用水处理厂得到应用;自主开发的RO膜已成功应用于我国董家口海水淡化以及船用海水淡化等项目。


根据膜元件直径进行划分,工业用反渗透膜元件可分为2.5英寸、4英寸和8英寸3种标准型号,其中8英寸反渗透膜元件作为污水处理及资源化利用、海水淡化、市政供水等普遍应用的产品型号,是反渗透膜用量最大的产品类型。在相关产品领域具备较高的市场占有率方面,以8英寸反渗透膜元件为例,2020年度中国8英寸反渗透膜市场占有率如下:


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02 我国反渗透膜企业的时空分布演变


下图为我国涉及反渗透膜制备、膜工程以及运营维护等业务的膜企业数量时间变化情况,相关膜企业从上世纪80年代的十余家发展到目前6000余家。1990-2000年间,我国从事与反渗透技术相关业务的企业不足百家,且企业数量增长较为缓慢;进入2000年后,我国相关膜企业数量呈现快速增长态势,直至2020年增速才有所回落。图片


从我国从事反渗透相关业务的膜企业空间分布来看,1985年前,膜企业主要集中于江苏、浙江以及北京等地,浙江省与江苏省以水处理膜设备厂为主。


1985-1990年间,部分科研院校与企业间开启合作,在杭州水处理中心、天津纺织工学院、国家海洋局第二研究所、长春应化所等科研院校的技术支持下,涉及反渗透业务的膜企业进入市场。同时,部分企业依靠海外引进膜工艺与膜设备,以实现反渗透膜的市场化应用。此时,涉及反渗透膜业务的企业主要集中于科研实力较强的东部沿海以及北方较为缺水且工业发达的地区。


1990-2000年间,原有反渗透技术强省企业数量进一步增长,涌现出不少知名企业,自此涉及反渗透技术的膜企业遍布全国。


2000-2010年间,出现数十家反渗透膜生产企业,如时代沃顿和北斗星膜实现反渗透复合膜的国产化生产;湖南沁森以及蓝星东丽合资公司的建立,进一步推进了反渗透膜国产化进程。


2010-2020年间,北京上海等地由于政策原因,涉及反渗透膜业务的企业数量增长缓慢,产业逐渐转移至周边省份。与此同时,浙江、江苏、山东与广东等原有反渗透技术实力较强的地区,相关膜企业数量进一步增长,企业集聚现象更加明显。

反渗透膜