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国际视野:美国膜市场概览

时间:2016-11-17

近年中国成为全球最大的膜消费市场,但长期以来美国一直是全球最大的膜市场,在过去20年间,美国几乎消费了全球40%以上的膜制品。因此,了解美国膜市场的发展状况和基础研究状况,有助于我们把握全球膜市场整体的发展情况及趋势。

美国膜市场

1992年,美国膜制品的市场总值约7亿美元,之后进入了连续增长期, 2006年增至21.1亿美元,2013年扩大到44亿美元。根据预测,以年增长率7%计算,预计2019年美国膜市场将达到62亿美元。

图1 美国膜制品市场增长状况(1992-2019)

一、MF/UF膜技术应用现状

2006年全球MF/UF膜市场总装机容量为1118.5 万m³/d,其中美国装机容量为529.9万m³/d。2010年美国低压膜市场总装机容量上升到2147万m³/d。

图 2 美国饮用水和MBR累积装机规模(2005-2010年)

50%以上的MF/UF低压膜应用于饮用水的处理,其供应商主要是通用泽能公司和Memcor 公司。2005-2010 年美国饮用水和MBR 累积装机规模见图2。

近年来,低压膜应用中MBR迅速发展,从2005至2010年,MBR工程量增长了近10倍。截至2010年底,MBR装机容量约为低压膜用于饮用水装机容量的1/3。随着能耗低的浸没式MBR的出现,MBR工艺迅速在生活污水处理中得到应用。2005年后,MBR在美国大型污水处理中的应用案例迅速上升,2011年处理能力≥3785m³/d的大型市政工程增加至85个。

2014年,位于California的Riverside污水处理工程投产,该工程是美国最大的MBR工程,平均日流量为12.4万m³/d,高峰流量可达18.6万m³/d。未来3年仍有更大规模的MBR工程将会陆续投产建设,美国已建大型MBR工程如表1所示。

二、RO膜技术应用现状

美国RO膜的应用始于1970年。图3为美国RO工程累积装机容量及累积工程数量的增长情况,由图可见,1980年之前以小规模工程为主,总规模仅35万m³/d。1980-1989年间总处理量增加了72万m³/d。1990年后,美国反渗透市场迅速发展,1990-1999年间水处理总量增长了2倍以上,达到363万m³/d,工程总量增至1310个,目前美国反渗透工程已建和在建的总装机容量达999万m³/d。2000年起,RO工程装机容量持续增加,工程数量也稳步提升,工程规模逐渐增大,截至2014年,美国RO工程百吨级和千吨级规模分别占总工程规模的61%和31%,万吨级占7%,百吨级以下仅占1%。

图 3 美国反渗透工程累积装机容量和工程增长状况

据统计,美国RO工程的供应商超过100家,与低压膜市场仅由GE-泽能、Memcor等少数几家公司为主成鲜明的对比。根据图 4,GE和Biwater AWET两家公司占据了美国反渗透市场的1/3,其次Siemens Water Technology、Membrane System lnc.市场占有率均为5%,另有45%的市场被超过100家供应商共同占有。此外,美国反渗透处理水以苦咸水和河水为主,二者分别占全部装机容量的52%和27%,反渗透海水淡化仅占10%。 

图 4 美国反渗透膜供应商市场占比情况(以装机容量计,截止至2014年)

(一)  海水淡化美国的海水淡化工艺最初以多效蒸馏(MED)和多级闪蒸(MSF)为主。20世纪80年代,RO工艺开始应用于海水淡化工程中,之后得到迅速推广。1992年起,RO工艺占据了海水淡化工程的70%以上,2006年起,其占比更是高达90%左右(以装机规模计),如图5。目前美国的海水淡化工艺形成了以反渗透为主、多种工艺并存的格局。

图 5 美国海水淡化主流工艺占比变化(以累积装机能力计)

(二)  苦咸水淡化1970年,美国首次采用RO工艺进行苦咸水淡化,并在一年内建成9座基于RO技术的苦咸水淡化厂,总规模达到了3362m³/d。之后,随着RO工艺过程的研究技术和应用经验的日渐成熟,以及RO膜组件价格大幅下降、工艺过程节能等优点,RO工艺在苦咸水淡化中的应用得到推广。截至2014年,美国已建成采用RO工艺苦咸水淡化厂1279座,总装机规模接近520万m³/d,占据苦咸水淡化总规模的90%以上,RO成为苦咸水淡化的核心技术。

图 6 苦咸水淡化工艺阶段变化(以各阶段总装机规模计)

美国膜企业在中国市场的发展

1998年,陶氏在大中华地区所有投资的控股公司——陶氏化学(中国)投资有限公司成立。2004年,陶氏在上海设立大中华地区总部。2007年,陶氏收购浙江欧美环境工程有限公司,使陶氏在水处理领域新增超滤、膜生物反应器和连续电除盐三项关键性的部件技术,同时也使陶氏在中国市场将业务拓展到系统制造领域。2012年初,陶氏与美的和安吉尔签订合作协议,为其提供陶氏家用膜。同年,陶氏与深圳水务(集团)有限公司加强在水处理工程技术、工程设备及运营管理方面进行合作。

尽管陶氏膜产品在工业和市政水处理项目中均占有较大份额,但工业项目仍是目前陶氏最主要的业务领域。陶氏膜产品在海水淡化、工业用水与废水、市政给水、污水处理及再生利用等领域的推广应用取得了巨大成功,成为国内许多重大项目的首选。2003年陶氏大中华区的销售额达16亿美元,2013年,上升到45亿美元。经过近20年的市场开拓,陶氏膜产品在中国具有极高的市场占有率,其中反渗透膜及纳滤膜获得中国市场第一品牌的美誉。

美国KOCH科氏滤膜系统公司在1963年ABCOR公司基础上建立,1981正式更名为Koch Membrane Systems Inc。现已拥有超过40 年的滤膜制造和应用经验。近十几年内,Koch滤膜公司先后收购了世界上3大极具影响力的滤膜产品公司,而成为膜分离领域具有完善产品链的厂商。表2为科氏公司在中国的典型工程案例。

表2 科氏公司在中国的典型工程案例

美国膜领域基础研究状况

1985~2014这30年间,全球共发表膜技术领域的SCI论文87438篇。美国在论文总数、论文被引频次、篇均被引频次和H指数都远远高于其他国家。美国共发表论文16930篇,篇均被引频次达到29.8,而中国文献的篇均被引频次仅为12.4。

表 3  论文数排名前10位的国家(1985-2014年)

单篇被引频次最高的100篇论文中,美国发表的高被引论文数最多,达43篇,远多于第二梯度的国家。其中,耶鲁大学的Elimelech Menachem Chem发表了7篇,7篇总被引频次达2697次,主要研究基于膜过程的高效节能的海水淡化和污水回用。德克萨斯大学的Koros William J.发表高被引论文6篇,总被引频次为2109次,主要研究基于膜和吸附的气体分离、分子筛炭和混合材料等。

表4  高被引论文所在国家梯度分布

本文信息来自于中国人民大学环境学院膜技术创新与产业发展研究中心(MIID)的研究成果。


责任编辑:于喆

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