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十九大·环境视界——郑祥:中国膜产业:过去、现状与未来

时间:2017-12-21

新思想引领新时代,新使命开启新征程。党的十九大举世瞩目,催人奋进,特别是关于加快生态文明体制改革、建设美丽中国的新理念新思想新战略,令环境学科师生备受鼓舞。在学习十九大精神的过程中,我们深感国家对生态文明建设的高度重视与生态文明理念的不断革新,同时,十九大报告中的内容与环境学院的教师们多年来的研究方向和内容多有契合。

为深入学习宣传贯彻党的十九大精神,中国人民大学“明德环境”厚重人才培养计划的学员们近期采访了环境学院的老师们,邀请他们深入解读十九大报告中关于生态文明建设方面的重要论述。本期开始,我们将陆续推出环境学院教师解读十九大系列专题。本期为郑祥教授专题文章。


前言

2013年以来,中国人民大学膜技术创新与产业发展研究中心连续出版《中国水处理行业可持续发展战略研究报告》,对中国膜工业、再生水行业进行深入的研究与分析,得到高校/科研机构、金融机构/咨询机构的研究人员和环保从业人员的高度评价,成为学术界、环保界、金融界、咨询界人士了解中国环保产业的窗口,对我国水处理行业的发展起到积极的推动作用。同时,结合十九大报告内容,为适应社会各界对生态环境越来越高的要求,膜技术也应该有着相应的创新与发展。2016年由中国人民大学出版社出版的《中国水处理行业可持续发展战略研究报告——膜工业卷Ⅱ》在延续前期研究报告体系结构的基础上,内容上继续秉承精华,总结膜行业面临的新问题与新挑战,从技术竞争力、市场格局、企业运行模式等角度对我国膜产业进行全方位和多维度的研究与分析。本文是根据该报告中有关中国膜市场发展概况的内容重新整理编写而成。


  第一节 中国膜市场发展概况

  膜分离技术在我国水资源、能源、环境、健康和传统技术改造等领域已发挥关键性作用, 成为推动国家支柱产业发展, 改善生存环境, 提高生活质量的共性技术。膜技术推广应用的覆盖面可以反映出一个国家过程工业、能源利用和环境保护的水平。经过50多年的发展,中国膜产业逐渐走向成熟。最近15年是中国膜产业的高速增长期,我国膜产业总产值从1993年2亿元人民币上升到2012年400亿元(图1),2016年我国膜产业总产值已接近1000亿元。

1中国膜产业总产值增长状况(1993-2016

  1999年,全球膜产业总产值在200亿美元左右,中国膜产业的总产值约为28亿元人民币,仅占全球总产值的1.7%。到2016年,全球膜产业总产值达到500-600亿美元左右,同年,我国国内分离膜产业总产值接近1000亿元人民币,占全球总产值的25%以上,总产值占比大幅增加。


  第二节 中国膜产业面临的挑战与机遇

  一、中国膜产业面临的挑战

  中国膜产业的发展处于战略机遇期,同时也面临严峻的挑战,主要体现在以下四个方面:

(一) 应用层次偏低,应用领域偏窄

我国膜技术应用层次偏低,应用领域偏窄,支撑我国资源节约、环境友好型社会建设力度不够。我国膜技术应用领域主要偏重于低端水处理领域,占市场的90%左右,而发达国家这一比例在70%左右。在国外有很大市场需求的血液透析、离子交换膜材料和过程工业用特种膜材料,在我国则处于起步阶段。在水处理领域,高端的大型海水淡化和大型水处理工程也主要依靠国外膜材料,因此我国膜技术的应用尚处于低端层次,应用市场也有待于进一步开发。要在大力推动水处理膜产业高端化的同时,大力发展服务于节能减排和产业升级的特种分离膜材料和离子交换膜材料,大力推进其应用技术的研发与市场开拓,进一步发挥膜技术在建设资源节约、环境友好型社会中的支撑作用。

(二) 膜产业配套能力不足

目前,我国生产膜材料的上游主要基础原材料,包括聚砜、聚醚砜、聚酰胺等高性能特种工程塑料产品质量难以满足膜材料生产要求,海水淡化系统泵、阀、能量回收器、压力容器等关键零部件尚未国产化,主要依靠进口。以膜材料领域为例,与国外相比还存在着很大差距。在技术研发方面,国内膜企业对技术研发的资金投入远低于国外膜企业。国外大品牌的膜企业每年都会投入巨额资金进行新技术、新产品的研发,大量储备某种或某几种技术的第二代、第三代产品。一旦市场需求、市场份额发生变化,这些企业就会立即推出储备的技术产品。而国内膜企业主打的膜产品往往都是最新研发的,膜技术研发并不是作为一种前沿性、前瞻性的技术储备予以看待,中外膜企业在技术储备的差距是十分显著的。

全球膜与膜组器、大型水处理工程、产业技术标准主要由国际跨国公司主导,技术、资金、工程化经验和品牌等方面优势明显。国外膜生产企业通过工程承包、合作建厂等多种方式抢占我国膜法水处理市场,无论是对国内膜法水处理科技提升还是产业发展都构成较大的压力。

(三) 膜产业自主创新能力不强

中国膜产业自主创新能力不强,主要体现在主要膜材料长期依赖进口,高端产业、低端环节现象严重。作为膜产业的核心元器件的膜材料,跟踪开发的产品较多,自主创新产品少,导致国产膜材料市场竞争力弱,在高端市场的占有率不足10%。膜材料自主创新能力不强,导致我国大部分企业只能从事成套装备的组装工作,关键膜材料和器件依赖进口,企业利润微薄,产业处于低端环节。尽管我国近几年膜领域基础研究取得较大进展,但原创性成果较少,同时由于产学研合作机制不健全,研发与产业脱节严重,导致成果转移、转化存在障碍。加强原创创新研究、完善产学研合作机制是提升我国膜领域自主创新能力的必由之路。

此外,我国膜材料创新的主体在国内高校和科研院所,相关制备技术在实验室向产业化方向转移时,未能实现产品化的问题一直没有很好解决。与此同时,若干膜材料的分离机理和制备工艺未能实现实质性突破,造成在基础结构设计上的缺陷,无法在产品性能上突破和提升。尽管“十五”规划以来,国家在不同时期对膜领域的发展均有规划和重点支持,但这些规划和支持分散在不同的部委,相互之间的统筹协调少,导致创新资源分散,形成不了合力。加强创新机制研究,统筹规划,充分整合中央、地方和企业的创新资源,优化产业布局,是“十三五”要迫切解决的重要问题。

(四) 企业规模普遍小,产品质量把控不足

我国从事膜材料生产的企业规模普遍较小;从事膜工程的企业超过千家左右,绝大多数企业不具备大型海水淡化工程的设计、施工、调试运行能力。国内膜企业在产品的生产管理和质量控制上存在着不足,尽管不少企业已拥有ISO9000等多个质量认证的证书,但这些认证落实到生产中的企业比例仍有待提高。许多企业往往是为了质量认证而去获得一个证书,并没有始终地将质量管理理念严格贯彻到生产中去。如何将质量管理体系的要求真正实施到实际的生产中,真正体现出质量管理体系要求的生产标准,中国膜企业仍有待努力。


 二、中国膜产业面临的机遇

  中国水资源紧缺、环境保护、新能源开发、传统工艺技术改造的市场急需膜产业快速发展,使得中国膜产业的发展处于战略机遇期,主要体现在以下五个方面:

(一) 膜技术是解决资源型缺水,保障我国水安全的重要举措

  水资源不足已成为制约我国经济社会持续发展的重要因素之一,特别是我国沿海地区,水资源不足已给城镇居民供水安全和工农业用水保障带来巨大的威胁,成为制约我国沿海地区经济与社会持续发展的瓶颈之一。目前,我国660余座设市城市中有420多座不同程度缺水,约110座城市严重缺水。据统计,正常年份我国缺水总量约在400亿m³左右。利用高科技手段进行“开源”是缓解水资源危机的有效途径,提高水资源的保障能力。其中,膜法海水淡化与苦咸水淡化是提高我国水资源保障能力的重要举措:膜法海水淡化可以提高沿海地区水资源保障能力;膜法苦咸水淡化可以提高西部地区水资源保障能力。

  此外,膜法水处理技术是提高饮水安全保障能力的重要技术。据统计,我国90%的地表水和地下水受到不同程度的污染,部分地区饮水存在水质严重不达标、供水保证率低、水致型地方病突出等问题,严重影响了人体健康。采用以RONF为核心的液体分离膜技术,可有效实现对受污染饮用水的净化,是目前解决饮用水污染最有效、经济的方法。其中NF膜有较高的膜通量,可以截留有机及无机污染物,而对人体必需的一些离子又有较大的透过率。因此,把NF膜应用于饮用水的深度净化较其它的膜分离技术和常规处理工艺有较大的优势。

(二) 膜技术是能源结构调整与新能源开发的重要技术

  我国以煤炭为主的能源供给造成生态环境的严重破坏和石油资源的短缺。天然气资源的充分利用和生物质燃料乙醇的开发是我国能源结构调整的重要措施。膜技术用于天然气净化具有占地少、投资省、成本低的优势, 其研究与应用对我国天然气的综合利用产生重大影响。

  石油目前是我国的主要能源之一,而汽油在运输、储存过程中挥发大量油气造成经济、能源的巨大浪费和严重的环境问题。油气回收膜分离过程是目前最经济实用的一种油气回收过程,具有高效、节能、操作简单和不产生二次污染并能回收有机溶剂等特点。另外排放气为洁净空气,符合环保要求,社会效益显著。目前世界上许多国家都在积极开展膜法汽油蒸气回收技术的研究与开发工作。我国每年的油品损耗量高于800万吨,每年损失200多亿元。针对我国的油气排放标准,2000多个成品油库和近10万个加油站必须进行油气回收系统的安装与改造。发展油气回收复合气体分离膜是解决我国目前油气回收的最有效途径。

(三) 膜技术在水环境保护、大气治理中承担重要角色

  我国是一个严重缺水的国家,同时还是一个环境污染十分严重的国家。污染日益严重、水污染处理技术落后、污水处理设施建设滞后、水资源循环回用率低是造成我国城市缺水的重要原因之一。工业废水资源化和城市污水回用率低所造成的环境污染,不仅严重制约了我国经济发展,而且严重影响人民的生活和健康,采用膜技术处理废水是减轻水环境污染、减缓水资源危机的重要举措。

  我国大气环境污染严重,由烟尘、粉尘、硫氧化物、氮氧化物、挥发性有机物等导致的细颗粒物PM2.5污染全面爆发。加快开发气体净化(特别是空气中PM2.5的截留分离)工程化装备及关键膜材料,从源头削减污染,提高资源利用效率,减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生和排放,以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。膜过滤技术已经用于湿法冶金强腐蚀性液体过滤,能够实现苛刻工况下的550℃以上高温气体净化,产品的推广应用可以带来工业应用领域的重要技术进步。

(四) 膜技术是实现传统工艺改造,实现资源回收的关键路径

  膜技术是传统工艺改造、工业节能减排和清洁生产的可靠保障。我国的过程工业本身不仅是能耗大户,而且是环境污染大户,其产品生产、加工过程的反应、分离、浓缩、纯化,都迫切需要用新的方法改造传统工艺,以提供工业制造技术水平。通过膜与其它过程的集成技术,改变工业生产过程中用户的生产方式实现产业技术升级,进而实现节能环保和资源回收,实现环保由末端治理转变为过程预防、由被动治理转为主动预防、由耗费治理转为增效治理。解决工业生产过程中资源的回收再利用,为国民经济创造效益。

  从最传统的产业(如酱油醋的生产、染料的生产、中药制备等)到高新产业(如电子器件、纳米材料、生物制品等),物料的分离纯化都是必不可少的关键环节。膜技术的推广应用将有力加快我国采用高新技术改造现有产业的进程。在食品工业,采用膜分离技术可实现对液体食品的低温消毒和杀菌,是改造我国传统液体食品生产工艺的重要技术。采用膜分离技术对化工医药产品进行精制和浓缩,不仅能够取代传统的盐析、醇沉和喷雾干燥工艺,降低水耗、能耗和成本,而且更重要的是可以提高产品品质和降低环境污染。

(五) 开拓国际市场面临空前的机遇

  近年来,国产的微滤膜、超滤膜、部分反渗透膜和气体分离膜、电池隔膜等产品,由于质量不断提高、性能良好、价格低廉、服务及时等优势,大批产品和工程进入国际市场。海南立升的PVC超滤膜、天津膜天膜、山东招金膜天、杭州水处理中心、北京格兰特、厦门三达、时代沃顿、大连欧科、上海斯纳普、江西金达莱、宁波沁园等企业生产的膜产品已远销日本、韩国、印尼、马来西亚、印度、巴西、俄罗斯、欧洲和美国等数十个地区、国家,哈尔滨乐普生产的膜壳装置也在国际市场畅销。据中国膜工业协会2014年对32家大型膜企业的统计数据显示,国内现已实现出口近30亿元人民币。

  虽然我国膜产业发展较快,但总体上国际市场的竞争力相对不足。大力开拓国际膜产品、膜工程与膜服务市场,是扩大中国膜产业发展空间的重要着力点,有利于膜企业提高经济效益、培育新的利润增长点。扩大膜产业对外投资,完善膜产品、工程与服务的对外出口支持体系,推动扩大膜行业对外贸易规模,优化贸易结构,增强服务出口能力,培育中国膜产品与服务的国际竞争力,特别是在一带一路沿线国家的影响力。


郑祥

中国人民大学环境学院教授

研究方向为膜分离技术与公共卫生安全


责任编辑:许绩辉

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