国产反渗透膜的发展历程
反渗透膜作为一种具有选择性透过功能的半透膜,在水处理领域应用广泛,包括海水淡化、苦咸水淡化、纯水制备、工业废水处理等。国产反渗透膜的发展经历了多个阶段,从最初的艰难探索到如今逐步走向国际舞台,见证了中国膜技术的崛起。
一、起步阶段(1966 - 1985)
上世纪六十年代中期,中国政府意识到海水淡化的重要性,大力推动海水资源脱盐技术的发展。1966 年,国家科委组织全国海水淡化会战,致力于从海水中获取淡水。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率先开展非对称醋酸纤维素反渗透膜的研发。1973 年,中科院大连化学物理研究所开启芳香聚酰胺膜材料和中空纤维反渗透膜技术的研究。随后,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等单位也相继开展复合反渗透膜的研究。1975 - 1982 年,高从堦先生主持 “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。到 1984 年,我国已研制出一批具有实用价值的非对称反渗透膜,从事相关研究的单位超过 20 个,分布在十多个省市。八十年代中后期,反渗透膜开始在中国膜法水处理规模化工业应用中崭露头角,初期多用于半导体、电子行业的超纯水制备,随后在火力发电厂锅炉补给水的初级脱盐中得到应用,单套反渗透装置产水量突破 200 吨 / 小时。
二、国产化制造与应用阶段(1986 - 1995)
1985 - 1988 年,辽宁兴城 8271 厂从美国引进醋酸纤维素反渗透膜和元件生产线,加速了国产化制造进程。八十年代末,我国初步完成从实验室研发到工业化的过渡,自主研制出多款性能与国外同期产品相近的醋酸纤维素反渗透膜产品。湖州水处理设备厂和 8271 厂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的中空纤维反渗透生产线也具备工业化规模生产能力。此外,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,反渗透膜在国内的应用逐渐广泛。
三、发展受挫阶段(1996 - 2005)
自 20 世纪 90 年代起,聚酰胺材料的反渗透复合膜及其卷式器件在全球兴起。尽管国内已具备聚酰胺反渗透复合膜的研发能力,但受原材料及基础工业条件限制,生产的膜器件性能偏低、成本高,且未形成规模化生产。九十年代中期到末期,辽宁、江苏、河北、福建等地多家企业巨资引进 4 条芳香聚酰胺复合膜生产线,总投资超两亿元。然而,国产原材料质量不稳定,部分需进口,同时制膜、制器工艺与环境条件难以达到发达国家水平,严重制约膜产品质量。使用厂家反馈,国产反渗透膜初期效果尚可,但化学清洗后脱盐率明显下降。1996 年,日东电工美国海德能公司大幅降低向中国出口的聚酰胺 ro 复合膜元件售价,随后陶氏化学、世韩等公司也相继降价,国产 ro 膜产品因价格和性能缺乏竞争力,大部分生产厂家停产,即使引进生产线的企业也处于半停产或停产状态。这十年间,中国反渗透膜市场规模虽扩大 13 倍,但几乎被海外品牌占领,2003 年国产反渗透膜仅占 2% 左右市场份额,国内主要采用进口膜组件和压力容器组装生产反渗透装置。
四、跟跑阶段(2006 - 2015)
这一时期,“引进、吸收、创新” 成为行业共识。2000 年,杭州水处理中心组建北斗星膜制品公司,全套引进美国反渗透复合膜生产线和工艺,实现国产化生产。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,研发制造多种膜元件。沁森高科于 2010 年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海水淡化用反渗透复合膜和纳滤膜等系列产品,并于 2011 年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。2010 年后,国产膜品牌在性价比方面开始展现优势,时代沃顿的 ro 膜产品在抗氧化、抗污染能力等方面表现优秀,销售额快速增长且出口比例达 40%。国内企业工艺逐步成熟,2015 年左右实现 ro 膜全系列生产,低压纯水膜制作技术更为成熟。但因生产设备控制精度不高,缺乏先进工艺,海水淡化膜和超低压 ro 膜在 “十二五” 末仍未实现规模化稳定生产,国产 ro 膜元件在抗污染性、抗清洗性、抗氧化性方面与国外优秀产品存在 3 - 5 年差距,部分原材料和辅料也未实现国产化。不过,国产反渗透膜在中国市场份额从 2003 年的 2% 上升到 2014 年的 13% 以上,在全球市场份额接近 10% 。
五、跟跑向并跑的转换阶段(2016 - 至今)
近年来,我国膜企业逐渐从跟跑向并跑阶段转换。时代沃顿树立起国产复合反渗透膜第一品牌和大规模的行业领先地位。2016 年澳维科技首条膜片生产线投产,销量达国内第 2、全球第 6 。北京碧水源加大 ro 领域投入,建成两条 ro/nf 生产线,具备年产 1000 万 m² 产能。2021 年,全球 ro 膜片产量超过 2 亿 m²,国产品牌 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%。随着国家对环保产业的投入加大以及水处理技术的不断进步,中国反渗透膜市场继续保持快速增长,国产反渗透膜在技术水平、产品质量和市场份额等方面不断提升,未来有望在国际市场上占据更重要的地位。
国产反渗透膜的发展历经波折,在技术突破、市场竞争等多重因素影响下,不断成长进步。未来,随着技术创新和产业升级,国产反渗透膜有望在全球水处理市场发挥更大作用。