反滲透膜是一種模擬生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜，是反滲透技術(shù)的核心構(gòu)件。反滲透技術(shù)原理是在高于溶液滲透壓的作用下，依據(jù)其他物質(zhì)不能透過半透膜 而將這些物質(zhì)和水分離開來。反滲透膜的膜孔徑非常小，因此能夠有效地去除水中的溶解鹽類、膠體、微生物、有機物等。系統(tǒng)具有水質(zhì)好、耗能低、無污染、工藝簡單、操作簡便等優(yōu)點。
反滲透膜一般用高分子材料制成，如醋酸纖維素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜。表面微孔的直徑一般在0.5~10nm之間，透過性的大小與膜本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)。有的高分子材料對鹽的排斥性好，而水的透過速度并不好。有的高分子材料化學(xué)結(jié)構(gòu)具有較多親水基團，因而水的透過速度相對較快。因此一種滿意的反滲透膜應(yīng)具有適當(dāng)?shù)臐B透量或脫鹽率。
反滲透膜廣泛用于電力、石油化工、鋼鐵、電子、醫(yī)藥、食品飲料、市政及環(huán)保等領(lǐng)域，在海水及苦咸水淡化，鍋爐給水、工業(yè)純水及電子級超純水制備，飲用純凈水生產(chǎn)，廢水處理及特種分離過程中發(fā)揮著重要作用。
反滲透膜工作原理及材料選擇
反滲透又稱逆滲透，一種以壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。對膜一側(cè)的料液施加壓力，當(dāng)壓力超過它的滲透壓時，溶劑會逆著自然滲透的方向作反向滲透。從而在膜的低壓側(cè)得到透過的溶劑，即滲透液；高壓側(cè)得到濃縮的溶液，即濃縮液。若用反滲透處理海水，在膜的低壓側(cè)得到淡水，在高壓側(cè)得到鹵水。
根據(jù)脫鹽的需要，經(jīng)過大量的研究試驗，從大量的高分子材料中篩選出了醋酸纖維素（CA）和芳香聚酰胺兩大類膜材料。此外，復(fù)合膜的表皮層還用到了其他一些特殊材料。
1. 醋酸纖維素
醋酸纖維素又稱乙酰纖維素或纖維素醋酸酯。常以含纖維素的棉花、木材等為原料，經(jīng)過酯化和水解反應(yīng)制成醋酸纖維素，再加工成反滲透膜。
2. 聚酰胺
聚酰胺包括脂肪族聚酰胺和芳香族聚酰胺兩大類。20世紀70年代應(yīng)用的主要是脂肪族聚酰胺，如尼龍—4、尼龍—6和尼龍—66膜；目前使用最多的是芳香族聚酰胺膜。膜材料為芳香族聚酰胺、芳香族聚酰胺—酰肼以及一些含氮芳香聚合物。芳香族聚酰胺膜適應(yīng)的pH范圍可以寬到2~11，但對水中的游離氯很敏感。
3. 復(fù)合膜
復(fù)合膜的特征是主要由以上兩種材料制成，它是以很薄的致密層和多孔支撐層復(fù)合而成。多孔支撐層又稱基膜，起增強機械強度的作用；致密層也稱表皮層，起脫鹽作用，故又稱脫鹽層。脫鹽層厚度一般為50nm，最薄的為30nm。由單一材料制成的非對稱膜有下列不足之處：
1. 致密層和支持層之間存在被壓密的過渡層。
2. 表皮層厚度最薄極限為100nm，很難通過減小膜厚度降低推動壓力。
3. 脫鹽率與透水速度相互制約，因為同種材料很難兼具脫鹽和支撐兩者均優(yōu)。
復(fù)合膜很好地解決了上述問題，它可以分別針對致密層和支持層的要求選擇脫鹽性能好的材料和機械強度高的材料。從而復(fù)合膜的致密層可以做得很薄，有利于降低拖動壓力；同時消除了過渡區(qū)，抗壓密性能好。
反滲透膜行業(yè)競爭格局
反滲透膜主要應(yīng)用于海水淡化和凈水裝置，隨著需求的不斷增長，其市場規(guī)模也不斷擴大，反滲透膜也逐漸成為制膜企業(yè)重點布局的產(chǎn)品。全球反滲透膜市場是一個由少數(shù)公司壟斷的市場。高達90%以上的市場份額被美國杜邦、日東電工集團/美國海德能、日本東麗、美國科氏、法國蘇伊士、日本東洋紡7家公司占有。
反滲膜行業(yè)市場規(guī)模不斷擴大，形成寡頭競爭格局
在市場格局方面，國外反滲透膜企業(yè)仍占有主導(dǎo)地位。國外企業(yè)如陶氏化學(xué)、日本電工集團、日本東麗、韓國世韓、美國科氏及國內(nèi)的時代沃頓占據(jù)了大量市場份額，形成寡頭競爭的局面。其中陶氏化學(xué)和日東電工兩家企業(yè)占據(jù)了全球一半以上的市場份額，成為行業(yè)里當(dāng)之無愧的巨頭。在商業(yè)應(yīng)用端，工業(yè)海水淡化及苦咸水淡化工程中，國外高端品牌仍是項目首選，甚至出現(xiàn)工程方指定反滲透膜品牌的情況，國際品牌已經(jīng)擁有無可撼動的地位，國產(chǎn)反滲透膜暫時無法進入到與國外品牌爭奪市場的行列，但是在小型工業(yè)水處理項目中，國產(chǎn)品牌依靠價格優(yōu)勢還有一定的應(yīng)用，如沃頓及沁森高科等生產(chǎn)的反滲透膜。在凈水裝置領(lǐng)域，反滲透膜的應(yīng)用情況有了很大改觀，2017年國產(chǎn)家用凈水裝置中，國產(chǎn)反滲透膜占到70%左右，但是高端產(chǎn)品仍被國外企業(yè)占據(jù)，國產(chǎn)反滲透膜主要集中在低端市場。
我國反滲透膜在國內(nèi)主要應(yīng)用于中低端市場，國產(chǎn)反滲透膜短期內(nèi)較難與國際先進品牌在高端市場上形成競爭力，因此我國較大一部分產(chǎn)量用于出口打入國際低端市場。未來隨著國內(nèi)企業(yè)研發(fā)實力的進一步增強，在高端反滲透膜領(lǐng)域也將會擁有一席之地。
反滲透膜標準較為統(tǒng)一，產(chǎn)品主要差距體現(xiàn)在產(chǎn)水量和脫鹽率
目前國際和國內(nèi)所生產(chǎn)的海水淡化反滲透膜規(guī)格較為統(tǒng)一，具體產(chǎn)品參數(shù)存在一定的差距，部分主流企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品參數(shù)詳見表1。目前已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)的反滲透膜一般分為8英寸和4英寸兩種，其中8英寸的產(chǎn)品應(yīng)用較多，產(chǎn)品的有效膜面積參數(shù)差距不大，各類產(chǎn)品的產(chǎn)水量存在較大差距，這也體現(xiàn)產(chǎn)品性能的優(yōu)異性，目前僅有日東電工和陶氏生產(chǎn)的8英寸反滲透膜產(chǎn)水量能達到10000gpd以上，而這兩家企業(yè)也占據(jù)了大量的市場份額。在產(chǎn)品的脫鹽率性能中，大部分產(chǎn)品都能達到99.5%以上的脫鹽率，其中LG化學(xué)生產(chǎn)的反滲透膜脫鹽率較高，能達到99.89%左右?？傮w而言在國際品牌的產(chǎn)品中，已經(jīng)形成兩超多強的局面，大部分產(chǎn)品的主要性能差異不大。
國內(nèi)企業(yè)中，能規(guī)?；a(chǎn)反滲透膜的企業(yè)有10家左右，其中時代沃頓、藍星東麗和沁森高科為國內(nèi)龍頭企業(yè)，三家產(chǎn)量占到了國內(nèi)總產(chǎn)能的60%以上。目前國產(chǎn)反滲透膜參數(shù)逐漸向國際產(chǎn)品靠攏，產(chǎn)水量和脫鹽率也達到了國際平均水品，但是在實際使用中其性能和質(zhì)量與國際產(chǎn)品還存在一定差距，暫時還無法與國外產(chǎn)品競爭。但是，隨著我國各大企業(yè)研發(fā)的進一步深入，產(chǎn)品性能的差距將會進一步縮小，國產(chǎn)反滲透膜的應(yīng)用將會進一步增多。
表1 國外及國內(nèi)主要反滲透膜企業(yè)產(chǎn)品對比
資料來源：金智創(chuàng)新行業(yè)研究中心
隨著市場需求的不斷擴大，我國本土一些實力較為雄厚的企業(yè)努力發(fā)展，在技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新方面不斷進步，未來我國本土反滲透膜品牌競爭力將不斷增強。
反滲透膜壟斷及領(lǐng)先情況
中國已成為全球反滲透膜最重要的生產(chǎn)國家之一，產(chǎn)量占比約為18.98%，僅次于美國。我國也是最大的反滲透膜消費國家，消費量占全球反滲透膜消費量的比例達到25.99%，不過，也有部分膜產(chǎn)品與發(fā)達國家尚存一定差距，仍然具有較大提升空間。
比如電滲析膜為例，電滲析技術(shù)主要包括倒極電滲析(EDR)、液膜電滲析(EDLM)、填充床電滲析(EDI)、雙極性膜電滲析(EDMB)、無極水電滲析等，與國際水平相比，我國的ED工藝水平已接近世界先進水平，但均相離子交換膜卻20多年仍沒有工業(yè)化，對氯堿工業(yè)用的全氟離子交換膜主要靠進口解決?？偟膩碚f，我國的電滲析膜品種較少，耐溫、耐氧化、耐酸堿和耐污染等性能較差，難以進行高濃度濃縮和不同離子的分離。
全球反滲透膜巨頭
1. 美國陶氏
陶氏是一家多元化的化學(xué)公司，運用科學(xué)和技術(shù)的力量，不斷創(chuàng)新，為人類創(chuàng)造更美好的生活。陶氏以其一體化、市場驅(qū)動型、行業(yè)領(lǐng)先的特種化學(xué)、高新材料、農(nóng)業(yè)科學(xué)和塑料等業(yè)務(wù)，為全球約180個國家和地區(qū)的客戶提供種類繁多的產(chǎn)品及服務(wù)，應(yīng)用于包裝、電子產(chǎn)品、水處理、能源、涂料和農(nóng)業(yè)等高速發(fā)展的市場。陶氏RO反滲透膜在高流速下具有較高的過濾精度，過濾精度高達99%，遠高于普通RO反滲透膜90%的過濾精度。相對普通RO膜，美國陶氏RO反滲透膜性能穩(wěn)定，清潔度高，可以有效防止凈水二次污染，而且其故障率低。陶氏RO反滲透膜抗污染、能耐受化學(xué)或生化作用的影響，受pH值、溫度等因素影響較小，使用壽命比非抗污染的普通RO膜長久。陶氏RO膜采用干膜真空保存方式，無需化學(xué)保護，而市面上普通RO膜一般都是濕膜保存，需要化學(xué)保護液保濕，存儲時比較麻煩。
2. 美國海德能
美國海德能公司（HYDRANAUTICS）創(chuàng)立于1963年，總部位于美國加利福尼亞州Oceanside市。1987年并入日本日東電工集團，是日本日東電工株式會社在美國的全資子公司之一。日東電工（NITTO DENKO）株式會社是一家專業(yè)生產(chǎn)各種高分子材料的跨國公司，在世界各地設(shè)有一百多家子公司。海德能公司自1970年進入反滲透水處理領(lǐng)域以來，一貫堅持追求先進的生產(chǎn)技術(shù)，最高的產(chǎn)品質(zhì)量和完善的客戶服務(wù)。經(jīng)過三十五年的不懈努力，已成為在世界上分離膜制造業(yè)中最著名、產(chǎn)品規(guī)格及品種最多、生產(chǎn)規(guī)模最大的卷式反滲透膜生產(chǎn)廠商之一，也是美國最早通過ISO-9001國際認證的反滲透膜生產(chǎn)商。
3. 日本東麗
東麗公司是世界上最早從事反滲透膜技術(shù)開發(fā)的企業(yè)之一，是公認的先驅(qū)者。早在二十世紀60年代就開始膜技術(shù)的基礎(chǔ)研究，從原材料的選用、制膜技術(shù)的開發(fā)以及膜元件構(gòu)造的設(shè)計等，為這一技術(shù)在超純水、海水淡化、污水再利用等水處理領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展做出了卓越的貢獻?，F(xiàn)在東麗已成為世界上少數(shù)的能同時提供醋酸纖維膜和聚酰胺復(fù)合膜的廠家，同時東麗也是世界一家具有RO、NF、UF、MF、MBR、纖維濾布等全系列膜技術(shù)研發(fā)與向市場提供全系列商業(yè)化膜產(chǎn)品的廠家。
4. 韓國世韓
世韓是韓國（株）世韓（SAEHAN）集團于1998年8月在中國成立的合資企業(yè)。世韓膜集團前身是韓國三星（SAMSUNG）集團子公司合纖公司，現(xiàn)已成為韓國排名前30位的大型集團公司，其產(chǎn)品覆蓋了多種行業(yè)和領(lǐng)域，產(chǎn)品包括：世韓膜、世韓“CSM”RO膜、世韓納濾膜、世韓超濾膜、世韓反滲透膜、世韓純水機、世韓RO直飲機、家用RO純水機、世韓水家電、世韓軟水機、世韓純水機、世韓凈水器、世韓水處理設(shè)備、等的生產(chǎn)，其產(chǎn)品已獲得了ISO—9002及ISO-14001的認證。世韓是世界上同時擁有反滲透膜生產(chǎn)技術(shù)和純水機生產(chǎn)技術(shù)的公司，并已獲得了日本“JHP”認證”、美國“FDA 認證”、在中國世韓公司獲得“CCC”認證、中國“MA”國家衛(wèi)生部批件和國家壞境保護總局、中華人民共和國衛(wèi)生部、國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局聯(lián)合頒發(fā)的壞境與健康產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻獎。
5. 時代沃頓-匯通
中國的時代沃頓科技有限公司主要從事反滲透和納濾膜元件的研發(fā)、制造和服務(wù)，擁有膜片制造的核心技術(shù)和規(guī)?；a(chǎn)能力，是國內(nèi)最大的復(fù)合反滲透膜專業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)，也是擁有強大技術(shù)支持的系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用服務(wù)的提供商。目前公司擁有9個系列50多個規(guī)格品種的復(fù)合反滲透膜和納濾膜產(chǎn)品，全系列反滲透膜產(chǎn)品皆采用最先進的低污染技術(shù)，其產(chǎn)品品質(zhì)已達到國際先進水平，其中一些型號膜元件的脫鹽率已經(jīng)達到99.8%。
6. 匈牙利蘇伊士GE
GE專注于世界至關(guān)重要的需求，以卓越人才和領(lǐng)先技術(shù)，致力解決最具挑戰(zhàn)的議題，提供包括能源、醫(yī)療、家庭、交通運輸和金融領(lǐng)域的解決方案。GE水處理隸屬于GE發(fā)電設(shè)備與水處理集團，是全球領(lǐng)先的純凈水處理、循環(huán)水處理、原水廢水處理以及工藝生產(chǎn)過程處理的知名供應(yīng)商，服務(wù)于煉油、化工、鋼鐵、電力、食品飲料、醫(yī)藥、電子和市政等行業(yè)。
反滲透膜產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議
近20年是中國水處理膜產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展期，縱向來看，中國的反滲透膜行業(yè)在薄弱基礎(chǔ)上實現(xiàn)了產(chǎn)能和銷售量的快速增長，大部分重要裝備都已實現(xiàn)國有化，在技術(shù)研發(fā)上也取得了相當(dāng)大的成績。但橫向比較，不可否認的事實是，與國外反滲透膜巨頭相比，中國反滲透膜行業(yè)仍存在著原始創(chuàng)新不足、技術(shù)轉(zhuǎn)化效率不高、企業(yè)體量較小、低端產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重且產(chǎn)能過剩、高端產(chǎn)品依賴進口等突出問題。反滲透膜行業(yè)要蓬勃發(fā)展，相關(guān)企業(yè)要做大做強，以下幾點值得考慮：
第一，強化頂層設(shè)計，明確發(fā)展方向，促進優(yōu)勝劣汰，避免無序競爭。
第二，加大科技創(chuàng)新力度，突破高端膜技術(shù)發(fā)展瓶頸，攻克關(guān)鍵技術(shù)。
第三，加強企業(yè)與高校和科研院所的合作，推動科技成果快速轉(zhuǎn)化。
第四，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，通過兼并、收購、合作等多種形式幫助企業(yè)打通上下游產(chǎn)業(yè)鏈，擴張市場份額。
第五，鼓勵和引導(dǎo)社會資本進入水處理膜產(chǎn)業(yè)，運用市場化機制、資本運作手段等助力企業(yè)規(guī)模化運營。
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