中国膜生物反应器技术市场发展

杨建州  黄千调

（中国科学院生态环境研究中心，北京   100085）

　　摘要：水资源危机是制约我国经济发展的重要因素之一。膜生物反应器（MBR）技术是近几十年发展起来并在工程上得到大量应用的新型高效分离技术，已经在许多领域得到应用。据有关方面估计：该技术在我国污水资源化工程上的运用将以100%的速率迅速增加且以国内企业为主导。因此MBR技术的运用及国内运用该技术的企业的成长有着十分广阔的前景。

   关键词：膜生物反应器 污水资源化 市场预测  

　　膜生物反应器（Membrane Bioreactor, 简称MBR）是当今世界公认的先进的污水处理和污水资源化技术，它是将膜分离技术中的超滤、微滤或纳滤膜组件与污水生物处理中的生物反应器相互结合而形成的新型处理系统。这种集成式组合新工艺把生物反应器的生物降解作用和膜的高效分离技术溶于一体。由于膜的高效分离作用使MBR具有多传统生物处理工艺所不具备的许多突出优点：出水水质优良稳定，可直接回用；容积负荷高，占地面积小，整个系统流程紧凑；剩余污泥产量少；运行管理方便等。同时，膜的一次性高成本投入、膜污染、膜的较短使用寿命等依然是制约膜技术运用的瓶颈。MBR技术的最佳适用范围为：出水水质要求高的项目（出水水质优于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）》中一级A类限制）；处理出水有回用要求的项目（污水资源化项目）；工程用地比较紧张的项目；高浓度有机废水项目。该技术的出现是对我国传统污水治理理念和污水处理技术的一次颠覆和带来的一场伟大变革， 将对中国的水处理行业和环境保护产业带来深层次的巨大影响；同时，它也使水处理行业从工程化向设备化和产业化成为可能。

　　膜技术在90年代后期发展迅速，特别是进入21世纪后，随着膜材料生产的规模化、膜组件及其处理产品的设备化和集成化，膜设备生产技术的普及化和价格大众化，膜技术的发展已经从实验室潜在技术迅速发展成为工程实用技术。已经在许多大型工程应用中应用，出水水质稳定，运行可靠为膜处理技术的运用和发展积累了宝贵的经验。

　　1.  膜生物反应器MBR技术在中国的发展进程

    我国MBR技术的发展历史几乎与国外接近，除了早期与国外有差距外， 但是最近几年在技术应用方面与国外几乎同步，并且在部分领域在世界上有领先优势， 因为中国对于MBR技术的需求远比国外迫切且市场潜力巨大。主要发展阶段如下：

　　•1990～2000：实验室阶段，小试、中试、示范工程；

　　•2000～2003：每天百吨级的规模，主要用于小区楼宇、工业等领域；

　　•2003～2005：每天千吨级的规模开始应用，主要用于城市污水和工业污水领域；

　　• 2004～2005：每天万吨级的规模工程的可行性研究阶段，并为实施做准备。主要用于城市污水和工业污水领域；

　　• 2005～2006： 开始实施每天上万吨级的规模工程的工程设计、建设、运行阶段。主要用于城市污水和工业污水领域；

　　• 2006～现在：大规模实施每天数万吨级的规模工程的工程设计、建设、运行，主要用于城市污水和工业污水领域。

　　1.1膜生物反应器MBR技术在中国已经实施的主要项目

   2002~2004年， 我国主要以实施中小MBR技术项目为主，总共实施了数百项中小型MBR技术项目。

　　大中型MBR技术应用工程项目在我国是从2004年开始的， 包括设计、中试和准备等，以下为近几年我国实施的具体大型MBR技术应用工程项目。

　　2005 年完成并运行的大型MBR技术应用工程项目：

　　·湖南岳阳石化         0.5万m³/d(石化)         联合环保

　　·中关村西区           4000m³/d (生活)         碧水源

　　·海淀温泉水厂         2000m³/d (生活)         碧水源

　　·密云石城              2000m³/d (生活)        碧水源

　　·青岛机场             2000m³/d (生活)         清华德人

　　·燕山石化             1.6万m³/d (石化)        GE

　　2006年完成并运行的大型MBR技术应用工程项目：

　　·北京密云再生水厂      4.5万m³/d (城市)        碧水源

　　·内蒙古金桥电厂        3.1万m³/d (工业废水)     GE

　　·洛阳石化              0.6万m³/d (石化)         联合环保

　　2007年完成并运行的大型MBR技术应用工程项目

　　·怀柔再生水厂          3.5万m³/d (城市)       碧水源

　　·温榆河水资源利用      10万m³/d (城市河水)     碧水源

　　·大亚湾石化            2.5万m³/d (石化)       联合环保

　　·海南石化              1.08万m³/d (石化)      联合环保

　　2008年将完成并运行的大型MBR技术应用工程项目（在在建或设计项目）

　　·北小河再生水厂         6万m³/d (生活)         Simens

　　·平谷再生水厂           4.0万m³/d (城市)        碧水源

　　·郊区河水资源利用（二期）10万m³/d (城市河水)    碧水源

　　·湖北再生水厂           16.5万m³/d (城市)       碧水源

　　·郊区再生水厂           4.0万m³/d (城市)        碧水源

　　·延庆再生水厂           3.5万m³/d (城市)        GE

   总结上面工程项目可以得到图一和图二。从图中可以看出从2004年至今，在已建成的大中型项目中，碧水源都占60%以上，并且其市场份额呈增长趋势。

　　2.  膜生物反应器MBR技术历史市场与预测

　　2.1技术提供商提供的膜生物反应器MBR技术内容

   膜生物反应器MBR技术提供商主要为客户提供综合的整体技术解决方案，具体的范围一般主要包括：整体技术初步方案、整体技术具体方案、整个污水资源化工厂的全部工程初步全套设计、整个污水资源化工厂的全部工程施工全套设计、核心设备（膜组器系统）的提供及全套设备的技术集成、自动控制系统与软件和技术的提供、系统的技术调试、为运营提供的技术服务与支持等。可以看出，膜生物反应器MBR技术提供商一般不承担工程项目的土建工程工作，仅提供技术与设备。

　　2.2膜生物反应器MBR技术项目的价格现状

   MBR技术项目的价格范围主要是将整个污水处理或者资源化工厂建成所花费的成本，具体包括：技术提供与服务的费用、系统设备与电气自控费用、工程费用（包括土建、管网、总图等）、工程的管理等杂费等。通常项目预算根据以上进行，其中：技术提供与服务的费用、系统设备与电气自控费用约占总费用的70%左右，而工程费用（包括土建、管网、总图等）约占总费用的20%左右，其它约10%。在统计MBR技术项目时一般仅考虑第一部分， 即技术提供与服务的费用、系统设备与电气自控设备及技术费用等。

　　国内目前MBR技术项目的具体价格为：

 污水类型     吨水投资（大）    吨水投资（中）      吨水投资（小）

             （万吨以上）      （100吨以上）     （100吨以下）

国内公司

城市污水     2000元左右        3500元左右      10000元左右

工业污水     3000元左右        5000元左右      15000元左右

国际公司

城市污水     3000元左右        5500元左右      20000元左右

工业污水     5000元左右        9000元左右      无

　　一般，国际公司较国内公司的价格高45%以上， 而技术与设备质量双方相差无几。因为技术，特别是怎样在达到标准后如何降低用户的运行成本最为重要，而国内公司在这方面同样具有足够的技术和经验。所以国内企业有以下三方面的显著优势：一是技术服务与运营支持好而快；二是价格便宜；三是项目运行时的成本低。

　　2.3膜生物反应器MBR技术历史市场

    根据中国膜工业协会的统计报告显示，我国2004~2007年MBR技术项目的市场情况如下（中国水网报告）：

　　2004年，我国MBR技术项目（几乎为中小项目）的市场份额约为4000万元；2005年MBR技术项目（个别大工业项目,其他几乎为中小项目）的市场份额约为2.7亿元；2006年MBR技术项目（大中小项目）的市场份额约为4.5亿元；2007年约为9亿元(大项目为主)。

图三  我国MBR市场情况

　　2.4国内外膜技术的市场现状与预测

　　1）世界及中国膜处理技术市场与预测

　　根据美国商业信息公司从2005年到2007年2月发表的商业报告,全世界膜处理技术市场规模（膜处理技术市场是指用膜技术建设的项目技术与设备系统,它包括提供的膜技术系统、膜组器、配套设备等，MBR是膜技术中的一种）的现状和预测如下表所示：

                                           全世界                    中国         

膜技术市场规模                   2006年       2010年        2006年    2010年

                                                                （单位:亿美金)

生物技术膜技术市场                10            18             1.2         2.5  

食品工业膜技术市场                2.8           4.6             1.28        2.46 

城市供水膜技术市场                13            21             1.3         2.1  

水循环再利用膜技术市场            21            33             1.4         4.3  

膜生物反应器膜技术市场            2.5           11.7            0.45        4.37 

反渗透膜技术市场                  20            30             3.0         3.8  

微孔过滤透膜技术市场              8.2           9.4             0.82        2.94  

超滤膜技术市场                    13           18.9             1.3         2.9   

合计(亿美金)                      108.5         163.6           12.9        25.8  

合计(亿人民币)                    868          1309             97         194  

　　从国外对膜技术的整个市场预测看，国外比较看好这项技术， 同时对中国市场特别看好。

　　在2006年全世界膜处理技术市场（包括：反渗透膜技术处理市场占有约60%，和超/微滤膜技术处理市场目前约40%）规模大约为108.5亿美金, 到2010年将增长到163.6亿美金（届时，超/微滤膜技术处理市场包括MBR技术将占有65%以上的份额）。中国膜技术市场规模大约为世界膜技术市场规模的十分之一, 在2006年中国膜技术市场的销售额约为13亿美金, 到2010年将猛增到25.8亿美金约200亿元，市场之大, 增长之快, 举世瞩目。可以看出， 中国是世界上膜技术市场增长最快的地区，同时中国的MBR技术市场是世界增长最快的领域和地区之一。

　　2.5国内膜生物反应器MBR技术市场需求预测

　　·国内市场供应现状

　　据统计，至2007年底国内用于污水处理和中水回用的MBR技术项目约9亿元；而可以为客户提供污水处理与污水资源化整体技术解决方案大规模项目MBR技术的公司有：国内2家、国外7家；可以提供中小规模项目的MBR技术与服务的公司有：国内约30家、国外10家。可见该领域拥有较高的技术壁垒，竞争性还不够强。

　　·国内市场需求预测

　　基于我国目前的大环境， 特别是水污染严重、水资源短缺的严重形势，特别是它们已经开始严重制约我国的经济发展和影响人们的正常生活，因此环境保护特别是水环境领域的保护已经成为我国各级政府的施政国策，国家为此并发布了系列国家政策与措施。环境保护产业将是我国今后数十年内最朝阳的产业， 并具有巨大现实而广阔的市场前景。

　　1）、污水处理市场预测

　　根据2007年6月颁发的《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》中的规定，‘十一五’期间将新增城市污水日处理能力4500万吨, 形成COD削减能力300万吨，意味着自“十一.五”开始，中国的污水处理市场每年至少在1000亿元以上；而以上污水处理市场均为MBR技术的潜在市场目标。

　　2）、污水资源化市场预测

　　同样，根据2007年6月颁发的《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》中的规定，‘十一五’期间我国将新增城市再生水日利用能力680万吨，城市污水再生利用率达到30%，意味着自“十一五”开始，污水资源化行业将至少有30%约300亿元以上的市场份额。而MBR技术是污水资源化领域的最佳技术之一，也是MBR技术目前阶段的目标市场。

　　3）、MBR技术市场预测

　　根据以上两个市场的发展，以及MBR技术的发展方向，目前MBR技术正在被国内的相关部门接受，并将在今后几年内成为污水处理技术特别是污水资源化领域的主流技术，因为该技术的出现是对我国传统污水治理理念和污水处理技术的一次颠覆和带来的一场伟大变革， 将对中国的水处理行业和环境保护产业带来深层次的巨大影响；同时，它也使水处理行业从工程化向设备化和产业化成为可能。在上述领域，膜生物反应器技术都是重要的技术方法，也面临着巨大的市场机会。尤其是在市政污水处理，中水回用领域有着明显的竞争优势，必将获得广阔的市场空间。

　　在过去几年，中国的膜生物反应器技术产业以‘井喷’方式发展。2007年，膜生物反应器技术占我国污水处理市场的1%以下。据国内有关部门的估计，我国今后5年内膜生物反应器技术产业将以100%以上的年增长率高速发展，大大高于国际平均增长率。预计2008年国内膜生物反应器技术产业市场将达到25亿元人民币，2015年将达到300亿元人民币以上。

国内MBR技术未来市场需求预测表

国内市场对膜材料产品需求预测表

　　3. 结语

MBR技术在水处理工程中的高生物量浓度、长污泥龄及良好的固、液分离率使MBR工艺能以紧凑的系统获得较优的有机物去除率。膜生物反应器有效克服了与污泥沉降性能有关的限制,起到了取代二沉池的作用, 同时还能达到澄清和除菌的目的。MBR工艺具有出水水质优，占地少，产泥量小，易于实现自动控制等许多常规工艺无法比拟的优势。提高膜性价比和减少膜污染是MBR推广应用的关键。随着水资源的短缺和水污染日益严重及膜科学的不断发展，膜污染问题日益得到改善和解决。MBR凭借其独有的优势, 将在污水资源化等方面得到广泛应用。

　　参考文献

[1] UNESCO-WWAP. The United Nations World Water Development Report 2. 2006, 18-132.

[2]Yang, Wenbo Cicek, Nazim Ilg, John. State-of-the-art of membrane bioreactors: Worldwide research and commercial applications in North America. Journal of Membrane Science,2006,270(1-2):201-211

[3] 魏源送,郑祥,刘俊新.国外膜生物反应器在污水处理中的研究进展. 工业水处理,2003,23(1):1-7

[4] 程钟,邱谨楠.膜生物反应器的研究及在废水处理中的应用.污染防治技术,2006,19(3):30-33

[5] 高从堦.水处理中的膜生物反应器简介.水处理技术,2002,28(1):60-62

[6] Ken Sutherland. Water and sewage：The membrane bioreactor in sewage treatment. Filtration & Separation,2007,44(7):18,20-22

[7] van 't Oever, Ronald.MBR focus：is submerged best？Filtration & Separation,2005,42 (5):24-27

[8] 崔正国,王修林,单宝田.膜生物反应器在工业废水处理中的研究及应用.水处理技术,2005,31(5):7-10.

[9] Atkinson,Simon.Research studies predict strong growth for MBR markets.Membrane Technology 2006 ,2006(2):8-10

[10] Zenon Environmental Inc.Production delays affect Zenon's results.Filtration Industry Analyst.2005,2005(11):7

[11] General Electric Co,Zenon Environmental Inc.GE completes Zenon acquisition.Membrane Technology,2006,2006(7):2

[12] Zenon Environmental Inc.Interest in Zenon’s MBR technology continues to grow.2004 2004(6):10

[13] GE Water & Process Technologies,Koch Membrane Systems Inc.MBR technology on show at WEFTEC 06.Membrane Technology,2006,2006(10):5-6

[14] 赵英,白晓琴,高飞亚,顾 平.膜生物反应器在污水处理中的研究进展.中国给水排水,2004,20(12):33-36

[15] Koch Membrane Systems Inc.Puron module targeted at large-scale MBR plants.Membrane Technology,2007,2007(11):2-3

[16] Koch Membrane Systems Inc.MBR technology allows capacity expansion.Filtration & Separation,2005,42(5):17

[17] X-Flow B V.Norit Airlift MBR to be used on Palm Jumeirah,Membrane Technology,2007,2007(11):2

[18] Futselaar, Harry Schonewille, Henk de Vente, Dick Broens, Lute.NORIT AirLift MBR: side-stream system for municipal waste water treatment.Desalination,2007,204(1-3):1–7

[19] X-Flow BV.Norit sold to private equity film.Filtration & Separation,2007,44(10):8