第二章 全球主要国家膜应用概况
第一节 美国膜市场
美国是全球最大的膜分离市场，在过去20年间，美国膜制品消费占据全球40%以上。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。以年增长率7%计算，预计2019年美国膜制品市场将达到62亿美元（见图2—1）。
图2—1 美国膜制品市场增长状况及预测（1992—2019年）
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，其中装机容量大于400m3/d的大型工程共657个。欧洲、亚洲、澳洲、北美洲大型低压膜工程数量占比分别为28.8%、14.8%、7.2%、48.9%（见图2—2）。
图2—2 大型低压膜工程在全球各区域的分布（＞400 m3/d）
2006年，美国低压膜市场总装机容量为529.9万m3/d,2010年高达2147万m3/d。1994—2010年美国MF/UF膜工程累计增长情况见图2—3。由图2—3可见，美国MF/UF膜市场的工程装机容量和工程数量稳步增长，特别是在2005年以后，MF/UF的装机容量增长尤为迅速。
图2—3 美国MF/UF膜工程装机容量变化（1994—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西门子公司。2005—2010年美国饮用水和MBR累计装机规模见图2—4。近年来，低压膜应用中MBR迅速发展，2005—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。
图2—4 美国饮用水和MBR累计装机规模（2005—2010年）
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，北美地区MBR城市污水处理工程为219个，其中处理规模超过1万m3/d的有16个。2005年后，MBR在美国大型污水处理中的应用案例迅速上升，2011年处理能力超过（含）3785m3/d的大型市政工程增加至85个。
2014年，位于加利福尼亚州的河畔污水处理工程投产，该工程是美国迄今最大的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年仍将有更大规模的MBR工程会陆续建设投产，美国已建及拟建的大型MBR工程见表2—1。
表2—1 美国已建及拟建大型MBR工程（2010—2018年）
二、RO膜技术应用现状
美国RO膜的应用始于1970年。图2—5为美国RO工程累计装机容量及累计工程数量的增长情况，由图2—5可见，1980年之前以小规模工程为主，已建成工程项目共393个，总规模仅35万m3/d。1980—1989年间新建工程283个，总处理量增加了72万m3/d。1990年后，美国RO市场迅速发展，1990—1999年间水处理总量增长了1倍以上，达到363万m3/d，工程总量增至1310个，目前美国RO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%（见图2—6）。
图2—5 美国RO工程累计装机容量和工程增长状况（1970—2014年）
图2—6 美国RO工程规模构成（以工程数量计，截至2014年）
据统计，美国RO工程的供应商超过100家，与低压膜市场仅以通用泽能、西门子等少数几家公司为主形成鲜明的对比。根据图2—7，通用（GE）和百沃特文利（Biwater AWET）两家公司占据了美国RO市场的1/3，其次为西门子（Siemens Water Technology）、膜系统公司（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RO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%, RO海水淡化仅占10%（见图2—8）。
图2—7 美国RO膜供应商市场占比情况（以装机容量计，截至2014年）
图2—8 美国RO工程原水来源构成（以装机能力计，截至2014年）
（一）净水行业
根据前文所述，用于净水行业的UF/MF技术早在2005年就已达到装机容量180万m3/d，并在2010年突破1000万m3/d。相比之下，截至2014年，RO技术用于净水行业的工程累计总规模不足42万m3/d（见表2—2），表明在净水行业中，RO技术的应用远没有UF/MF技术的应用广泛。
表2—2 美国净水行业RO膜法与其他膜法的应用情况对比（截至2014年）
资料来源：IDA年报工程统计。
（二）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，其占比更高达90%左右（以装机规模计），如图2—9所示。目前美国的海水淡化工艺形成了以RO为主、多种工艺并存的格局。
图2—9 美国海水淡化主流工艺占比变化（以累计装机能力计）
（三）苦咸水淡化
1970年，美国首次采用RO工艺进行苦咸水淡化，并在一年内建成九座基于RO技术的苦咸水淡化厂，总规模达到3362m3/d。之后随着RO工艺过程研究技术和应用经验的日渐成熟，以及RO膜组件价格的大幅下降、工艺过程节能等，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工艺的苦咸水淡化厂1279座，总装机规模接近520万m3/d，占苦咸水淡化总规模的90%以上（见图2—10）,RO成为苦咸水淡化的核心技术。
图2—10 苦咸水淡化工艺阶段变化（以各阶段总装机规模计）
注：各阶段总装机规模依次为：24920 m3/d、48378 m3/d、339123 m3/d、632263 m3/d、1429425 m3/d、1849051 m3/d、1587060 m3/d。“其他”工艺包括MED、MSF、EDI、NF等。