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陶瓷膜的特性與優(yōu)缺點——與有機膜對比
有機膜通常由高分子聚合物（如聚砜、聚丙烯腈、聚醚砜等）制成，具有良好的柔韌性和成膜性，可以制成中空纖維、平板或螺旋卷式等多種形態(tài)。
陶瓷膜，又稱無機膜，指由Al2O3、ZrO2、TiO2和碳化硅等粉末原料經特殊工藝燒結而成的膜，類型包括管式膜（多/單通道）、平板膜、中空纖維膜等。其顯著優(yōu)勢包括機械強度高、無斷絲風險、熱/化學穩(wěn)定性好、易于清洗等。
由于材質的不同，無機膜和有機膜在耐高溫性能、化學穩(wěn)定性、機械強度、抗微生物能力以及過濾精度和選擇性等方面有明顯的差異，也進而導致了二者在工藝、價格、應用場景等方面的不同表現。
上海市政工程設計總院副總工程師芮旻從工程應用角度，分析了陶瓷膜的優(yōu)缺點。他認為：“技術工藝方面，陶瓷膜有別于有機膜的突出優(yōu)勢，是可以和粉炭聯用。其結合了超濾膜和粉末活性炭的優(yōu)點，這種復合工藝能夠有效提高水處理的效率和水質。此外，耐腐蝕的特性，使得陶瓷膜有著無可替代的使用場景，包括特殊高酸高鹽環(huán)境等。”
陶瓷膜優(yōu)點（圖源：芮旻報告）
與上述優(yōu)點相對，陶瓷膜在使用中也有其不足。芮旻指出：“短期內陶瓷膜的裝填密度無法達到有機膜的水平，因而會帶來更大的占地面積。此外，其通量大的特點，也帶來了單位時間污堵更厲害的問題。這也對預處理提出了更高要求。”
陶瓷膜與有機膜成本對比——全生命周期視角
哈爾濱工業(yè)大學環(huán)境學院院長、教授梁恒介紹：“行業(yè)對于陶瓷膜的最大印象是貴。但由于陶瓷膜的壽命、通量都有機膜的數倍，可以一定程度上彌補高成本的問題。”他從全生命周期的視角，分析了商業(yè)化有機膜及商業(yè)化陶瓷膜的成本費用。
有機膜與陶瓷膜成本對比（圖源：梁恒報告）
“陶瓷膜的高通量是高壓力換取的，也就意味著高能耗。但從服役壽命來看，這部分成本會被中和一些。投資方面，也有著多輪次和一次性投資的區(qū)別。換句話說，這些成本的交叉的，需要找到一個平衡點。”梁恒表示，“無機膜未必比有機膜貴，這是跟我們的傳統認識是不一樣的。”
對于具體材料價格，芮旻的判斷是：“如果價格能在1500塊錢以下，那在工程上將會很有競爭力。”他將浸沒式有機膜與平板陶瓷膜進行對比，陶瓷膜的運行通量是浸沒式有機膜的4倍，使用壽命是其3倍，在不考慮資金時間成本的情況下，陶瓷膜價格控制在有機膜的12倍以內，則可以認為具備市場競爭力。
陶瓷膜市場占比——遠低于國際水平
在水處理膜市場，有機膜具有絕對的先發(fā)優(yōu)勢，占據了多數地盤。而陶瓷膜的研發(fā)、應用明顯晚于有機膜，應用場景也較為有限。
政策方面，高性能膜材料是國家重點發(fā)展戰(zhàn)略性新興產業(yè)；發(fā)展功能陶瓷等戰(zhàn)略新材料被列入《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》；納米平板陶瓷膜污水處理技術及一體化裝備被列入《國家先進污染防治技術目錄（水污染防治領域）》。但市場占有率仍然處于較低水平。
杭州北水科技副總經理、北控水務研究院院長薛曉飛指出：“我國陶瓷膜市場占比1%-3%，遠低于國際10%-20%的比例。與此相對，陶瓷膜的復合增長率達到16%，高于國際水平，在供水領域應用快速增長。”
根據2021年公開數據，我國膜工業(yè)總產值約為3450億元，含膜材料、組件、設備、工程、貿易等；其中，水處理膜總產值約2588億元；再其中，水處理陶瓷膜產值約25億元，在水處理膜領域占比不到1%。
進一步細分，在我國水處理陶瓷膜的25億總產值中，水處理平板陶瓷膜約為12億，含膜組件、設備、工程等；其中，水處理平板陶瓷膜組件只占到1.7億。這個比例相當低。
陶瓷膜市場數據（圖源：薛曉飛報告）
究其原因，薛曉飛認為，主要有行業(yè)認知偏差、生產與應用整合度低、缺少政策機制引領、缺少新方向指引等影響。“比如，高價形成行業(yè)認知慣性，難有大型水務項目規(guī)�；嶋H上，近5年內陶瓷膜組件價格已經有了40%-50%的下降。而該領域的主要企業(yè)在材料領域，其水務市場開拓能力有限，缺乏水務行業(yè)應用系統解決思路。沒有大型項目的刺激與持續(xù)反饋，很多儲備技術無法落地，迭代也較為緩慢。這些問題的解決有賴于行業(yè)整體的規(guī)劃指引。”
高品質供水——陶瓷膜的應用新場景
早期，由于成本高昂，陶瓷膜的應用范圍非常有限，多數集中用于高附加值的研究，如核工業(yè)中的鈾分離。隨著材料及工藝的發(fā)展，陶瓷膜開始應用于含油廢水、有機廢水的處理中。在此基礎上，行業(yè)也開始嘗試各種新型陶瓷膜的組合工藝，帶來了新的想象空間。
“如飲用水安全領域，就是一個新的應用場景。”梁恒表示，“膜技術為飲用水安全提供了優(yōu)質的解決方案，但隨著公眾對水質要求的提升，出現了超濾膜解決不了的場景，如溶解性有機物、嗅味物質等。而能夠與吸附、藥劑氧化、光電催化等工藝耦合使用的陶瓷膜，能夠實現多種功能的組合，解決上述問題。”
實際上，這一構想已在國外多個案例中得到了應用，如新加坡、日本等地。在新加坡 Choa Chu Kang（蔡厝港 ）水廠中，為解決藻類、濁度難以穩(wěn)定達標的問題，采用陶瓷膜罐取代砂濾單元，后接臭氧發(fā)生器、生物活性炭工藝，實現了水質穩(wěn)定達標。
新加坡Choa Chu Kang水廠（圖源：薛曉飛報告）
“由于一次性投資較大，目前用陶瓷膜，主要是利用它的耐氧化特性，在此基礎上附加各種功能。”梁恒總結。他認為，基于材料的綠色安全性，陶瓷膜在凈水領域有著較為光明的應用前景。隨著人們對于水質安全的愈發(fā)關注，影響人類健康的高品質供水，有望成為一個高附加值領域，從而與陶瓷膜工藝更加適配。
