日本大约有14800个供水系统,其中包括公共水厂、大型供水系统和私人供水系统。自1993年引入膜技术以来,截至2009年底,微滤和超滤膜系统已在709套设备中安装(包括计划内和在建的项目),总产水量达到122.1×104 m 3 /d(见图1—9、图1—10)。
图1—9 日本MF/UF膜过滤净水设施的建设状况
图1—10 日本MF/UF膜过滤净水设施的处理能力(1995—2009年)
最初,微滤和超滤技术主要应用于小型供水系统,在21世纪初应用低压膜分离技术的供水系统中,近71%的系统产水量小于500m 3 /d,产水量高于1 000m 3 /d的仅占13%。随着膜过滤技术的推广和使用,从2004年开始,一些产水量超过10 000m 3 /d的大、中型水厂也开始使用膜技术。2004年2月,处理能力达到30 000m 3 /d的膜法供水系统在东京都羽村市建成投入使用;2005年前后,横滨市和福冈市也安装了产水量为100 000m 3 /d的大型供水系统。
目前,日本MF/UF净水设施的日处理能力主要集中在100~1000m 3 /d的区间内(见图1—11、图1—12),而各级系统的累计设施处理能力中,日处理能力高于10 000m 3 的累计设施处理能力处于首位,高达700 000m 3 /d以上。其中,日本东京都水厂处理规模达80 000m 3 /d,采用内压式超滤膜。
图1—11 日本MF/UF膜过滤净水设施
图1—12 日本MF/UF膜过滤净水设施不同规模的处
在日本只有少数地区和一些分散的岛屿水资源短缺,因此,海水及苦咸水脱盐的工厂并不多。其中很多工厂采用反渗透膜技术获得工业用水,如用于半导体制备所需的高质量水。
早在2002年3月,日本再利用水促进中心发表的资料显示,日本安装了2 000多套反渗透膜脱盐装置,所有脱盐装置的总产水量为1.09×106 m 3 /d。装置中大多采用反渗膜技术,其产水总量为0.986×106 m 3 /d,其中97.5%的反渗透膜采用螺旋元件,只有2.2%采用的是中空纤维膜,采用中空纤维膜装置的产水总量仅为0.022×10 6 m 3 /d。脱盐装置主要应用部分及比例分别是:饮水占24.3%,工业用水占17.1%,地下水占13.4%,纯水占12.1%,工业废水占10.2%,海水占9.3%。
在日本,包括东丽与旭化成在内,共有8家主要的微滤和超滤膜的生产企业。
韩国现行水供应主要来源于地表及地下水。虽然供水状况一直良好,但在地表水供应不充分的地区,海水或微咸水淡化技术已经被市政及工业部门应用。此外,在一些不具备集中供水系统的小岛上,也常采用海水淡化技术提供饮用水。
截至2008年,韩国总计70个海水淡化厂项目已经建成并投入运营。这些厂的规模在10~1 000m 3 /d之间,总处理量为5 763m 3 /d,可提供19 000人的日常饮用水,总投资为3 132.4万美元。如图1—13所示,大多数小型海水淡化厂都坐落在南部海岸的许多小岛上。
图1—13 韩国小规模海水淡化厂分布(a)及处理量(b)(m 3 /d)
海水淡化工厂改革步伐非常迅速,其中一个主要发展趋势就是反渗透海水淡化工厂处理量的不断扩大。近年来,更大规模的海水淡化工厂建成投产,因规模经济效应可减少海水淡化单元费用,大规模海水淡化厂经济效率明显高于小规模海水淡化工厂。2007—2011年间新签约海水淡化厂项目有22项,主要分布在Asan、Chujado、Daesan等。4年间,新签约的项目数量及其规模分布见图1—14和图1—15。然而,小规模海水淡化厂在水供应较为分散的地区仍然占有非常重要的地位。表1—2列出了部分现有海水淡化案例。
图1—14 韩国连续4年新签约的海水淡化厂项目个数
图1—15 韩国新签约海水淡化厂处理量(m 3 /d)
表1—2韩国海水淡化案例
目前韩国国内MBR膜以爱科利态公司(Econity)为代表的PE中空纤维膜和科龙公司(Kolon)的PVDF膜为主。科龙的PVDF膜尚处于商用化初期阶段,因此,除了爱科利态公司的PE膜之外,大部分使用进口膜。
1.MBR市场概况
目前韩国MBR的市场规模约占污水处理市场的1%,但随着政府对放流水水质标准的强化及污水循环利用的重视,MBR市场将会呈现跨越式发展。
根据韩国环境新技术认证机构(环境新技术认证信息系统,www.koetv.or.kr)的信息,韩国MBR市场是由大韩通商和现代工程公司的HANT技术应用形成并发展起来的。2001年HANT工艺最早应用于浦项机场和庆尚北道荣州市永田村污水处理厂,并实现了6.4亿韩元的销售额。2002年,销售额猛增至66亿韩元,同比增长了10倍,但是整体市场规模依旧较小。尽管2003年的市场规模曾达到110亿韩元,但第二年减少到了29亿韩元。2005年市场急剧增长至1 100亿韩元的规模,随后一直到2011年每年都维持在500亿韩元以上的规模。尤其是科龙公司、爱科利态、韩国水资源公司掌握的KS-MBR工艺,自2005年获取环境新技术认证后,截至2011年共参与115个项目,并实现了1 530亿韩元的销售额。2005年除KSMBR工艺之外,锦湖产业和Kored的K-MBR、大宇建设的D-MBR、YUJIN环境科技和韩国科学技术研究院的S-MBR、GS建设和ENE公司的GS-ENR等工艺皆获得了环境新技术认证,从此韩国开启了MBR工艺的崭新技术时代。以2011年为例,根据环境新技术认证技术标准所设置的MBR项目共232件,规模达到5680亿韩元。
韩国年MBR市场的预计规模可达500亿~1 000亿韩元,约占45 000亿韩元(以2008年为准)的污水市场规模的1%~2%,整体市场规模依旧偏小。
2.MBR市场企业布局
按照环境新技术标准规定,爱科利态占MBR市场的26.1%,住友(Sumitomo)占24.6%,三菱丽阳占23.8%,通用占13.3%,排名前四位公司市场占有率合计87.8%。如100 000m 3 /d规模的浦项工业废水循环利用项目和游泳场污水处理都采用通用公司浸入式分离膜,这两个项目投入使用后,预计通用在韩国MBR市场中的占有率可以达到40%。
目前韩国中小企业、刚进入的韩国大企业、跨国企业形成MBR市场三足鼎立的局面。其中作为中小企业代表的爱科利态公司利用聚乙烯材质制造的MBR膜在价格上具有很强的竞争力。通过长期与科龙公司的合作,爱科利态掌握了膜应用相关的设计、经验,可进一步扩大市场规模,同时它也正在谋求向国外发展,力图成长为全球知名企业。Pure-Envitech公司通过生产CPVC材质的平板膜进入膜市场,另一家膜制造企业ENE公司生产的PVDF膜已经应用到放射性废水处理设备中。
虽然科龙公司进入膜市场的时间长,但是并未取得明显的业绩。相反,最近LG电子、第一毛织、晓星等一批大企业确立先进入水市场、后期进军国外市场的战略目标,积极开展开发技术和准备工作,预计数年后将会占领韩国国内市场的一定份额。
国外MBR跨国企业通过与韩国工程公司合作,强化在韩国市场的市场支配力。通用通过熊津Coway已经能够操作大规模MBR工程和工业用水循环利用前处理工程。供应PTFE中空纤维膜的日本住友与大宇工程公司、日本的三菱丽阳通过与现代工程公司合作进入韩国市场(见图1—16)。
图1—16 韩国不同膜企业所占MBR份额
韩国MBR市场状况见表1—3。
表1—3韩国MBR市场状况
污(废)水处理市场和污水循环利用领域将变成以大企业为主的市场。在韩国国内MBR膜技术开发及发展过程中,环境新技术制度起了非常重要的作用。环境新技术制度与传统的污/废水处理工艺进行竞争,在推动膜材质的开发、MBR工艺开发、维护管理技术等方面取得了长足的进步。
在MBR膜生产过程中,由于对材质、制造、膜件化、验收等过程比较苛刻及市场规模小等因素,早期膜市场主要以中小企业为主,近年来多家大企业也逐步进入该领域。在工程领域,10 000m 3 /d以上规模的大型处理厂几乎全由韩国国内大型工程公司垄断,低于10 000m 3 /d规模的小型项目由无数个小型工程公司瓜分,但除了少数几家之外,其他公司并没有明显的业绩。在运营领域则呈现出以韩国大型集团公司为中心的市场格局,TSK和SK集团的合作及LG电子对Hi-Entech的收购等一系列现象说明韩国污(废)水处理市场和污水循环利用领域将会变成以大企业为主导的市场。
新加坡的地理条件使得本土水资源十分有限,50%的水源依赖从马来西亚进口。长期以来,供水问题一直困扰着两国关系,是影响两国关系的一个重要问题。由于随时都有被切断水源的危险,新加坡在此问题上承受着巨大的压力。为保持社会经济稳步增长,新加坡政府把水资源视为国家存亡的命脉。
为了确保水源对国家社会经济发展计划的支撑,新加坡的水管理部门公用事业局(PUB)提出了国家“四大水喉”战略(Four National Taps),即本地集水、外购水、新生水和淡化海水等四大水源的长期计划,使供水得到保障。其主要目标是改变主要依靠雨水和马来西亚外购水的被动局面,实现水资源的多元化,赢得水源的主动权,完全实现淡水自给自足,同时实现供水成本的不断下降。
新加坡政府的规划首先强调加大新生水的利用,2010年新生水利用占用水需求总数的30%,2020年将达到40%,2060年将达到50%。其次是加大淡化海水的利用,2010年海水利用占该国用水需求的10%,2020年将达到25%,2060年将达到30%。2060年新生水、淡化海水加起来要达到80%,它将成为新加坡的主要供水水源。
2005年9月,新泉海水淡化厂项目正式启动,为新加坡开辟了一项新的水源。新泉海水淡化厂是新加坡水管理部门公用事业局首次与私人企业新加坡凯发公司合作的项目,该厂总投资2亿新元,每天可生产13.6万m 3 的淡水,约占新加坡全国供水量的10%,是当时世界上最大的采用反渗透膜技术的海水淡化厂,也是目前世界上售价最低的淡化水,其每立方米饮用水售价仅为0.78新元(约合3.9元人民币)。2011年4月,公用事业局和新加坡凯发公司又签署了另一个项目协议,合作建造第2家、也是新加坡最大的一家海水淡化厂,项目将在2013年至2038年间每天为新加坡供应31.85万m 3 淡水。
所谓新生水,就是充分利用高科技手段,回收所有的工业和家庭生活废旧水,然后经过各种过滤和消毒,使其达到可以饮用的标准。新生水的生产利用了微滤、反渗透、紫外线消毒(UV)等技术,其各项水质指标都优于目前使用的自来水,新加坡98%的民众对其持接受态度。目前新生水主要供应给工商业用户使用,由于其高度纯净,所以也是高质量晶片厂的理想用水。另有少量(2%左右)的新生水被注入国家蓄水池,与其他原水混合,最后再处理成饮用水。目前新加坡共有5座新生水厂,所生产的新生水差不多能够满足全岛30%的用水总需求。这5座厂分别是2003年投产的勿洛(Bedok)和克兰芝(Kranji),2004年投产的实里达(Seletar),2007年投产的乌鲁班丹(Ulu Pandan)以及2010年投产的樟宜(Changi)。其中樟宜新生水厂由新加坡胜科集团设计、建造、拥有并经营,耗资1.8亿新元,日产量22.8万m 3 ,是新加坡规模最大的新生水厂。图1—17为2010年新加坡5家新生水厂的处理水量比例,新生水年生产总量为5.42亿m 3 。
图1—17 新加坡5家新生水厂处理水量比例
新加坡针对新马水供纷争,确定了利用膜技术向海洋要淡水的国家战略。在开发的过程中,发现应用膜技术回收废水制备新生水的成本比海水淡化的成本更低,不但可使新加坡的废水再生循环使用,还能解决目前困扰全球的环境污染与水源短缺问题,因此,新加坡已催生了一个巨大的以膜技术为核心的环保与水务产业。新加坡依赖膜技术的开发与应用已经逐渐实现了水源供应的自给自足。
新加坡以膜技术为核心的水务产业产生了巨大的聚集效应,企业设立的研发中心由2007年前的1家增加到2011年的14家之多。Keppel(新加坡)、DHI(丹麦)以及马蒙—凯发(美新合资)等公司均设立了研发中心。Black&Veatch(美国)作为一家领先的环境工程技术公司,也在新加坡建立了其全球水务设计中心以及亚太总部。西门子水技术公司投资5 000万新元在新加坡设立有60多位研究人员的全球水技术研究中心。隶属于通用能源集团的通用水处理集团与新加坡国立大学共同投资1.5亿新元,建立GE-NUS新加坡水技术中心。该中心将在新加坡国立大学设立5个分中心,聘请约100名科研人员,以凭借其全面的研发能力,就安全可用的水资源的质量、数量和费用问题开发创新方案。通用的技术专家和工程师们在该中心内开发新的解决方案,以实现低能耗海水淡化,水资源回收和更高效的水回用为目标,该中心的成立推动了水处理行业的基础技术研究和创新成果产出,同时也推动了政府和企业间的密切合作。
本地及跨国公司在新加坡设立的研究中心极大增强了新加坡在膜技术领域的研究与开发能力,也增强了其成果转化的能力。企业研究中心的汇集产生了聚集效应,提升了新加坡在国际水务产业中的地位,有助于新加坡建设环球水务中枢目标的实现。
淡水危机在印度各地都很明显,印度25%的人口居住在容易获取海水的沿海地区,因此,这些海水资源可以被开发利用来满足他们的日常用水需求。印度的政府报告指出,印度的海水淡化能力将从2008年的29万m 3 /d增长到2015年的145万m 3 /d。
截至2009年,印度大约有1 000个海水淡化厂,总生产能力约为291 820m 3 /d。现阶段,印度大多数海水淡化厂使用的都是反渗透膜技术。低温多效蒸馏(MED)技术主要被用在印度的大型海水淡化厂。图1—18和图1—19列出了反渗透、多级闪蒸(MSF)以及低温多效蒸馏(MED)在印度海水淡化市场中的份额。图1—20列出了印度海水淡化工程的地区分布。
印度海水淡化市场尚处在其初始发展阶段。在未来5~7年间,海水淡化市场的规模将有25.3%的预期复合年均增长率,因此将赶超世界其他水处理市场。
图1—18 印度海水淡化各技术所占比例
图1—19 印度海水淡化各技术所占比例
图1—20 印度海水淡化工程的地区分布(以处理能力计)