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Industry news
膜过滤分离这样的高技术开发日本在国家层面顶层设计
膜产业咨询中心 郑祥 / 时间:2016-11-30 07:11:52

  据膜法视界MIID微信公众平台2016年11月23日讯 20世纪60年代开始,日本在国家层面进行顶层设计,政府组织一系列国家攻关项目并给予经常性的经费支撑,构筑了日本膜领域的常识创新体系、技术创新体系和服务体系。
  同时通过资源整合,企业集团的技术创新能力、市场开拓能力得到提升,在全球膜领域占据重要地位。
  日本膜企业为何重要?
  目前,日本膜企业的业务范围遍布全球。
  过去三十年间,日东电工集团美国海德能企业、东丽株式会社、东洋纺织企业与美国陶氏化学几乎垄断全球反渗透膜的供应,直到近年其垄断地位才略有松动。
  三菱丽阳企业、旭化成企业、久保田株式会社在超滤、微滤膜技术领域处于全球领先地位,其业务范围也覆盖全球。
  日本膜企业何处领先?
  1985~2014年全球膜技术相关专利申请主要集中于日本、中国、美国、德国和韩国,专利量占总量的84.1%。其中日本的膜技术公开专利数最多,占26.2%,其次为中国(24.2%)、美国(18.9%)、德国(8.2%)。日本专利权人集中于企业,而中国专利权人集中于高校。


图1  膜技术公开专利数在全球占比(1985-2014年)

图1  膜技术公开专利数在全球占比(1985-2014年)


  在全球公开专利数排名前20的专利权人中,日本拥有16个席位,占专利总量的9.8%。其中,日本丰田自动车株式会社公开专利数达1742项,远高于其他机构,排名第二的东丽工业企业专利数为1046项,其余机构的专利数均未超过800项。


图2  日本专利权人公开专利数(1985-2014)

图2  日本专利权人公开专利数(1985-2014)


  再来看各专利权人的研究方向,丰田自动车株式会社主要研究方向为固体电解质的燃料电池及其制造、燃料电池的零部件及其制造;东丽工业企业、栗田水工业有限企业和日东电工株式会社以渗析法、渗透法或反渗透法处理水、废水或污水为主。


表1  专利数在国际分类中前5名的主要专利权人(1985-2014)

表1  专利数在国际分类中前5名的主要专利权人(1985-2014)


  日本膜技术应用如何?
  ●净水行业
  日本膜分离(MF/UF)净水设施的建设非常迅速,设施数呈直线增长,1992年仅为7处,而2013年末总数达到了809处,日处理能力达到了1.5×106立方米/日。日本反渗透膜(RO)净水设施数逐年呈稳定增加,在2008年后累积处理水量增加趋势变缓,截至2013年,日本反渗透净水设施数达到639处,累积日处理能力为6.47×105立方米/日。超滤/微滤净水设施在净水设施中所占的比重明显增加,从2000年的25%增加到2013年的70%。


图3  日本MF/UF膜和RO膜分离净水设施的建设状况和累积处理能力

图3  日本MF/UF膜和RO膜分离净水设施的建设状况和累积处理能力


  2000年,日本膜技术自来水厂处理能力仅为10万立方米/日。膜技术主要应用于小型供水系统,其中71%的膜系统产水量小于500立方米/日,产水量大于1000立方米/日的膜系统仅占13%。
  2004年,一些产水量超过10×103立方米/日的大、中型水厂也开始使用膜技术。在2月,处理能力达到30×103立方米/日的膜法供水系统在东京都羽村市建成投入使用。
  2005年,横滨市和福冈市也安装了产水量为100×103立方米/日的大型供水系统。
  ●废水处理
  日本MBR处理技术起步较早,但最初都是应用于小规模的污水处理系统,包括在线污水处理净化槽系统、粪便处理系统、建筑污水回用系统以及工业废水处理,直到2005年才将其应用到大型的市政污水处理工程。虽然总体上应用规模较小,但其对全球MBR技术的发展推动较大。
  日本利用反渗透膜处理工业废水的技术早在1974年就已出现,并持续得到越来越广泛的运用。到2013年,利用反渗透膜处理工业废水的设施已建成215处,累积处理能力达到1.85×105立方米/日。这些装置85%以上出水以上仍然用于工业。


图4  日本RO膜处理工业废水的设施建设状况和累积处理能力

图4  日本RO膜处理工业废水的设施建设状况和累积处理能力


  ●海水淡化
  脱盐装置在日本应用较早(20世纪60年代),且从80年代起迅速发展。2013年日本的脱盐装置累计产水量达到1.64×106立方米/日。


图5  日本脱盐装置累积产水总量

图5  日本脱盐装置累积产水总量


  日本膜企业现状如何?
  日本膜企业生产的膜产品在全球的市场份额中占有很高的比重,在1996年,日本的分离膜市场就已经达10亿美金,占全球分离膜市场的1/3,其膜产品销往世界各国。
  下图为日本主要膜企业及其业绩


资料来源:中国水处理行业可持续发展战略研究报告

资料来源:中国水处理行业可持续发展战略研究报告


  日本膜企业的特点为:1)产业领域宽,几乎每家企业都在发展微滤(MF)、超滤(UF)和反渗透(RO)业务;2)产品系列化和专用化,可根据用户的需要,开发多种类型的膜和不同系列膜组件;3)注重利用本企业以往的技术积累,发挥自己的技术优势。
  日本膜企业在中国
  日本膜企业的业务范围遍布全球,在20世纪90年代就开拓中国市场。在中国反渗透膜市场上,日本的东丽株式会社和日东电工集团美国海德能企业的反渗透膜占据中国反渗透膜市场的30%以上的市场份额。而在中国超滤/微滤膜市场中,日本的三菱企业、旭化成企业在中国MBR市场中占据重要的地位。
  东丽企业是全球最早从事反渗透膜技术开发的企业之一,东丽企业在20世纪80年代初期将反渗透膜技术先容到中国,最早应用于发电厂的锅炉补给水。近年来,随着中国经济的飞速发展,东丽膜水处理系统的应用也越来越广泛,在国内许多重要项目中得到应用。企业于2002年成立了东丽(中国)投资有限企业,作为其开展事业的核心。东丽集团和蓝星集团于2009年成立合资企业——蓝星东丽,在北京成立中国最大的水处理膜生产厂。
  日东电工集团从20世纪70年代开始了反渗透膜的研发,目前日东电工海德能企业已经成为世界分离膜制造业中最著名、产品规格最多、生产规模最大、取得专利最多的卷式反渗透膜元件制造商之一。企业于1996年在北京设立第一个长驻代表机构,此后一直致力于开拓中国反渗透及超滤膜法市场,长期占据中国26~30%的反渗透膜市场份额。
  久保田于1990年在日本建立商业化污水处理厂,至今在全球的应用业绩已达到4200处,10000立方米/日的大型项目业绩达到21个。久保田的平板膜在中国已有200个左右的业绩,无锡市城北污水处理厂四期续建工程(20000立方米/日)采用久保田的平板膜,是中国目前应用平板膜MBR的最大工程。
  旭化成拥有全球的水处理超微滤膜近20%的市场份额。2006年,旭化成开始进入中国水处理市场,面向大规模市政污水处理厂项目及大型石化行业废水处理设施的MBR产品开始供货。2008年,推进大型自来水厂的膜工艺应用,面向中国首个大规模自来水厂项目的膜产品开供货。目前旭化成在中国目前有数百套装置在运行,总处理量超过50万立方米/日。
  三菱丽阳采用的中空纤维膜在全球已经积累有2000多项工程案例。中国第一个万吨规模的市政污水处理厂——密云污水处理厂采用三菱的中空纤维膜组件,设计能力为4.5万立方米/日。
  结语
  日本政府在国家层面进行顶层设计,形成膜领域创新资源的优化布局,构筑日本膜领域的常识创新体系、技术创新体系和中介服务体系;同时通过高校院所和企业资源的组合,提升企业的技术创新能力和市场开拓能力,培育具有国际竞争力的企业集团,全面提升在膜领域企业的技术创新能力。因此,借鉴日本膜产业的发展经验,加大膜企业的研发投入、加强膜技术的研发创新能力、通过提供更高性价比的产品和卓越的技术服务开拓国际市场,是中国膜行业发展壮大的必由之路。
  (本文信息来自于膜技术创新与产业发展研究中心(MIID)的研究成果)

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