陶瓷膜会否引领高品质饮用水的技术发展？
相对传统技术，膜技术表现出工艺简洁、自动化程度高、水质适用范围广、出水水质大幅提升等优势。随着居民对用水品质的要求提升，以及技术工艺的迭代发展，膜技术在市政给水领域得到了越来越多的工程化应用。
近年来，在“高品质饮用水”的预期之下，膜技术得到了更多关注，其产品种类、组合工艺、应用场景得到了更充分的探讨。在近日由未来新水务研究中心主办的“水质安全与高品质供水研讨会”中，陶瓷膜因其通量大、长寿命等特性及其在高品质供水领域的应用潜能，受到多方关注及探讨。本文梳理了几位发言嘉宾关于陶瓷膜的分析判断并综合成文，以期为关注该领域的同仁提供借鉴。
本文根据嘉宾发言内容整理，未经发言人审阅。
陶瓷膜的特性与优缺点——与有机膜对比
有机膜通常由高分子聚合物（如聚砜、聚丙烯腈、聚醚砜等）制成，具有良好的柔韧性和成膜性，可以制成中空纤维、平板或螺旋卷式等多种形态。
陶瓷膜，又称无机膜，指由Al2O3、ZrO2、TiO2和碳化硅等粉末原料经特殊工艺烧结而成的膜，类型包括管式膜（多/单通道）、平板膜、中空纤维膜等。其显著优势包括机械强度高、无断丝风险、热/化学稳定性好、易于清洗等。
由于材质的不同，无机膜和有机膜在耐高温性能、化学稳定性、机械强度、抗微生物能力以及过滤精度和选择性等方面有明显的差异，也进而导致了二者在工艺、价格、应用场景等方面的不同表现。
上海市政工程设计总院副总工程师芮旻从工程应用角度，分析了陶瓷膜的优缺点。他认为：“技术工艺方面，陶瓷膜有别于有机膜的突出优势，是可以和粉炭联用。其结合了超滤膜和粉末活性炭的优点，这种复合工艺能够有效提高水处理的效率和水质。此外，耐腐蚀的特性，使得陶瓷膜有着无可替代的使用场景，包括特殊高酸高盐环境等。”
陶瓷膜优点（图源：芮旻报告）
与上述优点相对，陶瓷膜在使用中也有其不足。芮旻指出：“短期内陶瓷膜的装填密度无法达到有机膜的水平，因而会带来更大的占地面积。此外，其通量大的特点，也带来了单位时间污堵更厉害的问题。这也对预处理提出了更高要求。”
陶瓷膜缺点（图源：芮旻报告）
陶瓷膜与有机膜成本对比——全生命周期视角
哈尔滨工业大学环境学院院长、教授梁恒介绍：“行业对于陶瓷膜的最大印象是贵。但由于陶瓷膜的寿命、通量都有机膜的数倍，可以一定程度上弥补高成本的问题。”他从全生命周期的视角，分析了商业化有机膜及商业化陶瓷膜的成本费用。
有机膜与陶瓷膜成本对比（图源：梁恒报告）
“陶瓷膜的高通量是高压力换取的，也就意味着高能耗。但从服役寿命来看，这部分成本会被中和一些。投资方面，也有着多轮次和一次性投资的区别。换句话说，这些成本的交叉的，需要找到一个平衡点。”梁恒表示，“无机膜未必比有机膜贵，这是跟我们的传统认识是不一样的。”
对于具体材料价格，芮旻的判断是：“如果价格能在1500块钱以下，那在工程上将会很有竞争力。”他将浸没式有机膜与平板陶瓷膜进行对比，陶瓷膜的运行通量是浸没式有机膜的4倍，使用寿命是其3倍，在不考虑资金时间成本的情况下，陶瓷膜价格控制在有机膜的12倍以内，则可以认为具备市场竞争力。
陶瓷膜竞争价格分析（图源：芮旻报告）
陶瓷膜市场占比——远低于国际水平
在水处理膜市场，有机膜具有绝对的先发优势，占据了多数地盘。而陶瓷膜的研发、应用明显晚于有机膜，应用场景也较为有限。
政策方面，高性能膜材料是国家重点发展战略性新兴产业；发展功能陶瓷等战略新材料被列入《“十三五”国家科技创新规划》；纳米平板陶瓷膜污水处理技术及一体化装备被列入《国家先进污染防治技术目录（水污染防治领域）》。但市场占有率仍然处于较低水平。
杭州北水科技副总经理、北控水务研究院院长薛晓飞指出：“我国陶瓷膜市场占比1%-3%，远低于国际10%-20%的比例。与此相对，陶瓷膜的复合增长率达到16%，高于国际水平，在供水领域应用快速增长。”
根据2021年公开数据，我国膜工业总产值约为3450亿元，含膜材料、组件、设备、工程、贸易等；其中，水处理膜总产值约2588亿元；再其中，水处理陶瓷膜产值约25亿元，在水处理膜领域占比不到1%。
进一步细分，在我国水处理陶瓷膜的25亿总产值中，水处理平板陶瓷膜约为12亿，含膜组件、设备、工程等；其中，水处理平板陶瓷膜组件只占到1.7亿。这个比例相当低。
陶瓷膜市场数据（图源：薛晓飞报告）
究其原因，薛晓飞认为，主要有行业认知偏差、生产与应用整合度低、缺少政策机制引领、缺少新方向指引等影响。“比如，高价形成行业认知惯性，难有大型水务项目规模化效应。实际上，近5年内陶瓷膜组件价格已经有了40%-50%的下降。而该领域的主要企业在材料领域，其水务市场开拓能力有限，缺乏水务行业应用系统解决思路。没有大型项目的刺激与持续反馈，很多储备技术无法落地，迭代也较为缓慢。这些问题的解决有赖于行业整体的规划指引。”
高品质供水——陶瓷膜的应用新场景
早期，由于成本高昂，陶瓷膜的应用范围非常有限，多数集中用于高附加值的研究，如核工业中的铀分离。随着材料及工艺的发展，陶瓷膜开始应用于含油废水、有机废水的处理中。在此基础上，行业也开始尝试各种新型陶瓷膜的组合工艺，带来了新的想象空间。
“如饮用水安全领域，就是一个新的应用场景。”梁恒表示，“膜技术为饮用水安全提供了优质的解决方案，但随着公众对水质要求的提升，出现了超滤膜解决不了的场景，如溶解性有机物、嗅味物质等。而能够与吸附、药剂氧化、光电催化等工艺耦合使用的陶瓷膜，能够实现多种功能的组合，解决上述问题。”
实际上，这一构想已在国外多个案例中得到了应用，如新加坡、日本等地。在新加坡 Choa Chu Kang（蔡厝港 ）水厂中，为解决藻类、浊度难以稳定达标的问题，采用陶瓷膜罐取代砂滤单元，后接臭氧发生器、生物活性炭工艺，实现了水质稳定达标。
新加坡Choa Chu Kang水厂（图源：薛晓飞报告）
“由于一次性投资较大，目前用陶瓷膜，主要是利用它的耐氧化特性，在此基础上附加各种功能。”梁恒总结。他认为，基于材料的绿色安全性，陶瓷膜在净水领域有着较为光明的应用前景。随着人们对于水质安全的愈发关注，影响人类健康的高品质供水，有望成为一个高附加值领域，从而与陶瓷膜工艺更加适配。
