孙 凯 段梦缘 刘 牡

（金科环境股份有限公司，北京 100102）

一、水处理技术的升级与发展

水处理的根本任务是通过选择适宜的处理工艺或处理工艺的组合，使经处理后的水体符合饮用水、市政用水、农业用水或工业用水的水质指标，或达到排放标准的要求。水处理的基本技术可分为污水处理和给水处理两个部分；相对于污水处理而言，给水处理通常对于水质具有更高、更复杂的要求。

给水处理是通过水处理技术去除水中的杂质，使水质符合使用要求或相应标准的过程；其中，饮用水处理是难度最高的一类。传统的饮用水处理工艺由混凝-沉淀（或者气浮）-过滤-消毒单元串联组成；随着水源水质的恶化，尤其是有机污染物种类的增加，预处理和深度处理工艺单元逐渐加入给水处理工艺流程。

历经两百年发展历史，饮用水处理技术大体形成以下三个层级；第一级为以混凝-沉淀-砂滤-消毒为主的四段工艺，即传统的饮用水处理工艺，主要针对水中能引起重大疾病的细菌和病毒；第二级在原有的基础上增设臭氧-生物活性炭深度处理工艺，主要针对水中对人体具有致癌、致畸、致突变作用的有机污染物和代甲烷、卤代乙酸等氯化消毒副产物；第三级是以膜分离技术为核心的处理工艺，主要针对“两虫”（贾第虫和隐孢子虫）和藻毒素、抗生素、内分泌干扰物（EDCs）、消毒副产物（DBPs）、药物和个人护理产品（PPCPs）、全氟有机化合物（PFOCs）等新型痕量有机物杂质问题。

二、膜分离技术概述

（一）膜分离技术的原理

膜，更准确而言是半渗透膜，是一种薄膜物质；当一定推动力应用于膜两侧时，它能按照物质的物理化学性质将混合物进行分离并传递特定的组分，存在均相或非均相、对称型或非对称型、固体或液体、中性或带电荷等多种物理状态。

膜分离技术是指当含有粒径量级水平不同的杂质的混合物在通过半透膜时，由于膜的孔隙度和带电性的限制，从而实现混合物分离和产物提取、纯化、浓缩的技术。与传统过滤方法的不同在于，膜可以在分子级别进行物质的筛分，并且这种过程是纯粹的物理过程，不涉及相的变化或化学药剂的添加。

应用于水处理领域的膜以膜组件结构为标准，主要分为卷式膜、平板膜、管式膜（外压）和中空纤维膜（内压）四大类；以过滤孔径为标准，主要分为微滤（MF）膜、超滤（UF）膜、纳滤（NF）膜、反渗透（RO）膜和电渗析（ED）膜五大类。其中，以降低出厂水浊度和病毒、细菌为目标时，通常采用超滤；以去除有机微污染、二价离子等物质为目标时，通常采用纳滤；以去除水中总溶解性固体、去除绝大部分无机盐离子或海水淡化为目标时，通常采用反渗透或电渗析。在实际应用中，膜组合工艺技术也逐渐发展并成熟，包括微滤-纳滤组合工艺、超滤-反渗透双膜法等。

（二） 膜分离技术的优势

膜分离技术相比一代、二代给水处理技术，主要具有以下优势：

1.在产水质量方面：

（1）膜分离过程基本不改变物质的化学性质，不添加其它强氧化性成分，能耗较低，不易产生副产物；相比二代臭氧-活性炭工艺，具有避免微生物泄露、避免产生溴代烃副产物等优势，且能够实验无机盐离子的截留。

（2）膜分离技术的抗冲击负荷能力显著提高，其出水水质基本不受原水水质干扰，而是取决于膜自身的特性，如膜孔径、膜材质等。

2.在经济方面：

（1）膜分离工艺单元占地面积较小，并且避免了大型现场浇注的构筑物，节省了土地使用费和大量挖填方及构筑物建造费用。

（2）采用膜分离技术可减少混凝剂、助凝剂的使用量，节省药剂成本。

（3）膜分离装置几乎可以实现全流程自控，节省一定的人工成本。

3.在运行管理方面：

（1）膜分离单元采用模块化、单元式组件，操作容易且易控制，便于维修且分离效率高。

（2）由于膜分离过程是自动的，且运行参数难以受外界因素的影响、比较稳定，因此易于实现操作过程的自控和遥控。

表1 膜过滤孔径及滤过物

三、膜技术的发展现状

（一）国际膜法水处理发展现状

膜分离技术最早起源于欧美发达国家，并逐渐向全球范围内推广。自20世纪以来，全球膜制品年销售额逐年增加；据统计，2004年全球膜制品的年销售额为63亿美元，2012年已增至120亿美元，2014年，全球膜制品销售额已达到145亿美元。

全球膜制品的主要消费地区为东亚地区和北美地区，其次是西欧和中东地区；中国膜市场的增长是膜市场增长的主力，2005年中国膜行业总产值仅为100亿人民币，经过十年的高速增长，2016年中国的膜行业总产值已超过1200亿人民币；北美地区是膜制品的重要消费地区，也是全球膜市场的第二大增长点。

根据国际脱盐协会（IDA）数据统计，2013年反渗透（RO）膜销售额占全球膜销售额比例的55%，预测未来该占比将继续升高；在反渗透膜市场大幅提高的同时，超滤（UF）膜和微滤（MF）膜市场额度随着年份变化也均有较大的提高，但市场占比却在下降，2013年分别达到了25%、18%；纳滤（NF）膜的份额较小，目前仅为2%，还有较大的增长空间。

（二）国内膜法水处理发展现状

伴随着时代的发展和生活水平的提升，国内用户对于饮用水衍生出更加丰富化、精细化、多元化的需求，例如用户希望有优质水、直饮水、常温水，甚至健康水、养生水、富含某种元素/矿物质的水；希望多种渠道获取账单并缴费、多种途径办理业务、足不出户解决问题。用户对供水需求的不断增加，其本质是需求层次的升级，即从生理需求上升为安全需求，甚至进化为品质需求。因此，在保障安全水的基础之上，全社会更加关注优质水和直饮水的趋势不可阻挡，经济发达的城市已率先表现出对直饮水的强烈需求。例如，深圳市在2018年颁布的《深圳市建设自来水直饮城市工作方案（征求意见稿）》表示，“到2025年，城市供水基础设施水平达到国际先进水平，全面推广直饮水入户，率先在全国实现公共场所直饮水全覆盖”，方案中还提及“完成新建、扩建自来水厂的深度处理工艺设施建设”。上海市也在《上海城市总体规划（2017-2035年）》中明确：“提高入户水质，满足直饮需求”。

对优质水、直饮水的需求及其相关政策显著推动了深度给水处理行业的蓬勃发展，同时为膜技术的应用提供了广阔的市场。膜法水处理厂占地小、自动化程度高、出水精度高、成本也在逐渐降低，在国内已经应用于饮用水、市政污水和工业废水深度处理及资源化等领域。工业上石油化工、钢铁、造纸、印染等都是用水大户，是膜法水处理重要的客户群和市场；此外，市政污水处理市场由于对出水水质保障的高要求，使膜处理工艺成为其较优的选择；污水处理的终极目标是再生回用，因此膜技术也是实现该目标的必然选择。

四、金科环境-最会用膜的水处理专家

金科环境股份有限公司（科创板股票代码：688466），是专业从事水深度处理以及污废水资源化的国家高新技术企业，聚焦水处理膜应用，为客户提供投资、建设、运营、服务等解决方案。

自成立以来，金科环境一直深耕给水深度处理及污废水资源化领域，从市政到工业，从供水到污水，从国内到国外，公司依托技术创新和模式变革，实施了多个行业典型项目。在给水深度处理领域，金科环境承接了国内首座30万吨/日的纳滤膜技术饮用水厂（张家港第四水厂）。该纳滤水厂的建成投产，为新工艺、新技术、新装备在我国饮用水安全建设方面起到了良好的示范作用。在市政污水深度处理领域，金科环境拥有20万吨/日及以上处理规模的超滤膜水厂业绩。在资源化领域，金科环境采用双膜技术（超滤+纳滤/反渗透），将污废水深度处理并生产出高品质再生水，处于国内领先地位。

（一）核心技术

凭借自主研发的三大核心技术，金科环境在膜系统设计、建设和运营方面，具备了全方位的服务能力。截止目前，金科环境累计获得膜技术相关专利78项，包括国内发明专利11项、实用新型专利61项和PCT国际专利6项，以及软件著作权9项。

1.膜通用平台装备技术

金科环境自主研发的“膜通用平台装备技术”，已获得多项国内外专利，可以实现行业内多数厂家膜元件在通用平台装备中的通用互换以及单体装备大型化，降低水厂的建设成本和运营成本，填补国内空白，解决了行业内不同膜厂家的膜元件不能通用互换的行业问题。

目前大型膜滤水厂的建设通常依靠大量膜元件的叠加连接来实现，导致系统复杂、成本高、运维难度大。随着膜滤水厂的处理规模越来越大，这一问题日益突出。膜通用平台装备作为单体装备可以替代多达几十支膜元件的复杂系统，降低了系统投资成本。采用膜通用平台装备技术，最终用户可以在换膜时选择性价比最优的膜元件，降低系统运营成本。

金科环境运用该技术设计研发了三个系列装备产品，包括膜通用平台装备-经典风系列、未来星系列和水晶宫系列，用于满足不同客户的需要。

2.膜系统应用技术

膜防污染技术在水处理应用中的最大问题是膜污染和破损，其主要原因是在过滤过程中，水中的胶体、有机污染物、生物黏泥等引起膜污染。金科环境的膜防污染技术是一种通过智能加药降低超滤膜污染的技术，可以预防膜污染，延长膜元件的使用寿命。

膜组合工艺技术是一种以膜通用平台装备技术为基础，针对不同进水水质和出水水质要求，结合物理、化学、生物、纳滤、反渗透技术开发的系列组合工艺技术，解决了深度水处理中面对的多种问题。如膜通用平台组合气浮、活性炭解决自来水除藻除臭问题；膜通用平台组合纳滤技术解决饮用水微污染、高硬度等问题。

3.膜系统运营技术

水厂双胞胎，是金科环境基于数字孪生技术架构，结合自身多年的水厂设计、建设和运营管理经验，自主研发的水厂全生命周期数字化智能管理平台。平台融合了BIM 技术、自控技术、可视化技术、互联网与物联网技术，以及大数据分析和人工智能等技术，实现了水厂的数字化管理和智慧化运营。

（二）工程产品化之路

对于水厂，行业一直以来的做法是定制化建设，从需求侧驱动，虽然可以精准的满足客户需求，但水厂的建设周期长、成本高、质量差。工业化产品生产是从供给侧出发，产品拥有标准化的设计，可以进行规模化生产；产品生产周期短、质量好、成本低，但是无法精准匹配顾客需求。

如果将供需两侧融合，以“产品化”的理念做水厂工程，能够在保证周期短、质量好、成本低的同时，又能满足客户的需求。基于以上，金科环境创新推出了“金科环境数字化膜水厂产品”—金科环境Model3系列膜水厂。通过模块化、标准化设计，工厂化制造，现场组装，让水厂建设不再贵；通过提供4S店式的专业服务，让水厂运营不再难；并且解决了水厂产品质量的一致性和合格率。加持公司自主研发的“水厂双胞胎”，在交付实体水厂的同时，还能为客户提供一个与实体水厂孪生的数字双胞胎水厂。

2007年与荷兰资本结成战略投资，2016年北控水务与中国中车战略入股，2019年被GWI（国际水务智库）评为全球水淡化和水再利用项目TOP15开发商，2020年在上海证券交易所科创板上市，金科环境一路走来，不断寻找新机遇，突破自我，创新发展，从各个方面提升自己的竞争力。未来，金科环境将继续发挥技术优势，不断为社会带来更有品质的水环境服务。