据环保技术国际智汇平台微信公众平台2019年3月27日讯 预计2019年全球膜需求将以每年8.5％的速度增长至392亿美元。包括食品，饮料和药品在内的行业需求增加，将膜技术用于满足日益严格的相关产品纯度要求，成为推动膜需求的增长的主要动力。
离子交换膜因其对离子的选择透过性，可以进行离子的分离分级，这在清洁生产、环境保护、能量转化和组成等方面发挥重要作用，特别适合于现代工业对节能、低品位原材料再利用和消除环境污染的需要，成为实现经济可持续发展战略的重要组成部分。双极膜细分市场在整个膜市场中所占比重较小，但其应用领域专一，且具有难以替代性，在目前受到广泛关注的零排放和资源回收领域具有极大优势。
目前，我国具有双极膜核心技术的企业较少，全球范围拥有双极膜技术成熟产品的企业多集中在欧洲和日本，本文旨在分析该细分技术在我国的潜在应用市场，并对相关优质海外企业进行推介。
技术原理
双极膜是一种新型的离子交换复合膜，它通常由阳离子交换层(N 型膜)、中间界面亲水层(催化层) 和阴离子交换层(P型膜) 复合而成，是真正意义上的反应膜。中间界面层的厚度为纳米级，在直流电场作用下，中间界面层的水发生解离，在膜两侧分别得到氢离子和氢氧根离子。利用这一特点，将双极膜与其他阴阳离子交换膜组合成的双极膜电渗析系统，能够在不引入新组分的情况下将水溶液中的盐转化为对应的酸和碱，这种方法称为双极膜电渗析法。双极膜技术改变了传统工业分离和制备过程，双极膜电渗析法不仅用于制备酸和碱，若将其与单极膜巧妙地组合起来，在资源回收、化工生产和污染控制等方面均有广泛应用。
双极膜工艺中国市场机会
双极膜的商业化发展已有近30年历程，早期用于电渗析脱盐工艺，后来由于反渗透技术的飞速发展，成本和能耗的大幅下降，双极膜的发展陷于缓慢状态。但是近年来双极膜重回人们视野，迅速发展，其可低成本实现酸碱分离，在高盐废水资源回收、酸碱分离、有机酸回收等众多细分领域有极好的应用前景，并且被认为是零排放关键技术。
■高盐废水处理
高盐废水的处理问题，越来越成为必须解决的环境难题，严重制约着石油化工、生物制药、食品发酵、催化剂合成、碳纤维生产等工业生产。高盐废水难以生化降解，反渗透膜法通常只能浓缩到盐浓度5~8%，而采取热法蒸发成本较高，因此，当前尚缺乏经济可行的高盐废水处理办法。大量高盐废水的排放可能造成沙漠、土壤、地下水污染严重。双极膜电渗析技术可以实现盐水的直接分解成酸碱实现资源化回用，投资成本仅仅为热法的30%，运行成本仅为热法的10%，是一种经济可行，易于操作维护，安全可靠的浓盐处理技术，对真正实现零排放有着重要意义。
■有机酸回收与制备
传统有机酸生产方法是用发酵法, 由于有机酸发酵过程中产生的有机酸使得发酵液pH值降低，阻碍了发酵过程的进行。因此往往会加入碱(石灰)中和沉淀，然后经硫酸酸化制得有机酸。这一生产工艺包括酸解、沉淀、过滤等过程，不仅需要消耗大量酸碱，而且过程复杂，劳动强度大，形成大量废液、废渣污染环境。但若用双极膜电渗析水解离，作为H+ 和OH 的供应源，可直接从发酵液中生产有机酸，既节省了原料，又大大简化了工艺，避免了环境污染，已广泛应用于葡萄糖酸及氨基酸的生产和回收领域。
■食品产业
双极膜电渗析由于具有能耗低，模式化设计和操 作简便高效等特点，很多食品和医疗行业的产品，例如热敏性的物质，越来越倾向于采用这种技术。在电渗析装置的膜堆中，利用双极膜上pH值的变化， 可用来处理食品工业生产中酶化、化学和微生物稳定性对pH值变化依赖性比较强的产品。所以和其他普通的分离方法相比，用双极膜电渗析在处理这一类物质时过程可以精确控制，具有特殊优势。双极膜电渗析技术在降低果汁酸度，提纯蛋白质，回收氨基酸等方面都有了一定程度的应用。
■烟气脱硫
燃煤、燃油过程中排放大量的二氧化硫是大气中的主要污染物之一，传统的脱硫工艺如湿式石灰石-石膏法，需消耗大量的碱，脱硫后的副产品又无法利用，造成二次污染，而双极膜电渗析技术不仅无需投入碱性物质，而且还能把二氧化硫变废为宝，虽然前期投入与其它方式大体相当，但运营后的回收物硫酸能够在市场上出售或用于电厂内的离子交换树脂的再生，实现副产品“零排放”。双极膜法烟气脱硫是一个较新的领域，二氧化硫吸收效率在98%以上，排放烟气中二氧化硫浓度甚至可以达到零排放，远远优于国家排放标准。但目前该工艺仍处于中试阶段，是双极膜技术的潜在应用领域。
我国双极膜电渗析设备供应商家不少，但大多没有双极膜制备能力。目前仅有少数几家企业及研究机构掌握了双极膜制备的核心技术，且产能较小，因此大部分双极膜电渗析工艺设备仍然依靠海外技术。
重点海外企业介绍
全球范围内拥有双极膜电渗析专利技术的企业不多，主要的四家企业有苏伊士环境集团、日本的Astom、来自法国的Eurodia、以及捷克的Mega公司。
Suez Environnement（法国，2008）
目标市场：乳清脱盐
SUEZ作为全球水务巨头，已经无须做过多介绍，然而其电渗析技术可能并不被大众所熟知。SUEZ旗下的Electromat电渗析及双极膜电渗析技术诞生于1950年，由当时的Ionics公司所研发生产，后来于1961年首次应用于乳清脱盐。2005年GE Water看准了电渗析技术在乳清脱盐领域的大规模应用潜力，将Ionics收购。2017年SUEZ收购了GE Water，Electromat成为SUEZ旗下技术。目前SUEZ致力于改善客户体验和提升质量，将Electromat应用于乳清脱盐，甘油脱盐，果汁脱酸，乙二醇回收和许多其他应用。
技术优势：
SUEZ的电渗析技术致力于提高产品价值，降低加工成本，并从废物流中获取价值。仅去除电离物质，留下有价值的成分，减少化学品消耗和盐的流失，可根据客户需求调整流程以满足任何产品生产，降低能耗和成本。撬装和自动连续操作使操作简单可靠。
应用案例：
葡萄酒和葡萄汁生产
葡萄酒和葡萄汁含有酒石酸盐，若不去除，会在成品中形成沉淀。 电渗析工艺（ED）提供有效的方法去除一部分酒石酸盐，以稳定成品以稳定产品。此外，一些生产者需要降低pH值。SUEZ的双极膜电渗析系统（BPED）降低了pH值并从果汁和葡萄酒中去除钾。SUEZ的ED和BPED系统优势包括：不影响葡萄酒特性（含糖量，酒精含量，味道），无化学添加剂和温度变化，能耗更低，反应速度更快。
EURODIA INDUSTRIE SA（法国，1988）
目标市场：乳业，红酒业，制糖和绿色化学领域
EURODIA 1988年成立于法国沃克吕兹，拥有30多年的经验，专注于离子交换膜和电渗析技术，Eurodia设计、建造、委托和维护完整的生产线，致力于实现最好的产品质量和最小的环境影响。发展始终受三个主要目标的驱动：最好产品质量，最大成本效益，和最小环境足迹。业务拓展至全球，是工业过程分离解决方案的设计者和制造商，2016年营业收入超过3500万欧元。
目前主要市场领域包括：
●乳制品和奶酪部门：乳清回收
●葡萄酒行业：葡萄酒的酒石酸稳定化，酸化和微滤
●制糖业：处理甘蔗和甜菜糖（变色）和淀粉衍生物的纯化
●绿色化学领域：有机酸纯化作为生物燃料和生物塑料生产中的原料。
技术优势：
EURODIA的双极膜电渗析工艺（EDBM）利用双极膜的特定性质，在施加的电场的影响下有效地将水分成H+和OH-。双极膜电渗析叠层通过组装大量双极和单极（阳离子/阴离子交换）膜以将盐（无机或有机）溶液转化为酸和碱而形成。 其专利技术高温电渗析是传统电渗析和双极膜电渗析的变体，可用于在高达65°C的温度下处理溶液。该温度条件下可用于降低所处理溶液的粘度，降低能量消耗，减少堆叠运行中可能存在的微生物的生长问题。该公司将电渗析技术、离子交换膜技术、过滤技术组合在一起，形成多种专利解决方案，应用领域广泛。
应用案例：
乳品行业领先制造商采用了Eurodia专利工艺解决方案，用于乳清产品的分馏和回收。Eurodia还开发了一种专利的GOS（低聚半乳糖）生产工艺，结合了酶促反应，过滤和色谱，以满足应用于此类产品的严格纯度标准。
在葡萄酒生产领域，Eurodia创新的解决方案与法国农业研究所INRA合作开发，拥有共享专利，并获得了国际葡萄与葡萄酒组织（OIV）的批准。不涉及外部添加剂，处理方式仅依赖于基于离子交换膜技术。完全天然的技术为酿酒师提供了许多优势，很少或没有产品损失。这些优势得到了世界一流酒庄，包括法国，西班牙，意大利，美国，智利，南非，澳大利亚等地酿酒师的迅速认可。
MEGA a.s.（捷克，1992）
目标市场：汽车，食品工业，电力和加热、半导体、工业污水处理领域
MEGA a.s. 是一家拥有全球影响力，有超过30年经验的电渗析技术公司。业务涉及电力和能源、食品、制药、化工和汽车行业。主要提供荷电膜过滤，材料表面处理及生态服务。MEGA是世界上为数不多的异相离子交换膜制造商之一，包括卷式、板式及管式膜。专利生产线能够生产不同尺寸和形状适合普通和定制工业单元的膜。MEGA公司已进入中国市场，在郑州和青岛均设有代理机构。
技术优势：
MEGA采用自主开发和制造的RALEX膜，来生产堆叠、模块和电泳单元。RALEX膜自1985年开始生产，如今是离子交换膜的知名商标。RALEX膜适用于电渗析（ED/EDR）、电去离子（EDI）、电泳（EF）和双极膜电渗析（EDBM）等电膜过程，可根据需求进行定制化生产。这些工艺用于包括汽车，食品工业，电力和加热、半导体等在内的多个产业。其中，电渗析技术也用于工业废水处理，尤其是零排放领域。
应用案例：
RALEX电渗析和MPure电去离子污水处理工艺的应用——OSTE NAD LABEM能源水处理厂工艺升级改造项目。
MEGA提供高纯度水处理EDI装置作为新型膜纯水处理解决方案的一部分。位于捷克共和国一家能源公司水处理厂在经过数十年的负重工作后需要更新。工艺选择超滤，反渗透和EDI装置将河水净化成超纯水。 MEGA的MPure EDI已经证明能够在高CO3浓度的苛刻条件下运行，抗进水负荷冲击，并稳定地为加热设施提供电阻率为16MΩ的超纯水。
Astom Corporation（日本亚斯通株式会社，1995）
目标市场：有机酸生产、废液处理、酸碱回收等
Astom自1995年创立，一直专注于电渗析盐分离设备的开发，产品线包括各类电渗析装置和离子交换膜。其离子交换膜研发历史可追朔于上世纪50年代，在离子交换膜生产和应用领域有着非常丰富的经验，拥有多项专利技术，其产品应用于食品/医药、饮用水生产、废液处理、有机酸生产等领域。
技术优势：
其开发的双极膜电渗析装置通过向双极膜与阴阳离子交换膜组合的三室式双极膜电渗析槽中加入无机盐，两侧施加0.83V以上的水理论分解电压后，膜内的水分解为酸 (H+)和碱(OH-)。阴离子透过阴离子交换膜在双极膜上与已分裂的H离子结合后生成酸。 另一方面阳离子透过阳离子交换膜在双极膜上与已分裂的OH离子结合后生成碱。Astom的双极膜电渗析装置因没有电极反应而不产生氧化还原反应，没有副产物的产生。采用单一工序从无机盐、有机酸盐生成酸和碱，并可控制酸和碱的浓度。与电解法不同，由于每个槽不需要电极，因此所产生的气体很少。可以减少废液量。另外，由于无需再生工序，因此可以长期连续运行。
应用案例：
盐废液生产酸碱项目
处理量为100立方米，盐废液浓度为NaSO4 150 g/L，最终生产酸和碱液分别为99吨，回收率高达95%。采用该工艺处理盐废液，不但可在较高的回收率下从盐废液生产酸和碱，同时可减少废液量。实现资源回收和零排放。
