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    臭氧设备空间稳步增长 产品性能提升 新领域拓展未来可期

    慧聪水工业网 2023-01-04 09:51 来源:财闻网

    大型臭氧发生器技术门槛高,核心竞争者有限。大型臭氧发生器对臭氧产生效率、设备稳定性、功耗等要求更高,存在较高技术壁垒。随着市政给水、市政污水处理、工业废水处理和烟气脱硝等行业的发展,单台 10kg/h 以上的大型臭氧发生器成为主流型号。

    根据测算,臭氧发生器传统四大行业2021-2025年市场空间CAGR可达 13%,2025 年市场空间可达 24.5 亿元,其中,市政给水、市政污水、工业废水、烟气治理 2021-2025 年市场空间 CAGR 分别为 21%、18%、8%、10%。

    随着臭氧产品性能提升,下游应用持续扩张,包括纸浆漂白臭氧发生器应用系统、半导体级高浓度臭氧水系统、光伏级高浓度臭氧水系统、电子级超纯臭氧气体发生、家用臭氧水机等,新领域拓展值得期待。

    饮用水新标落地,深度处理需求扩张

    为增强水资源承载能力与经济社会发展的适应性,2021 年 12 月水利部印发《关于实施国家水网重大工程的指导意见》,要求进一步提高城乡供水保障水平。根据国家统计局数据,2020 年全国供水能力为 1170.65 亿立方米,预计“十四五”期间供水能力将在此基础上提高 290 亿立方米,2021-2025 年供水量 CAGR 约为 3.8%。

    新版饮用水标准即将落地,深度处理需求增长。为推动供水高质量发展,新修订的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2022)于 2022 年 3 月发布,并将于 2023 年 4 月正式实施。新标取消了在水源或净水条件限制时部分指标限值的放宽,提高了水中游离氯余量及消毒副产物的指标限值。

    2019年全国298家自来水厂的采样调研结果显示,34%水厂原水为 III-IV水,原水耗氧量较高,必须采用深度处理技术才能满足水质标准的要求。而2019年调研中298个水厂深度处理率仅为17.8%,市政给水领域深度处理需求量仍存在较大的增长空间。

    在市政给水领域,臭氧活性炭工艺和膜工艺是主要的深度处理工艺,2019 年臭氧活性炭工艺占深度处理工艺的 67.9%。膜工艺占 28.3%。相较膜工艺,臭氧活性炭工艺对高耗氧量原水优势突出,除难降解有机物能力高,可除重金属离子;而膜工艺在去除悬浮物、降低浊度等方面效果更佳。

    在投资和运行成本上,臭氧活性炭工业主要投资为设备成本和臭氧接触池建设,处理成本主要包括电费、维护费用和液氧费用;膜工艺主要投资为膜材料和相关建筑物,处理成本主要包括维护费用、膜更换费用,废弃物处置费用等;其中纳滤膜深度处理效果较超滤更好,但其加压过滤工艺会带来较高的电费支出,过滤产生的浓水也会增加处理成本。

    综合来讲,臭氧活性炭工艺和膜工艺存在处理效果差异,需根据原水水质等条件选择。政给水领域臭氧发生器品质要求较高,以国外和国内龙头企业竞争为主,竞争格局较好,臭氧设备价格较高。

    参考国林科技给水工程中配套臭氧设备规模,设备单价,按照设备使用年限10年,2021-2025 年,深度处理比例每年提升约 5pct,臭氧工艺占比每年提升约1pct 进行测算,预计2022-2025年市政给水领域臭氧设备市场空间为3.1/3.6/4.1/4.7亿元,同比增速40.0%/16.0%/14.8%/13.8%。

    污水废水处理,臭氧工艺优势体现

    2021 年,国家发改委、住建部印发《“十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划》,要求县城污水处理率达到 95%以上,污水收集处理及资源化利用能力水平得到全面提升。

    污水资源化利用要求提高,深度处理率有望增长。“十四五”规划要求,全国地级及以上缺水城市再生水利用率达到 25%以上,污水处理要满足回用的基本要求,就必须达到一级 A 及以上排放标准,因此设置深度处理环节至关重要。到 2025 年,预期城市污水深度处理率可达到 95%水平。

    技术替代驱动力强,臭氧工艺除难降解有机物效果好。深度处理环节常见技术包括高级氧化法、生物法、物化法等,其中物化法包括絮凝沉淀等,可将污水中颗粒态和部分胶体态以沉淀污泥的形式加以去除和回收,其提升改造成本低,但对溶解态 COD 去除能力有限;生物法主要采用生物膜法,基建和运维成本小,生物降解效果较好,但是产生大量污泥会增加处理成本。

    值得注意的是,随着经济社会的进步,市政污水中难降解有机物包括持久性有机污染物成为去除的难点,而高级氧化法除难降解有机物能力强,受到广泛选择。

    在高级氧化法中,化学氧化法需要较高的化学试剂投入,操作较复杂;臭氧氧化法具有显著优势,如自动化程度高,抗冲击负荷性能好,无污泥产生。将臭氧氧化与生物膜、超滤等工艺联合应用的耦合工艺,将是市政污水领域未来发展的重要方向之一。

    近年来,市政污水领域臭氧发生器已基本实现国产替代,随着竞争的激烈,臭氧设备单价有所下降。污水处理中,臭氧投加量与生活污水和工业废水比例关系较大,可在 3-25mg/L 范围内变化,且随着水质标准要求的严格有所提升,故臭氧设备选型较大。参考国林科技市政污水工程中配套臭氧设备规模,设备单价,按照设备使用年限 6~7年,到2025年深度处理占比达到95%。

    此外,2020 年中国万元工业增加值用水量 32.9吨,《工业水效提升行动计划》提出到 2025 年万元工业增加值用水量较 2020 年下降 16%,工业领域节水持续推进。考虑全部工业增加值的稳定增长,预计 2022-2025 年工业领域用水量需求总体稳定。

    同时,为了提高资源利用率,《工业废水循环利用实施方案》提出到2025年工业用水回用率要达到94%左右,对工业废水深度处理需求更高。随着工业废水处理和工业用水回用要求的提高,工业废水深度处理率不断提升。如前所述,深度处理工艺中,高级氧化法具有降 COD 能力强,可去除难降解有机物等优点,在纺织印染、皮革、电镀、医药等行业的废水处理中得到了广泛应用。

    臭氧氧化较传统化学氧化工艺,无药剂成本,不会产生复杂的化学产物,有利于出水回用,具有技术替代趋势。预计 2025 年工业废水臭氧设备市场空间 10.4 亿元,2021-2025 年 CAGR 为8.2%。

    不同行业的工业废水在化学需氧量、重金属浓度、色度、浊度等方面存在较大差异,臭氧投加量可在 10-300mg/L 范围内变化。根据工程经验臭氧投加量和化学需氧量之比取为 3,工业废水化学需氧量进行测算,按照设备使用年限 6-7年,2022 年深度处理占比即达到 100%,臭氧工艺占比持续提升进行测算,预计 2022-2025 年工业废水领域臭氧设备市场空间为8.8/9.2/9.8/10.4 亿元,同比增速 15.0%/4.3%/7.1%/6.6%。

    半导体产业链国产替代,清洗用臭氧打开新空间

    半导体产业转移&产业链安全,半导体清洗设备及核心零部件国产替代空间广阔。半导体产业中心从美国、日韩、中国台湾向中国大陆转移,中国大陆成为全球晶圆新增产能中心。

    根据盛美半导体投资者交流材料,2017-2020年期间中国新投产晶圆产能占比达42%,扩张迅猛。根据 JW Insights 统计,2022年初中国大陆共有23家12英寸晶圆厂正在投入生产,总产能104.2万片/月,与规划总产能156.5万片/月相比仍有较大扩产空间。

    此外JW Insights 预测试图覆盖未来增量市场,中国大陆2022-2026年将新增25座12英寸晶圆厂,总规划产能160万片/月,较当前产能提高165%。中国大陆晶圆厂积极扩产带动中国大陆半导体设备销售高增。

    2022年10月7日,美国商务部宣布了新的半导体限制措施,波动的国际形势下,半导体行业限制措施颁布的频次加快,影响加深,半导体产业链安全重要性提到新高度,半导体产业链国产替代加速。

    清洗是贯穿半导体产业链的重要工艺环节,用于去除半导体硅片制造、晶圆制造和封装测试中每个步骤可能存在的杂质,确保芯片良率与产品性能。当前在光刻、刻蚀、沉积等重复性工序后均设置了清洗工序,清洗步骤数量约占所有芯片制造工序步骤的 30%以上,是所有芯片制造工艺步骤中占比最大的工序。

    随着工艺制程升级,芯片结构复杂度不断提升,晶圆制造工艺更加精密化,清洗工序数量和重要持续提升。湿法清洗与干法清洗通过清洗介质进行区分,湿法主要是采用特定的化学药液和去离子水,对晶圆表面进行无损伤清洗,同时可采用超声波、加热、真空等辅助技术手段;干法清洗则不使用化学溶剂,以氧气等离子气体、化学试剂的气相等效物、高能束流状物质等进行清洗。

    目前湿法清洗为主流的清洗技术路线,占芯片制造清洗步骤梳理的 90%以上,少量特定步骤采用湿法、干法相结合的方式,取长补短构建清洗方案。

    根据 SEMI数据,2021 年全球半导体设备市场规模 1026 亿美元,中国半导体设备销售占比 29%,清洗设备价值量占比 5%,中国大陆半导体清洗设备市场空间达 15 亿美元。考虑臭氧发生器占半导体清洗设备价值的比例为 15%,预计 2025 年/2030 年中国大陆半导体用臭氧发生器市场空间约 3.4 / 3.8 亿美元。

    根据国林科技公告,预计 2021 年半导体清洗用臭氧设备国产化率仅 10%左右,假设清洗设备核心零部件国产化率快速提升,至 2030年国产化率达 95%,预计 2025 年/2030 年中国大陆半导体用臭氧发生器国产替代空间 1.6/ 3.7 亿美元,较传统臭氧下游市场空间弹性超 100%,2021-2030 年国产替代空间 CAGR 达 37%。

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