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

    导读：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器、家用臭氧水机等，新领域拓展值得期待。
　　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%。