我國膜分離技術發展迅速

        膜分離技術起步于本世紀六十年代，至今不過三十多年，但由于它具有分離過程無相態變化，基本在常溫下進行，特別適用對熱敏感物質的分離過程屬物理變化或物化變化，分離范圍可以從小分子到大分子；從細菌到病毒；從蛋白質、膠體到多糖；分離過程僅僅是簡單的加壓輸送，易自控、占地面積小等特點，特別是與其它如蒸餾、冷凍、萃取等分離方法比較，節能效果顯著，因此受到各工業發達國家的高度重視。不少國家把膜分離技術納入國家計劃和關鍵技術。１９９１年世界膜市場總產值約１９.４１億美元，膜裝置產值約８０～９０億美元，１９９６年估計膜產值達３０億、膜裝置產值可達１３０～１４０億美元，如果進一步推算到膜工程，產值將比膜裝置增進３～５倍，由此而帶來巨大的經濟效益。我國膜技術研究起步于１９６６年，７０年代末開始步入工業化，并不斷擴大研究應用領域，目前已形成一支相當規模的膜及膜應用技術的研究隊伍和膜產業基地。１９９６年估算，膜分離技術產業，總產值約３.５～４億人民幣，與國家市場相比仍然有很大差距。

　　與國際市場的差距主要在于：一是對膜技術這一高新技術的認識，二是膜技術推廣應用領域亟待進一步擴大，并建立相應的示范工程，三是面臨一些國外膜及膜裝置，膜工程的大企業進入我國，以獨資或合資企業形式加大競爭，四是國內膜技術膜產品質量、品種與國外尚存在較大差距。從總體水平上約落后發達國家５～１０年。

        膜技術快速發展引來巨大商機

        隨著全球水資源短缺情況的加劇，水資源開發、工業和飲水處理、廢水處理及再利用成為各國研究開發的熱點，而膜分離技術正是目前國內外普遍采用的凈化技術。有專家預言，膜技術及與其它技術集成的技術將在很大程度上取代目前采用的傳統分離技術。現在，膜技術已與光纖、超導技術等一起成為21世紀十大高科技產業之一。

　　膜分離技術是指利用具有特殊選擇分離性的有機高分子材料或無機材料，制成不同形態結構的膜，在一定驅動力作用下，使雙元或多元組份的特定組份因透過膜的速率不同而達到分離或密集的目的。由于這種技術是采用物理方法分離組份，因而清潔無污染、操作及設備簡單、能量損耗少，并可廣泛應用于石油、化工、電子電力、食品、醫療、環保等領域，因此近年來發展十分迅速。

　　作為一門新興的高技術產業，膜分離產業在全球都保持了超過8％的增長率，在我國也有著相當廣闊的應用前景。據預測，2030年中國人口將達到16億，屆時人均水資源量僅有1750立方米，預計用水總量為7000億～8000億立方米，要求供水能力比現在增長1300億～2300億立方米，全國實際可利用水資源量接近合理利用水量上限，因此開發新的水資源如進行海水淡化勢在必行，而目前采用反滲透膜進行海水淡化是最經濟而又清潔的方法。

　　另外，近年來我國廢水、污水排放量以每年18億噸的速度增加，全國工業廢水和生活污水每天的排放量近1．64億噸，其中約80％未經處理直接排入水域。可見，我國環保水處理方面對膜應用的需求量將很大，這一領域也被業界認為是增長潛力最大的領域。在生物醫藥和食品生產過程中，微濾膜發揮了重要作用。目前全球以血液滲析膜的市場最大，約占總銷售額的50％。近幾年來，膜技術在生物工程、醫療和血液滲析治療領域的應用增速驚人，僅美國的年增速就超過了13％。

　　由于其廣泛的用途及極好的市場應用前景，膜技術及膜材料的開發應用在全球范圍內受到了前所未有的高度重視，‘誰掌握了膜技術，誰就掌握了化學工業的未來‘已成為業界的共識。各發達國家都在積極部署，投巨資發展該技術及產業，搶奪制高點。一直以來，美、日、歐始終處于世界膜技術的前沿，主導世界膜技術發展的方向，基本上壟斷了世界膜市場。他們的特點是研發實力強、產品品種多、系列化。目前我國的膜材料以進口產品為主，擁有自主知識產權的產品很少，80％以上為引進產品及技術，膜產業整體處于技術水平較低、研發實力較弱的階段，與發達國家相比有較大的差距。

　　盡管如此，我國膜市場的需求量增長卻很快，業內專家預計到2015年，我國的膜市場需求可望超過200億元，屆時將占世界膜市場總需求量的10％～15％。在意識到了巨大的市場需求與研發的差距后，國家已投資建設了多個膜產業示范基地，如廢水處理用膜組件及系統處理裝置產業化示范工程、建立復合反滲透膜國產化及水工業成套技術裝備生產基地等，這對于促進我國膜材料、膜技術的國產化，提高我國膜產業的整體水平有著重要的推動作用，為我國的膜行業在世界膜行業占有一席之地打下了良好的基礎。

　　令人矚目的膜分離技術

　　膜分離技術是一項新興的分離技術，自60年代逐漸開始大量工業化應用之后發展十分迅速，其品種日益豐富，應用領域不斷擴展，每年的銷售額以14％～30％的速度增長，被專家認為是20世紀末到21世紀最有發展前途的高科技之一。據有關文獻估計，目前膜分離技術世界市場規模已達到每年200億美元以上。除了透析膜主要用于醫療用途以外，幾乎所有的膜分離技術均可用于石油、天然氣及石油化工和環保行業中。反滲透膜和納濾膜作為主要用于水及其他液體分離膜，在分離膜領域占有重要地位。

　　膜材料從初期單一的醋酸纖維素非對稱膜發展到表面聚合技術制成的交聯芳香族聚酰胺復合膜，操作壓力也擴展到高壓（海水淡化）膜、中壓（醋酸纖維素）膜、低壓（復合）膜和超低壓（復合）膜，80年代以來又開發出多種材質的納濾膜。

　　膜組件的形式近年來也呈現出多樣化的趨勢，除了傳統的中空纖維式、卷式、管式及板框式以外，又開發出回轉平膜式和浸漬平膜式等。工業上應用最多的是卷式膜，它占據了絕大多數陸地水脫鹽和越來越多的海水淡化市場，中空纖維膜在海水淡化應用中仍占有很高的份額。

　　膜分離技術除了目前已普遍應用于化工、電子、紡織、輕工、冶金、石油等工業領域外，還將在節能技術、環保技術、清潔生產等領域發揮重要作用。例如，高效的膜分離技術可以取代傳統的能耗較高的技術，在我國可持續發展戰略中具有重要意義，也是工業技術的主要措施之一。我國水資源十分緊張，水污染極為嚴重，隨著對環境的要求不斷提高，膜分離技術在工業廢水處理方面將進一步發揮更大的作用。由于膜技術能在治理污染的同時回收有用的物質，變廢為寶，甚至可以實現閉路循環，因此在清潔生產工藝中也具有廣闊的應用前景。此外，在飲用水凈化中膜分離技術的應用更是十分普遍。

　　
　　一、在制定我國膜分離技術及產業發展規劃時，應充分重視膜分離技術在環保產業中的應用。

　　二、加強膜產業與環保產業的有機結合。

　　三、通過多種形式，大力宣傳膜分離技術在環保產業中大有作為的應用前景，要使領導部門、科研單位、膜產業部門和潛在用戶都有所了解和認識。

　　四、大力支持和推動科研設計部門開展深入的應用研究，建立膜分離技術在環保產業中的各項生產性示范設備與工程。

　　五、將引進國外先進技術和設備與國內自己研究開發的技術和設備相結合；科研、設計、生產部門與環保部門相結合；注意多種技術的組合運用。

　　六、制定生產標準，加強行業自律，規范行業行為，引進競爭機制，推薦先進技術和優質產品，堅決淘汰落后技術和劣質產品。

膜市場需求空間大

據中國膜工業協會根據近幾年膜工業發展速度和經濟建設的需求分析預測：2005年，我國膜市場需求將達50億元以上，2015年，膜市場需求可望超過200億元，將占到世界總量的10～15％———

　　我們無法去追究是工業文明還是人口無休止的增長，還是我們對自然資源索取的貪婪，反正我們已面臨著水的危機：早在70年代中期，由于眾多的河流遭到嚴重污染，全世界有70％的人無法保證衛生、安全地用水。淡水資源的日益匱乏，使人們一再把目光投向浩瀚的海洋，地中海中部的馬耳他，成功地去除導致海水又苦又咸的鹽類物質，從中獲得了淡水，為島上的3萬居民和前來觀光的旅游者提供忠實的服務。是什么迫使海水在這里乖乖的繳械投降了？是膜！在這里，馬耳他利用反滲透膜建設了世界上最大的反滲透海水淡化廠。有資料說，反滲透技術已成為海水、苦咸水淡化和純水、超純水制造最經濟的手段，采用此技術改造的海水已為世界上1億多人口解決了吃水問題。

　　21世紀的“魔”

　　有人在談到膜的時候，根本不說膜，而是直接用“魔”來稱呼。膜真的有那么神氣嗎？就讓我們先認識一下什么是膜？

　　其實膜就存在于我們的生活里，理論上講，膜就是利用具有特殊選擇分離性的有機高分子材料或無機材料，制成的不同形態結構的膜，在一定驅動力的作用下，使雙元或多元組分的特定組分因透過膜的速率不同，而達到分離或特定組分密集的目的。淺顯地說，大家所知道的腎透析、飲用的純凈水都是膜的功績。生物體內，膜是不同組織間的屏障。物質交換時，它只允許其中的某些物質通過，而排斥其他物質。用形象一點的話來講，任何骯臟不堪的水，經過膜技術的處理，流淌出來的就是可以飲用的清潔水。從材料上分，可分為有機膜和無機膜；按功能分，可分為分離膜和反應膜。有研究說，僅可用作有機膜材料的就有幾百種。由于它的種類繁多，組合的多變，在環保、醫藥、化工、食品、電子、冶金、紡織等眾多領域里都身手不凡，被公認為是當代最有前途的高新技術之一。

　　有專家預言，21世紀，膜技術及其與其他技術集成的技術將在很大程度上取代目前采用的傳統分離技術，達到節能降耗，提高產品質量之目的。對推動人類科學技術進步，促進社會發展，將起到極大的作用。

　　有關機構也指出：膜技術與光纖、超導等技術將成為主導未來工業的六大高新技術之一，也將是新世紀十大高科技產業之一。

　　目前，膜技術在全球范圍內受到了前所未有的高度重視，特別是“誰掌握了膜技術，誰就掌握了化學工業的未來”已成為大家的共識。

　　世界有膜已“成長”

　　20世紀50年代末，以離子交換膜為代表的滲析和電滲析技術，率先創建了膜工業，在脫鹽和濃縮等方面得到了普遍應用，尤其是離子交換膜技術的發展，使制堿工業發生了革命性變化。

　　20世紀80年代中期以來，膜技術進入全面發展階段，研究開發出了以空氣為氣源的膜法富氧技術；用于低分子切割的納濾膜技術；高通量、高脫鹽率的反滲透復合膜技術；用于有機溶劑分離的滲透汽化技術和用于微濾和超濾的無機膜分離技術等，這一切為膜分離技術產業發展奠定了堅實基礎。

　　隨著膜分離技術研究的不斷深入，應用市場的不斷擴大，新的膜分離技術也正不斷推出。如工業氣體膜法脫濕技術、工業氣體酸性組分（二氧化硫、二氧化碳）膜法脫除有機蒸汽脫除與回收、天然氣膜法凈化、膜法廢水資源化、城市中水回用、水中溶解氣體脫除等技術已陸續投入中試和工業試驗。而以有機物分子切割為目標的膜分離技術，以膜反應和反應分離為目的的膜技術，以高溫、耐腐蝕、高強度的無機膜、生物膜技術將成為21世紀的主流高新技術。因此，可以說膜分離技術是對社會發展有著長遠持久影響的高新戰略性技術，是環境保護的最佳“拍檔”。

　　打造自己的“膜航空母艦”

　　那么，我國在膜技術方面處于什么狀況呢？據中國膜工業協會秘書長郭有智介紹：應該說，我們在膜技術領域的研究和開發是有顯著成就的。中國膜技術至今已走過近40年歷程，作為一項高新技術，我國在研究方面并不落后，制作水平和工業化能力也正在前進之中，與國際基本同步，成為僅次于歐美、日本的膜技術大國，其市場化的工業體系已經形成，并成功地建立了一批示范工程。形成大、中、小相關企業的技術梯隊，并組成了中國膜工業協會，已從投入期走向成長期，我國膜工業迎來了一個新的發展時代。

　　但是，由于我國的膜工業是在科研院所成果自身轉化和原鄉鎮企業基礎上發展起來的，存在經濟實力不強、技術創新能力弱、產業化水平不高、經營規模小等問題。再加上企業分屬于不同地區、部門管轄，行業內在的技術經濟聯系容易受到損害，出現了“行業前景看好，企業舉步為艱”的被動局面。因此，進入成長期后，急需按市場經濟規律進行整合，達到技術、資產、人力等資源的優化配置，提升產業水平和規范市場，加快與國際接軌的步伐。否則，國外發達國家的廠商就會憑著他們的技術優勢、產品質量、規模經營，搶灘中國的膜市場。

　　整合國內具有一定技術優勢和規模的企業、研究單位以及其他一切優勢資源，形成合力。去年3月，國有重點骨干企業中國藍星（集團）總公司通過收購、兼并、控股、聯營、重組和改制等方式投資組建了中藍膜技術有限公司。擬組建“中藍膜技術有限公司杭州膜科技工業園”，北方以藍星水處理公司為核心的“中藍膜技術有限公司北京空港科技園膜產業基地”南北兩個基地。從整體上形成科研開發、新產品制造、水處理工程、產業化項目和商貿五位一體的經營格局，并通過資本運作和引入風險投資等方式，最終實現膜技術科技板塊上市的目標，從而推動我國膜技術產業化進程。

　
　　廣闊的市場前景

　　作為一項高新清潔生產技術，膜正廣泛應用于環保及人們的日常生活等諸多領域，受到各國的高度重視和支持，成為許多國家優先發展的產業。

　　據統計，1998年，全球膜產品銷售額達44億美元，由此形成的膜工業總產值約120億美元；1999年，我國膜工業總產值約28億元。但遺憾的是，這28億元中，僅有4億元是純粹的國產貨，而10億元是用進口膜元件進行成套組合的，而另外的14億元則完全是“舶來品”。

　　據中國工程院《21世紀中國可持續發展水資源戰略研究》報告，到2010年，我國需水量7300億立方米，可供水量6200～6500立方米，缺水量1000億立方米。缺水最嚴重的當屬沿海地區、內陸苦咸水地區和內陸大中型城市。海水淡化、苦咸水淡化以及污水淡化，正是膜技術的強項。此外，分質供水也將是未來幾年里國內飲用水發展的方向。無論是家庭過濾系統、城市飲水、工藝水處理，還是污水處理系統以及相應的維護、技術支持，都是推動膜科學與技術的產業化進步和提高競爭力的契機，給膜的應用與發展創造了前所未有的良機。

　　對解決水處理和水回用的問題，我國高層領導十分重視，國務院副總理*就曾對城市污水回用問題做過批示：“污水處理和回用，不僅是城市環境建設的基礎性工程，而且是水資源綜合利用和節水的重要措施。必須把污水處理和回用作為城市建設的重點，立足當前，著眼長遠，統籌規劃，分布實行，從我國具體實際出發，借鑒國外經驗。首先，要研究制定污水處理和回用的技術規范和技術政策。其次，要通過改革建立合理的價格形成機制。第三要搞好試點示范工程。”

　　我國是一個發展中的大國，經濟建設正處于全面發展時期，國家將可持續發展、高新技術產業發展、傳統產業改造與提升、西部大開發、海洋經濟發展等作為發展的重點，這就意味著膜工業不僅擁有廣闊的現有市場，更存在著巨大的潛在市場。據中國膜工業協會根據近幾年膜工業發展速度和經濟建設的需求分析預測：2005年，我國膜市場需求在50億元以上，年均增速繼續保持在15％左右，2015年，膜市場需求可望超過200億元，將占到世界總量的10～15％。應該指出的是，目前，我國一些地區和部門，在水處理技術的使用方面，仍沿襲著傳統方法。已經沒有太多的時間來供我們走彎路了，新技術在前，此時如不抓住，造成的后果將是整體落后。

　　為了推動我國膜工業的進一步發展，促進中外學者與企業間的交流合作，中國膜工業協會將于2002年9月27～29日在北京舉辦“第二屆膜技術應用國際會議”，屆時，“第四屆國際膜與水處理技術暨設備展覽會”也將同期舉行。

膜技術是清潔生產的理想載體

——訪湖北工業大學膜技術研究所所長萬端極教授
　　
日前，記者采訪了多年來致力于采用膜技術、生物技術、化學技術集成工藝的湖北工業大學膜技術研究所所長萬端極教授。萬教授認為，通過科學地使用膜技術技術能夠實現源頭治污，膜技術是清潔生產的理想載體。
　　
萬端極教授指出，工業“三廢”治理與生態環保的落腳點在工業企業的源頭預防，在工藝設計或工藝改造中不產生污染，企業就不需要再建污水處理廠，這是源頭治污的最佳選擇。社會進步到今天，特別是先進技術的廣泛應用，人們已經有能力把污水的產生消滅在工藝設計之中，解決始終困擾我們的環境問題。而這也對企業提出更高的要求：廢料最小化，污染預防，能源削減，無廢工藝。膜分離技術由于具有設備易于放大、操作方便、常溫無相變、無化學變化、處理效率高、省能、“三廢”少等優點，從而使其能在工業企業產品分離、提純和純化過程中發揮重大作用，成為實施源頭治污清潔生產的理想載體。
　　
他介紹說，清潔生產的方法就是采用先進的技術對企業按照清潔生產的原則實施工藝改造，達到清潔生產的目的。而“先進”的概念是一個宏觀的具有時間性和空間性的大概念，對企業來講是實用程度，先進的技術包括一切適用本企業工藝改造的技術。膜分離技術集成工藝是實施工業企業工藝改造、完成清潔生產的支撐技術，適用于幾乎所有的工業企業，尤其是食品飲料、發酵、化工、制藥、中成藥等行業的工藝改造，從而降低成本、減少能耗、提高質量、減少或杜絕污染。這些其實就是現今社會追求的可持續發展的具體實踐。
　　
膜集成技術完成的工藝革命
　　
萬端極教授介紹說，膜技術是全球公認的綠色、節能的高新科技產業技術，它在涉及分離及其相關領域所帶來的革命堪與計算機對人類的影響相媲美。尤其是無機膜耐高溫、耐生物污染的特點，日益受到產業界和科技界的矚目，在廣大工業企業實施清潔生產的工藝改造中更是大有用武之地。膜的應用，幾乎涉及所有的工業領域，將帶來一次工業企業的工藝革命。萬端極教授指出，膜技術集成工藝改造對每個企業都是個性化的過程，由于每一個行業、每一個企業乃至每一個產品應用膜時，配套選型、工藝參數及維護方法都不一樣，采用生物技術、化學技術的結合也不一樣，而且應用膜技術的工藝改造絕不是在原有工藝上的小修小補，需要對原有工藝流程進行再造，這就需多學科、多專業的技術支持才能完成。因此，也對膜技術的應用人員知識面提出了近乎苛刻的要求，通俗地講，從源頭解決企業污染問題，絕不能簡單地“腳疼治腳”，而可能需要“腳疼治頭”，從工藝的關鍵部位入手，才能達到既提高企業效益，又解決污染的目的。實際上，對傳統工業企業而言，膜分離過程是一個高效的過程，膜技術集成的應用是一場工藝革命。
　　
膜技術成為可持續發展技術保證
　　
談到國內對膜技術應用的問題上，萬端極教授深有感觸。膜技術在發達國家已經得到廣泛應用并取得巨大效益，而國內特別是內地不少企業對膜技術的認識則還停留在單純的技術層面，較少從企業長遠利益角度來認識，甚至無法從企業找到一位膜技術專業工程師。因此，讓企業領導了解膜技術應用的好處往往就不是一件容易的事，因為這需要企業領導具有長遠眼光，并從企業、社會可持續發展的角度來考慮問題。
　　
萬端極教授指出，工業企業的不同車間排出廢水的化學成分往往是不一樣的，當它們混雜一起發生化學反應又會生成其它的物質，必然給末端治理帶來困難，尤其是制藥類的企業的污水中含有大量殺滅微生物的藥物，采用末端生化法治理是非常困難的。如果我們在各個車間就把它回收成為產品，不但提高了經濟效益，重要的是污水沒有了。事實上，大多數情況下，產生污染的，往往是混雜在生產用水中的產品或者說其它有用的物質。我們采取生物技術、化學技術和膜技術集成工藝，用于工序之中，企業效益提高了，污水也在創新工藝改造中悄無聲息的消失了。

膜分離技術的后起之秀 — 納濾

納濾是介于超濾與反滲透之間的一種膜分離技術，其截留分子量在200-1000的范圍內，孔徑為幾納米，因此稱納濾。基于納濾分離技術的優越特性，其在制藥、生物化工、食品工業等諸多領域顯示出廣闊的應用前景。
1、水處理：眾所周知，用反滲透技術可生產出純凈水，但反滲透技術耗能高，產水量低，且去掉了幾乎所有對人體有效力的微量元素。而納濾技術則只脫除掉形成水硬度的Ca、Mg離子，而保留了部分鹽類和微量元素。此外，納濾還可以脫除掉絕大部分農藥、化肥、清洗劑等化工產品殘留物，避免其對人體的危害。美國、日本等國已有效地采用納濾技術脫除了水中87%~98~的THM的前驅物。
2、濃縮乳清及牛奶：日本最早將納濾用于乳清和牛奶的濃縮。用納濾技術濃縮牛奶，不但可脫除牛奶中的鹽分，而且可脫除一些水分子的雜味物質，使得這種濃縮牛奶口感較好。
3、調味脫色：將納濾用于調味液的脫色。調味液中的動物水解蛋白和植物水解蛋白通常用離子交換樹脂和活性碳進行脫色，一是影響植物水解蛋白的香氣，二是使產品的成本加大。而納濾只截留分子量較大的色素，使植物蛋白、動物蛋白中的氨基酸和香氣成分較好地保留住。納濾還可脫除掉焦糖色素中的亞銨鹽和不良氣味。
4、分離單糖、雙糖：目前功能性甜味劑—低聚糖的發展速度非常快，便這種作為雙歧桿菌增殖因子的非消化性糖，在產品中夾雜著不少的單糖和雙糖。用納濾就可以有效地對單糖、雙糖進行分離，從而提高低聚糖的純度。
5、回收大豆低聚糖：在用酸堿法生產大豆分離蛋白中，會產生大量的乳清廢液。用納濾技術來回收大豆低聚糖是處理乳清廢液十分有效的途徑。其納濾的透過液經反滲透后成為純凈水，大大提高了水的利用率并減少了污染排放。
6、濃縮果蔬汁：果蔬汁經采用反滲透為第一級濃縮，納濾為第二級濃縮后，可把果蔬汁的濃度提高到40°Bx，從而使膜法高度濃縮果蔬汁成為現實。這種膜法濃縮果蔬汁全保留了鮮果汁的成分。
7、分離氨基酸：利用納濾的荷電性可對分子量相差無幾的氨基酸進行分離。
8、調節釀酒發酵液組分：為了提高低糖度葡萄汁釀酒的發酵效果，可用納濾技術調節各組分的含量，提高葡萄酒質量。
9、脫除低聚木糖中的NaCI：：在酶法生產低聚木糖中，低聚糖含量低，且含有3%左右的NaCI，采用傳統的離子交換脫鹽及真空濃縮技術，需耗大量的酸、堿等，并造成環境污染。而采用納濾加洗濾的方法則可脫除95%以上的NaCI，使低聚糖的含量達到80%以上，且大大降低了耗能和污染排放。
納濾技術在食品工業、制藥工業等領域的應用很廣，希望各行業的科技人員能夠根據納濾的特性，并結合自己所從事的研究或生產工作加以推廣應用。