1.6　膜技术的应用及展望

1.6.1　膜技术对全球经济可持续发展的影响

（1）制约全球经济可持续发展的瓶颈

在经济飞速发展的今天，世界各国都面临着一个至关重要的问题，即如何才能确保经济的可持续发展。根据联合国的报告，资源匮乏、能源短缺、环境污染和健康问题是制约全球经济可持续发展的瓶颈，其中最严重的问题是淡水资源匮乏及水污染。20世纪世界人口增加了近3倍，淡水消耗量增加了约6倍，其中工业用水增加了26倍，而世界淡水资源总量基本不变，使20世纪末的人均占有水量仅是世纪初的1/18。中国是世界上13个贫水国之一，人均水资源仅为世界平均水平的1/4，每年因缺水造成的经济损失高达250亿美元以上。水资源短缺与污染严重问题并存，工业的迅速发展，导致了水污染日趋严重。全世界每年排放工业废水约4260亿立方米，使可供人类使用总量1/3的淡水资源受到污染，直接危及人类健康及生命。1972年联合国第一次环境与发展大会指出：“石油危机之后，下一个危机便是水”。1977年联合国大会进一步强调：“水，不久将成为一个深刻的社会危机”。1992年联合国环境首脑会议指出：“水将成为全世界最紧迫的自然资源问题”。并且自1992年起，将每年的3月22日定为世界水日。要确保全球经济的可持续发展，解决上述问题已经刻不容缓。

（2）膜技术对全球经济可持续发展的影响及意义

膜技术是21世纪最重要的高新技术之一。膜具有物质分离、能量转换、物质转化、控制释放、电荷传导、物质识别等功能；膜技术的发展遵循了模拟自然、改造自然、回归自然、服务自然的规律，它具有高效、节能、环保、操作简便等突出优点，在几乎所有领域中都有广泛的应用市场。图1-18显示了膜技术对解决全球经济可持续发展问题的作用及其带来的社会效益和经济效益，可以预见，膜技术将为发展循环经济保驾护航，为创办绿色产业奠定技术基础。

应用膜技术，可大规模、廉价地利用海水生产淡水；将微污染水净化为高质量的饮用水；使生活污水及工业废水深度处理再生回用成干净的水；对各种化工产品、医药产品进行分离和提纯，使资源得到回收利用；将空气变成氮气和氧气；从炼厂气、合成气中回收氢气；将生物质能源转化为乙醇汽油取代化石能源；将氢能源转化为电能源，缓解地球的温室效应。

总之，膜技术是当代解决人类所面临的资源、能源及环境等重大问题的重要新技术。

1.6.2　膜产业及膜市场概况

（1）世界膜产业及膜市场发展状况

21世纪以来，世界膜市场出现了强劲的增长势头。1999年，世界膜及膜组件市场销售额仅为44亿美元。2005年，全球的膜及膜组件市场销售额已达83亿美元，到2010年，市场销售额达到126亿美元，2015年达到193亿美元，如表1-7所示。

（2）世界膜产业结构的变化

从图1-19可以看出，进入21世纪以来，全球在不同种类膜的市场分布发生了很大变化。1999年，微滤、超滤、反渗透三种膜的市场销售额占全球整个膜市场总量的41%，而到了2010年，该三种膜的市场销售额占全球整个膜市场总量的86%。这种变化的一个重要原因是市场需求发生了很大改变，全球淡水资源的极度匮乏及水污染的日益严重制约了全球经济的可持续发展，甚至危及到人类的生存，因此海水淡化、污水处理再生回用、饮用水净化的市场得以迅速发展；另外一个原因是膜的技术有了显著进步，膜的成本下降，使得水处理行业大规模推广应用膜技术成为可能。图1-20是2002～2007年纽约股市的几种主要股票指数的比较，从中可以看出，持续增长最快的是水指数，这反映了水业是朝阳产业，而水业发展依托的核心技术就是膜技术。从图1-21也可以看出，膜在水处理行业所占的市场份额已超过50%。

（3）世界膜市场的地域分布

图1-22和图1-23表示2010年世界不同地区膜市场的分布情况，北美占的份额最大为33%，在亚太地区中国的份额最大。

（4）中国膜产业结构特点及膜市场发展

我国近10年来膜工业有了快速的发展。1999年全球膜行业总产值约为200亿美元，而我国膜行业的总产值仅约为28亿元人民币，不到全球总产值的2%。而到2007年，全球膜行业总产值达到360亿美元左右，我国的膜行业总产值已达到170亿元人民币，约占国际市场的6%。

和世界膜市场相比，我国膜应用市场规模呈现快速增长态势，见图1-24。自2010年以来，我国膜市场每年都以25%～30%的速度在增长。全国有膜研究单位120家以上、生产企业约400家、工程公司约2000家。2010年膜的不同应用领域及不同种类膜的市场份额见图1-25及图1-26。

但应该注意到，我国膜产业结构有明显的地域特点及历史渊源，和世界膜产业的结构特点有很大的差异。20世纪末世界膜市场中透析和微滤的膜及膜组件长期占2/3的市场份额，然而国内的透析膜生产基本上是空白，微滤膜及膜组件产量占膜市场份额也微乎其微。近期世界反渗透及微滤的膜及膜组件已占到3/4的市场份额，而国内的反渗透膜市场90%以上仍然被外国公司所垄断，微滤膜的市场份额依然很小，国内长期占绝对优势的是超滤膜及膜组件。应该看到，我国在超滤膜技术方面在国际上是具有一定优势的，值得发扬光大，但是在反渗透、纳滤、微滤、透析等产品在性能、价格、生产规模等方面都缺乏竞争能力，需要急起直追。我国有巨大的水处理市场（表1-8），还有百万需要进行血液透析的病人，急需要大量的反渗透、微滤、透析膜组件。我国应该从宏观角度来审视中国膜工业在产业结构上存在的问题，进行必要的产业结构调整，强化薄弱环节，使我国的膜工业发展能适应国民经济发展的需要，为中国经济的可持续发展做出贡献。

1.6.3　21世纪的膜科学与技术展望

前面已经提到，膜技术是21世纪最重要的高新技术之一，对解决全球所面临的经济的可持续发展问题起到相当重要的作用，会给人类带来巨大的社会效益和经济效益。膜科学与技术正处于发展阶段，21世纪的膜科学与技术无论是理论上还是实践上都还有大量的工作需要深入开展，需要从下列几个方面不断创新和完善：

①继续完善已经商业化的膜技术，进一步提高产品性能和质量，降低成本，扩大其应用领域。

②加速解决正在发展中的膜科学与技术的理论、技术、工程问题，尽快推广新型膜技术的产业化及应用。

③有机高聚物仍然是最主要的膜材料。开发新型有机高聚物膜材料，加强膜材料的“功能化”“超薄化”“活化”研究，研发实用性强、效果好、低成本的膜材料改性方法。

④在膜科学方面深入开展膜形成机理及相关的理论研究，为实现“膜设计”奠定基础，使将来膜研发的主要工作在电脑上就能完成。

⑤在膜技术方面加强“工程化”及“自动化”研究，使膜组件和装置更加实用、高效、价廉、牢固、集成化和定型化。

⑥在膜过程方面要加强膜过程与其他分离过程与技术的集成工艺研究和推广应用，注意扬长避短，进一步提高其带来的经济效益。

中国的膜工业在21世纪必将有飞速的发展，以下问题希望能够引起国家有关主管部门及业内人士的关注，能够从战略高度重视和解决这些问题。

①新淡水资源开发、水污染治理的资源化再生回用、饮用水净化的安全性等问题是制约中国经济可持续发展的几个最主要瓶颈，需要大力扶持中国的水处理用膜产业，特别是需要加强发展反渗透膜及优质廉价的微滤膜产业，改变目前国内膜产业结构的不合理现状。

②能源短缺也是制约中国经济可持续发展的重要因素之一，发展生物质能源材料势在必行。要尽早支持相关膜产业（如渗透汽化和燃料电池）的研发和产业化。

③中国是世界上人口第一大国，有众多的病人需要进行血液净化治疗。有必要发展透析膜及人工肾制造技术及生产线，改变依赖进口产品的局面。

④尽早实现膜材料（合成树脂）及化学品（溶剂、胶等）、配套材料（无纺布、隔网等）、配件（外壳、密封垫等）、管件、泵、阀门、仪表等的国产化、标准化、规模化，需要主管部门来统筹和协调。

⑤高科技的推广应用往往需要有一个被认识的过程。有关部门应该采取措施，大力支持膜技术的推广应用，特别是在耗能大户、耗水大户、污染大户（例如石化、化工、冶金、电力、食品、医药等行业）中的推广应用，这将会给我国经济的可持续发展及膜工业的发展带来不可估量的社会效益和经济效益。

⑥科学是技术的基础，人才是事业的根本。要加大对膜科学研究的支持力度；加强对膜科技人才队伍的培养；大力普及膜科技知识。这样中国的膜科学与技术就可以做到可持续发展。