这两天，江苏久吾高科技股份有限公司项目经理柯振宇，正蹲在南通能达水务有限公司进行技术优化。经由一道道膜的过滤，制浆、造纸废水里滤出盐酸和烧碱……

这些废水，来自江苏王子制纸公司（以下简称王子制纸）。9年前，也是在这里，时任江苏省省长助理兼科技厅厅长的徐南平，带领团队用膜技术，帮王子制纸化解了危机、顺利开工。如今，这里每天过滤浓缩的制浆尾水达3.2万吨，造纸尾水的日处理量约达1万吨。

“十三五”以来，我国膜产业总产值的年均增速在15%左右；2019年，我国膜产业总产值已达2773亿元，较“十二五”末翻了一番。

“除了水处理，我国膜产品大量应用于制药、食品等行业，也出口到东南亚、德国、美国等地区或**。”南京工业大学膜科学技术研究所、**特种分离膜工程技术研究中心教授范益群告诉记者。

膜技术可实现分子级过滤

水资源短缺和水环境污染是**面临的两个重大环境问题。作为一种新兴**的分离技术，膜分离技术利用特殊材料的膜，外加动力，可以分离水中的小分子、固体颗粒等物质。这种技术兼有分离、浓缩、纯化等功能，而且**、节能、环保，能实现分子级过滤，过滤过程简单、易操作、能耗低、效率高。

“近年来，高性能膜材料技术快速发展，污水处理厂、家用净水器都广泛地使用了膜技术，随着技术不断进步，成本也在快速下降。”与膜材料打了半辈子交道的范益群，对中国膜材料的发展如数家珍。他说，膜材料根据应用领域可以分为水处理膜、气体分离膜、离子交换膜、特种分离膜。其中水处理膜又可根据孔径和功能，分为超滤膜、微滤膜、纳滤膜、反渗透膜等。

范益群介绍，超滤膜的孔径一般在0.1微米以下，可以过滤水中的细菌、病毒、胶体、大分子，可以用在食品加工业中，例如，过滤、拦截豆制品加工后液体中的大豆蛋白。微滤膜的孔径大多在0.1微米以上，多用来处理水中的悬浮物，降低水体的浊度，还可以过滤水中的细菌，一般在河道的净化中多有使用。纳滤膜顾名思义，膜内的过滤孔径可以达到0.002微米，除了可以过滤水中的腐殖酸、农药化肥残留等大分子物质，还能过滤钙镁离子，软化水体，但又可以保留一部分矿物质。

过滤孔径.小的是反渗透膜。“反渗透膜孔径非常小，只有水分子可以透过。它利用膜两侧的静压差作为推动力，实现液体混合物的分离，广泛应用于海水淡化以及高纯水生产中。”范益群说。

多个领域都离不开这张膜

目前，在海水淡化、工业废水处理、工业用水处理、市政污水再生处理、市政自来水提质改造、家用净水器市场等领域，膜技术大显身手。

该技术的应用，曾一度为王子制纸一项陷入绝境的大项目力挽狂澜。

2012年，王子制纸打算在江苏启东修建一条制浆废水排海管道，消息传开后，世代以渔业为生的启东老百姓，开始担心造纸制浆废水会影响生态和近海渔业养殖。

关键时刻，中国工程院院士、中国膜科学973项目首席科学家徐南平主动请缨，带领南京工业大学膜科学研究所的40多位研发人员，开始攻克造纸制浆废水“零排放”的**性难题，提出了成套设计工艺，打消了民众顾虑，帮助地方与企业走出了困局。

9年过去，科研团队再次进行技术升级。柯振宇告诉科技日报记者：“以前制浆尾水过滤后析出的盐有很多杂质，甚至还有一些腐蚀性固体废弃物。此次技改工艺，将反渗透产生的浓盐水分离成高氯化钠浓盐水和高硫酸钠浓盐水，再将高氯化钠浓盐水通过新增的膜电解单元，制成低浓度的酸、碱水用于生产，替代部分外购药剂。高硫酸钠浓盐水进入蒸发结晶系统后，则生产出工业级元明粉，可作产品销售。”目前，他们正在做项目的试生产运行，预计今年下半年可以建成投产。

除了废水处理，以膜技术为核心的新型水处理技术，已经成为提高水环境的利器。

2019年，深圳盐田区建成深圳市..自来水直饮示范区，采用臭氧－活性炭、超滤膜等深度处理工艺，提高出厂水水质，实现自来水直饮全覆盖。

重要的是，包括芯片在内的精密电子器件的生产，也离不开膜技术。“目前芯片的集成度要求越来越高，这要求晶体管之间不能有离子，以**器件之间不会有电磁干扰，而生产制作这些晶体管，都需要使用超纯水冲刷，**芯片性能稳定。在制备超纯水方面，膜技术提供了有力支撑。”范益群说。

加强原始创新能力应对挑战

中国膜产业现阶段还需突破产品种类偏少、应用领域偏窄的局限。例如膜产品主要集中在水处理领域，占膜市场的85%。面向医药、能源和物料分离领域应用的特种功能膜产品品类较少。“膜产品处于产业链的顶端，而膜材料成了膜产品向高端发展的瓶颈，因此需要加强基础研究，强化原始创新，加大关键技术研发。”中国膜工业协会理事长郑根江告诉记者。

膜与膜材料原始创新能力较弱，是我国膜产业现阶段面临的挑战之一。郑根江指出，这主要表现在3个方面：一是制膜用化工原材料要求高，一般的化工原材料难以达到制膜要求，需要进行大量的优化、改性研究。二是成膜机理、膜**、制膜工艺和制膜设备这四大关键技术，互为支撑、密切度高、匹配性强，需要系统性创新。三是由于膜的应用场景不同，每种膜的**、结构、制作工艺及性能要求也不同，制膜设备及工艺针对性强，技术难度大，这些膜核心技术的原始创新亟待加强。例如，氢燃料电池质子交换膜、太阳能光伏背板膜等新能源用膜，高性能医用膜以及高**分离膜等一些高端膜产品的制膜关键设备国产化率偏低，部分关键设备仍需要进口。

郑根江建议，应以发展**装备制造业为目标，围绕膜装备的重大共性关键技术及绿色、**、智能制造等开展系统研发，强化机械装备模块化、智能化、机电一体化和零部件的通用化、标准化、集成化。“还要多开发高端产品，例如能用于物料**分离的超滤膜和纳滤膜，在极端工况下应用的耐高温高压、抗污染的膜。”

“十四五”膜产业总值或达5000亿元

2019年的膜工业总产值，主要由膜与膜材料、膜设备、膜工程和膜配套设备、膜贸易与服务四大部分构成。其中，膜工程与膜配套设备板块占我国膜产业总产值的27%；膜设备板块产值占26%；膜与膜材料板块的产值占15%。这意味着，膜与膜材料领域增长空间较大。

“膜技术的发展，让膜的原材料层出不穷。从几元钱一公斤的PVC，到几百元一公斤的聚四氟乙烯，从粉煤灰到高纯度氧化铝，不同原材料制得的膜，应用场景不同，大家也在尝试一些新材料，例如陶瓷膜。”范益群说。

“不过，原材料的生产和制造工艺越复杂，成本越昂贵。”范益群举例说，去除氧化铝杂质的成本很高，99%纯度的氧化铝，市场售价约1万元每吨，而99.95%纯度的氧化铝售价则高达100万元每吨。

“此外，原材料的均匀度、可重复性，生产工艺的控制精度和水平，生产中监控仪器的精度和灵敏度，都会决定膜的质量高低。”范益群说，大批量的膜生产，膜表面不能有缺陷，一张几十平方米的膜，只要有一个头发丝粗细的孔，过滤时就会让杂质漏过去；生产过程中，如果不慎有灰尘掉落在膜上，也可能在膜上留下一个孔洞；这些都会影响过滤效率。

面向“十四五”，郑根江对中国的膜产业信心满满，他表示：“近几年，**膜市场需求快速增长。2018年，**膜与膜装备总产值达到950亿美元。未来几年，随着科技水平、产品质量、工程技术水平和**市场运作能力的不断提升，中国膜产业将快速融入**市场，**市场占有率将大幅提升。”

对于未来，郑根江充满期待。他分析，2025年中国膜产业总产值或将达5000—6000亿元。其中工业废水资源化、城镇污水再利用、城镇自来水提质改造、医用膜、家用净水器市场的产值将占据较大市场份额。“膜产业也将通过关键共性技术，带动3D打印、医学、光学、能源等领域的发展。”郑根江说。

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