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人類日常生活和工業(yè)生產(chǎn)所用的水，通常是清潔的淡水。然而，隨著人口增長和社會經(jīng)濟的發(fā)展，水資源頻頻短缺，水源的水質(zhì)不斷惡化，全球的水危機狀況日益加劇。發(fā)展以先進的膜分離技術(shù)為主要特征的水處理技術(shù)，已為水工業(yè)的發(fā)展開辟了廣闊的市場。
眾所周知，膜技術(shù)是在半個多世紀(jì)前為解決“水的危機”而一步步地發(fā)展起來的，但是，膜市場的形成和發(fā)展僅僅是近十余年來的事情。新型的專業(yè)市場發(fā)展完全依懶于專業(yè)技術(shù)的進步。只有專業(yè)技術(shù)得到了創(chuàng)新，才能有專業(yè)市場的發(fā)展。當(dāng)創(chuàng)新的膜技術(shù)為非專業(yè)人員能夠掌握的時候，就是一個又一個與膜法相關(guān)的水工業(yè)公司誕生之時，也是膜法水工業(yè)市場的又一輪發(fā)展之際。這技術(shù)與市場的相關(guān)性在膜科技的發(fā)展進程中為尤其突出的一大特點。
本文基于筆者自1977年2月開始的30余年來，先后在國家級科研單位、大學(xué)以及企業(yè)專門從事膜科學(xué)與應(yīng)用工程的自身科研、教學(xué)經(jīng)歷以及翔實的相關(guān)文獻，簡要回顧在世界以及我國膜科技發(fā)展初期（至20世紀(jì)80年代）的一些重點重大的創(chuàng)新事件，扼要闡述近年來膜技術(shù)對水工業(yè)發(fā)展的支撐和保障作用，初步分析膜法水工業(yè)市場的必然發(fā)展趨勢，從而展示膜技術(shù)在水和廢水處理、藥物、食品等工業(yè)中的巨大作用和重大效益。
1.膜與水
早在1952年，美國專設(shè)“鹽水局（OSW）”，大力推進水資源開發(fā)和脫鹽技術(shù)的進步。1960年，美國加利福尼亞大學(xué)S.Loeb和S.Sourirajan成功發(fā)明第一張高脫鹽率、高通量的L-S型海水淡化反滲透（RO）膜，開啟了RO膜技術(shù)解決淡水危機的實用化時代。以醋酸纖維素（CA）為膜材料的RO膜開始投入示范實驗運行。1964年，先后報道了平板式的、管式的RO膜淡化海水（或苦咸水）的示范運用以及用CA膜開發(fā)成卷式的RO組件的結(jié)果。1967年，美國DuPont公司首次制成芳香聚酰胺膜中空纖維式RO組件，并于1972年將其發(fā)展成對NaCl具有高脫除率的PermasepB-9和B-10型膜組件進行銷售，用于海水淡化或高濃度苦咸水脫鹽。美國Gulf環(huán)境公司將開發(fā)成的ROGA-4000型卷式CA膜組件的RO裝置，成功地用于電子工業(yè)清洗用的超純水制造。旨在海水淡化，美國Dow化學(xué)公司開發(fā)出三醋酸纖維素（CTA）膜的RO組件；美國北極星研究所和UOP公司分別在PS支撐膜上界面縮合高分子，制成NS-100復(fù)合膜和PA-300復(fù)合膜。1978年，UOP公司用卷式PA-300復(fù)合膜在沙特建立運行了日產(chǎn)1.2萬立方米的大型RO海水淡化裝置；日本東洋紡公司開發(fā)出一級海水淡化用的CTA膜的中空纖維式組件；在沙特的伯索爾伯奇采用DuPont公司的B-9型膜組件，建立了一個日產(chǎn)5.07萬立方米的淡水的RO淡化廠，含鹽量為1,470毫克/升的深井苦咸水淡化成供給當(dāng)?shù)鼐用耧嬘玫暮}量為200毫克/升的飲用水。1975年，日本栗田工業(yè)公司采用美國Gulf環(huán)境公司的ROGA-4160型卷式CA膜組件，在日本鹿島鋼廠以電導(dǎo)率為3,400μs/cm的當(dāng)?shù)乇逼趾疄樵ǔ闪巳债a(chǎn)1.34萬立方米淡水的苦咸水RO水廠，淡化水再經(jīng)離子交換處理后用作鍋爐給水。1977年，美國UOP公司將開發(fā)的20GA型卷式膜組件，在加利福尼亞州奧蘭奇建造了日產(chǎn)水量為1.89萬立方米的城市污水RO淡化工廠，該廠將污水廠排放的含鹽量為1,100毫克/升的污水淡化至40毫克/升左右，淡水與二級污水混合后再注入深井中，防地下海水侵入。1980年，在美國基偉斯特市采用DuPont公司的B-10型膜組件，將含鹽量為38,000毫克/升的海水淡化，日產(chǎn)含鹽量370毫克/升的1.13萬立方米的淡水供作當(dāng)?shù)鼐用耧嬘盟Ｈ毡綯oray公司在PS膜表面復(fù)合上聚醚系制成PEC-1000復(fù)合膜，可將中東的高溫、高鹽分海水一級淡化成飲用水。美國Dow化學(xué)公司FilmTech公司于1981年開發(fā)成在PS膜為支撐體的表面復(fù)合RO膜的FT-30卷式元件。
1964年，美國學(xué)者Riley通過電子顯微鏡觀察L-S型膜的斷面，發(fā)現(xiàn)RO膜具有致密層和多孔層的兩層結(jié)構(gòu)。美國北極星研究所的P.S.Fransis根據(jù)兩層膜的耐久性不同，最先報道了復(fù)合型RO膜的制作方法。1966年，該所的L.T.Rozelle和J.E.Cadotte將CA膜與多孔的聚砜（PS）膜復(fù)合，制成了比Fransis膜高5倍透水量的RO復(fù)合膜。PS多孔膜至今仍然是全球市場上銷量最大的水處理用的復(fù)合膜的支撐膜。
離子交換樹脂于1938年在德國一開始工業(yè)化生產(chǎn)和銷售，就被法國、日本的一些研究人員研制成水處理用膜。1940年，市場上出現(xiàn)交互插入陽離子交換膜和陰離子交換膜的多室結(jié)構(gòu)的電滲析（ED）膜堆。美國Ionics公司在1952年公開了ED法水脫鹽的小型裝置后，于1954年在Texas州的一家電子公司中投入運行日產(chǎn)106立方米淡水的ED法苦咸水脫鹽裝置，并將該型ED裝置銷售給石油公司用于油井的地下苦咸水淡化。到了1960年，日本旭硝子公司開始連續(xù)生產(chǎn)年產(chǎn)量達3萬平方米的由合成纖維增強的離子交換膜，并將該膜制成的ED裝置用于日本化學(xué)制鹽公司的海水濃縮制鹽，ED裝置的年產(chǎn)鹽量達1萬噸。1961年，日本旭化成公司在川崎建成年產(chǎn)14萬平方米的均相離子交換膜工廠。高耗電和高極化現(xiàn)象是ED技術(shù)應(yīng)用的主要障礙。為此，1967年，Ionics公司和以色列Negew研究所分別開發(fā)了可以使電耗大幅度下降的高溫ED脫鹽工藝。隨后，Ionics公司于1970年開始銷售采用倒極ED工藝制成的大型ED裝置，該套裝置的苦咸水淡化水的日產(chǎn)量達1萬立方米。1980年，日本德山曹達公司開發(fā)了省能型一級海水淡化ED器，日產(chǎn)淡水150立方米，噸水耗電8.3度。
盡管早在1861年就有發(fā)現(xiàn)超濾（UF）現(xiàn)象的報告，但是，直到1961年美國A.S.Michaels用高分子電解質(zhì)成功地開發(fā)出對不同分子量大小的溶質(zhì)進行分子水平篩分的UF膜，UF技術(shù)才開始進入實用階段。1969年，美國Amicon公司和Abcor公司分別制造、銷售荷電高分子膜的UF組件和內(nèi)壓式CA膜的管式UF裝置。1970年代，UF膜法在美、歐的一些國家開始用于乳清的處理、電泳涂裝生產(chǎn)線。丹麥DDS公司將開發(fā)的UF膜于1978年開始在瑞典一家牛皮紙廠安裝了一個4段連續(xù)式廢水處理系統(tǒng)，截止1980年，該公司在歐洲、日本等地建造的處理造紙廢水的UF膜和RO膜系統(tǒng)，在回用清潔水的同時，年回收的高價值副產(chǎn)物（以固體計）約2萬噸。從1981年開始，UF膜法在含油廢水（例如鋼鐵壓延工藝排放水）、中水（大樓排放的污水）回用等得到大規(guī)模應(yīng)用。UF膜的應(yīng)用迅速拓展到非水處理體系的分離，例如將Amicon公司的PM-10UF膜進行固定化酶制成酶膜反應(yīng)器，成功實現(xiàn)在膜裝置上淀粉的連續(xù)糖化。
我國開始研究膜與膜過程的時間幾乎與國外同期。上世紀(jì)60至70年代，我國主要以“海水淡化會戰(zhàn)”的形式，組織一批來自大學(xué)、部隊、科研所的人員進行ED技術(shù)、RO膜技術(shù)、蒸餾方法的科研工作，取得了初步的膜科技成果，例如1977年底，圓板式RO海水淡化膜及其裝置首次通過科技鑒定。1981年在我國西沙永興島建成了采用ED法的海水淡化站，該成果榮獲1983年我國第一次全國科技大會三等獎。在80至90年代初，主要是通過開門搞科研的形式，我國膜科技人員將一些膜科技成果送到鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)中去生長，逐步培育成了中國特色的初期膜法水處理市場。與此同時，依據(jù)國家目標(biāo)，通過實施“七五”、“八五”國家科技攻關(guān)計劃項目，重點突破了RO膜與組器及其在電子工業(yè)超純水制備、電力工業(yè)鍋爐給水軟化、醫(yī)藥工業(yè)純水制造中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。“國產(chǎn)反滲透膜裝置及其應(yīng)用工程技術(shù)”成果榮獲1992年國家科學(xué)技術(shù)進步獎一等獎。膜技術(shù)系列成果的實用性和工程應(yīng)用的可靠性，推動著膜技術(shù)市場的迅速發(fā)育和發(fā)展。不僅有從事膜科研的人員開始轉(zhuǎn)向去創(chuàng)辦公司、開辟市場，更有國外的膜制造商、工程公司先后紛紛進入中國的膜法水處理市場。隨著“九五”國家科技攻關(guān)計劃項目先后在我國嵊山泗礁島和長山島的RO法海水淡化示范工程的建立運行，以及膜法廢水處理工程項目的成功實施，我國一個以RO、UF以及納濾（NF）、滲透汽化（PV）、微孔過濾（MF）、膜生物反應(yīng)器（MBR）等為主體的膜法水處理技術(shù)體系開始形成，我國的膜法水工業(yè)市場進入繁榮發(fā)展時期。
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