《Water Research》：Making Waves: Rethinking Membrane Technologies for Water Remediation from a Full-Chain Application Perspective
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摘要由于膜技术具有较高的分离选择性、模块化结构、紧凑的体积以及与工艺强化技术的兼容性，它已成为推动水污染控制从符合标准排放向高质量水资源回收发展的关键技术平台。尽管该技术在工业废水处理、饮用水净化和废水回用领域有着广泛的应用，但其实际应用性能仍受到材料层面进展与工程规模需求之间差
摘要
由于膜技术具有较高的分离选择性、模块化结构、紧凑的体积以及与工艺强化技术的兼容性，它已成为推动水污染控制从符合标准排放向高质量水资源回收发展的关键技术平台。尽管该技术在工业废水处理、饮用水净化和废水回用领域有着广泛的应用，但其实际应用性能仍受到材料层面进展与工程规模需求之间差异的制约。尤其是对特定水质条件、工艺耦合、污垢形成以及全生命周期运行维护方面关注不足，限制了膜技术性能转化为稳定的治理效果。本文从全链条应用的角度重新审视了用于水处理的膜技术的发展逻辑，突破了传统的以材料为中心的优化思路。我们提出了一种三维框架，整合了基于场景的膜设计、协同的工艺优化以及长期的运行管理。该框架强调，新一代膜系统应从被动的分离屏障发展成为具有适应性、集成性且可维护的治理平台。通过识别关键瓶颈并将其与新兴的产业需求相结合，本研究为开发高效、可靠且可持续的水处理膜技术提供了前瞻性的视角。
引言
随着水污染治理技术的不断进步，传统的物理化学和生物处理方法越来越难以满足对高级污水升级、微污染物去除、水资源回用及资源回收等方面的更高要求。包括超滤、纳滤、反渗透和陶瓷膜在内的膜技术，因其对悬浮物、有机污染物、重金属、盐类以及病原微生物的高选择性及有效的截留能力，已成为先进水处理和回用技术中的关键支撑技术（Qi等人，2025年）（图1）。近年来，膜材料、模块制造以及国内设备生产方面的进展，加速了膜技术从实验室验证向实际工程应用的转化。这些技术已广泛应用于城市污水升级处理、工业高盐度废水回用、饮用水安全保障以及其他水污染治理场景中（Sheng等人，2026年；Zhang等人，2025年）。
尽管取得了这些进展，膜技术在实际工程中的应用仍面临诸多挑战，如现场适配困难、运行维护成本高、膜污染问题、长期性能不稳定，以及与复杂水质的兼容性不足（Long等人，2025年；Tian等人，2024年；Yu等人，2026年）。目前的研究大多集中在材料层面的改进和分离性能的提升上，而对基于场景的工艺设计、系统级耦合、运行管理以及全生命周期成本控制方面的关注相对较少。这种失衡导致了技术进步与实际应用效果之间的差距，表现为有些膜系统虽然能够建成，但运行成本高昂，或者先进的模块在现实条件下无法保持稳定的处理性能。在此背景下，本文从全链条应用的角度重新审视用于水处理的膜技术。所谓全链条应用，指的是膜工程从材料合成与改性、工业流程整合与系统组装、长期现场运行维护，到废旧膜的处置与资源回收的完整全生命周期系统。我们不仅关注膜材料的优化，还明确了制约其实际应用的关键瓶颈，并提出了以场景适配、协同工艺优化以及长期运行管理为核心的综合框架。此外，我们还探讨了膜技术与数字监测、智能控制、低碳运行以及资源回收技术相结合所带来的未来发展机遇。这一视角旨在为推动膜技术向大规模、高效且可持续的水污染治理应用方向发展提供理论指导与实践建议。
章节节选
水污染治理中膜技术的主要瓶颈
制约水污染治理中膜技术发展的瓶颈并不仅仅源于膜材料性能不足，而是源于整个应用链条中的效率损失，包括场景匹配、工艺整合、运行维护以及系统协调等方面。从工程应用的角度来看，这些瓶颈可以归纳为三个相互关联的维度，从而将讨论范围拓展到更广阔的层面
水污染治理中膜技术的优化策略
为了解决上述瓶颈问题，膜技术未来的发展应超越传统的以材料为中心的思路，注重实际应用的全链条需求。从场景适配、全生命周期运行维护以及工艺协同等方面入手，需要制定针对性的策略，将膜技术的相关优势转化为稳定、经济且可持续的治理效果。
研究前景与未来方向
随着水污染控制朝着精准处理、深度净化、资源回收以及低碳运行的方向发展，膜技术有望在下一代水污染治理中发挥越来越重要的战略作用。未来的发展不应仅限于提升分离性能，还应注重材料、工艺、运行方式以及产业应用等方面的协同进步。在这一背景下，有四个方向尤其值得关注
CRediT作者贡献说明
王静：撰写——初稿、验证、方法学、研究设计、数据整理、概念构建。白长伟：撰写——初稿、可视化、验证、监督指导。陈新佳：可视化、验证、监督指导。张志权：监督指导。黄玉坤：监督指导。徐晓伟：监督指导。段丕军：监督指导。郭金松：验证、监督指导。陈飞：撰写——审稿与编辑、验证、监督指导、资源协调、方法学、资金支持
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
致谢
作者感谢中国国家自然科学基金（项目编号：52270149）、新重庆青年创新人才计划（项目编号：CSTB2025YITP-QCRCX0056）以及中央高校基本科研业务费资助项目（项目编号：2024IAIS-QN013）对这项研究的支持。
Jing Wang|Chang-Wei Bai|Xin-Jia Chen|Zhi-Quan Zhang|Yu-Kun Huang|Xiao-Wei Xu|Pi-Jun Duan|Jin-Song Guo|Fei Chen
中国重庆市400045，重庆大学环境与生态学院，三峡库区生态环境重点实验室，教育部
