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1、生活饮用水。据了解，最迟将于2012年7月1日强制实施的《生活饮用水卫生标准》将饮用水指标由原标准的35项增至106项，并对原标准35项指标中的8项进行了修订，以解决3亿人喝不到达标水的问题，而2012年将实施的饮用水新标准在当前大部分地方都达不到，这都需要依靠膜法处理来达标。按照这个标准，用膜法对饮用水深度处理是必经之路。“十二五”将建设处理规模为50万-75万立方米/天的自来水膜法净化工程。
一些饮用水的处理同样需要用到反渗透膜，根据规划，“十二五”期间反渗透膜年产能要达到1000万平方米，国产反渗透膜份额要上升至25%-30%。而目前，国内反渗透膜年产能只有400万平方米。 从“十一五”末开始，用膜法处理城市用水的工程已陆续开工。杭州、无锡、东营、北京等地建设了膜法水处理自来水厂。其中，北京去年年底规划的50万吨/天自来水厂已通过认证，规模被称为全球最大。
2、污水处理和工业用水。在污水处理、工业用水循环利用方面，分离膜也有用武之地。国家未来可能对一些新上大型项目不配给用水指标，而要求企业必须使用市政废水，这就需要通过膜法处理将废水变成可利用的再生水。目前国际上废水回用领域的膜法处理工程已占到总量的95%以上，中国的膜材料也有90%以上用于水处理。
3、海水淡化。海水淡化也是分离膜的一个重要应用领域。实现海水淡化的方法包括蒸馏法、膜法、离子交换法等。其中膜法技术因为效率高、无相变、能耗少、运行费低等优点已成为海水淡化的首选技术。据不完全统计，目前我国已经建成的海水淡化工程能力达到60万吨/天，其中有60%采用了膜法技术。相关“十二五”规划提出海水淡化能力要达220万-260万吨/天，意味着膜法技术有更多施展空间。预计‘十二五’期间还将设计建造20万-30万立方米/天的反渗透膜法海水淡化系统，新增海水淡化能力100万-150万立方米/天。随着海水淡化工程的规模化和成熟化，采用膜法进行海水淡化的工程比例有望进一步提高。　　
4、其他应用。除了水处理外，分离膜还有各种其他应用，包括有用物质回收、气体分离和血液透析等。这其中，全氟离子交换膜作为分离膜的一种，在氯碱化工、新能源领域有很大的应用价值。我国现有氯碱工业装置规模超过3800万吨，是全球第一氯碱生产大国。但国产离子膜产业化以前，我国离子烧碱所用的核心材料离子膜100%依赖进口，成为我国基础产业氯碱工业安全运行和健康发展的瓶颈。为了消除这一威胁国家经济安全的隐患，从1980年开始，我国将这一技术列入国家“六五”、“七五”重大科技攻关计划，先后投入几亿元资金进行科技攻关，但一直没有研制成功。直到2009年9月22日，东岳集团研制的氯碱工业用大面积全氟离子膜成功下线；2010年5月14日到6月30日，全氟离子膜成功应用于中化集团沧州大化黄骅氯碱厂、蓝星化工机械厂和东岳集团氯碱装置，终于实现市场化应用和进口替代。