超濾又稱(chēng)超過(guò)濾，用于截留水中膠體大小的顆粒，而水和低分子量溶質(zhì)則允許透過(guò)膜。超濾的機(jī)理是指由膜表面機(jī)械篩分、膜孔阻滯和膜表面及膜孔

吸附的綜合效應(yīng)，以篩濾為主。

中文名超濾原理外文名Ultrafiltration principle別   名超過(guò)濾類(lèi)型超濾膜醋酸纖維素膜，聚砜膜，聚酰胺膜

⑴原理

超濾膜篩分過(guò)程，以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動(dòng)力，以超濾膜為過(guò)濾介質(zhì)，在一定的壓力下，當(dāng)原液流過(guò)膜表面時(shí)，超濾膜表面密布的許多細(xì)小的微孔只允許水及小分子物質(zhì)通過(guò)而成為透過(guò)液，而原液中體積大于膜表面微孔徑的物質(zhì)則被截留在膜的進(jìn)液側(cè)，成為濃縮液，因而實(shí)現(xiàn)對(duì)原液的凈化、分離和濃縮的目的。

⑵超濾膜與超濾裝置

①超濾膜的種類(lèi)：

常用的超濾膜有：醋酸纖維素膜，聚砜膜，聚酰胺膜

②超濾裝置：主要有板框式、管式、卷式和中空纖維式等，與反滲透裝置類(lèi)似。

Ⅰ板框式超濾裝置

優(yōu)點(diǎn)：裝置牢固，適合在廣泛的壓力范圍內(nèi)工作；流道間隙大小可調(diào)，原水流道不易被雜物堵塞；具有可拆性，清洗方便；通過(guò)增減膜及支撐板的數(shù)量可處理不同水量。

Ⅱ管式超濾裝置

優(yōu)點(diǎn)：原液流道截留面積較大，不易堵塞；膜面的清洗比較容易，可化學(xué)清洗或擦洗。

Ⅲ卷式超濾裝置

優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的有效膜面積較大，水在膜表面流動(dòng)狀態(tài)比較好，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積較小。缺點(diǎn)：進(jìn)水預(yù)處理要求嚴(yán)格，對(duì)所用的膜強(qiáng)度要求較高，使用過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)膜破損須更換新的膜元件。

Ⅳ中空纖維式超濾裝置：

優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)有效膜面積最大，工作效率最高，占地面積小。中空纖維無(wú)須支撐物。

③超濾工藝參數(shù)

主要參數(shù)有膜通量、膜清洗和膜壽命。

在操作壓力為0.11～0.6Mpa，溫度小于60℃時(shí)，超濾膜的膜通量以1～500L/m2h為宜。影響膜通量的因素有：進(jìn)水流速、操作壓力、溫度、進(jìn)水濃度和原水預(yù)處理等。

膜必須定期清洗，以延長(zhǎng)膜的壽命，正常使用的膜的壽命為3～5年。

④超濾在廢水處理中的應(yīng)用

如今已應(yīng)用在汽車(chē)制造行業(yè)噴漆廢水、金屬加工廢水以及食品工業(yè)廢水的處理及有用物質(zhì)的回收。

超濾原理也是一種膜分離過(guò)程原理，超濾利用一種壓力活性膜，在外界推動(dòng)力(壓力)作用下截留水中膠體、顆粒和分子量相對(duì)較高的物質(zhì),而水和小的溶質(zhì)顆粒透過(guò)膜的分離過(guò)程。通過(guò)膜表面的微孔篩選可截留分子量為3x10000—1x10000的物質(zhì)。當(dāng)被處理水借助于外界壓力的作用以一定的流速通過(guò)膜表面時(shí)，水分子和分子量小于300—500的溶質(zhì)透過(guò)膜，而大于膜孔的微粒、大分子等由于篩分作用被截留，從而使水得到凈化。也就是說(shuō)，當(dāng)水通過(guò)超濾膜后，可將水中含有的大部分膠體硅除去，同時(shí)可去除大量的有機(jī)物等。

超濾原理并不復(fù)雜。在超濾過(guò)程中，由于被截留的雜質(zhì)在膜表面上不斷積累，會(huì)產(chǎn)生濃差極化現(xiàn)象，當(dāng)膜面溶質(zhì)濃度達(dá)到某一極限時(shí)即生成凝膠層，使膜的透水量急劇下降，這使得超濾的應(yīng)用受到一定程度的限制。為此，需通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行研究，以確定最佳的工藝和運(yùn)行條件，最大限度地減輕濃差極化的影響，使超濾成為一種可靠的反滲透預(yù)處理方法。

a．超濾與傳統(tǒng)的預(yù)處理工藝相比，系統(tǒng)簡(jiǎn)單、操作方便、占地小、投資省、且水質(zhì)極優(yōu)，可滿足各類(lèi)反滲透裝置的進(jìn)水要求。

b．合理地選擇運(yùn)行條件和清洗工藝，可完全控制超濾的濃差極化問(wèn)題，使此預(yù)處理方法更可靠。

c．超濾對(duì)水中的各類(lèi)膠體均具有良好的去除特性,因而可以考慮擴(kuò)大到凝結(jié)水精處理及離子交換除鹽系統(tǒng)的預(yù)處理中。

在超濾過(guò)程中，水深液在壓力推動(dòng)下，流經(jīng)膜表面，小于膜孔的深劑（水）及小分子溶質(zhì)透水膜，成為凈化液（濾清液），比膜孔大的溶質(zhì)及溶質(zhì)集團(tuán)被截留，隨水流排出，成為深縮液。超濾過(guò)程為動(dòng)態(tài)過(guò)濾，分離是在流動(dòng)狀態(tài)下完成的。溶質(zhì)僅在膜表面有限沉積，超濾速率衰減到一定程度而趨于平衡，且通過(guò)清洗可以恢復(fù)。

超濾是以壓力為推動(dòng)力的膜分離技術(shù)之一。以大分子與小分子分離為目的，膜孔徑在20－1000A°之間。中空纖維超濾器（膜）具有單位溶器內(nèi)充填密度高，占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。

超濾技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

與傳統(tǒng)分離方法相比，超濾技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

1.濾過(guò)程是在常溫下進(jìn)行，條件溫和無(wú)成分破壞，因而特別適宜對(duì)熱敏感的物質(zhì)，如藥物、酶、果汁等的分離、分級(jí)、濃縮與富集。

2.濾過(guò)程不發(fā)生相變化，無(wú)需加熱，能耗低，無(wú)需添加化學(xué)試劑，無(wú)污染，是一種節(jié)能環(huán)保的分離技術(shù)。

3.超濾技術(shù)分離效率高，對(duì)稀溶液中的微量成分的回收、低濃度溶液的濃縮均非常有效。

4.超濾過(guò)程僅采用壓力作為膜分離的動(dòng)力，因此分離裝置簡(jiǎn)單、流程短、操作簡(jiǎn)便、易于控制和維護(hù)。

5.超濾法也有一定的局限性，它不能直接得到干粉制劑。對(duì)于蛋白質(zhì)溶液，一般只能得到10～50%的濃度。

超濾裝置是在一個(gè)密閉的容器中進(jìn)行，以壓縮空氣為動(dòng)力，推動(dòng)容器內(nèi)的活塞前進(jìn)，使樣液形成內(nèi)壓，容器底部設(shè)有堅(jiān)固的膜板。小于膜板孔徑直徑的小分子，受壓力的作用被擠出膜板外，大分子被截留在膜板之上。超濾開(kāi)始時(shí)，由于溶質(zhì)分子均勻地分布在溶液中，超濾的速度比較快。但是，隨著小分子的不斷排出，大分子被截留堆積在膜表面，濃度越來(lái)越高，自下而上形成濃度梯度，這日才超濾速度就會(huì)逐漸減慢，這種現(xiàn)象稱(chēng)為濃度極化現(xiàn)象。為了克服濃度極化現(xiàn)象，增加流速，設(shè)計(jì)了幾種超濾裝置：

1.無(wú)攪拌式超濾

這種裝置比較簡(jiǎn)單，只是在密閉的容器中施加一定壓力，使小分子和溶劑分子擠壓出膜外，無(wú)攪拌裝置濃度極化較為嚴(yán)重，只適合于濃度較稀的小量超濾。

2.攪拌式超濾

攪拌式超濾是將超濾裝置位于電磁攪拌器之上，超濾容器內(nèi)放人一支磁棒。在超濾時(shí)向容器內(nèi)施加壓力的同時(shí)開(kāi)動(dòng)磁力攪拌器，小分子溶質(zhì)和溶劑分子被排出膜外，大分子向?yàn)V膜表面堆積時(shí)，被電磁攪拌器分散到溶液中。這種方法不容易產(chǎn)生濃度極化現(xiàn)象，提高了超濾的速度。

4.中空纖維超濾

由于膜板式超濾裝置，截留面積有限，中空纖維超濾是在一支空心柱內(nèi)裝有許多的，中空纖維毛細(xì)管，兩端相通，管的內(nèi)徑一般在0．2mm左右，有效面積可以達(dá)到1平方厘米每一根纖維毛細(xì)管像一個(gè)微型透析袋，極大地增大了滲透的表面積，提高了超濾的速度。納米膜表超濾膜也是中空超濾膜的一種。

應(yīng)用范圍

超濾技術(shù)廣泛用于水處理設(shè)備工藝中：

<1>.反滲透的預(yù)處理，原水包括海水、地表水、井水等。

<2>.城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村供水處理。

<3>.冷凝水回用，食品、飲料加工用水。

<4>.制藥用水除熱源。

<5>.處理地表水和井水用于飲用。

<6>.深度處理廢水進(jìn)行回收利用。

<7>.白酒的除濁，果酒、葡萄酒、黃酒的除菌、除濁。

<8>.應(yīng)用于食品、發(fā)酵、乳業(yè)中的濃縮處理。