英文名字
ultrafiltration;hyperfiltration
內容
定義1：在壓力差的驅動下，用可以阻擋不同大小分子的濾板或濾膜將液體過濾的方法。是常用的分離方法。 套用學科：生物化學與分子生物學（一級學科）；方法與技術（二級學科）定義2：混懸液物料通過特殊介質或施以外力，使固、液達到較完全的分離。
套用學科：水產學（一級學科）；水產品保鮮及加工（二級學科）超濾（Ultrafiltration，UF）也叫錯流過濾（CrossFiltration），是一個壓力驅動的膜分離過程，它利用多孔材料的攔截能力，將顆粒物質從流體及溶解組份中分離出來。超濾膜的典型孔徑在0.01-0.1微米之間，對於細菌和大多數病毒、膠體、淤泥等具有極高的去除率，從而達到分離、分級、純化、濃縮目的。膜的公稱孔徑越小，去除率越高。超濾膜通常使用的材料都是高分子聚合物，該過程為常溫操作，無相態變化，不產生二次污染，可廣泛套用於物質的分離、濃縮、提純。超濾過程無相轉化，常溫操作，對熱敏性物質的分離尤為適宜，並具有良好的耐溫、耐酸鹼和耐氧化性能。
以壓力差為推動力的膜過濾可區分為超濾膜過濾、微孔膜過濾和逆滲透膜過濾三類。它們的區分是根據膜層所能截留的最小粒子尺寸或分子量大小。以膜的額定孔徑範圍作為區分標準時，則微孔膜(MF)的額定孔徑範圍為0.02～10μm；超濾膜(UF)為0.001～0.02μm；逆滲透膜(RO)為0.0001～0.001μm。由此可知，超濾膜最適於處理溶液中溶質的分離和增濃，或採用其他分離技術所難以完成的膠狀懸浮液的分離。超濾膜的制膜技術，即獲得預期尺寸和窄分布微孔的技術是極其重要的。孔的控制因素較多，如根據制膜時溶液的種類和濃度、蒸發及凝聚條件等不同可得到不同孔徑及孔徑分布的超濾膜。超濾膜一般為高分子分離膜，用作超濾膜的高分子材料主要有纖維素衍生物、聚碸、聚丙烯腈、聚醯胺及聚碳酸酯等。超濾膜可被做成平面膜、卷式膜、管式膜或中空纖維膜等形式，廣泛用於如醫藥工業、食品工業、環境工程等。
超濾技術是近年來依託於材料科學發展起來的先進的膜分離技術，已廣泛地套用到工業及民用的各個領域。
超濾的工作原理
超濾膜篩分過程，以膜兩側的壓力差為驅動力，以超濾膜為過濾介質，在一定的壓力下，當原液流過膜表面時，超濾膜表面密布的許多細小的微孔只允許水及小分子物質通過而成為透過液，而原液中體積大於膜表面微孔徑的物質則被截留在膜的進液側，成為濃縮液，因而實現對原液的淨化、分離和濃縮的目的。每米長的超濾膜絲管壁上約有60億個0.01微米的微孔，其孔徑只允許水分子、水中的有益礦物質和微量元素通過，而最小細菌的體積都在0.02微米以上，因此細菌以及比細菌體積大得多的膠體、鐵鏽、懸浮物、泥沙、大分子有機物等都能被超濾膜截留下來，從而實現了淨化過程。
能在60℃以下，pH為2-11的條件下長期連續使用中空纖維超濾膜是超濾技術中最為成熟與先進的一種形式。中空纖維外徑0.5-2.0mm，內徑0.3-1.4mm，中空纖維管壁上布滿微孔，孔徑以能截留物質的分子量表達，截留分子量可達幾千至幾十萬。原水在中空纖維外側或內腔加壓流動，分別構成外壓式與內壓式。超濾是動態過濾過程，被截留物質可隨濃縮小排除，不致堵塞膜表面，可長期連續運行。
超濾採用不易堵塞的外壓式結構，具有更高的截污量，更大的過濾面積，清洗也更簡便、徹底。流態設計以全流過濾為主，但元件也可以很方便地轉換成錯流過濾的模式。與錯流相比，全流過濾能耗低、操作壓力低，因而運行成本更低。相對的，錯流過濾則能處理懸浮物更高的
超濾膜剖面156倍電鏡照片
流體。因此具體的操作形式需根據進水中懸浮物含量來確定。
超濾通常以恆流方式運行，跨膜壓差(TMP)將隨運行時間逐漸增加，此時通過定期的反洗或者氣擦洗可以清除污染層，而使用殺菌劑或者其它清洗劑則能夠更徹底地控制微生物繁殖，去除污染物。
超濾技術的優勢：
超濾與傳統的預處理工藝相比，系統簡單、操作方便、占地小、投資省、且水質極優，可滿足各類反滲透裝置的進水要求。
•合理地選擇運行條件和清洗工藝，可完全控制超濾的濃差極化問題，使此預處理方法更可靠。
•超濾對水中的各類膠體均具有良好的去除特性,因而可以考慮擴大到凝結水精處理及離子交換除鹽系統的預處理中。
超濾膜的種類
超濾技術的關鍵是膜。膜有各種不同的類型和規格，可根據工作的需要來選用。早期的膜是各向同性的均勻膜，即現在常用的微孔薄膜，其孔徑通常是0.05mm～1.0mm。近幾年來生產了一些各向異性的不對稱超濾膜，其中一種各向異性擴散膜是由一層非常薄的、具有一定孔徑的多孔“皮膚層”（厚約0.1m和0.025mm），和一層相對厚得多的（約1m）更易通滲的、作為支撐用的“海綿層”組成。皮膚層決定了膜的選擇性，而海綿層增加了機械強度。由於皮膚層非常薄，因此高效、通透性好、流量大，且不易被溶質阻塞而導致流速下降。常用的膜一般是由乙酸纖維或硝酸纖維或此二者的混合物製成。近年來為適應製藥和食品工業上滅菌的需要，發展了非纖維型的各向異性膜，例如聚碸膜、聚碸醯胺膜和聚丙烯腈膜等。這種膜在pH1～14都是穩定的，且能在90℃下正常工作。超濾膜通常是比較穩定的，若使用恰當，能連續用1～2年。暫時不用，可浸在1%甲醛溶液或0.2%疊氮化鈉NaN3中保存。超濾膜的基本性能指標主要有：水通量[cm3/(cm2/h)]；截留率（以百分率％表示）；化學物理穩定性（包括機械強度）等。
超濾膜的結構有對稱和非對稱之分。前者是各向同性的，沒有皮層，所有方向上的孔隙都是一樣的，屬於深層過濾；後者具有較緻密的表層和以指狀結構為主的底層，表層厚度為0.1微米或更小，並具有排列有序的微孔，底層厚度為200～250微米，屬於表層過濾。工業使用的超濾膜一般為非對稱膜。超濾膜的膜材料主要有纖維素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚碸、聚丙烯腈、聚醯胺、聚碸醯胺、磺化聚碸、交鏈的聚乙烯醇、改性丙烯酸聚合物等等。
超濾技術的套用領域
近30年是超濾技術迅速發展的時期，超濾分離技術被廣泛地套用於飲用水製備、食品工業、製藥工業、工業廢水處理、金屬加工塗料、生物產品加工、石油加工等領域。
飲用水處理：由於對飲用水的質量要求越來越嚴格，水處理公司投入越來越大的精力來控制供水管網中存在的微生物的量。為了做到這一點，因此一種方法是進行昂貴、頻繁的水質檢驗，或者在供水終端設定防止細菌和病毒進入的屏障。
採用UF系統，可以非常方便的建成這樣的屏障。超濾膜對細菌的去除率可以達到6log，對於病毒的去除率達到4log，因此水廠和用水者都不必在擔心細菌和病毒的問題。由於飲用水的質量本身就很高（濁度和懸浮固體都非常低），因此此時的膜系統可以可以採用很高的膜通量，可以達到135升/平米.小時。同時較高的入水條件，因此反衝頻率和化學加強反洗的頻率都可以非常低，產水量可以達到99％。如果需要還可以設立二級超濾系統，將第一級的反洗水進一步回用。
用超濾法製備自來水，較常用的預處理方法水質高，工藝簡單，占地面積小；飲用水的深度淨化，用城市自來水或可以飲用的原水進一步淨化達到國家飲用淨水的標準，可以提供直飲水源；礦泉水的淨化，天然礦泉水經超濾淨化不改變微量元素成分，同時達到可以直接飲用的目的。
地表水處理：超濾系統非常多的套用在地表水處理上，處理後的水用於灌溉或作為反滲透的入水，來製備工業用水。在荷蘭，出現了越來越多的這類工廠。這種技術提供了一種新型的工業用水的方式，即不必在購買越來越貴的飲用水，而是就近取用地表水處理後使用。
右圖為GE的ZeeWeed水處理系統用於北京奧運場館
GEprovidedthe2008OlympicNationalStadiumwithitsZeeWeedUltrafiltrationmembranewaterrecyclingtechnology.AtBeijingsOingheWasteWaterPlant,thesystemRecycledrainwaterforthestadium,processingupto80,000cubicmetersofwaterperday,andstoringitundergroundpools.Thisapproachreducedthestadiumsneedforfreshwater,bymakinganabundanceofrecycledwateravailableforlandscaping,fire-fighting,andcleaningpurposes
海水淡化：中東地區是水資源缺乏最嚴重的地方。為了解決這個問題，最早人們通常採用蒸餾技術。從十九世紀60年代，膜技術被用於解決這些國家的缺水問題。但是，許多反滲透海水淡化系統面臨著膜污染嚴重的問題。主要因為反滲透系統的傳統的預處理方法無法提供可靠的入水水質。因此絕大多數淡化工廠，在遠遠低於其設計出水量的情況下工作，甚至有些工廠的出水量達不到最初設計的30％。小型淡化裝置的研究非常清楚的表明，超濾系統可以非常有把握的控制海水的水質，為反滲透系統提供高質量的入水。長期試驗也表明，超濾系統的出水SDI值可以非常好的控制在2以下。這些測試在超濾系統前不必用任何預處理，並且適用各種海水水質。
污水回用：西方國家費了很大的精力處理廢水，處理後確僅僅是將其通過排水管網排到地表水源中，這種作為非常不合理。再一次，超濾因為其價格方面的優勢為污水的回用提供了一種有吸引力的解決辦法。其實，從城市污水處理廠和工廠中排出的廢水，是作為工業用水，甚至是飲用水的一種非常好的水資源。這在技術上是完全可以實現的，但西方用戶確非常難以相信這種做法。與其說這是技術上的難題，不如說是一個心理的難題。但是，目前在納米比亞的Windhoek，已經在建設一個850噸/小時的水廠，就是採用膜技術將污水處理廠的出水回用為飲用水。
反滲透預處理：超濾為反滲透系統提供更穩定，更優質的進水水源，最大限度的保護反滲透膜不受污染和堵塞，大大延長反滲透系統的壽命。超濾產品在電力、石化、石油、電子等領域的反滲透前處理系統中廣泛套用。
超純水、純淨水製備中作為反滲透的預處理。預處理水質SDI可達到0～1；
海水淡化中的預處理去除懸浮物、微粒、細菌和藻類，大大延長了反滲透脫鹽膜的使用壽命；
食品行業：無菌液體食品製造。低度酒的除濁；果酒、啤酒、黃酒的精製；液體調料的精製；飲料的淨化；酶製劑的濃縮；蛋白質的濃縮，大豆蛋白及卵蛋白的濃縮；濃縮牛乳和從乳清中回收乳；清蛋白等酶製劑的濃縮。
醫療行業：血液超濾淨化；腹水超濾濃縮；
製藥行業：口服液淨化處理；針劑大輸液除熱原；生物製劑如鉤端螺鏇體、B肝疫苗、胸腺素、人體生長激素的濃縮分離；人血清白蛋白的濃縮分離；中草藥的精製與濃縮。
我國超濾膜市場現狀
近兩三年來，隨著工業發展水質污染情況日益嚴重，對水預處理要求越來越高，作為目前為止最有效的水預處理方法，超濾膜在國內市場開始迅速增長。
相對於反滲透膜強大的市場占有率，目前超濾膜還沒有形成較大的占據局面。我國從事膜研發的機構大學有30餘家，從事膜生產的企業大約300多家。在膜的總銷售中，50%的市場被反滲透膜占據，超濾與微濾、電滲析各占10%，剩下20%被氣體分離膜、無機陶瓷膜、透氣膜及其他類型所占據。雖然市場占有率不是很高，但是在近兩三年來超濾膜開始翻倍增長，進入發展關鍵期。超濾之前沒有大規模發展起來最主要的原因是價格較貴，運行成本較高。但是隨著工業的發展，水質污染情況日益嚴重，對水預處理的要求越來越高，有越來越多的企業選擇超濾來做預處理。這不僅因為超濾是目前為止做水預處理最有效的方法，還因為反滲透系統要想得到良好的運行，最好的方法是用超濾來做水的預處理。目前有不少反滲透系統出現問題，最主要的原因就是水的預處理太差，不能保證反滲透系統正常運行。因此，即使超濾膜的價格貴一些，也有越來越多的企業選擇超濾來做預處理，從而達到一勞永逸的作用。
在國內超濾市場，科氏超濾膜占有領先的地位。但與反滲透膜市場被海德能和陶氏兩大巨頭占據所不同，目前的超濾市場還沒有形成壟斷局面。國內的超濾膜產品在一定程度上對抗，產品品質相對反滲透等產品來說要好得多。國外的超濾膜雖然質量也很好，但是在套用上會低於國產膜，其主要原因是國產膜在價格上占有一定優勢。目前的市場格局是，以科氏為代表的幾個國外知名品牌占據了國內高端市場，而中低端市場被國內眾多超濾廠家所瓜分，其中的代表企業有天津的膜天膜，大連歐科，海南的立升。
超濾膜產品與企業
就產品形式而言，超濾膜也分為卷式、板框式、管式和中空纖維式，其中，中空纖維式是國內套用最為廣泛的一種。超濾膜與反滲透膜最大的不同是產品的不可替換性，不同品牌的超濾膜基本上是不能互換使用的，這在無形中就增加了超濾膜用戶的風險。一旦在選擇超濾膜的品牌和套用上出現失誤，用戶為此將要付出的代價的不小的，同時這也將對超濾膜的生產商產生不良影響。因此，對中空纖維膜科技產業化來說，如何研製滿足市場需求的高抗污染膜，降低用戶和企業聲譽的風險，是主要著眼點。目前聚偏氟乙烯（PVDF）是國際上工程界和學術界公認的高抗污染膜材料，而在PVDF方面技術成熟的只有少數已開發國家，如美國的科氏、日本的東麗、加拿大的ZENOE等。天津膜天膜是國內最早開發出PVDF系列中空纖維膜產品及成套裝置的公司，也是國內在該方面技術最成熟的公司，在中空纖維微濾膜、超濾膜的相關研究技術上已達到國際水平。
我國超濾膜市場套用與發展前景
在國外，超濾主要套用於飲用水處理，我國則主要用於工業領域的廢水回用，作為反滲透的預處理。
目前在國內水工業市場，超濾技術已在電力、鋼鐵、化工等工業廢水處理領域得到較多套用。隨著經濟社會發展，大規模廢水處理工程將越來越多，為超濾膜技術開闢了廣闊的市場空間。目前在國外，已經有很多自來水廠套用超濾技術生產自來水，在國內，由於資金等問題還沒有套用開來。但是隨著國家和地方飲用水標準的修訂以及新規範的出台，超濾技術必將被越來越多的自來水廠所採用。根據水利部《21世紀中國水供求》分析，2010年後我國將開始進入嚴重的缺水期，而水質污染也逐漸成為我國城市安全供水的最大障礙。城市生活污水處理和中水回用將成為解決未來城市水資源危機的有效途徑之一。因此超濾膜在未來市政污水處理市場將會具有廣闊的市場空間。總之，隨著人們越來越關注人居環境和飲水安全，可以預測超濾技術將在我國未來市政水處理及飲用水處理市場得到大規模套用。
超濾技術在水處理中的套用
地表水處理(經由過程物化方法往除水中一些物質的過程)系統很是多的利用在地表水處理(經由過程物化方法往除水中一些物質的過程)上，處理後的水用於澆灌或作為反滲透的進水，來製備工業用水。在荷蘭，呈現了越來越多的這類工場。這種技巧供給了一種新型的工業用水的方法，即不用在購置越來越貴的飲用水，而是就近取用地表水處理(經由過程物化方法往除水中一些物質的過程)後套用
飲用水處理
因為對飲用水的質量請求越來越嚴格，水處理(經由過程物化方法往除水中一些物質的過程)公司投進越來越年夜的精力來控制供水管網中存在的微生物的量。為了做到這一點，是以一種方法是停止昂貴、頻仍的水質檢驗，或許在供水終端設定防止細菌和病毒進進的樊籬。
採用UF超濾膜系統，可以很是方便的建成多么的樊籬。超濾膜對細菌的往除率可以達到6log，關於病毒的往除率達到4log，是以水廠和用水者都不用在擔心細菌和病毒的標題。因為飲用水的質量自身就很高(濁度和懸浮固體都很是低)，是以此時的膜系統可以可以採用很高的膜通量，可以達到135升/平米.小時。同時較高的進水前提，是以反衝頻率和化學加強反洗的頻率都可以很是低，產水量可以達到99%。假設需要還可以設立二級超濾系統(又稱為超濾設備)，將第一級的反洗水進一步回用。
污水回用
海水淡化(利用海水脫鹽出產海水)
中東地區是水資本缺乏最嚴重的處所。為懂得決這個標題，最早人們凡是採用蒸餾技巧。從十九世紀60年月，膜技巧被用於處理這些國家的缺水標題。可是，良多反滲透海水淡化(利用半透過膜為海水脫鹽出產海水)(利用海水脫鹽出產海水)系統面臨著膜污染嚴重的標題。重要因為反滲透系統的傳統的預處理方法無法供給靠得住的進水水質。是以盡年夜年夜都淡化工場，在遠遠低於其設計出水量的情況下任務，甚至有些工場的出水量達不到最後設計的30%。小型淡化裝置的研究很是明白的剖明，超濾系統(又稱為超濾設備)可以很是有掌握的控制海水的水質，為反滲透系統供給高質量的進水。耐久實驗也剖明，超濾系統(又稱為超濾設備)的出水SDI值可以很是好的控制在2以下。這些測試在超濾系統(又稱為超濾設備)前不用用任何預處理，而且實用各類海水水質。
所屬分類
基礎方法現代醫學
超濾裝置