超滤（简称 UF）是一种固液分离的技术，它的核心是一种膜俗称超滤膜。超滤是以压力为推动力，利用超滤膜不同孔径对液体进行分离的物理筛分过程，具有常温、低压、无相变、能耗低、效率高、操作简便等特点，目前在饮用水净化、工业用水处理、饮料、生物、食品、医药、环保、化工、冶金、石油等许多方面已得到广泛应用。 
一、膜分离过程分类 
在膜法液体分离技术领域，从分离精度上划分由粗到精分为四类：微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透（RO），如图1。 
微滤（Microfiltration），简写为 MF，截留颗粒直径 0.1～1µm 之间。微滤膜允许大分子和溶解性固体（无机盐）等通过，但会截留悬浮物、细菌及大分子量胶体等物质。微滤操作压力一般在 0.01～0.2MPa之间。 
超滤（Ultrafiltration），简写为 UF，截留颗粒直径 0.002～0.1µm 之间。超滤允许小分子物质和溶解性固体（无机盐）等通过，同时截留下胶体、蛋白质、微生物及大分子有机物，用于表示超滤膜孔径大小的切割分子量一般在 1,000～500,000 之间。超滤操作压力一般在 0.1～0.6MPa 之间。 
纳滤（Nanofiltration），简写为 NF，截留颗粒直径 0.001µm（1nm）。纳滤膜的操作区间介于超滤和反渗透之间，其截留有机物质的分子量约为 200～800 左右，截留溶解性盐类的能力为 20％～98％之间，对可溶性单价粒子的去除率高于高价离子，一般用于除去地表水的有机物和色素、地下水的硬度和部分溶解盐、食品和医药生产中有用物质的提取、浓缩等。纳滤操作压力一般在 0.5～1.5MPa 之间。 
反渗透（ReverseOsmosis），简写为 RO，截留颗粒直径小于 0.001µm（1nm）。反渗透能有效截留所有的溶解盐份及分子量大于 100 的有机物，同时允许水分子通过，主要用于苦咸水及海水淡化，锅炉补给水，工业纯水及饮用纯净水生产，废水处理。反渗透操作压力一般在 1～10MPa 之间。  
 
图1   膜分离功能示意图 
二、超滤基本原理 
超滤是一种以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，与膜孔径大小相关的筛分过程，超滤膜表面的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，从而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的，如图2。超滤是一种物理分离过程，不发生任何相变。 

图2    超滤膜的截留范围 
超滤可以将原液中的胶体物质、大分子物质、颗粒、细菌、病毒和原生动物等进行截留，通过浓缩液排放、反冲洗和化学清洗而去除。 
三、超滤相关术语 
原    水：进入超滤系统的未经处理的水，还没有透过超滤膜。 
水 通 量：是指在 25℃水温和 0.1MPa 水压下，单位时间内、单位膜面积所透过纯水的体积。（单位：升/小时.平方米.0.1MPa）。 
载留率（R0）与切割分子量（MWCO）：膜丝上微孔的形状和大小并非完全一致的，常使用截留率和切割分子量两个参数共同来衡量，截留率是指溶液中被截留的特定溶质的量所占溶液中特定溶质总量的比率。当 90%的溶质被膜截留时，在截留曲线所对应该类溶质的最小分子量即为该膜的切割分子量。超滤膜的孔径大约在 0.002 至 0.1 微米之间，其对应的切割分子量约为 1，000—500，000。 
孔径分布：相同切割分子量的超滤膜因膜丝上孔径大小分布的不同，其分离的效果也会有所差异，通常使用泡压法来测定超滤膜的孔径的分布，超滤膜上的孔径大小应均匀一致，孔径分布曲线窄，截留性能敏锐，选择性好。 
泡点测试：泡点是用来测试监控膜性能及膜组件完整性的一种常用方法。泡点是指膜完全浸润并浸泡在液体中，从膜的一边加以一定压力的气体，从膜的另一边开始出现连续起泡时的最低压力。泡点测试常常用来检测膜的最大孔径。 
断裂强度与断裂伸长率：超滤膜的机械强度大小反映了膜丝抵抗断丝的能力，断丝使超滤膜失去分离性能，是评价超滤膜质量优劣的一项重要指标，机械强度由膜丝的断裂强度和断裂伸长率来表征。一般使用电子单纱测力仪测量单根膜丝的断裂强度和伸长率。 
死端过滤：原液中的水分子全部渗透过超滤膜，没有浓缩液流出，当原液中被分离物质浓度很低时,为了降低能耗，通常采用死端过滤，或称为全量过滤。 
超滤膜 
                 原液                                   透过液
                                        (100%)
              
                    
给水泵 
错流过滤：在过滤时有一部分的浓缩液体从超滤膜的另一端排掉，当原液中能被膜截留的物质浓度很高时，膜的过滤阻力增长很快，此时多采用错流过滤。 
超滤膜
原液                                   透过液
      (90-95%)
 

                    给水泵                  浓缩液
                                            (5-10%)

内压式过滤：原液先从膜丝内孔进，经压力差驱动，沿径向由内向外渗透过中空纤维成为透过液为内压式过滤。 
外压式过滤：原液经压力差驱动沿径向由外向内渗透过中空纤维膜丝成为透过液，而截留的物质汇集在中空丝的外部时为外压式过滤。 
跨膜压差：表示水透过膜的实际所需的驱动力，计算为原水侧的平均压力与产水侧平均压力的差。 
回 收 率：单位时间超滤净水产量（去除反洗所需用水量）与总原水量的比值 R。 
污    染：被膜截留而沉积在膜表面的固体物质。污染常常导致膜通量的衰减。通常需要采用化学或者物理方法清除膜表面的污染物，恢复膜通量。 
反    洗：将超滤透过液从膜丝内侧（产水侧）在一定压力作用下流向膜丝外测（原水侧）。 
浓差极化：引起被截留的悬浮物在膜表面聚集的现象。通常提高膜丝表面液体的切向流速可以有效降低浓差极化的现象。 
亲 水 性：亲水性膜材料对水有较强的亲合力，膜的表面很自然的具有润湿的特性。 
疏 水 性：膜材料对水的排斥特性。疏水性膜材料具有很低的吸水性能，因此在表面水常呈颗粒状。常用接触角表征材料的亲水性或者疏水性。 
四、超滤膜成膜材料 
可以用来制造超滤膜的材料很多，包括聚偏氟乙烯（PVDF）、聚醚砜（PES）、聚丙烯（PP）、聚丙烯腈（PAN）、聚氯乙烯（PVC）等。90 年代初，聚醚砜在商业上取得了应用，而 90 年代末，性能更优越的聚偏氟乙烯（PVDF）超滤膜开始被广泛地应用于水处理行业。目前聚偏氟乙烯（PVDF）和聚醚砜（PES）成为制造中空纤维超滤膜的主流材料。 
五、超滤膜的应用 
近 30 年是超滤技术迅速发展的时期，超滤分离技术被广泛地应用于饮用水制备、食品工业、制药工业、工业废水处理、金属加工涂料、生物产品加工、石油加工等领域。大规模的水处理通常集中在以下方面：饮用水供水终端、地表水处理、海水处理和污水回用。 
饮用水处理 
由于对饮用水的质量要求越来越严格，水处理公司投入越来越大的精力来控制供水管网中存在的微生物的量。为了做到这一点，因此一种方法是进行昂贵、频繁的水质检验，或者在供水终端设置防止细菌和病毒进入的屏障。采用UF系统，可以非常方便的建成这样的屏障。超滤膜对细菌的去除率可以达到 6log，对于病毒的去除率达到 4log，因此水厂和用水者都不必在担心细菌和病毒的问题。由于饮用水的质量本身就很高（浊度和悬浮固体都非常低），因此此时的膜系统可以可以采用很高的膜通量，可以达到 135 升/平米.小时。同时较高的入水条件，因此反冲频率和化学加强反洗的频率都可以非常低，产水量可以达到 99％。如果需要还可以设立二级超滤系统，将第一级的反洗水进一步回用。 
地表水处理 
超滤系统非常多的应用在地表水处理上，处理后的水用于灌溉或作为反渗透的入水，来制备工业用水。这种技术提供了一种新型的工业用水的方式，即不必在购买越来越贵的饮用水，而是就近取用地表水处理后使用。 
海水淡化预处理 
世界上很多沿海地区淡水资源比较缺乏，解决的方法是将海水淡化制取淡水。最早人们通常采用蒸馏技术，从十九世纪 60 年代，膜技术被用于这些地区的缺水问题。但是，许多反渗透海水淡化系统面临着膜污染严重的问题。主要因为反渗透系统的传统的预处理方法无法提供可靠的入水水质。因此绝大多数淡化工厂，在远远低于其设计出水量的情况下工作，甚至有些工厂的出水量达不到最初设计的 30％。 
超滤系统可以非常有把握的控制海水的水质，为反渗透系统提供高质量的入水，保证反渗透系统的稳定运行。 污水回用 
随着工业发展，水质污染情况日益严重，同时淡水资源越来约缺少。超滤因为其价格方面的优势为污水的回用提供了一种有吸引力的解决办法。城市污水经超滤处理后，完全可以做为工业用水，甚至是饮用水来使用，这在技术上是完全可以实现的除了上面的应用外，超滤技术还应用在其他领域，如表 1 所示： 
表 1   超滤技术应用及前景

领域应用状况及前景
含油废水的处理已普遍用于金属加工，罐头生产工业的含油废水处理，炼油工业废水及其他领域含油废水处理过程。
胶乳的回收
 已普遍用于胶粘剂工业中废液的处理。浓缩回收其中的苯乙烯、丁二烯、PVC 等胶乳
造纸工业废液处理还未广泛采用，在日本和斯堪的纳维亚半岛的某些造纸厂已被采用。白水的前景较好
家庭污水处理在旅馆、办公楼、住宅楼已被采用。在新建的 500 户以上的大住宅楼有可能实现小规模的水循环，即用超滤处理过的生活污水冲洗厕所等。
高纯水的制备己广泛用于电子工业集成电路生产过程中，主要采用中空纤维组件，膜渗透流率大，能耗低。也用作医药工业用水
回收乳清中的蛋白质乳清超滤是乳品工业中应用最大的一个领域，大的超滤膜面积 1800m2，日处理乳清 1000m3
牛奶超滤以增加奶酶得率应用超滤的奶酶生产新工艺正逐步取代传统工艺。潜在的经济效益大。顾客能否接受是主要问题
果汁的澄清在北美的水果加工业已普遍采用。以其高质量、低能耗而具有好的前景
明胶的浓缩在食品厂已采用。多数处于实验室或中试水平，但发展很快。
浓缩蛋清中的蛋白质处于小规模实验水平。
屠宰动物血液的回收回收血液成分将具有很大的市场。该应用在技术上已具有可行性，但工业守旧性、常规标准使它很少应用，十年后可能会有改观
食用油的精炼有广泛的应用前景。
蛋白质的回收已用于植物蛋白回收，将推广至海藻等浮游生物蛋白的回收。
医药产品的除菌已普遍应用于医药和葡萄糖生产厂家。
生物技术工业的应用与其他过程相比，从发酵液中分离和浓缩具有生物活性的组分，超滤具有能保持其生物活性回收率高的优点，因而具有很强的竞争性。在这一领域的应用将随基因工程技术产业的增长而增长。
酶的提取已广泛用于浓缩葡萄糖氧化酶、膜蛋白酶、凝乳酶、果胶酶
激素的提取已用于浓缩以基因工程菌生产的新物质如干扰素、生长激素、人工胰岛素
从血液中提取血清白蛋白为提取血清蛋白的重要过程
回收病毒处于实验室研究水平
从发酵液中分离菌体处于实验室研究水平
从发酵液中分离苯丙氨酸采用新型荷电超滤膜的分离方法，处于实验研究水平