利用膜表面孔径机械筛分作用，膜孔阻塞、阻滞作用和膜表面及膜孔对杂质的吸附作用，去除废水中的大分子物质和微粒。一般认为主要是筛分作用，其有效分离范围为0.005-0.1μm的粒子或大分子，截留分子量在1000～500000之间的可溶性物质，操作静压差为0.2-1MPa。当被处理水借助于外界压力的作用以一定的流速通过膜表面时，水分子和分子量小于300—500的溶质透过膜，而大于膜孔的微粒、大分子等由于筛分作用被截留，从而使水得到净化。也就是说，当水通过超滤膜后，可将水中含有的大部分胶体硅除去，同时可去除大量的有机物等。

超滤过滤原理图

一、超滤性能和作用

☆ 高精度：彻底滤除水中细菌、铁锈、胶体、大分子有机物等物质。保留对人体健康有益的微量元素，净化水的微生物和浊度等主要指标优于瓶装饮用水卫生标准。

☆ 长寿命：由于超滤机采用垂直交叉过滤原理，自动清洗、不易脏堵，因此在正常使用情况下滤芯寿命为普通净水器的30—50倍。

☆ 大通量：可同时满足直饮、美容、沐浴、食用、清洁卫生等需要。

☆ 低成本：超滤设备通量大，寿命长，是一种先进的膜分离技术。利用超滤器能有效地去除水中的微粒、胶体、细菌、热源和有机物，适用于以分离、浓缩、净化为目的的各种生产工艺中。

二、超滤设备分类

         超滤膜按结构型式分为板框式(板式)、中空纤维式纳米膜表超滤膜、管式、卷式等多种结构。其中，中空纤维超滤膜是超滤技术中最为成熟与先进的一种形式。中空纤维外径0.4-2.0mm，内径0.3-1.4mm，中空纤维管壁上布满微孔，孔径以能截留物质的分子量表达，截留分子量可达几千至几十万。原水在中空纤维外侧或内腔加压流动，分别构成外压式与内压式中空超滤膜。超滤是动态过滤过程，被截留物质可随浓缩液排除不致堵塞膜表面，可长期连续运行。

连续错流多级循环工艺图

 二、超滤工艺（浓差极化）

       超滤装置是在一个密闭的容器中进行，以压缩空气为动力，推动容器内的活塞前进，使样液形成内压，容器底部设有坚固的膜板。小于膜板孔径直径的小分子，受压力的作用被挤出膜板外，大分子被截留在膜板之上。超滤开始时，由于溶质分子均匀地分布在溶液中，超滤的速度比较快。但是，随着小分子的不断排出，大分子被截留堆积在膜表面，浓度越来越高，自下而上形成浓度梯度，这样超滤速度就会逐渐减慢，这种现象称为浓度极化现象。

        溶液在膜的高压侧，由于溶剂和低分子物质不断透过超滤膜，结果在膜表面溶质（或大分子物质）的浓度不断上升，产生膜表面浓度与主体流浓度的浓度差，这种现象称为膜的浓差极化。 

浓差极化的危害：

1、使膜面溶质浓度增高，减小传质推动力；

2、在膜面形成沉淀或凝胶层，增加透过阻力，影响膜的分离特性；

3、有机溶质在膜面可能使膜发生溶胀或恶化膜的性能；

4、导致结晶析出，阻塞流道，运行恶化；

概括地说，就是分离效果降低，截留率改变，通量下降。

 减少浓差极化的方法：

1、选择合适的膜组件结构；

2、加入紊流器；

3、料液横切流向设计；

4、料液脉冲流动；

5、螺旋流；

6、提高流速；

7、适当提高进料液温度降低粘度，增大传质系数

三、超滤设备的优点：

1、超滤膜元件采用世界著名膜公司产品，确保了客户得到目前世界上优质的有机膜元件，从而确保截留性能和膜通量。

2、系统回收率高，所得产品品质优良，可实现物料的高效分离、纯化及高倍数浓缩。

3、处理过程无相变，对物料中组成成分无任何不良影响，且分离、纯化、浓缩过程中始终处于常温状态，特别适用于热敏性物质的处理，完全避免了高温对生物活性物质破坏这一弊端，有效保留原物料体系中的生物活性物质及营养成分。

4、系统能耗低，生产周期短，与传统工艺设备相比，设备运行费用低，能有效降低生产成本，提高企业经济效益。

5、系统工艺设计先进，集成化程度高，结构紧凑，占地面积少，操作与维护简便，工人劳动强度低。

6、系统制作材质采用卫生级管阀，现场清洁卫生，满足GMP或FDA生产规范要求。

7、控制系统可根据用户具体使用要求进行个性化设计，结合先进的控制软件，现场在线集中监控重要工艺操作参数，避免人工误操作，多方位确保系统长期稳定运行。

四、超滤设备应用：

1、工业废水的处理

     a·回收电泳涂漆废水中的涂料

     b·各种含油废水的处理

2、纺织工业上浆料的回收

3、造纸工业废液处理

4、采矿及冶金工业废水的处理

5、城市污水处理：家庭污水处理和地沟污水处理

6、饮用水的生产和半导体工业高纯水的制备 

7、食品工业的应用

     a·回收乳清中的蛋白质

     b·牛奶超滤以增加奶酪收率

     c·果汁的澄清

     d·食用油的精练

8、医药产品的除菌

9、生物技术工艺

     a·各种酶的提取

b·激素的提取

     c·从血液中提取血清蛋白回收病毒

     d·发酵液中分离菌体