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超滤技术在水处理领域的应用现状与研究进展

陈湛

（内蒙古工业大学土木工程学院市政工程系，内蒙古呼和浩特010000）

摘要：简单介绍了超滤技术的分离原理，过程中的特性参数及其运行的方式和影响因素。在此基础

上重点阐述了超滤技术分别在饮用水处理、有机微污染水处理、工业污废水处理以及海水淡化中的应

用，概括了目前我国超滤膜技术应用的现状，并提出了相应的问题与研究方向。

关键词：超滤技术；水处理；应用；研究进展

0.前言

近年来，随着我国经济建设的快速发展，水污染呈发展趋势，工业发达地区水污染
问题尤为突出，水资源短缺问题也日益突出，全国各地水质性缺水或水源性缺水现象越

来越严重。据统计，目前原水中已经检测出来的有机污染物达2000余种，其中含有致
癌、致畸形、致突变的三致物质。然而，目前常规工艺却难以应对日益严重的水污染和

愈加严格的饮用水水质标准——《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2006）。在这方面，
作为膜分离技术的超滤可以发挥其独特的作用。超滤对去除水中微米级的颗粒优于常规
水处理技术中的过滤能力，而且还具有去除过滤所不具备的纳米级微粒的能力，可以有
效去除水中的悬浮物、藻类、细菌、病毒、氨氮和部分大分子有机物，符合了饮用水水

质不断提高的要求和工业水处理的要求。

1.超滤技术

超滤是介于微滤和纳滤之间的一种膜过滤过程，平均孔径在3～100nm之间。超滤膜
技术是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术。
1.1超滤膜分离原理
超滤是一种能将溶液进行分离、提纯、净化和浓缩的筛孔分离过程，也是一种膜分
离技术。超滤膜表面有一定大小的微孔，某些溶质分子可选择性的通过超滤膜表面，其

分离原理是指在推动力的作用下,依靠物理筛分作用，当含有大、小分子溶质的原料液经
过超滤膜表面时，存在于超滤膜表面的微孔使得小分子溶质和溶剂通过膜表面，而阻碍

了大分子溶质及其微粒组分通过超滤膜表面。这些小分子溶质和溶剂一般属于无机盐
类，称作滤过液，最后被集中收集起来；通过超滤膜的大分子溶质和微粒组分一般属于

有机胶体类，称之为浓缩液，被膜表面截留而回收。
1.2超滤过程的基本特性参数
按照膜形态结构划分，超滤膜可以分为对称膜和非对称膜。目前，所用的超滤膜多
为非对称膜。超滤居于纳滤和微滤之间，在小孔径范围内，超滤与反渗透相互重叠，而

在大孔径范围内，超滤膜与微滤相互重叠。所分离的组分直径介于5nm～10μm范围内，
大分子或胶体的相对分子质量在500～500000之间的均可截留下来。
超滤过程的基本特性一般用浓差极化、传质系数、微孔模型来表征。
1.2.1浓差极化
超滤膜具有选择透过性，当膜截留了大量高分子溶质和胶体时，这些高分子溶质会

在膜表面聚集，当达到一定程度之后,在浓度梯度的作用下，膜表面的溶质会逐渐脱落下
来，再次进入原料液，这样周而复始，最终达到平衡，膜表面形成一层阻碍小分子溶质
的边界层，这种现象就是浓差极化。浓差极化对膜的选择透过性有很大影响，浓差极化

模数越大，积累在膜表面的溶质越多，影响膜的截留作用。
1.2.2传质系数
传质系数是传质过程方程式中的一个比例系数，以传质速率G与传质面积F和传质
推动力△均成正比为依据。提高传质系数，可提高超滤膜截留率。也就是说，传质系数越
大，浓差极化越不明显。
1.2.3微孔模型
通常用微孔模型来评价超滤膜的渗透机理。一般地,用微孔半径、流体粘度和膜长度
来表征膜微孔模型，微孔模型参数的改变对膜性能产生一定的影响。
1.3超滤系统的运行方式
超滤系统的运行方式有全量过滤和错流过滤两种：全量过滤是料液全部流过超滤
膜，溶剂及小分子物质透过膜，大分子的组分被截留在膜表面。全量过滤回收率高，但

膜污染严重。
错流过滤是料液主体平行于膜面流动，透过液透过超滤膜。高速流动的料液能将沉

积在膜面的物质冲走。错流过滤能减少污染，但回收率较低。
1.4超滤装置的运行模式

连续超滤装置的运行模式有正常运行模式、反冲洗模式、化学清洗模式等。

1.4.1正常运行模式
当来水悬浮物浓度或粘度较低时可采用全量过滤模式，在正常过滤运行中，原水从

膜过滤装置下部的进水管进入膜纤维的内表面。正常情况下操作压力控制在0.25MPa以
下，过膜压差控制在0.1~0.15MPa。出水经上部的过滤出水管汇集后流入出水罐。
当来水悬浮物浓度或粘度高时可采用错流过滤方式，此时进水进入膜纤维内部后，
一部分由垂直膜壁方向穿过膜壁，并由正常过滤出水管汇集后成为产品水，另一部分浓

缩后的水则顺着膜纤维轴线方向由上部反冲洗排水管汇集后排出。
生产中可根据需要交错使用全量过滤和错流过滤两种形式，例如高藻期和高浊期采

用错流过滤，平时采用全量