超滤技术的应用研究进展

李素霞

摘要 本文简述了超滤技术的发展及特点，并对超滤技术在水处理、食品和医疗等方面的应用进行了综述，以期为相关人员提供科学的参考依据。

关键词 超滤技术；膜；应用

中图分类号 TQ028.8 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）02-0184-02

Application Situation of Ultrafiltration Technology

LI Su-xia

（Shanxi Anhong Testing Technology Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030000）

Abstract The development and characteristic of ultrafiltration technology were summarized，and the application of ultrafiltration technology in water treatment，food industry and medical were briefly introduced in this paper，so as to provide scientific references for related personnel.

Key words ultrafiltration technology；membrane；application

超滤（ultrafiltration，UF）技术是介于微滤和纳滤之间的一种膜分离技术，平均孔径为3～100 nm，具有净化、分离、浓缩溶液等功能。其截留机理主要包括膜的筛分作用和静电作用，过滤介质为超滤膜，在两侧压力差的驱动下，只有低分子量溶质和水能够通过超滤膜，从而达到净化、分离、浓缩的目的[1]。超滤膜技术应用范围广泛，最早使用的超滤膜是天然的动物脏器薄膜，最初的超滤一直作为一项实验工作而没有得到发展，直到20世纪70年代，超滤技术才进入工业应用的快速发展阶段。目前，超滤膜材料已从醋酸纤维素（CA）扩大到聚苯乙烯（PS）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚碳酸酯（PC）、聚丙烯腈（PAN）、聚醚砜（PES）和尼龙（PA）等，截留分子量从103发展至106 [2]。由于超滤具有设备简单、占地面积小、相态不变、操作压力低、材料要求低、设备简单等特点，其应用范围也从研究领域迅速延伸至实际应用领域，如电子、医药、电泳漆、饮料、食品化工、医疗和废水处理及回收利用等。

1 水处理

1.1 饮用水处理

随着经济社会的发展，水环境污染加剧，水源水质恶化，水中的污染物尤其是有机污染物越来越多。而传统的饮用水处理方法仅对一般的有机污染物起作用，对“两虫”、藻类的去除效果不佳，且消毒容易产生副产物[3]。

新一代饮用水净化工艺应在提高处理效率、优化效果的同时，强调过程中无毒害物产生，能够提高资源和能源利用率，减轻污染负荷，改善环境质量[4]。超滤技术能满足新一代饮用水净化工艺要求，去除饮用水中的“两虫”、病毒、细菌、藻类、水生生物，保障饮用水的安全性，目前已广泛应用于美国、日本等發达国家的城市水厂[5]。

超滤膜可截留水中绝大部分悬浮物、胶体，但无法去除溶解性小分子物质，阻碍超滤技术在饮用水处理中的应用。目前，国内外诸多学者研究发现，粉末活性炭（PAC）+超滤联用系统可将溶解的小分子污染物质转变为颗粒状态，从而被超滤工艺去除[6]。

1.2 生活污水和工业废水处理

目前，水资源越来越缺乏，生活污水和工业废水的循环利用备受关注。杨 琦等[7]采用超滤反渗透处理城市二级生活污水处理厂出水，研究发现超滤反渗透对处理后出水的总磷、总氮、总溶解固体、化学需氧量、氯离子的处理效率分别为95%、95%、99%、90%、97%以上，满足《城市污水再生利用景观环境用水水质标准》（GB/T 18921—2002），可用于景观用水；除氮指标外，绝大部分指标满足饮用水水源标准。王立国等[8]采用核桃壳过滤-超滤工艺处理油田含油污水，发现核桃壳过滤-超滤工艺可以显著降低水中油的质量浓度和悬浮物质量浓度，颗粒平均去除率达99.09%，显著提高滤膜系数，处理后的水质满足《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》（SY/T 5329—94）中A1类标准的要求。

1.3 其他污水处理

目前，超滤膜技术还应用于电厂循环排污水的处理[9]、矿区冷却循环排污水的处理[10]、纸浆和造纸漂白废水的处理[11]和钢铁企业排污水[12]等工业废水的处理。

2 食品方面的应用

超滤膜技术在食品方面的应用主要是果汁的浓缩、澄清、啤酒生产和营养成分的提取等[13]。李 庭等[14]采用超滤技术及褐变控制生产出澄清的香蕉汁。许英一等[15]的研究发现，南瓜汁经过微滤后，选用截留相对分子质量5万的聚砜卷式超滤膜，在操作压力0.3 MPa，最适温度35 ℃时进行全回流超滤试验，膜通量至少可达到30.23 L/（m2·h），且得到澄清透明的南瓜汁饮料。孙 健等[16]研究发现，在室温2 ℃、自然pH值条件下，加入0.45 g/L壳聚糖，搅拌均匀后静置3.0 h，取上清液于0.06 MPa、25 ℃条件下超滤22 min，可去除大部分引起苹果酒沉淀、浑浊的物质，有效地提高了苹果酒澄清度，且对营养成分影响较小。目前，诸多学者采用超滤技术提取橙皮苷[17]、蛋白质[18-19]、多糖[20]、三聚氰胺[21]等物质。

超滤膜技术除了应用于成分的提取外，还可用于灭菌。马 云等[22]将超滤技术应用于酱油的灭菌、澄清中，提高了产品品质，延长了保质期。李平凡等[23]研究了超滤膜在谷氨酸发酵液中的过滤效果及其清洗工艺，发现超滤膜可去除谷氨酸发酵液中逾98%的菌体、49%的化学需氧量、18%的游离态氨，而氨基酸基本无截留；超滤除菌后需用碱液、氧化液、酸液进行分步清洗，各种清洗溶液的最佳浓度分别为NaOH溶液20 g/L、漂白水30 g/L、硝酸溶液15 g/L。endprint

3 医药和医疗方面的应用

3.1 医药方面

超滤技术在医药方面主要用于药物的分离精制、除热原、灭菌等[2]，尤其是在抗生素及维生素的分离提取方面。李十中等[24]提出的超滤/萃取法从根本上解决了抗生素萃取过程的乳化问题，提高了萃取收率和产品质量。此外，Li等[25]利用超滤取代树脂脱色单元操作提取土霉素，研究发现，超滤技术可充分纯化土霉素结晶液并改善结晶，提高脱色过程收率；超滤与净化剂预处理相结合可有效提高土霉素质量和土霉素结晶收率。朱银惠等[26]采用超滤法提取发酵液中的古龙酸，采用Suntar-Ⅲ膜组件，滤液质量高，过滤收率可以达到99.45%。

目前，生产过程中常利用活性炭吸附去除人参皂苷注射液制备过程中热原，该方法具有总皂苷损失量大、生产成本高等缺点。张英辉[27]采用超滤法去除人参皂苷注射液制备过程中热原，即可有效去除热原，又可减少人参总皂苷的损失，具有简便、可靠、效果好等优点。罗濛[28]利用超滤技术去除狂犬病疫苗生产过程中产生的细菌内毒素，抗原损失较少，并且富集了样品，能够满足疫苗生产的要求。

3.2 医疗方面

超滤技术可用于浓缩肝硬化或肝癌患者的腹水，治疗心力衰竭[29]、心肺肾功能衰竭[30]及体外循环[31]等。杨建民等[32]研究发现腹水闭合式超滤浓缩自体腹腔回输联合腔内化疗治疗晚期癌性腹水，该方法临床效果好、不良反应少，方法简便、安全可靠，可扩展用于各种类型顽固性腹水的治疗，迅速减轻患者的痛苦、提高其生存质量，是有效的“治标”方法，可以为进一步的治疗赢得时间。简 讯等[33]的研究发现，腹水超滤浓缩回输腹腔能明显改善尿毒症合并顽固性腹水患者机体免疫功能，回输腹水的温度对患者体液和细胞免疫变化不会产生明显的影响。

4 结语

目前，超滤膜已广泛应用于各个领域，技术也日趋成熟，但膜污染的问题依旧是影响超滤技术发展的主要障碍。关于膜清洗的问题已经成为现阶段研究的热点，如何最大程度地恢复膜通量，成为成功应用膜系统的关键。

5 参考文献

[1] 张洁.超滤膜技术在水处理领域中应用及前景[J].中国新技术新产品，2008（2）：107-108.

[2] 王湛，周翀.膜分离技术基础[M].2版.北京：化学工业出版社，2006：193.

[3] 裴亮，姚秉华，付兴隆.超滤新技术及在饮用水处理中的研究应用新进展[J].水资源与水工程学报，2008，19（2）：4-11.

[4] 杨艳玲，李星，李圭白.新一代饮用水净化工艺：以超滤为核心技术的组合工艺[J].水科技，2007（13）：62-63.

[5] 李圭白，杨艳玲.超滤：第三代城市饮用水净化工艺的核心技术[J].供水技术，2007，1（1）：1-3.

[6] 张捍民，王宝贞，张威.预处理+超滤技术处理饮用水[J].城市环境与城市生态，2001，14（5）：48-50.

[7] 杨琦，尚海涛，席宏波，等.超滤反渗透处理城市二级生活污水处理厂出水中试研究[J].膜科学与技术，2007，27（3）：71-74.

[8] 王立国，高从堦，王琳，等.核桃壳过滤-超滤工艺处理油田含油污水[J].石油化工高等学校学报，2006，19（2）：23-26.

[9] 梁建瑞.超滤-反渗透膜组合工艺处理电厂循环排污水[J].水处理技术，2006，32（6）：79-81.

[10] 刘建斌，杨静，陈静.超滤结合反渗透新工艺处理矿区循环冷却排污水[J].煤炭工程，2007（2）：76-78.

[11] 姚光裕.用超滤处理制浆和造纸厂漂白废水[J].造纸信息，2008（2）：40.

[12] WOLTERS R，WENDLER B，SCHMIDT B，et al.Rinsing water recovery in the steel industry：a combined UF/NF treatment[J].Desalination，2008，224（1）：209-214.

[13] 顧香玉，张晓云.膜技术在啤酒生产中应用研究[J].酿酒，2006，4（33）：95-97.

[14] 李庭，熊华，陈望华，等.香蕉汁生产过程中褐变控制和超滤工艺的研究[J].食品研究与开发，2008，29（11）：100-103.

[15] 许英一，徐雅琴，崔崇士.超滤澄清南瓜汁工艺的研究[J].东北农业大学学报，2008，39（3）：39-41.

[16] 孙健，张翠英.壳聚糖处理和超滤技术在苹果酒澄清中的应用研究[J].江苏农业科学，2008（1）：201-203.

[17] 盛占武，孙志高，黄学根，等.超滤法提取橙皮苷工艺研究[J].食品科学，2008，29（2）：188-191.

[18] 王文侠，翟丽萍，宋春丽.玉米浸泡液蛋白质的超滤分离研究[J].农产品加工，2008（7）：115-117.

[19] 周大寨，朱玉昌，周毅锋，等.芸豆蛋白质的提取及超滤分离研究[J].食品科学，2008，29（8）：386-390.

[20] 闫超，黄建城，刘昔辉，等.超滤法提取分离甘蔗叶多糖的研究[J].生物技术，2008，18（3）：49-51.

[21] 李娟.超滤技术在三聚氰胺生产工艺中的应用[J].化肥工业，2008，35（3）：56-58.

[22] 马云，杨玉玲.超滤在酱油灭菌和澄清中的应用[J].调研综述，2005（3）：16-18.

[23] 李平凡，邱玉美，何立新.超滤膜对谷氨酸发酵液的除菌效果研究[J].现代食品科技，2008，24（6）：575-577.

[24] 李十中，王淀佐.抗生素提取过程中溶剂萃取技术新方法：超滤/萃取法[J].中国抗生素杂志，2000，25（1）：12-15.

[25] SHI Z L，YIN W，ZHAN C.Ultrafiltration for isolation and purifi-cation of oxytetracycline from industrial fermentation broth[J].Chinese Journal of Antibiotics，2004，29（10）：579-584.

[26] 朱银惠，马东祝，李文红，等.超滤法提纯维生素C发酵液的研究[J].中国酿造，2008（15）：54-57.

[27] 张英辉.超滤法去除人参皂苷热原的研究[J].现代医药卫生，2005， 21（16）：2220-2221.

[28] 罗濛.超滤技术在狂犬病疫苗生产中除内毒素的应用[J].中国药业，2008，17（16）：51-52.

[29] 倪锦辉，张薇薇.单纯超滤疗法在顽固性心力衰竭中的应用[J].中国医药导报，2008，5（14）：42.

[30] 侯晓平，缪京莉，伦立德，等.血液超滤抢救高龄老年心肺肾功能衰竭[J].临床内科杂志，2008，25（1）：62-63.

[31] 李长林，伊雪，邬鹏宇，等.超滤技术对体外循环所致犬脑组织损伤的防治作用观察[J].山东医药，2008，48（3）：92.

[32] 杨建民，杨伟刚，荣文，等.腹水闭合式超滤浓缩自体腹腔回输联合腔内化疗治疗晚期癌性腹水[J].上海医学，2008，31（3）：206-207.

[33] 简讯，曾蜀春，李斌，等.尿毒症合并顽固性腹水低温超滤浓缩回输腹腔后患者免疫功能变化[J].现代医药卫生，2008，24（1）：5-7.endprint