超濾的基本原理
當溶液以某流速流經具有一定孔徑的超濾膜表面時，在外界壓力的作用下，溶液中分子量小於膜截留分子量的溶質和水透過超濾膜，形成濾過液(簡稱濾液)，而分子量大於膜截留分子量的溶質則被膜所截留。隨超濾過程的進行，料液逐漸濃縮，達到一定濃縮程度時，以濃縮液(亦稱母液)的形式排出．溶液中不同分子量的溶質得到分離或濃縮。
一般認為超濾是一種篩分過程，膜表面的孔隙大小是主要的控制因素，溶質能否被膜孔截留取決於溶質粒子的大小、形狀、柔韌性以及操作條件等，因此通常用微孔模型來表示超濾的傳遞過程。但該模型存在局限性，它無法解釋膜孔徑比溶質分子大，卻有明顯分離效果的現象。
索里拉金認為超濾不僅僅是一種篩孔過濾的過程，膜孔徑是重要因素。另一重要因素是溶質-溶劑-膜材質的相互作用，包括范德瓦耳斯作用力、靜電作用力、氫鍵作用力，他認為膜孔徑和膜表面的化學特性分別起到不同的截留作用，更加全面地解釋了超濾過程，即超濾膜對溶質的分離取決於膜表面孔徑的機械篩分作用、膜孔的阻滯阻塞作用、膜面及膜孔對溶質的吸附作用。
超濾膜
工業使用的超濾膜一般為非對稱膜，可分為兩層，一層是超薄活化層，厚約0.25μm，孔徑為5.0～20.0nm，對溶液的分離起主要作用；另一層為多孔層，厚約75～125μm，孔徑約0.4μm，具有很高的透水性，起支撐作用。超濾膜和反滲透膜具有相似的製備方法，相似的結構和功能，一般用於製備反滲透膜的材料也可用於製備超濾膜，只是制膜液的組分配比和成膜工藝不同。索里拉金認為，可以把超濾膜看做是具有較大平均孔徑的反滲透膜。超濾膜有很多種類，國內外最常用的是醋酸纖維素膜和聚碸膜。醋酸纖維素膜首先在超濾中使用，雖然其pH適用範圍窄(pH值3～8)，不耐化學和生物侵蝕，有其局限性，但由於它可以製得切割分子量變化範圍較大的各種醋酸纖維素膜，用途廣，且價格低廉，仍在使用著。
聚碸是繼醋酸纖維素之後主要發展的一種超濾膜材料，聚碸分子中的碸基團使聚合物膜具有優良的抗氧化性和穩定性，醚鍵改善了聚碸的韌性，苯環提高了聚合物的機械強度，分子中所有鍵都不易水解，使聚合物具有可耐酸、鹼水溶液腐蝕的特性。聚碸是工業上套用極其廣泛的超濾膜材料，它具有價廉易得，機械強度、抗壓密性、化學穩定性、耐熱性良好及pH適用範圍寬(pH值為2～12)等優點。但其疏水性強，在超濾過程中易被污染，導致膜通量下降，故耐污染聚碸超濾膜的研發成為研究熱點。
超濾效率影響因素
在超濾過程中，影響超濾效率的影響因素主要有以下幾方面：
①操作壓力。由於超濾過程中在膜的界面處形成凝膠層，操作壓力增大到一定值後，透水通量不再隨壓力升高而增大，因而操作壓力要合適，過高的壓力不僅不能增大透水通量，還會壓實或損壞膜。實際超濾操作應在臨界透水通量附近進行，此時操作壓力約為0.5～0.6MPa。
②料液流速。增加料液流速，可以使膜面液流的湍流加劇，有利於減緩濃差極化、提高設備的處理能力，但料液流速過高，系統運行費用隨能耗的增加而加大，因此應將料液流速控制在適宜的範圍。一般情況下的超濾料液流速為1～3m/s。
③料液的預處理。為保證超濾系統正常穩定運行、提高超濾效率，在超濾前需對料液進行預處理。料液預處理的主要對象是懸浮物和pH值，預處理的方法根據料液性質和需要進行選用，可以相應採用過濾、化學混凝和pH值調節、消毒、活性炭吸附等方法。
④操作溫度。系統的操作溫度主要影響操作料液的黏度，在膜的材質和所處理料液允許的條件下，提高操作溫度有利於增加傳質效率，提高透水通量。
⑤膜的清洗。當膜的透水通量衰減到一定程度，就要進行清洗。膜的清洗方法有水力清洗、藥劑清洗和機械清洗等方式，通常應根據膜及處理料液的性質以及膜組件的型式進行確定。
超濾與反滲透的異同
超濾與反滲透都是以壓力驅動的膜分離技術．二者的套用範圍有所交叉，很難分界；所採用的膜均為不對稱微孔結構的半透膜，有相同的膜材料和相仿的膜製備方法．有相似的機制和功能；二者的分離均是溶劑透過膜而溶質被膜截留的過程。
超濾與反滲透的區別主要在於：①膜的結構不同，一般超濾膜較疏鬆、透水通量大、除鹽率低，而反滲透膜緻密、透水通量小，具有選擇透過性。②膜的透過機理不同，超濾膜的分離主要是篩濾作用，而反滲透膜的分離過程還伴有複雜的物理化學作用。③工作壓力不同，超濾過程能在較低的操作壓力下進行，操作壓力範圍一般在0.1～0.5MPa，而反滲透為克服滲透壓，必須施加較高的外界壓力，其操作壓力範圍在2～10MPa。④截留的溶質不同，超濾截留的是分子量大於500的大分子溶質．而反滲透所分離的一般是相對分子量低於500的糖、鹽等物質 。
