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微滤膜在空气除菌系统中的应用
 

摘 要:不同的膜产品由于材料自身物理化学性质的不同,或者膜孔结构的不同,在使用过程中各具特点。不同的使用场合,由于所涉及的过滤对象不同,具体的要求也有所区别,因此考虑的问题各有侧重。在保证空气处理绝对无菌的前提下,如何满足使用厂家的要求,膜材料的选择就显得至关重要。关键词:微滤膜;空气除菌

    1 前言随着膜分离技术的不断发展,微滤膜已经广泛应用于生物发酵工业的空气除菌系统中。上海核坤过滤技术有限公司采用微孔膜、聚四氟乙烯微孔膜等制成了各种过滤元件,这些膜材料及其过滤元件已替代传统的棉花活性炭过滤器,大规模应用于生物发酵工业空气除菌系统中。不同的膜材料由于它们的材料自身的物理化学性质的不同,或者膜结构的不同,在使用过程中各有特点。不同的微孔膜对各种产品的使用要求也不尽相同,随着应用领域的不断扩展,在不同的工作条件下,如何选择与其相适应的膜材料及过滤元件,使空气除菌系统运行可靠、长久、经济就显得尤其重要。

     2 空气除菌过滤系统及设计原则在生物发酵工艺过程中,经过除油、除水的压缩空气要达到绝对无菌的要求一般须经过粗过滤、预过滤和除菌过滤三个过滤单元来完成。粗过滤的作用是滤除较大的颗粒杂质,保护后道过滤器。预过滤的作用是进一步滤除细小的颗粒杂质,保护除菌过滤器。合适的粗过滤和预过滤最好能滤除细菌、噬菌体等微生物外的所有杂质,使除菌过滤器达到最长的使用寿命,降低系统的运行费用。除菌过滤的目的则要求彻底除菌,以保证空气能够达到绝对无菌的要求。一个优良的空气除菌处理系统必须在达到绝对除菌要求的同时,使系统的操作费用最低,以实现可靠性与经济性的有机统一。因此各过滤单元选用的基本准则是粗过滤价格要便宜,预过滤精度要合适,除菌过滤必须可靠。 粗过滤的过滤精度一般为0.5μm,过滤效率95%左右,预过滤的过滤精度为0.3μm,过滤效率99%,粗过滤和预过滤一般选用价格便宜的深层过滤材料,如玻璃纤维复合毡等。 除菌过滤的重点要求是“可靠”,这种“可靠”必须是“必然的”,而不是“可能的”。从使用角度考察,空气除菌过滤器应具备五个特点:①高的过滤精度②大的通气量③强的疏水性④能耐蒸汽反复消毒⑤足够的机械强度。空气除菌过滤器的过滤精度为0.01μm,过滤效率大于99.9999%,所用膜一般选用强疏水性、耐高温膜材料,如聚偏氟乙烯微孔膜,聚四氟乙烯微孔膜等。

     3 各种膜材料及其过滤元件的特性 3.1 玻璃纤维复合毡及其折叠式滤芯,璃纤维复合毡是由一定丝径的玻璃纤维经过无纺工艺制成的深层过滤材料,其过滤精度和效率取决于丝径的大小和滤材的厚度。虽然玻璃纤维复合毡还称不上膜材料,但用它制造的折叠式空气预滤芯HG-ZB在空气除菌系统中对除菌过滤器起着非常重要的保护作用。玻璃纤维复合毡滤材气通量大,容尘量高,阻力小,耐温高. 3.2聚偏氟乙烯微孔膜特点是滤膜具有天然疏水性,负静电性强,抗污染性能好;滤芯耐温性高,使用温度≦80℃,可反复蒸汽消毒灭菌,灭菌温度125℃±2℃;滤膜的孔隙率为80%左右,通气量大。3.3 聚四氟乙烯微孔膜(PTFE)及其折叠式滤芯(HG-PTFE)具有耐温性和优良的化学稳定性,无疑使聚四氟乙烯微孔膜成为空气除菌过滤器最理想的过滤介质。聚四氟乙烯微孔膜微孔具有相互贯通的法向几何交联的孔结构,孔隙率很高,最高可达90%。聚四氟乙烯膜是所有已知膜材料中疏水性最强的,其耐温性好,可以在142℃蒸汽反复灭菌情况下,膜孔结构保持稳定,确保了空气除菌过滤器的绝对可靠。
     4 不同工况条件下微滤膜的应用由于各使用厂家生产的产品不同,具体的要求也有所区别,因此考虑问题的着重点也各有侧重。在保证空气处理无菌的前提下,如何满足使用厂家的要求,膜材料的选择就显得至关重要。 4.1 产品因素在如青霉素、土霉素等抗生素产品的发酵过程中,空气处理系统除油、除水前处理较好的情况下,以上介绍的各种膜材料都可以用于除菌过滤器,其可靠性依次排列为聚四氟乙烯微孔膜、聚偏氟乙烯微孔膜,价格依次排列为聚四氟乙烯微孔膜>聚偏氟乙烯微孔膜>.在如虫草、灵芝等真菌类发酵过程中,其发酵工艺对空气系统的无菌要求很高,因此空气除菌系统的可靠性是至关重要的,故滤芯的膜材料宜选用聚四氟乙烯微孔膜或聚偏氟乙烯微孔膜。 4.2 系统、设备因素有些企业的设备比较陈旧,管道为碳钢,冷却除水系统效果不够理想。这就需要加强粗过滤和预过滤,有时还需要增加一道预过滤器。有些厂家选用聚丙烯纤维作为粗过滤器和预过滤器的滤材,在这种工况条件下是不合适的,因为管道中的铁锈颗粒在高流速的空气作用下,很可能由于聚丙烯纤维过滤精度的不足而穿透,进而将除菌过滤膜击穿,造成整个空气除菌系统失效。除菌过滤器宜选用强疏水性的聚四氟乙烯微孔膜或聚偏氟乙烯微孔膜制成的滤芯。当然最好的解决办法是在资金允许的条件下,改进前处理系统。 4.3 气候因素中国地域广阔,各个地区的气候条件各不相同,气候条件对生物发酵过程的影响不可忽视。北方和中、西部地区,气候干燥,以上过滤器都可以选用。南方沿海地区,常年气候潮湿,发酵过程中空气系统对除菌滤膜的疏水性要求较高,宜选用强疏水性的聚四氟乙烯微孔膜或聚偏氟乙烯微孔膜。有些厂家使用表面喷涂疏水高分子材料的玻璃纤维滤材,经过多次蒸汽灭菌消毒后,其表面喷涂的疏水高分子材料脱落,疏水性能降低,在空气湿度较大的情况下,除菌过滤的可靠性得不到保证,造成发酵染菌率上升。 4.4 温度因素从微滤膜材料的耐温性来看,聚四氟乙烯微孔膜>聚偏氟乙烯微孔膜。作为过滤元件,滤芯的耐温性还取决于制作滤芯的各种辅材的耐温性能。滤芯的耐温性主要体现在耐蒸汽消毒灭菌上,滤芯的膜孔结构以及疏水性不应在多次消毒后改变,其耐受性依次为聚四氟乙烯微孔膜>聚偏氟乙烯微孔膜。一般来说,蒸汽灭菌只针对除菌过滤器。有些生产厂家在工艺设计上要求定期对整个空气系统进行灭菌,可以在粗过滤器和预过滤器中使用涂覆氟聚合物改进的疏水性玻纤滤材,这样就可以保证在线对整个空气系统进行蒸汽灭菌时,各级过滤器的性能指标不受影响。对除菌过滤器进行灭菌消毒用的蒸汽也必须进行过滤。蒸汽过滤器滤芯可选用聚四氟乙烯烧结膜。有些厂家使用过热蒸汽进行灭菌,过热蒸汽的温度与压力不成对应关系,如果仅控制蒸汽压力,往往造成或温度太低灭菌不彻底,或温度过高滤芯损坏。建议使用过热蒸汽灭菌的厂家,在除菌过滤器蒸汽进口前加装温度表。 4.5 其他因素人为操作不当,也是造成除菌效果不好或者滤芯损坏的原因。有些厂家由于前处理冷却除水效果不好,而采用升高温度以降低相对湿度的做法,这种做法虽然暂时解决部分问题,但是往往得不偿失,既增加了能耗,又大大缩短了滤芯的使用寿命,与使用膜过滤器的初衷相违背。厂家应从根本上改善前处理系统,并考虑使用疏水性强的聚偏氟乙烯微孔膜或聚四氟乙烯微孔膜滤芯。

    5 结论本文对各种膜材料的特性作了简单介绍,对空气除菌微滤膜在空气除菌系统应用过程中出现的问题进行了分析,对如何选择膜材料及滤芯提出了建议。用户在选择微孔膜过滤器时,应尽量与生产厂家商议,以达到系统运行的可靠和经济。我们期待广大用户能够很好地使用膜产品,取得更好的经济效益。

 
发布者:admin 发布时间:2010-10-7 阅读:3052
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