【摘 要】生物發酵液雖經過濾，濾液中還會殘留或重新析出少量蛋白質等的微粒。濾液澄明度不高會影響下游凈化裝置（如離子交換、納濾，結晶及萃取等）的效率與產品質量。本文介紹的“助濾+剛性高分子精密微孔過濾”的新技術可明顯提高濾液的澄明度。文中簡述這些技術的特點及應用方法。
【關鍵詞】精密微孔過濾，預涂助濾，濾餅層助濾，澄明度
當前，工業生產上的生物發酵液絕大多數需要過濾等分離方法，以去除原液中的殘渣與菌絲體，得到澄清透明的濾液后再進入下游處理（如離子交換、納濾、結晶及萃取等），濾液的澄明度會明顯影響這些后續裝置的操作效率，影響這些裝置中分離介質的壽命與成本，也影響產品的質量。
國際上工業發達國家的發酵液多數采用“硅藻土預涂+微調刮刀的真空轉鼓過濾機”，少數采用“蝶片或超速離心機”。經過這些技術分離出的發酵液，其澄明度均比較高。除非分離后還有一些蛋白質類異物析出，一般不需再作濾液復濾。但由于這些分離裝置價格昂貴，國內的發酵企業使用很少，絕大多數企業采用手動板框壓濾機，該機結構與操作簡單，投資省。很適宜國內當前技術，經濟與管理水平，不少先進的手動板框壓濾機還有皮膜擠壓裝置，濾餅的干度較干，操作的能耗很省。但是絕大多數板框壓濾機采用孔徑較粗的濾布，過濾起動階段細小固體微粒往往穿濾，加上板框壓濾機的框板邊緣容易漏液，濾液中總含有少量微粒，有些廠雖采用復濾方法，但許多廠仍只簡單用同類的板框壓濾機作復濾，有的用簡易的深層過濾方法。這些方法都難以明顯地提高濾液澄明度，這是由于通過濾布穿漏過去的微粒均是粒度相當細的固形物，多數是菌絲類粘性微粒，雖然數量很少，過濾難度卻很大，欲把這些微粒完全截濾，必須采用毛細孔徑很小的過濾介質；由于微粒粘性大，又易變形，這些微粒很容易將過濾介質的毛細孔完全堵塞，過濾阻力增加非常快。被堵塞的過濾介質再生很困難。如何能高效率去除發酵濾液中少量蛋白質類等固形粘性雜質，又能使濾速下降不快，過濾介質的再生又比較簡易，投資費又不高，這是當前我國許多生物發酵企業需要盡快解決的一項課題。
作者經過二十多年不斷開發，逐漸形成的“助濾+精密微孔過濾”的過濾技術已用在不少含蛋白質類粘性很大的固形物的液體精密過濾，也用于某些發酵濾液的提高澄明度的復濾。最長應用歷史已達十年，最大規模已達每日過濾100m 3。
本技術的核心是剛性高分子精密微孔過濾技術。
1、剛性高分子精密微孔過濾技術的概況與特點：
1.1 概況
剛性高分子精密微孔過濾技術的硬件由剛性高分子精密微孔過濾管，精密微孔過濾機與輔助裝置三部份組成。
1.1.1剛性高分子精密微孔過濾管：由高分子粉體通過燒結工藝成型，其外徑為20～100毫米，長度為0.5～1.5米。其毛細孔平均孔徑為5～20微米，過濾精度為0.3～1微米，耐溫80～100℃，耐酸、堿與大部份有機溶劑。
1.1.2 精密微孔過濾機：一般為立式園柱形殼體，內垂直平行安裝一定數量的剛性高分子微孔過濾管，其底部為能卸除干濾餅的大直徑排渣底蓋，該底蓋的啟閉均由氣缸操作。這類過濾機可實行全自控操作。
1.1.3 輔助裝置：一臺或多臺精密微孔過濾機需備一套輔助裝置。它包括料液輸送裝置，氣源（小型空壓機與貯氣罐等），主要用作濾餅脫水，反吹卸除濾餅與微孔過濾管的再生等用途。物料的過濾性能與過濾要求不同，輔助裝置不完全相同。
1.2 特點：
1.2.1 過濾效率高：對0.3微米的微粒，過濾效率可達99.9%以上，濾液清徹透明；
1.2.2 卸濾餅方便：利用壓縮氣體快速反吹法可將微孔過濾管外表面所堆積起的一定厚度的濾餅快速推開，利用自重落到過濾機底部，穿過卸渣底蓋，排到過濾機外面。這種方法卸除濾餅效率高，不需繁重體力勞動；
1.2.3 再生效率高：采用“水+壓縮氣體”快速反吹法可對微孔過濾管進行物理再生，使之基本恢復過濾性能，再生效率高，操作簡單。
1.2.4 借助一定助濾技術，可維持較高濾速：對發酵液中少量既細又粘的蛋白質類微粒，借助一定助濾技術，可使精密微孔過濾在得到澄明度很高的濾液的條件下，又能維持較高的濾速。
2、助濾技術：
對含粘性又易變形微粒的發酵液，只有過濾方法才能獲得很高的濾液收得率，如果采用重力沉降或碟片式超速離心機等比重差分離法，濾液的收得率均不高。但是，如前面已敘述，這類物料的過濾法有一致命傷，即形成的濾餅層其比阻非常大，在過濾介質表面薄薄一層濾餅，就使其后的過濾速度非常小，難以繼續過濾。借助助濾技術，可避免這一缺陷。
助濾技術包括助濾劑與助濾方法兩部份。
2.1助濾劑：
助濾劑是粉末狀物體，必須具備如下特性才能作助濾劑：
⑴無粘性，粉體顆粒與粉體顆粒之間，粉體顆粒與過濾介質，均應無粘性；
⑵顆粒應具有一定剛性，在過濾壓差的擠壓應力作用下，顆粒應無壓縮性。
⑶顆粒內部應具有多孔性，而且孔隙就是開孔而不是閉孔。
上述三點是必備的基本特性。如果助濾劑粉體表面帶有正電荷或表面帶更細小的絨毛，其助濾性能更理想。
目前工業生產廣泛使用的助濾劑有兩大類：
⑴礦物類：主要有硅藻土、珍珠巖等；
⑵天然纖維類：主要有α纖維素。
除了這兩大類，其他具備上述三特性的粉末也可作助濾劑，如粉末活性碳、石棉粉、滑石粉等，但由于價格較貴，粉末顆粒偏細，或粉體有致癌性等原因，這些粉末作助濾劑應用很少。
2.2 助濾方法：
工業生產上廣泛應用的助濾劑方法有薄層預涂助濾，厚層預涂與過濾面周期更新助濾及濾餅層助濾三種。
2.2.1薄層預涂助濾：在過濾介質表面預先過濾形成一層1至2毫米的助濾劑稱之為“薄層預涂助濾”，其主要功能是防止粘性微粒直接粘附在過濾介質表面。使之卸除濾餅與反吹再生能高效快速，其次能適當提高平均濾速。
薄層預涂助濾僅適用于間隙過濾。
2.2.2厚層預涂與過濾面周期更新的助濾：
預先在過濾介質表面預涂相當厚度（50～200毫米）的助濾劑，每過濾一個周期，在助濾劑表面形成的很薄的粘性濾餅后，立即將該濾餅連同與濾餅直接接觸的極薄助濾劑層一起刮除，使助濾劑表面成為無濾渣的新鮮助濾劑，繼續進行下一周期的過濾，如此每過濾一周期就刮除一層，直至殘余助濾劑基本全部刮光，重新預涂。
這種助濾方法僅適宜連續過濾，如“硅藻土預涂+微調刮刀的連續真空回轉過濾機”就屬于這種技術。
2.2.3濾餅層助濾：在已形成的濾餅層內能均勻混有助濾劑粉體，使助濾劑能互相接觸，形成網格結構，利用助濾劑的剛性將本來可壓縮性的濾餅轉化為不可壓縮濾餅，使本來比阻很大的濾餅層轉化為比阻較小的濾餅，使過濾可維持較長時間，可形成較厚的濾餅。
濾餅層助濾亦稱本體助濾，它既適宜間隙過濾，亦適宜連續過濾。
3.“助濾+精密微孔過濾”過濾發酵濾液：
“助濾+精密微孔過濾”已成功用于某些生物發酵液與某些酶處理液等難濾液體的過濾，也成功用于發酵濾液去除殘留的蛋白質類微粒提高濾液澄明度的精密復濾。由于國內絕大部分生物發酵企業已作用手動板框壓濾機，提高這些企業的濾液澄明度，以提高后處理裝置的效率與產品質量，減少成本具有現實意義。本技術不僅可用于放線菌發酵濾液，也可用于霉菌或細菌發酵濾液，不僅可用板框過濾濾液，也可用于其它分離設備（如帶式、管式或真空轉鼓式過濾機，各種離心機，重力沉降或斜板沉降等量）分離后的發酵液。
本技術是一種先進又實用的新型技術，但不是不需嚴密策劃，輕而易舉就能用好的技術，必須根據具體物料的性能、特點與要求通過一定的試驗與計算，預先確定下列技術與參數。
⑴助濾方面的技術與參數：
確定助濾劑的品種與規格。
確定是否需要預涂助濾？確定預涂最佳厚度？確定濾餅層助濾劑的最佳用量與投料方式？
⑵精密微孔過濾方面的技術與參數：
確定助濾劑微粒不穿濾的微孔過濾管的毛細孔徑？
測定具有濾餅層助濾的濾餅平均比阻，計算過濾面積，確定精密微孔過濾機的結構型號與規格，確定微孔過濾機底部排渣底蓋的直徑與結構。
過濾發酵濾液，如不作濾餅層助濾，其濾餅的過濾比阻一般為1015（1/m2），甚至達到1016，阻力非常大。如投加0.25～0.5%助濾劑，比阻就可降一個數量級。但如繼續增加助濾劑投加量，一般比阻只能下降10～30%，不可能再降一個數量級，因此投加量不宜太多。
過濾用的助濾劑目前都是一次性使用的易耗品，沒有人考慮回用。用作發酵濾液復濾用，由于所截濾的蛋白質微粒的數量很少，應該研究全部回用或部份回用，但回用前必須經過再生處理，下列幾方法可供試驗。
⑴礦物類助濾劑放在高溫爐內焙燒，將助濾劑中夾雜的蛋白質類物質高溫分解（應防止助濾劑與燃料殘渣混和），經焙燒后的助濾劑基本恢復助濾性能。該方法再生效率高。
⑵植物纖維類助濾劑，放在堿液中浸泡，以去除助濾劑表面部份蛋白質微粒，堿液可用20～30%NaOH，浸泡時間長達幾天，再生效率就比較高（應防止纖維素水解），這方法的再生難以徹底，可部份回用。
助濾劑的再生工作很少有人做過，如助濾劑每年用量大，為了降低成本，該工作還是值得的。不過，應根據企業具體條件，進行一定的再生試驗。并作技術經濟綜合對比后方機科學確定。
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