除菌替代濾芯的應(yīng)用：

不同的膜產(chǎn)品由于材料自身物理化學(xué)性質(zhì)的不同，或者膜孔結(jié)構(gòu)的不同，在使用過(guò)程中各具特點(diǎn)。不同的使用場(chǎng)合，由于所涉及的過(guò)濾對(duì)象不同，具體的要求也有所區(qū)別，因此考慮的問(wèn)題各有側(cè)重。在保證空氣處理絕對(duì)無(wú)菌的前提下，如何滿足使用廠家的要求，膜材料的選擇就顯得至關(guān)重要。關(guān)鍵詞：微濾膜；空氣除菌

    1 前言隨著膜分離技術(shù)的不斷發(fā)展，微濾膜已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生物發(fā)酵工業(yè)的空氣除菌系統(tǒng)中。采用微孔膜、聚四氟乙烯微孔膜等制成了各種過(guò)濾元件，這些膜材料及其過(guò)濾元件已替代傳統(tǒng)的棉花活性炭過(guò)濾器，大規(guī)模應(yīng)用于生物發(fā)酵工業(yè)空氣除菌系統(tǒng)中。不同的膜材料由于它們的材料自身的物理化學(xué)性質(zhì)的不同，或者膜結(jié)構(gòu)的不同，在使用過(guò)程中各有特點(diǎn)。不同的微孔膜對(duì)各種產(chǎn)品的使用要求也不盡相同，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，在不同的工作條件下，如何選擇與其相適應(yīng)的膜材料及過(guò)濾元件，使空氣除菌系統(tǒng)運(yùn)行可靠、長(zhǎng)久、經(jīng)濟(jì)就顯得尤其重要。

     2 空氣除菌過(guò)濾系統(tǒng)及設(shè)計(jì)原則在生物發(fā)酵工藝過(guò)程中，經(jīng)過(guò)除油、除水的壓縮空氣要達(dá)到絕對(duì)無(wú)菌的要求一般須經(jīng)過(guò)粗過(guò)濾、預(yù)過(guò)濾和除菌過(guò)濾三個(gè)過(guò)濾單元來(lái)完成。粗過(guò)濾的作用是濾除較大的顆粒雜質(zhì)，保護(hù)后道過(guò)濾器。預(yù)過(guò)濾的作用是進(jìn)一步濾除細(xì)小的顆粒雜質(zhì)，保護(hù)除菌過(guò)濾器。合適的粗過(guò)濾和預(yù)過(guò)濾最好能濾除細(xì)菌、噬菌體等微生物外的所有雜質(zhì)，使除菌過(guò)濾器達(dá)到最長(zhǎng)的使用壽命，降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。除菌過(guò)濾的目的則要求徹底除菌，以保證空氣能夠達(dá)到絕對(duì)無(wú)菌的要求。一個(gè)優(yōu)良的空氣除菌處理系統(tǒng)必須在達(dá)到絕對(duì)除菌要求的同時(shí)，使系統(tǒng)的操作費(fèi)用最低，以實(shí)現(xiàn)可靠性與經(jīng)濟(jì)性的有機(jī)統(tǒng)一。因此各過(guò)濾單元選用的基本準(zhǔn)則是粗過(guò)濾價(jià)格要便宜，預(yù)過(guò)濾精度要合適，除菌過(guò)濾必須可靠。 粗過(guò)濾的過(guò)濾精度一般為0.5μm，過(guò)濾效率95%左右，預(yù)過(guò)濾的過(guò)濾精度為0.3μm，過(guò)濾效率99%，粗過(guò)濾和預(yù)過(guò)濾一般選用價(jià)格便宜的深層過(guò)濾材料，如玻璃纖維復(fù)合氈等。 除菌過(guò)濾的重點(diǎn)要求是“可靠”，這種“可靠”必須是“必然的”，而不是“可能的”。從使用角度考察，空氣除菌過(guò)濾器應(yīng)具備五個(gè)特點(diǎn)：①高的過(guò)濾精度②大的通氣量③強(qiáng)的疏水性④能耐蒸汽反復(fù)消毒⑤足夠的機(jī)械強(qiáng)度。空氣除菌過(guò)濾器的過(guò)濾精度為0.01μm，過(guò)濾效率大于99.9999%，所用膜一般選用強(qiáng)疏水性、耐高溫膜材料，如聚偏氟乙烯微孔膜，聚四氟乙烯微孔膜等。

     3 各種膜材料及其過(guò)濾元件的特性 3.1 玻璃纖維復(fù)合氈及其折疊式濾芯，璃纖維復(fù)合氈是由一定絲徑的玻璃纖維經(jīng)過(guò)無(wú)紡工藝制成的深層過(guò)濾材料，其過(guò)濾精度和效率取決于絲徑的大小和濾材的厚度。雖然玻璃纖維復(fù)合氈還稱不上膜材料，但用它制造的折疊式空氣預(yù)濾芯HG-ZB在空氣除菌系統(tǒng)中對(duì)除菌過(guò)濾器起著非常重要的保護(hù)作用。玻璃纖維復(fù)合氈濾材氣通量大，容塵量高，阻力小，耐溫高. 3.2聚偏氟乙烯微孔膜特點(diǎn)是濾膜具有天然疏水性，負(fù)靜電性強(qiáng)，抗污染性能好；濾芯耐溫性高，使用溫度≦80℃，可反復(fù)蒸汽消毒滅菌，滅菌溫度125℃±2℃；濾膜的孔隙率為80%左右，通氣量大。3.3 聚四氟乙烯微孔膜（PTFE）及其折疊式濾芯（HG-PTFE）具有耐溫性和優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，無(wú)疑使聚四氟乙烯微孔膜成為空氣除菌過(guò)濾器最理想的過(guò)濾介質(zhì)。聚四氟乙烯微孔膜微孔具有相互貫通的法向幾何交聯(lián)的孔結(jié)構(gòu)，孔隙率很高，最高可達(dá)90%。聚四氟乙烯膜是所有已知膜材料中疏水性最強(qiáng)的，其耐溫性好，可以在142℃蒸汽反復(fù)滅菌情況下，膜孔結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，確保了空氣除菌過(guò)濾器的絕對(duì)可靠。
     4 不同工況條件下微濾膜的應(yīng)用由于各使用廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品不同，具體的要求也有所區(qū)別，因此考慮問(wèn)題的著重點(diǎn)也各有側(cè)重。在保證空氣處理無(wú)菌的前提下，如何滿足使用廠家的要求，膜材料的選擇就顯得至關(guān)重要。 4.1 產(chǎn)品因素在如青霉素、土霉素等抗生素產(chǎn)品的發(fā)酵過(guò)程中，空氣處理系統(tǒng)除油、除水前處理較好的情況下，以上介紹的各種膜材料都可以用于除菌過(guò)濾器，其可靠性依次排列為聚四氟乙烯微孔膜、聚偏氟乙烯微孔膜，價(jià)格依次排列為聚四氟乙烯微孔膜>聚偏氟乙烯微孔膜>.在如蟲草、靈芝等真菌類發(fā)酵過(guò)程中，其發(fā)酵工藝對(duì)空氣系統(tǒng)的無(wú)菌要求很高，因此空氣除菌系統(tǒng)的可靠性是至關(guān)重要的，故濾芯的膜材料宜選用聚四氟乙烯微孔膜或聚偏氟乙烯微孔膜。 4.2 系統(tǒng)、設(shè)備因素有些企業(yè)的設(shè)備比較陳舊，管道為碳鋼，冷卻除水系統(tǒng)效果不夠理想。這就需要加強(qiáng)粗過(guò)濾和預(yù)過(guò)濾，有時(shí)還需要增加一道預(yù)過(guò)濾器。有些廠家選用聚丙烯纖維作為粗過(guò)濾器和預(yù)過(guò)濾器的濾材，在這種工況條件下是不合適的，因?yàn)楣艿乐械蔫F銹顆粒在高流速的空氣作用下，很可能由于聚丙烯纖維過(guò)濾精度的不足而穿透，進(jìn)而將除菌過(guò)濾膜擊穿，造成整個(gè)空氣除菌系統(tǒng)失效。除菌過(guò)濾器宜選用強(qiáng)疏水性的聚四氟乙烯微孔膜或聚偏氟乙烯微孔膜制成的濾芯。當(dāng)然最好的解決辦法是在資金允許的條件下，改進(jìn)前處理系統(tǒng)。 4.3 氣候因素中國(guó)地域廣闊，各個(gè)地區(qū)的氣候條件各不相同，氣候條件對(duì)生物發(fā)酵過(guò)程的影響不可忽視。北方和中、西部地區(qū)，氣候干燥，以上過(guò)濾器都可以選用。南方沿海地區(qū)，常年氣候潮濕，發(fā)酵過(guò)程中空氣系統(tǒng)對(duì)除菌濾膜的疏水性要求較高，宜選用強(qiáng)疏水性的聚四氟乙烯微孔膜或聚偏氟乙烯微孔膜。有些廠家使用表面噴涂疏水高分子材料的玻璃纖維濾材，經(jīng)過(guò)多次蒸汽滅菌消毒后，其表面噴涂的疏水高分子材料脫落，疏水性能降低，在空氣濕度較大的情況下，除菌過(guò)濾的可靠性得不到保證，造成發(fā)酵染菌率上升。 4.4 溫度因素從微濾膜材料的耐溫性來(lái)看，聚四氟乙烯微孔膜>聚偏氟乙烯微孔膜。作為過(guò)濾元件，濾芯的耐溫性還取決于制作濾芯的各種輔材的耐溫性能。濾芯的耐溫性主要體現(xiàn)在耐蒸汽消毒滅菌上，濾芯的膜孔結(jié)構(gòu)以及疏水性不應(yīng)在多次消毒后改變，其耐受性依次為聚四氟乙烯微孔膜>聚偏氟乙烯微孔膜。一般來(lái)說(shuō)，蒸汽滅菌只針對(duì)除菌過(guò)濾器。有些生產(chǎn)廠家在工藝設(shè)計(jì)上要求定期對(duì)整個(gè)空氣系統(tǒng)進(jìn)行滅菌，可以在粗過(guò)濾器和預(yù)過(guò)濾器中使用涂覆氟聚合物改進(jìn)的疏水性玻纖濾材，這樣就可以保證在線對(duì)整個(gè)空氣系統(tǒng)進(jìn)行蒸汽滅菌時(shí)，各級(jí)過(guò)濾器的性能指標(biāo)不受影響。對(duì)除菌過(guò)濾器進(jìn)行滅菌消毒用的蒸汽也必須進(jìn)行過(guò)濾。蒸汽過(guò)濾器濾芯可選用聚四氟乙烯燒結(jié)膜。有些廠家使用過(guò)熱蒸汽進(jìn)行滅菌，過(guò)熱蒸汽的溫度與壓力不成對(duì)應(yīng)關(guān)系，如果僅控制蒸汽壓力，往往造成或溫度太低滅菌不徹底，或溫度過(guò)高濾芯損壞。建議使用過(guò)熱蒸汽滅菌的廠家，在除菌過(guò)濾器蒸汽進(jìn)口前加裝溫度表。 4.5 其他因素人為操作不當(dāng)，也是造成除菌效果不好或者濾芯損壞的原因。有些廠家由于前處理冷卻除水效果不好，而采用升高溫度以降低相對(duì)濕度的做法，這種做法雖然暫時(shí)解決部分問(wèn)題，但是往往得不償失，既增加了能耗，又大大縮短了濾芯的使用壽命，與使用膜過(guò)濾器的初衷相違背。廠家應(yīng)從根本上改善前處理系統(tǒng)，并考慮使用疏水性強(qiáng)的聚偏氟乙烯微孔膜或聚四氟乙烯微孔膜濾芯。

    5 結(jié)論本文對(duì)除菌替代濾芯的特性作了簡(jiǎn)單介紹，對(duì)空氣除菌微濾膜在空氣除菌系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析，對(duì)如何選擇膜材料及濾芯提出了建議。用戶在選擇微孔膜過(guò)濾器時(shí)，應(yīng)盡量與生產(chǎn)廠家商議，以達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行的可靠和經(jīng)濟(jì)。我們期待廣大用戶能夠很好地使用膜產(chǎn)品，取得更好的經(jīng)濟(jì)效益。