【摘 要】生物发酵液虽经过滤，滤液中还会残留或重新析出少量蛋白质等的微粒。滤液澄明度不高会影响下游净化装置（如离子交换、纳滤，结晶及萃取等）的效率与产品质量。本文介绍的“助滤+刚性高分子精密微孔过滤”的新技术可明显提高滤液的澄明度。文中简述这些技术的特点及应用方法。
【关键词】精密微孔过滤，预涂助滤，滤饼层助滤，澄明度
当前，工业生产上的生物发酵液绝大多数需要过滤等分离方法，以去除原液中的残渣与菌丝体，得到澄清透明的滤液后再进入下游处理（如离子交换、纳滤、结晶及萃取等），滤液的澄明度会明显影响这些后续装置的操作效率，影响这些装置中分离介质的寿命与成本，也影响产品的质量。
国际上工业发达国家的发酵液多数采用“硅藻土预涂+微调刮刀的真空转鼓过滤机”，少数采用“蝶片或超速离心机”。经过这些技术分离出的发酵液，其澄明度均比较高。除非分离后还有一些蛋白质类异物析出，一般不需再作滤液复滤。但由于这些分离装置价格昂贵，国内的发酵企业使用很少，绝大多数企业采用手动板框压滤机，该机结构与操作简单，投资省。很适宜国内当前技术，经济与管理水平，不少先进的手动板框压滤机还有皮膜挤压装置，滤饼的干度较干，操作的能耗很省。但是绝大多数板框压滤机采用孔径较粗的滤布，过滤起动阶段细小固体微粒往往穿滤，加上板框压滤机的框板边缘容易漏液，滤液中总含有少量微粒，有些厂虽采用复滤方法，但许多厂仍只简单用同类的板框压滤机作复滤，有的用简易的深层过滤方法。这些方法都难以明显地提高滤液澄明度，这是由于通过滤布穿漏过去的微粒均是粒度相当细的固形物，多数是菌丝类粘性微粒，虽然数量很少，过滤难度却很大，欲把这些微粒完全截滤，必须采用毛细孔径很小的过滤介质；由于微粒粘性大，又易变形，这些微粒很容易将过滤介质的毛细孔完全堵塞，过滤阻力增加非常快。被堵塞的过滤介质再生很困难。如何能高效率去除发酵滤液中少量蛋白质类等固形粘性杂质，又能使滤速下降不快，过滤介质的再生又比较简易，投资费又不高，这是当前我国许多生物发酵企业需要尽快解决的一项课题。
作者经过二十多年不断开发，逐渐形成的“助滤+精密微孔过滤”的过滤技术已用在不少含蛋白质类粘性很大的固形物的液体精密过滤，也用于某些发酵滤液的提高澄明度的复滤。最长应用历史已达十年，最大规模已达每日过滤100m 3。
本技术的核心是刚性高分子精密微孔过滤技术。
1、刚性高分子精密微孔过滤技术的概况与特点：
1.1 概况
刚性高分子精密微孔过滤技术的硬件由刚性高分子精密微孔过滤管，精密微孔过滤机与辅助装置三部份组成。
1.1.1刚性高分子精密微孔过滤管：由高分子粉体通过烧结工艺成型，其外径为20～100毫米，长度为0.5～1.5米。其毛细孔平均孔径为5～20微米，过滤精度为0.3～1微米，耐温80～100℃，耐酸、碱与大部份有机溶剂。
1.1.2 精密微孔过滤机：一般为立式园柱形壳体，内垂直平行安装一定数量的刚性高分子微孔过滤管，其底部为能卸除干滤饼的大直径排渣底盖，该底盖的启闭均由气缸操作。这类过滤机可实行全自控操作。
1.1.3 辅助装置：一台或多台精密微孔过滤机需备一套辅助装置。它包括料液输送装置，气源（小型空压机与贮气罐等），主要用作滤饼脱水，反吹卸除滤饼与微孔过滤管的再生等用途。物料的过滤性能与过滤要求不同，辅助装置不完全相同。
1.2 特点：
1.2.1 过滤效率高：对0.3微米的微粒，过滤效率可达99.9%以上，滤液清彻透明；
1.2.2 卸滤饼方便：利用压缩气体快速反吹法可将微孔过滤管外表面所堆积起的一定厚度的滤饼快速推开，利用自重落到过滤机底部，穿过卸渣底盖，排到过滤机外面。这种方法卸除滤饼效率高，不需繁重体力劳动；
1.2.3 再生效率高：采用“水+压缩气体”快速反吹法可对微孔过滤管进行物理再生，使之基本恢复过滤性能，再生效率高，操作简单。
1.2.4 借助一定助滤技术，可维持较高滤速：对发酵液中少量既细又粘的蛋白质类微粒，借助一定助滤技术，可使精密微孔过滤在得到澄明度很高的滤液的条件下，又能维持较高的滤速。
2、助滤技术：
对含粘性又易变形微粒的发酵液，只有过滤方法才能获得很高的滤液收得率，如果采用重力沉降或碟片式超速离心机等比重差分离法，滤液的收得率均不高。但是，如前面已叙述，这类物料的过滤法有一致命伤，即形成的滤饼层其比阻非常大，在过滤介质表面薄薄一层滤饼，就使其后的过滤速度非常小，难以继续过滤。借助助滤技术，可避免这一缺陷。
助滤技术包括助滤剂与助滤方法两部份。
2.1助滤剂：
助滤剂是粉末状物体，必须具备如下特性才能作助滤剂：
⑴无粘性，粉体颗粒与粉体颗粒之间，粉体颗粒与过滤介质，均应无粘性；
⑵颗粒应具有一定刚性，在过滤压差的挤压应力作用下，颗粒应无压缩性。
⑶颗粒内部应具有多孔性，而且孔隙就是开孔而不是闭孔。
上述三点是必备的基本特性。如果助滤剂粉体表面带有正电荷或表面带更细小的绒毛，其助滤性能更理想。
目前工业生产广泛使用的助滤剂有两大类：
⑴矿物类：主要有硅藻土、珍珠岩等；
⑵天然纤维类：主要有α纤维素。
除了这两大类，其他具备上述三特性的粉末也可作助滤剂，如粉末活性碳、石棉粉、滑石粉等，但由于价格较贵，粉末颗粒偏细，或粉体有致癌性等原因，这些粉末作助滤剂应用很少。
2.2 助滤方法：
工业生产上广泛应用的助滤剂方法有薄层预涂助滤，厚层预涂与过滤面周期更新助滤及滤饼层助滤三种。
2.2.1薄层预涂助滤：在过滤介质表面预先过滤形成一层1至2毫米的助滤剂称之为“薄层预涂助滤”，其主要功能是防止粘性微粒直接粘附在过滤介质表面。使之卸除滤饼与反吹再生能高效快速，其次能适当提高平均滤速。
薄层预涂助滤仅适用于间隙过滤。
2.2.2厚层预涂与过滤面周期更新的助滤：
预先在过滤介质表面预涂相当厚度（50～200毫米）的助滤剂，每过滤一个周期，在助滤剂表面形成的很薄的粘性滤饼后，立即将该滤饼连同与滤饼直接接触的极薄助滤剂层一起刮除，使助滤剂表面成为无滤渣的新鲜助滤剂，继续进行下一周期的过滤，如此每过滤一周期就刮除一层，直至残余助滤剂基本全部刮光，重新预涂。
这种助滤方法仅适宜连续过滤，如“硅藻土预涂+微调刮刀的连续真空回转过滤机”就属于这种技术。
2.2.3滤饼层助滤：在已形成的滤饼层内能均匀混有助滤剂粉体，使助滤剂能互相接触，形成网格结构，利用助滤剂的刚性将本来可压缩性的滤饼转化为不可压缩滤饼，使本来比阻很大的滤饼层转化为比阻较小的滤饼，使过滤可维持较长时间，可形成较厚的滤饼。
滤饼层助滤亦称本体助滤，它既适宜间隙过滤，亦适宜连续过滤。
3.“助滤+精密微孔过滤”过滤发酵滤液：
“助滤+精密微孔过滤”已成功用于某些生物发酵液与某些酶处理液等难滤液体的过滤，也成功用于发酵滤液去除残留的蛋白质类微粒提高滤液澄明度的精密复滤。由于国内绝大部分生物发酵企业已作用手动板框压滤机，提高这些企业的滤液澄明度，以提高后处理装置的效率与产品质量，减少成本具有现实意义。本技术不仅可用于放线菌发酵滤液，也可用于霉菌或细菌发酵滤液，不仅可用板框过滤滤液，也可用于其它分离设备（如带式、管式或真空转鼓式过滤机，各种离心机，重力沉降或斜板沉降等量）分离后的发酵液。
本技术是一种先进又实用的新型技术，但不是不需严密策划，轻而易举就能用好的技术，必须根据具体物料的性能、特点与要求通过一定的试验与计算，预先确定下列技术与参数。
⑴助滤方面的技术与参数：
确定助滤剂的品种与规格。
确定是否需要预涂助滤？确定预涂最佳厚度？确定滤饼层助滤剂的最佳用量与投料方式？
⑵精密微孔过滤方面的技术与参数：
确定助滤剂微粒不穿滤的微孔过滤管的毛细孔径？
测定具有滤饼层助滤的滤饼平均比阻，计算过滤面积，确定精密微孔过滤机的结构型号与规格，确定微孔过滤机底部排渣底盖的直径与结构。
过滤发酵滤液，如不作滤饼层助滤，其滤饼的过滤比阻一般为1015（1/m2），甚至达到1016，阻力非常大。如投加0.25～0.5%助滤剂，比阻就可降一个数量级。但如继续增加助滤剂投加量，一般比阻只能下降10～30%，不可能再降一个数量级，因此投加量不宜太多。
过滤用的助滤剂目前都是一次性使用的易耗品，没有人考虑回用。用作发酵滤液复滤用，由于所截滤的蛋白质微粒的数量很少，应该研究全部回用或部份回用，但回用前必须经过再生处理，下列几方法可供试验。
⑴矿物类助滤剂放在高温炉内焙烧，将助滤剂中夹杂的蛋白质类物质高温分解（应防止助滤剂与燃料残渣混和），经焙烧后的助滤剂基本恢复助滤性能。该方法再生效率高。
⑵植物纤维类助滤剂，放在碱液中浸泡，以去除助滤剂表面部份蛋白质微粒，碱液可用20～30%NaOH，浸泡时间长达几天，再生效率就比较高（应防止纤维素水解），这方法的再生难以彻底，可部份回用。
助滤剂的再生工作很少有人做过，如助滤剂每年用量大，为了降低成本，该工作还是值得的。不过，应根据企业具体条件，进行一定的再生试验。并作技术经济综合对比后方机科学确定。
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