除菌替代濾芯的應用：

不同的膜產品由于材料自身物理化學性質的不同，或者膜孔結構的不同，在使用過程中各具特點。不同的使用場合，由于所涉及的過濾對象不同，具體的要求也有所區別，因此考慮的問題各有側重。在保證空氣處理絕對無菌的前提下，如何滿足使用廠家的要求，膜材料的選擇就顯得至關重要。關鍵詞：微濾膜；空氣除菌

    1 前言隨著膜分離技術的不斷發展，微濾膜已經廣泛應用于生物發酵工業的空氣除菌系統中。采用微孔膜、聚四氟乙烯微孔膜等制成了各種過濾元件，這些膜材料及其過濾元件已替代傳統的棉花活性炭過濾器，大規模應用于生物發酵工業空氣除菌系統中。不同的膜材料由于它們的材料自身的物理化學性質的不同，或者膜結構的不同，在使用過程中各有特點。不同的微孔膜對各種產品的使用要求也不盡相同，隨著應用領域的不斷擴展，在不同的工作條件下，如何選擇與其相適應的膜材料及過濾元件，使空氣除菌系統運行可靠、長久、經濟就顯得尤其重要。

     2 空氣除菌過濾系統及設計原則在生物發酵工藝過程中，經過除油、除水的壓縮空氣要達到絕對無菌的要求一般須經過粗過濾、預過濾和除菌過濾三個過濾單元來完成。粗過濾的作用是濾除較大的顆粒雜質，保護后道過濾器。預過濾的作用是進一步濾除細小的顆粒雜質，保護除菌過濾器。合適的粗過濾和預過濾最好能濾除細菌、噬菌體等微生物外的所有雜質，使除菌過濾器達到最長的使用壽命，降低系統的運行費用。除菌過濾的目的則要求徹底除菌，以保證空氣能夠達到絕對無菌的要求。一個優良的空氣除菌處理系統必須在達到絕對除菌要求的同時，使系統的操作費用最低，以實現可靠性與經濟性的有機統一。因此各過濾單元選用的基本準則是粗過濾價格要便宜，預過濾精度要合適，除菌過濾必須可靠。 粗過濾的過濾精度一般為0.5μm，過濾效率95%左右，預過濾的過濾精度為0.3μm，過濾效率99%，粗過濾和預過濾一般選用價格便宜的深層過濾材料，如玻璃纖維復合氈等。 除菌過濾的重點要求是“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，空氣除菌過濾器應具備五個特點：①高的過濾精度②大的通氣量③強的疏水性④能耐蒸汽反復消毒⑤足夠的機械強度。空氣除菌過濾器的過濾精度為0.01μm，過濾效率大于99.9999%，所用膜一般選用強疏水性、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 各種膜材料及其過濾元件的特性 3.1 玻璃纖維復合氈及其折疊式濾芯，璃纖維復合氈是由一定絲徑的玻璃纖維經過無紡工藝制成的深層過濾材料，其過濾精度和效率取決于絲徑的大小和濾材的厚度。雖然玻璃纖維復合氈還稱不上膜材料，但用它制造的折疊式空氣預濾芯HG-ZB在空氣除菌系統中對除菌過濾器起著非常重要的保護作用。玻璃纖維復合氈濾材氣通量大，容塵量高，阻力小，耐溫高. 3.2聚偏氟乙烯微孔膜特點是濾膜具有天然疏水性，負靜電性強，抗污染性能好；濾芯耐溫性高，使用溫度≦80℃，可反復蒸汽消毒滅菌，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）具有耐溫性和優良的化學穩定性，無疑使聚四氟乙烯微孔膜成為空氣除菌過濾器最理想的過濾介質。聚四氟乙烯微孔膜微孔具有相互貫通的法向幾何交聯的孔結構，孔隙率很高，最高可達90%。聚四氟乙烯膜是所有已知膜材料中疏水性最強的，其耐溫性好，可以在142℃蒸汽反復滅菌情況下，膜孔結構保持穩定，確保了空氣除菌過濾器的絕對可靠。
     4 不同工況條件下微濾膜的應用由于各使用廠家生產的產品不同，具體的要求也有所區別，因此考慮問題的著重點也各有側重。在保證空氣處理無菌的前提下，如何滿足使用廠家的要求，膜材料的選擇就顯得至關重要。 4.1 產品因素在如青霉素、土霉素等抗生素產品的發酵過程中，空氣處理系統除油、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、靈芝等真菌類發酵過程中，其發酵工藝對空氣系統的無菌要求很高，因此空氣除菌系統的可靠性是至關重要的，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、設備因素有些企業的設備比較陳舊，管道為碳鋼，冷卻除水系統效果不夠理想。這就需要加強粗過濾和預過濾，有時還需要增加一道預過濾器。有些廠家選用聚丙烯纖維作為粗過濾器和預過濾器的濾材，在這種工況條件下是不合適的，因為管道中的鐵銹顆粒在高流速的空氣作用下，很可能由于聚丙烯纖維過濾精度的不足而穿透，進而將除菌過濾膜擊穿，造成整個空氣除菌系統失效。除菌過濾器宜選用強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。當然最好的解決辦法是在資金允許的條件下，改進前處理系統。 4.3 氣候因素中國地域廣闊，各個地區的氣候條件各不相同，氣候條件對生物發酵過程的影響不可忽視。北方和中、西部地區，氣候干燥，以上過濾器都可以選用。南方沿海地區，常年氣候潮濕，發酵過程中空氣系統對除菌濾膜的疏水性要求較高，宜選用強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，經過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，除菌過濾的可靠性得不到保證，造成發酵染菌率上升。 4.4 溫度因素從微濾膜材料的耐溫性來看，聚四氟乙烯微孔膜>聚偏氟乙烯微孔膜。作為過濾元件，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在耐蒸汽消毒滅菌上，濾芯的膜孔結構以及疏水性不應在多次消毒后改變，其耐受性依次為聚四氟乙烯微孔膜>聚偏氟乙烯微孔膜。一般來說，蒸汽滅菌只針對除菌過濾器。有些生產廠家在工藝設計上要求定期對整個空氣系統進行滅菌，可以在粗過濾器和預過濾器中使用涂覆氟聚合物改進的疏水性玻纖濾材，這樣就可以保證在線對整個空氣系統進行蒸汽滅菌時，各級過濾器的性能指標不受影響。對除菌過濾器進行滅菌消毒用的蒸汽也必須進行過濾。蒸汽過濾器濾芯可選用聚四氟乙烯燒結膜。有些廠家使用過熱蒸汽進行滅菌，過熱蒸汽的溫度與壓力不成對應關系，如果僅控制蒸汽壓力，往往造成或溫度太低滅菌不徹底，或溫度過高濾芯損壞。建議使用過熱蒸汽滅菌的廠家，在除菌過濾器蒸汽進口前加裝溫度表。 4.5 其他因素人為操作不當，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濕度的做法，這種做法雖然暫時解決部分問題，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，與使用膜過濾器的初衷相違背。廠家應從根本上改善前處理系統，并考慮使用疏水性強的聚偏氟乙烯微孔膜或聚四氟乙烯微孔膜濾芯。

    5 結論本文對除菌替代濾芯的特性作了簡單介紹，對空氣除菌微濾膜在空氣除菌系統應用過程中出現的問題進行了分析，對如何選擇膜材料及濾芯提出了建議。用戶在選擇微孔膜過濾器時，應盡量與生產廠家商議，以達到系統運行的可靠和經濟。我們期待廣大用戶能夠很好地使用膜產品，取得更好的經濟效益。