紅霉素發(fā)酵液過(guò)濾工藝設(shè)備

裴立忠，張 鵬

（寧夏泰益欣生物科技有限公司，寧夏銀川 750205）

紅霉素發(fā)酵液分離的設(shè)備，傳統(tǒng)上用的是板框壓濾機(jī)，西安利君及其它一些生產(chǎn)規(guī)模小的企業(yè)還在用，2004 年以后，微濾膜過(guò)濾設(shè)備在一些新上企業(yè)得到采用，如東陽(yáng)光采用陶瓷膜，寧夏啟元藥業(yè)有限公司采用金屬膜。兩種設(shè)備工藝使用情況，現(xiàn)比較如下。

1 工藝比較

1.1 板框過(guò)濾工藝

板框過(guò)濾設(shè)備，濾材使用的是濾布，要求先對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行絮凝處理，以便形成較大顆粒，在板框上形成較好濾餅，以利發(fā)酵液過(guò)濾過(guò)程中，細(xì)小物質(zhì)攔截在濾餅上，不堵塞濾布毛孔，進(jìn)行良好固液分離，稠料發(fā)酵工藝適合板框過(guò)濾。

紅霉素發(fā)酵液通常需要加入4.5 %（即T 發(fā)酵液需加入45 kg 硫酸鋅）以進(jìn)行蛋白沉淀絮凝[1]，由于，硫酸鋅是強(qiáng)酸弱堿鹽，在絮凝過(guò)濾中，必須同時(shí)加入液堿，以防紅霉素酸性水解破壞。因此，在紅霉素發(fā)酵液凝絮處理過(guò)程中，操作不當(dāng)，有可能會(huì)造成部分紅霉素效價(jià)損失，收率會(huì)減少。

通常，進(jìn)行板框過(guò)濾前，進(jìn)行濾紙小試，檢查濾速及濾液是否澄清，如果處理后的發(fā)酵液濾速未增加或?yàn)V液混濁，則板框進(jìn)度和收率會(huì)有風(fēng)險(xiǎn)，需要在板框上預(yù)輔硅澡土，在濾布上人為形成一層濾餅?zāi)?，以防?xì)小物質(zhì)堵塞濾布毛孔，或在預(yù)處理后的發(fā)酵液中，加入大量的硅澡土（與發(fā)酵液固含物質(zhì)量相當(dāng)），以改善料液性狀，有利濾餅形成。紅霉素發(fā)酵液濾速差時(shí)，進(jìn)板框過(guò)濾前，進(jìn)行加熱處理，對(duì)提高濾速可能會(huì)有所改進(jìn)。

紅霉素發(fā)酵染菌，尤其染短小桿菌，或者發(fā)酵異常，菌絲自溶情況下，有大量細(xì)小物質(zhì)，若采用硫酸鋅絮凝效果比較差，加硅澡土效果也很難奏效，進(jìn)板框過(guò)濾有可能顆粒無(wú)收。

一般板框過(guò)濾工藝，需經(jīng)過(guò)進(jìn)料、常水頂洗、吹風(fēng)過(guò)程，以便將紅霉素效價(jià)頂出，以保證收率。進(jìn)料過(guò)程時(shí)間較短，常水頂洗過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)。板框進(jìn)料量掌握不準(zhǔn)，會(huì)使濾餅形成不均，或進(jìn)料太瓷實(shí)，頂洗會(huì)走短路，形成“大白嘴”，不能將濾餅中紅霉素效價(jià)有效頂出，嚴(yán)重影響紅霉素收率。由于進(jìn)料、頂洗分步進(jìn)行，濾出液效價(jià)會(huì)有較大差別，需配置不同罐存放，在給下工序交料時(shí)，需搭配體積，以利下工序工藝控制。除紅霉素存在菌絲胞外，如果發(fā)酵不染菌，形成濾餅好，采用隔膜板框，可以減少普通板框的一些缺陷。

板框進(jìn)料臺(tái)數(shù)，通常取決于發(fā)酵液體積及固含量，進(jìn)料過(guò)多過(guò)少嚴(yán)重影響板框過(guò)濾收率，以及生產(chǎn)進(jìn)度。多罐進(jìn)料時(shí)，需要考慮進(jìn)料、頂洗、拆洗時(shí)間，如果前次物料不好，嚴(yán)重影響下批次物料進(jìn)度控制。

1.2 陶瓷膜過(guò)濾工藝

陶膜過(guò)濾需要配置大功率循環(huán)泵（165 kW 左右），在較高壓力下，使發(fā)酵液透過(guò)微濾膜，進(jìn)行固液分離。要求發(fā)酵液中不得有機(jī)械強(qiáng)度大顆粒物質(zhì)，不得有硅油類物質(zhì)，避免傷害濾芯，稀料發(fā)酵工藝適合膜過(guò)濾工藝。

陶膜工藝設(shè)計(jì)上，配置寬通道膜芯以利較大進(jìn)料通量，保證生產(chǎn)進(jìn)度，配置窄通道膜芯以利濃縮倍數(shù)提高，陶瓷膜工藝中，進(jìn)料和頂洗（透析）同時(shí)進(jìn)行，頂洗時(shí)要求去離子水或硬度較小的水質(zhì)（尤其不能含有砂砬類物質(zhì)），采用自控方式，濃縮比及透析比事先設(shè)定好，因此，陶膜濾出液效價(jià)能穩(wěn)定在2 800 μ/mL 左右，不需另配置不同效價(jià)貯存罐。隨著物料在膜面上形成濃度極化，形成膜污染，影響膜進(jìn)料量（膜通量），陶膜工藝設(shè)計(jì)上，采用在線清洗方式，可將跨膜壓差增大顯著的膜組切出，不進(jìn)料而進(jìn)行清洗，其它膜組繼續(xù)進(jìn)料，保證連續(xù)進(jìn)料，確保生產(chǎn)進(jìn)度。膜清洗包括熱水沖洗、堿洗、酸洗，根據(jù)膜污染情況，確定清洗方式，堿洗和酸洗有濃度在線監(jiān)測(cè)，低于堿（酸）清洗濃度后，系統(tǒng)自控補(bǔ)加堿（酸）量，因此，清洗過(guò)程水量，酸、堿量都能集約化控制。

陶瓷膜過(guò)濾進(jìn)料量，通常取決于過(guò)濾面積以及料液質(zhì)量，采用轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)進(jìn)料、在線清洗工藝，多罐次進(jìn)料不需要停歇，保證24 小時(shí)處理完一天批次料。

2 運(yùn)行過(guò)程經(jīng)濟(jì)效益比較

（1）一般板框過(guò)濾收率在88 %左右，而膜過(guò)濾收率在93 %左右，對(duì)于一條年產(chǎn)1 000 t 硫氰酸紅霉素生產(chǎn)線，日出成品3 000 kg，則板框工藝至少會(huì)有150 kg損失，按硫氰酸紅霉素近年平均價(jià)300 元/千克，板框工藝比膜工藝將損失4.5 萬(wàn)元/日，年損失1 485 萬(wàn)元（年生產(chǎn)天數(shù)330 天）。

（2）板框過(guò)濾工藝需要加入硫酸鋅進(jìn)行絮凝，按照單罐體積145 m3，日放三罐，需加入硫酸鋅在19.6 t（145×45×3＝19.6 t），至少增加7.06 萬(wàn)元/天（19.6×3 600 元/噸＝7.06萬(wàn)元）。同時(shí)，為防止酸性條件下對(duì)紅霉素降解有影響，液堿量也比膜過(guò)濾加量大。采用板框過(guò)濾工藝年原材料增加費(fèi)用2 330 萬(wàn)元（年生產(chǎn)天數(shù)330 天）。而膜過(guò)濾預(yù)處理工藝不用硫酸鋅。

（3）陶膜過(guò)濾濾芯使用壽命一般為4 年，現(xiàn)一條生產(chǎn)線膜組58 個(gè)（其中，38 組窄通道，20 組寬通道），每組價(jià)值16.4 萬(wàn)元/組，58 組膜芯總價(jià)值951.2 萬(wàn)元，每年淘汰更換價(jià)237.8 萬(wàn)元。

板框的濾布是耗材，主要是細(xì)布如8386 型號(hào)，按一條生產(chǎn)線配置16 臺(tái)500 m2板框，板1.6×1.6 m，數(shù)量130 個(gè)板/臺(tái)板框，濾布總數(shù)7 280 m（幅寬1.6 m），按每月殘破耗用量10 %計(jì)算，年耗用量約8 736 m，價(jià)值10.5 萬(wàn)元左右。

（4）陶膜用電功率較大，年耗電456 萬(wàn)元（165 千瓦/臺(tái)×8 臺(tái)×24 小時(shí)×330 天×0.40 元/千瓦時(shí)＝418 萬(wàn)元/年），在此僅統(tǒng)計(jì)循環(huán)泵用電，其余忽略。板框無(wú)循環(huán)泵，電費(fèi)忽略。

（5）陶膜清洗必須使用去離子水，透析也需要較好水質(zhì)，一條生產(chǎn)線按每天用量1 000 t，去離子水單價(jià)2元/噸，則年費(fèi)用72 萬(wàn)元（1 000 噸/天×330 天×2 元/噸＝66 萬(wàn)元），板框過(guò)濾工藝需用水頂洗和板框沖洗，考慮套用中水，水質(zhì)要求不高，水費(fèi)用忽略不計(jì)。

（6）人工費(fèi)用比較。板框過(guò)濾工藝除配置工藝值班人員外，還需另配拆裝板框人員，按現(xiàn)行板框配置18人，一天拆3 次板框，人均工資160 元/天，則拆裝板框年人工費(fèi)用103.7 萬(wàn)元（18 人×160 元/天×330 天＝95 萬(wàn)元），膜過(guò)濾不需配置工藝值班以外人員。

（7）設(shè)備折舊，陶膜折舊360 萬(wàn)/年，板框比較少，在此忽略不計(jì)。

綜合以上，陶膜年費(fèi)用1 082 萬(wàn)元（237.8+418+66+360＝1 082），板框年費(fèi)用3 920.5 萬(wàn)元（1 485+2 330+10.5+95＝3 920.5），在此包含板框過(guò)濾工藝收率比較陶膜過(guò)濾少5 %點(diǎn)的損失1 485 萬(wàn)元，兩者相比，板框過(guò)濾工藝比陶膜過(guò)濾工藝多出費(fèi)用2 838.5 萬(wàn)/年，一條生產(chǎn)線。因此，板框過(guò)濾工藝運(yùn)行非常不經(jīng)濟(jì)。

3 環(huán)保影響比較

板框過(guò)濾工藝產(chǎn)生菌渣，含有大量硫酸鋅，硫酸鋅有毒，含有硫酸鋅的菌渣，露天放置時(shí)，雨水會(huì)溶解部分硫酸鋅滲入地下，對(duì)地下水體安全存在嚴(yán)重威脅。菌渣中進(jìn)行硫酸鋅回收，一般要進(jìn)行焚燒，采用硫酸溶解，對(duì)設(shè)備、環(huán)境影響非常大。因此，含有大量硫酸鋅菌渣，是環(huán)保處理難題。

膜過(guò)濾工藝中，菌渣得到極大破碎，膜排出的液體含有破碎的菌渣，稱為濃縮液，其中含固量8 %以下，固體不成形，漂浮在液面上，SS 高又難收集，不能直接進(jìn)環(huán)保車間進(jìn)行生化處理。2008 年《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》將抗生素渣定為危險(xiǎn)廢物，不得用于飼料，在此，不考慮制作飼料的工藝方法。環(huán)保處理方法有[2]：（1）由于濃縮液營(yíng)養(yǎng)物豐富，無(wú)毒性，噴霧制粒，制成有機(jī)肥，但由于加熱過(guò)程排放廢氣，難以回收處理，成為環(huán)保公害，難形成生產(chǎn)效益；（2）對(duì)濃縮液絮凝處理，得到的固體物進(jìn)行焚燒，本方案需增加原材料費(fèi)用；（3）以一定比例直接與煤粉混摻焚燒，濃縮液水份高，燃燒費(fèi)用高，堆集時(shí)間長(zhǎng)易腐敗變臭，影響環(huán)境；（4）利用厭氧消化技術(shù)，回收沼氣，制備沼肥，技術(shù)還未成熟，前景可以展望。因此，陶膜的廢固，在環(huán)保處理工藝上，有較多選擇性，但沒(méi)有一條最合適的方法，還需要不斷探索。

總之，微濾設(shè)備自動(dòng)化良好控制，穩(wěn)定較好的收率，較少的原材料用量，在工藝和成本上，有較大的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行紅霉素發(fā)酵液過(guò)濾設(shè)備選型時(shí)，可優(yōu)先進(jìn)行考慮。不過(guò)，微濾設(shè)備在一次投資上遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于板框設(shè)備，進(jìn)行投資預(yù)算時(shí)，應(yīng)進(jìn)行充分的考慮。

［1］ 俞文和.抗生素工藝學(xué)［M］.遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1988.

［2］ 李再興. 抗生素菌渣處理處置技術(shù)進(jìn)展［J］. 環(huán)境工程，2012，30（2）：72-75.