超濾技術(shù)及其在工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護中的應(yīng)用研究

趙云霄

摘 要：膜技術(shù)作為一項高新技術(shù)，在發(fā)達國家已廣泛應(yīng)用于制藥、生化、乳品、食品飲料、化工和環(huán)保領(lǐng)域。國內(nèi)超濾膜的應(yīng)用開發(fā)方面已取得一定成果，但還有相當大的潛力。本文介紹了上海應(yīng)用物理研究所在膜技術(shù)應(yīng)用方面開展的一些工作及其在工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護中的應(yīng)用情況，以期為超濾技術(shù)在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用提供一些參考。

關(guān)鍵詞：超濾技術(shù)；制藥；生化；食品；環(huán)境保護

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A

膜技術(shù)作為一項高新技術(shù)，在發(fā)達國家已廣泛應(yīng)用于制藥、生化、乳品、食品飲料、化工和環(huán)保領(lǐng)域。國內(nèi)在膜的應(yīng)用開發(fā)方面做了一些工作，但還有相當大的潛力。其中超濾的技術(shù)原理近似于機械篩分。當溶液體系經(jīng)由水泵進入超濾器時，在超濾膜表面發(fā)生分離，溶劑和其他小分子量溶質(zhì)透過濾膜，而大分子溶質(zhì)和微粒（蛋白質(zhì)、細菌、膠體等）被濾膜阻留并得到富集，從而達到分離、提純和濃縮產(chǎn)品的目的。

選擇超濾器應(yīng)根據(jù)具體的分離目的、要求及其他條件，慎重選擇，選擇得當會達到事半功倍的效果，但如果選擇不當則事倍功半，甚至對超濾技術(shù)失去信心。由于目前國內(nèi)、外對于超濾膜性能表征尚無統(tǒng)一的測試標準，因此標定為同一切割分子量的超濾膜，不同廠家的產(chǎn)品實際性能可能會有較大的差異，用戶要選擇到理想的超濾膜，比較明智的選擇是到生產(chǎn)廠家進行膜的篩選實驗。此外，膜企業(yè)還應(yīng)向用戶提供濾膜切割分子量的標定方法及采用的標準物質(zhì)，膜的材質(zhì)等信息，同時提供選型試驗服務(wù)。這些服務(wù)主要有膜的選擇，包括膜切割分子量的選擇和膜材質(zhì)的選擇，膜超濾工藝，包括運行方式、運行壓力、運行溫度、膜表面流速以及膜設(shè)備組器方式等。

本文就上海應(yīng)用物理研究所在膜技術(shù)應(yīng)用方面開展的一些工作及其在工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護中的應(yīng)用情況，以期為超濾技術(shù)在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用提供一些參考。

1.在制藥工業(yè)中的應(yīng)用

研究表明注射劑在制造過程中加入活性炭不能完全吸附熱使用切向流超濾系統(tǒng)去除熱原效果更優(yōu)。在黃芪注射液生產(chǎn)中，通常采用活性炭吸附的方法去除熱原，但采用這種方法，黃芪的損失比較大，上海應(yīng)用物理研究所同二家制藥企業(yè)合作，采用超濾技術(shù)去除黃芪注射液的熱原，取得了較好的結(jié)果。將超濾技術(shù)用于卵磷脂的除熱源在上海有關(guān)廠家已有多年的使用歷史。氨基酸的除熱原是上海應(yīng)用物理研究所又一成功的應(yīng)用項目，處理規(guī)模1t/h。經(jīng)超濾處理，氨基酸溶液的透光度從50%～60%提高到100%。有效成分沒有變化，經(jīng)上海市藥品檢驗所檢定過濾液熱原均呈陰性。

2.在生化、發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用

生化產(chǎn)品一般都是具有生物活性的物質(zhì)，其主要來源包括動物血液、動物臟器及植物等。在生化產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，需要對提取物質(zhì)進行純化或濃縮，提取物的分離、純化直接關(guān)系到產(chǎn)品的性能和經(jīng)濟性。傳統(tǒng)的方法是采用大吸附樹脂離子樹脂、醇沉等純化，采用薄膜蒸發(fā)等進行濃縮。這些方法有些使用繁雜，有些能耗高，化學試劑消耗量大。使用超濾可以代替吸附樹脂，除去大分子蛋白等雜質(zhì)，因此在這一領(lǐng)域已普遍采用膜分離技術(shù)進行純化、濃縮等。

2.1 膜分離技術(shù)在生化產(chǎn)品中應(yīng)用呈現(xiàn)的特點：

（1）在分離濃縮時不加熱，同時在閉合回路中運轉(zhuǎn)時減少了空氣中氧的影響，而熱和氧對生化產(chǎn)品的活性影響很大。

（2）超濾過程只是簡單地加壓反復(fù)輸送，工藝簡單。

（3）在分離水分時，由于無相變化，所以能耗低、操作便利，他的費用大約為蒸發(fā)濃縮法的1/2-1/5。另外由于裝置結(jié)構(gòu)簡單，所以設(shè)備費也低。

（4）對稀溶液中微量成分的回收，低濃度溶液的濃縮等，目前許多方法是困難的，而膜分離閥可以實現(xiàn)。

（5）由于物質(zhì)僅通過約1μm厚的膜，因此物質(zhì)在通過膜的遷移中不會發(fā)生性質(zhì)的改變。

膜分離技術(shù)在生化制藥領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的是“濃縮-脫鹽”。使用超濾技術(shù)對生化產(chǎn)品進行濃縮，在濃縮過程中，水和無機鹽透過超濾膜，而生化產(chǎn)品不能透過濾膜得到富集，這種“濃縮-脫鹽”過程是同時完成的。根據(jù)產(chǎn)品含鹽量的要求還可以通過“多次少量”添加溶劑的方法進一步脫鹽。理論上可以使無機鹽含量降為零。

2.2 超濾在生化制藥、發(fā)酵行業(yè)的部分應(yīng)用實例：

（1）SOD的濃縮

SOD的生產(chǎn)中引用超濾，主要是將低含量原料液濃縮。超濾可以將SOD的效價濃縮8～10倍，收得率85%～90%。上海應(yīng)用物理研究所經(jīng)過對膜材料、膜的切割分子量、操作壓力、膜表面流速對超濾速度影響的研究表明：SOD的超濾濃縮，除了選取合適的膜切割分子量，膜材料是極其重要的影響因素，必須給予足夠重視。

（2）雞冠透明質(zhì)酸的濃縮

透明質(zhì)酸是分子量分布很寬的酸性多糖類物質(zhì)，在低濃度下，分子間也有強烈的相互作用，因此具有很高的特性黏度，通常的制備方法是將公雞冠脫水干燥、去血污、勻漿、水提取、過濾、濾液經(jīng)酶解、酒精沉淀、脫水干燥。在上述方法中酒精沉淀工藝耗用酒精量很大。引入超濾工藝，先將酶解液用超濾濃縮，再用酒精沉淀，耗用酒精量可以大大減少，使成本降低。

（3）肝素鈉的純化、濃縮

肝素鈉的生產(chǎn)在我國已有近30年的歷史，在肝素鈉的精制生產(chǎn)中已普遍使用超濾技術(shù)。粗品生產(chǎn)普遍采用酶解——樹脂吸附工藝。即酶解——吸附——洗滌——洗脫——沉淀——干燥。在上述工藝中，在酒精沉淀前用超濾濃縮洗脫液，可以使洗脫液體積大幅度降低，減少酒精的耗用量。超濾在肝素鈉生產(chǎn)中的另外一項應(yīng)用是在精制品的生產(chǎn)上使用切割分子量較大的超微濾膜進行預(yù)過濾，再使用切割分子量為6000的納濾膜進行濃縮，這種應(yīng)用方式在山東棗莊已有成功實例。

（4）小牛胸腺肽的純化

小牛胸腺肽經(jīng)生化提取后，作為原料藥還須進行純化，特別要去除過敏性物質(zhì)，而過敏性物質(zhì)的分子量一般在10000以上，因此，采用膜技術(shù)是最合適的，通常采用的工藝是將提取液進行粗過濾，濾出液再經(jīng)大孔徑超濾膜或微孔膜過濾，去除大分子蛋白等雜質(zhì)，最后經(jīng)切割分子量為10000的超濾膜過濾去除過敏性物質(zhì)。上述分離工藝可以在常溫或低溫下進行，操作簡單。

（5）纖維素酶的濃縮

在紡織工業(yè)和飼料工業(yè)中有重要的應(yīng)用，采用超濾技術(shù)可以進行濃縮、脫鹽。目前上海植物生理研究所等十余家生產(chǎn)企業(yè)使用原子核所的超濾器用于纖維素酶濃縮，經(jīng)濟效益顯著。

（6）核苷酸的純化

核苷酸有不同的生產(chǎn)方法，膜法生產(chǎn)核苷酸的工藝如下：酵母提取核酸—酶解—離心分離—超濾—納濾濃縮—噴霧—產(chǎn)品，該流程的特點是操作簡便，成本較低。采用板框式超濾器超濾鮮酵母浸膏，超濾液可直接噴霧，省卻了濃縮工藝，節(jié)能效果顯著。生產(chǎn)的酵母浸膏粉灰份大幅度下降而氨基酸含量有較大幅度的提高，配制成溶液清澈透明、無沉淀。

超濾用于生化、發(fā)酵產(chǎn)品的提純、濃縮分離起步較早，很多項目的應(yīng)用已相當成熟，更因為生化產(chǎn)品一般價值較高和膜的研究與生產(chǎn)企業(yè)不斷地開發(fā)出低吸附、耐污染的高性能超濾膜，所以越來越多的企業(yè)愿意將超濾技術(shù)引入到生產(chǎn)中，這為超濾技術(shù)在生化、發(fā)酵領(lǐng)域應(yīng)用提供了巨大的發(fā)展空間。

3.在食品、保健品領(lǐng)域的應(yīng)用

食品行業(yè)是超濾重要的應(yīng)用領(lǐng)域。在醬油生產(chǎn)中采用超濾技術(shù)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滅菌工藝，在達到除菌目的的同時，濾去醬油中可引起沉淀的物質(zhì)，既能改善醬油的風味，又能達到外觀清澈透明的效果。在江南地區(qū)傳統(tǒng)米酒的改造方面，經(jīng)與有關(guān)單位合作，使用超濾技術(shù)成功研制出“中國清酒”，該酒在色、香、味及澄清度等方面全面達到了“日本清酒”的水平，經(jīng)中國專家和國際友人的品嘗，受到廣泛好評。

使用超濾技術(shù)純化、澄清人參精口服液和水解珍珠口服液，可使口服液清澈透明，長期放置無沉淀。在甜葉菊甙的提取生產(chǎn)中使用超濾技術(shù)，可以簡化工藝，產(chǎn)品吸潮性得到明顯改善，純度提高。此外，在花生蛋白的濃縮、食用醋的澄清等方面，已經(jīng)獲得了大量的試驗結(jié)果，證明了超濾使用的可行性。

4.在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用

環(huán)保領(lǐng)域成功的應(yīng)用實例是印鈔廢水的處理。該廢水含有表面活性劑、堿和組分復(fù)雜的油墨顆粒，經(jīng)超濾處理，過濾水可以回用，既可解決環(huán)保問題又可產(chǎn)生較高的經(jīng)濟效益，節(jié)省了大量的表面活性劑和燒堿。

超濾用于乳化油廢液過濾是膜技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用的又一成功實例。上海寶山鋼鐵總廠冷軋廠使用進口管式超濾膜投入運行已有十余年，期間，上海應(yīng)用物理研究所也同寶鋼總廠合作用板框式超濾器處理廢乳化液并進行了中試的連續(xù)運行，積累了寶貴的經(jīng)驗，為進一步實現(xiàn)管式膜的國產(chǎn)化奠定了基礎(chǔ)。

綜上所述，超濾膜在液體的大小分子分離乃至固液分離方面有著廣泛的應(yīng)用前景，國內(nèi)在應(yīng)用開發(fā)方面還不夠深入，開發(fā)的空間或潛力巨大，在膜技術(shù)專家的努力和各行業(yè)的專家、學者的支持和幫助下，膜的應(yīng)用一定會登上新的臺階，膜技術(shù)一定能在國民經(jīng)濟的發(fā)展和技術(shù)進步中發(fā)揮重大的貢獻。

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