超濾技術(shù)及環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用論文
摘要：膜技術(shù)作為一項(xiàng)高新技術(shù)，在發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)內(nèi)超濾膜的應(yīng)用開(kāi)發(fā)方面已取得一定成果，但還有相當(dāng)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(kāi)展的一些工作及其在工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用情況，以期為超濾技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)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(hù)
膜技術(shù)作為一項(xiàng)高新技術(shù)，在發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)內(nèi)在膜的應(yīng)用開(kāi)發(fā)方面做了一些工作，但還有相當(dāng)大的潛力。其中超濾的技術(shù)原理近似于機(jī)械篩分。當(dāng)溶液體系經(jīng)由水泵進(jìn)入超濾器時(shí)，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(guò)濾膜，而大分子溶質(zhì)和微粒（蛋白質(zhì)、細(xì)菌、膠體等）被濾膜阻留并得到富集，從而達(dá)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(dāng)會(huì)達(dá)到事半功倍的效果，但如果選擇不當(dāng)則事倍功半，甚至對(duì)超濾技術(shù)失去信心。由于目前國(guó)內(nèi)、外對(duì)于超濾膜性能表征尚無(wú)統(tǒng)一的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，因此標(biāo)定為同一切割分子量的超濾膜，不同廠家的產(chǎn)品實(shí)際性能可能會(huì)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(jìn)行膜的篩選實(shí)驗(yàn)。此外，膜企業(yè)還應(yīng)向用戶提供濾膜切割分子量的標(biāo)定方法及采用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，膜的材質(zhì)等信息，同時(shí)提供選型試驗(yàn)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(yùn)行方式、運(yùn)行壓力、運(yùn)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(kāi)展的一些工作及其在工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用情況，以期為超濾技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)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(guò)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(xiàng)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(méi)有變化，經(jīng)上海市藥品檢驗(yàn)所檢定過(guò)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(lái)源包括動(dòng)物血液、動(dòng)物臟器及植物等。在生化產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，需要對(duì)提取物質(zhì)進(jìn)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(jì)性。傳統(tǒng)的方法是采用大吸附樹(shù)脂離子樹(shù)脂、醇沉等純化，采用薄膜蒸發(fā)等進(jìn)行濃縮。這些方法有些使用繁雜，有些能耗高，化學(xué)試劑消耗量大。使用超濾可以代替吸附樹(shù)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(jìn)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(diǎn)：
�。�1）在分離濃縮時(shí)不加熱，同時(shí)在閉合回路中運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)減少了空氣中氧的影響，而熱和氧對(duì)生化產(chǎn)品的活性影響很大。
�。�2）超濾過(guò)程只是簡(jiǎn)單地加壓反復(fù)輸送，工藝簡(jiǎn)單。
�。�3）在分離水分時(shí)，由于無(wú)相變化，所以能耗低、操作便利，他的費(fèi)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(jiǎn)單，所以設(shè)備費(fèi)也低。
（4）對(duì)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(shí)現(xiàn)。
�。�5）由于物質(zhì)僅通過(guò)約1μm厚的膜，因此物質(zhì)在通過(guò)膜的遷移中不會(huì)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(duì)生化產(chǎn)品進(jìn)行濃縮，在濃縮過(guò)程中，水和無(wú)機(jī)鹽透過(guò)超濾膜，而生化產(chǎn)品不能透過(guò)濾膜得到富集，這種“濃縮－脫鹽”過(guò)程是同時(shí)完成的。根據(jù)產(chǎn)品含鹽量的要求還可以通過(guò)“多次少量”添加溶劑的方法進(jìn)一步脫鹽。理論上可以使無(wú)機(jī)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(shí)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(jià)濃縮8~10倍，收得率85%~90%。上海應(yīng)用物理研究所經(jīng)過(guò)對(duì)膜材料、膜的切割分子量、操作壓力、膜表面流速對(duì)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(lèi)物質(zhì)，在低濃度下，分子間也有強(qiáng)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(guò)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(guó)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(shù)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(xiàng)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(jìn)行預(yù)過(guò)濾，再使用切割分子量為6000的納濾膜進(jìn)行濃縮，這種應(yīng)用方式在山東棗莊已有成功實(shí)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(jìn)行純化，特別要去除過(guò)敏性物質(zhì)，而過(guò)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(jìn)行粗過(guò)濾，濾出液再經(jīng)大孔徑超濾膜或微孔膜過(guò)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(guò)濾去除過(guò)敏性物質(zhì)。上述分離工藝可以在常溫或低溫下進(jìn)行，操作簡(jiǎn)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(jìn)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(jì)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(diǎn)是操作簡(jiǎn)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(wú)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(xiàng)目的應(yīng)用已相當(dāng)成熟，更因?yàn)樯a(chǎn)品一般價(jià)值較高和膜的研究與生產(chǎn)企業(yè)不斷地開(kāi)發(fā)出低吸附、耐污染的高性能超濾膜，所以越來(lái)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(dá)到除菌目的的同時(shí)，濾去醬油中可引起沉淀的物質(zhì)，既能改善醬油的風(fēng)味，又能達(dá)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(guó)清酒”，該酒在色、香、味及澄清度等方面全面達(dá)到了“日本清酒”的`水平，經(jīng)中國(guó)專(zhuān)家和國(guó)際友人的品嘗，受到廣泛好評(píng)。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(zhǎng)期放置無(wú)沉淀。在甜葉菊甙的提取生產(chǎn)中使用超濾技術(shù)，可以簡(jiǎn)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(yàn)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(shí)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(guò)濾水可以回用，既可解決環(huán)保問(wèn)題又可產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)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(guò)濾是膜技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用的又一成功實(shí)例。上海寶山鋼鐵總廠冷軋廠使用進(jìn)口管式超濾膜投入運(yùn)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(jìn)行了中試的連續(xù)運(yùn)行，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)管式膜的國(guó)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(guó)內(nèi)在應(yīng)用開(kāi)發(fā)方面還不夠深入，開(kāi)發(fā)的空間或潛力巨大，在膜技術(shù)專(zhuān)家的努力和各行業(yè)的專(zhuān)家、學(xué)者的支持和幫助下，膜的應(yīng)用一定會(huì)登上新的臺(tái)階，膜技術(shù)一定能在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步中發(fā)揮重大的貢獻(xiàn)。
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