在生物制藥及水處理中,過濾效果的影響因素有哪些?

凈得瑞 2020.12.26 18:00 554

為了達到水質要求,在制備純化水、超純水的過程中,通常需要選擇過濾器對水“凈化”,因此需要考慮流體的特性、操作條件、顆粒性質、過濾膜類型以及過濾所要求的程度等因素。

?在生物制藥及水處理中,過濾效果的影響因素有哪些?

圖一 凈得瑞純化水設備

一、流體的特性

在過濾的過程中,使用的濾材、濾芯硬件以及濾殼材質與過濾的流體必須兼容。如果過濾器的濾芯被流體腐蝕或者損壞,會污染過濾后的流體。因此,在過濾時,先了解流體的特性,是呈酸性還堿性,是水性、油性還是溶劑型,黏度情況以及化學離子成分。流體的黏度越高,過濾速度越慢。流體中的流體成分帶有電荷越高,靜電俘獲的作用就越明顯。

二、操作條件

操作條件是影響過濾效果的一個重要因素,包括壓差、流速和溫度。

在選擇過濾器時,必須提供足夠的壓力來源,不僅是抵消過濾器抗力的壓力,還有的在濾材被堵塞時能夠使得流體繼續以可以接受的流速流動的壓力,進而充分利用過濾器的容污能力。但壓差并不是無限增加,否則有可能破壞過濾器的結構的同時造成截留能力減弱,也就是說,過濾器使用者應當確保過濾器在h合適的壓差下進行操作。

流速以單位時間內的流量來統計。流速直接受壓差影響,壓差越大,流速越大。不同黏度的流體對流速也會有影響,如果其他條件不變,黏度加倍,過濾器系統對流體的原始抗力就會加倍;而要保持相同流速的壓差就要增加。

在過濾時,溫度會影響流體的黏度,也會影響流體與過濾器之間的兼容性。流體的黏度通常會隨著溫度的增加而減少。如果流體黏度太大,可能需要先提高溫度以減低黏度再進行過濾。當然,同時也要考慮流體及過濾器對該溫度條件的耐受能力。同一個過濾器,在不同溫度下的耐受能力是不同,溫度越高,最大的耐受壓差越低。在實際生產過程中,操作人員需要對過濾器特性有一定的了解,并保證在生產、清洗與滅菌時的操作條件均在允許范圍內。

三、顆粒性質

根據料液中的顆粒物對于過濾效果的影響,可將其分為可變形顆粒與不可變形顆粒兩種??勺冃晤w粒是指在壓力作用下會發生形變的軟性顆粒,如膠體、脂質體、細胞碎片等均屬于可變形顆粒;不可變形顆粒則是與軟性顆粒相對的硬顆粒,如沙粒、粉塵、脫落纖維、金屬粉末與活性炭等都屬于不可變形顆粒。

當不可變形顆粒大于濾膜的孔徑,被截留在上游堆積并形成一層中間有一定空隙的餅狀結構,液體可以透過沙粒到達濾紙的下游。比如,純化水系統中的采用的活性炭過濾器就是典型的不可變性顆粒過濾機制。而可變形顆粒在不同操作環境下,由于受壓變形而出現許多不確定的狀況。需要注意的是,可變形顆粒發生形變后,可以透過比其實際粒徑小的??撞⑦M入下游,使得過濾效果達不到預期。同時,可變形顆粒堆積在濾膜表面,造成孔道被堵塞使得過濾無法順利進行,過濾器的壽命也會因此縮短。

四、過濾器的種類

過濾器濾材可劃分為表面型和深度型。其中表面過濾器或者網式過濾的所有濾孔都在單一平面上,此類過濾器主要依賴直接截留進行污物截留,比如,金屬編織篩網過濾器及織布過濾器。絕大部分的過濾器是深度型,該過濾器的濾材類似具有三維網狀的有一定厚度的海綿,對污物的截留不僅發生在濾材表面,更多發生在彎曲的通路的內部。比如,膜式過濾器及深度過濾器。

膜式過濾的截留率高達99.99999%以上,除菌級過濾器都屬于膜式過濾器。膜式過濾器的孔道分布均勻,結構堅固,具有良好耐高壓性且易于進行完整性檢測。過濾器內部彎曲復雜的孔道可以有效提高截留細菌的能力。與膜式過濾器相比,深度過濾器的濾材厚度更大,容污能力更強,主要材質包括纖維基架、助濾劑、合成樹脂等三類物質。

五、過濾程度

選擇過濾器要能以相關工藝所要求的程度去除流體中的污物,一旦確定所需去除污物的尺寸,就可以選擇完成該要求的過濾器類型。根據需要去除污物的不同,可將過濾方式分為以下五種:

①除顆粒過濾,精度一般大于0.45μm;

②微生物負荷控制過濾,精度一般不超過0.22μm或0.2μm;

③除菌過濾,過濾精度一般為0.45μm或者0.2μm,但并非絕對去除的概念;

④支原體控制過濾,精度通常為0.1μm;

⑤除病毒過濾等。通用納米表示,具有高效的小尺寸無包膜病毒及大病毒去除能力。

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