在生物制药及水处理中,过滤效果的影响因素有哪些?

净得瑞 2020.12.26 18:00 328

为了达到水质要求,在制备纯化水、超纯水的过程中,通常需要选择过滤器对水“净化”,因此需要考虑流体的特性、操作条件、颗粒性质、过滤膜类型以及过滤所要求的程度等因素。

 在生物制药及水处理中,过滤效果的影响因素有哪些?

图一 净得瑞纯化水设备

一、流体的特性

在过滤的过程中,使用的滤材、滤芯硬件以及滤壳材质与过滤的流体必须兼容。如果过滤器的滤芯被流体腐蚀或者损坏,会污染过滤后的流体。因此,在过滤时,先了解流体的特性,是呈酸性还碱性,是水性、油性还是溶剂型,黏度情况以及化学离子成分。流体的黏度越高,过滤速度越慢。流体中的流体成分带有电荷越高,静电俘获的作用就越明显。

二、操作条件

操作条件是影响过滤效果的一个重要因素,包括压差、流速和温度。

在选择过滤器时,必须提供足够的压力来源,不仅是抵消过滤器抗力的压力,还有的在滤材被堵塞时能够使得流体继续以可以接受的流速流动的压力,进而充分利用过滤器的容污能力。但压差并不是无限增加,否则有可能破坏过滤器的结构的同时造成截留能力减弱,也就是说,过滤器使用者应当确保过滤器在h合适的压差下进行操作。

流速以单位时间内的流量来统计。流速直接受压差影响,压差越大,流速越大。不同黏度的流体对流速也会有影响,如果其他条件不变,黏度加倍,过滤器系统对流体的原始抗力就会加倍;而要保持相同流速的压差就要增加。

在过滤时,温度会影响流体的黏度,也会影响流体与过滤器之间的兼容性。流体的黏度通常会随着温度的增加而减少。如果流体黏度太大,可能需要先提高温度以减低黏度再进行过滤。当然,同时也要考虑流体及过滤器对该温度条件的耐受能力。同一个过滤器,在不同温度下的耐受能力是不同,温度越高,最大的耐受压差越低。在实际生产过程中,操作人员需要对过滤器特性有一定的了解,并保证在生产、清洗与灭菌时的操作条件均在允许范围内。

三、颗粒性质

根据料液中的颗粒物对于过滤效果的影响,可将其分为可变形颗粒与不可变形颗粒两种。可变形颗粒是指在压力作用下会发生形变的软性颗粒,如胶体、脂质体、细胞碎片等均属于可变形颗粒;不可变形颗粒则是与软性颗粒相对的硬颗粒,如沙粒、粉尘、脱落纤维、金属粉末与活性炭等都属于不可变形颗粒。

当不可变形颗粒大于滤膜的孔径,被截留在上游堆积并形成一层中间有一定空隙的饼状结构,液体可以透过沙粒到达滤纸的下游。比如,纯化水系统中的采用的活性炭过滤器就是典型的不可变性颗粒过滤机制。而可变形颗粒在不同操作环境下,由于受压变形而出现许多不确定的状况。需要注意的是,可变形颗粒发生形变后,可以透过比其实际粒径小的模孔并进入下游,使得过滤效果达不到预期。同时,可变形颗粒堆积在滤膜表面,造成孔道被堵塞使得过滤无法顺利进行,过滤器的寿命也会因此缩短。

四、过滤器的种类

过滤器滤材可划分为表面型和深度型。其中表面过滤器或者网式过滤的所有滤孔都在单一平面上,此类过滤器主要依赖直接截留进行污物截留,比如,金属编织筛网过滤器及织布过滤器。绝大部分的过滤器是深度型,该过滤器的滤材类似具有三维网状的有一定厚度的海绵,对污物的截留不仅发生在滤材表面,更多发生在弯曲的通路的内部。比如,膜式过滤器及深度过滤器。

膜式过滤的截留率高达99.99999%以上,除菌级过滤器都属于膜式过滤器。膜式过滤器的孔道分布均匀,结构坚固,具有良好耐高压性且易于进行完整性检测。过滤器内部弯曲复杂的孔道可以有效提高截留细菌的能力。与膜式过滤器相比,深度过滤器的滤材厚度更大,容污能力更强,主要材质包括纤维基架、助滤剂、合成树脂等三类物质。

五、过滤程度

选择过滤器要能以相关工艺所要求的程度去除流体中的污物,一旦确定所需去除污物的尺寸,就可以选择完成该要求的过滤器类型。根据需要去除污物的不同,可将过滤方式分为以下五种:

①除颗粒过滤,精度一般大于0.45μm;

②微生物负荷控制过滤,精度一般不超过0.22μm或0.2μm;

③除菌过滤,过滤精度一般为0.45μm或者0.2μm,但并非绝对去除的概念;

④支原体控制过滤,精度通常为0.1μm;

⑤除病毒过滤等。通用纳米表示,具有高效的小尺寸无包膜病毒及大病毒去除能力。

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