紅霉素發酵液過濾工藝設備

裴立忠，張 鵬

（寧夏泰益欣生物科技有限公司，寧夏銀川 750205）

紅霉素發酵液分離的設備，傳統上用的是板框壓濾機，西安利君及其它一些生產規模小的企業還在用，2004 年以后，微濾膜過濾設備在一些新上企業得到采用，如東陽光采用陶瓷膜，寧夏啟元藥業有限公司采用金屬膜。兩種設備工藝使用情況，現比較如下。

1 工藝比較

1.1 板框過濾工藝

板框過濾設備，濾材使用的是濾布，要求先對發酵液進行絮凝處理，以便形成較大顆粒，在板框上形成較好濾餅，以利發酵液過濾過程中，細小物質攔截在濾餅上，不堵塞濾布毛孔，進行良好固液分離，稠料發酵工藝適合板框過濾。

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

通常，進行板框過濾前，進行濾紙小試，檢查濾速及濾液是否澄清，如果處理后的發酵液濾速未增加或濾液混濁，則板框進度和收率會有風險，需要在板框上預輔硅澡土，在濾布上人為形成一層濾餅膜，以防細小物質堵塞濾布毛孔，或在預處理后的發酵液中，加入大量的硅澡土（與發酵液固含物質量相當），以改善料液性狀，有利濾餅形成。紅霉素發酵液濾速差時，進板框過濾前，進行加熱處理，對提高濾速可能會有所改進。

紅霉素發酵染菌，尤其染短小桿菌，或者發酵異常，菌絲自溶情況下，有大量細小物質，若采用硫酸鋅絮凝效果比較差，加硅澡土效果也很難奏效，進板框過濾有可能顆粒無收。

一般板框過濾工藝，需經過進料、常水頂洗、吹風過程，以便將紅霉素效價頂出，以保證收率。進料過程時間較短，常水頂洗過程時間較長。板框進料量掌握不準，會使濾餅形成不均，或進料太瓷實，頂洗會走短路，形成“大白嘴”，不能將濾餅中紅霉素效價有效頂出，嚴重影響紅霉素收率。由于進料、頂洗分步進行，濾出液效價會有較大差別，需配置不同罐存放，在給下工序交料時，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。

板框進料臺數，通常取決于發酵液體積及固含量，進料過多過少嚴重影響板框過濾收率，以及生產進度。多罐進料時，需要考慮進料、頂洗、拆洗時間，如果前次物料不好，嚴重影響下批次物料進度控制。

1.2 陶瓷膜過濾工藝

陶膜過濾需要配置大功率循環泵（165 kW 左右），在較高壓力下，使發酵液透過微濾膜，進行固液分離。要求發酵液中不得有機械強度大顆粒物質，不得有硅油類物質，避免傷害濾芯，稀料發酵工藝適合膜過濾工藝。

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

陶瓷膜過濾進料量，通常取決于過濾面積以及料液質量，采用轉輪設計進料、在線清洗工藝，多罐次進料不需要停歇，保證24 小時處理完一天批次料。

2 運行過程經濟效益比較

（1）一般板框過濾收率在88 %左右，而膜過濾收率在93 %左右，對于一條年產1 000 t 硫氰酸紅霉素生產線，日出成品3 000 kg，則板框工藝至少會有150 kg損失，按硫氰酸紅霉素近年平均價300 元/千克，板框工藝比膜工藝將損失4.5 萬元/日，年損失1 485 萬元（年生產天數330 天）。

（2）板框過濾工藝需要加入硫酸鋅進行絮凝，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 萬元/天（19.6×3 600 元/噸＝7.06萬元）。同時，為防止酸性條件下對紅霉素降解有影響，液堿量也比膜過濾加量大。采用板框過濾工藝年原材料增加費用2 330 萬元（年生產天數330 天）。而膜過濾預處理工藝不用硫酸鋅。

（3）陶膜過濾濾芯使用壽命一般為4 年，現一條生產線膜組58 個（其中，38 組窄通道，20 組寬通道），每組價值16.4 萬元/組，58 組膜芯總價值951.2 萬元，每年淘汰更換價237.8 萬元。

板框的濾布是耗材，主要是細布如8386 型號，按一條生產線配置16 臺500 m2板框，板1.6×1.6 m，數量130 個板/臺板框，濾布總數7 280 m（幅寬1.6 m），按每月殘破耗用量10 %計算，年耗用量約8 736 m，價值10.5 萬元左右。

（4）陶膜用電功率較大，年耗電456 萬元（165 千瓦/臺×8 臺×24 小時×330 天×0.40 元/千瓦時＝418 萬元/年），在此僅統計循環泵用電，其余忽略。板框無循環泵，電費忽略。

（5）陶膜清洗必須使用去離子水，透析也需要較好水質，一條生產線按每天用量1 000 t，去離子水單價2元/噸，則年費用72 萬元（1 000 噸/天×330 天×2 元/噸＝66 萬元），板框過濾工藝需用水頂洗和板框沖洗，考慮套用中水，水質要求不高，水費用忽略不計。

（6）人工費用比較。板框過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用103.7 萬元（18 人×160 元/天×330 天＝95 萬元），膜過濾不需配置工藝值班以外人員。

（7）設備折舊，陶膜折舊360 萬/年，板框比較少，在此忽略不計。

綜合以上，陶膜年費用1 082 萬元（237.8+418+66+360＝1 082），板框年費用3 920.5 萬元（1 485+2 330+10.5+95＝3 920.5），在此包含板框過濾工藝收率比較陶膜過濾少5 %點的損失1 485 萬元，兩者相比，板框過濾工藝比陶膜過濾工藝多出費用2 838.5 萬/年，一條生產線。因此，板框過濾工藝運行非常不經濟。

3 環保影響比較

板框過濾工藝產生菌渣，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，雨水會溶解部分硫酸鋅滲入地下，對地下水體安全存在嚴重威脅。菌渣中進行硫酸鋅回收，一般要進行焚燒，采用硫酸溶解，對設備、環境影響非常大。因此，含有大量硫酸鋅菌渣，是環保處理難題。

膜過濾工藝中，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，不能直接進環保車間進行生化處理。2008 年《國家危險廢物名錄》將抗生素渣定為危險廢物，不得用于飼料，在此，不考慮制作飼料的工藝方法。環保處理方法有[2]：（1）由于濃縮液營養物豐富，無毒性，噴霧制粒，制成有機肥，但由于加熱過程排放廢氣，難以回收處理，成為環保公害，難形成生產效益；（2）對濃縮液絮凝處理，得到的固體物進行焚燒，本方案需增加原材料費用；（3）以一定比例直接與煤粉混摻焚燒，濃縮液水份高，燃燒費用高，堆集時間長易腐敗變臭，影響環境；（4）利用厭氧消化技術，回收沼氣，制備沼肥，技術還未成熟，前景可以展望。因此，陶膜的廢固，在環保處理工藝上，有較多選擇性，但沒有一條最合適的方法，還需要不斷探索。

總之，微濾設備自動化良好控制，穩定較好的收率，較少的原材料用量，在工藝和成本上，有較大的優勢，進行紅霉素發酵液過濾設備選型時，可優先進行考慮。不過，微濾設備在一次投資上遠遠大于板框設備，進行投資預算時，應進行充分的考慮。

［1］ 俞文和.抗生素工藝學［M］.遼寧科學技術出版社，1988.

［2］ 李再興. 抗生素菌渣處理處置技術進展［J］. 環境工程，2012，30（2）：72-75.