红霉素发酵液过滤工艺设备

裴立忠，张 鹏

（宁夏泰益欣生物科技有限公司，宁夏银川 750205）

红霉素发酵液分离的设备，传统上用的是板框压滤机，西安利君及其它一些生产规模小的企业还在用，2004 年以后，微滤膜过滤设备在一些新上企业得到采用，如东阳光采用陶瓷膜，宁夏启元药业有限公司采用金属膜。两种设备工艺使用情况，现比较如下。

1 工艺比较

1.1 板框过滤工艺

板框过滤设备，滤材使用的是滤布，要求先对发酵液进行絮凝处理，以便形成较大颗粒，在板框上形成较好滤饼，以利发酵液过滤过程中，细小物质拦截在滤饼上，不堵塞滤布毛孔，进行良好固液分离，稠料发酵工艺适合板框过滤。

红霉素发酵液通常需要加入4.5 %（即T 发酵液需加入45 kg 硫酸锌）以进行蛋白沉淀絮凝[1]，由于，硫酸锌是强酸弱碱盐，在絮凝过滤中，必须同时加入液碱，以防红霉素酸性水解破坏。因此，在红霉素发酵液凝絮处理过程中，操作不当，有可能会造成部分红霉素效价损失，收率会减少。

通常，进行板框过滤前，进行滤纸小试，检查滤速及滤液是否澄清，如果处理后的发酵液滤速未增加或滤液混浊，则板框进度和收率会有风险，需要在板框上预辅硅澡土，在滤布上人为形成一层滤饼膜，以防细小物质堵塞滤布毛孔，或在预处理后的发酵液中，加入大量的硅澡土（与发酵液固含物质量相当），以改善料液性状，有利滤饼形成。红霉素发酵液滤速差时，进板框过滤前，进行加热处理，对提高滤速可能会有所改进。

红霉素发酵染菌，尤其染短小杆菌，或者发酵异常，菌丝自溶情况下，有大量细小物质，若采用硫酸锌絮凝效果比较差，加硅澡土效果也很难奏效，进板框过滤有可能颗粒无收。

一般板框过滤工艺，需经过进料、常水顶洗、吹风过程，以便将红霉素效价顶出，以保证收率。进料过程时间较短，常水顶洗过程时间较长。板框进料量掌握不准，会使滤饼形成不均，或进料太瓷实，顶洗会走短路，形成“大白嘴”，不能将滤饼中红霉素效价有效顶出，严重影响红霉素收率。由于进料、顶洗分步进行，滤出液效价会有较大差别，需配置不同罐存放，在给下工序交料时，需搭配体积，以利下工序工艺控制。除红霉素存在菌丝胞外，如果发酵不染菌，形成滤饼好，采用隔膜板框，可以减少普通板框的一些缺陷。

板框进料台数，通常取决于发酵液体积及固含量，进料过多过少严重影响板框过滤收率，以及生产进度。多罐进料时，需要考虑进料、顶洗、拆洗时间，如果前次物料不好，严重影响下批次物料进度控制。

1.2 陶瓷膜过滤工艺

陶膜过滤需要配置大功率循环泵（165 kW 左右），在较高压力下，使发酵液透过微滤膜，进行固液分离。要求发酵液中不得有机械强度大颗粒物质，不得有硅油类物质，避免伤害滤芯，稀料发酵工艺适合膜过滤工艺。

陶膜工艺设计上，配置宽通道膜芯以利较大进料通量，保证生产进度，配置窄通道膜芯以利浓缩倍数提高，陶瓷膜工艺中，进料和顶洗（透析）同时进行，顶洗时要求去离子水或硬度较小的水质（尤其不能含有砂砬类物质），采用自控方式，浓缩比及透析比事先设定好，因此，陶膜滤出液效价能稳定在2 800 μ/mL 左右，不需另配置不同效价贮存罐。随着物料在膜面上形成浓度极化，形成膜污染，影响膜进料量（膜通量），陶膜工艺设计上，采用在线清洗方式，可将跨膜压差增大显著的膜组切出，不进料而进行清洗，其它膜组继续进料，保证连续进料，确保生产进度。膜清洗包括热水冲洗、碱洗、酸洗，根据膜污染情况，确定清洗方式，碱洗和酸洗有浓度在线监测，低于碱（酸）清洗浓度后，系统自控补加碱（酸）量，因此，清洗过程水量，酸、碱量都能集约化控制。

陶瓷膜过滤进料量，通常取决于过滤面积以及料液质量，采用转轮设计进料、在线清洗工艺，多罐次进料不需要停歇，保证24 小时处理完一天批次料。

2 运行过程经济效益比较

（1）一般板框过滤收率在88 %左右，而膜过滤收率在93 %左右，对于一条年产1 000 t 硫氰酸红霉素生产线，日出成品3 000 kg，则板框工艺至少会有150 kg损失，按硫氰酸红霉素近年平均价300 元/千克，板框工艺比膜工艺将损失4.5 万元/日，年损失1 485 万元（年生产天数330 天）。

（2）板框过滤工艺需要加入硫酸锌进行絮凝，按照单罐体积145 m3，日放三罐，需加入硫酸锌在19.6 t（145×45×3＝19.6 t），至少增加7.06 万元/天（19.6×3 600 元/吨＝7.06万元）。同时，为防止酸性条件下对红霉素降解有影响，液碱量也比膜过滤加量大。采用板框过滤工艺年原材料增加费用2 330 万元（年生产天数330 天）。而膜过滤预处理工艺不用硫酸锌。

（3）陶膜过滤滤芯使用寿命一般为4 年，现一条生产线膜组58 个（其中，38 组窄通道，20 组宽通道），每组价值16.4 万元/组，58 组膜芯总价值951.2 万元，每年淘汰更换价237.8 万元。

板框的滤布是耗材，主要是细布如8386 型号，按一条生产线配置16 台500 m2板框，板1.6×1.6 m，数量130 个板/台板框，滤布总数7 280 m（幅宽1.6 m），按每月残破耗用量10 %计算，年耗用量约8 736 m，价值10.5 万元左右。

（4）陶膜用电功率较大，年耗电456 万元（165 千瓦/台×8 台×24 小时×330 天×0.40 元/千瓦时＝418 万元/年），在此仅统计循环泵用电，其余忽略。板框无循环泵，电费忽略。

（5）陶膜清洗必须使用去离子水，透析也需要较好水质，一条生产线按每天用量1 000 t，去离子水单价2元/吨，则年费用72 万元（1 000 吨/天×330 天×2 元/吨＝66 万元），板框过滤工艺需用水顶洗和板框冲洗，考虑套用中水，水质要求不高，水费用忽略不计。

（6）人工费用比较。板框过滤工艺除配置工艺值班人员外，还需另配拆装板框人员，按现行板框配置18人，一天拆3 次板框，人均工资160 元/天，则拆装板框年人工费用103.7 万元（18 人×160 元/天×330 天＝95 万元），膜过滤不需配置工艺值班以外人员。

（7）设备折旧，陶膜折旧360 万/年，板框比较少，在此忽略不计。

综合以上，陶膜年费用1 082 万元（237.8+418+66+360＝1 082），板框年费用3 920.5 万元（1 485+2 330+10.5+95＝3 920.5），在此包含板框过滤工艺收率比较陶膜过滤少5 %点的损失1 485 万元，两者相比，板框过滤工艺比陶膜过滤工艺多出费用2 838.5 万/年，一条生产线。因此，板框过滤工艺运行非常不经济。

3 环保影响比较

板框过滤工艺产生菌渣，含有大量硫酸锌，硫酸锌有毒，含有硫酸锌的菌渣，露天放置时，雨水会溶解部分硫酸锌渗入地下，对地下水体安全存在严重威胁。菌渣中进行硫酸锌回收，一般要进行焚烧，采用硫酸溶解，对设备、环境影响非常大。因此，含有大量硫酸锌菌渣，是环保处理难题。

膜过滤工艺中，菌渣得到极大破碎，膜排出的液体含有破碎的菌渣，称为浓缩液，其中含固量8 %以下，固体不成形，漂浮在液面上，SS 高又难收集，不能直接进环保车间进行生化处理。2008 年《国家危险废物名录》将抗生素渣定为危险废物，不得用于饲料，在此，不考虑制作饲料的工艺方法。环保处理方法有[2]：（1）由于浓缩液营养物丰富，无毒性，喷雾制粒，制成有机肥，但由于加热过程排放废气，难以回收处理，成为环保公害，难形成生产效益；（2）对浓缩液絮凝处理，得到的固体物进行焚烧，本方案需增加原材料费用；（3）以一定比例直接与煤粉混掺焚烧，浓缩液水份高，燃烧费用高，堆集时间长易腐败变臭，影响环境；（4）利用厌氧消化技术，回收沼气，制备沼肥，技术还未成熟，前景可以展望。因此，陶膜的废固，在环保处理工艺上，有较多选择性，但没有一条最合适的方法，还需要不断探索。

总之，微滤设备自动化良好控制，稳定较好的收率，较少的原材料用量，在工艺和成本上，有较大的优势，进行红霉素发酵液过滤设备选型时，可优先进行考虑。不过，微滤设备在一次投资上远远大于板框设备，进行投资预算时，应进行充分的考虑。

［1］ 俞文和.抗生素工艺学［M］.辽宁科学技术出版社，1988.

［2］ 李再兴. 抗生素菌渣处理处置技术进展［J］. 环境工程，2012，30（2）：72-75.