【正文】 ? 豆粕 ——發(fā)酵 ——無機陶瓷膜分離 —濃縮 —— 噴粉 — — 包裝 ? 現(xiàn)將傳統(tǒng)工藝中的離心分離工序改進為直接使用 無機陶瓷膜進行分離 ，提高分離效果。 ? 優(yōu)點 ：其功能特性主要表現(xiàn)在營養(yǎng)豐富、易消化吸收。 146 外循環(huán)式膜生物反應(yīng)器 底 物 （ 培 養(yǎng) 基 ）泵閥膜組件透過液▼產(chǎn)物反應(yīng)器膜組件截留酶或微生物菌體 ,而使小分子產(chǎn)物透過。 膜分離技術(shù)的應(yīng)用 144 5 膜生物反應(yīng)器 ? 膜生物反應(yīng)器（ Membrane bioreactor,MBR）是生物反應(yīng)過程與膜分離過程耦合的生物反應(yīng)裝置， ? 可應(yīng)用于動植物細胞的高密度培養(yǎng)、微生物 發(fā)酵和酶反應(yīng)過程與目的產(chǎn)物分離相結(jié)合。改用膜分離： 膜分離技術(shù)的應(yīng)用 143 4 除熱原 ?熱源（ pyrogen）又稱細菌內(nèi)毒素，是細菌新陳代謝和細菌死后分解的產(chǎn)物，主要成分是 脂多糖、脂蛋白 等， 相對分子質(zhì)量較大 。 ?蛋白質(zhì) 原始狀態(tài)不會被打亂并遭破壞， 濃縮物可以保持原來的氨基酸含量， 酪蛋白與乳清蛋白 之比，具有產(chǎn)品的營養(yǎng)價值、經(jīng)濟環(huán)保等，優(yōu)于他傳統(tǒng)方法 (如利用等電點凝結(jié)、酸凝結(jié)或其他方法沉淀 ) 。 ?由于超濾膜的孔徑有一定的分布范圍，用超濾進行蛋白質(zhì)的分級分離時，蛋白質(zhì)之間的分子量需相差10倍以上，否則難以分離。 134 思 考 題： ? 凝膠層模型 ？ ? 。 131 3 連續(xù)操作 ? 在連續(xù)操作中，是將濃縮液不斷排除到系統(tǒng)之外； ? 可分為單級和多級操作，單級因膜組件中溶質(zhì)濃度一直保持在高位，透過通量低。 ?膜兩側(cè)的壓力差由背壓 閥調(diào)節(jié)，應(yīng)兼顧循環(huán) 速度增大和通量。后者用于微、超濾 料液流向：采用內(nèi)壓式時為防止堵塞，需對料液預(yù)處理去固形微粒，采用外壓式時，凝膠層控制較困難。 優(yōu)點： 結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性強，清洗方便，耐高壓，適宜于處理高黏度及固體含量較高的料液。料液在膜表面通過間隔材料沿軸向流動，透過液沿螺旋形流向中心管。 為減小濃差極化，濾板的表面為凸凹形，以形成湍動。 膜污染的清洗方法 105 超濾液 保留液 透過液 超濾 循環(huán)清洗 清洗液出口 清洗液入口 清洗液出口 逆洗 清洗液入口 清洗液出口 膜污染的清洗方式 利用膜的不對稱性和膜組件的結(jié)構(gòu)特點進行清洗 106 四、膜過濾裝置的型式及其適用范圍 107 （ 一 ） 膜過濾裝置 ?目前生產(chǎn)的膜過濾裝置都由膜件 (Module)構(gòu)成 ， ?膜組件： 膜 、 固定膜的支撐體 、 間隔物以及容納這些部件的容器 構(gòu)成的一個單元 。 ? 5．酶： 酶本身是蛋白質(zhì)， 能用其他清洗劑就酶。 ? 3．表面活性劑： 主要對生物高分子、 油脂等起乳化、分散、干擾細菌在膜上的粘附。 ? 2．酸： 如 HNO H3PO4 和 HCl。 膜的污染 (fouling) 101 防止膜污染的方法 ? 在用微濾，超濾分離，濃縮細胞，菌體或大分子產(chǎn)物時，必須注意以下幾點 : ? ① 進料液的預(yù)處理：預(yù)過濾、 pH及金屬離子控制； ? ②選擇合適的膜材料：減輕膜的吸附； ? ③改善操作條件：加大流速。隨時間的延長，污染物在膜孔內(nèi)的吸附或累積會導(dǎo)致孔徑減少和膜阻增大，這是難以恢復(fù)的。 98 膜的污染 (fouling) ? 膜的污染大體可分為 沉淀污染 、 吸附污染 、生物污染 1 沉淀污染 ? 沉淀污染對 RO和 NF的影響尤為顯著。 97 三、膜污染 ? 膜使用中最大的問題是膜污染。當料液中含＜ 的 微細粒子時，會使通量降低 ，最好用預(yù)過濾除去。 湍流 滯流 95 雖然增大流速有明顯的優(yōu)點，但需考慮： ?只有當通量為濃差極化控制時，增大流速才會使通量增加， ?增大流速會使膜兩側(cè)壓力差減小，因為流經(jīng)通道的壓力降增大 ?增大流速，使剪切力增加，對某些蛋白質(zhì)不利； ?動力消耗增加。 J＝ Km lnCg/Cb Km＝ D / ? 料液流速 ?，邊界層厚度 ??，溶質(zhì)擴散系數(shù) D?， 質(zhì)量傳遞系數(shù)Km?,膜透過通量 J?。在谷氨酸發(fā)酵液的微濾中， ?開始通量下降很快，可能是由于膜面的污染； ?然后通量變化較小，可能由于管狀收縮效應(yīng)引起通量的增加和濃度增大引起的降低互相對消； ?最后通量急劇降低 在谷氨酸發(fā)酵液中的微濾中 黏度 濃度 菌體濃度 通量 93 ? 在超濾或微濾中，一般說來，溫度升高都會導(dǎo)致通量增大，因為溫度升高使粘度降低和擴散系數(shù)增大。 ?隨 ?P?， J不呈線性 ?。 ? 由于這個現(xiàn)象，使膜面上沉積的顆粒具有向中心橫向移動的速度，使膜面污染程度減輕，通量增大。 bGmv CCKJ ln?濃差極化 凝膠層模型 81 凝膠層形成前后通量 JV與主體濃度 log Cb的關(guān)系 bwmv CCKJ ln?通量 bGmv CCKJ ln?濃差極化 凝膠層模型 82 濃差極化 凝膠層模型的特點 ? 凝膠層模型是在超濾中廣泛使用的模型 ? 很好的解釋主體濃度變化效應(yīng)、流體力學對通量的影響 ? 很好的解釋通量曲線平穩(wěn)段的變化 ? 缺陷： ? 凝膠層形成后通量與膜種類無關(guān) ? 凝膠層的濃度應(yīng)為常數(shù) 83 措施： ① 錯流； ② 進料流速 ↑ ； ③ 設(shè)備改進： a. 小型設(shè)備裝攪拌； b. 裝湍流促進器； c. 對料液施加脈沖，以不恒定的線速度進料 。 ? 在膜分離過程中，濃差極化是經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象，是影響膜分離技術(shù)在某些方面應(yīng)用的攔路虎。 2. 將產(chǎn)物結(jié)合到親和載體（具特異親和能力的高分子水溶性或非水溶性聚合物）上，形成大分子復(fù)合物，在合適孔徑的膜上被截留，未結(jié)合的雜質(zhì)透過，然后再將產(chǎn)物從聚合物上洗脫下來，透過膜，而親和載體被截留循環(huán)使用。 滲透蒸發(fā) 66 傳統(tǒng)的研究中，膜分離和親和分離是 2個平行發(fā)展的研究方向，在生物分子的分離和純化方面各具特色，但也存在著一些不可克服的技術(shù)缺陷。 63 （七） 滲透蒸發(fā) ? 滲透蒸發(fā)原理 ? 它是利用膜與被分離有機液體混合物中各組分的 親合力不同（料液側(cè)為疏水膜） ，而有選擇性地優(yōu)先吸附溶液某一組分，及各組分在膜中 擴散速度 不同，在 膜兩側(cè)分壓差 的作用下達到 分離 的目的。 （六） 膜分離技術(shù) 電滲析 59 正極 陰離子交換膜 負極 + 固定離子 Cl Na+ 60 電滲析分離原理示意圖 61 離子交換膜和離子交換樹脂的區(qū)別： 作用機理 使用方法 樹脂 離子間交換 ? RSO3－ H+ 選擇互換作用 Na+ H+ 解吸后須再生，并恢復(fù)成原來的離子型式，才能繼續(xù)使用。 ? 應(yīng)用： （ 1）小分子量的有機物質(zhì)的分離； ? （ 2）有機物與小分子無機物的分離； ? （ 3）溶液中一價鹽類與二價或多價鹽類的分離； ? （ 4）鹽與其對應(yīng)酸的分離。 53 ： 對 Na+和 Cl 等單價離子的截留率較低，但對 Ca2+、 Mg2+ 、 SO42+截留率高，對色素、染料、抗生素、多肽和氨基酸等小分子量（２ 001000）物質(zhì)可進行分級分離，實現(xiàn)高相對分子量和低相對分子量有機物的分離， （ Donnan）效應(yīng)： 納濾膜本體帶有電荷性，對相同電荷的分子（陽離子）具有較高的截留率。 ?從結(jié)構(gòu)上看納濾膜大多是 復(fù)合膜 ， 即膜的表面分離層和它支撐層化學組成不同。納濾膜大多從反滲透膜衍化而來。在壓力下，就可連續(xù)地使純水層流經(jīng)毛細孔。 與膜表面化學性質(zhì)和孔結(jié)構(gòu)等多種因素有關(guān) 。 xRT M 1111?? ??? cDA認為膜是均勻的，無孔，水和溶質(zhì)分兩步通過膜 ： 第一步：首先吸附溶解到膜材質(zhì)表面上； 第二步：在膜中擴散傳遞 (推動力為化學位梯度 )，擴散是控制步驟，服從 Fick定律，推導(dǎo)出溶劑和溶質(zhì)透過膜的速度公式： ）－（ 39。 反滲透法 46 ? 反滲透中溶劑和溶質(zhì)是如何透過膜的，在膜中的遷移方式： ? 溶解擴散模型 ? 優(yōu)先吸附模型 ? 溶解擴散模型適用于均勻的膜，能適合無機鹽的反滲透過程 。操作壓差一般為 ～ ，截留組分為小分子物質(zhì)。 ?蛋白、酶、 DNA的濃縮 ?脫鹽 /純化 ?梯度分離（相差 10倍） ?清洗細胞、純化病毒 ?除病毒、熱源 42 微濾和超濾的分離機理 ? 一般認為是簡單的篩分過程，大于膜表面毛細孔的分子被截留，相反，較小的分子則能透過膜。 39 （三） 超 濾 是以 壓力 為推動力，利用超濾膜不同孔徑對液體中溶質(zhì)進行分離的物理篩分過程。 ?透析法在臨床上常用于腎衰竭患者的血液透析。 微濾、超濾、納濾、反滲透區(qū)別： ① 膜孔徑： 微濾 － 10?m 超濾 － ? 納濾 － ?m 反滲透 小于 ?m ② 分離粒子： 微濾 截留固體懸浮粒子，固液分離過程； 超濾、納濾、反滲透 為分子級水平的分離； ③ 分理機理： 微濾、超濾和納濾 為截留機理，篩分作用； 反滲透 機理是滲透現(xiàn)象的逆過程： ④ 壓差： 微濾、超濾和納濾壓力差不需很大 － MPa 34 （一） 透 析 ? 利用具有一定孔徑大小、高分子溶質(zhì)不能透過的親水膜，將含有高分子溶質(zhì)和其它小分子溶質(zhì)的溶液與水溶液或緩沖液分隔；由于膜兩側(cè)的溶質(zhì)濃度不同，在 濃差的作用 下，高分子溶液中的小分子溶質(zhì)（如無機鹽） 透過 膜 向 水 滲透，這就是透析。 30 4 完整性試驗 ? 本法用于試驗?zāi)ず徒M件是否完整或滲漏。 ? 水通量 Jw不能代表處理