[发明专利]薄膜滤器的灭菌

说明书

技术领域

本发明涉及一种可灭菌的滤器组件/膜组件，本发明还涉及滤器组件/膜组件的灭菌方法。

背景技术

所谓滤器组件/膜组件用于水处理，在滤器中其中特殊的和/或不需要的物质从流动的介质中被过滤(所述介质分别是待过滤出或未过滤的物质，例如未净化的水，牛奶，或其他液体)。滤出的介质以滤液(渗透液)的形式从过滤组件流出，同时留下浓缩液（保留物）。膜滤器组件常用于水处理，例如超滤组件，在该组件中，重要的病菌（细菌、酵母菌等）必须从待过滤或保留的介质中分别被除去。

通常，根据被分离颗粒的大小来区分微细过滤和超滤的不同，如果被分离的微粒粒径在0.5到0.1μm，称为微细过滤，如果微粒粒径是0.1到0.01μm，所述过滤称为超滤。超滤通常用塑料膜（中空纤维、平板膜、卷曲膜）进行，其孔径约1μm～0.001μm的范围内。特殊的超滤膜的孔径通常具有0.2到0.02μm的尺寸。在一些领域也使用陶瓷膜。除此之外，也使用基于反渗透原理的过滤器和烛形过滤器。现有技术中还有砾石集合基底过滤器。

如果使用塑料膜，清洗温度和卫生温度或消毒温度都很重要。到目前为止所用滤器的清洗温度和卫生温度或消毒温度通常最高只具有60℃到85℃。由于材料耐受力有限，特别针对灌注混合物（灌注方法）和针对膜本身，必须不超过这样的温度。

为清洗目的，现有技术提供了热水或蒸汽替代要被过滤的介质，然而，这导致在滤器组件内和膜上形成巨大的温度差，同时产生了另一问题——需要冷却。

如果超滤或微细过滤采用中空纤维膜进行，例如将未过滤物灌注于中空纤维膜内侧，并且在其外侧吸出渗透液（从内向外过滤），在卫生方面的缺点首先存在于该膜的滤出液侧，这种情况下，膜的滞留物侧并不太重要，因为无论如何这是在进程中有污物的介质流过的地方。但是，如果过滤的方向相反，渗透液从中空纤维膜的内侧吸出（从外向内过滤），至少会有一部分滞留物进入滤器组件内，产生不卫生的残余物。此外，膜灌封（membrane potting）的特殊连接部分和密封点以及在外壳上的连接点都是卫生方面的关键区域，例如用O形圈的不卫生密封。

关于膜组件的最大问题是不能采用常规方法将膜组件所有之处都进行清洗，如果可以清洗，只用清洁剂和消毒剂即可。换句话说，在这些死角，不可能发生液体物质交换而带走污物和病菌。所述死角尤指膜和膜灌封之间连接区域的池子，那里会形成过多的沉淀物，由于该处流动速度低，沉淀物不能完全移去。由于介质在此的交换主要靠扩散方式，通常清洁组件尝试用热水流经该处，通过热杀死存在于组件中的细菌。

因此,如果使用塑料薄膜,清洗温度是至关重要的。以往在这种情况下，清洗温度和环境温度或“灭菌”温度的标准最高分别只能达到60℃到85℃。但这样的温度是不能称之为“杀菌”的。人们通常说灭菌温度，是指121℃(例如保持20分钟或更长时间),理想情况下应达到140℃。因此,使用低温通常被称为“热水卫生”。

此外,薄膜被加热到这种卫生温度，然后再冷却下来之后，所产生的温差是很危险的。由于不同材料的膨胀系数不同，通常温差必须不超过1-2℃/分钟。否则,不同材料会分别产生快速疲劳、材料的张紧或材料的过分拉紧,最后导致滤膜的破损，或者导致护罩从灌封处分离，或膜从灌封处分离。最常见的损坏是膜直接在与过滤容器灌封接口处破裂。当滤膜组件破到如此程度，就不得不更换了。

因此,如果处于更高的温度(>85℃),同时压力和压差又发生变化是不行的。因为无论是膜或壳体、封口,或灌封处都不适合这样的压力/温度变化。如果温度更高一些，还会损害材料。此外,如果加热和冷却发生得太快,材料疲劳，同样也导致材料过早损坏。首先,相对于壳体的膜的灌封处会发生问题,即，膜连接至或连接自环氧树脂的连接会发生问题,例如,连接至PES（聚醚砜）壁或PVC（聚氯乙烯）壁或金属外壁时。此外,选择膜是很重要的。在许多地方用PES(聚醚砜)作为塑料薄膜材料。在饮料行业,经常使用不锈钢护套。通常不可能直接灌封进这些不锈钢套中，由于材料、膜组件壳体被插入到外层不锈钢护套中。

综上所述，膜组件在卫生方面至关重要，因为膜很少被清洗、消毒，不具有卫生处理能力和杀菌功能。最关键的一点是所有的组件中都会有细菌生长。特别是滤液池和组件内的死角，这些地方没有液体的经常流过，所以不会发生物质的经常交换。此外,许多膜组件未按照无菌性标准设置。法兰连接也未按照通常的卫生要求设计。因此,需要对这些组件进行灭菌(121℃的温度或更高)，然而，目前没有同样的技术，由于材料和结构的需要，不能对组件或膜产生损伤。