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第 5 期 张 剑，等: 超滤技术在生物酶分离中的研究进展 ·789·

图 4 亲水性高的 ApJPlsM-UP020 超滤膜和 P-UP020 超滤膜的结垢倾向 [39]
Fig. 4 Propensity to fouling of highly hydrophilic ApJPlsM-UP020 ultrafiltration membranes and P-UP020 ultrafiltration
membranes [39]

2.2.2 超滤膜组件 滤，具体又分为以下 5 种过滤模式，如图 5 所示。
超滤膜常见的膜组件有板框式膜组件、卷式膜 图 5 中 A~C 为死端过滤，超滤时对溶液搅拌和引入
组件、管式膜组件、中空纤维式膜组件 [26] 。表 1 列 加料罐，如图 5B、C 所示，虽可减少膜表面溶质的
出了不同膜组件重要特征的比较。板框式膜组件存 沉积，提高膜通量 [32] ，但由于死端过滤的先天缺点，
在控制浓差极化困难、超滤过程膜堵塞严重、能耗 溶质仍会在膜表面大量沉积。如图 5D 所示，错流
较高等缺点，逐渐被市场淘汰，但因其制作简单和 过滤的切向流速能有效冲刷膜表面的溶质从而减小
成本低廉，可在实验室范围内进行小规模超滤。管 浓差极化和膜表面的溶质沉积。如图 5E 所示，进料
式膜组件可有效控制浓差极化，适用于高浓度和高
固含量发酵液的处理。中空纤维式膜组件由于中空
纤维内径较小容易污染，需对料液进行严格处理。
卷式膜组件装填密度相对较大，流道内的间隔能使
流体产生湍流降低浓差极化，适用于生物酶发酵液
的分离提纯 [45] ，但存在颗粒物堵塞情况严重的问题。

表 1 不同膜组件的比较 [46]
Table 1 Comparison of different membrane modules [46]
装填密度 能量 通道间距 颗粒物堵 清洁 装填
膜组件
2
3
/(m /m ) 成本 /cm 塞情况 难度 体积
板框式 300 中 0.03~0.25 中 好 低
管式 60 高 1~1.25 低 极好 高
中空纤维式 1200 低 0.02~0.25 高 及格 低 图 5 不同的过滤模式 A~C 为死端过滤，A 为不搅拌过
卷式 600 低 — 很高 中等 低 滤，B 为搅拌过滤，C 为具有进料罐搅拌过滤，D
为错流过滤，E 为循环错流过滤 [47]
2.3 超滤条件 Fig. 5 Different filtration mode A~C for the dead-end
filtration, A: unstirred batch, B: stirred batch, C:
2.3.1 过滤模式 stirred batch with feed reservoir, D: cross-flow
超滤过程的过滤模式分为死端过滤和错流过 filtration, E: cyclic cross-flow filtration [47]