防止发酵液倒流染菌的技术措施

杨利

摘要：染菌是发酵工业的大敌，发酵过程污染杂菌，会严重的影响生产，是发酵工业的致命伤。染菌会造成大量原材料的浪费，在经济上造成巨大损失，扰乱生产秩序，破坏生产计划，影响产品外观及内在质量。本文从染菌的原因、染菌的危害为出发点，着重介绍防止发酵液倒流造成染菌的技术措施。

关键词：染菌的危害；染菌的原因；技术措施

一、染菌的危害

绝大多数工业发酵，无论是单菌发酵还是混合菌种发酵，都是纯种发酵。除菌种以外的微生物都被视为杂菌。所谓染菌，是指在发酵培养基中侵入了有碍生产的其他微生物。几乎所有的发酵工业都有可能遭受杂菌的污染，给企业带来严重的经济损失。

（一）对发酵本身的影响

发酵染菌轻者影响产量和质量，重者可能导致倒罐，甚至停产，造成人力、原材料、机械设备、能源的浪费，特别是现在发酵罐的规模趋于大型化，造成的损失也更加严重。

（二）对过滤的影响

染菌的发酵液一般发粘，菌体大多数自溶，所以在发酵液过滤时不能或很难形成滤饼，导致过滤困难。即使采取加热、冷却、添加助滤剂等措施，使部分蛋白质凝聚，效果也不理想。由于过滤困难，过滤时间拉长，影响发酵液储罐和过滤设备的周转使用，破坏了生产平衡，大幅降低过滤收率，直接影响提炼总收率。

（三）对提取的影响

染菌发酵液中含有比正常发酵液更多的水溶性蛋白和其它杂质。采用有机溶剂萃取的提取工艺，则极易发生乳化，很难使水相和溶剂相分离，影响进一步提纯；采用离子交换树脂的提取工艺，由于染菌后发酵液有大量杂菌粘附在离子交换树脂表面，或被离子交换树脂吸附，大大降低离子交换树脂的交换容量，而且杂菌很难用水冲洗干净，洗脱时与产物一起进入洗脱液，影响进一步提纯。

（四）对产品质量的影响

对内在质量的影响：杂菌的发酵液含有较多的蛋白质和其他杂质，对产品的纯度有很大影响。产品若是酶制剂，则会影响单位活性。

对产品外观的影响：一些染菌的发酵液经处理过滤后得到澄清的发酵液，放置后会出现浑浊，影响产品外观。

（五）对三废处理的影响

染菌使发酵液过滤后的废菌体无法利用，发酵染菌的废液，生物需氧量（BOD）增高，增加三废治理费用和时间。

二、染菌的原因

发酵染菌的原因众多，并且在发酵生产的前期、中期、后期都有可能发生染菌，需要工作人员严格按规程操作每一个环节，严格控制染菌的几率，降低染菌的风险，避免发生染菌带来严重的经济损失。因此，防止染菌是一项环节多、要求严、难度大而且有十分关键的一项工作，需要从发酵生产的各个存在染菌的风险点寻找防止染菌的突破口，同时在各个风险点采取不同的技术措施达到防止染菌污染的目的。

工业发酵染菌的原因主要有：菌种染菌、空气染菌、原料染菌、设备缺陷、操作失误、突发因素（停电、失压等）。业内对于前五种染菌原因及采取的防治措施已有较成熟的经验和操作规范，在本文中不再赘述。下面着重介绍本公司在防止压缩空气突然失压而造成发酵液倒流进入空气精过滤器进行的技术革新。

三、防止发酵液倒流染菌的技术措施

本公司年产20000吨甲醇蛋白联产酶制剂项目，设计自动化程度较高，达到发酵生产一键式操作的自动化程度。在与行业各单位的技术交流中发现，行业普遍存在压缩空气突发性的失压造成发酵液倒流进入空气精过滤器的事故，尽管这种事故发生的几率很小，但造成的经济损失较大，不仅影响正常生产，还造成发酵液的污染，并且需要更换耗材费用昂贵的精过滤器的滤芯，维检强度增大。因此，我公司对自控系统的设计方案进行了优化，通过自控的技术手段，实现防止发酵液倒流染菌的技术措施。

（一）优化前的自控方案

在空气预过滤器前设置有气动调节阀、流量检测点，空气精过滤器后有自控开关阀。流量传感器将检测到的空气流量值输入至中控室DCS系统上位机并与设定值进行比较运算。若检测值（输入值）大于设定值，则上位机向执行控制器输出减小开关行程的指令。反之，上位机向执行控制器输出增大开关行程的指令，从而使得空气流量、压力保持在相对稳定的范围内。若空气突然失压，流量和压力会突然变小甚至为零时，由于空气精过滤器后的自控开关阀接收到DCS上位机的输出的关闭指令较迟缓，必然造成发酵罐的液体倒流进入空气精过滤器。

另外，由于此方案仅通过空气预过滤器前的流量信号来控制空气精过滤器后（发酵罐前）的自控阀门的动作，也会由于信号波动造成自控阀误动作，影响发酵工业的正常生产。

（二）优化后的自控方案

在空气预过滤器前设置有气动调节阀、流量检测点，在空气精过滤器后增加压力监测点。将空气预过滤器前设置的流量检测点与空气精过滤器后的压力监测点进行连锁逻辑运算，采取二选二的逻辑运算，来控制空气精过滤器后的自控开关的开闭动作。

（1）若流量检测点的数值在正常范围，且空气精过滤器后的压力检测值大于0.35Mpa（发酵罐压力为0.35Mpa），则空气精过滤器后（发酵罐前）的自控阀保持开位，一切正常生产。

（2）若流量检测点的数值小于下限值，空气精过滤器后的压力检测值大于0.35Mpa，则气精过滤器后（发酵罐前）的自控阀保持开位，有效防止了误动作。

（3）若流量检测点的数值在正常范围，空气精过滤器后的压力检测值小于等于0.35Mpa（发酵罐压力为0.35Mpa），则空气精过滤器后（发酵罐前）的自控阀动作，由开位变为关位，防止发酵液倒流进入空气精过滤器。

（4）若流量检测点的数值小于下限值，空气精过滤器后的压力检测值小于等于0.35Mpa（发酵罐压力为0.35Mpa），则空气精过滤器后（发酵罐前）的自控阀动作，由开位变为关位，防止发酵液倒流进入空气精过滤器。

结论：发酵工艺染菌是一个复杂的过程，管控难度较大。在DCS自控系统的前提下，在空气精过滤器后（发酵罐前）增加一个压力测点，通过压力变送器将信号传送至DCS上位机与空气预过滤前的流量信号进行逻辑联锁采取二选二的控制方式，能够确保压缩空气一旦失压，发酵罐前的自控阀能够立即动作切断管路，阻断了发酵液的反流，同时也避免了报警误动作的发生，降低对发酵工业正常生产的影响。

参考文献：

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