От культуральной жидкости

Для отделения взвешенных частиц от культуральной жидкости учитывают различные физико-химические свойства частиц:

- плотность;

- размер;

- поверхностные свойства.

Методы, основанные на разделении суспензий по плотности частиц:

• седиментация (отстаивание, осаждение) – используют для отделения крупных частиц размером от 2,3 мкм до 1 мкм.

• гидроциклонирование – от 5 мкм до 700 мкм;

• центрифугирование – от 400 нм до 900 нм;

• ультрацентрифугирование – от 10 нм до 1 мкм;

Методы, основанные на разделении суспензий по размеру частиц:

▪ фильтрация через тканевые фильтры – отделяют частицы размером от 10 мкм до 1 мм;

▪ микрофильтрация – используют для частиц размером от 200 нм до 10 мкм;

▪ ультрафильтрация – используют для частиц размером от 10 нм до 5 мкм.

Сравнительные размеры различных объектов

Объект	Размеры	Объект	Размеры
Микроорганизмы:		Макромолекулы	10-120 нм
- вирусы	чуть больше10 нм	Микрочастицы	от 120 нм до 10 мкм
- бактерии	0,3-1,0 мкм (300-1000 нм)	Тонкие взвеси	от 10 до 100 мкм
- дрожжи	3-5 мкм	Грубые взвеси	от 100 мкм до 1 мм
- мицелий грибов и эритроциты	до 10 мкм

Поверхностные свойства частиц используются в процессе флотаци и. В основу данного метода положена способность клеток удерживаться пузырьками воздуха. Данным способом можно удалить частицы с размером от 1 до 200 мкм.

Рассмотрим особенности использования выше приведенных методов разделения суспензий в различных производствах.

▲ Отстаивание и осаждение

Наиболее часто используют в процессе очистки сточных вод – отстаивание активного ила, для отделения животных и растительных клеток, мицелиальных грибов и пивных дрожжей и др. взвешенных частиц.

Клетки микроорганизмов и взвешенные или коллоидные частицы не обязательно должны быть крупными: они могут концентрироваться на хлопьях, агломератах.

Процесс отстаивания часто комбинируется с предварительной коагуляцией или флокуляцией. В обоих случаях к суспензии добавляют реагент – коагулянты или флокулянты.

Прикрепленные к длинным молекулам коагулятов или флокулятов несколько клеток или частиц создают основу агломерата, который в результате имеет больший вес и меньшую подвижность, что приводит к осаждению осадка.

Недостатки метода: большая продолжительность процесса (от нескольких часов до суток), не очень хорошее разделение.

▲ Центрифугирование и сепарирование

Для преодоления выше названных трудностей осаждения на клетки воздействуют центробежной силой. Центрифуги и сепараторы, создающие эту силу, называют осадительными.

▲ Фильтрование

Фильтрование обеспечивает разделение суспензий, пыли и туманов с помощью пористой (фильтровальной) перегородки, способной пропускать жидкость или газ и задерживать взвешенные в них твердые частицы. Фильтрование осуществляется под действием разности давлений жидкости по обе стороны от фильтрующей перегородки. Жидкость проходит через поры перегородки, а твердые частицы задерживаются на ней, образуя слой осадка. Фильтрование применяется для более тонкого, чем при осаждении, разделения суспензий и пыли.

От правильного выбора фильтровальной перегородки во многом зависят производительность фильтра, чистота получаемого фильтрата.

В качестве пористых перегородок используются:

- зернистые материалы: песок, уголь, асбест и др.;

- ткани: шерстяные (в основном грубошерстные), хлопчатобумажные (бязь, фланель), минеральные (асбестовая ткань), металлотканые (металлические сетки);

- жесткие пористые перегородки (в основном керамические);

В последнее время в промышленную практику вошли также синтетические материалы:

- полиамидные (нейлон, капрон, анид и др.);

- полиакрилонитриловые (орлан, нитрон, дралон и др.);

- поливинилхлоридные (саран, ровин и др.); полиэтиленовые и полипропиленовые;

- полиэфирные (терилен, дакрон, лавсан, териталь и др.);

- фторлоновые (тефлон, фторлон);

- металлические, покрытые пластиком.

При разделении суспензий в зависимости от вида фильтровальной перегородки и свойств суспензии фильтрование может быть

- с образованием осадка на поверхности перегородки,

- с закупориванием пор фильтрующей перегородки и

- с промежуточным видом фильтрования (закупоривание пор и отложение осадка на поверхности).

По целевому назначению процесс фильтрования может быть очистным или продуктовым.

Очистное фильтрование применяют для разделения суспензий, очистки растворов от включений. В этом случае целевым продуктом является фильтрат. В пищевой промышленности очистное фильтрование используют при осветлении соков, вина, виноматериалов, молока, пива и других продуктов.

Цель продуктового фильтрования – выделение из суспензии диспергированных в них продуктов в виде осадка. Примером фильтрования такого вида может быть разделение дрожжевых суспензий, в которых целевым продуктом является осадок (дрожжи).

Процесс фильтрования в промышленных условиях проводится на фильтрах периодического и непрерывного действия.

Фильтры периодического действия позволяют проводить фильтрование в любом режиме.

Непрерывно действующие фильтры работают только при постоянной разности давления, обеспечивая непрерывное удаление осадка, что является их существенным преимуществом.

По способу создания разности давления (движущей силы) различают фильтры, работающие под давлением, и фильтры, работающие под вакуумом.

Фильтрование может обеспечить почти полную очистку жидкости от взвешенных частиц и в этом имеет преимущество перед осаждением.

С целью повышения скорости фильтрования при разделении суспензий с небольшой концентрацией твердой фазы либо содержащих слизистые вещества фильтрование проводят в присутствии вспомогательных веществ, препятствующих закупориванию пор перегородки. Слой вещества наносят на нее перед фильтрованием суспензии.

В качестве вспомогательных веществ используются тонкодисперсные угли, асбест, перлит, кизельгур и др.

Основные величины, характеризующие процесс фильтрования, – скорость и продолжительность фильтрования, зависящие от перепада давления на фильтре, вязкости фильтрата и гидравлического сопротивления при фильтровании.

Фильтрация широко распространена во всех отраслях пищевой промышленности. Так, в пивоварении фильтрация используется для отделения дробленого солода от сусла и для осветления пива. В виноделии, в соковом, консервном, ликероводочном производствах отфильтровываются части тканей плодов, ягод. Очень широко применяется фильтрация в свеклосахарном, крахмалопаточном и других производствах.

▲ Мембранные процессы – разделения жидких смесей на полупроницаемых перегородках. Внешне они похожи на обычную фильтрацию, так как движущей силой процесса является разность давлений. В действительности с помощью полунепроницаемых мембран разделяются истинные растворы (гомогенные системы), в то время как фильтрованием можно лишь разделить суспензию, т.е. отделить твердую фазу от жидкой.

Считая мембранные методы фильтрованием на молекулярном уровне (по порядку увеличения размера и молекулярной массы задерживаемых частиц), можно условно мембранные методы разделить следующим образом:

• к мембранным методам очистки относят диализ, электродиализ,

• к баромембранным методам – обратный осмос, ультрафильтрация, микрофильтрация и тонкая фильтрация.