第十二章 空气净化除菌与调节设备1空气净化除菌的方法与原理

12.1 空气净化除菌的方法与原理
12.1.3 介质过滤除菌机理
空气的过滤除菌原理与通常的过滤原理不一样，由于空 气中气体引力较小，且微粒很小，常见悬浮于空气中的微生 物粒子大小在0.5～2μm，而空气过滤常用的过滤介质如棉花， 它的纤维直径一般为16～20μm，当充填系数为8％时，棉花 纤维所形成网格的孔隙为20～50μm。微粒随空气流通过滤层 时，滤层纤维所形成的网格阻碍气流前进，使气流无数次改 变运动速度和运动方向而绕过纤维前进。
12.1 空气净化除菌的方法与原理
3．布朗扩散作用机理 直径很小的微粒在很慢的气流 中能产生一种不规则的直线热运动，称为布朗扩散。布朗扩 散的运动距离很短，在较大的气速或较大的纤维间隙中是不 起作用的。但在很小的气流速度和较小的纤维间隙中却能使 微粒靠近纤维而被黏附，称为布朗扩散作用机理。
4．重力沉降作用机理 重力沉降是一个稳定的分离作 用，当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就沉 降。重力沉降作用一般与拦截作用配合，在纤维的边界滞留 区内，可提高拦截的捕集效率。
12.1 空气净化除菌的方法与原理
2．生物工业生产对空气质量的要求 生物工业生产中，由于所用菌种的生产能力强弱、生长 速度的快慢、发酵周期的长短、分泌物的性质、培养基的营 养成分和PH值的差异等，对所用空气的质量有不同的要求。 生物工业生产所用的 “无菌空气”，是指通过除菌处理 使空气中含菌量降低到零或极低，从而使污染的可能性降至 极小。一般按染菌概率为10-3来计算，即 1000次发酵周期所 用的无菌空气只允许1次染菌。
12.1 空气净化除菌的方法与原理
图12-1 单纤维除菌效率与气流速度的关系
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12.1 空气净化除菌的方法与原理
5．静电吸附作用机理 干空气从非导体的物质表面流过 时，由于摩擦作用，会产生诱导电荷，特别是用树脂处理过 的纤维，尤其是一些合成纤维更为显著。悬浮在空气中的微 生物微粒或由于本身带有不同的电荷、或由于产生的诱导电 荷，使它们随气流通过介质表面时，受带异性电荷的介质所 吸引而沉降，称为静电吸附作用机理。此外，表面吸附也归 属这个范畴，如活性炭的大部分过滤效能应是表面吸附的作 用。
12.1 空气净化除菌的方法与原理
４．过滤除菌 过滤除菌是目前生物工业生产中最常用、 最经济的空气除菌方法，它采用定期灭菌的干燥介质来阻截 流过的空气所含的微生物，从而获得无菌空气。常用的过滤 介质按孔隙的大小可分成两大类：一类是介质间孔隙大于微 生物，故必须有一定的厚度才能达到过滤除菌目的；而另一 类是介质的孔隙小于微生物，空气通过介质，微生物就被截 留于介质上，这称之为绝对过滤。前者有棉花、活性炭、玻 璃纤维、有机合成纤维、烧结材料（烧结金属、烧结陶瓷、 烧结塑料）等，后者有微孔超滤膜等。
12.1 空气净化除菌的方法与原理
3．静电除菌 静电除尘法能除去空气中的水雾、油雾、 尘埃和微生物等，且消耗能量小，空气压力损失小，设备也 不大。但对设备维护和安全技术措施要求较高。常用于洁净 工作台、洁净工作室所需无菌空气的预处理，再配合高效过 滤器使用。
静电除尘是利用静电引力吸附带电粒子而达到除菌除尘 目的。悬浮于空气中的微生物，其孢子大多带有不同的电荷， 没有带电荷的微粒在进入高压静电场时都会被电离变成带电 微粒，但对很小的微粒效率较低。
生物工程设备
第十二章 空气净化除菌与调节设备
空气净化除菌与调节设备
12.1 空气净化除菌的方法与原理 12.2 空气介质过滤除菌设备 12.3 空气调节设备
12.1 空气净化除菌的方法与原理
12.1.1 生物工业生产对空气质量的要求
1．空气中微生物的分布 空气中经常可检查到一些细菌及其芽孢、酵母、霉菌和 病毒。它们在空气中的含量随环境的不同而有很大的差异。 一般干燥寒冷的北方空气含菌量较少，而潮湿温暖的南方空 气含菌量较多；人口稠密的城市比人口稀少的农村空气含菌 量多；地平面比高空的空气含菌量多。虽然各地空气中微生 物的分布是随机的，但它们的数量级可以认为是 103～104个 ／m3。
12.1 空气净化除菌的方法与原理
2．拦截滞留作用机理 气流速度下降到临界速度以下时， 微粒就不能因惯性冲击而滞留在纤维上，捕集效率显著下降。 但实践证明，随着气流速度的继续下降，纤维对微粒的捕集 效率又有回升，说明有另一种机理在起作用，这就是拦截滞 留作用机理。当微生物等微粒随低速气流慢慢靠近纤维时， 微粒所在的主导气流受纤维所阻而改变流动方向，绕过纤维 前进，并在纤维的周边形成一层边界滞流区。滞留区的气流 速度更慢，进到滞留区的微粒慢慢靠近和接触纤维而被粘附 滞留，称为拦截滞留作用。
12.1 空气净化除菌的方法与原理
1．惯性冲击滞留作用机理 惯性冲击滞留作用是空气过 滤除菌的重要作用。当微粒随气流以一定的速度垂直向纤维 方向运动时，空气受阻即改变运动方向，绕过纤维前进。而 微粒由于它的运动惯性较大，未能及时改变运动方向，直冲 到纤维表面，由于摩擦黏附，微粒就滞留在纤维表面，这称 为惯性冲击滞留作用。空气流速是影响惯性冲击滞留效率的 重要因素。空气流速下降，惯性冲击滞留效率也下降。滞留 效率为零时的气流速度称为惯性冲击的临界速度。
12.1 空气净化பைடு நூலகம்菌的方法与原理
12.1.2 空气净化除菌方法
空气除菌就是杀灭或除去空气中的微生物。 1．热杀菌 热杀菌是一种有效的、可靠的杀菌方法。工 业生产上常利用空气压缩时放出的热量进行加热保温杀菌。 2．辐射杀菌 从理论上说，超声波、X射线、β射线、 γ射线、紫外线等都能破坏蛋白质活性而起杀菌作用。但应 用较广泛的还是紫外线，它的波长在253.7～265nm时杀菌效 力最强，它的杀菌能力与紫外线的强度成正比，与距离的平 方成反比。紫外线通常用于无菌室等空气对流不大的环境下 消毒杀菌。
12.1 空气净化除菌的方法与原理
当空气流过介质时，惯性撞击、拦截、布朗扩散、重力 沉降和静电吸附这五种机理同时在起作用。当气流速度较大 时，除菌效率随空气流速的增加而增加，这是由于惯性冲击 起主要作用；当气流速度较小时，除菌效率随气流速度的增 加而降低，这是由于扩散起主要作用；当气流速度中等时， 可能是拦截起主要作用。如果空气流速很大，除菌效率却下 降，则是由于已被捕集的微粒又被湍动的气流夹带返回到空 气中。如图12-1表示了单纤维除菌效率与气流速度的关系。 其中虚线段表示空气流速高时，会引起除菌效率的急速下降。