第六章、空气除菌

母、霉菌、放线菌和噬菌体。 3、空气中微生物分布特点（1）空气中微生物一般附
着在灰尘或雾沫上，（2）室外空气中主要含细菌 孢子和霉菌孢子。
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2、空气除菌的方法 空气除菌就是除去或杀灭空气中的微生物。除菌的 方法：
❖ 过滤除菌 ❖ 热力杀菌 ❖ 静电除菌 ❖ 辐射杀菌
能够用于供给发酵工业大量空气灭菌的方法主要有 ❖ 加热灭菌 ❖ 静电除菌 ❖ 介质过滤除菌
5、水浴式除尘 器
对大粒子效果好， 但对压缩机影 响大。
(二)、空气压缩机 1、涡轮式 2、往复式 (三)、空气贮罐 1、作用：稳定压力及分离部分油雾。 2、结构：罐体、压力表、安全阀(或加冷却蛇管、导
筒) 3、罐的计算 V = 0.1~0.2W（压缩机排气量）m3/min D/H = 1: 2~2.5
1．工业上空气除苗所用过滤介质(如棉花、玻璃纤维、活性炭 等)的滤孔远大于菌体，为何能达到除菌目的?
2、列举空气除菌的方法和原理 3、影响介质过滤效率的因素 4、名词解释：绝对过滤介质、介质过滤效率、穿透率 5、除菌流程的评价 6、除菌设备有哪几部份组成 7、提高过滤除茵效率的主要措施
8、一发酵罐用气量为10m3/min空气在过滤器中的 线速度0.03m/s;这时过滤器除菌常数k= 20.0m-1, 空 气 中 微 生 物 的 浓 度 为 200 个 /m3, 发 酵 周 期 为 100h求过滤器直径和介质厚度。
介质过滤效率
η= (N1-N2) / N1 = 1- N2 / N1 = 1-P 式中：P为穿透率
在一定条件下，可以通过计算方法确定过滤层厚 度。
-dN = KN dL
ln N2 / N0 = -KL 由此式可求滤层厚度
穿透的菌数与原菌数之比的对数与介质层厚度成 正比，因此也称为对数穿透定律
1．影响介质过滤效率的因素
1、减少进口空气的含菌数 加强生产环境的卫生管理,减少环境空气中的含菌量； 提高空气进口位置(高采风口)，减少进口空气含菌量； 加强压缩机前的预过滤。
2、设计和安装合理的空气过滤器。 3、降低进入总过滤器的空气的相对湿度，保证过滤
在于燥条件下工作。 采用无油润滑的空压机； 加强空气的冷却，除油、除水； 提高进入总过滤器的空气的温度，降低其相对湿度等。
解：N0=1060100200=1.2107 过滤器出口空气中的含菌量取0.001，则介质层厚度
L=（1/k）LnN0/N =1/153.5Ln1.2107/0.001=0.151m
空气过滤器的直径 D=(4Q/g)0.5
第六节、讨论
一、提高过滤除菌效率的主要措施 空气净化处理的根本目的是除菌，然而目前所使用 的过滤介质必须在干燥状态下工作才能保证过滤效 率，因此就必须除油、除水。空气净化流程的选择 必须围绕着提高过滤除菌效率进行，其主要措施有：
加热灭菌 将空气加热至一定温度，并维持一定时间，杀灭空 气中的微生物。空气中的细菌芽孢在218℃维持24s， 就被杀死。
2．电除尘 ε=(E/r)ln(d2/d1)-1
第二节 介质过滤除菌
一、绝对过滤 1.定义：绝对过滤是介质之间的孔隙小于被滤除的微
生物，当空气流过介质层后，空气中的微生物被滤 除。它是采用很细小的纤维介质制成，介质空隙小 于0.5μm ，甚至小于0.1 μm 。 2.绝对过滤的特点：空气质量易于控制；节约能源和 时间，操作简便。
(四)、气液分离器 1、作用：将空气中的水雾及油雾除去。 2、种类 旋风式(气液分离) ：螺旋顶盖式、蜗壳式、扩散式、
旁路式. 用于雾滴大、量大情况。 填料式(除雾器)： 丝网、瓷环式、其他：活性炭、金
属屑、塑料丝网等，可用于除小雾滴，但雾大易堵。
(五)、空气冷却器 1、立式列管式 2、沉浸式 3、喷淋式 (六)、空气过滤器 1、过滤介质 棉花 、玻璃纤维、活性炭、超细玻璃纤维纸、石棉滤板(用于
的物理性质有关。
2、阻截作用：质量小的微生物等颗粒，在气流速度 较低时，在纤维的周边形成一层边界滞留层，在滞 留层气流速度更低，由于摩擦、粘附作用被滞留
3、布朗扩散作用 ：很小的颗粒流动速度很慢的气流 中能产生一种不规则的，称为布朗扩散运动。这种 结果会使小颗粒相互凝聚，而被过滤。
4、重力沉降作用：当颗粒所受的重力大于气流对它 的拖带力时，微粒就沉降。
1．惯性碰撞滞留作用
当微生物等颗粒随气流以一定速度流动，在接近纤 维时，气流碰到纤维而受阻，空气改变运动方向绕 过纤维继续前进；但微生物等颗粒由于具有一定的 质量，在以一定速度运动遇到纤维，因惯性作用而 离开气流继续前进并碰在纤维表面上。由于摩擦、 粘附作用被滞留在纤维表面上，这就是惯性碰撞滞 流作用。
2、冷热空气直接混合流程 ● 流程
特点：冷却用水少、耗能少。 适用范围：适用于中等湿含量的地区
3、高效前置除菌流程
❖ 特点及适用范围 特点：除菌效果好。 适用范围：适用于中等湿含量及干燥的地区。
二、除菌设备及计算 (一)、粗滤器 1、作用：除去空气中大颗粒灰尘，减少对压缩机
的损坏及减轻总滤器的负荷。 2、布袋粗滤器 3、填料式粗滤器：效果好，但清洗困难。 4、油浴式粗滤器：对压缩机无影响，但耗油 多。
图为带颗粒气流通过单一纤维截而的假想模型。 当气流为层流时，气体中的颗粒随气流作平行运动， 接近纤维表面时，气流改变方向，绕过纤维而前进， 颗粒于惯性作用，未能及时改变运动方向，继续前 进而与纤维碰撞被阻裁。因滤层由无数多纤维组成， 对颗粒的碰撞几率为无穷多，故产生过滤除菌作用。
❖ 在一定条件下，捕集效率随 气流速度增加而增大，当然 气流速度过大，也会将颗粒 带走而捕集效率下降。相反， 当气流速度小时，颗粒因运 动速度小而惯性也小，颗粒 被捕集的可能性也就小。如 果气流速度小至颗粒的惯性 力不足以使颗粒脱离气流时， 颗粒就不与纤维碰撞而被捕 集，此时的气流速度称为临 界速度。空气临界速度与纤 维直径、颗粒密度以及气体
5．绝对过滤介质：
这是一种能控制孔径的过滤介质，孔径在0.45um 以下，小于一般菌体、称为绝对过滤介质。国外已 有商品出售。这种滤纸的材料有硝酸纤维脂类、聚 四氟乙烯等。
第五节 过滤除菌设备
一、除菌流程 1、两级冷却、分离、加热流程 ● 流程
特点及适用范围 特点：提高传热系数、节约冷却用水、油水分离完 全。 适用范围：潮湿的南方地区。
分滤) 、烧结材料(用于分滤) 烧结金属、陶瓷、塑料等、 其他：超滤膜，孔径小于0.4 μm
2、棉花(纤维)深层过滤器
(1)、结构
滤层排列：孔板铁丝网 麻布棉花 麻布 活性炭 麻布棉花 麻布 铁丝网孔板 (2)、特点
结构简单，过滤效果好， 但棉花潮湿后易染菌， 常用作主滤器。
第六章 空气除菌
好气性微生物的生长和合成代谢产物都需要消耗 氧气。工业生产上均采用空气作为氧气来源。空气 的条件：
❖ 微生物除去或杀死。
❖ 具有一定压力。
❖ 过滤介质处于干燥状态。
第一节 空气中的微生物与除菌方法
一、空气中的微生物 1、大城市空气中含菌数为3000-10000个／m3。 2、空气中的微生物以细菌和细菌芽孢较多，也有酵
选用除雾效果好的金属丝网除雾器。
2、不同点
根据当地气候环境条件不同和冷却水温度来源不同， 选用一级或二级冷却，对于南方气温较高、湿度较 大，宜采用二级冷却，第一级采用河水或自来水冷 却。第二级采用深井水或冷冻水冷却。
根据当地气候条件、空压机类型等具体情况，选用个 同的方法对冷却后的空气进行加热升温。
以棉花、玻璃纤维、尼龙等纤维类或者活性炭作为 介质填充成一定厚度的过滤层，或者将玻璃纤维、 聚乙烯醇、聚四氟乙烯、金属烧结材料制成过滤层， 其介质间的空隙大于被滤除的尘埃或微生物。空气 流过这种介质过滤层时，借助惯性碰撞、阻截、静 电吸附、扩散等作用，将其尘埃和微生物截留在介 质层内，达到过滤除菌目的。
(1)介质填充厚度与过滤效率的关系
(2)介质填充密度与过滤效率的关系 可见增加填充密 度，可以提高过滤效率。
(3)空气流速与过滤效率的关系 在空气流速很低时， 过滤效率随气流速度增加而降低，当气流速度增加 至临界值后，过滤效率随气流速度增加而提高
一、常用的滤菌介第质四节 过滤介质
用于空气除菌的过滤介质主要有：棉花、活性炭、 玻璃纤维、超细玻璃纤维纸、石棉、烧结材料以及 微孔过滤介质(也称绝对过滤介质)等。
3．玻璃纤维；
玻璃纤维的直径差别很大，原则上以直径小的 过滤效率高，但直径太小容易断裂，且操作人员 接触后易过敏，因此国内基本不使用。
4．超细玻璃纤维：
以质量较好的无碱玻璃，用喷吹法制成的直径很小 的纤维。由于直径小，不易散装填充，因而采用造 纸的方法，做成纤维纸、使用时叠在—起。由于丝 径小，纸的网格孔径也小，因此除菌效率高。
3、平板纤维纸过滤器
(1)、结构：罐体、顶盖、滤 层、夹板及缓冲层
滤层排列：孔板铜丝网 麻布滤纸 麻布 铁丝 网孔板
(2)、特点：适合处理空气量 小或分滤，效果决定于滤纸 的孔径及厚度。
4、管式过滤器
特点：过滤面积比平板纤 维纸过滤器大，气速高时产 气大。
例一发酵罐用气量为10m3/min,空气在过滤器中的线 速度0.15m/s;这时过滤器除菌常数为153.5m-1,空 气中微生物的浓度为200个/m3,发酵周期为100h, 求过滤器直径和介质厚度，假若空气流速变为 0.03m/s（此流速下k= 20.0m-1)求过滤层的厚度。
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5、静电吸附作用：微生物和孢子都带电荷。
第三节 空气过滤的效率
深层介质过滤不是面积过滤，而是无数层纤维将 空气中的微生物等颗粒滞留在介质中。它仅仅是延 长了空气中微粒的停留时间，随着使用时间的延长， 微粒穿过介质过滤层的几率不断增加，因此不能得 到100％的过滤效率。每使用一段时间后，介质层 中的微粒堆集到一定数量，微粒穿过的几率大大增 加，这时就必须进行灭菌。
3.常用的材料为：纤维素脂微孔滤膜（孔径0.5 μm ， 厚度0.15 μm ）、硅酸硼纤维微孔滤膜（孔径0.1 μm ）、聚四氟乙烯微孔滤膜（孔径 0.2μm或0.5 μm ，孔率80%）。我国研制的混合纤维素脂微孔 滤膜和醋酸纤维素脂微孔滤膜，除过滤除菌外，还 有静电吸附作用。
二、介质过滤（深层过滤）机理
1．棉花：
棉花直径为16—21um，长度2—3cm。用做空气 过滤介质的棉花，以纤维细长、疏松的非脱脂新鲜 棉花为好，因为脱脂纤维容易吸湿而降低过滤效率。 填充密度一般为150－200kg／m3。棉花作为过 滤介质的缺点是阻力大，容易潮湿，受潮后阻力更 大。
2．活性炭：
活性炭具有表面积大、吸附性强等优点；粒子 间隙大，阻力小，但是除菌效率差，因此一般需 与棉花一起使用。
二、常用的空气净化流程
空气净化流程的选择都是为了满足以上措施。
常用的空气净化流程
1、共同点
提高进风口位置，减少空气含菌量。
采用过滤性能较好的油浸或金属丝网作为预过滤 器．减少进口空气的含尘量，同时对空压机的保护 作用较明显。
空气经过冷却，除油、除水后，再加热提高温度，降 低空气的相对湿度，保证过滤介质在干燥状态下工 作。