过滤器除菌技术

第五章空气除菌

教学目的：1、了解空气灭菌的基本方法和无菌空气的质量标准；2、熟悉介质过滤除菌的机理；3、掌握空气过滤器的结构；4、掌握典型的空气除菌流程。教学方法：讲授

教学手段：使用多媒体课件

教学内容：

第一节空气净化的方法

一、空气的组成

1、气态物质混合物：氮气、氧气、二氧化碳、惰性气体、H2O等

2、悬浮在气态中的灰尘：地壳物质颗粒、烟灰、花粉、微生物

其中，空气中微生物的数量与环境有密切关系：一般干燥寒冷的北方，空气中含微生物量较少，而湿润温暖的南方空气中含微生物较多；城市空气中的微生物含量（103-104个/m3）比人口稀少的农村多；地平面空气中微生物含量比高空多。

二、空气灭菌的必要性

1、好氧微生物在培养过程中，其生长、繁殖、代谢均需要大量氧气的参与；

2、所需氧气通常是以空气的形式提供的；

3、空气中含大量的各类微生物，如果随空气一同进入培养系统，便会在合适的条件下大量繁殖，与目的菌株竞争性消耗营养物质，并产生各种副产物，从而干扰或破坏纯种培养过程的正常进行，甚至使培养过程彻底失败导致倒罐；

4、因此空气的灭菌是好氧培养过程中的一个重要环节。

三、空气灭菌的方法

1、热灭菌法

基于加热后微生物体内的蛋白质（酶）热变性而得以实现。

空气在进入培养系统之前，一般均需用压缩机压缩，提高压力，所以，空气热灭菌时所需的温度，就不必用蒸汽或其他载热体加热，而可直接利用空气压缩时的温度升高来实现。

空气经压缩后温度可升到200℃以上，保持一定时间后，便可实现干热杀菌。

利用空气压缩时所产生的热量进行灭菌的原理对制备大量无菌空气具有特别重要的意义。在实际应用时，对培养装置与空气压缩机的相对位置，连接压缩机与培养装置的管道灭菌以及管道长度等问题都必须加以仔细考虑。

2、静电除菌

近年来一些工厂已使用静电除尘除去空气中的水雾、油雾、尘埃，同时也除去了空气中的微生物。

静电除菌时是利用静电引力来吸附带电粒子而达到除尘灭菌的目的。

悬浮于空气中的微生物，其孢子大多数带有不同的电荷，没有带电荷的微粒进入高压静电场时都会被电离成带电颗粒。

对于一些直径很小的微粒，它所带的电荷很小，当产生的引力等于或小于微粒布朗扩散运动的动量时，则微粒就不能被吸附而沉降，所以静电除尘灭菌对很小的微粒效率较低。

3、介质过滤除菌法

过滤除菌法是让含菌空气通过过滤介质，以阻截空气中所含微生物，而取得无菌空气的方法。该法广泛应用，是获得大量无菌空气的常规方法，在生产中使用最多。

（1）绝对过滤：利用微孔滤膜，其孔隙小于0.5甚至0.1μm，将空气中的细菌滤除，从而

获得无菌空气。

（2）深层介质过滤：由多种介质组成过滤层，滤层较深，空隙较大，靠静电、扩散、惯性和阻截作用等将细菌截留在滤层中，从而获得无菌空气。

第二节空气的深层过滤除菌原理和介质

一、空气的过滤除菌原理

1、布朗扩散截留作用

2、拦截截留作用

3、惯性撞击截留作用

4、重力沉降作用

5、静电吸引作用

在过滤除菌中，有时很难分辨上述各种机理各自所作贡献的大小。

随着参数的变化，各种作用之间有着复杂的关系，目前还未能作准确的理论计算。

一般认为惯性撞击截留、拦截截留和布朗运动截留的作用较大，而重力和静电引力的作用则很小。

气流速度小：布朗扩散截留和拦截截留显著

气流速度大：惯性撞击截留作用显著

二、空气过滤除菌常用介质

1、纸类过滤介质

玻璃纤维纸：以质量较好的无碱玻璃采用喷吹法制成直径很小的纤维（Φ1-1.5 μm ），由于纤维特别细小，故不宜散装填充，而采用造纸的方法作成0.25-1mm厚的纤维纸。一般应用时需将3～6张滤纸叠在一起使用。

玻璃纤维纸很薄，纤维间的孔隙为1～1.5 μm，厚度约为0.25-0.4mm，密度为2600 kg/m3，堆积密度为384 kg/m3，填充率为14.8％。

优点：过滤效率高，对于>0.3μm的颗粒的去除率为99.99％以上，同时阻力比较小，压降较小。

缺点：强度不大，特别时受潮后强度更差。为了增加强度，在纸浆中加入7-50％的木浆。

2、纤维状或颗粒状过滤介质

（1）棉花：常用的过滤介质，通常使用脱脂棉，有弹性，纤维长度适中。一般填充密度为130～150 kg/m3，填充率为8.5～10％。

（2）玻璃纤维：纤维直径小，不易折断，过滤效果好。纤维直径约为5～19 μm ，填充密度为130～280 kg/m3，填充率为5～11％。

（3）活性炭：要求活性炭质地坚硬，不易压碎，颗粒均匀，装填前应将粉末和细粒筛去。常用小圆柱体的颗粒活性炭，大小为Φ（3×10）～（3×15）mm，密度1140 kg/m3，填充密度为470～530 kg/m3，填充率44％。

缺点：体积大，占有空间大，操作困难，装填介质时费时费力，介质装填的松紧程度不易掌握，空气压降大，介质灭菌和吹干耗用大量蒸汽和空气，另外更换玻璃纤维类介质时碎沫飞扬，影响操作人员身体健康。

空气过滤除菌的介质

3、微孔滤膜类过滤介质

微孔滤膜类过滤介质的空隙小于0.5μm，甚至小于0.1μm，能将空气中细菌真正滤去，即绝对过滤。

特点：易于控制过滤后的空气质量，节约能量和时间，操作简便。

这一类介质包括纤维素脂微孔滤膜、聚四氟乙烯微孔滤膜等。

三、空气过滤器的结构

1、深层棉花（活性炭、玻璃纤维）过滤器

深层棉花过滤器是立式圆筒形，内部充填过滤介质，空气由下向上通过过滤介质，以达到除菌的目的。

填充物按下列顺序安装：

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

其中：

金属丝网和麻布的作用是使空气均匀进入棉花滤层；

夹套的作用为灭菌，在消毒时对过滤介质加热，要十分小心控制，温度过高容易使棉花焦化而局部丧失过滤效率，甚至有烧焦着火的危险。

2、平板式纤维纸分过滤器

空气从筒身中部切线方向进入，空气中的水雾沉入筒底，由排污管排出，空气经缓冲层通过下孔板经薄层介质过滤后，从上孔板进入顶盖排气孔排出。

其中：