第四章第三节 空气除菌

第四章第三节空气除菌第1页，课件共33页，创作于2023年2月氧气氮气惰性气体二氧化碳水蒸气气态物质的混合物悬浮在空气中的灰尘构成地壳的无机物质颗粒烟灰植物花粉种类繁多的细菌和其他微生物空气（即大气）第2页，课件共33页，创作于2023年2月空气中常见微生物种类及大小微生物宽/μm长/μm产气杆菌1.0～1.51.0～2.5蜡状芽孢杆菌1.3～2.08.1～25.8普通变形杆菌0.5～1.01.0～3.0地衣芽孢杆菌0.5～0.71.8～3.3巨大芽孢杆菌0.9～2.12.0～10.0蕈状芽孢杆菌0.6～1.61.6～13.6枯草芽孢杆菌0.5～1.11.6～4.8金黄色小球菌0.5～1.00.5～1.0酵母菌3.0～5.05.0～19.0病毒0.0015～0.2250.0015～0.28霉状分枝杆菌0.6～1.61.6～13.6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。微生物的分布：第3页，课件共33页，创作于2023年2月空气灭菌的必要性

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；所需氧气通常是以空气的形式提供的。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。因此空气的灭菌是好氧培养过程中的一个重要环节。第4页，课件共33页，创作于2023年2月热灭菌法静电除菌介质过滤除菌法一、空气除菌的方法各种不同的培养过程，鉴于其所用菌种的生长能力强弱、生长速率的快慢、培养周期的长短以及培养基中pH值差异，对空气灭菌的要求也不相同。所以，对空气灭菌的要求应根据具体情况而定。一般可按10-3的染菌概率，即在1000次培养过程中，只允许一次是由于空气灭菌不彻底而造成染菌，致使培养过程失败。空气净化的方法大致有以下几种：第5页，课件共33页，创作于2023年2月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。它与培养基的加热灭菌相比，虽都是加热法把微生物杀死，但两者的本质是有区别的。鉴于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。第6页，课件共33页，创作于2023年2月第7页，课件共33页，创作于2023年2月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。2.静电除菌第8页，课件共33页，创作于2023年2月第9页，课件共33页，创作于2023年2月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。通过过滤除菌处理的空气可达到无菌，并有足够的压力和适宜的温度以供好氧培养过程之用。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。3.介质过滤除菌法第10页，课件共33页，创作于2023年2月按过滤机制的不同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。

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11页，课件共33页，创作于2023年2月二、空气的深层过滤除菌原理和介质空气的过滤除菌原理布朗扩散截留作用拦截截留作用惯性撞击截留作用重力沉降作用静电吸引作用第12页，课件共33页，创作于2023年2月1.惯性冲击滞留作用机理

当气流前进时遇到前面的阻碍物而突然改变方向，但颗粒由于惯性力的作用仍然沿直线运动与纤维碰撞而附着在纤维表面，此颗粒就被捕集了。

2.拦截滞留作用机理

当气速降至临界速度以下时，惯性冲击作用已不存在，然而存在着另一种作用，即拦截作用来捕集微粒。这是因为颗粒紧紧地随着气流流动，气流改变流向时颗粒也跟着改变方向，当颗粒与纤维表面接触时就捕集了。第13页，课件共33页，创作于2023年2月3.布朗扩散滞留作用机理有些直径微小的微粒在很慢的气速下作不规则的直线运动，这就是布朗扩散。小颗粒呈布朗运动而发生位移，当它与纤维接触就附着于纤维表面而被捕集了。布朗扩散的运动距离很短，在流速和纤维间隙大的条件下不起作用，当微粒扩散的距离x大于微粒离纤维表面的距离，则微粒会由于布朗扩散作用的存在，增加了纤维的截流作用。布朗扩散作用于微粒和纤维直径有关，并与流速成反比，在流速很小时，是介质过滤除菌的重要作用机理之一。第14页，课件共33页，创作于2023年2月●4.重力沉降作用机理微粒受到两种力重力气流拖带力，当气流速度很小时，才会表现出重力沉降的作用●5.静电吸附作用机理

微生物带有与过滤介质表面相反的电荷；或介质表面有感应电荷，使微生物被吸附。第15页，课件共33页，创作于2023年2月过滤除菌机制随着流速的不同，起重要作用的机制也不同。当气流速度较大时，惯性撞击起主要作用。表现在随着流速的增加，除菌效率也增加。当气流速度较小时，扩散起主要作用，表现在随速度的增加而降低。当气流速度中等时，截流起主要作用。表现在气流速度增大，除菌效率下降。第16页，课件共33页，创作于2023年2月空气的过滤除菌原理在过滤除菌中，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第17页，课件共33页，创作于2023年2月空气的过滤除菌原理对数穿透定律：表示穿透的菌数与原菌数之比的对数值与介质厚度成正比。c，c0——进、出空气的菌浓度，个/m3；N0，N——一定体积空气在除菌前后的总菌数，个；K——除菌常数，m-1；L——过滤介质厚度，m。=-KLcc0NN0ln=ln第18页，课件共33页，创作于2023年2月空气过滤除菌的介质用于空气过滤的过滤介质有纤维状物或颗粒状物、过滤纸、微孔滤膜等各种类型。（1）纸类过滤介质玻璃纤维纸属于深层过滤技术。以质量较好的无碱玻璃采用喷吹法制成直径很小的纤维(Φ1-1.5μm)，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1～1.5μm，厚度约为0.25-0.4mm，密度为2600kg/m3，堆积密度为384kg/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。第19页，课件共33页，创作于2023年2月空气过滤除菌的介质（2）纤维状或颗粒状过滤介质棉花。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130～150kg/m3，填充率为8.5～10％。玻璃纤维。纤维直径小，不易折断，过滤效果好。纤维直径约为5～19μm，填充密度为130～280kg/m3，填充率为5～11％。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1140kg/m3，填充密度为470～530kg/m3，填充率44％。纤维状或颗粒状过滤介质过滤除菌靠惯性、拦截、布朗运动、静电引力等作用。对0.3μm以下的颗粒的过滤效率为99％，需要多次过滤。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。第20页，课件共33页，创作于2023年2月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。对空气中的细菌和尘埃有滤除作用外，还有静电作用。通常在空气过滤前应将空气中的油、水除去，以提高此类过滤介质的过滤效力和使用寿命。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。第21页，课件共33页，创作于2023年2月过滤器的结构（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。第22页，课件共33页，创作于2023年2月填充物按下列顺序安装：金属丝网和麻布的作用是使空气均匀进入棉花滤层。在充填介质区间的过滤器圆筒外部有装夹套，作用为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。空气一般从下部圆筒切线方向通入，从上部圆筒排出，出口不宜安装在顶盖，以免检修时拆装管道困难。孔板——铁丝网——麻布——棉花——麻布——活性炭——麻布——棉花——麻布——铁丝网——孔板第23页，课件共33页，创作于2023年2月过滤器上方装有安全阀、压力表，罐底装有排污孔，以便经常检查空气冷却是否完全，过虑介质是否潮湿等情况。安装介质要求紧密均匀，压紧要一致。弹簧压紧装置可以保持在一定位移范围内对孔板的一定压力。第24页，课件共33页，创作于2023年2月介质过滤效率介质过滤效率是指被介质层捕集的尘埃颗粒与空气中原有颗粒数之比。η＝N1－N2N1＝1－N2N1＝1－PN1，N2——过滤前、后空气中的尘埃颗粒数；η——过滤效率，％；P——穿透率，即过滤后空气中残留颗粒数与原有颗粒数之比。一般P＝10－3，说明介质过滤不能长期获得100％的过滤效率，即经过滤的空气不是长期无菌。当气流速度达到一定值或过滤介质使用时间长，滞留的带菌微粒就有可能穿过，所以过滤器必须定期灭菌。第25页，课件共33页，创作于2023年2月介质过滤效率与介质纤维直径关系很大，在其他条件相同时，介质纤维直径越小，过滤效率越高。对于相同的介质，过滤效率与介质滤层厚度、介质填充密度和空气流速有关。介质填充厚度越高，过滤效率越高；介质填充密度越大，过滤效率越高。影响介质过滤效率的因素第26页，课件共33页，创作于2023年2月设计合理的空气预处理设备，选择合适的空气净化流程，以达到除油、水和杂质的目的。设计和安装合理的空气过滤器，选除菌效率高的过滤介质。保证进口空气清洁度，减少进口空气的含菌数。方法：①加强生产场地的卫生管理，减少生产环境空气中的含菌数；②正确选择进风口，压缩空气站应设上风口；③提高进口空气的采气位置，减少菌数和尘埃数；④加强空气压缩前的预处理。降低进入空气过滤器的空气相对湿度，保证过滤介质能在干燥状态下工作。方法：①使用无润滑油的空气压缩机；②

加强空气冷却和去油去水；③提高进入过滤器的空气温度，降低其相对湿度。提高过滤除菌效率的措施第27页，课件共33页，创作于2023年2月这是一个比较完善的空气除菌流程，可适应各种气候条件，能充分分离油水，使空气达到较低的相对适度下进入过滤器，以提高过滤效率。1.两级冷却、加热除菌流程二、几种典型的空气净化流程第28页，课件共33页，创作于2023年2月1.两级冷却、加热除菌流程二、几种典型的空气净化流程特点：两次冷却、两次分离、适当加热。优点：能提高传热系数，节约冷却用水，油水分离得比较完全。经第一冷却器冷却后，大部分的水、油都已结成较大的雾粒(>20μm)，且雾粒浓度较大，故适宜用旋风分离器分离。第二冷却器使空气进一步冷却后析出较小雾粒(>1μm)，宜采用丝网分离器分离，这样发挥丝网能够分离较小直径的雾粒和分离效率高的作用。通常，第一级冷却到30～35℃，第二级冷却到20～25℃。除水后，