第五章空氣凈化除菌一、前言1、通風(fēng)發(fā)酵需要潔凈無(wú)菌的空氣工業(yè)發(fā)酵大多是利用好氣微生物進(jìn)行純種培養(yǎng)；空氣作為氧源（溶解氧－從空氣獲得）。通風(fēng)發(fā)酵需要潔凈無(wú)菌和一定溫度、壓力的空氣；但是，空氣中含有各種各樣的微生物和粉塵；因此必須對(duì)空氣進(jìn)行必要的凈化除菌和調(diào)節(jié)處理。粒徑/μm2、生物工業(yè)生產(chǎn)對(duì)空氣質(zhì)量的要求影響因素較復(fù)雜。需要根據(jù)具體的工藝情況來(lái)決定所需的空氣質(zhì)量。μm二、空氣除菌方法及原理（一）空氣除菌方法1、熱殺菌:⑴雖然空氣中的細(xì)菌芽孢是耐熱的，但溫度足夠高也能將它破壞。（例如懸浮在空氣中的細(xì)菌芽孢在218℃下24s就被殺死。）⑵可用蒸汽或電來(lái)加熱空氣，以達(dá)到殺菌的目的，但是很不經(jīng)濟(jì)。⑶而利用空氣被壓縮時(shí)所產(chǎn)生的熱量對(duì)空氣進(jìn)行加熱保溫殺菌，在生產(chǎn)上具有重要意義。見圖3－1－1。圖3－1－1空氣加熱殺菌流程2、輻射殺菌α射線、X射線、β射線、γ射線、紫外線、超聲波等從理論上講都能起到殺菌作用。如：紫外線（λ＝253.7~265nm為最佳）殺菌廣泛用于無(wú)菌室和醫(yī)院手術(shù)室。但紫外線殺菌效率低，時(shí)間長(zhǎng)。一般要結(jié)合甲醛蒸汽或苯酚噴霧來(lái)保證無(wú)菌室的高度無(wú)菌。故能否將此法用于大規(guī)模的發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)尚值得進(jìn)一步的研究。3、靜電殺菌靜電除塵法：利用靜電引力吸附帶電粒子以達(dá)到除菌除塵目的?？諝庵械奈⑸锲滏咦訋в写蠖嗖煌碾姾?。沒有帶電荷的微粒在進(jìn)入高壓靜電場(chǎng)時(shí)都會(huì)被電離成帶電微粒。靜電除菌對(duì)很小的微粒的去除效率較低。靜電除菌裝置見圖3－1－2。圖3－1－2用靜電除菌凈化空氣有如下優(yōu)點(diǎn)：⑴阻力小，約1.013×104Pa；⑵染菌率低，平均低于10~15％；⑶除水、除油的效果好；⑷耗電少。靜電除菌凈化空氣的缺點(diǎn)：

⑴設(shè)備龐大；⑵需要采用高壓電技術(shù)；⑶一次性投資較大；⑷捕集率尚嫌不夠。4、介質(zhì)過(guò)濾除菌法此法是目前工業(yè)上最常用的方法。它采用定期滅菌的干燥介質(zhì)來(lái)阻截流過(guò)空氣所含的微生物，從而獲得無(wú)菌空氣。常用的過(guò)濾介質(zhì)分為兩類：⑴孔隙大于細(xì)菌（需有一定的厚度才行）⑵孔隙小于細(xì)菌（絕對(duì)過(guò)濾）

（過(guò)濾除菌機(jī)理較復(fù)雜，下面將專門討論。）（二）介質(zhì)過(guò)濾除菌機(jī)理1、慣性沖擊滯留作用機(jī)理捕集時(shí)由于微粒直沖到纖維表面，因摩擦粘附，微粒就滯留在纖維表面上，這稱為慣性沖擊滯留作用。2、攔截滯留作用機(jī)理氣流速度降低到慣性捕集作用接近于零時(shí)，此時(shí)的氣流速度為臨界速度。氣流速度在臨界速度以下時(shí)，微粒不能因慣性滯留于纖維上，捕集效率顯著下降。但實(shí)踐證明，隨著氣流速度的繼續(xù)下降，纖維對(duì)微粒的捕集效率又回升，說(shuō)明有另一種機(jī)理在起作用——即進(jìn)到滯流區(qū)的微粒慢慢靠近和接觸纖維而被粘附滯留。這就是攔截捕集作用。3、布朗擴(kuò)散作用機(jī)理直徑很小的微粒在很慢的氣流中能產(chǎn)生一種不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，稱為布朗擴(kuò)散。布朗擴(kuò)散作用與微粒和纖維直徑有關(guān)，并與流速成反比。布朗擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的距離很短，在較大的氣流速度和較大熱纖維間隙中是不起作用的，但在很慢的氣流速度和較小的纖維間隙中，擴(kuò)散作用大大增加了微粒與纖維的接觸機(jī)會(huì)，從而被捕集。4、重力沉降作用機(jī)理當(dāng)微粒所受的重力大于氣流對(duì)它的拖帶力時(shí)，微粒就發(fā)生沉降現(xiàn)象。就單一重力沉降而言，大顆粒比小顆粒作用顯著。對(duì)于小顆粒只有氣流速度很慢時(shí)才起作用。重力沉降作用一般是與攔截作用相配合，即在纖維的邊界滯留區(qū)內(nèi)，微粒的沉降作用提高了攔截捕集作用。5、靜電吸附作用機(jī)理干空氣對(duì)某些非導(dǎo)體的物質(zhì)——如纖維和樹脂處理過(guò)的纖維，作相對(duì)運(yùn)動(dòng)摩擦?xí)r，會(huì)產(chǎn)生靜電現(xiàn)象。懸浮在空氣中的微生物大多帶有不同的電荷。這些帶電荷的微粒會(huì)被帶相反電荷的介質(zhì)所吸附。此外，表面吸附也屬這個(gè)范疇，如活性炭的大部分過(guò)濾效能就是表面吸附作用。上述機(jī)理中，有時(shí)很難分辨是哪一種單獨(dú)起作用。以上幾種作用機(jī)理在整個(gè)過(guò)程中，隨著參數(shù)變化有著復(fù)雜的關(guān)系。三、空氣介質(zhì)過(guò)濾除菌流程（一）介質(zhì)過(guò)濾除菌流程空氣除菌流程的要求按生產(chǎn)工藝條件，提出對(duì)無(wú)菌空氣的要求，如無(wú)菌程度、壓力、溫度、濕度等。發(fā)酵車間的空氣過(guò)濾器1、空氣壓縮冷卻過(guò)濾流程由壓縮機(jī)－貯罐－空氣冷卻器－過(guò)濾器組成僅適合于寒冷。相對(duì)濕度很低的地區(qū)。若使用普通壓縮機(jī)可能會(huì)引起油霧污染。貯罐2、兩級(jí)冷卻、分離、加熱的空氣除菌流程貯罐3、前置高效過(guò)濾除菌流程高效過(guò)濾器貯罐過(guò)濾除菌的對(duì)數(shù)穿透定律假定條件：①空氣流態(tài)恒定（不受鄰近纖維的影響）；②微粒吸附后不被氣流卷走；③過(guò)濾除菌效率η與空氣中的微粒濃度N無(wú)關(guān)；④每一纖維薄層除去同樣百分率的微粒數(shù)。在上述條件下，空氣通過(guò)濾層后，微粒濃度N隨介質(zhì)厚度L的（下降）變化率與空氣中的微粒濃度N成正比。當(dāng)過(guò)濾效率η為90％時(shí)可以把K’理解為過(guò)濾效率η為90％時(shí)所需濾層厚度的倒數(shù)。四、纖維介質(zhì)深層過(guò)濾器1、結(jié)構(gòu)以纖維狀或顆粒狀介質(zhì)層為濾床的過(guò)濾器。為立式圓筒形，內(nèi)部填充過(guò)濾介質(zhì)，以達(dá)到除菌的目的。纖維介質(zhì)有棉花、玻璃纖維、超細(xì)玻璃纖維等。填充物的裝填順序如下：孔板→鐵絲網(wǎng)→麻布→棉花→麻布→活性碳→麻布→棉花→麻布→鐵絲網(wǎng)→孔板裝填介質(zhì)時(shí)要求緊密均勻，壓緊一致3、過(guò)濾介質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)是除菌的關(guān)鍵。對(duì)過(guò)濾介質(zhì)的要求：吸附性強(qiáng)；阻力??；空氣流量大；耐干熱；成本低；來(lái)源充足及便于調(diào)換操作。常用的過(guò)濾介質(zhì)有：棉花；活性炭；玻璃纖維；超細(xì)玻璃纖維紙；化學(xué)纖維;石棉濾板；燒結(jié)材料過(guò)濾介質(zhì)等。對(duì)過(guò)濾介質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)：最重要