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第七章 空气除菌设备 简介 空气除菌的原理和方法 介质过滤除菌机理 空气介质过滤除菌设备 除菌过滤介质 空气调节设备 一.空气除菌的原理和方法 1.生物工业生产对空气质量的要求 生物工业生产中应用的“无菌空气”的定义：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。 按照染菌概率为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。 一.空气除菌的原理和方法 2.空气含菌量的测定 培养法：采用培养基计数 光学法：采用粒子计数器，可测量空气中含有直径为0.3~5um微粒的各种浓度，测量较准确，但不能测量空气的活菌数。 一.空气除菌的原理和方法 3.空气除菌方法 （1）空气除菌的定义：除去或杀灭空气中的微生物。 （2）常用方法：介质过滤，辐射，化学药品，加热，静电吸附等。 一.空气除菌的原理和方法 a.热杀菌 特点：有效、可靠。悬浮在空气中的细菌孢子在218℃保温24秒就可以被杀死。利用空气被压缩时所产生的热量进行加热保温杀菌在生产上有重要意义。 一.空气除菌的原理和方法 空气加热杀菌流程图 一.空气除菌的原理和方法 b.辐射杀菌 射线种类：x射线、β射线、紫外线、超声波、γ射线等。 杀菌机理：上述射线在理论上能够破坏蛋白质活性而起到杀菌作用。 应用较为广泛的为紫外线，波长在253.7-265nm杀菌能力最强，杀菌力与紫外线的强度成正比，与距离的平方成反比。紫外线杀菌一般用于无菌室和医院手术室。 一.空气除菌的原理和方法 c.静电除菌 作用：可除去空气中的水雾、油雾、尘埃和微生物等。 特点：在最佳条件下对1um的微粒去除率高达99%，消耗能量小，每处理1000m3空气每小时只耗电0.2-0.8kw，空气压力损失小，一般仅为30-150Pa，设备也不大。对设备维护和安全技术措施要求较高。一次性投资费用大。 适用范围：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。 一.空气除菌的原理和方法 c.静电除菌 静电除菌装置：按照菌体的作用方式可以分为电离区和捕集区。 电离区：空气所带的细菌微粒通过电离区后被电离而带正电荷。 捕集区：当电离后的气流通过时，带正电荷的微粒受静电场库仑力的作用，产生一个向负极板移动的速度，这个速度与气流的拖带速度合成一个倾向负极板的合速度向负极板移动，最后吸附在极板上。 一.空气除菌的原理和方法 c.静电除菌 一.空气除菌的原理和方法 d.过滤除菌法 目前是生物技术工业生产中最常用的空气除菌法。 原理：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。 常用的介质有两类： 介质间孔隙大于微生物：必须有一定的厚度才能达到除菌的目的；例如棉花、活性炭、玻璃纤维、有机合成纤维、烧结材料、微孔超滤膜等。 介质的孔隙小于细菌：称为绝对过滤。 二.介质过滤除菌机理 惯性冲击滞留作用机理 拦截滞留作用机理 布朗扩散作用机理 重力沉降作用机理 静电吸附作用机理 二.介质过滤除菌机理 1.惯性冲击滞留作用机理 （1）原理： 是空气过滤器除菌的重要作用。在单纤维空气流线图上是直径为df的纤维的断面，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。而微粒由于运动惯性较大，未能及时改变运动方向，直冲到纤维的表面，由于摩擦黏附，微粒滞留在纤维表面。 二.介质过滤除菌机理 单纤维空气流线图 二.介质过滤除菌机理 （2）惯性冲击捕集效率 二.介质过滤除菌机理 （3）适用范围 气流速度大于惯性碰撞的临界速度时是惯性冲击滞留作用控制过程。 二.介质过滤除菌机理 2.拦截滞留作用机理（截留作用） （1）适用范围： 气流速度惯性碰撞的临界速度 （2）拦截滞留作用：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流线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留区。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黏附滞留，称为拦截滞留作用。 二.介质过滤除菌机理 （3）拦截滞留作用对微粒的捕集效率 二.介质过滤除菌机理 3.布朗扩散作用机理 （1）定义：直径很小的微粒在流速很小的气流中能产生一种不规则的直线运动称为布朗扩散。 二.介质过滤除菌机理 3.布朗扩散作用机理 （2）布朗扩散的特点 布朗扩散的运动距离很短。 布朗扩散除菌作用在较大的气速或较大的纤维间隙中不起作用。在很小的气流速度和较小的纤维间隙中，布朗扩散作用大大增加了微粒和纤维的接触滞留机会。 布朗扩散作用与微粒和纤维直径有关，并与流速成反比，在气流速度小时，它是介质过滤除菌的重要作用之一。 二.介质过滤除菌机理 4.重力沉降作用机理 当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就会沉降。 对于重力沉降作