06 第六章 空气除菌.ppt

第1页：第六章空气除菌教学内容

本章教学内容：

• 空气灭菌的要求和方法
• 空气过滤除菌流程
• 空气的预处理
• 空气的过滤除菌原理和介质

第2页：空气中微生物的种类与含菌量

好氧微生物的生长与产物合成都需要大量氧气，通常由空气提供，但空气中夹带大量各类微生物，一旦进入培养系统便会大量繁殖、与目的菌竞争营养物质，干扰或破坏纯种培养，甚至导致倒罐，造成严重经济损失。

• 空气是氮气、氧气、二氧化碳、惰性气体、水蒸气及悬浮尘埃的混合物
• 一般城市的空气中含菌量为 10³—10⁴ 个/m³
• 常见微生物有金黄色小球菌、产气杆菌等（见表 6-1）

实例：一个通气量为 40 m³/min 的发酵罐，一天所需空气量高达 5.76×10⁴ m³；若空气含菌量为 10⁴ 个/m³，一天将有 5.76×10⁸ 个微生物细胞进入发酵罐，足以导致发酵失败。因此空气灭菌是好氧培养过程中的重要环节。

第3页：空气中常见微生物的粒径

空气中的微生物依附在尘埃上，尘埃数与细菌数的关系为：Y = 0.003X − 2.6（Y 为空气中微生物数量，个/m³；X 为空气中尘颗粒数量，个/m³）。空气中微生物数量与环境密切相关：北方与南方、城市与农村、地面与高空、工业城市与非工业城市差异明显。

说明：表中“地衣芽孢杆菌”宽度源文件写作 0.5—0.5 μm，疑为原文排版误差，建议对照教材表 6-1 复核。

第4页：空气灭菌的要求与方法

不同培养过程因菌种生长能力强弱、生长速度快慢、培养周期长短及培养基 pH 差异，对空气灭菌的要求也不相同，一般仍可按 10^-3 的染菌机率掌握，即在 1000 次培养过程中只允许有一次因空气灭菌不彻底而造成的染菌失败。

空气灭菌的方法大致有：热灭菌法、辐射杀菌、静电除菌、介质过滤除菌法等（详见教材 P92）。

第5页：空气热灭菌的温度与时间

温度升至 200 ℃ 以上便可进行热灭菌。空气热灭菌流程通常先预热至 60—70 ℃ 后进入压缩机压缩，并在 200 ℃ 以上的温度下维持一段时间以杀死杂菌（图 6-2）。按多变压缩公式，若进气温度为 60—70 ℃、P₂/P₁ = 6，压缩后空气温度可升高至 200 ℃ 以上。

第6页：空气热灭菌流程示意图

空气热灭菌流程（教材 P93 图 6-2）：空气 → 粗过滤器 → 预热器 → 涡轮压缩机（或空压机）→ 保温罐（带保温层）→ 列管式冷却器 → 贮气罐 → 灭菌后空气。

右侧示意中，空气经吸收塔、粗过滤器、预热器、压缩机、保温罐和冷却器处理后送出灭菌后的空气。

第7页：介质过滤除菌法与流程要求

介质过滤除菌法

让含菌空气通过过滤介质，阻截空气中所含微生物而取得无菌空气的方法，处理后空气可达到无菌，并有足够压力和适宜温度供耗氧培养之用，是目前广泛应用来获得大量无菌空气的常规方法。

对空气过滤除菌流程的要求：要制备较高无菌程度、具有一定压力的无菌空气，保持过滤器在较高效率下过滤，维持一定气流速度并不受油、水干扰，需要一系列加热、冷却、分离和除杂设备来保证。流程制订还需根据所在地的地理、气候环境和设备条件考虑（教材 P94）。

其他方法如辐射杀菌、静电除菌各有原理与缺点（教材 P93）。典型流程：压缩机 → 冷却器 → 分离器 → 加热器 → 过滤器。

第8页：两级冷却、加热除菌流程

1）两级冷却、加热除菌流程（教材 P94 图 6-4）：

压缩机 → 粗过滤器 → 贮罐 → 冷却器 → 冷却器 → 旋风分离器 → 丝网分离器 → 加热器 → 过滤器

思考：加热器的作用是什么？该流程有何优点，适用于哪些地区？

第9页：冷热空气直接混合式除菌流程

2）冷热空气直接混合式空气除菌流程（教材 P95 图 6-5）：

压缩机 → 粗过滤器 → 贮罐 → 冷却器 → 丝网分离器 → 过滤器

该流程将冷却后的冷空气与未冷却的热空气直接混合以降低相对湿度，省去加热器。

思考：该流程的优点与适用地区。

第10页：高效前置过滤空气除菌流程

3）高效前置过滤空气除菌流程（教材 P95 图 6-6）：

压缩机 → 高效前置过滤器 → 贮罐 → 冷却器 → 丝网分离器 → 加热器 → 过滤器

该流程以高效前置过滤器提高压缩前空气的洁净度，减轻后续过滤介质的负担。

思考：该流程的优点与适用地区。

第11页：冷却至露点以上与热空气加热冷空气流程

4）将空气冷却至露点以上的流程（教材 P96 图 6-7）：压缩机 → 粗过滤器 → 贮罐 → 冷却器 → 空气总过滤器 → 空气分过滤器，并采用高空采风。

5）利用热空气加热冷空气的流程（教材 P96 图 6-8）：压缩机 → 粗过滤器 → 热交换器 → 冷却器 → 空气总过滤器 → 空气分过滤器，配高空采风与析水器。

第12页：一次冷却和析水的空气过滤流程

6）一次冷却和析水的空气过滤流程（教材 P97 图 6-9）：

压缩机 → 粗过滤器 → 贮罐 → 冷却器 →（加热器）→ 析水器 → 空气总过滤器 → 空气分过滤器，并采用高空采风。

综合分析上述典型流程可知：空气过滤除菌一般是将吸入的空气先经前过滤，再进空气压缩机；从压缩机出来的空气先冷却至适当温度，经分离除去油水，再加热至适当温度使其相对湿度为 50%—60%，再通过空气过滤器除菌，得到合乎要求的无菌空气。因此空气预处理是保证过滤器效率能否正常发挥的重要部分。

第13页：空气预处理的目的

三、空气的预处理主要围绕两个目的进行：

1. 提高压缩前空气的洁净度
2. 去除压缩后空气中带的油水

复习两级冷却、加热除菌流程：压缩机 → 粗过滤器 → 贮罐 → 冷却器 → 冷却器 → 旋风分离器 → 丝网分离器 → 加热器 → 过滤器。

第14页：提高压缩前空气洁净度的装置

1、提高压缩前空气的洁净度通常采用以下装置（教材 P97—P98）：

• 布袋过滤器
• 填料过滤器
• 油浴洗涤装置（由空气入口、滤网、加油斗、油镜、油层与空气出口组成）
• 水雾除尘装置（由高压水入口、过滤网、废水出口与空气进出口组成）
• 高效前置过滤器（设于压缩机前）

第15页：空气压缩与冷却、除水除油

2、空气压缩和压缩空气的冷却需讨论：

1. 说说压缩机的种类和作用
2. 空气通过压缩机后为什么要进行冷却
3. 压缩空气的除水除油

经冷却降温后的空气相对湿度增大，会析出水来使过滤介质受潮失效，因此压缩后的湿空气要除水；同时空气经压缩机后不可避免地夹带润滑油，故除水的同时尚需除油。

分离空气中油水的两类设备：利用离心力进行沉降的旋风分离器、利用惯性进行拦截的介质过滤器。

第16页：旋风分离器与丝网分离器

旋风分离器

利用离心力沉降分离空气中的水滴与油滴，结构设空气入口、空气出口与排污口。

介质过滤器（丝网分离器）

利用块状介质、颗粒状介质、网状介质或高分子材料丝网的惯性拦截作用分离水滴或油滴。丝网分离器分离效率较高，对直径大于 5 μm 的颗粒分离效果可达 99%，大于 10 μm 的更可高达 99.5%，并能除去部分 2—5 μm 的较细颗粒，且结构简单、阻力不大，被广泛应用于生产中。

思考：在流程中，旋风分离器和介质过滤器的先后能否颠倒？

第17页：空气的加热与贮气罐

4、空气的加热和贮气罐：

1. 说说流程中加热器和贮气罐的作用
2. 贮气罐的体积如何计算：V = 0.1~0.2 v（V 为贮气罐体积，m³；v 为压缩空气流量，m³/min）

压缩空气冷却至一定温度、分去油水后，空气的相对湿度仍为 100%，若不加热升温，只要温度稍微降低便再度析出水分，使过滤介质受潮而降低或丧失过滤效能。所以必须将冷却除去水分后的压缩空气加热到一定温度，使相对湿度降低，才能输入过滤器。

第18页：空气过滤除菌的原理

空气过滤所用介质的间隙一般大于微生物细胞颗粒，悬浮于空气中的微生物之所以能被过滤除去，是依靠气流通过滤层时滤层纤维的层层阻碍，迫使空气出现无数次改变气速大小和方向的绕流运动，从而使微生物微粒与滤层纤维间产生撞击、拦截、布朗扩散、重力及静电引力等作用，把微生物微粒截留、捕集在纤维表面上。

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

第19页：空气过滤除菌的介质

2、空气过滤除菌的介质有纤维状物或颗粒状物、过滤纸、微孔滤膜等类型：

纤维状或颗粒过滤介质（P108）

主要有棉花、玻璃纤维、活性炭等。

过滤纸类介质（P109）

主要是玻璃纤维纸。

微孔滤膜类过滤介质

空隙小于 0.5 μm，甚至小于 0.1 μm，能将空气中的细菌真正滤去，即绝对过滤。绝对过滤易于控制过滤后的空气质量，节约能量和时间，操作简便，除以滤除作用外还有静电作用。通常在空气过滤之前应除去空气中的油、水，以提高其过滤效率和使用寿命。

第20页：提高过滤除菌效率的措施

目前所采用的过滤介质均需在干燥条件下才能进行除菌，因此提高除菌效率的主要措施有：

1. 减少进口空气的含菌数：加强生产场地卫生管理；正确选择进风口，压缩空气站应设上风向；提高进口空气的采气位置；加强空气压缩前的预处理
2. 设计和安装合理的空气过滤器，选用除菌效率高的过滤介质
3. 设计合理的空气预处理设备，以达到除油、水和杂质的目的
4. 降低进入空气过滤器的空气相对湿度，保证过滤介质在干燥状态下工作：使用无油润滑的空气压缩机；加强空气冷却和去油、水；提高进入过滤器的空气温度以降低相对湿度

第21页：第六章空气除菌结束页

第六章空气除菌内容结束。本章重点为空气含菌量、介质过滤除菌流程、压缩空气预处理与过滤介质的选择，下一章为氧的供需与传递。