往复运动而将空气抽吸和压
出。压力不稳定，有油雾。

空气除菌中除去水雾油雾的原因，否则：
（1）导致传热系数降低，给空气冷却带来困难。
（2）如果油雾的冷却分离不干净，带入过滤器会堵
塞过滤介质的纤维空隙，增大空气压力损失。
（3）黏附在纤维表面，可能成为微生物微粒穿透滤
层的途径，降低过滤效率，严重时还会浸润介质而
1、两级分离、冷却、加热的空气除菌流程
旋 风 分 离 器

比较完善的空气除菌流程，可适应各种气候条件，
能充分地分离油水，使空气达到低的相对湿度下进
入过滤器，以提高过滤效率。

特点：两次冷却、两次分离、适当加热。 尤其适用潮湿的地区，其他地区可根据当地的情况，
对流程中的设备作适当的增减。
旋 风 分 离 器
破坏过滤效果。
安全阀
3、贮气罐
贮气罐的作用： （1）消除脉动维持罐压 的稳定。 （2）使部分液滴在罐内 沉降。 （3）保温灭菌。
于磨擦粘附，微粒就滞留在纤
维表面上。
２、拦截滞留作用机理

原理：当气流速度下降到一定值时，若微粒随气流 慢慢靠近纤维时，受纤维所阻改变方向，绕过纤维
前进，并在纤维的周边形成一层边界滞留区，滞留
区的气流流速更慢，当与纤维表面接触时就被捕集。
３、布朗扩散作用机理

原理：直径很小的微粒在很慢的气流中能产生一种
温度的提高，可直接利用空气压缩时的温度升高来 实现。
2-粗过滤器
3-保温管
4-贮气罐
5-保温罐
1-空气压缩机
7-涡轮压缩机
6-列管式冷却器
10-空气吸入塔 9-粗过滤器 8-预热器
空气热灭菌流程示意图
1-空气压缩机 2-粗过滤器 3-保温管 4-贮气罐 5-保温罐 6-列管 式冷却器 7-涡轮压缩机 8-预热器 9-粗过滤器 10-空气吸入塔
第三章 空气过
滤除菌系统
教学目的与要求

掌握空气过滤除菌的方法和机理。

掌握常用的空气过滤器和主要空气过滤系
统的种类、结构和性能。

本章重点、难点——空气相对过滤除菌的
机理。
本章内容

第一节 空气除菌的方法及机理 第二节 过滤除菌的流程 第三节 常用空气过滤器及过滤除菌系统


第一节 空气除菌的方法及机理

特点：可省去第二次冷却后的分离设备和空气加热 设备，流程比较简单，利用压缩空气来加热析水后 的空气，冷却水用量少等。

应用范围：中等含湿地区，不适合于空气含湿量高 的地区。
3、高效前臵过滤除菌流程

原理：利用压缩机的抽吸作用，使空气先经中、高 效过滤后，再进入空气压缩机，这样就降低了主过
滤器的负荷。
（二）热灭菌法

热杀菌是一种有效的、可靠的杀菌办法。
空气温度与微生物热死灭的时间
温度
200℃
250℃
300℃
350℃
时间
15.1 s
5.1 s
2.1 s
1.05 s

直接加热：消耗大量能源，增设许多换热设备，不 经济。

利用余热进行杀菌：空气在进入培养系统之前，一
般需用空压机以提高压力，所以空气热灭菌时所需
一、通风发酵对无菌空气的要求 二、空气除菌的方法和杀菌机理



三、相对过滤除菌机理
一、通风发酵对无菌空气的要求
（一）空气中微生物的分布

空气中的微生物种类以细菌和细菌芽胞较多，也有 酵母，霉菌和病毒；随水分的蒸发、物料的移动被
气流带入空气中或黏附在灰尘上而漂浮在气流中。

空气中微生物的含量和种类，随地区，季节和空气
才能除菌，也称相对过滤。

介质孔隙小于微生物——微生物直接被截留，也称 绝对过滤。

空气中微生物粒子通常0.5-2 um。 一般过滤介质的孔隙都较微生物大。
空气中常见杂菌的大小
菌种 宽，μm 金黄色小球菌 产气杆菌 蜡样芽孢杆菌 普通变形杆菌 0.5~1.0 1.0~1.5 1.3~2.0 0.5~1.0 细胞 长，μm — 1.0~2.5 8.1~25.8 1.0~3.0 宽，μm — — — — 孢子 长，μm — — — —
降。

这种作用只有在尘粒较大时才存在。
５、静电吸附作用机理

原理：悬浮在空气中的微粒大多带有不同电荷，这 些带电的微粒会受带异性电荷的物体所吸引而沉降。 同时，气流通过纤维介质时，由于气流磨擦，使纤 维和尘粒上都带电荷。

当空气流过介质时，上述五种除菌机理同时起作用，不 过气流速度不同，起主要作用的机理也就不同。当气流 速度较大时，除菌效率随空气流速的增加而增加，此时 惯性冲击起主要作用；当气流速度较小时，除菌效率随 扩散机理 气流速度的增加而降低，此时扩散起主要作用；

特点：采用了高效率的前臵过滤设备，使空气经过 多次过滤，因而所得的空气无菌程度比较高。

高效前臵过滤器采用泡沫塑料（经典除菌）和超细
纤维纸串联使用做过滤介质。
4、空气压缩冷却过滤流程

设备简单，包括压缩机、贮罐、空气冷却器和过滤 器。
适用于气候寒冷、相对湿度很低的地区。


由于空气的湿度低，经压缩后它的温度也不会升高

缺点：对设备维护和安全技术措施要求较高（微粒
积累到一定厚度时，极板间放电，极板电压下降，
微粒吸附力减弱）。

应用：洁净工作台，洁净工作室。
但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气流对微粒的拖带力或微
粒布朗运动的动量时，微粒就不能被吸附而沉降， 所以静电除尘对很小的微粒效率较低。
很多，特别是空气的相对湿度低，空气中的绝对含
湿量很小，虽然空气经压缩并冷却到培养要求的温
度，但最后空气的相对湿度还保持在60%以下，这 就能保证过滤设备的过滤除菌效率，满足微生物培 养对无菌空气的要求。

缺点：通过空气压缩机时，可能会引起油雾污染过 滤器。
第三节 常用空气过滤器及过滤 除菌系统

无菌空气制备的整个过程包括两部分内容：
——对进入空气过滤器的空气进行预处理，达到合
适的空气状态（温度、湿度）；
——对空气进行过滤处理，以除去微生物颗粒，满
足生物细胞培养需要。
一、空气预处理设备

粗过滤器 空气压缩机


贮气罐
空气冷却器 气液分离器 加热器
1、粗过滤器


安装在空气压缩机前的粗过滤器。
作用：捕集较大的灰尘颗粒，防止压缩机受损，同 时也可减轻总过滤器负荷。
中灰尘粒子多少，以及人们的活动情况而异。选择
良好的取风位臵（如高空取风等）可以提高空气除 菌系统的除菌效率。

一般每升高10 m，空气中的含菌量就降低一个数量
级；城市的空气中含菌量较多，农村的空气中含菌
量较少，一般城市空气中杂菌数为3000-8000个／m3。
（二）发酵对空气无菌程度的要求

不同的发酵过程，由于菌种生长能力强弱、生长速
（三）静电除菌

原理：利用静电引力来吸附带电离子而达到除尘灭
菌的目的。悬浮于空气中的微生物、微生物孢子大
多数带有不同的电荷，没有电荷的微粒进入高压静
电场时则会被电离成带正电荷。
电离区 捕集区
静电除尘器装臵图

优点：除尘效果好，耗能小（每处理1000m3空气每 小时只耗电0.2-0.8 kW），设备较小。
第二节 过滤除菌的流程

空气过滤除菌流程是按生产对无菌空气要求具备的 参数，如无菌程度、空气压力、温度等，并结合吸 气环境的空气条件和所用除菌设备的特性，根据空
气的性质而制定的。

要把空气过滤除菌，并输送到需要的地方
——首先要增加空气压力，需使用压缩机或鼓风机。
——此外，空气压缩后温度升高，冷却后会释放出 水分，在压缩过程中又有可能夹带机器的润滑油雾， 这就使无菌空气的制备流程复杂化。
2、冷却空气直接混合式空气除菌流程

压缩空气从贮罐出来后分成两部分，一部分进入冷
却器，冷却到较低温度，经分离器分离水、油雾后
与另一部分未处理过的高温压缩空气混合。
１ 粗过滤器 ２ 压缩机 ３ 贮罐
４ 冷却器 ５ 丝网分离器
６ 过滤器

利用压缩后热空气和冷却后的冷空气进行交换，使 冷空气的温度升高，降低相对湿度。
过滤网
空气出口
高压水入口

空气流速不能太大，一
空气入口
般在1-2m/s的范围，否 则带出的水雾太多，影 响压缩机，降低排气量。
图4-9 水雾除尘装置
2、空气压缩机

分类：离心式空气压缩机和
往复式空气压缩机两种。

离心式：输气量大，输出空
气压力稳定，效率高，输出
的空气不带油雾。

往复式：靠活塞在气缸内的
（四）过滤除菌

过滤除菌——使空气通过经高温灭菌的介质过滤层， 将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中，而达到 除菌的目的。

常用的过滤介质——棉花、活性炭、超细玻璃纤维、
石棉滤纸、PVA烧结材料过滤介质、烧结金属过滤
介质等。
常用的过滤介质按孔隙大小可以分为两类：

介质孔隙大于微生物——需有一定厚度的介质滤层
不规则的直线运动，称为布朗扩散。气体分子的热
运动对空气中细微尘粒的碰撞，使尘粒也随之做布
朗运动。尘粒越小，布朗运动越显著。

注意：布朗扩散作用在较大的气速或较大的纤维间 隙中是不起作用的。
４、重力沉降作用机理

原理：重力沉降是一个稳定的分离作用，当微粒所 受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就容易沉