发酵工业大多是利用好气性微生物进行纯种培养，溶解氧是这些微生物生长和代谢必不可少的条件。通常以空气作为氧源，但空气中含有各种各样的微生物，它们一旦随空气进入培养液，在适宜的条件下，就会迅速大量繁殖，干扰甚至破坏预定发酵的正常进行，造成发酵彻底失败等严重事故。因此，发酵需要的空气必须是洁净无菌的空气，并有一定的温度和压力，这就要求对空气进行净化除菌和调节处理。
空气除菌就是除去或杀灭空气中的微生物。其方法很多，但发酵工业所需的无菌空气质量要求高、用量大，故要选择运行可靠、操作方便、设备简单、节省材料和减少动力消耗的有效除菌方法。常用的除菌方法有介质过滤、辐射杀菌、化学物质杀菌、加热灭菌、静电吸附等。其中辐射杀菌、化学物质杀菌、干热灭菌等都是使有机体蛋白质变性而破坏微生物活力，从而杀灭空气中的微生物。介质过滤除菌和静电吸附除菌则是利用分离方法将微生物粒子除去。本节将阐述空气除菌原理，并对除菌方法和流程的选择以及生产需要的设备选用等进行简要介绍。
一、概述
（一）加热灭菌
加热灭菌是一种有效可靠的杀菌办法，可以用蒸汽、电能、空气压缩过程产生的热量进行灭菌。但采用蒸汽或电能来加热大量的空气以达到杀菌目的，需消耗大量的能源和增加许多换热设备，这在实际生产中既不经济又不安全，往往不适用于工业化大生产。而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的意义。
在实际应用时，对空气压缩机与发酵罐的相对位置、连结压缩机与发酵罐的管道的灭菌及管道长度等问题都必须精心考虑。为确保安全，应安装分过滤器将空气进一步过滤，然后再进入发酵罐。
（二）辐射杀菌
X射线、γ射线、紫外线、超声波等从理论上都能破坏蛋白质活性而起杀菌作用。但应用较广泛的还是紫外线，它的波长在240～300nm时杀菌效力最强，它的杀菌力与紫外线的强度成正比，与距离的平方成反比。紫外线通常用于无菌室和医院手术室等空气对流不大的环境的消毒杀菌。但杀菌效率低，杀菌时间长，一般要结合甲醛蒸汽或苯酚喷雾等来保证无菌室的无菌要求。
（三）静电除菌
近年来一些工厂已采用静电除尘法除去空气中的水雾、油雾、尘埃和微生物等，在最佳条件下对1μm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，但对设备维护和安全技术措施要求较高。常用于洁净工作台、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。
静电除菌是利用静电引力吸附带电粒子而达到除菌除尘目的。悬浮于空气中的微生物，其孢子大多带有不同的电荷，没有带电荷的微粒在进入高压静电场时都会被电离变成带电微粒，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，所以静电除尘对很小的微粒效率较低。
电离区是一系列等距平行且接地的极板，极板间带有用钨丝或不锈钢丝构成的放电线，叫离化线。当放电线接上10kV的直流电压时，它与接地极板之间形成电位梯度很强的不均匀电场，空气所带的细菌微粒通过电离区后则被电离而带正电荷。
捕集区是由高压电极板与接地电极板组成，它们交替排列，并平行于气流方向，它们的间隔很窄。在高压电极板上加上10kV直流电压，极板间形成一个均匀电场，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而向负极板移动，最后吸附在极板上。当捕集的微粒积聚到一定厚度时，极板间的火花放电加剧，极板电压下降，微粒的吸附力减弱甚至随气流飞散，这时除菌效率很快下降。要保持高的除菌效率，应定期清除微粒，一般电极板上粉尘厚度为1mm时就应清洗。通常采用喷水管自动喷水清洗，洗净干燥后重新投入运行。
用静电除菌进行空气净化，由于极板间距小，电压高，要求极板很平直，安装间距均匀，才能保证电场电势均匀，从而才能有好的除菌效果。但使用该方法一次性投资费用较大。
（四）过滤除菌法
深层过滤除菌是目前发酵工业生产中最常用的空气除菌方法，它采用定期灭菌的干燥介质来阻截流过空气中所含的微生物，从而获得无菌空气。常用的过滤介质按孔隙的大小可分成两大类，一类是介质间孔隙大于微生物，故必须有一定厚度的介质滤层才能达到过滤除菌目的；而另一类介质的孔隙小于细菌，含细菌等微生物的空气通过介质时，微生物就被截留于介质上而实现过滤除菌，称之为绝对过滤。前者有棉花、活性炭、玻璃纤维、有机合成纤维、烧结材料（烧结金属、烧结陶瓷、烧结塑料）和微孔超滤膜等。绝对过滤在发酵工业生产上的应用逐渐增多，它可以除去0.2μm左右的粒子，故可把细菌等微生物全部过滤除去。另外，还开发成功了可除去0.01μm微粒的高效绝对过滤器。
由于被过滤的空气中微生物的粒子很小，通常只有0.5～2μm，而一般过滤介质材料孔隙直径都比微粒直径大几倍到几十倍，因此过滤除菌机理比较复杂，下面将详细讨论。
二、介质深层过滤除菌原理
空气的过滤除菌原理与通常的过滤原理不一样。由于空气中的微粒很小，常见悬浮于空气中的微生物粒子大小在0.5～2μm之间，而深层过滤常用的过滤介质如棉花的纤维直径一般为16～20μm，当充填系数为8%时，棉花纤维所形成网格的孔隙为20～50μm。微粒随空气流通过过滤层时，滤层纤维所形成的网格阻碍气流前进，使气流无数次改变运动速度和运动方向而绕过纤维前进，这些改变引起微粒对滤层纤维产生惯性冲击、重力沉降、拦截、布朗扩散、静电吸引等作用而把微粒滞留在纤维表面。
当气流为层流时，气体中的颗粒随气流做平行运动，靠近纤维时气流方向发生改变，而所夹带的微粒的运动轨迹。接近纤维表面的颗粒（处于纤维能滞留微粒的宽度区间b中的颗粒）被纤维捕获，而位于b以外的气流中的颗粒绕过纤维继续前进。
因为过滤层是由无数单纤维层组成的，所以就增加了捕获的机会。下面将分述过滤除菌的几种除菌机理。
（一）惯性撞击滞留作用机理
惯性撞击滞留作用是空气过滤器除菌的重要作用。一条单纤维对气流的影响进行分析。当空气通过纤维滤层时，仅能从纤维层的间隙通过，由于受到交错纤维所阻迫，空气要不断改变方向和运动速度才能通过滤层。当空气流向突然改变时，其中所含的细菌由于惯性的作用，仍然呈直线方向运动，与介质碰撞；由于摩擦粘附，于是细菌附着于介质表面，这称为惯性冲击滞留作用。
纤维能滞留微粒的宽度区间b与纤维直径df之比，称为单纤维的惯性冲击捕集效率η1.
纤维滞留微粒的宽度b的大小由微粒的运动惯性所决定。当空气流速大时，微粒的运动惯性大，受气流换向的干扰小，b值就越大。同时实践证明，惯性撞击捕集效率η1是微粒惯性力的无因次准数φ的函数。
由式（4-9）可知，当ρP、dP、μ、df一定时，φ与v0有关，即微粒性质、纤维性质一定时，空气流速v0是影响捕集效率的重要参数。在一定条件下（即微生物微粒直径、纤维直径和空气温度等保持一定），改变气流的流速就是改变微粒的惯性力。当气流速度下降时，微粒的运动速度就随着下降，微粒的动量减小，其脱离主导气流的可能性也减小，相应纤维滞留微粒的宽度b减小，则捕集效率η1下降。即当空气速度下降到微粒的惯性力不足于使微粒脱离主导气流而与纤维产生碰撞，此时在气流的任一处，微粒也随气流改变运动方向绕过纤维前进，纤维的碰撞滞留效率等于零。这时的空气流速v0称为惯性碰撞的临界速度。临界速度随纤维直径和微粒直径而变化。
（二）拦截滞留作用机理
当气流速度下降到临界速度以下时，微粒就不能因惯性碰撞而滞留于纤维上，捕集效率显著下降。但实践证明，随着气流速度的继续下降，纤维对微粒的捕集效率不再下降，反而又有所回升，说明有另一种机理在起作用，这就是拦截滞留作用机理。
当气流在滞流状态下夹带微粒慢慢靠近介质时，主导气流流向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流区，区内的气流速度更慢。滞留区的微粒渐渐靠近和接触纤维而被粘附滞流，称为拦截滞留作用。
拦截滞留作用对微粒的捕集效率与气流的雷诺准数和微粒与纤维的直径比有关。
这个公式虽然未能完满反映纤维截留微粒的规律，但在气流速度等于或小于临界速度时，计算得到的单纤维截留效率是比较接近实际的。从（4-10）可以看出，截留作用的捕集效率决定于微粒直径和纤维直径之比，又与空气流速成反比，当气流速度低时截留才起作用。
（三）布朗扩散作用机理
当气流速度更小时，直径细小的细菌在气流中能产生一种不规则的直线运动，称为布朗扩散运动。当细菌与纤维介质接触时就附着于纤维表面而被捕集。布朗扩散的运动距离很短，在较大的气流速度或较大的纤维间隙中布朗扩散作用很小，可忽略不计。但在很小的气流速度或较小的纤维间隙中布朗扩散作用大大增加了微粒与纤维的接触滞留机会。
布朗扩散作用捕集效率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。
力学温度
（四）重力沉降作用机理
微粒虽小，但仍具有质量。重力沉降作用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，微粒就沉降于纤维表面而被捕集。就单一的重力沉降作用而言，大颗粒比小颗粒作用显著。对于小颗粒只有当气流速度很低时，重力沉降才起作用。重力沉降作用一般与拦截作用相配合，即在纤维的边界滞留区内，微粒的沉降作用提高了拦截滞留的捕集效率。
（五）静电吸附作用机理
静电吸附的原因之一是空气中的微生物带有与介质表面相反的电荷或是由于感应而得到相反的电荷而被介质吸附；另一原因是干空气流过化纤类介质时，介质表面就会因为相对摩擦反应出很强的静电荷――称为诱导电荷，这种电荷吸附微生物，称为静电吸附作用。纤维和树脂处理过的纤维表面，这种反应特别明显，它是纤维介质过滤除菌的一个重要机理，但缺乏数据。
悬浮在空气中的微生物大多数带有不同的电荷，如枯草杆菌孢子中20%带正电荷，15%带负电荷。这些带电的微粒会因带异性电荷物体的吸引而被吸附。
总之，通过实践认识到，当空气流过介质表面时，上述五种机理――惯性撞击、截留、扩散、重力沉降和静电吸附同时都起作用，不过气流速度不同，起主要作用的机理也就不同。当气流速度很大时，除菌效率随空气流速的增加而增加，此时，惯性撞击起主要作用；当气流速度较小时，除菌效率随气流速度的增加而降低，此时，扩散起主要作用；当气流速度中等时，可能是截留和重力沉降起主要作用。
如果空气流速巨大，除菌效率反而下降，则是由于已被捕集的微粒又返回到气流中。
三、过滤介质与过滤器
（一）过滤介质
过滤介质是过滤除菌的关键，它的好坏不但影响到介质的消耗量、过滤过程动力消耗（压力降）、操作劳动强度、维护管理费用等，而且决定设备的结构、尺寸，还关系到运转过程的可靠性。过滤要求介质吸附性强、阻力小、空气流量大、能耐干热。常用的过滤介质有棉花（未脱脂）、活性炭、玻璃纤维、超细玻璃纤维纸、化学纤维等。
要评价一种过滤介质是否优越，最重要的是看它的过滤效率，而过滤效率是过滤常数K和滤层厚度L的函数，K值越大，滤层厚L可越小；同时阻力降Δp越小越好，因此可把KL/Δp的值当成过滤介质综合评价指标。过滤器的总过滤效率η可用下式表示：
η=1-e-KL
下面介绍几种常用的过滤介质。
1.棉花
棉花是比较传统的过滤介质，工业规模和实验室均采用棉花作为过滤介质。棉花的质量随品种和种植条件不同有较大差别，最好选用纤维细长疏松的新鲜产品。贮藏过久，纤维会发脆甚至断裂，增大了压强降；脱脂纤维会因易吸湿而降低过滤效果。棉花纤维直径一般为16～21μm，装填时要分层均匀铺砌，最后要压紧，装填密度达到150～200kg/m3为好。如果压不紧或是装填不均匀，会造成空气走短路，甚至介质翻动而丧失过滤效果。
2.玻璃纤维
作为散装充填过滤器的普通玻璃纤维，一般直径为8～19μm不等。纤维直径越小越好。但纤维越小，其强度越低，很容易断碎而造成堵塞，增大阻力。玻璃纤维的充填系数不宜太大，一般采用6%～10%，它的阻力损失一般比棉花小。如果采用硅硼玻璃纤维，则可得直径较细（0.3～0.5μm）的高强度纤维，一般将其制成2～3mm厚的滤材，装填过滤器后可除去0.01μm的微粒，故可用于去除噬菌体和所有的微生物。
3.活性炭
活性炭有非常大的比表面积，主要通过表面吸附作用而吸附截留微生物。一般采用直径3mm、长5～10mm的圆柱状活性炭。其粒子间隙大，故对空气的阻力较小，仅为棉花的1/12，但它的过滤效率比棉花要低得多。目前，工厂都是将活性炭夹装在两层棉花中使用，以降低滤层阻力。活性炭的好坏决定于它的强度和比表面积。比表面积小，则吸附性能差，过滤效率低；强度不足，则易破碎，堵塞孔隙，增大气流阻力。它的用量为总过滤层的1/3～1/2.
4.超细玻璃纤维纸
超细玻璃纤维是利用质量较好的无碱玻璃，采用喷吹法制成的直径很小的纤维（直径为1～1.5μm）。由于纤维特别细小，故不宜散装充填，一般采用造纸的方法将超细玻璃纤维做成0.25～1mm厚的纤维纸，这种纤维纸的密度为380kg/m3（当厚度为0.25mm时，每1kg纸的表面积有20m2），它所形成网格的孔隙为0.5～5μm，故它有较高的过滤效率。当空气流速为0.02m/s时，一层0.25mm的超细纤维纸用油雾测试，对0.3μm的微粒过滤效率为99.99%，通过后空气的压力损失为30Pa左右。
超细玻璃纤维纸属于高速过滤介质。在低速过滤时，它的过滤机理以拦截扩散作用机理为主。当气流速度超过临界速度时，以惯性冲击机理为主，气流速度越高，过滤效率越高。生产上操作的气流速度应避开效率最低的临界速度。
超细玻璃纤维纸虽然有较高的过滤效率，但由于纤维细短，强度很差，容易受空气冲击而破坏，特别是受湿以后，这样细短的纤维间隙很小，水分在纤维间因毛细管表面张力作用使纤维松散，强度大大下降。为增加强度，可采用树脂处理纤维纸。用树脂处理时要注意所用树脂浓度。树脂过浓，则会堵塞网格小孔，降低过滤效率和增加空气的阻力损失。常使用2%～5%的2124酚醛树脂的95%酒精溶液进行浸渍、涂抹或喷洒处理，这样可提高超细玻璃纤维纸的力学强度，防止冲击穿孔，但还能湿润。如果同时采用硅酮等疏水剂处理可防湿润，强度更大。如果采用加厚滤纸可提高强度，同时也可提高过滤效率，但增大了过滤阻力。
目前国内大多是采用多层复合超细纤维滤纸，目的是增加强度和进一步提高过滤效果。但实际上过滤效果并无显著提高，虽是多层使用，但滤层间并没有重新分布空气的空间，故不可能达到多层过滤的要求。紧密叠合的多层滤纸，形成稍厚的超细纤维滤垫，过滤效果未能提高，反而大大增加压力损失。用Y09-1型粒子计数器测量多层滤纸的过滤效果，所得数值。
由于超细纤维滤纸的抗湿性能差，后又研制出JU型除菌滤纸。它是在抄纸过程中加入适量的疏水剂处理制得的超细纤维滤纸，可以耐受油、水和蒸汽的反复加热杀菌，具有坚韧、不怕折叠、湿强度高等特点，同时具有更高的过滤效率（0.3μm油雾测定达99.999%）和较低的过滤阻力（不大于450Pa）。
5.石棉滤板
石棉滤板是采用20%纤维小而直的蓝石棉和80%纸浆纤维混合打浆抄制而成。由于纤维比较粗，直径大，纤维间隙也比较大，滤板较厚（3～5mm），但过滤效率还是比较低，只适用于装填分过滤器。其特点是湿强度较大，受潮时也不易穿孔或折断，能耐受蒸汽反复杀菌，使用时间较长。
6.烧结材料
烧结材料过滤介质种类很多，有烧结金属（蒙乃尔合金、青铜等）、烧结陶瓷、烧结塑料等。制造时用这些材料的微粒粉末加压成型后，处于熔点温度下粘结固定，但只是粉末表面熔融粘结而保持粒子的空间和间隙，形成了微孔通道，具有微孔过滤的作用。某些可溶于有机溶剂的塑料，也可采用溶剂粘结法。这种过滤介质加工比较困难，滤板孔隙也不可能做得很小。孔径大小决定于烧结粉末的大小，太小则烧结温度和时间难以掌握，容易全部熔融而堵塞微孔。一般孔隙都在10～30μm之间。
目前我国生产的蒙乃尔合金粉末烧结板（或管）是由钛、锰等合金金属粉末烧结而成，一般板厚4mm左右。特点是强度高，不需经常更换，使用寿命长，能耐受高温反复杀菌，且受潮后影响不大，不易损坏，使用方便，故对空气前处理除水除油要求不很严格。其过滤性能与孔径规格有关，而孔径随粉末大小和烧结情况而变化，一般为5～15μm（汞压法测量），过滤效果中等。它的几个规格和过滤效果，只适用于作为二级分过滤器。使用这种介质的过滤设备比较简单，安装后只要定期反冲杀菌即可使用较长时间。若压力损失增大至一定值后则需要更换，作为分过滤器大概一年换一次。但此滤材价格较昂贵。
烧结聚合物，如聚乙烯醇（PVA）过滤板是以聚乙烯醇为烧结基板，外加耐热树脂处理，这可使滤板能经受高温杀菌，在120经30min杀菌不变形，每杀菌一次可使用一年。其特点是加工方便，微孔多，间隙中等，但过滤效率较高，属于高气流速度类型，对流速十分敏感。国外常用的PVA滤板，其滤板厚度0.5cm，孔径范围60～80μm，最高效率时气速0.8m/s，过滤效率99.999%，压力损失只有140～540Pa。其过滤效率与气速的关系。
7.新型过滤介质
随着科学技术的发展和发酵工艺条件的需要，许多新的过滤介质应运而生。这些新过滤介质的微孔直径只有0.1～0.22μm，小于细菌直径，使得菌体粒子不能通过，该过滤称之为绝对过滤。绝对过滤器也有两大类，一类是能除去全部微生物，如MiliPore公司的0.22μm的膜式过滤器，用可耐蒸汽杀菌的膜材PVDF（聚偏氟乙烯）和PTFE（聚四氟乙烯）制成。这种过滤器可全部滤除细菌等微生物，但不能除去噬菌体。另一类可除去小至0.01μm的微粒，故可滤除全部噬菌体。如英国的DH（Domnick Huntev）公司研制的绝对空气过滤器，可100%过滤除去0.01μm以上的微粒，且可耐121反复加热杀菌，被公认是最保险、安全的空气除菌过滤器。它有两种过滤介质，一种为直径0.5μm的超细玻璃纤维（称Bio-x滤材），而另一种是膨化PTFE，其特性比较。
我国在空气绝对过滤技术上也获得长足的进步，如核工业净化过滤工程技术中心研制成功的JPF型聚偏二氟乙烯膜折叠式空气过滤器，具有国际先进水平。此外，该中心研制生产且已广泛应用的JLS型微孔烧结金属过滤器，以金属镍为材质，采用特殊粉末冶金技术制成，具有压降小（初始压降不大于0.01MPa）、过滤效率高、耐蒸汽加热杀菌、使用寿命长等特点。JLS型过滤器有D、Y和W型之分，其中JLS-D型金属过滤器滤除0.3μm以上微粒的过滤效率高达99.9999%，其具体的规格及尺寸等。
使用微孔膜等绝对过滤器必须安装空气预过滤器，以滤除铁锈、尘埃等微粒，延长主过滤器的使用寿命。对无菌程度要求高的发酵系统，需装设阻力小的绝对空气过滤器。
（二）过滤器
1.纤维介质深层过滤器
纤维介质深层过滤器结构。
通常是立式圆筒形，内部充填过滤介质，空气由下向上通过过滤介质，以达到除菌目的。纤维介质主要有棉花、玻璃纤维、超细玻璃纤维等。
空气过滤器的尺寸主要包括直径D和有效滤层高度L。其中，D可由下式求出：
空截面气速一般可取0.1～0.3m/s，原则是应使过滤器在较高过滤效率的气流速度区运行。
过滤器的有效过滤介质高度L的决定，通常在实验数据的基础上，按对数穿透定律进行计算。由于需要滤层厚，耗用棉花多，安装较困难，且阻力损失很大，故工厂常用活性炭作为中间层，以改善这些因素。通常总的高度中，上下棉花层厚度各为总过滤层的1/4～1/3，中间活性炭层占1/3～1/2.在铺棉花层之前，先在下孔板铺上一层30～40目的金属丝网和织物（如麻布等），有助于空气均匀进入棉花滤层。填充物按下面顺序安装：
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
安装介质时要求紧密均匀，压紧要一致。压紧装置有多种形式，可以在周边固定螺栓压紧，也可以用中央螺栓压紧，也可以利用顶盖的密封螺栓压紧，其中顶盖压紧比较简便。有些工厂为了防止棉花受潮下沉后松动，在压紧装置上加装缓冲弹簧。弹簧的作用是在一定的位移范围内保持对孔板的一定压力。
在充填介质区间的过滤器圆筒外部，通常装设夹套，其作用是在消毒时对过滤介质间接加热，但要十分小心，若温度过高则容易使棉花局部焦化而丧失过滤效能，甚至有烧焦着火的危险。
通常空气从圆筒下部切线方向通入，从上部排出，出口不宜安装在顶盖上，以免检修时拆装管道困难。
过滤器上方应装有安全阀、压力表，罐底装有排污孔。要经常检查空气冷却是否安全，过滤介质是否潮湿等情况。
对过滤器进行加热灭菌时，一般是自上而下通入0.2～0.4MP（a表压）的干燥蒸汽，维持45min，然后用压缩空气吹干备用。总过滤器约每月灭菌一次，而分过滤器则每批发酵前均需进行灭菌。为了使总过滤器不间断地工作，对大规模生产应设一个备用过滤器以交替灭菌使用。
2.平板式纤维纸过滤器
这种过滤器的过滤介质是薄层的过滤板或过滤纸。
平板式纤维纸过滤器由罐体、顶盖、滤层、夹板和缓冲层构成，空气从罐体中部切线方向进入，空气中的水雾沉于底部，由排污管排出；空气经缓冲层通过下孔板经薄层介质过滤后，从上孔板进入顶盖排气孔排出。
缓冲滤层可装填棉花、玻璃纤维或金属丝网等。顶盖法兰压紧过滤孔板并用垫片密封，上下孔板用螺栓连接，以夹紧滤纸和密封周边。为了使气流均匀进入和通过过滤介质，上下孔板应先铺上30～40目的金属丝网和织物（麻布），使过滤介质（滤板或滤纸）均匀受力，夹紧于中间，周边要加橡胶圈密封，切勿让空气走短路。过滤孔板既要承受压紧滤层的作用，也要承受滤层两边的压力差，孔板的开孔大小一般为5～10mm，孔的中心距为10～20mm。
过滤器的直径可由过滤面积决定。过滤面积按通过过滤器时的空气体积流量qv（m3/s）和空气流过该介质截面时的速度vs（m/s）计算：
3.管式过滤器
平板式过滤器过滤面积局限于圆筒的截面积，当过滤面积要求较大时，则设备直径很大。若将过滤介质卷装在孔管上。这样单位体积的过滤面积比平板式大得多。但卷装滤纸时要防止空气从纸缝走短路。
4.折叠式低速过滤器
在一些要求过滤阻力很小而过滤效率比较高的场合，如洁净工作台、洁净工作室或自吸式发酵罐等，都需要低速过滤器以满足其低阻力损失的要求。超细玻璃纤维纸的过滤特性是气流速度越低，过滤效率越高，可改造成过滤面积很大的过滤器。
为了在较小的设备内装设有大的过滤面积，可将长长的滤纸折叠成瓦楞状，安装在楞条支撑的滤框内，滤纸的周边用环氧树脂与滤框粘结密封。滤框有木制和铝制两种，需要反复杀菌的应采用铝制滤框。使用时把滤框用螺栓固定压紧在过滤器内，全都用垫片密封。
在选择过滤器时，应根据需处理的空气的体积流量和流速进行计算。一般选择空气流速在0.025m/s以下，这时空气通过的压力损失约为200Pa。超细纤维的直径很小，间隙窄，容易被微粒堵塞孔隙而使压力损失升高。为了提高过滤器的过滤效率和延长其使用寿命，一般都加设预过滤设备，或配合使用静电除尘装置，或配合使用玻璃纤维或泡沫塑料中效过滤器。这样，较大的微粒和部分小微粒被预过滤器除去，以减少高效过滤器表面微粒的堆积和堵塞滤网格现象。当使用时间较长，网格被堵塞到一定程度，阻力损失增加到400Pa时，就应更换新的滤芯。
这种过滤器的周边粘结部分，常会因粘结松脱而产生漏气现象，从而使过滤器丧失过滤除菌效能，故要定期用烟雾法检查。
四、无菌空气制备流程的选择
（一）空气除菌流程的要求
根据发酵工厂所在地的气候条件，所使用的空气除菌流程也存在着差别，但都必须满足发酵生产工艺的要求。发酵生产对无菌空气的要求是根据压力、无菌程度、温度、湿度等指标并结合采气环境的空气条件和所用设备的特性而设计制定的。
要把空气过滤除菌，并输送到需要的地方，首先要提高空气的能量即增加空气的压力，这就需要使用空气压缩机或鼓风机。而空气经压缩后，温度会升高，经冷却会析出水分，空气在压缩过程中又有可能夹带机器润滑油雾，这就使无菌空气的制备流程复杂化。
对于风压要求低、输送距离短、无菌度要求也不很高的场合（如洁净工作室、洁净工作台等）和具有自吸作用的发酵系统（如转子式自吸发酵罐、喷射式自吸发酵系统等），只需要数十帕到数百帕的空气压力就可以满足需要。在这种情况下，可以采用普通的离心式鼓风机增压。具有一定压力的空气通过一个大过滤面积的过滤器，以很低的流速进行过滤除菌，这样气流的阻力损失就很小。由于空气的压缩比很小，空气温度升高不大，相对湿度变化也不大，空气过滤效率比较高，经一、二级过滤后就能符合所需无菌空气的要求。这样的除菌流程很简单，关键在于离心式鼓风机的增压与空气过滤的阻力损失要配合好，以保证空气过滤后还有足够的压强推动空气在管道和无菌空间中流动。
要制备无菌程度较高且具有较高压强的无菌空气，就要采用较高压的空气压缩机来增压。如果空气压缩比大，空气的状态参数变化就比较大，就需要增加一系列附属设备。这种流程的设计应根据工厂所在地的地理、气候环境和设备条件来考虑。如在环境污染比较严重的地方，要考虑改变吸风的条件，以降低过滤器的负荷，提高空气的无菌程度；在温暖潮湿的南方，要加强除水设施，以确保过滤器的最大除菌效率和使用寿命；在压缩机耗油严重的流程中，要加强消除油雾的污染等。另外，空气被压缩后温度随之升高，需将其冷却才能满足后面的发酵要求，而空气冷却后将析出大量的冷凝水形成水雾，必须将这些水雾除去后才能进到过滤器，否则水雾带入过滤器将会严重影响过滤效果。冷却与除水、除油的措施可根据各地环境气候条件而改变，通常要求压缩空气的相对湿度在50%～60%时通过空气过滤器为好。
总之，发酵工业生产中所使用的空气除菌流程要根据生产的具体要求和各地的气候条件而设计。要保持过滤器有比较高的过滤效率，应维持一定的气流速度和不受油、水的干扰，满足工业生产的需要。下面介绍几个典型的空气除菌流程。
（二）典型的空气除菌流程
1.两级冷却、分离、加热的空气除菌流程
图4-18是两级冷却、分离、加热的空气除菌流程。该流程是一个比较完善的空气除菌流程，它可以适应各种气候条件，能充分地分离空气中含有的水分和油分，使空气在低的相对湿度下进入过滤器，提高过滤除菌效率。
该流程的特点是：
①适应性强，各种气候条件都行，尤其是适用于潮湿的南方地区。
②两级冷却、两次分离、适当加热。两级冷却、两次分离油水的主要优点是可节约冷却用水，油和水雾分离除去比较完全，保证干过滤。用地下水或冰水一级冷却到30～35，二级冷却到20～25.
③旋风分离器分离较大的雾滴（油、水），丝网分离器分离较小的雾滴，两次分离油水完全、分离效果好，提高了传热系数，节约冷却用水。经第一级冷却后，大部分的水、油都已结成较大的雾粒，且雾粒浓度比较大，可以用旋风分离器分离。二级冷却器使空气进一步冷却后析出较小的雾粒，宜采用丝网分离器分离，这类分离器可分离较小直径雾粒，分离效率高。
④利用加热器把空气的相对湿度降到50%～60%，保证干过滤，过滤效率高。
此除菌流程是一个设备较简单的空气除菌流程，它由压缩机、贮罐、空气冷却器和过滤器组成。它只能适用于那些气候寒冷、相对湿度很低的地区。由于空气的温度低，经压缩后它的温度也不会升高很多，特别是空气的相对湿度低。空气中的绝对湿含量很小，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能保持在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。但是室外温度低到什么程度和空气的相对湿度低到多少才能采用这个流程，需通过空气中相对湿度的计算来确定。
这种流程在使用蜗轮式空气压缩机或无油润滑空压机的情况下效果是好的，但采用普通空气压缩机时，可能会引起油雾污染过滤器，这时应加装丝网分离器先将油雾除去。
（三）高效前置过滤器除菌流程
该流程的特点是：
①采用高空采风，初始空气含菌量低。因为在一定范围内，吸风口每升高10ft（1ft=0.3m），空气中的微生物含量就减少一个数量级。
②使用前置过滤器，无菌程度较高。空气先经中效、高效过滤后，利用压缩机的抽吸作用进入空气压缩机。经前置高效过滤器后，空气的无菌程度已达99.99%，再经冷却、分离和主过滤器过滤后，空气的无菌程度就更高，以保证安全。高效前置过滤器采用泡沫塑料（静电除菌）和超细纤维纸串联作过滤介质。
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