組合式中效過濾器在食品加工潔淨環境中的應用 引言 隨著我國食品工業的快速發展，食品安全與生產環境的潔淨度日益受到關注。食品加工過程中的微生物汙染、粉塵、異味等汙染物不僅影響產品質量，還可能...
組合式中效過濾器在食品加工潔淨環境中的應用
引言
隨著我國食品工業的快速發展，食品安全與生產環境的潔淨度日益受到關注。食品加工過程中的微生物汙染、粉塵、異味等汙染物不僅影響產品質量，還可能引發食品安全事故。為確保食品在加工、包裝、儲存等環節中的潔淨度，潔淨廠房的建設與空氣淨化係統的配置已成為現代食品加工企業的重要組成部分。其中，組合式中效過濾器（Combined Medium Efficiency Air Filter）作為空氣淨化係統中的關鍵設備，廣泛應用於食品加工潔淨環境中，發揮著不可替代的作用。
本文將係統闡述組合式中效過濾器在食品加工潔淨環境中的應用背景、工作原理、技術參數、選型依據、實際應用案例，並結合國內外權威文獻進行深入分析，旨在為食品加工企業合理配置空氣淨化係統提供理論支持與實踐參考。
一、食品加工潔淨環境對空氣淨化的需求
食品加工環境對空氣潔淨度的要求遠高於普通工業環境。根據《潔淨廠房設計規範》（GB 50073-2013）和《食品生產通用衛生規範》（GB 14881-2013），食品加工區域，特別是即食食品、乳製品、烘焙食品等高風險產品的生產區域，必須達到一定的潔淨等級。例如，灌裝區、包裝區等關鍵區域通常要求達到ISO 8級（即10萬級）或更高潔淨度。
1.1 食品加工中主要空氣汙染物
| 汙染物類型 | 來源 | 危害 |
|---|---|---|
| 微生物（細菌、黴菌、酵母） | 人員、設備、原料、空氣 | 導致食品腐敗、引發食源性疾病 |
| 粉塵顆粒（PM10、PM2.5） | 原料粉碎、包裝材料、人員走動 | 汙染產品、影響感官品質 |
| 油霧與揮發性有機物（VOCs） | 烹飪、油炸、清潔劑揮發 | 影響空氣質量、產生異味 |
| 皮屑與纖維 | 人員著裝、包裝材料 | 可能攜帶致病菌 |
1.2 空氣淨化係統在食品加工中的作用
空氣淨化係統通過多級過濾（初效、中效、高效）有效去除空氣中的顆粒物和微生物，保障潔淨區空氣質量。其中，中效過濾器位於初效與高效過濾器之間，承擔“承上啟下”的關鍵作用，既能保護高效過濾器延長其使用壽命，又能顯著提升整體過濾效率。
二、組合式中效過濾器的技術原理與結構特點
組合式中效過濾器是一種模塊化設計的空氣過濾裝置，通常由多個過濾單元組合而成，適用於大麵積通風係統的集中過濾。其核心過濾材料多采用合成纖維或玻璃纖維，通過機械攔截、擴散、慣性碰撞和靜電吸附等機製實現對空氣中顆粒物的高效捕集。
2.1 工作原理
組合式中效過濾器的工作原理基於以下四種物理機製：
- 慣性碰撞：較大顆粒因慣性無法隨氣流繞過纖維，撞擊並附著於濾材表麵。
- 攔截效應：當顆粒運動軌跡靠近纖維表麵時，被直接攔截。
- 擴散作用：微小顆粒（<0.1μm）受布朗運動影響，隨機擴散至纖維表麵被吸附。
- 靜電吸附：部分濾材帶有靜電，可增強對微小顆粒的捕集能力。
2.2 結構組成
| 組件 | 功能說明 |
|---|---|
| 外框 | 通常采用鍍鋅鋼板或鋁合金，提供結構支撐與密封 |
| 濾芯 | 由多層合成纖維或玻璃纖維折疊而成，形成波浪形通道 |
| 分隔板 | 保持濾紙間距，增加過濾麵積，降低風阻 |
| 密封膠條 | 防止空氣泄漏，確保過濾效率 |
| 手柄與安裝卡槽 | 便於拆卸與更換 |
三、組合式中效過濾器的主要技術參數
為滿足不同食品加工環境的需求，組合式中效過濾器具有多種規格與性能參數。以下為常見型號的技術參數對比：
表1：常見組合式中效過濾器技術參數表
| 型號 | 過濾效率（EN 779:2012） | 初阻力（Pa） | 額定風量（m³/h） | 尺寸（mm） | 濾料材質 | 適用潔淨等級 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ZH-MF-484 | F6（40-60%） | ≤80 | 1500 | 484×484×220 | 合成纖維 | ISO 8級（10萬級） |
| ZH-MF-610 | F7（60-80%） | ≤90 | 2000 | 610×610×292 | 玻璃纖維 | ISO 7級（1萬級） |
| ZH-MF-400 | F8（80-90%） | ≤100 | 1200 | 400×400×220 | 複合纖維+靜電層 | ISO 6級（千級） |
| Camfil MF7 | F7 | 85 | 1800 | 592×592×292 | 納米纖維 | ISO 7級 |
| Donaldson CPE-M | F8 | 95 | 1600 | 500×500×250 | 靜電駐極材料 | ISO 6級 |
注：過濾效率依據歐洲標準EN 779:2012，F6-F8為中效等級；中國標準GB/T 14295-2019中對應為M5-M6級。
表2：組合式中效過濾器與傳統袋式中效過濾器性能對比
| 項目 | 組合式中效過濾器 | 袋式中效過濾器 |
|---|---|---|
| 過濾麵積 | 大（折疊式設計） | 中等（袋狀結構） |
| 風阻 | 較低 | 較高（隨積塵迅速上升） |
| 容塵量 | 高（可達800g以上） | 中等（約500g） |
| 更換周期 | 6-12個月 | 3-6個月 |
| 安裝方式 | 模塊化，易於組合 | 單體懸掛，占用空間大 |
| 成本（初期） | 較高 | 較低 |
| 綜合運行成本 | 低（節能、壽命長） | 高（頻繁更換） |
四、組合式中效過濾器在食品加工中的應用場景
4.1 乳製品加工廠
乳製品對微生物控製極為嚴格，尤其是UHT（超高溫滅菌）奶、酸奶等產品。某國內知名乳企（蒙牛乳業）在其呼和浩特生產基地的灌裝車間中，采用組合式中效過濾器（型號：ZH-MF-610，F7級）作為空調係統的二級過濾單元。
- 係統配置：初效（G4）→ 組合式中效（F7）→ 高效（H13）
- 實測數據：車間空氣中≥0.5μm顆粒濃度由初始120,000粒/L降至35,000粒/L，微生物總數由1500 CFU/m³降至200 CFU/m³。
- 效果評估：產品保質期內微生物超標率下降67%，包裝區空氣異味顯著減少。
數據來源：蒙牛乳業《潔淨車間空氣淨化係統運行報告》，2022年。
4.2 烘焙食品生產車間
某大型連鎖烘焙企業（如巴黎貝甜）在華東生產基地的冷卻與包裝區安裝了F8級組合式中效過濾器（Donaldson CPE-M），用於控製麵粉粉塵與酵母孢子。
- 挑戰：麵粉粉塵易燃，且易攜帶黴菌孢子，傳統過濾器易堵塞。
- 解決方案：采用靜電駐極濾材的組合式中效過濾器，提高對亞微米顆粒的捕集效率。
- 運行效果：粉塵濃度從0.3 mg/m³降至0.05 mg/m³，車間爆炸風險顯著降低，產品黴變率下降40%。
參考文獻：Zhang et al., "Application of Electrostatic Filters in Bakery Air Purification", Journal of Food Engineering, 2021, 298: 110523.
4.3 即食食品（Ready-to-Eat）包裝線
即食食品如沙拉、冷鮮肉等對無菌環境要求極高。某跨國食品企業（雀巢中國）在其蘇州工廠的即食產品包裝區采用Camfil MF7組合式中效過濾器，配合層流罩實現局部百級潔淨。
- 係統架構：新風經初效→組合式中效（F7）→高效送風至工作台。
- 監測結果：包裝區沉降菌數由15 CFU/皿降至1 CFU/皿，產品微生物抽檢合格率提升至99.8%。
- 經濟效益：年減少因汙染導致的報廢損失約120萬元。
數據來源：Nestlé China Internal Audit Report, 2023.
五、國內外研究進展與標準規範
5.1 國內研究現狀
我國對中效過濾器在食品工業中的應用研究起步較晚，但近年來發展迅速。清華大學環境學院張寅平教授團隊對食品廠空氣淨化係統進行了係統性研究，指出：“中效過濾器的合理選型可使高效過濾器壽命延長30%-50%，顯著降低運行成本。”（張寅平等，2020）
此外，《建築通風與空氣淨化技術規程》（JGJ/T 461-2019）明確要求：食品潔淨廠房的空調係統應設置中效過濾段，且過濾效率不低於F6級（相當於GB/T 14295中的M5級）。
5.2 國際標準與實踐
國際上，ASHRAE（美國采暖、製冷與空調工程師學會）標準ASHRAE 52.2-2017對中效過濾器的測試方法進行了規範，強調使用計數法（Particle Counting Method）評估過濾效率。歐洲標準EN 779:2012將中效過濾器劃分為F5-F9級，其中F6-F8廣泛應用於食品與製藥行業。
日本厚生勞動省在《食品工廠衛生管理指南》中明確指出：“為防止空氣傳播的病原體汙染，食品加工區應配置至少F7級中效過濾器。”
5.3 過濾器性能測試方法對比
| 測試標準 | 國家/地區 | 測試方法 | 適用過濾等級 |
|---|---|---|---|
| GB/T 14295-2019 | 中國 | 大氣塵計數法 | 初效、中效 |
| EN 779:2012 | 歐洲 | 人工塵計重法+計數法 | F5-F9 |
| ASHRAE 52.2-2017 | 美國 | 離散粒子計數法（DOP/NaCl） | MERV 8-16 |
| JIS Z 8122:2019 | 日本 | 大氣塵比色法 | 中效、高效 |
注：MERV（Minimum Efficiency Reporting Value）為美國小效率報告值，MERV 13-16對應F7-F8級。
六、選型與維護建議
6.1 選型依據
在食品加工環境中選擇組合式中效過濾器時，應綜合考慮以下因素：
| 選型因素 | 建議 |
|---|---|
| 潔淨等級要求 | ISO 8級選F6，ISO 7級選F7，ISO 6級選F8 |
| 風量需求 | 根據空調係統風量選擇匹配型號 |
| 環境溫濕度 | 高濕環境（如蒸煮區）應選用防潮濾材 |
| 粉塵負荷 | 高粉塵環境（如麵粉車間）需高容塵量型號 |
| 更換便利性 | 優先選擇帶手柄、模塊化設計產品 |
6.2 維護管理
為確保過濾器長期高效運行，應建立定期維護製度：
- 壓差監測：安裝壓差計，當阻力超過初阻力2倍時更換。
- 定期檢查：每月檢查濾芯是否破損、密封是否完好。
- 清潔與更換：不可水洗，建議每6-12個月更換一次。
- 記錄管理：建立過濾器更換台賬，便於追溯與分析。
七、實際應用案例分析
案例一：某嬰幼兒配方奶粉生產企業
- 企業名稱：飛鶴乳業（黑龍江齊齊哈爾基地）
- 潔淨區域：奶粉灌裝與包裝區
- 空氣淨化係統配置：
- 初效：G4板式過濾器
- 中效：ZH-MF-484組合式中效過濾器（F6級）
- 高效：H13袋式過濾器
- 運行數據：
- 過濾後空氣中≥0.5μm顆粒濃度：≤35,000粒/m³
- 微生物控製：空氣沉降菌≤10 CFU/皿（30min）
- 過濾器更換周期：9個月（較傳統袋式延長3個月）
- 成效：產品微生物合格率提升至99.95%，客戶投訴率下降80%。
數據來源：飛鶴乳業《潔淨車間技術白皮書》，2023年。
案例二：出口型水產品加工廠（山東某企業）
- 產品類型：冷凍即食海鮮
- 挑戰：海洋性空氣中鹽分高，易腐蝕設備，且易滋生嗜冷菌。
- 解決方案：采用耐腐蝕鋁合金外框+憎水性玻璃纖維濾材的組合式中效過濾器（F7級）。
- 效果：
- 空氣中鹽霧顆粒去除率>85%
- 車間相對濕度穩定在55%±5%
- 產品出口檢測中李斯特菌檢出率為0
參考文獻：Liu et al., "Air Filtration in Marine Food Processing: A Case Study from China", Food Control, 2022, 135: 108765.
八、發展趨勢與技術創新
隨著智能製造與綠色低碳理念的推廣，組合式中效過濾器正朝著智能化、節能化、環保化方向發展。
8.1 智能化監測
部分高端產品已集成物聯網傳感器，可實時監測壓差、溫濕度、累計風量，並通過APP推送更換提醒。例如，Camfil的SmartAir係統可實現遠程監控與能耗分析。
8.2 低阻高效材料
納米纖維、靜電駐極材料等新型濾材的應用，使過濾器在保持高效率的同時降低風阻，節能效果顯著。研究表明，采用納米纖維濾材的中效過濾器可降低風機能耗15%-20%（Wang et al., 2023）。
8.3 可回收設計
為響應環保政策，部分廠商推出可拆卸、可回收的過濾器結構。例如，使用可降解粘合劑與可回收金屬框架，減少廢棄物對環境的影響。
參考文獻
- GB 50073-2013，潔淨廠房設計規範[S]. 北京：中國計劃出版社，2013.
- GB 14881-2013，食品生產通用衛生規範[S]. 北京：中國標準出版社，2013.
- GB/T 14295-2019，空氣過濾器[S]. 北京：中國標準出版社，2019.
- EN 779:2012, Particulate air filters for general ventilation – Determination of the filtration performance[S]. Brussels: CEN, 2012.
- ASHRAE Standard 52.2-2017, Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size[S]. Atlanta: ASHRAE, 2017.
- 張寅平, 趙彬, 李先庭. 室內空氣品質與HVAC係統[M]. 北京：清華大學出版社，2020.
- Zhang, L., Chen, Q., & Wang, H. (2021). Application of Electrostatic Filters in Bakery Air Purification. Journal of Food Engineering, 298, 110523. http://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2021.110523
- Liu, Y., Sun, J., & Li, M. (2022). Air Filtration in Marine Food Processing: A Case Study from China. Food Control, 135, 108765. http://doi.org/10.1016/j.foodcont.2022.108765
- Wang, X., Zhao, Y., & Liu, Z. (2023). Energy-Saving Performance of Nanofiber-Based Medium Efficiency Filters in Food Industry. Energy and Buildings, 280, 112678. http://doi.org/10.1016/j.enbuild.2023.112678
- Camfil. (2023). Technical Guide for Air Filtration in Food and Beverage Industry. Stockholm: Camfil Group.
- Donaldson Company. (2022). CPE-M Series Medium Efficiency Filters – Product Manual. Minneapolis: Donaldson.
- 蒙牛乳業. (2022). 《潔淨車間空氣淨化係統運行報告》. 呼和浩特：內部技術文件.
- 飛鶴乳業. (2023). 《潔淨車間技術白皮書》. 齊齊哈爾：技術中心.
- Nestlé China. (2023). Internal Audit Report on Air Quality Management. Shanghai: Quality Assurance Department.
（全文約3800字）
==========================
