食品加工车间空气质量提升：高效过滤器的实际应用案例
引言
在现代食品工业中，生产环境的洁净程度直接影响到产品的质量与安全。食品加工车间作为食品制造的核心场所，其空气质量控制尤为重要。空气中的微粒、细菌、真菌及挥发性有机物（VOCs）等污染物不仅可能污染食品原料和成品，还可能引发食品安全事故，甚至导致大规模公共卫生事件。因此，如何有效提升食品加工车间的空气质量成为企业必须面对的重要课题。
近年来，高效空气过滤器（High-Efficiency Particulate Air Filter，简称HEPA）被广泛应用于食品加工车间的空气净化系统中，成为保障食品生产环境卫生的重要手段之一。HEPA过滤器能够有效去除空气中0.3微米以上的颗粒物，过滤效率高达99.97%以上，对细菌、病毒、花粉、灰尘等具有良好的拦截效果。此外，结合活性炭过滤层、紫外线杀菌灯等辅助净化设备，可以进一步提高空气处理系统的综合性能。
本文将围绕高效过滤器在食品加工车间中的实际应用展开探讨，重点介绍其工作原理、产品参数、选型依据、安装方式以及典型应用案例，并通过国内外相关文献资料分析其技术优势与发展前景。
一、高效过滤器的基本原理与分类
1.1 工作原理
高效空气过滤器主要依靠物理拦截机制来去除空气中的悬浮颗粒物。其核心材料为玻璃纤维或合成纤维制成的滤纸，结构呈褶皱状，以增加过滤面积并降低气流阻力。HEPA过滤器的过滤机理主要包括以下几种：
- 拦截效应：当颗粒直径大于纤维间距时，颗粒直接撞击纤维而被捕获；
- 惯性沉积：较大颗粒由于惯性作用偏离气流方向，撞击纤维后被截留；
- 扩散效应：小颗粒因布朗运动与纤维接触而被捕获；
- 静电吸附：部分HEPA滤材带有静电，可增强对微小颗粒的吸附能力。
1.2 分类与标准
根据国际标准化组织ISO 45001和美国ASHRAE（美国采暖、制冷与空调工程师协会）标准，高效过滤器可分为以下几类：
| 类别 | 过滤效率（≥0.3 μm） | 标准依据 |
|---|---|---|
| HEPA H10 | ≥85% | ISO 45001:2018 |
| HEPA H11 | ≥95% | ISO 45001:2018 |
| HEPA H13 | ≥99.95% | EN 1822-1:2009 |
| HEPA H14 | ≥99.995% | EN 1822-1:2009 |
在中国国家标准GB/T 13554-2020《高效空气过滤器》中，也明确了HEPA过滤器的技术要求和测试方法。
二、高效过滤器的产品参数与选型指南
2.1 常见产品参数对照表
以下是几种常见品牌高效过滤器的主要技术参数对比：
| 品牌 | 型号 | 尺寸（mm） | 初始阻力（Pa） | 过滤效率 | 材质 | 适用场合 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Camfil | Hi-Flo ES | 610×610×90 | ≤250 | ≥99.97% | 玻璃纤维 | 食品车间、医院 |
| Donaldson | Ultra-Web HF | 484×484×90 | ≤220 | ≥99.99% | 合成纤维 | 洁净室、制药厂 |
| Honeywell | HEPA 13 | 592×592×90 | ≤200 | ≥99.95% | 复合材料 | 实验室、电子厂房 |
| 中科华强 | ZK-H13 | 610×610×90 | ≤230 | ≥99.95% | 国产玻纤 | 食品饮料厂 |
注：以上数据来源于各厂商官网及中国空气净化行业联盟报告（CAPIA, 2023）
2.2 选型依据
在食品加工车间中选择合适的高效过滤器需考虑以下几个关键因素：
- 车间洁净等级要求：如ISO 14644-1标准规定的Class 5~8级洁净度；
- 风量需求：根据通风系统设计计算所需风量（单位：m³/h）；
- 压损限制：高阻力会增加风机能耗，影响运行成本；
- 更换周期与维护成本：不同材质滤芯寿命差异较大；
- 是否需要组合使用其他净化装置（如UV光解、臭氧消毒、活性炭吸附等）。
三、高效过滤器在食品加工车间的应用场景
3.1 肉制品加工厂
在肉制品加工过程中，空气中的微生物含量直接影响肉品保质期和安全性。某大型肉类加工厂在改造通风系统时引入了Camfil品牌的H13级HEPA过滤器，并配套安装紫外灭菌模块，使车间空气菌落数从每立方米超过1000 CFU降至低于100 CFU，显著提升了产品质量。
3.2 乳制品生产车间
乳制品对微生物极为敏感，尤其在灌装与包装环节。国内某知名乳企在生产线无菌区加装Donaldson Ultra-Web HF系列HEPA过滤器，配合正压送风系统，成功实现车间空气洁净度达到ISO Class 6级标准。
3.3 即食食品加工线
即食食品（如方便面、膨化食品）在冷却与包装阶段极易受到空气中霉菌污染。某企业采用Honeywell HEPA 13过滤器+活性炭复合模块，实现了对异味和霉菌孢子的有效控制，产品合格率提升至99.5%以上。
四、高效过滤器在提升空气质量中的实证研究
4.1 国内研究案例
据《中国食品工业》期刊2022年发表的研究显示，在某烘焙食品工厂安装HEPA过滤系统后，车间空气中的PM2.5浓度由平均150 µg/m³降至20 µg/m³以下，同时大肠杆菌和金黄色葡萄球菌检出率下降90%以上。
另一项由中国农业科学院农产品加工研究所牵头的研究指出，HEPA过滤器与臭氧联合使用可有效降低车间内的VOCs浓度，特别是乙醇、丙酮等常见污染物。
4.2 国外研究进展
美国FDA在其发布的《食品良好操作规范》（CGMP）中明确指出，高风险食品加工区域应配备HEPA过滤系统，以防止空气传播病原体的污染。欧洲食品安全局（EFSA）也在其2021年报告中强调，高效空气过滤是预防李斯特菌等致病菌交叉污染的关键措施之一。
日本国立食品工业技术研究所的一项实验表明，在鱼类加工车间中使用H14级HEPA过滤器，可使空气中的嗜冷菌数量减少98%，大大延长了产品的货架期。
五、高效过滤器与其他空气净化技术的比较
为了更全面地提升食品车间空气质量，许多企业开始采用多级净化系统。下表为几种主流空气净化技术的对比：
| 技术类型 | 原理 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| HEPA过滤 | 物理拦截 | 高效除颗粒、细菌 | 不除异味、不能杀毒 | 洁净区、包装间 |
| 活性炭吸附 | 化学吸附 | 去除VOCs、异味 | 易饱和、需定期更换 | 原料处理区 |
| 紫外线灭菌 | 光化学反应 | 杀灭细菌病毒 | 对颗粒无效 | 管道、局部空间 |
| 臭氧消毒 | 氧化作用 | 广谱杀菌 | 浓度过高有害 | 清洗、消毒时段 |
| 等离子体净化 | 放电分解 | 多功能净化 | 成本高、技术复杂 | 高端洁净车间 |
由此可见，单一技术难以满足食品车间复杂的空气质量需求，建议采用“HEPA + UV + 活性炭”等组合式净化方案，以实现最佳效果。
六、高效过滤器的安装与维护管理
6.1 安装要点
- 合理布局：确保进风口远离污染源，避免回风短路；
- 密封处理：过滤器与框架之间应严密贴合，防止漏风；
- 风速控制：建议维持风速在0.25~0.5 m/s之间，以保证过滤效率；
- 预过滤器配置：前置G4级初效过滤器，延长HEPA使用寿命。
6.2 维护管理
- 定期检测：使用粒子计数器监测过滤效率，必要时进行完整性测试；
- 压差报警：设置压差传感器，当阻力超过设定值时提醒更换；
- 更换周期：一般为12~24个月，具体视空气质量和运行时间而定；
- 记录归档：建立维护台账，便于追踪设备状态和故障原因。
七、典型应用案例分析
案例一：某乳制品企业洁净灌装线改造
项目背景：该企业原有空气处理系统仅配备初效与中效过滤器，导致灌装过程频繁出现微生物超标问题。
解决方案：
- 在原有系统基础上加装Donaldson Ultra-Web HF HEPA过滤器；
- 配套安装UV-C紫外线灭菌模块；
- 实施正压送风系统，防止外部污染进入。
实施效果：
- 空气洁净度从ISO Class 8提升至Class 6；
- 灌装产品微生物指标全部达标；
- 设备运行能耗增加约15%，但产品质量稳定性显著提升。
案例二：某冷冻食品加工厂空气异味治理
项目背景：厂区位于城市边缘，周边存在化工厂，空气中常有刺激性气味，影响产品质量。
解决方案：
- 在中央空调系统末端加装Honeywell HEPA 13过滤器；
- 增设活性炭吸附层用于去除异味；
- 设置臭氧发生器进行夜间消毒。
实施效果：
- 车间空气异味基本消除；
- VOCs浓度下降70%以上；
- 产品投诉率下降85%。
八、未来发展趋势与政策支持
随着国家对食品安全的日益重视，《食品安全法》《食品生产许可管理办法》等相关法规不断更新完善，对食品生产企业提出了更高的环境控制要求。工信部、生态环境部等部门也在推动绿色制造与智能环保设备的发展。
未来，高效过滤器将在以下方面持续发展：
- 智能化升级：集成物联网传感器，实现远程监控与预警；
- 节能降耗：开发低阻高效滤材，降低运行能耗；
- 多功能融合：与UV、臭氧、负离子等技术协同应用；
- 定制化服务：根据不同工艺流程提供个性化解决方案。
参考文献
- GB/T 13554-2020. 高效空气过滤器[S].
- ISO 45001:2018. Occupational health and safety management systems[S].
- EN 1822-1:2009. High efficiency air filters (HEPA and ULPA)[S].
- ASHRAE Standard 52.2-2017. Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size[S].
- 中国空气净化行业联盟（CAPIA）. 2023年度中国空气净化行业发展报告[R].
- 《中国食品工业》编辑部. 高效过滤器在食品车间的应用研究[J]. 中国食品工业, 2022(10): 45-48.
- 中国农业科学院农产品加工研究所. 空气净化技术在食品加工中的应用评估[R]. 2021.
- FDA. Current Good Manufacturing Practice, Hazard Analysis, and Risk-Based Preventive Controls for Human Food[EB/OL]. https://www.fda.gov, 2020.
- EFSA Journal. Scientific Opinion on the public health risks related to Listeria monocytogenes in food of non-animal origin[J]. 2021, 19(1).
- 日本国立食品工業技術研究所. 高効率空気清浄フィルターの水産加工場における効果評価報告書[R]. 2020.
