生物過濾系統和用於生物過濾系統的箱體的製作方法
2023-08-03 00:08:06
專利名稱：生物過濾系統和用於生物過濾系統的箱體的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於淨化空氣的生物過濾系統和用於生物過濾系統的箱體。此外，本發明涉及淨化和調節空氣的方法。
本發明基於下列的知識含有微生物並用作植物基質的土壤具有淨化空氣和從空氣中除去有害顆粒和氣體的能力。該知識已由NASA發表，其為NASA的研究結果。
對於土壤和植物這種性質的認識已經導致土壤和植物在汙染控制中的應用。其優點為這種汙染控制非常有益於環境。
近年來，土壤和植物在汙染控制中的應用已經獲得商業和實際的利益，其變得越來越普遍。
DE 195 21 239 A1公開了用於房間的生物活性濾器。該濾器包括一個箱體，其中放置一個具有過濾材料的內部容器。過濾材料由具有高度吸收能力的多孔材料組成。過濾材料可以是開孔的不同的粘土顆粒、腐殖土、膠體、活性炭、堆肥、特殊化學粘合劑、石灰石、氧化鎂、方解石等等以不同混和物的形式。過濾材料可以或者對顆粒和化學物進行一般性吸收，或者對特殊氣體化合物進行特異性的吸收、生物或化學結合。濾器培養基允許種植帶有土壤根球的植物。依靠風扇驅動空氣通過濾器。該濾器提供了良好的空氣淨化，但是不能阻止微生物細胞以及不能對於室內氣候的調節作出貢獻。
已知生物濾器的缺點為它們不能阻止微生物細胞隨著淨化的空氣進入場所。例如，微生物細胞可能從空氣所通過的土壤進入空氣中。
本發明的一個目的為提供在淨化過程中能夠有效地阻止空氣中微生物細胞和其他顆粒的過濾系統。
本發明的另一個目的為提供在淨化過程中能夠有效地去除和分解空氣中有害氣體的過濾系統。
本發明的進一步目的為提供能夠有助於室內空氣調節的過濾系統，該空氣調節包括溫度和相對溼度。
此外，提供用貯水池對土壤和植物的自灌溉系統也為本發明的一個目的。
集於本發明的這些目的和其他目的定義於權利要求之中。
本發明提供了生物過濾系統和用於淨化和調節空氣的方法，其有益於環境並導致空氣中顆粒和有害氣體的顯著減少。
生物濾器可以製成各種大小，其具有如花盆、箱子、隔離牆或地面植物的外觀。因此，本發明能夠有利於房間或場景的裝飾，同時能夠淨化和調節房間或場景內的空氣。
在第一方面，本發明涉及用於淨化空氣的生物過濾系統，其包含有-貯水池，-土壤層，和-微生物減少層。
該生物濾器為封閉系統的一部分，與稍後將要解釋的一樣，空氣通過其中。
貯水池的用途為溼潤空氣和溼潤土壤層。土壤層阻止顆粒和氣體，並可選地在土壤中通過微生物作用分解那些顆粒和氣體從而淨化通過它的空氣。
微生物減少層的用途當然為減少空氣中微生物細胞的數量。微生物細胞可能是細菌和真菌的微生物細胞，其可能是從土壤中進入空氣的。此外，微生物減少層的用途為至少在土壤表面防止細菌和真菌的生長，優選地至少到土壤2mm深處防止它們的生長。
在本發明優選的實施例中，生物過濾系統進一步含有壓縮機室。
在本發明的生物過濾系統的另一個優選實施例中，微生物減少層含有能夠殺死或破壞細菌和真菌微生物細胞的材料。
這樣的材料可以在具有高或低pH值或者鹼性或酸性材料之中選擇。有用的鹼性材料優選地具有pH＞10，以及有用的酸性材料優選地具有pH＜4。其他有用的材料具有大約7-9的pH。
優選地，材料選自石灰石、白雲石、方解石、菱鎂礦、纖維素、半纖維素、木屑和其組合物。
微生物減少層的消毒作用的準確機制還不知道。消毒作用可能是由離子(如鎂或鈣離子)的影響所引起的，但是本發明不局限於該理論。
除了殺死和破壞微生物細胞外，微生物減少層還可以用作對於顆粒的機械性過濾器，其優選地還能吸收多種顆粒。
優選地，構成微生物減少層的材料具有0.1-7.0cm的平均粒度，該粒度是通過篩分而測得的。
優選地，微生物減少層的厚度為0.1-10cm，更優選的為0.5-6cm。
在根據本發明的生物過濾系統的另一個優選實施例中，貯水池直接放置在土壤層之內或之下，並帶有空氣囊或在水的表面與土壤層底部之間形成一定的距離，該體積或距離足夠讓空氣在土壤中或在貯水池中水的表面與土壤層底部之間流動，該距離優選地為0.1-15cm。
因此，空氣可以通過貯水池中的水並聚集溼氣，隨後立即進入土壤層。優選地使用多孔底板(例如帶孔的金屬板)來支撐土壤層。水表面與土壤層底部之間的距離當然隨著貯水池中存在的水量而變化。
此外，貯水池可以與土壤層相連接，其優選地使用一個或多個毛細管芯來連接。毛細管芯能夠從貯水池中汲取水並向上輸送入土壤層中，從而溼潤土壤，並可選地溼潤存在於土壤中的植物的根。當土壤層由底板支撐時，底板可用與毛細管芯相連的多孔織物包裹，其有助於溼潤土壤。該優選的實施例便利了土壤和植物的自灌溉。
優選地，根據本發明的生物過濾系統含有迫使空氣通過過濾系統的裝置。該裝置包括用於待淨化的空氣的入口和基本上空氣密閉的室，在該密閉室中可以產生壓力從而迫使空氣通過生物過濾系統。該壓力可用風扇、通風機或諸如此類產生。
仍在根據本發明的生物過濾系統的優選實施例中，土壤層含有具有微生物活性的腐殖土和/或粘土。微生物活性天然地呈現於腐殖土之中，其是由天然存在於腐殖土、粘土和土壤中的細菌和其他微生物所引起的。土壤層還可以含有膨脹的粘土或其他多孔材料，這是為了使得土壤具有足夠多的允許空氣流通穿過的孔。
優選地，土壤層具有允許空氣流通穿過該土壤層的多孔性，其為200-500m3/m2h，更優選的為300-400m3/m2h。
土壤層優選地具有5-80cm的厚度，更優選的為15-50cm的厚度。
在另一個優選的實施例中，土壤層構成了用於一種或多種植物的基質。該基質用作對於大範圍植物的生長培養基，其結合土壤層而有助於淨化空氣的過程。此外，植物的光合作用能夠吸收空氣中的二氧化碳並釋放出氧氣，因此改善了空氣品質。
在根據本發明的生物過濾系統中，植物優選地選自翠葉蘆薈(Aloe barbadensis)、香蕉(Musa oriana)、廣東萬年青(Aglaonema modestum)、象耳喜林芋(Philodendrondomesticum)、洋常春藤(Hedera helix)、垂葉榕(Ficusbenjamina)、扶郎花(Gerbera jamesonii)、綠蘿(Epipremnumaureum)、心葉喜林芋(Philodendron oxycardium)、竹蕉(Dracaena deremensis)、裂葉喜林芋(Philodendronselloum)、紅邊竹蕉(Dracaena marginata)、巴西鐵樹(Dracaena massangeana)、鵝掌藤(Brassaia arboricola)、金邊虎尾蘭(Sansevieria laurentii)、Tradescantiasillamontana、白鶴芋(Spathiphyllum「Mauna Loa」)、圓葉椒草(Peperomia obtusifolia)、菊(Chrysanthemum morifolium)、高吊蘭(Chlorophytum elatum)、合果芋(Syngoniumpodophyllum)、銀線竹蕉(Dracaena deremensis「Warneckii」)。
植物的物理功能為構成和維持土壤的多孔性，這是由植物的有成功生長力的部分(根、根狀莖、莖、杆等等)所構成的二級多孔性來進行的。每個植物物種產生特殊的根滲出物(葡萄糖、胺基酸等等)的組合，這些滲出物能夠支持特殊微生物活性的增長。可以挑選出特殊的植物物種和與土壤的組合以用於特殊汙染物的吸收與破壞。
在本發明的第二方面，本發明涉及用於生物過濾系統的箱體，其包含有-空氣入口，-貯水池，-土壤層和微生物減少層的支架，其中箱體如此構造，以引導空氣從入口經過水的表面，隨後通過土壤層和通過微生物減少層，或者直接引導空氣進入土壤。
在用於生物過濾系統的箱體的優選實施例中，貯水池優選地通過一個或多個毛細管芯與土壤層相連接。在此，貯水池中的水溼潤了土壤層從而便利了箱體中土壤和植物的自灌溉。
優選地，箱體含有用於引導空氣通過箱體和生物過濾系統的裝置，該裝置的形式優選地為風扇、通風機、泵或壓縮機。在此，可以產生所必需的壓力從而迫使空氣通過土壤層和微生物減少層。在用於生物過濾系統的箱體的另一個優選實施例中，用於土壤層和微生物減少層的支架含有穿孔的底板。該穿孔的底板支撐土壤層和微生物減少層，並同時允許空氣的通過。底板可以與可溼的多孔織物一起應用，該織物可以通過一個或多個毛細管芯與貯水池相連。通過利用底板和土壤層之間的織物，可以更有效地溼潤土壤。
用於生物過濾系統的箱體含有用於檢測貯水池中水量的裝置也是優選的。檢測系統可以是機械的，例如管中的浮子，或者電子的，例如使用傳感器，其可視地或視聽地顯示出水量的水平。
優選地，用於生物過濾系統的箱體含有用作將水注入貯水池中的裝置。水可以通過箱體中的管狀連接灌注入貯水池中。其優點為當貯水池需要再次注滿時，不需要拆開箱體。
在第三方面，本發明涉及用於淨化和調節空氣的方法，其包括下列步驟-使空氣通過貯水池或者沿著貯水池經過，
-使空氣通過土壤層從而淨化和調節空氣，-使空氣通過微生物減少層。
使空氣通過貯水池表示迫使空氣流過貯水池中的水表面。優選地，貯水池剛好置於土壤層之下，空氣在通過貯水池之後就被迫通過土壤層。
在根據本發明的方法的重要實施例中，在通過土壤層期間優選地採用壓力或流速調節降低空氣的溫度1-8℃，優選的為3-8℃，更優選的為2-5℃。在通過土壤層期間冷卻了空氣，空氣的相對溼度部分地通過水分攝取和部分地通過溫度降低而得到增加。
以更高的壓力和更高的流速(m/s)通過濾器將會相對地增加溫度的降低和增加全部體積的總量。
當空氣從土壤層釋放出來時，該空氣冷卻環境空氣，同時環境空氣加熱該空氣。這樣就降低了該空氣中的相對溼度，以使空氣總量中的相對溼度將會被調節至優選的大約70-90％。
以此方法通過降低室溫和調節相對溼度而有助於室內的穩定氣候。
據此，本發明的系統和方法適合用於辦公室環境、電氣室和其他處所，其對於維持基本上固定的溫度和穩定的相對空氣溼度以及避免靜電是重要的。
根據該方法的優選實施例，空氣通過土壤，優選為具有微生物活性並構成用於植物的基質的土壤。在天然的土壤中，微生物活性是常見的，其是由細菌和其他微生物所引起的，這些微生物能夠將一種物質轉化為另一種物質，例如將有害物質轉化為無害物質。
根據另一個優選的方法，空氣通過由微生物減少材料所構成的微生物減少層，該材料優選地選自石灰石、白雲石、方解石、木屑或其組合物。
在該方法的優選實施例中，微生物細胞的數量在通過微生物減少層期間被減少了。微生物細胞的數量按重量計算優選減少50％，特別優選減少70％，最優選減少90％。
在根據本發明的方法的另一個優選實施例中，空氣中的有害氣體在通過土壤層期間被吸收和/或分解。有害氣體作為術語表示可能引起人類疾病和過敏反應的氣體。例如，眾所周知苯可能引起癌症。有害氣體通過土壤中的微生物活性被去除和分解，優選針對的有害氣體為苯、甲醛、三氯乙烯、甲苯、丙酮、溴化物、氯化物等等。
此外，在該方法的優選實施例中，基本上所有平均粒度大於2μm的顆粒在通過土壤層和微生物減少層期間從空氣中被除去了。淨化空氣中顆粒的濃度與室外空氣相比優選至少減少70％，淨化空氣中顆粒的濃度與室內空氣相比優選至少減少45％。
在一個方面中，本發明還涉及生物過濾系統對於淨化和調節空氣的應用。
本發明的一個方面為該方法對於淨化和調節空氣的應用。
現在，將參考附圖描述本發明，其中
圖1顯示了根據本發明的生物過濾系統和箱體。
圖2顯示了在安裝根據本發明的過濾系統之前和之後，房屋中溼度和溫度的測量。
在圖1中，可見生物過濾系統1置於一個箱體內，該箱體具有外殼18和內殼17與16。該生物過濾系統含有土壤層3和作為頂層的石灰石微生物減少層4以及貯水池11。土壤層3和微生物減少層4由穿孔底板2支撐。土壤層3通過帶芯的毛細管12和毛細管分布的氈狀層13與貯水池11相連接。此外，該過濾系統含有可用於將水注入貯水池11的管狀連接10。
在使用過程中，空氣通過入口8進入，並通過利用風扇6將其導向貯水池11和外殼18與內殼17之間所形成的空腔。在室5中增強壓力，並通過內殼16上的孔將空氣引導至貯水池11。
空氣經過貯水池11中水的表面並通過土壤層3，在土壤層中空氣得到淨化和冷卻。最後，空氣通過微生物減少層4，其基本上除去了所有來自空氣中的細菌和真菌微生物細胞。
為了防止淨化空氣被吸入過濾系統，箱體具有環繞過濾系統1的空氣出口的孔9。加壓空氣的上升氣流通過孔9，並引導淨化空氣離開系統。
該系統減少空氣中80-90％的細菌含量和90％的真菌含量。
空氣中顆粒的含量減少了75％。
在圖2中，顯示了於安裝根據本發明的過濾系統之前和之後，在丹麥的「藍色房屋」中溼度和溫度的測量結果。
權利要求
1.用於淨化空氣的生物過濾系統，其包含有-貯水池，-土壤層，和-微生物減少層。
2.根據權利要求1所述的生物過濾系統，其進一步包含有空氣壓縮機室。
3.根據權利要求1或2所述的生物過濾系統，其中微生物減少層由對空氣具有消毒作用的材料所構成。
4.根據權利要求1-3所述的生物濾器，其中微生物減少層優選地選自石灰石、白雲石、方解石、菱鎂礦、纖維素、半纖維素、木屑和其組合物。
5.根據權利要求1-4所述的生物過濾系統，其中構成微生物減少層的材料具有0.1-7.0cm優選的平均粒度，該粒度是通過篩分而測得的。
6.根據權利要求1-5所述的生物過濾系統，其中貯水池直接放置在土壤層之內或之下，帶有空氣囊或在水的表面與土壤層底部之間形成一定的距離，所述空氣囊或距離足夠讓空氣流入土壤中或貯水池中水的表面與土壤層底部之間，該距離優選地為0.1-15cm。
7.根據權利要求1-6所述的生物過濾系統，其中該過濾系統含有用於從貯水池自行灌溉土壤和植物的裝置。
8.根據權利要求1-7所述的生物過濾系統，其中貯水池與土壤層相連接，優選地使用一個或多個毛細管芯來連接。
9.根據權利要求1-8所述的生物過濾系統，其中土壤層優選地含有具有微生物活性的腐殖土和/或粘土。
10.根據權利要求1-9所述的生物過濾系統，其中土壤層具有能夠讓空氣流通過該土壤層的多孔性，該多孔性為300-400m3/m2h。
11.根據權利要求1-10所述的生物過濾系統，其中該過濾系統含有用於迫使空氣通過過濾系統的裝置。
12.根據權利要求1-11所述的生物過濾系統，其中土壤層構成用於一種或多種植物的基質。
13.根據權利要求12所述的生物過濾系統，其中植物優選地選自翠葉蘆薈、香蕉、廣東萬年青、象耳喜林芋、洋常春藤、垂葉榕、扶郎花、綠蘿、心葉喜林芋、竹蕉、裂葉喜林芋、紅邊竹蕉、巴西鐵樹、鵝掌藤、金邊虎尾蘭、Tradescantia sillamontana、白鶴芋、圓葉椒草、菊、高吊蘭、合果芋、銀線竹蕉。
14.用於生物過濾系統的箱體，其包含有-空氣入口，-貯水池，和-土壤層和微生物減少層的支架，其中如此構造箱體，使之可以引導空氣從入口經過水的表面，隨後通過土壤層和通過微生物減少層，或者直接引導空氣進入土壤。
15.根據權利要求14所述的用於生物過濾系統的箱體，其中貯水池優選地通過一個或多個毛細管芯與土壤層相連接。
16.根據權利要求14-15所述的用於生物過濾系統的箱體，其中箱體進一步含有用於引導空氣通過該箱體和生物過濾系統的裝置，該裝置優選地為風扇、通風機、泵或壓縮機。
17.根據權利要求14-16所述的用於生物過濾系統的箱體，其中用於土壤層和微生物減少層的支架含有經穿孔的底板。
18.根據權利要求14-17所述的用於生物過濾系統的箱體，其含有檢測貯水池中水量的裝置。
19.根據權利要求14-18所述的用於生物過濾系統的箱體，其含有用於將水注入貯水池中的裝置。
20.用於淨化和調節空氣的方法，其包括下列步驟-使空氣通過貯水池或者沿著貯水池經過，-使空氣通過土壤層從而淨化和調節空氣，-使空氣通過微生物減少層。
21.根據權利要求20所述的方法，其中在通過土壤層期間優選地採用壓力或流速調節降低空氣的溫度1-8℃，優選的為3-8℃，更優選的為2-5℃。
22.根據權利要求20-21所述的方法，其中在通過土壤層期間，空氣的相對溼度增加至75-95％。
23.根據權利要求20-22所述的方法，其中空氣通過微生物減少層，其材料優選地選自石灰石、白雲石、方解石、菱鎂礦、纖維素、半纖維素、木屑或其組合物。
24.根據權利要求20-23所述的方法，其中空氣通過土壤，優選地為具有微生物活性並構成用於植物的基質的土壤。
25.根據權利要求20-24所述的方法，其中在通過微生物減少層期間減少空氣中微生物細胞的數量。
26.根據權利要求20-25所述的方法，其中在通過土壤層期間吸收和/或分解空氣中的有害氣體。
27.根據權利要求26所述的方法，其中該有害氣體優選地為苯、甲醛、三氯乙烯、甲苯、丙酮、溴化物、氯化物等等。
28.根據權利要求20-27所述的方法，其中在通過土壤層和微生物減少層期間，從空氣中除去基本上所有平均粒度大於2μm的顆粒。
29.根據權利要求1-13所述的生物過濾系統對於淨化和調節空氣的應用。
30.根據權利要求20-28所述的方法對於淨化和調節空氣的應用。
全文摘要
本發明涉及用於淨化空氣的生物過濾系統(1)和用於生物過濾系統(1)的箱體。此外，本發明涉及淨化和調節空氣的方法。本發明基於下列的知識含有微生物並用作植物基質的土壤(3)具有淨化空氣和從空氣中除去有害顆粒與有害氣體的能力。對於土壤和植物這種性質的認識已經導致土壤和植物在汙染控制中的應用。其優點為這種汙染控制非常有益於環境。
文檔編號F24F7/00GK1486411SQ01822087
公開日2004年3月31日 申請日期2001年12月21日 優先權日2000年12月29日
發明者喬根·羅格斯圖普, 喬根 羅格斯圖普 申請人:喬根·羅格斯圖普, 喬根 羅格斯圖普