CH679644A5

CH679644A5 - Microbiological air filter - having bark, brushwood and peat layers

Info

Publication number: CH679644A5
Application number: CH3200/89A
Authority: CH
Inventors: Rene Fuchs
Original assignee: Mbf Air Tec Ag
Priority date: 1989-09-04
Filing date: 1989-09-04
Publication date: 1992-03-31

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein mikrobiologisches Filter gemäss Patentanspruch 1 zur Reinigung von schadstoffbelasteter sowie mit Fremdgerüchen angereicherter Luft, ganz allgemein von fremde oder toxische Gase oder Dämpfe und/oder sonstige Fremdstoffe oder Schadstoffe enthaltender Luft.

Eine derart verunreinigte Luft findet sich unter anderem in den Spritzkabinen des Malergewerbes, in den Spritzanlagen der Carosseriewerkstätten, in den Reparaturwerkstätten für Motorwagen, in den unterirdischen Parkhäusern, in Färbereien, chemischen Laboratorien und Fabrikationsbetrieben, in Spitallaboratorien, in den Kaminanlagen, u.a. auch solchen der Fleisch- oder Fischkonservierung, in den Grossanlagen der Viehwirtschaft usw.

In zu vielen Fällen hat man bisher die verunreinigte Luft in die Atmosphäre herausgelassen und damit der Umweltbelastung Vorschub geleistet. In den meisten Fällen immerhin hat man in dem Abluftkanal im Handel erhältliche Filter mit Aktivkohle eingefügt und dadurch zuerst eine effektive Reinigung der Abluft erwirkt.

Die Wirksamkeit der Aktivkohlefilter allerdings ist zeitlich relativ beschränkt; sie hängt primär von der mehr oder weniger starken Belastung der Abluft mit Schadstoffen ab. Deshalb kann der Verbraucher im allgemeinen den Zeitpunkt nicht erkennen, da die Aktivkohle mit Schadstoffen gesättigt ist und das Filter ersetzt werden müsste; so bleiben Filter öfters an Ort und Stelle, noch lange nachdem sie wir kungslos geworden sind. Bei häufigem Filterwechsel hingegen belasten die Kosten bald die Erfolgsrechnung spürbar. Zudem soll die Entsorgung der mit Schadstoffen gesättigten Aktivkohle durch Verbrennung in Hochtemperaturöfen erfolgen. Die Abluft dieser \fen führt aber Staub mit sich; vor allem würden sie an Zahl bzw. Leistung für die Entsorgung nicht ausreichen, wenn zum Beispiel sämtliche Malerbetriebe mit Aktivkohlefiltern ausgerüstet sein müssten.

Deshalb hat man weiter nach einer Vorrichtung oder Methode zur Reinigung der Abluft gesucht, welche allgemein und überall anwendbar und selbst für kleinere Betriebe oder Firmen wirtschaftlich tragbar wäre, deren Wirksamkeit während längerer Zeit erhalten bleiben und deren Entsorgung keine Umweltbelastung bewirken würde.

Es wurde nun ein mikrobiologisch funktionierendes Luftfilter gefunden, welches, weil selbstregenerierend, über eine längere Zeitspanne wirksam bleibt und dessen Entsorgung keinerlei Umweltbelastung mit sich bringt. Darüber hinaus kann das Filter auf einfache Art und aus leicht zugänglichen und recht billigen Materialien hergestellt und praktisch überall eingebaut werden.

Mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen besteht das erfindungsgemässe Filter (1) aus drei aktiven Filterschichten, welche aufeinanderliegen und -von unten nach oben gesehen - aus Schnitzeln der Rinde von Laubbäumen (2), Tannenreisig (3) und Torfmull (4) zusammengesetzt sind. Diese Schichten weisen im allgemeinen denselben Grundriss auf; sie sind in einem luftundurchlässigen Behälter (5) untergebracht, dessen Grundriss im allgemeinen jenem der Schichten entspricht. Der Behälter hat einen Boden (6) und eine Decke (7), welche gitterartig oder rostartig durchlöchert bzw. als Gitter- oder Rosteinlagen gestaltet sind. Die zu reinigende Luft kann von unten nach oben durch die Schichten, vorzugsweise mittels eines ausserhalb des Behälters angeordneten Ventilators oder Gebläses geführt werden und entweicht ins Freie oberhalb der oberen Schicht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Gesamtansicht des mikrobiologischen Filters, perspektivisch und aufgeschnitten.
Fig. 2 zeigt, ebenfalls perspektivisch, die einzelnen Filterschichten.
Fig. 3 zeigt den Behälter in leerem Zustand, perspektivisch und aufgeschnitten.
Fig. 4 ist eine Ansicht des leeren Behälters in der Abwicklung.
Fig. 5 ist eine Gesamtansicht, perspektivisch und aufgeschnitten, einer anderen Ausführungsform des mikrobiologischen Filters.
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung einer vollständigen Luftfilteranlage.

Die erwähnten drei Schichten können durch gitterartig oder rostartig durchlöcherte Zwischenböden (8) getrennt sein, welchen in grösseren Filteranlagen wie jene von Fig. 5 zudem eine tragende Funktion zukommt.

Vorzugsweise weisen die drei Schichten ungefähr die gleiche Dicke an aktivem Filtermaterial auf. Es hat sich übrigens als für die Wirksamkeit des Filters negativ erwiesen, wenn Laubbaumrinde, Tannenreisig und Torfmull nicht in drei einzelnen Schichten vorliegen, sondern miteinander durchgemischt sind oder wenn die drei Schichten in umgekehrter Reihenfolge aufeinander liegen.

Das Material der aktiven Filterschichten, ob Schnitzel der Rinde von Laubbäumen (2), Tannenzweige bzw. Tannenreisig (3), beispielsweise von der Rottanne, oder Torfmull (4), ist praktisch überall erhältlich. Die Schnitzel von Laubbaumrinde bilden eine Art Grundgerippe; sie können nicht z.B. durch Holzspäneeinlagen ohne Einbusse der Funktionstauglichkeit des Filters ersetzt werden. Auch Ersatz des Tannenreisigs durch Sägemehl hat sich auf die Filterfunktion negativ ausgewirkt.

Das Material, aus dem der Behälter (5), sein Boden (6), seine Decke (7) und allfällige Zwischenböden (8) bestehen, kann insbesondere Karton, Holz, Metall oder Kunststoff sein.

Bei kleineren Anlagen, die zur Bewältigung von verhältnismässig geringen Luftvolumina bestimmt sind (Fig. 1), bestehen Behälter, Boden und Decke desselben sowie allfällige Zwischenböden mit Vorteil aus biologisch abbaubarem Material, vorzugsweise aus biologisch abbaubarem Wellkarton. Dadurch lässt sich das Filter nach Verbrauch gesamthaft der Kompostierung zuführen, womit das Problem der Entsorgung einfach und produktiv gelöst wird.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung für kleinere Anlagen nimmt das mikrobiologische Filter die Form einer parallelepipedartigen oder zylindrischen Schachtel (Fig. 1), welche als Filtereinlage zum Einpassen in einen Abluftkanal und nach Verbrauch zum biologischen Abbau, vorzugsweise durch Kompostierung, bestimmt ist.

Fig. 4 zeigt, wie der leere Behälter aus Karton, mit Vorteil aus biologisch abbaubarem Wellkarton, geschnitten und dann zu einem Parallelipiped gefalzt werden kann; vorerst allerdings sollen die als Boden und Decke vorgesehenen Flächen durchlöchert werden. Gewünschtenfalls kann der Karton mit einem umweltverträglichen Farbstoff überzogen werden. Die Seiten der parallelipipedförmigen Schachtel können beispielsweise mittels dünner Metallklammern (Bostitch) zusammengehalten werden, welche nach Verbrauch des Filters bzw. vor dessen Kompostierung entfernt werden können, man kann auch die Seiten der Schachtel durch einen Klebstoff, z.B. mittels einer Heissleimpistole, verbinden. Die Zwischenböden, wenn vorhanden, werden ebenfalls durch Klammern oder Klebstoff an den Wänden festgemacht. Vor der Fertigstellung der Schachtel werden die drei Filterschichten eingeführt.

Eine solche Filterschachtel kann z.B. eine Höhe von 15 cm, eine Breite von 45 cm und eine Länge von 75 cm aufweisen.

Bei grösseren Anlagen, d.h. solche, die zur Reinigung grösserer Luftvolumina vorgesehen sind, sollten Behälter, Boden und Decke desselben und Zwischenböden aus stabilem, dauerhaftem und nicht verrottbarem Material bestehen, beispielsweise aus rostfreiem Stahl, verzinktem oder galvanisiertem Eisen oder Kunststoff. Boden, Decke und Zwischenböden sollen abnehmbar oder beweglich angeordnet sein, um ein Nachfüllen der Filterschichten nach Setzung des Materials und den Ersatz der verbrauchten Filterschichten durch neues Filtermaterial zu ermöglichen. Auch hier eignen sich die Filterschichten nach Verbrauch direkt zur Kompostierung, womit Entsorgungsprobleme entfallen.

Eine entsprechende Ausführungsform der Erfindung wird durch Fig. 5 veranschaulicht; es soll aber klar sein, dass das Filter ebensogut quadratische oder zylindrische Form haben kann. Zusätzlich zu den bereits geschilderten Teilen weist der Behälter (5) an seinem oberen Teil eine verschliessbare Ausgestaltung und an seinem unteren Teil, unter dem Boden (6) eine Luftkammer (12), an welcher ein Einlassstutzen (11) für die zu reinigende Luft seitlich oder unten angeordnet ist, auf.

Die verschliessbare Ausgestaltung am oberen Teil des Behälters kann insbesondere aus einer über der Decke (7) angeordneten, luftundurchlässigen Abdeckung (10) bestehen, die sich nach Bedarf ganz oder teilweise öffnen lässt. Sie soll während des Transportes des Filters und während der Zeiten, da es nicht verwendet wird, zum Schutz des aktiven Filtermaterials geschlossen sein.

Mit Vorteil werden Zwischenböden (8) eingebaut; sie sollen mit der Wandung des Behälters so dicht schliessen, dass die Abluft nur durch die Filterschichten durchfliessen kann. Die Filtergrösse richtet sich nach der Grösse der Abluftanlage und dem Verunreinigungsgrad der Luft.

Die Verwendung eines solchen grösseren Filters wird durch Fig. 6 schematisch veranschaulicht. Es bedeuten (13) den Raum, dessen Abluft gereinigt werden soll, und (14) den Kanal, durch welchen die Abluft mittels eines Ventilators oder Gebläses (15) zum mikrobiologischen Filter (16) zugeführt wird.

Für die Funktionsfähigkeit des Filters ist eine Aktivierung des Filtermaterials, etwa durch Zugabe einer Bakterien-, Mikroben- oder Pilzkultur, vorteilhaft; die reinigende Funktion lässt sich bereits wenige Stunden nach Inbetriebsetzung feststellen.

Es hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, die obere Schicht (4), d.h. den Torfmull, mit etwas Kompost von Küchenabfällen zu vermischen; beispielsweise kann man davon 30% zumischen.

Soll das Filter andererseits zur Reinigung von Lösungsmitteldämpfen wie Toluol oder Nitrolacke enthaltender Luft verwendet werden, empfiehlt sich ein Zusatz von Schlackenkugeln, z.B. Lecca-Kugeln, zum Torfmull; dieser Zusatz kann z.B. 15 bis 25% der Torfmullschicht ausmachen. Durch seine grosse Saugwirkung bewirkt er eine Verzögerung und damit einen Ausgleich der Filterfunktion während der Verwendungszeiten.

Von ausschlaggebender Bedeutung für den Erfolg der Luftfiltration sind allerdings die Lufttemperatur im Filter, die Luftfeuchtigkeit innerhalb des Filters und die Durchflussgeschwindigkeit der zu reinigenden Luft.

Die mikrobiologischen Entgiftungs- und Umwandlungsvorgänge in den Filterschichten gehen zur Hauptsache auf die Wirkung von mesophilen Bakterien zurück. Der für eine optimale Funktion des Filters geeignete Temperaturbereich liegt also zwischen etwa 5 und 35 DEG C, vorzugsweise um etwa 20 oder 22 DEG C. Bei zu hoher Temperatur der Abluft, z.B. über 35 DEG C, dörrt die Filtermasse ab und sterben die Bakterien; die Filterfunktion setzt aus und macht einen Ersatz der Filtermasse notwendig. Die gewünschte Temperatur kann auf einfache Weise reguliert werden, indem man die Temperatur des eingesprühten Wassers (siehe nächsten Abschnitt) entsprechend einstellt.

Die relative Luftfeuchtigkeit im Filter soll in der Regel 80 bis 100% betragen. Bei zu niedriger Feuchtigkeit trocknet die Filtermasse aus, die Bakterien gehen ein und der Luftdurchfluss erfolgt zu schnell, so dass ein wirksamer Abbau der Schadstoffe nicht mehr möglich ist. Bei zu hoher Feuchtigkeit wird der Durchfluss der Abluft nicht mehr gewährleistet, die Schimmelbildung bewirkt einen Rückgang des Bakterienwachstums und das Filter büsst seine Wirkung ein. Der günstige Feuchtigkeitsgrad kann auf einfache Art dadurch erreicht werden, dass in dem zum Filter führenden Abluftkanal mittels einer geeigneten Vorrichtung (Pumpe, Dosiermembrane) Wasser versprüht wird.

Die Durchflussgeschwindigkeit der zu reinigenden Luft lässt sich auch als Aufenthaltsdauer im Filter ausdrücken. Sie kann nicht in allgemeiner Form angegeben werden, da sie einerseits von der Natur der mitgeführten Verunreinigungen und andererseits von deren Konzentration ganz wesentlich abhängt. Selbstverständlich ist sie auch von der Dicke der Schichten und dem Grundriss (Grundfläche) des Filters abhängig, welche ihrerseits mit dem Durchmesser des Abluftkanals zusammenhängen. Zu hohe Geschwindigkeit bewirkt einen ungenügenden Abbau der Schadstoffe, während eine zu geringe Geschwindigkeit zu einem vollkommenen Verschliessen der Filtermasse und dem daraus folgenden Rückstau der Abluft führen kann; im letzteren Fall muss die Filtermasse ausgewechselt werden.

Bloss als Beispiel sei hinzugefügt, dass eine mässig mit Lösungsmitteldämpfen belastete Luft einer Malerwerkstatt eine Verweilzeit im Filter von 3 bis 6 bzw. 4 bis 10 Sekunden hatte (abhängig von der Filterdicke und dem Grad der Luftbelastung mit Lösungsmitteldämpfen), was einer Durchflussgeschwindigkeit - bezogen auf die Filterdicke - von 0,25 bis 0,5 bzw. 0,15 bis 0,375 m/Sekunde entspricht.

Da die Natur und Konzentration der mitgeführten Schadstoffe von Fall zu Fall anders sind, können die Massen des jeweils zu verwendenden Filters, d.h. Dicke der Filterschichten und Grundriss (Grundfläche) des Filters, nicht im voraus, etwa als eine mathematische Funktion, festgelegt werden. Sie sollen in jedem konkreten Fall an Ort und Stelle durch den Fachmann ermittelt werden.

Schliesslich lässt sich die eigentliche, auf mikrobiologischen Vorgängen beruhende Filterfunktion bei häufig auftretenden störenden Faktoren wie eine starke Staubanreicherung der Luft oder Turbulenzen im Abluftkanal dadurch erleichtern, dass dem Filter ein Vorfilter, z.B. eine Filzmatte oder ein Vlies, vorgeschaltet wird.

In den allermeisten Fällen werden solche Filter nicht ununterbrochen, sondern stundenweise, während der Arbeitszeiten des Betriebes, des Labors oder der Werkstatt, verwendet. Dabei zeigt sich, dass sich das Filter während der Ruhezeiten tatsächlich erholt und seine ursprüngliche Aktivität bzw. Reinigungsleistung über längere Zeitspannen immer wieder zu erlangen vermag, bevor es endgültig verbraucht ist. Der Befund der selbstregenerierenden Eigenschaften des Filters war ebenso überraschend wie befriedigend, ermöglichen sie doch die Verwendung desselben Filters während im allgemeinen 1 bis 3 Monaten; danach soll das Filtermaterial ersetzt werden.

Durch das neue mikrobiologische Filter wird die hindurchfliessende Luft von den mitgeführten fremden oder toxischen Substanzen wie Abgase, Lösungsmittel, Krankheitserreger, Pollen usw. befreit und als entgiftete, gereinigte Luft in die Atmosphäre zurückgegeben, wie aus den im folgenden beschriebenen Untersuchungen hervorgeht.

Einem Laboratorium für Lebensmittel-, Wasser- und Betriebshygiene wurden Proben von zwei mikrobiologischen Filtern nach der Erfindung zur Analyse auf biologisch aktiven Inhalt vorgelegt. Die Probe Nr. 1 wurde dreimal 1 Stunde mit konzentrierten Gasen, die Probe Nr. 2 mit normalen Gaskonzentrationen künstlich belastet. Die Analyse erbrachte, auf 1 g Filtermasse bezogen, die folgenden Ergebnisse:
<tb><TABLE> Columns=3
<tb>Head Col 01 AL=L: Probe Nr.
<tb>Head Col 02 AL=L: 1
<tb>Head Col 03 AL=L: 2
<tb> <SEP>Aerobe mesophile
Bakterien (in 1 g) <SEP>38 000 000 <SEP>3 200 000
<tb> <SEP>Schimmelpilze (in 1 g) <SEP>25 000 000 <SEP>2 500 000
<tb></TABLE>

Soweit visuell beurteilbar herrschen in den Filtern Nr. 1 und 2 die gleichen Bakterien und Schimmelpilze vor. Im Filter Nr. 1 sind, vermutlich wegen der grösseren Feuchtigkeit, rund zehnmal mehr Bakterien nachweisbar als im Filter Nr. 2.

Um Einblick in die selbstregenerierenden Eigenschaften des Filters zu gewinnen, wurden zwei Filterfüllungen auf die darin enthaltenen Keime durch ein anderes Laboratorium untersucht, wobei Probe 1 aus einem ungebrauchten Filter und Probe 2 aus einer gebrauchten und nachträglich sterilisierten Filterfüllung stammten.

Je 10 g der Proben wurden in 90 ml Verdünnungslösung (0,85% NaCl, 0,1% Pepton) gut aufgeschlämmt und daraus eine Verdünnungsreihe (1 ml + 9 ml Verdünnungslösung) angesetzt. Von jeder Verdünnungsstufe wurden 0,1 ml Suspension auf verschiedenen Nährmedien nach dem Oberflächenverfahren ausgespatelt. Es wurde Schafblut-Agar, Tryptic-Soy-Agar, Malzextrakt-Agar und McConcey-Agar angesetzt. Die Bebrütung erfolgte bei 30 DEG C für 4 Tage, wobei nach 2 Tagen eine erste Auswertung erfolgte.
<tb><TABLE> Columns=2
<tb>Title: Füllung 1 enthielt:
<tb> <SEP>Bacillus spec.
(überwiegend B. cereus) <SEP>100 000 KBE/g*
<tb> <SEP>Schimmelpilze <SEP>50 000 KBE/g
<tb> <SEP>Hefen <SEP>1000 KBE/g
* KBE/g = Koloniebildende Einheiten pro Gramm, entspricht in etwa der veralteten Bezeichnung Keimzahl pro Gramm.

Die Schimmelpilzflora bestand überwiegend aus Penicillium chrysogenum und Penicillium verrucosum sowie Mucor spec., ferner vereinzelt Trichoderma spec. sowie Cladosporium spec.
<tb><TABLE> Columns=2
<tb>Title: Füllung 2 enthielt:
<tb> <SEP>Bacillus spec.
(überwiegend B. cereus) <SEP>50 000 KBE/g*
Hefen und Schimmelpilze waren nicht nachweisbar.

Auffallend an den gefundenen Keimarten ist, dass in beiden Proben von den Bakterien lediglich Sporenbildner nachgewiesen werden konnten. Als einziger relevanter Unterschied zwischen den beiden Füllungen fällt das vollständige Fehlen der Schimmelpilze in der gebrauchten Füllung auf, was durch die vorhergegangene Sterilisation erklärt wird. Die Abweichungen der Bacilluszahlen ist rein zufällig und liegt im Bereich der methodischen Schwankungen. Die weitgehende Ähnlichkeit der mikrobiologischen Flora in den beiden Filtern zeigt das selbstregenerierende Vermögen des Filters an.

Die Wirkung des Filters geht aus grossangelegten Vergleichsversuchen, bei welchen der Gehalt der Abluft an verschiedenen Stoffen vor und nach dem Filter bestimmt wurde, hervor.

Claims

1. Mikrobiologisches Filter (1) zur Reinigung von fremde oder toxische Gase oder Dämpfe und/oder sonstige Fremdstoffe oder Schadstoffe enthaltender Luft, dadurch gekennzeichnet, dass es von unten nach oben gesehen aus aufeinanderliegenden Schichten von Schnitzeln der Rinde von Laubbäumen (2), Tannenreisig (3) und Torfmull (4), welche Schichten in einem luftundurchlässigen Behälter (5), dessen Boden (6) und Decke (7) gitterartig oder rostartig durchlöchert sind bzw. als Gitter- oder Rosteinlagen vorliegen, angeordnet sind und durch welche die zu reinigende Luft von unten nach oben geführt werden kann, besteht.

2. Mikrobiologisches Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Schichten durch gitterartig oder rostartig durchlöcherte Zwischenböden (8) voneinander getrennt und/oder getragen sind.

3.

Mikrobiologisches Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die drei aufeinanderliegenden Schichten denselben Grundriss und der Behälter (5) ebenfalls diesen Grundriss aufweisen.

4. Mikrobiologisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die drei aufeinanderliegenden Schichten ungefähr die gleiche Dicke haben.

5. Mikrobiologisches Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (5), sein Boden (6) und seine Decke (7) und allfällige Zwischenböden (8) aus biologisch abbaubarem Material, vorzugsweise aus biologisch abbaubarem Wellkarton, bestehen.

6. Mikrobiologisches Filter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es als parallelepipedförmige oder zylindrische Schachtel vorliegt, welche als Filtereinlage zum Einpassen in einen Abluftkanal und nach Verbrauch zum biologischen Abbau bestimmt ist.

7.

Mikrobiologisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (5) an seinem oberen Teil luftdicht verschliessbar gestaltet ist, an seinem unteren Teil mit einer unter dem Boden (6) angeordneten Luftkammer (12), welche einen seitlich angeordneten Einlassstutzen (11) für die zu reinigende Luft aufweist, versehen ist und der Boden (6), die Decke (7) und allfällige Zwischenböden (8) abnehmbar oder beweglich angeordnet sind.

8. Mikrobiologisches Filter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (5) an seinem oberen Teil mit einer über der Decke (7) angeordneten, luftundurchlässigen Abdeckung (10) versehen ist, die sich nach Bedarf ganz oder teilweise öffnen lässt.

9.

Mikrobiologisches Filter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (5), sein Boden (6), seine Decke (7), die Abdeckung (10) und allfällige Zwischenböden (8) aus stabilem, dauerhaftem und nicht verrottbarem Material, beispielsweise aus rostfreiem Stahl, verzinktem oder galvanisiertem Eisen oder Kunststoff, bestehen.

10. Luftfilteranlage mit einem Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die verunreinigte Luft eines Raums (13) durch ein Luftansaugrohr (14) hindurch mittels eines Ventilators oder Gebläses (15) in das mikrobiologische Filter (16) geführt und von dort ins Freie herausgelassen wird.