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.
<tb></TABLE>
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.
<tb></TABLE>
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.
The invention relates to a microbiological filter according to claim 1 for cleaning air contaminated with pollutants and enriched with foreign odors, quite generally from air containing foreign or toxic gases or vapors and / or other foreign substances or pollutants.
Such contaminated air can be found, among other things, in the spray booths of the painting industry, in the spraying systems of the body shops, in the repair workshops for motor vehicles, in the underground parking garages, in dye shops, chemical laboratories and manufacturing plants, in hospital laboratories, in the chimney systems, etc. also those for meat or fish preservation, in large livestock farms, etc.
In too many cases, the polluted air has so far been released into the atmosphere, thereby promoting environmental pollution. In most cases, after all, commercially available filters with activated carbon have been inserted into the exhaust air duct, thereby first achieving effective cleaning of the exhaust air.
However, the effectiveness of the activated carbon filter is relatively limited in time; it depends primarily on the more or less strong pollution of the exhaust air with pollutants. For this reason, the consumer cannot generally tell when the activated carbon is saturated with pollutants and the filter would have to be replaced; this way, filters often stay in place long after we have lost their way. With frequent filter changes, however, the costs will soon have a noticeable impact on the income statement. In addition, the activated carbon saturated with pollutants should be disposed of by incineration in high-temperature furnaces. However, the exhaust air from these leads to dust; above all, they would not be sufficient in terms of number or performance for disposal if, for example, all painting companies had to be equipped with activated carbon filters.
Therefore, one continued to look for a device or method for cleaning the exhaust air, which could be used anywhere and everywhere and would be economically viable even for smaller companies or companies, the effectiveness of which would be maintained over a long period of time and the disposal of which would not cause any environmental pollution.
A microbiologically functioning air filter has now been found which, because it is self-regenerating, remains effective over a longer period of time and its disposal does not involve any environmental pollution. In addition, the filter can be made in a simple manner and from easily accessible and fairly cheap materials and can be installed practically anywhere.
With reference to the accompanying drawings, the filter (1) according to the invention consists of three active filter layers, which lie one on top of the other and - viewed from the bottom up - are composed of chips from the bark of deciduous trees (2), fir twigs (3) and peat garbage (4). These layers generally have the same floor plan; they are housed in an airtight container (5), the outline of which generally corresponds to that of the layers. The container has a bottom (6) and a ceiling (7), which are perforated in a grid-like or rust-like manner or are designed as grid or rust inserts. The air to be cleaned can be passed through the layers from bottom to top, preferably by means of a fan or blower arranged outside the container, and escapes into the open above the top layer.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawings.
1 is an overall view of the microbiological filter, in perspective and cut open.
2 shows, likewise in perspective, the individual filter layers.
Fig. 3 shows the container in an empty state, in perspective and cut open.
Figure 4 is a view of the empty container in development.
5 is an overall view, in perspective and cut away, of another embodiment of the microbiological filter.
6 is a schematic representation of a complete air filter system.
The three layers mentioned can be separated by lattice-like or rust-like perforated intermediate floors (8), which also have a supporting function in larger filter systems such as that of FIG. 5.
The three layers preferably have approximately the same thickness of active filter material. Incidentally, it has proven to be negative for the effectiveness of the filter if deciduous bark, fir twigs and peat garbage are not present in three individual layers, but are mixed together or if the three layers lie on top of one another in reverse order.
The material of the active filter layers, whether cutlets from the bark of deciduous trees (2), pine branches or pine twigs (3), for example from red fir, or peat garbage (4), is available practically everywhere. The cutlets of deciduous bark form a kind of basic structure; e.g. they cannot be replaced by wood chips without loss of functionality of the filter. The replacement of fir twigs with sawdust also had a negative effect on the filter function.
The material from which the container (5), its bottom (6), its ceiling (7) and any intermediate floors (8) are made can be, in particular, cardboard, wood, metal or plastic.
In the case of smaller systems which are intended to cope with relatively small air volumes (FIG. 1), the container, floor and ceiling of the same and any intermediate floors advantageously consist of biodegradable material, preferably of biodegradable corrugated cardboard. As a result, the filter can be fed to the composting system as a whole, thus solving the disposal problem simply and productively.
According to a preferred embodiment of the invention for smaller plants, the microbiological filter takes the form of a parallelepiped-like or cylindrical box (FIG. 1), which is intended as a filter insert for fitting into an exhaust air duct and for consumption for biodegradation, preferably by composting.
Fig. 4 shows how the empty container made of cardboard, advantageously made of biodegradable corrugated cardboard, can be cut and then folded into a parallelipiped; for the time being, however, the areas intended as the floor and ceiling are to be perforated. If desired, the carton can be coated with an environmentally compatible dye. The sides of the parallelipiped-shaped box can be held together, for example, by means of thin metal clips (Bostitch), which can be removed after the filter has been used or before it is composted, the sides of the box can also be glued, e.g. using a hot glue gun. The intermediate floors, if present, are also fixed to the walls by clips or glue. The three filter layers are introduced before the box is completed.
Such a filter box can e.g. have a height of 15 cm, a width of 45 cm and a length of 75 cm.
For larger systems, i.e. those that are intended for cleaning larger volumes of air, the container, floor and ceiling of the same and intermediate floors should consist of stable, durable and non-rotting material, for example of stainless steel, galvanized or galvanized iron or plastic. The floor, ceiling and intermediate floors should be removable or movable so that the filter layers can be refilled after the material has settled and the used filter layers replaced with new filter material. Here, too, the filter layers are directly suitable for composting according to consumption, which eliminates disposal problems.
A corresponding embodiment of the invention is illustrated by FIG. 5; however, it should be understood that the filter can have a square or cylindrical shape as well. In addition to the parts already described, the container (5) has a closable design on its upper part and an air chamber (12) on its lower part, below the bottom (6), on which an inlet connection (11) for the air to be cleaned is arranged laterally or arranged at the bottom.
The closable design on the upper part of the container can in particular consist of an air-impermeable cover (10) which is arranged above the ceiling (7) and which can be opened completely or partially as required. It should be closed during the transport of the filter and during the times when it is not in use to protect the active filter material.
Intermediate shelves (8) are advantageously installed; they should close so tightly with the wall of the container that the exhaust air can only flow through the filter layers. The filter size depends on the size of the exhaust air system and the degree of pollution of the air.
The use of such a larger filter is illustrated schematically by FIG. 6. These mean (13) the room whose exhaust air is to be cleaned and (14) the duct through which the exhaust air is fed to the microbiological filter (16) by means of a fan or blower (15).
Activation of the filter material, for example by adding a bacterial, microbe or fungal culture, is advantageous for the functionality of the filter; the cleaning function can be determined just a few hours after commissioning.
It has also proven advantageous to use the upper layer (4), i.e. the peat garbage to be mixed with some compost from kitchen waste; for example, you can add 30% of it.
On the other hand, if the filter is to be used to purify air containing solvent vapors such as toluene or nitro lacquer, it is advisable to add slag balls, e.g. Lecca balls, for peat garbage; this addition can e.g. Make up 15 to 25% of the layer of peat waste. Due to its high suction effect, it causes a delay and thus a compensation of the filter function during the times of use.
Of crucial importance for the success of air filtration are the air temperature in the filter, the air humidity inside the filter and the flow rate of the air to be cleaned.
The microbiological detoxification and conversion processes in the filter layers are mainly due to the action of mesophilic bacteria. The temperature range suitable for optimal functioning of the filter is therefore between about 5 and 35 ° C., preferably around 20 or 22 ° C. If the temperature of the exhaust air is too high, e.g. above 35 ° C, the filter mass drags off and the bacteria die; the filter function interrupts and makes it necessary to replace the filter mass. The desired temperature can be easily adjusted by adjusting the temperature of the sprayed water (see next section).
The relative humidity in the filter should generally be 80 to 100%. If the humidity is too low, the filter mass dries out, the bacteria die and the air flow takes place too quickly, so that an effective breakdown of the pollutants is no longer possible. If the humidity is too high, the flow of exhaust air is no longer guaranteed, the formation of mold causes a decline in bacterial growth and the filter loses its effectiveness. The favorable degree of moisture can be achieved in a simple manner by spraying water in the exhaust air duct leading to the filter by means of a suitable device (pump, metering membrane).
The flow rate of the air to be cleaned can also be expressed as the length of stay in the filter. It cannot be given in a general form, since it depends on the nature of the contaminants carried on the one hand and on the concentration thereof on the other. Of course, it also depends on the thickness of the layers and the floor plan of the filter, which in turn are related to the diameter of the exhaust air duct. If the speed is too high, the pollutants are broken down insufficiently, while if the speed is too low, the filter mass is completely closed and the resulting backflow of the exhaust air; in the latter case the filter mass must be replaced.
Just as an example, it should be added that air moderately contaminated with solvent vapors in a painter's workshop had a residence time in the filter of 3 to 6 or 4 to 10 seconds (depending on the filter thickness and the degree of air pollution with solvent vapors), which means a flow rate - based on the filter thickness - from 0.25 to 0.5 or 0.15 to 0.375 m / second.
Since the nature and concentration of the pollutants carried differ from case to case, the masses of the filter to be used, i.e. Thickness of the filter layers and floor plan (base area) of the filter, not in advance, for example as a mathematical function. They should be determined on site by the specialist in each specific case.
Finally, the actual filter function based on microbiological processes can be facilitated in the case of frequently occurring disturbing factors such as strong dust accumulation in the air or turbulence in the exhaust air duct, by adding a pre-filter, e.g. a felt mat or a fleece is connected upstream.
In the vast majority of cases, such filters are not used continuously, but hourly, during the working hours of the company, laboratory or workshop. This shows that the filter actually recovers during the rest periods and can always regain its original activity or cleaning performance over longer periods of time before it is finally used up. The finding of the self-regenerating properties of the filter was as surprising as it was satisfactory, since they enable the same filter to be used for generally 1 to 3 months; then the filter material should be replaced.
The new microbiological filter frees the air flowing through from the foreign or toxic substances such as exhaust gases, solvents, pathogens, pollen etc. and returns it to the atmosphere as detoxified, purified air, as can be seen from the studies described below.
Samples from two microbiological filters according to the invention were submitted to a laboratory for food, water and industrial hygiene for analysis for biologically active content. Sample No. 1 was artificially loaded three times for 1 hour with concentrated gases, sample No. 2 with normal gas concentrations. The analysis, based on 1 g filter mass, gave the following results:
<tb> <TABLE> Columns = 3
<tb> Head Col 01 AL = L: sample no.
<tb> Head Col 02 AL = L: 1
<tb> Head Col 03 AL = L: 2
<tb> <SEP> Aerobic Mesophile
Bacteria (in 1 g) <SEP> 38,000,000 <SEP> 3,200,000
<tb> <SEP> molds (in 1 g) <SEP> 25,000,000 <SEP> 2 500,000
<tb> </TABLE>
As far as can be visually assessed, the same bacteria and molds are found in filters 1 and 2. Filter No. 1, probably because of the greater humidity, can detect around ten times more bacteria than filter No. 2.
In order to gain insight into the self-regenerating properties of the filter, two filter fillings were examined for the germs contained therein by another laboratory, whereby sample 1 came from an unused filter and sample 2 from a used and subsequently sterilized filter filling.
10 g each of the samples were slurried well in 90 ml of dilution solution (0.85% NaCl, 0.1% peptone) and a series of dilutions (1 ml + 9 ml of dilution solution) was prepared therefrom. From each dilution stage, 0.1 ml of suspension was spatulated out on various nutrient media using the surface method. Sheep blood agar, tryptic soy agar, malt extract agar and McConcey agar were prepared. The incubation took place at 30 ° C. for 4 days, with an initial evaluation being carried out after 2 days.
<tb> <TABLE> Columns = 2
<tb> Title: Fill 1 contained:
<tb> <SEP> Bacillus spec.
(predominantly B. cereus) <SEP> 100,000 CFU / g *
<tb> <SEP> mold <SEP> 50,000 CFU / g
<tb> <SEP> yeast <SEP> 1000 CFU / g
* CFU / g = colony-forming units per gram, roughly corresponds to the obsolete designation germ count per gram.
<tb> </TABLE>
The mold flora consisted predominantly of Penicillium chrysogenum and Penicillium verrucosum as well as Mucor spec., And occasionally Trichoderma spec. and Cladosporium spec.
<tb> <TABLE> Columns = 2
<tb> Title: Fill 2 contained:
<tb> <SEP> Bacillus spec.
(predominantly B. cereus) <SEP> 50,000 CFU / g *
Yeasts and molds were not detectable.
<tb> </TABLE>
What is striking about the types of germs found is that in both samples the bacteria could only detect spore-forming agents. The only relevant difference between the two fillings is the complete absence of mold in the used filling, which is explained by the previous sterilization. The deviation of the Bacillus numbers is purely random and lies in the range of the methodological fluctuations. The extensive similarity of the microbiological flora in the two filters shows the self-regenerating ability of the filter.
The effect of the filter emerges from large-scale comparative tests in which the exhaust air content of various substances was determined before and after the filter.