CN101360955B - 纯化限界房间中的空气的生物学方法及其设备 - Google Patents

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Abstract

本文描述了纯化表征为室内污染的封闭环境中空气的净化方法和相应的设备，其中为降低所述污染，提供装有多种活性生物物质的水箱和水-气接触装置，所述生物物质设计为吸附和代谢来自封闭环境中的空气、包含于水中的污染物，所述水-气接触装置精确设计用于将封闭环境的所述污染物递送入水箱的水中。

Description

纯化限界房间中的空气的生物学方法及其设备
本发明涉及通过过滤来纯化封闭环境中的空气，使之与所述环境接触的污染(“室内污染”)分离，具体地说，本发明涉及通过生物学方法净化所述空气使之与污染物质分离的设备。
更具体地说，所述设备包括装配有生物群落和水-气接触装置的水箱，其中生物群落的任务是吸附和代谢所述污染物，而水-气接触装置确保将空气中存在的所述污染物递送入水箱本身中。
换言之，该设备的效力取决于将存在于室内或工作场的空气中的污染物递送至水箱所含的水中，还取决于该水箱自身所含生物群落的天然过滤能力。所述生物群落有效构成了真正的生物过滤器。
污染封闭环境的物质来自于其外部(即，结构来源(structural sources)或与居住者有关的来源)和来自于其内部(绝缘材料、建筑材料、涂料、胶水、黏合剂、油漆等)的来源散发。
有限空间中存在的散发源数量多，由此导致存在的污染物性质多种多样，从而使得室内污染成为极其复杂且难以控制的一种污染形式。除了化学因素，不同的生物学因素同时污染着寓所和类似房屋中的空气。在这些因素中，螨虫起着特别的作用，其可在寓所中存在的灰尘和家养动物的派生物中找到。此外，还要算上细菌物质，它们能在空调系统中繁殖，进而产生危险的生物悬浮颗粒(bioaerosol)。以此方式，化学因素和生物学因素的组合毒害作用对人类健康产生了不利的协同作用。
目前，对该类污染所造成问题的敏感程度越来越普遍，尤其是与工作环境和/或室内环境有关的问题。
由于室内污染源多变并且难于对固定的情况(consolidated situation)起作用，控制室内污染源成问题，目前设想了不同的解决办法。
第一种已知的解决办法包括引入外部空气借助通风进行干预(在(污染)源有限和分布式的情况中)。第二种已知的解决办法设想了固定形式的抽气(在(污染)源极大并定界的情况中)。然而，即使所述解决办法能将污染物的浓度限制在安全阈值以下，但难以应用于室内或工作环境准确地体现了其缺点。
因此，在所述情况下，对污染物浓度唯一可能的干预包括过滤从外部引入的空气和环流空气。该解决办法的缺点也在于难以(尤其是)在已有的建筑物中提供，并且要考虑到客观的技术和经济限制。此外，需要考虑过滤系统的维护问题，除了体现额外的经济负担，过滤系统会因饱和的过滤器释放污染物而对环境中的人有害。
因此，本发明的主要目的是提供一种方法和设备来克服上述缺点，所述方法和设备通过生物处理封闭环境，例如室内和/或工作环境中的空气，从而显著降低和/或完全消除室内污染。
上述目的通过装配有活性生物元件或活性生物物质的水箱和水-气接触装置来实现，其中活性生物元件或活性生物物质设计成吸附和代谢造成室内污染的主要物质，而水-(空)气(water-air)接触装置确保将所述物质从空气递送至水。
为携带所述活性生物物质，水箱内提供了一系列专门设计的物质。
所述接触装置还包括上述水箱的盖子，所述盖子装配有确定封闭环境的污染空气进入水箱的入口的装置，能将过滤空气释放入环境本身的装置和照射水箱的装置。
本发明方法的效率与水、气之间的接触面成比例，为提高该效率，提供了增加水箱中空气湍流并有助于水流动的装置。
为进一步提高本发明方法的净化能力并确保输出空气的生物学纯度，可设想插入至少一个臭氧发生器来向输入空气流(待纯化的空气)和输出空气流(与水接触而得到过滤的空气)提供臭氧。
所述臭氧发生器优选执行双重功能，即破坏再次引入环境的空气中可能存在的细菌负荷，并确保有机污染物经部分氧化而在水相中较快递送(单用或在氧化催化剂存在下)。事实上，引入输入气流的臭氧“分解”空气自身中存在的污染物复杂分子。
可能利用一台臭氧发生器来产生两个臭氧流，一个用于输入空气而一个用于输出空气，或可利用两台不同的臭氧发生器，一台用于待过滤空气的入口而一台用于经水过滤的空气的出口。
此外，优选用类型已知的臭氧消除装置消除输出空气(已过滤并经臭氧处理消除了可能存在的细菌负荷)中的臭氧。臭氧消除装置的非限制性例子是碳过滤器。
活性生物物质的代表可以为，例如水生植物，优选为生长快速的水生植物、藻类和基板所含和/或本身在生物和湿过滤系统中自发寄居的细菌菌落。
参考下文的详述和附图可更好地理解本发明，所述附图纯粹是为了举例说明优选的实施方式。
在附图中：
-图1是本发明的透视图；
-图2是本发明的横剖面；
-图3显示了某些条件下本发明的过滤性能。
参考附图，在所述的实施方式中，本发明设想了一种水箱V，其装有多种活性生物物质B和水-气接触装置，所述活性生物物质设计用于吸附和代谢水中所含的来自封闭环境空气中的污染物，所述水-气接触装置设计用于将封闭环境空气中的所述物质递送至水箱V本身的水中。
在水箱V的底部装有专门设计用于支持所述活性生物物质B的基板。
水-气接触装置包括水箱V的盖子C，所述盖子装有确定封闭环境中的空气流入水箱(或反之亦然)的装置，吸入水箱中的空气将其释放入所述环境(或反之亦然)的装置，以及光照装置。
在图2所示的实施例中，能使封闭环境中的空气进入水箱V的装置由栅格1构成，而抽吸装置由，例如至少一个导管风扇(ducted fan)构成，从而将经水箱V中的生物物质纯化的空气释放入封闭环境中。光照装置由灯3构成，优选适于促进生物物质B的生长和发育。
很明显，作为所述抽吸装置的替代方案，可能设想在对应于栅格1的位置安装至少一个导管风扇，其设计用于在盖子和水的自由表面之间强制输送空气。
由于本发明方法的效率随着水气之间接触面的增加而提高，所以在水箱V中提供了增加空气湍流和由此增加水流动的装置。所述装置由一个或多个偏转板4构成。
为进一步增加接触面，可能在其内部提供一个或多个部分浸没在水中的转盘5。所述转盘5以低速转动，造成撞击于其上的空气有效地湿过滤并将附着于其上的污染物递送入水中。
优选用多孔聚合材料制成所述转盘5，从而也构建了适于安置其它活性生物物质的基板。
应该指出，根据需求和环境条件，可能在水箱V中提供水温的恒温调节器。
或者，还可利用以下装置来提供水-气接触装置：装配有具有文丘里效应的充气器或喷射器的接触柱，或者利用安装在水箱V的盖子C位置处的风扇装置强制空气以切线方向进入水中的系统装置。
水箱V优选由玻璃或晶体玻璃或无毒的透明塑料材料制成。
很明显，水箱V的尺寸取决于需要纯化的空气量，由此也取决于其所安放的寓所的空间。
类似地，净化效率取决于水箱V中存在的活性生物物质的质量和数量也明显是事实。
对于活性生物物质B，应充分确保有适当的光照小时和定期摄入营养物。
基板S优选是矿物并且具有非钙质性质，粒度在0.02cm和1cm之间。在任何情况中，应该注意基板还可用有机和/或无机材料制成，可能经适当活化。
为进一步纯化空气后再将其重新引入环境中，可以在所述风扇2附近安装杀菌灯。
按照本发明，纯化限界环境(confined environment)中的空气使其与造成室内污染的污染物相分离的方法基本上包括以下步骤：
1-将待纯化的空气强制输送入专门提供的净化水箱V中所含的湿过滤和气水接触系统中；
2-将净化的空气重新引入环境中；和
3-净化水以分离从空气递送入其中的污染物；利用专门提供的活性生物物质B，通过吸附和代谢水箱V中存在的污染物实施所述水的净化。
所述设备有利地将限界环境中的空气纯化到可观程度，同时确保环境本身的最佳湿化作用。
第二个优点体现在所述设备需要的能量消耗低这一事实。
第三个优点体现在将所述设备安装在需要净化的环境中时无需对环境或该环境本身所处的建筑物作任何结构改动。
第四个优点体现在所述设备无需大量维护，所承担的成本不高这一事实。
其它优点体现在本发明方法的美学外观类似于水族馆/箱。
从图3可以看出，进行了以下实验：在专门设计的可挥发有机化合物(VOC)浓度等于0.010mg/l的限界环境中，水箱V在约24小时内彻底除去了上述环境中存在的空气中的VOC，所述水箱装有100l水，装配有活性生物物质B(体现为稠密且快速生长的水生植物)和强制切向循环(forced tangential circulation)的气-水接触装置，其中支持所述生物物质B的基板S是具有石英基(quartz base)且厚度约为6cm的无机类型。
现已根据优选的实施方式描述并说明了本发明，但不难理解任何本领域技术人员可作出改进和/或等价代换而不脱离本工业专利权(industrial patent right)的保护范围。

Claims (19)

1.一种用于纯化封闭环境中空气的净化设备，其特征在于，其包括含水的水箱；用于将所述环境中的空气强制输送至湿过滤系统并使该空气与水本身接触的装置；用于纯化水以分离从封闭环境空气递送到其中的污染物的生物学类型装置；以及水箱(V)的盖子(C)，所述盖子装配有确定污染空气与水箱(V)的水的接触的装置，能将通过与水表面强制接触而得到过滤的空气释放入环境本身的装置，和光照装置，以减少或消除了封闭环境空气中所含的污染物。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述水箱(V)中浸没了多种活性生物物质(B)，这些生物物质设计用于吸附和代谢水中所含的污染物，和设计用于将封闭环境空气中的所述污染物递送至水箱(V)本身的水中的水-气接触装置。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，由专门提供的基板(S)支持所述活性生物物质(B)。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，提供了用于增加水箱(V)中空气湍流和由此增加水流动的装置，以增加水和空气之间的接触面。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，增加水箱(V)中空气湍流的装置由一个或多个偏转板(4)构成。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，提供一个或多个部分浸没在水中的转辊或转盘(5)，以进一步增加水-气接触面，所述转辊(5)设计成为向撞击于其上的空气提供湿表面并将附着于其上的物质递送入水中。
7.如权利要求2所述的设备，其特征在于，借助以下装置来提供水-气接触装置：装配有具有文丘里效应的离心泵或充气器的接触柱，或者借助安装在水箱(V)的盖子(C)处的风扇装置强制空气以切线方向流向水表面的系统。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，提供了利用臭氧的氧化装置，该装置设计成将臭氧释放入进入所述设备的空气中，以进一步促进空气中的有机污染物递送入水箱的水中。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，存在合适的氧化催化剂从而进一步提高了所述氧化装置的氧化能力，所述氧化催化剂设计用于分解空气中存在的复杂污染物分子。
10.如权利要求1所述的设备，其特征在于，提供臭氧发生器或紫外杀菌系统来确保离开所述设备的空气的生物学纯度。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，设计了适当的臭氧消除装置来消除或减少离开所述设备的空气流中存在的臭氧含量。
12.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述光照装置有利于生物物质(B)的生长和发育。
13.如权利要求1所述的净化设备，其特征在于，所述光照装置由灯(3)构成。
14.如权利要求3所述的净化设备，其特征在于，所述基板(S)是非钙质性质的矿物，其粒度在0.02cm和1cm之间。
15.如权利要求3所述的净化设备，其特征在于，所述基板(S)由有机和/或无机材料制成。
16.如权利要求3所述的净化设备，其特征在于，所述基板(S)经适当活化。
17.如权利要求1所述的净化设备，其特征在于，其包括水温的恒温调节器。
18.如权利要求1所述的净化设备，其特征在于，其包括杀菌灯，所述杀菌灯设计用于在将空气重新引入封闭环境中之前，进一步净化空气。
19.一种纯化限界环境中的空气的生物学方法，所述方法包括使用如权利要求1所述的净化设备，具体包括以下步骤：
-将待纯化的空气强制输送入湿过滤系统并与净化水箱(V)中的水接触，从而使得空气中所含的污染物从空气中递送入水中；
-将净化的空气重新引入环境中；和
-净化水以分离由空气释放的污染物；
-利用专门提供的活性生物物质(B)，通过吸附和代谢水箱(V)中存在的污染物以实现所述水的净化。
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