DE202005019599U1 - Bio-filtration unit for purification of ventilation exhaust air from animal houses comprises layered bed of non-acidic mineral and wood granules, impregnated with micro-flora of Gram-negative bacteria, and yeasts - Google Patents

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Abstract

A bio-filtration unit for the purification of ventilation exhaust air from animal houses, comprising a bed provided with humidifying water sprays, a layer of stripped tree bark, at least two further layers, one of which may be a particulate mineral product e.g. pumice, stone or heat treated clay, and the second, fine non-acidic wood granules, e.g. saw dust, which may be impregnated with lactic bacteria, gram negative bacteria e.g. clostridium perfringens, and/ or yeasts.

Description

Die Erfindung beschreibt einen Biofilter zum Reinigen von Abluft, insbesondere in der Tierhaltung, mit einem Mittel zur Feuchthaltung des Biofilters und einer ersten Schicht aus Holzschwarten und mindestens zwei weiteren FilterschichtenThe Invention describes a biofilter for cleaning exhaust air, in particular in animal husbandry, with a means of moisturizing the biofilter and a first layer of wood scraps and at least two others filter layers

Herkömmliche Biofilter bestehen aus verschiedenen Biomaterialien, zum Beispiel Holzstücken, Holzschwarten, Häckselmaterial sowie Stroh und Heu, in verschiedener Zusammensetzung und unterschiedlichem Aufbau.conventional Biofilters consist of different biomaterials, for example Pieces of wood, Wood scraps, chaff material as well as straw and hay, in different composition and different Construction.

In der Patentanmeldung DE 10 2004 035 839 ist ein Biofilter beschrieben, bei dem als Filtermaterial Kunststoff vorgesehen ist. Kunststoff ist aber wenig geeignet, für die in einem Biofilter anzusiedelnden Mikroorganismen den Nährboden zu bilden.In the patent application DE 10 2004 035 839 a biofilter is described in which plastic is provided as a filter material. However, plastic is not well suited to form the breeding ground for the microorganisms to be settled in a biofilter.

In dem deutschen Patent DE 101 10 519 B4 ist ein Biofilter beschrieben, der sich die Eigenschaften bestimmter Holzarten zunutze macht, und der weiter verbessert werden soll.In the German patent DE 101 10 519 B4 a biofilter is described, which makes use of the properties of certain types of wood, and which should be further improved.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Biofilter zu offenbaren, der die Eigenschaften des genannten Biofilters weiter verbessert.It Object of the invention to disclose a biofilter, the Properties of said biofilter further improved.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1.Is solved This object is achieved by the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous embodiments The invention are specified in the subclaims.

Der Biofilter, der vorzugsweise an Tierställen verwendet wird, ist aus drei verschiedenen horizontalen Schichten aufgebaut. Eine untere Schicht aus Holzschwarten dient als Trägerschicht. Die zweite Schicht besteht aus mineralischem Material und eine weitere Schicht aus Häcksel einer nicht sauer reagierenden Holzart. Diese Schichten werden nacheinander von der Abluft durchströmt. Das verwendete mineralische Material ist Gestein, Blähton, Bims oder ähnliches oder eine Mischung von diesen. Insbesondere das rein mineralische Filtermaterial Blähton ist für den Einsatz in der Biofiltration gut geeignet. Die Beständigkeit gegenüber dem für organische Filtermaterialien typischen mikrobiellen Zersatz ermöglicht lange Standzeiten. Die mit 71 Vol.-% sehr hohe Luftkapazität gewährleistet eine hohe Gaspermeabilität. Da es kaum Phasentransferlimitierung gibt, ist die Methanoxidationsrate in dem Material unempfindlich gegenüber Wassergehaltsschwankungen. Blähton ist homogen und besitzt keine plastischen Eigenschaften. Materialbedingt bilden sich daher keine bevorzugten Fließwege aus, die gleichmäßige Durchströmung des gesamten Filtervolumens ist gewährleistet. Sowohl die Außen- als auch die Innenflächen der Blähtongranula werden von Mikroorganismen dicht besiedelt, die Gesamt-Oberfläche der Partikel ist jedoch im Vergleich zu natürlichen Materialien gering.Of the Biofilter, which is preferably used on animal houses, is out built up of three different horizontal layers. A lower one Layer of wood scars serves as a carrier layer. The second layer consists of mineral material and another layer of chaff a non-acidic wood species. These layers are successively flows through the exhaust air. The mineral material used is rock, expanded clay, pumice or similar or a mixture of these. In particular, the purely mineral Filter material expanded clay is for well suited for use in biofiltration. The durability across from for Organic filter materials typical microbial replacement allows long Life. The guaranteed with 71 Vol .-% very high air capacity a high gas permeability. There there is hardly any phase transfer limitation, is the methane oxidation rate in the material insensitive to water content fluctuations. Expanded clay is homogeneous and has no plastic properties. Depending on the material Therefore, no preferred flow paths are formed, the uniform flow through the entire filter volume is guaranteed. Both the foreign as well as the inner surfaces of the Blähtongranula are densely populated by microorganisms, the total surface of the However, particles are low compared to natural materials.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Biofiltern erfordert die vorliegende Erfindung keine Zersetzung des Filtermaterials selbst. Es erfolgen insbesondere keine Verrottungsprozesse wie in Kompost oder Rottenmist und keine Besiedelung durch höhere Pilze. So ist der vorliegende Biofilter über einen Zeitraum von mehreren Jahren mechanisch stabil.in the Unlike traditional Biofilters, the present invention requires no decomposition of the Filter material itself. In particular, no rotting processes take place as in compost or manure and no colonization by higher fungi. So is the present biofilter over mechanically stable over a period of several years.

Ein wesentlicher Unterschied des erfindungsgemäßen Biofilters zu den bekannten besteht außerdem darin, dass er keine sauren Substanzen, wie beispielsweise Torf oder Humus enthält. Durch den Aufbau mindestens der feineren Holzhäckselschicht aus einer Holzart, die nicht sauer reagiert, bietet der erfindungsgemäße Biofilter eine Unterlage für eine besondere Mikroorganismenpopulation, die zur Reinigung der Abluft in der Lage ist.One significant difference of the biofilter according to the invention to the known exists as well in that he has no acidic substances, such as peat or humus. By building at least the finer Holzhäckselschicht of a kind of wood, which does not react acidically, provides the biofilter according to the invention a pad for a special microorganism population used to clean the Exhaust air is able.

Die hier in Kultur nachgewiesenen Bakterien, insbesondere Clostridium perfringens wachsen bevorzugt im neutralen bis alkalischen Milieu. Weiterhin zeigt die mikrobiologische Untersuchung eine Sorte gramnegativer Stäbchen, sogenannte Nonfermenter, welche die Wirksamkeit der biologischen Filterleistung gewährleisten. Um die gewünschte Mikroorganismenpopulation zu erzielen, wird der Biofilter mit Mikroorganismen beimpft. Als zweckmäßig haben sich hier im Handel erhältliche Mischungen erwiesen, die insbesondere Milchsäurebakterien enthalten. Auch Hefebakterien können zur Anwendung kommen. Die Impfung sollte vor Inbetriebnahme des Filters erfolgen und in Abständen, beispielsweise nach einem bestimmten Volumendurchsatz, wiederholt werden.The Cultured bacteria, especially Clostridium perfringens prefer to grow in a neutral to alkaline environment. Furthermore, the microbiological examination shows a variety of Gram-negative Rod, so-called Nonfermenter, which the effectiveness of biological Ensure filter performance. To the desired To achieve microorganism population becomes the biofilter with microorganisms inoculated. As appropriate have commercially available here Mixtures have been found which contain in particular lactic acid bacteria. Also yeast bacteria can come into use. The vaccination should be before putting the Filters are made and at intervals, for example, after a certain volume throughput, be repeated.

Um eine optimale Filterleistung zu erzielen, müssen die Filtermaterialien feucht gehalten werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist deshalb oberhalb der letzten Filterschicht eine Berieselungsanlage angeordnet. Diese Anlage kann entweder über einen an oder in dem Biofilter angeordneten Feuchtigkeitssensor oder über eine Zeitschaltuhr gesteuert sein.Around To achieve optimum filter performance, the filter materials be kept moist. In an advantageous embodiment of Invention is therefore above the last filter layer a sprinkler arranged. This plant can either have one on or in the biofilter arranged humidity sensor or controlled by a timer be.

Vor dem Biofilter befindet sich in einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung eine Absetzkammer. Zugeführt wird die von einem Ventilator oder einer Turbine angetriebene Abluft über einen Kanal, der einen kleineren Querschnitt als die Absetzkammer aufweist. Da der Filter einen erheblichen Strömungswiderstand bildet, baut sich in der Absetzkammer Druck auf. Es hat sich als sinnvoll erwiesen, die Luft um etwa 90° umzulenken, bevor sie von unten in den Biofilter gelangt. Die Luftgeschwindigkeit beträgt gemäß der geltenden DIN-Norm für Ställe etwa 8 m3/h Tier, d.h. beispielsweise für 1000 Tiere 8000 m3/h, was bei 100 m2 Filterfläche 80 m/h Durchtrittsgeschwindigkeit ausmacht. Die Mikroben sind somit hochgradig mit Luftsauerstoff versorgt.Before the biofilter is in an advantageous embodiment of the invention, a settling chamber. The exhaust air driven by a fan or a turbine is supplied via a channel which has a smaller cross-section than the settling chamber. Since the filter forms a significant flow resistance, pressure builds up in the settling chamber. It has proven to be useful to divert the air by about 90 ° before it passes from below into the biofilter. The air speed is according to the applicable DIN standard for stables about 8 m 3 / h animal, ie, for example, for 1000 animals 8000 m 3 / h, which accounts for 80 m / h passage velocity at 100 m 2 filter surface. The microbes are thus highly supplied with atmospheric oxygen.

Der erfindungsgemäße Biofilter erfüllt eine biologische und eine mechanische Reinigungsfunktion. Abluft aus Ställen enthält einen erheblichen Anteil an Staubpartikeln, etwa aus Stroh, Futter, Federn u.ä. Dieser Staub setzt sich z.T. am Boden des Kanalsystems und der Absetzkammer ab, was dadurch unterstützt wird, dass die Strömung um 90° bzw. 180° umgelenkt wird und die Querschnittsfläche der Absetzkammer deutlich größer ist als die des Kanalsystems, so dass eine deutliche Verlangsamung der Strömung eintritt (Beruhigungskammereffekt). Mittels einer Wasserspülung kann der Staub vom Boden abgetragen und in einen Güllebehälter geleitet werden. Feinere Partikel gelangen bis in den Biofilter und werden von der von Schicht zu Schicht feineren Struktur abgefangen.Of the Biofilter according to the invention Fulfills a biological and a mechanical cleaning function. exhaust from stables contains a considerable proportion of dust particles, such as straw, feed, Springs and similar This dust settles z.T. at the bottom of the channel system and the settling chamber which supports this will that flow by 90 ° or 180 ° deflected is and the cross-sectional area the settling chamber is significantly larger as that of the channel system, so that a significant slowing down of the flow occurs (Settling chamber effect). By means of a water flush can The dust is removed from the ground and directed into a slurry tank. finer Particles reach the biofilter and are separated from the layer intercepted to layer of finer structure.

Die Luft aus dem Tierstall ist außerdem mit geruchsintensiven oder schädlichen Gasen wie Methan, Ammoniak und Kohlendioxid angereichert und enthält Krankheitserreger. Dies können Bakterien sein, die frei in der Luft vorkommen, oder die an den Staub aus dem Stall geheftet sind, z.B. Streptokokken aus dem Fell der Tiere oder Fäkalbakterien.The Air from the animal house is also with odorous or harmful Enriched gases such as methane, ammonia and carbon dioxide and contains pathogens. This can Be bacteria that occur freely in the air, or the dust are stapled from the stable, e.g. Streptococcus from the fur of the Animals or fecal bacteria.

Die biologische Reinigung im Filter geschieht durch die oben erwähnte besondere Mikroorganismenpopulation (z.B. Hefen, Protozooen, Algen und/oder Bakterien). Zum einen gibt es in der Bioflora bestimmte Mikroorganismen, die sich von Methan, Ammoniak und Kohlendioxid ernähren, d.h. diese Stoffe aufnehmen und in andere Substanzen umwandeln. Zum anderen werden Mikroorganismen aus der Stallluft, z.B. krankheitserregende Bakterien, durch die Bioflora des Biofilters getötet. Dadurch ist eine Übertragung von Krankheiten durch die Luft zwischen verschiedenen Ställen weitestgehend minimiert.The biological purification in the filter is done by the above-mentioned special Microorganism population (e.g., yeasts, protozoans, algae and / or Bacteria). First, there are certain microorganisms in the bioflora, which feed on methane, ammonia and carbon dioxide, i. absorb these substances and convert them into other substances. On the other hand are microorganisms from the stable air, e.g. pathogenic Bacteria killed by the bioflora of the biofilter. This is a transmission of diseases through the air between different stables as far as possible minimized.

Die Abluft, die den Filter verlässt, ist auch geruchlich derart gering belastet, dass in wenigen Metern Entfernung von der Filteroberfläche keine merkliche Geruchsbelästigung auftritt und die Stallanlage im Wohngebiet betrieben werden darf.The Exhaust air leaving the filter is also so slightly polluted that in a few meters Distance from the filter surface no noticeable odor nuisance occurs and the stables may be operated in the residential area.

Die Ausgestaltung der Erfindung ist in den Figuren beispielhaft beschrieben.The Embodiment of the invention is described by way of example in the figures.

1 zeigt schematisch die Gesamtanlage 1 schematically shows the entire system

2 zeigt einen Querschnitt durch den Biofilter. 2 shows a cross section through the biofilter.

In 1 ist ein Schnitt durch einen Tierstall 13 mit angeschlossenem Biofilter 1 gezeigt. Der eigentliche Biofilter 1 ist aus drei Schichten 8, 9, 10 aufgebaut. Die einzelnen Schichten des Filters sind übereinander angeordnet und liegen auf einem Metallrost 12, das hier von einer Konstruktion aus Stahlrohren 11 abgestützt ist. Der Biofilter 1 ist nach oben hin offen, und von einer Befeuchtungsanlage 5 berieselt. Diese Anlage 5 kann wahlweise über eine Zeitschaltuhr 7 oder einen im Filter befindlichen Feuchtigkeitssensor 6 gesteuert sein.In 1 is a section of an animal house 13 with attached biofilter 1 shown. The actual biofilter 1 is made of three layers 8th . 9 . 10 built up. The individual layers of the filter are arranged one above the other and lie on a metal grid 12 This is a construction of steel pipes 11 is supported. The biofilter 1 is open at the top, and from a humidification system 5 irrigated. This plant 5 can optionally via a timer 7 or a moisture sensor in the filter 6 be controlled.

In dieser Abbildung stellen Pfeile den Verlauf des Luftstroms dar. Durch eine Öffnung unterhalb des Daches, zweckmäßig auf der dem Filter abgewandten Seite angeordnet, strömt die Außenluft in den Stall 13, wobei sie je nach Bedarf erwärmt werden kann. Durch eine Öffnung nahe des Stallbodens gelangt Abluft zu einem Ventilator 4 und von dort aus über einen Luftkanal 3 in eine Absetzkammer 2. Von hier aus wird die Luft nach oben durch den Biofilter 1 gedrückt.In this figure, arrows represent the course of the air flow. Through an opening below the roof, expediently arranged on the side facing away from the filter, the outside air flows into the house 13 where it can be heated as needed. Through an opening near the stable floor, exhaust air reaches a fan 4 and from there via an air duct 3 in a settling chamber 2 , From here, the air is up through the biofilter 1 pressed.

2 zeigt den Schichtaufbau des Biofilters 1 im Detail. Auf einem Rost aus Baustahl-Matten 12 mit einer Maschung von etwa 4 × 4 cm befindet sich die unterste Schicht 8 aus Holzschwarten, beispielsweise aus Buchenholz. Die Holzschwarten haben einen Querschnitt von etwa 1 × 10 cm bis 5 × 20 cm. Da sie im Biofilter ungeordnet vorliegen, bilden sie relativ große Hohlräume. Die Länge der Holzschwarten ist variabel und kann zwischen 20 cm und 70 cm variieren, abhängig von der Größe des Biofilters. Darüber befindet sich eine zweite Schicht 9 aus mineralischem Material, dessen Körnung so gewählt ist, dass sich kleinere Zwischenräume als zwischen den Holzschwarten ausbilden. Die oberste Schicht 10 besteht aus Häckselmaterial mit einer noch feineren Körnung. Hier eignet sich insbesondere Weiden- oder Pappelholz. Das Häckselmaterial besteht in der vorliegenden Ausführungsform aus einem weicheren Holz als das, aus dem die Holzschwarten sind. Der Luftstrom ist in dieser Zeichnung wiederum durch Pfeile angedeutet. 2 shows the layer structure of the biofilter 1 in detail. On a grate of mild steel mats 12 with a mesh of about 4 × 4 cm is the bottom layer 8th made of wooden ropes, for example made of beech wood. The wood scars have a cross-section of about 1 × 10 cm to 5 × 20 cm. Since they are disordered in the biofilter, they form relatively large cavities. The length of the wood scars is variable and can vary between 20 cm and 70 cm, depending on the size of the biofilter. Above that is a second layer 9 made of mineral material, the grain size of which is chosen so that smaller gaps than between the wood scars form. The topmost layer 10 consists of chaff material with an even finer grain size. Here especially willow or poplar wood is suitable. The chopped material in the present embodiment is made of a softer wood than that of which the wood scars are. The air flow is again indicated by arrows in this drawing.

11
Biofilterbiofilter
22
Absetzkammersettling
33
Zuleitungskanalsupply channel
44
Ventilatorfan
55
Befeuchtungsanlagehumidification
66
Feuchtigkeitssensorhumidity sensor
77
Zeitschaltuhrtimer
88th
Schicht aus grobem Holzmaterial (Schwarten)layer from coarse wood material (rinds)
99
Schicht aus mineralischem Materiallayer made of mineral material
1010
Schicht aus feinem Holzmaterial (Häcksel)layer made of fine wood material (chaff)
1111
Tragkonstruktionsupporting structure
1212
Baustahlmattenwelded wire mesh
1313
Stallbarn

Claims (11)

Biofilter zum Reinigen von Abluft, insbesondere in der Tierhaltung, mit einem Mittel (6) zur Feuchthaltung des Biofilters (1) und einer ersten Schicht (8) aus Holzschwarten und mindestens zwei weiteren Filterschichten (9,10), wobei eine dieser Schichten (9) aus mineralischem Material und eine weitere Schicht (10) aus feinerem Holzmaterial einer nicht sauer reagierenden Holzart besteht.Biofilter for cleaning exhaust air, in particular in livestock, with an agent ( 6 ) for moisturizing the biofilter ( 1 ) and a first layer ( 8th ) of wood scraps and at least two further filter layers ( 9 . 10 ), one of these layers ( 9 ) of mineral material and another layer ( 10 ) consists of finer wood material of a non-acidic wood species. Biofilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das feinere Holzmaterial Häckselmaterial ist.Biofilter according to claim 1, characterized that the finer wood material chaff material is. Biofilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus mineralischem Material (9) zwischen der Schicht aus Holzschwarten (8) und der Schicht aus feinerem Holzmaterial (10) angeordnet ist.Biofilter according to claim 1, characterized in that the layer of mineral material ( 9 ) between the layer of wood rinds ( 8th ) and the layer of finer wood material ( 10 ) is arranged. Biofilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mineralische Material Gestein, Blähton, Bims oder ähnliches oder eine Mischung von diesen ist.Biofilter according to claim 1, characterized that the mineral material is rock, expanded clay, pumice or the like or a mixture of these. Biofilter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Biofilter (1) mit Mikroorganismen, insbesondere mit Milchsäurebakterien oder Hefe beimpft ist.Biofilter according to one of the preceding claims, characterized in that the biofilter ( 1 ) is inoculated with microorganisms, in particular with lactic acid bacteria or yeast. Biofilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Biofilter (1) bei Inbetriebnahme oder in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen oder auch jeweils nach einem bestimmten Volumendurchsatz mit Mikroorganismen, insbesondere Milchsäurebakterien oder Hefen beimpft ist und mit Clostridium perfringens sowie gramnegativen Stäbchen besiedelt ist.Biofilter according to claim 5, characterized in that the biofilter ( 1 ) is inoculated at start-up or at regular or irregular intervals or in each case after a certain volume throughput with microorganisms, in particular lactic acid bacteria or yeasts and colonized with Clostridium perfringens and gram-negative rods. Biofilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (6) zur Feuchthaltung eine Berieselungsanlage ist.Biofilter according to claim 1, characterized in that the agent ( 6 ) is a sprinkler for humidification. Biofilter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Feuchthaltung (6) durch einen Feuchtigkeitssensor (6) an oder in dem Biofilter (1) und/oder eine Zeitschaltuhr (7) aktivierbar ist.Biofilter according to one of the preceding claims, characterized in that the moisturizing agent ( 6 ) by a moisture sensor ( 6 ) on or in the biofilter ( 1 ) and / or a timer ( 7 ) is activated. Biofilter nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine stromaufliegende Absetzkammer (2), insbesondere eine Druckkammer.Biofilter according to one of the preceding claims, characterized by an upstream settling chamber ( 2 ), in particular a pressure chamber. Biofilter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Absetzkammer (2) ein Kanal (3) zur Zuführung der Abluft vorgeschaltet ist, der einen kleineren Querschnitt als die Absetzkammer (2) aufweist.Biofilter according to claim 9, characterized in that the settling chamber ( 2 ) a channel ( 3 ) is connected upstream of the supply of exhaust air, which has a smaller cross-section than the settling chamber ( 2 ) having. Biofilter nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (8,9,10) des Biofilters (1) horizontal angeordnet sind, wobei die Abluft der Absetzkammer (2) in horizontaler Strömungsrichtung so zugeführt wird, dass sie um etwa 90° umgelenkt wird, bevor sie von unten in den Biofilter (1) gelangt.Biofilter according to one of claims 7 to 9, characterized in that the layers ( 8th . 9 . 10 ) of the biofilter ( 1 ) are arranged horizontally, wherein the exhaust air of the settling chamber ( 2 ) is fed in the horizontal flow direction so that it is deflected by about 90 °, before from below into the biofilter ( 1 ).
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