JP4511938B2 - 複数のフィルタユニットを設けた生物学的フィルタ装置 - Google Patents

Description

本発明の背景技術
本発明は、複数のユニットを有する生物学的フィルタ装置並びに生物学的フィルタ装置の操作方法に関する。

出願人は、トリクルフィルタユニットと生物学的フィルタユニットからなる生物学的フィルタ装置を開示している。このトリクルフィルタユニットは、生物学的に不活性のフィルタ床を有し、一方、生物学的フィルタユニットは、微生物群を有する有機コンポストを含んだフィルタ床を有するが、その微生物群は揮発性の有機化合物（ＶＯＣ）と親和性を有し且つＶＯＣと有機コンポスト内に存在する栄養分を消費する。それぞれのフィルタユニットは、フィルタ床に水を散布するための噴射管を有する。その水はフィルタ床を通過して下に流れて、それぞれ２つのフィルタ床の下の貯水槽に集められる。２つのフィルタ床の両貯水槽は、流体的に連通しており、水は不活性フィルタ床と生物学的に活性のあるフィルタ床の双方に噴射するためにトリクルフィルタ床ユニットの貯水槽からくみ出される。２つのフィルタ床の両貯水槽が流体的に連通しているので、不活性フィルタ床に噴射された水は、生物学的に活性のあるフィルタ床からの古くなったコンポストを含んでいる。それによって、不活性フィルタ床は生物学的に活性のあるフィルタ床からの微生物が植え付けられる。ＶＯＣを多く含んでいる空気がトリクルフィルタユニットを上向きに通過し、そして、生物学的に活性のあるフィルタユニットを上向きに通過する。不活性フィルタ床内の植種源は、給気流内に存在するある種のアルコールのような水溶性のＶＯＣを新陳代謝させて、生物学的フィルタにたどり着く前に給気流内の水溶性のＶＯＣの濃度を減少することとなる。このように、生物学的に活性のあるフィルタ床内の微生物群は、水溶性のＶＯＣを取り除くように振る舞うようになる。

発明の開示
本発明の第１の側面に関連して、揮発性有機化合物を多く含んでいる空気を処理するフィルタ装置であって、第１のフィルタチャンバを画定すると共に該第１のフィルタチャンバに空気を取り入れる第１の空気取り入れ口と前記第１のフィルタチャンバから排気するための第１の排気口を有する第１のフィルタユニットと、第２のフィルタチャンバを画定すると共に該第２のフィルタチャンバに空気を取り入れる第２の空気取り入れ口と前記第２のフィルタチャンバから排気するための第２の排気口を有する第２のフィルタユニットと、第３のフィルタチャンバを画定すると共に該第３のフィルタチャンバに空気を取り入れる第３の空気取り入れ口と前記第３のフィルタチャンバから排気するための第３の排気口を有する第３のフィルタユニットであって、前記第３の取り入れ口が前記第２の排気口に連通しているものと、前記第１のフィルタチャンバ内の生物学的に不活性のフィルタ媒体と、前記第２のフィルタチャンバ内の生物学的に活性のあるフィルタ媒体と、前記第３のフィルタチャンバ内の生物学的に不活性のフィルタ媒体とを有し、装置を通過する空気が前記第１の生物学的に不活性のフィルタ媒体と前記第２の生物学的に活性のあるフィルタ媒体と前記第３の生物学的に不活性のフィルタ媒体を連続的に通過するものが提供される。

本発明の第２の側面に関連して、揮発性有機化合物を多く含んでいる空気を処理する方法であって、（ａ）第１、第２、第３のフィルタ床であって前記第１と第３のフィルタ床がそれぞれ生物学的に不活性のフィルタ媒体を有し、前記第２のフィルタ床が生物学的に活性のフィルタ媒体を有するものに空気を連続的に通過させ、（ｂ）前記第１と第２のフィルタ床からくみ出される水を集め、（ｃ）工程（ｂ）で集めた水を前記第１と第２のフィルタ床のうちの一方に供給し、（ｄ）前記第３のフィルタ床からくみ出される水を集め、（ｅ）工程（ｄ）で集めた水を前記第３のフィルタ床に供給するものが提供される。

本発明の第３の側面に関連して、揮発性有機化合物を多く含んでいる空気を処理するフィルタ装置であって、第１と第２と第３のフィルタチャンバと、該第１のフィルタチャンバに空気を取り入れる第１の空気取り入れ口と、前記第１のフィルタチャンバから排気するための第１の排気口と、前記第１のフィルタチャンバからの空気を取り入れてそれを前記第２のフィルタチャンバへ送る、前記第１の排気口に連通した第２の空気取り入れ口と、前記第２のフィルタチャンバから排気をする第２の排気口と、前記第２のフィルタチャンバからの空気を取り入れてそれを前記第３のフィルタチャンバへ送る、前記第２の排気口に連通した第３の空気取り入れ口と、前記第３のフィルタチャンバから排気をする第３の排気口とを画定する第１の壁手段と、前記第１のフィルタチャンバ内の生物学的に不活性のフィルタ媒体と、前記第２のフィルタチャンバ内の生物学的に活性のあるフィルタ媒体と、前記第３のフィルタチャンバ内の生物学的に不活性のフィルタ媒体とを有し、少なくとも前記第１と第２のフィルタチャンバのうちの一方の上部領域に水を供給する第１の給水手段と、少なくとも前記第１と第２のフィルタチャンバのうちの一方の下部領域からの水を受け取る第１の貯水槽を画定する第２の壁手段と、前記第１の貯水槽から前記第１の給水手段へ給水する第１の再循環手段と、前記第３のフィルタチャンバの上部領域に水を供給する第２の給水手段と、前記第３のフィルタチャンバの下部領域からの水を受け取る第２の貯水槽を画定する第３の壁手段と、前記第２の貯水槽から前記第２の給水手段へ給水する第２の再循環手段を有するものが提供される。

本発明をよりよく理解するために、そして、発明が有効にどのように実施されるかを示すために、例示のために、添付の図面に言及する。
本発明の実施の形態であるフィルタの略式断面図である。

詳細な説明
図面に表されたフィルタは、２つのトリクルフィルタユニット１０、１０´と生物学的フィルタユニット１２を有する。具体的に下記で指摘する場合を除き、トリクルフィルタユニット１０´は本質的にトリクルフィルタ１０と同じものであり、それにより、トリクルフィルタ１０´の構造の詳細を説明する必要はない。´（ダッシュ）のついていない参照番号はトリクルフィルタユニット１０の構成要素を表すために用いられており、´（ダッシュ）のついた参照番号はトリクルフィルタユニット１０´の対応した構成要素を表すために用いられている。

トリクルフィルタユニット１０は、床面１６上に設置したハウジング１４を有する。ハウジング１４は空気取り入れ口１８を有し、給気ダクト２０は、ＶＯＣを多く含んでいる空気を含んだ空間を取り入れ口１８に接続する。ハウジング１４はダクト２４に連結した排気口２２を有する。

ハウジング１４は（具体的に示されていない）サポートグリッドを取り入れ口１８の上部に内設する。クロスフローフィルター媒体から構成される、生物学的に不活性のフィルタ床２６はそのサポートグリッド上に設置されている。このクロスフロー媒体は、合成樹脂材料製の断面波形のシートから作られている。その波形シートは、相互の溝同士が互いに約６０度傾いた状態で、向かい合って一緒に接着されている。一つの適切な材料形態が、米国ペンシルベニア州リーディングのブレントウッドインダストリーズ、インコーポレイテッド（Brentwood Industries, Inc.）から商業上入手可能である。このクロスフロー媒体はシート同士が概ね直角に向いており、溝がフィルタ床２６の範囲内で上向きであり、垂直に対して約３０度傾斜されている。

生物学的フィルタユニット１２は、床面１６上に設置され、更に、ハウジング１４の取り入れ口１８と同程度の高さで、空気取り入れ口３０を装備したハウジング２８を有する。ダクト２４は取り入れ口３０に連通している。ハウジング２８は、ダクト３６によってハウジング１４´の取り入れ口１８´に連通された排気口３４を有している。ハウジング１４´の排気口２２´は、送風機３８の吸気側と接続している。

ハウジング２８には（具体的には示されていない）サポートグリッドが取り入れ口３０の上に設けられており、フィルタ床３２はそのサポートグリッド上に設置されている。このフィルタ床３２は複合床であり、生物学的に不活性なクロスフロー媒体製の下部床３２Ａと生物学的に活性のあるフィルタ媒体製の上部床３２Ｂからなる。好適には、生物学的に活性のある媒体は、２００１年８月２３日に出願された米国特許出願０９／９３８，４６６に記載された方法で製造されたコンポストボールから構成されるが、その特許出願の開示事項全体はあらゆる目的のためにここに引用導入される。

ハウジング１４の取り入れ口１８とハウジング２８の取り入れ口３０は、床面１６上で相当の高さに配置される。床面１６からわずかに上方にあり、且つ、取り入れ口１８と３０からは十分に下方にある連結ライン４０によってハウジング１４はハウジング２８と連結されている。これにより、ハウジング１４は、フィルタ床２６から排出される水を集める目的で取り入れ口１８の下にスクラバ槽を設け、更に、ハウジング２８は、フィルタ床３２から排出される水を集める目的で取り入れ口３０の下にフィルタ槽を設けるが、これら２つの槽は連結ライン４０で連結されている。スクラバ槽にはその層内の水を加熱するための温度自動調節機能をもつ電気抵抗ヒーター４２が備えられている。

スプレー管４６は、ハウジング１４内においてフィルタ床２６の上に据え付けられており、フィルタ床２６に水を噴射するためのノズル４８が備えられている。同様に、スプレー管５２は、ハウジング２８内においてフィルタ床３２の上に据え付けられており、フィルタ床３２に水を噴射するためのノズル５４が備え付けられている。水ポンプ５８はスクラバ槽に連結された吸水サイドと、スプレー管４６と５２の間で該ポンプによって提供された流れを分配するプロポーショニングバルブ６０を経由してスプレー管４６と５２に連結した圧力サイドを有する。レベル検出器６４は、スクラバ槽の液体自由水面が定格最大レベルよりも低いか否かを検出すると共に、加圧状態の下で給水源をスクラバ槽に連通するバルブ６６を制御する。

ハウジング１４´はフィルタ床２６´から排出される水を集めるためのポリッシャー槽を取り入れ口１８´の下に設ける。ポンプ５８´は、ポリッシャー槽に連結されている吸水サイドと、スプレー管４６´に連結された圧力サイドを有する。

図１で示された装置のオペレーションにおいて、送風機３８はダクト２０とハウジング１４とダクト２４とハウジング２８とダクト３６とハウジング１４’を経由してＶＯＣを多く含んだ空気流を通風し、更に、ポンプ５８はスクラバ槽より温水を汲み上げてその水を２つのフィルタ床２６と３２へ噴射し、次いで、ポンプ５８´はポリッシャー槽から水を汲み上げてその水をフィルタ床２６´へ噴射する。このフィルタ床２６を通して下側にちょろちょろと流れる（トリクルする）温水が、フィルタ床２６を通して上側に流れる空気を浄化する。この作用は、上向きの空気流を温めてそれを湿潤にすることによってその上向きの空気流を調整する。また、ある種のアルコールやケトンのような水溶性のＶＯＣは、水に溶け出して、それにより空気流から取り除かれる。フィルタ床２６に噴射された水のうちには、波形のクロスフロー媒体の側面に形成されたくぼみやポケットに残るものもある。この水の中のＶＯＣは、クロスフロー媒体の接種材料により、新陳代謝される。

ハウジング１４から排気口２２を経由して出ていく調整された空気は、ダクト２４を通り、取り入れ口３０を通ってハウジング２８に流入する。その空気は下部フィルタ床３２Ａを上方へ通過するが、それはハウジング２８の断面領域全体に亘ってその流れを分散するように機能し、そして、その空気が上部フィルタ床３２Ｂを通って上方に流れる。フィルタ床３２Ｂに存在する微生物は、フィルタ床３２Ｂに入ってくる空気中に存在する生物分解性のあるＶＯＣを捕えて消費し、それらを一般的に二酸化炭素や水といったような無毒な形態に変える。これにより、生物学的フィルタユニット１２は、給気流から生物分解性のあるＶＯＣを取り除き、給気流に比べて実質的に低い濃度の生物分解性ＶＯＣを含む排気流を供給する。

フィルタ床３２Ｂは、スプレー管５２からフィルタ床へ噴射される温水によって、微生物の個体群にとって好ましい条件の元に維持される。

ポンプ５８は、各床からの蒸発速度を越える速度でフィルタ床２６とフィルタ床３２に水を噴射し、スクラバ槽とフィルタ槽のそれぞれにフィルタ床２６と３２から水が流れ落ちるようにする。両槽が連結ライン４０によって連結されているので、スクラバ槽から水が排出されたとき、フィルタ槽よりスクラバ槽へ代わりの水が流れる。

かなりの数の証拠が、非水溶性ＶＯＣを空気流から取り除く生物学的フィルタの通常のオペレーションにおいては、生物学的フィルタが水溶性ＶＯＣを空気流に放出することを示唆している。そうなると、生物学的フィルタユニット１２のオペレーションが空気流から非水溶性ＶＯＣを取り除いたとしても、実際には空気流中の水溶性ＶＯＣの濃度を高くしてしまうことがある。トリクルフィルタユニット１０´は生物学的フィルタユニット１２から出た空気流から水溶性ＶＯＣを取り除くために用いられる。

水溶性ＶＯＣの水溶解度は、水中におけるその水溶性ＶＯＣの濃度に依存する。スクラバ槽に蓄積した水が、流入する空気流から取り除かれた水溶性ＶＯＣを含むため、スプレー管４６´に供給される水は、スクラバ槽から汲み上げられる水ではないことが望ましい。これにより、スプレー管４６´に給水するための水をポンプ５８´がそこから汲み上げるポリッシャー槽は、スクラバ槽に連結してはいない上、フィルタユニット１０´を循環する水もユニット１０と１２を循環する水とは有効に隔離されている。

トリクルフィルタユニット１０´を循環する水がフィルタユニット１０と１２を循環する水と有効に隔離されていたとしても、外気中の微生物と同様に、フィルタユニット１２から引き継いだ空気流中の微生物は、水溶性ＶＯＣの効果的な生物分解性のために、フィルタユニット１０´に十分な微生物の個体群を提供する。

図示されているフィルタの通常のオペレーションの間は、フィルタユニット１２への給気流中の水溶性ＶＯＣの濃度はかなり低く、これに応じて、フィルタ床３２における微生物の個体群は非水溶性ＶＯＣの除去に対して順応されていく。水溶性ＶＯＣの濃度が急激に高くなる場合には、フィルタユニット１２から流れる空気流は高濃度の水溶性ＶＯＣを含み、これらの余分な水溶性ＶＯＣはフィルタユニット１０´によって取り除かれる。

フィルタユニット１０´の目的がフィルタユニット１０によって取り除けない余分な水溶性ＶＯＣを取り除き、そして、フィルタユニット１２のオペレーションにおいて生成されるいかなる水溶性ＶＯＣをも取り除くことであるため、フィルタユニット１０´はフィルタユニット１０よりも小さくてもよい。

出願人の従前のケースにおいては、フィルタ床２６と３２Ｂは共通のハウジングにおいて設置されることもある。原理上、フィルタ床２６’をフィルタ床２６と３２Ｂと同じハウジング内に設置して空気流がハウジングを経由して上向きに通過し、３つのフィルタ床を順次に横断し、更に、フィルタ床３２Ｂに落ちる前にフィルタ床２６´から流出する水を集めるようにすることも可能であるが、しかし、フィルタ床２６´はフィルタ床２６とフィルタ床３２とは隔離されたハウジング内に設置されることが望ましい。

図面は、ダクト２０、２４に連結されて給気流がフィルタ床２６の上方に通過しフィルタ床より下方に流れ落ちる水が逆に流れるトリクルフィルタユニット１０を図示している。この空気と水の逆流によって空気流の効果的な湿潤化がもたらされる。実際には、空気流により吸収されてフィルタユニット１２へ運ばれる水量は、生物学的フィルタ媒体を飽和させ、フィルタユニット１２のオペレーションを害する可能性がある。この可能性を防ぐためには、ダクト２０、２４をトリクルフィルタユニット１０に連結して給気流がフィルタ床２６を通って下方に流れるようにすることが望ましい。

本発明が上記の特定の実施の形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲において権利請求された発明の範囲とその均等の範囲から逸脱することなく各種の変更がなされ得ることは理解される。文脈が別途明示しない限り、構成要素の実例の数に関する特許請求の範囲における言及は、一つの実例若しくは一つ又はそれ以上の実例に対する言及であるとしても、少なくとも述べられた数の構成要素の実例を必要とはするが、それは述べられた以上の要素の実例を有する構造物又は方法を特許請求の範囲から除外することを意図するものではない。

本発明は、廃棄物処理や水処理等に用いられる、複数のフィルタユニットを装備した生物学的フィルタ装置に適用して利用される。

Claims (7)

1. 揮発性有機化合物を多く含んでいる空気を処理するフィルタ装置であって、
   第１のフィルタチャンバを画定すると共に該第１のフィルタチャンバに空気を取り入れる第１の空気取り入れ口と前記第１のフィルタチャンバから排気するための第１の排気口を有する、水溶性の揮発性有機化合物を水に溶かして空気から該揮発性有機化合物を除去するための第１のフィルタユニットと、
   第２のフィルタチャンバを画定すると共に該第２のフィルタチャンバに空気を取り入れる第２の空気取り入れ口と前記第２のフィルタチャンバから排気するための第２の排気口を有する、生物分解性の揮発性有機化合物を分解するための第２のフィルタユニットと、
   第３のフィルタチャンバを画定すると共に該第３のフィルタチャンバに空気を取り入れる第３の空気取り入れ口と前記第３のフィルタチャンバから排気するための第３の排気口を有する第３のフィルタユニットであって、前記第３の取り入れ口が前記第２の排気口に連通しており、前記第２のフィルタユニットが放出した水溶性の揮発性有機化合物を水に溶かして空気から該揮発性有機化合物を除去するものと、
   前記第１のフィルタチャンバ内の生物学的に不活性のフィルタ媒体と、
   前記第２のフィルタチャンバ内の生物学的に活性のあるフィルタ媒体と、
   前記第３のフィルタチャンバ内の生物学的に不活性のフィルタ媒体とを有し、
   装置を通過する空気が前記第１の生物学的に不活性のフィルタ媒体と前記第２の生物学的に活性のあるフィルタ媒体と前記第３の生物学的に不活性のフィルタ媒体を連続的に通過し、
   第１と第２のフィルタユニットが第１と第２のフィルタチャンバの各下部領域からの水を受け取る第１の貯水槽を画定し、第３のフィルタユニットが第３のフィルタチャンバの下部領域からの水を受け取る第２の貯水槽を画定し、更に、
   前記第１の貯水槽から前記第１と第２のフィルタチャンバの各上部領域へ給水する第１の再循環手段と、前記第２の貯水槽から前記第３のフィルタチャンバの上部領域へ給水する第２の再循環手段
   を有することを特徴とするフィルタ装置。
2. 揮発性有機化合物を多く含んでいる空気を処理する方法であって、
   （ａ）水溶性の揮発性有機化合物を水に溶かして空気から該揮発性有機化合物を除去するための第１のフィルタ床、生物分解性の揮発性有機化合物を分解するための第２のフィルタ床、該第２のフィルタ床が放出した水溶性の揮発性有機化合物を水に溶かして空気から該揮発性有機化合物を除去する第３のフィルタ床であって前記第１と第３のフィルタ床がそれぞれ生物学的に不活性のフィルタ媒体を有し、前記第２のフィルタ床が生物学的に活性のあるフィルタ媒体を有するものに空気を連続的に通過させ、
   （ｂ）前記第１と第２のフィルタ床からくみ出される水を集め、
   （ｃ）工程（ｂ）で集めた水を前記第１と第２のフィルタ床に供給し、
   （ｄ）前記第３のフィルタ床からくみ出される水を集め、
   （ｅ）工程（ｄ）で集めた水を前記第３のフィルタ床に供給する方法。
3. 揮発性有機化合物を多く含んでいる空気を処理するフィルタ装置であって、
   水溶性の揮発性有機化合物を水に溶かして空気から該揮発性有機化合物を除去するための第１のフィルタチャンバと、生物分解性の揮発性有機化合物を分解するための第２のフィルタチャンバと、該第２のフィルタチャンバが放出した水溶性の揮発性有機化合物を水に溶かして空気から該揮発性有機化合物を除去する第３のフィルタチャンバと、前記第１のフィルタチャンバに空気を取り入れる第１の空気取り入れ口と、前記第１のフィルタチャンバから排気するための第１の排気口と、前記第１のフィルタチャンバからの空気を取り入れてそれを前記第２のフィルタチャンバへ送る、前記第１の排気口に連通した第２の空気取り入れ口と、前記第２のフィルタチャンバから排気をする第２の排気口と、前記第２のフィルタチャンバからの空気を取り入れてそれを前記第３のフィルタチャンバへ送る、前記第２の排気口に連通した第３の空気取り入れ口と、前記第３のフィルタチャンバから排気をする第３の排気口とを画定する第１の壁手段と、
   前記第１のフィルタチャンバ内の生物学的に不活性のフィルタ媒体と、
   前記第２のフィルタチャンバ内の生物学的に活性のあるフィルタ媒体と、
   前記第３のフィルタチャンバ内の生物学的に不活性のフィルタ媒体とを有し、
   前記第１と第２のフィルタチャンバの各上部領域に水を供給する第１の給水手段と、
   前記第１と第２のフィルタチャンバの各下部領域からの水を受け取る第１の貯水槽を画定する第２の壁手段と、
   前記第１の貯水槽から前記第１の給水手段へ給水する第１の再循環手段と、
   前記第３のフィルタチャンバの上部領域に水を供給する第２の給水手段と、
   前記第３のフィルタチャンバの下部領域からの水を受け取る第２の貯水槽を画定する第３の壁手段と、
   前記第２の貯水槽から前記第２の給水手段へ給水する第２の再循環手段を有するフィルタ装置。
4. 請求項３記載のフィルタ装置において、前記第１の壁手段がそれぞれ第１のフィルタチャンバと第２フィルタチャンバと第３のフィルタチャンバを画定する第１と第２と第３のハウジングを有し、更に、前記第２の壁手段がそれぞれ第１のフィルタチャンバの下部領域と第２のフィルタチャンバの下部領域からの水を受け取る２つの貯水槽領域を画定することを特徴とするフィルタ装置。
5. 請求項３記載のフィルタ装置において、前記第２の貯水槽内の水の自由面を所定のレベルに維持するために前記第２の貯水槽に水を導入する手段を有し、前記第３の空気取り入れ口がその所定レベルよりも上にあることを特徴とするフィルタ装置。
6. 請求項３記載のフィルタ装置において、前記生物学的に不活性のフィルタ媒体が、前記第１のフィルタチャンバ内で溝が上向きに形成されているが該溝が垂直に対して傾斜しているクロスフロー媒体であることを特徴とするフィルタ装置。
7. 請求項３記載のフィルタ装置において、前記第１のチャンバが前記第２のチャンバの下にある、第１のフィルタチャンバと第２フィルタチャンバの双方を画定するハウジングの上部領域を前記第１の壁手段が構成し、更に、前記第２の壁手段が前記ハウジングの下部領域を構成することを特徴とするフィルタ装置。

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