DE4415963A1

DE4415963A1 - Air filter incorporating biologically active material

Info

Publication number: DE4415963A1
Application number: DE4415963A
Authority: DE
Inventors: Manfred Roth
Original assignee: ROTH VERTRIEBS GmbH
Current assignee: ROTH VERTRIEBS GmbH
Priority date: 1994-05-06
Filing date: 1994-05-06
Publication date: 1995-11-09

Abstract

Filter for biologically cleaning air consists of an inlet tract (2) for the airstream (3) and a layer of organic biologically-active material (1) which absorbs water-soluble pollutants filtered from the airstream (3) and decomposes the absorbed pollutants by the material exchange activity of microorganisms. The novelty is that the upper surface of the bio-filter layer (1) is covered with a separate layer (4) of open-pored organic material, in which green plants with a fine shallow root system are growing.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Biofilter zur biologischen Abluftreinigung. Das Filter ist aus Schichten organischer Stoffe aufgebaut, indem durch Stoffwechseltätigkeit von Mikroorganismen die Inhaltsstoffe von Gasen, die in das Filter eingeleitet werden, abgebaut werden.The invention relates to a biofilter for biological exhaust air purification. The Filter is made up of layers of organic matter by Metabolism of microorganisms the ingredients of gases that are in the Filters are initiated, dismantled.

Es ist bekannt, organische Stoffe wie Kokosfasern, Fasertorf aus Heidekraut, Fichtenhackschnitzel u. dgl. übereinander zu schichten und die Abluft aus Räumen hindurch zu leiten. Diese Schichten sind ca. 1 m-1,5 m dick.It is known to use organic substances such as coconut fibers, peat from heather, Spruce chips and The like. To layer on top of each other and the exhaust air from rooms to lead through. These layers are approximately 1 m-1.5 m thick.

Offene Flächenfilter finden aufgrund ihrer Wirtschaftlichkeit vielerorts Anwendung. Bei diesem Filtertyp besteht die biologisch aktive Filterschicht, in der die Sorption und der mikrobielle Abbau der Abluftinhaltsstoffe stattfinden, aus einer ca. 1-1,5 m hohen Schüttung aus organischen Filtermaterialien. Die Filterschicht wird von unten mit vorbefeuchtetem Rohgas angeströmt; das Filter ist oben offen.Open area filters can be found in many places due to their economy Application. This type of filter has the biologically active filter layer in which sorption and microbial degradation of the exhaust air constituents take place an approximately 1-1.5 m high bed of organic filter materials. The A pre-moistened raw gas flows over the filter layer from below; the filter is open at the top.

Ein bei dieser Filterbauweise häufig auftretendes Problem ist die Aufrechterhaltung der für die Stoffwechseltätigkeit der Mikroorganismen essentielle gleichmäßigen Feuchte der Schüttung. Vor allem an der Witterungseinflüssen ausgesetzten Oberfläche der Filterschicht besteht die Gefahr der Austrocknung, was zur Bildung von Rissen in der Materialschüttung und zu Gasdurchbrüchen führen kann. In Austrocknungszonen ist die Abbauleistung der Mikroorganismen sehr stark beeinträchtigt, so daß trockene Bereiche die Reinigungsleistung eines Biofilters unter Umständen drastisch herabsetzen. Maintenance is a common problem with this filter design the uniform one essential for the metabolic activity of the microorganisms Moisture of the bed. Above all exposed to the weather Surface of the filter layer is at risk of drying out, leading to formation of cracks in the material fill and gas breakthroughs. In Dehydration zones, the degradation performance of the microorganisms is very strong impaired, so that dry areas the cleaning performance of a biofilter may drastically lower it.

In einem solchen Biofilter werden die in der Abluft enthaltenen Inhaltsstoffe durch eine Stoffwechseltätigkeit von Mikroorganismen abgebaut und damit aus der Luft eliminiert. Das bedingt, daß die zu eliminierenden Inhaltsstoffe der Gase biologisch abbaubar sind. Es empfiehlt sich somit, Staub und Fette vorab aus der Abluft gesondert auszufiltern, um das Biofilter nicht zu verunreinigen. Der Vorteil der Biofilter liegt darin, daß durch die Tätigkeit der Mikroorganismen das schadstoffbelastete Filtermaterial kontinuierlich regeneriert wird. Hierin unterscheiden sich die Biofilter wesentlich von den adsorptiv arbeitenden Filter wie z. B. Aktivkohlefilter u. dg.In such a biofilter, the ingredients contained in the exhaust air are removed a metabolic activity of microorganisms is broken down and thus from the air eliminated. This means that the ingredients of the gases to be eliminated are biological are degradable. It is therefore recommended to remove dust and fats from the exhaust air beforehand to be filtered out separately so as not to contaminate the biofilter. The advantage of Biofilter is that the activity of the microorganisms filter material contaminated with pollutants is continuously regenerated. Here in the biofilters differ significantly from the adsorptive filters such as e.g. B. activated carbon filter u. dg.

Eine Voraussetzung für die biologische Abbaubarkeit ist die Wasserlöslichkeit der Abluftinhaltsstoffe. Nur gelöst vorliegende Stoffe sind für die Mikroorganismen verfügbar. Hierzu ist notwendig, daß eine gleichmäßig feuchte Filterschüttschicht möglichst gleichförmig durchströmt wird. Es empfiehlt sich somit ein feinfaseriges Schüttmaterial, das eine große Oberfläche bietet, um bei hoher Sorptionskapazität eine möglichst dichte Besiedelung adaptierter Mikroorganismen zu ermöglichen. Da bedingt die Aufrechterhaltung eine gleichmäßigen Feuchtegehaltes in der Materialschüttung des Biofilters. Das feuchte Filtermaterial ist einerseits Sorptionsfläche für die Abluftstoffe und andererseits Aufwuchsoberfläche für die Mikroorganismen. Man nennt dieses auch den Biofilm. Die Mikroorganismen nehmen die aus der Abluft in den Wasserfilm übertretenden Schadstoffe aus dem sie umgebenden Wasser in ihrer Zelle auf. Es muß aber auch Sauerstoff in die Zelle des Mikroorganismus aufgenommen werden. Beim Abbau der Schadstoffe wird Sauerstoff verbraucht. Durch die Abbauprozesse entstehen aus den Schadstoffen Kohlendioxid (CO₂) und Wasser (H₂O) Es findet eine ständige Vermehrung der Mikroorganismen statt, so daß absterbende Zellen durch nachwachsende Zellen ersetzt werden.Water solubility is a prerequisite for biodegradability Exhaust air ingredients. Only dissolved substances are for the microorganisms available. For this it is necessary that an evenly moist filter bed layer is flowed through as uniformly as possible. It is therefore recommended to use a fine-fiber one Bulk material that offers a large surface area with high sorption capacity to enable the most dense colonization of adapted microorganisms. Since the maintenance of a constant moisture content in the Material filling of the biofilter. The moist filter material is on the one hand Sorption surface for the exhaust air substances and on the other hand growth surface for the Microorganisms. This is also called the biofilm. The microorganisms take the pollutants from the exhaust air into the water film from which they surrounding water in their cell. But oxygen must also enter the cell of the Microorganism are included. When the pollutants are broken down Oxygen consumed. The degradation processes result from the pollutants Carbon dioxide (CO₂) and water (H₂O) There is a constant increase in Microorganisms take place, so that dying cells by regrowing cells be replaced.

Das Filtermaterial muß somit über eine Wasserkapazität verfügen, um die notwendige Feuchtigkeit aufrecht zu erhalten. Trocknet der Biofilm aus, so findet kein mikrobieller Abbau der Schadstoffe statt. Andererseits ist eine Überwässerung des Filtermaterials ebenso schädlich, da nicht genügend Sauerstoff aus der Gasphase in die Wasserphase zu den Mikroorganismen diffandieren. Tritt ein Sauerstoffmangel auf, kommt es zu Fäule und Gärungsprozessen, die die Filterwirkung herabsetzen.The filter material must therefore have a water capacity in order to to maintain necessary moisture. If the biofilm dries out, it finds there is no microbial degradation of the pollutants. On the other hand, there is over-watering of the filter material is just as harmful since there is not enough oxygen from the Diffuse the gas phase into the water phase to the microorganisms. Occurs If there is a lack of oxygen, there will be rot and fermentation processes that affect the Reduce filter effect.

Eine Überwässerung des Filters läßt sich zum Teil durch Drainagen vermeiden. Jedoch nur insoweit wie der Aufbau des Filters dieses zuläßt. Ein Austrocknen des Filters läßt sich dagegen durch die gegebene Schüttung zumindest im Bereich der Oberfläche nicht vermeiden.Over-watering of the filter can be avoided in part by drainage. However, only to the extent that the structure of the filter allows this. A drying up of the Filters, however, can be at least in the area of the given bed Do not avoid the surface.

Biofilter sind in der Regel aus Schüttmaterial in einer Dicke von 1-1,5 m aufgebaut. Je nach Anfall der zu reinigenden Abluft nehmen sie dabei Oberflächen von mehreren Quadratmetern bis zu 30 000 m2 und mehr ein. Sie sind im freien angelegt und somit voll den Witterungseinflüssen ausgesetzt. Bei starker Sonneneinwirkung trocknet die Oberfläche schnell aus und beeinträchtigt damit wesentlich die Filterwirkung.Biofilters are usually made of bulk material with a thickness of 1-1.5 m. Depending on the amount of exhaust air to be cleaned, they take off surfaces several square meters up to 30,000 m2 and more. They are created outdoors and thus fully exposed to the weather. In strong sunlight dries out the surface quickly and thus significantly affects the Filter effect.

Hier setzt die Erfindung ein.This is where the invention comes in.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Oberfläche solcher Biofilter so zu Veredeln, daß das Austrocknen weitestgehend vermieden wird, daß die Feuchtigkeitsaufnahme bei starken Regen begrenzt wird, ohne daß die Filterwirkung beeinträchtigt ist.It is an object of the invention to refine the surface of such biofilters in such a way that the drying out is largely avoided that the moisture absorption heavy rain is limited without affecting the filter effect.

Erfindungsgemäß wird das dadurch gelöst, daß eine Matte auf das Biofilter aufgebracht wird, die eine offenporige Struktur aufweist und darüber hinaus ein feines nicht tiefgreifenden Wurzelwerk besitzt und an der Oberfläche eine gleichmäßige Begrünung flachen Wuchses besitzt.According to the invention this is achieved in that a mat on the biofilter is applied, which has an open-pore structure and also a has fine, non-deep root system and a surface on the surface uniform greening of flat growth.

Der Vorteil solcher Abdeckmatten ergibt sich dadurch, daß die Sonneneinwirkung vom eigentlichen Filtermaterial ferngehalten wird. Zum anderen dadurch, daß die Abdeckmatte Feuchtigkeit speichert und bei starken Regenfällen vermeidet, daß zu viel Wasser nach unten in das Filter eindringt. Darüber hinaus kann die Abdeckmatte noch von Drainwege durchzogen sein, durch die zuviel Wasser ableitbar ist.The advantage of such cover mats results from the fact that the sun is kept away from the actual filter material. Secondly, in that the Covering mat stores moisture and avoids that in heavy rain a lot of water penetrates down into the filter. In addition, the Covering mat must still be drained through which too much water can be derived.

In den Zeichnungsbeispielen ist der Aufbau des gesamten Filters gezeigtThe structure of the entire filter is shown in the drawing examples

Fig. 1 zeigt den Filteraufbau Fig. 1 shows the filter structure

Fig. 2 zeigt den Abbau durch Mikroorganismen. Fig. 2 shows the degradation by microorganisms.

In Fig. 1 ist das organische Material 1 in eine Dicke von 1 m geschüttet. Unterhalb dieses Materials befindet sich der Abluftkanal 2 durch den die zu reinigende Abluft unter das Filtermaterial 1 geleitet wird und dieses dann durchströmt. Die Abluft wird durch Zuleitung 3 in den Filterbereich geleitet. Oberhalb des Biofilters liegt die Abdeckmatte 4 auf. Diese besteht aus Rollenbahnen oder Platten, die leicht auflegbar sind und jederzeit entfernt werden können. Damit ist zugleich ein leichter Austausch der Abdeckmatten gewährleistet.In Fig. 1, the organic material 1 is poured into a thickness of 1 m. Below this material is the exhaust air duct 2 through which the exhaust air to be cleaned is passed under the filter material 1 and then flows through it. The exhaust air is led through supply line 3 into the filter area. The covering mat 4 lies above the biofilter. This consists of roller conveyors or plates that are easy to put on and can be removed at any time. This also ensures easy replacement of the cover mats.

Um die Leisung offener Flächenbiofilter zu verbessern, wurde eine Matte entwickelt, die in ihrem Aufbau alle Voraussetzung erfüllt. Sie besteht im wesentlichen aus organischen Stoffen, die eine Wachstumsvoraussetzung für bestimmte Samen haben. Die eingebrachten Samen sind speziell gezüchtete Grassorten mit sehr feinem Wurzelwerk, das nicht mehr als einige cm tief reichend und ein lockeres feines Wurzelgeflecht bilden. Gleichzeitig ergeben sie eine offenporige Struktur als Verbundwerk aus Wurzelgeflecht und feinfaserigen organischen Stoffen, so daß die Durchströmung des Filters nicht beeinträchtigt wird. Darüber hinaus sind die Samen so gezüchtet, das sie geringen Wuchses sind und dennoch eine große Dichte aufweisen. Diese Abdeckmatte kann in ihrer Dicke variiert werden zwischen einigen cm bis zu 10-20 cm hin.To improve the performance of open area biofilters, a mat was created developed, which meets all requirements in its structure. It consists in essentially from organic Substances that have a growth requirement for certain seeds. The The seeds brought in are specially cultivated types of grass with very fine Root system that reaches no more than a few cm deep and a loose fine Form root network. At the same time, they result in an open-pore structure as Composite of root mesh and fine-fiber organic substances, so that the Flow through the filter is not affected. In addition, the seeds bred so that they are of low growth and yet a high density exhibit. This cover mat can be varied in thickness between a few cm up to 10-20 cm.

Die Eigenschaften dieser Abdeckmatte bestehen darin, daß sie aus der in der Abluft enthaltenden Feuchtigkeit genährt wird, daß sie bei starken Regenfällen viel Wasser bindet und daß sie bei starker Sonneneinwirkung infolge ihrer Stärke die Sonneneinwirkung stark reduziert und damit für die Aufrechterhaltung der im Filter notwendigen Feuchtigkeit sorgt.The properties of this cover mat are that it comes from in the exhaust air containing moisture is nourished so that it rains a lot of water during heavy rains binds and that the strong Sun exposure greatly reduced and thus for the maintenance of the filter necessary moisture.

In den Fällen, wo die Matte durch Samenzuflug von anderen Kräutern im Laufe der Jahre beeinträchtigt ist, läßt sie sich leicht entfernen und durch neue Matten ersetzen. So wird eine ständige gleichmäßige Begrünung der Filteroberfläche aufrechterhalten, die keine weitere Bearbeitung erfordert.In cases where the mat is fed by other herbs during the course of Years, it can be easily removed and replaced with new mats replace. This ensures a constant, even greening of the filter surface that does not require further processing.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß die Matte eine Pufferkapazität gegenüber pH-Schwankungen in der Wurzelzone erbringt. Ein nicht begrüntes Filter ist in allen Tiefenzonen stark sauer - bedingt durch die bei der Oxidation von Ammoniak entstehenden Säuren - wohingegen das begrünte Filter insbesondere im Wurzelbereich der Begrünung nur schwache pH-Werte besitzt. Da die meisten Organismen ihr pH-Optimum im neutralen Bereich haben, ist die Pufferwirkung des durchwurzelten Bereiches für die Stoffwechselaktivität der Mikroorganismenpopulation bedeutungsvoll.Another advantage results from the fact that the mat has a buffer capacity against pH fluctuations in the root zone. A green filter is strongly acidic in all deep zones - due to the oxidation of Ammonia generated acids - whereas the green filter in particular in Root area of the greenery has only weak pH values. Since most Organisms have their pH optimum in the neutral range, is the buffer effect of the rooted area for the metabolic activity of the Microorganism population meaningful.

Der pH-Wert beschreibt die Wasserstoffionenkapazität einer wäßrigen Lösung. Bakterien wachsen in der Regel bei neutralem bis leicht alkalischem pH-Wert am besten. Pilze bevorzugen dagegen einen leicht sauren pH-Wert. Ein Biofilter aus organischen Materialien ist in der Lage durch Pufferkapazität pH-Schwankungen in gewissen Grenzen auszugleichen.The pH value describes the hydrogen ion capacity of an aqueous solution. Bacteria usually grow at a neutral to slightly alkaline pH best. Mushrooms, on the other hand, prefer a slightly acidic pH. A biofilter organic materials is capable of fluctuations in pH due to buffering capacity balance certain limits.

Dieses wird noch durch die Begrünung unterstützt. Durch diese wird außerdem dazu beigesteuert, daß die Temperatur im darunterliegenden Filter ansteigt, ohne jedoch zu hohe Werte zu erreichen. Das Temperaturoptimum der meisten Mikroorganismen liegt zwischen 15°C und 40°C.This is supported by the greening. Through this also becomes contributed that the temperature in the filter below rises, but without to reach too high values. The temperature optimum of most Microorganisms are between 15 ° C and 40 ° C.

In Fig. 2 ist der Abbau der Schadstoffe dargestellt. Durch die Oxidation wird eine Vermehrung der Zelle und somit ein Aufbau der Biomasse begünstigt. Das Aufbringen der Abdeckmatte hat somit zur Folge, daß der Reinigungseffekt für die Abluft verbessert wird und gleichzeitig ein Erosionsschutz eintritt.The degradation of the pollutants is shown in FIG . The oxidation promotes an increase in the cell and thus a build-up of the biomass. The application of the cover mat thus has the result that the cleaning effect for the exhaust air is improved and at the same time protection against erosion occurs.

Durch die Abluft werden Pilze und Bakterien durch das Filter hindurch nach oben getragen, die normalerweise in die Umluft gelangen. Diese Pilze und Bakterien werden weitestgehend in der Abdeckmatte aufgenommen, so daß diese durch ihre Begrünung diesem Keimaustrag entgegenwirken. Somit bildet die Abdeckmatte ein zusätzliches biologisches Sicherheitsnetz. Auch wird durch die verbesserte Feuchtigkeit im Biofilter ein verstärkter Pilzanfall verhindert, da diese nur im Trockenen besonders gut gedeihen.The exhaust air removes fungi and bacteria through the filter worn, which normally get into the air. These fungi and bacteria are largely taken up in the cover mat, so that this through their Counteract greening this germ discharge. The cover mat thus forms additional biological safety net. Also, the improved Moisture in the biofilter prevents an increased fungal attack, since this only occurs in Dry particularly well.

Claims

1. Biofilter for biological exhaust air purification consisting of layered organic materials in which the ingredients of flowing gases are broken down by metabolic activity of microorganisms, characterized in that the entire surface of the filter is covered with a cover mat which is formed from organic substances, an open-pore structure has and a fine non-deep roots, so that a uniform greening of the filter surface can be achieved.

2. Biofilter according to claim 1, characterized in that the cover mat made of organic materials such as coconut fibers, Jute and the like. Is formed with short-growing green-forming seeds are interspersed.

3. Biofilter according to claim 1 and 2, characterized in that the cover mat is plate-shaped.

4. Biofilter according to claim 1 and 2, characterized in that the cover mat is made as a roller conveyor.

5. Biofilter according to claim 1 to 4, characterized in that the cover mat is interchangeable.

6. Biofilter according to claim 1, characterized in that the cover mat is plate-shaped or roll-shaped has a closed structure on all sides, which organic substances interspersed with seeds picks up and that the seeds green plants with fine not deep root system and only short growing stalks form and that the surrounding the green plants organic substances are also the nutrients for the Form growth.

7. Biofilter according to claim 1, characterized in that the cover mat as a biological safety net Germ discharge caused by fungi and bacteria, counteracts.