CH511612A - Einrichtung zur Reinigung von gasförmigen Medien, insbesondere zur Belüftung und Klimatisierung von Räumen - Google Patents

Description

  
 



  Einrichtung zur Reinigung von gasförmigen Medien, insbesondere zur
Belüftung und Klimatisierung von Räumen
Sowohl für die Belüftung und Klimatisierung von Wohn-, Büro- und anderen Aufenthaltsräumen   (Kom-    fortbereich), als auch für die Herstellung bestimmter klimatischer Verhältnisse und Zustände in Räumen für medizinische Behandlungen, Herstellung, Verarbeitung und Lagerung verschiedener Materialien, Geräte usw.



  gewinnt die Verwendung entsprechend wirksamer Filter zunehmend an Bedeutung. Erhöhte Arbeitsleistungen und geringere Abwesenheitsquote zufolge gesünderer und   angenehmerer    raumklimatischer Verhältnisse sind die wesentlichsten Merkmale klimatisierter Räume.



   Bessere Qualitäten der Erzeugnisse und steigende Empfindlichkeit der Verfahrensanlagen, beispielsweise der Feinmechanik, bestimmen die Forderungen nach besseren Luftfilteranlagen.



   Allgemein stehen für diesen Zweck verschiedene Ausführungsarten von Nass- und Trockenfiltern (Faseroder keramisches Material), Elektrofiltern sowie chemischen Filtern in Verwendung. Daneben sind Einrichtungen bekannt geworden, bei denen das gewachsene Erdreich als Filter benutzt wird, in der Art, dass aus einem im Erdboden ausgehobenen, nach oben hin luftdicht abgeschlossenen Schacht die Luft herausgezogen wird. Diese Art der Filterung ist zwar wenig aufwendig, weist aber verschiedene Nachteile auf, und zwar zeigen die verschiedenen Bodenarten sehr ungleiche Abscheidungsgrade, vor allem hinsichtlich gasförmiger Verunreinigungen. Beispielsweise ist die Filterwirkung von Ton- und Sandböden für Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Phenole, Merkaptane und eine Reihe teils toxischer Gase im Vergleich zu humusreichen Böden sehr stark vermindert.

  Als weiterer   Nach-    teil erweist sich die geringe temperaturstabilisierende Wirkung dieser Anordnung mit Ansaugung aus abgedeckten Schächten zufolge der unzulänglichen Wärmeisolierung nach oben hin.



   Diese Nachteile sind bei der Einrichtung zur Reinigung von gasförmigen Medien, insbesondere zur Belüftung und Klimatisierung von Räumen, bei der ein im Erdreich befindlicher Hohlraum vom gasförmigen Medium durchströmt wird, erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass dieser Hohlraum von einer Schicht humusähnlichern Material umgeben ist, das zufolge seiner Zusammensetzung und Anreicherung mit biologisch aktiven, die Verunreinigungen abbauenden Mikroben   ais    selbstregenerierendes Filter wirkt. In dieser Anordnung dient das allseitig umgebende Erdreich auch bei sehr ungünstigen Bodenverhältnissen zumindest als Vor- und Grobfilter für Staub- und Schwebeteilchen, während die das humusähnliche Material darstellende Biosubstratschicht darüber hinaus zufolge biochemischer Abbauprozesse als Feinstfilter auch für unerwünschte Gase und Dämpfe wirken kann.

  Die Verlegung einer besonderen biologisch wirksamen Filterschicht in den Boden bietet den Vorteil, dass damit unabhängig von der Funktionsfähigkeit des vorhandenen Bodens stets eine sehr wirksame Filterwirkung erreicht wird, die überdies nach Bedarf durch gezielte Anreicherung mit entsprechenden mikrobiellen Populationen optimiert werden kann. Die Durchsatzgeschwindigkeit ist - abgesehen von rein aerodynamischen   Überlegungen -    dadurch begrenzt, dass für ein betrachtetes Luftpartikel für seinen Abbau eine gewisse Mindestverweilzeit im absorbierenden Medium erforderlich ist. Demnach erlaubt die Einfügung einer dünnen, aber sehr aktiven Filterschicht in den Ansaugeweg bei sonst gleichen geometrischen Verhältnissen einen erhöhten Durchsatz.

  Als weiterer Vorteil dieser Anordnung ergibt sich, dass der Filtersubstratschicht vom umgebenden Erdreich viel Feuchtigkeit zugeführt wird, die zusammen mit einer gewissen Mindesttemperatur zur Aufrechterhaltung der Mikrobenaktivität in ihr notwendig ist. Zweckmässigerweise wird daher diese hinreichend tief (Frostgrenze) in den Boden gesenkt. Überdies ist damit eine weitgehende Stabilisierung der durchströmenden Luft gegenüber den täglichen Schwankungen der Aussenluft gegeben. Beispielsweise zeigten Messungen an einem Augusttag Tagesschwankungen der Aussentemperatur  zwischen 14 und 24   O    C, an der Filterabluft hingegen lediglich eine solche zwischen 20 und 210 C. Einige Tage später schwankte die Aussentemperatur zwischen etwa 19 und 290 C, während die Abluft nur von etwa 20 auf   22     C anstieg.

  Diese Ablufttemperaturen entsprechen etwa dem örtlichen Jahresgang der Bodentemperatur in Filtertiefe, was sich so auswirkt, dass im Sommer die angesaugte Luft eine Abkühlung erfährt, während ihr in der übrigen Jahreszeit Wänne und zugleich Feuchtigkeit aus dem Boden zugeführt wird. Letzterer Effekt ist bei Belüftung beheizter Räume von besonderem Vorteil. Um diesbezüglich besonderen Ansprüchen zu genügen, kann zusätzlich eine, beispielsweise durch Feuchtefühler gesteuerte, Berieselung oder sonstige Befeuchtung des Bodens im Filterbereich vorgesehen werden.



   Um die Wirksamkeit der Filtereinrichtung auch bei extremen Witterungsverhältnissen zu gewährleisten, kann diese möglichst nahe dem Heizkeller oder sonstigem Kellergeschossraum angelegt und zweckmässigerweise die darüberliegende Bodenfläche mit Heu, Stroh, Laub oder in sonstiger geeigneter Weise abgedeckt werden.



   Zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Einrichtung kann vorgesehen werden, die Abgase der Heizeinlage für die zu belüftenden Räume nicht, wie üblich, durch einen Schornstein, sondern mittels eines künstlichen Zuges über ein biologisch aktives Filter ins Freie abzuführen, wobei dieses Abgasfilter neben dem Ansaugfilter im Erdreich zu liegen kommen kann. Diese Anordnung kann so beschaffen sein,   dass -    zwischen Zuluft- und Abluftfilter zwar ein guter Wärmeübergang, jedoch keine unmittelbare Gas- oder Luftaustauschmöglichkeit bestehen kann. Zu diesem Zweck kann das Abgasfilter nach unten und seitlich bis nahe an die Erdoberfläche hinauf vom umgebenden Erdreich luftdicht abgeschlossen sein.



   Von Bedeutung ist ferner die Belüftung von Schutzbauten im Sinne   des Zivilschutzes.    Hier werden an die Belüftungsanlage besonders hohe Anforderungen gestellt, denn es geht dabei nicht nur um eine ausreichende Luftversorgung schlechthin, sondern darüber hinaus kann auch ein Schutz gegen radioaktive Partikel und Aerosole bei Atombombeneinsatz wie auch gegen biologische Kampfmittel und chemische Kampfstoffe erreicht werden. Für diesen Zweck sind bisher sogenannte ABC Filter in Topfform oder in Kanalbauweise vorgesehen.



  Um derartige empfindliche Filter vor Druckstössen (Explosionswellen) und gröberen Stäuben zu schützen und deren Standzeit zu verlängern, wird bisher ein Grobsandfilter vorgeschaltet, das viel Platz einnimmt.



   Demgegenüber bietet das gegenständliche biologisch aktive Filter verschiedene Vorteile. Vor allem ist es einfacher und billiger in der Anschaffung und besitzt im Verband mit dem umgebenden Erdreich eine vom Grobstaub bis zu den allerfeinsten Stäuben und Aerosolen reichende sowie darüber hinaus bei geeigneter biologischer Aktivierung parktisch alle schädlichen Gase und Dämpfe umfassende, ausgezeichnete Abscheideleistung. Sogar für den biologischen Abbau des weder chemisch noch durch Aktivfilter zurückhaltbaren Kohlenmonoxyds lassen sich geeignete Bodenbakterienstämme finden und einsetzen. Überdies beansprucht diese Filteranordnung keinen zusätzlichen Platz, ist wartungsfrei und praktisch von unbegrenzter Standzeit.



   In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen:
Fig.   1    und 1 a ein Filter von zwei verschiedenen Seiten gesehen im Teilschnitt und
Fig. 2 eine Filterkombination im Vertikalschnitt.



   Gemäss Fig. 1 ist ein aus Geflecht, Gitter oder sonstigem drucksteifem Material 1 gebildeter Hohlkörper vorgesehen, der beidseitig von je einem Teil 2 abgeschlossen ist. Aus einem dieser Seitenteile 2 wird über einen Stutzen 3 die Luft aus dem Hohlkörper abgesaugt. Die Mantelfläche des hohlen Filtergerüstes ist von der biologisch aktiven Schicht 4 umschlossen. Um das Eindringen von Bodenkleintieren sowie von Teilen des Filtersubstrates usw. in den Hohlraum zu verhindern, befindet sich dazwischen ein engmaschiges Gewebe 5 aus verrottungsfestem Material. Der äussere Mantel 6 besteht aus ähnlichem Gewebe. Das Ganze ist so gestaltet, dass es als fertige Baueinheit mitsamt dem Ansaugschlauch in den Boden versenkt und mit dem Aushub zugeschüttet werden kann, dem je nach Bedarf Lockerungsstoffe beigemengt sein können.



   Fig. 2 zeigt in schematischer Schnittdarstellung eine beispielsweise Anordnung von kombinierter Zuluft- und Abluftfilterung. Räumlich benachbart befindet sich zwischen zwei Zuluftfiltern Z ein Abgasfilter, dessen wirksame Filtermasse sich in einer schachtartigen Vertiefung a befindet, die unten und seitlich bis in die Nähe der Erdoberfläche mit einer luft- und wasserdichten verrottungsfesten Folie oder ähnlichem Material ausgekleidet ist. Die untere Schicht dieses Filters, der die Abgase zugeführt werden, besteht aus   grobporigem    Material b, beispielsweise Kies oder Schlacke mit darüberliegender aktiver Schicht c, die in das umgebende Erdreich d übergeht. Am Boden ist eine Entwässerung e vorgesehen.



   Die Wirkungsweise des beschriebenen Biosubstratfilters resultiert im wesentlichen aus einer mechanischen Abscheidung, einer Adsorption und einem mikrobiellen Abbau.



   Je nach Verunreinigungsart wird der eine oder andere Abscheidevorgang vorherrschen. Bei staub- und russbeladener Luft erfolgt eine normale mechanische Abscheidung (Siebwirkung), während bei Gasen und Dämpfen Adsorption mit anschliessender Absorption (chemische Bindung) oder/und Abbau durch Mikroben zur Wirkung kommt. Bei der beschriebenen Anordnung des Filters im Erdreich ergibt sich bezüglich der Abscheidung von Stäuben und dergleichen der Vorteil, dass diese Teilchen bereits in der über dem Filter liegenden Erdschicht praktisch restlos abgeschieden werden und so die Biosubstratschicht (Mantel des Hohlkörpergerüstes) damit nicht belastet wird.

 

   Der hohe Abscheidegrad dieser Filterart beruht auf der strukturellen Zusammensetzung der Substratschicht mit ihrem hohen Gehalt an Kolloiden einerseits sowie dem sehr hohen spezifischen Porenvolumen (innere Oberfläche) anderseits. Diesen Kolloiden, die nur als wenig starke Filmschicht die nichtkolloidalen Teilchen des Substrates überziehen und deren kapillaren Hohlräume auskleiden, kommt bei der Abscheidung (abgesehen von ihrer Funktion als Sorptionskomplexe mit Ionenaustauschvorgängen) besondere Bedeutung zu. In diesem Milieu vollzieht sich im kontinuierlichen Ablauf Entstehung, Stoffwechsel und schliesslich Zerfall dieser in wohlgeordneter Gemeinschaft lebender Bakterien, Pilze, Aktinomyzeten und anderer Keime, von denen jeder cm3 des Substrates mehrere Milliarden als Einzellebewesen beherbergt.

  Die Nahrungsaufnahme in ihre Zellen erfolgt auf sorbtivem Weg über semi  permeable Membranen als wässrige Lösung und je nach Beschaffenheit und Menge des Nährstoffangebotes wird die darauf eingestellte Spezies virulent. Daneben gibt es aber auch die einzymatische Adaption, bei der die Mikroorganismen ihre Fähigkeit, eine Substanz enzymatisch zu spalten und als Nährlösung zu verwerten, realisieren. Neben dem Aufbau körpereigner Zellen erfolgt in diesen selbst laufend eine Stoff-Umsetzung und Ausscheidung. Die meisten Bakterien sind heterotroph, d. h. sie benützen organisches Material für ihren Bedarf und es gibt kaum ein organisches Molekül, das durch bestimmte Bakterienarten nicht zersetzt und ausgenützt werden könnte.

  Daneben gibt es eine Anzahl autotropher Formen, die von anorganischen Substanzen leben können und dabei ihren Energiebedarf durch Oxydation decken (Stickstoff-, Schwefel- und Eisenbakterien). Ausser diesen finden sich auch solche, die Methan, Ammoniak, Schwefeldioxyd, Schwefelwasserstoff, Phenol, Mercaptane usw. oxydativ verarbeiten.

 

   Als Trägermaterial für den gegenständlichen   Ver    wendungszweck kann eine Mischung, bestehend aus Torfmull, Kompost und Humus sowie einigen Zuschlagstoffen, als Lockerungsmittel dienen. Je nach konkretem Anwendungsfall werden nach Bedarf entsprechende biologische Aktivatoren (Impfkulturen) und Nährstoffe (z. B. Glukose) oder auch oberflächenaktive Stoffe (Adsobentien), wie Aluminiumoxyd, Kieselgelee, Cellulose Pulver usw. beigegeben.



   Für den Abscheideeffekt ist die Verweilzeit des zu reinigenden Gases im Filtermedium sehr wesentlich, so dass der Durchsatz entsprechend der Art und Menge der Verunreinigung dem Adsorptions- und Abbauvermögen angepasst sein muss. Je nach Anwendungsfall rechnet man mit einer spezifischen Flächenbelastbarkeit von etwa 100-500 m3 pro m2 und Stunde. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   I. Einrichtung zur Reinigung von gasförmigen Medien, bei der ein im Erdreich befindlicher Hohlraum vom gasförmigen Medium durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Hohlraum von einer Schicht humusähnlichem Material umgeben ist, das zufolge seiner Zusammensetzung und Anreicherung mit biologisch aktiven, die Verunreinigungen abbauenden Mikroben als selbstregenerierendes Filter wirkt.

   II. Verwendung der Einrichtung nach Patentanspruch I zur Filtrierung der Zu- und Abluft einer Belüftungs- und Klimatisierungsanlage eines Raumes.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die aus humus ähnlichem Material bestehende Schicht zumindest teilweise den Mantel eines korrosions- und verrottungsfesten Hohlkörpergerüstes bildet und sich in engem Kontakt mit dem Erdreich befindet.

   2. Verwendung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abluftfilter in unmittelbarer Nähe eines Zuluftfilters im Erdboden angeordnet wird.