DE9304082U1 - Biofilter for air purification - Google Patents
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Description
Biofilter zur Reinigung von LuftBiofilter for air purification
Die Erfindung betrifft ein Biofilter zur biologischen Reinigung von kontaminierter und/oder mit Geruchsstoffen beladener Luft mit integrierter Luftbefeuchtungseinrichtung, das eine Filterpackung aus organischem oder anorganischem Material enthält, auf dem Mikroorganismen angesiedelt sind. Diese nutzen die in der Abluft enthaltenen Schad- oder Geruchsstoffe für ihren Stoffwechsel, wodurch die Luftreinigung erreicht wird.The invention relates to a biofilter for the biological purification of contaminated and/or odorous air with an integrated air humidification device, which contains a filter pack made of organic or inorganic material on which microorganisms are settled. These use the pollutants or odorous substances contained in the exhaust air for their metabolism, thereby achieving air purification.
Im allgemeinen bestehen Biofilteranlagen aus einer Luftabsaugeinrichtung (Gebläse, Pumpe), die den Transport der zu filternden Luft zum Biofilter realisiert, einer Luftkonditionierungseinrichtung, die die zu filternde Luft für den biologischen Schadstoffabbau konditioniert (Einstellung der für den Schadstoffabbau limitierenden Faktoren wie Wassergehalt, pH-Wert und Nährstoffgehalt der Luft sowie deren Kühlung, Entstaubung und Entfettung) und dem Biofilter selbst, in dem der eigentliche biologische Schadstoffabbau durch die auf dem Trägermaterial angesiedelten und nach einer gewissen Einfahrphase an den Schadstoff adaptierten Mikroorganismen erfolgt. Als Trägermaterial kommen organische Substanzen wie HoIzrückstände und Rindenmulch, Torf oder Kompost (Firmenprospekt Kessler & Luch) oder/und anorganische Substanzen, wie geschäumte Glaskugeln (Firmenprospekt Seus Systemtechnik), Faservlies (DE 9 104 963) und getrocknetes poröses Backgut (DE 9 104 175) zum Einsatz. Eine bekannte Lösung (Firmenprospekt Kessler & Luch) nutzt Abrollcontainer ohne Dach als Filterbehälter, wobei am Boden des Containers ein Holzrost angeordnet ist, auf dem Rindenmulch lagert. Die Luft wird unterhalb des Holzrostes eingeblasen und verteilt über den gesamten Querschnitt durch die Rindenmulchpackung gedrückt. Zwischen die Luftabsaugeinheit und das Biofilter ist ein zylindrisches Luftbefeuchtungsmodul geschaltet, in das die Luft tangential eintritt, wodurch Stäube abzykloniert werden sollen und die staubfreie Luft über Düsen, durch die eine Pumpe Wasser vom Sumpf der Einrichtung versprüht, befeuchtet wird. Nachteilig bei dieser Anlage ist, daß aufgrund des nach oben offenenIn general, biofilter systems consist of an air extraction device (blower, pump) that transports the air to be filtered to the biofilter, an air conditioning device that conditions the air to be filtered for the biological degradation of pollutants (setting the factors that limit the degradation of pollutants such as water content, pH value and nutrient content of the air as well as its cooling, dedusting and degreasing) and the biofilter itself, in which the actual biological degradation of pollutants takes place through the microorganisms that are located on the carrier material and, after a certain running-in phase, adapt to the pollutant. Organic substances such as wood residues and bark mulch, peat or compost (Kessler & Luch company brochure) and/or inorganic substances such as foamed glass beads (Seus Systemtechnik company brochure), nonwoven fabric (DE 9 104 963) and dried porous baked goods (DE 9 104 175) are used as carrier materials. A well-known solution (Kessler & Luch company brochure) uses roll-off containers without a roof as filter containers, with a wooden grate on the bottom of the container on which bark mulch is stored. The air is blown in below the wooden grate and pressed through the bark mulch pack, distributed over the entire cross-section. A cylindrical air humidification module is connected between the air extraction unit and the biofilter, into which the air enters tangentially, whereby dust is cycloned and the dust-free air is humidified via nozzles through which a pump sprays water from the sump of the facility. The disadvantage of this system is that due to the upwardly open
Filterbehälters Luft nur durchgedrückt, aber nicht durchgesaugt
werden kann. Das Besaugen ist aber zumindest in den Fällen besser, in denen physiologisch bedenkliche Verunreinigungen zu entfernen
sind und man ein Polizeifilter auf Aktivkohlebasis nachschalten
muß. Aus dem Biofilter tritt mit Feuchtigkeit nahezu gesättigte Luft aus. Die Aktivkohle darf aber nur mit Luft einer maximalen
relativen Luftfeuchte von 50% beaufschlagt werden. Die Luft muß also getrocknet werden, zweckmäßigerweise durch Erwärmen. Beim
Besaugen des Biofilters kann diese Temperaturerhöhung durch eine wärmeerzeugende Vakuumpumpe bzw. ein Gebläse übernommen werden.
Ist jedoch diese Luftabsaugeinheit, wie im beschriebenen Fall, dem Biofilter vorgeschaltet, muß zusätzlich ein Kondensator zwischen
Biofilter und Aktivkohlefilter geschaltet werden. Ein Besaugen ist
aber bei der Kastenbauweise allein aus Steifigkeitsgründen problematisch, da die Druckfestigkeit gegen Unterdruck nur sehr
gering ist, was selbstverständlich auch auf zu hohe Überdrücke zutrifft. Dem wird mit der Wabenbauform, einer Filtersäule über
sechseckiger Grundfläche, etwas besser Rechnung getragen.
Die Wabenbauform wird auch von der Firma Braintech (Firmenprospekt)
angewendet. Im Gegensatz zu den beiden erstgenannten Beispielen befindet sich bei dem Biofiltermodul dieser Firma die
Luftbefeuchtungseinrichtung nicht extern, sondern innerhalb des Biofiltermoduls. Das hat zumindest den Vorteil, das das Kondensat
bei übersättigter Luft wieder von selbst in den unter der Filterpackung befindlichen Wasserspeicher zurückfließen kann. Bei
den zuerst beschriebenen Bauformen muß das Kondensat, daß auch infolge einer Querschnittserweiterung der Luftführung in den
Biofilter ausfällt, zurückgeleitet werden. Das erfordert zusätzliche Armaturen und Wartungsaufwand.filter container, air can only be pushed through, not sucked through. However, suction is better at least in cases where physiologically questionable contaminants need to be removed and an activated carbon-based police filter has to be installed downstream. Air that is almost saturated with moisture comes out of the biofilter. However, the activated carbon may only be exposed to air with a maximum relative humidity of 50%. The air must therefore be dried, preferably by heating. When the biofilter is suctioned, this temperature increase can be taken care of by a heat-generating vacuum pump or a blower. However, if this air suction unit is installed upstream of the biofilter, as in the case described, an additional condenser must be installed between the biofilter and the activated carbon filter. However, suction is problematic with the box construction for reasons of rigidity alone, since the pressure resistance against negative pressure is very low, which of course also applies to excessive overpressure. This is taken into account somewhat better with the honeycomb design, a filter column with a hexagonal base.
The honeycomb design is also used by the Braintech company (company brochure). In contrast to the first two examples, the air humidification device in this company's biofilter module is not external, but inside the biofilter module. This at least has the advantage that the condensate can flow back into the water reservoir under the filter pack when the air is oversaturated. In the first designs described, the condensate, which also falls out as a result of an expansion of the cross-section of the air duct in the biofilter, must be fed back. This requires additional fittings and maintenance work.
Bei allen drei vorgestellten Varianten wird mit einer aktiven Luftbefeuchtung durch das Versprühen von Flüssigkeit über Düsensysteme mit Hilfe, einer Pumpe gearbeitet. Der erhöhte maschinentechnische Aufwand (Pumpe, Düsensysteme, evtl. Rührerund Dosiersysteme), aber auch der steuerungstechnische und Wartungsaufwand (Trockenlaufschutz für Pumpe, Feststoffilter vor Düsen) liegt dabei auf der Hand. Dementsprechend hoch sind die Kosten. Bei verschiedenen Biofiltermodulen erhöht sich dieser Aufwand noch dadurch, daß es keine zentrale Luftbefeuchtungs-All three variants presented use active air humidification by spraying liquid through nozzle systems with the help of a pump. The increased mechanical engineering effort (pump, nozzle systems, possibly stirrer and dosing systems), but also the control technology and maintenance effort (dry-run protection for pump, solids filter in front of nozzles) is obvious. The costs are correspondingly high. With various biofilter modules, this effort is increased even further by the fact that there is no central air humidification system.
einrichtung gibt, jedes Modul besitzt eine eigene Versprüheinrichtung. device, each module has its own spraying device.
Eine zweckmäßige Bauform beschreibt DE 4 105 390 mit einem Kompaktbiofilter mit Filterbehälter und Filterrost für das Filtermaterial und einer Wassersole zum Konditionieren der Luft unter dem Filterrost. Die Luft wird über die Wasseroberfläche geführt. Diese einfache Methode reicht aber nicht immer aus, wenn die Luft mit ganz bestimmten, größeren Mengen von Wasser, Nährstoffen u.a. angereichert werden muß.DE 4 105 390 describes a practical design with a compact biofilter with filter container and filter grate for the filter material and a water brine for conditioning the air under the filter grate. The air is passed over the water surface. However, this simple method is not always sufficient if the air has to be enriched with very specific, larger amounts of water, nutrients, etc.
Das Prinzip der Abluftreinigung durch die Nutzung natürlicher Stoffwechselprozesse von Mikroorganismen ist eine zukunftsorientierte Alternativlösung zur Aktivkohleadsorption. Der Nachteil von Aktivkohlefiltern gegenüber Biofiltern ist darin zu sehen, daß bei ersteren lediglich eine Verlagerung des Schadstoffes aus der Luft an die Aktivkohle geschieht und damit das Entsorgungsproblem für die Schadstoffe bestehen bleibt. Mit Biofiltern werden die Schadstoffe in physiologisch unbedenkliche Stoffe, wie Kohlendioxid, Wasser und Biomasse, umgesetzt, das heißt: Die Schadstoffe werden vernichtet. Die Vorteile des Aktivkohlefilters gegenüber den Biofiltern liegen noch immer in ihrer hohen Sicherheit und in dem einfachen Apparateaufbau, verbunden mit einem Minimium an Meß-, Steuer- und Regeltechnik. Darauf gründen sich auch der niedrige Preis der Filterelemente sowie ein geringer Wartungsaufwand.The principle of exhaust air purification by using the natural metabolic processes of microorganisms is a future-oriented alternative solution to activated carbon adsorption. The disadvantage of activated carbon filters compared to biofilters is that the former merely transfer the pollutants from the air to the activated carbon, thus leaving the problem of disposal of the pollutants. With biofilters, the pollutants are converted into physiologically harmless substances such as carbon dioxide, water and biomass, which means that the pollutants are destroyed. The advantages of activated carbon filters compared to biofilters still lie in their high level of safety and the simple device structure, combined with a minimum of measurement, control and regulation technology. This is also the basis for the low price of the filter elements and the low maintenance effort.
Der in Anspruch 1 dargelegten Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Biofilter in Modulbauweise mit den Vorteilen eines Aktivkohlefilters zu schaffen, insbesondere mit einer hohen Sicherheit in der Reinigungsleistung und mit niedrigen Herstellungskosten sowie geringen Wartungskosten durch einfachen apparativen Aufbau. Mit der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt die Luftkonditionierung passiv und automatisch. Durch die geneigte Mündung des Lufteintrittsstutzens auf die Oberfläche der Konditionierungslösung in Verbindung mit der Absaugung für die Injektordüse und der Anordnung unter der Filterpackung finden eine stetige Homogenisierung der Luftkonditionierungslösung und ein ständiger Rücklauf der Luftübersättigungsfeuchte statt, ohne daß Pumpen, Steuer-, Meß- und Regeleinrichtungen oder andereThe invention set out in claim 1 is based on the problem of creating a biofilter in modular construction with the advantages of an activated carbon filter, in particular with a high level of safety in cleaning performance and with low manufacturing costs as well as low maintenance costs due to a simple apparatus design. With the solution according to the invention, the air conditioning takes place passively and automatically. Due to the inclined mouth of the air inlet nozzle on the surface of the conditioning solution in conjunction with the suction for the injector nozzle and the arrangement under the filter packing, a constant homogenization of the air conditioning solution and a constant return of the air supersaturation moisture take place without the need for pumps, control, measuring and regulating devices or other
Hilfsgeräte verwendet werden. Das ganze erfolgt passiv, also wartungsfrei und automatisch. Damit wird eine einfache Handhabung des Biofilters wie bei einem Aktivkohlefilter erreicht. Da auf jegliche aktive Bauelemente verzichtet wird, ist der Anschaffungspreis relativ niedrig und ähnlich dem von Einrichtungen mit Aktivkohlefiltern. Trotzdem bleiben die Vorteile eines Biofilters-Vernichtung der Schadstoffe anstelle ihrer Ansammlung- voll erhalten. Mit den Unteransprüchen wird darüber hinaus eine Optimierung des Wirkungsgrades des Biofilters erreicht. Außerdem gestattet die Erfindung die Verwendung des Biofilters sowohl im Druck-, wie auch im Saugbetrieb, wodurch eine hohe Flexibilität erreicht wird. Diese wird noch erweitert durch die Modulbauweise, so daß eine Biofilteranlage dem Anfall von Abluft angepaßt werden kann. Es lassen sich Biofilter beliebig parallel und/oder in Reihe schalten, wobei in jedem einzelnen Modul eine auf der Basis passiver Wasserzerstäubung funktionierende Luftbefeuchtungskammer integriert ist und dadurch keine separate Luftbefeuchtungseinrichtung notwendig ist.Auxiliary devices can be used. The whole thing is passive, i.e. maintenance-free and automatic. This makes the biofilter as easy to handle as an activated carbon filter. Since there are no active components, the purchase price is relatively low and similar to that of systems with activated carbon filters. Nevertheless, the advantages of a biofilter - destruction of pollutants instead of their accumulation - are fully retained. The subclaims also achieve an optimization of the efficiency of the biofilter. In addition, the invention allows the use of the biofilter in both pressure and suction mode, which achieves a high level of flexibility. This is further expanded by the modular design, so that a biofilter system can be adapted to the amount of exhaust air. Biofilters can be connected in parallel and/or in series as required, with an air humidification chamber that functions on the basis of passive water atomization being integrated into each individual module, meaning that no separate air humidification device is necessary.
Ein Ausführungbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigenAn embodiment of the invention is shown in the drawing.
Fig.l eine Seitenansicht des Biofiltermoduls, teilweiseFig.l a side view of the biofilter module, partially
geschnitten, und
Fig.2 ein Detail des Injektors.cut, and
Fig.2 a detail of the injector.
Die beladene Abluft strömt im Aufstrom durch einen gasdichten rotationssymmetrischen Behälter 1, der in zwei Kammern unterteilt
ist: Eine Filterkammer la und eine darunter liegende Konditionierungskammer Ib. Beide sind durch einen perforierten
Boden 2, der die Filterpackung 3 mit den Mikroorganismen trägt, unterteilt. Der Luftstrom tritt durch einen seitlichen
Lufteintrittsstutzen 4 am Kopf der Konditionierungskammer Ib ein und staut sich dort infolge des Druckverlustes an der darüber
befindlichen Filterpackung 3. Dadurch durchströmt er die
Filterpackung 3 gleichmäßig und tritt darüber durch einen Abluftstutzen 5 im Klappdeckel 6 am Kopf der Filterkammer la aus.
Vom Boden der Konditionierungskammer Ib, in der sich die für die Luftbefeuchtung, den Säuerungsgrad und das Nährstoffangebot
verantwortliche Konditionierungslösung 10 befindet, führt eineThe loaded exhaust air flows upstream through a gas-tight, rotationally symmetrical container 1, which is divided into two chambers: a filter chamber la and a conditioning chamber Ib located underneath. Both are divided by a perforated base 2, which carries the filter pack 3 with the microorganisms. The air flow enters through a lateral air inlet nozzle 4 at the top of the conditioning chamber Ib and accumulates there as a result of the pressure loss at the filter pack 3 located above. As a result, it flows evenly through the filter pack 3 and exits through an exhaust air nozzle 5 in the hinged lid 6 at the top of the filter chamber la.
From the bottom of the conditioning chamber Ib, in which the conditioning solution 10 responsible for the air humidification, the degree of acidification and the nutrient supply is located, a
Saugleitung 7 geringer Nennweite (entsprechend der Injektorberechnung nach Bernoulli) direkt in den Lufteintrittsstutzen 4. Infolge der durch eine konische Querschnittsverengung 8 im Lufteintrittsstutzen 4 erzeugten Geschwindigkeitserhöhung entsteht in der Saugleitung 7, die am Rande des sich bildenden Strömungsprofils 9 mündet, ein Unterdruck, der die Konditionierungslösung 10 aus der Konditionierungskammer Ib in den Lufteintrittsstutzen 4 saugt (Injektorprinzip), wo sie durch den Luftstrom zerrissen und in Form fein verteilter Tropfen von der Luft mitgerissen wird. Zweckmäßigerweise ist die Querschnittsverengung 8 im Lufteintrittsstutzen 4 im Querschnitt variabel und im Verhältnis zur Mündung der Saugleitung verschiebbar. Um den Ausgang der Saugleitung 7 am Rande des Strömungsprofils 9 justieren zu können, ist die Saugleitung 7 in einer Leitungsdurchführung 14 vertikal verschiebbar und arretierbar gestaltet. Damit läßt sich die Menge der mitgerissenen Konditionierungslösung einstellen. Die Saugleitung 7 besteht vorzugsweise aus einem transparenten Schlauch, so daß sie gleichzeitig als Füllstandsanzeige dienen kann.Suction line 7 of small nominal width (according to the injector calculation according to Bernoulli) directly into the air inlet nozzle 4. As a result of the increase in speed generated by a conical cross-sectional constriction 8 in the air inlet nozzle 4, a negative pressure is created in the suction line 7, which opens at the edge of the flow profile 9 that is being formed, which sucks the conditioning solution 10 from the conditioning chamber Ib into the air inlet nozzle 4 (injector principle), where it is torn up by the air flow and carried along by the air in the form of finely distributed drops. The cross-sectional constriction 8 in the air inlet nozzle 4 is expediently variable in cross-section and can be moved in relation to the mouth of the suction line. In order to be able to adjust the outlet of the suction line 7 at the edge of the flow profile 9, the suction line 7 is designed to be vertically movable and lockable in a line feedthrough 14. This allows the amount of conditioning solution entrained to be adjusted. The suction line 7 preferably consists of a transparent hose so that it can also serve as a level indicator.
Die so ohne Zusatzeinrichtungen, wie Pumpen, zugleich befeuchtete und konditionierte Luft gelangt, nachdem sie in der Konditionierungskammer Ib über den gesamten Packungsquerschnitt verteilt wurde, in die Filterkammer la. Über einen Probenahmestutzen 11 können der pH-Wert und der Nährstoffgehalt der Konditionierungslösung 10 überwacht werden und bei Bedarf Wasser, Säuren, Laugen und Nährstoffe nachdosiert werden. Durch die Neigung des Lufteintrittsstutzens 4 auf die Flüssigkeitsoberfläche wird, infolge von Turbulenzen beim Auftreffen des Luftstromes auf die Flüssigkeitsoberfläche, eine Vermischung der Eintrittsluft mit der Konditionierungslösung 10 erreicht sowie eine stetige Bewegung der gesamten Konditionierungslösung 10 und dadurch eine automatische Homogenisierung der Konditionierungslösung 10 und gegebenenfalls eine Nachbefeuchtung der Luft, falls diese noch nicht gesättigt ist. Ein weiterer Stutzen 12 am Kopf der Konditionierungskammer Ib dient der Luftweiterleitung bei der Parallelschaltung mehrerer Biofiltermodule. Bei Reihenschaltung oder der Nutzung nur eines Moduls wird dieser Stutzen 12 abgeblindet. In diesem Fall kann dieser Stutzen 12 statt zur Weiterleitung von Luft zur Nachdosie-The air, which is thus simultaneously humidified and conditioned without additional equipment such as pumps, reaches the filter chamber la after it has been distributed in the conditioning chamber Ib over the entire packing cross-section. The pH value and the nutrient content of the conditioning solution 10 can be monitored via a sampling nozzle 11 and water, acids, alkalis and nutrients can be added if necessary. Due to the inclination of the air inlet nozzle 4 on the liquid surface, a mixing of the inlet air with the conditioning solution 10 is achieved as a result of turbulence when the air flow hits the liquid surface, as well as a constant movement of the entire conditioning solution 10 and thus an automatic homogenization of the conditioning solution 10 and, if necessary, a re-humidification of the air if it is not yet saturated. Another nozzle 12 at the head of the conditioning chamber Ib is used to pass on the air when several biofilter modules are connected in parallel. When connected in series or only one module is used, this nozzle 12 is blinded. In this case, this nozzle 12 can be used for re-dosing instead of for forwarding air.
rung von Konditionierungslösung 10 genutzt werden. Der Stutzen 12 hat eine wesentlich, wenigstens um die Hälfte kleinere Nennweite als der Lufteintrittsstutzen 4, um zu verhindern, daß der Druckverlust über die Packung des ersten Filters zu groß wird und sich eine Vorzugsströmung über das zweite Filter ausbildet.conditioning solution 10. The nozzle 12 has a significantly smaller nominal diameter, at least half that of the air inlet nozzle 4, in order to prevent the pressure loss across the packing of the first filter from becoming too great and a preferential flow from developing across the second filter.
Nach dem Durchtritt der kontaminierten Luft durch den Siebboden 2 und ihrem Eintritt in die Filterkammer la erfährt sie infolge einer Querschnitserweiterung 13 eine Verringerung der Geschwindigkeit und eine Druckminderung, wodurch übersättigter Dampf kondensiert und infolge der Schwerkraft automatisch in die Konditionierungskammer Ib zurückläuft.After the contaminated air passes through the sieve bottom 2 and enters the filter chamber 1a, it experiences a reduction in speed and a reduction in pressure as a result of a cross-sectional expansion 13, whereby supersaturated steam condenses and automatically flows back into the conditioning chamber 1b as a result of gravity.
Die rotationssymmetrische Gestaltung des Biofilterbehälters 1 garantiert eine hohe Druckfestigkeit, wobei es unerheblich ist, ob die zu reinigende Abluft in den Behälter gedrückt oder durchgesaugt wird.The rotationally symmetrical design of the biofilter container 1 guarantees a high pressure resistance, whereby it is irrelevant whether the exhaust air to be cleaned is pressed into the container or sucked through.
Hierzu 1 Blatt ZeichnungFor this 1 sheet drawing
Claims (10)
dadurch gekennzeichnet,2. Biofilter according to claim 1,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,3. Biofilter according to claim 2,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,4. Biofilter according to claim 2,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,5. Biofilter according to claim 1,
characterized,
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9304082U DE9304082U1 (en) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | Biofilter for air purification |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9304082U DE9304082U1 (en) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | Biofilter for air purification |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE9304082U1 true DE9304082U1 (en) | 1993-07-08 |
Family
ID=6890874
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE9304082U Expired - Lifetime DE9304082U1 (en) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | Biofilter for air purification |
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| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE9304082U1 (en) |
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-
1993
- 1993-03-19 DE DE9304082U patent/DE9304082U1/en not_active Expired - Lifetime
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