專利名稱：純化限界房間中的空氣的生物學(xué)方法及其設(shè)備的制作方法
純化限界房間中的空氣的生物學(xué)方法及其設(shè)備
本發(fā)明涉及通過過濾來純化封閉環(huán)境中的空氣，使之與所述環(huán)境接觸的污 染("室內(nèi)污染")分離，具體地說，本發(fā)明涉及通過生物學(xué)方法凈化所述空氣 使之與污染物質(zhì)分離的設(shè)備。
更具體地說，所述設(shè)備包括裝配有生物群落和水-氣接觸裝置的水箱，其 中生物群落的任務(wù)是吸附和代謝所述污染物，而水-氣接觸裝置確保將空氣中 存在的所述污染物遞送入水箱本身中。
換言之，該設(shè)備的效力取決于將存在于室內(nèi)或工作場的空氣中的污染物遞 送至水箱所含的水中，還取決于該水箱自身所含生物群落的天然過濾能力。所 述生物群落有效構(gòu)成了真正的生物過濾器。
污染封閉環(huán)境的物質(zhì)來自于其外部(即，結(jié)構(gòu)來源(stmctural sources)或與 居住者有關(guān)的來源)和來自于其內(nèi)部(絕緣材料、建筑材料、涂料、膠水、黏合 劑、油漆等)的來源散發(fā)。
有限空間中存在的散發(fā)源數(shù)量多，由此導(dǎo)致存在的污染物性質(zhì)多種多樣， 從而使得室內(nèi)污染成為極其復(fù)雜且難以控制的一種污染形式。除了化學(xué)因素， 不同的生物學(xué)因素同時(shí)污染著寓所和類似房屋中的空氣。在這些因素中，螨蟲 起著特別的作用，其可在寓所中存在的灰塵和家養(yǎng)動(dòng)物的派生物中找到。此外， 還要算上細(xì)菌物質(zhì)，它們能在空調(diào)系統(tǒng)中繁殖，進(jìn)而產(chǎn)生危險(xiǎn)的生物懸浮顆粒 (bioaerosol)。以此方式，化學(xué)因素和生物學(xué)因素的組合毒害作用對(duì)人類健康產(chǎn) 生了不利的協(xié)同作用。
目前，對(duì)該類污染所造成問題的敏感程度越來越普遍，尤其是與工作環(huán)境 和/或室內(nèi)環(huán)境有關(guān)的問題。
由于室內(nèi)污染源多變并且難于對(duì)固定的情況(consolidated situation)起作 用，控制室內(nèi)污染源成問題，目前設(shè)想了不同的解決辦法。
第一種己知的解決辦法包括引入外部空氣借助通風(fēng)進(jìn)行干預(yù)(在(污染)源
有限和分布式的情況中)。第二種已知的解決辦法設(shè)想了固定形式的抽氣(在(污 染)源極大并定界的情況中)。然而，即使所述解決辦法能將污染物的濃度限制 在安全閾值以下，但難以應(yīng)用于室內(nèi)或工作環(huán)境準(zhǔn)確地體現(xiàn)了其缺點(diǎn)。
因此，在所述情況下，對(duì)污染物濃度唯一可能的干預(yù)包括過濾從外部引入 的空氣和環(huán)流空氣。該解決辦法的缺點(diǎn)也在于難以(尤其是)在已有的建筑物中 提供，并且要考慮到客觀的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)限制。此外，需要考慮過濾系統(tǒng)的維護(hù) 問題，除了體現(xiàn)額外的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，過濾系統(tǒng)會(huì)因飽和的過濾器釋放污染物而對(duì) 環(huán)境中的人有害。
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種方法和設(shè)備來克服上述缺點(diǎn)，所述方 法和設(shè)備通過生物處理封閉環(huán)境，例如室內(nèi)和/或工作環(huán)境中的空氣，從而顯著 降低和/或完全消除室內(nèi)污染。
上述目的通過裝配有活性生物元件或活性生物物質(zhì)的水箱和水-氣接觸裝 置來實(shí)現(xiàn)，其中活性生物元件或活性生物物質(zhì)設(shè)計(jì)成吸附和代謝造成室內(nèi)污染
的主要物質(zhì)，而水-(空)氣(water-air)接觸裝置確保將所述物質(zhì)從空氣遞送至水。 為攜帶所述活性生物物質(zhì)，水箱內(nèi)提供了一系列專門設(shè)計(jì)的物質(zhì)。 所述接觸裝置還包括上述水箱的蓋子，所述蓋子裝配有確定封閉環(huán)境的污
染空氣進(jìn)入水箱的入口的裝置，能將過濾空氣釋放入環(huán)境本身的裝置和照射水
箱的裝置。
本發(fā)明方法的效率與水、氣之間的接觸面成比例，為提高該效率，提供了 增加水箱中空氣湍流并有助于水流動(dòng)的裝置。
為進(jìn)一步提高本發(fā)明方法的凈化能力并確保輸出空氣的生物學(xué)純度，可設(shè) 想插入至少一個(gè)臭氧發(fā)生器來向輸入空氣流(待純化的空氣)和輸出空氣流(與 水接觸而得到過濾的空氣)提供臭氧。
所述臭氧發(fā)生器優(yōu)選執(zhí)行雙重功能，即破壞再次引入環(huán)境的空氣中可能存 在的細(xì)菌負(fù)荷，并確保有機(jī)污染物經(jīng)部分氧化而在水相中較快遞送(單用或在 氧化催化劑存在下)。事實(shí)上，引入輸入氣流的臭氧"分解"空氣自身中存在 的污染物復(fù)雜分子。
可能利用一臺(tái)臭氧發(fā)生器來產(chǎn)生兩個(gè)臭氧流，一個(gè)用于輸入空氣而一個(gè)用
于輸出空氣，或可利用兩臺(tái)不同的臭氧發(fā)生器， 一臺(tái)用于待過濾空氣的入口而 一臺(tái)用于經(jīng)水過濾的空氣的出口 。
此外，優(yōu)選用類型已知的臭氧消除裝置消除輸出空氣(已過濾并經(jīng)臭氧處 理消除了可能存在的細(xì)菌負(fù)荷)中的臭氧。臭氧消除裝置的非限制性例子是碳 過濾器。
活性生物物質(zhì)的代表可以為，例如水生植物，優(yōu)選為生長快速的水生植物、 藻類和基板所含和/或本身在生物和濕過濾系統(tǒng)中自發(fā)寄居的細(xì)菌菌落。
參考下文的詳述和附圖
可更好地理解本發(fā)明，所述附圖純粹是為了舉例說 明優(yōu)選的實(shí)施方式。
在附圖中
-圖l是本發(fā)明的透視圖； -圖2是本發(fā)明的橫剖面；
-圖3顯示了某些條件下本發(fā)明的過濾性能。
參考附圖，在所述的實(shí)施方式中，本發(fā)明設(shè)想了一種水箱V，其裝有多種 活性生物物質(zhì)B和水-氣接觸裝置，所述活性生物物質(zhì)設(shè)計(jì)用于吸附和代謝水 中所含的來自封閉環(huán)境空氣中的污染物，所述水-氣接觸裝置設(shè)計(jì)用于將封閉 環(huán)境空氣中的所述物質(zhì)遞送至水箱V本身的水中。
在水箱V的底部裝有專門設(shè)計(jì)用于支持所述活性生物物質(zhì)B的基板。
水-氣接觸裝置包括水箱V的蓋子c,所述蓋子裝有確定封閉環(huán)境中的空
氣流入水箱(或反之亦然)的裝置，吸入水箱中的空氣將其釋放入所述環(huán)境(或反 之亦然)的裝置，以及光照裝置。
在圖2所示的實(shí)施例中，能使封閉環(huán)境中的空氣進(jìn)入水箱V的裝置由柵 格1構(gòu)成，而抽吸裝置由，例如至少一個(gè)導(dǎo)管風(fēng)扇(ductedfan)構(gòu)成，從而將經(jīng) 水箱V中的生物物質(zhì)純化的空氣釋放入封閉環(huán)境中。光照裝置由燈3構(gòu)成，優(yōu) 選適于促進(jìn)生物物質(zhì)B的生長和發(fā)育。
很明顯，作為所述抽吸裝置的替代方案，可能設(shè)想在對(duì)應(yīng)于柵格1的位置 安裝至少一個(gè)導(dǎo)管風(fēng)扇，其設(shè)計(jì)用于在蓋子和水的自由表面之間強(qiáng)制輸送空 氣。
由于本發(fā)明方法的效率隨著水氣之間接觸面的增加而提高，所以在水箱v 中提供了增加空氣湍流和由此增加水流動(dòng)的裝置。所述裝置由一個(gè)或多個(gè)偏轉(zhuǎn) 板4構(gòu)成。
為進(jìn)一步增加接觸面，可能在其內(nèi)部提供一個(gè)或多個(gè)部分浸沒在水中的轉(zhuǎn)盤5。所述轉(zhuǎn)盤5以低速轉(zhuǎn)動(dòng)，造成撞擊于其上的空氣有效地濕過濾并將附著 于其上的污染物遞送入水中。
優(yōu)選用多孔聚合材料制成所述轉(zhuǎn)盤5，從而也構(gòu)建了適于安置其它活性生 物物質(zhì)的基板。
應(yīng)該指出，根據(jù)需求和環(huán)境條件，可能在水箱V中提供水溫的恒溫調(diào)節(jié)器o
或者，還可利用以下裝置來提供水-氣接觸裝置裝配有具有文丘里效應(yīng) 的充氣器或噴射器的接觸柱，或者利用安裝在水箱V的蓋子C位置處的風(fēng)扇 裝置強(qiáng)制空氣以切線方向進(jìn)入水中的系統(tǒng)裝置。
水箱V優(yōu)選由玻璃或晶體玻璃或無毒的透明塑料材料制成。 很明顯，水箱V的尺寸取決于需要純化的空氣量，由此也取決于其所安 放的寓所的空間。
類似地，凈化效率取決于水箱V中存在的活性生物物質(zhì)的質(zhì)量和數(shù)量也明顯是事實(shí)。
對(duì)于活性生物物質(zhì)B，應(yīng)充分確保有適當(dāng)?shù)墓庹招r(shí)和定期攝入營養(yǎng)物。 基板S優(yōu)選是礦物并且具有非鈣質(zhì)性質(zhì)，粒度在0.02cm和l cm之間。
在任何情況中，應(yīng)該注意基板還可用有機(jī)和/或無機(jī)材料制成，可能經(jīng)適當(dāng)活化。 為進(jìn)一步純化空氣后再將其重新引入環(huán)境中，可以在所述風(fēng)扇2附近安裝殺菌燈。
按照本發(fā)明，純化限界環(huán)境(confined environment)中的空氣使其與造成室 內(nèi)污染的污染物相分離的方法基本上包括以下步驟
1- 將待純化的空氣強(qiáng)制輸送入專門提供的凈化水箱V中所含的濕過濾和 氣水接觸系統(tǒng)中；
2- 將凈化的空氣重新引入環(huán)境中；和3-凈化水以分離從空氣遞送入其中的污染物；利用專門提供的活性生物 物質(zhì)B，通過吸附和代謝水箱V中存在的污染物實(shí)施所述水的凈化。
所述設(shè)備有利地將限界環(huán)境中的空氣純化到可觀程度，同時(shí)確保環(huán)境本身 的最佳濕化作用。
第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在所述設(shè)備需要的能量消耗低這一事實(shí)。 第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在將所述設(shè)備安裝在需要凈化的環(huán)境中時(shí)無需對(duì)環(huán)境或 該環(huán)境本身所處的建筑物作任何結(jié)構(gòu)改動(dòng)。
第四個(gè)優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在所述設(shè)備無需大量維護(hù)，所承擔(dān)的成本不高這一事實(shí)。 其它優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在本發(fā)明方法的美學(xué)外觀類似于水族館/箱。 從圖3可以看出，進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn):在專門設(shè)計(jì)的可揮發(fā)有機(jī)化合物(VOC) 濃度等于0.010 mg/l的限界環(huán)境中，水箱V在約24小時(shí)內(nèi)徹底除去了上述環(huán) 境中存在的空氣中的VOC，所述水箱裝有1001水，裝配有活性生物物質(zhì)B(體 現(xiàn)為稠密且快速生長的水生植物)和強(qiáng)制切向循環(huán)(forced tangential circulation) 的氣-水接觸裝置，其中支持所述生物物質(zhì)B的基板S是具有石英基(quartz base) 且厚度約為6cm的無機(jī)類型。
現(xiàn)已根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式描述并說明了本發(fā)明，但不難理解任何本領(lǐng)域技 術(shù)人員可作出改進(jìn)和/或等價(jià)代換而不脫離本工業(yè)專利權(quán)(industrial patent right) 的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于純化封閉環(huán)境中空氣的凈化設(shè)備，其特征在于，其包括含水的水箱，用于將所述環(huán)境中的空氣強(qiáng)制輸送至濕過濾系統(tǒng)并使該空氣與水本身接觸的裝置，和用于純化水以分離從封閉環(huán)境空氣遞送到其中的污染物的生物學(xué)類型裝置，以減少或消除了封閉環(huán)境空氣中所含的污染物。
2. 如以上權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，其包括其中浸沒了多 種活性生物物質(zhì)(B)的水箱(V)，這些生物物質(zhì)設(shè)計(jì)用于吸附和代謝水中所含 的污染物，和設(shè)計(jì)用于將封閉環(huán)境空氣中的所述污染物遞送至水箱(V)本身 的水中的水-氣接觸裝置。
3. 如以上權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，由專門提供的基板(S) 支持所述活性生物物質(zhì)(B)。
4. 如以上權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述水-氣接觸裝置包括 水箱(V)的蓋子(C)，所述蓋子裝配有測定污染空氣與水箱(V)的水的接觸的裝 置，能將通過與水表面強(qiáng)制接觸而得到過濾的空氣釋放入環(huán)境本身的裝置，和 照射水箱的裝置。
5. 如以上權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，提供了用于增加水箱(V) 中空氣湍流和由此增加水流動(dòng)的裝置，以增加水和空氣之間的接觸面。
6. 如以上權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，增加水箱(V)中空氣湍流 的裝置由一個(gè)或多個(gè)偏轉(zhuǎn)板(4)構(gòu)成。
7. 如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，提供一個(gè)或多個(gè)部分浸沒 在水中的轉(zhuǎn)輥或轉(zhuǎn)盤(5)，以進(jìn)一步增加水-氣接觸面，所述轉(zhuǎn)輥(5)設(shè)計(jì)成為向 撞擊于其上的空氣提供濕表面并將附著于其上的物質(zhì)遞送入水中。
8. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，借助以下裝置來提供水-氣 接觸裝置裝配有具有文丘里效應(yīng)的離心泵或充氣器的接觸柱，或者借助安裝 在水箱(V)的蓋子(C)處的風(fēng)扇裝置強(qiáng)制空氣以切線方向流向水表面的系統(tǒng)。
9. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，提供了利用臭氧的氧化裝 置，該裝置設(shè)計(jì)成將臭氧釋放入進(jìn)入所述設(shè)備的空氣中，以進(jìn)一步促進(jìn)空 氣中的有機(jī)污染物遞送入水箱的水中。
10. 如以上權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，存在合適的氧化催化 劑從而進(jìn)一步提高了所述氧化裝置的氧化能力，所述氧化催化劑設(shè)計(jì)用于 分解空氣中存在的復(fù)雜污染物分子。
11. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，提供臭氧發(fā)生器或紫外 殺菌系統(tǒng)來確保離開所述設(shè)備的空氣的生物學(xué)純度。
12. 如以上權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，設(shè)計(jì)了適當(dāng)?shù)某粞跸?裝置來消除或減少離開所述設(shè)備的空氣流中存在的臭氧含量。
13. 如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述光照裝置有利于生物 物質(zhì)(B)的生長和發(fā)育。
14. 如權(quán)利要求4或13所述的凈化設(shè)備，其特征在于，所述光照裝置 由燈(3)構(gòu)成。
15. 如權(quán)利要求3所述的凈化設(shè)備，其特征在于，所述基板(S)是非鈣 質(zhì)性質(zhì)的礦物，其粒度在0.02cm和1 cm之間。
16. 如權(quán)利要求3所述的凈化設(shè)備，其特征在于，所述基板(S)由有機(jī)和/或無機(jī)材料制成。
17. 如以上權(quán)利要求所述的凈化設(shè)備，其特征在于，所述基板(S)經(jīng)適當(dāng)活化。
18. 如權(quán)利要求1所述的凈化設(shè)備，其特征在于，其包括水溫的恒溫 調(diào)節(jié)器。
19. 如權(quán)利要求1所述的凈化設(shè)備，其特征在于，其包括殺菌燈，所 述殺菌燈設(shè)計(jì)用于在將空氣重新引入封閉環(huán)境中之前，進(jìn)一步凈化空氣。
20. —種生物學(xué)方法，其用于純化限界環(huán)境中的空氣使其與造成室內(nèi)污染的污染物相分離，所述方法基本上包括以下步驟-將待純化的空氣強(qiáng)制輸送入濕過濾系統(tǒng)并與專門提供的凈化水箱(V)中的水接觸，從而使得空氣中所含的污染物從空氣中遞送入水中； -將凈化的空氣重新引入環(huán)境中；和 -凈化水以分離由空氣釋放的污染物； -利用專門提供的活性生物物質(zhì)(B)，通過吸附和代謝水箱(V)中存在的污染物以實(shí)現(xiàn)所述水的凈化。21. —種用于純化限界環(huán)境中空氣的生物學(xué)方法及相應(yīng)的設(shè)備，基本上如 本說明書和附圖所述。
全文摘要
本文描述了純化表征為室內(nèi)污染的封閉環(huán)境中空氣的凈化方法和相應(yīng)的設(shè)備，其中為降低所述污染，提供裝有多種活性生物物質(zhì)的水箱和水-氣接觸裝置，所述生物物質(zhì)設(shè)計(jì)為吸附和代謝來自封閉環(huán)境中的空氣、包含于水中的污染物，所述水-氣接觸裝置精確設(shè)計(jì)用于將封閉環(huán)境的所述污染物遞送入水箱的水中。
文檔編號(hào)B01D53/85GK101360955SQ200680048329
公開日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2006年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月7日
發(fā)明者M·斯卡塞拉, P·德菲利皮斯, U·馬贊蒂 申請(qǐng)人:環(huán)保工程有限公司