[发明专利]基于植物对室内空气清洁和滤垫生物再生的微灌溉设备、系统和方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2008年9月19日申请的临时专利申请US.61/098,314的优先权。

技术领域

本发明总体上涉及污染控制系统，并且更具体地涉及一种利用共生相关植物和滤垫中的微生物的室内污染控制系统。

背景技术

室内空气污染被环境保护署划分为导致疾病的主要因素，并且在美国呼吸道问题现在超过所有其他疾病成为住院的首要原因。假设美国人90％的时间都在室内，因此必须寻找容易且有效地去除室内毒素的方式，同时这么做还需要限制加热和冷却成本。

清洁较差室内空气的常规方式是通过通风，将较差室内空气排出到建筑物外面，然后用新鲜室外空气代替。不幸的是，机械通风仅在室外空气相对清洁时以及在将空气温度调高或降低至正常人体舒适水平的成本较低时才有效。然而，现在室外空气也可能相当程度地被污染，尤其在大城市中心，同时加热或冷却被带入室内的室外空气的成本相当高。因而，必须找到一种方法，来限制机械通风并将室内空气内的毒素转化为无害的或者甚至有益的物质。

大多室内空气污染控制系统并未将空气内的毒素转化为无害物质，并且这样就不能急剧削减给建筑机械通风的需求。大多这种系统也不会清洁空气中的颗粒物质和空气携带的挥发性有机物质(VOC)，这些物质从地毯、家具、壁纸、计算机、复印设备、清洁剂和人类自身释放入空气。随着建筑物变得越来越气密以节省日益增长的能量成本，对人体健康的危害也已增大。因此，必须寻找到成本有效的系统来处理这个问题。

目前，已经有很多系统可用来处理既包含颗粒又包含有机毒素的较差室内空气。已经使用了热的和冷的静电除尘、包、过滤包和高效微粒空气过滤器以及机械除尘器，但是所有的基本上都限于颗粒物质的移除。洗涤器，尤其是湿式洗涤器，提供了控制颗粒和气态污染物的最有效手段。然而，通常这些用于工业工艺过程，但是很少用于民用或商用建筑物。其原因之一是湿式洗涤器产生增大的湿度。这种增大的湿度会滞留于建筑物内，并带来发霉和霉菌问题。

湿式洗涤器通常采用或其内具有洗涤区域，其中空气限制于该处，并且气体在该处穿过具有很多碰撞表面的过滤器的多个层，以使得气体通过聚集和吸收而被清洁。另外，通过用水分覆盖着过滤器内的所有表面，湿式洗涤器引起某些化学物质或VOC粘着于水滴，从而这些毒素的结构在它们与水分本身结合时发生变化。例如，甲醛(formaldehyde)与水反应形成亚甲基二醇(methylene glycol)，反应式为CH₂O+H₂O→CH₂(OH)₂。或者，在室温下存在空气和水分时，甲醛易于聚合以形成多聚甲醛(paraformadehyde)，白色晶体形式的甲醛气体(通常纯度为90-97％)。

标准的化学吸收过滤器利用某些物质来吸收其他物质或化学物质。在空气净化的情况下，经常使用活性炭。但是，虽然活性炭吸收某些类型的挥发性有机化合物，但是其不能吸收其他VOC，比如甲醛。

已知存在着较广范围的VOC，在某一室内空气中多达900种或更多，并且没有发现对所有VOC都有效的VOC析取或提取形式。一些VOC通过活性碳被吸收。一些溶解于水分中。因此，需要采用一种机构或机构的组合来捕获所有VOC，并最终将它们转化为对人体无害的材料。否则对于通风的需要就仍然存在。

美国专利5,756,047在第1栏从第30行开始对一些现有技术进行了综述，描述：“洗涤可在叠置有大表面积固体的垫中发生，从而增大液体和气体可彼此接触的表面积，如Lonnes等的美国专利No.3,969,479所述；在其中液体雾接触气体的反应腔中，如deVries的美国专利No.4,844,874所示；或者在过滤器中，如Fritz的美国专利No.4,784,835”。

与这些上述专利的人工系统相反，植物天然地从空气去除污染物。它们通过如下方式实现：用叶子吸收这些污染物，并然后将毒素向下传输到根系，根系周围的微生物将毒素作为食物消耗并消化，将它们改变为无害物质。

但是，即使是直接穿过滤垫而不是由植物输送到该处时，这些毒素也将被微生物消化。因而，已知的是，通过使用将空气直接拉动穿过滤垫的机械设备，室内空气能被向下拉动至植物根系所处和微生物聚集之处。因此，一个植物能进行数百个植物的空气清洁工作，因为植物自身不再用作这些毒素的主要输送机构，并且滤垫中的无数微生物将由于其提高的食物供应而倍增。而且，在滤垫内生长的植物与消化污染物的微生物具有共生关系，促进允许微生物繁荣的有益氛围或环境。