Εξοπλισμός Απορρόφησης
Η μέθοδος απορρόφησης χρησιμοποιεί διαλύτες χαμηλής-πτητικότητας ή μη-πτητικούς για την απορρόφηση πτητικών οργανικών ενώσεων, διαχωρίζοντάς τες στη συνέχεια με βάση τις διαφορές στις φυσικές ιδιότητες των πτητικών οργανικών ενώσεων και του απορροφητικού.
Το αέριο με VOC{0}}εισέρχεται στον πύργο απορρόφησης από το κάτω μέρος. καθώς ανεβαίνει, έρχεται σε αντίθετο-ρεύμα επαφής με το απορροφητικό που ρέει από την κορυφή του πύργου. Το καθαρισμένο αέριο στη συνέχεια εκκενώνεται από την κορυφή του πύργου. Το απορροφητικό, τώρα φορτωμένο με VOCs, περνά μέσα από έναν εναλλάκτη θερμότητας πριν εισέλθει στην κορυφή ενός πύργου απογύμνωσης, όπου η εκρόφηση λαμβάνει χώρα υπό συνθήκες αυξημένης θερμοκρασίας (υψηλότερης από τη θερμοκρασία απορρόφησης) ή μειωμένης πίεσης (χαμηλότερη από την πίεση απορρόφησης). Το εκροφημένο απορροφητικό συμπυκνώνεται μέσω ενός συμπυκνωτή διαλύτη και επιστρέφει στον πύργο απορρόφησης. Το εκροφημένο αέριο VOC διέρχεται μέσω ενός συμπυκνωτή και ενός διαχωριστή υγρών-αερίων, βγαίνοντας από τον πύργο απομάκρυνσης ως ένα σχετικά καθαρό ρεύμα VOC έτοιμο για ανάκτηση και επαναχρησιμοποίηση. Αυτή η διαδικασία είναι κατάλληλη-για τον καθαρισμό ρευμάτων αερίων που χαρακτηρίζονται από υψηλές συγκεντρώσεις VOC και χαμηλές θερμοκρασίες. υπό άλλες συνθήκες, απαιτούνται κατάλληλες προσαρμογές της διαδικασίας.
Εξοπλισμός Προσρόφησης
Όταν ένα ρευστό μίγμα υποβάλλεται σε επεξεργασία με χρήση πορωδών στερεών υλικών, ένα ή περισσότερα συστατικά εντός του ρευστού μπορούν να συλληφθούν από-και να συγκεντρωθούν-στη στερεά επιφάνεια. αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως προσρόφηση. Στο πλαίσιο της επεξεργασίας των καυσαερίων μέσω προσρόφησης, οι ουσίες-στόχοι είναι αέριοι ρύποι, οι οποίοι συνιστούν μια διαδικασία προσρόφησης αέριων-στερεών. Τα αέρια συστατικά που προσροφούνται ονομάζονται *προσροφητικά*, ενώ το πορώδες στερεό υλικό ονομάζεται *προσροφητικό*.
Μόλις η στερεά επιφάνεια έχει προσροφήσει το προσροφητικό υλικό, ένα μέρος του προσροφημένου υλικού μπορεί στη συνέχεια να αποκολληθεί από την προσροφητική επιφάνεια. αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως εκρόφηση. Ωστόσο, αφού η διαδικασία προσρόφησης έχει προχωρήσει για μια περίοδο, η συσσώρευση προσροφημένων στην επιφάνεια προκαλεί σημαντική μείωση της ικανότητας του προσροφητικού, αποτυγχάνοντας έτσι να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις για αποτελεσματικό καθαρισμό. Σε αυτή τη συγκυρία, πρέπει να ληφθούν ειδικά μέτρα για την εκρόφηση του συσσωρευμένου υλικού από το προσροφητικό, αποκαθιστώντας έτσι την ικανότητα προσρόφησής του. Αυτή η διαδικασία αναφέρεται ως *αναγέννηση προσροφητικού*. Συνεπώς, σε πρακτικές εφαρμογές μηχανικής προσρόφησης, μια κυκλική διαδικασία-που περιλαμβάνει προσρόφηση, αναγέννηση και επακόλουθη προσρόφηση-χρησιμοποιείται για την αποτελεσματική απομάκρυνση των ρύπων από τα απαέρια ενώ ταυτόχρονα ανακτώνται πολύτιμα συστατικά που περιέχονται στο ρεύμα αερίου.
Εξοπλισμός καθαρισμού
Οι μέθοδοι που βασίζονται στην καύση{0}}είναι εξαιρετικά αποτελεσματικές για την επεξεργασία ρευμάτων απαερίων που περιέχουν υψηλές συγκεντρώσεις VOC και δύσοσμες ενώσεις. Η βασική αρχή περιλαμβάνει τη χρήση περίσσειας αέρα για την καύση αυτών των ακαθαρσιών. Η πλειονότητα αυτών των ουσιών μετατρέπεται έτσι σε διοξείδιο του άνθρακα και υδρατμούς, οι οποίοι στη συνέχεια μπορούν να απορριφθούν με ασφάλεια στην ατμόσφαιρα. Ωστόσο, κατά την επεξεργασία οργανικών ενώσεων που περιέχουν χλώριο ή θείο, τα προϊόντα καύσης περιλαμβάνουν HCl ή SO2. Κατά συνέπεια, τα αέρια μετά την{4}}καύση απαιτούν περαιτέρω επεξεργασία.
Εξοπλισμός Ελέγχου Ρύπανσης
Το πλάσμα είναι ένα αέριο σε ιονισμένη κατάσταση. Ο όρος "πλάσμα" επινοήθηκε από τον Αμερικανό επιστήμονα Irving Langmuir το 1927, ενώ μελετούσε φαινόμενα εκκένωσης σε ατμούς υδραργύρου σε συνθήκες χαμηλής-πίεσης. Ένα πλάσμα αποτελείται από έναν τεράστιο αριθμό ηλεκτρονίων, ουδέτερων ατόμων, διεγερμένων-των ατόμων, φωτονίων και ελεύθερων ριζών. Ωστόσο, το συνολικό αρνητικό φορτίο των ηλεκτρονίων και το συνολικό θετικό φορτίο των ιόντων πρέπει να εξισορροπηθούν, με αποτέλεσμα τη συνολική ηλεκτρική ουδετερότητα-αυτό είναι το καθοριστικό χαρακτηριστικό ενός "πλάσματος". Τα πλάσματα παρουσιάζουν αγώγιμες ιδιότητες και ανταποκρίνονται στα ηλεκτρομαγνητικά πεδία με τρόπους που διαφέρουν σημαντικά από τα στερεά, τα υγρά και τα αέρια. για αυτό το λόγο, συχνά αναφέρονται ως η «τέταρτη κατάσταση της ύλης». Με βάση την κατάστασή τους, τη θερμοκρασία και την πυκνότητα ιόντων τους, τα πλάσματα ταξινομούνται συνήθως σε δύο κατηγορίες: πλάσματα υψηλής-θερμοκρασίας και πλάσματα χαμηλής-θερμοκρασίας (συμπεριλαμβανομένων των θερμικών και ψυχρών πλασμάτων). Τα πλάσματα υψηλής θερμοκρασίας{11}}έχουν βαθμό ιονισμού που πλησιάζει την ενότητα και οι θερμοκρασίες όλων των συστατικών σωματιδίων είναι σχεδόν ίδιες, θέτοντας το σύστημα σε κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας. Αυτά χρησιμοποιούνται κυρίως σε έρευνα που περιλαμβάνει ελεγχόμενες θερμοπυρηνικές αντιδράσεις σύντηξης. Τα πλάσματα χαμηλής-θερμοκρασίας, αντίθετα, υπάρχουν σε μια κατάσταση θερμοδυναμικής μη-ισορροπίας, όπου οι θερμοκρασίες των διαφόρων συστατικών σωματιδίων διαφέρουν. Συγκεκριμένα, η θερμοκρασία των ηλεκτρονίων (Te) είναι σημαντικά υψηλότερη από τη θερμοκρασία των ιόντων (Ti)-συχνά υπερβαίνει τους 10^4 K-ενώ οι θερμοκρασίες των ιόντων και των ουδέτερων σωματιδίων ενδέχεται να παραμένουν σχετικά χαμηλές, κυμαινόμενες από 300 έως 500 K. Τα πλάσματα που δημιουργούνται μέσω της γενικής κατηγορίας εκκένωσης αερίων κάτω από τη γενική {23}κατηγορία εκκένωσης αερίων, πέφτουν στα πλάσμα.
Από το 2013, η έρευνα για τους υποκείμενους μηχανισμούς πλάσματος χαμηλής-θερμοκρασίας υποδηλώνει ότι τα αποτελέσματά τους είναι κατά κύριο λόγο το αποτέλεσμα ανελαστικών συγκρούσεων μεταξύ σωματιδίων. Τα πλάσματα χαμηλής-θερμοκρασίας είναι πλούσια σε ηλεκτρόνια, ιόντα, ελεύθερες ρίζες και μόρια διεγερμένης-κατάστασης. Τα ηλεκτρόνια υψηλής{6}}ενέργειας συγκρούονται με μόρια (ή άτομα) αερίου, μεταφέροντας την κινητική τους ενέργεια στην εσωτερική ενέργεια των μορίων (ή ατόμων) της κατάστασης του εδάφους-. αυτή η διαδικασία πυροδοτεί έναν καταρράκτη αντιδράσεων-συμπεριλαμβανομένης της διέγερσης, της διάστασης και του ιονισμού-με αποτέλεσμα τα μόρια σε μια ενεργοποιημένη κατάσταση. Από τη μία πλευρά, αυτή η διαδικασία διασπά μοριακούς δεσμούς μέσα στο αέριο, δημιουργώντας απλούστερα μόρια και στερεά σωματίδια. από την άλλη πλευρά, παράγει ελεύθερες ρίζες-όπως •OH και H2O2-καθώς και όζον (O3), έναν εξαιρετικά ισχυρό οξειδωτικό παράγοντα. Σε όλη αυτή τη διαδικασία, τα ηλεκτρόνια υψηλής{18}ενέργειας παίζουν τον αποφασιστικό ρόλο, ενώ η θερμική κίνηση των ιόντων συμβάλλει μόνο σε ένα δευτερεύον ή βοηθητικό αποτέλεσμα. Υπό ατμοσφαιρική πίεση, το εξαιρετικά μη{19}}πλάσμα ισορροπίας που παράγεται από την εκκένωση αερίου διαθέτει θερμοκρασία ηλεκτρονίων-συνήθως στην περιοχή πολλών χιλιάδων βαθμών Κελσίου-που είναι πολύ υψηλότερη από τη θερμοκρασία του αερίου (η οποία παραμένει κοντά στη θερμοκρασία δωματίου ή γύρω στους 100 βαθμούς ). Διάφοροι τύποι χημικών αντιδράσεων μπορούν να συμβούν εντός αυτού του πλάσματος μη ισορροπίας. Αυτές οι αντιδράσεις καθορίζονται κυρίως από παράγοντες όπως η μέση ενέργεια ηλεκτρονίων, η πυκνότητα των ηλεκτρονίων, η θερμοκρασία του αερίου, η συγκέντρωση των επικίνδυνων μορίων αερίου και η συνολική σύνθεση του αερίου. Αυτή η ικανότητα προσφέρει μια βιώσιμη εναλλακτική λύση για τη διευκόλυνση αντιδράσεων που απαιτούν υψηλές ενέργειες ενεργοποίησης-όπως η απομάκρυνση έμμονων ρύπων στην ατμόσφαιρα-και επιτρέπει επίσης την επεξεργασία ρευμάτων αερίου που χαρακτηρίζονται από χαμηλές συγκεντρώσεις ρύπων, υψηλές ταχύτητες ροής και μεγάλους ογκομετρικούς ρυθμούς ροής (π.χ. ρύπους).
Η πιο κοινή μέθοδος για την παραγωγή πλάσματος είναι η εκκένωση αερίου. Η εκκένωση αερίου αναφέρεται σε μια διαδικασία κατά την οποία ένας συγκεκριμένος μηχανισμός προκαλεί τον ιονισμό ενός ηλεκτρονίου-την αποκόλληση-από ένα άτομο ή μόριο αερίου. Το προκύπτον αέριο μέσο ονομάζεται "ιονισμένο αέριο". εάν αυτό το ιονισμένο αέριο παράγεται από ένα εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο και διατηρεί ένα αγώγιμο ρεύμα, το φαινόμενο αναφέρεται συγκεκριμένα ως "εκκένωση αερίου". Με βάση τον υποκείμενο μηχανισμό εκκένωσης, τη φύση του μέσου αερίου και της πηγής ισχύος και τη γεωμετρία των ηλεκτροδίων, τα πλάσματα εκκένωσης αερίου ταξινομούνται ευρέως στις ακόλουθες κατηγορίες: ① Εκκένωση λάμψης. ② Διηλεκτρική εκκένωση φραγμού (DBD). ③ Εκφόρτιση ραδιοσυχνότητας (RF)-. και ④ Εκκένωση φούρνου μικροκυμάτων. Ανεξάρτητα από τη συγκεκριμένη μορφή παραγωγής πλάσματος που χρησιμοποιείται, απαιτείται πάντα μια εκφόρτιση υψηλής τάσης. Αυτή η απαίτηση δημιουργεί έναν πιθανό κίνδυνο δημιουργίας ηλεκτρικού τόξου ή σπινθήρα, ο οποίος μπορεί να είναι επικίνδυνος-μια σημαντική ανησυχία δεδομένου ότι η αποκατάσταση των αέριων ρύπων τυπικά επιβάλλει τη λειτουργία υπό ατμοσφαιρική πίεση.
Εξοπλισμός Φωτοκατάλυσης και Βιοκαθαρισμού
Η φωτοκατάλυση είναι μια προηγμένη τεχνολογία αντίδρασης σχεδιασμένη για λειτουργία σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος. Η φωτοκαταλυτική οξείδωση επιτρέπει την πλήρη μετατροπή των οργανικών ρύπων που υπάρχουν στο νερό, τον αέρα και το έδαφος σε μη-μη τοξικά και αβλαβή προϊόντα σε θερμοκρασία δωματίου. Αντίθετα, οι παραδοσιακές τεχνολογίες αποτέφρωσης σε υψηλές{3} θερμοκρασίες απαιτούν εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες για την αποτελεσματική καταστροφή των ρύπων. Ακόμη και οι συμβατικές μέθοδοι καταλυτικής οξείδωσης τυπικά απαιτούν θερμοκρασίες που φτάνουν αρκετές εκατοντάδες βαθμούς Κελσίου.
Θεωρητικά, υπό την προϋπόθεση ότι η φωτεινή ενέργεια που απορροφάται από έναν ημιαγωγό είναι ίση ή μεγαλύτερη από την ενέργεια του διακένου ζώνης του, διαθέτει επαρκή ενέργεια για να διεγείρει και να δημιουργήσει ζεύγη οπών- ηλεκτρονίων. Συνεπώς, ένας τέτοιος ημιαγωγός μπορεί ενδεχομένως να χρησιμεύσει ως φωτοκαταλύτης. Συνήθη παραδείγματα μονο-ενώσεων φωτοκαταλυτών περιλαμβάνουν διάφορα οξείδια μετάλλων και σουλφίδια-όπως TiO2, ZnO, ZnS, CdS και PbS. Καθένας από αυτούς τους καταλύτες προσφέρει ξεχωριστά πλεονεκτήματα για συγκεκριμένες αντιδράσεις και μπορεί να επιλεγεί όπως απαιτείται στην πρακτική έρευνα. Για παράδειγμα, ο ημιαγωγός CdS διαθέτει μια σχετικά στενή ενέργεια διάκενου ζώνης, η οποία ευθυγραμμίζεται καλά με την περιοχή του εγγύς-υπεριώδους του ηλιακού φάσματος, επιτρέποντας έτσι την αποτελεσματική χρήση της ενέργειας φυσικού φωτός. Ωστόσο, είναι ευαίσθητο στη φωτοδιάβρωση, με αποτέλεσμα περιορισμένη διάρκεια ζωής. Αντίθετα, το TiO2 παρουσιάζει ανώτερη συνολική απόδοση και αποτελεί τον πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο και εκτενώς μελετημένο μονο-ενιαίο φωτοκαταλύτη.
