Metody usuwania złowonnych zanieczyszczeń gazowych – porównanie technologii

mgr inż. Małgorzata Szołtys

Wzrost wymagań w zakresie jakości śro­dowiska zwiększa wysiłki na rzecz ogranicze­nia szkodliwego i uciążliwego oddziaływania obiektów gospodarki ściekowej i komunalnej, instalacji przeładunkowych odpadów, kompo­stowni oraz obiektów z innych gałęzi przemy­słu, m.in. spożywczego i przetwórczego, ho­dowli zwierząt, zakładów papierniczych, przemysłu tytoniowego. Usuwanie nieprzyjemnych zapachów wymaga szczegółowej analizy i oce­ny przez właściwe podejście do oczyszczania powietrza, zarówno podczas planowania na eta­pie uzyskiwania decyzji o warunkach zabudo­wy i zagospodarowania terenu, fazie projekto­wania, jak i podczas eksploatacji obiektu. Poniższy artykuł ma na celu ogólną charaktery­stykę najbardziej popularnych technik oczysz­czania powietrza:

• biofiltracji,
• absorpcji chemicznej,
• adsorpcji na węglu aktywnym.

Do najbardziej popularnych i szeroko sto­sowanych technologii oczyszczania powietrza z odorantów można zaliczyć biofiltrację. Jest to skuteczna i tania metoda przydatna szcze­gólnie wtedy, gdy gazy odlotowe charaktery­zują się niską temperaturą, dużą wilgotnością oraz niezbyt wysokimi stężeniami zanieczysz­czeń. Do rozkładu zanieczyszczeń biofiltry wykorzystują aktywność mikroorganizmów za­siedlonych na odpowiednim materiale struk­turalnym. Warstwę wypełnienia stanowią prze­ważnie korzenie drzewne, kora drzewna, wrzo­sy, torf, kompost lub inny materiał pochodze­nia organicznego, który zawiera składniki konieczne do odżywienia bakterii. Intensyfika­cja procesu możliwa jest głównie poprzez do­bór najbardziej aktywnych mikroorganizmów oraz optymalizację warunków ich życia przez odpowiednie przygotowanie powietrza wpływa­jącego do biofiltra.

Podczas projektowania i doboru złóż biofiltracyjnych istotnymi sprawami są:

• odpowiednia selekcja i rozmnożenie mikroorganizmów degradujących trudno rozkładalne zanieczyszczenia organiczne, zwłaszcza substancje będące składnikami zanieczyszczeń gazów odlotowych,
• optymalizacja warunków przebiegu biofiltracji oraz opracowanie sposobów uzyskania maksymalnych wydajności tego procesu,
• ustalenie warunków procesowych takich jak: odpowiedni poziom pH, stopień wilgotności, temperatura, zawartość tlenu, dodawanie odpowiednich substancji odżywczych wspomagających przebieg biodegradacji.

Kolejnym rozwiązaniem technologicznym jest absorpcja, która jest jedną z bardziej efek­tywnych metod szczególnie przy dużych stru­mieniach gazu i stężeniach dominującej sub­stancji zapachowej (tj. H₂S, NH₃). Absorpcja jest połączona zwykle z reakcja chemiczną, w wyniku której następuje separacja zanieczysz­czeń z fazy gazowej do ciekłej. Charakter prze­pływu gazu przez kolumnę wypełnienia skrubera jest określony przez projektanta na etapie doboru urządzenia i ściśle powiązany z charak­terem usuwanych zanieczyszczeń.

Wyróżnia się wiele typów absorberów, a do najczęściej spotykanych należą skrubery przeciwprądowe. Mają one swoje zastosowa­nie przy usuwaniu wysokoskoncentrowanych zanieczyszczeń gazowych. Powietrze przepły­wa przez kolumnę wypełnienia, przeciwprądowo przez kolumnę wypełnienia, będąc jednocześnie z góry zraszane cieczą przez system dysz, zapewniając większą powierzchnię wy­miany masy. Ciecz zraszająca jest rozprowa­dzana na górze kolumny wypełnienia, a następ­nie zbierana w zintegrowanej ze skruberem studzience. W zależności od rodzaju zanieczysz­czeń, w skruberze może panować środowisko kwaśne, zasadowe bądź utleniające.

W przypadku skruberów o przepływie krzy­żowym faz, zanieczyszczone powietrze przepły­wa poziomo przez jedno lub kilka kolumn wy­pełnienia. Wysoką efektywność w usuwaniu zanieczyszczeń uzyskuje się w urządzeniach wielostopniowych. Skrubery o przepływie krzy­żowym faz są stosowane głównie do oczysz­czania gazu o różnej fizyczno-chemicznej cha­rakterystyce zanieczyszczeń. Jedna kolumna wypełnienia może pracować w środowisku kwasowym, kolejna w zasadowym lub utlenia­jącym. Dużą zaletą takiego rozwiązania jest możliwość usuwania zanieczyszczeń wchodzących w reakcję z kwasem lub zasadą w obrębie jednego urządzenia z zachowaniem wysokiej wydajności procesu oraz małych strat ciśnie­nia. Każdy stopień kolumny wypełnienia ma swój własny system recyrkulacji, dlatego każdorazowo można dobrać inne warunki pracy danego etapu oczyszczania, aby osiągnąć optymalne warunki procesu. Dobór i zastosowanie indywidualnego systemu dozo­wania zależny jest od koncentracji zanieczysz­czeń oraz wymaganej wydajności procesu. Opisane powyżej procesy absorpcji chemicz­nej niejednokrotnie stanowią etap wstępny do dalszego procesu oczyszczania powietrza me­todą biofiltracji.

Adsorpcja na węglu aktywnym bazuje na zjawisku gromadzenia się cząsteczek na po­wierzchni adsorbentu wskutek występowania sił międzycząsteczkowych lub tworzenia wią­zań chemicznych. Szybkość tego procesu jest uwarunkowana tempem dyfuzji adsorbatu do powierzchni. Ma wydajność adsorpcji ma wpływ wiele czynników związanych zarówno z po­wierzchnią i właściwościami węgla aktywnego (dystrybucja porów, rozmiar cząsteczkowy) jak i właściwościami roztworu (pH, temperatura).

Efektywność procesu adsorpcji wzrasta wraz z:

• spadkiem masy cząsteczkowej usuwanych zanieczyszczeń,
• spadkiem temperatury (ze wzrostem tempe­ratury następuje proces odwrotny – desorpcja),
• spadkiem rozpuszczalności zanieczyszczeń,
• wydłużeniem czasu kontaktu w złożu. Proces adsorpcji składnika gazowego jest związany z szybkością dyfuzji cząsteczek zanie­czyszczeń w fazie gazowej do powierzchni ze­wnętrznej adsorbenta. Dalszym etapem jest dy­fuzja w porach adsorbenta do powierzchni we­wnętrznej i adsorpcja na tej powierzchni. Gdy zaadsorbowana w danych warunkach masa substancji zbliżona jest do ilości równowago­wej, następnym etapem procesu adsorpcyjnego oczyszczania gazu jest usunięcie tej substan­cji z powierzchni adsorbenta, tj. desorpcja.

Dezodoryzacja powietrza to jedno z trud­niejszych zagadnień techniki oczyszczania po­wietrza. Porównanie powyżej opisanych metod dezodoryzacji zostało przedstawione w tabeli nr 1. Dobór metody i projektowanie urządzeń oczyszczania powietrza powinny być podpo­rządkowane następującym wielkościom: stru­mieniowi i składowi zanieczyszczonego gazu, sprawnością procesu, a przy tym wielkością kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych. Wybór skutecznej metody niejednokrotnie opie­ra się na wieloletnim doświadczeniu inżynier­skim. Firma Tholander Ablufttechnik GmbH z siedzibą w Viernheim posiada duże doświad­czenie w zakresie instalacji oczyszczania powie­trza, stanowiących indywidualne rozwiązania techniczne. W ofercie firmy znajdują się zarów­no systemy bazujące na metodzie biofiltracji, absorpcji chemicznej jak i adsorpcji na węglu aktywnym. Blisko 20-letnie doświadczenie w planowaniu, realizacji i uruchamianiu insta­lacji na rynkach międzynarodowych oraz po­nad 500 instalacji referencyjnych o różnej wy­dajności, gwarantuje naszym Klientom facho­we wsparcie w rozwiązywaniu trudnych problemów uciążliwości zapachowej.

Porównawcze zestawienie metod dezodoryzacji gazów odlotowych

LITERATURA
[1] VDI – 3477 Richtlinien Biologische Abgasreinigung Biofiltrer (2004).
[2] L. Wang, J. R. Taricska, Y. Hung, J. Eldridge, K. Hung Li, Air Pollution Control Engineering, Volume 1.
[3] Warych J., Oczyszczanie gazów. Procesy i aparatura, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, (1999), Warszawa.
[4] Koœśmider J., Mazur-Chrzanowska B, Wyszyński B., Odory, Wydawnictwo Naukowe PWN (2002), Warszawa.
[5] Paderewski M.L., Procesy adsorpcyjne w inżynierii chemicznej, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa (1999).
[6] Bojanowska I., Uniwersytet Gdański, Instrumenty ochrony powietrza oraz metody ich wykorzystania.