معدات الامتصاص
تستخدم طريقة الامتصاص مذيبات منخفضة التطاير أو-مذيبات منخفضة التطاير لامتصاص المركبات العضوية المتطايرة، ومن ثم فصلها بناءً على الاختلافات في الخواص الفيزيائية للمركبات العضوية المتطايرة والمادة الماصة.
يدخل الغاز المحمل بالمركبات العضوية المتطايرة - إلى برج الامتصاص من الأسفل؛ ومع ارتفاعه، فإنه يصبح في اتصال معاكس للتيار-مع مادة الامتصاص المتدفقة من أعلى البرج. يتم بعد ذلك تفريغ الغاز المنقى من أعلى البرج. تمر المادة الماصة، المحملة الآن بالمركبات العضوية المتطايرة، عبر مبادل حراري قبل الدخول إلى قمة برج التجريد، حيث يحدث الامتزاز في ظل ظروف درجة حرارة مرتفعة (أعلى من درجة حرارة الامتصاص) أو ضغط منخفض (أقل من ضغط الامتصاص). يتم تكثيف المادة الممتصة الممتصة عبر مكثف مذيب وإعادتها إلى برج الامتصاص. يمر غاز المركبات العضوية المتطايرة الممتص عبر مكثف وفاصل سائل للغاز-، ويخرج من برج التجريد كتيار مركبات عضوية متطايرة نقي نسبيًا وجاهز للاسترداد وإعادة الاستخدام. تعتبر هذه العملية-مناسبة تمامًا لتنقية تيارات الغاز التي تتميز بتركيزات عالية من المركبات العضوية المتطايرة ودرجات حرارة منخفضة؛ وفي ظل ظروف أخرى، يلزم إجراء تعديلات مناسبة على العملية.
معدات الامتزاز
عند معالجة خليط مائع باستخدام مواد صلبة مسامية، قد يتم التقاط واحد أو أكثر من مكونات المائع بواسطة-تركيزه على-السطح الصلب؛ تُعرف هذه الظاهرة باسم الامتزاز. في سياق معالجة غاز النفايات عن طريق الامتزاز، فإن المواد المستهدفة هي الملوثات الغازية، وتشكل عملية امتصاص الغازات الصلبة-. يُطلق على المكونات الغازية التي يتم امتزازها اسم *الممتزات*، في حين يُطلق على المادة الصلبة المسامية اسم *الممتزات*.
بمجرد أن يمتص السطح الصلب المادة الممتزة، قد ينفصل لاحقًا جزء من المادة الممتزة عن سطح المادة المازة؛ تُعرف هذه الظاهرة باسم الامتزاز. ومع ذلك، بعد استمرار عملية الامتزاز لفترة، يؤدي تراكم المواد الممتزة على السطح إلى تقليل قدرة المادة الممتزة بشكل كبير، وبالتالي الفشل في تلبية متطلبات التنقية الفعالة. عند هذه المرحلة، يجب استخدام تدابير محددة لامتصاص المواد المتراكمة من المادة المازة، وبالتالي استعادة قدرتها على الامتزاز؛ ويشار إلى هذه العملية باسم *تجديد الممتزات*. وبالتالي، في تطبيقات هندسة الامتزاز العملية، يتم استخدام عملية دورية-تشمل الامتزاز والتجديد والامتزاز اللاحق- لإزالة الملوثات من غاز النفايات بشكل فعال مع استعادة المكونات القيمة الموجودة داخل تيار الغاز في نفس الوقت.
معدات التنقية
تعتبر الطرق المعتمدة على الاحتراق فعالة للغاية في معالجة تيارات غاز النفايات التي تحتوي على تركيزات عالية من المركبات العضوية المتطايرة والمركبات ذات الرائحة الكريهة. يتضمن المبدأ الأساسي استخدام كمية زائدة من الهواء لحرق هذه الشوائب؛ وبالتالي يتم تحويل غالبية هذه المواد إلى ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء، والتي يمكن بعد ذلك تصريفها بأمان في الغلاف الجوي. ومع ذلك، عند معالجة المركبات العضوية التي تحتوي على الكلور أو الكبريت، فإن منتجات الاحتراق تشمل حمض الهيدروكلوريك أو ثاني أكسيد الكبريت؛ وبالتالي، فإن غازات ما بعد الاحتراق-تتطلب المزيد من المعالجة.
معدات مكافحة التلوث
البلازما عبارة عن غاز في حالة متأينة. مصطلح "البلازما" صاغه العالم الأمريكي إيرفينغ لانجميور في عام 1927 أثناء دراسة ظاهرة التفريغ في بخار الزئبق تحت ظروف الضغط المنخفض. تتكون البلازما من عدد كبير من الإلكترونات، والذرات المحايدة، والذرات المثارة-، والفوتونات، والجذور الحرة؛ ومع ذلك، يجب أن يتوازن إجمالي الشحنة السالبة للإلكترونات وإجمالي الشحنة الموجبة للأيونات، مما يؤدي إلى الحياد الكهربائي الإجمالي-، وهذه هي السمة المميزة لـ "البلازما". تظهر البلازما خصائص موصلة وتستجيب للمجالات الكهرومغناطيسية بطرق تختلف بشكل كبير عن المواد الصلبة والسوائل والغازات؛ ولهذا السبب، يُشار إليها غالبًا باسم "الحالة الرابعة للمادة". بناءً على حالتها ودرجة حرارتها وكثافة الأيونات، يتم تصنيف البلازما عادةً إلى فئتين: البلازما ذات درجة الحرارة العالية- والبلازما ذات درجة الحرارة المنخفضة- (بما في ذلك البلازما الحرارية والبلازما الباردة). تمتلك البلازما ذات درجة الحرارة العالية-درجة تأين تقترب من الوحدة، ودرجات حرارة جميع الجزيئات المكونة لها متطابقة تقريبًا، مما يضع النظام في حالة من التوازن الديناميكي الحراري؛ تُستخدم هذه بشكل أساسي في الأبحاث التي تتضمن تفاعلات الاندماج النووي الحراري الخاضعة للرقابة. على العكس من ذلك، تتواجد البلازما ذات درجة الحرارة المنخفضة في حالة من عدم التوازن الديناميكي الحراري، حيث تختلف درجات حرارة الجسيمات المكونة المختلفة. على وجه التحديد، درجة حرارة الإلكترون (Te) أعلى بكثير من درجة حرارة الأيون (Ti)-التي تتجاوز في كثير من الأحيان 10^4 كلفن-بينما قد تظل درجات حرارة الأيونات والجسيمات المحايدة منخفضة نسبيًا، وتتراوح من 300 إلى 500 كلفن. تقع البلازما المتولدة عبر عمليات تفريغ الغاز العامة ضمن فئة البلازما ذات درجة الحرارة المنخفضة-.
اعتبارًا من عام 2013، تشير الأبحاث حول الآليات الأساسية للبلازما-ذات درجة الحرارة المنخفضة إلى أن تأثيراتها ترجع في المقام الأول إلى الاصطدامات غير المرنة بين الجزيئات. البلازما ذات درجة الحرارة المنخفضة-غنية بالإلكترونات والأيونات والجذور الحرة وجزيئات الحالة المثارة-. تتصادم الإلكترونات عالية الطاقة- مع جزيئات الغاز (أو الذرات)، وتنقل طاقتها الحركية إلى الطاقة الداخلية لجزيئات الحالة الأرضية - (أو الذرات)؛ تؤدي هذه العملية إلى سلسلة من التفاعلات-بما في ذلك الإثارة والتفكك والتأين-وبالتالي دفع الجزيئات إلى حالة التنشيط. فمن ناحية، تشق هذه العملية الروابط الجزيئية داخل الغاز، مما يؤدي إلى توليد جزيئات أبسط وجسيمات صلبة؛ ومن ناحية أخرى، فإنه ينتج جذور حرة-مثل •OH وH2O2-بالإضافة إلى الأوزون (O3)، وهو عامل مؤكسد قوي للغاية. في هذه العملية برمتها، تلعب الإلكترونات عالية الطاقة- دورًا حاسمًا، بينما تساهم الحركة الحرارية للأيونات فقط في تأثير ثانوي أو مساعد. تحت الضغط الجوي، تتميز البلازما شديدة عدم التوازن- الناتجة عن تفريغ الغاز بدرجة حرارة إلكترون -عادةً في نطاق عدة آلاف من الدرجات المئوية-وهي أعلى بكثير من درجة حرارة الغاز (التي تظل بالقرب من درجة حرارة الغرفة، أو حوالي 100 درجة). يمكن أن تحدث أنواع مختلفة من التفاعلات الكيميائية داخل هذه البلازما غير المتوازنة؛ يتم تحديد هذه التفاعلات في المقام الأول من خلال عوامل مثل متوسط طاقة الإلكترون، وكثافة الإلكترون، ودرجة حرارة الغاز، وتركيز جزيئات الغاز الخطرة، والتركيب العام للغاز. توفر هذه الإمكانية بديلاً قابلاً للتطبيق لتسهيل التفاعلات التي تتطلب طاقات تنشيط عالية-مثل إزالة الملوثات الثابتة في الغلاف الجوي-وتتيح أيضًا معالجة تيارات الغاز التي تتميز بتركيزات منخفضة من الملوثات، وسرعات تدفق عالية، ومعدلات تدفق حجمية كبيرة (على سبيل المثال، تيارات تحتوي على مركبات عضوية متطايرة أو ملوثات حاملة للكبريت).
الطريقة الأكثر شيوعًا لتوليد البلازما هي تفريغ الغاز. يشير تفريغ الغاز إلى عملية تؤدي فيها آلية معينة إلى تأين الإلكترون-انفصال-من ذرة الغاز أو الجزيء. ويطلق على الوسط الغازي الناتج اسم "الغاز المتأين". إذا تم توليد هذا الغاز المتأين بواسطة مجال كهربائي خارجي ويحافظ على تيار موصل، فيشار إلى هذه الظاهرة على وجه التحديد باسم "تفريغ الغاز". استنادًا إلى آلية التفريغ الأساسية، وطبيعة وسط الغاز ومصدر الطاقة، وهندسة الأقطاب الكهربائية، يتم تصنيف بلازما تفريغ الغاز على نطاق واسع إلى الفئات التالية: ① تفريغ التوهج؛ ② تفريغ الحاجز العازل (DBD)؛ ③ تفريغ تردد الراديو -؛ و④ تفريغ الميكروويف. بغض النظر عن الشكل المحدد لتوليد البلازما المستخدم، فإن تفريغ الجهد العالي-يتطلب دائمًا. يخلق هذا المتطلب خطرًا محتملاً لحدوث قوس كهربائي أو شرارة، وهو ما يمكن أن يكون خطيرًا-وهو مصدر قلق كبير نظرًا لأن معالجة الملوثات الغازية تتطلب عادةً التشغيل تحت الضغط الجوي.
معدات التحفيز الضوئي والتنقية الحيوية
التحفيز الضوئي هو تقنية تفاعل متقدمة مصممة للتشغيل في درجات الحرارة المحيطة. تتيح الأكسدة التحفيزية الضوئية التحويل الكامل للملوثات العضوية الموجودة في الماء والهواء والتربة إلى منتجات غير سامة وغير ضارة في درجة حرارة الغرفة. وفي المقابل، تتطلب تقنيات الحرق التقليدية-درجات حرارة عالية جدًا لتدمير الملوثات بشكل فعال؛ حتى طرق الأكسدة الحفزية التقليدية تتطلب عادةً درجات حرارة تصل إلى عدة مئات من الدرجات المئوية.
من الناحية النظرية، بشرط أن تكون الطاقة الضوئية التي يمتصها شبه الموصل مساوية أو أكبر من طاقة فجوة النطاق، فإنها تمتلك طاقة كافية لإثارة وتوليد أزواج الثقوب الإلكترونية-. وبالتالي، يمكن أن يكون مثل هذا أشباه الموصلات بمثابة محفز ضوئي. تتضمن الأمثلة الشائعة للمحفزات الضوئية المركبة-أكاسيد فلزية وكبريتيدات متنوعة-مثل TiO₂، وZnO، وZnS، وCdS، وPbS. يقدم كل من هذه المحفزات مزايا مميزة لتفاعلات محددة ويمكن اختيارها حسب الحاجة في البحث العملي. على سبيل المثال، تمتلك أقراص CdS لأشباه الموصلات طاقة فجوة نطاق ضيقة نسبيًا، والتي تتوافق جيدًا مع المنطقة القريبة من -الأشعة فوق البنفسجية من الطيف الشمسي، مما يتيح الاستخدام الفعال للطاقة الضوئية الطبيعية؛ ومع ذلك، فهو عرضة للتآكل الضوئي، مما يؤدي إلى عمر خدمة محدود. في المقابل، يُظهر TiO2 أداءً عامًا فائقًا ويعتبر المحفز الضوئي المركب الأكثر استخدامًا والأكثر دراسة على نطاق واسع.
