Thiết bị hấp thụ
Phương pháp hấp thụ sử dụng dung môi-có độ bay hơi thấp hoặc không{1}}bay hơi để hấp thụ VOC, sau đó tách chúng dựa trên sự khác biệt về tính chất vật lý của VOC và chất hấp thụ.
Khí chứa đầy VOC{0}}đi vào tháp hấp thụ từ phía dưới; khi dâng lên, nó tiếp xúc với-dòng điện ngược dòng với chất hấp thụ chảy vào từ đỉnh tháp. Khí tinh khiết sau đó được thải ra từ đỉnh tháp. Chất hấp thụ, hiện chứa đầy VOC, đi qua bộ trao đổi nhiệt trước khi đi vào đỉnh tháp tách, nơi quá trình giải hấp xảy ra trong điều kiện nhiệt độ cao (cao hơn nhiệt độ hấp thụ) hoặc áp suất giảm (thấp hơn áp suất hấp thụ). Chất hấp thụ đã giải hấp được ngưng tụ qua thiết bị ngưng tụ dung môi và quay trở lại tháp hấp thụ. Khí VOC được giải hấp đi qua thiết bị ngưng tụ và thiết bị tách khí-lỏng, thoát ra khỏi tháp tách dưới dạng dòng VOC tương đối tinh khiết sẵn sàng để phục hồi và tái sử dụng. Quy trình này rất-phù hợp để làm sạch các dòng khí có đặc điểm là nồng độ VOC cao và nhiệt độ thấp; trong các trường hợp khác, cần phải điều chỉnh quy trình thích hợp.
Thiết bị hấp phụ
Khi hỗn hợp chất lỏng được xử lý bằng vật liệu rắn xốp, một hoặc nhiều thành phần trong chất lỏng có thể bị giữ lại-và tập trung trên-bề mặt chất rắn; hiện tượng này được gọi là sự hấp phụ. Trong bối cảnh xử lý khí thải thông qua hấp phụ, các chất mục tiêu là các chất gây ô nhiễm dạng khí, tạo thành quá trình hấp phụ rắn-khí. Các thành phần khí được hấp phụ được gọi là *chất hấp phụ*, trong khi vật liệu rắn xốp được gọi là *chất hấp phụ*.
Khi bề mặt rắn đã hấp phụ chất bị hấp phụ, một phần vật liệu bị hấp phụ sau đó có thể tách ra khỏi bề mặt chất hấp phụ; hiện tượng này được gọi là sự giải hấp. Tuy nhiên, sau khi quá trình hấp phụ diễn ra trong một thời gian, sự tích tụ chất hấp phụ trên bề mặt làm cho khả năng hấp phụ giảm đi đáng kể, do đó không đáp ứng được yêu cầu để tinh chế hiệu quả. Tại thời điểm này, các biện pháp cụ thể phải được áp dụng để giải hấp vật liệu tích lũy khỏi chất hấp phụ, từ đó khôi phục khả năng hấp phụ của nó; quá trình này được gọi là *tái tạo chất hấp phụ*. Do đó, trong các ứng dụng kỹ thuật hấp phụ thực tế, quy trình tuần hoàn-bao gồm hấp phụ, tái sinh và hấp phụ tiếp theo-được sử dụng để loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễm khỏi khí thải đồng thời thu hồi các thành phần có giá trị có trong dòng khí.
Thiết bị thanh lọc
Các phương pháp dựa trên quá trình đốt-có hiệu quả cao trong việc xử lý các dòng khí thải chứa nồng độ VOC và các hợp chất có mùi hôi cao. Nguyên tắc cơ bản liên quan đến việc sử dụng lượng không khí dư thừa để đốt cháy những tạp chất này; do đó phần lớn các chất này được chuyển đổi thành carbon dioxide và hơi nước, sau đó có thể thải vào khí quyển một cách an toàn. Tuy nhiên, khi xử lý các hợp chất hữu cơ có chứa clo hoặc lưu huỳnh, sản phẩm cháy bao gồm HCl hoặc SO2; do đó,-khí sau đốt cần được xử lý thêm.
Thiết bị kiểm soát ô nhiễm
Plasma là một chất khí ở trạng thái ion hóa. Thuật ngữ "plasma" được nhà khoa học người Mỹ Irving Langmuir đặt ra vào năm 1927 khi đang nghiên cứu hiện tượng phóng điện trong hơi thủy ngân ở điều kiện-áp suất thấp. Plasma bao gồm một số lượng lớn các electron, nguyên tử trung tính, nguyên tử trạng thái{4}}kích thích, photon và các gốc tự do; tuy nhiên, tổng điện tích âm của các electron và tổng điện tích dương của các ion phải cân bằng nhau, dẫn đến tính trung hòa về điện-đây là đặc điểm xác định của "plasma". Plasma thể hiện đặc tính dẫn điện và phản ứng với trường điện từ theo những cách khác biệt đáng kể so với chất rắn, chất lỏng và chất khí; vì lý do này, chúng thường được gọi là "trạng thái thứ tư của vật chất". Dựa trên trạng thái, nhiệt độ và mật độ ion, plasma thường được phân thành hai loại: plasma nhiệt độ-cao và plasma nhiệt độ-thấp (bao gồm plasma nhiệt và plasma lạnh). Plasma nhiệt độ cao có mức độ ion hóa gần bằng nhau và nhiệt độ của tất cả các hạt cấu thành gần như giống nhau, đặt hệ thống ở trạng thái cân bằng nhiệt động; chúng chủ yếu được sử dụng trong nghiên cứu liên quan đến phản ứng tổng hợp nhiệt hạch có kiểm soát. Ngược lại, các plasma có nhiệt độ{13}}thấp tồn tại ở trạng thái không{14}}cân bằng nhiệt động lực học, trong đó nhiệt độ của các hạt cấu thành khác nhau là khác nhau. Cụ thể, nhiệt độ điện tử (Te) cao hơn đáng kể so với nhiệt độ ion (Ti)-thường vượt quá 10^4 K-trong khi nhiệt độ của các ion và hạt trung tính có thể vẫn tương đối thấp, dao động từ 300 đến 500 K. Plasma được tạo ra thông qua các quá trình phóng khí nói chung thuộc loại plasma nhiệt độ{23}}thấp.
Tính đến năm 2013, nghiên cứu về cơ chế cơ bản của plasma nhiệt độ-thấp cho thấy rằng tác động của chúng chủ yếu là kết quả của sự va chạm không đàn hồi giữa các hạt. Plasma nhiệt độ-thấp rất giàu electron, ion, gốc tự do và phân tử trạng thái{4}}bị kích thích. Các electron năng lượng-cao va chạm với các phân tử khí (hoặc nguyên tử), chuyển động năng của chúng thành nội năng của các phân tử (hoặc nguyên tử) ở trạng thái cơ bản; quá trình này kích hoạt một loạt phản ứng-bao gồm kích thích, phân ly và ion hóa-từ đó đưa các phân tử vào trạng thái kích hoạt. Một mặt, quá trình này cắt đứt các liên kết phân tử trong khí, tạo ra các phân tử và hạt rắn đơn giản hơn; mặt khác, nó tạo ra các gốc tự do-chẳng hạn như •OH và H2O2-cũng như ozone (O3), một chất oxy hóa cực mạnh. Trong toàn bộ quá trình này, các electron năng lượng cao đóng vai trò quyết định, trong khi chuyển động nhiệt của các ion chỉ đóng góp hiệu ứng phụ hoặc hiệu ứng phụ. Dưới áp suất khí quyển, plasma không cân bằng-được tạo ra bởi quá trình phóng khí có nhiệt độ electron-thường ở khoảng vài nghìn độ C-cao hơn nhiều so với nhiệt độ khí (vẫn ở gần nhiệt độ phòng hoặc khoảng 100 độ ). Nhiều loại phản ứng hóa học khác nhau có thể xảy ra trong huyết tương không{25}}cân bằng này; những phản ứng này chủ yếu được xác định bởi các yếu tố như năng lượng electron trung bình, mật độ electron, nhiệt độ khí, nồng độ của các phân tử khí nguy hiểm và thành phần khí tổng thể. Khả năng này cung cấp một giải pháp thay thế khả thi để tạo điều kiện thuận lợi cho các phản ứng đòi hỏi năng lượng kích hoạt cao-chẳng hạn như loại bỏ các chất ô nhiễm khó phân hủy trong khí quyển-và cũng cho phép xử lý các dòng khí có đặc điểm là nồng độ chất ô nhiễm thấp, vận tốc dòng chảy cao và tốc độ dòng thể tích lớn (ví dụ: các dòng chứa hợp chất hữu cơ dễ bay hơi hoặc các chất ô nhiễm chứa lưu huỳnh).
Phương pháp phổ biến nhất để tạo ra plasma là phóng khí. Sự phóng điện khí đề cập đến một quá trình trong đó một cơ chế cụ thể làm cho một electron bị ion hóa-tách-khỏi nguyên tử hoặc phân tử khí. Môi trường khí thu được được gọi là "khí ion hóa"; nếu khí bị ion hóa này được tạo ra bởi điện trường bên ngoài và duy trì dòng điện dẫn điện thì hiện tượng này được gọi cụ thể là "phóng khí". Dựa trên cơ chế phóng điện cơ bản, bản chất của môi trường khí và nguồn năng lượng cũng như hình dạng của các điện cực, plasma phóng điện trong khí được phân loại rộng rãi thành các loại sau: ① Phóng điện phát sáng; ② Xả hàng rào điện môi (DBD); ③ Radio-Phóng tần số (RF); và ④ Xả vi sóng. Bất kể hình thức tạo plasma cụ thể nào được sử dụng, việc phóng điện-điện áp cao luôn được yêu cầu. Yêu cầu này tạo ra nguy cơ tiềm ẩn về phóng điện hoặc phát tia lửa điện, có thể gây nguy hiểm-một mối lo ngại đáng kể vì việc xử lý các chất ô nhiễm dạng khí thường bắt buộc phải vận hành dưới áp suất khí quyển.
Thiết bị quang xúc tác và lọc sinh học
Quang xúc tác là một công nghệ phản ứng tiên tiến được thiết kế để hoạt động ở nhiệt độ môi trường. Quá trình oxy hóa quang xúc tác cho phép chuyển đổi hoàn toàn các chất ô nhiễm hữu cơ có trong nước, không khí và đất thành các sản phẩm không-độc hại và vô hại ở nhiệt độ phòng. Ngược lại, công nghệ đốt nhiệt độ cao-truyền thống đòi hỏi nhiệt độ cực cao để tiêu diệt các chất ô nhiễm một cách hiệu quả; ngay cả các phương pháp oxy hóa xúc tác thông thường cũng thường yêu cầu nhiệt độ lên tới vài trăm độ C.
Về mặt lý thuyết, với điều kiện là năng lượng ánh sáng được chất bán dẫn hấp thụ bằng hoặc lớn hơn năng lượng vùng cấm của nó, thì nó có đủ năng lượng để kích thích và tạo ra các cặp lỗ trống electron; do đó, chất bán dẫn như vậy có khả năng đóng vai trò là chất xúc tác quang. Các ví dụ phổ biến về chất xúc tác quang đơn-hợp chất bao gồm nhiều oxit kim loại và sunfua-chẳng hạn như TiO₂, ZnO, ZnS, CdS và PbS. Mỗi chất xúc tác này mang lại những ưu điểm riêng biệt cho các phản ứng cụ thể và có thể được lựa chọn khi cần thiết trong nghiên cứu thực tế. Ví dụ: CdS bán dẫn sở hữu năng lượng vùng cấm tương đối hẹp, phù hợp tốt với vùng-tử ngoại gần của quang phổ mặt trời, nhờ đó cho phép sử dụng hiệu quả năng lượng ánh sáng tự nhiên; tuy nhiên, nó dễ bị ăn mòn quang học, dẫn đến tuổi thọ sử dụng hạn chế. Ngược lại, TiO2 thể hiện hiệu suất tổng thể vượt trội và là chất xúc tác quang đơn{9}}được sử dụng rộng rãi và được nghiên cứu rộng rãi nhất.
