การควบคุมมลพิษทางอากาศ

ควบคุมแก๊ส

เกณฑ์มลพิษก๊าซรวมทั้งสารอินทรีย์ระเหย (VOCs) และสารพิษในอากาศก๊าซอื่น ๆ จะถูกควบคุมโดยวิธีการสามเทคนิคพื้นฐาน: การดูดซับการดูดซับและการเผา (หรือการเผาไหม้) เทคนิคเหล่านี้สามารถใช้งานเดี่ยวหรือรวมกัน พวกมันมีประสิทธิภาพเมื่อเทียบกับก๊าซเรือนกระจกที่สำคัญเช่นกัน นอกจากนี้เทคนิคที่สี่หรือที่เรียกว่าการกักเก็บคาร์บอนคือการพัฒนาเพื่อควบคุมระดับคาร์บอนไดออกไซด์

การดูดซึม

ในบริบทของการควบคุมมลพิษทางอากาศการดูดซับเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนมลพิษก๊าซจากอากาศไปสู่ของเหลวที่สัมผัสเช่นน้ำ ของเหลวต้องสามารถทำหน้าที่เป็นตัวทำละลายสำหรับมลพิษหรือจับโดยปฏิกิริยาทางเคมี

เครื่องขัดแบบเปียกและเครื่องบรรจุแบบแห้ง

เครื่องขัดเปียกแบบเดียวกับที่อธิบายไว้ข้างต้นสำหรับการควบคุมฝุ่นละอองอาจถูกนำมาใช้เพื่อดูดซับแก๊ส การดูดซับแก๊สยังสามารถทำได้ในถุงขัดผิวหรือหอคอยซึ่งมีของเหลวอยู่บนพื้นผิวเปียกมากกว่าที่หยดหยดลอยอยู่ในอากาศ ชนิดของเครื่องฟอกแบบแพ็คทั่วไปคือหอคอยแบบทวนกระแส หลังจากเข้าสู่ด้านล่างของหอคอยกระแสลมที่ปนเปื้อนก็จะไหลขึ้นสู่เสาแสงที่เปียกชื้นซึ่งเป็นวัสดุหีบห่อที่ไม่ใช้สารเคมี ของเหลวดูดซับไหลลงและกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งคอลัมน์บรรจุซึ่งจะเป็นการเพิ่มพื้นที่สัมผัสระหว่างก๊าซและของเหลว วัสดุเทอร์โมพลาสติกถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดในการบรรจุสำหรับหอคอย scrubber ปัจจุบัน อุปกรณ์เหล่านี้มักจะมีประสิทธิภาพการกำจัดก๊าซของ 90–95 เปอร์เซ็นต์

การออกแบบเครื่องดักจับโคแอ็กเชียลและครอสโฟลว์ยังใช้สำหรับการดูดซับแก๊ส ในการออกแบบ cocurrent ทั้งก๊าซและการไหลของของเหลวในทิศทางเดียวกัน - ลงในแนวตั้งผ่านเครื่องฟอก แม้ว่าจะไม่ได้มีประสิทธิภาพเท่ากับการออกแบบที่มีกระแสย้อนกลับ แต่อุปกรณ์ cocurrent สามารถทำงานที่อัตราการไหลของของเหลวที่สูงขึ้น การไหลที่เพิ่มขึ้นช่วยป้องกันการอุดการบรรจุเมื่อกระแสลมมีอนุภาคในระดับสูง การออกแบบ Cocurrent สามารถลดความต้านทานต่อการไหลเวียนของอากาศและลดพื้นที่หน้าตัดของหอคอยให้ลดลง การออกแบบการไหลแบบครอสซึ่งแก๊สไหลในแนวนอนผ่านการบรรจุและการไหลของของเหลวในแนวตั้งลงสามารถทำงานได้โดยมีความต้านทานการไหลเวียนของอากาศต่ำเมื่อมีระดับอนุภาคสูง

โดยทั่วไปเครื่องขัดผิวถูกใช้ในโรงงานผลิตปุ๋ย (เพื่อกำจัดแอมโมเนียจากกระแสลม) ที่โรงงานผลิตแก้ว (เพื่อกำจัดไฮโดรเจนฟลูออไรด์) ที่โรงงานเคมี (เพื่อกำจัดตัวทำละลายที่ละลายในน้ำเช่นอะซิโตนและเมทิลแอลกอฮอล์) และ การแสดงผลพืช (เพื่อควบคุมกลิ่น)

การกำจัดก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์

ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในก๊าซไอเสียจากโรงไฟฟ้าเชื้อเพลิงฟอสซิลสามารถควบคุมได้โดยกระบวนการดูดซับที่เรียกว่าก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (FGD) ระบบ FGD อาจเกี่ยวข้องกับการถูแบบเปียกหรือการขัดแบบแห้ง ในระบบ FGD เปียกก๊าซไอเสียจะถูกนำไปสัมผัสกับตัวดูดซับซึ่งอาจเป็นของเหลวหรือสารละลายของแข็ง ซัลเฟอร์ไดออกไซด์จะละลายหรือทำปฏิกิริยากับตัวดูดซับและจะติดกับมัน ในระบบ FGD แบบแห้งตัวดูดซับคือมะนาวหรือหินปูนที่ผ่านการทำให้แห้ง เมื่อเกิดการดูดซับอนุภาคของแข็งจะถูกกำจัดออกโดยวิธีการกรอง baghouse (อธิบายไว้ข้างต้น) ระบบ FGD แบบแห้งเมื่อเทียบกับระบบเปียกให้การประหยัดค่าใช้จ่ายและประหยัดพลังงานและใช้งานง่ายขึ้น แต่ต้องการการใช้สารเคมีที่สูงขึ้นและถูก จำกัด ไว้ที่ก๊าซไอเสียจากการเผาไหม้ของถ่านหินกำมะถันต่ำ

ระบบ FGD นั้นยังจำแนกได้ว่าเป็น regenerable หรือ nonregenerable (throwaway) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับว่ากำมะถันที่ถูกลบออกจากก๊าซไอเสียจะถูกกู้คืนหรือถูกทิ้ง ในสหรัฐอเมริการะบบส่วนใหญ่ไม่สามารถใช้งานได้เนื่องจากต้นทุนต่ำและต้นทุนการดำเนินงานต่ำ ในทางตรงกันข้ามระบบที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ในญี่ปุ่นนั้นถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางและในประเทศเยอรมนีนั้นถูกกฎหมายกำหนด ระบบ FGD ที่ไม่สามารถจัดการได้จะสร้างกากตะกอนที่มีกำมะถันซึ่งต้องการการกำจัดอย่างเหมาะสม ระบบ FGD ที่สร้างใหม่ได้นั้นต้องการขั้นตอนเพิ่มเติมในการแปลงซัลเฟอร์ไดออกไซด์ให้เป็นผลพลอยได้ที่มีประโยชน์เช่นกรดซัลฟูริก

มีวิธีการ FGD หลายวิธีแตกต่างกันมากในสารเคมีที่ใช้ในกระบวนการ กระบวนการ FGD ที่ใช้สารละลายปูนขาวหรือหินปูนเนื่องจากมีการใช้สารตั้งต้นอย่างกว้างขวาง ในกระบวนการขัดหินปูนซัลเฟอร์ไดออกไซด์จะทำปฏิกิริยากับอนุภาคหินปูน (แคลเซียมคาร์บอเนต) ในสารละลายสร้างแคลเซียมซัลไฟต์และคาร์บอนไดออกไซด์ ในกระบวนการขัดผิวมะนาวซัลเฟอร์ไดออกไซด์ทำปฏิกิริยากับปูนขาว (แคลเซียมไฮดรอกไซด์) ก่อตัวเป็นแคลเซียมซัลไฟต์และน้ำ ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของซัลเฟอร์ไดออกไซด์และสภาวะการเกิดออกซิเดชันแคลเซียมซัลไฟต์สามารถทำปฏิกิริยากับน้ำได้ต่อไปทำให้เกิดแคลเซียมซัลเฟต (ยิปซั่ม) แคลเซียมซัลไฟต์และแคลเซียมซัลเฟตไม่ละลายในน้ำมากและทั้งคู่สามารถตกตะกอนเป็นสารละลายโดยการตกตะกอน สารละลายข้นที่เรียกว่าตะกอน FGD ก่อให้เกิดปัญหาการกำจัดอย่างมีนัยสำคัญ การกำจัดก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ช่วยลดระดับก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์รอบข้างและบรรเทาปัญหาฝนกรด อย่างไรก็ตามนอกเหนือจากค่าใช้จ่าย (ซึ่งส่งผ่านโดยตรงไปยังผู้บริโภคในอัตราที่สูงขึ้นสำหรับการผลิตไฟฟ้า) ตะกอน FGD หลายล้านตันถูกสร้างขึ้นในแต่ละปี

การดูดซับ

การดูดซับแก๊สเมื่อเทียบกับการดูดซับเป็นปรากฏการณ์พื้นผิว โมเลกุลก๊าซจะถูกดูดซับและถูกจับบนพื้นผิวของของแข็ง วิธีการดูดซับแก๊สใช้สำหรับการควบคุมกลิ่นในโรงงานผลิตสารเคมีและการแปรรูปอาหารประเภทต่าง ๆ ในการกู้คืนตัวทำละลายที่ระเหยได้ (เช่นเบนซีน) และในการควบคุม VOCs ที่โรงงานอุตสาหกรรม

ถ่านกัมมันต์ (ถ่านร้อน) เป็นหนึ่งในวัสดุดูดซับที่พบมากที่สุด มันมีรูพรุนมากและมีอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรสูงมาก ถ่านกัมมันต์นั้นมีประโยชน์เป็นอย่างยิ่งในฐานะตัวดูดซับสำหรับทำความสะอาดอากาศที่มีสารอินทรีย์ระเหยง่ายและสำหรับการกู้คืนตัวทำละลายและการควบคุมกลิ่น หน่วยดูดซับคาร์บอนที่ออกแบบมาอย่างเหมาะสมสามารถกำจัดก๊าซที่มีประสิทธิภาพเกิน 95 เปอร์เซ็นต์

ระบบการดูดซับนั้นได้รับการปรับแต่งให้เป็นแบบหน่วยเตียงเคลื่อนที่หรือแบบเตียงเคลื่อนที่ ในตัวดูดซับเตียงแบบคงที่กระแสลมที่ปนเปื้อนจะเข้าสู่ด้านบนผ่านชั้นหรือเตียงของถ่านกัมมันต์และออกที่ด้านล่าง ในถ่านดูดซับแบบเคลื่อนที่เตียงถ่านกัมมันต์จะไหลช้าลงผ่านช่องทางโดยแรงโน้มถ่วงเนื่องจากอากาศที่ผ่านการทำความสะอาดจะไหลผ่านกระแสไหลข้าม

เผา

กระบวนการที่เรียกว่าการเผาหรือการเผาไหม้ - ทางเคมีออกซิเดชันอย่างรวดเร็ว - สามารถใช้ในการแปลง VOCs และสารไฮโดรคาร์บอนก๊าซอื่น ๆ เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ การเผาสาร VOCs และควันไฮโดรคาร์บอนมักจะทำได้ในเตาเผาขยะพิเศษที่เรียกว่าเครื่องเผาทำลายสารคาร์บอน เพื่อให้การเผาไหม้สมบูรณ์แบบผู้เผาไหม้ต้องเตรียมความปั่นป่วนและเวลาในการเผาไหม้ที่เหมาะสมและต้องรักษาอุณหภูมิที่สูงพอ ความปั่นป่วนที่เพียงพอหรือการผสมเป็นปัจจัยสำคัญในการเผาไหม้เพราะช่วยลดเวลาและอุณหภูมิในการเผาไหม้ที่ต้องการ กระบวนการที่เรียกว่าการเผาโดยตรงด้วยเปลวไฟสามารถนำมาใช้เมื่อก๊าซเสียเป็นส่วนผสมที่ติดไฟได้และไม่จำเป็นต้องเพิ่มอากาศหรือเชื้อเพลิง

โดยทั่วไปแล้ว afterburner นั้นทำจากเปลือกเหล็กที่หุ้มด้วยวัสดุทนไฟเช่น firebrick เยื่อบุทนไฟปกป้องเปลือกและทำหน้าที่เป็นฉนวนความร้อน เมื่อให้เวลาและอุณหภูมิสูงพอมลพิษทางอินทรีย์ที่เป็นก๊าซสามารถออกซิไดซ์ได้เกือบหมดโดยมีประสิทธิภาพในการเผาถึง 100% สารบางอย่างเช่นแพลตตินัมสามารถทำปฏิกิริยาที่ช่วยในการเผาไหม้ สารเหล่านี้เรียกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาช่วยให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นอย่างสมบูรณ์ของก๊าซที่ติดไฟได้ที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ

Afterburners ใช้ในการควบคุมกลิ่นทำลายสารประกอบพิษหรือลดปริมาณของสารที่ทำปฏิกิริยากับแสงที่ปล่อยสู่อากาศ มีการใช้งานในโรงงานอุตสาหกรรมหลายแห่งที่มีไอระเหยของสาร VOC เกิดขึ้นจากกระบวนการเผาไหม้หรือการระเหยของตัวทำละลาย (เช่นโรงกลั่นปิโตรเลียมโรงงานทำสีแห้งและโรงสีกระดาษ)