Uciążliwość zapachowa/Metody dezodoryzacji gazów/Inne metody dezodoryzacji

Inne metody dezodoryzacji

Poza metodami adsorpcyjnymi, absorpcyjnymi, biologicznymi oraz spalaniem stosowane są rozmaite metody kombinowane, np. adsorpcja/desorpcja + spalanie, absorpcja + utlenianie w fazie gazowej lub ciekłej. W projekcie dyrektywy IPPC H4 wymieniono ponadto zastosowania:

• reaktorów plazmy nietermicznej,
• procesów ozonowania i naświetlania promieniowaniem UV,
• filtracji z użyciem katalizatorów żelaznych,
• procesów kondensacji,
• substancji modyfikujących zapach,
• środków powierzchniowo czynnych, wspomagających absorpcję.

Reaktory plazmy nietermicznej

Zasada działania reaktora plazmowego

Plazmę niskotemperaturową, zwaną też nietermiczną lub „zimną” (nonthermal plasma, NTP), wytwarza się doprowadzając do wyładowań elektrycznych między elektrodami. Zależnie od geometrii elektrod i sposobu ich zasilania dochodzi do wyładowań niezupełnych (nie zwierających elektrod reaktora) lub zupełnych (np. łukowych). Stosowane są wyładowania w uwarstwionych układach dielektrycznych (między płytami elektrod), koronowe (w niejednorodnych polach elektrycznych), jarzeniowe, mikrofalowe i inne. Plazma bywa np. wytwarzana między koncentrycznymi elektrodami, umieszczonymi osiowo wewnątrz przewodów wentylacyjnych.

W reaktorach plazmy niskotemperaturowej energia elektryczna nie jest wykorzystywana do ogrzewania gazu, który pozostaje „zimny”. Emitowane są „gorące”, czyli wysokoenergetyczne elektrony (brak równowagi termodynamicznej) i promieniowanie UV. Elektrony zderzają się z cząsteczkami gazu i powodują ich dysocjację. Powstające aktywne rodniki i jony wchodzą w reakcje chemiczne. Średnia temperatura gazu może wzrosnąć o ok. dziesięć stopni. Reaktory umożliwiają skuteczne usuwanie tlenków azotu, dwutlenku siarki z gazów spalinowych, metali ciężkich lub lotnych związków organicznych (w tym odorantów) powstających w procesach malowania, lakierowania i procesach chemicznych. Są polecane zwłaszcza jako metoda usuwania zanieczyszczeń powietrza występujących w bardzo małych ilościach.

Sprawność procesu plazmowego zależy w największym stopniu od układu zasilania. Najprostszym układem zasilania jest odpowiedni transformator, pozwalający osiągnąć napięcie umożliwiające zapłon wyładowań. Moc dostarczaną do przestrzeni wyładowań reguluje się zmieniając napięcie zasilające lub stosując energoelektroniczne regulatory mocy (opisane m.in. w monografii H.D. Stryczewskiej).

Zastosowania nietermicznej plazmy w ochronie środowiska i w biotechnologii wciąż są przedmiotem badań, zmierzających m.in. do określenia:

• przydatności różnych rodzajów wyładowań elektrycznych do wytwarzania plazmy oraz usprawnienie procesu generacji elektronów,
• zależności skuteczności procesów oczyszczania gazów od ich składu, np. zawartości pary wodnej i amoniaku,
• kinetyki reakcji,
• sposobów minimalizacji zużycia energii,
• łącznych kosztów zastosowania w różnych warunkach.

• 
  Kula plazmowa – lampa zasilana napięciem przemiennym ok. 2–5 kV o częstotliwości ok. 30–100 kHz
• 
  Demonstracja zjawiska zimnej plazmy w Hampton Roads Naval Museum

Ozonowanie i naświetlanie promieniowaniem UV

W przypadkach, gdy do reaktora plazmowego jest wprowadzane czyste powietrze lub tlen, pełni on funkcję wytwornicy ozonu (ozonizatora).

Reakcje ozonowania są prowadzone np. w celu:

• utlenienia odorantów w fazie gazowej, np. w przewodach wentylacyjnych i kominach, bezpośrednio przed wyrzutem gazów do atmosfery (technika stosowana często w oczyszczalniach ścieków),
• zwiększenia skuteczności absorpcji – utlenianie związków trudno rozpuszczalnych w wodzie, w celu otrzymania związków lepiej rozpuszczalnych (reakcje w fazie gazowej lub ciekłej – absorpcja w ozonowanych cieczach o odpowiednim pH),
• zwiększenia sprawności adsorpcji na węglu aktywnym (dozowanie ozonu do fazy gazowej przez wejściem do adsorbera),
• zahamowania rozwoju drobnoustrojów, które są przyczyną uciążliwych zapachów, związanych z biodegradacją biomasy.

Zalety ozonu to:

• stosunkowo niski koszt i łatwe stosowanie,
• duża reaktywność wobec licznych związków chemicznych, np. alkenów, amin oraz organicznych związków siarki (powstawanie produktów bezwonnych).

Wadami, ograniczającymi możliwości wykorzystania, są:

• mniejsza aktywność wobec alkoholi i aldehydów,
• brak wystarczającej aktywności wobec ketonów, kwasów karboksylowych i estrów,
• często niewielka szybkość reakcji utleniania (w temperaturze otoczenia okres połowicznej przemiany jest rzędu sekund lub nawet minut),
• toksyczność uniemożliwiająca stosowanie nadmiaru względem wymagań stechiometrii (konieczność dostosowywania dawki do aktualnego poziomu stężenia usuwanych zanieczyszczeń i ciągłego monitorowania emisji O₃).

Dezodoryzację gazów odlotowych z zakładów przemysłu spożywczego i zakładów utylizacyjnych (np. utylizacja odpadów mięsno-kostnych), kuchni lub restauracji, a również dezodoryzację powietrza wnętrz prowadzi się też stosując równoczesne ozonowanie i naświetlanie promieniowaniem UV (zakres UV-C, 100–280 nm, optymalnie ok. 185 nm). Promieniowanie wspomaga działanie ozonu, wytwarzając aktywne rodniki. Temperatura powietrza powinna być niższa niż 45ºC,a gaz powinien być wcześniej odpylony (np. usunięcie pyłu mączki mięsno-kostnej). Osiągana jest redukcja stężenia zapachowego na poziomie ok. 90%. Koszty procesu są zbliżone do kosztów stosowania biofiltrów, ale instalacja jest bardziej zwarta, a emisja łatwiejsza o zorganizowania (emitory punktowe). Technologia bywa łączona z końcową adsorpcją na węglu aktywnym.

Filtracja z użyciem katalizatorów żelaznych

Rdza – produkt korozji żelaza

Filtry w formie zbiorników wypełnionych elementami z rdzewiejącej miękkiej stali są stosowane w czasie wstępnego oczyszczania gazów zawierających duże ilości siarkowodoru (> 500 ppm). Ich wilgotność względna powinna być większa od 75%. Filtry żelazne pozwalają zwykle usunąć 60–95% H₂S, a więc zapach gazu wylotowego jest nadal silny. Są stosowane w celu zmniejszenia obciążenia kolejnych węzłów instalacji dezodoryzujących, np. biofiltrów lub adsorberów.

Na żelaznym nieruchomym złożu zachodzi utlenianie siarkowodoru, katalizowane przez tlenek żelaza(III) (Fe₂O₃), powstający w czasie rdzewienia. Pośrednim produktem reakcji jest siarczek żelaza (Fe₂S₃), który utlenia się do siarki elementarnej. Dodatkowym produktem reakcji jest kwas siarkowy, który powinien być odprowadzany ze złoża. Gromadzenie się produktów reakcji oraz korozja elementów wypełnienia i ich kruszenie prowadzą do zmian upakowania złoża – konieczne są jego okresowe wymiany.

Procesy kondensacji

Obieg chłodziwa w chłodziarce sprężarkowej: 1 – skraplanie, 2 – rozprężanie, 3 – odparowanie, 4 – sprężanie; B – przestrzeń chłodzona (odbieranie ciepła parowania chłodziwa)

Procesy kondensacji par nie umożliwiają dezodoryzacji, jednak powinny być brane pod uwagę jako operacja wspomagająca. Zastosowanie skraplaczy może być wskazane, jeżeli emitowany strumień zawiera znaczne ilości pary wodnej (np. strumienie wentylacyjne z kuchni lub warników wytwórni mączki rybnej). Skropliny powstające po ochłodzeniu gazów absorbują część odorantów rozpuszczalnych w wodzie – powinny być odprowadzane do ścieków z zachowaniem warunków uniemożliwiających wtórną emisję.

Najtańszy sposób kondensacji polega na rozpylaniu zimnej cieczy chłodzącej bezpośrednio w strumieniu emitowanych gazów (chłodzenie połączone z absorpcją). Stosowane bywa również chłodzenie pośrednie, np. w rurowych wymiennikach ciepła. Kondensat powstający na zewnętrznej powierzchni rurek z cyrkulującym chłodziwem (woda lub inne czynniki chłodnicze) jest odprowadzany do zbiorników magazynowych. Najbardziej efektywna metoda kondensacji par polega na sprężeniu gazu przed jego ochłodzeniem. Jest to technika najbardziej kosztowna.

Modyfikacja zapachu

Dezodoryzacja powietrza wentylacyjnego z kuchni

Zanik lub złagodzenie zapachu powietrza lub gazów odlotowych może być spowodowane wprowadzeniem dodatkowych związków chemicznych, które powodują podwyższenie progu wyczuwalności zapachu mieszaniny (zob. Prawa psychofizyczne w olfaktometrii – Zapach mieszanin) lub poprawiają jego jakość hedoniczną (procesy „industrial odour counteraction”; zob. uwaga 1).

Zjawiska „kompensacja zapachu” składników mieszanin są badane od dawna, jednak badania nie są zakończone. Do ograniczania uciążliwości gazów odlotowych są wykorzystywane od połowy XX w. (np. przy oczyszczalniach ścieków, składowiskach odpadów, zakładach przemysłu spożywczego). Z lakonicznych informacji dostawców preparatów wynika, że stosowane są przede wszystkim produkty pochodzenia naturalnego – np. olejki eteryczne (zob. też Technologia olejków eterycznych). Olejki są wieloskładnikowymi mieszaninami związków chemicznych – zawierają substancje zapachowe, związki kompensujące zapach innych odorantów, dezynfekujące, powierzchniowo czynne oraz chemicznie reaktywne wobec zanieczyszczeń powietrza. W skład tych mieszanin wchodzą zwykle estry, aldehydy, ketony, alkohole i fenole oraz terpeny, seskwiterpeny i dwuterpeny. Receptury wielu tzw. „odświeżaczy powietrza” przewidują stosowanie olejku eukaliptusowego (zob. eukaliptus), jodłowego, kosodrzewinowego i innych.

Środki kompensujące zapach rozpyla się z użyciem atomizerów wewnątrz kanałów wentylacyjnych lub w otoczeniu emitorów powierzchniowych („bariery antyosmiczne”, zob. Absorpcja – zastosowania do dezodoryzacji). Stosowanie tej techniki jest kontrowersyjne (niekiedy zakazane), m.in. z powodu możliwości maskowania zapachów o charakterze ostrzegawczym, możliwości negatywnych reakcji ludzi na zapach rozpylanych środków lub zanieczyszczania skóry, odzieży i innych powierzchni. Wątpliwości budzi brak zweryfikowanych zasad projektowania rozmieszczenia i wydajności atomizerów (brak gwarancji skuteczności w różnych odległościach od emitora i w różnych sytuacjach technologicznych i meteorologicznych). Modyfikowanie zapachu jest też stosunkowo kosztowne ze względu na wysokie ceny preparatów i koszty technicznej obsługi atomizerów (wymiany lub czyszczenie zatkanych dysz). Z wymienionych względów technika jest zalecana przede wszystkim wewnątrz zakładów, np. w skruberach lub kanałach wentylacyjnych (bez emisji preparatu do powietrza atmosferycznego), a poza zakładem – przede wszystkim incydentalnie – w przypadkach wystąpienia trudnych do uniknięcia dużych emisji krótkotrwałych (np. awarie instalacji i inne zakłócenia procesu technologicznego).

W niektórych sytuacjach niekorzystne może być również stosowanie wodnych „barier antyosmicznych”. Należy skontrolować, czy ich działanie nie powoduje rozprzestrzeniania się aerozoli zawierających bakterie.

Zastosowania środków powierzchniowo czynnych

Środki powierzchniowo czynne są stosowane jako czynniki ułatwiające proces absorpcji odorantów w wodzie lub innych roztworach absorpcyjnych (zob. Absorpcja). Są też składnikami preparatów do rozpylania w powietrzu atmosferycznym i natryskiwania np. odpadów. Powinny ulegać szybkiej biodegradacji w glebie, wraz z absorbowanymi zanieczyszczeniami (zwłaszcza związkami toksycznymi).

Czy znasz odpowiedzi?

• Czym jest plazma niskotemperaturowa?

Odpowiedź
Plazma jest zjonizowaną materią przypominającą gaz, w której zderzenia cząsteczek z elektronami powodują powstawanie wolnych rodników i jonów. W plazmie nietermicznej (niskotemperaturowej) elektrony są wysokoenergetyczne, czyli „gorące”, a gaz pozostaje „zimny” (energia kinetyczna jego cząsteczek wzrasta nieznacznie). Oznacza to brak równowagi termodynamicznej

---

• Jakim promieniowaniem wspomaga się proces ozonowania gazów odlotowych?

Odpowiedź
UV-C, zakres 100–280 nm (optymalnie ok. 185 nm)

---

• Na czym polega działanie żelaznych katalizatorów dezodoryzacji?

Odpowiedź
Na rdzewiejącym żelaznym wypełnieniu zbiornika zachodzi utlenianie siarkowodoru, katalizowane przez tlenek żelaza(III) (Fe2O3). Pośrednim produktem reakcji jest siarczek żelaza (Fe2S3), który utlenia się do siarki elementarnej.

---

• Na czym może polegać niekorzystny wpływ wodnych barier antyosmicznych na środowisko?

Odpowiedź
Niekiedy mogą powodować rozprzestrzenianie się aerozoli zawierających bakterie.

---

Uwagi

1. W języku polskim pojęcie „counteraction” nie ma jednoznacznego odpowiednika. Stosowanie terminu „przeciwdziałanie” może być rozumiane niewłaściwie, jako dowolny zabieg zmierzający do zmniejszenia uciążliwości zapachów, w tym usuwanie zanieczyszczeń. Określenie „maskowanie zapachu” kojarzy się z zastępowaniem zapachu niepożądanego przez przyjemniejszy. Stosowanie terminu „neutralizacja zapachu” również prowadzi do nieporozumień wskutek skojarzeń z pojęciem stosowanym w chemii – „neutralizacja” jako reakcja zobojętniania. Proponuje się stosowanie pojęcia „kompensacja zapachu”.

Przypisy

---

Powrót do spisu treści