Tecnologie per la depurazione dei composti organici volatili (COV)

In un precedente articolo (COV – Cosa sono?) abbiamo esaminato la natura e le caratteristiche fisiche dei COV; in particolar modo, abbiamo analizzato il significato del termine, da che classi di composti sono caratterizzati e che problematiche ambientali/di salute possono creare.
Da quelle considerazioni sorgono spontanee alcune domande:

• Com’è possibile intervenire nei processi industriali per abbattere i COV?
• Quali tecnologie abbiamo a disposizione?

L’obiettivo di questo approfondimento è proprio quello di dare risposta a queste domande. Esamineremo, nell prossime righe, le diverse tecnologie disponibili a livello industriale ed il modo in cui possono essere utilizzate nei processi industriali.
In particolare prenderemo in esame:

• La filtrazione per adsorbimento dei COV: il filtro a carboni attivi
• La filtrazione per assorbimento dei COV: lo scrubber ad umido
• La degradazione termica dei COV: il post combustore

​Non sono oggetto di questo articolo applicazioni in campo ho.re.ca, quali i filtri anti-odore per cucina e ristorazione o applicazioni consumer quali i purificatori di aria domestici.

L’adsorbimento è un fenomeno di estrema importanza, esso, in poche parole, consente l’accumulo di sostanze su di una superficie solida. Nello specifico, il fenomeno è basato su legami intermolecolari (nel caso dell’adsorbimento fisico) o su legami covalenti/ionici (nel caso dell’adsorbimento chimico) che si instaurano tra molecole presenti in fase fluida e la superficie del solido.

Grazie a questo fenomeno si realizza dunque una separazione delle molecole di interesse, che si “staccano” dalla fase fluida per “aderire” a quella solida. Questo avviene fino a quando la superficie del materiale solido viene interamente saturata. Affinchè il fenomeno riprenda sarà quindi poi necessario sostituire il materiale adsorbente.

Ma quale tipologia di materiale conviene utilizzare per  ottenere questo risultato? A livello intuitivo possiamo dedurre che l’adsorbimento delle specie chimiche è tanto più favorito tanto maggiore è la superficie di contatto tra le molecole stesse e il solido. Si rende dunque necessario l’utilizzo di un materiale caratterizzato da un’elevata porosità e da un’elevata superficie specifica (per unità di volume).

Un eccellente materiale che risponde a queste caratteristiche è il carbone attivo. Questo speciale materiale viene generato a partire da materie prime ad elevato tenore di carbonio, mediante dei processi di attivazione chimica o a gas. Ponendo il carbone attivo all’interno di un apposito filtro, dimensionato e progettato secondo specifiche regole tecniche e proprietarie, ed imponendo poi il passaggio della corrente gassosa da depurare attraverso il filtro, si genera automaticamente la separazione dei Composti Organici Volatili  presenti nella fase fluida.
Questo è il principio alla base del filtro a carboni attivi. Sulla base di questa tecnologia Tecnosida^® ha realizzato il filtro Chemsorb^®, utilizzato con successo in varie applicazioni industriali, tra le quali citiamo:

• Depurazione COV e polveri su linea di produzione pannelli fotovoltaici
• Filtro a carboni attivi ATEX installato in impianto di produzione di specialità e intermedi chimici
• Filtrazione COV, vapori alifatici e stirene in settore packaging e stampa

Abbiamo esaminato il fenomeno dell’adsorbimento, che coinvolge tipicamente una fase fluida e una fase solida.
Cosa succede se consideriamo invece due fasi fluide, nello specifico una gassosa e una liquida? Anche in questo caso può avvenire uno scambio di materia, secondo un fenomeno fisico denominato assorbimento. Esaminiamolo più nel dettaglio, insieme all’apparecchiatura che ne sfrutta il funzionamento: il wet scrubber.

L’assorbimento consiste nel passaggio di specie chimiche da una fase gassosa ad una fase liquida. Nell’analisi di questo fenomeno è di fondamentale importanza prendere in considerazione due diversi aspetti:

• L’aspetto termodinamico: in altri termini, occorre rispondere alla domanda: “qual è la massima quantità di specie chimica inquinante che la fase liquida può assorbire?” La risposta a questa domanda dipende da molti fattori: temperatura, pressione, concentrazioni e caratteristiche chimico-fisiche delle sostanze in gioco. È infatti possibile aggiungere specifiche sostanze chimiche alla fase liquida per incrementare la sua efficacia di assorbimento nei confronti delle specie che è necessario trattare, ovvero assorbire.
• L’aspetto cinetico: in altri termini, occorre rispondere alla domanda:”quanto velocemente avviene il processo di trasferimento dell’inquinante dalla fase gassosa alla fase liquida?” Questo aspetto risulta essere profondamente influenzato dalle condizioni fluidodinamiche, dai gradienti di concentrazione che si sviluppano e dalla superficie di contatto gas/liquido.

Sulla base delle considerazioni ora effettuate vengono costruite delle apparecchiature che promuovono un efficace contatto tra la fase gassosa e la fase liquida, con il fine di trasferire a quest’ultima le specie inquinanti. Questa tipologia di apparecchiatura viene denominata wet scrubber.
Le soluzioni realizzative per i wet scrubbers sono molteplici e sono fortemente basate sulla sperimentazione e la calibrazione delle condizioni più efficaci. Tecnosida® ha sviluppato un considerevole know-how, che le ha consentito di sviluppare WETCLEAN, una torre di lavaggio adattabile alle specifiche esigenze del tuo processo produttivo.

Inoltre, tramite il nostro Case History “Scrubber a umido per trattamento odori, COV e vapori inorganici” ti offriamo la possibilità di capire come WETCLEAN è stato utilizzato per risolvere problematiche nella lavorazione dei metalli e nel settore chimico.
Sino ad ora abbiamo parlato di fenomeni di assorbimento e adsorbimento, che permettono di rimuovere le molecole dalla corrente gassosa iniziale. Esistono tecnologie che, invece di sfruttare la rimozione dei composti, si basano sulla trasformazione dei composti stessi in molecole innocue?
La risposta è affermativa, e una tecnologia che sfrutta questo principio è l’ossidatore termico.

La post combustione termica permette di trasformare i COV (o SOV – Sostanze Organiche Volatili) nei classici prodotti di combustione totale (anidride carbonica e acqua), più altri sottoprodotti dipendenti dalle tipologie di atomi presenti nelle molecole da trattare. La combustione è un processo esotermico, e tende ad avvenire spontaneamente a patto che la composizione della miscela aria/combustibile sia all’interno dei limiti di infiammabilità.

In particolare, un post combustore termico risulta essere composto da:

• Un bruciatore preriscaldatore, che permette di mantenere la miscela dei gas inquinanti da ossidare ad una temperatura per la quale avviene un’ignizione spontanea.
• Un catalizzatore, che consente di incrementare la velocità del processo ossidativo.
• Uno scambiatore di calore, che permette di riutilizzare proficuamente il calore sviluppato in questo processo.

È importante mettere in evidenza il fatto che la post combustione termica rappresenta un’adeguata soluzione se:

• La concentrazione di COV è sufficientemente elevata: in questa circostanza il calore sviluppato dalla combustione permette al processo di autosostenersi dal punto di vista energetico, con conseguenze abbassamento dei costi di esercizio.
• Le molecole di COV sono prevalentemente idrocarburiche. Se nelle molecole volatili dovessero essere presenti percentuali significative di atomi diversi da carbonio, idrogeno e ossigeno, nel processo di combustione potrebbero generarsi delle nuove specie inquinanti. Immaginiamo ad esempio di voler ossidare una corrente contenente un quantitativo significativo di acido solfidrico (H₂S). Il processo di combustione porterebbe alla formazione di ossidi di zolfo (SO_x), e dunque da un’inquinante si otterrebbe un altro inquinante.

Per ricevere maggiori informazioni sull’ossidazione termica, puoi leggere i nostri contenuti dedicati:

• “POSTCOMBUSTORI | ossidazione termica“: Ossidatore termico THEROX progettato da Tecnosida per l’ossidazione dei COV;
• “Ossidatore termico rigenerativo per l’abbattimento di COV“: Applicazione dell’Ossidatore Termico THEROX nel settore automotive;
• “Le 3T della combustione“: blog di approfondimento sugli elementi fondamentali per permettere la corretta ossidazione dei COV

Abbiamo analizzato tre diverse tecnologie adatte alla depurazione dei Composti Organici Volatili:

• la filtrazione a carboni attivi, basata sul concetto di adsorbimento
• la filtrazione ad umido, basata sul concetto di assorbimento
• L’ossidazione termica, o post combustione

Ci sono delle apparecchiature specifiche che consentono di trattare una particolare classe dei COV: le molecole odorigene. Queste specie, dato il loro sgradevole impatto a livello olfattivo, causano spesso lamentele da parte di coloro che abitano nei pressi delle zone di emissione. Analizzeremo quindi in due nuovi articoli i temi:

• cosa sono le molecole odorigene?
• quali sono le tecnologie utili a trattarle e ridurne l’impatto?

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