Publication details
Abstracts and keywords
Rozwój przemysłu niesie za sobą ryzyko powstania zanieczyszczeń chemicznych i mikrobiologicznych powietrza, wody i gleby. Mimo ustalenia dopuszczalnych norm emisji polutantów, wysiłków kadry naukowo-badawczej oraz nakładów finansowych często spotyka się przypadki przekraczania chwilowych dopuszczalnych ich stężeń, zwłaszcza w przypadku dużych zakładów produkcyjnych lub oczyszczalni ścieków. Konieczne jest prowadzenie badań nad nowymi, efektywnymi technologiami kontroli zanieczyszczeń, pozwalającymi tanio i skutecznie rozwiązać problem ich rozkładu, m.in. w przypadku związków wielkocząsteczkowych i trudnobiodegradowalnych; gdy klasyczne oczyszczanie chemiczne i biologicznie nie jest wystarczające. Coraz bardziej popularną alternatywą, lub niejednokrotnie koniecznym etapem procesu puryfikacji mediów stają się procesy zaawansowanego utleniania (ang. advanced oxidation processes - AOP). W procesach tych głównym czynnikiem aktywnym są biodegradowalne, silne utleniacze, które nie przyczyniają się do powstania zanieczyszczeń wtórnych. Do kategorii AOP zaliczyć można symultaniczne stosowanie takich związków jak ozon, woda utleniona, rodniki hydroksylowe, promieniowanie UV, promieniowanie gamma, katalizatory, itd. Ozon (O3) nie może być przechowywany ze względu na krótki czas rozpadu oraz wysoką reaktywność i musi być wytwarzany na miejscu jego stosowania. Zwykle ozon generowany z suchego gazu substratowego (powietrze, tlen), w reaktorach plazmowych (najczęściej na drodze wyładowań barierowych) jest następnie transportowany do miejsca wykorzystania i dystrybuowany w komorze reakcyjnej poprzez sieć rur i dyfuzorów. W ciągu ostatniej dekady poszukiwano rozwiązań, które pozwoliłyby uniknąć strat wynikających z konieczności przesyłu utleniaczy a także umożliwiły uproszczenie budowy układów oczyszczania. Istnieje wiele zanieczyszczonych mediów (w tym również wilgotne gazy oraz ciecze), w których, dzięki zastosowaniu reaktorów o specjalnej konstrukcji byłoby możliwe jednoczesne prowadzenie obydwu procesów: generacji utleniaczy i usuwania zanieczyszczeń w tej samej przestrzeni reakcyjnej, min. przy użyciu wyładowań elektrycznych zachodzących bezpośrednio w oczyszczanym ośrodku. Badania wzajemnych interakcji w układach ciecz-gaz oraz zachodzące w nich podczas wyładowań elektrycznych zjawiska stały się dziś ważnym działem inżynierii elektrycznej i chemicznej. Prezentowana monografia ma na celu przybliżenie i popularyzację wyładowań elektrycznych generowanych w cieczach, pianach i wilgotnych gazach, jako faktycznego i potencjalnego środowiska przebiegu różnorakich procesów technologicznych, jak również prezentację możliwości poszczególnych układów w aspekcie generowania utleniaczy i usuwania zanieczyszczeń. W pracy omówiono podstawowe procesy inicjujące wyładowania elektryczne w środowiskach wilgotnych oraz kolejne etapy ich przebiegu. Ponadto podano podstawowe kryteria klasyfikacji wyładowań pod względem parametrów fizykochemicznych oraz rodzaju ośrodka, w którym przebiega proces. Prezentowana monografia przybliża również istniejącą wiedzę na temat generowania środków utleniających, podaje ich ogólną charakterystykę a także wiele przykładów zastosowań technik zaawansowanego utleniania. Omówiono nowe rodzaje plazmotronów, zwanych hybrydowymi, których geometria oraz układ zasilania pozwalają na otrzymanie wyładowania elektrycznego w wilgotnym medium. Szczególną uwagę poświęcono w pracy dziedzinie badań zainicjowanych przez autorkę - wyładowaniom elektrycznym w pianach. Piany uzyskane poprzez dodatek surfaktantów lub też bez ich użycia (w reaktorach, gdzie zachowane są odpowiednie parametry przepływu gazu i cieczy), pozwalają na zwiększenie transportu masowego na granicy faz ciecz-gaz i powinny one znaleźć się w centrum uwagi badaczy. To nowatorskie rozwiązanie umożliwia otrzymanie kilku utleniaczy w jednej komorze reakcyjnej, zaś zanieczyszczenia mogą być zawarte zarówno w fazie gazowej jak i w ciekłej. W monografii przedstawiono wyniki badań własnych nad konstrukcją plazmotronów pianowych, ich zasilaniem, charakterystyką zachodzących w nich wyładowań elektrycznych oraz ich ścisłą zależnością od parametrów fizycznych pian i składu chemicznego substratów pianowych. Zaprezentowano również wyniki pomiarów substancji utleniających generowanych w pianach takich jak ozon gazowy i rozpuszczony, nadtlenek wodoru, rodniki OH oraz możliwości usuwania wybranych zanieczyszczeń organicznych: barwników, substancji powierzchniowo czynnych, kwasów humusowych oraz substancji lotnych. Dokonano porównania skuteczności systemu pianowego z innymi eksperymentalnymi systemami wyładowań elektrycznych w układach ciecz-gaz na podstawie danych literaturowych i badań własnych. Wilgotne środowisko, stworzone przez system pianowy jest interesującą i stosunkowo tanią alternatywą dla konwencjonalnych metod generowania utleniaczy. W pianie możliwe jest poprawienie procesu oczyszczania chemicznego poprzez zwiększenie powierzchni kontaktu miedzy poszczególnymi fazami. Obecność różnych rodzajów utleniaczy prowadzi do metod AOP, co potencjalnie zapewnia intensyfikację procesów rozkładu i neutralizacji zanieczyszczeń. Kolumna pianowa łączy więc ideę generatora związków utleniających oraz komory reakcyjnej. Transport utleniaczy do miejsca zastosowania i spowodowane tym straty mogą być pominięte, ponieważ system pianowy umożliwia generowanie utleniaczy In situ, nawet w oczyszczanym medium. Należy zaznaczyć, że nigdy dotąd nie prowadzono badań dotyczących wyładowań elektrycznych w pianie oraz ich praktycznego zastosowania do rozkładu polutantów. W ostatniej części monografii wskazano nowe kierunki wykorzystania plazmy w środowiskach wielofazowych takie jak medycyna, biotechnologia, rolnictwo i przemysł spożywczy. Szczególną uwagę poświęcono zastosowaniu ozonu i technik plazmowych do kondycjonowania gleby. Na przykładzie badań prowadzonych przez grupę badawczą, do której należy autorka omówiono wpływ ozonu na parametry fizykochemiczne gleby, wybrane mikroorganizmy chorobotwórcze przynoszące straty w rolnictwie a także na wzrost niektórych gatunków roślin. Wprowadzenie reaktorów hybrydowych do poszczególnych gałęzi przemysłu wymaga jednak dalszych badań nad ich bezpieczeństwem, standaryzacją i optymalizacją parametrów zasilania elektrycznego tak, by zmaksymalizować efektywność energetyczną.
