Ρύπανση-Ενέργεια και Τεχνολογίες Αντιρύπανσης Τόμος A Κυριάκος Μπουρίκας Επίκουρος Καθηγητής Ελληνικού Ανοικτού Πανεπιστημίου Προσροφητικές Διεργασίες Αντιρύπανσης
Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του υποέργου 2 με τίτλο «Ανάπτυξη έντυπου εκπαιδευτικού υλικού για τα νέα Προγράμματα Σπουδών» της Πράξης «Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο» η οποία έχει ενταχθεί στο Επιχειρησιακό Πρόγραμμα «Εκπαίδευση και Διά Βίου Μάθηση» (ΕΠΕΔΒΜ) του ΕΣΠΑ (2007-2013), Άξονας Προτεραιότητας 7: «Ενίσχυση της Διά Βίου Εκπαίδευσης Ενηλίκων στις 8 Περιφέρειες Σύγκλισης» με κωδικό MIS 296121 και η οποία συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο ΕΚΤ) και από εθνικούς πόρους, μέσω του Προγράμματος Δημοσίων Επενδύσεων (ΠΔΕ) του ΥΠΑΙΘ. Προσροφητικές Διεργασίες Αντιρύπανσης Σημείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιμέλεια έκδοσης και την ανάπτυξη των κειμένων σύμφωνα με τη Μεθοδολογία της εξ Αποστάσεως Εκπαίδευσης. Για την επιστημονική αρτιότητα και πληρότητα των συγγραμμάτων την αποκλειστική ευθύνη φέρουν οι συγγραφείς, κριτικοί αναγνώστες και ακαδημαϊκοί υπεύθυνοι που ανέλαβαν το έργο αυτό.
ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Πρόγραμμα Σπουδών ΚΑΤΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ Θεματική Ενότητα ΡΥΠΑΝΣΗ-ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΝΤΙΡΥΠΑΝΣΗΣ Τόμος A Προσροφητικές Διεργασίες Αντιρύπανσης Συγγραφή ΚΥΡΙΑΚΟΣ ΜΠΟΥΡΙΚΑΣ Επίκουρος Καθηγητής Ελληνικού Ανοικτού Πανεπιστημίου Κριτική Ανάγνωση ΑΛΕΞΙΟΣ ΛΥΚΟΥΡΓΙΩΤΗΣ Καθηγητής Πανεπιστημίου Πατρών Ακαδημαϊκός Υπεύθυνος για την ανάπτυξη του έντυπου διδακτικού υλικού του ΠΣ ΑΛΕΞΙΟΣ ΛΥΚΟΥΡΓΙΩΤΗΣ Καθηγητής Πανεπιστημίου Πατρών Συντονιστής για την ανάπτυξη του έντυπου διδακτικού υλικού της ΘΕ ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΣ ΑΛΜΠΑΝΗΣ Καθηγητής Πανεπιστημίου Ιωαννίνων Ειδικός στη Μεθοδολογία της Ανοικτής και εξ Αποστάσεως Εκπαίδευσης ΗΛΙΑΣ ΜΑΥΡΟΕΙΔΗΣ Γλωσσική Επιμέλεια ΕΥΣΤΑΘΙΑ ΖΩΗ Τεχνική Επιμέλεια Καλλιτεχνική Επιμέλεια Σελιδοποίηση ΒΙΒΛΙΟΤΕΧΝΙΑ ΠΑΠΠΑΣ ΦΩΤΙΟΣ - ΔΟΥΒΟΥ ΣΕΒΑΣΤΗ Ο.Ε. ISBN: 978-960-538-956-7 Κωδικός Έκδοσης: ΚΠΠ 60/A Copyright 2015 για την Ελλάδα και όλο τον κόσμο ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Πάροδος Αριστοτέλους 18, 26335 Περιβόλα Πατρών Τηλ.: 2610 367300, Φαξ: 2610 367650 To παρόν έργο πνευματικής ιδιοκτησίας προστατεύεται κατά τις διατάξεις του Ελληνικού Νόμου (Ν. 2121/1993 όπως έχει τροποποιηθεί και ισχύει σήμερα) και τις διεθνείς συμβάσεις περί πνευματικής ιδιοκτησίας. Απαγορεύεται απολύτως η άνευ γραπτής αδείας του εκδότη, κατά οποιονδήποτε τρόπο ή μέσο, αντιγραφή, φωτοανατύπωση και εν γένει αναπα- ραγωγή, εκμίσθωση ή δανεισμός, μετάφραση, διασκευή, αναμετάδοση στο κοινό σε οποιαδήποτε μορφή (ηλεκτρονική, μηχανική κ.λπ.) και η εν γένει εκμετάλλευση του συνόλου ή μέρους του έργου.
ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Πρόγραμμα Σπουδών ΚΑΤΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ Θεματική Ενότητα ΡΥΠΑΝΣΗ-ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΝΤΙΡΥΠΑΝΣΗΣ Τόμος A Προσροφητικές Διεργασίες Αντιρύπανσης ΚΥΡΙΑΚΟΣ ΜΠΟΥΡΙΚΑΣ Επίκουρος Καθηγητής Ελληνικού Ανοικτού Πανεπιστημίου ΠΑΤΡΑ 2015
Βιογραφικό Ο Κυριάκος Μπουρίκας είναι Επίκουρος Καθηγητής της Σχολής Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας του Ελληνικού Ανοικτού Πανεπιστημίου. Απέκτησε Πτυχίο Φυσικής και Διδακτορικό Δίπλωμα στη Χημεία από το Πανεπιστήμιο Πατρών και Πιστοποιητικό Μεταπτυχιακής Επιμόρφωσης στην «Ανοικτή και εξ Αποστάσεως Εκπαίδευση» από το Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο. Εργάστηκε ως Μεταδιδακτορικός Ερευνητής στο «Department of Environmental Sciences» του Πανεπιστημίου του Wageningen, στην Ολλανδία. Τα ερευνητικά του ενδιαφέροντα επικεντρώνονται στους εξής τομείς: Χημεία Διεπιφανειών, Κατάλυση, Χαρακτηρισμός Υλικών και Επιφανειών, Τεχνολογίες Αντιρύπανσης. Έχει σημαντικό αριθμό δημοσιεύσεων σε διεθνή περιοδικά και πολλές συμμετοχές σε εθνικά και διεθνή συνέδρια. Έχει συγγράψει δύο βιβλία στον τομέα της Αντιρύπανσης και έχει αναπτύξει πλούσιο εναλλακτικό εκπαιδευτικό υλικό στους τομείς της Ανόργανης Χημείας, Ενόργανης Ανάλυσης και Φυσικοχημείας.
Περιεχόμενα Πρόλογος...13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Αέρια ρύπανση Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...17 1.1 Κατηγορίες ρύπων και πηγών ρύπανσης...21 1.2 Αέριοι ρύποι...24 1.3 Έλεγχος αέριας ρύπανσης: πολιτική και νομική δράση...44 1.4 Τεχνολογίες ελέγχου της αέριας ρύπανσης...51 Σύνοψη...58 Βιβλιογραφία...59 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Υγρή ρύπανση Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...63 2.1 Καθαρό και ρυπασμένο νερό...66 2.1.1 Το νερό στον πλανήτη μας...66 2.1.2 Κατηγορίες και πηγές υγρής ρύπανσης...68 2.2 Υγροί ρύποι...75 2.3 Έλεγχος υγρής ρύπανσης: πολιτική και νομική δράση...98 2.4 Τεχνολογίες ελέγχου της υγρής ρύπανσης...103 Σύνοψη...110 Βιβλιογραφία...112
8 ΠΡΟΣΡΟΦΗΤΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΑΝΤΙΡΥΠΑΝΣΗΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Η διεπιφάνεια μεταξύ φορτισμένης επιφάνειας στερεού προσροφητικού υλικού και υδατικού διαλύματος Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...115 3.1 Ανάπτυξη φορτίου στην επιφάνεια στερεού προσροφητικού υλικού σε επαφή με υδατικό διάλυμα...118 3.1.1 Μηχανισμός ανάπτυξης του φορτίου...118 3.1.2 Θεωρητικά μοντέλα περιγραφής της φορτισμένης επιφάνειας στερεού προσροφητικού υλικού σε επαφή με υδατικό διάλυμα...121 3.2 Η διεπιφάνεια μεταξύ στερεού προσροφητικού υλικού και υδατικού διαλύματος...133 3.2.1 Το υδατικό διάλυμα...133 3.2.2 Δομή της διεπιφάνειας μεταξύ στερεού προσροφητικού υλικού και υδατικού διαλύματος και διεργασίες που λαμβάνουν χώρα σε αυτήν...140 Σύνοψη...150 Βιβλιογραφία...152 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Προσρόφηση Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...155 4.1 Βασικές Έννοιες Ορισμοί...159 4.2 Είδη προσρόφησης...162 4.2.1 Φυσική προσρόφηση...162 4.2.2 Χημική προσρόφηση...165 4.2.3 Ιοντοανταλλαγή...167
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 9 4.3 Ισορροπία της προσρόφησης...169 4.3.1 Συναρτήσεις ισορροπίας της προσρόφησης...169 4.3.2 Ισόθερμες προσρόφησης...171 4.4 Προσρόφηση από την υγρή φάση...191 4.4.1 Εισαγωγικές έννοιες...191 4.4.2 Είδη προσρόφησης από την υγρή φάση...193 4.4.3 Ισόθερμες προσρόφησης...195 4.5 Παράγοντες που επηρεάζουν την προσρόφηση...198 Σύνοψη...204 Βιβλιογραφία...206 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Προσροφητικά υλικά Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...209 5.1 Πορώδη υλικά...213 5.1.1 Βασικές έννοιες και ορισμοί...213 5.1.2 Προέλευση των πόρων...214 5.2 Απαιτούμενες ιδιότητες των προσροφητικών υλικών...216 5.3 Ενεργός άνθρακας...226 5.3.1 Χρήση και βασικά φυσικοχημικά χαρακτηριστικά...226 5.3.2 Τρόποι παρασκευής...230 5.3.3 Επιφανειακά χημικά χαρακτηριστικά...235 5.3.4 Μοριακά κόσκινα άνθρακα...243 5.4 Ζεόλιθοι...247 5.5 Πηκτώματα σίλικας...253 5.6 Ενεργή αλουμίνα...258
10 ΠΡΟΣΡΟΦΗΤΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΑΝΤΙΡΥΠΑΝΣΗΣ 5.7 Πολυμερή...260 5.8 Βιοροφητικά υλικά...263 5.8.1 Εισαγωγή στη βιορόφηση...263 5.8.2 Βιοροφητές...265 5.8.3 Πρακτική εφαρμογή της βιορόφησης...267 5.9 Προσροφητικά υλικά χαμηλού κόστους...269 Σύνοψη...272 Βιβλιογραφία...273 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Η τεχνολογία της προσρόφησης στις διεργασίες αντιρύπανσης Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...279 6.1 Συστήματα προσρόφησης από την αέρια φάση...286 6.1.1 Μη αναγεννώμενα συστήματα προσρόφησης...286 6.1.2 Αναγεννώμενα συστήματα προσρόφησης...290 6.2 Εφαρμογές των συστημάτων προσρόφησης από την αέρια φάση...298 6.2.1 Πεδία εφαρμογής...298 6.2.2 Προσροφητική χωρητικότητα...300 6.2.3 Παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση ενός προσροφητικού συστήματος...302 6.3 Συστήματα προσρόφησης από την υγρή φάση...310 6.3.1 Συστήματα προσρόφησης με σκόνη ενεργού άνθρακα (PAC)...310 6.3.2 Συστήματα προσρόφησης με κοκκώδη ενεργό άνθρακα (GAC)...319 6.4 Αναγέννηση προσροφητικών υλικών...333
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 11 6.4.1 Αναγέννηση με μείωση της μερικής πίεσης...334 6.4.2 Αναγέννηση με αύξηση της θερμοκρασίας (θερμική αναγέννηση)...336 6.4.3 Αναγέννηση με αντικατάσταση προσροφημένης ουσίας...340 6.4.4 Χημική αναγέννηση...342 Σύνοψη...346 Βιβλιογραφία...348 Απαντήσεις σε Aσκήσεις Aυτοαξιολόγησης...351 Aπαντήσεις Δραστηριοτήτων...404