Filtrazione Elettrostatica
L’aria che transita nel filtro elettrostatico è sottoposta, in una prima fase, all’azione di un campo elettrico a ionizzazione positiva, generato da un filo alimentato ad alta tensione elettrica posto tra due piastre collegate a massa: tale campo provoca la liberazione di ioni positivi, generando un fenomeno noto come “effetto corona”.
Le cariche elettriche che migrano tra l’elettrodo e le superfici a massa urtano le particelle d’aria veicolate nel flusso gassoso, cedendogli parte della loro carica elettrica positiva.
Nella seconda fase il flusso gassoso, precedentemente caricato, attraversa il campo elettrico di captazione: questo risulta costituito da piastre caricate positivamente e da altre piastre collegate a massa, disposte alternativamente.
Grazie a questa conformazione del filtro elettrostatico e all’intervento della forza elettrostatica, le particelle solide contenute nell’aria vengono attratte dalle piastre di captazione, in quanto caricate negativamente, e respinte dalle piastre caricate.
Periodicamente, a seconda della concentrazione dell’inquinante, è necessario procedere alla manutenzione del filtro elettrostatico, lavandolo con un detergente studiato appositamente per garantire una migliore prestazione del prodotto ed un ciclo di vita più lungo. I rendimenti di un filtro elettrostatico in termini di efficienza sono molto elevati, paragonabili ad un filtro assoluto, in quanto sono normalmente impiegati per le polveri sottili con grandezza inferiore ad 1 μm. Inquinanti tipici sono fumo di sigaretta 0,5÷0,3 μm, vapori oleosi 1÷0,2 μm, PM10, PM2.5, PM1, ecc. L’efficienza del filtro elettrostatico è misurata e testata prendendo come riferimento le particelle con diametro medio 0,4 μm.
Il meccanismo
Un sistema a filtri elettrostatici è costituito da:
- elettrodi di raccolta, a forma di piastre o tubolari
- elettrodi di scarica o di emissione, di forma filiforme. Questi sono posizionati parallelamente a quelli di raccolta (in modo coassiale nel caso di elettrodi di raccolta tubolari). Possono essere a sezione circolare, quadrata o a stella
- gruppo di alimentazione, per generale i livelli di tensione richiesti al processo (dai 30 ai 100kV), costituito da un trasformatore e da un raddrizzatore
- apparato per la pulizia periodica degli elettrodi di raccolta. Il metodo maggiormente impiegato è il sistema a secco che realizza il distacco delle polveri fissate sugli elettrodi percuotendo o trasmettendo vibrazioni all'elettrodo. Il sistema ad umido, realizza invece la rimozione del contaminante attraverso l'impiego di liquidi che scorrendo lungo le pareti dell'elettrodo di raccolta rimuovono il contaminante. Il sistema ad umido è utile nel caso si debba recuperare una parte del componente per poterlo riutilizzare nel ciclo produttivo in fase liquida, oppure nel caso i contaminanti risultino di difficile asportazione con la metodologia a secco. Gli svantaggi sono rappresentati da un maggior costo, dalla maggior complessità del sistema e dalla necessità di trattare i fanghi di scarto
- strutture di alloggiamento degli elettrodi e di distribuzione dei flussi di gas in ingresso e uscita
- da contenitori per la raccolta delle polveri (o dei fanghi nel caso del sistema ad umido).
Il trattamento consiste nell'applicare un'elevata differenza di potenziale tra gli elettrodi di emissione e di raccolta: in questo modo si ha la creazione, in prossimità degli elettrodi di emissione, di un forte campo elettrico. Il campo generato provoca la ionizzazione del gas (vettore delle particelle contaminanti) attorno alla superficie dell'elettrodo di emissione. L'effetto che si realizza prende il nome di effetto corona. Il flusso di gas che viene fatto passare tra le piastre di raccolta viene ionizzato, quindi gli ioni tendono a spostarsi dalla zona di corona verso gli elettrodi di raccolta. In questa fase gli ioni prodotti entrano in collisione con le particelle di contaminante in sospensione e cedono loro una carica elettrica (ogni particella può essere caricata dall'azione di più ioni, fino a raggiungere elevati livelli di carica). Le polveri cariche vengono quindi attirate verso gli elettrodi di raccolta dove sono trattenute e successivamente rimosse con il metodo a secco o ad umido. La rimozione dei depositi può anche essere effettuata durante il funzionamento senza dover sospendere la fase di trattamento, impiegando opportuni accorgimenti che evitano la dispersione delle particelle catturate.
Le caratteristiche principali dei filtri elettrostatici sono le elevate efficienze di rimozione (>90%) anche per granulometrie molto fini e la possibilità di recuperare i contaminanti in fase solida (tranne nel caso di elettrofiltri ad umido).
Non ci sono particolari limiti al flusso di gas in ingresso mentre per portate eccessivamente basse; l'unico limite può essere dovuto al costo rilevante dell'impianto dal punto di vista sia dell'installazione sia della gestione. Inoltre gli impianti di abbattimento presentano ingombri non trascurabili per il fatto che gli elettrofiltri necessitano di flussi d'aria con velocità contenute (non superiori a 1,5 m/s) e questo richiede l'impiego di più sezioni per la realizzazione del sistema.
L'efficienza di rimozione delle particelle è influenzata dalla granulometria e resistività delle stesse. Il sistema presenta alti livelli di efficienza per particelle di dimensioni maggiori al micron e resistività comprese tra i 10^3 e 10^10 Ohm*cm. Per mantenere efficienze apprezzabili anche per polveri con resistività superiori a 10^11 Ohm*cm si devono adottare alcuni accorgimenti:
- mantenere sempre puliti gli elettrodi;
- migliorare l'efficienza degli alimentatori;
- aggiungere al gas vettore piccole quantità di agenti chimici con lo scopo di attenuare la resistività delle particelle.