Zastosowanie węgla aktywnego w uzdatnianiu wody

Wszystkie powierzchnie mają tendencję do spontanicznej redukcji energii powierzchniowej. Ponieważ powierzchnie stałe nie mogą się swobodnie kurczyć, obniżają energię powierzchniową poprzez zmniejszenie napięcia międzyfazowego, które jest podstawową przyczyną adsorpcji zachodzącej na powierzchniach stałych. Węgiel aktywowany ma wysoce rozwiniętą strukturę porów i bardzo-bardzo dużą powierzchnię właściwą, co zapewnia mu dużą zdolność adsorpcji substancji organicznych rozpuszczonych w wodzie, takich jak związki benzenu, związki fenolowe, ropa naftowa i pochodne ropy naftowej. Jako adsorbent rdzeniowy,Węgiel aktywny do oczyszczania ściekówmoże również skutecznie usuwać substancje organiczne, które są trudne do wyeliminowania za pomocą metod biologicznych i innych konwencjonalnych metod leczenia, w tym substancje powodujące kolor-, związki-nieprzyjemnego zapachu, środki powierzchniowo czynne, herbicydy, barwniki syntetyczne, aminy i wiele sztucznie syntetyzowanych związków organicznych. Dlatego technologia adsorpcji węgla aktywnego, zwłaszcza zastosowanieWęgiel aktywny do oczyszczania ścieków, został szeroko przyjęty w uzdatnianiu wody.

 

I. Charakterystyka węgla aktywnego

Węgiel aktywowany to porowaty materiał węglowy z-dobrze rozwiniętymi strukturami mikroporów i ogromną powierzchnią właściwą. Obejmuje różnorodne adsorbenty-na bazie węgla, które są w stanie wychwytywać na swojej powierzchni liczne substancje chemiczne. Początkowo stosowany w przemyśle rafinacji cukru, węgiel aktywny był później szeroko stosowany do usuwania organicznych i niektórych nieorganicznych zanieczyszczeń ze ścieków, m.in.Węgiel aktywny do oczyszczania ściekówwyróżnia się ukierunkowanym działaniem na złożone ścieki.

 

1.1 Ogólne właściwości węgla aktywnego

Węgiel aktywny ma ciemnoczarny wygląd i charakteryzuje się wyjątkową wydajnością adsorpcji. Posiada stabilne właściwości chemiczne, jest odporny na silne kwasy i mocne zasady oraz toleruje zanurzenie w wodzie i wysokie temperatury. Mając gęstość mniejszą od wody, zaliczany jest do porowatych adsorbentów hydrofobowych.

 

 

1.2 Mechanizm adsorpcji węgla aktywnego

Adsorpcja na węglu aktywnym pochodzi z nienasyconego pola sił atomowych i energii powierzchniowej na powierzchniach stałych. Materiał adsorbuje cząsteczki, aby zmniejszyć swoją energię powierzchniową. Gdy ciało stałe zaabsorbuje cząsteczki substancji rozpuszczonej z roztworu, stężenie substancji rozpuszczonej w roztworze masowym maleje, podczas gdy zaadsorbowane cząsteczki gromadzą się gęsto na powierzchni ciała stałego.

Podczas produkcji węgla aktywnego eliminowane są lotne składniki organiczne i-tworzą się puste przestrzenie między sieciami, tworząc niezliczone drobne pory o różnych kształtach i rozmiarach. Pory zwykle stanowią 70–80% całkowitej objętości cząstek węgla aktywnego. Pory te różnią się znacznie kształtem i rozkładem wielkości porów. Całkowita powierzchnia ścian porów, czyli powierzchnia właściwa, na ogół osiąga 500–1700 m²/g, co jest główną przyczyną dużej zdolności adsorpcyjnej węgla aktywnego i wysokiego ładunku adsorpcyjnego.

Wydajność adsorpcji węgla aktywnego zależy nie tylko od struktury i rozmieszczenia drobnych porów, ale także od właściwości chemicznych jego powierzchni. Sam węgiel aktywny jest-polarny; zawartość powierzchniowych grup funkcyjnych i ładunek powierzchniowy różnią się w zależności od składu surowca i warunków aktywacji. Węgiel aktywowany w niskiej temperaturze (< 500°C) generates surface acidic oxides that release H⁺ upon hydrolysis. Weak polarity on the carbon surface enables polar solutes to compete for active adsorption sites, reducing the adsorption capacity of non-polar solutes. Meanwhile, ion exchange adsorption and complexation reactions occur between activated carbon and certain metal ions in water, improving the removal efficiency of metal ions.

Podsumowując, struktury mikroporów dominują w zakresie zdolności adsorpcyjnej, ponieważ mikropory stanowią prawie całą całkowitą powierzchnię właściwą. Makropory i pory przejściowe działają odpowiednio jako grube i drobne kanały przenoszenia masy; ich ilość i rozmieszczenie w dużym stopniu wpływają na szybkość adsorpcji i desorpcji. Ponadto właściwości chemiczne powierzchni również wywierają wpływ na wydajność adsorpcji węgla aktywnego.

 

II. Zastosowania węgla aktywnego w uzdatnianiu wody

Preferowaną technologią usuwania zanieczyszczeń organicznych z wody jest proces adsorpcji na węglu aktywnym. Dzięki obfitym źródłom surowców i dużej powierzchni właściwej osiąga wysoką skuteczność usuwania koloru, zapachu, smaku i innych zanieczyszczeń organicznych, co prowadzi do rozszerzenia zastosowania w uzdatnianiu wody.

Sproszkowany węgiel aktywny (PAC) jest szczególnie skuteczny w przypadku rozpuszczonego węgla organicznego (DOC) o niskiej-mole-masie cząsteczkowej wydzielanego przez komórki glonów i może skutecznie eliminować mikrocystyny ​​z wody. Zainstalowanie filtra z węglem aktywnym po konwencjonalnych powolnych filtrach piaskowych usuwa-powodujące zapach substancji organicznych, takich jak geosmina i 2-metyloizoborneol (MIB), drastycznie zmniejszając nieprzyjemny smak i zapach ścieków. Jednakże węgiel aktywny wykazuje ograniczoną skuteczność adsorpcji w przypadku wysoce niebezpiecznych węglowodorów halogenowanych, a regeneracja nasyconego węgla aktywnego od dawna nie przynosi zadowalających wyników. Obecnie prowadzone są prace badawczo-rozwojowe nad nowymi adsorbentami, w tym włóknami węgla aktywnego i porowatymi żywicami syntetycznymi.

 

 

2.1 Zastosowanie w uzdatnianiu wody pitnej

Jako jednostki filtracji wtórnej powszechnie stosuje się szybkie filtry biologiczne wypełnione granulowanym węglem aktywnym (GAC). Mikroorganizmy przyczepione do powierzchni granulowanego węgla aktywnego rozkładają biodegradowalną materię organiczną (BOM) w wodzie w procesie znanym również jako wtórna biologiczna filtracja na węglu aktywnym. Literatura potwierdza jego niezawodną skuteczność leczenia. Aby obniżyć koszty operacyjne i ułatwić popularyzację w instalacjach wodnych, zaproponowano koncepcję filtra dwuwarstwowego-, składającego się z „pierwotnej filtracji piaskowej + biologicznej filtracji z węglem aktywnym”. Zalety filtrów biologicznych do usuwania BOM są następujące:

1. Redukuje substraty odżywcze dla rozwoju bakterii w rurociągach wodociągowych i skutecznie hamuje rozmnażanie się bakterii;
2. Obniża zawartość materii organicznej reagującej ze środkami dezynfekcyjnymi, obniżając dawkę środka dezynfekcyjnego i stabilizując stężenie resztkowego środka dezynfekcyjnego w gotowej wodzie;
3. Eliminuje organiczne prekursory produktów ubocznych-dezynfekcji, zmniejszając poziom produktów ubocznych-dezynfekcji w gotowej wodzie;
4. Przekształca zanieczyszczenia organiczne w nieorganiczne produkty końcowe;
5. Pozostałości starego i oderwanego biofilmu są łatwiejsze do usunięcia niż osady powstałe po strącaniu chemicznym;
6. Oczyszczanie biologiczne zapewnia niższe koszty operacyjne niż samodzielna adsorpcja na węglu aktywnym.

 

 

2.2 Dezodoryzacja ścieków za pomocą węgla aktywnego

Kolumny adsorpcyjne z węglem aktywnym mogą usuwać szeroką gamę substancji o nieprzyjemnym zapachu. Składniki o nieprzyjemnym zapachu, takie jak aldehyd octowy i indol, są eliminowane w drodze fizycznej adsorpcji, natomiast siarkowodór (H₂S), merkaptany i inne związki zawierające siarkę- są usuwane w drodze reakcji utleniania na powierzchni węgla, po których następuje wtórna adsorpcja. Węgiel aktywowany doskonale sprawdza się w przypadku siarkowodoru i-związków zawierających siarkę, ale wykazuje ograniczone działanie usuwające substancje organiczne zawierające amoniak i azot-.

Przed osiągnięciem nasycenia adsorpcyjnego węgiel aktywny utrzymuje stosunkowo stabilną szybkość usuwania substancji złowonnych i wykazuje dużą odporność na obciążenia udarowe przepływu gazu, co zapewnia mu szerokie możliwości adaptacyjne. Niemniej jednak częsta regeneracja adsorbentu jest niepraktyczna, dlatego też stężenie dopływających gazów odlotowych musi być kontrolowane na niskim poziomie.

 

2.3 Odbarwianie ścieków drukarskich i barwionych węglem aktywnym

Adsorpcja na węglu aktywnym zapewnia niezwykłą skuteczność oczyszczania ścieków powstałych w wyniku produkcji złożonych barwników. Standardowy przebieg procesu przedstawiono poniżej:

1. Po beztlenowej obróbce wstępnej, po której następuje koagulacja i sedymentacja, stopień usuwania ChZT osiąga około 83%, a stopień odbarwiania osiąga 99,3%, tworząc korzystne warunki wlotowe dla późniejszej adsorpcji węgla aktywnego.
2. Węgiel aktywny ma doskonałą zdolność adsorpcji. Optymalne parametry adsorpcji dla tego procesu to: pH=4, dawka sproszkowanego węgla aktywnego 20 g/L, ciągłe mieszanie podczas adsorpcji i czas adsorpcji 40 min. Po adsorpcji CODCr ścieków spada poniżej 150 mg/l, zgodnie z krajowymi normami dotyczącymi zrzutów.
3. Dwie metody regeneracji, elucja alkaliczna i utlenianie odczynnikiem Fentona, mogą skutecznie przywrócić wydajność adsorpcji nasyconego węgla aktywnego. Po regeneracji zregenerowany węgiel nadal osiąga stopień usuwania ChZT powyżej 77% i stopień odbarwiania przekraczający 97%.

 

Korzystając z rozległych źródeł surowców, dużej energii powierzchniowej, dużej zdolności adsorpcji i wygodnej możliwości recyklingu, technologia adsorpcji węgla aktywnego osiągnęła dojrzały rozwój i szerokie zastosowanie w oczyszczaniu ścieków. Nasza firma oferuje pełną gamę produktów z węglem aktywnym opracowanych specjalnie do uzdatniania wody. Jeśli jesteś zainteresowany, skontaktuj się z nami w celu uzyskania informacji!

Skontaktuj się teraz