Адсорбционные методы фильтрации широко используются в водоподготовке как эффективный способ доочистки воды от высокомолекулярных органических веществ, остаточного активного хлора, привкусов и запахов.
Адсорбция– это концентрирование вещества на поверхности или в объёме твёрдого тела.
В процессе адсорбции участвуют как минимум два компонента. Твёрдое вещество, на поверхности или в объёме которого происходит концентрирование поглощаемого вещества, называется адсорбентом. Поглощаемое вещество, после перехода в адсорбированное состояние –адсорбатом.
В сорбционных технологиях водоочистки используют твёрдые адсорбенты с развитой внутренней поверхностью – до 1000 м2\грамм.
Адсорбционные процессы делят на два основных типа: физическую адсорбцию и хемосорбцию.
Физическая адсорбция вызывается силами молекулярного взаимодействия: дисперсионными и электростатическими. Дисперсионные силы вносят основной вклад в энергию взаимодействия молекул.
Хемосорбция не сохраняет индивидуальность адсорбата и адсорбента.
При сближении молекул адсорбата с поверхностью адсорбента происходит перераспределение электронов взаимодействующих компонентов с образованием химической связи.
Наиболее распространённые промышленные адсорбенты – активированные угли разных марок, отличающиеся развитой внутренней структурой, включающей поры различного размера.
При этом решающее влияние на адсорбционную способность и скорость поглощения оказывает содержание мелких пор в единице объёма или массы адсорбента.
В зависимости от своих размеров, поры подразделяются на три типа:
|
микропоры |
наиболее мелкие поры, имеют размеры, соизмеримые с размерами адсорбируемых молекул. Их эффективные радиусы находятся в интервале от 5 до 15А°. |
|
мезопоры |
эффективные радиусы мезопор гораздо больше размеров адсорбируемых молекул и колеблются от 15 до 1000-2000 А°. |
|
макропоры |
имеют эффективные радиусы больше 1000-2000 А°. Макропоры в процессе сорбции выполняют роль транспортных каналов для доставки адсорбата к поверхности адсорбирующих его пор. |
Подавляющее большинство промышленных активированных углей, применяемых для водоподготовки, содержат широкую гамму пор различного размера и относятся к смешанным структурным типам.
Современные основные формы выпуска активированного угля:
- порошкообразный
- гранулированный
- формованный
- экструдированный
Порошкообразный активированный уголь определяется как активированный уголь, с частицами мельче 0,18 мм. Применяется для очистки воды, осветления, обесцвечивания и т.д. путём дозирования в очищаемую жидкость. После адсорбции порошковый уголь должен быть отделен от жидкости посредством фильтрации.
Гранулированный активированный уголь - это активированный уголь с частицами неправильной формы крупнее 0,18 мм. В массе гранулированный уголь содержит частицы различного размера. Марка активированного угля в числе прочего определяется гранулярным составом частиц. Гранулированный активированный уголь находит применение преимущественно для очистки воды и жидкостей. С этой целью сорбент помещают в фильтры-адсорберы с неподвижным слоем угля.
Формованный активированный уголь – это активированный уголь изначально измельчённый, затем отформованный в цилиндры-пеллеты одинакового диаметра. Формованный активированный уголь производится диаметром от 0.8 до 4 мм. Формованный активированный уголь, как правило, применяется для рекуперации растворителей и летучих углеводородов.
Основные направления применения активированного угля.
- очистка производственных сточных вод
- водоподготовка и доочистка питьевой воды.
- дехлорирование и деозонирование оборотной воды в бассейнах и аквапарках
- очистка спирта и спиртовых растворов, доочистка водки
- очистка крахмальной патоки
- осветление соков
- очистка лимонной и молочной кислоты.
- регенерация растворителей
Особенности эксплуатации систем адсорбционной фильтрации воды.
- линейная скорость фильтрации в диапазоне 5 - 15 м/ч
- эффективная высота слоя загрузки активированного угля 1.0 – 2.5 м
- время контакта обрабатываемой воды с адсорбентом 8 - 15 мин
- интенсивность промывки 10 - 15 л/с·м2
- периодичность промывок угольной загрузки 1 раз /2-3 суток
- норма ежегодных потерь загрузки до 10 %
Из-за развитой внутренней поверхности активированных углей и наличию большого количества макро-, мезо- и микропор, адсорбционным фильтровальным установкам присущ серьёзный недостаток – высокая микробиологическая нестабильность.
В связи с этим, при применении технологии в питьевом водоснабжении должна проводиться дезинфекция фильтрующей загрузки не реже одного раза в две недели. На практике этот срок определяется исходя из фактических микробиологических показателей воды после угольных фильтров, и зачастую стерилизация проводится гораздо чаще.
Угольные адсорберы подвергают промывке горячей водой с температурой >85°С в течение не менее 2 часов. Однако данный способ не всегда позволяет достичь требуемого уровня стерильности угля. Другим способом обработки является санитизация раствором NaOH с рН 11,5-12,0 в течение 10-20 часов. Причём, последующая отмывка активированного угля от щёлочи тоже довольно длительный процесс, занимающий порядка 6-10 часов.
Наиболее эффективный традиционный способ - обработка угля «острым паром» при температуре 121°С и давлении порядка 1 атм. в течение 2 часов. Однако при этом происходит активное измельчение гранул активированного угля, пылевидные частицы которого в процессе последующей эксплуатации будут выноситься потоком очищенной воды. После пропаривания загрузки необходимо проводить 1-2 цикла обратной промывки.
Все перечисленные операции по санобработке угля довольно трудоёмки, требуют большого расхода химических реагентов, энергии и рабочего времени.
Для поддержания микробиологической стабильности воды, увеличения сроков службы и периодичности санобработки активированного угля возможно использовать эффективный и более экономичный метод ультрафиолетового обеззараживания воды, прошедшей угольный фильтр.
Компания «Филтрокс» производит установки адсорбционной фильтрации серии FAD в стандартном и индивидуальном исполнении.
