Gotowe urządzenia oparte na węglu aktywnym, centralnie uzdatniające wodę moża kupić w dziale kolumny węglowe. Stosujemy węgle aktywne firm Norit, Desotec, Purolite i Cintropur.
Adsorpcja na węglu aktywnym.
Adsorpcja to proces, w którym ciało stałe, w tym przypadku węgiel aktywny, używane jest do usuwania substancji rozpuszczonej w wodzie. Węgiel aktywny produkowany jest w specyficzny sposób, tak aby osiągnąć bardzo duże pole powierzchni (pomiędzy 500 - 1500 m2/g). Taka duża powierzchnia sprawia, że węgiel aktywny jest idealnym medium w procesie adsorpcji. Węgiel aktywny powstaje w dwóch formach: węgiel aktywny sproszkowany (PAC) oraz węgiel aktywny w postaci granulatu (GAC). Wersja GAC jest najczęściej stosowana w procesach oczyszczania wody.
Może on pochłaniać następujące substancje:
Związki organiczne, niepolarne:
- oleje mineralne
- BTEX
- wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (PACs)
- (Chlor) fenol
- halogeny (fluorowce): I, Br, Cl, F
- składniki nieprzyjemnych woni
- składniki nieprzyjemnych smaków
- drożdże
- różne produkty fermentacji
- substancje niepolarne (substancje nierozpuszczalne w wodzie)
Przykłady zastosowania węgla aktywnego:
- oczyszczanie wody gruntowej
- usuwanie chloru z wody używanej do różnych procesów przemysłowych
- oczyszczanie wody w basenach
- oczyszczanie ścieków
Opis procesu z udziałem węgla aktywnego
Oczyszczana woda jest wprowadzana (pompowana) w kolumnę zawierającą węgiel aktywny. Woda opuszcza kolumnę poprzez system odprowadzający. Aktywność węgla aktywnego tworzącego kolumnę zależy od temperatury oraz natury substancji usuwanej z wody. Woda przepływa przez kolumnę stale (w sposób ciągły), co powoduje akumulację substancji w filtrze. Zużyty filtr może być zregenerowany w różny sposób. Węgiel w postaci granulatu może być łatwo regenerowany poprzez utlenianie substancji organicznej. Niewielka część węgla ulega zniszczeniu w procesie regeneracji i musi zostać zastąpiona nowym materiałem. Proces adsorpcji odbywający się z użyciem oddzielnych kolumn w seriach zapewnia, że system nie ulegnie wyczerpaniu.
Opis procesu adsorpcji
Cząsteczki fazy gazowej lub ciekłej przylegają do powierzchni w sposób fizyczny. W tym przypadku do powierzchni węgla aktywnego.
Proces adsorpcji zachodzi w trzech etapach:
Makro-transport: przemieszczanie się materiału organicznego przez system makro-porów węgla aktywnego (makro-pory >50nm)
Mikro-transport: przemieszczanie się materiału organicznego przez system mezo- i mikro-porów węgla aktywnego (mikro-pory <2nm; mezo-pory 2-50nm)
Sorpcja: fizyczne przyleganie materiału organicznego do powierzchni węgla aktywnego w mezo- i mikro-porach węgla aktywnego.
Poziom aktywności węgla oraz procesu adsorpcji zależy od stężenia danej substancji w wodzie, temperatury oraz polarności substancji. Substancja polarna (substancja dobrze rozpuszczalna w wodzie) jest źle adsorbowana lub w ogóle nie jest usuwana przez węgiel aktywny. Substancja niepolarna może być zupełnie usunięta z wody z użyciem węgla aktywnego. Każdy rodzaj węgla ma swoja własną zdolność adsorpcji.
Jaka jest różnica pomiędzy adsorpcją a absorpcją ?
Kiedy substancja przylega do powierzchni ciała stałego, proces ten nazywa się adsorpcją. W tym przypadku substancja przyczepia się na zewnętrznej powierzchni (także wewnątrz porów) węgla aktywnego. Kiedy substancja jest pochłaniana do wewnątrz przez inne medium, nazywamy to absorpcjaą. Kiedy gaz pochłaniany jest przez ciecz nazywamy to również absorpcją.
Czynniki, które wpływają na działanie węgla aktywnego w wodzie to:
- rodzaj usuwanego związku. Związki o większej masie cząsteczkowej (ciężarze cząsteczkowym) i mniejszej rozpuszczalności są lepiej adsorbowane.
- stężenie związków usuwanych. Im większe stężenie, tym większe zużycie węgla.
- obecność innych związków organicznych, które będę konkurowały o dostępne miejsca w procesie adsorpcji.
- odczyn pH wody oczyszczanej. Na przykład, związki o odczynie kwaśnym są lepiej usuwane przy niskim pH.
Zgodnie z tym można podzielić związki chemiczne znajdujące się w wodzie ze względu na prawdopodobieństwo efektywnej adsorpcji na węglu aktywnym.
Prawdopodobieństwo efektywnej adsorpcji:
- Związki o bardzo wysokim prawdopodobieństwie adsorpcji na węglu aktywnym.
2,4-D |
Deisopropyltatrazyna |
Linuron |
Alachlor |
Desethylatrazyna |
Malation |
Aldrin |
Demeton-O |
MCPA |
Antracen |
DBP |
Mekoprop |
Atrazyna |
1,2-Dichlorobenzen |
Metazachlor |
Gution |
1,3-Dichlorobenzen |
2-Metylo-benzenamina |
Bentazon |
1,4-Dichlorobenzen |
Methlonaftalen |
Bifenyl |
2,4-Dichlorokrezol |
2-Metylobutan |
2,2-Bipirydyna |
2,5-Dichlorofenol |
Monuron |
DEHP |
3,6-Dichlorofenol |
Naftalen |
Bromacyl |
2,4-Dichlorofenoksy- |
Nitrobenzen |
Bromodichlorometan |
Dieldryn |
m-Nitrofenol |
p-Bromofenol |
DEP |
o-Nitrofenol |
Butylobenzen |
2,4-Dinitrokrezol |
p-Nitrofenol |
Podchloryn wapnia |
2,4-Dinitrotoluen |
Ozon |
Karbofuran |
2,6-Dinitrotoluen |
Paration |
Chlor |
Diuron |
Pentachlorofenol |
Dwutlenek chloru |
Endosulfan |
Propazyna |
Chlorobenzen |
Endryn |
Simazyna |
4-Chloro-2-nitrotoluen |
Etylobenzen |
Terbutryn |
2-Chlorofenol |
Hezachlorobenzen |
Tetrachloroetylen |
Chlorotoluen |
Hezachlorobutadien |
Triklopyr |
Chryzyna |
Heksan |
1,3,5-Trimetylobenzen |
m-krezol |
Izodryn |
m-Ksylen |
Cyanazyna |
Izooctan |
o-Ksylen |
Cykloheksan |
Izoproturon |
p-Ksylen |
DDT |
Lindan |
2,4-Ksylenol |
- Związki o wysokim prawdopodobieństwie adsorpcji na węglu aktywnym.
Anilina |
Dibromo-3-chloropropan |
1-Pentanol |
Benzen |
Dibromochlorometan |
Fenol |
Alkohol benzylowy |
1,1-Dichloroetylen |
Fenyloalanina |
Kwas benzylowy |
cis-1,2- Dichloroetylen |
o-kwas ftalowy |
Eter bis(2-chloroetylowy) |
trans-1,2- Dichloroetylen |
Styren |
Bromodichlorometan |
1,2-Dichloropropan |
1,1,2,2-Tetrachloroetan |
Bromoform |
Etylen |
Toluen |
Czterochlorek wegla |
Hydrochinon |
1,1,1-Trichloroetan |
1-Chloropropan |
Metyl Isobutyl Keton |
Trichloroetylen |
Chlorotoluron |
4-Metylobenzenoamina |
Octan winylu |
- Związki o średnim prawdopodobieństwie adsorpcji na węglu aktywnym. Dla tych związków chemicznych,węgiel aktywny jest skuteczny tylko w pewnych przypadkach.
Kwas octowy |
Dimetoat |
Metionina |
Akrylamid |
Octan etylu |
Eter metylo-tert-butylowy |
Chloroetan |
Eter etylowy |
Keton metylo-etylowy |
Chloroform |
Freon 11 |
Pirydyna |
1,1-Dichloroetan |
Freon 113 |
1,1,2-Trichloroetan |
1,2-Dichloroetan |
Freon 12 |
Chlorek winylu |
1,3-Dichloropropan |
Glifosat |
|
Dikegulak |
Imazypur |
- Związki, dla których jest mało prawdopodobne,że ulegną adsorpcji na węglu aktywnym.Adsorpcja tych związków na węglu aktywnym jest możliwa w pewnych przypadkach np. przy niskim stężeniu lub przepływie wody.
Aceton |
Chlorek metylenu |
Acetonitryl |
1-Propanol |
Akrylonitryl |
Propionitryl |
Dimetyloformaldehd |
Propylen |
1,4-Dioksan |
Tetrahydrofuran |
Alkohol isopropylowy |
Mocznik |
Chlorek metylu |
|