Сорбционная фильтрация является распространенным способом дополнительной очистки воды в процессе водоподготовки. Данным методом удаляют остатки активного хлора, высокомолекулярные биологические вещества, запахи и неприятные привкусы.
Адсорбцией называют процесс накопления вещества в твердом объекте: по всему объему или на поверхности. Процесс адсорбции задействует несколько составляющих, минимум две. Одна из них – адсорбент — твердое вещество, которое собирает концентрат внутри себя или на своей поверхности. Другая – адсорбат, поглощаемое твердым материалом.
При адсорбционной фильтрации применяют твердые материалы с пористой поверхностью по всему объему 1000 м2 на 1 грамм.
Процессы адсорбции бывают двух типов:
- хемосорбция,
- адсорбция физическая.
При взаимном воздействии дисперсионных и электростатических молекул возникает физическая адсорбция.
Химическая связь образуется при соединении молекул адсорбируемого вещества с поверхностью в результате перераспределения электродов.
Чаще всего в промышленности в качестве адсорбентов применяют активированные угли различных видов, имеющих разную структуру, состоящих из пор, отличающихся размерами.
Способность к адсорбции определяется количеством мелких пор на единицу массы материала или его объема. Поры также влияют на скорость поглощения.
По размерам различают поры таких типов:
- Микроскопические поры – самые мелкие. Радиус эффективности составляет 5-15 А°. Их величина идентична размерам молекул поглощаемых веществ.
- Мезопоры по размерам намного больше поглощаемых молекул. Их радиусы измеряются в 15 – 2000 А°.
- Макроскопические поры – по этим каналам адсорбат поступает во впитывающие его поры на поверхности. Радиус эффективности превышает 2000 А°.
Активированные угли, применяемые в промышленности, имеют смешанную структуру с порами, отличающимися по размерам, и служат для водоочистки.
Активированный уголь могут производить в нескольких формах: в виде порошка, гранул, экструдированный и формованный.
К активированному углю в виде порошка относят мелкие частицы разного размера диаметром до 0,18 мм. Такая форма адсорбента используется для изменения цвета воды, ее осветления, очистки. Уголь дозируется в необходимом количестве до достижения нужного эффекта. После того, как уголь собрал весь адсорбат, его выводят из очищаемой воды посредством фильтрации.
Активированный уголь в гранулах – частицы в нем превышают 0,18 мм и содержатся в различных размерах. Состав гранул определяет марку угля. Очищение разных жидких растворов и обычной воды выполняется их пропусканием через гранулированный уголь. Сорбент для очистки помещают в емкость с адсорбирующими фильтрами, в которых уложен слой угля.
Формованный уголь вначале измельчают, затем формуют в одинакового размера цилиндры. Диаметр цилиндра составляет 0,8 – 4мм. Если возникла необходимость провести процесс рекуперации летучих углеводов или растворителей, используют формованный активированный уголь.
Области промышленности, использующие активированный уголь
- Обработка производственных сточных вод,
- Предварительная и дополнительная очистка воды, употребляемой для приготовления пищи,
- Удаление остаточного хлора и озона из воды в бассейнах и аквапарках.
- Фильтрация спиртовых растворов,
- Очищение патоки крахмала,
- Уменьшение концентрации соков,
- Фильтрация пищевых кислот,
- Восстановление растворителей.
Эксплуатационные особенности установок сорбционных систем
Прослойка фильтрующего угля, которую необходимо загружать в фильтр для эффективной очистки, должна составлять 1-2,5 м. Линейная скорость очистки находится в промежутке от 5 до 15 м/ч. Время фильтрации – от 8 до 15 мин. Частота повтора водной очистки угля – единоразово за 2-3 суток. Скорость промывки 10-15 м/с*м2. Потери угля составляют 10% в год.
Существенным недостатком сорбционных фильтров является риск увеличения количества микроорганизмов, скапливаемых в большом количестве на внутренней поверхности углей и в порах различного размера.
Для питьевого водоснабжения антисептическая обработка фильтров из активированного угля должна производиться как минимум 1 раз в две недели. Для определения времени дезинфекции проводится анализ наличия биологических организмов в воде после очистки углем. Бактерицидная обработка в некоторых случаях проводится чаще 1 раза за две недели.
Способы стерильной обработки угля:
- Обработка потоком воды, нагретой до температуры свыше 85 °С, в течение 2 часов. Показатели эффективности зачастую бывают невысокими.
- Промывка суспензией NaOH кислотностью 11,5-12 на протяжении 10-20 часов. Однако от щелочи также стоит отмывать уголь в дальнейшем, что займет от 6 до 10 часов.
Самый результативный метод борьбы с микроорганизмами в угольном фильтре – обработка в течение 2 часов горячим паром температурой 121 °С под давлением в 1 атмосферу. Процедура эта также имеет свои последствия – фракции активированного угля измельчаются, а угольная пыль, образовавшаяся в результате, выводится потоком чистой воды. Процесс пропаривания сменяется двухразовым циклом промывок водой в обратном направлении.
Все указанные способы очистки угля занимают много времени, требуют повышенного расхода энергии, сил и дорогостоящих химических веществ.
Для улучшения чистоты воды, продолжительности использования активированного угля, сокращения частоты проведения промывок применяют дезинфицирование воды ультрафиолетовым светом после предварительной очистки угольными фильтрами. Такая схема приносит больший эффект и экономит средства.
