Активированный уголь в промышленных объемах начали производить в начале XX века, и связано это было с развитием промышленного производства в химической отрасли, внедрением новых видов химического оружия и химзащиты. Применение его в качестве адсорбента дало толчок развитию новых производственных технологий для его получения, которые до сих пор непрерывно совершенствуются.
Сегодня активированный уголь используются повсеместно во многих производственных процессах. В инженерной экологии его важная роль связана с использованием в системах очистки воздуха и водоподготовки.
Преимущества активированного угля . Адсорбционные способности позволяют применять его для очистки:
Активированный уголь успешно адсорбирует из растворов следующие органические соединения:
Фильтры с угольной загрузкой улучшают органолептические показатели воды, очищаемой для питьевых нужд:
Доочистка водопроводной воды угольными фильтрами удаляет из воды остатки хлорсодежащих соединений и озона, используемых для дезинфекции. Активированный уголь может служить материалом-носителем для микроорганизмов.
Производство активированного угля . Получают его из органического углеродного сырья. В зависимости от доступности тех или иных природных материалов. Существуют технологии получения активированного каменного или древесного угля из ореховой или кокосовой скорлупы. Активирование угля (раскрытие пор углеродного материала) проводится при помощи водяного пара, либо термохимическим методом с использованием специальных реагентов.
Исходный материал и способ активации влияют на качество активированного угля. Важные характеристики- размеры и удельная поверхность пор, гранулометрический состав (размер угольных частиц).
Чтобы добавить отмеренную дозу активированного угля в очищаемую воду, удобнее всего всыпать порошкообразный уголь или влить в загрязненную воду водную угольную суспензию. После завершения процесса очистки, когда уголь максимально адсорбирует на своей поверхности все загрязняющие вещества, угольную взвесь из воды необходимо удалить. Для удаления взвеси применяют методы коагуляции или фильтрования (многослойные фильтры, гравийные фильтры и другие методы).
Технологии очистки воды с неподвижным слоем загрузки заключаются в том, что загрязненную воду пропускают через один или несколько слоев активированного угля в гранулах. По конструкции фильтры могут быть открытые и закрытые, работающие за счет создаваемой разницы в давлении. При очистке больших объемов воды для размещения фильтров используют бетонные резервуары.
Активированный уголь, служащий фильтрующим материалом в системах водоподготовки с неподвижным слоем, можно регенерировать термическим способом, что, в целом, снижает затраты на водоочистку.
Так как угольная загрузка в процессе водоподготовки контактирует с питьевой водой, к ней применяются самые строгие санитарно-гигиенические требования. При этом руководствуются отечественными ГОСТами и СНиПами для питьевой воды, европейскими экологическими нормативами и стандартами качества.
Подбор угольной загрузки для водоочистки - важная задача при проектировании системы водоподготовки. Выбор активированного угля зависит от исходного содержания загрязняющих веществ и заданной степени снижения концентрации вредных примесей. Оптимальный подбор фильтрующих элементов происходит после проведения лабораторных анализов и получения рекомендаций от специалистов компании. Квалифицированные сотрудники лаборатории, работающие с адсорбционными материалами, подберут необходимую загрузку требуемого качества.
В ответственных случаях есть возможность организовать испытания, приближенные к полевым условиям. Для этого используют небольшие фильтры мобильного типа вместимостью до 0,5 м3 активированного угля и анализируют показатели адсорбции, расходов и эксплуатационных характеристик.
Европейские коммунальные системы водоподготовки часто используют системы очистки в виде фильтров с неподвижным слоем фильтрующих элементов из гранулированного угля. Вид загрузки подбирается в зависимости от химического состава очищаемой воды:
В Германии принято оценивать качество активированного угля по нитробензольному показателю - это количество угля, необходимое для удаления из воды на 90% заданного количества нитробензола. Так, для такой степени очистки необходимо менее 20 мг высокоэффективных кокосовых углей или 21–27 мг эффективных углей каменного происхождения.. Этот показатель имеет преимущество перед общеприменимым йодным числом, так как позволяет оценивать адсорбционный эффект для большего количества веществ.
Для очистки воды от многих видов органических веществ традиционно используют флокуляцию , окисление и фильтрацию. Для этих же целей может применяться высокоактивный порошкообразный активированный уголь с высокой адсорбционной способностью. Применение активированного угля в ряде случаев более выгодно, так как позволяет снизить дозу адсорбента и уменьшить затраты на водоочистку.
Для определения эффективной дозы адсорбента строят изотермы адсорбции с учетом реального химического состава очищаемой воды. Входящие в состав водного раствора примеси могут изменить реальный показатель адсорбции активированного угля и повлиять на конечную степень водоочистки.
Европейская компания в сотрудничестве с российскими коммунальными службами изучали порошкообразный активированный уголь для удаления из воды минеральных углеводородов при стандартных температурных условиях (22-26 °C).
Растворы очищаемой воды приготовляли методом дозирования. Начальная концентрация минеральных масел составляла около 1,7 мг/л. Фракционный состав углеводородов был следующий:
Для построения изотерм адсорбции применялся набор навесок порошкообразного угля от 2 до 10 мг/л . В зависимости от используемой дозы активированного угля из раствора удалялось от 60 до 90% от общего содержания углеводородных соединений.
Параллельные опыты изучали изменение характеристик активированного угля при добавлении в раствор дополнительных реагентов (хлорамина). Хлорамин получали внесением в раствор аммиака и гипохлорита натрия.
При более высокой концентрации в растворе углеводородов (до 4,2 мг/л) и в присутствии хлорамина заметно возросла адсорбция активированным углем углеводородных соединений. Такой эффект объясняется тем, что хлорамин химически взаимодействовал с органическими углеводородами и преобразовывал их в легко адсорбируемые соединения.
Argel
Принцип работы активированного угля для очистки воды основан на процессе адсорбции. В узком смысле, под процессом адсорбции понимают поглощение примесей из жидкости или газа твердым телом - адсорбентом (сорбентом). Удержание примесей на поверхности адсорбента может быть обусловлено физическими взаимодействиями (силами Ван-дер-Ваальса), химическими реакциями или и тем и другим. Активированный уголь получают в два этапа. Первый - это обжигом углеродсодержащего сырья при высокой температуре без доступа воздуха в инертной атмосфере. Второй - активация при помощи обработки водяным паром при температуре 800-1000°С или обработки химическими реагентами. Активированный (активный) уголь имеет высокую пористость, площадь поверхности 1 грамма активированного угля может составлять от 500 до 2200 м2. Радиус пор может быть от 0,2 до 200 нм, в основном адсорбционную способность активированного угля определяют поры размером 0,5-1,6 нм, которые соиз меримы с размерами адсорбируемых молекул. В основном удержание молекул примесей в порах активированного угля происходит за счет межмолекулярного притяжения. Существуют марки активированного угля, который обработан химическими реагентами для удаления примесей, не удаляющихся при физической адсорбции.
Активированный уголь применяют для удаления органических загрязнений из воды, таких как фенол, бензол, большинство нефтепродуктов, хлор- и фосфорорганические пестициды, полициклические ароматические углеводороды. Сорбционная способность возрастает с ростом молекулярной массы органических соединений, а также с ростом температуры. Активированный уголь
применяют также для дехлорирования - удаления молекул активного хлора из воды. На загрузке происходит восстановление активного хлора до хлорид иона Cl-. Наиболее оптимальные условия для дехлорирования активированным углем: рН (водородный показатель) 6,5-7,5, температура обрабатываемой воды 16-26°С, скорость потока 10-15 м/с.
Органические соединения и хлор придают воде неприятный цвет, запах, привкус; пестициды и фенолы оказывают влияние на здоровье. Применение активированного угля для очистки воды улучшает ее органолептические показатели и удаляет опасные соединения. К минусам очистки воды на активированном угле можно отнести возможность размножения бактерий при определенных условиях и трудность регенерации, что приводит к необходимости замены загрузки при исчерпании сорбционного ресурса. При дехлорировании активированный уголь может служить до нескольких лет, в зависимости от концентрации активного хлора и марки применяемого угля. При удалении органических соединений рассчитать фильтроцикл заранее практически невозможно, он определяется практически в данных рабочих условиях и может быть крайне невелик. Отработанный уголь подлежит замене.
Активированный уголь для очистки воды может использоваться в виде гранулированной загрузки в скорых фильтрах или в виде картриджей для проточных магистральных фильтров. Картриджи бывают двух видов: насыпные и прессованные. Насыпные картриджи бывают разборные, в которых возможна замена угля. Достоинство прессованных картриджей - малая пыльность. Достоинство засыпных колонн (скорых фильтров) - в возможности проведения обратной промывки, при которой удаляются механические частицы, которые осаживаясь на поверхности угля, блокируют рабочие поры. Количество активированного угля в колонне около 60% от объема фильтра, обратную промывку настраивают так, чтобы уголь во время промывки находился во взвешенном состоянии. Таким образом, удаляются накопившиеся механические загрязнения, а также происходит перераспределение загрузки, открываются новые поры.
Очистка активированным углем распространена как в бытовом применении, так и промышленном. Очистка воды угольным фильтром - самый простой и доступный способ для очистки воды в квартире, при этом удаляется неприятный запах хлорированной воды, а солевой состав не меняется. В промышленности дехлорирование применяется в первую очередь в пищевой и электронной промышленности, а также перед установками обратного осмоса.
> очистка воды углем, кремнием, серебром
Очистка воды через активированный уголь давно освоена в производственных масштабах, почти все фильтры для очистки воды имеющиеся в продаже делают с использованием активированного угля. При добавлении в них различных "присадок" очистка воды получается очень хорошая, такую воду можно пить даже не кипяченую. Но очистка воды "чистым" активированным углем, который можно купить в аптеке или сделать самому, действует только на пестициды, элементы хлора и тяжелых металлов, а вот бактерии и другие микроорганизмы придется выводить, применяя дополнительные средства для обеззараживания воды .
Уголь очищает воду моментально, но так же быстро теряет свои свойства, загрязняется. Поэтому нельзя пользоваться угольными фильтрами долго, их надо менять. Если вовремя его не заменить то всё, что уголь абсорбировал, может вытечь обратно в повышенной концентрации.
Угольные фильтры для очистки бывают обыкновенные проточные, бывают многоступенчатые. А чтобы сделать самому в походных условиях угольный фильтр, потребуется пластиковая бутылка (хотя можно приспособить любую емкость). Нужно отрезать дно бутылки. Горлышко перемотать марлей, бинтом или другой водопропускающей тканью, в бутылку насыпать измельченный активированный уголь, плотно утрамбовать - фильтр готов. Для лучшей очистки воду следует прогнать через фильтр несколько раз, а еще лучше сделать сразу два фильтра последовательно, чтобы получилась своеобразная двухступенчатая очистка воды. Чем больше угля, тем качественнее получится очистка. Далее воду нужно будет прокипятить .
Если есть с собой калия перманганат (марганцовка) то нужно ее высыпать в загрязненную воду, чтобы получился розовый раствор, хорошо перемешать, дать отстоятся минут 5-10. И не сливая нижние слои воды и осадок, вылить продезинфицированную воду в угольный фильтр. Такую воду в экстремальных условиях можно пить и не кипяченую. Так как марганцовка убьет все микробы, а уголь очистит воду от остальных вредных примесей.
Очистка воды кремнием в походных условиях не самый хороший вариант, так как требует много времени и наличия у вас самого кремния. К тому же лично для меня это сомнительный способ, впрочем как и любимая многими очистка воды серебром... Кремний больше подходит для дополнительной очистки воды в домашних условиях, путем отстаивания.
Кремний - древний минерал, который поможет и в очистке, и в обеззараживании воды. Он не только осаждает тяжелые металлы и разнообразные примеси, но и вполне успешно борется с бактериями и микробами. Кремниевая вода приятная на вкус и обладает ароматом "свежести" Для того чтобы вода стала пригодной для питья, в нее нужно просто положить несколько кремниевых камней из расчета 3 г на один литр, и дать настояться минимум сутки, а лучше двое или трое суток. Кремний для очистки воды - это универсальный способ, поскольку одни и те же камешки могут служить очень долго. Кремний в прямом смысле не фильтрует через себя воду, а структурирует молекулы воды, которые в результате приобретают свойство вытеснять из образованных жидкокристаллических решеток патогенные микроорганизмы, простейшие, грибки, токсины и чужеродные химические элементы. В процессе приготовления кремниевой воды они выпадают в осадок, содержащийся в нижнем слое воды.
Некоторые считают, что очистку воды в походных условиях можно осуществить серебром. Это не так, очистка воды серебром - миф.. Не стоит слушать сказки бабушек, которые дошли до нас с большими искажениями своей сути. И уж тем более не стоит полагаться на чудодейственные и целебные свойства серебра. Да, еще в древнем Египте пластины из чистого серебра использовали для очистки и обеззараживания открытых ран воинов, но это огромные концентрации серебра в одном месте. Так можно действительно убить много микробов и инфекций, но это никак не связано с употреблением серебра внутрь и настаиванием серебреной воды.
Серебро — это тяжёлый металл, содержание которого в питьевой воде регламентировано СанПиН 2.1.4.1074-01 «Вода питьевая», серебру присвоен второй класс опасности, это «высокоопасное вещество».
Госсанэпидемнадзор официально утвердил гигиенические нормативы содержания вредных веществ в питьевой воде, в этих нормативах содержание серебра в питьевой воде ограничено концентрацией 0 05 мг/л.
Как и другие тяжелые металлы, серебро способно накапливаться в организме и вызывать заболевания (аргироз - отравление серебром). Для бактерицидного действия серебра на бактерии, требуются очень большие концентрации (в таких концентрациях вода опасна для здоровья), а в допустимых количествах
(около 50 мкг/л) серебро способно оказывать лишь бактериостатическое действие, т.е. останавливать рост бактерий, не убивая их. А некоторые виды бактерий вообще не чувствительны к серебру. Все эти свойства ограничивают применение серебра. Очистка питьевой воды серебром не возможна, серебро может быть уместно
только в целях сохранения исходно чистой воды для длительного хранения!
Человеческий организм состоит в основном из воды, но внутренняя жидкость постоянно выходит с и потом. Если не пополнять запасы этой жидкости, то может наступить обезвоживание, которое, в свою очередь, приведет к нарушениям во внутренних системах и органах.
Здоровому человеку ежедневно требуется до двух литров жидкости, но эта вода должна быть очень качественной и чистой. Та вода, которая продается в магазинах в бутылках разных объемов, стоит достаточно дорого, а такие траты не каждый может себе позволить. Остается только использовать для питья и приготовления пищи воду водопроводную. Но тут возникает одна очень большая проблема, связанная с качеством жидкости, текущей из крана. А она, как известно, содержит не только хлорные соединения, но и соли тяжелых металлов, всевозможные загрязнения, очень опасные примеси, которые скапливаются постепенно в организме и могут сильно ухудшить здоровье. При этом классический метод очистки водопроводной нефильтрованной воды считается малоэффективным. Поэтому остается одно – очищение этой жидкости более эффективным способом – путем сорбции.
Этот сорбент используется наиболее для фильтрации благодаря многим своим преимуществам:
Он совершенно безопасен для человеческого здоровья, не токсичен и не ядовит;
Прекрасно крошится на мелкие фракции.
Фильтры с активированным углем используют для очистки воды от различных соединений органического происхождения, трехвалентного железа, глинистых взвесей, водорослей, активного хлора, вирусов и бактерий. Кроме того, при помощи фильтров с активированным углем можно устранить неприятный запах и привкус.
Можно, конечно, приобрести готовый фильтр, но они не везде продаются. Однако изготовить самостоятельно фильтр на основе этого сорбента можно, тем более что активированный уголь имеется во всех аптеках. Для создания фильтра понадобится марля и несколько таблеток активированного угля. Эти таблетки следует положить в марлю, предварительно сложенную несколько раз. После этого водопроводную воду, предназначенную для питья, необходимо налить в емкость, туда же на двенадцать часов следует положить и марлю с таблетками угля активированного. Однако фильтрующуюся воду ставить не рекомендуется в очень теплом помещении, так как болезнетворные бактерии начнут размножаться и в угольной среде.
Если все сделано было правильно, вода очистится через двенадцать часов, а после этого ее можно будет пить.
Цель очищения — получение чистой и максимально полезной . Применение активированных углей для фильтрации воды — эффективный способ профилактики многих заболеваний желудочно-кишечного тракта, печени и почек.
Область применения угля в качестве фильтров очистки обширна. Его применяют на очистительных установках бытового и промышленного назначения.
Угольная фильтрация применяются для очистки:
В процессе действия угольного фильтра вода освобождается от:
Процесс очистки состоит в протекании воды через емкость наполненную активированным углем. При оптимальном напоре воды достигается высококачественная очистка воды от различных примесей. Благодаря присутствию пор разной величины, в нем оседают даже самые мелкие молекулы примесей.
Особенностью такой очистки воды является то, что перед тем, как очищать воду нужно сначала очистить ее от твердых примесей с помощью механической очистки. Для этого чаще всего используют фильтр с песком. Только при соблюдении этого условия можно рассчитывать на высококачественную очистку воды.
В процессе эксплуатации необходимо регулярно делать обратную промывку активированного угля для устранения осевших на фильтр частиц грязи.
Существует разные способы очистки воды с помощью активированного угля:
Метод механической фильтрации воды основан на улавливании нерастворимых частиц с помощью гранул активированного угля определенного размера. Этот метод фильтрации воды считается самым простым и применяется преимущественно на муниципальных станциях, при заборе воды из природных водоемов (озер, водохранилищ и рек). Также этот метод применяется в фильтрах предварительной очистки воды.
Сорбционные фильтры — это, в большинстве своем, именно угольные фильтры. Этот метод основан на прохождении воды сквозь угольный фильтр с определенной скоростью. При использовании этого метода можно достичь довольно качественной , разных примесей и привкусов. Этот метод используется в основном при очистке водопроводной воды в квартирах.
Карбонблок — это новое изобретение в использовании активированных углей. Принцип изготовления карбонблока заключается в смешивании порошкообразного активированного угля с гранулами полиэтилена и последующим запеканием этой смеси. В результате получается монолитный угольный фильтр, с помощью которого можно очищать воду от самых мелких частиц.
Недостатком такого способа является невозможность использовать его без предварительной фильтрации воды. Иначе карбонблок быстро забьется крупными частицами.
На рынке представлено множество фильтров для бытового применения. Рассмотрим некоторые из них.
Угольный фильтр обеспечит семью биологически чистой, приятной на вкус, свободной от примесей водой, что несомненно скажется не только на самочувствии, но и на качестве жизни в целом.
