Уголь для фильтрации воды

Описание и от чего очищает

Угольный фильтр – это высокопористый углеродный материал. Большое количество микроячеек обуславливает наличие обширной активной поверхности, каждый участок которой способен фиксировать инородные частицы. Основу угольных фильтров составляет углеродный концентрат разного происхождения.

На практике используют угли из следующих видов сырья:

• древесины,
• торфа;
• скорлупы кокосов и фруктов,
• косточек плодов;
• каменного угля.

Сорбенты получают карбонизацией, последующей активацией.

Чаще всего углеродные концентраты активируют водяным паром.

В зависимости от температуры, режима подачи горячей влаги, других агентов, увеличивающих способность к поглощению, материал приобретает различную пористость.

После завершения активации угольный продукт измельчают.

Для очистки воды применяются угольные фильтры с наполнителями в следующих формах:

• Порошка;
• Гранул;
• Волокон.

Чаще всего используются гранулированные сорбенты. Они обладают значительной емкостью, имеют высокую пористость, обеспечивают фильтрование с большой скоростью.

Принцип работы и чем он лучше обычного

Работа угольных фильтров основана на притягивании примесей к поверхности сорбента силами слабого взаимодействия (адсорбции), реагировании некоторых загрязнителей с углеродными наполнителями (хемосорбции).

Качественный активированный уголь проявляет следующие свойства:

• Активно связывает чужеродные вещества, не реагирует на молекулы воды;
• Легко смачивается водой, не разрушаясь при этом;
• Не инициирует реакции окисления, осмоления примесей;
• Имеет поры с размерами от 0,8 до 5 нм, что позволяет проникать органическим загрязнителям (нефтепродуктам, пестицидам, ПАВам);
• Имеет большую емкость при кратковременном взаимодействии с водой.

Засыпные наполнители фильтров подлежат регенерации промывкой.

После немногочисленных восстановлений (до 4 раз) активность углей не уменьшается.

Длительное использование сорбента не рекомендуется.

Для полного восстановления нужно проводить активацию. Сделать это дома практически невозможно.

Угольные фильтры используются для достижения следующих целей:

• Обесцвечивания загрязненной воды;
• Удаления неприятного запаха и привкуса;
• Извлечения органических соединений;
• Выделения из водной среды биологических примесей;
• Закрепления на пористой поверхности продуктов дезинфицирования (хлорирования) водопроводов.

Материалы из углей успешно справляются со всеми обычными загрязнителями. Их характеристик может оказаться недостаточно для очистки воды с повышенным уровнем примесей, содержащих большие концентрации солей жесткости. В таких ситуациях помимо угольных фильтров нужно устанавливать дополнительные очистные модули.

Угольные фильтры, более эффективны, чем какие-либо обычные механические очистители, но в меньше мере удаляют загрязнения, чем системы с обратным осмосом и ультрафильтрацией.

Как выбрать?

Существует несколько основных видов фильтров с углями. У каждого устройства есть определенные возможности, достоинства. Угольные фильтры отличаются ценами, что тоже важно для потребителей.

Кувшины

Самая простая модель выглядит как емкость с большим или меньшим объемом. В крышку вмонтирован патрон с угольным наполнителем. Ресурс кувшинов позволяет удовлетворить умеренные потребности одного-двух человек.

Заполненный уголь становится источником загрязнений. Возможностей картриджа хватает максимум на 2 месяца, после чего его нужно заменять. Цена на фильтры-кувшины невелика, приближается к 600 рублям.

Насадки на кран

Многим потребителям нравятся насадки на кран. Они не занимают место под мойкой или на столешнице, легко устанавливаются и демонтируются. Насадку можно брать с собой в поездки. Она очищает воду от небольших загрязнений, существенно сокращает скорость потока.

Поглощающей емкости насадки обычно хватает на 3 месяца, по истечении которых наполнитель фильтра нужно менять. Цена насадки в 2 раза меньше, чем кувшина – около 250-300 руб.

Проточные устройства с картриджами

Большую эффективность очистки обеспечивают проточные модели под мойкой с угольными сорбентами. Фильтрующий картридж может стационарно устанавливаться в колбе отдельно, как единственный модуль очистки или в комплексе с другими блоками. Проточные угольные фильтры для воды стоят гораздо больше, чем кувшины и насадки, цена приближается к 5000 рублей.

Баллоны с сорбентами

Для очистки воды из индивидуальных источников на загородных участках нужны большие объемы поглотителей. С этой целью используют стационарные баллонные модели с засыпным углем. Обычно они устанавливается на магистральные входные трубы.

Агрегат имеет большие размеры, необходим для обеспечения чистой водой жителей коттеджей, не имеющих централизованного водоснабжения. Дополнительное удобство баллонов заключается в том, что сорбент для наполнения можно выбирать самим в зависимости от качества воды в данной местности.

Цена баллона объемом около 30 л (без засыпки) приближается к 3 тысячам рублей.

Элементы обратного осмоса

Применение устройств для очистки воды через мембраны согласно принципу обратного осмоса – одна из наиболее эффективных и дорогостоящих возможностей полного удаления загрязнений.

На мембрану должен попадать предварительно очищенный поток. Для этого в комплексе последовательно устанавливают обычный механический фильтр, затем модуль с углем и только после этого блок для обратного осмоса.

Часто недостатка микроэлементов в комплекс вводят минерализатор, добавляющий в жидкость необходимые соли. Цена агрегата приближается к 10 тысячам рублей.

Все виды угольных фильтров выпускают ведущие производители устройств для очистки воды:

• Гейзер;
• Aquafilter;
• Аквафор;
• Барьер;
• Fibos;
• Honeywell;
• OMOIKIRI.

К выбору сорбента нужно подходить осторожно потому, что от этого зависит качество полученной воды.

Особенности обслуживания и как промыть систему

Современные устройства для очистки непритязательны при эксплуатации, не требуют больших усилий для обслуживания.

У фильтров с картриджами замена патрона выполняется легко. Для этого нужно ключом из комплекта открутить крышку, вынуть старый картридж, поставить на прежнее место новый. По окончании процедуры крышку крепко прикручивают на место, исключая появление протечек в перспективе.

Время эффективной очистки зависит от интенсивности нагрузки на сорбент. Обычно при среднем расходе семьи из 3 человек замена угольного фильтра нужна через месяц.

Показатели исчерпания возможностей следующие:

• Появление привкуса у воды;
• Уменьшение скорости потока (для всех фильтров, кроме кувшина);
• Выпадение осадка после кипячения.

Очень удобны новые системы с автоматической индикацией состояния фильтра.

В таких случаях забыть о смене фильтра невозможно. За удобство приходится много платить. Такие агрегаты стоят свыше 15 тыс. рублей.

Некоторые изобретательные потребители применяют оригинальный метод проверки состояния сорбента. Они делают едва окрашенный раствор марганцовки или любого пищевого красителя. Пропускают его через фильтр. Если выходящий поток окрашен, значит — фильтр надо менять. Идея оригинальная и вполне обоснованная.

Промывка наполнителя сорбционного фильтра, сделанного в виде баллона, экономически оправдана. Для регенерации способностей уголь нужно вынуть, многократно промыть в чистой воде, затем можно повторить процедуру в 3 %-ном растворе пищевой соды.

Для восстановления функций сорбента его нужно встряхивать, перемешивать, вымывать. Полноценную регенерацию угольных картриджей в домашних условиях сделать невозможно.

Как сделать фильтрующее устройство своими руками?

Приспособление для фильтрования можно сделать самостоятельно. Для этого нужно выполнить следующее:

• Взять две пластиковые бутылки или небольших баллона;
• Отрезать у них дно и снять крышки;
• Приспособить одну емкость сверху для фильтрования, другую снизу для накапливания чистой воды;
• Место соединения обмотать фиксирующей изолентой;
• В верхнюю емкость засыпать активированный или древесный уголь.

Конструкция готова. Вода, просачиваясь через поры угля по всей высоте колонки, стекает через горловину в нижнюю емкость.

Древесный уголь можно сделать своими руками, сжигая древесину при ограниченном доступе воздуха. Самостоятельно сделанным фильтром уместно пользоваться на даче или в походе.

Полезное видео

Смотрите интересный видеоматериал, в котором представлен обзор существующих угольных фильтров для очистки воды.

Заключение

Эффективность использования угля для очистки воды была доказана еще в Древней Греции. Современные модификации фильтров сделали процедуру извлечения примесей более совершенной. Уголь хорошо поглощает минеральные и органические загрязнители при условии соблюдения режима использования.

Источник: o-vode.net

Угли для очистки воды: историческая справка

Примечательная способность древесного угля поглощать (адсорбировать) разнообразные пары, газы, пахучие и красящие вещества из растворов впервые была обнаружена в конце 18 века.
1773 году известный химик Карл Шееле наблюдал адсорбцию газов на древесном угле,   С точностью до дня (5 июня 1785 г.) датируется обнаружение Тобиасом Ловицем адсорбции (поглощения) из растворов веществ древесным углем. Ловиц применял древесный уголь для очистки самых различных продуктов (лекарств, питьевой воды, хлебной водки, мёда и других сахаристых веществ, селитры и т.п.). А в 1794 г. активный уголь был использован для осветления сиропов на сахарно-рафинадном заводе в Англии. 
В 19 столетие исследования адсорбционных свойств угля было продолжено, но только в начале 20 века были заложены основы промышленного производства активных углей. В первую мировую войну Н.Д. Зелинский разработал противогазы на основе древесного активного угля. Это изобретение спасло тысячи жизней и послужило толчком к дальнейшему исследованию способности углей поглощать различные пары и газообразные вещества, что привело к расширению областей применения активных углей. На сегодняшний день активные угли выпускаются в большом количестве и ассортименте и нашли применение в следующих областях: очистка питьевой и сточных вод; очистка оборотных вод на предприятиях; осветление сахарных сиропов; очистка газов и рекуперация паров; получение медикаментов; очистка спиртоводных растворов и вин; использование в качестве катализаторов и носителей катализаторов; в золотодобывающей промышленности для извлечения золота из рабочих растворов.

Способы получения

Для получения активных углей может использоваться разнообразное органическое сырьё. (торф, бурый и каменный уголь, антрацит, древесный материал). Угли, отличающиеся высокой механической прочность и адсорбционной способностью, получают из скорлупы кокосовых орехов. Упрощённо процесс производства активного угля можно свести к двум стадиям: карбонизация и активация. На первой стадии производства активного угля исходный  материал подвергается  термической обработке без доступа кислорода, в результате которой из него удаляются летучие (влага и частично смолы), он уплотняется, приобретает  прочность. Структура полученного материала крупнопористая, обладающая незначительной внутренней поверхностью, вследствие чего он не может быть использован как промышленный адсорбент.  Задача получения развитой микропористой структуры решается на стадии активации. Активация проводится двумя способами: окисление газом или паром и обработка химическими реагентами. Для активирования газами используются кислород (воздух), водяной пар и  диоксид углерода.

Активация воздухом на практике применяется редко, из-за возможности внешнего обгара гранул, поэтому в производстве чаще применяется активация водяным паром и диоксидом углерода.
я обеспечения высокой скорости и полноты протекания реакция процесс активации проводят при температуре от 800 до 1000 0С с использованием специального оборудования. В результате такой обработки в угле образуются многочисленные поры, и увеличивается удельная поверхность пор на единицу массы. Исходным сырьём для парогазовой активации служат карбонизованные природные материалы: уголь из скорлупы кокосового ореха, каменный и древесный уголь, торфяной кокс. При химической активации применяют такое сырьё, как: древесные опилки, торф. Смесь последних  с неорганическими солями (хлорид цинка, сульфид калия), реже кислотами (фосфорная, серная кислоты), подвергается высокотемпературной обработке. Под воздействием дегидрирующих агентов и высоких температур (порядка 650 0С) из углеродсодержащего материала удаляются кислород и водород, и одновременно происходят карбонизация и активация. К недостаткам химической активации следует отнести загрязнение продукта активирующим агентом, а также загрязнение окружающей среды отходами производства.

Свойства активных углей и методы их определения

Рассмотрим свойства активных углей, а также способы их определения. Гранулометрический размер (particle size, product size) – размер основной части гранул угля. Единица измерения – миллиметры или mesh. При определении размера гранул зернёных углей применяют ситовый анализ,  который проводиться на грохотах (устройство для механической сортировки сыпучих материалов). В грохот устанавливаются сита со стандартизованными размерами ячеек. После рассеивания определяют процентное соотношение в распределении зерён по крупности. При определении размеров обычно допускается отклонение на 5 % в большую или меньшую сторону, но в сумме не более 10 % (масс.).

Насыпная плотность (apparent density) – отношение массы навески угля к занимаемому ей объёму (интервал от 0,460 до 0,530 г/см3). Принято считать, что объём включает в себя объём пор, трещин внутри гранул угля, а также объём пустот между гранулами.

Прочность (hardness). При измерении этого показателя на навеску активного угля оказывают механическое воздействие, а затем с помощью ситового анализа определяют отношение количества целых гранул к количеству разрушенных после механического воздействия. Для активных углей из скорлупы кокосового ореха значение прочности должно быть не менее 98 %.

Влажность (moisture) – количество влаги, содержащейся в образце активного угля, выраженное в процентном соотношение. Как правило, при определении влажности навеску угля помещают в сушильный шкаф до установления постоянной массы при заданной температуре. Максимально допустимое значение – 5%.

Зольность (ash) – масса твёрдого неорганического остатка, образующаяся после сгорания образца угля, выражается в % от массы анализируемого образца (не более 5%). Зольность является качественной характеристикой содержания в угле органических и неорганических веществ.  Как правило, зольность обратно пропорциональна количеству органических соединений в образце. Определяют зольность прокаливанием навески угля в фарфоровом тигле при заданной температуре в электрической муфельной печи.

pH водной вытяжки (pH). Благодаря содержанию минеральных компонентов и присутствию на поверхности кислородсодержащих соединений углерода, активированный уголь может значительно влиять на значение pH водных растворов. Навеску угля кипятят в течение заданного интервала времени в дистиллированной воде, после охлаждения раствор отделяют от угля и определяют pH полученного раствора.

Содержание железа (iron content) в угле определяется экстракцией водой или соляной кислотой с последующим количественным измерением, используя известные методы анализа (содержание железа не более 0,5 %). Присутствие большой доли данного элемента в угле крайне нежелательно, так как может оказывать негативное влияние на технологические процессы, в которых применяют активированный уголь.  

Йодное число (iodine number) – количество молекулярного йода, которое может адсорбировать навеска активированного угля из водного раствора йода заданной концентрации (не менее 1100 мг/г). Существует прямая зависимость между йодным числом и удельной поверхностью активированного угля.  

Адсорбция метиленового голубого (M. B. value) – количество миллиграмм красителя, поглощённое одним граммом активированного угля из раствора (не менее 220 мг/г). Этот показатель позволяет судить о поверхности активированного угля, образованной порами с диаметром более 1,5 нм (1 нм = 1 × 10-9 м).

Адсорбционная ёмкость по четырёххлористому углероду (CTC activity) определяется, как количество адсорбированного пара CCl4, отнесённое к навески угля. Принципиально методика определения поглощения четырёххлористого углерода сводиться к следующему: насыщенный четырёххлористым углеродом поток воздуха пропускается через слой активного угля до тех пор, пока массы навески угля не станет постоянной. CTC-сорбция должна быть не менее 55 % масс.

Классификация активированных углей

Общепринятой классификации активированных углей не существует, при выборе углей для тех или иных целей ориентируются, прежде всего, на гранулометрический состав, природу и содержание примесей, объем и характер пор. Согласно UIPAC (Международный союз чистой и прикладной химии) в активных углях выделяют несколько типов пор. Поры с диаметром до 0,4 нм называются супермикропорами, поры от 0,4 нм до 2,0 нм – микропорами, мезопоры – поры с диаметром от 2 до 50 нм. Крупные поры с диаметром более 50 нм получили название макропоры. Большое значение для сорбционной активности имеют микропоры, их размер (2 нм) соизмерим с размерами адсорбирующихся молекул. Микропоры составляют порядка 90% всей удельной поверхности.

В зависимости от распределения пор по размерам различают крупнопористые угли, тонкопористые и молекулярные сита. По внешнему виду гранул можно выделить зернёные угли с неправильной формой гранул,  формованные, в виде цилиндрических гранул и порошковые. Также активные угли можно разделить по сырью, используемому для получения готового продукта. Например, скорлупа орехов, древесный уголь, каменный и бурый уголь и др. По области применения – газовые, рекуперационные и осветляющие.

Результаты сравнения основных характеристик кокосовых углей и углей из других видов сырья представлены в таблице 2.

Таблица 1 — Характеристики активных углей

Приведенные в таблице 1 данные, почерпнуты из специализированной литературы. В связи с тем, что нет чётких стандартов для определения свойств активных углей, сравнение затруднено. Тем не менее, из вышеперечисленных характеристик видно, что активный уголь на основе скорлупы кокосового ореха обладает высокой прочностью и сорбционной ёмкостью.  Он эффективнее при очистке воды от  органических примесей (фенолы, полициклические ароматические углеводороды, большинство нефтепродуктов и другие органические соединения), остаточного хлора, озона.

Области применения активных углей

1. Подготовка питьевой воды

Уникальность свойств активных углей и определило разнообразие областей применения данного продукта. Остановимся более подробно на одной из них, а именно очистка воды.

Проблема наличия чистых источников питьевой воды, а также длительного хранения её запасов всегда остро стояло перед человеком. С увеличением народонаселения нашей планеты, а также с бурным развитием промышленности, масштабы загрязнения пресных водоёмов значительно возросли, что заставило искать эффективные методы очистки вод. Универсального метода очистки вод от нежелательных примесей не существует, но использование некоторых из них одновременно позволяет достигнуть необходимую степень очистки. Основной задачей при очистке вод является улучшение их вкусовых качеств (дезодорация воды). Ухудшение органолептических характеристик воды обусловлено их минеральным и органическим составом. Нежелательные привкус и запах вызывают неорганические и органические вещества естественного и искусственного происхождения. Органические и неорганические вещества естественного происхождения являются результатом жизнедеятельности организмов, обитающих в водоёмах (бактерии, грибы, растения, животные). В воду выделяются сероводород, меркаптаны, аммиак, спирты, кетоны, альдегиды, карбоновые кислоты, фенолсодержащие вещества, полисахариды. Несмотря на жёсткие требования со стороны законодательства, в водоёмы сбрасываются промышленные сточные воды, что приводит к их загрязнению солями тяжёлых металлов, нефтепродуктами, ПАВ, пестицидами и др. Процесс хлорирования вызывает ухудшение органолептических показателей воды в результате передозировке реагентов и образования хлорорганических соединений.

Наиболее эффективным методом удаления из воды ряда органических и неорганических примесей признан сорбционный метод очистки на активном угле. Этот способ применяется на станциях водоподготовки с первой половины XX века. До недавнего времени применялись порошковые и гранулированные угли, но как показала практика, использование зернёных углей из скорлупы кокосового ореха для этих целей наиболее выгодно с точки зрения экономики и степени очистки.

К недостаткам гранулированных углей следует отнести, во-первых, использование при производстве не возобновляемых и трудно возобновляемых природных ресурсов (ископаемые угли и древесина). Во-вторых, высокую степень загрязнения окружающей среды отходами производства. В-третьих, в технологических схемах, где в качестве сорбирующего материала применяется порошковый уголь («углевание воды»), как правило, невозможно реализовать непрерывный во времени процесс, возникают трудности с замачиванием и дозированием угля. В-четвёртых,  снижение эксплуатационных характеристик, по сравнению с зернеными углями.

Так как состав воды значительно меняется в зависимости от источника, то не существует единой схемы подготовки питьевой воды. Рассмотрим наиболее распространенные варианты подготовки питьевой воды в промышленном масштабе.

Природные воды, используемые в качестве источника водоснабжения, могут быть поверхностного (реки, озера, пруды) и подземного происхождения (артезианские скважины). В результате естественного круговорота воды в природе, а также активного воздействия человека на окружающую среду в воду поступают различные примеси. Все примеси можно разделить на три группы в зависимости от размера частиц.

Истинно растворенные примеси находятся в воде в виде ионов, молекул, комплексов. Размеры этих частиц менее 10-6 мм. Пример истинно растворенных примесей – растворенные в воде газы (кислород, углекислый  газ, сероводород, азот), а также катионы и анионы солей (кальций, магний, натрий, калий, сульфаты, хлориды, карбонаты, гидрокарбонаты, нитраты, нитриты).

Коллоидно-растворенные примеси имеют размер частиц 10-4 – 10-6 мм. Каждая частица состоит из огромного количества молекул и может быть как органического, так и неорганического происхождения. Примером таких примесей являются гуминовые вещества, поступающие из  почв, кремневые кислоты, соединения железа. 
Грубодисперсные примеси имеют размер частиц более 10-4 мм. Это может быть песок, глина, остатки растительного происхождения.

Поверхностные воды характеризуются переменным составов в зависимости от времени года. В паводковый период количество примесей резко возрастает. 
При очистке воды от нежелательных примесей на первой стадии необходимо устранить грубодисперсные и коллоидно-растворенные примеси. Для этого поток воды пропускают через осадочные фильтры (см. схему 1).

Схема 1 – Принципиальная схема подготовки питьевой воды

Вторая стадия – это удаление из воды истинно растворенных примесей. Первоначально из воды удаляется растворенное железо, а затем вода поступает на ионообменные фильтры, где удаляются катионы и анионы. Затем вода поступает на сорбционные фильтры. Фильтры, загруженные активированный углем, независимо от колебания уровня загрязнения воды служат постоянно действующим барьером по отношению к сорбируемым веществам. На активном угле задерживаются растворимые органические вещества, придающие воде нежелательный привкус и запах, и зачастую являющиеся токсичными веществами. Угли хорошо сорбируют фенолы, полициклические ароматические углеводороды, в том числе канцерогенные, большинство нефтепродуктов, хлор- и фосфорорганические пестициды и многие другие органические загрязнения. Заключительная стадия – обеззараживание воды. На современном этапе развития технологий подготовки питьевой воды популярный в прошлом метод хлорирования воды заменяется более безопасными для человека и окружающей среды методами озонирования или ультрафиолетового облучения.

2. Очистка сточных вод

Первые  попытки использовать активные угли для очистки сточных вод имели место в 30-х годах XX столетия. Различный состав сточных вод не позволяет стандартизировать параметры технологических схем. Таким образом, большое значение придается предварительным испытаниям, позволяющим подобрать условия для наиболее эффективной эксплуатации угольных фильтров. Несмотря на значительные различия в конструкции фильтров, аппаратном оформлении существует несколько общих особенностей. Скорость потока составляет 1 – 5 м/ч, распространены схемы с последовательным расположением нескольких адсорберов. К тому же опыт эксплуатации первых промышленных установок свидетельствовал о больших затратах на адсорбенты. Это заставило искать возможности регенерации активных углей, чтобы снизить стоимость очистки сточных вод.

Методы регенерации зернёных активных углей

Использование значительных объёмов активного угля, делает экономически обоснованным регенерацию сорбента. Выделяют термическое и нетермическое реактивирование. При термическом реактивировании отработанные зернёные угли помещаются в печи, которые используются для получения активного угля (например, вращающиеся печи), и подвергаются воздействию газовой смеси при высокой температуре, порядка 800 – 900 0С. Недостатками этого метода являются использование сложного и громоздкого оборудования и значительные потери угля при обжиге, порядка 10 – 12 %. 
При нетермической реактивации уголь обрабатывают специальными химическими реагентами, как правило, щёлочью. Затраты на химическую регенерацию сопоставимы с затратами на термическую регенерацию, это связано в первую очередь с тем, что десорбат и химические реагенты необходимо полностью перерабатывать. Некоторые органические соединения легко разлагаются на активном угле микроорганизмами (биологический метод регенерации), однако этот процесс протекает крайне медленно.

Олигодинамическое действие активных углей, импрегнированных серебром

Металлы можно расположить в ряд селективности в соответствии с силой олигодинамического воздействия:

Кадмий > Серебро > Медь > Ртуть

Установлено, что бактерицидное воздействие оказывают катионы металлов. Ионы металлов адсорбируются поверхностью бактериальной клетки. Реакция катионов с белками, входящими в состав клетки, приводит к денатурации белков и подавлению жизнедеятельности микроорганизма. Этот эффект используется для предотваращения заражения активного угля патогенной микрофлорой, особенно в небольших фильтрах, используемых в быту. Для проявления бактерицидного действия активного угля требуется достаточно большое время контакта очищаемой воды с наполнителем. Добавление серебра не влияет на дехлорирующую и адсорбционную способность угля.

Применение активных углей в золотодобывающей промышленности.

При прокачивании раствора цианида золота через тонкопористый активный уголь происходит восстановление золота и адсорбция его на угле. После контакта с суспензией золота в течение 20 – 60 мин. (чаще 30 мин.) зерненный уголь отделяется фильтрованием, и частично освобожденная от золота суспензия прокачивается в следующую емкость с зерненным углем. Концентрирование золота на активном угле осуществляется в несколько ступеней (как правило, в четыре), при этом раз в сутки производится замена угля. Пока первый фильтр очищается экстракцией и реактивируется, остальные фильтры работают в последовательном режиме. Остаточное содержание золота в активном угле, отфильтрованном на последней стадии, экстагируется 1 %-ным раствором едкого натра, содержащим около 0,2 % цианида натрия, при 80 0С в течение 50 ч. В таком процессе, осуществляемом в противотоке, можно экстрагировать до 150 мг. золота на 1 кг. угля. Затем уголь реактивируется при 650 0С. В таких процессах используется тонкопористый зерненный уголь с высокими прочностными характеристиками. 
Помимо золота активные угли широко используются для извлечения других металлов. Ряд селективности имеет следующий вид:

Au > Ag > Fe > Cu > Ni > Co > Zn

То есть, из раствора лучше будет адсорбироваться золото, по сравнению с металлами, стоящими правее в ряду селективности.

Каталитическое действие активных углей

Разложение перекиси водорода. Присутствие основных кислородных поверхностных соединений обуславливает возможность разложения перекиси водорода на активном угле. В результате замещения поверхностной кислородной группы ООН- группировкой происходит дезактивация перекиси водорода с образованием по одной молекуле воды и кислорода.

Разложение озона. Разложение озона на активном угле не является чистым каталитическим процессом, наряду с каталитическим разложением имеет место химическая реакция с углеродом. В пользу такого механизма говорит некоторое уменьшение количества угля. Эта способность угля  используется в схемах, где в качестве окислителя используется озон. Озонирование широко используется при подготовке воды плавательных бассейнов. 
Очистка воды в бассейнах включает несколько стадий: коагуляция – фильтрование от механических примесей – озонирование – фильтрование на активном угле – дезинфицирующая обработка воды. Разложение избыточного содержание озона осуществляется на фильтрах с зерненным косточковым углем.

Каталитическое дехлорирование. Обычно гидролитическое расщепление элементарного хлора в воде происходит очень медленно, однако, на поверхности угля оно существенно ускоряется:

Cl2 + H2O ↔ HCl + HOCl
HOCl + C → C-O + HCl

где С – связанный углерод, С – О – поверхностное кислородное соединение на угле.

Образующаяся по этому механизму хлорноватистая кислота (промежуточный продукт) разлагается на угле и частично расходуется на образование поверхностных кислородных соединений углерода. Способность активного угля к дехлорированию зависит от содержание других примесей в воде. С увеличение содержания растворенных в воде органических соединений эта способность снижается.

Очистка воздуха и газов

Активные угли широко используются для очистки воздушных сред. Примером является рекуперация паров растворителей посредством адсорбции на активном угле. После насыщения адсорбента проводится десорбция паров, главным образом, с помощью водяного пара при температуре 120 – 140 0С. На завершающий стадии конденсации получают смесь воды с растворителем, которую можно разделить ректификацией. Таким образом, снижаются выбросы вредных примесей в атмосферу, а также в производственный цикл возвращаются ценные вещества, что повышает рентабельность технологического процесса. Адсорбировать пары растворителей из воздуха рабочего помещения необходимо по технике безопасности, чтобы снизить взрывоопасные концентрации паровоздушной смеси. Типичные растворители, которые можно рекуперировать на активном угле – диэтиловый эфир, ацетон, спирты, бензин, толуол, гексан, бензол, фторсодержащие углеводороды, трихлорэтан, а также сероводород и др.

Во всех случаях, когда из воздушной смеси необходимо удалить незначительные концентрации сильнолетучих соединений, а также соединений со средней температурой кипения, предпочтительнее использовать активные угли с высокой удерживающей способностью. Удерживающая способность основана на высокой доле микро- и субмикропор в углеродном сорбенте. К таким сорбентам относятся угли, для производства которых используются кокосовые орехи. 

Применение активных углей в различных сферах не ограничивается перечисленными выше областями. Уникальные свойства этого удивительного материала позволили внедрить его во многие области: водоподготовка, очистка газов и разделение газовых сред, обесцвечивание и очистка жидкостей и растворов, применение в качестве катализаторов и носителей катализаторов, обогащение металлов, получение сверхнизких температур, высоковакуумная техника, применение в медицине для лечения желудочно-кишечного тракта, очистка крови.

Мировое производство активных углей для разных сфер деятельности человека с каждым годом неуклонно растет. Причем наблюдается значительный перевес в пользу углей, производимых из растительного сырья, как правило, кокосовых орехов. Это вызвано и экономическими соображениями (невысокая стоимость получения сырья для производства готового продукта), а также строгими требования со стороны экологической безопасности.

спользуемый источник относится к возобновляемым ресурсам, не содержит вредные и токсичные примеси. При получении сырья не наносится непоправимый вред окружающей среде, что характерно при добыче каменного и бурого углей (разработка месторождений, уничтожение плодородного слоя почв, использование невозобновляемых ресурсов). При активировании ископаемых углей на различных стадиях технологического процесса выделяются в значительных объемах вещества, опасные, как для человека, так и для окружающей среды. К тому же активированные угли, получаемые из кокосового ореха, по многим характеристикам значительно превосходят аналоги, получаемые из ископаемых углей.

Литература использованная в материале

1. Водоподготовка: Справочник. / С.Е. Беликова. М.
2. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. М.
3. Кинле Х., Бадер Э. Активные угли и их промышленное применение.
4. Когановский А.М., Клименко Н.А., Левченко Т.М., Марутовский Р.М., Рода И.Г. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении. М.
5. Кострикин Ю.М., Мещерский Н.А., Коровина О.В. Водоподготовка и водный режим энергообъектов низкого и среднего давления: Справочник. М.
6. Стерман Л.С., Покровский В.Н., Физические и химические методы обработки воды на ТЭС: Учебник для вузов. М.
7. Фрог Б.Н., Левченко А.П. Водоподготовка: Учебн. пособие для вузов. М.
8. «Водоочистка» №8/2010. ИД «Панорама»
9. «Водоочистка» №9/2010. ИД «Панорама»

Источник: aquaboss.ru

1 Назначение и характеристики угольных фильтров

Угольные фильтры для очистки воды являются одним из средств, которые просто необходимы для использования. Например, в системе водоподготовки при автономном водоснабжении. Особенно для тех, кто постоянно испытывает проблемы с качеством конечного продукта.

Принцип работы данного фильтра достаточно прост. В качестве рабочего вещества, которое выполняет очистные функции, используется активированный уголь.

Активированный уголь производится из древесины деревьев лиственных пород или скорлупы кокосовых орехов. Рабочее вещество подвергается термической обработке, а затем – происходит вскрытие пор по различным технологиям – что и называется активацией.

Получившееся в результате вещество обладает свойствами сорбента, то есть – способно задерживать, благодаря пористой структуре, примеси, пропуская через себя воду.

Читайте также: особенности обеззараживания воды ультрафиолетовым излучением.

В дальнейшем оно в различных объёмах компонуется в картриджи или колбы, используемые в системах фильтрации. Для обработки больших объёмов воды также используются фильтры баллонного типа, иногда допускающие не замену сорбента, а его промывание и очистку.

Более того, существуют даже самовосстанавливающиеся фильтры, которые устанавливают попарно. Их можно менять по мере надобности и использовать очень длительное время.

Основной задачей водного фильтра является избавление проходящей через его воды от различных вредных примесей. Угольный фильтр предназначен для:

• Избавления воды от неприятного запаха или вкуса, а также – неестественного цвета;
• Удержания органических составляющих (в том числе — микроорганизмов);
• Удаления из воды последствий хлорирования и дезинфицирующих составов.

Теперь рассмотрим основные характеристики фильтров. Так как они имеют довольно серьезное значение.

На качество работы вещества влияют различные его характеристики:

• Размер пор. Он зависит от того, какой материал использовали при создании активированного угля. В бытовых системах очистки воды часто применяется именно активированный уголь на основе скорлупы кокосового ореха, так как он имеет большой процент микропор – пор маленького размера;
• Размер гранул. Вещество с очень маленьким размером гранул гораздо лучше фильтрует воду, так как от этого свойства зависит рабочая площадь сорбента;
• Химическая твёрдость. В процессе прохождения через активированный уголь воды происходит его постепенное вымывание – большая твёрдость позволяет противостоять данному процессу.

Активированный уголь, благодаря таким свойствам, находит своё применения для бытовой и промышленной очистки воды, а также – как очистной элемент вытяжек (для фильтрации воздуха, кроме всего прочего, применяется и в противогазах) или медицинский препарат.

Также активированный уголь применяют в системах снабжения разного типа, в качестве абсорбента в кухонных приборах и т.д. Его сфера применения очень широка.

Известен он и в медицине. Хотя там используют уголь, что активируют по особенной технологии.

Читайте также: какие установки фильтрации и обезжелезивания лучше?

к меню ↑

2 Виды угольных фильтров для воды

Способ исполнения фильтра обычно влияет на его пропускную способность, степень очистки воды и сопутствующие свойства.

Установка такого фильтра в систему водоснабжения, как правило производится на кран, который используется в качестве источника питьевой воды, чтобы перепад давления не влиял на работу основной системы.

Однако на кран монтируют только простейшие образцы. Более объемные и производительные устанавливают на трубах подачи. Или магистральных ответвлениях, если мы говорим о квартирном водопроводе. Впрочем, место монтирования фильтра зависит именно от его типа.

Вместе с тем, когда речь идёт о системе водоподготовки воды из скважины или колодца – такой фильтр может быть установлен в её составе, для удаления остатков реагентов. Определиться с тем, какой фильтр лучше, можно только в контексте его назначения.

Основных разновидностей угольных фильтров, которые применяются для очистки воды при бытовом водоснабжении можно выделить три:

• Фильтры кувшинного типа и фильтры-насадки на кран;
• Фильтры баллонного или картриджного типа, применяющиеся, как часть системы водоснабжения;
• Фильтры, которые являются частью системы очистки на основе обратного осмоса.

Читайте также: преимущества обезжелезивания воды аэрацией.

к меню ↑

2.1 Фильтр кувшинного типа и насадка для крана

Фильтры кувшинного типа применяются отдельно от системы водоснабжения, и могут обеспечивать потребности в воде от нескольких человек.

Картриджи такого фильтра обладают ресурсом работы до двух месяцев, потом он нуждается в замене. Такой фильтр достаточно прост в обращении и обслуживании, обладает небольшой стоимостью.

Из минусов можно отметить необходимость частой замены фильтрующего элемента и то, что среди себе подобных он обладает низкой степенью очистки не останавливает некоторые соединения тяжёлых металлов, определённые виды бактерий.

Также он все же обладает недостаточной производительностью и не может обеспечить чистой водой семью из трех или более человек. Исключения могут составлять только крупные образцы, однако их не всегда рентабельно покупать.

Ведь за ту же стоимость вы наверняка сможете купить себе более надежный и производительный проточный фильтр с улучшенной конструкцией.

Фильтр-насадка на кран относится к фильтрам низкой степени очистки, при этом его съёмная форма может быть преимуществом (его можно перевозить с собой и устанавливать на кран в новом помещении).

Такой фильтр невелик и компактен, но при установке – уменьшает давление в водопроводной системе – картриджи, применяемые в нём, работают до 3 месяцев.

Указанные выше системы фильтрации применяются для очистки небольших объёмов воды, которая подана из централизованной системы канализации, в офисах и городских квартирах, когда вода не требует дополнительной водоподготовки.
к меню ↑

2.2 Фильтры баллонного или картриджного типа

Фильтры средней степени очистки предполагают наличие угольного фильтра отдельно или в составе нескольких фильтров, которые использую картриджи с разным фильтрующим составом и включены в общую систему трубопровода (их устанавливают под раковину, как правило).

Такая фильтрационная схема, вместе с повышением эффективности отличается и большей стоимостью (выше среднего) и является стационарной. Сменные картриджи (не только угольного фильтра) позволяют сделать систему модульной, и сформировать таким образом фильтр, очищающим местную воду наилучшим образом.

Угольный сорбционный фильтр баллонного типа, как часть системы фильтров бытового водоснабжения, устанавливается в систему последовательной фильтрации для водоподготовки воды из другого источника, нежели городская канализация.

Нужно отметить, что угольный фильтр не производит полной очистки воды, поскольку его сорбционные свойства могут справится только с некоторыми из загрязнений. По этой причине, при необходимости более качественной очистки он используется как часть более комплексной системы.

Данная разновидность фильтров удобна в применении в комплексных системах водоподготовки загородных домов или коттеджей. За основу могут браться картриджи нескольких видов очистки или стационарная баллонная схема очистки.
к меню ↑

2.3 Угольный фильтр в составе систем обратного осмоса

Для фильтрации питьевой воды может применяться и система на основе обратного осмоса – процесса прохождения воды сквозь мембрану, которая пропускает, фактически только молекулы воды и кислород. Данная система – многоступенчатая и одной из ступеней очистки воды является прохождения таковой через угольный фильтр.

Она даёт воду максимально очищенную, в том числе – дистиллированную, которая пригодна в этом качестве для промышленного применения. При этом, обладает большой стоимостью и большим расходом воды и небольшой производительности.

Из негативных свойств данной системы очистки следует отметить деминерализацию воды, то есть фактическое лишение её кроме вредных составляющих, также и полезных для организма веществ.

В силу перечисленных свойств – система подойдёт только в случае, когда необходима исключительно качественная очистка воды, в том числе — для промышленного и медицинского применения.

Для бытовой водоподготовки её применяют при необходимости, так как такая степень очистки воды является критичной во многих ситуациях. Например, ребенка это жидкостью кормить можно, но он может недополучить полезные вещества, что совершенно необходимы ему для гармоничного роста и развития.

Это происходит из-за того, что системы обратного осмоса состоят не только из обычного угольного фильтра. Как правило, их собирают из нескольких фильтров и мембран. Причем основной процесс очистки обеспечивают именно мембраны.

Поры в них настолько маленькие, что способны пропустить только мельчайшие микроэлементы. Причем мембран есть несколько и на каждой последующей поры сужаются. Так происходит до тех пор, пока размер отверстий в мембране не будет равен размеру молекулы воды.

Таким образом, фильтр обратного осмоса очищает воду от всех без исключения примесей. Как вредных, так и полезных.
к меню ↑

Источник: byreniepro.ru

Виды современных угольных фильтров

Фильтры бытового назначения с угольным наполнителем представлены несколькими разновидностями.

1. Кувшинные и насадки. Первые работают независимо от системы водоподачи. В них устанавливается картридж, ресурс которого составляет около двух месяцев. Насадка закрепляется на кран и фильтрует проточную воду. Срок службы картриджей около трех месяцев. Такие фильтры используют для очистки небольших объемов. Степень очистки не самая высокая.
2. Картриджные и баллонные фильтры. Стационарные устройства, которые крепятся на водоподводящую трубу. Угольный наполнитель может быть единственным или входить в систему с разнообразным составом. Очистка выполняется довольно тщательная, но сорбционным фильтром задерживаются не все загрязнения.
   

   

3. Угольный фильтр в системе многоуровневой очистки. Чтобы очистить воду максимально тщательно, угольные фильтры используют не отдельно, а в системах с несколькими уровнями очистки. Элемент с угольным наполнителем располагается после механического, но перед мембранным или обратноосмотическим элементом.

Угольный фильтр и его наполнение

Угольный фильтр для очистки воды представляет собой емкость, изготовленную из пластика. Внутри нее находится наполнение из активированного угля. Чтобы фильтрующий элемент распределялся по объему равномерно, используют поддерживающий наполнитель, например, мелкий гравий.

Уголь в картриджах бывает гранулированным, порошковым и прессованным. Наилучшие сорбционные характеристики обеспечивает гранулированный материал. Прессованный изготавливают из разных видов материала, спрессовывая их в один блок. Такой вариант исключает вымывание частиц.

Варианты угольного сорбента

В качестве наполнителя угольного фильтра выступает уголь. Существует три основных варианта этого материала:

• Активированный – уголь этого вида очищает воду от механической взвеси, хлора и озона.
• Кокосовый – устраняет органические вещества, хлор, запахи. Если вода имеет цвет, то с помощью кокосового угля оттенок устраняется, жидкость становится абсолютно прозрачной. Существенным плюсом данного вида является способность к регенерации.
• Каменный – уголь этого вида убирает из воды фенолы и пестициды, помогает избавиться от запахов. Перед началом использования каменный уголь сутки выдерживают погруженным в воду.

Существуют и другие сорбенты, использующиеся в фильтрах. Они могут дополнять угольные компоненты или заменять их. Гранулированный силикат алюминия позволяет избавляться от коллоидных частиц, а цеолит может задерживать тяжелые металлы, что уголь сделать не способен.

Размеры пор угля для фильтрации

Получают фильтрационный наполнитель разными способами, но в любом случае требуется пористый материал. Размеры пор бывают различными, от их характеристик зависит качество фильтрации.

Кокосовый уголь имеет микропоры – до двух нанометров.

В каменном угле присутствуют поры от двух до пятидесяти нанометров. Их называют мезопорами.

Древесный уголь характеризуется присутствием макропор, т.е. размером от пятидесяти нанометров.

Уголь с крупными порами идеален для устранения механической взвеси и крупных органических частиц. Сорбент с мелкими порами лучше удерживает растворенные минеральные вещества, в том числе хлор и различные ионы.

Характеристики и особенности угля

Главной характеристикой угля, применяемого для фильтрации, является сорбционная емкость. Это понятие определяет способность задерживать определенное количество загрязнителей. Чем выше сорбционная емкость, тем больше загрязнений удержит устройство без замены или регенерации наполнителя.

Следующий параметр – скорость сорбции. Вода проходит через фильтр с большой скоростью. Наполнитель должен успеть задержать частицы загрязнений. Лучшие результаты показывает кокосовый и мелкоизмельченные наполнители, у которых контакт с поверхностью больше.

Есть у угольных фильтров и недостатки. Основным является ограниченность срока использования. По истечении определенного времени угольный наполнитель не просто забивается, как другие виды, но становится рассадником бактерий. Если его не заменить своевременно, то вместо него можно обнаружить слизистую массу черного цвета.

Советуем почитать: Фильтр для воды Гейзер

Источник: oburenie.ru

Другие статьи по теме:

Проточные фильтры для воды под мойку Сетчатый фильтр Соль таблетированная для водоочистки Обратный осмос принцип действия Система обратного осмоса гейзер Грубая очистка воды