В мембранных системах очистки воды (таких как ультрафильтрация (UF), нанофильтрация (NF) и обратный осмос (RO) активированный уголь обычно не является основным компонентом опреснения или стерилизации, но он играет незаменимую роль в качестве важнейшего «пред-фильтра» и «защитника». Его применение в основном отражается в следующих аспектах:
1. Тщательное удаление остаточного хлора.
Полиамидные мембраны обратного осмоса и нанофильтрации чрезвычайно чувствительны к окислителям. Даже при такой низкой концентрации остаточного хлора в питательной воде, как 0,1 ppm (мг/л), длительный контакт может привести к разрушению полимерных цепей мембраны, что обычно приводит к необратимому снижению скорости опреснения мембранного элемента в течение нескольких часов или дней. Фильтры с активированным углем могут снизить концентрацию остаточного хлора до безопасного уровня ниже<0.01 ppm through efficient surface reduction reactions, completely eliminating its oxidative threat to the membrane.
Теоретически 1 грамм высококачественного активированного угля-может удалить примерно 1 грамм доступного хлора. В практической инженерии необходимо рассчитать достаточное время контакта с пустым слоем (EBCT) на основе концентрации остаточного хлора и скорости потока питательной воды.
2. Высокоэффективная адсорбция органических веществ, уменьшающая загрязнение мембран.
Активированный уголь обладает большой удельной поверхностью, обычно от 700 до 1500 м²/г. Это позволяет ему эффективно адсорбировать природные органические вещества (NOM) в воде, снижая значение UV254 (характеризующееся органическими веществами, содержащими сопряженные двойные связи и бензольные кольца) исходной воды на 60–90 % и удаляя общее количество органического углерода (TOC) на 20–50 %. Это напрямую снижает коллоидные и органические нагрузки, которые способствуют загрязнению мембраны.
Улучшенный индекс загрязнения: за счет эффективного удаления органических веществ предварительная обработка активированным углем значительно снижает последующее значение SDI (индекс плотности почвы), обеспечивая качественную питательную воду для мембран обратного осмоса (SDI15 < 5, идеальное значение < 3).
3. Эффект биологически активированного угля (БАК).
Under suitable temperature (>15 градусов) и условиях питательных веществ фильтры с биологически активированным углем могут обеспечить степень удаления аммиачного азота (NH3-N), превышающую 80%, а степень удаления биоразлагаемого растворенного органического углерода (BDOC) достигает 50–70%, что значительно выше, чем 20–40%, достигаемые при простой физической адсорбции.
Меры предосторожности и эксплуатационные моменты:
1. Выбор и параметры типов активированного угля:
Активированный уголь из скорлупы кокоса: обладает чрезвычайно хорошо-развитыми микропорами (размер пор<2nm), with iodine adsorption values typically >1000мг/г. Он демонстрирует высокую скорость адсорбции и высокую емкость по остаточному хлору и мелким-органическим веществам.
Активированный уголь-на основе угля: имеет как микропоры, так и мезопоры (размер пор 2–50 нм). Значения адсорбции метиленового синего могут достигать 150-250 мг/г, обеспечивая лучший эффект удаления более крупных органических молекул (таких как гуминовая кислота) и цвета воды.
При покупке, кроме йодного числа и числа метиленового синего, следует также обратить внимание на прочность больше или равную 95% (для уменьшения ломкости и пульверизации в процессе эксплуатации) и содержание влаги меньше или равное 8%.
2. Предотвращение утечки порошка активированного угля:
Промывка нового активированного угля. Недавно загруженный активированный уголь должен пройти как прямую, так и обратную промывку. Время промывки обычно занимает 1-2 часа или дольше, пока мутность сточных вод не станет достаточной.<1.0 NTU.
Защитный фильтр: после этого необходимо установить прецизионный защитный фильтр с размером пор 5 мкм, обеспечивающий нормальную скорость повышения перепада давления. Если фильтрующий элемент чернеет слишком быстро, это указывает на серьезную утечку порошка активированного угля.
3. Рост микробов и контроль:
В неконтролируемых фильтрах с активированным углем количество бактерий в сточных водах может быть на 1-2 порядка (от 10 до 100 раз) выше, чем в сточных водах.
Регулярная дезинфекция: рекомендуется промывать горячей водой с температурой выше или равной 80 градуса в течение как минимум 30 минут каждые 1-3 месяца или использовать неокисляющий бактерицид (например, DBNPA) для шокового дозирования.
Оптимизация конструкции. Чтобы избежать длительного-задержания микробов, конструкция системы должна обеспечивать ежедневную периодическую обратную или прямую промывку фильтра с активированным углем, превышающую или равную 10 %.
4. Цикл адсорбционного насыщения и замены.
Ключевой индикатор мониторинга: Остаточный хлор в сточных водах с активированным углем должен контролироваться постоянно или, по крайней мере, ежедневно, чтобы гарантировать, что он остается на уровне 0 мг/л. При обнаружении хлора необходимо немедленное обследование или замена.
Оценка цикла замены: Цикл замены (T) можно предварительно оценить по следующей формуле: T (часы)=[Количество загрузки активированного угля (кг) × Единичная адсорбционная способность (мг Cl₂/г углерода)] / [Скорость входящего потока (м³/ч) × Концентрация остаточного хлора (мг/л)]
При этом единичную адсорбционную емкость можно принять равной 10-15 мг Cl₂/г углерода (консервативное расчетное значение).
Пример: Фильтр, содержащий 500 кг активированного угля, очищающий приточные воды с концентрацией остаточного хлора 1,5 мг/л и скоростью потока 50 м³/ч, имеет теоретическое время удержания хлора примерно (500 × 1000 × 10) / (50 × 1,5) ≈ 666 часов (приблизительно 28 дней). Это только время удерживания хлора; Учитывая адсорбцию органических веществ, фактический цикл замены обычно составляет от 6 до 24 месяцев и должен основываться на фактических данных мониторинга.
5. Гидравлическое управление и рабочие параметры.
Время контакта с пустым слоем (EBCT) является ключевым параметром конструкции. Для удаления остаточного хлора и органических веществ время EBCT обычно составляет 10–15 минут.
Скорость потока обратной промывки: 12-15 м³/(м²·ч) (т.е. 12-15 м/ч), длительность 10-15 минут.
Интенсивность очистки воздуха: если используется комбинированная обратная промывка воздухом-водой, интенсивность воздуха составляет примерно 50–60 м³/(м²·ч).
Обратная промывка обычно выполняется каждые 24–48 часов или при увеличении перепада давления на входе на 0,5–1,0 бар.