W tym artykule postaramy się przedstawić właściwości węgla aktywnego.
Terminem węgiel aktywny oznacza się materiał węglowy o silnie rozwiniętej powierzchni właściwej i porowatości. Dzięki takiej budowie materiał ten posiada duże zdolności do adsorpcji związków chemicznych z gazów i cieczy. Węgle aktywne należą zatem do kategorii porowatych materiałów węglowych, która stanowi grupę materiałów o różnorodnym i ciągle rosnącym znaczeniu praktycznym. Produkcja węgli aktywnych opiera się przeważnie na naturalnych surowcach organicznych. Najczęściej wykorzystuje się do tego celu drewno, które stanowi 35% udziału w ogólnym zużyciu surowców. Równie często wykorzystywany jest również węgiel kamienny, węgiel brunatny, torf a lokalnie także produkty odpadowe, skorupy orzechów czy nawet pestki owoców. Produkty karbonizacji tego typu surowców odznaczają się rozwiniętą w różnym stopniu mikroporowatością, której charakter zależy od natury materiału organicznego oraz mechanizmu karbonizacji. Obecność mikroporów jest rezultatem małych wymiarów i przypadkowej wzajemnej orientacji pakietów warstw grafenowych, czyli krystalitów. Jednak dla większości zastosowań węgla ta naturalna porowatość jest niewystarczająca. Aktywacja jest więc procesem rozwijania porowatości w mało porowatym materiale wyjściowym w wyniku zastosowania specjalnej obróbki fizykochemicznej. Przez poszerzenia istniejących już porów i udostępnienia porowatości zamkniętej można osiągnąć znaczne zwiększenie zawartości mikroporów.
Węgle wybiera się ze względu na ich dużą powierzchnię czynną i wysoką zdolność retencyjną. Najlepszym sposobem na usunięcie związków organicznych z wody jest zastosowanie węgla aktywnego. Najczęściej stosuje się drobny granulowany węgiel aktywny wyprodukowany przykładowo z drewna, węgla kamiennego lub łupin orzecha kokosowego. Te same węgle wykorzystywane są do uzdatniania wód, oczyszczania ścieków czy produktów chemicznych. Z uwagi na doskonałą skuteczność w usuwaniu niepożądanego smaku i zapachu węgle aktywne wykorzystywane są także do oczyszczania destylatu. Filtry z wypełnieniem węglowym stanowią również ważny etap filtracji w obiegach basenowych.
- Węgiel aktywny formowany. Ma postać cylindryczną. Różnego rozmiaru.
- Węgiel aktywny granulowany. Również różny rozmiar. Wygląda jak pokruszony.
- Węgiel aktywny pylisty. Pył. Drobny. I jeszcze drobniejszy.
Inaczej prasowany wykorzystywany do filtracji w systemach wody pitnej. Dostępny w różnych wymiarach. Kompresja ta poprawia kinetykę filtra i pozwala na wyższy poziom wydajności, którego nie można osiągnąć w tradycyjnym procesie filtracji przy użyciu sproszkowanego węgla aktywnego lub wytłaczanych ziaren (granulat – tzw. GAC). W przypadku użycia technologii aktywnego węgla drzewnego woda i powierzchnia aktywna stykają się dłużej co pozwala na skuteczną adsorpcję zanieczyszczeń, które na ogół są bardzo trudne do wyeliminowania. Ponadto niektóre konstrukcje filtrów mogą dodatkowo posiadać zewnętrzną filtrację w postaci wstępnej membrany, która zatrzymuje cząsteczki, zapobiegając w ten sposób przedwczesnemu zatykaniu się filtra. Żywotność filtra z węglem aktywnym zależy od stopnia sprężania i wielkości filtra. Właściwości fizyczne użytego węgla aktywnego określają zdolność zatrzymywania zanieczyszczeń oraz jego żywotność, po pewnym czasie zanieczyszczenia uniemożliwiają lub ograniczają przepływ wody, dając w ten sposób sygnał do wymiany filtra. Nie wszystkie filtry są takie same, jeśli chodzi o eliminację głównych toksycznych zanieczyszczeń, które mogą się przypadkowo znaleźć w wodzie kranowej.
Granulki węgla aktywnego (GAC) mają nieregularny kształt. Węgle te zazwyczaj wykorzystywane są do oczyszczania cieczy, choć zdarza się, że węgiel granulowany o większych rozmiarach ziaren znajduje zastosowanie także w oczyszczaniu powietrza, gazów lub jako katalizator reakcji. Najpopularniejsze zastosowania granulowanego węgla aktywnego to:
- oczyszczanie wody pitnej w miejskich stacjach uzdatniania wody (poprawa barwy, smaku i zapachu, usuwanie pestycydów i związków humusowych)
- katalityczne usuwanie resztkowego chloru
- redukcja ChZT, AOX w oczyszczalniach ścieków
- odbarwianie produktów spożywczych (cukier, glukoza)
- oczyszczanie parafiny i gliceryny farmaceutycznej
To węgiel aktywny, którego granulki po zmieleniu mają rozmiar setnych części milimetra. Stosowanie tego węgla aktywnego wymaga zazwyczaj wykorzystania specjalnych systemów dozowania. Węgiel pylisty jest wykorzystywany do:
- uzdatniania wody pitnej (wody powierzchniowej w okresie zakwitów czy podziemnej do redukcji związków humusowych)
- usuwania związków organicznych, typ ChZT czy AOX w oczyszczaniu ścieków
- wzbogacenia osadu czynnego
- odbarwiania produktów chemicznych i spożywczych
- usuwania dioksyn, furanów i rtęci z gazów powstających w czasie termicznej obróbki
W trakcie poszukiwań informacji i pisania tego artykułu zaleźliśmy ciekawą pracę Dr inż. Krzysztofa Wilmańskiego „Rozwój technologii oczyszczania wody z użyciem pylistego węgla aktywnego w Polsce”. Według nas i nie tylko zastosowanie i dobór węgla aktywnego ma kluczowe znaczenie w procesie oczyszczania wody. Dziękujemy za możliwość zamieszczenia informacji w formacie pdf.
Pobierz pdf
Badania i wieloletnie doświadczenie Multipure® jednego z pierwszych i głównych producentów umożliwiły opracowanie precyzyjnych specyfikacji dotyczących węgla aktywnego i innych mediów stosowanych w technologii bloków węglowych do filtracji wody pitnej. Multipure® zapewnia przewagę pod względem filtracji w porównaniu z innymi alternatywnymi metodami obróbki oraz producentami. Postaramy się wyjaśnić dlaczego.
Konwencjonalna filtracja (z wyjątkiem ultrafiltracji i odwróconej osmozy) nie zatrzymuje bakterii i wirusów. Ich eliminacja wiąże się się z etapem, zwanym rafinacją. W większości przypadków rafinacja odbywa się w drodze reakcji chemicznej, w wyniku której powstaje gaz utleniający, który znacznie zmniejsza liczbę zarazków. Jednak rafinacja może odbywać się również w drodze procesu fizykochemicznego, takiego jak obróbka węglem aktywnym. Kalcynowany w bardzo wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem, w wyniku czego powstaje związek węgla o bardzo dużej sile adsorpcji, złożony z tysięcy mikroszczelin (dla porównania gram węgla odpowiada powierzchni 6m2, natomiast gram węgla aktywnego odpowiada powierzchni od 1000m2 do 1500m2). Powstaje wówczas rodzaj niezwykle porowatego szkieletu węglowego, który może zatrzymywać drobne cząsteczki na zasadzie efektu ściany. Dotyczy to szczególnie pestycydów, które są słabo niszczone przez ozonowanie, ale które „przyklejają się” do węgla aktywnego. Najskuteczniejszą formą adsorpcji substancji nierozpuszczalnych jest silnie sprężony blok Multipure® .
Woda z kranu wpływa do filtra przez membranę, która powoduje, że molekularny ładunek elektryczny filtra jest dodatni w kontakcie z przepływającą wodą. Biorąc pod uwagę, że zdecydowana większość zanieczyszczeń ma w roztworze ujemny ładunek elektryczny, włókna tego ośrodka absorbują elektrokinetycznie cząstki zbyt małe, aby mogły zostać wychwycone przez mechaniczne działanie filtra wstępnego. Na tym poziomie usuwane są wszystkie cząstki stałe i półstałe o średnicy większej niż pół mikrona.
W drugiej fazie woda przechodzi przez filtr bloku węgla aktywnego, którego skład stanowi mieszankę węgla aktywnego i innych substancji zdolnych do usuwania produktów organicznych i nieorganicznych. To właśnie w tej fazie wychwytywane są wszystkie produkty powstałe w wyniku chlorowania i wszystkie lotne chemikalia. Składniki filtra wywierają działanie katalityczne i indukują zmiany molekularne w różnych adsorbowanych substancjach toksycznych. Na tym poziomie usuwane są również pestycydy i herbicydy. Ponadto filtry Multipure® wychwytują fizyczne mikrocząsteczki, metale ciężkie (ołów, azbest, rtęć, itp.) oraz mikroorganizmy (cryptosporidium, giardia, entamoeba, toxoplasma).
Bloki węgla aktywnego Multipure® są bardzo jednorodne i nie pozwalają wodzie uciec przed filtracją, jak ma to miejsce w przypadku wszystkich filtrów wykorzystujących granulki węgla. Na koniec woda przepływa przez „farmaceutyczną” membranę, która zapewnia doskonałą izolację bloku węgla aktywnego. Ta membrana pomaga zapewnić nienaganną czystą wodę, która trafia do naszych organizmów. Bezpieczeństwo gwarantowane przez NSF® International i liczne niezależne laboratoria.
