Активированные угли в водоподготовке

14 сентября 2015 г.
 

к. т. н. Сусь М.А.,

 к. т. н. Светлейшая Е.М.,

  Гуньковская Н.В.

Одним из самых изученных и надежных методов очистки воды является адсорбция. В роли адсорбентов могут выступать многие вещества: активированные угли, силикагели, алюмосиликагели, пепел, оксиды и гидроксиды некоторых металлов (главным образом алюминия), глины (бентонит), смешанные адсорбенты (формируются в процессе синтеза из частиц разных типов), "полисорбы" (синтетические полимерные сорбенты). Однако самыми эффективными для очистки воды принято считать активированные угли. 

Благодаря развитой внутренней поверхности активированные угли способны эффективно удалять из воды органические соединения различной природы, а также некоторые не органические вещества. Это обуславливает их активное использование в водоподготовке для обесцвечивания, устранения неприятного вкуса и запаха воды, которые вызваны наличием разнообразных органических соедине ний, сероводорода, остаточного хлора и его токсичных побочных продуктов. Одновременно угли могут использоваться на стадии предподготовки для удаления из воды примесей, являющихся причиной деградации ионообменных смол и обратноосмотических мембран (хлора, гуминовых веществ и др.). Кроме того, важным достоинством АУ явля ется их высокая адсорбционная способность по отношению к широкому ряду токсичных загрязнителей воды, а именно: ксенобиоти кам (диоксин, бензопирен, полихлорирован ные и полиароматические углеводороды), фенолам, пестицидам, нефтепродуктам, сое динениям тяжелых металлов, хлорпроизвод ным (хлорамины, тригалогенометаны). Для выполнения перечисленных функций существует большое количество разнооб разных активированных углей. Рассмотрим чем они отличаются. 

Какие бывают активированные угли

Активированный уголь (АУ) представляет собой углеродный адсорбент с развитой пористой структурой. Стандартным сырьем для получения АУ являются:

  • твердое топливо: торф, уголь, антрацит;
  • дерево и продукты его переработки;
  • другое углеродсодержащее сырье, в первую очередь скорлупа кокосовых орехов.

Традиционная технология получения активированного угля сводится к следующему: после предварительной подготовки (дробления, рассева, формования) углеродсодержащее сырье обжигается при высокой температуре в инертной среде без доступа воздуха и далее активируется паром, в результате чего образуется определенная структура пор, обеспечивающая хорошие адсорбционные характеристики. Качество конечного продукта зависит от природы исходного сырья и условий производства. На сегодняшний день выпуском активированных углей занимаются много компаний, но наиболее качественные продукты производят:

  • Calgon Carbon Corporation (США), Chemvi ron Carbon (представительство в Европе);
  • Norit Activated Carbon (Нидерланды);
  • Silcarbon Aktivkohle (Германия);
  • Сeca (Франция);
  • Pica U.S.A. Inc. (США).

В процессах водоочистки используются древесные, кокосовые, каменноугольные они же битуминозные угли или их смеси. В послед нее время из-за невысокой механической прочности угли на древесной основе стали использоваться реже. Вторым существенным недостатком древесных АУ является преобла дание в структуре макропор, что делает их малоэффективными при удалении наиболее распространенных примесей (хлора, хлорпроизводных, органических соединений). Для этих целей все чаще используются кокосовые угли, обладающие хорошо развитой микропористой структурой и мезопористные битуминозные. Качество последних существенно зависит от месторождения каменного угля используемого в качестве сырья. Для получения битуминозных углей высшего качества с однородной пористой структурой используют метод реагломерации, разработанный и применяемый компанией Chemviron Carbon.

Суть реагломерации состоит в том, что каменный уголь сначала измельчают в порошок, потом под действием связывающих веществ агломерируют и формируют брикеты, которые дробят на гранулы желаемого размера и активируют кислородом и паром. Полученный таким образом активированный уголь характеризуется высокой прочностью и сбалансированностью транспортных и адсорбционных пор.

Все перечисленные АУ выпускаются в виде экструдатов, гранул, зёрен неправильной формы и порошка. Экструдированные угли используют при очистке газов, остальные – в различных областях, в том числе, в водоподготовке.

Как используют активированные угли в водоподготовке

В водоподготовке существуют два основных направления использования активированных углей: фильтрование воды через гранулированные угли и углевание воды порошкообразными углями. Первый метод используется как в централизованной, так и в локальной водоподготовке, а второй – только в централизованной. В ходе эксплуатации гранулированных углей их сорбционная способность снижается и в определенный момент становится необходимой его замена или регенерация (возобновление сорбционной емкости). Регенерация гранулированных и дробленных углей может осуществляться химическими, термическими и биологическими методами, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Вместе с тем, наиболее распространенной и экономически выгодной является термическая регенерация водяным паром при высоких температурах (800–900°С), позволяющая восстановить сорбционную емкость угля на 80–90%. Порошкообразный уголь не регенерируется.

Для очистки воды фильтрованием наиболее успешно применяются активированные битуминозные угли FiltrasorbТМ (производство Chemviron Carbon), линейка которых насчитывает порядка 13 видов, различающихся пористостью и дисперсностью. Уголь FiltrasorbТМ используется в процессах фильтрации и адсорбции для устранения запаха, привкуса воды, а также удаления пестицидов и гуминовых веществ. На территории Украины наибольшей популярностью пользуются реагломерированные угли марок FiltrasorbТМ 300 и 400 с повышенной эффективностью удаления гуминовых веществ, высокое содержание которых является характерной особенностью поверхностных вод нашей страны.

Для дехлорирования и деозонирования в водоподготовке успешно используются дробленные кокосовые угли, например AquaCarbТМ, а для удаления хлораминов и сероводорода каталитический уголь Cen taurТМ (оба производства Chemviron Carbon). Для очистки воды углеванием часто применяется порошковый уголь Pulsorb CТМ (производство Chemviron Carbon).

Какие угли можно купить в Украине

Активированные угли в Украине используется в основном для нужд пищевой промышленности и водоподготовки.  В пищевой промышленности угли используются для обесцвечивания и очистки жиров и масел, сахарного сиропа, алкогольных напитков, фруктовых соков. В фармацевтической промышленности – для обесцвечивания и очистки лекарственных препаратов и пищевых добавок. В атомной – для очистки и дезактивации газовых выбросов. Угли также используются в фильтрах для сигарет, противогазов и респираторов. Для всех перечисленных направлений, за исключением водоподготовки, характерно преимущественное использование кокосового или древесного порошкового угля. В водоподготовке же, помимо кокосовых, используются гранулированный или дроблённый битуминозные угли.

Отечественное производство активированных углей находится в зачаточном состоянии и ни по качеству продукции, ни по объему выпуска не может конкурировать с зарубежными поставщиками. Рынок активированных углей в Украине практически полностью насыщен импортными продуктами. 

Такие производители, как Norit Acti vated Carbon, Ceca и Pica U.S.A. Inc.  в основном поставляют угли для пищевой промышленности, а именно для очистки растительных масел. Угли производства Erbsloh AG преимущественно используются в очистке алкогольных напитков и соков. Угли российского и китайского происхождения используются главным образом для очистки спиртов и сортировок в ликероводочной промышленности, а также в технологиях очистки воды/газов и в фармацевтической промышленности. Наиболее узкоспециализированными являются активированные угли производства Haycarb, которые поставляются исключительно для нужд табачной промышленности и используются при изготовлении сигаретных фильтров. 

Поставкой в Украину углей для водоподготовки занимаются Chemvi ron Carbon и Silcarbon Aktivkohle при незначительном участии импортеров из России и Китая. Неоспоримым лидером является Chem viron Carbon, импортирующий в Украину преимущественно высококачественные кокосовый (AquaСarb 207C/607C) и битуминозный (Filtra sorb 300/400) угли. Вслед за ним, с объемом импорта меньшим в два раза, следует широкопрофильный немецкий производитель Silcarbon Ak tivkohle, который поставляет в Украину кокосовые (К 814/835) и древесные (СW 30) АУ. 

Небольшое количество углей для водоподготовки, в основном древесных гранулированных (БАУА) и порошковых (ОУА), поставляется российскими производителями ООО "ТД Техносорб" и ОАО "Сорбент". 

Коментарии

Смотрите также