Karbon Diaktifkan: Aplikasi Penyahgaraman

Yang pertama dalam siri lima bahagian mengenai aplikasi karbon diaktifkan, penyahgaraman dibincangkan di sini. Dengan bahagian-bahagian tertentu di dunia secara konsisten mengalami bekalan air bersih yang lemah, konsep penyahgaraman menarik. Kaedah kontemporari untuk mengeluarkan garam dari air laut adalah mahal dan intensif tenaga. Penggunaan karbon teraktif boleh membantu mengurangkan beberapa kebimbangan ini.

Keadaan Semasa Seni

Bukan sahaja penting untuk memelihara nyawa,
memastikan bekalan air yang baik
adalah kritikal untuk kejayaan dan kestabilan negara yang berterusan. Dengan pemanasan global menyebabkan peningkatan suhu yang membawa kepada kemarau dan oleh itu dehidrasi manusia dan haiwan dan kegagalan tanaman, mengekalkan bekalan air bersih yang stabil tidak pernah menjadi lebih penting. Loji penyahgaraman kontemporari menggunakan air laut (yang banyak) dan melalui proses penapisan oleh penapis saiz, membran dan lain-lain menghasilkan bekalan yang bersih dan boleh diminum. Air laut boleh mengandungi sebanyak 35 g L-1 pepejal terlarut(1).

Jenis utama loji penyahgaraman ialah loji osmosis terbalik. Ini memaksa air bersih merentasi membran separa telap dari tempat kepekatan garam yang tinggi kepada yang rendah. Ini menggunakan tenaga elektrik. Ia juga menghilangkan ion dan kekotoran lain dari air garam. Kecekapan hilang, bagaimanapun, apabila membran ini tersumbat atau disekat oleh bahan pencemar, organisma dan mikroplastik misalnya. Loji osmosis terbalik moden hanya beroperasi pada kecekapan sekitar 30%, dan oleh itu keperluan untuk rejim penapisan pra membran adalah penting.

Pemasangan osmosis terbalik kontemporari menggunakan penapisan langkah di hadapan membran telap untuk memastikan proses yang cekap yang mungkin. Dengan idea ini adalah untuk mengurangkan pembentukan pepejal di tapak membran, keperluan tenaga dapat dikurangkan. Pilihan popular untuk media penapisan termasuk anthracite, pasir dan
karbon diaktifkan
berbutir. Laluan penapisan sedemikian boleh membolehkan peningkatan pemulihan air sebanyak 35% sepanjang tahun berbanding tiada penapisan. Penapis pelbagai media sedemikian boleh memproses sehingga 40 meter padu air laut sejam - sering kali menghasilkan sekitar 10 meter padu air yang boleh diminum(2).

Karbon

Menambah GAC Sebagai Penapis Osmosis Pra-Terbalik

Sama seperti anthracite, penggunaan GAC sebagai penapis pra-osmosis adalah perkara biasa. Sering kali ini digunakan bersama-sama antara satu sama lain untuk menyediakan penapisan yang paling komprehensif - berfaedah untuk terus melindungi penapis, praktikal kerana kedua-dua GAC dan anthracite adalah bahan yang sangat berdaya tahan. Contoh penggunaannya bersama-sama adalah di mana kecekapan sistem keseluruhan diperbaiki oleh GAC dengan berkesan mengeluarkan bahan organik terlarut (sehingga 70%) dan cTEP (sehingga 90%) dengan peningkatan kecekapan keseluruhan datang melalui penurunan kebolehtelapan terhad(3). Apabila digunakan sebagai sebahagian daripada ultrafiltrasi yang ditubuhkan, keuntungan kecekapan masih lebih besar.

Untuk penyingkiran sisa bakteria, GAC dan anthracite telah digunakan dalam kajian yang bersaing. Didapati bahawa kedua-duanya sangat berkesan sebagai pretreatment untuk penyahgaraman air laut dalam kes-kes di mana air laut kaya dengan bakteria. Dalam lajur katil tetap yang ditubuhkan dengan kedalaman katil 1 m, kedua-duanya berkesan, tetapi anthracite cenderung untuk membenarkan lebih banyak aglomerasi bakteria di bahagian atas katil penapis (4). Malah, penggunaan GAC sebagai sebahagian daripada sistem penapisan pra membran telah lama dianggap berkesan terhadap bahan biologi(5).

Salah satu kelebihan utama GAC sebagai penapis pra-membran adalah keupayaannya untuk mengurangkan dos flocculants yang diperlukan. GAC mampu mengeluarkan lebih daripada 70% sebatian berat molekul rendah - kedua-dua neutral dan berasid - yang mengurangkan biofouling membran. Dalam sistem konvensional, dos ferik klorida dan poli-ferrik sulfat (masing-masing 3 dan 2 mg L-1 ) biasanya diperlukan untuk memastikan penyingkiran sisa organik melalui flocculation. Menggunakan GAC sebagai penapis dengan ketara mengurangkan jumlah ferrik klorida dan sulfat ke sekitar 1 mg L-1 secara konsisten - mengurangkan kos dan kerumitan (6).

Aktiviti mikrob dalam biofilter GAC tidak membimbangkan. GAC mengurangkan jumlah biofoulant melalui penjerapan dan biodegradasi, dengan bahan biologi yang diingini untuk mempunyai penapis kerana ini boleh menyebabkan kemerosotan molekul pencemar lain (7). Biofilters GAC secara konsisten menyebabkan pengurangan kepekatan zarah exopolymer telus dan karbon organik yang boleh dimaafkan.

Malah minyak yang tercemar air laut boleh dirawat dengan GAC. Sememangnya, penggunaan yang lebih sukar dan besar harus mempertimbangkan untuk menggunakan bahan lain untuk mengeluarkan minyak di samping itu, tetapi penyelidikan telah menunjukkan bahawa penapisan GAC boleh mengeluarkan sehingga 98% karbon organik terlarut dari air laut yang tercemar minyak cuaca (8). Ini merupakan peningkatan yang mengagumkan terhadap apa yang mungkin dengan flocculation besi klorida sahaja, yang hanya dapat mengeluarkan satu perempat karbon organik terlarut.

Secara keseluruhan, boleh dikatakan tanpa keraguan bahawa GAC adalah laluan rawatan penapis membran osmosis pra terbalik yang berkesan yang memastikan penyingkiran sebatian organik terlarut, bakteria dan lain-lain yang sangat baik, untuk melindungi membran.

Satu lagi kaedah deionisasi ialah deionisasi kapasitif membran, yang menggunakan set seperti elektrolisis untuk menyahion cecair pada skala kecil. Walaupun banyak tumpuan tertumpu pada identiti elektrod itu sendiri, identiti bahan yang memisahkannya tidak. Bahan biasa ialah gentian keluli tahan karat dan kertas penapis. GAC mengatasi prestasi ini dengan margin yang besar dalam penyahgaraman. GAC mampu desalinate pada kadar 513.4 mg L-1 h-1, manakala nilai 374.1 dan 297.9 mg L-1 h-1 diperhatikan untuk bahan tradisional masing-masing (9).

Pembersihan air bersih selepas penapisan melalui media penapis kaca

Pertimbangan yang Diperlukan

GAC bukan peluru perak, dan sering digunakan bersama kaedah rawatan lain untuk alasan yang baik. Kajian telah menunjukkan bahawa walaupun sangat berkesan sebagai rawatan pra-membran, GAC mungkin tidak berkesan terhadap bahan cemar seperti molekul rendah berat humics-jenis molekul yang dikaitkan dengan polisakarida dan protein (10). Syukurlah, GAC berkesan pada kebanyakan baris lain, termasuk dan terutamanya biodegradables dan organik lain yang merupakan sebahagian besar bahan cemar yang bertanggungjawab untuk fouling pula.

Contoh Dunia Sebenar

Walaupun ujian makmal yang luas berguna, tiada apa yang dapat mengalahkan pengalaman yang dikumpulkan di dunia nyata. GAC digunakan di beberapa tempat di seluruh dunia sebagai sebahagian daripada program penyahgaraman yang komprehensif. Di Curacao di Antilles Belanda, GAC digunakan untuk menggerakkan spesies boron selepas mereka melalui membran osmosis terbalik. Sebagai sebuah pulau Caribbean, Curacao bergantung kepada osmosis terbalik untuk sebahagian besar keperluan air yang boleh diminum. GAC loji Curacao bertanggungjawab untuk penyingkiran tahap boron ke bawah had undang-undang 0.3 mg L-1, dan proses ini menyediakan 50% air pulau (11).

Air sungai Brackish di lembangan sungai Llobregat dan Ter - berhampiran Barcelona - mengandungi tahap tinggi bahan organik semulajadi dan trihalomethanes. Penapisan GAC digunakan terlebih dahulu sebelum proses penyahgaraman pembalikan elektrodialisis. Tidak seperti osmosis terbalik, matlamat utama bukan untuk melindungi membran per se, tetapi penyingkiran haloalkane dan sisa organik bermakna elektrolisis dapat melaksanakan dalam keadaan yang lebih sesuai (12). Loji ini mampu menghasilkan 2.3 m3 s-1 air bersih untuk 4.5 juta penduduk yang bergantung kepadanya.

Lebih terpakai kepada dunia membangun ialah penyahgaraman solar. Ini juga tidak berasaskan membran dan boleh digambarkan sebagai cruder - tetapi lebih mantap - kaedah. Oleh kerana sistem penyahgaraman suria bergantung kepada air mendidih dan pemeluwapan, adalah penting bahawa satu-satunya perkara yang mengandungi air adalah air dan garam. Karbon diaktifkan berbutir digunakan sebagai penapis julat luas untuk menghilangkan pelbagai bahan cemar. Penapis penyerap berliang ini membawa kepada prestasi solar yang lebih baik, kos operasi yang lebih rendah dan pelepasan keseluruhan yang lebih sedikit juga (13).

ciri gambar

Ringkasan

  • Karbon diaktifkan berbutir adalah penapis yang digunakan secara meluas dan berguna untuk pelbagai aplikasi
  • Berdasarkan keliangan dan kimia permukaan yang unik, ia mendapati penggunaan dalam aplikasi penyahgaraman sebagai sebahagian daripada laluan pretreatment, sering bersama bahan seperti anthracite dan pasir
  • Penyahgaraman adalah salah satu kaedah yang paling dikaji dan digunakan secara meluas untuk memastikan bekalan air bersih
  • Sebagai pretreatment, GAC bertindak untuk melindungi membran penapis osmosis terbalik - memastikan ia boleh beroperasi tanpa henti dan tidak terganggu oleh molekul yang bukan garam dan air
  • Menggunakan proses pretreatment bermakna kurang tenaga diperlukan untuk osmosis terbalik dan membran bertahan lebih lama - dengan sehingga 35% lebih banyak air bersih dihasilkan hasilnya
  • Penggunaan GAC sebagai penapis pra-membran telah berjaya digunakan hari ini di Antilles Belanda untuk osmosis terbalik dan di Sepanyol untuk kaedah penyahgaraman elektrodialisis terbalik
  • Ia juga berguna dalam deionisasi kapasitif membran, mengatasi teknologi pemisahan tradisional
Karbon

Rujukan

1 S.-H. Kim et al., Penyahgaraman dan Rawatan Air, 2011, 32, 339

2 Jabatan Tentera Darat, Manual Teknikal Penyahgaraman Air, Washington, DC, 1986

3 S. Laborie et al., Penyahgaraman, 2016, 383, 1

4 G. Naidu et al., Ecolog. Eng., 2013, 60, 370

5 S. Vigneswaran et al., Penyahgaraman, 2009, 247, 77

6 S. Vigneswaran et al., Penyahgaraman, 2014, 354, 9

7 S. Vigneswaran et al., Penyahgaraman, 2013, 309, 254

8 W.-H. Kim dan M. Okada, Kor. J. Air Env., 2004, 20, 447

9 P. Liang et al., Penyahgaraman, 2016, 381, 95

10 C. G. Dosoretz et al., Water Res., 2008, 42, 1595

11 V. Bonnélye et al., Penyahgaraman, 2007, 205, 200

12 F. Valero dan R. Arbós, Penyahgaraman, 2010, 253, 170

13 G. B. Abdelaziz et al., Environ Keselamatan Proses. Perlindungan, 2021, 147, 1052