Активированный уголь: опреснение
Первая из пяти частей серии, посвященная применению активированного угля, опреснению, обсуждается здесь. Поскольку некоторые части мира постоянно страдают от плохого снабжения питьевой водой, концепция опреснения является привлекательной. Современные методы удаления соли из морской воды являются дорогостоящими и энергоемкими. Использование активированного угля может помочь смягчить некоторые из этих проблем.
Современное состояние
Это не только важно для сохранения жизни,
но и обеспечение хорошего водоснабжения
имеет решающее значение для постоянного успеха и стабильности страны. Поскольку глобальное потепление вызывает повышение температуры, что приводит к засухе и, следовательно, обезвоживанию людей и животных и неурожаю, поддержание стабильного снабжения чистой водой никогда не было более важным. Современные опреснительные установки используют морскую воду (которая в изобилии) и через процесс фильтрации с помощью фильтров размеров, мембран и других производят чистые, питьевые материалы. Морская вода может содержать до 35 г L-1 растворенных твердых веществ (1).
Ведущим типом опреснительной установки является установка обратного осмоса. Это заставляет чистую воду проходить через частично проницаемую мембрану из места с высокой концентрацией соли в низкое. Для этого используется электрическая энергия. Он также удаляет другие ионы и примеси из соленой воды. Однако эффективность теряется, когда эти мембраны засоряются или блокируются загрязняющими веществами, например, организмами и микропластиком. Современные установки обратного осмоса работают только с эффективностью около 30%, и поэтому необходимость в режиме предварительной мембранной фильтрации имеет решающее значение.
Современные установки обратного осмоса используют ступенчатую фильтрацию перед проницаемой мембраной, чтобы обеспечить максимально эффективный процесс. С идеей уменьшить твердое накопление в месте мембраны, потребности в энергии могут быть уменьшены. Популярные варианты фильтрующих сред включают антрацит, песок и гранулированный
активированный уголь
. Такие пути фильтрации могут обеспечить повышение рекуперации воды на 35% в течение года по сравнению с отсутствием фильтрации. Такие мультимедийные фильтры могут обрабатывать до 40 кубических метров морской воды в час - часто производя около 10 кубических метров питьевой воды (2).
Добавление GAC в качестве фильтра перед обратным осмосом
Как и в случае с антрацитом, развертывание GAC в качестве фильтра предварительного осмоса является обычным явлением. Часто они используются рядом друг с другом, чтобы обеспечить наиболее полную возможную фильтрацию - выгодно для дальнейшей защиты фильтра, практично, потому что как GAC, так и антрацит являются высокоупругими материалами. Таким примером их совместного использования является то, что общая эффективность системы была улучшена за счет эффективного удаления растворенных органических материалов (до 70%) и cTEP (до 90%) с общим повышением эффективности за счет ограниченного снижения проницаемости (3). При использовании в составе ультрафильтрации прирост эффективности еще больше.
Для удаления бактериальных остатков GAC и антрацит были использованы в конкурирующем исследовании. Было обнаружено, что оба они очень эффективны в качестве предварительной обработки для опреснения морской воды в тех случаях, когда эта морская вода была богата бактериями. В колонне с фиксированным слоем, установленной с глубиной слоя 1 м, оба были столь же эффективными, но антрацит, как правило, допускал большую бактериальную агломерацию в верхней части фильтрующего слоя (4). Фактически, использование GAC как части системы предварительной мембранной фильтрации уже давно считается эффективным в отношении биологических материалов (5).
Одним из основных преимуществ GAC в качестве премембранного фильтра является его способность уменьшать необходимую дозу флокулянтов. GAC способен удалять более 70% низкомолекулярных соединений - как нейтральных, так и кислотных - что уменьшает биообрастание мембраны. В обычных системах доза хлорида железа и полиферферного сульфата (3 и 2 мг L-1 соответственно) обычно требуется для обеспечения удаления органических остатков путем флокуляции. Использование GAC в качестве фильтра значительно снижает количество хлорида железа и сульфата примерно до 1 мг L-1 последовательно, снижая стоимость и сложность (6).
Микробная активность в биофильтре GAC не вызывает беспокойства. GAC уменьшает количество биообрастающих веществ путем адсорбции и биодеградации, при этом биологический материал желательно иметь на фильтре, поскольку они могут вызвать деградацию других молекул загрязняющих веществ (7). Биофильтры GAC последовательно приводят к снижению концентрации прозрачных частиц экзополимера и усвояемого органического углерода.
Даже загрязненная нефтью морская вода поддается обработке с помощью GAC. Естественно, это сложнее, и крупные развертывания должны рассмотреть возможность использования других материалов для удаления нефти в дополнение к этому, но исследования показали, что фильтрация GAC может удалить до 98% растворенного органического углерода из выветренной нефти загрязненной морской воды (8). Это представляет собой впечатляющее улучшение по сравнению с тем, что возможно только с флокуляцией хлорида железа, которая смогла удалить только четверть растворенного органического углерода.
В целом, можно без сомнения сказать, что GAC является эффективным путём обработки мембранным фильтром до обратного осмоса, который обеспечивает адекватное отличное удаление растворенных органических соединений, бактерий и других, чтобы защитить мембрану.
Другим методом деионизации является мембранная емкостная деионизация, которая использует электролизную установку для деионизации жидкостей в небольших масштабах. В то время как большое внимание сосредоточено на идентичности самих электродов, идентичность материала, который их разделяет, таковой не является. Распространенными материалами являются волокна нержавеющей стали и фильтровальная бумага. GAC превосходит их с большим отрывом в опреснении. GAC способен опреснять со скоростью 513,4 мг L-1 ч-1, в то время как значения 374,1 и 297,9 мг L-1 h-1 наблюдались для традиционных материалов соответственно (9).
Необходимые соображения
GAC не является серебряной пулей и часто используется наряду с другими методами лечения по уважительной причине. Исследования показали, что, хотя GAC в подавляющем большинстве случаев эффективен в качестве предварительной мембранной обработки, он может быть не столь эффективным против загрязняющих веществ, таких как низкомолекулярные молекулы гуминового типа, которые связаны с полисахаридами и белками (10). К счастью, GAC эффективен на большинстве других линий, включая, и особенно биоразлагаемые и другие органические вещества, которые составляют большинство загрязняющих веществ, ответственных за загрязнение в любом случае.
Примеры из реального мира
Хотя обширные лабораторные испытания полезны, ничто не может сравниться с опытом, накопленным в реальном мире. GAC используется в нескольких местах по всему миру в рамках комплексной программы опреснения. На Кюрасао на Нидерландских Антильских островах GAC используется для обездвиживания видов бора после того, как они прошли через мембрану обратного осмоса. Как карибский остров, Кюрасао полагается на обратный осмос для большей части своих потребностей в питьевой воде. GAC завода Кюрасао отвечает за удаление уровня бора ниже установленного законом предела 0,3 мг L-1, и этот процесс обеспечивает 50% воды острова (11).
Солоноватая речная вода в бассейнах рек Льобрегат и Тер - недалеко от Барселоны - содержит повышенные уровни природного органического вещества и тригалометанов. Фильтрация GAC используется перед процессом обратного опреснения электродиализа. В отличие от обратного осмоса, основной целью является не защита мембраны как таковой, а удаление галоалканов и органических остатков означает, что электролизер способен работать в гораздо более подходящих условиях (12). Завод способен производить 2,3 м3 с-1 питьевой воды для 4,5 млн жителей, которые полагаются на него.
Более применимым к развивающемуся миру является солнечное опреснение. Это также не основано на мембране и может быть описано как более грубый, но более надежный метод. Поскольку солнечная система опреснения полагается на кипящую и конденсационную воду, крайне важно, чтобы единственными вещами, которые содержит вода, были вода и соль. Гранулированный активированный уголь используется в качестве фильтра широкого спектра для удаления множества загрязняющих веществ. Этот пористый адсорбентный фильтр приводит к улучшению солнечных характеристик, снижению стоимости эксплуатации и снижению общих выбросов (13).
Консультирование по оксиду марганца
- Гранулированный активированный уголь является широко используемым и полезным фильтром для различных применений
- Основываясь на своей пористости и уникальном химическом составе поверхности, он находит применение в опреснении как часть пути предварительной обработки, часто наряду с такими материалами, как антрацит и песок.
- Опреснение является одним из наиболее изученных и широко используемых методов обеспечения снабжения чистой водой
- В качестве предварительной обработки GAC действует для защиты мембраны фильтра обратного осмоса, гарантируя, что она может работать без ослабления и без нарушения молекулами, которые не являются солью и водой.
- Использование процесса предварительной обработки означает, что для обратного осмоса требуется меньше энергии, и мембрана служит дольше - в результате чего образуется до 35% больше питьевой воды.
- Использование GAC в качестве премембранного фильтра успешно используется сегодня на Нидерландских Антильских островах для обратного осмоса и в Испании для методов опреснения обратного электродиализа.
- Он также полезен при мембранной емкостной деионизации, превосходя традиционные технологии разделения.
Ссылки
1 С.-Х. Kim et al., Опреснение и водоподготовка, 2011, 32, 339
2 Департамент армии, Техническое руководство по опреснению воды, Вашингтон, О.К., 1986 год
3 S. Laborie et al., Опреснение, 2016, 383, 1
4 Г. Найду и др., Экология. Англ., 2013, 60, 370
5 С. Виньешваран и др., Опреснение, 2009, 247, 77
6 S. Vigneswaran et al., Опреснение, 2014, 354, 9
7 S. Vigneswaran et al., Опреснение, 2013, 309, 254
8 В.-Х. Ким и М. Окада, Кор. Д. Водный Энв., 2004, 20, 447
9 P. Liang et al., Опреснение, 2016, 381, 95
10 C. G. Dosoretz et al., Water Res., 2008, 42, 1595
11 V. Bonnélye et al., Опреснение, 2007, 205, 200
12 Ф. Валеро и Р. Арбос, Опреснение, 2010, 253, 170
13 Г. Б. Абдельазиз и др., Окружающая среда безопасности технологических процессов. Защита, 2021, 147, 1052
Для отправки комментария необходимо войти на сайт.