Поверхностное поглощение и его применение в промышленности и охране окружающей среды
1.3 Размер и форма частиц коммерческого активированного угля
Коммерческий активированный уголь выпускается в различных формах. В зависимости от размера и формы частиц его подразделяют на порошок, гранулы и формы.
Порошкообразный активированный уголь (ПАУ) имеет очень малый размер частиц (обычно менее 100 микрометров в диаметре). Их преимущество перед более крупными частицами заключается в меньшем диффузионном сопротивлении адсорбции, что обеспечивает значительно более высокую скорость адсорбции. Порошкообразный уголь обычно получают из опилок методом химической активации. Он предпочтителен для жидкофазной адсорбции и прост в применении. ПАУ добавляют непосредственно в раствор, перемешивают, оставляют на короткое время, а затем удаляют фильтрацией.
Гранулированный активированный уголь (ГАУ) имеет относительно больший размер частиц, чем ПАУ, что приводит к меньшей внешней площади поверхности. Поэтому диффузия адсорбентов является важным фактором. Хотя гранулированный или формованный уголь дороже порошкообразного углерода, он может быть более экономически эффективным, если коэффициент использования высок, поскольку его можно регенерировать и использовать повторно. Гранулированный или формованный уголь более предпочтителен для непрерывной или циклической очистки в процессах с неподвижным слоем . Перепад давления на слое можно контролировать, регулируя распределение размеров частиц. Размер зерна определяется высотой используемого субстрата. ГАУ могут быть получены методами физической активации с использованием различного сырья, такого как битуминозный уголь, полубитуминозный уголь, нефтяной кокс и торф.
Экструдированный активированный уголь получают путем предварительного смешивания углеродсодержащего сырья со связующим веществом, обычно древесной смолой, каменноугольной смолой или другими материалами. Однако для этой цели также используются смолы, нефтепродукты и другие связующие вещества. Процесс грануляции заключается в приготовлении пасты из тонкоизмельченной угольной пыли и смолы, экструдировании гранул и их сушке. Наиболее распространенный способ получения цилиндрических гранул заключается в экструзии пластичной пасты, содержащей угольное связующее вещество, через сопло. Полученные нити разрезают на цилиндрические гранулы требуемых размеров. Образованные гранулы после сушки обугливают. Разработано множество методов грануляции активированного угля, позволяющих получать сферические гранулы. Такие гранулы имеют существенные преимущества по сравнению с цилиндрическими или гранулами неправильной формы, которые особенно подвержены разрушению и износу.
Процессы, снижающие воздействие отделки тканей на окружающую среду
2.3.6 Очистка порошка активированного угля
Токсичные и твердые соединения, присутствующие в сточных водах, могут быть адсорбированы с помощью активированного угля. Порошкообразный активированный уголь (ПАУ) в основном используется для удаления стойких органических соединений (таких как пестициды и биоциды) и органических соединений (таких как AOX, BTEX, MAH и PAH). При такой обработке ПАУ процесс биодеградации происходит беспрепятственно за счет изменения состава пермеата. ПАУ дозируется в аэротенк. Оптимальная дозировка определяется экспериментальным путем. По мере увеличения объема ила в ходе процесса может потребоваться дополнительная система обработки ила. Поскольку время пребывания добавленного активированного угля зависит от возраста ила в системе, процесс ПАУ трудно контролировать.
Присутствие активированного угля улучшает осаждение шлама. Чем больше добавлено активированного угля, тем больше шлама образуется. Следует учитывать образование пыли. Недостатком является цвет (черные отложения). Присутствие активированного угля может повлиять на способность удалять избыточный шлам.
Коммуникационные науки в очистке питьевой воды
2.4.1. Активированный уголь в порошке
Порошкообразный активированный уголь (ПАУ) можно добавлять перед коагуляцией, во время добавления химикатов или на этапе осаждения перед песчаной фильтрацией. В первом случае он удаляется из воды во время коагуляции, а во втором случае – фильтрацией. Как следует из названия, ПАУ находится в форме частиц, обычно диаметром от 10 до 100 микрон. Преимущество ПАУ заключается в том, что его можно применять кратковременно при возникновении проблем, а затем прекращать применение, когда в нем больше нет необходимости. Для проблем, которые могут возникать лишь периодически, таких как водорослевые токсины или привкус и запах, это может быть существенным экономическим преимуществом. Недостатком ПАУ является то, что в настоящее время его нельзя использовать повторно, и он утилизируется вместе с технологическим шламом или промывочной водой.
Производство и эксплуатационные характеристики активированного угля из рисовой шелухи для удаления природных органических веществ из воды: обзор
9.1 Порошок активированного угля
Порошкообразный активированный уголь обычно состоит из частиц диаметром 10–100 мкм (Newcombe, 2006). Этот тип активированного угля недостаточно разработан, поскольку его свойства, такие как плотность, твердость и индекс износа, обычно низкие. Стоимость производства ПАУ, как правило, минимизируется, поскольку после использования он, как правило, утилизируется (Parsons et al., 2014). ПАУ часто используется для удаления из питьевой воды неорганических органических веществ (НОМ), которые вызывают запах и привкус (Carrière et al., 2009), но он неэффективен для удаления предшественников ДБФ (Carrière et al., 2009). ПАУ может применяться на различных этапах очистки воды, в том числе перед коагуляцией, во время добавления химикатов или на этапе осаждения перед песчаной фильтрацией (Newcombe, 2006). Однако его использование сопряжено с некоторыми практическими проблемами из-за необходимости отделения ПАУ от воды после использования (Gupta et al., 2009). Согласно Newcomb (2006), ПАУ, внесенный до или во время коагуляции, может быть удален из воды в процессе коагуляции, в то время как ПАУ, внесенный на этапе осаждения перед песчаной фильтрацией, может быть удален путем фильтрации. Однако исследования показали, что применение ПАУ перед коагуляцией приводит к большему удалению NOM, чем при одновременном применении ПАУ и коагуляции (Duane et al., 2003; Tomaszewska et al., 2004). Когда концентрация NOM снижается за счет адсорбции ПАУ, это также снижает дозировку коагулянта. С другой стороны, применение ПАУ после коагуляции (или на этапе осаждения перед песчаной фильтрацией) приводит к повышению мутности, поскольку ПАУ не включается в хлопья. ПАУ также можно применять без одной коагуляции, хотя эффективность удаления NOM низкая, достигая 75–4% (Uyak et al., 2007). В целом комбинированное применение химической коагуляции с ПАУ может быть более экономически эффективной альтернативой, чем только химическая коагуляция, для выполнения требований первого этапа Закона о дезинфицирующих средствах/DBP (Najm et al., 1998).
В результате обзора литературы было выявлено, что было проведено очень мало исследований по адсорбции для удаления NOM с использованием порошка активированного угля, полученного из рисовой шелухи.
Среди этих исследований можно упомянуть исследования Аль-Дамардаша и соавторов (2015), которые изучали удаление NOM и THM с использованием активированного угля, полученного из рисовой шелухи. По их результатам удаление NOM составило от 9,7 до 76,1%, в то время как удаление THM составило от 12,0 до 58,8% в зависимости от дозировки активированного угля в мг/л . Калдрис и соавторы (2008a) исследовали адсорбцию гуминовых кислот на ПАУ, полученном из рисовой шелухи. Была получена максимальная загрузка 11,59 мг гуминовой кислоты на грамм активированного угля. Исследователи объяснили низкую максимальную загрузку микропористостью и низким содержанием Fe2O3 и CaO в активированном угле, полученном из рисовой шелухи. Это согласуется с выводами Дайфаллаха и соавторов. (2004), которые сообщили, что активированный уголь, полученный из высокопористой рисовой шелухи, имел на 20% большую адсорбционную способность по отношению к гуминовым кислотам, чем уголь с низкой пористостью. Также сообщалось, что присутствие кислотных оксидов, таких как SiO2 и P2O5 ( обычно встречающихся в золе) на поверхности угля увеличивает адсорбцию гуминовых кислот за счет снижения pH раствора (Daifallah et al., 2004). Диамадопулос и др. (1992) обнаружили, что беззольный активированный уголь имел низкую адсорбционную способность по отношению к фульвовым кислотам. В их исследовании активированный уголь с площадью поверхности более 1000 м2/ г /л имел значительно более низкую адсорбционную способность по отношению к фульвовым кислотам по сравнению с активированным углем с высоким содержанием золы и площадью поверхности менее 300 м2/г / л . Авторы связывают повышенную адсорбционную способность фульвокислот с повышенной зольностью активированного угля, обусловленной способностью фульвокислот взаимодействовать с оксидами и ионами металлов, составляющими значительную часть золы. Эти результаты показывают, что присутствие золы в активированном угле из рисовой шелухи может оказывать существенное влияние на удаление неорганических органических веществ (НОВ) из воды. В таблице 8 представлены результаты предыдущих исследований эффективности удаления неорганических органических веществ активированным углем из рисовой шелухи по сравнению с коммерческим активированным углем и другими недорогими адсорбентами.
Таблица 8. Сводка эффективности удаления NOM активированным углем из рисовой шелухи по сравнению с коммерческим активированным углем и другими недорогими адсорбентами.
| абсорбент | Название скидки/Имя/DBP | Эффективность удаления (%) | Направление |
|---|---|---|---|
| ПАУ из рисовой шелухи | имя | 9.7-76.10 | Аль-Дамардаш и др. (2015) |
| Только коммерческий PAC | имя | 71.20 | Джозеф и др. (2012) |
| ПАУ из рисовой шелухи | тригалометан | 12-58.8 | Аль-Дамардаш и др. (2015) |
| Сетевой + PAC Коммерческий | имя | 19-92.0 | Джозеф и др. (2012) |
| Коммерческий FeCl3 + PAC | имя | 2,5-84,0 | Джозеф и др. (2012) |
| кокосовая пальма PAC | документ | 77.00 | Рибау Тейшейра и др. (2017) |
| ГАУ на основе каменного угля | ТГМФП | > 85.00 | Ириарте Веласко и др. (2008) |
| коммерческий активированный уголь | оглавление | 42-45.00 | Луконен и др. (2014) |
| коммерческий активированный уголь | документ | 58-68.00 | Луконен и др. (2014) |
| активированный уголь из рисовой шелухи | треска | 70.00 | Кальдрес и др. (2008a,b) |
Примечание: ТГМФП может образовывать тригалометаны.
Согласно данным, представленным в таблице 8, эффективность удаления неорганических веществ активированным углем, полученным из рисовой шелухи, значительно выше, чем у активированного угля, полученного из коммерческого активированного угля. Таким образом, активированный уголь, полученный из рисовой шелухи, может служить потенциальной альтернативой дорогостоящему коммерческому активированному углю. Однако для более точного сравнения двух адсорбентов как активированный уголь, полученный из рисовой шелухи, так и активированный уголь, полученный из коммерческого активированного угля, должны подвергаться воздействию очень схожих водных условий.
Очистка нефтесодержащих сточных вод
Шахриар Джафари Неджад, « Обработка нефтяных отходов и контроль загрязнения» , 2017 г.
6.4.3.1.2 Очистка активного ила с использованием порошкообразного активированного угля
Активированный уголь (как порошкообразный активированный уголь (ПАУ), так и гранулированный активированный уголь (ГАУ)) уже давно используется в очистке воды и сточных вод благодаря своей большой площади адсорбционной поверхности (Tri, 2002; Jafarinejad, 2015e). Диаметр частиц порошкообразного активированного угля составляет менее 200 меш (Tri, 2002). Обработка активного ила с помощью ПАУ похожа на традиционный процесс СА, но в этом процессе ПАУ добавляется в аэротенк или смешанные сточные воды. Удаление и улучшение качества загрязняющих веществ достигаются за счет сочетания биодеградации и адсорбции (Tri, 2002; IPIECA, 2010). На рисунке 6.6 показана схема типичного процесса очистки порошкообразным активированным углем (ПАУ). Большая часть ПАУ рециркулируется с активным илом, но система требует постоянного добавления свежего угля.Процесс PACT обычно применяется к сточным водам нефтяной промышленности, где необходимо соблюдать строгие стандарты по содержанию конкретных загрязняющих веществ (IPIECA, 2010). По данным Tri (2002), процесс PACT, как правило, позволяет удалять органические соединения более эффективно, чем при использовании только биодеградации или адсорбции. Дозировка PAC и концентрация взвешенных частиц в смеси PAC с жидкостью зависят от возраста ила следующим образом:
Рисунок 6.6 . Принципиальная схема типичного процесса обработки порошкового активированного угля (ПАУ).
Адаптировано из IPIECA, 2010. Водопользование и управление, очистка сточных вод. Серия «Передовой опыт деятельности IPIECA», Лондон, Великобритания.
Где Xp — равновесное содержание полиакриламида (ПАУ) в MLSS (мг/л), Xi — дозировка ПАУ (мг/л), θc — время удерживания твёрдой фазы (сутки), а θ — время гидравлического удерживания (HRT) ( сутки ) . Дозировка углерода обычно составляет от 20 до 200 мг/л. Удаление органических веществ на единицу углерода увеличивается с возрастом ила, что повышает эффективность процесса (Tri, 2002).
Старение мембраны в процессе очистки воды
Тест на воздействие порошка активированного угля
Альтернативой, смягчающей недостатки микробного теста, является тест с порошкообразным активированным углем (ПАУ). Он основан на том же принципе, что и его микробный аналог, с той лишь разницей, что вместо бактериофагов или заменителя бактериофага в систему вводятся контролируемые дозы ПАУ. Размер частиц ПАУ должен быть в том же диапазоне размеров, что и у лямблий и криптоспоридий, чтобы имитировать микробы (Van Hoof, Bruns, Nahrstedt, Panglish, & Gimbel, 2003) . Этот метод основан на счетчике частиц и, следовательно, страдает от недостатков подсчета частиц. Кроме того, чувствительность теста существенно зависит от распределения размеров частиц ПАУ и может привести к загрязнению мембраны, если не контролировать должным образом.
Стратегии повышения эффективности удаления микрозагрязнителей из сточных вод с помощью мембранных биореакторов: последние разработки и перспективы на будущее.
4.2 Внешние добавки для повышения биологической и мембранной прочности
Несколько добавок могут быть добавлены непосредственно в биореактор для улучшения биологической очистки и уменьшения загрязнения мембраны, тем самым улучшая общую производительность МБР для очистки сточных вод. Обычные добавки включают активированный уголь, биоуголь, бионосители и микробный инокулят. Порошкообразный активированный уголь (ПАУ) является широко используемым адсорбентом, который создает высокую удельную площадь поверхности для улучшения удаления микрозагрязнителей путем прямой адсорбции и способствует биодеградации за счет образования биопленки (Гутьеррес и др., 2021). Асиф и др. (2020b) добавили 20 г/л ПАУ в МБР и наблюдали увеличение общего удаления всех восьми микрозагрязнителей на 10–40% по сравнению с контрольной системой. Гранулированный активированный уголь также может быть использован в качестве жидкой среды в МБР. Лим и др. (2019) разработали поэтапный анаэробный псевдоожиженный слой с использованием ГАУ для полного удаления диклофенака, ибупрофена и сульфаметоксазола из низкоконцентрированных синтетических сточных вод. Более эффективное удаление этих микрозагрязнителей может быть обусловлено их адсорбцией в ГАУ и усилением биодеградации образующимися биопленками.
Биоуголь и другие бионосители недавно использовались для улучшения производительности МБР в попытке снизить стоимость активированного угля. Биоуголь представляет собой микропористый углеродистый материал и может служить адсорбентом или бионосителем для поддержки роста микроорганизмов для удаления загрязняющих веществ в биологических процессах. Чэн и др. (2021) ввели 0,5 г/л биоугля, полученного из кожуры помело, в анаэробный МБР для увеличения удаления сульфадиазина и сульфаметоксазола более чем на 30%. Кроме того, Ю и др. (2018) продемонстрировали, что род Thermomonas можно эффективно обогащать в МБР с использованием пластиковых бионосителей на основе губки для увеличения удаления сульфадиазина и сульфаметоксазола на 15% и 17% соответственно. Примечательно, что биологическая очистка может быть напрямую улучшена путем инокуляции микробных агентов для разработки биологического МБР. Например, Айдын и Кен (2020) добавили коктейль Биофаг в концентрации 3 × 108 БОЕ /мл в МБР для ускорения метаболизма и адсорбции ила, что привело к удалению 99% эритромицина и сульфаметоксазола.
Углеродные добавки и бионосители также эффективны в контроле загрязнения мембран для поддержания производительности МБР. Ченг и др. (2021) продемонстрировали, что добавление биоугля может снизить рост давления на мембране за счет адсорбции SMP и EPS в иле и увеличения цикла осаждения мембраны с 12 до 19 дней. Однако дозировки этих добавок должны быть точно подобраны для обработки различных потоков отходов, чтобы снизить эксплуатационные расходы и избежать повреждения мембраны. Акрам и Стаки (2008) сообщили, что увеличение добавления ПАУ с 1,6 до 3,4 г/л может повысить вязкость смешанной сточной воды, что приведет к снижению потока через мембрану на 44% (Al-Son и др., 2021).
Коммуникационные науки в очистке питьевой воды
2.4. Применение активированного угля для очистки питьевой воды
При очистке питьевой воды обычно используются две формы активированного угля: порошкообразный активированный уголь и гранулированный активированный уголь.
2.4.1. Активированный уголь в порошке
Порошкообразный активированный уголь (PAC) можно добавлять перед коагуляцией, во время добавления химикатов или на этапе осаждения перед песчаной фильтрацией. В первом случае он удаляется из воды во время процесса коагуляции, а во втором случае — путем фильтрации. Как следует из названия, PAC находится в форме частиц, обычно диаметром от 10 до 100 микрон . Преимущество PAC заключается в том, что его можно применять в течение коротких периодов времени при возникновении проблем, а затем прекращать, когда он больше не нужен. Для проблем, которые могут возникать только периодически, таких как водорослевые токсины или привкус и запах, это может быть значительным преимуществом по стоимости. Недостатком PAC является то, что в настоящее время его нельзя использовать повторно, и он утилизируется с технологическим шламом или промывочной водой.
2.4.2. Гранулированный активированный уголь
Гранулированный активированный уголь (ГАУ) широко используется в Европе и США для удаления микрозагрязнителей, таких как пестициды, промышленные химикаты, а также для устранения привкуса и запаха. Он также широко используется в Австралии, особенно для устранения привкуса и запаха, а также для защиты от потенциального токсичного цветения водорослей в системах водоснабжения. Размер частиц ГАУ больше, чем у ПАУ, обычно от 0,4 до 2,5 мм. ГАУ обычно используется на последнем этапе очистки после традиционной очистки и перед дезинфекцией. Преимущества ГАУ заключаются в том, что он обеспечивает постоянный барьер от непредвиденного загрязнения источников воды, а большая масса поверхностного углерода создает очень большую площадь поверхности. Недостатком является ограниченный срок его службы и необходимость замены или ремонта, когда его производительность перестает быть достаточной для обеспечения высококачественной питьевой воды. Регулярная замена ГАУ приводит к высоким текущим затратам на очистку. Процесс регенерации включает нагревание угля до очень высоких температур для испарения адсорбированных соединений.Расходы, связанные с этим процессом, включают капитальные затраты на строительство регенерационной установки или перенос на существующую установку, затраты на электроэнергию и потерю части ГАУ из-за коррозии.
Фильтрация с помощью GAC часто используется в сочетании с озоном. При использовании с озоном его иногда называют BAC (биологически активированным углём). Однако это название неверно, поскольку все фильтры GAC начинают работать как биологические фильтры в течение нескольких недель или месяцев после установки.
Очистка неорганизованных выбросов растворителей из выхлопной трубы.
Джон Б. Дёрки II, « Очистка растворителями: методы и оборудование» , 2014 г.
4.3 Свойства активированного угля
Активированный уголь — универсальный продукт E , F. Существует целый мир субстратов G и H , которые являются отходами и могут быть преобразованы в углерод, а затем активированы с помощью различных процессов.
Причина такого изобилия заключается в широком спектре применения активированного угля. В частности, он предназначен для удаления как минимум H2S , SO2 , NO3 , HCN , HCOH (формальдегида), NH3, ртути и CO2 из больших объемов отработанного воздуха, например, парниковых газов электростанций или нефтеперерабатывающих заводов, а также для контроля выбросов.Выбросы парниковых газов в процессе очистки. Помимо применения ГАУ для очистки воздуха, существует множество других областей применения ПАУ для очистки воды.
Для каждого из вышеперечисленных способов адсорбции лучше всего использовать различные активные адсорбенты. Вы можете выбрать продукт с различными характеристиками: наименьшим диаметром пор, распределением размеров пор по размерам, общей площадью поверхности на единицу объема загрузки . 8 , особенно метод активации I.
Для пользователя это хорошая новость. Существует множество компетентных, опытных и конкурентоспособных поставщиков активированного угля 9. Нет смысла работать с компанией, которая, судя по всему, таковой не является.
Плохая новость заключается в том, что производство, использование и рекуперация активированного угля — это бизнес стоимостью не менее 4 миллиардов долларов по всему миру, а суммы, затрачиваемые на реформинг растворителей или рекуперацию в ходе очистки такого промышленного масштаба, ничтожно малы.
Поскольку переработка паровых выбросов для экстракции растворителем имеет значительные коммерческие масштабы, она связана (или была связана) с выбросами от автозаправочных станций, особенно в Калифорнии, и с экстракцией растворителей, используемых при производстве ленты (герметизирующей ленты), глубокой печати и целлюлозной упаковки для сигарет.
Основной объем мировой торговли активированным углем идет на удаление хлораминов из воды, чтобы сделать ее безопасной для питья.