Granulowany węgiel aktywny w uzdatnianiu wody pitnej.pdf

GRANULOWANY WÊGIEL AKTYWNY

W UZDATNIANIU WODY PITNEJ

CHEMVIRON CARBON

Chemviron Carbon jest europejsk¹ ga³êzi¹ Calgon Carbon Corporation, wiatowego lidera w produkcji granulowanych wêgli aktywnych (GWA). Chemviron

Carbon jest pionierem rozwoju stosowania GWA w procesach uzdatniania wody pitnej pocz¹wszy od konwersji filtrów piaskowych na GWA w celu

usuwania smaku i zapachu, a skoñczywszy na najnowszej technologii wprowadzania przek³adki z GWA (technologia GAC Sandwich) w powolnych filtrach

piaskowych. Ponadto Chemviron Carbon jest twórc¹ procesu reaktywacji prowadzonego w du¿ej skali, co pozwala nam zaproponowaæ kompleksow¹

obs³ugê naszych klientów.

Od przesz³o 30 lat granulowany wêgiel aktywny jest u¿ywany w Europie jako typowa technologia w uzdatnianiu wód powierzchniowych stanowi¹cych ród³o

wody pitnej.

Rodzina wêgli Chemviron Carbon Filtrasorb

SPIS TRECI:

Chemviron Carbon ........................................................................................1/12

Wêgiel aktywny ............................................................................................2/12

W³aciwoci i kryteria doboru ........................................................................2/12

Usuwanie zanieczyszczeñ organicznych..........................................................4/12

Usuwanie smaku i zapachu............................................................................5/12

Usuwanie pestycydów....................................................................................5/12

Usuwanie chlorowcopochodnych wêglowodorów ............................................6/12

Inne zastosowania ........................................................................................6/12

Konwersja filtrów piaskowych ........................................................................6/12

Filtry z przek³adk¹ wêglow¹ (Sandwich) ........................................................7/12

Granulowany Wêgiel Aktywny i ozon ............................................................7/12

Pylisty wêgiel aktywny ..................................................................................8/12

Systemy adsorpcji..........................................................................................8/12

Dostawy GWA i wype³nianie nim z³ó¿ ............................................................9/12

Reaktywacja ..............................................................................................10/12

Pozosta³e zastosowania wêgli aktywnych

12/12

1/12

, wytwarzanych z wêgli kamiennych, zosta³a uznana jako standardowy GWA stosowany w przygotowywaniu

wody pitnej. Obecnie ponad 1 000 zak³adów wodoci¹gowych w Europie, USA i Azji u¿ywa GWA Chemviron Carbon.

GRANULOWANY WÊGIEL AKTYWNY

Pylisty wêgiel aktywny

Formowany wêgiel aktywny

Granulowany wêgiel aktywny

Wêgiel aktywny

rozpuszczalnoci¹ i polaryzacj¹. Oznacza to na

przyk³ad, ¿e cz¹steczka etanolu o ma³ym ciê¿arze

molekularnym i wysokiej rozpuszczalnoci w

wodzie jest s³abo adsorbowalna. Natomiast

cz¹steczki o niskiej rozpuszczalnoci i du¿ym

ciê¿arze molekularnym, jakimi s¹ pestycydy,

adsorbuj¹ siê bardzo dobrze.

w procesie reaktywacji. Wêgle pyliste s¹ stosowane

w odmienny sposób. Dodaje siê je do uzdatnianej

wody, miesza z ni¹, a nastêpnie usuwa w procesie

osadzania lub filtracji.

Wêgiel aktywny jest materia³em porowatym,

którego strukturê tworzy zbiór przypadkowo

u³o¿onych grafitowych p³ytek. Wytwarza siê go

z ró¿nych surowców: wêgla kamiennego, torfu,

drewna i ³upin orzecha kokosowego. Wiêkszoæ

wêgli u¿ywanych w uzdatnianiu wody pitnej

produkuje siê z wêgla kamiennego. Grafitowe

p³ytki posiadaj¹ bardzo du¿¹ powierzchniê, co

zapewnia doskona³e mo¿liwoci adsorpcji

zanieczyszczeñ organicznych, które s¹ usuwane

z roztworów i " uwiêzione" si³ami adsorpcji na

wewnêtrznej powierzchni wêgla aktywnego.

W³aciwoci

i kryteria doboru

Formy wêgli aktywnych

Istnieje szereg kryteriów, które nale¿y rozpatrzyæ

dobieraj¹c GWA.

Wêgle aktywne wystêpuj¹ w trzech podstawowych

formach: granulowanej (GWA), formowanej

i pylistej (PWA). Wêgle granulowane

wykorzystywane s¹ w stacjach uzdatniania wody

pitnej wype³niaj¹c z³o¿a filtrów o konstrukcji

betonowej lub stalowej. Woda przep³ywaj¹c przez

wêgiel wype³niaj¹cy adsorber zostaje oczyszczona

poprzez zaadsorbowanie wystêpuj¹cych w niej

zwi¹zków organicznych. Po wyczerpaniu siê z³o¿a,

GWA jest wybierany i poddawany odnowie

1 Zdolnoc do adsorpcji

Wêgle granulowane stosowane do oczyszczania

wody pitnej musz¹ siê charakteryzowaæ tak¹

struktur¹ porów, która umo¿liwia adsorpcjê

szerokiej gamy zwi¹zków organicznych, w tym

specyficznych mikrozanieczyszczeñ i organicznych

zwi¹zków naturalnie wystêpuj¹cych w wodzie. GWA

musi posiadaæ tak¿e wystarczaj¹c¹ iloæ porów

"transportowych" umo¿liwiaj¹cych przedostanie siê

Adsorpcja

Podatnoæ moleku³ organicznych na

zaadsorbowanie wzrasta wraz z ich ciê¿arem

molekularnym, a maleje wraz z ich

2/12

GRANULOWANY WÊGIEL AKTYWNY

Wêgiel z wêgla kamiennego

Wêgiel z ³upin orzecha kokosowego

Wêgiel z drewna

Rysunek 1. Struktura molekularna wêgli aktywnych wytworzonych z ró¿nych surowców.

moleku³ do strefy adsorpcji. "Pojemnoæ"

adsorpcyjna w przypadku oczyszczania wody pitnej

jest trudna do okrelenia w drodze badañ

laboratoryjnych. Parametry takie jak liczba jodowa

informuj¹ nas o ca³kowitej "porowatoci" wêgla

i nie mog¹ byæ u¿yte do oceny jego zdolnoci do

oczyszczania wody pitnej. Za przyk³ad mo¿e

pos³u¿yæ wêgiel Filtrasorb ® 200, który posiada

wiêksz¹ zdolnoæ do adsorbowania zwi¹zków

chlorowanych z wód podziemnych ni¿ wêgiel

Filtrasorb ® 400, pomimo, ¿e jest on mniej

aktywny. Najlepsz¹ drog¹ do wyboru gatunku

wêgla aktywnego jest przeprowadzenie badañ

pilotowych w instalacji jak najlepiej modeluj¹cych

proponowany proces. Alternatyw¹ jest pos³u¿enie

siê zdobytymi dowiadczeniami innych

u¿ytkowników i rekomendacjami.

Na wytworzenie okrelonej struktury porów ma

wp³yw surowiec, z którego wytwarzamy wêgiel

aktywny i sposób prowadzenia aktywacji. Na

przyk³ad wêgle wytworzone z ³upin orzecha

kokosowego posiadaj¹ niewiele porów

transportowych. To powoduje, ze ich du¿a

pojemnoæ adsorpcyjna nie mo¿e byæ wykorzystana

przy uzdatnianiu wody pitnej. Dla kontrastu wêgle

Chemivron Carbon Filtrasorb ® wyprodu-

kowane z wêgli kamiennych posiadaj¹ dobrze

dobrany stosunek porów transportowych

i adsorpcyjnych. Czyni je to optymalnymi do

stosowania w oczyszczaniu wody pitnej.

Filtrasorb ® 100, 200 i TL820 posiadaj¹

zdolnoci adsorpcyjne wystarczaj¹ce do usuniêcia

specyficznych zanieczyszczeñ organicznych

w obecnoci naturalnych zanieczyszczeñ

organicznych wystêpuj¹cych w ma³ych stê¿eniach.

Dodatkowo wêgle te maj¹ zdolnoæ usuwania

Rysunek 2. Dobór granulawanych wêgli aktywnych w ró¿nych uk³adach uzdatniania wody pitnej

3/12

GRANULOWANY WÊGIEL AKTYWNY

smaku i zapachu.

Struktura porów i wiêksza liczba porów

transportowych w wêglach Filtrasorb

maj¹ du¿¹ gêstoæ,

co oznacza, ¿e maj¹ du¿¹ pojemnoæ jednostkow¹.

To oznacza, ¿e mniejsza objêtoæ ciê¿kich wêgli

Filtrasorb ® zaadsorbuje wiêcej zanieczyszczeñ

ni¿ ma to miejsce w przypadku wêgli lekkich.

Poniewa¿ filtry posiadaj¹ cile okrelone objêtoci

z³o¿a wêglowego, to im wiêcej wagowo znajduje

siê w nich wêgla, tym wiêksza bêdzie pojemnoæ

adsorpcyjna z³o¿a i tym samym wyd³u¿y siê jego

¿ywotnoæ. Pnadto granulki nie s¹ unoszone przez

strumieñ wody i do minimum ograniczone s¹

straty GWA.

Rodzaj NZO w wodzie zale¿y od wielu czynników:

ród³a wody, uk³adu geologicznego, sk³adu

zanieczyszczeñ pochodzenia komunalnego

i przemys³owego. Dla przyk³adu w wodach

podziemnych, ze wzglêdu na naturalne procesy

oczyszczania, zanieczyszczenia organiczne

wystêpuj¹ w niskich stê¿eniach, typowo poni¿ej 2

mg/l ( mierzonych jako RWO). Kontrastuj¹ z nimi

wody powierzchniowe, w których zanieczyszczenia

te wystêpuj¹ w du¿o wiêkszych stê¿eniach, typowo

oko³o 4 mg/l (mierzonych jako RWO), a ich

spektrum jest bardzo szerokie. Ponadto w wodach

moga wystêpowaæ substancje toksyczne powsta³e

w wyniku ludzkiej dzia³alnoci.

300, 400

i TL830 pozwala usuwaæ szerokie spektrum

zanieczyszczeñ organicznych, zarówno specy-

ficznych, jak i naturalnych.

2. Granulacja

Genaralnie mo¿na powiedzieæ, ¿e im mniejsza jest

granulka wêgla aktywnego, tym wiêksza jest

zdolnoæ adsorpcji, co wynika z kinetyki zjawiska.

Jednak je¿eli granulka bêdzie zbyt ma³a, to

pojawi¹ siê problemy z przep³ywami, wskutek

oporów hydraulicznych i zwi¹zanymi z nim strata-

mi cinienia. Nastêpn¹ przyczyn¹ ograniczaj¹c¹

minimaln¹ wielkoæ granulki jest mo¿liwoæ

poddania wêgla procesowi reaktywacji. Dla zbyt

ma³ych granulek proces ten nie jest mo¿liwy.

Dlatego przy doborze wêgla nale¿y wzi¹æ pod

uwagê nie tylko zdolnoci adsorpcyjne wêgla, ale

tak¿e mo¿liwe do osi¹gniêcia warunki hydrauliczne

jakie bêd¹ wystêpowa³y w filtrach. Wybór nale¿y

optymalizowaæ.

5. Wytrzyma³oæ mechaniczna (cieralnoæ)

GWA stosowane w procesach uzdatniania wody

pitnej musz¹ posiadaæ du¿¹ odpornoæ na cieranie

ze wzglêdu na:

p³ukanie z³o¿a

p³ukanie z³o¿a powietrzem

reaktywacje

transport i przenoszenie z i do filtra

Granulowany wêgiel aktywny znalaz³ szerokie

zastosowanie do usuwania naturalnych zanie-

czyszczeñ organicznych. Oto kilka przyczyn:

NZO s¹ g³ównym ród³em powstawania

zwi¹zków pogarszaj¹cych smak i zapach wody.

3. Wspó³czynnik jednorodnoci - jest to

wielkoæ okrelaj¹ca zakres rozmiarów

uziarnienia. Im jest ona ni¿sza tym uziarnienie jest

bardziej jednorodne. Je¿eli wartoæ wspó³czynnika

wynosi 1 to oznacza, ¿e wszystkie cz¹steczki

posiadaj¹ jednakowy wymiar. Wiêkszoæ GWA

u¿ywanych w uzdatnianiu wody pitnej takich jak

Filtrasorb ® 300 o granulacji 8x30

U.S. Mesh, Filtrasorb

Je¿eli wêgiel nie ma odpowiedniej wytrzyma³oci,

spowoduje to jego straty w trakcie eksploatacji

i tworzenie siê frakcji pylistej, która bêdzie

wywo³ywa³a dodatkowe opory hydrauliczne

w z³o¿u. Wysoka odpornoæ na cieranie wêgli

Filtrasorb ® zapewnia ich du¿¹ wytrzyma³oæ

mechaniczn¹ i praktycznie straty wêgla przy

prawid³owej eksploatacji filtrów s¹ pomijalne.

NZO reaguj¹ z chlorem tworz¹c w procesach

dezynfekcji produkty uboczne, takie jak

trójhalometany (THM). Ograniczaj¹c

wystêpowanie naturalnych zanieczyszczeñ

organicznych, lub prekursorów trójhalometanów,

stê¿enia THM w uzdatnionej wodzie bêd¹ mala³y.

Usuwanie NZO spowoduje obni¿enie zapotrzebo-

wania na chlor, co w efekcie zmniejszy iloæ

powstaj¹cych THM.

400 o granulacji 12x40

U.S. Mesh posiada wspó³czynnik jednorodnoci 1.7

- 2.0. Wêgle Filtrasorb

USUWANIE NATURALNYCH

ZWI¥ZKÓW

ORGANICZNYCH

TL820 i TL830

posiadaj¹ce ni¿szy wspó³czynnik jednorodnoci

wynosz¹cy 1.4 s¹ przeznaczone do konwersji

filtrów piaskowych, w których mo¿liwa do

wype³nienia GWA g³êbokoæ z³o¿a wynika

z konstrukcji istniej¹cych filtrów. Niskie

wspó³czynniki jednorodnoci pozwalaj¹ na

zmniejszenie czêstotliwoci p³ukania filtrów.

Dodatkowo w przypadku wêgla o wspó³czynniku

jednorodnoci 1.4 i wiêkszych z³o¿e w czasie

p³ukania podlega dobrej segregacji. W ten sposób

cz¹steczki wêgla o najmniejszym ³adunku

poch³oniêtych zanieczyszczeñ zawsze znajduj¹ siê

w górnej warstwie z³o¿a, przez co maksymalnie

wykorzystuje siê zdolnoci adsorpcyjne GWA.

NZO s¹ ród³em po¿ywienia dla bakterii

i powoduj¹ ich nadmierny przyrost w systemach

dystrybucji wody.

Woda zawiera naturalne zwi¹zki organiczne (NZO)

stanowi¹ce produkty rozk³adu rolin, zwierz¹t,

bakterii i alg. Wytwarzaj¹ one ogromn¹ iloæ ró¿nych

zwi¹zków lub substancji humusowych, z których

zbadano dotychczas tylko niewielki procent.

Z tego te¿ powodu, ró¿nymi metodami okrela siê

zawartoæ ca³ych grup zwi¹zków.

Metodyki ich badania s¹ ró¿ne: ogólny wêgiel

organiczny (OWO), rozpuszczalny wêgiel

organiczny (RWO), absorbancja UV 254 nm

i utlenialnoæ.

Wykres 3 przedstawia przebieg procesu

usuwania NZO. W fazie pocz¹tkowej przy

eksploatacji pojedynczego filtra, GWA usuwa 90%

NZO, a nastêpnie proces ten po 3-6 miesi¹cach

stabilizuje siê na poziomie 20-30%. W praktyce

usuwanie zanieczyszczeñ mo¿na polepszyæ

przeprowadzaj¹c reaktywacjê GWA. Dla przyk³adu

(wykres 3) wype³nienie filtrów poddaje siê

reaktywacji rednio raz do roku zachowuj¹c

warunek, ¿e kolejne zostaje skierowane do

reaktywacji 6 miesiêcy po zakoñczeniu reaktywacji

poprzedniego wype³nienia. W ten sposób wszystkie

wype³nienia zostan¹ zreaktywowane w ci¹gu 18

miesiêcy, a zdolnoæ usuwania zanieczyszczeñ,

bior¹c pod uwagê wszystkie filtry, bardzo wzrasta.

Efekt ten zosta³ przedstawiony na wykresie 4,

a zosta³ on osi¹gniêty w ten sposób, ¿e w systemie

zawsze znajduje siê jedno wie¿e wype³nienie,

a wiêc rednio RWO w ka¿dym przypadku zostaje

zredukowany o prawie 50%. Jest to niezmiernie

wa¿ne przy ocenie wyników ze stacji pilotowych,

gdzie ¿ywotnoæ wêgla okrela siê jako czas do

momentu przebicia z³o¿a, bior¹c pod uwagê

pojedynczy filtr.

Wykres 3. Redukcja rozpuszczalnego wêgla

organicznego RWO w wodzie powierzchniowej przy

rednim stê¿eniu 5 mg/l, poddanej 15 minutowej

filtracji na wêglu Filtrasorb

400

Wykres 4. Redukcja rozpuszczonego wêgla RWO.

Wzrost efektywnoci adsorpcji zanieczyszczeñ

z wody stanowi¹cej mieszaninê z kilku filtrów w skali

ca³ej stacji.

4/12

4. Gêstoæ

Wêgle z rodziny Filtrasorb

GRANULOWANY WÊGIEL AKTYWNY

USUWANIE

SMAKU I ZAPACHU

USUWANIE PESTYCYDÓW

Typowe stê¿enia pestycydów w wodach

poddawanych uzdatnianiu wynosz¹ od 0.1-1

µg/l dla pojedynczego zwi¹zku, chocia¿ mog¹ one

pojawiæ siê w stê¿eniach szczytowych na poziomie

5 , a nawet 10 µg/l. Niektóre z typowych pesty-

cydów wystêpuj¹cych w wodzie przedstawiono na

rys. 6. Powszechnie stosowane metody uzdatnia-

nia wody takie jak koagulacja, sedymentacja

i filtracja na piasku nie przynosz¹ efektów

w usuwaniu pestycydów.

Filtrasorb ® 400 jest najczêciej stosowanym

i najbardziej efektywnym wêglem s³u¿¹cym do

usuwania pestycydów. Posiada on znakomite

w³aciwoci adsorpcyjne w stosunku do szerokiej

gamy pestycydów. Efektywnoæ ich usuwania na

GWA zale¿y od poni¿szych warunków:

Rodzaj pestycydu - wiêkszoæ pestycydów

posiada podobny ciê¿ar molekularny w zakresie

200-300 g/mol, st¹d te¿ ich podatnoæ na

rozpuszczanie ma du¿y wp³yw na ich

adsorbowalnoæ. Na przyk³ad atrazyna jest

³atwiej usuwalna ni¿ bentazone, który jest lepiej

rozpuszczalny.

Stê¿enie pestycydów - im wy¿sze stê¿enie

tym krótsza ¿ywotnoæ z³o¿a.

Stê¿enie naturalnych zanieczyszczeñ

organicznych (NZO) - zwi¹zki te konkuruj¹

z pestycydami o mo¿liwoæ zajêcia miejsca

w porach wêgla. Stê¿enia NZO s¹ 10.000 razy

wiêksze ni¿ pestycydów i wahaj¹ siê w granicach

1-5 mg/l. Dla porównania stê¿enia tych drugich

wynosz¹ od 0.1 do 5 µg/l.

Ozonowanie - ozon utlenia pestycydy do

zwi¹zków prostszych. Jego stosowanie wyd³u¿a

¿ywotnoæ GWA poprzez wykorzystanie silnych

w³aciwoci utleniaj¹cych ozonu i redukcjê iloci

konkurencyjnych NZO. Wykres 8 przedstawia

ten efekt w stosunku do atrazyny. Stê¿enie

atrazyny na wlocie by³o utrzymywane na sta³ym

poziomie, co da³o efekt dwukrotnego wyd³u¿enia

¿ywotnoci z³o¿a wskutek zredukowania

konkurencyjnej adsorpcji. Przy stosowaniu

ozonowania iloæ usuwanych zwi¹zków zale¿y od

kilku czynników: rodzaju pestycydu, dawki

ozonu, stê¿enia NZO, temperatury i pH. Dlatego

Jednym z g³ównych zastosowañ GWA jest usuwanie

z wody pitnej pestycydów. Pestycydy wystêpuj¹

zarówno w wodach podziemnych jak i powierzch-

niowych. Przenikaj¹ one do wody wskutek

Pojawianie siê w wodzie smaku i zapachu jest

wywo³ywane obecnoci¹ w ma³ych stê¿eniach

naturalnych zwi¹zków organicznych. Tworz¹ je

g³ównie sinice i promienice spotykane przede

wszystkim w zbiornikach wodnych. Ze wzglêdu na

niskie stê¿enia tych zwi¹zków w wodzie, czêsto

ng/l, jest niezmiernie trudno okreliæ, które

z moleku³ s¹ odpowiedzialne za pojawianie siê

smaku i zapachu. Njabardziej znanymi s¹ dwa

zwi¹zki naturalne: geosmina i 2-metylosorboneol.

Analiza zwi¹zków wywo³uj¹cych smak i zapach jest

bardzo trudna. Jedn¹ z nich jest metoda kolejnych

rozcieñczeñ. Próbkê rozciencza siê coraz bardziej

Wykres 7. Porównanie efektu usuwania meco-

propu, pestycydu powszechnie wystêpuj¹cego

w wodzie, z wód podziemnych i powierzchniowych

przy u¿yciu Filtrasorb ® 400. W tym przypadku

¿ywotnoæ z³o¿a filtruj¹cego wody podziemne by³a

dwukrotnie d³u¿sza ni¿ dla wód powierzchniowych,

przy czym czas kontaktu dla wód podziemnych by³

krótszy a stê¿enia zanieczyszczeñ wy¿sze;

podwy¿szone stê¿enie NZO.

Rysunek 5. Stuktura molekularna geosminy

i 2-metylosorboneolu

dzia³alnoci rolniczej i pozarolniczej, stosowania

rodków ochrony rolin, rodków chwastobójczych,

ochrony lasów, obróbki drewna. W szczególnych

przypadkach pestycydy przedostaj¹ siê do wody

z zak³adów je produkuj¹cych. Ich stê¿enia

w wodzie zale¿¹ od wielu czynników w³¹czaj¹c iloæ

u¿ywanych pestycydów, ich rodzaj, geologiê

i klimat danego rejonu.

Przepisy obowi¹zuj¹ce w Unii Europejskiej

ograniczaj¹ wystêpowanie pestycydów na poziomie

ich wykrywalnoci; maksimum 0.1 µg/l dla

pojedynczego pestycydu i 0.5 µg/l dla ca³kowitej

ich iloci. wiatowa Organizacja Zdrowia (WHO)

zaleca inne limity bazuj¹c na w³asnociach

toksycznych poszczególnych pestycydów i general-

nie s¹ one mniej restrykcyjne ni¿ normy

europejskie.

wod¹ destylowan¹ do momentu w którym nie

mo¿na ju¿ wykryæ smaku i zapachu. Dyrektywy

europejskie dotycz¹ce jakoci wody pitnej.

Okrelaj¹ liczbê rozcieñczeñ 2 w temperaturze

12° C przy osi¹gniêciu progu wykrywalnoci 0.

Wêgle aktywne z rodziny Filtrasorb

100, 200 i TL820. Zalecany czas

kontaktu wody z granulowanym wêglem wynosi 6-

10 minut, a ¿ywotnoc z³o¿a okrela siê na 2-4 lat.

W przypadku pojawiania siê smaku i zapachu tylko

w pewnych okresach roku mo¿na u¿ywaæ wêgli

pylistych.

Rysunek 6. Typowe pestycydy wystêpuj¹ce w wodzie i usuwane na wêglu aktywnym.

5/12

s¹

doskona³ym rodkiem pozwalaj¹cym na skuteczne

usuwanie zwi¹zków wywo³uj¹cych smak i zapach.

Szczególnie przydatne do tych celów s¹ wêgle

Filtrasorb

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: