Как активированный уголь улучшает результаты очистки питьевой воды

В современных системах очистки питьевой воды активированный уголь является чрезвычайно эффективным картриджем для удаления загрязнений. Его проницаемая структура и хорошо развитая пористая поверхность обеспечивают адсорбцию широкого спектра загрязнителей, что выходит за рамки возможностей других фильтрующих материалов. Использование угольного картриджа в бытовых фильтрах для воды, в портативных устройствах очистки или на муниципальных очистных сооружениях позволяет активированному углю устранять неприятный вкус и запах, а также значительно снижать содержание других вредных химических веществ в воде, не выводя при этом жизненно важные минералы. В данной статье описано, как активированный уголь улучшает общее качество и безопасность воды.

Уникальная пористая структура и механизм адсорбции

Секрет способности активированного угля фильтровать или очищать вещества заключается в структуре, которая формируется во время процесса активации и состоит из множества крошечных отверстий, называемых порами. Эти отверстия образуются в результате использования тепла или химических веществ, что значительно увеличивает его внутреннюю поверхность. Один грамм активированного угля может иметь площадь поверхности, равную площади футбольного поля. Активированный уголь имеет поры различных размеров — от микропор до макропор, которые эффективно захватывают различные загрязнители благодаря огромной площади поверхности. В процессе адсорбции, которому подвергается активированный уголь, молекула воды вступает в контакт с углем и проникает на его поверхность. Примеси, органические соединения и многие химические вещества в воде поглощаются или притягиваются к поверхности угля. Прилипание к поверхности угля происходит благодаря силам Ван-дер-Ваальса, действующим на расстоянии от 0,2 до 0,5 нм. Это слабые силы, ответственные за связывание загрязнителей, таких как пестициды, хлор и летучие органические соединения (ЛОС), с углем. Процесс физической адсорбции не изменяет воду химически и не добавляет загрязнителей, в отличие от других химических процессов.

Удаление хлора и побочных продуктов хлорирования

Удаление хлора и его побочных продуктов. Существуют различные организации, включая муниципальные водные станции, которые дезинфицируют воду с использованием хлора. Это имеет определенные преимущества, но также могут возникнуть некоторые недостатки. Вода, дезинфицированная хлором, обладает определенным запахом и может иметь необычный вкус. Хлор в сочетании с органическими веществами также образует так называемые побочные продукты дезинфекции, которые опасны, особенно при употреблении внутрь. К ним относятся тригалометаны и галоуксусные кислоты. Это долгосрочные риски для здоровья, которые многие люди связывают с употреблением такой воды. Поглощение свободного хлора и побочных продуктов дезинфекции, вредных для людей, снижает риски для здоровья. Это, в свою очередь, предотвращает ощущение неприятного запаха и нежелательного вкуса во рту.

Ярким примером вышеуказанного является водный кран, который специально разработан для бытового использования. Эти устройства оснащены хлорными картриджами, которые его поглощают и обеспечивают получение воды, более здоровой для питья, и также.

Устранение органических загрязнителей и пестицидов

Среди многих веществ, которые могут содержаться в питьевой воде, такие как пестициды, гербициды, растворители и даже остатки лекарств, активированный уголь без проблем удаляет их все. В большинстве случаев такие загрязнения воды происходят из остатков сельскохозяйственных, промышленных веществ и неправильно утилизированных отходов. Поскольку данные соединения являются органическими, они притягиваются и связываются во время фильтрации с активированным углем и его пористой поверхностью. Например, фильтры с активированным углем становятся особенно эффективными при удалении пестицидов из грунтовых вод, таких как атразин и глифосат. В других регионах предусмотрено больше мер против сельскохозяйственного загрязнения, что делает применение активированного угля более распространенным в таких областях, поскольку другие районы более густо населены, и их источники воды довольно уязвимы.

Снижение содержания тяжелых металлов

Хотя активированный уголь в первую очередь известен своей способностью адсорбировать органические материалы, его использование для удаления некоторых тяжелых металлов из питьевой воды, особенно при модификации или сочетании с другими материалами, также представляет интерес. Простой активированный уголь может адсорбировать свинец, медь и даже ртуть через механизмы ионного обмена или поверхностной комплексации, при которых ионы металлов образуют комплексы с активными функциональными группами на поверхности углерода. Более химически модифицированный активированный уголь (например, активированный уголь, обработанный химическими соединениями, такими как сера или железо), который показал более легкую адсорбцию тяжелых металлов, эффективнее в их удалении. В портативных фильтрах для воды, загрязненной свинцом, активированный уголь используется вместе с другими материалами (например, ионообменными смолами) для снижения концентрации свинца до допустимых пределов, установленных Агентством по охране окружающей среды (EPA).

Улучшение вкуса и запаха

Активированный уголь улучшает сенсорное качество питьевой воды, устраняя неприятный вкус и запах, помимо удаления вредных загрязнителей. Такие проблемы могут быть связаны с геосмином и 2-метилизоборнеолом (MIB), которые делают воду с землистым и затхлым запахом, даже в очень малых количествах. Макро- и мезопористая структура активированного угля адсорбирует и удерживает соединения с неприятным запахом, в результате чего вода становится гораздо более приятной. Это свойство привлекает как муниципальных поставщиков воды, так и производителей бытовых фильтров для воды, поскольку вкус и запах являются основными факторами, определяющими пригодность водопроводной воды. Они теряют меньше воды из-за отзыва, а также меньше зависят от бутилированной воды, уменьшая экологические последствия использования бутилированной воды.

Совместимость с другими методами очистки

Активированный уголь повышает эффективность других технологий, используемых для очистки воды. Он часто применяется на муниципальных очистных сооружениях после процессов коагуляции, флокуляции и осаждения для удаления органических загрязнителей и хлора перед распределением воды. В бытовых системах обратного осмоса (RO) используются фильтры с активированным углем до и после мембран RO. Префильтры удаляют хлор, который вреден для мембран, и органические вещества, а пост-фильтры удаляют некоторые загрязнители для улучшения вкуса воды, полученной с помощью обратного осмоса. Системы дезинфекции с использованием ультрафиолета (УФ) дополняются активированным углем, поскольку он устраняет органические компоненты, которые защищают микроорганизмы от УФ-света, используемого для дезинфекции. Такая универсальность позволяет активированному углю повышать эффективность многоступенчатых систем очистки.

Применение в различных системах очистки

Активированный уголь используется в системах фильтрации питьевой воды, и в каждой области используются его преимущества в фильтрации и удалении железа. В муниципальных системах фильтрации гранулированный активированный уголь подогревается и помещается в большие фильтры, которые удаляют хлор и другие органические загрязнители в системах GAC, обрабатывая миллионы галлонов ежедневно. В бытовых системах порошкообразный активированный уголь применяется в фильтрах для крана, кувшинов и системах под раковиной, компенсируя недостатки GAC и обеспечивая удобную фильтрацию непосредственно в точке использования. Портативные фильтры из активированного угля, такие как бутылки для воды, удобны в поездках и на открытом воздухе. Они удаляют загрязнители из воды, которая непригодна для питья. Кроме того, таблетки и пакетики с активированным углем — это простой и удобный способ фильтрации в чрезвычайных ситуациях, когда нет доступа к безопасной питьевой воде.

Долгосрочная эффективность и обслуживание

Для того чтобы активированный уголь улучшал результаты очистки, очень важно своевременное техническое обслуживание. Поры угля, заполненные загрязняющими веществами, уменьшают адсорбционную способность. Эффективность фильтров с активированным углем зависит от качества воды, скорости потока и концентрации загрязнителей; фильтры для бытовых смесителей обычно необходимо заменять каждые два-шесть месяцев, тогда как муниципальные фильтры с гранулированным активированным углем (GAC) могут служить годами, прежде чем потребуется их регенерация или замена. Восстанавливаемые системы GAC, более экономичные и экологичные, используют тяжелый уголь, который нагревается до очень высоких температур для удаления загрязняющих веществ из пор угля. Проведение технического обслуживания по графику повышает эффективность фильтров с активированным углем и обеспечивает получение питьевой воды высокого качества.