Than hoạt tính cải thiện kết quả tinh lọc nước uống như thế nào

Trong các hệ thống làm sạch nước uống hiện đại, than hoạt tính nổi bật như một loại lõi lọc loại bỏ chất gây ô nhiễm trong nước một cách rất hiệu quả. Khung xốp và bề mặt rỗp phát triển cao cho phép hấp phụ một loạt các vấn đề về độ tinh khiết của nước, vượt trội hơn các phương tiện lọc khác không thể thực hiện được. Sử dụng lõi carbon như một phần của bộ lọc nước gia đình, trong các thiết bị làm sạch di động hoặc trong các nhà máy xử lý nước đô thị, than hoạt tính loại bỏ vị và mùi khó chịu, đồng thời giảm đáng kể các hóa chất có hại khác trong nước mà không làm mất đi các khoáng chất thiết yếu. Bài viết này mô tả chi tiết cách thức than hoạt tính cải thiện chất lượng và độ an toàn của nước.

Cấu trúc xốp độc đáo và Cơ chế hấp phụ

Bí quyết cho khả năng lọc hoặc làm sạch chất của than hoạt tính đến từ cấu trúc được hình thành trong quá trình hoạt hóa, bao gồm nhiều lỗ nhỏ li ti gọi là lỗ xốp (pores). Những lỗ này được tạo ra do việc sử dụng nhiệt hoặc hóa chất, làm tăng đáng kể diện tích bề mặt bên trong của than. Một gam than hoạt tính có thể sở hữu diện tích bề mặt tương đương một sân bóng đá. Than hoạt tính có các lỗ xốp trải dài từ vi mô đến đại mô, có khả năng bắt giữ nhiều loại chất gây ô nhiễm khác nhau nhờ vào diện tích bề mặt khổng lồ này. Trong quá trình hấp phụ mà than hoạt tính thực hiện, phân tử nước tiếp xúc với than và di chuyển qua bề mặt của than. Các chất cặn bã, hợp chất hữu cơ và nhiều hóa chất trong nước bị giữ lại hoặc bị hút vào bề mặt than. Quá trình bám dính lên bề mặt than xảy ra là do lực Van Der Waals, hoạt động trong khoảng cách từ 0,2 đến 0,5 nm. Đây là những lực yếu, có vai trò trong việc liên kết các chất gây ô nhiễm như thuốc trừ sâu, clo và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) với than. Quá trình hấp phụ vật lý này không làm thay đổi về mặt hóa học của nước, cũng không thêm chất gây ô nhiễm vào, không giống như các quá trình hóa học khác.

Loại bỏ Clo và các phụ phẩm của Clo hóa

Loại bỏ Clo và Các Sản Phẩm Phụ của Clo. Có nhiều tổ chức khác nhau, bao gồm các nhà máy xử lý nước đô thị, sử dụng Clo để khử trùng nước. Điều này mang lại một số lợi ích nhất định, nhưng cũng tồn tại một vài nhược điểm. Nước khử trùng bằng Clo thường có mùi đặc trưng và có thể tạo cảm giác vị lạ khi uống. Clo kết hợp với chất hữu cơ còn tạo ra các sản phẩm phụ khử trùng (DBPs), rất nguy hiểm, đặc biệt là khi con người hấp thụ vào. Các chất này bao gồm Trihalomethanes và Axit Haloacetic. Đây là những mối nguy hiểm về sức khỏe có thể tích tụ lâu dài trong cơ thể người. Việc hấp thụ Clo tự do và các sản phẩm phụ khử trùng có hại này giúp giảm nguy cơ ảnh hưởng đến sức khỏe, đồng thời ngăn chặn cảm giác khó chịu về mùi và vị lạ khi uống nước.

Một ví dụ điển hình của điều trên là một vòi nước được thiết kế đặc biệt cho các hộ gia đình. Những thiết bị này có các Cartridge Clo hóa học hấp thụ và cho ra nguồn nước khỏe mạnh hơn nhiều để uống cũng như sử dụng.

Loại bỏ Chất Gây Ô Nhiễm Hữu Cơ và Thuốc Trừ Sâu

Trong số nhiều chất có thể tồn tại trong nước uống như thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, dung môi và cả thuốc còn sót lại, than hoạt tính hoàn toàn có thể loại bỏ tất cả những chất này. Phần lớn thời gian, các nguồn nước này là kết quả của các chất dư thừa từ nông nghiệp, công nghiệp và việc thải bỏ chất thải một cách thiếu trách nhiệm. Vì các hợp chất liên quan là chất hữu cơ nên chúng bị hấp phụ và liên kết trong quá trình lọc với than hoạt tính và bề mặt xốp của nó. Ví dụ, các bộ lọc than hoạt tính trở nên đặc biệt hiệu quả khi loại bỏ thuốc trừ sâu trong nước ngầm như atrazine và glyphosate. Một số khu vực khác được trang bị nhiều biện pháp đối phó hơn với ô nhiễm nông nghiệp, khiến than hoạt tính phổ biến hơn ở những nơi này, trong khi các khu vực khác dân cư đông đúc hơn và nguồn nước của họ cũng dễ bị tổn thương hơn.

Giảm hàm lượng kim loại nặng

Mặc dù chủ yếu được biết đến với khả năng hấp phụ các hợp chất hữu cơ, việc sử dụng than hoạt tính để loại bỏ một số kim loại nặng khỏi nước uống, đặc biệt là khi được cải tiến hoặc kết hợp với các vật liệu khác, cũng rất đáng chú ý. Than hoạt tính thông thường có thể hấp phụ chì, đồng, và thậm chí cả thủy ngân thông qua các cơ chế trao đổi ion hoặc tạo phức bề mặt, trong đó các ion kim loại tạo phức với các nhóm chức hoạt động trên bề mặt của than. Than hoạt tính được cải biến hóa học nhiều hơn (ví dụ, than hoạt tính được xử lý bằng các hợp chất hóa học như lưu huỳnh hoặc sắt) cho thấy khả năng hấp phụ kim loại nặng dễ dàng hơn, có hiệu quả loại bỏ cao hơn. Trong các bộ lọc nước xách tay dùng cho nước bị nhiễm chì, than hoạt tính thường được sử dụng cùng với các vật liệu khác (ví dụ, nhựa trao đổi ion) để giảm nồng độ chì xuống mức giới hạn cho phép theo quy định của EPA.

Cải thiện vị và mùi

Ngoài việc loại bỏ các chất gây ô nhiễm có hại, than hoạt tính còn cải thiện chất lượng cảm quan của nước uống bằng cách loại bỏ vị và mùi khó chịu. Các vấn đề này có thể là geosmin và 2-methylisoborneol (MIB) khiến nước có mùi đất và mùi mốc, ngay cả khi ở hàm lượng rất nhỏ. Cấu trúc lỗ xốp và trung bình của than hoạt tính hấp phụ và giữ lại các hợp chất gây mùi khó chịu, mang lại nguồn nước dễ chịu hơn nhiều. Thuộc tính này thu hút cả các nhà cung cấp nước đô thị và các nhà sản xuất bộ lọc nước gia đình, vì vị và mùi là yếu tố quyết định chủ yếu đến mức độ chấp nhận nước máy. Họ giảm lượng nước phải thu hồi và giảm sự phụ thuộc vào nước đóng chai, từ đó giảm bớt các tác động môi trường từ việc sử dụng nước chai.

Tính tương thích với các phương pháp làm sạch khác

Than hoạt tính nâng cao hiệu suất của các công nghệ khác được sử dụng để làm sạch nước. Nó thường được sử dụng trong các nhà máy xử lý nước đô thị sau các quá trình keo tụ, tạo bông và lắng để loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ và clo trước khi nước được phân phối. Trong các hệ thống gia đình thẩm thấu ngược (RO), các bộ lọc than hoạt tính được sử dụng cả trước và sau màng RO. Bộ lọc tiền xử lý loại bỏ clo, một chất có hại cho màng, cùng các chất hữu cơ, trong khi bộ lọc hậu xử lý loại bỏ một số chất gây ô nhiễm nhằm cải thiện vị của nước RO. Các hệ thống khử trùng bằng tia cực tím (UV) cũng được bổ sung than hoạt tính vì chất này loại bỏ các thành phần hữu cơ che chắn vi sinh vật khỏi ánh sáng UV được dùng để khử trùng. Chính sự đa dụng này khiến than hoạt tính có khả năng cải thiện hiệu quả của các hệ thống làm sạch nhiều giai đoạn.

Ứng dụng trong các hệ thống làm sạch khác nhau

Than hoạt tính được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống lọc nước uống, và mỗi môi trường ứng dụng đều tận dụng những lợi thế riêng của nó trong việc loại bỏ sắt. Trong các hệ thống lọc nước đô thị, than hoạt tính dạng hạt được gia nhiệt đặt trong các bộ lọc lớn, tập trung vào việc loại bỏ clo và các chất ô nhiễm hữu cơ khác trong hệ thống GAC, xử lý hàng triệu gallon nước mỗi ngày. Trong hệ thống gia đình, than hoạt tính dạng bột được sử dụng trong các bộ lọc vòi, bộ lọc bình và hệ thống dưới chậu rửa, khắc phục nhược điểm của GAC và cung cấp giải pháp lọc tiện lợi tại điểm sử dụng. Các bộ lọc than hoạt tính dạng di động, như bình đựng nước, rất hữu ích khi đi du lịch hoặc tham gia các hoạt động ngoài trời. Chúng loại bỏ các chất gây ô nhiễm trong nước khiến nước không phù hợp để uống. Ngoài ra, viên nén và gói bột than hoạt tính là những hình thức lọc nước dễ sử dụng và thuận tiện trong các tình huống khẩn cấp khi không có sẵn nguồn nước uống an toàn.

Hiệu quả lâu dài và bảo trì

Để than hoạt tính phát huy hiệu quả làm sạch, việc bảo trì đúng cách là rất quan trọng. Khả năng hấp phụ sẽ giảm khi các lỗ rỗng của than bị bão hòa bởi các chất gây ô nhiễm. Hiệu quả của bộ lọc than hoạt tính phụ thuộc vào chất lượng nước, tốc độ dòng chảy và nồng độ chất gây ô nhiễm; các bộ lọc vòi gia đình thường cần được thay thế sau mỗi hai đến sáu tháng, trong khi các bộ lọc GAC (than hoạt tính dạng hạt) ở cấp thành phố có thể sử dụng trong nhiều năm trước khi cần tái sinh hoặc thay thế. Các hệ thống GAC có thể tái sử dụng giúp tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường hơn, sử dụng than nặng được đốt ở nhiệt độ cực cao để giải phóng các chất gây ô nhiễm khỏi các lỗ rỗng của than. Việc bảo trì định kỳ làm tăng hiệu quả của bộ lọc than hoạt tính, từ đó tạo ra nguồn nước uống chất lượng cao.