Активированные угли в процессах водоподготовки

Фильтрование воды через слой гранулированного угля или введение в воду порошкообразного активного угля являются наиболее универсальными методами удаления из воды растворённых органических веществ природного и неприродного происхождения.

Поскольку содержание в питьевой воде органических веществ природ­ного происхождения нормировано только косвенно (по цветности, запахам и привкусам воды), а цветность воды обычно достаточно хорошо снижается коагулированием и хлорированием, активированный уголь, являющийся относитель­но дорогим материалом, применяется на коммунальных водопроводах глав­ным образом для удаления веществ, обуславливающих запахи и привкусы во­ды, а также для удаления из воды органических загрязнений неприродного происхождения - различных детергентов, пестицидов, нефтепродуктов и дру­гих токсичных веществ, попадающих в открытые водоемы со сточными вода­ми городов и промышленных предприятий.

При удалении из воды веществ, придающих ей запахи и привкусы, их концентрацию нужно снизить до очень малых величин, при которых запах и привкус уже не ощущаются.

Концентрации различных веществ, при которых ощущаются их запахи или привкус в воде, неодинаковы. Сероводород ощущается при концентрации его в воде более 0,2-0,3 мг/л, хлор - при концентрации более 0,3 мг/л, хлорфенол - при концентрации более 0,02 мг/л. Естественно, что при столь низких остаточных концентрациях удаляе­мого вещества степень использования сорбционной ёмкости активного угля в статических условиях (при введении в воду угля в виде порошка) будет мала. Так, если время контакта порошкообразного активированного угля (ПАУ) с очищаемой водой невелико, сорбируемое вещество обычно не успевает проникнуть в поры частичек угля, поэтому сорбционная способность ПАУ возрастает с увеличением степени его измельчения.

Косвенно сорбционная способность ПАУ характеризуется его фенольным числом - числом миллиграммов активного порошкообразного угля, тре­буемого для снижения концентрации фенола в 1 л воды с 0,1 до 0,01 мг при перемешивании воды с активным углем в течение 1 ч. Чем выше фенольное число угля, тем меньше его сорбционная способность в отношении фенола, тем хуже, как правило, этот уголь будет сорбировать из воды вещества, обу­славливающие привкусы и запахи воды. ПАУ, применяемые на фильтроваль­ных станциях для удаления из воды привкусов и запахов, должны иметь фе­нольное число не более 30; хорошие образцы активных углей имеют феноль­ное число менее 15.

В каждом конкретном случае марка ПАУ должна подбираться пробной обработкой воды в лабораторных условиях, при этом должны ставиться опыты, как с предварительным хлорированием воды, так и без него.

ПАУ, применяемый для удаления из воды веществ, которые придают ей привкусы и запахи, может вводиться как перед отстойниками, так и после них, непосредственно перед фильтрами. Однако введение в воду угля перед фильтрами возможно только в тех случаях, когда его доза не превышает 5-7 мг/л при длительном применении угля и 10-12 мг/л при кратковременном, эпизодическом. При поступлении на фильтры большого количества активного угля, потеря напора в них обычно быстро растет, и резко возрастает расход промывной воды. Двухслойные фильтры лучше обычных приспособлены к осветлению воды, содержащей ПАУ. При малых дозах активный уголь целесообразно вводить в воду после отстойников; в этом случае сорбционная способность угля используется более полно, чем при введении его в воду перед отстойниками, в которых уголь быстро оседает, не успев сорбировать содержащиеся в воде органические вещества. Вследствие сильного пыления и взрывоопасности, ПАУ в сухом виде в воду вводят редко. Обычно предварительно готовят суспензию 2-10 % ПАУ в воде, которую и направляют в основной поток обрабатываемой воды. Дозу ПАУ выбирают с учетом загрязнённости воды и сорбционных свойств угля. В нашей стране, как правило, доза угля составляет 1-5 мг/л, в Финляндии 5-15 мг/л, в Германии (водозаборы на Рейне) 25-40 мг/л, во Франции 5-40 мг/л, в Англии и США 5-30 мг/л воды.

Постоянное использование ПАУ для водоподготовки обычно не выгодно из-за нерентабельности и невозможности его регенерации и потерь при дозировании. Для постоянной сорбционной обработки воды используют гранулированные активные угли (ГАУ), которые можно регенерировать, что снижает стоимость очистки воды, хотя ГАУ и дороже, а их применение требует больших капитальных затрат. Фильтрование через ГАУ даёт воду лучшего и более постоянного качества (срок службы ГАУ при очистке природных вод составляет от 2 до 30 месяцев).

Одно из традиционных направлений использования активных углей в водоподготовке – дехлорирование питьевой воды, реализуемое на угольных фильтрах. Высоту фильтра определяют в зависимости от скорости фильтрования, начальной и конечной концентрации свободного хлора.

Дехлорирующие фильтры регенерируют один раз в месяц горячим раствором соды или едкого натра. До регенерации 1 кг ГАУ может дехлорировать до 50-100 м³ воды.