En els sistemes de tractament d'aigua de membrana (com ara la ultrafiltració (UF), la nanofiltració (NF) i l'osmosi inversa (RO), el carbó activat no sol ser el component bàsic de dessalinització o esterilització, però té un paper insubstituïble com a "pre-filtre" i "protector" crucials. Les seves aplicacions es reflecteixen principalment en els aspectes següents:
1. Eliminació completa del clor residual
Les membranes de poliamida d'osmosi inversa i nanofiltració són extremadament sensibles als oxidants. Fins i tot amb una concentració de clor residual tan baixa com 0,1 ppm (mg/L) a l'aigua d'alimentació, el contacte prolongat pot fer que les cadenes de polímers de la membrana es trenquin, donant com a resultat una disminució permanent de la taxa de dessalinització de l'element de membrana en hores o dies. Els filtres de carbó actiu poden reduir la concentració de clor residual a un nivell segur per sota<0.01 ppm through efficient surface reduction reactions, completely eliminating its oxidative threat to the membrane.
Teòricament, 1 gram de carbó activat-d'alta qualitat pot eliminar aproximadament 1 gram de clor disponible. En enginyeria pràctica, cal dissenyar un temps de contacte amb llit buit (EBCT) suficient en funció de la concentració de clor residual i el cabal de l'aigua d'alimentació.
2. Adsorció altament eficient de la matèria orgànica, reduint l'encrassement de la membrana
El carbó actiu posseeix una gran superfície específica, normalment entre 700-1500 m²/g. Això li permet absorbir de manera eficient la matèria orgànica natural (NOM) a l'aigua, reduint el valor UV254 (caracteritzat per la matèria orgànica que conté dobles enllaços conjugats i anells de benzè) de l'aigua d'alimentació en un 60%-90% i eliminant el carboni orgànic total (TOC) en un 20%-50%. Això redueix directament les càrregues col·loïdals i orgàniques que contribueixen a la contaminació de la membrana.
Índex de contaminació millorat: mitjançant l'eliminació eficaç de la matèria orgànica, el pretractament amb carbó actiu redueix significativament el valor SDI (índex de densitat del sòl) posterior, proporcionant aigua d'alimentació qualificada per a membranes d'osmosi inversa (SDI15 < 5, valor ideal < 3).
3. L'efecte del carbó activat biològicament (BAC)
Under suitable temperature (>15 graus) i condicions de nutrients, els filtres de carbó activat biològicament poden aconseguir taxes d'eliminació de nitrogen d'amoníac (NH3-N) superiors al 80% i taxes d'eliminació de carboni orgànic dissolt biodegradable (BDOC) que arriben al 50%-70%, significativament superiors al 20%-40% aconseguit per simple adsorció física.
Precaucions i punts operatius:
1. Selecció i paràmetres dels tipus de carbó activat:
Carbó activat de closca de coco: posseeix microporus-extremadament ben desenvolupats (mida dels porus<2nm), with iodine adsorption values typically >1000 mg/g. Presenta una ràpida velocitat d'adsorció i una gran capacitat per al clor residual i la matèria orgànica de petites-molècules.
Carbó activat-basat en carbó: posseeix tant microporus com mesopors (mida dels porus 2-50 nm). Els valors d'adsorció del blau de metilè poden arribar als 150-250 mg/g, oferint millors efectes d'eliminació per a molècules orgàniques més grans (com l'àcid húmic) i el color de l'aigua.
En comprar, a més del valor de iode i el valor del blau de metilè, també s'ha de prestar atenció a la força superior o igual al 95% (per reduir la ruptura i la polverització durant el funcionament) i el contingut d'humitat inferior o igual al 8%.
2. Prevenció de fuites de pols de carbó activat:
Nou rentat de carbó activat: el carbó activat recentment carregat s'ha de sotmetre a un rentat directe i posterior. El temps de rentat normalment requereix d'1 a 2 hores o més fins que la terbolesa de l'efluent sigui<1.0 NTU.
Filtre de seguretat: després s'ha d'instal·lar un filtre de seguretat de precisió de 5 μm, assegurant una taxa d'augment de pressió diferencial normal. Si l'element del filtre es torna negre massa ràpidament, indica una fuita greu de pols de carbó activat.
3. Creixement i control microbians:
Els filtres de carbó actiu no controlats poden tenir un recompte de bacteris efluents d'1 a 2 ordres de magnitud (de 10 a 100 vegades) superior al de l'afluent.
Desinfecció regular: es recomana rentar amb aigua calenta a una temperatura superior o igual a 80 graus durant almenys 30 minuts cada 1-3 mesos, o utilitzar un bactericida no oxidant (com ara DBNPA) per a la dosificació de xoc.
Optimització del disseny: per evitar la retenció microbiana-a llarg termini, el disseny del sistema ha d'assegurar-se que el filtre de carbó actiu se sotmet a operacions de rentat periòdic superior o igual al 10% diàriament.
4. Saturació de l'adsorció i cicle de substitució
Indicador clau de seguiment: el clor residual a l'efluent de carbó actiu s'ha de controlar de manera contínua o almenys diàriament per assegurar-se que es mantingui a 0 mg/L. Si es detecta algun clor, cal investigar o substituir immediatament.
Estimació del cicle de substitució: el cicle de substitució (T) es pot estimar de manera preliminar mitjançant la fórmula següent: T (hores)=[Quantitat de càrrega de carbó activat (kg) × Capacitat d'adsorció de la unitat (mg Cl₂/g de carboni)] / [Taxa de flux d'influent (m³/h) × Concentració de clor residual) (mg/L)]
On, la capacitat d'adsorció de la unitat es pot prendre com a 10-15 mg Cl₂/g de carboni (valor de disseny conservador).
Exemple: un filtre que conté 500 kg de carbó actiu, que tracta l'afluent amb una concentració de clor residual d'1,5 mg/L i un cabal de 50 m³/h, té un temps de retenció de clor teòric d'aproximadament (500 × 1000 × 10) / (50 × 1,5) ≈ 66 hores aproximadament 8 dies aproximadament). Aquest és només el temps de retenció de clor; tenint en compte l'adsorció de matèria orgànica, el cicle de reemplaçament real s'acostuma a establir entre 6 i 24 mesos i s'ha de basar en dades de seguiment reals.
5. Control hidràulic i paràmetres de funcionament
El temps de contacte del llit buit (EBCT) és un paràmetre clau de disseny. Per a l'eliminació de clor residual i matèria orgànica, l'EBCT es dissenya normalment per ser de 10 a 15 minuts.
Caudal de rentat: 12-15 m³/(m²·h) (és a dir, 12-15 m/h), amb una durada de 10-15 minuts.
Intensitat de fregament d'aire: si s'utilitza un rentat combinat d'aire-aigua, la intensitat de l'aire és d'aproximadament 50-60 m³/(m²·h).
El rentat a contracor es realitza normalment cada 24-48 hores, o quan el diferencial de pressió d'entrada augmenta entre 0,5 i 1,0 bar.
