Зачем активированный уголь в фильтре для воды

Обновлено: 29.04.2024

Активированный уголь — один из самых популярных сорбентов, применяемых для очистки питьевой воды. Он отличается высокой эффективностью в отношении органических веществ, хлора и хлорорганики. Плюс ко всему, это еще и относительно недорогой материал. Именно поэтому он является неотъемлемой частью бытовых систем для очистки воды.

Процесс производства

Сырьем для производства активированных углей служит каменный уголь, древесина, антрацит, кокосовая скорлупа и другие углеродсодержащие материалы. Его подвергают обжигу при высокой температуре в безвоздушной среде. Процесс называется карбонизацией, а полученный материал — карбонизат. Из-за малых внутренней площади и размеров пор карбонизат не пригоден для использования в качестве сорбента. Для этого он должен пройти этап активации.

Активация — обработка карбонизата водяным паром при температуре 800-1000 °C. В процессе активации протекает химическая реакция между углем и паром, что сопровождается образованием развитой пористой структуры и увеличением их внутренней поверхности.

Свойства

В зависимости от назначения различают газовые, рекуперационные и осветляющие угли. Последний тип применяется в водоочистке преимущественно для удаления органики. Все активированные угли обладают восстановительными свойствами по отношению к окислителям.

Если в СНГ, Европе и Азии для оценки активированных углей используют метрические системы исчисления, то в США это так называемые меши (mesh). Для сопоставления единиц удобно использовать следующую шкалу.

Всего выпускают больше сотни разных марок углей. В зависимости от технологии и сырья они отличаются своими свойствами и качеством. В бытовых фильтрах под мойку обычно применяют уголь из скорлупы кокосового ореха, который имеет отличную сорбционную способность.

Для оценки пористости активированных углей используют величину эффективного радиуса поры r_эфф. Другое название — эквивалентный радиус. Его рассчитывают как удвоенное отношение площади нормального сечения поры к ее периметру.

В зависимости от r_эфф, поры активированных углей бывают:

макропоры. r_эфф больше 100 нм;
мезопоры. r_эфф меньше 100 нм, но больше 1,5 нм;
микроспоры. r_эфф меньше 1,5 нм, но больше 0,6 нм;
супермикроспоры. r_эфф меньше 0,6 нм

Основной интерес в плане адсорбции представляют микропоры, потому что их размер сопоставим с радиусом связываемых молекул. Супермикропоры из-за своих размеров недоступны для молекул органических веществ. В лучших марках активированных углей суммарный объем микропор составляет 0,15-0,5 см 3 /г, а удельная поверхность достигает 1800-2200 м 2 /г.

При выборе смотрят на следующие показатели угля:

фракция. Средний размер частиц, количество которых превышает 90% массы;
влажность. Содержание влаги в активированном угле;
зольность. Отражает содержание неорганических веществ в угле. Чем ниже зольность, тем лучше качество угля;
насыпная плотность. Плотность массы с воздушными карманами между частицами;
истинная плотность. Плотность частиц угля;
прочность на истирание. Способность противостоять измельчению при трении;
прочность на раздробление;
суммарный объем пор.

Этот сорбент по-разному взаимодействует с органическими веществами. В ряду слева направо сорбируемость примесей увеличивается:

гликоли => спирты => кетоны => сложные эфиры => альдегиды => недиссоциированные кислоты => ароматические соединения

Чем длиннее углеродная цепь в пределах размеров пор, тем лучше происходит процесс адсорбции.

Гранулированный активированный уголь

Уголь в форме гранул используют в качестве фильтрующего слоя для очистки воды. Расход материала рассчитывают по полезной емкости, которая выражается в граммах загрязнений, связываемых с 1 кг угля.

Полезная емкость зависит:

Реально оценить полезную емкость можно только на практике в конкретных условиях.

При очистке воды гранулированным углем в нем протекают следующие процессы:

адсорбция. Улучшает органолептические свойства воды;
восстановление. Из-за чего после обработки углем требуется обеззараживание;
фильтрация. При небольшом содержании твердых примесей материал можно использовать в качестве комплексной загрузки.

Регенерация загрузки

Если в бытовых условиях регенерация фильтрующего материала или картридже с активированным углем нецелесообразна по экономическим соображениям, то в промышленных масштабах после исчерпания сорбционной емкости прибегают к разным способам восстановления.

Самый распространенный способ регенерации активированных углей — термический. При этом адсорбированная органика выжигается в специальных печах при температуре до 900 градусов. Нормальные потери при процессе составляют до 10%.

При химической регенерации уголь обрабатывают острым паром, а после — щелочью. Способ довольно сложный и не позволяет полностью восстановить сорбционную способность материала.

Биологическое восстановление предполагает использование штаммов дрожжей, способных минерализовать органику. Используется очень редко ввиду медленного протекания процессов.

Хотите купить картриджи с активированным углем для вашего водяного фильтра? Может интересует засыпка к станциям водоочистки? Все это есть в нашем каталоге — продукция высокого качества по доступной цене. При необходимости можете обращаться за помощью к нашим консультантам в чате или по телефону.

Особенности угольной фильтрации

Для производства активированного угля используют скорлупу кокоса или абрикосовые косточки, которые подвергаются сначала термической, а после и химической обработке. Полученный в результате продукт выпускается в прессованном и гранулированном виде. Для водоочистных систем используется сыпучий гранулированный уголь, который либо засыпается непосредственно в фильтр, либо применяется в виде сменных угольных картриджей.

Производство активных углей для сорбента

В производственных условиях сырьем для получения активно угла могут служить:

скорлупа и косточки фруктов;
торф, древесина и стружка;
антрацит и каменный уголь.

Сначала будущий сорбент подвергается карбонизации (нагреву в раскаленной печи бескислородным методом), затем его обрабатывают паром. В результате данных процедур активированный уголь приобретает необходимую площадь и поры определенных размеров в соответствии с задачами, — все зависит от тех частиц, для фильтрации которых он предназначен. Так, уголь применяется для очистки от газов, для рекуперации воды и в целях ее осветления. В водоочистке возможно использование как гранулированных, так и порошковых сорбентов, причем большое значение при выборе сорбента имеет как размер частиц угля и микропор, так и различные физические характеристики, включая зольность, плотность, влажность, прочность, скорость сорбции и другие.

Принцип действия и характеристики активированного угля

Как правило, активированный уголь для очистки воды применяется в составе сорбционного фильтра, то есть сосуда, заполненного сорбентом. В процессе прохождения жидкости через сосуд из нее удаляются вредные примеси, причем разнообразные по форме и размеру поры активного угля служат местом блокировки крупных частиц и мельчайших молекул. Так, самые микроскопические поры служат пристанищем для молекул хлороформа и фенола, отверстия покрупнее – для более объемных молекул.

Зольностью именуют наличие неорганических веществ в составе сорбента (этот показатель не должен быть высоким в отношении фильтров для питьевой воды), показатель прочности особенно важен для систем водоочистки с высокой нагрузкой, но особое внимание при выборе сорбента уделяется сорбционной емкости и скорости.

Под сорбционной емкостью угля понимают его способность задерживать и поглощать максимальное количество загрязнений. Не менее важна и прочность связывания примесей, характеризующая тот объем веществ, которые уголь может удерживать, не отдавая обратно в воду. Скорость сорбции определяется быстротой поглощения примесей, а важность этого параметра определяется самими условиями очистки. Вода проходит через угольный фильтр с большой скоростью, задерживаясь в нем меньше минуты, поэтому важно, чтобы за этот небольшой промежуток времени сорбент успел впитать все вредные вещества. Наиболее эффективными в этом отношении считаются угли, полученные из кокосовой скорлупы и измельченные в порошок. Мелкие частицы сорбента обеспечивают максимальный контакт всей его площади с водой, увеличивая действенность очистки.

Недостатки сорбентов на основе угля

Главный недостаток картриджных угольных фильтров заключается в ограниченных сроках эксплуатации.

По мере использования всей площади сорбента, он превращается в неприятную слизь черного цвета, которая к тому же является благодатной почвой для роста бактерий. Поэтому картриджи следует менять незамедлительно, не дожидаясь, пока фильтр из очищающего устройства станет рассадником заразы.

Часто в угольном сорбенте присутствуют бактерицидные добавки; производители насыщают его ионами серебра, что на некоторое время способно предотвратить размножение бактерий и плесени, но не является панацеей.

Бегущая по центральному водопроводу вода не отличается чистотой и полезностью, более того, она может содержать множество вредных для нашего организма элементов и микроорганизмов. Способов очистки существует довольно много, но чаще всего используется угольный фильтр для воды. Как понятно из названия, в качестве абсорбирующего элемента в нем выступает уголь.

Каким образом уголь помогает очистить воду?

Угольные фильтры для очистки воды – одно из самых часто используемых приспособлений. Особенно в тех регионах, где после обработки очистными сооружениями вода все равно остается недостаточно качественной. Рабочим веществом в описываемых фильтрах выступает активированный уголь, получаемый из кокосовой скорлупы и лиственных пород древесины. После их термической обработки полученный материал смешивается с коксом, другими соединениями, богатыми углеродом. Это повышает пористость рабочего вещества, придает ему необходимые для проведения очистки свойства, в частности способность задерживать примеси, пропуская через себя воду.

Крупные поры способны удерживать большие органические молекулы, а мелкие, соответственно, – мелкие частицы всяческих химических веществ.

Активность угля оценивается параметром, называемым йодный индекс.

Также при производстве активированного угля учитывается его твердость. Если этот показатель отклоняется от нормы, то частички рабочего вещества будут попадать в жидкость, уже прошедшую очистку.

Соответствующий всем стандартам активированный уголь помещают в колбы и картриджи и используют в качестве фильтрующего вещества. Он широко используется в быту и промышленности для очистки воды, в качестве элемента фильтрации воздуха (в вытяжках), а также в медицине. Правда, в последнем случае активация происходит несколько по другому принципу.

Основное предназначение угольных фильтров

Устройства фильтрации с активированным углем решают следующие задачи:

Помогают очистить воду от неприятного привкуса, постороннего запаха, неестественного цвета, ржавчины, грязи.
Удаляют органические загрязнения, источниками которых являются вредоносные микроорганизмы.
Помогают очистить воду от остатков дезинфицирующих составов и хлорки.

Соли, радиоактивные ионы, бактерии углем не удаляются. Расширить диапазон очистки помогут дополнительные приспособления.

Разновидности угольных фильтров

Исполнение фильтра влияет на его пропускную способность, качество очистки и другие дополнительные опции. К системе центрального водоснабжения его подключение происходит, как правило, через трубу, соединенную с краном-источником питьевой воды, это позволяет оградить основную систему от перепадов давления. Если используются более сложные и производительные образцы, их установка происходит прямо на магистральные трубы. Называется подобное приспособление магистральный фильтр для воды.

Определится с тем, какой именно фильтр для воды вам нужен, можно, тщательно изучив его основные свойства и назначения.

Для бытовых нужд чаще всего используются следующие разновидности фильтров:

Кувшины. Отличаются низкой степенью очистки, картриджи для очистки воды требуют замены каждые 2 месяца. Но при этом такие приспособления просты в эксплуатации, компактны, не привязаны к системе водоснабжения.

. Компактны, мобильны, удобны в эксплуатации, но обладают низкой степенью фильтрации, требуют замены картриджей каждые 3 месяца.

Картриджные фильтры. Относятся к устройствам, обеспечивающим среднюю степень очистки. Угольные картриджи в них могут использоваться в качестве отдельного фильтра или входить в состав приспособлений, использующих несколько степеней очистки. Разделяются на: питьевые (устанавливаемые под мойку), с отдельным краном питьевой воды, – имеют хорошую скорость фильтрации и ресурс. И магистральные – колбы с угольными картриджами устанавливают на магистрали холодной и/или горячей воды. Такой фильтр защищает волосы и кожу от раздражения и сухости, наносимых хлорированной водой. Рекомендуемый срок замены угольного картриджа — через 6 месяцев.
Баллонные (засыпные) фильтры – стационарные автоматизированные системы, имеют с своем составе баллон, заполненный активированным углем. Обладают высокой производительностью, что позволяет использовать их в частных домах, гостиницах, крупных комбинатах питания и других объектах. Подобные системы более громоздки и стоят дороже, чем кувшины и насадки.

Элементы систем обратного осмоса. Современная разработка, применяя которую вы получаете кристально чистую жидкость, состоящую только из молекул воды и кислорода. Осуществляют наивысшую степень очистки.

Особенности использования

Чтобы иметь возможность долго эксплуатировать угольный фильтр и получать воду, свободную от вредоносных элементов, следует не забывать о некоторых ограничениях:

Следите за уровнем давления в водопроводной системе, он не должен быть выше рекомендованного производителями (обычно это 8 атмосфер).
Обратите внимание на рабочую температуру – указывается на этикетке картриджа. Есть угольные картриджи только для холодной воды, а есть универсальные – для холодной и горячей.
Для оптимальной работы фильтра влажность в помещении, где он установлен, не должна быть выше 70 %.
Для того чтобы угольная пыль не попала в очищенную воду, рекомендуется промыть картридж в течение 1–2 минут перед первым использованием.

Как выполнить замену картриджа?

Последовательность действий будет следующей:

Перекрывается кран подачи воды.
При помощи идущего в комплекте ключа откручивается нижняя часть фильтра.
Вытаскивается старый картридж, резинка уплотнителя промывается или заменяется на новую.
Остатки воды в колбе выливаются, а сама она промывается без использования бытовой химии.
Инсталлируется новый картридж.
Колба закручивается вручную, без помощи ключа. Ключ – только для раскручивания.
Подача воды возобновляется. Не забудьте проверить, насколько качественно работает система очистки после выполненной замены.

Самодельный угольный фильтр

Вполне реально изготовить фильтр для воды своими руками. Правда, это будет наиболее примитивный вариант очистительного устройства. Он изготавливается из пластиковой бутылки.

Срежьте дно бутылки.
Приготовьте емкость с крышкой. Для наших целей вполне подойдет пластиковое ведро, в его крышке необходимо вырезать отверстие, схожее по диаметру с горлышком бутылки.
Вставьте бутылку в проделанное отверстие. Для обеспечения плотности соединения рекомендуется использовать резиновый уплотнитель.
В бутылку помещаем наполнитель. Для его изготовления смешиваем древесный уголь, песок и гравий.
Чтобы вымыть мельчайшие частички угля, пропустите через наш самодельный фильтр несколько литров воды.

Для обеспечения здоровья и безопасности своей семьи использование систем очистки воды просто необходимо. Даже простейшие угольные фильтры оградят вас от множества вредоносных органических и химических соединений.

В качестве сырья активированный уголь начали масштабно использовать в начале ХХ века, этому способствовало активное развитие промышленного производства в химических отраслях, разработки нового химического оружия и химзащиты. Благодаря высокому спросу и уникальным качествам этого сорбента, стали активно разрабатываться и развиваться новые технологии для его получения и улучшения физических качеств.

Активированный уголь индийского производства имеет высокую степень активации, благодаря чему обладает прекрасными сорбционными способностями. Кокосовый активированный уголь применяется в системах водоподготовки в качестве загрузки фильтрационных колонн для удаления хлора, запахов, улучшения вкусовых качеств воды, удаления пестицидов и гербицидов. Так же может применяться для деозонирования. Обладает высокой сорбционной способностью к таким классам загрязнений как: нефтепродукты, фенолы, пестициды, поверхностно-активные вещества. Помимо систем очистки воды активированный уголь может быть использован так же и в других отраслях промышленности: для приготовления напитков и продуктов питания, очистки промышленных сточных вод, удаления масел и конденсатов, в золотодобыче и фармацевтике.

Активированный уголь изготовлен из скорлупы кокосовых орехов и обладает высокой прочностью и износостойкостью, что обеспечивает более длительный срок его использования по сравнению с традиционными древесными марками угля.

Принцип работы сорбционной системы очистки воды

Технические характеристики:

Цвет: Черный
Насыпная масса, г/см 3 : 0,48
Удельный вес, г/см 3 : 1,65
Коэффициент однородности: 1,96
Зольность, %масс: 1000
Размер гранул, мм (mesh): 0,4 –1,7 (12×40)
Внутренняя поверхность (БЭТ): 1000
Прочность на истирание: 98 % масс
Высота слоя, см (дюймы): 64 — 73 (26 — 30)
Скорость потока в режиме фильтрации, м/час: 12
Скорость потока в режиме обратной промывки, м/час: 20 — 24
Скорость воды при обратной промывке (20*С): 10-15м/ч
Скорость воды при сервисе (20*С): 5-50м/ч
Расширение слоя при обратной промывке снизу-верх: минимум 50%

Один из классических способов получения питьевой воды – её очистка на активированном угле. В большинстве случаев это последний этап очистки, после которого вода становится максимально пригодной к употреблению. Активированный уголь применяется и для очистки водопроводной воды от содержащегося в ней хлора.

Готовые комплект сорбции с фильтрующей средой Уголь кокосовый:

Базовый вариант: Комплект автоматической системы баллонного типа 1044 RUNXIN в сборе периодического действия сорбции с фильтрующей средой Уголь кокосовый.

Состав комплекта включает в себя:

Комплект автоматической системы баллонного типа 1054 в сборе c фильтрующим материалом АК47

Цена комплекта системы: 30 300р.
Цена монтажа от: от 6 000р.
Комплект материалов по обвязке системы от 2 000р.
Дополнительная рекомендация к установке:

Дисковый фильтр грубой очистки CEPEX 130мкр - 1 250р
Комплект тонкой очистки ВВ20 - 4 200р
Фильтр обратного осмоса на кухню под мойку - от 9 800р
УФ стерилизатор до 1,8 м 3 /час - 9 900р

Работа фильтров основана на принципе объемного фильтрования воды и сорбции растворенных в ней примесей. Вода поступает в корпус фильтра через верхний щелевой канал, в межзерновом пространстве фильтрующей среды происходит автокаталитическое доокисление ионов двухвалентного железа и марганца и задержание этих примесей в виде осадка. Очищенная вода собирается нижним распределительным устройством и по центральной трубе подается на выход установки. Дренажная линия в этом режиме остается закрытой.

При выборе фильтра следует принимать во внимание основные его характеристики, так как они влияют на качество работы вещества и конечный результат:

Размер гранул активированного угля. Чем меньше гранулы, тем лучше фильтруется вода.

Размер пор.Степень очистки зависит от размера адсорбирующих пор материала, из которого изготовлен активированный уголь – чем меньше поры, тем выше качество фильтруемой воды. В бытовых фильтровальных системах зачастую используется активированный уголь из твердой оболочки кокосового ореха, так как этот материал имеет высокий процент микропор.

Химическая твердость абсорбирующего материала. При длительном использовании фильтра происходит постепенное вымывание активированного угля, что снижает качество фильтрации. Чем выше твердость адсорбента, тем дольше срок службы фильтра.

Какими особенностями обладает активированный уголь для водоочистки

Кокосовую и абрикосовую скорлупу обрабатывают вначале термическим, а потом химическим способом, в результате чего получают натуральный, качественный сорбент – активированный уголь. Полученное сырье прессуют в брикеты или гранулируют, в зависимости от типа фильтра, в котором используется уголь для водоочистки. Для фильтровальных систем используются сменные картриджи или сыпучий гранулированный сорбент – он засыпается напрямую в фильтр.

Благодаря современным способам обработки активированный уголь наделяется устойчивостью к механическим и химическим загрязнениям, сохраняет свои полезные свойства под воздействием многочисленных промывок.

Для изготовления угля для водоочистки используют различное углеродсодержащее сырье:

Твердая оболочка кокосового ореха.
Древесина лиственных пород деревьев, торф.
Каменный уголь.

При производстве активированного угля сырье подвергается первичной высокотемпературной, бескислородной обработке. После на будущий сорбент воздействуют паром, в результате чего активированный уголь приобретает требуемую площадь и поры необходимых размеров в соответствии с задачами. Так, уголь используют для фильтрации газов, рекуперации воды.

В процессе фильтрации воды возможно применение как гранулированного, так и порошкового сорбента. Размер пор напрямую зависит от исходного сырья. Пористость – это одна из важных характеристик угля для водоочистки, кроме того, следует принимать во внимание такие свойства, как зольность, плотность, влажность, скорость сорбции и прочность, сорбционная емкость.

Существенный недостаток угольных фильтров картриджного типа – ограниченный срок эксплуатации.

По мере использования всей площади угольного фильтра, сорбент превращается в вязкую, черную слизь, которая является плодородной почвой для размножения бактерий. Чтобы этого избежать, необходимо четко придерживаться графика замены сменного фильтра.

Для усиления свойств сорбента производитель обогащает его бактерицидными добавками, ионизирует серебром. Такие меры помогают устранить появление грибков и размножение микроорганизмов и плесени, но это не является панацеей.

Уголь для водоочистки в бытовых условиях используют в сорбционных фильтрах. Так, во время прохождения воды через поры фильтра из нее удаляются крупные и мелкие загрязнения. Благодаря микроскопическим порам сорбента из жидкости устраняются молекулы хлора и фенола, а более крупные поры задерживают объемные молекулы.

Показатель зольности указывает на наличие неорганических веществ в сорбенте – чем ниже этот показатель, тем выше качество сорбента. Плотность сорбента – одна из важных характеристик, которая определяет срок службы систем водоочистки.Скорость сорбции указывает на темпы поглощения и впитывания примесей и загрязнений. При прохождении через фильтр, жидкость задерживается в нем менее минуты, поэтому очень важно, чтобы скорость сорбции была высокой.

Отличными показателями сорбции обладает активированный уголь, полученный из твердой оболочки кокоса. Мелкие частицы сорбента максимально контактируют с водой по всей площади, повышая качество очистки. Прочность – одна из важных характеристик сорбента, указывает на прочность связывания примесей, которые он может удерживать, не отдавая обратно в воду. Сорбционная емкость – этот показатель активированного угля отвечает за его способность удерживать и поглощать наибольшее количество примесей и загрязнений.

Процесс регенерации фильтра в составе установки состоит следующих операций:

1. Операция 1 (backwash) - обратная промывка. При обратной промывке слой фильтрующего материала промывается под напором снизу вверх. Благодаря этому фильтрующий материал разрыхляется; задержанные во время фильтрации загрязнения вымываются в канализацию. Обратная промывка фильтровальной установки должна осуществляться не реже 1 раза в 6 дней.

2. Операция 2 (rinse) - прямая промывка. При прямой промывке, слой фильтрующего материала промывается сверху вниз под напором. Этот первичный фильтрат сбрасывается в дренаж, после чего фильтровальная установка снова готова к эксплуатации.

Регенерация фильтра производится в ночное время. Настройка времени регенерации и периодичности регенерации производится во время пусконаладочных работ.

Для подробной консультации по активированному углю, оставьте заявку или позвоните по телефону:

Читайте также: