Среди различных технологий очистки природных и сточных вод, процесс сорбции считается лучше из-за более низкой стоимости, простоте конструкции и удобства эксплуатации.
Сорбция – это процесс, при котором для удаления растворенного вещества из воды используется сорбент. Наиболее известным сорбентом является активированный уголь, твердое вещество, в этом случае применяют более узкое понятие – адсорбция.
Активированный уголь для водоочистки получают специально, чтобы достичь очень большой внутренней поверхности (от 500 - 1500 м2/г), которая активизирует углерод и идеально подходит для адсорбции. Активированный уголь поставляется в двух вариантах: порошкообразный и гранулированный.
В обработке воды в основном используется гранулированный активированный уголь, он может адсорбировать следующие растворимые вещества:
- Адсорбция органических неполярных веществ, таких как минеральное масло, летучие углеводы, ароматические углеводороды, фенол (хлорид);
- Адсорбция галогенированного вещества: I, Br, Cl, Н и F;
- Запах;
- Вкус;
- Дрожжи;
- Различные продукты брожения;
- Неполярные вещества (вещества, которые не растворяются в воде).
Активированный уголь используется в разных процессах, например, очистке грунтовых вод, дехлорировании технической воды, очистке воды для бассейнов, полировке очищенных сточных вод.
В упрощенном варианте процесс адсорбции можно описать следующим образом. Вода подается в колонну, которая содержит активированный уголь, и покидает колонну через систему слива. Молекулы в газообразном или жидком агрегатном состоянии по пути прикрепляются к поверхности, в данном случае поверхность с активированным углем. Активность колонны с активированным углем зависит от температуры и природы веществ. Вода проходит через колонку постоянно, что вызывает накопление веществ в фильтре. По этой причине фильтр должен периодически меняться. Использованный фильтр может быть регенерирован, например, гранулированный уголь легко регенерируется окислением органического вещества. Эффективность активного углерода снижается на 5 - 10%, и небольшая разрушившаяся в процессе регенерации часть активного углерода должна быть заменена.
Процесс адсорбции происходит в три этапа:
- Макро транспорт: движение органического материала через систему макро-пор активированного угля (размер макро-пор> 50 нм).
- Микро транспорт: движение органического материала через мезо-поры и микропористую систему активированного угля (размер микро-пор <2 нм; мезо-пор 2-50 нм).
- Сорбционные: физическое прикрепление органического материала на поверхности активного углерода в мезо- и микропорах активированного угля.
Уровень активности адсорбции зависит от концентрации вещества в воде, температуры и полярности вещества. Полярные вещества (т.е. вещество, которое хорошо растворимо в воде) плохо удаляются активированным углем, неполярные вещества удаляются полностью с помощью активированного угля. Каждый вид углерода имеет свою собственную изотерму адсорбции и в водоочистке эта изотерма определяется с помощью функции Фрейндлиха.
Факторы, влияющие на производительность очистки активированным углем в воде:
- Тип соединений, который должен быть удален. Соединения с высокой молекулярной массой и низкой растворимостью лучше адсорбируются.
- Концентрация соединений, которые должны быть удалены. Чем выше концентрация, тем выше расход углерода.
- Присутствие других органических соединений, которые будут бороться за имеющиеся места адсорбции.
- Значение рН потока воды. Например, кислые соединения лучше удалять при более низком рН.
В соответствии с этим можно классифицировать некоторые химические вещества по эффективности, с которой они поглощаются активированным углем в воде: