Выбор типа активированного угля для удаления из воды запахов и привкусов

Уильям Х. Брумфилд (William H. Brumfield),
президент компании Carbon Link Corp.

Каждый источник питьевой воды может содержать вещества, придающие этой воде специфические привкусы и запахи, присущие только данному источнику. Вода из скважин может иметь металлический или землистый привкус, выглядеть из-за присутствия танинов желтой или светло-коричневой, пахнуть тухлыми яйцами из-за разрушения водной растительности, наличия восстанавливающих сульфат бактерий (H2S), зоопланктона и актиномицет (бактерий). Городские системы водоснабжения также сталкиваются с проблемами привкусов и запахов.

Привкусы и запахи появляются по разным причинам. Это сине-зеленые водоросли (Cyanophycea), разложение органических коллоидных веществ, поверхностно активные вещества (ПАВ), окислители, используемые для дезинфекции (хлор, аммиак, и озон), хлорамины и хлорфенолы.

При этом необходимо особо отметить природные соединения - геосмин и 2-метилизоборнеол (MIB). Хотя Агентство по защите окружающей среды США (USEPA) не регулирует стандарты по привкусам и запахам, для добровольного контроля были установлены рекомендации по максимальным уровням вторичного загрязнения (SMCL). (Таблица 1).

Одним из наиболее универсальных и экономически эффективных адсорбентов для решения проблем, связанных с устранением привкусов и запахов, является активированный уголь.
Он обычно используется в качестве отдельного адсорбента или в сочетании с другими технологиями, такими, например, как озон. Поскольку все активированные угли обладают способностью удалять соединения, вызывающие привкусы и запахи, выбор нужного типа угля определяется его эффективностью, продолжительностью действия и стоимостью. При конкретном использовании сделать такой выбор поможет оценка определенного набора факторов: наличие различных типоразмеров пор, твердость, грязеемкость и срок службы.

Проблема привкусов и запахов могла бы решаться путем применения нескольких типов углей, так как почти при любом процессе очистки воды приходится иметь дело сразу с несколькими соединениями или комбинациями соединений. Однако из-за ограниченных размеров системы очистки необходимости дополнительного контроля ее рабочих характеристик и дополнительных затрат на обслуживание это обычно не делается. В результате применяется концепция минимизации затрат и максимального увеличения производительности по принципу: один уголь для всего.

Хлор

Для удаления привкуса и запаха хлора в США применяются миллионы фильтров. Поскольку данный процесс представляет собой работу с жидкой фазой, можно предположить, что уголь с большими размерами пор будет работать лучше.
На самом деле окисляющее вещество - хлор (Cl 2 ) - представляет собой газ в воде, имеющий меньшую молекулу, чем обнаруживается в обычных случаях жидкой фазы. Таким образом, активированный уголь с наивысшим процентным соотношением для маленьких пор, такой как уголь из скорлупы кокоса, имеющий преимущественно микропоры, будет наиболее предпочтительным.

Хотя основным принципом угля является адсорбция, в реальности хлор не адсорбируется/задерживается во внутренних порах угля. Вместо этого вода и хлор достигают равновесия с хлорноватистой кислотой (HOCl), и активированный уголь затем катализирует разложение адсорбированной хлорноватистой кислоты HOCl на ион хлорида (Cl ), который затем десорбируется активированным углем обратно в раствор.

Десорбция ионов хлорида позволяет впоследствии адсорбироваться еще большему количеству HOCl. Процесс продолжается до тех пор, пока дехлорирование не будет окончено. Получаемая концентрация иона хлорида не придает воде привкусов и запахов, как это происходит при наличии в воде свободного хлора.

Даже если уголь на основе скорлупы кокоса является наилучшим вариантом для данного конкретного применения, он может не оказаться самым эффективным в экономическом отношении материалом из-за его ограниченного распределения пор большого размера и ограниченных емкостных характеристик по отношению к другим соединениям большого размера, которые также могут присутствовать в воде.

MIB и геосмины

MIB и геосмины преобладают среди органических соединений, присутствие которых в воде является причиной появления у нее землистого или заплесневелого привкуса и запаха.

Хотя активированный уголь очень эффективен для контроля данных соединений, применение вместе с угольными фильтрами других технологий, таких как улучшенная озоном биологическая фильтрация, дает лучшие результаты.

Применение активированного угля в качестве самостоятельной технологии может быть весьма эффективным. Однако в случаях, когда MIB и геосмины присутствуют в воде в более высоких концентрациях (выше 1 мкг/л) или грязеемкость применяемой дозы порошкового активированного угля оказывается выработанной, использование угля уже не может быть экономически обоснованным. В этом случае уголь будет лучшим фильтром тонкой очистки на завершающей фильтрования, уменьшая содержание веществ значительно ниже допустимых значений. Обычно из-за преобладания мезопор, которые пригодны для адсорбции молекулы данного размера (порядка ангстрем), в данной ситуации используется активированный уголь на основе древесного угля.

Водоросли

Проблема, обусловленная наличием в воде водорослей, возникает в системах водоснабжения с использованием поверхностных вод. Помимо того, что водоросли сами по себе являются проблемой, они являются источником прочих химических веществ, вызывающих кишечные расстройства и являющихся потенциальными канцерогенами. Некоторые химические вещества, выделяемые водорослями, включают в себя бензол, трихлорэтилен, хлороформ, этилбензол и ксилол.

В процессе цветения водорослей сочетание данных химических веществ с другими неидентифицируемыми соединениями вызывает появление в воде травянистых, заплесневелых или рыбных привкусов и запахов, которые легко удаляются с помощью озона и/или активированного угля. Было подтверждено, что для данного применения наиболее эффективным является активированный уголь на основе каменного угля или на основе древесного угля. Нежелательные, связанные с водорослями, соединения различаются по молекулярному размеру и концентрации, поэтому эти вещества не всегда можно удалить с помощью одного типа угля.

В связи с этим проектировщики систем очистки должны протестировать различные базовые материалы для изготовления активированного угля на грязеемкость и другие характеристики, в зависимости от того, какие нежелательные соединения содержатся в воде и какова частота цветения водорослей.

Танины

Практически подтверждено, что по своим характеристикам, включая экономическую сторону, активированный уголь является эффективным средством для удаления танинов. Эти вещества придают воде неприятный вид, привкус и запах.

Использование активированного угля обеспечивает приемлемую эффективность при концентрации танинов 200 до 300 мг/л. (стандарт Американской ассоциации систем водоснабжения В600 96).

Для эффективного удаления из воды танинов чрезвычайно важен правильный выбор типа угля. Большинство соединений танинов имеют относительно большие молекулы. Поэтому уголь должен иметь максимальный процент самых крупных пор или макропор, как, например, в торфяном и/или древесном угле. Эти угли имеют малую плотность и высокую стоимость, однако их эффективность и срок службы, особенно по отношению удалению танинов, превосходит стандартные дешевые активированные угли на основе каменного угля или скорлупы кокоса, которые имеют меньшее процентное соотношение больших пор по объему.

Специфика артезианской воды

Вода из артезианских источников сопряжена с рядом специфических проблем, в связи с чем предъявляется несколько требований по части ее фильтрации.

Эти проблемы включают в себя привкусы, запахи и внешний вид воды, которые почти всегда связаны с любым или со всеми данными факторами: высокое содержание общих растворенных твердых частиц (TDS), сероводорода, марганца, жесткость воды, вторичное окисление (хлор) или загрязнение из внешних источников. Внешний вид, запах или привкус не обязательно являются признаками токсичности. Вода из скважины может содержать множество неизвестных веществ, таким образом, она всегда должна тестироваться.

Активированный уголь на основе каменного угля обычно является достаточным средством для удаления привкусов и запахов. В случае с сероводородом наилучшим вариантом является уголь, обеспечивающий каталитическую реакцию. Другие типы углей с древесной основой также могут способствовать удалению сероводорода и других соединений.

В заключение следует сказать, что существует множество различных технологий использования угля, которые эффективны для контроля привкусов и запахов в источниках питьевой воды. Однако применение активированного угля остается одним из наиболее эффективных с экономической точки зрения способов очистки. Конечно, стоимость всегда имеет значение при выборе типа угля, однако выбор и применение угля с правильными физическими характеристиками, будь это конфигурация с одним типом угля, в сочетании с несколькими типами угля или с другими технологиями, будут давать более благоприятные результаты.

Журнал «Вода Magazine», №1 (5), 2008 г.