Quelle est la différence entre un filtre à charbon actif et un filtre à sédiments ?

1. Introduction

Le traitement de l'eau est vital pour la santé publique, le secteur et l'environnement. Les technologies modernes de purification sont essentielles pour se débarrasser des polluants, les filtres à sédiments et les filtres à charbon actif étant des types de base. Bien qu'ils améliorent tous deux la qualité de l'eau, ils utilisent des concepts distincts et ciblent des polluants différents.

Cet article compare les filtres à charbon actif et à débris, en détaillant leurs mécanismes, les polluants ciblés, les types de médias, l'efficacité, la combinaison dans les systèmes à plusieurs étages, les exigences en matière d'options et les tendances futures. L'accent est mis sur l'approvisionnement en eau des propriétés et des entreprises légères consommant de l'alcool, où les systèmes à plusieurs étages prévalent. La reconnaissance de leurs rôles respectifs est essentielle pour créer des options thérapeutiques fiables et rentables.

2. Dispositifs de filtrage de base

L'efficacité des filtres repose sur des mécanismes physiques et chimiques. Filtre à sédimentssont essentiellement mécaniques, tandis que la technologie "turned on carbon" fait appel à des communications physiques et chimiques.

Filtres à sédiments : Fonctionnalité via la contrainte mécanique et filtration de la profondeur . Les solides plus grands que la taille des pores du filtre sont retenus à la surface ou à l'intérieur de la matrice du média, comme un tamis. Polypropylène filé et ficelle enroulée les filtres utilisent l'épaisseur nominale pour la capture de la profondeur. Filtres plissés offrent une plus grande surface pour une circulation et une capacité accrues, en capturant les particules à la surface et dans les couches préliminaires. L'efficacité est déterminée par le nombre de microns.

Filtres à charbon : Opérer via adsorption . Le charbon actif est très poreux et présente une vaste zone où les polluants liquides adhèrent (adsorbent) en utilisant les pressions de van der Waals (physiques). Chimisorption (liaison chimique) et réduction catalytique se produisent également. Le carbone basique se débarrasse du chlore par voie chimique. Le charbon catalytique renforce cette action pour les chloramines, en les décomposant par voie catalytique. La structure perméable (micropores, mésopores, macropores) et le processus d'activation déterminent la capacité d'adsorption et la cinétique.

3. Impuretés cibles et efficacité de l'élimination

Les filtres à sédiments et à charbon ciblent des contaminations distinctes, les rendant correspondantes.

Filtres à débris : Retirer matières en suspension , turbidité , et problème de particules Les performances dépendent du nombre de microns. Ils n'éliminent pas les substances dissoutes, les produits chimiques ou les micro-organismes.

Filtres à charbon déclenchés : Efficace contre composés organiques liquéfiés , chlore , chloramines , substances gustatives/odorantes , COV , et d'autres métaux lourds comme le plomb. L'adsorption est efficace pour les substances organiques non polaires.

• Chlore/chloramines : Le charbon ordinaire se débarrasse du chlore complémentaire par voie chimique. Le charbon catalytique est bien meilleur pour les chloramines grâce à la décomposition catalytique.
• Composés organiques/COV : L'énorme surface adsorbe les matières organiques liquéfiées qui déclenchent le goût, l'odeur et la couleur, ainsi que plusieurs COV.
• PFAS : Le CAG élimine les PFAS, mieux pour les composés à longue chaîne. L'adsorption implique des interactions hydrophobes/électrostatiques. L'efficacité varie en fonction du type de carbone, du temps de contact, de la chimie de l'eau et d'autres éléments.
• Métaux lourds : L'adsorption et l'échange d'ions permettent une certaine élimination, mais la capacité est plus faible que pour les matières organiques. Les filtres à blocs de carbone sont souvent plus efficaces pour le plomb.

Le charbon actif est généralement inefficace contre les contaminants microbiens, les minéraux liquéfiés, les nitrates ou d'autres substances inorganiques [58].

4. Types de médias filtrants et configurations

Les deux types de filtres peuvent être trouvés dans différents types avec différentes caractéristiques d'efficacité.

Type de média filtrant sédimentaire : .

• Polypropylène rotatif (soufflé par fusion) : Fibres thermocollées, densité graduée pour une purification en profondeur, rentable.
• Enroulement de la corde : Corde enroulée autour d'un noyau, densité contrôlée, utile pour les fluides à haut débit/viscosité.
• Plissé : Média plié (cellulose, polypropylène, polyester) sur un noyau, grande surface pour une diminution de la contrainte, plus grand débit/capacité. Certains sont réutilisables [68] Peuvent être constitués de carbone.

Disponibles dans les tailles de cartouches et les rangs de micron les plus courants (par exemple, de 50 à 0,2 micron).

Types de médias pour filtres à charbon activés : .

• Le charbon actif granulaire (CAG) : Particules irrégulières (0,2-5 mm). Utilisées dans les grands systèmes/POE en raison d'une perte de charge plus faible/d'un débit plus élevé. Risque de transport , La performance de l'appareil diminue. Nécessite un lavage à contre-courant. Fabriqué à partir de charbon, de bois ou de coquilles de noix de coco. Le charbon de coco est souvent préféré.
• Charbon actif en poudre (GROUPE D'INTÉRÊT SPÉCIAL) : Grands morceaux (< 0,1 mm). Utilisés dans les stations d'épuration sous forme de boues, ils ne sont pas normaux dans les cartouches de propriété.
• Bloc de carbone extrudé : Poudre de carbone combinée à un liant, extrudée en un bloc solide. Structure épaisse, dimension spécifique des pores. Efficacité/capacité supérieure à celle du CAG en raison de la taille plus petite des particules et du temps de contact plus long. Élimination du transport, pénalités minimales. Baisse de pression plus importante que le CAG. Le liant affecte la structure/le lessivage.
• Carbone catalytique : Particulièrement raffiné pour améliorer l'activité catalytique, efficace pour les chloramines et le sulfure d'hydrogène.communément à base de coquille de noix de coco, modifié pour augmenter les sites énergétiques. Exemples : Calgon Centaur, Jacobi Aquasorb CX-MCA.

Proposées en différentes tailles de cartouches et dispositions (flux axial, flux radial). L'écoulement radial peut utiliser une chute de contrainte plus faible.

5. Comparaison des mesures de performance.

Le contraste d'efficacité comprend des paramètres affectant la conception, le fonctionnement et le coût.

Taux de filtration (filtres à débris) : Dimension d'élimination des fragments en microns.

• Nominal : Enlève ~ 85% de fragments au niveau ou au-dessus de la valeur nominale.
• Sans détour : Élimine > 99,9% des fragments dont le classement est égal ou supérieur au classement, avec une plus grande certitude d'élimination tout en pouvant bloquer plus rapidement.

Capacité d'adsorption et cinétique (filtres à charbon actif) : .

• Capacité : Quantité globale d'impuretés adsorbées avant la fatigue. Influence du type de carbone, des impuretés, de la chimie de l'eau. Identifie la durée de vie.
• Cinétique : Taux d'adsorption. Une cinétique plus rapide permet un débit plus élevé/des filtres plus petits. Le charbon catalytique a une cinétique plus rapide pour les chloramines. Les dimensions réduites du CAG améliorent la cinétique.

Débit et diminution de la contrainte : .

• Prix du flux : Volume d'eau par unité de temps. Le CAG permet un débit plus important que le bloc de carbone. Les débris plissés permettent une plus grande circulation que les débris filés/enroulés. Le carbone à écoulement radial peut permettre une diminution de la contrainte.
• Diminution du stress : Diminution de la contrainte tout au long du filtre. Plus élevée dans le bloc de carbone que dans le CAG, et augmente avec le débit/le colmatage.

Durée de vie et capacité : .

• Durée de vie du filtre à sédiments : Bloquer avec des fragments, ce qui augmente la baisse de pression. La durée de vie dépend des solides influents et de la capacité de dépoussiérage. Le remplacement est généralement effectué tous les 3 à 12 mois.
• Filtre à charbon actif Durée de vie du filtre : Ils s'épuisent lorsque les sites d'adsorption se remplissent ou qu'une canalisation se produit (CAG). La durée de vie dépend des quantités de polluants, du volume/type de carbone et du prix du flux. Généralement, elle est de 6 à 12 mois. Les modifications du goût et de l'odeur suggèrent une fatigue. L'eau chaude réduit la durée de vie. La prévision de la durée de vie du charbon est compliquée ; les versions, les substituts (COT/COD) et l'aide à la surveillance, mais les essais pilotes sont importants. 

Dépenses en capital et dépenses fonctionnelles des membres de la famille : . Les prix se composent de CAPEX (immobilier, cartouches initiales) et d'OPEX (substituts, entretien, eau). Les cartouches à débris (\$ 10-30) sont plus abordables que les cartouches à charbon (\$ 20-60). Le remplacement annuel varie (\$ 60-300+). LCCA est la clé. L'OPEX comprend l'énergie, les consommables, les eaux usées, l'entretien, la main d'œuvre. La durée de vie du lit de CAG a un impact considérable sur les dépenses.

6. Assimilation au sein d'équipements à plusieurs niveaux.

Les filtres sont généralement intégrés dans des systèmes à plusieurs étages pour une élimination plus large.

Un arrangement typique consiste à placer un filtre à sédiments en amont d'un filtre à charbon déclenché . Le filtre à charbon est ainsi protégé contre le colmatage en éliminant les plus gros morceaux, ce qui prolonge sa durée de vie. Pour les sédiments importants, de nombreux étages de débris avec des caractéristiques progressivement plus fines sont utilisés avant le charbon.

Cette combinaison fournit une thérapie complète : sédiments pour les éléments physiques, charbon pour les éléments chimiques, le goût et l'odeur. Il s'agit d'un traitement de base pour les systèmes POU et POE, et d'un prétraitement pour l'OI ou l'UV, protégeant les membranes et les lampes de l'encrassement.

L'emplacement optimal dépend de la qualité supérieure de l'eau influente et de l'effluent souhaité.

7. Normes de choix et considérations spécifiques à l'application

Pour choisir les filtres, il faut tenir compte des facteurs liés à l'application et à la source d'eau.

1. Qualité élevée de l'eau de l'affluent : Aspect essentiel, nécessite une analyse de l'eau. Une turbidité élevée nécessite une purification des débris (score micronique, capacité). Le chlore/les chloramines nécessitent du charbon activé (catalytique pour les chloramines). Les matières organiques/les COV/le goût/l'odeur nécessitent du charbon activé. Les aciers lourds (plomb) préfèrent le bloc de carbone. L'élimination des PFAS utilise le CAG ou l'échange d'anions. La contamination microbienne nécessite un traitement supplémentaire (UV, ultrafiltration).
2. Qualité supérieure des effluents souhaitée : Niveau de pureté requis, respect des normes (EPA, NSF/ANSI 42, 53).
3. Exigences en matière de débit : Influence la taille/le type de filtre. Le CAG/les débris plissés offrent une plus grande circulation. Le charbon à flux radial pour une circulation élevée. 
4. Impact sur le système : Les contraintes d'espace ont un impact sur le choix entre les systèmes de cartouches et de réservoirs de stockage.
5. Aspects économiques : L'analyse du cycle de vie est essentielle [59] Tenez compte des coûts d'investissement et des coûts d'exploitation (remplacement des filtres, entretien, eau). De meilleurs filtres à sédiments prolongent la durée de vie en aval, mais se colmatent plus rapidement. Examinez les dépenses par litre.
6. Contexte de l'application : Utilisation de l'eau (potable, commerciale, etc.). Systèmes POU vs. POE pour le secteur résidentiel [59] [60] Le POE peut être rentable pour la thérapie de toute la maison [60]
7. Préférences de maintenance : Substitut de cartouche ou système de lavage à contre-courant

L'évaluation de ces exigences permet de déterminer la combinaison et la configuration idéales du filtre.