Qual é a diferença entre carvão ativado e filtro de sedimentos?

1. Introdução

O tratamento da água é vital para o bem-estar público, para o sector e para o ambiente. As tecnologias modernas de purificação são fundamentais para eliminar os poluentes, sendo os filtros de sedimentos e de carbono activados os tipos básicos. Embora ambos melhorem a alta qualidade da água, utilizam conceitos distintos e visam poluentes diferentes.

Este artigo compara filtros de carvão ativado e filtros de detritos, detalhando os seus mecanismos, poluentes alvo, tipos de meios, eficiência, combinação em sistemas de várias fases, requisitos de opções e tendências futuras. A atenção centra-se no abastecimento de água para consumo de álcool em propriedades e empresas ligeiras, onde prevalecem os sistemas de várias fases. Reconhecer os seus papéis é fundamental para criar opções terapêuticas fiáveis e económicas.

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2. Dispositivos básicos de filtragem

A eficácia dos filtros assenta em mecanismos físicos e químicos. Filtro de sedimentoss são maioritariamente mecânicos, ao passo que o carbono ativado utiliza comunicações físicas e químicas.

Filtros de sedimentos: Recurso via tensão mecânica e filtragem de profundidade . Colocar em espera os sólidos maiores do que o tamanho dos poros do filtro são apanhados na superfície ou dentro da matriz do meio, como uma tela. Polipropileno fiado e enrolado em cordas os filtros utilizam a espessura nominal para a captação da profundidade. Filtros plissados fornecem uma superfície maior para uma maior circulação e capacidade, capturando partículas na superfície e nas camadas preliminares. A eficácia é especificada pelo número de microns.

Filtros de carvão: Operar através de adsorção . O carvão ativado é altamente poroso, com uma vasta área onde os poluentes líquidos se fixam (adsorvem) através de pressões de van der Waals (físicas). Quimisorção (ligação química) e redução catalítica também acontece. O carbono básico elimina o cloro quimicamente. O carvão catalítico reforça este processo para as cloraminas, decompondo-as cataliticamente. A estrutura permeável (microporos, mesoporos, macroporos) e o processo de ativação estabelecem a capacidade de adsorção e a cinética.

3. Impurezas alvo e eficiência de eliminação

Os filtros de sedimentos e de carvão visam contaminações distintas, tornando-as correspondentes.

Filtros de detritos: Remover sólidos em suspensão , turbidez , e questão das partículas O desempenho depende da classificação em microns. Não removem substâncias dissolvidas, produtos químicos ou microorganismos.

Filtros de carvão activados: Eficiente contra compostos orgânicos liquefeitos , cloro , cloraminas , substâncias com sabor/odor , COVs , e alguns metais pesados como o chumbo. A adsorção é eficaz para substâncias orgânicas não polares.

Cloro/Cloraminas: O carvão comum elimina quimicamente o cloro complementar. O carvão catalítico é muito melhor para as cloraminas através da decomposição catalítica.
Compostos orgânicos/VOCs: A enorme superfície adsorve matéria orgânica liquefeita que provoca sabor/odor/cor e vários COV.
PFAS: O CAG elimina os PFAS, sendo melhor para os compostos de cadeia longa. A adsorção implica interações hidrofóbicas/electrostáticas. A eficácia varia consoante o tipo de carbono, o tempo de contacto, a química da água e outros elementos.
Metais pesados: Alguma remoção por meio de adsorção/troca iónica, mas a capacidade é inferior à dos produtos orgânicos. Os filtros de bloco de carbono são frequentemente melhores para o chumbo.

O carvão ativado é normalmente não eficaz contra contaminantes microbianos, minerais liquefeitos, nitratos ou outros elementos inorgânicos [58] Para estes, são necessárias outras técnicas.

4. Tipos e configurações de meios filtrantes

Ambos os tipos de filtros podem ser encontrados em diferentes tipos com várias caraterísticas de eficiência.

Tipo de meio de filtro de sedimentos: .

Polipropileno rotativo (fundido e soprado): Fibras termicamente aderentes, densidade graduada para purificação em profundidade, económicas.
Corda enrolada: Fio enrolado à volta de um núcleo, densidade controlada, útil para fluidos de elevado caudal/viscosos.
Plissado: Suportes dobrados (celulose, polipropileno, poliéster) num núcleo, grande área para menor diminuição da tensão, maior fluxo/capacidade. Alguns são reutilizáveis [68] Podem ser constituídos por carbono.

Prontamente disponível em tamanhos de cartuchos comuns e classificações de microns (por exemplo, 50 a 0,2 microns).

Ligado Tipos de meios de filtro de carbono: .

Carvão ativado granular (GAC): Partículas irregulares (0,2-5 mm). Utilizado em sistemas maiores/POE devido à menor queda de tensão/alto fluxo. Em risco de transporte , Diminuição do desempenho. Necessita de retrolavagem. Fabricado a partir de carvão, madeira ou casca de coco. O carvão de casca de coco é frequentemente preferido.
Carvão ativado em pó (GRUPO ESPECIAL DE INTERESSE): Grandes pedaços (< 0,1 mm). Utilizado em estações de tratamento como chorume, não é normal em cartuchos de propriedade.
Bloco de carbono extrudido: Pó de carbono combinado com aglutinante, extrudido diretamente num bloco sólido. Fato, estrutura espessa, dimensão específica dos poros. Eficiência/capacidade superior em relação ao CAG como resultado de partículas de tamanho mais pequeno/tempo de contacto mais longo. Elimina o transporte, penalizações mínimas. Maior diminuição da pressão do que o CAG. O aglutinante afecta a estrutura/lixiviação.
Carbono catalítico: Geralmente à base de casca de coco, modificada para aumentar os sítios energéticos. Exemplos: Calgon Centaur, Jacobi Aquasorb CX-MCA.

Disponível em vários tamanhos de cartuchos e disposições (fluxo axial, radial). O fluxo radial pode utilizar uma menor queda de tensão.

5. Comparação das métricas de desempenho.

O contraste da eficiência inclui métricas que afectam a conceção, o funcionamento e o custo.

Classificação da filtragem (filtros de detritos): Dimensão de eliminação do fragmento em microns.

Nominal: Remove ~ 85% de fragmentos iguais ou superiores à classificação.
Sem dúvida: Elimina > 99,9% de fragmentos com classificação igual ou superior a. Maior certeza de eliminação, mas pode bloquear mais rapidamente.

Capacidade e Cinética de Adsorção (Filtros de Carbono Ligados): .

Capacidade: Quantidade total de impurezas adsorvidas antes da fadiga. Influenciada pelo tipo de carbono, impureza, química da água. Identifica a vida útil.
Cinética: Taxa de adsorção. Uma cinética mais rápida permite um maior caudal/filtros mais pequenos. O carvão catalítico tem uma cinética de cloramina mais rápida. A dimensão mais pequena do CAG melhora a cinética.

Taxa de fluxo e declínio de tensão: .

Preço do fluxo: Volume de água por unidade de tempo. O CAG permite um maior caudal do que o bloco de carbono. Os detritos plissados permitem uma maior circulação do que os fiados/enrolados. O carbono de fluxo radial pode proporcionar uma redução da tensão.
Diminuição do stress: A tensão diminui ao longo do filtro. Maior no bloco de carbono do que no CAG, e aumenta com o caudal/entupimento.

Vida útil e capacidade: .

Vida útil do filtro de sedimentos: Bloqueiam com fragmentos, aumentando a diminuição da pressão. A esperança de vida depende dos sólidos afluentes e da capacidade de poeiras. Normalmente, a substituição é feita de 3 a 12 meses.
Vida útil do filtro de carvão ativado: Esgotam-se quando os sítios de adsorção se enchem ou ocorre uma canalização (CAG). A esperança de vida depende dos lotes de poluentes, do volume/tipo de carbono e do preço do caudal. Normalmente, 6-12 meses. As alterações de sabor/odor sugerem cansaço. A água quente minimiza a vida útil. A previsão da vida útil do carbono é complicada; versões, substitutos (TOC/DOC) e assistência de monitorização, no entanto, os testes-piloto são importantes

Despesas de capital e despesas funcionais dos membros da família: . Os preços consistem em CAPEX (bens imóveis, cartuchos iniciais) e OPEX (substitutos, manutenção, água). Os cartuchos de detritos (\$ 10-30) são mais económicos do que os de carbono (\$ 20-60). A substituição anual varia (\$ 60-300+). A LCCA é fundamental. OPEX inclui energia, consumíveis, águas residuais, manutenção, mão de obra. A vida útil do leito de CAG tem um impacto significativo nas despesas.

6. Assimilação em equipamentos multi-estágio.

Os filtros são normalmente integrados em sistemas de várias fases para uma remoção mais ampla.

Um acordo típico coloca um filtro de sedimentos a montante de um filtro de carvão ativado . Isto protege o filtro de carvão do entupimento, removendo pedaços maiores, prolongando a sua vida útil. Para sedimentos elevados, são utilizadas várias fases de detritos com classificações progressivamente mais finas antes do carvão.

Esta combinação fornece uma terapia abrangente: sedimentos para os componentes físicos, carbono para os químicos/gostos/odor. É básico em POU, POE e pré-tratamento para RO ou UV, protegendo as membranas/lâmpadas de incrustações.

A colocação óptima depende da qualidade superior da água de entrada e do efluente pretendido.

7. Normas de escolha e considerações específicas da aplicação

A escolha dos filtros requer a consideração de factores relacionados com a aplicação e a fonte de água.

Água de afluência de alta qualidade: Aspeto essencial, requer análise da água. Turbidez elevada requer purificação de detritos (micronização, capacidade). Cloro/cloraminas requerem carvão ativado (catalítico para as cloraminas). Orgânicos/VOCs/sabor/cheiro requerem carvão ativado. Os aços pesados (chumbo) podem preferir o bloco de carbono. A remoção de PFAS utiliza GAC ou permuta aniónica. A contaminação microbiana necessita de tratamento adicional (UV, ultrafiltração).
Qualidade superior do efluente desejado: Nível de pureza exigido, conformidade com as normas (EPA, NSF/ANSI 42, 53).
Exigências de caudal: Impacta o tamanho/tipo de filtro. GAC/ detritos plissados oferecem maior circulação. Carbono de fluxo radial para alta circulação.
Impacto no sistema: A opção de impacto das restrições de espaço entre os sistemas de cartucho e de depósito de armazenamento.
Aspectos económicos: A LCCA é vital [59] Considerar o CAPEX e o OPEX (substituições de filtros, manutenção, água). Melhores filtros de sedimentos prolongam a vida útil a jusante, mas entopem mais rapidamente. Examinar a despesa por litro.
Contexto de aplicação: Utilização de água (potável, comercial, etc.). Sistemas POU vs. POE para residências [59] [60] O POE pode ser económico para a terapia de toda a casa [60]
Preferências de manutenção: Sistemas de substituição de cartuchos vs. sistemas de retrolavagem