В чем разница между активированным углем и осадочным фильтром?

1. Введение

Очистка воды жизненно важна для здоровья населения, промышленности и окружающей среды. Современные технологии очистки являются основными для избавления от загрязняющих веществ, при этом основными видами являются осадочные и угольные фильтры. Хотя обе эти технологии улучшают качество воды, они используют различные концепции и направлены на борьбу с разными загрязнителями.

В этой статье сравниваются фильтры с активированным углем и мусором, подробно описываются механизмы их работы, целевые загрязнители, виды сред, эффективность, сочетание в многоступенчатых системах, требования к опциям и будущие новинки. Основное внимание уделено водоснабжению объектов недвижимости и легкой промышленности, где преобладают многоступенчатые системы. Осознание их определенной роли является ключом к созданию надежных и экономически эффективных вариантов терапии.

2. Основные устройства фильтрации

Эффективность фильтра зависит от физических и химических механизмов. Осадочный фильтрВ основном механические, в то время как в углеродных используются физические и химические связи.

Осадочные фильтры: Характеристика через механическое растяжение и глубокая фильтрация . Твердые частицы, размер которых превышает размер пор фильтра, задерживаются на поверхности или в матрице фильтрующей среды, подобно сетке. Пряденый полипропилен и намотанная на струну фильтры используют номинальную толщину для захвата глубины. Плиссированные фильтры Обеспечивают большую поверхность для более высокой циркуляции и пропускной способности, захватывая частицы на поверхности и в предварительных слоях. Эффективность определяется количеством микронов.

Угольные фильтры: Работайте через адсорбция . Активированный уголь имеет высокую пористость и большую площадь, на которой жидкие загрязняющие вещества прилипают (адсорбируются) с помощью давления Ван-дер-Ваальса (физического). Хемосорбция (химическая связь) и каталитическое восстановление тоже случаются. Основной уголь избавляет от хлора химическим путем. Каталитический уголь усиливает этот процесс для хлораминов, расщепляя их каталитически. Проницаемая структура (микропоры, мезопоры, макропоры) и процесс активации определяют способность к адсорбции и кинетику.

3. Целевые примеси и эффективность их устранения

Осадочные и угольные фильтры направлены на различные загрязнения, что делает их соответствующими.

Фильтры для мусора: Удалить взвешенные вещества , мутность , и проблема частиц такие как песок, ил, ржавчина и окалина. Эффективность зависит от количества микронов. Они не удаляют растворенные вещества, химикаты и микроорганизмы.

Угольные фильтры с триггерным управлением: Эффективность против жидкие органические соединения , хлор , хлорамины , вкусовые/ароматические вещества , ЛОС , и некоторые тяжёлые металлы например, свинец. Адсорбция эффективна для неполярной органики.

• Хлор/хлорамины: Обычный уголь избавляет от хлора химическим путем. Каталитический уголь гораздо лучше справляется с хлораминами за счет каталитического разложения.
• Органические соединения/летучие органические вещества: Огромная поверхность адсорбирует разжиженные органические вещества, провоцирующие появление вкуса, запаха, цвета и некоторых летучих органических соединений.
• PFAS: GAC устраняет PFAS, лучше для длинноцепочечных соединений. Адсорбция подразумевает гидрофобное/электростатическое взаимодействие. Эффективность зависит от вида угля, времени контакта, химического состава воды и других элементов.
• Тяжелые металлы: Некоторое удаление с помощью адсорбции/ионного обмена, однако эффективность ниже, чем для органики. Фильтры с угольными блоками часто лучше справляются со свинцом.

Активированный уголь обычно неэффективный против микробных загрязнений, разжиженных минералов, нитратов или других неорганических веществ [58] Для этого требуются другие методы.

4. Типы и конфигурации фильтрующих материалов

Оба типа фильтров могут быть представлены в разных видах с различными характеристиками эффективности.

Вид фильтрующего материала для осадочных фильтров: .

• Ротированный (выдувной) полипропилен: Термоклееные волокна, градированная плотность для глубокой очистки, экономичность.
• Намотанная струна: Струна, намотанная вокруг сердечника, контролируемая плотность, полезная для жидкостей с высокой текучестью и вязкостью.
• Плиссированные: Сложенные носители (целлюлоза, полипропилен, полиэстер) на сердечнике, большая площадь для снижения напряжения, больший поток/емкость. Некоторые из них многоразовые [68] Могут состоять из углерода.

Легко доступны картриджи распространенных размеров и микронного диапазона (например, от 50 до 0,2 микрон).

Включено Типы фильтрующих материалов угольного фильтра: .

• Гранулированный включенный уголь (GAC): Неравномерные частицы (0,2-5 мм). Используется в больших системах/POE из-за меньшего перепада напряжения/большого потока. Подвержен риску транспортировка , Снижение производительности. Нуждается в обратной промывке. Изготавливается из угля, древесины или скорлупы кокосового ореха. Чаще всего предпочтение отдается углю из скорлупы кокосового ореха.
• Порошкообразный активированный уголь (SPECIAL-INTEREST GROUP): Большие биты (< 0,1 мм). Используются в очистных сооружениях в виде шлама, не встречающегося в картриджах.
• Экструдированный карбоновый блок: Углеродный порошок в сочетании со связующим, экструдированный прямо в твердый блок. Плотная структура, определенный размер пор. Более высокая эффективность/производительность по сравнению с GAC в результате меньшего размера частиц/большего времени контакта. Исключает транспортировку, минимальные штрафы. Большее снижение давления по сравнению с GAC. Связующее влияет на структуру/выщелачивание.
• Каталитический углерод: Особо очищен для улучшения каталитической активности, эффективен для хлораминов и сероводорода. Обычно на основе кокосовой скорлупы, модифицирован для повышения энергетических свойств. Примеры: Calgon Centaur, Jacobi Aquasorb CX-MCA.

Предлагаются картриджи различных размеров и расположения (осевой и радиальный поток). Радиальный поток позволяет использовать более низкий перепад напряжения.

5. Сравнение показателей производительности.

Противопоставление эффективности включает в себя показатели, влияющие на дизайн, эксплуатацию и стоимость.

Рейтинг фильтрации (фильтры для мусора): Размер удаления фрагмента в микронах.

• Номинальный: Удаляет ~ 85% фрагментов на уровне или выше номинала.
• На виду: Устраняет > 99,9% фрагментов с рейтингом или выше. Большая уверенность в устранении, но при этом блокировка может происходить быстрее.

Адсорбционная способность и кинетика (включенные угольные фильтры): .

• Вместимость: Общее количество примесей, адсорбированных до усталости. Влияет на тип угля, примеси, химический состав воды. Определяет срок службы.
• Кинетика: Скорость адсорбции. Более быстрая кинетика позволяет использовать большие потоки/малые фильтры. Каталитический уголь имеет более быструю кинетику хлорамина. Меньший размер GAC улучшает кинетику.

Скорость потока и спад напряжения: .

• Цена потока: Объем воды в единицу времени. GAC обеспечивает больший поток, чем угольный блок. Плиссированный мусор обеспечивает большую циркуляцию, чем спиннинг/намотка. Карбон с радиальным потоком может обеспечить снижение напряжения.
• Снижение стресса: Напряжение снижается по всему фильтру. Выше в угольном блоке по сравнению с GAC и увеличивается с увеличением потока/засорения.

Срок службы и вместимость: .

• Срок службы осадочного фильтра: Забиваются осколками, усиливая снижение давления. Срок службы зависит от содержания твердых частиц и пылеемкости. Обычно замена производится через 3-12 месяцев.
• Срок службы фильтра с активированным углем: Исчерпывается при заполнении адсорбционных площадок или возникновении каналов (GAC). Срок службы зависит от количества загрязняющих веществ, объема/типа угля, расхода. Обычно 6-12 месяцев. Изменения вкуса/одора указывают на усталость. Горячая вода сокращает срок службы. Прогнозирование срока службы угля затруднено; необходимо использовать версии, суррогаты (TOC/DOC) и мониторинг, однако важно проводить пилотные испытания. 

Капитальные и функциональные расходы членов семьи: . Цены складываются из CAPEX (недвижимость, первоначальные картриджи) и OPEX (заменители, обслуживание, вода). Картриджи с мусором (\$ 10-30) более доступны, чем карбоновые (\$ 20-60). Годовая замена варьируется (\$ 60-300+). LCCA является ключевым фактором. OPEX включает в себя электроэнергию, расходные материалы, сточные воды, обслуживание, рабочую силу. Срок службы слоя GAC значительно влияет на расходы.

6. Ассимиляция в многоступенчатом оборудовании.

Фильтры обычно интегрируются в многоступенчатые системы для более широкого удаления загрязнений.

В типичном случае в этом месте находится осадочный фильтр перед фильтром с активированным углем . Это предохраняет угольный фильтр от засорения, удаляя более крупные частицы, что продлевает срок его службы. При большом количестве осадка перед угольным фильтром используется несколько ступеней очистки от мусора с постепенным увеличением тонкости.

Эта комбинация обеспечивает комплексную терапию: осадок для физических частиц, уголь для химических/вкусных/запахов. Она является основной для POU, POE и предварительной обработки для RO или UV, защищая мембраны/лампы от загрязнения.

Оптимальное размещение зависит от качества поступающей воды и желаемого стока.

7. Стандарты выбора и специфические соображения по применению

При выборе фильтров необходимо учитывать особенности применения и источник воды.

1. Высокое качество поступающей воды: Важнейший аспект, требующий анализа воды. Высокая мутность требует очистки от мусора (микронный показатель, производительность) Хлор/хлорамины требуют включения угля (каталитического для хлораминов). Органика/ЛОС/вкус/запах требуют активированного угля. Тяжелые стали (свинец) могут предпочесть угольный блок. Для удаления PFAS используется GAC или анионный обмен. Микробные загрязнения требуют дополнительной терапии (УФ, ультрафильтрация).
2. Требуются сточные воды высшего качества: Необходимый уровень чистоты, соответствие стандартам (EPA, NSF/ANSI 42, 53).
3. Требования к скорости потока: Влияет на размер/тип фильтра. GAC/пластинчатый мусор обеспечивают большую циркуляцию. Карбон с радиальным потоком для высокой циркуляции. 
4. Воздействие на систему: Ограничения в помещении влияют на выбор между системами с картриджами и накопительными баками.
5. Экономические аспекты: LCCA имеет жизненно важное значение [59] Учитывайте CAPEX и OPEX (замена фильтров, обслуживание, вода). Более качественные фильтры для отложений продлевают срок службы, однако быстрее засоряются. Изучите расход на литр.
6. Контекст приложения: Использование воды (питьевой, коммерческой и т.д.). Системы POU и POE для жилых домов [59] [60] POE может быть экономически эффективным для терапии всего дома [60]
7. Предпочтения в обслуживании: Замена картриджей в сравнении с системами с обратной промывкой

Оценив эти требования, можно подобрать идеальную комбинацию и настройку фильтра.