Reactivarea granulată a cărbunelui activ, tipuri și procese - Carbotecnia
Indexul conținutului
Reactivarea carbonului activ granular.
Principalul mecanism prin care contaminanții organici sunt reținuți pe suprafața CAG (carbon activat granular) este adsorbția fizică și, ca atare, este reversibil. Teoria adsorbției indică faptul că prin schimbarea condițiilor în care se găsește carbonul, se poate realiza desorbția sau detașarea adsorbaților reținuți, lăsând suprafața liberă.
Cu toate acestea, desorbția poate fi foarte lentă și nu poate restabili toată sau cea mai mare parte a capacității inițiale a cărbunelui. Pe de altă parte, chemisorbția nu este reversibilă, astfel încât moleculele reținute de acest alt mecanism nu vor fi eliberate. Și, în cele din urmă, există molecule anorganice care nu au fost adsorbite, dar care se depun pe suprafața carbonului și a căror eliminare nu va răspunde metodelor de desorbție a moleculelor adsorbite fizic.
Din fericire, structura grafitică a cărbunelui activ face acest solid foarte stabil în condiții foarte diferite. Rezistă la temperaturi ridicate, precum și la modificări bruște ale acestora, este dur și rezistent la abraziune, nu este afectat de acizi, alcali sau mulți solvenți diferiți, deși reacționează cu oxidanți puternici. Pe baza acestor proprietăți, există așa-numitele metode de „reactivare” sau „regenerare”, cu care pot fi îndepărtați adsorbați de diferite tipuri și substanțe organice și anorganice depuse pe suprafața carbonului. În funcție de adsorbat sau contaminant în cauză, va trebui să se aleagă metoda adecvată.
Un cărbune activ care este îndepărtat din procesul în care a fost utilizat se numește „cărbune uzat”, indiferent dacă este aruncat sau urmează să fie reactivat.
Atunci când un CAG trebuie reactivat, este recomandabil ca sistemul său de susținere să fie realizat din duze și nu din paturi de pietriș sau nisip, pentru a împiedica amestecul cărbunelui cu o anumită cantitate de particule din materialele menționate.
Tipuri de reactivare a cărbunelui.
Reactivarea cu abur.
Acesta constă în circularea vaporilor de apă prin patul de cărbune, fără a-i permite condensarea, ca în cazul igienizării cu abur. În acest fel, moleculele organice sunt desorbite cu o volatilitate mai mică sau aproximativ egală cu cea a apei - adică cu o temperatură de fierbere mai mică de 100 ° C la nivelul mării - și care a fost reținută prin adsorbție fizică.
Este o metodă larg utilizată pentru recuperarea solvenților în curenții de aer, deoarece moleculele detașate își păstrează structura originală. După cum sa menționat în secțiunea 1.7, cărbunele suferă cicluri de adsorbție-desorbție alternante. În primul, solventul este reținut până când carbonul devine saturat. În al doilea, solventul este desorbit, iar amestecul acestuia și al vaporilor de apă sunt separați prin decantare sau distilare.
În cazul tratamentului apei, reactivarea cu abur poate fi practică în cazul în care poluantul constă în principal din miros sau compuși cu greutate moleculară mică și, prin urmare, volatili. Nu este o metodă eficientă pentru cazul cărbunelui care a fost utilizat pentru declorinat, deoarece oxizii de suprafață generați în acest proces sunt puternic legați.
Cu cât este mai mare presiunea aburului utilizat, cu atât temperatura acestuia este mai mare și, prin urmare, va putea desorbi compuși mai grei. Presiunea maximă la care se manipulează aburul într-un mod practic este de 6 Kg/cm2 (abs.), Ceea ce corespunde unei temperaturi de 160 ° C.
Reactivarea cu gaze fierbinți.
Este la fel ca și precedentul, dar se folosesc gaze de ardere. În cazul unor studii științifice la nivel de laborator, în care este necesară reactivarea fără interferența unor gaze oxidante, desorbția se efectuează prin intermediul unui gaz inert care este încălzit indirect. Un rezultat mai rapid sau mai eficient poate fi obținut și prin vid.
Reactivare termică.
Este cea mai utilizată metodă, deoarece elimină practic toți poluanții organici reținuți prin adsorbție fizică sau chimică. De asemenea, elimină anumiți compuși anorganici și distruge oxizii și grupurile de suprafață. Prin urmare, reactivează carbonii folosiți în declorurare sau în îndepărtarea cloraminelor, permanganatului de potasiu, ozonului și a altor agenți oxidanți. Această metodă merită o secțiune specială și, prin urmare, este descrisă în detaliu în secțiunea 5.2
Reactivarea cu acid.
Când particulele de cărbune sunt de culoare albă până la gri deschis, cel mai probabil sunt otrăvite sau blocate cu carbonat sau hidroxid de calciu. În aceste cazuri, reactivarea termică nu reușește să elimine acești compuși. În schimb, o spălare într-o soluție acidă o face.
Se poate folosi orice tip de acid puternic, dar clorhidricul este cel mai frecvent. Se prepară soluția de aproximativ 5% în greutate, iar cărbunele este inundat în ea. Procesul de dizolvare a sărurilor de calciu este lent. Ora exactă variază în funcție de cât de otrăvit este cărbunele, dar poate fi de la 10 la 40 de ore. Pentru a obține o viteză mai mare în proces, soluția este încălzită la 60-70 ° C. Cu aceasta timpul poate fi redus la câteva ore.
După ce reactivarea este completă, cărbunele ar fi trebuit să revină la culoarea sa neagră. Acest lucru nu se observă în timp ce cărbunele este umed, deci o mică probă ar trebui luată și uscată într-un arzător sau cu o brichetă.
Reactivarea prin schimbarea pH-ului într-o soluție apoasă.
Când capacitatea de reținere a unui adsorbat specific depinde de valoarea pH-ului, această condiție poate fi utilizată pentru a-l desorbi, regenerând astfel carbonul. De exemplu, fenolul este adsorbit în cantități relativ ridicate la valori scăzute ale pH-ului și chiar opusul la valori ridicate ale pH-ului. Prin urmare, dacă CAG saturat cu acest compus este spălat cu o soluție de sodă de 4%, este posibil să se dizolve un procent bun din acesta.
Această metodă nu are nicio aplicație în industria de tratare a apei, deoarece nu este aplicabilă pentru majoritatea contaminanților reținuți în mod normal de CAG. Utilizarea sa se reduce la procese foarte specifice în care carbonul adsorbe un singur compus, cum ar fi fenolul.
Reactivarea biologică.
Reactivarea biologică a AC are loc în tratarea apei, deoarece, așa cum a fost descris, bacteriile care se dezvoltă pe suprafața cărbunelui se alimentează cu materia biodegradabilă adsorbită. Acest beneficiu poate fi atins și în CA odată ce a fost eliminat din procesul de adsorbție. Pentru aceasta, cărbunele este plasat într-o coloană prin care se recirculează o soluție aerată și bogată în nutrienți, sub forma unui pat expandat. Această metodă și-a găsit aplicarea în domeniul epurării apelor uzate, realizând o regenerare de 80% în 96 de ore. Cu toate acestea, până acum utilizarea sa nu este frecventă.
Reactivarea termică și condițiile pentru ao face profitabilă.
Reactivarea termică constă în îndepărtarea adsorbaților dintr-un carbon uzat prin intermediul unui cuptor egal cu cel utilizat pentru activarea termică a AC, dar la o temperatură mai scăzută și cu o concentrație mai mică de vapori de apă. Cu cât procesul se apropie mai puțin de condițiile în care este activat un carbon obținut din aceeași materie primă, cu atât se pierde mai puțin carbon prin oxidare.