Aplicação de Carvão Ativado no Tratamento de Água

Todas as superfícies tendem a reduzir espontaneamente a energia superficial. Como as superfícies sólidas não podem encolher livremente, elas diminuem a energia superficial ao reduzir a tensão interfacial, que é a causa fundamental da adsorção que ocorre em superfícies sólidas. O carvão ativado apresenta uma estrutura de poros altamente desenvolvida e uma área de superfície específica ultra-grande, conferindo-lhe forte capacidade de adsorção de matéria orgânica dissolvida em água, como compostos de benzeno, compostos fenólicos, petróleo e derivados de petróleo. Como um adsorvente central,Carvão ativado para tratamento de águas residuaistambém pode remover com eficiência substâncias orgânicas que são difíceis de eliminar por meio de tratamentos biológicos e outros tratamentos convencionais, incluindo substâncias-que causam cor, compostos-de odor desagradável, surfactantes, herbicidas, corantes sintéticos, aminas e muitos compostos orgânicos sintetizados artificialmente. Portanto, a tecnologia de adsorção de carvão ativado, especialmente a aplicação deCarvão ativado para tratamento de águas residuais, tem sido amplamente adotado no tratamento de água.

 

I. Características do Carvão Ativado

O carvão ativado é um material carbonáceo poroso com estruturas de microporos bem{0}desenvolvidas e uma enorme área de superfície específica. Abrange uma variedade de adsorventes-à base de carbono capazes de capturar inúmeras substâncias químicas em sua superfície. Aplicado inicialmente na indústria de refino de açúcar, o carvão ativado foi posteriormente amplamente utilizado para remover contaminantes orgânicos e certos contaminantes inorgânicos de águas residuais, entre os quaisCarvão ativado para tratamento de águas residuaisdestaca-se pelo seu desempenho direcionado para esgotos complexos.

 

1.1 Propriedades Gerais do Carvão Ativado

O carvão ativado tem aparência preta escura e excelente desempenho de adsorção. Possui propriedades químicas estáveis, resistindo a ácidos e álcalis fortes e tolerando imersão em água e altas temperaturas. Com densidade inferior à da água, é classificado como um adsorvente hidrofóbico poroso.

 

 

1.2 Mecanismo de Adsorção de Carvão Ativado

A adsorção em carvão ativado origina-se do campo de força atômica insaturado e da energia superficial em superfícies sólidas. O material adsorve moléculas para reduzir sua energia superficial. Depois que um sólido adsorve moléculas de soluto da solução, a concentração de soluto da solução a granel diminui, enquanto as moléculas adsorvidas se acumulam densamente na superfície sólida.

Durante a produção de carvão ativado, os componentes orgânicos voláteis são eliminados e formam-se vazios inter-redes, gerando inúmeros poros finos de diversos formatos e tamanhos. Os poros normalmente representam 70% a 80% do volume total de partículas de carvão ativado. Esses poros variam amplamente em forma e distribuição de tamanho de poros. A área superficial total das paredes dos poros, ou seja, a área superficial específica, geralmente atinge 500–1700 m²/g, que é a principal razão para a poderosa capacidade de adsorção e alta carga de adsorção do carvão ativado.

O desempenho de adsorção do carvão ativado depende não apenas da estrutura e distribuição dos poros finos, mas também das propriedades químicas de sua superfície. O próprio carvão ativado é a-apolar; seu conteúdo de grupo funcional de superfície e carga superficial variam com a composição da matéria-prima e condições de ativação. Carvão ativado em baixa temperatura (< 500°C) generates surface acidic oxides that release H⁺ upon hydrolysis. Weak polarity on the carbon surface enables polar solutes to compete for active adsorption sites, reducing the adsorption capacity of non-polar solutes. Meanwhile, ion exchange adsorption and complexation reactions occur between activated carbon and certain metal ions in water, improving the removal efficiency of metal ions.

Em resumo, as estruturas de microporos dominam a capacidade de adsorção, uma vez que os microporos constituem quase toda a área superficial específica total. Os macroporos e os poros de transição atuam como canais de transferência de massa grossa e fina, respectivamente; sua quantidade e distribuição afetam muito as taxas de adsorção e dessorção. Além disso, as propriedades químicas da superfície também exercem influências no desempenho de adsorção do carvão ativado.

 

II. Aplicações de Carvão Ativado no Tratamento de Água

O processo de adsorção de carvão ativado é a tecnologia preferida para remoção de poluentes orgânicos na água. Graças às abundantes fontes de matéria-prima e à grande área superficial específica, atinge altas taxas de remoção de cor, odor, sabor e outros contaminantes orgânicos, levando à expansão da aplicação no tratamento de água.

O carvão ativado em pó (PAC) é especialmente eficaz para carbono orgânico dissolvido (DOC) de baixo peso-molecular-, secretado por células de algas e pode eliminar eficientemente microcistinas na água. A instalação de um filtro de carvão ativado após os filtros de areia lentos convencionais remove o odor-de substâncias orgânicas causadoras, como geosmina e 2-metilisoborneol (MIB), reduzindo drasticamente o sabor e o odor desagradáveis ​​no efluente. No entanto, o carvão activado apresenta um desempenho de adsorção limitado para hidrocarbonetos halogenados altamente perigosos, e a regeneração do carvão activado saturado há muito que não consegue alcançar resultados satisfatórios. Novos adsorventes, incluindo fibras de carvão ativado e resinas sintéticas porosas, estão atualmente em pesquisa e desenvolvimento.

 

 

2.1 Aplicação em Tratamento de Água Potável

Filtros biológicos rápidos preenchidos com carvão ativado granular (GAC) são comumente usados ​​como unidades de filtração secundária. Micróbios ligados à superfície do carvão ativado granular degradam a matéria orgânica biodegradável (BOM) na água, um processo também conhecido como filtração biológica secundária de carvão ativado. A literatura comprovou sua eficiência confiável de tratamento. Para reduzir custos operacionais e facilitar a popularização em estações de tratamento de água, foi proposto um conceito de filtro de camada dupla de "filtração primária de areia + filtração biológica de carvão ativado". As vantagens dos filtros biológicos para remoção de BOM são as seguintes:

1. Reduz substratos nutrientes para o crescimento bacteriano em tubulações de abastecimento de água e inibe efetivamente a reprodução bacteriana;
2. Reduz o teor de matéria orgânica que reage com os desinfetantes, diminuindo a dosagem do desinfetante e estabilizando a concentração residual do desinfetante na água acabada;
3. Elimina precursores orgânicos de subprodutos-de desinfecção, reduzindo os níveis de subprodutos-de desinfecção na água acabada;
4. Converte poluentes orgânicos em produtos finais inorgânicos;
5. Os resíduos de biofilme envelhecido e destacado são mais fáceis de eliminar do que as lamas de precipitação química;
6. O tratamento biológico proporciona custos operacionais mais baixos do que a adsorção autônoma de carvão ativado.

 

 

2.2 Desodorização de Águas Residuais por Carvão Ativado

Colunas de adsorção de carvão ativado podem remover uma ampla gama de substâncias malcheirosas. Componentes malcheirosos, como acetaldeído e indol, são eliminados por adsorção física, enquanto o sulfeto de hidrogênio (H₂S), mercaptanos e outros compostos-que contêm enxofre são removidos por meio de reações de oxidação na superfície do carbono, seguidas por adsorção secundária. O carvão ativado tem excelente desempenho para compostos que contêm sulfeto de hidrogênio e enxofre-, mas mostra efeito de remoção limitado em compostos orgânicos que contêm amônia e nitrogênio-.

Antes de atingir a saturação de adsorção, o carvão ativado mantém uma taxa de remoção relativamente estável para substâncias malcheirosas e apresenta forte resistência a cargas de choque do fluxo de gás, conferindo-lhe ampla adaptabilidade. No entanto, a regeneração frequente do adsorvente é impraticável, pelo que a concentração dos gases residuais recebidos deve ser controlada a um nível baixo.

 

2.3 Descoloração de Águas Residuais de Impressão e Tingimento por Carvão Ativado

A adsorção de carvão ativado oferece desempenho de tratamento notável para águas residuais complexas de fabricação de corantes. O fluxo de processo padrão está listado abaixo:

1. Após pré-tratamento anaeróbico seguido de coagulação e sedimentação, a taxa de remoção de DQO atinge aproximadamente 83% e a taxa de descoloração atinge 99,3%, criando condições de entrada favoráveis ​​para posterior adsorção de carvão ativado.
2. O carvão ativado possui capacidade de adsorção superior. Os parâmetros de adsorção ideais para este processo são: pH=4, dosagem de carvão ativado em pó de 20 g/L, agitação contínua durante a adsorção e duração da adsorção de 40 min. Após a adsorção, o CODCr do efluente cai abaixo de 150 mg/L, atendendo aos padrões nacionais de descarte.
3. Dois métodos de regeneração, eluição alcalina e oxidação do reagente Fenton, podem efetivamente restaurar o desempenho de adsorção do carvão ativado saturado. Após a regeneração, o carbono regenerado ainda atinge uma taxa de remoção de DQO superior a 77% e uma taxa de descoloração superior a 97%.

 

Beneficiando-se de extensas fontes de matéria-prima, grande energia superficial, poderosa capacidade de adsorção e reciclabilidade conveniente, a tecnologia de adsorção de carvão ativado alcançou um desenvolvimento maduro e ampla aplicação no tratamento de águas residuais. Nossa empresa fornece uma série completa de produtos de carvão ativado especialmente desenvolvidos para tratamento de água. Fique à vontade para entrar em contato conosco para esclarecer dúvidas se tiver algum interesse!

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