Tratamento de Água com Carvão Ativado em Pó e Granulado

Carvão Ativado – Descrição e Usos do Carvão Ativado

O carvão ativado é usado no tratamento de água, ar e na indústria em geral, na forma granular (CAG) ou na forma de pó (CAP). O carvão ativado granular pode ser fornecido em diversas granulometrias e produzido a partir de uma ampla gama de matérias-primas e especificações.

Os carvões ativados são usados no tratamento de água para a remoção de contaminantes orgânicos, principalmente na remoção de compostos de sabor e odor produzidos por desenvolvimento de algas que periodicamente ocorrem em represas, de onde se faz o abastecimento de água potável, durante os meses quentes de verão. O carvão ativado remove também poluentes orgânicos como resíduos de pesticidas e subprodutos de desinfecção como os trihalometanos (THMs), produtos da reação do cloro com compostos nitrogenados.

Os contaminantes são removidos por adsorção na superfície do carbono enquanto que os sólidos suspensos são removidos por processos de coagulação e floculação.

O carvão ativado, particularmente o CAG, tem muitas aplicações industriais, entre elas a recuperação do ouro em mineração além do tratamento de água potável e industrial.

Fabricação:

Várias matérias-primas são usadas na produção de carvão ativado: madeira, carvão, cascas de coco, sementes de pêssego, etc.. Cada matéria-prima transmite propriedades diferentes ao carvão ativado. No processo de produção a matéria-prima é aquecida até cerca de 700 graus em atmosfera livre de oxigênio até à completa pirolise, onde a atmosfera livre de oxigênio impede ignição e reduz a matéria-prima para o que é comumente conhecido como carvão vegetal. Na sequencia, o carvão é ativado usando gases oxidantes como o vapor, dióxido de carbono, ar e oxigênio ou produtos químicos elevando a temperaturas a 1000 ° C explodindo o carvão internamente sem o fragmentar originando microporos somando áreas superficiais com mais de 2000 m2 / g.

As propriedades físicas do carvão ativado são dependentes da matéria-prima ; em geral, o coco tende a dar origem a uma estrutura densa contendo alguns poros maiores enquanto que o carvão ativado de madeira tem uma estrutura com poros maiores. O carvão ativado utilizado para água geralmente tem uma estrutura entre a do coco e da madeira com 500 a 1500 m2 / g.

Os poros em carvão ativado são divididos em classes, por tamanho:

• Microporos: < 2 nm (< 20 Å).
• Mesoporos: entre 2 e 50 nm (20 – 500 Å).
• Macroporos:> 50 nm (> 500 Å).

Os microporos são responsáveis pela maior parte da área superficial fornecendo ao carvão ativado as propriedades de adsorção. Em carvões para tratamento de água, mais de 70% da área superficial disponível é atribuída a poros com um raio inferior a 5 nm. Em geral quanto menor o poro, mais prontamente absorverá pequenas moléculas. Carvão ativado de cascas de coco, por exemplo, tem uma alta porcentagem de microporos, conferindo eficiência na remoção de pequenas moléculas como os compostos trihalometanos (THM). Todos os carvões ativados têm uma mistura de tamanhos de poros e esta mistura é chamada de distribuição do tamanho dos poros.

Parâmetros Químicos De Qualidade:

São vários os testes que fornecem estimativas e indicações se determinado composto poluente na água poderá ser removido eficientemente. O tempo de contato necessário do carvão ativado com a agua para remoção do contaminante é geralmente curto, não mais que 2 horas ao usar CAP e 10 a 20 minutos no caso do CAG. Geralmente a melhor maneira de avaliar um carvão está usando testes de simulação de laboratório.

• Número de Iodo: o número de iodo dá uma indicação do número de microporos que um carvão ativado possui e é a medida mais citada para aplicações de tratamento de água. O número de iodo é definido em miligramas de iodo adsorvidos por um grama de carvão ativado, com o iodo à concentração de 0,02 N (Sociedade Americana de Testes e Materiais [ASTM] D4607). Apesar do número de iodo ser útil como um parâmetro de controle de qualidade para definir o carvão ativado, seu valor é limitado e precisa sempre de mais parâmetro e principalmente testes práticos de eficiência. Geralmente um número de iodo entre 500 e 1000 seria esperado para um carbono de tratamento de água, com a faixa mais comum sendo em torno de 600
• Número Azul de Metileno: este teste mede a capacidade de um carvão ativado para descorar o azul de metileno e é também uma medida da capacidade de adsorção. Dois tipos diferentes de testes de azul de metileno podem ser usados para identificar o carvão e seu potencial de tratamento.
• Número de fenol: existem três testes de números de fenol, mas tal como acontece com o número de iodo e número de azul de metileno é difícil traduzir o número de fenol no desempenho na prática devido principalmente a variações observadas pelo pH.
• Número de Tanino: o teste do número de taninos (ANSI / AWWA B600-96, 1996) é definida como a concentração de carvão ativado em miligramas por litro necessário para reduzir a concentração padrão de ácido tânico de 20 mg / ℓ para 2 mg / ℓ.
• Número de melaço: é a capacidade do carvão ativado de adsorver o melaço. O melaço é uma grande molécula representativa das moléculas de cor encontradas na água, e um teste padronizado que mede a redução na cor de uma solução padrão de melaço após contato com carvão ativado. Esta é uma medida da quantidade de macro poros que traduz a porcentagem de remoção de cor. Tal como os outros testes descritos acima, não é uma medida muito exata para prever o desempenho da prática.
• Tamanho de partícula ou granulometria: existem diretrizes específicas que definem o CAP e o CAG. Carvão ativado em pó é definido por ASTM como tendo um tamanho de partícula menor que 0,177 mm que é equivalente a uma malha peneira de 80 enquanto o CAG esta disponível em uma variedade de partículas, por exemplo, 8 × 30, 12 × 40, etc.. que se referem aos tamanhos de peneira, de modo que, no caso de um carvão 8 × 30, o as partículas passarão através de uma peneira de malha 8, mas serão retidas em uma peneira de 30 mesh.
• Transporte e Armazenamento: o carvão ativado é geralmente embalado em sacos de 25 kg ou 500 kg, mas como tem uma densidade a granel de cerca de 0,5, um metro cúbico de carvão ativado pesa apenas 500 kg. Não há especial perigos associados ao seu transporte ou armazenamento, embora o CAP seja um pó, representa um risco de explosão se o carbono em pó se tornar aerotransportado.

Todo o pó de carvão é um irritante respiratório, assim, devem ser usadas máscaras de poeira ao manusear carvão ativado. O carvão ativado por natureza adsorve outros produtos químicos e, portanto, é importante armazenar produto na embalagem fechada, em ambiente seco. Também é importante evitar o contato com outros produtos químicos, pois isso também pode levar a incêndios. O estoque e o uso devem ser gerenciados esse estoque é entregue regularmente.

Uso de Carvão Ativado no Tratamento de Água

O carvão ativado é usado para remover contaminantes orgânicos da água, mas também é eficaz na remoção de cloro da água na indústria de bebidas e refrigerantes em geral.

O CAP é usado principalmente para a remoção de dois compostos de sabor e odor gerado pela geosmina e o 2-metilisoborneol (2-MIB) compostos decorrentes da presença de algas cianofíceas a Microcystis e a Anabaena, que periodicamente proliferam durante períodos de verão em represas eutrofizadas.

Ambos CAP e CAG podem ser usados para a adsorção de contaminantes presentes na água, mas o CAG é usado quando é necessário por longos períodos de tempo. O CAG é geralmente mais caro que o CAP. A vantagem do CAG se torna evidente quando o uso é necessário por períodos de tempo maior. O CAP não é regenerado via de regra e, portanto, se torna caro quando usado por longos períodos. Também fornece uma taxa mais baixa de remoção orgânica do que o GAC, cria mais lodo e problemas de eliminação

Usando Carvão Ativado em Pó (CAP)

O carvão ativado em pó é preparado como uma suspensão em água e dosado com bomba dosadora convencional. A concentração da suspensão não é crítica, mas geralmente em torno de 10% m / v. A preparação parece bastante simples, mas é, na prática, um pouco mais complicada. O Carvão ativado em pó contém quantidades significativas de pó de carbono e, portanto, a embalagem precisa ser aberta sob condições controladas para evitar a poeira no ar. Não só o pó transportado pelo ar representa um perigo para a saúde, mas como mencionado anteriormente existe um risco potencial de explosão se a concentração crítica no ar for alcançado e houver uma fonte de ignição.

Como resultado, embora o PAC seja mais adequado para ou uso in situ, é aconselhável investir em um sistema de dosagem automático ou semiautomático. Tais sistemas permitem que a bolsa seja aberta dentro de um gabinete fechado com sistema de extração da poeira e para o carvão ativado seja adicionado diretamente à água com o controle da poeira ambiente. A decisão sobre o ponto e a taxa de adição do CAP é baseada em vários fatores. O CAP precisa ser adicionado antes do estágio final de floculação desde a floculação e sedimentação é necessária para remover o carbono depois de ter feito o seu trabalho.

Algumas plantas têm processos primários e secundários de floculação e sedimentação / flutuação, e. uma flotação por ar dissolvido unidade seguida por uma unidade de sedimentação. Nestas circunstâncias, o ponto ideal de adição é entre as duas etapas. No entanto, CAP pode ser adicionado à água em vários locais embora seja normalmente adicionado ao afluente ou à seção de mixagem rápida.

Carvão ativado em pó também pode ser adicionado ao afluente da bacia de floculação ou ao afluente do filtro. Plantas utilizando doses de até 50 mg / PAC, mas nem todas as plantas conseguem tolerar doses tão elevadas. Dependendo do trem de tratamento, dose de coagulante e outros fatores, a quantidade de CAP que pode ser dosada planta pode ser inferior a metade disto antes que o transporte dos clarificadores ocorra. A taxa de adsorção de orgânicos pelo carvão ativado é relativamente rápida e, portanto, longos tempos de contato geralmente não são necessários.

A seleção da taxa de dose do PAC também é muito importante, mas a medição precisa do concentração de compostos de sabor e odor, ou quaisquer contaminantes orgânicos estão sendo removido, requer técnicas altamente especializadas e muitas vezes não disponíveis. A dose do CAP é geralmente definida empiricamente, com base na dose mínima. Por exemplo, no caso de problemas de sabor e odor, a dose de CAP começam em uma de dose de 20 mg / ℓ, e depois reduzir para um ponto em que a dose de CAP esteja no concentração mais baixa que ainda remove todos os sabores e odores detectáveis ​​da água.

Uso do Carvão Granulado (CAG)

Embora CAP e CAG sejam usados para remoção dos mesmos contaminantes, a maneira como são aplicados é completamente diferente. O carvão ativado granular é usado em leitos de filtro fixo ou numa camada adicional num filtro de areia. No caso do CAG é importante que se verifiquem as condições de retrolavagem porque, como o carvão ativado é um material mais leve que a areia, pode facilmente transbordar de um filtro que não tenha espaço de cabeça suficiente para retê-lo. Seu funcionamento inicia quando a água entra em contato com o carvão ativado; a adsorção do compostos presentes na água começam a ocorrer, entretanto, a porcentagem do total de orgânicos removidos no primeiro contato dependerá de fatores como

• A granulometria (e, portanto, a área superficial) do carvão ativado.
• A quantidade total de orgânicos presentes.
• A distribuição do tamanho dos poros do carbono em relação às moléculas alvo.
• A taxa de fluxo da água.

Os orgânicos não removidos na primeira interface continuarão através do leito de carbono e removido continuamente em uma base de redução percentual. Se o filtro estiver corretamente dimensionado, a concentração de contaminantes da água final estará em uma concentração aceitável. Eventualmente o carvão ativado no início do filtro ficará totalmente carregado apesar da água que passe por ele não mostre qualquer redução. Essa interface de carbono totalmente usado passará pelo filtro até eventualmente, o último carbono a entrar em contato com a água também está totalmente esgotado e a a água passa pelo carbono sem alteração no seu conteúdo orgânico. Este ponto é chamado de ponto de ruptura, e ocorre quando a capacidade do carbono para adsorver os compostos alvo é completamente exausto. Este ponto é importante para determinar o tamanho e a taxa de fluxo características de um filtro de carbono.

Tradicionalmente, essas características são medidas usando isotermas (a isoterma de Freundlich é a mais comum) e as informações obtidas de estes são usados ​​para calcular os critérios de projeto de um filtro. Uma vez esgotado todo o carbono, ele deve ser removido do filtro e levado a um instalação especializada para regeneração (o processo de regeneração é aplicável apenas ao GAC e não PAC, que é removido da planta como parte do lodo em uma base contínua). o processo de regeneração envolve encher um forno com o carbono e aquecê-lo a temperaturas ao redor 600-800°C.

Existem vários modelos diferentes para fornos, mas o objetivo de todos eles é vaporizar os poluentes que foram adsorvidos no carbono, limitando ao mesmo tempo a quantidade de dano mecânico ao carbono. O carbono pode ser regenerado várias vezes dessa forma antes de ser descartado, e cada Quando é regenerado, parte do carbono é perdido e precisa ser substituído por carbono fresco.

Portanto, há sempre uma porcentagem de novo carbono na maior parte do material regenerado. A regeneração é um procedimento caro, especialmente se a instalação de regeneração for remota o ponto de uso. Como resultado, o custo de regeneração deve sempre ser levado em consideração ao comparar o uso de pó e carbonos granulados.