In Membranwasseraufbereitungssystemen (wie Ultrafiltration (UF), Nanofiltration (NF) und Umkehrosmose (RO) ist Aktivkohle normalerweise nicht die zentrale Entsalzungs- oder Sterilisationskomponente, spielt jedoch eine unersetzliche Rolle als entscheidender „Vorfilter“ und „Schutz“). Ihre Anwendungen spiegeln sich hauptsächlich in den folgenden Aspekten wider:
1. Gründliche Entfernung von Restchlor
Umkehrosmose- und Nanofiltrations-Polyamidmembranen sind äußerst empfindlich gegenüber Oxidationsmitteln. Selbst bei einer Restchlorkonzentration von nur 0,1 ppm (mg/L) im Speisewasser kann ein längerer Kontakt zum Zerfall der Polymerketten der Membran führen, was typischerweise innerhalb von Stunden bis Tagen zu einem dauerhaften Rückgang der Entsalzungsrate des Membranelements führt. Aktivkohlefilter können die Restchlorkonzentration auf ein sicheres Niveau senken<0.01 ppm through efficient surface reduction reactions, completely eliminating its oxidative threat to the membrane.
Theoretisch kann 1 Gramm hochwertige-Aktivkohle etwa 1 Gramm verfügbares Chlor entfernen. In der praktischen Technik muss eine ausreichende Leerbettkontaktzeit (EBCT) basierend auf der Restchlorkonzentration und der Durchflussrate des Speisewassers ausgelegt werden.
2. Hocheffiziente Adsorption organischer Stoffe, wodurch Membranverschmutzung reduziert wird
Aktivkohle besitzt eine große spezifische Oberfläche, typischerweise zwischen 700 und 1500 m²/g. Dies ermöglicht die effiziente Adsorption natürlicher organischer Stoffe (NOM) im Wasser, wodurch der UV254-Wert (gekennzeichnet durch organische Stoffe mit konjugierten Doppelbindungen und Benzolringen) des Speisewassers um 60–90 % reduziert und der gesamte organische Kohlenstoff (TOC) um 20–50 % entfernt wird. Dadurch werden die kolloidalen und organischen Belastungen, die zur Membranverschmutzung beitragen, direkt reduziert.
Verbesserter Fouling-Index: Durch die effektive Entfernung organischer Stoffe reduziert die Vorbehandlung mit Aktivkohle den nachfolgenden SDI-Wert (Soil Density Index) erheblich und stellt qualifiziertes Speisewasser für Umkehrosmosemembranen bereit (SDI15 < 5, idealer Wert < 3).
3. Die Wirkung von biologisch aktivierter Kohle (BAC)
Under suitable temperature (>15 Grad) und Nährstoffbedingungen können biologisch aktivierte Kohlefilter eine Entfernungsrate von Ammoniakstickstoff (NH3-N) von über 80 % und eine Entfernungsrate von biologisch abbaubarem gelöstem organischem Kohlenstoff (BDOC) von 50 % bis 70 % erreichen, deutlich höher als die 20 % bis 40 %, die durch einfache physikalische Adsorption erreicht werden.
Vorsichtsmaßnahmen und Betriebspunkte:
1. Auswahl und Parameter der Aktivkohlearten:
Kokosnussschalen-Aktivkohle: Verfügt über extrem gut-entwickelte Mikroporen (Porengröße).<2nm), with iodine adsorption values typically >1000 mg/g. Es weist eine schnelle Adsorptionsgeschwindigkeit und eine hohe Kapazität für Restchlor und kleinmolekulare organische Stoffe auf.
Kohle-Aktivkohle: Besitzt sowohl Mikroporen als auch Mesoporen (Porengröße 2–50 nm). Die Adsorptionswerte für Methylenblau können 150–250 mg/g erreichen, was eine bessere Entfernungswirkung für größere organische Moleküle (wie Huminsäure) und Farbe im Wasser bietet.
Beim Kauf sollte neben Jodwert und Methylenblauwert auch auf Festigkeit größer oder gleich 95 % (um Bruch und Pulverisierung im Betrieb zu reduzieren) und Feuchtigkeitsgehalt kleiner oder gleich 8 % geachtet werden.
2. Verhindern des Austretens von Aktivkohlepulver:
Neue Aktivkohlespülung: Neu geladene Aktivkohle muss sowohl einer Vorwärts- als auch einer Rückwärtsspülung unterzogen werden. Die Spülzeit dauert normalerweise 1–2 Stunden oder länger, bis die Trübung des Abwassers verschwindet<1.0 NTU.
Sicherheitsfilter: Anschließend muss ein 5μm-Präzisionssicherheitsfilter installiert werden, der eine normale Druckdifferenzanstiegsrate gewährleistet. Wenn das Filterelement zu schnell schwarz wird, deutet dies auf einen starken Austritt von Aktivkohlepulver hin.
3. Mikrobielles Wachstum und Kontrolle:
Bei unkontrollierten Aktivkohlefiltern kann die Bakterienzahl im Abwasser ein bis zwei Größenordnungen (10 bis 100 Mal) höher sein als im Zufluss.
Regelmäßige Desinfektion: Es wird empfohlen, alle 1{3}}3 Monate mindestens 30 Minuten lang mit heißem Wasser von mindestens 80 Grad zu spülen oder ein nicht oxidierendes Bakterizid (z. B. DBNPA) zur Schockdosierung zu verwenden.
Designoptimierung: Um eine langfristige Mikrobenretention zu vermeiden, sollte das Systemdesign sicherstellen, dass der Aktivkohlefilter täglich mindestens 10 % regelmäßigen Rückspül- oder Vorwärtsspülvorgängen unterzogen wird.
4. Adsorptionssättigungs- und Austauschzyklus
Wichtiger Überwachungsindikator: Der Restchlorgehalt im Aktivkohleabfluss muss kontinuierlich oder mindestens täglich überwacht werden, um sicherzustellen, dass er bei 0 mg/L bleibt. Wenn Chlor festgestellt wird, ist eine sofortige Untersuchung oder ein Austausch erforderlich.
Schätzung des Austauschzyklus: Der Austauschzyklus (T) kann vorläufig mithilfe der folgenden Formel geschätzt werden: T (Stunden)=[Aktivkohlebeladungsmenge (kg) × Adsorptionskapazität der Einheit (mg Cl₂/g Kohlenstoff)] / [Zuflussrate (m³/h) × Restchlorkonzentration (mg/l)]
Dabei kann die Adsorptionskapazität der Einheit mit 10–15 mg Cl₂/g Kohlenstoff angenommen werden (konservativer Auslegungswert).
Beispiel: Ein Filter mit 500 kg Aktivkohle, der Zulauf mit einer Restchlorkonzentration von 1,5 mg/L und einer Durchflussrate von 50 m³/h behandelt, hat eine theoretische Chlorretentionszeit von ungefähr (500 × 1000 × 10) / (50 × 1,5) ≈ 666 Stunden (ungefähr 28 Tage). Dies ist nur die Chlorretentionszeit; Unter Berücksichtigung der Adsorption organischer Stoffe wird der tatsächliche Austauschzyklus normalerweise auf 6 bis 24 Monate festgelegt und sollte auf tatsächlichen Überwachungsdaten basieren.
5. Hydraulische Steuerung und Betriebsparameter
Die Leerbettkontaktzeit (EBCT) ist ein wichtiger Designparameter. Für die Entfernung von restlichem Chlor und organischen Stoffen ist die EBCT in der Regel auf 10–15 Minuten ausgelegt.
Rückspüldurchflussrate: 12–15 m³/(m²·h) (dh 12–15 m/h), Dauer 10–15 Minuten.
Luftreinigungsintensität: Wenn eine kombinierte Luft-{0}}Wasserrückspülung verwendet wird, beträgt die Luftintensität etwa 50–60 m³/(m²·h).
Die Rückspülung erfolgt typischerweise alle 24–48 Stunden oder wenn die Eingangsdruckdifferenz um 0,5–1,0 bar ansteigt.