Озонирование воды и фильтры с биологически усиленным GAC.

Гранулированный активированный уголь (GAC) широко применяют для удаления органических соединений из питьевой воды. Механизмы удаления органических соединений включают как  физическую адсорбцию, так и биодеградацию с помощью сформированных активных биопленок.  Гетеротрофные бактерии, «пережившие» озонирование, накапливаются в фильтрах с GAC и  обеспечивают «чистое» удаление органических соединений за счет биологической активности, не задействуя механизм физической адсорбции. Предварительное озонирование, не обладая остаточным бактерицидным действием, значительно усиливает биологическую активность активированного угля, увеличивая  концентрацию биоразлагаемых и легко ассимилируемых органических веществ в обработанной воде.

Биологическая активность гетеротрофных бактерий обеспечивает удаление значительной доли органических веществ и отдельных неорганических веществ (например, способствующего биообрастанию аммиака), в том числе после исчерпания способности угля к физической адсорбции.

Новый GАC удаляет органические вещества за счет физической адсорбции до тех пор, пока бактерии находятся в фазе акклиматизации. В этот период органический углерод поглощается от 40 до 90% . При этом от 10…20% органического углерода не способны к адсорбции. В течении следующего периода работы GAC бактерии акклиматизированы и процесс физической сорбции сосуществует параллельно с процессом биологического разложения органических веществ. При этом удаление органических веществ механизмом адсорбции постепенно уменьшается из-за насыщения участков сорбции и работа активированного угля смещается в следующую фазу – фазу установившегося равновесия. С течением времени большая часть адсорбционной способности активированного угля исчерпывается и биологическое окисление органических веществ становится преобладающим процессом, способным удалить от 15 до 40% растворенного органического углерода. Если такая эффективность удаления органических веществ удовлетворяет целям водоподготовки реальный срок службы GAC может быть существенно увеличен.

Предварительное озонирование воды предоставляет ряд преимуществ в водоподготовке – дезинфекцию без образования побочных продуктов, присущих хлорированию, микрофлокуляцию, устранение цветности, окисление железа и марганца, улучшение вкуса и запаха, повышение биологической активности сорбционных фильтров. Однако озон разрушает макромолекулы сложных органических веществ, превращая их в простые и легко разлагаемые микроорганизмами вещества. Эти вещества способны привести к росту биологического загрязнения в системе распределения. Удаление этих биоразлагаемых органических веществ с помощью биологически усиленного активированного угля обеспечивается в диапазоне от 50 до 100% с восстановлением контроля над вторичным биозагрязнением системы распределения воды. Кроме удаления биоразлагаемых органически веществ фильтр с активированным углем удаляет побочные продукты озонирования (например, альдегиды), бензол, толуол, пестициды (в частности, атразин), фенолы. Также биологическая активность способна повысить физическую сорбционную способность GAC в отношении к   медленно разлагаемым органическим веществам за счет устранения конкуренции за участки сорбции со стороны быстро разлагаемых веществ. Этот эффект получил название «эффекта  биорегенерации».

Что важно для эффективной работы биологически усиленного гранулированного активированного угля?.

Время контакта воды со слоем 5 — 10 минут.

Быстро формируемая и фиксируемая над слоем биологическая масса приводит к более быстрому нарастанию гидравлического сопротивления и требуют высокой частоты обратных промывок, в том числе для предотвращения проникновения биомассы в загрузку и для поддержания низкого трофического уровня в обработанной воде. Удаления биоразлагаемых органических веществ непосредственно после обратной промывки существенно снижается, однако, период акклиматизации в активированном угле для бактерий очень короткий и «перекрывается» механизмом физической адсорбции.

При рассмотрении процесса биологической фильтрации учитывают риск попадания бактериальной биомассы в обработанную воду. Бактерии, поступающие в поток ниже биологически усиленного фильтра фильтров ВАС, легко инактивируются фоновой пост-дезинфекцией или  ультрафиолетовым излучением.

Срок службы фильтра с биологически усиленным гранулированным активированным углем.

Вопрос замены гранулированного активированного угля в фильтре требует оценки остаточной адсорбционной способности. Если GAC применяется для удаления органических веществ и  продуктов окисления ориентировочный срок службы — 1 год.  Если GAC применяется для контроля вкуса и запаха воды – срок службы может составлять 2-5 лет. Если вода при этом содержит синтетические микрозагрязнители, такие как пестициды – срок службы  до 2 лет. Более точные сроки замены может указать только мониторинг проскоковых концентраций целевого загрязняющего вещества. Для работы фильтра с GAC на второй стадии с  качественной исходной водой без содержания железа и задачей снижения небольшого содержания природных органических веществ биологическая активность GAC может быть самодостаточным механизмом с минимальным вовлечением физической сорбции и  сроком службы загрузки 2-5 лет.

Что нужно учитывать в выборе GAC?

Общую адсорбционную способность GAC, выраженную йодным числом.

В момент первого пуска, после противоточной промывки до восстановления биологической активности, при изменении концентрации биоразлагаемых примесей, при удалении неподверженных биоразложению синтетических органических веществ (пестицидов) основным механизмом будет физическая адсорбционная способность GAC.

Физические свойства, выраженные насыпной плотностью, твердостью, зольностью, стойкостью к истиранию.

Насыпная плотность определяет требования к обратной промывки и вес угля в пересчете на единицу объема. GAC с большей насыпной плотностью требует большей скорости обратной промывки и обеспечивает более длительное время работы фильтра при аналогичной адсорбционной способности. GAC с большей твердостью и стойкостью к истиранию характеризуется меньшими потерями углерода во время работы и обратной промывки. Зольность и зольные минеральные компоненты определяют качество GAC и способность к вымыванию из угля растворимых минеральных солей.