Wpływ eksploatacji złoża sorpcyjnego na zmianę struktury porowatej węgla aktywnego

Szmechtig-Gauden, E.; Buczkowski, R.; Terzyk, A. P.; Gauden, P. A.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Wpływ eksploatacji złoża sorpcyjnego na zmianę struktury porowatej węgla aktywnego

Autorzy

Szmechtig-Gauden E. , Buczkowski R. , Terzyk A. P. , Gauden P. A.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Influence of the adsorption process on the porous structure of activated carbon

Języki publikacji

Abstrakty

Omówiono wyniki rocznych badań procesu sorpcji na węglu aktywnym Carbon F300 (Chemviron), przeprowadzonych w stacji uzdatniania wody w Toruniu, ze szczególnym uwzględnieniem badań struktury porowatej węgla. Pilotowy układ oczyszczania wody (powierzchniowa z Drwęcy i infiltracyjna z ujęcia "Jedwabno") składał się z ozonowania wstępnego, koagulacji, filtracji pospiesznej (antracyt-piasek), ozonowania wtórnego oraz sorpcji na węglu aktywnym. Badania struktury porowatej węgla aktywnego podczas rocznej eksploatacji filtru sorpcyjnego wykazały, że największe zmiany porowatości węgla wystąpiły w początkowym okresie pracy złoża, po czym pojemność sorpcyjna węgla nie ulegała już istotnym zmianom. W oparciu o wyniki badań porozymetrycznych węgla aktywnego oraz efektywność usuwania związków organicznych z wody zaproponowano mechanizm opisujący zjawiska przebiegające podczas sorpcji zanieczyszczeń na węglu aktywnym.

The object under study was the Water Treatment Plant of Lubicz (in the locality of Toruń), receiving riverine water from the Drweca and infiltration water from the Jedwabno intake. The investigations (carried out on a pilot scale) covered the time span of 15 October 1999 to 30 October 2000 and involved the following treatment train: preozonation, coagulation, rapid filtration (anthracite-sand bed), ozonation, and sorption on an activated carbon bed (Carbon F300 made by Chemviron). Low-temperature nitrogen adsorption, thermogravimetry in helium, apparent and true density measurements, and mercury porosimetry were carried out with virgin and matured activated carbon samples. The activated carbon was also investigated for the variations in some physicochemical parameters (pore size distribution, sorption capacity), as well as for the efficiency of removing TOC and bacterial counts. The most noticeable changes in the porosity of the carbon were observed at the initial stage of bed operation. On the basis of experimental data, the mechanism governing the adsorption of dissolved organic matter was proposed.

Słowa kluczowe

adsorpcja naturalna materia organiczna węgiel aktywny struktura porowata

adsorption natural organic matter activated carbons porous structure

Wydawca

Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski

Czasopismo

Ochrona Środowiska

Rocznik

2003

Tom

R. 25, nr 2

Strony

9--20

Opis fizyczny

Bibliogr. 60 poz.

Twórcy

autor

Szmechtig-Gauden E.

gaudi@cc.uni.torun.pl

Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Wydział Chemii, ul. J. Gagarina 7, 87-100 Toruń

autor

Buczkowski R.

Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Wydział Chemii, ul. J. Gagarina 7, 87-100 Toruń

autor

Terzyk A. P.

Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Wydział Chemii, ul. J. Gagarina 7, 87-100 Toruń

autor

Gauden P. A.

Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Wydział Chemii, ul. J. Gagarina 7, 87-100 Toruń

Bibliografia

1. J. Q. ADAMS, R. M. CLARK: Controlling organics with GAC: A cost performance analysis. Journal AWWA, 1989, Vol. 81, p. 35.
2. J. GANCARZ, K. WILMAŃSKI: Skuteczność oczyszczania wody na węglach aktywnych z ZPW „Dziećkowice” przed i po regeneracji. Mat. konf. „Węgiel aktywny w ochronie środowiska", Częstochowa 1998, s. 114.
3. K. WOJCIECHOWSKA: Nowoczesne układy technologiczne do produkcji wysokojakościowej wody pitnej. Mat. konf. „Uzdatnianie, odnowa i ochrona wód”, Częstochowa 2000, s. 84.
4. R. A. HUTCHINS: Activated carboneconomic factors in granular carbon ihermal regeneration. Chem. Eng. Prog., 1973, Vol. 69, p. 48.
5. T. E. T. GILLOGLY, V. L. SNOEYINK, J. C. VOGEL, C. M. WILSON, E. P. ROYAL: Delermining GAC bed lifc. Journal AWWA, 1999, Vol. 91, p. 98.
6. R. R. TRUSSELL, M. M. CHANG, J. S. LANG, W. E. HODGES: Estimating the porosity of a full-scale anthracite filier bed. Journal AWWA, 1999, Vol. 91, p. 54.
7. B. C. MOORE, F. S. CANNON, J. A. WESTRICK, D. H. METZ, C. A. SHRIVE. J. DcMARCO, D. J. HARTMAN: Changes in GAC porc structure during full-scale water treatment at Cincinnati: a comparison between virgin and thermally reactivated GAC. Carbon, 2001, Vol. 39, p. 789.
8. J. NAWROCKI, S. BIŁOZOR: Uzdatnianie wody. Procesy chemiczne i biologiczne. PWN, Warszawa-Poznań 2000.
9. G. NEWCOMBĘ, M. DRIKAS, R. HAYES: Influence of charac- terized natural organie materiał on activated carbon adsorption: II. Effectofporc volume distribution and adsorption of2-methylisoborncol. Wat. Res., 1997, Vol. 31, p. 1065.
10. G. NEWCOMBE, C. DONATI, M. DRIKAS, R. HAYES: Ad¬sorption onto activated carbon: electrostalic and non-clcctrostatic inleractions. Wat. Sup., 1996, Vol. 14, p. 129.
11. N. E. KRUPA, F. S. CANNON: GAC: pore structure versus dyc adsorption. Journal AWWA, 1996, Vol. 88, p. 65.
12. K. EBIE, F. LI, T. HAGISHITA: Effect of pore size distribution of activatcd carbon on the adsorption of humic substances and tracę organie compounds. Wat. Sup., 1995, Vol. 13, p. 65.
13. E. UTRERA-HIDALGO, C. MOERENO-CASTILLA, J. RIVERA-UTRILLA, M. A. FERRO-GARCIA, F. CORRASCO-MARTIN: Activated carbon columns as adsorbents of gallic acid from aąueous Solutions: effect of the presence of different electrolytcs. Carbon, 1992, Vol. 30, p. 107.
14. R. WASIAK, W. WĘGRZYN, W. STANIASZEK: Wyniki badań pilotowych procesu PICABIOL® w stacji uzdatniania wody w Płocku. Ochrona Środowiska, 1993, nr 3, ss. 49-56.
15. C. PELEKANI, V. L. SNOEYINK: Competitive adsorption in natural water: role of activated carbon pore size. Wat. Res., 1999, Vol. 33, p. 1209.
16. T. KAMEYA, T. HADA, K. URANO: Changes of adsorption capacity and pore volume distribution of biological activated carbon on advanced water treatment. Wat. Sci. Technol., 1997, Vol. 35, p. 155.
17. A. SAKODA, K. KAWZOE, M. SUZUKI: Adsorption of tri- and tetrachloroethylene from aąueous Solutions on activatcd carbon fibers. Wat. Res., 1987, Vol. 21, p. 717.
18. K. OGINO, Y. KANEKO, T. MINOURA, W. AGUI, M. ABE: Removal of humic substance dissolved in water. J. Coli. Interface. Sci., 1988, Vol. 121, p. 161.
19. S. G. J. HEIJMAN, R. HOPMAN: Activated carbon filtration in drinking water production: model prediction and ncw concepts. Coli. Surf., 1999, Vol. 151, p. 303.
20. M. C. CARTER, W. J. WEBER, K. P. OLMSTEAD: Effects of background dissolvcd organie matter on TCE adsorption by GAC. Journal AWWA, 1992, Vol. 14, p. 81.
21. Z. XIAOJIAN, W. ZHANGSHENG, G. XIANSHENG: Simple combination of biodegradation and carbon adsorption - the mechanism of the biological activated carbon proccss. Wat. Res., 1991, Vol. 25, p. 165.
22. M. SUZUKI: Role of adsorption in water environment processes. Wat. Sci. Tcchnol., 1997, Vol. 35, p. 1.
23. C. DONATI, M. DRIKAS, R. HAYES, G. NEWCOMBE: Microcystin - LR adsorption by powdered activated carbon. Wat. Res., 1994, Vol. 28, p. 1735.
24. P. A. WEBB, C. ORR: Analytical methods in fine particie technology. Micrometrics Instrument Corp., Nocross, New York 1997
25. B. W. DUSSERT, W. G. TRAMPOSCH: Impact of support media on the biological treatment of ozonated drinki ng water. Ozone Sci. Eng., 1997, Vol. 19, p. 97.
26. A. L. KOWAL, M. ŚWIDERSKA-BRÓŻ: Oczyszczanie wody. PWN, Warszawa-Wroclaw 1998.
27. E. SZMECHTIG-GAUDEN, R. BUCZKOWSKI, B. DEJE- WSKA: Effect of water disinfcction by mcans of chlorine dioxidc on healthy properties of water. Pol. J. Appl. Chem. 2000, Vol. 1-2, p. 41.
28. E. SZMECHTIG-GAUDEN: Badania nad poprawą właściwości organoleptycznych i zdrowotnych wody pitnej dla regionu toruń¬skiego. Rozprawa doktorska, UMK, Toruń 2002 (praca nie publi¬kowana).
29. B. BOBRAŃSKI: Analiza ilościowa związków organicznych. PWN, Warszawa 1979.
30. J. K. GARBACZ, G. RYCHLICKI: Wybrane zagadnienia teorii i metod pomiarowych adsorpcji gazów. Wyd. UMK, Toruń 1984.
31. G. RYCHLICKI: Rola chemizmu powierzchni węgla w procesach adsorpcji i katalizy. Rozprawa habilitacyjna, UMK, Toruń 1985.
32. A. LATOSZEK, A. BENEDEK: Somc aspects of the microbiology of activated carbon columns treating domestic wastewater. Environ. Sci. Tech., 1979, Vol. 13, p. 1285.
33. B. MODRZEJEWSKI: Pomiary pH. WNT, Warszawa 1971.
34. P. A. GAUDEN, A. P. TERZYK: Zarys teorii adsorpcji par gazów w mikroporach materiałów węglowych. WIChiR, Warszawa 2002.
35. J. ROUEQUEROL, D. AVNIR, C. W. FAIRBRIDGE, D. H. EVERETT, J. H. HAYNES, N. PERNICONE, J. D. F. RAMSAY, K. S. SING, K. K. UNGER: Recommenda- tions for the charactcrization of porous solids. Pure Appl. Chem., 1994, Vol. 66, p. 1739.
36. I. MARTIN-GULLON, R. FONT: Dynamie pesticide removal wilh activated carbon fibers. Wat. Res., 2001, Vol. 35, p. 516.
37. G. SAN MIGUEL, S. D. LAMBERT, N. J. D. GRAHAM: The regeneration of field-spent granular-activatcd carbon. Wat. Rcs„ 2001, Vol. 35, p. 2740.
38. Y. CH. CHIANG, P. CH. CHIANG, E. E. CHANG: Comprehen- sive approach to determining the physical properties of granular activated carbons. Chcmosphere, 1998, Vol. 37, p. 237.
39. G. RYCHLICKI, A. P. TERZYK, W. MAJCHRZYCKI: The effect of commercial carbon de-ashing on its thermal stability and porosiły. J. Chem. Tech. Biotcch., 1999, Vol. 74, p. 329.
40. A. BRAUN, M. BRÓTSCH, B. SCHNYDER, R. KOTZ, O. HA¬AS, G. H. HANDBOLD, G. GEORIK: X-ray scattering and adsorption studies of thermally oxidized glassy carbon. J. Non- Cryst. Solids, 1999, Vol. 260, p. 1.
41. A. P. TERZYK, P. A. GAUDEN, J. ZAWADZKI, G. RYCHLI¬CKI, M. WIŚNIEWSKI, P. KOWALCZYK: Towards the characterisation of microporosity of carhonaceous films, J. Coli. Interf. Sci., 2001, Vol. 243, p. 183.
42. M. JARONIEC, R. MADEY: Physical adsorption on heterogencous solids. Amsterdam, Elsevicr 1988.
43. W. RUDZIŃSKI, D. H. EVERETT: Adsorption of gases on hetc- rogeneous surfaces. New York, Academic Press 1992.
44. S. BLACHER, B. SAHOULI, B. HEINRICHS, P. LODEWYCKX, J. P. PIRARD: Micropore size distributions of activated carbons. Langmuir, 2000, Vol. 16, p. 6754.
45. D. L. VALLADARES, F. RODRIGUEZ-REINOSO, G. ZGRAB- LICH: Characterization of active carbons: The influence of the method in the determination of the pore size distribution. Carbon, 1998, Vol. 36, p. 1491.
46. P. KOWALCZYK, A. P. TERZYK, P. A. GAUDEN, R. LEBO- DA, E. SZMECHTIG-GAUDEN, G. RYCHLICKI, Z. RYU, H.RONG: Estimation of the pore size distribution function from nitrogen adsorption isotherm. The comparison of density functio- nal theory (DFT) and the method of Do and coworkers. Carhon, 2003, Vol.41,p. 1113..
47. P. A. GAUDEN: Teoretyczny opis heterogeniczności strukturalnej i energetycznej materiałów węglowych. Rozprawa doktorska, UMK, Toruń 2001 (praca nie publikowana).
48. S. J. GREGG, K. S. W. SING: Adsorption, surface arca and porosity. Academic Press, London 1982.
49. K. KANEKO: Determination of pore size and pore size distribution I. Adsorbents and catalysts. J. Membr. Sci., 1994, Vol. 96, p. 59.
50. K. S. SING, D. H. EVERETT, R. A. W. HAUL, L. MOSCOU, R. A. PIEROTTI, J. ROUQUEROL, T. SIEMIENIEWSKA: Reporting physisorplion data for gas solid systems with special rcference to the determination of surface area and porosity. Pure Appl. Chem., 1985, Vol. 57, p. 603.
51. Z. RYU, J. ZHENG, M. WANG, B. ZHANG: Characterization of pore size distribution on carbonaceous adsorbents by DFT. Carb¬on, 1999, Vol. 37, p. 1257.
52. H. JANKOWSKA, A. ŚWIĄTKOWSKI, L. ROSTIN, M. ŁAWRIENKO, J. OMIECYNSKA: Adsorpcja jonów na węglu aktywnym. PWN, Warszawa 1991.
53. M. JARONIEC, R. K. GILPIN, J. RAMLER, J. CHOMA: Charcterizalion of microporous carbons by using TGA curves measured under controllcd conditions. Thermoch. Acta, 1996, Vol. 272, p. 65.
54. D. PAN, M. JARONIEC, J. KLINIK: Thermogravimetric evalu- ation of the spccific area and total porosity of microporous carbons. Carbon, 1996, Vol. 34, p. 1109.
55. Z. LI, M. JARONIEC, J. CHOMA: Thermogravimetric and adsorption studies of oxidized active carbons by using different probe molecules. Thermoch. Acta, 2000, Vol. 435, p. 165.
56. A. P. TERZYK: Influence of activated carbon surface Chemical composition on the adsorption of acetaminophen (paracetamol) in vitro, Part II. TG, FTIR and XPS analysis of carbon and the temperaturę dependence of adsorption kinctics at the ncutral pH. Coli. Surf., 2001, Vol. 177, p. 23.
57. J. SIEDLEWSKI, W. ŚMIGIEL: Charakterystyka i metody oznaczeń grup funkcyjnych występujących na powierzchni węgli aktywowanych. Wiad. Chem., 1975, Vol. 29, s. 241.
58. J. CHOMA, M. JARONIEC, W. BURAKIEWICZ-MORTKA: Badania spektroskopowe (IR) i termograwimetryczne utlenionych adsoibentów węgluwych. Ochrona Środowiska, 2000, nr I, ss. 3-6.
59. M. ŁEBKOWSKA, J. WĄSOWSKI, U. WOJSA-ŁUGOWSKA: Zastosowanie analizy mikrobiologicznej do oceny biologicznej aktywności węgli aktywnych. Ochrona Środowiska, 1997, nr 3, ss. 43-46.
60. A. BENEDEK: Simultaneous biodegradation and activatcd carbon adsorption - a mcchanic look. In: Activatcd carbon adsorption of organics from the aqucous phase (M.J. MC GUIRE [Ed.]). Vol. 2, Ann Arbor Science, New York 1983.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BPOB-0003-0009