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Aktivkohle als Filtermaterial

Aktivkohlefilter haben einen ähnlichen Aufbau wie Sandfilter.

Das Hauptanwendungsgebiet von Aktivkohlefilter ist die Entfernung von unpolaren Wasserinhaltsstoffen, wie Mineralöl und organische Verbindungen (d.h. BTX, PAK und Chlorphenole). Die Aktivkohle muß in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden und kann in einigen Fällen regeneriert werden.

Anwendungsbeispiele:

  • Reinigung von verschmutztem Grundwasser

  • Entchlorung von Prozesswasser

  • Feinfiltration von Schwimmbädern

  • Feinreinigung von Abwasser

Aktivkohlefilter sind temperaturabhängig und die Leistung ist abhängig von den zu adsorbierenden Inhaltsstoffen.

Bei Prozesswasser in der Lebensmittelindustrie wird die Aktivkohlefiltration normalerweise in Verbindung mit UV-Desinfektion angewendet.

Adsorption mittels Aktivkohle

Prozessbeschreibung:

Wasser wird in eine Säule gepumpt, die mit Aktivkohle gefüllt ist. Dieses Waser verlässt die Säule über ein Entwässerungssystem. Die Funktionalität einer Aktivkohlesäule hängt von der Temperatur und den Substanz-
eigenschaften ab. Wasser durchläuft die Säule gleichmäßig, was zu einer Anlagerung von Substanzen auf dem
Filter führt. Deshalb muss der Filter regelmäßig ausgetauscht und regeneriert werden. Ein benutzter Filter kann
auf verschiedene Weise regeneriert werden.
Granulierter Kohlenstoff kann leicht durch Oxidation des organischen Materials regeneriert werden. ( Nach Regenerierung
nimmt die Leistungsfähigkeit der Aktivkohle um 5-10% ab ). Ein geringer Anteil der Aktivkohle geht bei dem Prozess ebenfalls verloren und muss ersetzt werden. Wenn Sie mit verschiedenen, in Reihe geschalteten Säulen arbeiten, können Sie sicher sein, dass Sie nie eine vollständige Beladung bzw. Ausschöpfung Ihrer Reinigungsanlage haben werden. Hinter die Aktivkohle- Säule schalten wir normalerweise zusätzlich eine UV- Desinfektionseinheit.

Beschreibung der Adsorption:

Moleküle von Gasen oder Flüssigkeiten werden aufgrund physikalischer Kräfte an eine Oberfläche gebunden, in diesem Fall ist es die Oberfläche von Aktivkohle. Der Adsorptionsprozess findet in 3 Stufen statt:

  • Makro- Transport: Die Bewegung von organischen Material durch das Makroporensystem der Aktivkohle
    (Makropore >50 nm)

  • Mikro- Transport: Die Bewegung von organischen Material durch das Meso- und Mikroporensystem der Aktivkohle (Mikropore < 2nm; Mesopore 2-50 nm)

  • Sorption: Die physikalische Bindung von organischen Material auf der Oberfläche von Aktivkohle in den Meso- und Mikroporen der Aktivkohle

Die Leistungsfähigkeit der Adsorption basiert auf der Konzentration der Substanzen im Wasser, der Polarität sowie der Temperatur der Substanzen. Eine polare Substanz (= ein Stoff, der gut wasserlöslich ist) kann nicht oder nur sehr schlecht von Aktivkohle adsorbiert werden. Eine unpolare Substanz kann vollständig von Aktivkohle absorbiert werden. Jede Art von Kohlenstoff hat eine eigene Adsorptionsisotherme (Abbildung 1). In der Wasserbehandlung ist diese Isotherme definiert durch die "Freundlich-Funktion".

Die "Freundlich-Funktion" :
x/m = adsorbierte Substanzmenge pro Gramm Aktivkohle
Ce = Konzentrationsdifferenz (vor und nach Adsorption)
Kf = Freundlich-Verteilungskoeffizient
n = Freundlich-Exponent

Die 2. Grafik der Aktivkohle (Abbildung 2) zeigt die Beladung des Filters.

Was ist der Unterschied zwischen Adsorption und Absorption?

Wenn eine Substanz auf einer Oberfläche anhaftet, handelt es sich um eine Adsorption. In diesem Fall wird die Substanz an der innenliegenden Aktivkohle-Oberfläche gebunden. Wenn eine Substanz in einen Stoff/Medium eindringt und nicht nur an der Oberfläche verbleibt, dann spricht man von Absorbtion. Wenn z.B. ein Gas in Lösung geht, wird es absorbiert.

Abbildung 1 zeigt eine spezifische Adsorptionsisotherme für Aktivkohle. Auf der horizontalen Achse befindet sich die Konzentration und auf der vertikalen Achse die benötigte Menge an Aktivkohle. Mit Hilfe der Isothermen können Sie Ihre Säule optimieren.

Quelle Abbildung 1: http://www.aapspharmscitech.org/scientificjournals/
pharmscitech/volume2issue1/056/manuscript.htm

Abbildung 2 zeigt die Belastung des Filters während des Gebrauchs. Am Punkt C3 beginnt der Filterdurchbruch und nahe C4 wird nichts mehr adsorbiert, die Säule reinigt nicht mehr. Zwischen Punkt C3 und C4 müssen Sie die Aktivkohle-Säule regenerieren.


Quelle Abbildung 2: http://www.activated-carbon.com

Faktoren, welche die Aktivität von Aktivkohle im Wasser beeinflussen:

  • Die Art von Verbindung, welche entfernt werden soll: Verbindungen mit hohen Molekulargewicht und geringer Löslichkeit werden besser adsorbiert.
  • Die Konzentration der Verbindung, welche entfernt werden soll: Je höher die Konzentration, desto größer ist die Aufnahme durch die Aktivkohle.
  • Das Vorhandensein anderer organischer Komponenten, welche um die verfügbaren Adsorptionsstellen der Aktivkohle konkurrieren.
  • Der pH- Wert des zu reinigenden Wassers. Zum Beispiel, ätzende Verbindungen werden besser bei niedrigem pH- Wert entfernt.

In Bezug darauf können wir einige Chemikalien nach ihrer Wahrscheinlichkeit einteilen, im Wasser durch Aktivkohle effektiv adsorbiert zu werden.

1.- Chemikalien mit sehr hoher Adsorbtionswahrscheinlichkeit :

2,4-D

Deisopropyltatrazin

Linuron

Alachlor

Desethylatrazin

Malathion

Aldrin

Demeton-O

MCPA

Anthracen

Di-n-butylphthalat

Mecoprop

Atrazin

1,2-Dichlorobenzen

Metazachlor

Azinphos-ethyl

1,3-Dichlorobenzen

2-Methyl benzenamin

Bentazon

1,4-Dichlorobenzen

Methyl - naphthalen

Biphenyl

2,4-Dichlorocresol

2-Methylbutan

2,2-Bipyridin

2,5-Dichlorophenol

Monuron

Bis(2-Ethylhexyl)Phthalat

3,6-Dichlorophenol

Napthalen

Bromacil

2,4-Dichlorophenoxy

Nitrobenzen

Bromdichloromethan

Dieldrin

m-Nitrophenol

p-Bromphenol

Diethylphthalat

o-Nitrophenol

Butylbenzen

2,4-Dinitrokresol

p-Nitrophenol

Kalzium Hypochloryt

2,4-Dinitrotoluen

Ozon

Carbofuran

2,6-Dinitrotoluen

Parathion

Chlor

Diuron

Pentachlorophenol

Chlordioxid

Endosulfan

Propazin

Chlorobenzen

Endrin

Simazin

4-Chloro-2-nitrotoluen

Ethylbenzen

Terbutryn

2-Chlorophenol

Hexachlorobenzen

Tetrachloroethylen

Chlortoluen

Hexachlorobutadien

Triclopyr

Chrysen

Hexan

1,3,5-Trimethylbenzen

m-Kresol

Isodrin

m-Xylen

Cyanazin

Isooctan

o-Xylen

Zyklohexan

Isoproturon

p-Xylen

DDT

Lindan

2,4-Xylenol

2.- Chemikalien mit hoher Adsorbtionswahrscheinlichkeit :

Anilin

Dibromo-3-chloropropan

1-Pentanol

Benzen

Dibromochloromethan

Phenol

Benzylalkohol

1,1-Dichloroethylen

Phenylalanin

Benzoesäure

cis-1,2- Dichloroethylen

o-Phthalsäure

Bis(2-chloroethyl) ether

trans-1,2- Dichloroethylen

Styrene

Bromdichlormethan

1,2-Dichloropropan

1,1,2,2-Tetrachloroethan

Bromoform

Ethylen

Toluene

Carbontetrachlorid

Hydroquinon

1,1,1-Trichloroethan

1-Chloropropan

Methyl - Isobutylketon

Trichloroethylen

Chlorotoluron

4-Methylbenzenamin

Vinylacetat


3.- Chemikalien mit mittlerer Adsorbtionswahrscheinlichkeit*:

Essigsäure

Dimethoat

Methionin

Acrylamid

Ethylacetat

Methyl-tert-butylether

Chlorethan

Ethyl ether

Methylethylketon

Chloroform

Freon 11

Pyridine

1,1-Dichloroethan

Freon 113

1,1,2-Trichloroethan

1,2-Dichloroethan

Freon 12

Vinylchlorid

1,3-Dichloropropen

Glyphosat

Dikegulac

Imazypur

*(für diese Chemiaklien ist Aktivkohle nur begrenzt einsetzbar)


4.- Chemikalien mit geringer Adsorbtionswahrscheinlichkeit bzw. welche nicht für eine Adsorption mit Aktivkohle geeignet sind. Jedoch ist diese in einigen Fällen durchführbar, z.B. wenn ein geringer Durchfluss bzw. eine geringe Konzentration vorhanden ist.

Aceton

Methylenchlorid

Acetonitril

1-Propanol

Acrylonitril

Propionitril

Dimethylformaldehyd

Propylen

1,4-Dioxan

Tetrahydrofuran

Isopropylalkohol

Urea

Methylchlorid

Faktoren, welche die Aktivität von Aktivkohle in der Luft beeinflussen:

  • Die Art von Verbindung, welche entfernt werden soll: Im Allgemeinen lassen sich Verbindungen mit hohem Molekulargewicht, geringerem Dampfdruck/höherem Siedepunkt und hohem Brechungsindex
    besser adsorbieren.

  • Konzentration: Je höher die Konzentration, desto größer ist die Aufnahme durch die Aktivkohle.

  • Temperatur: Je geringer die Temperatur, desto besser ist die Adsorbtionsleistung.

  • Druck: Je höher der Druck, desto besser ist die Adsorbtionsleistung.

  • Feuchtigkeit: Je geringer die Feuchte, desto besser ist die Adsorbtionsleistung.

Wenn Sie eine bestimmte Chemikalie haben und wissen wollen, ob diese effektiv aus der Luft mit Aktivkohle zu entfernen ist, nehmen Sie bitte Kontakt mit uns auf.

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Mehr Informationen über die Regenerierung von Aktivkohle

1) Quelle: Wastewater Engineering; Metcalf & Eddy; third edition; 1991; page 317

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