PORÓWNANIE METOD OCENY STOPNIA ZUŻYCIA WĘGLA AKTYWNEGO STOSOWANEGO W PROCESIE UZDATNIANIA WODY



Podobne dokumenty
ADSORPCJA BŁĘKITU METYLENOWEGO I JODU NA WYBRANYCH WĘGLACH AKTYWNYCH

Woltamperometryczne oznaczenie paracetamolu w lekach i ściekach

ADSORPCJA SUBSTANCJI POWIERZCHNIOWO CZYNNYCH Z ROZTWORÓW WODNYCH NA PYLISTYCH WĘGLACH AKTYWNYCH

WPŁYW ph ROZTWORU WODNEGO NA WIELKOŚĆ SORPCJI KWASU FTALOWEGO

WARUNKI I EFEKTY DŁUGOTRWAŁEGO STOSOWANIA GRANULOWANYCH WĘGLI AKTYWNYCH W WODOCIĄGACH

BADANIA FIZYKOCHEMICZNE SFERYCZNYCH MATERIAŁÓW WĘGLOWYCH PREPAROWANYCH NA BAZIE ŻYWIC JONOWYMIENNYCH

HETEROGENICZNOŚĆ STRUKTURALNA ORAZ WŁAŚCIWOŚCI ADSORPCYJNE ADSORBENTÓW NATURALNYCH

Granulowany węgiel aktywny z łupin orzechów kokosowych: BT bitumiczny AT - antracytowy 999-DL06

Ćwiczenie 1: Wyznaczanie warunków odporności, korozji i pasywności metali

Katedra Chemii Analitycznej Metody elektroanalityczne. Ćwiczenie nr 5 WOLTAMPEROMETRIA CYKLICZNA

Ćwiczenie 8 Analityczne wykorzystywanie zmiennoprądowych i pulsowych technik woltamperometrycznych.

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA INSTYTUT TECHNOLOGII NIEORGANICZNEJ I NAWOZÓW MINERALNYCH. Ćwiczenie nr 6. Adam Pawełczyk

cyklicznej woltamperometrii

ĆWICZENIE 2 Analityczne wykorzystanie zmiennoprądowych i pulsowych technik woltamperometrycznych

II. ODŻELAZIANIE LITERATURA. Zakres wiadomości obowiązujących do zaliczenia przed przystąpieniem do wykonania. ćwiczenia:

Elektrochemiczne zachowanie wielościennych nanorurek węglowych modyfikowanych amoniakiem

ODPORNOŚĆ KOROZYJNA STALI 316L W PŁYNACH USTROJOWYCH CZŁOWIEKA

Metody badań składu chemicznego

PROCESY ADSORPCJI I IMPREGNACJI WĘGLA AKTYWNEGO ZWIĄZKAMI SREBRA WSPOMAGANE ULTRADŹWIĘKAMI I MIKROFALAMI

FIZYKOCHEMICZNE WŁAŚCIWOŚCI NIEMODYFIKOWANYCH I CHEMICZNIE MODYFIKOWANYCH WĘGLI AKTYWNYCH NA PRZYKŁADZIE WĘGLA WG-12

Sorpcja chromu Cr(VI) w obecności kwasu benzoesowego na wybranych węglach aktywnych

Bardzo trudno jest znaleźć wodę wolną od pięciu typowych zanieczyszczeń: Twardość Żelazo Mangan Zanieczyszczenia organiczne (NOM) Zapach amoniaku

Grzegorz Trykowski. Studia na Wydziale Chemii, UMK w Toruniu Uzyskany tytuł: Magister Chemii w 2000 roku

TECHNOLOGIE MAGAZYNOWANIA I OCZYSZCZANIA WODORU DLA ENERGETYKI PRZYSZŁOŚCI

WPŁYW UTLENIAJĄCYCH MODYFIKACJI POWIERZCHNI WĘGLA AKTYWNEGO NA POJEMNOŚCI SORPCYJNE W STOSUNKU DO Cr(III) I Cr(VI)

Filtralite Pure. Filtralite Pure WODA PITNA. Rozwiązania dla filtracji na teraz i na przyszłość

Adsorpcja wybranych jonów metali ciężkich na biowęglu pochodzącym z komunalnych osadów ściekowych

Elektrochemiczna modyfikacja wielościennych nanorurek węglowych

WPŁYW CHEMIZMU POWIERZCHNI WĘGLA NA ADSORPCJĘ SO 2

A4.05 Instrukcja wykonania ćwiczenia

DESORPCJA SUBSTANCJI ORGANICZNYCH Z WĘGLI AKTYWNYCH STOSOWANYCH W SPRZĘCIE OCHRONY DRÓG ODDECHOWYCH

J CD CD. N "f"'" Sposób i filtr do usuwania amoniaku z powietrza. POLITECHNIKA LUBELSKA, Lublin, PL BUP 23/09

Lidia Dąbek*, Ewa Ozimina* UTLENIANIE ZANIECZYSZCZEŃ ORGANICZNYCH ZAADSORBOWANYCH NA WĘGLACH AKTYWNYCH

ZASTOSOWANIE CHEMICZNIE ZREGENEROWANYCH WĘGLI AKTYWNYCH DO USUWANIA ZANIECZYSZCZEŃ ORGANICZNYCH Z ROZTWORÓW WODNYCH

Elektrochemia - prawa elektrolizy Faraday a. Zadania

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Adsorpcja kwasu octowego na węglu aktywnym. opracowała dr hab. Małgorzata Jóźwiak

Pytania przykładowe na kolokwium zaliczeniowe z Podstaw Elektrochemii i Korozji

Podstawy elektrochemii i korozji

Nauka Przyroda Technologie

Granulowany Węgiel Aktywny z łupin orzechów kokosowych BT bitumiczny AT antracytowy

Adsorpcja z roztworów wodnych różnych form chromu

BADANIA PODATNOŚCI ŚCIEKÓW Z ZAKŁADU CUKIERNICZEGO NA OCZYSZCZANIE METODĄ OSADU CZYNNEGO

SORPCJA FENOLU ZE ŚCIEKÓW KOKSOWNICZYCH NA GRANULOWANYCH WĘGLACH AKTYWNYCH

ĆWICZENIE 2 KONDUKTOMETRIA

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Węgiel aktywny - Elbar Katowice - Oddział Carbon. Węgle aktywne ziarniste produkowane są z węgla drzewnego w procesie aktywacji parą wodną.

LABORATORIUM KOROZJI MATERIAŁÓW PROTETYCZNYCH

KART A PRZ EDM IOTU. Wydział Inżynierii Chemicznej i Procesowej. prof. nzw. dr hab. inż. Roman Gawroński

WPŁYW CHARAKTERU CHEMICZNEGO POWIERZCHNI WĘGLA AKTYWNEGO NA ADSORPCJĘ FENOLI Z WODY

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

WPŁYW SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA NA WŁASNOŚCI TERMOFIZYCZNE STALIWA W STANIE STAŁYM

Ćwiczenie 2: Elektrochemiczny pomiar szybkości korozji metali. Wpływ inhibitorów korozji

WYKORZYSTANIE ZEOLITÓW W TECHNOLOGII OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW

Oczyszczanie wody - A. L. Kowal, M. Świderska-BróŜ

Miejskie Przedsiębiorstwo Wodociągów i Kanalizacji w m. st. Warszawie S.A. pl. Starynkiewicza 5, Warszawa

Warszawa, Prof. dr hab. inż. Zygfryd Witkiewicz Instytut Chemii WAT

PL B1. Sposób otrzymywania nieorganicznego spoiwa odlewniczego na bazie szkła wodnego modyfikowanego nanocząstkami

WYKORZYSTANIE REGENEROWANYCH WĘGLI AKTYWNYCH DO OGRANICZENIA MIGRACJI METALI CIĘŻKICH W GLEBIE

PL B1. POLITECHNIKA POZNAŃSKA, Poznań, PL BUP 14/15

OCZYSZCZANIE OLEJU POSMAŻALNICZEGO NA WYGRZEWANYM W ATMOSFERZE AZOTU WĘGLU AKTYWNYM

BADANIA PILOTOWE JAKO METODA DOBORU WĘGLA AKTYWNEGO W PROCESIE UZDATNIANIA WODY

PCC ENERGETYKA BLACHOWNIA

Elektrochemia elektroliza. Wykład z Chemii Fizycznej str. 4.3 / 1

Woltamperometria Cykliczna instrukcja do ćwiczenia mgr inż. Marta Kasprzyk

SPEKTROMETRIA IRMS. (Isotope Ratio Mass Spectrometry) Pomiar stosunków izotopowych (R) pierwiastków lekkich (H, C, O, N, S)

Ewa Puszczało. Politechnika Śląska w Gliwicach Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki

Rok akademicki: 2015/2016 Kod: RBM SE-s Punkty ECTS: 4. Poziom studiów: Studia II stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne

Uzdatnianie wód powierzchniowych Surface water treatment

Wyższa Szkoła Inżynierii Dentystycznej w Ustroniu

POLITECHNIKA GDAŃSKA

Związek Międzygminny "Nida 2000" Stary Korczyn, Nowy Korczyn Data:

Adsorpcja błękitu metylenowego na węglu aktywnym w obecności acetonu

PROCESY JEDNOSTKOWE W TECHNOLOGIACH ŚRODOWISKOWYCH ADSORPCJA

Dr hab. Andrzej GIERAK Prof. UJK Kielce, Instytut Chemii Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach

Współczesne wymagania dotyczące jakości wody dodatkowej w aspekcie jakości wody zasilającej kotły parowe na najwyższe parametry Antoni Litwinowicz

Politechnika Wrocławska. Procesy Chemiczne. Ćw. W3 Adsorpcja z roztworów na węglu aktywnym. Kinetyka procesu. Opracowane przez: Ewa Lorenc-Grabowska

Nauka Przyroda Technologie

Filtralite Pure. Filtralite Pure UZDATNIANIE WODY. Przyszłość filtracji dostępna już dziś

Ilościowa analiza mieszaniny alkoholi techniką GC/FID

Korozja drutów ortodontycznych typu Remanium o zróŝnicowanej średnicy w roztworze sztucznej śliny w warunkach stanu zapalnego

CHEMIA ANALIZA I MONITORING ŚRODOWISKA. Usuwanie barwników z wody metodą adsorpcji na węglu aktywnym. Ćw. 7

Elektrochemiczne osadzanie antykorozyjnych powłok stopowych na bazie cynku i cyny z kąpieli cytrynianowych

Recenzja. Rozprawy doktorskiej mgr Marzeny Czubaszek pt. Adsorpcja barwinków z roztworów wodnych na nanoporowatych węglach

Katedra Inżynierii Materiałowej

Jakościowa i ilościowa analiza mieszaniny alkoholi techniką chromatografii gazowej

CHLOROWANIE WODY DO PUNKTU PRZEŁAMANIA

OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK132

1. Regulamin bezpieczeństwa i higieny pracy Pierwsza pomoc w nagłych wypadkach Literatura... 12

Inżynieria Środowiska I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Rozwój technologii oczyszczania wody z użyciem pylistego węgla aktywnego w Polsce

Inżynieria Środowiska I stopień (I stopień / II stopień) ogólno akademicki (ogólno akademicki / praktyczny) stacjonarne (stacjonarne / niestacjonarne)

PODSTAWY OBLICZEŃ CHEMICZNYCH.. - należy podać schemat obliczeń (skąd się biorą konkretne podstawienia do wzorów?)

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA, Kraków, PL BUP 03/06

Inżynieria Środowiska II stopień (I stopień / II stopień) ogólno akademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

PRZYDATNOŚĆ WĘGLA AKTYWNEGO W OCZYSZCZANIU WODY POWIERZCHNIOWEJ Z ZASTOSOWANIEM KOAGULACJI

FIZYKOCHEMICZNE METODY ANALIZY W CHEMII ŚRODOWISKA

Zadanie: 1 (1pkt) Zadanie: 2 (1 pkt)

III Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2010/2011. ETAP I r. Godz Zadanie 1

BIOTECHNOLOGIA OGÓLNA

KARTA KURSU. Chemia fizyczna I. Physical Chemistry I

Transkrypt:

Węgiel aktywny w ochronie środowiska i przemyśle (2006) STANISŁAW BINIAK Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Wydział Chemii, ul. Gagarina 7, 87-100 Toruń MACIEJ PAKUŁA Akademia Marynarki Wojennej, Wydział Mechaniczno-Elektryczny, ul. Śmidowicza 69, 81-103 Gdynia ANDRZEJ ŚWIĄTKOWSKI Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Inżynierii, Chemii i Fizyki Technicznej ul. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa GRZEGORZ TRYKOWSKI Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Wydział Chemii, ul. Gagarina 7, 87-100 Toruń PORÓWNANIE METOD OCENY STOPNIA ZUŻYCIA WĘGLA AKTYWNEGO STOSOWANEGO W PROCESIE UZDATNIANIA WODY Badano próbki węgla aktywnego stosowanego w procesie uzdatniania wody pitnej przez różne okresy czasu filtracji (dla różnych ilości przefiltrowanej wody). Wyznaczono szereg parametrów i wielkości charakteryzujących właściwości fizykochemicznych powierzchni węgli zużytych w różnym stopniu i porównano je z właściwościami węgla świeżego (handlowego). Były to: powierzchnia właściwa BET (z niskotemperaturowej adsorpcji N 2 ), liczba jodowa, ubytek masy w trakcie ogrzewania w zakresie temperatur 150 600 o C (z krzywych TG), zawartość popiołu, właściwości elektrochemiczne (z pomiarów cyklowoltamperometrycznych) i ph zawiesiny w roztworze NaCl. Przeanalizowano zmiany wyznaczonych parametrów i wielkości w zależności od ilości wody przepuszczonej przez węglowe złoże filtracyjne i zaproponowano metody badawcze najbardziej odpowiednie do oceny stopnia jego zużycia. Metody te mogą być również przydatne do oceny właściwości sorpcyjnych (filtracyjnych) materiałów węglowych poddanych procesom regeneracji. SŁOWA KLUCZOWE: węgiel aktywny, oczyszczanie wody pitnej, stopień zużycia adsorbentu WSTĘP W stacjach uzdatniania wód (zwłaszcza powierzchniowych) coraz szersze zastosowanie znajduje proces filtracji na złożach węgla aktywnego [1-7]. Na skuteczność usuwania zanieczyszczeń organicznych z wody wpływa wiele czynników. Najważniejsze z nich to z jednej strony fizyczno-chemiczne właściwości węgla aktywnego (m.in. uziarnienie, charakterystyka struktury porowatej, ilość i rodzaj powierzchniowych grup funkcyjnych), a z drugiej - właściwości substancji adsorbowanych (m.in. budowa i wielkość cząsteczki, jej hydrofilowość/hydrofobowość, obecność grup funkcyjnych zdolnych do oddziaływania z powierzchnią węglową).

Porównanie metod oceny stopnia zużycia węgla aktywnego stosowanego w procesie uzdatniania wody 287 Duże znaczenie mają także warunki prowadzenia procesu adsorpcji, tj. ph i temperatura wody, czas kontaktu (wynikający z wysokości warstwy złoża i prędkości filtracji), sorpcyjny lub biologiczny charakter procesu, stosowanie utleniania chemicznego oraz długość cyklu pracy złoża. Do oceny stopnia zużycia węgla aktywnego pracującego w filtrze stosuje się różne parametry i wskaźniki, takie jak np. liczba jodowa, powierzchnia właściwa S BET, zawartość popiołu, zawartość części lotnych, gęstość nasypowa węgla itp. [8-12]. Celem niniejszej pracy było porównanie ich przydatności. Dla próbek granulowanego węgla aktywnego, przez którego złoża przefiltrowano różne ilości wody, wyznaczono wartości powszechnie stosowanych parametrów, takich jak liczba jodowa, powierzchnia właściwa, zawartość popiołu, a obok nich parametry opracowane i proponowane jako uzupełniające przez autorów - ubytek masy węgla podczas ogrzewania w zakresie temperatur 150 600 C oraz wybrane charakterystyki krzywych woltamperometrycznych dla procesu utleniania/redukcji jonów żelaza (prądy i ładunki pików), zarejestrowanych dla elektrod sporządzonych ze sproszkowanego węgla aktywnego. Badania woltamperometryczne były już wielokrotnie stosowane do oceny skutków zmian (modyfikacji) powierzchni węgli aktywnych, m.in. usuwania na drodze termicznej (destrukcji) tlenowych powierzchniowych grup funkcyjnych [13], wpływu chemicznej modyfikacji powierzchni węgla aktywnego na jego elektrochemiczne zachowanie się w obecności jonów ołowiu [14] czy oceny skutków adsorpcji fenolu i pochodnych na węglu różnorodnie modyfikowanym powierzchniowo [15]. W tych i innych pracach wykazano przydatność woltamperometrii do oceny skutków zmian stanu powierzchni węgla aktywnego (chemiczna modyfikacja czy adsorpcja substancji szkodliwych). Zastosowanie jako obiektu badań próbek węgla aktywnego pracującego w stacji uzdatniania wody o różnym stopniu zużycia dało możność potwierdzenia tych prawidłowości. Obiektem badań były próbki jednakowego typu granulowanego węgla aktywnego pochodzącego z trzech filtrów zakładu uzdatniania wody (ujmowana woda powierzchniowa, technologia filtracji piaskowej). Pobrano je po przepływie przez każde ze złóż innej objętości wody (59,7, 96,9 i 110,7 tys. m 3 wody/t węgla), oznaczono odpowiednio symbolami WA1, WA2 i WA3, i poddano szczegółowym badaniom, których wyniki przedstawiono we wcześniejszej publikacji [10]. Niniejsza praca jest jej kontynuacją. Z tych samych filtrów pobrano ponownie próbki węgla aktywnego po upływie takiego czasu, żeby łączna objętość przefiltrowanej wody dla węgla WA1 osiągnęła wartość bliską wartości dla WA2, a w przypadku WA2 wartość bliską WA3. Przez każdy z filtrów przepłynęło więc dodatkowo ponad 25 30 tys. m 3 wody/t węgla. Dla trzech nowych próbek węgla aktywnego, przez którego złoża przepłynęło łącznie 84,8, 131,4 i 135,9 tys. m 3 wody/t węgla i oznaczonych odpowiednio WA1, WA2 i WA3 przeprowadzono badania analogiczne jak w pracy wcześniejszej. Dla wszystkich sześciu natomiast wykonano dodatkowo inne badania. Wyniki wcześniejszych i obecnych badań ze względu na materiał badawczy obejmujący szeroki zakres ilości przefiltrowanej wody umożliwiły określenie przydatności zastosowanych metod badawczych do oceny stopnia

288 S. Biniak, M. Pakuła, A. Świątkowski, G. Trykowski zużycia węgla aktywnego. Termograwimetria i woltamperometria jako metody niezależne i oparte na innych podstawach mogą stanowić uzupełnienie dla klasycznych metod badawczych ujętych w normach. 1. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA Dla próbek węgla aktywnego WA1, WA2 i WA3 (identycznie jak wcześniej [10] dla węgli WA1-WA3) wyznaczono zawartość popiołu (PN-EN 12902), liczbę jodową (PN-EN 12902), wartość powierzchni właściwej S BET na podstawie izoterm adsorpcji azotu w temperaturze 196 C (aparat ASAP 2010 Micromeritics) oraz względny ubytek masy próbek węgla podczas ich wygrzewania w atmosferze beztlenowej w zakresie temperatur 150 600 o C, obliczony na podstawie zarejestrowanych krzywych TG (Universal V3.0G TA Instruments). Dla wszystkich sześciu próbek węglowych wyznaczono natomiast ph zawiesiny w roztworze NaCl o stężeniu 0,1 mol/dm 3. Uzyskane wyniki wszystkich przeprowadzonych badań wraz z pochodzącymi z wcześniejszej pracy [10] zebrano w tabeli 1. Dla porównania w tabeli podano także wyniki tych samych pomiarów dla węgla handlowego (wyjściowego). TABELA 1. Wartości parametrów charakteryzujących próbki węgla aktywnego Próbka węgla aktywnego V tys. m 3 /t Zaw. popiołu, % LJ, mg/g S BET m 2 /g ph w roztw. NaCl Względny ubytek masy, % WA0 0 7,77 922 1140 7,44 3,21 WA1 59,7 10,32 595 600 8,00 11,63 WA1 84,8 10,67 562 562 8,04 11,85 WA2 96,9 10,81 551 565 7,79 11,91 WA2 131,5 12,80 416 415 7,82 14,47 WA3 110,7 12,47 414 420 6,83 14,55 WA3 135,9 12,91 406 410 7,31 14,50 Oprócz powyższych pomiarów i określonych na podstawie uzyskanych wyników parametrów, przeprowadzono także badania elektrochemiczne. Zarejestrowano cykliczne krzywe woltamperometryczne (CV) dla elektrod ze sproszkowanych węgli w roztworach żelazocyjanku potasu (0,05 mol/dm 3 ) w KNO 3 (0,1 mol/dm 3 ). Pomiary przeprowadzono, korzystając z analizatora elektrochemicznego AUTOLAB (Eco Chemie), wyposażonego w potencjostat PGSTAT 10 i oprogramowanie GPES 4.9. Zastosowano system trójelektrodowy z węglową proszkową elektrodą roboczą, platynową przeciwelektrodą i nasyconą elektrodą kalomelową (NEK) jako elektrodą odniesienia [16, 17]. Formowanie elektrody proszkowej polegało na rozdrobnieniu badanego węgla aktywnego, wyodrębnieniu na sitach frakcji 0,06 0,075 mm i umieszczeniu jej 100 mg we wnęce teflonowej

Porównanie metod oceny stopnia zużycia węgla aktywnego stosowanego w procesie uzdatniania wody 289 obudowy elektrody w postaci warstewki sedymentacyjnej. Powierzchnia kontaktu platynowego wynosiła 0,78 cm 2. Szybkość przemiatania potencjałem (w zakresie od 0,55 do +0,9 V) wynosiła 3 mv/s. Skład roztworu, w którym prowadzono badania elektrochemiczne, był inny niż w pracy poprzedniej [10] (roztwór zawierający Fe(NO 3 ) 3-0,05 mol/dm 3 i HNO 3 o stężeniu 0,1 mol/dm 3 ). Zmiana roztworu podyktowana była chęcią zbliżenia wartości ph elektrolitu do ph filtrowanej wody. Zbyt niskie ph roztworu może wpływać na wyniki pomiarów elektrochemicznych (w środowisku kwaśnym mogą być częściowo usuwane substancje mineralne, a więc może następować częściowe oczyszczanie badanej powierzchni zużytego węgla aktywnego). TABELA 2. Parametry próbek węgla aktywnego wyznaczone z krzywych woltamperometrycznych Węgiel akt. E st, mv I a, ma/g Q a, C/g I k, ma/g Q k, C/g WA0 0 133 22 2 21,2 2,5 WA1 59,7 131 16 1,63 12,2 1,43 WA1 84,8 132 15,6 1,59 14,0 1,51 WA2 96,9 125 14,8 1,02 11,6 1,32 WA2 131,5 123 14,4 1,25 12,9 1,43 WA3 110,7 120 12,2 0,95 10,0 1,21 WA3 135,9 114 11,1 0,82 9,1 1,18 Z zarejestrowanych krzywych woltamperometrycznych wyznaczono zarówno wartości prądów pików anodowych (I pa ) i katodowych (I pk ), jak i ładunki (Q pa i Q pk ) przenoszone w procesie utleniania-redukcji. W trakcie badań elektrochemicznych rejestrowano również wartości potencjału stacjonarnego E st proszkowej elektrody węglowej w obecności roztworów żelazocyjanku potasu w KNO 3. Wartości wszystkich parametrów zestawiono w tabeli 2. 2. WYNIKI BADAŃ I ICH OMÓWIENIE Zebrane w tabeli 1 parametry charakteryzujące próbki węgla aktywnego pracującego w złożach filtracyjnych przedstawiono w postaci graficznej jako zależności wartości tych parametrów od ilości (objętości) przefiltrowanej wody na jednostkę masy węgla (). Rysunek 1 przedstawia zmiany zawartości popiołu, rysunek 2 - zmiany liczby jodowej (LJ), rysunek 3 - zmiany powierzchni właściwej BET (S BET ), rysunek 4 - zmiany względnego ubytku masy podczas ogrzewania w zakresie temperatur 150 600 C. Zrezygnowano z graficznego przedstawienia zmian ph zawiesiny węgla w roztworze NaCl o stężeniu 0,1 mol/dm 3, ponieważ nie widać wyraźnej tendencji tych zmian w funkcji ilości przefiltrowanej wody. Poza tym zmiany te są względnie nieduże. Z tego powodu ph zawiesiny węgla nie wydaje się być parametrem

290 S. Biniak, M. Pakuła, A. Świątkowski, G. Trykowski dogodnym do oceny stopnia zużycia węgla aktywnego podczas oczyszczania wody. W przypadku pozostałych czterech zróżnicowanie ich wartości jest bardzo duże. Rys. 1. Zmiana zawartości popiołu w węglu aktywnym w zależności od objętości przefiltrowanej 900 800 Liczba jodowa, mg/g 700 600 500 400 Rys. 2. Zmiana wartości liczby jodowej węgla aktywnego w zależności od objętości przefiltrowanej

Porównanie metod oceny stopnia zużycia węgla aktywnego stosowanego w procesie uzdatniania wody 291 1200 1100 1000 Powierzchnia wl., m 2 /g 900 800 700 600 500 400 V, tys, m 3 /t Rys. 3. Zmiana wartości pola powierzchni właściwej S BET węgla aktywnego w zależności od objętości przefiltrowanej 16 14 Wzgl. ubytek masy, % 12 10 8 6 4 2 Rys. 4. Zmiana wartości względnego ubytku masy podczas ogrzewania węgla aktywnego w zakresie temperatur 150 600 o C w zależności od objętości przefiltrowanej wody przypadającej na jednostkę masy węgla Zawartość popiołu znacznie wzrasta w funkcji V, nie tylko porównując węgiel wyjściowy ze zużytym dla najmniejszej ilości przepuszczonej przez złoże wody (od 7,77 do 12,91% wag.), ale także duże zmiany obserwuje się dla dalej rosnących ilości wody (dla V w zakresie 59,7 135,9 tys. m 3 /t zawartość popiołu wzrosła od

292 S. Biniak, M. Pakuła, A. Świątkowski, G. Trykowski 10,32 do 12,91% wag.). Jest to więc parametr silnie uzależniony od stopnia zużycia węgla. Równie dobrym parametrem jest liczba jodowa. Jej wartość spada ze wzrostem ilości przepuszczonej przez złoże wody (rys. 2). Wielkość zmian jest duża i proporcjonalna do zmian zawartości popiołu. Bardzo podobnie do zmian LJ zachowują się wartości powierzchni właściwej BET (większa różnica występuje tylko dla węgla wyjściowego). Porównując zmiany względnego ubytku masy podczas ogrzewania w zakresie temperatur 150 600 C (także duże) ze zmianami zawartości popiołu, LJ i S BET, również można zaobserwować proporcjonalność (nieco gorszą niż między pozostałymi trzema parametrami). Omawiane współzależności są dość wyraźne. Rozrzuty punktów doświadczalnych dla wszystkich czterech rozpatrywanych parametrów wykazują pewne jakościowe podobieństwo. Wskazuje to na wspólne dla nich przyczyny. Jedną z nich może być proces bioregeneracji węgla aktywnego w trakcie jego eksploatacji (częściowe odtwarzanie jego pojemności adsorpcyjnej) [11, 12]. Wiąże się to z adsorpcyjno-biologicznym trybem oczyszczania wody w filtrach węglowych. Zmiany parametrów mierzonych dla węgla pracującego w złożu mogą wynikać m.in. z sezonowych bądź incydentalnych zmian jakości wody oczyszczanej [11, 12]. Wyniki badań elektrochemicznych (tab. 2) mają podobny ogólny charakter, tzn. mierzone parametry wykazują duże zmiany wartości (oprócz potencjału stacjonarnego E st ) w funkcji ilości przefiltrowanej wody. We wszystkich przypadkach ich wartości maleją. Dla lepszego zilustrowania wyniki te przedstawiono na rysunkach 5-8. 24 22 pik anodowy 20 I piku, ma/g 18 16 14 12 10 8 Rys. 5. Zmiana wartości prądu piku anodowego w zależności od objętości przefiltrowanej Jak widać, wspomniane prawidłowości dotyczą prądów i ładunków pików zarówno anodowych, jak i katodowych. Porównując między sobą prądy pików ano-

Porównanie metod oceny stopnia zużycia węgla aktywnego stosowanego w procesie uzdatniania wody 293 dowych i katodowych, można stwierdzić występowanie dość dobrej korelacji (liniowej). Podobnie jest z ładunkami pików. Większe odchylenie można zaobserwować w obu przypadkach jedynie dla węgla WA1. 24 22 pik katodowy 20 I piku, ma/g 18 16 14 12 10 8 Rys. 6. Zmiana wartości prądu piku katodowego w zależności od objętości przefiltrowanej 2,4 pik anodowy 2,1 Q piku, C/g 1,8 1,5 1,2 0,9 Rys. 7. Zmiana wartości ładunku piku anodowego w zależności od objętości przefiltrowanej

294 S. Biniak, M. Pakuła, A. Świątkowski, G. Trykowski 2,4 pik katodowy 2,1 Q piku, C/g 1,8 1,5 1,2 0,9 Rys. 8. Zmiana wartości ładunku piku katodowego w zależności od objętości przefiltrowanej Porównanie parametrów krzywych woltamperometrycznych z parametrami wyznaczonymi metodami nieelektrochemicznymi pozwala również stwierdzić dobrą korelację. Wynika z tego, że większość odchyleń w stopniu zużycia węgla jest rejestrowana przez wartości 8 mierzonych parametrów (tabele 1 i 2) oprócz ph zawiesiny i potencjału stacjonarnego (parametrów mało czułych na zmiany stopnia zużycia węgla). PODSUMOWANIE Zastosowane w pracy różne metody badawcze i analiza uzyskanych wyników pozwoliły wybrać parametry dość dobrze charakteryzujące stopień zużycia węgla aktywnego pracującego w złożu w procesie oczyszczania wody. Dwa z nich ujęte w normach - zawartość popiołu i liczba jodowa są powszechnie używane. Dość często wyznacza się też powierzchnię właściwą BET na podstawie izoterm adsorpcji azotu. Pozostałe parametry wyznaczane metodą termograwimetryczną i elektrochemiczną (woltamperometria) zaproponowane przez autorów dają informacje na temat stopnia zużycia węgla aktywnego zgodne z trzema wymienionymi. Mogą więc je uzupełniać. Można sądzić, że zastosowane w pracy metody mogą być również przydatne do oceny właściwości sorpcyjnych (filtracyjnych) materiałów węglowych poddanych procesom regeneracji. Pracę wykonano częściowo w ramach projektu badawczego nr 3 T09B 067 29, sfinansowanego przez Ministerstwo Edukacji i Nauki.

Porównanie metod oceny stopnia zużycia węgla aktywnego stosowanego w procesie uzdatniania wody 295 LITERATURA [1] Kowal A.L., Świderska-Bróż M., Oczyszczanie wody, WN PWN, Warszawa-Wrocław 1997. [2] Nawrocki J., Biłozor S., Uzdatnianie wody, procesy chemiczne i biologiczne, WN PWN, Warszawa-Poznań 2000. [3] Jankowska H., Świątkowski A., Choma J., Active Carbon, Ellis Harwood Ltd., New York 1991. [4] Cheremisinoff P.N., Ellerbusch F., Carbon Adsorption Handbook, Ann Arbor Science Publishers Inc., Ann Arbor 1978. [5] Derbyshire F., Jagtoyen M., Andrews R., Rao A., Martin-Gullon I., Grulke E.A., Chemistry and Physics of Carbon (Ed. L.R. Radovic), Vol 24, Marcel Dekker, New York 2001, 1-66. [6] Dębowski Z., Lach J., Krajowe stacje uzdatniania wód powierzchniowych stosujące węgle aktywne, Mat. konf. Węgiel aktywny w ochronie środowiska i przemyśle, Częstochowa-Ustroń, Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2004, 207-212. [7] Sontheimer H., Crittenden J.C., Summers R.S., Activated Carbon for Water Treatment, DVGW- Forschungsstelle, 2 ed., Karlsruhe 1988. [8] Grajek H., Witkiewicz Z., Badania węgli aktywnych stosowanych do oczyszczania wody przeznaczonej do celów spożywczych, Biuletyn WAT 1999, 48, 6, 17-25. [9] Szmechtig-Gauden M., Buczkowski R., Terzyk A.P., Gauden P.A., Wpływ eksploatacji złoża sorpcyjnego na zmianę struktury porowatej węgla aktywnego, Ochrona Środowiska 2003, 2, 9-20. [10] Świątkowski A., Biniak S., Pakuła M., Trykowski G., Metody oceny stopnia zużycia węgla aktywnego w procesie oczyszczania wody, Ochrona Środowiska 2005, 27, l, 3-6. [11] Wolborska A., Cyran J., Praca złoża węgla aktywnego w reżimie adsorpcja-biodegradacja w cyklu uzdatniania wody, Mat. konf. Węgiel aktywny w ochronie środowiska i przemyśle, Częstochowa-Ustroń, Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2004, 229-248. [12] Wilmański K., Mechanizm pracy aktywnych biologicznie filtrów węglowych na podstawie badań w skali pilotowej i technicznej, Mat. konf. Węgiel aktywny w ochronie środowiska i przemyśle, Częstochowa-Ustroń, Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2004, 249-260. [13] Świątkowski A., Grajek H., Pakuła M., Biniak S., Witkiewicz Z., Voltammetric studies of the gradual thermal decomposition of activated carbon surface oxygen complexes, Colloids and Surfaces, A: Physicochem. and Engineering Aspects 2002, 208, 313-320. [14] Świątkowski A., Pakuła M., Biniak S., Walczyk M., Influence of the surface chemistry of modified activated carbon on its electrochemical behaviour in the presence of lead(ii) ions, Carbon 2004, 42, 3057-3069. [15] Pakuła M., Świątkowski A., Walczyk M., Biniak S., Voltammetric and FT-IR studies of modified activated carbon systems with phenol, 4-chlorophenol or 1,4-benzoquinone adsorbed from aqueous electrolyte solutions, Colloids and Surfaces, A: Physicochem. and Engineering Aspects 2005, 260, 145-155. [16] Pakuła M., Świątkowski A., Biniak S., Electrochemical behaviour of modified activated carbons in aqueous and nonaqueous solutions, J. Appl. Electrochem. 1995, 25, 1038-1044. [17] Biniak S., Świątkowski A., Pakuła M., Chemistry and Physics of Carbon (Ed. L.R. Radovic), Vol. 24, Marcel Dekker, New York 2001, 125-225. EVALUATING THE DEGREE OF ACTIVE CARBON DEPLETION IN WATER PURIFICATION: COMPARISON OF METHODS Samples of active carbon used in the purification of drinking water for various filtering times and quantities of filtered water were investigated. A number of parameters and quantities characterising the physicochemical properties of surface carbon spent to various degrees were determined and compared with the properties

296 S. Biniak, M. Pakuła, A. Świątkowski, G. Trykowski of fresh (commercial) carbon. They included the specific surface BET (from low temperature N 2 adsorption), iodine number, mass loss during heating in the 150 600 o C temperature range (from TG curves), ash content, electrochemical properties (from cyclovoltammetric measurements) and ph of the slurry in NaCl solution. The changes in these parameters and quantities were analysed as functions of the amount of water filtered through the carbon bed, and the most suitable research methods for estimating the degree of depletion are suggested. These methods may also be suitable for assessing the adsorptive (filtration) properties of regenerated carbon materials. KEYWORDS: active carbon, drinking water purification, degree of adsorbent depletion