Come il carbone attivo rimuove BOD e TSS
Il carbone attivo riduce il BOD e il TSS attraverso due meccanismi distinti ma complementari che operano simultaneamente all'interno di un letto di carbone impaccato:
- Rimozione del BOD – adsorbimento. I composti organici disciolti che contribuiscono al BOD – acidi umici, proteine, carboidrati, acidi grassi e sostanze chimiche organiche residue – vengono catturati all’interno della struttura dei pori del carbonio attraverso l’adsorbimento fisico. Queste molecole si diffondono nella rete di micropori e mesopori e vengono trattenute lì dalle forze di van der Waals. La forza trainante per l'adsorbimento è il gradiente di concentrazione tra la massa liquida e la superficie del carbonio; poiché le molecole organiche si legano a siti attivi sul carbonio, più diffusi nella fase liquida. Una riduzione del BOD del 60–90% attraverso un letto GAC è tipica per l'effluente secondario, a seconda della composizione organica e della dose di carbonio o del tempo di contatto del letto vuoto (EBCT).
- Rimozione del TSS: filtrazione fisica. I solidi sospesi negli effluenti delle acque reflue hanno dimensioni comprese tra 1 e 100 μm. Mentre l'acqua passa attraverso il letto granulare di carbonio, queste particelle vengono intrappolate negli spazi interstiziali tra i granuli di carbonio attraverso la tensione meccanica (per particelle più grandi >20 μm) e la cattura per contatto superficiale (per particelle più piccole che seguono le linee di flusso vicino alla superficie del granulo). Una rimozione del TSS del 70–95% è facilmente ottenibile in un filtro GAC ben progettato, con il limite superiore dell'intervallo che dipende dalla profondità del letto e dalla velocità di filtrazione.
Un'importante considerazione operativa è che, nel tempo, i TSS catturati si accumulano all'interno del letto, aumentando la perdita di carico e, infine, richiedendo il controlavaggio per eliminare i solidi accumulati dallo strato di carbonio. Un sistema GAC ben progettato per il trattamento terziario incorporerà cicli di controlavaggio regolari (tipicamente ogni 24-72 ore, a seconda del carico di solidi) per mantenere la capacità idraulica preservando al contempo la funzione di adsorbimento del carbonio per la rimozione del BOD.
Tipi di carbone attivo consigliati per la rimozione di BOD/TSS
Per il trattamento terziario delle acque reflue urbane e industriali, la scelta del carbone attivo dipende dalla configurazione del sistema di depurazione e dalla qualità dell'effluente target:
Carbone attivo granulare (GAC) — Consigliato per sistemi continui
GAC in colonne a letto fisso con flusso verso il basso o verso l'alto è la configurazione standard per la lucidatura BOD/TSS terziaria. Il carbone fornisce sia l'adsorbimento delle sostanze organiche disciolte che la filtrazione profonda dei solidi sospesi in un'unica operazione. Il GAC a base di guscio di noce di cocco è preferito per la sua elevata durezza (≥ 97%), che resiste all'attrito durante i cicli di controlavaggio, e per il suo basso contenuto naturale di ceneri (≤ 5%), che riduce al minimo la lisciviazione di ioni metallici nell'effluente trattato. Le dimensioni tipiche delle maglie sono 8×30 o 12×40, bilanciando l'efficienza di filtrazione con la capacità idraulica. Il GAC a base di carbone è un'alternativa più economica per gli impianti più grandi in cui il carico di TSS è moderato e la frequenza del controlavaggio è gestibile.
Carbone attivo in polvere (PAC) — Per lucidatura discontinua o stagionale
Il PAC può essere dosato direttamente nel chiarificatore finale o in un serbatoio di contatto quando la lucidatura del BOD è necessaria solo periodicamente (ad esempio, variazioni di carico stagionali) o quando l'infrastruttura esistente non può ospitare colonne GAC. Il dosaggio tipico di PAC è di 10–100 mg/L, con dosi più elevate richieste per acque reflue con frazioni BOD altamente solubili. Tuttavia, il PAC non fornisce da solo la rimozione dei TSS e deve essere abbinato a una fase di chiarificazione o filtrazione a valle.
Specifiche tipiche per il GAC di depurazione delle acque reflue
La tabella seguente riassume le specifiche consigliate per il carbone attivo granulare utilizzato nel servizio di rimozione di BOD e TSS:
| Parametro | GAC di guscio di cocco | GAC a base di carbone |
|---|---|---|
| Numero di iodio (mg/g) | ≥ 1.000 | ≥ 900 |
| Dimensione della maglia | 8×30 o 12×40 | 8×30 o 8×40 |
| Dimensione effettiva (mm) | 0,55–0,80 | 0,55–0,95 |
| Coefficiente di uniformità | ≤ 1,9 | ≤ 2,1 |
| Durezza (%) | ≥ 97 | ≥ 93 |
| Contenuto di cenere (%) | ≤ 5 | ≤ 12 |
| Densità apparente (kg/mq3) | 450–530 | 520–620 |
Progettazione chiave e parametri operativi
Le prestazioni di un sistema GAC per la rimozione di BOD e TSS dipendono da diverse variabili progettuali e operative che devono essere abbinate alle caratteristiche specifiche delle acque reflue e agli obiettivi di trattamento:
- Tempo di contatto con letto vuoto (EBCT). Il parametro di progettazione più critico. Per la rimozione del BOD, un EBCT di 15–40 minuti è tipico per la depurazione dell'effluente secondario. EBCT più lunghi forniscono un adsorbimento più completo di molecole organiche che si diffondono lentamente ma richiedono vasi più grandi. La rimozione del TSS è meno sensibile all'EBCT e dipende maggiormente dalla profondità del letto e dalla velocità di filtrazione.
- Velocità di filtrazione (velocità di caricamento lineare). Tipicamente 5–15 m/h (2–6 gpm/ft2) per filtri GAC a flusso gravitazionale o pressurizzati. Velocità più elevate aumentano la produttività ma riducono l'efficienza di cattura del TSS e accelerano lo sviluppo della perdita di carico. Per le applicazioni TSS dominanti, si consigliano velocità inferiori (5–8 m/h).
- Profondità del letto. Minimo 1,5–2 metri per la rimozione combinata di BOD/TSS. I letti più profondi garantiscono un tempo di contatto maggiore per l'assorbimento e una capacità di ritenzione dei solidi più lunga prima che sia necessario il controlavaggio. La profondità pratica massima è di 3–4 metri nelle colonne discendenti a stadio singolo.
- Frequenza e intensità del controlavaggio. Per i letti GAC carichi di TSS, è tipico il controlavaggio ogni 24-72 ore. Controlavaggio con un'espansione del letto del 30–50% (velocità di aumento dell'acqua di 8–15 m/h) per 10–15 minuti, seguito da un breve risciacquo al flusso operativo. L'acqua di controlavaggio deve essere acqua di scarico trattata o acqua pulita per evitare la ricontaminazione del letto.
- Vita utile del carbonio. Nel servizio BOD/TSS terziario, il GAC dura tipicamente 12–24 mesi prima che la capacità di adsorbimento per il BOD solubile sia esaurita e il carbonio debba essere sostituito o riattivato. La rimozione del TSS continua anche dopo che la capacità di assorbimento è esaurita, poiché il carbone granulare continua a funzionare come mezzo filtrante di profondità.
Rimozione del BOD/TSS negli schemi di trattamento integrato
La configurazione più comune per il carbone attivo nella rimozione di BOD/TSS è come a fase di lucidatura terziaria dopo il trattamento biologico secondario. In questo ruolo, il letto di carbonio gestisce un BOD in ingresso di 10–40 mg/L e un TSS di 10–60 mg/L, producendo un effluente con BOD e TSS costantemente inferiori a 10 mg/L (spesso inferiori a 5 mg/L per sistemi ben progettati). Questa qualità è adatta per lo scarico in acque riceventi sensibili, il riutilizzo in applicazioni di raffreddamento o di processo industriali o l'alimentazione in membrane a osmosi inversa per il recupero avanzato dell'acqua.
In alcune configurazioni, il carbone attivo in polvere viene aggiunto direttamente alla fase di trattamento biologico (il processo PACT), dove il carbonio adsorbe i composti organici inibitori e migliora la sedimentazione della biomassa. Questo approccio può migliorare la rimozione del BOD nella fase biologica stessa ma non sostituisce la necessità di una fase finale di lucidatura per il controllo del TSS.
Conclusione
Il carbone attivo è una soluzione collaudata e pratica per ridurre il BOD e il TSS nel trattamento delle acque reflue, fungendo da fase di lucidatura terziaria affidabile che colma il divario tra le prestazioni del trattamento biologico e i requisiti normativi di scarico. Il carbone attivo granulare nelle colonne a letto fisso combina l'adsorbimento di composti organici solubili con la filtrazione di profondità dei solidi sospesi in un'operazione a singola unità, fornendo un effluente che soddisfa costantemente i limiti di scarico BOD e TSS più severi. Zhulin Carbon fornisce gradi GAC a base di guscio di cocco e carbone specificatamente formulati per applicazioni di lucidatura delle acque reflue, con elevata durezza per la durata del controlavaggio, dimensioni delle maglie adeguate per prestazioni idrauliche e numeri di iodio e melassa certificati per un adsorbimento organico prevedibile. Contattaci tramite il modulo di richiesta riportato di seguito per le schede tecniche dei prodotti, i prezzi o per discutere la selezione ottimale del carbonio per gli obiettivi specifici di qualità degli effluenti del tuo impianto di trattamento.
