Ви точно знаєте, що хочете адсорбувати із води за допомогою активованого вугілля. Ви вибрали тип вугілля (наприклад, гранульоване бітумінозне), вибрали розмір гранул (наприклад, 12 х 40), вибрали типорозмір корпуса фільтра (наприклад, 1054), вибрали виробника та вугілля (наприклад, Calgon Carbon, бітумінозне Filtrasorb 300), визначилися з місцем встановлення – на вході води до будинку (point-on-entry, POE). Залишилося кілька невирішених питань: «Яку конфігурацію вугільного фільтра вибрати – без промивання з висхідним потоком (знизу-вгору) і повністю заповненим резервуаром або з протиточним промиванням, низхідним потоком (зверху-вниз) і вільним простором в резервуарі?».

Фільтри без промивання. Переваги і недоліки.  

1. Фільтр із напрямком потоку через вугілля «знизу-вгору».

Ця максимально проста система складається з ємності з гравієм та вугіллям, центральної труби та простого клапана In-Out із щілинним екраном. Вода надходить через впускний порт клапана по центральній трубі в нижню частину ємності і піднімається вгору через шар гравію і вугілля до екрану і далі через випускний порт клапана в трубопровід.

Переваги.

Проста система без підключення до джерела живлення, без дренажної лінії, без промивання. Потік «знизу-вгору» запобігає цементуванню завантаження, знижує ймовірність каналоутворення, знижує втрати тиску.

Недоліки.

Зі зростанням швидкості потоку збільшується проскок адсорбованих речовин через розширення шару (у фільтрах з неповністю заповненим резервуаром), зниження часу контакту і скорочення зони масообміну. Підвищується ймовірність надходження у водопровідну систему вугільного пилу, що в подальшому потребує встановлення фільтра тонкого очищення.

2. Фільтр із напрямком потоку через вугілля «зверху-вниз».

Це типова система фільтрації, яка також складається з ємності з гравієм та вугіллям, центральної труби та простого клапана In-Out. Вода надходить через порт клапана та щілинний екран у верхню частину ємності, рухається «зверху-вниз» через щільний шар вугілля та гравію до нижнього екрану центральної труби, піднімається вгору центральною трубою до випускного порту клапана.

Переваги.

Проста, компактна і не складна в установці система фільтрації, яка не вимагає підключення до дренажної системи та джерела електроенергії. Імовірність проскоку адсорбованих часток менша і час контакту більший, так як ємність заповнена повністю і відсутній вільний простір, необхідний для зворотного промивання. Такі системи характеризуються збільшеним обсягом завантаження та більшою швидкістю фільтрації.

Недоліки.

Найбільший недолік такої системи  у відсутності адекватної системи попереднього видалення механічних частинок і біоорганічних включень. Як наслідок цього вугілля буде в  схильне до біообростання  і забруднення зваженими частинками в короткий термін. Це призведе до зростання перепаду тиску та утворення каналів. Вода, що обробляється такими системами, не повинна містити кисень і домішки, що окислюються, такі як залізо або марганець. Як мінімум, такі системи повинні комплектуватися повітровідділювальними клапанами для здійснення першого заповнення фільтра та усунення захопленого повітря з верхньої частини резервуара в процесі роботи.

Фільтри з протиточним промиванням. Переваги і недоліки.  

Цей тип фільтруючих систем найчастіше включає мікропроцесорний клапан управління (з таймером або водолічильником), розподільну систему та ємність, частково заповнену гравієм та вугіллям (наявність вільного простору є обов’язковою для промивання). Вода надходить через порт клапана управління у верхню частину ємності і рухається низхідним потоком через шар вугілля та гравію до екрану центральної труби і далі в випускний порт клапана. Періодично клапан управління перемикає фільтр з режиму фільтрації в режим зворотного промивання. У циклі промивання вода рухається через контролер вниз ємності центральною трубою, далі висхідним потоком через шар гравію і вугілля в дренажний порт клапана управління. Цикл протиточного промивання зазвичай супроводжується наступним коротким циклом прямого промивання. Якісно спроектована система промивається як за заданим часом, так і за заданим об’ємом відфільтрованої води, залежно від того яка з подій настала швидше. Водолічильник у системі фільтрації із зворотним промиванням важливий, оскільки дозволяє знизити потенційну ймовірність десорбції раніше адсорбованих речовин та надходження їх в оброблену воду.

Переваги.

Системи зі зворотним промиванням менш схильні до проблем втрати тиску або каналоутворення, десорбції речовин, біообрастання, обростання зваженими частинками, накопичення мулу, утворення повітряних мішків. Такі системи дуже універсальні і можуть застосовуватися для вирішення найрізноманітніших завдань водопідготовки, пов’язаних із застосуванням GAC.

Недоліки.

При неправильному проектуванні в таких системах може знижуватись час контакту та скорочуватися зона масопереносу (зниження фільтроциклу). Також ці системи витрачають технологічну воду для промивання та вимагають підключення до електроживлення. Цю воду можна накопичувати та повторно використовувати (наприклад, для поливу, але не для систем питної води). Такі системи вимагають більше часу контакту (EBCT) у порівнянні з системами аналогічного типорозміру із щільним шаром (повним заповненням резервуару).

Деякі деталі про протиточне промивання вугільних фільтрів.

Потрібно бути обережним у визначенні терміна «протиточне промивання». Є суттєва різниця між зворотним промиванням і пульсуючим промиванням. Типове максимальне розширення шару активованого вугілля при зворотному промиванні становить 25-30%. Зворотне промивання має підтримувати таке розширення протягом 20-30 хвилин. Пульсуючим називають промивання, що здійснюється короткими циклами зворотного промивання (5-6 хвилин) і циклами швидкого прямого промивання (2-3 хвилини). Цей варіант промивання забезпечує розширення шару вугілля, вимивання зважених частинок та біомаси без значної рекласифікації шару та порушення зони масопереносу (через перемішування). У вугільних фільтрах із зворотним промиванням при недостатньо точному проектуванні режимів промивання зона масопереносу може порушуватися.

Вугільні фільтри з протиточним способом промивання знижують загальні витрати на обслуговування порівняно з фільтрами без промивання: немає необхідності часто міняти завантаження, схильне до забруднення зваженими частинками і біообрастання, втрата ємності вугілля мінімізована.Існують деякі недоліки у порушенні зони масопереносу (через перемішування) та десорбції раніше накопичених домішок. Однак, ця проблема усувається коректно спроектованим промиванням, що забезпечує незначне перемішування шару вугілля.

Що я маю обрати?

Кожна з вугільних систем має переваги та недоліки.Якщо необхідно видалити залишковий хлор або хлорамін з води прийнятний будь-який варіант конфігурації вугільної системи. Якщо необхідно видалити з води органічні речовини або токсичні органічні речовини (наприклад, PFAS), конфігурація вугільної системи повинна бути дуже точно спланована. При правильній інженерії переваги систем із протиточним промиванням роблять їх максимально прийнятним варіантів для видалення токсичної органіки з води. Якщо доступний обмежений простір для монтажу, відсутня каналізація або електроживлення фільтр з низхідним потоком і повним завантаженням резервуара буде прийнятним рішенням. Застосування такої конфігурації вугільного фільтра залежить від цільової речовини, яка адсорбується, вимагає проведення частих тестів води та заміни завантаження. У більшості ситуацій вугільні фільтри з висхідним потоком не забезпечують достатній час контакту із забруднюючою речовиною, щоб вважатися кращою конфігурацією.

Різні ситуації, доступний навколишній простір, вихідний стан води будуть диктувати те, яку конфігурацію вугільної системи можна встановити. Водопідготовка з застосування активованого вугілля немає універсальних рішень. Недостатньо просто вибрати правильний типорозмір резервуару та тип вугілля. Якість води визначатиме яку конфігурацію вугільних систем можна буде застосувати – з висхідним потоком, з низхідним потоком, з повністю або частково заповненим резервуаром, з протиточним промиванням. Питання чи потрібно зрештою промивати вугільний фільтр чи не промивати і частіше замінювати вугілля залишається і не має однознаних відповідей.