1. Налейте в фильтр такое количество воды, чтобы она полностью покрывала осадок. При этом убедитесь, что уровень воды не достигает 5-8 мм от края фильтра. Не разрешайте воде резко попадать в фильтр, так как это может негативно сказаться на его функциональности.
Что такое воздушные фильтры, где и как они применяются?
Воздушные фильтры — это специальные устройства, предназначенные для снижения или полного удаления нежелательных частиц из воздуха. Эти устройства могут быть использованы как в системах вентиляции, где воздух проходит через фильтр, так и в помещениях, где воздух находится в свободном движении. В частности, промышленные системы фильтрации воздуха играют важную роль в улучшении качества окружающей среды в помещениях, а также продлевают срок службы различных машин, двигателей и оборудования, предотвращая их загрязнение.
Воздушные фильтры становятся незаменимыми в процессах очистки воздуха, особенно в условиях, где загрязнение является актуальной проблемой. Загрязнение воздуха может проявляться в различных формах и встречается практически повсеместно, что приводят к растущему спросу на качественные фильтры. Эти устройства находят применение в разнообразных отраслях промышленности, таких как очистка сточных вод, нефтегазовая отрасль, производство бумаги и пластмасс, выпуск удобрений, аэрокосмическое производство и фармацевтика.
Стоит отметить, что воздушные фильтры важны не только для предприятий, но и для пользователей в быту. Они используются в домашних приборах, таких как печи, пылесосы, кондиционеры и увлажнители воздуха. Например, использование фильтров становится особенно актуальным в домах, где проживают люди, страдающие от аллергии, или в домах с домашними питомцами, вызывающими аллергические реакции, а также в средах с повышенной влажностью, где может скапливаться плесень и грибы.
Воздушные фильтры способствуют очистке воздуха, устраняя аллергены и улучшая общее качество воздуха, позволяя жильцам легче и свободнее дышать. Наиболее важная интеграция фильтров происходит в системах отопления, вентиляции и кондиционирования, особенно для людей, страдающих астмой или испытывающих сложности с дыханием. В медицинских учреждениях воздушные фильтры необходимы для удаления микробов, бактериальных и вирусных инфекций, которые могут передаваться посредством воздухопроницаемых молекул.
История воздушных фильтров
Концепция воздушных фильтров берет начало в XVI веке, когда рабочие начали использовать защитные маски для предотвращения вдыхания вредных дымов, паров, газов или частиц пыли. Исторически, за период между 1700 и 1918 годами несколько инженеров, включая Александра фон Гумбольдта и Луиса П. Хаслетта, разрабатывали устройства, очищающие воздух. Особенно известным является изобретение Хаслетта, названное «защитником легких», которое использовало мокрую шерсть и механизм с заслонкой для фильтрации пыли.
В конце 1940-х годов химическая компания армии США в сотрудничестве с Комиссией по атомной энергии разработали первый фильтр HEPA (High Efficiency Particulate Air). Первоначально его именовали «фильтрами коллективного сдерживания», так как они предназначались для защиты от радиоактивных веществ.
После окончания Второй мировой войны технологии HEPA были рассекречены правительством США, что позволило производителям начать массовое производство таких фильтров для бытового и коммерческого применения. Первоначально фильтры HEPA производили с использованием асбестовых тканей, но использование этого материала было прекращено в конце 1950-х годов из-за его опасности для здоровья.
В 1960-х годах в ответ на случаи с неисправными фильтрами, Комиссия по атомной энергии внедрила контроль за качеством продукции. В 1963 году немецкий инженер Клаус Хаммес, совместно с братом Манфредом, разработали первый фильтр свежего воздуха специально для домашних печей. Этот фильтр состоял из магнитного элемента с фильтрующим слоем, который обеспечивал эффективность улавливания частиц пыли, попадающих в печь вместе с холодным воздухом.
Системы Хаммеса начали набирать популярность, когда потребители поняли, что фильтры помогают значительно уменьшить симптомы аллергии и астмы. В результате компания Хаммеса разработала аналогичные системы фильтрации для других видов отопительного оборудования, включая радиаторы и системы кондиционирования.
Типы воздушных фильтров
Системы фильтрации воздуха можно разделить на две основные категории: электрические и механические. Однако также существуют и другие специализированные системы фильтрации, которые выполняют конкретные функции.
Плоские сетчатые фильтры из стекловолокна.
Эти фильтры имеют среднюю эффективность от 1 до 4. У них прочный металлический корпус, который защищает внутреннюю структуру от повреждений. Такие фильтры хорошо улавливают крупные частицы воздуха, но не эффективны против более мелких загрязняющих агентов, таких как пыль и бактерии.
Плиссированные фильтры.
Одноразовые полиэфирные складчатые фильтры способны улавливать как крупные, так и мелкие частицы благодаря своим особенностям. Они имеют уровень эффективности от 7 до 13. Высокий коэффициент эффективности делает их идеальным выбором как для домашнего, так и для коммерческого использования, так как они близки по производительности к фильтрам HEPA, но стоят значительно дешевле.
Фильтры HVAC.
Эти устройства имеют высокую эффективность (от 14 до 16) для фильтрации твердых частиц из воздуха. Они увеличивают сопротивление воздуходвижению и обеспечивают тихую работу. Фильтры HVAC применяются в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, как в бытовых, так и в коммерческих сигналах.
Фильтры HEPA.
Фильтры HEPA предназначены для обеспечения наилучшего качества воздуха. Они соответствуют строгим промышленным стандартам и способны удалять до 99,97% всех частиц, находящихся в воздухе в помещениях. Их эффективность составляет от 17 до 20. Эти фильтры чаще всего устанавливают в системах отопления, вентиляции и кондиционирования, операционных залах больниц и на фармацевтических производствах, что помогает эффективно удалять аллергены и другие раздражающие вещества из воздуха.
Фильтры ULPA.
Фильтры ULPA (Ultra-Low Penetration Air) схожи с HEPA, однако обладают еще большей эффективностью при точной фильтрации. Они предназначены для удаления аллергенов и для соблюдения строгих стандартов в области качества воздуха.
Встроенные фильтры.
Эти фильтры устанавливаются в существующие воздуховоды или трубы и помогают удалять загрязнения и жидкости из воздушного потока.
Мембранные фильтры.
Мембранные фильтры используют тонкие микропористые мембраны для улавливания твердых частиц, когда воздух проходит через них.
Фильтры воздушных компрессоров.
Эти фильтры или фильтры сжатого воздуха служат для удаления воды, масла, пыли, паров и других загрязнителей из источников сжатого воздуха.
Электростатические фильтры.
Эти устройства обеспечивают практически постоянную фильтрацию и не требуют источника питания для достижения максимальной эффективности.
Фильтры для печей.
Фильтры для печей — это устройства для очистки воздуха, устанавливаемые как в коммерческих, так и в домашних кухнях. Они предназначены для улавливания пыли, грязи, споров плесени, шерсти домашних животных и других потенциальных аллергенов. Эти фильтры зарегистрированы как легкие в установке и замене.
Угольные воздушные фильтры.
Преимущества воздушных фильтров
С увеличением уровня загрязнения атмосферы системы фильтрации воздуха становятся необходимыми практически для всех современных предприятий и организаций. Они способствуют контролю над выбросами и помогают соответствовать требованиям EPA в борьбе с загрязнением окружающей среды.
Кроме того, воздушные фильтры имеют ряд преимуществ по сравнению с другими методами очистки. Во-первых, они отличаются высокой эффективностью. Во-вторых, эти системы легки в обслуживании и не требуют сложного ухода. К тому же воздушные фильтры не только удаляют вредные частицы из воздуха, но и уменьшают запахи. И, наконец, они относительно недорогие и гибкие.
Дополнительные аксессуары для воздушных фильтров, такие как переходные фланцы, комплекты оборудования, крышки клапанов, вентиляторы для фильтров и адаптеры для вентиляционных труб, также доступны для оптимизации работы фильтрации. Рекомендуется обращаться к своим поставщикам, чтобы найти соответствующие продукты для вашего фильтра.
Компания Biokit предлагает ряд систем обратного осмоса, водоочистителей и другого оборудования, способного вернуть водопроводной воде ее природные свойства.
Фильтрование растворов в лаборатории
Суть процесса фильтрации заключается в том, что жидкость, содержащая твердые частицы, проходит через специальную пористую мембрану. Поры или отверстия в фильтрующей форме так малы, что твердые частицы не могут пройти через них, но жидкость совершенно свободно проходит. Перегородка, которая задерживает твердые частицы, называется фильтром.
Производительность фильтра, то есть количество твердых частиц разного размера, а также пропускная способность, то есть количество жидкости, которое может пройти через фильтр за единицу времени, прямо пропорциональны размеру пор. В ходе фильтрации на фильтре может накапливаться осадок. Это, в свою очередь, уменьшает объем пор и действует как дополнительный фильтр, создавая плотный фильтрующий слой.
Одним из ключевых факторов, оказывающих влияние на процесс фильтрации, является вязкость. Чем выше вязкость раствора или жидкости, тем сложнее будет провести фильтрацию.
При традиционной фильтрации жидкость проходит через фильтр под давлением, оставаясь в небольшом столбе над фильтром.
Размер твердых частиц в жидкости также значительно влияет на процесс фильтрации. Если размер частиц больше, чем пор фильтра, процесс фильтрации проходит гладко. Однако если размер частиц приближается к размеру пор фильтра, это может замедлить процесс фильтрации и даже привести к его полной остановке. Если размер твердых частиц меньше пор фильтра, взвешенные частицы не поддаются фильтрации.
Коллоидные частицы (<0,1 мкм и >1 нм) не могут быть отделены от жидкости стандартной фильтрацией. В таких случаях ставится задача по увеличению размера и плотности частиц. Часто для этого используются методы кипячения. Многие горячие коллоиды образуют крупные частицы, которые легко задерживаются фильтром.
Фильтры.
Фильтрующие материалы, используемые в лабораторных условиях, могут быть разделены на две группы: на те, которые рассматриваются как специфические для лаборатории, и на те, которые используются в более обширных промышленных применениях.
К первой категории можно отнести, например, силикатный песок, который может иметь различные размеры частиц. Эти параметры влияют как на скорость фильтрации, так и на качество результатов. Чем крупнее частицы, тем выше производительность фильтра, но одновременно с этим будет снижаться его удерживающая способность. Таким образом, фильтр способен задерживать только самые большие частицы, в то время как более мелкие просто пройдут сквозь него.
Широко используются пористые материалы.
Неорганические фильтрующие среды особенно эффективны для жидкостей и растворов, нагретых до температуры выше 1000°C.
Также в лабораториях популярны фильтровальная бумага, целлюлозная пульпа, асбест, текстильные материалы (ткани), смешанные фильтры, прессованное стекло, обожженная глина и фарфор. Эти материалы являются наиболее часто употребляемыми в лабораторных условиях.
Выбор фильтрующего материала зависит как от требований к чистоте исследуемого раствора, так и от его физических и химических свойств.
Фильтрующие материалы не следует применять таким образом, чтобы они подвергались негативному воздействию фильтруемой жидкости. Например, в случаи использования щелочей, особенно концентрированных, не рекомендуется фильтровать из прессованного стекла или материалов, обычно содержащих диоксид кремния (например, кварцевый песок), так как диоксид кремния под воздействием щелочи начинает растворяться и может загрязнять раствор. Некоторые неорганические фильтрующие жидкости, такие как глинозем, оксид циркония и оксид тория, подходят для фильтрации сильно агрессивных жидкостей даже при высоких температурах.
Чтобы создать простой фильтр, квадратный кусок фильтровальной бумаги определенного размера (в зависимости от размера загрязнений и диаметра воронки) складывают в четыре раза и разрезают ножницами.
От чего очищает и насколько эффективно?
Данный материал способствует снижению концентрации следующих примесей в жидкости:
- Летучие соединения (включая радиоактивные газы, пары нефти, ртуть и углеводороды).
- Органические примеси, такие как хлор и озон, которые способны изменять вкус и аромат напитков.
- Токсичные вещества (включая пестициды и гербициды).
- Нефтепродукты.
- Соли тяжелых металлов.
- Бактерии (такие как сальмонелла и дизентерийные бактерии).
ПРИМЕЧАНИЯ. Абсорбирующие материалы не эффективно связываются с угарным газом, спиртами, кислотами, щелочами и большинством минералов (таких как литий, железо, натрий, свинец, мышьяк, фтор и борная кислота).
Из-за своей низкой эффективности в отношении многих примесей они не могут использоваться как единственное средство очистки воды.
Какой используют в фильтрах?
Активированный уголь обычно имеет три типажа систем очистки воды:
| Типы адсорбентов для очистки воды | Маркировка | Описание | Приложение |
| Порошок | PAC. | Размер частиц: 0,15-0,25 мм; очищает воду путем смешивания. Удаляется из жидкостей способом фильтрации. | Резервуары быстрого смешивания, гравитационные фильтры. Не используется в проточных фильтрах для центрального водоснабжения из-за риска значительного уменьшения высоты. |
| Гранулированный | GAC. | Размер частиц: 0,2-5 мм; созданный путем измельчения и просеивания материала. Может многократно использоваться для фильтрации больших объемов жидкостей и газов. | Системы потока, высокоскоростные смешивающиеся резервуары. |
| Выталкивается (выдавливается). | EAC. | Цилиндрические частицы диаметром 1-5 мм. Сделан из порошкообразного углерода. | Используется в сборке бытового фильтра. |
В системах фильтрации сточных вод используют два типа угля:
- Гранулированный. В этих картриджах вода проходит через весь слой угольной загрузки. Уголь выступает в роли адсорбента и избирательно поглощает пары, газы и растворители из жидкости.
- Прессованный. Угольные картриджи такого типа менее эффективны в плане адсорбции, так как имеют меньший слой угля. Однако прессованная конструкция позволяет им выполнять механическую фильтрацию, задерживая взвешенные частицы, такие как ил, песок, неорганические примеси, планктон и микроорганизмы.
Преимущества и недостатки
Активированный уголь эффективно удаляет примеси, влияющие на цвет, вкус и запах напитков, такие как хлор. Однако одним из недостатков является быстрое засорение фильтров из активированного угля.
Важно! Пористые материалы имеют определенный срок службы. Если не произвести своевременную замену картриджей, устройства прекратят выполнять очистку воды.
Кроме того, активированный уголь не способен уничтожать микроорганизмы. Даже если фильтр задержит «нежелательных гостей», они не погибнут, а будут размножаться внутри фильтра. Поэтому в угольный фильтр иногда добавляют дезинфицирующие средства, чтобы предотвратить рост бактерий. По истечении срока службы такие картриджи требуют немедленной замены.
Атомные колебания используются для получения очень высоких частот и высокой точности. Атомные часы используют цезиевый массажер в качестве фильтра УВЧ для стабилизации первичных колебаний. Рубиновые массажеры применяются для высоких и стабильных частот, а также в условиях слабых радиосигналов.
Ионообменный фильтрующий материал для воды
Использование водных фильтратов, содержащих ионообменные смолы, позволяет изменять состав очищаемой жидкости на ионном уровне, отказываясь от солей и других специфических компонентов.
Ионообменные смолы состоят из микроскопических частиц, напоминающих шарики диаметром менее одного миллиметра. Эти частицы производятся из специальных полимеров. Несмотря на их простой внешний вид (по сути, они напоминают рыбу-рыбу), ионообменные смолы обладают уникальными и полезными свойствами: они задерживают ионы различных примесей (от тяжелых металлов до солей жесткости) и заменяют их на безвредные эквиваленты. Проще говоря, во время фильтрации воды с применением данного фильтрующего материала происходит обмен ионами, что и создает основное назначение этих смол.
Смолы, используемые для фильтрации, могут иметь гелевую, пористую или промежуточную структуру.
Гелевые ионообменники не имеют пор, поэтому ионообмен начинается только тогда, когда смола набухает и начинает распадаться в гелевую форму. По сравнению с пористыми смолами, гелевые имеют более высокую обменную емкость.
Пористые (макропористые) смолы содержат множество пор на своей поверхности, что способствует эффективному ионному обмену.
Структуры, находящиеся между гелевыми и пористыми, называют промежуточными. Различия между этими структурами заключаются в следующем: ионообменные смолы с гелевой структурой более эффективны в плане обмена, чем пористые. Однако последние обладают лучшей стойкостью к химическим воздействиям и высокой температуре, позволяя задерживать большее количество примесей, независимо от температуры воды.
Фильтры для очистки воздуха от твердых частиц и высокоэффективные воздушные фильтры — это устройства с эффективностью 14-16. Они увеличивают сопротивление воздушному потоку и обеспечивают тихую работу. Фильтры HVAC обычно используются в бытовых или коммерческих системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC).
Разбор фильтра с Алиэкспресс
Чтобы объяснить предыдущий раздел, давайте проанализируем простой пример фильтров, доступных на Aliexpress. Различные фильтры для сабвуферов можно там легко найти. Рассмотрим один из них.
В описании указаны характеристики фильтра. Этот фильтр предназначен для сабвуферов мощностью 300 ватт и имеет крутизну 12 дБ/октава. Например, если сабвуфер с подключенным выходом фильтра имеет сопротивление катушки 4 Ом, частота среза составит 150 Гц. Если же сабвуфер обладает сопротивлением 8 Ом, тогда частота среза будет 300 Гц.
Для тех, кто интересуется схемами, продавец даже добавил её в описание товара. Это выглядит так:
Эта схема затем собрана в системе моделирования Proteus. Поскольку параллельное подключение конденсаторов увеличивает ёмкость, мы сразу заменили четыре конденсатора одним.
В большинстве случаев значение сопротивления постоянного тока катушки может быть измерено непосредственно на динамике: 2 Ом, 4 Ом, 8 Ом и редко 16 Ом. Интересный факт заключается в том, что символ Ом (Ω) после этих значений указывает на единицу измерения электрического сопротивления. Также в катушке динамика присутствует индукция, что также стоит учитывать.
Как работают индукторы на различных частотах?
При подаче постоянного тока катушка динамика, намотанная медным проводом, имеет активное сопротивление. На более низких частотах отклик катушки берется во внимание и рассчитывается по следующему уравнению:
XL – сопротивление катушки, Ом; P – константа, приблизительно равная 3,14.
Так как сабвуфер специально предназначен для воспроизведения низких частот, он добавляет эту характеристику к катушке, соединяясь с активным сопротивлением самой катушки. Хотя индукция фиктивного динамика не известна, она не учитывается в экспериментах. Поэтому все расчеты в данной работе проводятся с необходимыми допусками.
Согласно данным продавца, если фильтр подключён к сабвуферу с сопротивлением 4 Ом, его частота среза должна составить до 150 Гц. Давайте проверим, так ли это на самом деле:
Как видно из графиков, частота среза при -3 дБ составляет почти 150 Гц.
Теперь заряжаем фильтр с помощью 8-омного динамика.
Полосовые фильтры
В предыдущем разделе мы рассматривали пример полосового фильтра.
Кривая отклика данного фильтра имеет следующий вид:
Эти фильтры имеют две частоты среза, которые устанавливаются на уровне -3 дБ или 0,707 от максимального коэффициента усиления, что также более точно обозначается как Kuмакс./√2.
Фильтры с регулировкой полосы пропускания.
Когда необходимо выбрать определённую узкую полосу пропускания, применяются настройки LC-фильтры, которых также обычно называют селективными. Рассмотрим пример одного из таких фильтров.
Элементы LC-цепи формируют делитель напряжения вместе с резистором R. В данном случае катушка и конденсатор объединяются, формируя параллельный колебательный контур с очень высоким сопротивлением, что известен как открытый контур, на резонансной частоте. Это приводит к тому, что если к выходу такого фильтра не будет подключена нагрузка, выходное напряжение цепи будет равняться входному.
Амплитудно-частотная характеристика этого фильтра представлена следующим образом:
В реальных цепях пик амплитудно-частотной характеристики сглаживается из-за потерь в катушках и конденсаторах, поскольку оба этих компонента имеют паразитные параметры.
Если вертикальная ось рассматривать как значение коэффициента усиления, график АЧХ показывает следующий вид:
Для оценки полосы пропускания данного фильтра проведите прямую линию на уровне 0,707. Как можно заметить, она очень узкая. Коэффициент качества Q может быть применён для определения характеристик цепи. Чем выше коэффициент качества, тем четче будет отклик.
Как же высчитать коэффициент качества на графике? Для этого необходимо определить частоту настройки с использованием следующего уравнения:
g0- частота настройки схемы в Гц, L – индуктивность катушки в генри, C – емкость конденсатора в фарадах.
В качестве примера подставьте значения L=1mH и C=1uF, чтобы установить частоту настройки схемы на 5033 Гц.
Далее, чтобы определить полосу пропускания фильтра, достаточно как обычно установить её на уровне -3 дБ. Это делается, если вертикальная шкала представлена в децибелах, или же на уровне 0,707, если используемая шкала линейная.
Поверните верхнюю часть АЧХ, чтобы найти две частоты среза:
Печные фильтры — это очистители воздуха, устанавливаемые как в коммерческих, так и в домашних кухнях, для улавливания пыли, грязи, семян плесени, шерсти домашних животных и других потенциальных аллергенов. Такие фильтры легко устанавливаются и подлежат замене.
Прочие фильтры
Кварцевые или пиццовые фильтры
Данные фильтры используют регулирующие свойства некоторых материалов, таких как кварц.
В конце 1930-х годов инженеры обнаружили, что небольшие механические системы, изготовленные из твердых материалов, таких как кварц, обладают специфическими свойствами, которые позволяют контролировать радиочастоты. Хотя некоторые из этих ранних резонансных систем были изготовлены из стали, вскоре стало известно, что кварц работает значительно лучше, так как он является пьезоэлектрическим материалом. Это означает, что кварцевые резонаторы могут быстро преобразовывать собственное механическое движение в электрические сигналы. Еще одно преимущество кварца — это его низкий коэффициент теплового расширения, что позволяет сохранять постоянные частоты в широком диапазоне температур. Кроме того, фильтры из кварцевого стекла обладают гораздо более высоким качеством, чем LCR-фильтры. Если требуется высокая стабильность, такие фильтры могут быть установлены в «стеклянную печь» для контроля температуры. Для фильтров с очень узкой полосой пропускания в конструкции могут использоваться несколько кристаллов подряд.
Пила Filtros.
Данный фильтр был разработан группой инженеров, включая Теда Пейджа. SAW-фильтры — это электромеханические устройства, которые часто используют в радиочастотных приложениях. Электрический сигнал преобразуется в механическую волну с помощью устройства, состоящего из непроницаемого материала или керамики. Эта волна распространяется по устройству и затем преобразуется обратно в электрический сигнал другим электродом. Итоговый электросигнал восстанавливается и применяется как аналоговый фильтр с конечным ударным откликом. Частотный диапазон данных фильтров ограничен частотами выше 3 ГГц.
Фильтр BAW
Фильтр BAW (объемная акустическая волна) — это электромеханическое устройство, которое может функционировать как лестничный или сетевой фильтр. Эти устройства, как правило, работают на частотах от 2 до 16 ГГц и имеют меньшие размеры и толщину по сравнению с соответствующими BAW-фильтрами. В дополнение, существуют фильтры FBAR, которые также являются разновидностью BAW.
Фильтры-гранты или фильтры YIFG.
Эти микроволновые фильтры могут работать в диапазоне частот от 800 МГц до 5 ГГц и состоят из синтетической кристаллической сферы, которая образована из химических соединений, таких как гипертония и железо. Сфера устанавливается на металлической полосе, которая соединена с транзистором и небольшой антенной, размещенной на вершине сферы. При использовании этого метода с электромагнитами возможно менять частоту, через которую проходит сфера. Это позволяет обрабатывать широкий диапазон частот путем изменения интенсивности магнитного поля.
Отдельные фильтры.
Атомные колебания, как упоминалось, используются для достижения высоких частот и высокой точности. Например, атомные часы используют цезиевые резонаторы в качестве фильтров УВЧ для стабилизации первичных колебаний. Рубиновые резонаторы используются для высоких и стабильных частот, а также для обработки слабых радиосигналов.
Ферриты, в свою очередь, применяются в качестве фильтров во многих типах проводов, например, в компьютерных экранах. Эти фильтры, как правило, имеют различную устойчивость к высоким и низким частотам, что помогает предотвратить нежелательные помехи.
Выбор фильтра зависит исключительно от используемого типа воздушных фильтров. Например, ткани подбираются для работы с твердыми частицами, проходящими через газы. Часто тканевые фильтры, такие как фильтровальные мешки, используются многократно.
Виды используемого угля
Сырьем для производства активированного угля служат природные материалы, которые предварительно сжигаются, а затем подвергаются процессу активации. Суть данного процесса заключается в открытии мельчайших пор, которые были закрыты в углероде. Активация может производиться термохимическим способом, при котором углеродная масса пропитывается раствором карбоната или хлорида цинка и затем подвергается термической обработке в отсутствии влагопроницаемого воздуха.
Второй метод активации углерода — перегрев водяного пара, углекислого газа или их смеси при температурах 800-850°. Учитывая, что в таких температурных условиях получение пара из воды затрудняется, в рабочей зоне используется дополнительная подача воздуха.
Технология позволяет получить активированные поверхности с площадью от 1800 до 2200 квадратных метров на 1 грамм материала. Сам уголь разделяется на несколько категорий в зависимости от диаметра пор:
- Макро-поры — диаметр более 50 нанометров (нм), такие поры характерны для активированного угля на основе древесных материалов.
- Средние поры — размеры от 2 до 50 нм, такие поры имеют основное количество в составов активированного угля.
- Микропоры — диаметром менее 2 нм, которые обнаруживаются в активированных углях из скорлупы кокосовых орехов.
Сырьем для активированного угля могут служить следующие материалы:
- Древесина, которая подвергается обугливанию в отсутствие кислорода, а затем активируется. Данный уголь используется для очистки воды и предотвращения попадания загрязняющих веществ в домашние водопроводы или полевые очистные сооружения.
- Активированный уголь или битуминозный уголь способен связывать пестициды, фенолы и эффективно удалять хлор и запахи из воды.
- Скорлупа кокоса. Активированный уголь, созданный из этого сырья, широко используется в большинстве систем очистки воды. Компоненты, полученные из сожженной кокосовой скорлупы, могут поглощать большое количество различных элементов из водной среды. Это немного опасно для здоровья из-за быстрого истощения ресурса и, соответственно, большой поверхности фильтрации.
Дополнительные компоненты угольных фильтров
Кроме активированного угля, в фильтрах часто включаются следующие добавки.
Синтетические волокна.
Синтетические материалы используются в фильтрующих кассетах для очищения воды от крупных нерастворимых примесей и предотвращения засорения угольной массы и её каналов. Синтетические пористые материалы устанавливаются на выходе из картриджа для дополнительной очистки, задерживая наполнители и предотвращая их попадание в воду.
В некоторых системах угольный наполнитель смешивается с синтетическими волокнами для уплотнения структуры и сохранения формы. Существующая плотная масса активированного угля очищает воду эффективнее от вредных примесей.
Цеолиты.
Это природные минералы, которые являются гидратированными глинами и натриевыми алюмосиликатами, известные своей способностью поглощать и отдавать воду в зависимости от окружающей среды. Это обеспечивает впечатляющие результаты при ионном обмене и возможности поглощения различных веществ.
Сунгит.
Сунгит, состоящий на 99% из углерода и внешне напоминающий графит, ассоциируется с целебными свойствами. Известный ещё со времён Петра, он использовался как отличное природное очищающее средство. И в наши дни сунгит признан минералом с высокими абсорбционными и каталитическими свойствами, отличающийся от других и как выдающийся антиоксидант.
Ионообменные смолы.
Ионообменные смолы, напоминающие мелкие шарики диаметром не более 1 мм коричневого, жёлтого или тёмного цвета, эффективно смягчают воду. Смола обменивается ионами с солями металлоксидов (кальция, магния, железа и марганца), в результате чего их поверхность принимает округлую форму. При добавлении в воду солей хлорида натрия (NaCl) происходит процесс регенерации, в ходе которого вредные соли отделяются от поверхности смолы и попадают в сточные воды.
Антимикробные добавки.
Часто ионы серебра, представленные в виде мелких серых бусинок, добавляются в угольные фильтры для борьбы с бактериями и предотвращения их роста, а также для дезинфекции воды.
Тонкий кварцевый гравий.
Он используется в качестве опорного материала, обеспечивающего равномерный поток обрабатываемой жидкости через угольный слой. Как правило, применяется для обработки больших объемов воды в крупных угольных системах.
Цинк и медь высокой чистоты.
Эти вещества используются в одной из последних запатентованных инноваций — флюсе кинетического разложения. Использование этих металлов предлагает более высокий уровень эффективности и удаления загрязнений по сравнению с обычными наполнителями. В дополнение к металлам, KDF содержит активированный уголь и ионообменные смолы.
Выбор угольных картриджей для кувшинов.
Использование угольных фильтров обладает следующими достоинствами и недостатками:
- При очистке воды от хлора активированный уголь вступает в каталитическую реакцию, что не расходует угольную фракцию. Это делает древесный уголь необходимым элементом в процессе водного дихлоринуса.
- Активированный уголь эффективно устраняет широкий спектр вредных примесей, однако обычные фильтрационные системы не способны обрабатывать свинец, ртуть, кадмий и соли тяжелых металлов. Это ограничение перебарывается за счёт применения современных KDF-материалов с медью и цинком, но они всё еще не получили широкой популярности в обычных картриджах для кувшинов.
- Средний срок службы заменённых картриджей составляет до двух месяцев, после чего эффективность очистки начинает снижаться, и требуется замена. Это создаёт финансовые затраты, которые могут оказаться значительными для некоторых семей. Также стоит отметить, что абсорбционные фильтры необходимо заменять раз в один-два года, и внушительные объемы затрат при покупке нового активированного угля могут значительно ударить по семейному бюджету.
Фильтры с активированным углем считаются эффективным и экономичным способом очистки воды от широкого спектра вредных примесей, особенно от хлора. После прохождения через угольную загрузку все характеристики органических веществ значительно улучшаются. Во многих системах очистки угольная фильтрация функционирует как дополнительный этап предварительной или окончательной очистки.
