Carvão ativado: o que é, tipos, utilizações e guia de seleção industrial

Carvão ativado (AC) é um material de carbono poroso com uma área de superfície extremamente elevada e um espetro de micro/meso poros. Na água industrial, é o meio de eleição para a remoção de cloro/cloramina, odor, sabor, cor e muitos compostos orgânicos dissolvidos (por exemplo, pesticidas, detergentes, THMs). Também é utilizado antes da osmose inversa para proteger as membranas e o polimento a jusante. Este guia explica como funciona o carvão ativado, o seu material tipos e produto formasA taxonomia principal é a seguinte: onde se encaixa, o que não pode fazer, e como dimensionar, higienizar e manter em plantas reais. A taxonomia principal é adaptada das suas notas chinesas. 

1) O que é o carvão ativado e como funciona?

O carvão ativado é produzido através da carbonização de uma matéria-prima adequada, sendo depois "ativado" (vapor/ativação química) para criar uma estrutura altamente porosa. Os mecanismos de remoção incluem adsorção física (forças de van der Waals, preenchimento de poros) e adsorção química/catálise (por exemplo, descloração e decomposição da cloramina). Uma maior área de superfície e a distribuição correta do tamanho dos poros determinam a capacidade e a cinética. 

• Ótimo para: cloro livre/cloramina, sabor e odor, cor, muitos compostos orgânicos, oxidantes residuais, alguns complexos de metais pesados.
• Não é para: TDS/sais, dureza, nitrato por si só e a maioria dos minerais dissolvidos (emparelhar com RO/IX quando necessário).

2) Tipos de materiais (matérias-primas) de carvão ativado

A matéria-prima controla a dureza, a distribuição dos poros e os iões vestigiais. Escolha de acordo com a química da água e o serviço mecânico.

Tipo	Notas e propriedades	Utilização típica
Casca de coco (coco) / casca de noz	Duro, com elevado número de microporos; excelente para cloro e substâncias orgânicas; comum no pré-tratamento de água potável e de OR.	Leitos de CAG e blocos CTO na proteção de água potável e RO.
À base de carvão	Robusto, poros micro/meso equilibrados; boa hidráulica para filtros grandes; a qualidade varia consoante a mina.	Filtros GAC municipais/industriais, serviço EBCT de grandes dimensões.
Derivados de madeira	Mais meso/macrósporos; cinética mais rápida para matérias orgânicas maiores e corpos de cor.	Remoção de cor/estanho, substâncias orgânicas especiais.
Carvão ósseo	Química das superfícies de fosfato de cálcio; utilização em nichos de certos metais/fluoretos.	Polimento especial quando especificado.
Carbono impregnado de prata	Ag lento+ libertação para bio-supressão; deve controlar a migração da prata em relação aos limites locais.	Condições de ponto de utilização ou de risco microbiano (verificar a conformidade).

3) Formas de produtos de carvão ativado: CAG, CAP, ACF e CTO

GAC - carvão ativado granularPadrão industrial para leitos fixos. O tamanho da malha equilibra a cinética com a perda de carga; malha típica 10-24 para grandes recipientes, malha 16-32 para filtros compactos. Pode ser lavado por trás; pode ser reativado ou reenchido.PAC - Carvão ativado em póPó fino doseado como lama ou utilizado em cartuchos. Bom para cargas de choque/picos de cor; não pode ser lavado em contracorrente como um leito.ACF - Fibra de carbono ativadoÁrea de superfície muito elevada e rápida transferência de massa em módulos finos; custo mais elevado e risco biológico; utilizado quando a velocidade de resposta é importante.CTO - Bloco de carbono (sinterizado)Extrudido/sinterizado com aglutinante; proporciona adsorção e filtragem nominal (≈3-20 μm). Capacidade inferior à do CAG; compacto e conveniente para POU/POE.

As reivindicações dos cartuchos devem seguir normas de produto reconhecidas, tais como Orientação NSF/ANSI 42/53.

4) Onde o carvão ativado se enquadra no trem de processo

• Pré-tratamento RO: decloração e redução de substâncias orgânicas para proteger as membranas; normalmente após a filtração multimédia e antes dos cartuchos finos/RO.
• Pós-tratamento/polimento: controlo do sabor/odor/cor a jusante da dessalinização.
• Casos especiais: Dosagem de PAC em tanques de equalização para substâncias orgânicas transitórias; emparelhamento com oxidação/KDF a montante, quando especificado.

5) Fundamentos de dimensionamento para filtros CAG

• EBCT (tempo de contacto com a cama vazia): 5-10 min para funções de cloro/cloramina; 10-20 min quando dominam as substâncias orgânicas dissolvidas (é necessária uma verificação específica do projeto).
• Hidráulica: taxas de serviço/retrolavagem projectadas por OEM; objetivo de expansão do leito 30-50% na retrolavagem (dependente da temperatura).
• Malha e perda de carga: os grânulos mais pequenos melhoram a cinética, mas aumentam o ΔP e o risco de transporte de finos - combinar com a sub-drenagem/filtros.
• Instrumentação: cloro livre (ou ORP) afluente/efluente, ΔP, caudal, TOC/cor periódicos; portas de amostragem e drenos para manutenção.
• Mudança/rebaixamento: com base na rutura (por exemplo, fuga de cloro livre, aumento de TOC/cor) ou ΔP excessivo; manter uma linha de base e capacidade de tendência.

Para um contexto de conceção de fundo sobre o CAG no tratamento de água potável, ver o Recursos de água potável da EPA dos EUA.

6) Riscos, higiene e medidas de controlo

• Bio-crescimento: O CAG pode albergar micróbios. Controlo com programas de saneamento químico/água quente, UV após GAC, quando permitido, e rotinas de retrolavagem corretas.
• Segurança da descloração: assegurar a remoção completa antes da RO para evitar a oxidação da membrana; verificar com analisadores em linha.
• Risco de nitritos: em alimentos que contenham amoníaco, monitorizar os nitritos após o CAG; adicionar UV ou polimento específico quando necessário.
• Graus de prata: confirmar a libertação de prata em relação aos limites regulamentares locais; efetuar a descarga de entrada em funcionamento e manter registos.

Para os limites da água potável e o contexto de conformidade, consultar o Diretrizes da OMS para a qualidade da água potável.

7) GAC vs PAC vs ACF vs CTO - comparação rápida

Formulário	Pontos fortes	Limites	Melhor utilização
CAG	Pode ser lavada de novo ou de novo; grande capacidade de produção; forte para cloro e muitos produtos orgânicos	Necessita de tanques e saneamento; risco biológico se não for gerido	Filtros de pré-tratamento e polimento RO
PAC	Resposta rápida; bom para choques	Manuseamento/acomodação; não é uma cama fixa	Picos de cor, tratamento de lotes, eventos de emergência
ACF	Cinética muito rápida; módulos finos	Custo mais elevado; risco biológico	Módulos compactos, polimento de resposta rápida
Bloco CTO	Compacto; adsorção + filtragem nominal	Menor adsorção do que o CAG; entope mais rapidamente do que o PP	Cartuchos POU/POE, sistemas pequenos

8) Lista de controlo de compras (BOM) e acessórios recomendados

• Vasos de pressão (FRP/SS) dimensionados para EBCT e retrolavagem; sub-drenagem/filtros adaptados à dimensão da malha.
• Meio de carvão ativado (grau e malha de acordo com as especificações); orifícios de amostragem e visor.
• Medidores de caudal, medidores de ΔP, analisador de cloro livre ou ORP; monitorização de TOC/cor, conforme necessário.
• Desinfeção a jusante e filtros de cartucho e bombas doseadoras.
• Para reservatórios e equipamento higiénico, ver produtos em aço inoxidável.

9) FAQs

O carvão ativado remove os TDS?

Não. Carvão ativado adsorve orgânicos e oxidantes, mas não sais dissolvidos ou dureza - emparelhar com RO/IX para dessalinização.

O que é melhor para beber água - coco ou carvão?

Ambos têm um bom desempenho. O coco oferece frequentemente um maior volume de microporos para filtros compactos; os tipos de carvão proporcionam um sistema hidráulico robusto para leitos grandes. Escolha de acordo com a química da água e o objetivo EBCT.

Como é que sei quando devo mudar o carbono?

Monitorizar o avanço (por exemplo, cloro livre à saída, aumento da cor/TOC) e ΔP. Verificar sempre a tendência em função do caudal e da temperatura.

O carvão ativado pode reproduzir bactérias?

Sim, se não for gerido. Utilizar ciclos de saneamento, UV após GAC, quando adequado, e retrolavagem correta. Monitorizar os nitritos quando o amoníaco está presente.

10) Próximas etapas

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