Водоподготовка. Современные технологии – обработка серебряным активным углем

Обработку сортировки в колоннах высотой 4,2 метра и диаметром 0,7 м первоначально проводили отожженным березовым углем. Время обработки составляло до суток и более. Это было связано с тем, что такой уголь имел низкие сорбционные характеристики, а технологии получения активных углей в то время не существовало. С освоением промышленного производства древесных активных углей, вместо березового угля колонны стали снаряжать древесным активным углем, что позволило уменьшить время обработки сортировки до нескольких часов. Древесный активный уголь в сравнении с другими активными углями, имевшимися на тот момент, показал наилучшие результаты по обработке сортировки. Более полувека для обработки сортировки использовали только древесные активные угли. В 90-х годах прошлого века значительных изменений претерпела водоподготовка, на многих предприятиях был введен «обратный осмос», одновременно повысилось качество используемого спирта, что позволило сделать большой шаг в повышении чистоты выпускаемого продукта — водки. Но с другой стороны повышение чистоты водки не гарантировало хороших органолептических показателей. Практика показала, что очистка воды и спирта не является гарантией получения продукта (водки) с хорошими органолептическими показателями. Все это привело к тому, что в 90-х годах прошлого века стал расширяться и ассортимент применяемых активных углей для обработки сортировки с целью изменения органолептических показателей. Учитывая исторический опыт и сложившиеся традиции, все новшества разрабатывались под действующее оборудование.

В настоящее время в сфере применения активных углей в ликероводочном производстве для обработки сортировки можно выделить три основных направления:

• традиционно используемые древесные активные угли БАУ
• новые марки активных углей из скорлупы фруктовых косточек, кокосового, грецкого орехов
• активные угли с нанесенными каталитическими добавками.

Первоначально был разработан и в промышленных условиях испытан активный уголь из скорлупы фруктовых косточек и кокоса. За счет более высокой удельной поверхности и сорбционного объема (почти в 2 раза выше, чем у древесных активных углей) было отмечено изменение органолептических оценок по сравнению с древесными активными углями. Но это привело в свою очередь к увеличению скорости обработки сортировки в 2 раза — с 40-60 декалитров в час на древесных активных углях до 80-120 декалитров в час на косточковых активных углях. Если ранее улучшение органолептики обеспечивалось сорбцией органических примесей на активном угле, то в настоящее время при использовании очищенных воды и спирта для устранения спиртового запаха, придания мягкого вкуса водке сорбционных процессов уже недостаточно и помимо сорбционных процессов большую роль играют окислительно-восстановительные процессы, происходящие на поверхности активного угля. Усиление каталитической составляющей возможно при использовании катализаторов и в частности нанесение их на поверхность активного угля. В последнее время и в ликероводочном производстве это направление получило развитие.

Одним из таких катализаторов является серебро. Серебряные активные угли применяются уже более 30 лет для очистки питьевой воды. Основной задачей при разработке серебряных активных углей для водоподготовки являлось определение оптимального содержания серебра на активном угле. Серебро является тяжелым металлом и недопустимо его вымывание в воду, а с другой стороны содержание серебра должно быть таким, чтобы фильтр с активным углем в процессе длительной работы не обрастал микрофлорой. Проведенные многочисленные исследования, в том числе с привлечением медицинских институтов, позволили определить оптимальное содержание серебра на активном угле для водоподготовки. При нанесении серебра на активный уголь в количестве 0,08-0,11% массовых и использовании его в количестве 20% от всей угольной шихты позволяет достигнуть необходимого результата. Основная задача серебряного угля в данном случае — придание бактерицидных свойств угольной шихте, поэтому сорбционная активность таких углей не регламентировалась. При использовании серебряного активного угля в ликероводочном производстве серебро выступает в качестве катализатора окислительно-восстановительных реакций и основная его задача — повышение эффективности каталитических процессов на поверхности активного угля при обработке сортировки в сочетании с высокими адсорбционными свойствами.

В конце 90-х годов в лаборатории были получены серебряные активные угли с различной адсорбционной активностью и проведены эксперименты по обработке серебряным активным углем водно-спиртовых смесей, в результате которых было отмечено существенное улучшение органолептики. В 2000-2001 годах в ОАО «Пермалко» на опытной установке проводились исследовательские работы сотрудниками нашего предприятия по использованию древесных активных углей, импрегнированных серебром, для обработки водно-спиртовых смесей (сортировок) для получения высококачественных сортов водок. По результатам всех проведенных работ было установлено следующее:

• При нанесении серебра на поверхность древесного активного угля происходит падение адсорбционной активности по йоду. Согласно ранее проведенным исследованиям в Институте физической химии серебро на поверхности активного угля располагается в устьях микропор, а в саму микропору не проникает. Поэтому происходит частичное блокирование входа в микропору, что и приводит к снижению адсорбционной активности по йоду. Учитывая тот факт, что молекула йода имеет малые размеры, более крупные молекулы органических примесей из сортировки вообще не смогут сорбироваться в микропоры при их блокировании серебром. Поэтому наряду с определенным количеством серебра (не более 0,10-0,15 %), древесный активный уголь должен иметь и определенную адсорбционную активность, чтобы все органические примеси могли сорбироваться из сортировки.
• Очень важным техническим показателем для древесных активных углей, применяемых для обработки сортировки, является показатель по содержанию пыли (фракция менее 1,0 мм). Для серебряных активных углей, применяемых при очистке воды, он в два раза выше, чем для древесных активных углей, используемых в ликероводочном производстве.
• Серебряный активный уголь для водоподготовки обеспечивает бактерицидные свойства за счет ионов серебра, т.е. частично серебро вымывается в воду. При использовании серебра как катализатора, его количество в процессе всей работы должно быть практически неизменным на поверхности активного угля. Для того, чтобы уменьшить степень перехода серебра в раствор, была изменена технология нанесения серебра на поверхность активного древесного угля, используемого для обработки сортировки.

По результатам совместной работы нашего предприятия и ОАО «Пермалко» была оформлена техническая документация, регламентирующая количество нанесенного серебра и сорбционные свойства, позволяющая использовать импрегнированный серебром активный уголь УАИ для обработки водно-спиртовых смесей (сортировок) по получению водки. Было также определено, что при обработке сортировки на колонне, снаряженной серебряным активным углем, серебро практически остается на поверхности активного угля.

Учитывая отличие между серебряными древесными углями для водоподготовки и для обработки сортировки, были разработаны Технические условия на уголь активный импрегнированный (УАИ) для ликероводочного производства ТУ 2162-002-52273871-2002. Уголь активный импрегнированный серебром получают из древесного активного угля БАУ-А (марка УАИ-1) или БАУ-ЛВ (марка УАИ—2) путем нанесения на поверхность активного угля серебра в количестве 0,08-0,11% массовых.

Показатели активного угля, импрегнированного серебром, на основе угля БАУ, используемого в ликероводочном производстве, должны соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 1.

Таблица 1

Примечание:

1. По согласованию изготовителя с потребителем допускается массовая доля влаги в угле до 15 % с пересчетом фактической массы на 10 %-ную влажность.

Практически все ликероводочные заводы в России для придания хороших органолептических свойств водке используют обработку сортировки древесными активными углями БАУ, получаемыми из древесного угля. Обработка производится в стандартной колонне, в которую загружается 300 кг активного угля БАУ. Лишь после обработки активным углем сортировка становится водкой. Дополнительное нанесение серебра на поверхность активного угля БАУ (300 грамм в одной колонне) позволяет усилить каталитическую составляющую активного угля, в результате чего обеспечивается более глубокая обработка сортировки, включающая в себя как очистку от вредных органических примесей за счет адсорбционных свойств, так и образование новых веществ, приводящих к улучшению органолептических показателей получаемой водки за счет каталитических свойств как самого угля, так и серебра. Многочисленные лабораторные испытания, а также практическое использование серебряного активного угля на ряде предприятий показало, что водка по органолептике имеет преимущества в сравнении с использованием обычного древесного активного угля, а показатель разности в окисляемости на 1-2 минуты больше на серебряном активном угле по сравнению с тем же активным углем БАУ без серебра, испытанных в одинаковых условиях. По нашим данным нанесение серебра на поверхность активного угля в зависимости от процентного содержания позволяет регулировать скорость протекания окислительно-восстановительных реакций на поверхности угля. По технологическим режимам обработка сортировки на колоннах при использовании серебряного активного угля с содержанием серебра 0,1% массовых практически не отличается от древесных активных углей БАУ, но имеет некоторые особенности. Если к примеру, на обычных древесных углях при запасе альдегидов понижение скорости обработки улучшает качество обработанной сортировки, то для серебряного активного угля характерна оптимальная скорость, при которой обработанная сортировка имеет лучшие показатели и понижение скорости обработки может наоборот ухудшать качество обработанной сортировки. Исследования также показали, что рост процентного содержания серебра приводит к увеличению скорости обработки сортировки из-за нарастания альдегидов. Серебро при работе угля в колоннах практически не вымывается.

В последнее время на Российском рынке появились активные угли, импрегнированные серебром, иностранного производства. Следует иметь в виду то, что все данные угли предназначены для очистки питьевой воды и в тех странах, где они производятся, для обработки сортировки не применяются. К тому же активные угли, на которые наносится серебро, могут иметь разную химию поверхности. Так, например, активный серебряный уголь АGC 0,4 фирмы Chemviron производится на базе кокосового активного угля 607С. Но сам активированный уголь 607С перед этим обрабатывается кислотой, в результате количество групп основного характера значительно уменьшается и возрастает число кислых групп. Для обработки воды химия поверхности особой роли не играет. Но при обработке сортировки таким углем будет происходить раскисление сортировки, т.е. кислые группы на поверхности угля либо нейтрализуют щелочные группы из раствора либо сами переходят в раствор, что приводит к снижению рН сортировки. В данном случае наблюдается процесс противоположный тому, который происходит при обработке сортировки щелочными активными углями. А отсюда следует, что при обработке сортировки активными углями с преобладанием кислых групп на поверхности будет ухудшаться органолептика.

Таким образом, из вышеизложенного следует, что для обработки сортировки необходимо использовать серебряные активные угли, прошедшие лабораторные и опытно промышленные испытания. На данное время таковым является импрегнированный серебром активный уголь УАИ, выпускаемый по ТУ 2162-002-52273871-2002. Следует иметь ввиду, что все производимые серебряные активные угли за рубежом предназначены только для очистки питьевой воды и не могут быть использованы для обработки сортировки.

Н.В.Лимонов, к.т.н., начальник технологического отдела ООО «Техносорб-Производство».