Published April 21, 2023 | Version v1
Publication Open

Chemical Regeneration of Activated Carbon Used in A Water Treatment System for Medical Services

Creators

  • 1. University of Santiago de Cuba
  • 2. Hasselt University

Description

The chemical regeneration of exhausted granular activated carbon (GAC) from a water treatment plant to produce dialysis water used in hemodialysis treatments for chronic renal disease patients from a general Hospital of Ciego de Avila province, Cuba, was investigated. Activated carbon (AC) exhausted mainly by inorganics (Ca (Ca-chelates), Mg and Na) was regenerated using hydrochloric acid and acetic acid (one regeneration cycle). Solutions of 5%, 10%, 15% and 20%(v/v) as well as four contact times (2 h, 4 h, 6 h and 48 h) for hydrochloric acid and three contact times (2 h, 4 h and 6 h) for acetic acid at 25°C and 1 atm in a dosage of 1 g GAC/10 mL were used. Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectroscopy (ICP-AES), thermogravimetric analysis (TGA), X-ray absorption technique (XRA) and Scanning Electronic Microscopy (SEM) were used to evaluate the effect of the regeneration on exhausted GAC. Batch and scaled column experiments were developed. Breakthrough curves were obtained to assess the AC's performances after chemical regeneration. The removal/adsorption capacity towards free chlorine (as disinfection agent) and hardness ions (expressed in mg CaCO3/L) was estimated using the area under the breakthrough curves from scaled columns experiments. The hydrochloric acid arises as the best acidic regenerator; using a concentration of 20%(v/v), regenerated GACs using hydrochloric acid showed the highest desorption rate of inorganics as well as a free chlorine removal performance of around 30% concerning the virgin GAC sample. A new GAC management scheme is proposed for GACs used in the medical industry to improve the sustainability and economics of the water treatment process.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تم التحقيق في التجديد الكيميائي للكربون المنشط الحبيبي المنهك (GAC) من محطة معالجة المياه لإنتاج مياه غسيل الكلى المستخدمة في علاجات غسيل الكلى لمرضى أمراض الكلى المزمنة من مستشفى عام في مقاطعة سييغو دي أفيلا، كوبا. تم تجديد الكربون المنشط (AC) المستنفد بشكل رئيسي من قبل المواد غير العضوية (Ca (Ca - chelates)، Mg و Na) باستخدام حمض الهيدروكلوريك وحمض الخليك (دورة تجديد واحدة). تم استخدام محاليل بنسبة 5 ٪ و 10 ٪ و 15 ٪ و 20 ٪(v/v) بالإضافة إلى أربع مرات تلامس (2 ساعة و 4 ساعات و 6 ساعات و 48 ساعة) لحمض الهيدروكلوريك وثلاث مرات تلامس (2 ساعة و 4 ساعات و 6 ساعات) لحمض الخليك عند 25 درجة مئوية وجهاز صراف آلي واحد بجرعة 1 غرام من GAC/10 مل. تم استخدام التحليل الطيفي للبلازما والانبعاثات الذرية المقترن استقرائيًا (ICP - AES)، والتحليل الحراري (TGA)، وتقنية امتصاص الأشعة السينية (XRA) والمسح المجهري الإلكتروني (SEM) لتقييم تأثير التجديد على GAC المستنفد. تم تطوير تجارب الأعمدة الدفعية والمقاسة. تم الحصول على منحنيات اختراق لتقييم أداء مكيف الهواء بعد التجديد الكيميائي. تم تقدير قدرة الإزالة/الامتزاز تجاه الكلور الحر (كعامل تطهير) وأيونات الصلابة (المعبر عنها بـ mg CaCO3/L) باستخدام المنطقة الموجودة تحت منحنيات الاختراق من تجارب الأعمدة المقاسة. ينشأ حمض الهيدروكلوريك كأفضل مجدد حمضي ؛ باستخدام تركيز 20 ٪(حجم/حجم)، أظهرت GACs المتجددة باستخدام حمض الهيدروكلوريك أعلى معدل امتصاص للمواد غير العضوية بالإضافة إلى أداء إزالة الكلور الحر بحوالي 30 ٪ فيما يتعلق بعينة GAC البكر. يُقترح مخطط إدارة GAC جديد لـ GACs المستخدمة في الصناعة الطبية لتحسين استدامة واقتصاديات عملية معالجة المياه.

Translated Description (French)

La régénération chimique du charbon actif granulaire (CAG) épuisé d'une usine de traitement de l'eau pour produire de l'eau de dialyse utilisée dans les traitements d'hémodialyse pour les patients atteints de maladies rénales chroniques d'un hôpital général de la province de Ciego de Avila, à Cuba, a été étudiée. Le charbon actif (CA) épuisé principalement par les substances inorganiques (Ca (chélates de Ca), Mg et Na) a été régénéré à l'aide d'acide chlorhydrique et d'acide acétique (un cycle de régénération). Des solutions de 5%, 10%, 15% et 20%(v/v) ainsi que quatre temps de contact (2 h, 4 h, 6 h et 48 h) pour l'acide chlorhydrique et trois temps de contact (2 h, 4 h et 6 h) pour l'acide acétique à 25°C et 1 atm à la dose de 1 g GAC/10 mL ont été utilisés. La spectroscopie d'émission plasma-atomique à couplage inductif (ICP-AES), l'analyse thermogravimétrique (TGA), la technique d'absorption des rayons X (XRA) et la microscopie électronique à balayage (SEM) ont été utilisées pour évaluer l'effet de la régénération sur le CAG épuisé. Des expériences par lots et par colonnes échelonnées ont été développées. Des courbes de rupture ont été obtenues pour évaluer les performances du CA après régénération chimique. La capacité d'élimination/adsorption vers le chlore libre (en tant qu'agent de désinfection) et les ions de dureté (exprimés en mg CaCO3/L) a été estimée en utilisant la surface sous les courbes de percée des expériences sur colonnes échelonnées. L'acide chlorhydrique apparaît comme le meilleur régénérateur acide ; en utilisant une concentration de 20%(v/v), les CAG régénérés à l'aide d'acide chlorhydrique ont montré le taux de désorption des matières inorganiques le plus élevé ainsi qu'une performance d'élimination du chlore libre d'environ 30% concernant l'échantillon de CAG vierge. Un nouveau schéma de gestion des CAG est proposé pour les CAG utilisés dans l'industrie médicale afin d'améliorer la durabilité et l'économie du processus de traitement de l'eau.

Translated Description (Spanish)

Se investigó la regeneración química de carbón activado granular (GAC) agotado de una planta de tratamiento de agua para producir agua de diálisis utilizada en tratamientos de hemodiálisis para pacientes con enfermedad renal crónica de un Hospital general de la provincia de Ciego de Ávila, Cuba. El carbón activado (AC) agotado principalmente por compuestos inorgánicos (Ca (quelatos de Ca), Mg y Na) se regeneró utilizando ácido clorhídrico y ácido acético (un ciclo de regeneración). Se utilizaron soluciones de 5%, 10%, 15% y 20%(v/v) así como cuatro tiempos de contacto (2 h, 4 h, 6 h y 48 h) para ácido clorhídrico y tres tiempos de contacto (2 h, 4 h y 6 h) para ácido acético a 25°C y 1 atm en una dosificación de 1 g GAC/10 mL. Se utilizaron espectroscopía de emisión atómica de plasma acoplado inductivamente (ICP-AES), análisis termogravimétrico (TGA), técnica de absorción de rayos X (XRA) y microscopía electrónica de barrido (SEM) para evaluar el efecto de la regeneración en el GAC agotado. Se desarrollaron experimentos de columna por lotes y a escala. Se obtuvieron curvas de avance para evaluar el rendimiento de la CA después de la regeneración química. La capacidad de eliminación/adsorción hacia el cloro libre (como agente de desinfección) y los iones de dureza (expresados en mg CaCO3/L) se estimó utilizando el área bajo las curvas de avance de los experimentos de columnas a escala. El ácido clorhídrico surge como el mejor regenerador ácido; usando una concentración del 20%(v/v), los GAC regenerados usando ácido clorhídrico mostraron la mayor tasa de desorción de compuestos inorgánicos, así como un rendimiento de eliminación de cloro libre de alrededor del 30% con respecto a la muestra de GAC virgen. Se propone un nuevo esquema de gestión GAC para los GAC utilizados en la industria médica para mejorar la sostenibilidad y la economía del proceso de tratamiento del agua.

Files

aeer.2302028.pdf.pdf

Files (774.0 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:12d5c674dfe020a450756e4761b45521
774.0 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التجديد الكيميائي للكربون المنشط المستخدم في نظام معالجة المياه للخدمات الطبية
Translated title (French)
Régénération chimique du charbon actif utilisé dans un système de traitement de l'eau pour les services médicaux
Translated title (Spanish)
Regeneración química del carbón activado utilizado en un sistema de tratamiento de agua para servicios médicos

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4366773536
DOI
10.21926/aeer.2302028

Is supplement to
https://openalex.org/W4386141946 (Other)
https://openalex.org/W4232326429 (Other)
https://openalex.org/W4205860744 (Other)
https://openalex.org/W373730179 (Other)
https://openalex.org/W2560621203 (Other)
https://openalex.org/W2366683654 (Other)
https://openalex.org/W2364539061 (Other)
https://openalex.org/W2144140947 (Other)
https://openalex.org/W2088966790 (Other)
https://openalex.org/W1988803563 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Cuba

References

  • https://openalex.org/W128844552
  • https://openalex.org/W1977475394
  • https://openalex.org/W2090642549
  • https://openalex.org/W2781890294
  • https://openalex.org/W2793632868
  • https://openalex.org/W2892488407
  • https://openalex.org/W2915337652
  • https://openalex.org/W2941025107
  • https://openalex.org/W2952885935
  • https://openalex.org/W3034663108
  • https://openalex.org/W3048679172
  • https://openalex.org/W3049510729
  • https://openalex.org/W3091975320
  • https://openalex.org/W3108629472
  • https://openalex.org/W3112180757
  • https://openalex.org/W3114352258
  • https://openalex.org/W3118720456
  • https://openalex.org/W3163509090
  • https://openalex.org/W4200325129
  • https://openalex.org/W4282592462
  • https://openalex.org/W4284712249