کربن فعال چیست و چه کاربردی در تصفیه آب دارد؟

تصفیه آب با استفاده از کربن فعال یک فرآیند جذب است که در آن ناخالصی‌ها از طریق پدیده جذب بر روی سطح ذرات کربن به دام می‌افتند. ذرات کربن فعال دارای ساختار میکروسکوپی متخلخلی هستند که سطح بسیار وسیعی را فراهم می‌کنند.

کارایی جذب به عواملی مانند اندازه مولکول‌ها، اندازه منافذ، سطح تماس، غلظت ذرات، دما، زمان تماس و سایر پارامترها بستگی دارد.

فرآیند جذب چیست؟

جذب پدیده‌ای است که طی آن مولکول‌ها یا ذرات بر روی سطح یک جامد متمرکز می‌شوند. “جاذب” می‌تواند هر ماده جامدی باشد که دارای سایت‌های اتصال برای پیوند با ماده جذب‌شونده باشد. کربن فعال رایج‌ترین جاذب تجاری است که در تصفیه آب استفاده می‌شود.

کاربردهای کربن فعال در تصفیه آب

فیلتراسیون با کربن فعال برای اهداف زیر مورد استفاده قرار می‌گیرد:

• حذف طعم و بوی نامطبوع از آب.
• کاهش خطرات بهداشتی.
• جلوگیری از آسیب به غشاهای اسمز معکوس و رزین‌های تبادل یونی.
• تصفیه ثالثیه فاضلاب.
• پیش‌تصفیه آب صنعتی و موارد دیگر.

انواع مختلف کربن فعال آلاینده‌های مختلفی را حذف می‌کنند، از جمله:

• باقی‌مانده‌های کلر ناشی از فرآیندهای گندزدایی – کلر یا کلرامین‌ها و برخی محصولات جانبی گندزدایی (DBP) مانند تری‌هالومتان‌ها (THM).
• ترکیبات آلی از جمله حلال‌ها، آفت‌کش‌ها، زباله‌های صنعتی و موارد دیگر.
• برخی فلزات سنگین مانند سرب.

با این حال، فیلترهای کربن فعال باکتری‌ها، ویروس‌ها و نمک‌های معدنی را حذف نمی‌کنند.

ویژگی‌های منحصر به فرد کربن فعال

کربن فعال نوعی کربن است که برای افزایش سطح تماس آن تا حدود ۱۰۰۰ متر مربع بر گرم فرآوری شده است. ساختار آن به‌گونه‌ای است که حاوی تعداد زیادی منافذ کوچک بین اتم‌های کربن است و سطح بسیار وسیعی را ایجاد می‌کند. برای مثال چند گرم (تقریباً ۵ گرم) کربن فعال سطحی برابر با مساحت یک زمین فوتبال دارد!

کربن فعال ماده‌ای آب‌گریز است که تمایل زیادی به ترکیبات آلی و آلاینده‌های غیرقطبی دارد. نیروی‌های واندروالسی مسئول فرآیند جذب در این ماده هستند.

مواد اولیه کربن فعال

انواع مختلفی از کربن فعال با ویژگی‌های خاص وجود دارد. این ماده از مواد اولیه گوناگونی که محتوای کربن بالایی دارند تولید می‌شود، از جمله:

• کربن معدنی
• چوب
• پوسته نارگیل
• بامبو و غیره

کربن فعال باید دارای حجم بالایی از میکروحفره‌ها باشد که توزیع مناسبی دارند و امکان جذب مولکول‌هایی با اندازه‌های مختلف را فراهم کنند.
علاوه بر این، وجود حفره‌های بزرگ‌تر برای دسترسی مولکول‌ها به میکروحفره‌ها ضروری است. به همین دلیل، برای دستیابی به توزیع بهینه اندازه حفره‌ها، فرآیند تولید باید به‌دقت کنترل شود.

اشکال کربن اکتیو

برای تصفیه آب، کربن فعال در دو شکل اصلی عرضه می‌شود:

1. کربن فعال پودری (PAC): ماده‌ای پودری با ذرات خرد شده که بیشتر آنها قطری کمتر از ۰.۱۸ میلی‌متر (۸۰ مش) دارند.
2. کربن فعال گرانولی (GAC): ماده‌ای با شکل نامنظم و قطر معمولی بین ۰.۲ تا ۱.۵ میلی‌متر.

در فرآیند تصفیه آب، کربن فعال پودری به آب اضافه می‌شود یا آب از میان بستر کربن فعال گرانولی عبور می‌کند.

کاربردهای PAC در تصفیه آب:

• کنترل طعم و بو
• حذف مواد آلی

PAC به‌صورت پودر خشک یا دوغاب استفاده می‌شود:

• پودر خشک: از تجهیزات خوراک‌دهی خشک برای تزریق مواد استفاده می‌شود و برای کاربردهای با دوز پایین و ناپیوسته مناسب است.
• دوغاب: با پمپ‌های دوزینگ تزریق می‌شود و در مواردی که نیاز به دوزهای بالا و استفاده مکرر است، کاربرد دارد.

کاربردهای GAC در تصفیه آب:

• به‌عنوان مرحله پسافیلتراسیون پس از فرآیندهای فیلتراسیون معمولی
• درون فیلترهای مدیای گرانولی، که بخشی از بستر فیلتر با GAC جایگزین می‌شود

در پیکربندی پسافیلتراسیون، فیلتر GAC آب باکیفیتی را دریافت می‌کند، زیرا آب از تمام مراحل تصفیه عبور کرده است.

تصفیه آب با کربن فعال چگونه عمل می‌کند؟

تصفیه آب با کربن فعال، روشی رایج برای بهبود کیفیت آب از طریق حذف آلاینده‌ها و بهبود طعم و بو است. این روش بر اساس ویژگی‌های منحصر به فرد کربن فعال، ماده‌ای متخلخل که می‌تواند به طور طبیعی طیف وسیعی از ترکیبات را جذب کند، استوار است.

کربن فعال، ماده‌ای کربنی است که برای افزایش تخلخل و سطح ویژه خود، تحت فرآوری قرار می‌گیرد. این امر از طریق فرآیندهای فعال‌سازی که می‌توانند به روش حرارتی (در کوره با اتمسفر کنترل شده) یا روش شیمیایی با اسید فسفریک یا موارد مشابه انجام شوند، حاصل می‌شود. نتیجه، ماده‌ای بسیار متخلخل با سطح وسیع است که آن را برای جذب آلاینده‌های بیشتر از آنچه به طور طبیعی توسط کربن غیرفعال جذب می‌شود، ایده‌آل می‌سازد.

 مزایای کربن اکتیو در فیلتراسیون آب

استفاده از فیلتر کربن اکتیو تصفیه آب یک روش قدیمی و اثبات‌شده است که در صنایع مختلف کاربردهای گسترده‌ای داشته است. برخی از مزایای کلیدی آن عبارتند از:

• قابلیت جذب طیف گسترده‌ای از ناخالصی‌ها: کربن فعال با جذب آلاینده‌های مختلف، کیفیت، طعم و بوی آب آشامیدنی را بهبود می‌بخشد.
• حفظ ترکیب طبیعی آب: برخلاف برخی روش‌های فیلتراسیون که مواد معدنی مفید را از آب حذف می‌کنند یا تعادل pH آن را تغییر می‌دهند، کربن فعال با حذف انتخابی مواد مضر و حفظ مواد معدنی ضروری، یکپارچگی تغذیه‌ای و طعم آب را حفظ می‌کند.
• پایداری زیست‌محیطی: کربن فعال یک ماده پایدار و دوستدار محیط زیست است که معمولاً از منابع طبیعی مانند پوسته نارگیل یا چوب تولید می‌شود و قابلیت تجدیدپذیری بالایی دارد.
• مقرون‌به‌صرفه و نگهداری آسان: فیلترهای آب مجهز به کربن فعال به‌طور کلی هزینه کمتری دارند و تعویض فیلتر کربن به‌راحتی انجام می‌شود. این فیلترها قابل بازیابی و استفاده مجدد هستند که پایداری آنها را افزایش می‌دهد.

با افزایش چالش‌های آلودگی آب در سراسر جهان، نقش کربن فعال در فیلترهای آب اهمیت بیشتری پیدا کرده است. چه برای بهبود طعم آب آشامیدنی و چه برای کاهش مواد شیمیایی مضر، فیلترهای مبتنی بر کربن فعال یک راه‌حل قابل اعتماد به شمار می‌روند.

مزایای دیگر استفاده از دستگاه تصفیه کربن فعال در صنعت چیست؟

با استفاده از سیستم کربن فعال در تصفیه مایعات صنعتی، می‌توان به چندین بهبود چشمگیر در کیفیت مایع تصفیه‌شده دست یافت. این روش به دلیل تخلخل بالا و سطح ویژه بزرگ کربن فعال، که امکان جذب طیف وسیعی از آلاینده‌ها را فراهم می‌کند، مؤثر است.

کاهش آلاینده‌های آلی

کربن فعال در حذف آلاینده‌های آلی، از جمله هیدروکربن‌ها، حلال‌ها و سموم دفع آفات بسیار کارآمد است. این ترکیبات می‌توانند از فرآیندهای صنعتی ناشی شوند و در صورت عدم رسیدگی صحیح، برای محیط زیست و سلامت انسان مضر باشند.

حذف بوها و طعم‌ها

در بسیاری از فرآیندهای صنعتی، حذف بوها و طعم‌های نامطلوب که می‌توانند بر کیفیت محصول نهایی تأثیر بگذارند، بسیار مهم است. کربن فعال موادی را که در ایجاد بوها و طعم‌های ناخوشایند نقش دارند، جذب می‌کند و در نتیجه مقبولیت محصول را بهبود می‌بخشد.

حذف کلر

کلر اغلب در فرآیندهای صنعتی به عنوان یک ضدعفونی کننده استفاده می‌شود، اما برای جلوگیری از آسیب یا واکنش‌های شیمیایی ناخواسته در تجهیزات فیلتراسیون یا تصفیه، باید در طول فرآیند حذف شود. کربن فعال در حذف کلر از طریق کاهش و محصولات جانبی مرتبط مؤثر است.

ایمنی و کیفیت بهبودیافته محصول

کربن فعال با حذف ناخالصی‌ها و آلاینده‌ها، به ایمنی محصول کمک می‌کند که این امر در صنایعی مانند داروسازی، مواد غذایی و نوشیدنی‌ها حیاتی است.

کاهش رنگ

برخی از فرآیندهای صنعتی، مایعاتی حاوی رنگ‌ها یا مواد رنگزای حل‌شده تولید می‌کنند که برای مطابقت با مشخصات محصول یا مقررات زیست‌محیطی باید حذف شوند. کربن فعال می‌تواند به طور مؤثر رنگ این مایعات را کاهش دهد.

 انتخاب بهترین نوع کربن فعال

کربن فعال در فیلترهای آب به اشکال مختلفی از جمله گرانولی (GAC)، پودری (PAC)، اکسترود شده (EAC) یا فیلترهای بلوکی یافت می‌شود.
هر شکل دارای مزایای منحصربه‌فردی از نظر کارایی و طول عمر است و نیازهای مختلف تصفیه را برآورده می‌کند. بنابراین، انتخاب شکل مناسب متناسب با کاربرد مورد نظر برای تضمین بالاترین اثربخشی بسیار مهم است.

فیلتر با کربن فعال گرانولی (GAC) گزینه‌ای مؤثر برای حذف برخی مواد شیمیایی، به‌ویژه مواد شیمیایی آلی از آب است. این فیلترها همچنین می‌توانند مواد شیمیایی‌ای که باعث ایجاد بو یا طعم نامطبوع در آب می‌شوند، مانند سولفید هیدروژن (بوی تخم‌مرغ فاسد) یا کلر، را از آب حذف کنند.

با این حال، مواد شیمیایی دیگر، مانند آهن و نیترات، به کربن جذب نمی‌شوند و با این فیلتر حذف نمی‌گردند؛ در چنین مواردی ممکن است از نوع دیگری از فیلترها، مانند اسمز معکوس (RO) یا ماسه سبز، استفاده شود. فیلترهای اسمز معکوس نیز می‌توانند برخی مواد شیمیایی آلی را حذف کنند. اطلاعات ارائه‌شده در این متن تنها مربوط به فیلترهای GAC است.

کربن فعال گرانولی

کربن فعال گرانولی از مواد خام آلی مانند پوسته نارگیل یا زغال‌سنگ که دارای محتوای بالای کربن هستند تولید می‌شود. این مواد با استفاده از گرما و در غیاب اکسیژن فعال‌سازی می‌شوند تا سطح تماس کربن افزایش یابد. به همین دلیل، گاهی این فیلترها به‌عنوان “فیلترهای زغالی” شناخته می‌شوند. کربن فعال مواد شیمیایی حل‌شده در آب را با عبور آن از فیلتر حاوی GAC حذف می‌کند و این مواد را در سطح خود جذب (adsorb) می‌کند.

برای انتخاب اندازه و اجزای مناسب سیستم، آگاهی از نوع و غلظت آلاینده‌ها و میزان متوسط مصرف آب بسیار حائز اهمیت است. تمامی سیستم‌های تصفیه نیاز به نصب صحیح و نگهداری دوره‌ای دارند. در نهایت، ظرفیت GAC برای جذب و حذف مواد شیمیایی کاهش یافته و نیاز به تعویض دارد. زمان تعویض GAC باید بر اساس سطح آلاینده‌ها و میزان مصرف آب تعیین شود. در شرایطی که سطح آلاینده‌ها و مصرف آب پایین باشد، برخی فیلترها ممکن است چندین سال دوام داشته باشند، اما سطوح بالاتر آلاینده‌ها یا مصرف بیشتر ممکن است نیاز به تعویض مکرر داشته باشد.

برای اطمینان از اینکه نوع کربن فعال انتخابی متناسب با نیازهای شما است، با یکی از متخصصان این حوزه تماس بگیرید.

نتیجه مطلب

استفاده از کربن فعال در تصفیه مایعات صنعتی، نه‌تنها کیفیت مایع را از نظر خلوص و ظاهر بهبود می‌بخشد، بلکه انطباق با استانداردهای ایمنی و زیست‌محیطی را نیز تضمین می‌کند و مزایای قابل توجهی برای صنعت و محیط زیست فراهم می‌آورد.

استفاده از اصطلاح «تصفیه با کربن فعال» دقیق‌تر است و طیف وسیع‌تری از قابلیت‌های این فرآیند را توصیف می‌کند. این اصطلاح نه‌تنها ماهیت فیزیکی حذف ذرات را بیان می‌کند، بلکه به شیمی و پیچیدگی‌های دخیل در حذف مؤثر آلاینده‌ها در سطوح مولکولی و شیمیایی نیز اشاره دارد. بنابراین، برای ارتباط فنی دقیق و انعکاس مناسب قابلیت‌های کربن فعال، توصیه می‌شود اصطلاح «تصفیه» به جای «فیلتراسیون با کربن فعال» ترجیح داده شود.