کاربرد کربن فعال در تصفیه آب

کربن فعال (Activated Carbon) ذرات کربنی هستند که به منظور افزایش جذب سطحی و همینطور افزایش توانایی طیف جذب آلودگی عمل آوری می شود. کربن فعال مخصوصا در جذب ترکیبات آلی بسیار کاربرد دارد.

در زیر میکروسکوپ الکترونی ذرات کربن فعال اسفنجی به نظر می آیند. تراک زیاد خلل و فرج در یک حجم نسبتاً کم باعث ایجاد سطح بسیار عجیبی شده است. یک قاشق چای خوری از کربن فعال مانند سطحی از زمین فوتبال پدیدار می گردد.

کربن فعال (اکتیو) که به آن زغال فعال نیز گفته میشود، به طور گسترده‌ای برای نیازهای مختلف تصفیه آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. آب بخش مهمی از صنایع تولیدی است و ممکن است در فرآیند تولید آلوده شود. این آب باید قبل از تخلیه به محیط زیست تصفیه گردد. به همین ترتیب، برخی از صنایع نیاز دارند که آب قبل از استفاده در فرآیند تولید تصفیه شود. مشکلات زیست‌محیطی ناشی از آلودگی آب و هوا نیز می‌توانند با استفاده از کربن فعال مدیریت شوند. کربن فعال برای تصفیه آب در صنایع مختلف و برای اهداف گوناگون به کار می‌رود و یکی از مؤثرترین روش‌های تصفیه آب برای تضمین ایمنی، خلوص، حفاظت محیط زیست، رعایت استانداردها و کیفیت محسوب می‌شود.

استفاده از کربن فعال در تصفیه آب کارخانه یا شرکت شما می‌تواند باعث افزایش کارایی و ایمنی محیط کاری شود.

کربن فعال چیست؟

اگر یک کارخانه تصفیه آب یا کسب‌وکاری دارید که به آب زیادی نیاز دارد، احتمالاً نام کربن فعال را شنیده‌اید. اما کربن فعال دقیقاً چیست؟ به زبان ساده، کربن فعال زغالی است که به گونه‌ای خاص پردازش شده تا قابلیت جذب بالاتری داشته باشد. این ماده دارای محتوای بالای کربن و ساختار داخلی بسیار متخلخل است که سطح آزاد زیادی برای جذب آلاینده‌ها فراهم می‌کند. این ویژگی‌های جذب فوق‌العاده، کربن فعال را به گزینه‌ای ایده‌آل برای جذب آلاینده‌های موجود در آب صنایع تولیدی و دیگر کاربردها تبدیل کرده است.

اگرچه نمی‌توان دقیقاً تعیین کرد که کربن فعال چه زمانی کشف یا استفاده شد، اما اولین کاربرد صنعتی آن در اوایل قرن نوزدهم برای تولید شکر بوده است. بعدها در انگلستان برای تصفیه آب و در ایالات متحده برای تصفیه آب آشامیدنی به کار رفت. امروزه کربن فعال بخش قابل‌ توجهی از بازار تصفیه آب را تشکیل می‌دهد.

کربن فعال چگونه ساخته می‌شود؟

زغال فعال (کربن اکتیو) از مواد مختلفی مانند زغال سنگ لیگنیتی و بیتومینه، چوب زغال‌ شده، پوسته نارگیل و سایر مواد ساخته می‌شود. فرآیند فعال‌سازی کربن در دمای بالا و با استفاده از بخار، دی‌اکسید کربن و هوا انجام می‌شود. نتیجه نهایی، ساختاری متخلخل با سطح وسیعی در حدود ۵۰۰ تا ۱۵۰۰ مترمربع به ازای هر گرم است.

کربن فعال از گروه ریزی از اتمهای کربن تشکیل شده که بر روی هم قرار گرفته اند. کربن فعال از منابع مختلفی از جمله پوست بادام زمینی، پوست بیرونی نارگیل و همینطور زغال بدست می آید. منبع کربن خام در یک پروسه بی هوازی برای تولید ماده کربن عالی(نه آلی ها) سوزانده میشود. برای فعال کردن این کربن آن را از میان گازهای اکسید کننده در درجه حرارت بسیار بالایی عبور می دهند.این پروسه فعال سازی باعث تولید ماده ای پرز مانند که خلل و فرج زیادی دارد که در نتیجه قدرت جذب بالایی خواهد داشت.

کربن فعال چگونه آلاینده‌ها را جذب می‌کند؟

کربن فعال به دلیل خواص جذب بالای خود، در تصفیه آب و صنایع مختلف کاربرد گسترده‌ای دارد. این ماده قادر است آلاینده‌ها را از آب و هوا جذب کند. خاصیت جذب آن به گونه‌ای است که مواد شیمیایی مختلف را به سطح خود می‌چسباند. زمانی که کربن فعال با آب یا گاز تماس پیدا می‌کند، اتم‌ها، مولکول‌ها یا یون‌های موجود را جذب و از محیط جدا می‌کند.

کربن فعال از طریق دو پروسه میزان آلودگی را کاهش می دهد. یکی از طریق حذف فیزیکی بدین صورت که ذرات بزرگ در توانایی عبور از خلل و فرج ریز کربن را ندارند و در این پروسه کربن فعال مانند صافی عمل می کند و مکانیزم دیگر به جذب سطحی معروف است که در آن آلودگی توسط سطح ذرات کربن جذب و نگه داشته میشود. خصوصیات مواد کربنی از جمله، اندازه ذرات و خلل و فرج ، مساحت سطح ، سطح شیمیایی ، چگالی و سختی بر روی راندمان جذب تاثیر بسزایی دارند.

کاربردهای کربن فعال در تصفیه آب

در تصفیه‌ خانه‌های آب، کربن فعال بسته به نیاز و فرآیند، به‌ صورت گرانولی یا پودری استفاده می‌شود. این ماده امروزه به طور گسترده در تصفیه فاضلاب، تصفیه بیولوژیکی فاضلاب و تصفیه مرحله سوم فاضلاب به کار می‌رود.

تصفیه آب آشامیدنی

کربن فعال به‌طور گسترده‌ای برای تصفیه آب آشامیدنی در مصارف خانگی و صنعتی استفاده می‌شود. در فرآیند تصفیه آب آشامیدنی، زغال فعال معمولاً همراه با دیگر روش‌های تصفیه مانند انعقاد، اکسیداسیون و فیلتراسیون استفاده می‌شود. بسته به کیفیت کربن فعال، این ماده می‌تواند آلاینده‌هایی مانند مواد شیمیایی و مواد آلی را جذب کرده و آب را تصفیه کند.

تصفیه آب صنعتی

صنایعی که از آب خدماتی استفاده می‌کنند، برای بازچرخانی آب آلوده به کربن فعال نیاز دارند. آب خدماتی، در اصل آب استفاده‌ شده‌ای است که پیش از استفاده مجدد، با کمک کربن فعال تصفیه می‌شود. این نوع آب بیشتر در کاربردهایی مانند آب خنک‌کننده، آب تغذیه بویلر، آب کندانس، آب استخر و آکواریوم مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فرآیند روشی عالی برای صرفه‌جویی در مصرف آب و جلوگیری از هدررفت آن است و علاوه بر سازگاری با محیط‌ زیست، برای انسان نیز ایمن است. کربن فعال قادر به حذف آلاینده‌های مختلف از جمله مواد شیمیایی و مواد آلی و غیر آلی است.

تصفیه آب کندانس و آب‌های تماسی

آب کندانس ممکن است حاوی روان‌کننده‌ها باشد که می‌توانند آب را آلوده کنند. بنابراین، تصفیه آب پیش از استفاده مجدد در کندانس، مانند بویلرهای فشار بالا، اهمیت زیادی دارد. استفاده از کربن فعال گرانولی در تصفیه آب کندانس بسیار مؤثر است و می‌تواند ترکیبات آلی و آبی را حذف کند.

تصفیه فاضلاب و پساب

کربن فعال همچنین در تصفیه فاضلاب و پساب مورد استفاده قرار می‌گیرد. این محل‌ها اغلب دارای سطوح بالایی از آلاینده‌ها هستند که پیش از استفاده مجدد آب یا تخلیه آن به محیط‌ زیست باید حذف شوند. کربن فعال به دلیل توانایی بالای خود در حذف مواد سمی و آلاینده‌ها، به‌طور گسترده در تصفیه فاضلاب مورد استفاده قرار می‌گیرد. تصفیه آب در صنایعی مانند کاغذسازی، نساجی و پتروشیمی به دلایل مختلف ضروری است و کربن فعال در این زمینه عملکرد بسیار مؤثری دارد.

کدام آلاینده‌ها در فرآیند تصفیه آب با کربن فعال حذف می‌شوند؟

کربن فعال، به دلیل داشتن سطح وسیع با یون‌های مثبت آزاد، توانایی قابل توجهی در جذب یون‌های منفی موجود در آب دارد. این ویژگی باعث می‌شود که آلاینده‌هایی مانند بنزن، رادون و کلر به طور مؤثری حذف شوند. در نتیجه، آب خروجی از فرآیند تصفیه با کربن فعال بدون بو و مزه خواهد بود. با این حال، عملکرد کربن اکتیو در حذف آلاینده‌ها به نوع کربن و مواد شیمیایی به‌کاررفته در فرآیند تولید آن بستگی دارد.

عوامل مؤثر بر کارایی تصفیه آب با کربن اکتیو

بهبود عملکرد کربن فعال در تصفیه آب، به عوامل مختلفی وابسته است که از مهم‌ترین آنها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. کیفیت و اندازه کربن فعال: اندازه ذرات زغال فعال تأثیر زیادی بر قدرت جذب آلاینده‌ها دارد. ذرات کوچک‌تر دارای سطح تماس بیشتری بوده و توانایی بالاتری در ایجاد پیوندهای قطبی دارند.
2. نوع و مقدار آلاینده‌ها: هرچه غلظت آلاینده‌ها بیشتر باشد، کربن فعال زودتر اشباع شده و نیاز به احیا یا تعویض پیدا می‌کند.
3. مدت زمان تماس آب با کربن فعال: افزایش زمان تماس آب با سطح کربن فعال موجب می‌شود که آلاینده‌ها بهتر جذب شوند و کیفیت تصفیه افزایش یابد.

انواع کربن فعال برای تصفیه آب

کربن فعال برای تصفیه آب در اشکال مختلفی در دسترس است:

• کربن فعال گرانولی: مناسب برای تصفیه آب و فاضلاب.
• کربن فعال پودری: برای حذف مواد شیمیایی مصنوعی خاص در مقیاس کوچک.
• کربن فعال اکسترود شده: برای حذف کلر و مواد شیمیایی.

زغال فعال همچنین توانایی جذب فلزات سنگین مانند کروم، جیوه و سرب را دارد. این ویژگی آن را به انتخابی ایده‌آل برای تصفیه‌ خانه‌های آب تبدیل می‌کند، جایی که باید مواد شیمیایی و فلزات مضر را که در فرآیند تولید به کار می‌روند، حذف کرد. علاوه بر این، کربن فعال می‌تواند آلاینده‌ها را هم از مایعات و هم از گازها جذب کند.

معرفی فیلتر کربن اکتیو برای تصفیه آب

فیلترهای حاوی کربن فعال یک گزینه مؤثر برای حذف برخی از مواد شیمیایی، به‌ ویژه مواد شیمیایی آلی، از آب هستند. این فیلترها همچنین می‌توانند مواد شیمیایی‌ای را که باعث ایجاد بو یا طعم نامطلوب در آب می‌شوند، مانند سولفید هیدروژن (بوی تخم‌مرغ گندیده) یا کلر، حذف کنند. فراب زیست فراز تولید کننده فیلتر کربنی تصفیه آب در حجمهای مختلف است.

فرآیند جذب سطحی بستگی به عوامل زیر دارد:

1. خصوصیات فیزیکی کربن فعال مانند توزیع اندازه خلل و فرج و مساحت سطح کربن فعال
2. ماهیت شیمایی منبع کربن، یا میزان اکسیژن و هیدروژن ترکیبی با کربن فعال
3. ترکیب و غلظت آلاینده
4. دما و PH آب
5. میزان جریان و میزان تماس آب با کربن اکتیو

برای تعیین اندازه و اجزای مناسب سیستم، بسیار مهم است که نوع و غلظت آلاینده‌ها و میزان مصرف متوسط آب مشخص باشد. تمام سیستم‌های تصفیه نیاز به نصب صحیح و نگهداری دوره‌ای دارند. در نهایت، ظرفیت کربن فعال برای جذب و حذف مواد شیمیایی کاهش می‌یابد و نیاز به تعویض دارد. زمان تعویض کربن فعال دانه‌ای باید بر اساس سطح آلاینده‌ها و میزان مصرف آب تعیین شود. در شرایطی که سطح آلاینده‌ها و مصرف آب پایین است، ممکن است برخی فیلترها برای چند سال کار کنند، اما در صورت بالا بودن آلاینده‌ها یا مصرف آب، نیاز به تعویض مکرر خواهد بود.

مزایای کربن فعال در تصفیه آب

کربن فعال یکی از معروف‌ترین جاذب‌ها در تصفیه آب و پساب‌های آبی است. ظرفیت جذب بالا و تخلخل داخلی آن را به گزینه‌ای مناسب برای کاربردهای تصفیه آب تبدیل کرده است.

مزایای کربن فعال در تأسیسات آب شرب

در سیستم‌های آب شرب، از کربن فعال برای اطمینان از حذف بو و طعم‌های نامطلوب و ایمن‌سازی آب برای مصرف استفاده می‌شود.

• بهبود بو و طعم: کربن فعال با حذف ترکیبات و مواد آلی، بو و طعم نامطلوب را از بین می‌برد.
• حذف آلاینده‌ها: این ماده قادر است مواد معلق و آلاینده‌هایی مانند ترکیبات آلی فرار (VOCs)، آفت‌کش‌ها، داروها و سایر آلاینده‌ها را از آب حذف کند.
• حذف محصولات جانبی ضدعفونی (DBPs): این محصولات زمانی تشکیل می‌شوند که مواد ضدعفونی‌کننده با مواد آلی طبیعی (NOM) در آب واکنش دهند. کربن فعال قادر است این محصولات مضر را حذف کند و آب را برای آشامیدن ایمن سازد.

مزایای کربن فعال در تأسیسات تصفیه فاضلاب

کربن فعال در تأسیسات تصفیه فاضلاب شهری، تجاری و صنعتی کاربرد دارد و برای تصفیه پساب قبل از تخلیه آن به منابع آبی استفاده می‌شود.

• حذف آلاینده‌ها: فرآیندهای صنعتی اغلب حاوی مواد مضر هستند که در صورت تخلیه بدون تصفیه می‌توانند به محیط زیست آسیب برسانند. کربن فعال از ورود آلاینده‌هایی نظیر آفت‌کش‌ها، ترکیبات آلی فرار (VOCs) و حلال‌ها به منابع آبی جلوگیری می‌کند.
• حفاظت از تجهیزات: صنایعی مانند داروسازی، تولید و نساجی نیاز به آب تمیز و عاری از آلاینده برای حفاظت از تجهیزات خود دارند. فیلترهای کربن فعال برای تضمین یکنواختی رنگ و کیفیت آب استفاده می‌شوند.
• مقرون‌به‌صرفه: کربن فعال به عنوان یک راه‌حل اقتصادی در تأسیسات تصفیه فاضلاب بزرگ‌ مقیاس شناخته می‌شود و می‌تواند با سایر روش‌های تصفیه مانند ضدعفونی با UV و سیستم‌های فیلتراسیون ترکیب شود.
• سهولت در ادغام: این ماده به‌راحتی می‌تواند در تأسیسات تصفیه آب موجود ادغام شود.

چگونه زغال فعال مناسب برای تصفیه آب را انتخاب کنیم؟

انتخاب سیستم تصفیه آب مناسب برای تصفیه‌ خانه‌های آب و دیگر صنایع ضروری است. هنگام انتخاب سیستم تصفیه آب، باید موارد زیر را در نظر گرفت:

• کیفیت بالا: انتخاب یک شرکت معتبر که کربن فعال باکیفیت برای تصفیه آب ارائه می‌دهد، اهمیت زیادی دارد. فرآیند تولید کربن اکتیو شامل مراحلی است که عملکرد نهایی محصول را تعیین می‌کند.
• مراحل تولید کربن فعال شامل موارد زیر است:
  • استفاده از مواد اولیه مرغوب و تبدیل آن به پودر.
  • افزودن ماده اتصال‌ دهنده به پودر.
  • بازتجمیع پودر به‌ صورت بریکت که سپس خرد و اندازه‌گیری می‌شود.
  • کربن به‌ دست‌ آمده در نهایت پخته و به‌ صورت حرارتی فعال می‌شود.

اطمینان حاصل کنید که از کربن فعال باکیفیت بالا برای تصفیه آب استفاده کنید تا بهترین نتایج را به دست آورید. کربن فعال مورد استفاده برای اهداف صنعتی با کربن فعال عمومی متفاوت است.

نتیجه‌ گیری

کربن فعال برای تصفیه آب یک روش بسیار مؤثر است. این ماده در طیف وسیعی از صنایع که به آب نیاز دارند و باید پیش از استفاده مجدد یا تخلیه، تصفیه شود، استفاده می‌شود. انتخاب نوع مناسب سیستم تصفیه آب برای کارایی و ایمنی تصفیه‌ خانه‌های آب ضروری است.