فیلتر کربنی تصفیه آب صنعتی
فیلتر کربن یکی از تجهیزات مهم در صنعت تصفیه آب بشمار می آید. این نوع فیلتر را می توان یکی از زیر مجموعه‌ها یا هم خانواده فیلتر شنی دانست. علت این امر تشابه سیستم ساختاری آنها می باشد. به طور کلی می توان گفت بدنه و سیستم لوله کشی و زهکشی هر دو سیستم یکسان است و تنها اختلاف این دو فیلتر در موادی است که بر روی بستر داخل مخزن استفاده می گردد.
فیلتر کربن چیست؟
فیلتر کربن یا فیلترهای کربن فعال، عضوی از سیستمهای تصفیه آب استاندارد در خانه‌ها، ساختمانها هستند و از آنها برای فیلتر کردن آلاینده‌ها مانند کلر، حلالهای آلی، علف کش ها، آفت کش ها و رادون آب استفاده می شود. بسیاری از مردم معتقدند که این فیلترها آب را سالم تر و طبیعی تر می کند.
کربن فعال در تأسیسات تصفیه آب برای کمک به بهبود کیفیت آب استفاده می شود. بسیاری از دستگاه‌های تصفیه آب خانگی نیز از کربن فعال استفاده می کنند، به ویژه برای کمک به کاهش بو، رنگ و طعم آب.
کربن فعال را می توان از بسیاری از مواد معمول که دارای کربن زیاد هستند تهیه کرد. ابتدا ذغال سنگ در غیاب اکسیژن گرم می شود. سپس ممکن است در معرض سایر مواد شیمیایی مانند آرگون و نیتروژن قرار گیرد و در حضور بخار و اکسیژن دوباره گرم شود.
دومین فرآیند گرمایش یک ساختار منفذی ایجاد می کند که با افزایش سطح کربن، کربن را “فعال” می کند. یک مزیت بزرگ زیست محیطی و اقتصادی کربن فعال این است که پس از یک عملیات حرارتی برای حذف ترکیبات جذب شده قابل بازیافت است. به این فرآیند فعال سازی مجدد می گویند.
زغال سنگ در بالاترین درجه حرارت از طریق یک فرآیند تجاری “فعال” می شود. به محض افزایش دما، ساختار هسته تغییر کرده و اندازه منافذ آن متراکم می شود، در حالی که کربن متخلخل تری نسبت به حالت معمولی ایجاد می کند. بافت متخلخل زغال دارای بار الکتریکی منفی است که مولکولهای با بار مثبت مانند سموم و گازها را جذب می کند. این امر به دام انداختن سموم و مواد شیمیایی کمک می کند.
فعال شدن زغال سنگ باعث ایجاد یک سطح فیلتراسیون عالی می شود و به آن اجازه می دهد تا ظرفیت بالایی برای جذب ناخالصیهای آب داشته باشد. جذب فرآیندی است که طی آن ماده به سطح یک ماده جاذب می چسبد. به واسطه این جذب، کربن فعال دارای ظرفیت نگهداری بالایی است.
فیلتر کربنی در تصفیه آب صنعتی چیست؟
قبل از پاسخ به این سوال پاسخ دهیم که فیلتر کربنی در تصفیه آب صنعتی چیست، اجازه دهید اشاره کنیم که فیلتر کربنی توسط روش جذب سطحی، عمل تصفیه آب را به انجام می‌رساند. کربن فعال با فرایندی که باعث میشود دانه‌های آن دچار منافذ و جذب سطحی زیادی شوند، به وجود می‌آید که این فرایند باعث میشود کلر و مواد آلی (TOC) جذب سطح کربن فعال شوند.
این منافذ بسیار ریز هستند. درواقع هرچه این منافذ ریزتر باشند، قدرت جذب سطحی آنها بالاتر است. هر گرم کربن فعال، سطحی حدود ۵۰۰ متر مربع برای جذب دارد. از میان شرایط عملیاتی دبی جریان آب، فشار جریان آب و زمان تماس آب با کربن عواملی هستند که روی عملکرد جذب سطحی کربن فعال تاثیر دارند.
کاربرد فیلتر کربن در تصفیه آب فاضلاب
واحد کربن فعال با اهداف مختلفی ممکن است در سیستمهای تصفیه آب صنعتی مورد استفاده قرار گیرد. ولی اگر هدف استفاده از این سیستم را پیش تصفیه واحد اسمز معکوس (RO) در نظر بگیریم، میتوان گفت فیلتر کربن با ۲ هدف مهم در پیش تصفیه RO قرار می‌گیرد.
۱. کاربرد فیلتر کربن در پیش تصفیه RO با هدف کاهش بایوفولینگ
یکی از مشکلاتی که گریبان‌گیر سیستمهای RO صنعتی است فولینگ بیولوژیکی یا بایوفولینگ است. دلیل این پدیده وجود میکروارگانسیم‌های زنده در سیستم است که اگر غذای مورد نیازشان به آنها برسد رشد می‌کنند و کل سیستم RO را با مشکل مواجه می‌کنند. در چنین حالتی یکی از موثرترین راهکارها برای کاهش اثر بایوفولینگ جلوگیری از رسیدن غذا به این باکتریها و میکروارگانیسم‌ها است. کاهش پارامتر TOC که با استفاده از فیلتر کربن انجام میشود دقیقا یعنی از رسیدن غذا با باکتریها جلوگیری شده است. پس میتوان گفت یکی از کاربردهای فیلتر کربن در پیش تصفیه آب صنعتی کاهش فولینگ بیولوژیکی از طریق کاهش پارامتر TOC است.
۲. کاربرد فیلتر کربن در پیش تصفیه آب صنعتی RO با هدف حذف کلر آزاد
تزریق کلر به آب خام یکی از روشهای گند زدایی و کنترل بایوفولینگ در سیستمهای تصفیه آب صنعتی است. ولی اگر در انتهای فرایند تصفیه اسمز معکوس دارید، حتما باید توجه داشته باشید که کلر آزاد در آب ورودی به RO منجر به تخیریب سریع ممبران‌های شما خواهد شد. پس لازم است قبل از ورود خوراک به RO کلر آزاد را خنثی کنید. این کار توسط فیلتر کربن به طور موثر انجام پذیر است.
۳. کاربرد فیلتر کربن در تصفیه فاضلاب‌های صنعتی
فاضلاب صنعتی حاوی بسیاری از ترکیبات آلی، مواد شیمیایی مضر، بو و ناخالصیهای دیگر است که نیاز به فیلتراسیون موثر دارند. تصفیه‌خانه‌های آب در هند از فیلترهای زغال (کربن) فعال برای حذف آلاینده‌ها از فاضلاب صنعتی استفاده می‌کنند. ساختار متخلخل به از بین بردن مواد شیمیایی آلی معدنی و مصنوعی کمک می‌کند. با استفاده از روش فعال‌سازی حرارتی و شیمیایی میتوان ظرفیت جذب کربن را افزایش داد.
کاربرد فیلتر کربن اکتیو
تصفیه آب شامل حذف آلاینده‌های مضر از آب است. فیلتراسیون از نظر فیزیکی آلاینده‌ها را مسدود یا از نظر شیمیایی حذف می کند. استفاده از کربن اکتیو یک روش تصفیه متفاوت از اسمز معکوس است، که آب را از طریق غشای نیمه نفوذپذیر و تقطیر، که آب را بخار می کند تا از آلودگی ها جدا شود، تصفیه می کند.
فیلترهای کربنی در حذف انواع مواد شیمیایی مضر، شامل کلر، بنزن، رادون، ترکیبات حلال تری هالومتان، مواد شیمیایی آلی فرار مانند آفت کش ها و علف کش ها طعم و بوی بد آب و صدها ماده مصنوعی دیگر است که می توانند در جریان جریان آب در سیستم لوله کشی وجود داشته باشند، بسیار مفید هستند.
همانطور که در بالا عنوان شد عمده کاربرد فیلتر کربنی حذف مواد آلی آب خام ورودی سیستم می باشد. فیلتر کرین توانایی حذف طعم، رنگ و بوی نامطبوع آب را دارا می باشند. به لحاظ تخصصی فیلتر کربن BOD و COD آب را کاهش داده و به سبب آن کدورت و ناخالصی آب حذف شده و اصطلاحا آب تصفیه می شود. هم چنین کاربرد دیگری که برای این فیلتر کربن مطرح می باشد، حذف مولکولهای کلر آزاد از آب می باشد که در استخر ها که به آب کلر اضافه می گردد بسیار کاربردی و حائز اهمیت می باشد.
فیلترها اغلب توسط افرادی که مراقب سلامتی هستند و می خواهند از ذرات دانه دار یا بوها و طعمهای ناخوشایند از آب جلوگیری کنند، استفاده می شود. باید بدانید که فیلترهای کربن فعال باکتری ها، ویروس ها یا قارچ ها یا اسپورهای قارچی را از آب حذف نمی کند.
انواع فیلتر کربنی در تصفیه آب صنعتی
فیلتر کربنی بسته به نوع کربن و اندازه ذرات به سه گروه تقسیم میشود:
- فیلتر کربنی دانه‌ای یا گرانول (Granular Activated Carbon): این فیلتر به فیلتر کربن شنی نیز معروف است و تصفیه آب را با دانه‌های از جنس کربن بسیار کوچک و تقریبا به اندازه شن انجام میدهد. مزیت این فیلتر مقاومت کم در برابر عبور جریان آب و عبور سریع‌تر آب از داخل فیلتر است. ولی عیب آن احتمال ایجاد Channeling است ،یعنی امکان ایجاد یک مسیر آزاد در فیلتر وجود دارد که در این مسیر، آب بدون مقاومت و تماس مناسب با کربن عبور کند.
- فیلتر کربنی پودری (Powdered Active Carbon): این فیلتر بیشترین سطح تماس با قطرات آب را دارد و امکان جذب مواد آلی و رفع بو و طعم و رنگ اضافی در آن از بقیه نمونه‌ها بیشتر است.
- فیلتر کربنی بلاک (Active Carbon Filter Block): این فیلترها به دلیل اندازه و ابعاد بزرگتر کربن قدرت جذب کمتری دارند اما فرایند تصفیه را بهتر از دو نوع قبل انجام میدهد. محدودیت این مدل این است که در برابر جریان آب مقاومت بیشتری از خود نشان میدهد. پس می توان گفت افت فشار بیشتری نیز در ستون فیلتر کربنی از این نوع اتفاق می‌افتد.
مزایای تصفیه آب صنعتی با carbon filter
- راندمان جذب آلاینده‌ها تا ۹۰ درصد
- فرآیند فیلتراسیون آسان
- هزینه تعمیر و نگهداری پایین
- به طور موثر کلر، مواد آلی، طعم بد و بوی بد آب را از بین می‌برد
- مقرون به صرفه به دلیل هزینه نصب پایین
- هزینه‌های عملیاتی تنها محدود به تعویض فیلتر
- موثرترین راه جهت حذف مولکولهای آلی بزرگ
- قابل استفاده در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب
معایب فیلتر کربن فعال شده
- الزام به احیای فیلتر در بازه‌های زمانی معین
- احتمال رشد میکروب در بستر فیلتر
احیای کربن فعال چگونه انجام می شود؟
عبور ذرات معلق و جذب مواد آلی توسط فیلتر کربن فعال به مرور باعث می شود تا نوعی لایه ژله ای بر روی آن ایجاد شود که به شدت عملکرد فیلتر را کاهش می دهد. به همین خاطر لازم است فیلتر با روش های مختلف از قبیل شستشوی معکوس با بک واش تمیز و احیا شود. زمان بک واش فیلتر کربنی به مشخصات آب ورودی مانند کدورت و املاح معلق و مواد آلی موجود در آب وابسته می باشد. همچنین نحوه بهره برداری از دستگاه و فشار ورودی در تغییر زمان بک واش دستگاه موثر می باشد.
انواع روش احیا کربن فعال
- احیای کربن فعال با حرارت دهی
- احیا کربن فعال با تبخیر کربن اکتیو
- احیای کربن فعال به روش شیمیایی
- احیای کربن فعال با الکترولیز
- احیا با کاتالیست اکسید منگنز
- احیای بیولوژیکی کربن فعال
عوامل تاثیر گذار بر قیمت فیلتر کربنی تصفیه آب
به طور کلی چند فاکتور مهم در تعیین قیمت این دستگاه وجود دارد که خریدار می بایست به آن توجه فرماید:
- جنس بدنه فیلتر که میتواند فایبرگلاس، کربن استیل با پوشش اپوکسی و یا استنلس استیل باشد.
- سایز فیلتر کربنی متناسب با دبی آب مصرفی
- برند تولید کننده تجهیزات دستگاه مانند کربن اکتیو، مخزن، شیرها و انصالات
- خلوص کربن اکتیو مصرفی با توجه به نوع و مورد استفاده از فیلتر کربن
- نوع کربن استفاده شده
- ابعاد کربن استفاده شده
- دارا بودن قابلیت احیا
- اتوماتیک و یا دستی بودن سیستم لوله کشی
