کربن اکتیو یا کربن فعال به زغال و مواد کربنی اطلاق می‌شود که تحت شرایط دمایی خاص و با استفاده از برخی مواد شیمیایی، فعال می‌شوند. این فرآیند منجر به ایجاد حفره‌های ریز و درشت بر روی سطح کربن می‌شود که به آن امکان جذب بالای آلاینده‌ها را می‌دهد. یکی از کاربردهای اساسی کربن فعال در فرآیند تصفیه آب می‌باشد. کربن‌های فعال شده به روش‌های مختلف تولید و در صنایع گوناگون به کار می‌روند. شرکت ارکا گستر، تولیدکننده تجهیزات آب و فاضلاب، در ادامه به بررسی کاربرد کربن فعال در تصفیه آب و روش‌های تولید آن می‌پردازد.
کربن فعال
زغال تولید شده از پوست نارگیل، چوب درختان یا مواد پلاستیکی و دیگر منابع، در مواجهه با مواد شیمیایی خاص یا بخار آب در شرایط دمایی ویژه، به کربن فعال تبدیل می‌شود. پس از فعال‌سازی، سطح کربن دارای حفره‌های ریز و گاهی بزرگ می‌شود که این امر امکان حذف مواد معلق و ترکیبات آلی را فراهم می‌آورد. لازم به ذکر است که بسته به نوع کربن فعال، روش‌های مختلفی برای حذف آلاینده‌های آب به کار گرفته می‌شود. به عنوان مثال، در روش‌های فیزیکی، کربن به عنوان فیلتر عمل کرده و ذرات بزرگ نمی‌توانند از حفره‌های ریز سطح کربن فعال عبور کنند. در برخی موارد، بستری از کربن فعال ایجاد می‌شود و آب از روی آن عبور می‌کند. ترکیبات آلی و بسیاری از آلاینده‌های موجود در آب به سمت کربن‌های فعال با بار الکتریکی مثبت جذب می‌شوند.
روش های تهیه کربن فعال
فعال‌سازی کربن در زغال چوب درختان میوه، نارگیل و سایر منابع به طور کلی از دو روش اصلی انجام می‌شود:
1) تولید کربن فعال به روش شیمیایی
در این روش، به مواد کربنی مانند زغال سنگ یا زغال چوب نیاز است که با مواد شیمیایی خاص ترکیب شده و در نهایت یک خمیر به دست می‌آید. پس از تهیه این خمیر، باید آن را در دمایی بین 500 تا 800 درجه سانتی‌گراد حرارت داد. یکی از ویژگی‌های بارز کربن فعال تولید شده به این روش، ایجاد حفره‌های بزرگ بر روی سطح زغال است، در حالی که در سایر روش‌های تولید کربن فعال، منافذ ریزتری ایجاد می‌شود. نوع مواد شیمیایی و فعال‌سازهای به کار رفته در این روش می‌تواند اسیدی یا قلیایی باشد، مانند اسید سولفوریک و کربنات پتاسیم و سدیم، که بسته به نوع زغال اولیه، گزینه‌های مناسب انتخاب می‌شوند.
2)تهیه کربن فعال به روش فیزیکی
یکی از متداول‌ترین روش‌های تولید کربن فعال، روش‌های فیزیکی است. در این فرآیند، ابتدا زغال اولیه تولید می‌شود. برای فعال‌سازی کربن، این مواد باید در دماهای بین 800 تا 1100 درجه سانتی‌گراد و در حضور بخار و اکسیژن حرارت داده شوند. پس از این مرحله، حرارت‌دهی باعث ایجاد سوراخ‌ها و منافذ ریزی بر روی سطح زغال می‌شود که این ویژگی به جذب مواد آلاینده موجود در آب کمک شایانی می‌کند. شایان ذکر است که بهترین نوع کربن فعال برای تصفیه آب، آن‌هایی هستند که به روش فیزیکی فعال‌سازی شده‌اند.
انواع کربن فعال
نوع استفاده از کربن فعال در فرآیند تصفیه آب به شکل ظاهری و ساختار کلی آن بستگی دارد. به طور کلی، کربن‌های اکتیو مورد استفاده در تصفیه آب به دو دسته پودری و گرانولی تقسیم می‌شوند که هر یک دارای ویژگی‌ها و خصوصیات منحصر به فردی هستند که به شرح زیر می‌باشد:
کربن فعال پودری PAC
همان‌طور که از نام این گروه از کربن‌های فعال پیداست، شکل ظاهری آن‌ها به صورت پودر است. ذرات این نوع کربن اکتیو حدود 0.18 میلی‌متر اندازه دارند و به عنوان گزینه‌ای مناسب برای تصفیه آب با استفاده از فیلتر کربنی شناخته می‌شوند. یکی از ویژگی‌های بارز این نوع کربن فعال در تصفیه آب، قدرت جذب بسیار بالای آن نسبت به نوع گرانولی است. همچنین باید اشاره کرد که این نوع کربن اکتیو تنها در تصفیه آب کاربرد ندارد، بلکه در تصفیه هوا، صنایع غذایی، کارخانه‌های تولید مواد آرایشی و بهداشتی و همچنین در داروسازی نیز به دلایل مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد.
کربن فعال گرانولی GAC
کربن فعال گرانولی یا بلاکی به دانه‌های بزرگ کربن‌های فعال شده از طریق روش‌های شیمیایی و فیزیکی اطلاق می‌شود که قادرند با جذب ذرات آب، بسیاری از آلاینده‌ها را از بین ببرند. به عبارت دیگر، این نوع کربن فعال می‌تواند به عنوان فیلتر در فرآیند تصفیه آب عمل کند. در برخی موارد، ذرات و بلوک‌های کربن به شکل میله‌ای هستند و کارکردی مشابه با نوع گرانولی دارند. علاوه بر استفاده از کربن فعال در تصفیه آب، می‌توان از آن برای گندزدایی و تصفیه فاضلاب نیز بهره برد.
کاربرد کربن فعال در تصفیه آب و فاضلاب
آب ممکن است به دلایل مختلفی مانند وجود آلاینده‌ها، تغییراتی در بو، رنگ و طعم خود پیدا کند. برای رفع این مشکل، نیاز به یک فیلتر برای تصفیه آب احساس می‌شود. فیلتر کربنی یکی از روش‌های مؤثر در این زمینه است که با بهره‌گیری از کربن فعال، آلاینده‌ها را از طریق جذب مواد شیمیایی حذف می‌کند. کربن در شرایط دمایی خاصی فعال می‌شود و سطح آن دارای حفره‌های ریز و درشتی است که توانایی بالایی در جذب آلاینده‌ها دارند. به همین دلیل، از کربن فعال در دستگاه‌های تصفیه آب خانگی و صنعتی استفاده می‌شود. برای حذف کلر، رنگ، بو و تری هالومتان‌ها، فیلترهای کربن فعال توانایی جذب مواد آلی و برخی فلزات سنگین محلول در آب را دارند و می‌توانند رنگ، بو، کلر و ترکیبات کلر موجود در آب را از بین ببرند. مانند فیلترهای رزینی، بستر کربن فعال محیطی مناسب برای رشد و تکثیر باکتری‌ها فراهم می‌کند و بنابراین، گندزدایی و تصفیه میکروبی پس از آن ضروری است.حذف کلر باقی‌مانده از آب شهری با استفاده از فیلترهای کربن فعال (GAC) انجام می‌شود. دانه‌های کربن فعال دارای بار مثبت هستند، در حالی که کلر محلول در آب بار منفی دارد. به همین دلیل، کلر به سطوح دانه‌ها جذب شده و از آب جدا می‌شود. شایان ذکر است که از آنجا که آب بلافاصله پس از حذف کلر باقی‌مانده مصرف می‌شود، نگرانی از آلودگی‌های ثانویه در غیاب کلر باقی‌مانده بی‌مورد است.
کربن اکتیو چطور در تصفیه آب عمل می کند؟
با توجه به نوع تجهیزات مورد استفاده در فرآیند تصفیه آب، روش حذف آلاینده‌ها توسط کربن فعال متفاوت است. یکی از متداول‌ترین تجهیزات در صنعت تصفیه آب، فیلتر کربنی است که بر اساس جذب آلاینده‌ها توسط ذرات کربن فعال عمل می‌کند. زمانی که آب از فیلتر کربنی عبور می‌کند، آلاینده‌هایی که باعث تغییر رنگ و بوی آب شده‌اند، به بدنه فیلتر می‌چسبند و آب تصفیه‌شده از آن خارج می‌شود. همچنین، لازم به ذکر است که برای بهبود فرآیند تصفیه آب در فیلتر کربنی، به‌طور همزمان از بسترهای سیلیس نیز استفاده می‌شود. در تصفیه‌خانه‌های بزرگ، معمولاً از بستر کربنی استفاده می‌شود. هنگامی که آب از روی این بستر عبور می‌کند، مواد آلاینده و ترکیبات آلی با بار منفی به سمت کربن‌های با بار الکتریکی مثبت جذب شده و بر روی سطح آن‌ها قرار می‌گیرند. این فرآیند منجر به حذف مقدار زیادی از آلاینده‌های موجود در آب می‌شود. همچنین، کربن فعال در تصفیه آب به از بین رفتن میکروارگانیسم‌ها و میکروب‌هایی که باعث تغییر رنگ و بوی آب می‌شوند، کمک می‌کند.
کاربرد کربن فعال
علاوه بر استفاده از کربن اکتیو در تصفیه آب، فیلترهای کربنی یا بستر کربنی می‌توانند در صنایع مختلف برای فرآیند تصفیه به کار روند. برخی از کاربردهای کربن اکتیو عبارتند از:
– حذف بو، رنگ و مواد آلاینده در تصفیه آب
– بهبود رنگ و طعم آبمیوه‌ها در کارخانه‌های تولید مواد غذایی
– تصفیه هوا
– جداسازی کربوهیدرات‌ها در صنایع شیمیایی
– استفاده در آفت‌کش‌های کشاورزی و باغبانی
– کاربرد در صنایع مختلف مانند چرم‌سازی، بازیافت طلا و بازیافت حلال‌ها
کدام آلاینده‌ها در تصفیه آب با استفاده از کربن فعال حذف می‌شوند؟
همان‌طور که اشاره شد، کربن فعال دارای یون‌های مثبت آزاد است که به آن اجازه می‌دهد یون‌های منفی موجود در آب را به‌خوبی جذب کند. این ذرات قادرند آلاینده‌هایی نظیر بنزن، رادون و کلر را به‌طور مؤثر حذف کنند و در نتیجه آب خروجی بدون بو و طعم خواهد بود. با این حال، باید توجه داشت که کارایی و قدرت حذف این آلاینده‌ها به نوع کربن و مواد شیمیایی به‌کاررفته در فرآیند تولید آن بستگی دارد.
عوامل مؤثر در تصفیه آب با استفاده از کربن فعال
برای افزایش کارایی کربن فعال در فرآیند تصفیه آب، عوامل متعددی نقش دارند. از جمله عوامل کلیدی در این زمینه می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
- 1. کیفیت و اندازه کربن فعال: هرچه اندازه ذرات کربن کوچکتر باشد، قابلیت واکنش‌پذیری و ایجاد پیوندهای قطبی در آن‌ها بیشتر خواهد بود.
- 2. نوع و مقدار مواد آلاینده: با افزایش میزان مواد آلاینده، کربن فعال نیاز به احیا در فواصل زمانی کوتاه‌تری دارد و زودتر کارایی خود را از دست می‌دهد.
- میزان تماس آب با کربن فعال: هرچه آب بیشتر با سطح کربن‌ها در تماس باشد، توانایی حذف آلاینده‌ها افزایش می‌یابد.
کاربرد کربن اکتیو در تجهیزات تصفیه آب
کربن فعال دارای توانایی بالایی در کاهش آلاینده‌های آب است، اما به تنهایی نمی‌تواند کیفیت آب را به سطح استاندارد برساند. به همین دلیل، این ماده شیمیایی در سیستم‌های تصفیه آب به عنوان مرحله پیش تصفیه به کار می‌رود. کاربرد اصلی کربن فعال در فیلترهای کربنی است که علاوه بر تصفیه آب، در صنایع مختلف نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. فیلتر کربنی دارای مخزن فایبرگلاس است و در تماس با آلاینده‌ها و یون‌های آزاد آب، دچار خوردگی نمی‌شود. علاوه بر کربن فعال، در این تجهیزات از سیلیس نیز استفاده می‌شود که ذرات معلق را به خود جذب کرده و در نتیجه آب با کیفیت از مخزن خارج می‌شود.
طراحی و تولید فیلتر کربنی
شرکت ارکا گستر یکی از بزرگ‌ترین و قدیمی‌ترین تولیدکنندگان تجهیزات تصفیه آب و تصفیه فاضلاب است که محصولات متنوعی را ارائه می‌دهد. یکی از محصولات کاربردی این مجموعه، فیلتر کربنی است که به ویژه در تصفیه‌خانه‌های بزرگ صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای آگاهی از ویژگی‌های این محصول و دریافت استعلام قیمت، کارشناسان شرکت ارکا گستر از طریق راه‌های ارتباطی مشخص شده، آماده ارائه مشاوره رایگان هستند.