فیلتر کربنی چیست؟ کاربردهای آن در تصفیه آب صنعتی
فیلتر کربنی یا کربن فعال (Activated Carbon) یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین روش‌ها در تصفیه آب و فاضلاب محسوب می‌شود که نقش حیاتی در بهبود کیفیت آب ایفا می‌کند. برخلاف فیلتر شنی که بیشتر ذرات معلق و ناخالصی‌های فیزیکی را حذف می‌کنند، فیلتر کربنی به صورت تخصصی بر روی حذف مواد آلی، طعم، بو و ترکیبات شیمیایی مضر تمرکز دارد.
دلیل استفاده از فیلتر کربنی پس از فیلتر شنی این است که حتی پس از حذف ذرات بزرگ، آب ممکن است دارای طعم ناخوشایند یا بوهای نامطبوع باشد که ناشی از حضور مواد آلی حل شده و ترکیبات شیمیایی است؛ اینجاست که کربن فعال وارد عمل می‌شود.
مطالعه بیشتر: بکواش فیلتر شنی
طرز کار فیلتر کربنی
روش کار فیلتر کربنی مبتنی بر فرآیند جذب سطحی است؛ به این معنا که مواد آلی و آلاینده‌های شیمیایی روی سطح بسیار متخلخل و گسترده کربن جذب می‌شوند و از آب جدا می‌گردند. این فرآیند باعث کاهش قابل توجه شاخص TOC (کل کربن آلی) می‌شود که یکی از معیارهای اصلی سنجش کیفیت آب است. از این رو، استفاده از فیلتر کربنی به طور گسترده‌ای در صنایع مختلفی همچون تصفیه آب صنعتی، استخرهای شنا، و پیش تصفیه فاضلاب صنعتی به کار می‌رود تا کیفیت آب را به سطح قابل قبول برساند و از آسیب به تجهیزات حساس جلوگیری کند.
علاوه بر کاربردهای گسترده، انواع مختلفی از فیلترهای کربنی وجود دارد که هر کدام بسته به نیاز سیستم و نوع آلودگی‌های موجود در آب انتخاب می‌شوند. دو نوع اصلی فیلتر کربنی شامل کربن فعال دانه‌ای (GAC) و کربن فعال پودری (PAC) است. فیلتر کربن فعال دانه‌ای بیشتر در سیستم‌های تصفیه با جریان ثابت و بلندمدت کاربرد دارد و قابلیت جذب طولانی مدت و مداوم دارد، در حالی که کربن فعال پودری معمولاً برای حذف سریع و موقتی آلاینده‌ها به صورت تزریق مستقیم استفاده می‌شود.
کربن فعال چیست؟
کربن فعال یک ماده جامد کربنی با ساختار بسیار متخلخل است که به دلیل دارا بودن سطح داخلی گسترده، توانایی فوق‌العاده‌ای در جذب انواع آلاینده‌ها و ترکیبات شیمیایی دارد. این ویژگی باعث می‌شود کربن فعال به خاطر هزینه کمتر آن نسبت به جاذب‌های غیرآلی مثل زئولیت یکی از محبوب‌ترین جاذب‌ها در صنایع مختلف باشد.
کربن فعال برای حذف ناخالصی‌های آب و هوا مثل رنگ، بو و طعم نامطبوع استفاده می‌شود و در صنایع غذایی، شیمیایی و بازیافت حلال‌ها کاربرد دارد. این ماده از طریق پیرولیز مواد کربنی مانند چوب یا پوست میوه‌هایی مثل نارگیل تولید شده و با فرآیند فعال‌سازی، منافذ داخلی آن افزایش یافته و قدرت جذبش زیاد می‌شود، که باعث کارایی بالای آن در تصفیه و پاکسازی می‌شود.
مطالعه بیشتر: فیلتر سرامیکی تصفیه آب صنعتی
فیلتر کربنی در تصفیه آب صنعتی چیست؟
فیلتر کربنی در تصفیه آب صنعتی، بر پایه فرآیند جذب سطحی کار می‌کند؛ یعنی مواد آلاینده مثل کلر و ترکیبات آلی توسط سطح گسترده و متخلخل کربن فعال به خود جذب می‌شوند. این کربن فعال با ایجاد هزاران منافذ ریز در ساختارش ساخته می‌شود که هرچه این منافذ کوچک‌تر باشند، توان جذب بهتر و بیشتری دارد.
به‌طور میانگین، هر گرم کربن فعال سطحی برابر با ۵۰۰ متر مربع برای جذب فراهم می‌کند. علاوه بر این، پارامترهایی مانند سرعت جریان آب، فشار و مدت زمان تماس آب با کربن، نقش مهمی در میزان کارایی فیلتر کربنی 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. نقش فیلتر کربن در کاهش رشد میکروارگانیسم‌ها در سیستم RO
یکی از چالش‌های اصلی سیستم‌های اسمز معکوس، رشد بیولوژیکی یا بایوفولینگ است که به دلیل وجود میکروارگانیسم‌های زنده در آب اتفاق می‌افتد. این موجودات با دریافت مواد غذایی مناسب، شروع به تکثیر می‌کنند و عملکرد ممبران‌ها را کاهش می‌دهند. فیلتر کربن با کاهش میزان مواد آلی قابل جذب (TOC) در آب، غذای این میکروارگانیسم‌ها را محدود می‌کند و به این ترتیب از بایوفولینگ جلوگیری می‌نماید.
۲. حذف کلر آزاد با فیلتر کربن قبل از ورود به سیستم RO
کلر آزاد در آب، یک ماده ضدعفونی‌کننده مهم است که برای کنترل میکروارگانیسم‌ها در مرحله اولیه تصفیه به کار می‌رود. اما حضور کلر در آب ورودی به سیستم RO به شدت به ممبران‌ها آسیب می‌رساند و طول عمر آنها را کاهش می‌دهد. فیلتر کربن فعال قادر است کلر آزاد را به‌طور مؤثر جذب و خنثی کند، بنابراین پیش از رسیدن آب به ممبران، این ماده مضر حذف می‌شود.
۳. استفاده از فیلتر کربن در پالایش فاضلاب‌های صنعتی
فاضلاب‌های صنعتی شامل ترکیبات پیچیده‌ای از مواد آلی، بو، رنگ و مواد شیمیایی هستند که نیازمند تصفیه دقیق می‌باشند. فیلتر کربن فعال با ساختار متخلخل خود می‌تواند این آلاینده‌ها را جذب کرده و از بین ببرد. علاوه بر این، با به‌کارگیری فرآیندهای فعال‌سازی حرارتی و شیمیایی، ظرفیت جذب کربن به میزان قابل توجهی افزایش یافته و کارایی تصفیه فاضلاب را بهبود می‌بخشد.
مطالعه بیشتر: طرز کار فیلتر شنی استخر
روش تصفیه آب با فیلتر کربن
ساختار یک سیستم تصفیه آب با فیلتر کربن فعال معمولاً شامل چند بخش اصلی است: یک مخزن برای نگهداری کربن، شیر ورود آب، لایه‌های کربنی و شیر خروجی آب تصفیه‌شده. جنس بدنه این مخازن معمولا از فولاد مقاوم، فولاد کربنی پوشش‌دار با رنگ اپوکسی یا مواد کامپوزیتی مثل FRP است که دوام بالایی دارند.
آب ورودی با PH نزدیک به خنثی از طریق شیر وارد مخزن می‌شود و با عبور از بستر کربن فعال، ترکیبات آلی و ناخالصی‌های محلول در آن جذب می‌شوند، که این روند موجب کاهش قابل توجه پارامتر TOC در آب می‌شود و آب تمیز شده از خروجی سیستم خارج می‌گردد.در برخی پروژه‌ها، فیلتر کربن و فیلتر شنی استخر در یک مخزن ترکیب شده‌اند و به صورت چند لایه کنار هم قرار می‌گیرند؛ در این حالت، لایه بالایی کربن فعال است که مواد آلی را جذب می‌کند و لایه زیرین از سیلیس یا شن تشکیل شده که ذرات معلق را حذف می‌کند.
ترتیب این لایه‌ها معمولاً به این صورت است که آب ابتدا از لایه کربن عبور می‌کند و سپس به سمت لایه شن هدایت می‌شود. با گذشت زمان، تجمع ذرات و مواد جذب شده روی سطح کربن باعث شکل‌گیری یک پوشش ژله‌ای می‌شود که می‌تواند به کاهش کارایی فیلتر منجر شود. برای حفظ کارکرد مطلوب، لازم است این فیلترها به طور دوره‌ای با روش‌هایی مانند بکواش یا شستشو تمیز و احیا شوند.
مطالعه بیشتر: تصفیه آب به روش میکروفیلتراسیون MF
انواع فیلتر کربنی در تصفیه آب صنعتی
1. فیلتر کربنی دانه‌ای (Granular Activated Carbon)
این نوع فیلتر که به «فیلتر کربن شنی» نیز شناخته می‌شود، از ذرات کربن درشت و دانه‌دانه تشکیل شده است که اندازه‌ای مشابه ذرات شن دارند. ویژگی اصلی آن، مقاومت کم در برابر جریان آب است که اجازه می‌دهد آب با سرعت بیشتری از آن عبور کند. اما مشکل احتمالی این فیلتر، تشکیل مسیرهای عبور مستقیم آب یا «چنلینگ» است؛ یعنی ممکن است آب بدون تماس کافی با ذرات کربن، از داخل فیلتر عبور کند و راندمان کاهش یابد.
2. فیلتر کربنی پودری (Powdered Activated Carbon)
این مدل فیلتر از ذرات بسیار ریز و پودری کربن تشکیل شده که سطح تماس بیشتری با آب دارد. به همین دلیل توانایی جذب بالاتری برای حذف مواد آلی، بو، طعم و رنگ‌های نامطبوع در آب فراهم می‌کند. استفاده از این نوع فیلتر در شرایطی که نیاز به جذب دقیق‌تر و موثرتر آلاینده‌ها باشد، بسیار مناسب است.
3. فیلتر کربنی بلاک (Activated Carbon Block)
در این فیلتر، کربن در قالب بلوک‌های فشرده و متراکم قرار دارد که باعث کاهش سطح تماس نسبت به نوع پودری می‌شود، اما فرآیند تصفیه آن دقیق‌تر و یکنواخت‌تر انجام می‌گیرد. نقطه ضعف این نوع، مقاومت بالاتر در مقابل جریان آب است که موجب افزایش افت فشار در سیستم می‌شود و سرعت عبور آب کاهش می‌یابد. به همین دلیل استفاده از آن در مواردی که افت فشار مهم است باید با دقت انجام شود.
مزایای استفاده از فیلتر کربن فعال در تصفیه آب صنعتی
- راندمان جذب آلاینده‌ها تا ۹۰ درصد می‌رسد و باعث بهبود قابل توجه کیفیت آب می‌شود.
- فرآیند فیلتراسیون ساده بوده و کاربری آسانی دارد.
- هزینه نگهداری و تعمیر پایین است و تجهیزات پیچیده نیاز ندارد.
- به طور مؤثر کلر، مواد آلی، طعم و بوی نامطبوع آب را حذف می‌کند.
- نصب فیلتر مقرون به صرفه بوده و هزینه‌های عملیاتی محدود به تعویض دوره‌ای فیلتر است.
- بهترین گزینه برای حذف مولکول‌های آلی بزرگ می‌باشد.
- قابل استفاده در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب صنعتی با بازده بالا است.
معایب فیلتر کربن فعال
- نیاز به احیای دوره‌ای فیلتر جهت حفظ راندمان وجود دارد.
- در صورت عدم نگهداری صحیح، امکان رشد میکروارگانیزم‌ها در بستر فیلتر افزایش می‌یابد.
- اگر زمان احیا یا تعویض فیلتر به تأخیر بیفتد، کیفیت تصفیه کاهش می‌یابد و مشکلات زیستی ممکن است ایجاد شود.
مطالعه بیشتر: بیوفیلترهای تصفیه کننده آب و فاضلاب
جمع بندی
فروشگاه تجهیزات موتورخانه و استخر آراز صنعت به عنوان یکی از مجموعه های پیشگام در زمینه ی تولید تجهیزات موتورخانه و تجهیزات استخر و سایر تجهیزات مربوط به تاسیسات موتورخانه و استخر فعالیت دارد. جهت خرید تجهیزات گرمایشی استخر و موتورخانه وارد فروشگاه آراز صنعت شوید و با ثبت سفارش خود از طریق تماس با شماره پشتیبانی ۰۹۳۵۸۲۳۴۶۲۶ تماس بگیرید و انواع تجهیزات استخر و موتورخانه را از سراسر ایران دریافت کنید.
سوالات متداول
۱. دلیل استفاده از کربن در فرآیند تصفیه آب چیست؟
کربن فعال به دلیل ساختار پر از منافذ ریز، نقش جاذب قوی در حذف ناخالصی‌ها و آلاینده‌های آب را ایفا می‌کند. این فیلتر به‌طور مؤثر می‌تواند طعم و بوی نامطبوع، مواد معلق، کلر و ترکیبات شیمیایی باقیمانده از ضدعفونی‌کننده‌ها را از آب حذف کند، همچنین به حفظ تعادل زیستی آب کمک می‌کند.
۲. چه زمانی باید فیلتر کربن تعویض یا احیا شود؟
زمان مناسب برای تعویض یا احیای فیلتر کربن به میزان و نوع آلودگی‌های آب ورودی بستگی دارد. معمولاً قبل از کاهش محسوس کیفیت آب، فیلتر نیاز به تمیزکاری (بکواش) یا احیا دارد. تعویض کامل فیلتر معمولاً هزینه‌بر است، بنابراین احیای دوره‌ای روشی اقتصادی‌تر محسوب می‌شود.
۳. مهم‌ترین مزیت‌های فیلتر کربنی در تصفیه آب چیست؟
فیلتر کربنی قادر است علاوه بر حذف ذرات معلق بسیار ریز، کیفیت آب را از نظر بو، طعم و شفافیت بهبود بخشد. این فیلتر همچنین در حذف مواد شیمیایی و آلاینده‌های آلی موثر است و باعث افزایش کیفیت نهایی آب تصفیه شده می‌شود.
