فیلتر کربنی تصفیه صنعتی چیست؟ بررسی انواع آن

فیلتر کربنی یا کربن فعال (Activated Carbon) یکی از روش‌های مرسوم در تصفیه آب و فاضلاب است. آب‌ها معمولا دارای طعم و بو هستند و به همین دلیل نیاز است که بعد از عبور از فیلتر شنی از یک فیلتر کربنی هم عبور کند. اساس کار این روش، بر پایه جذب مواد آلی موجود در آب وکاهش شاخص TOC است. این روش در سیستم‌های تصفیه آب صنعتی، استخرها و پیش تصفیه فاضلاب صنعتی کاربرد بسیار فراوان و موثری دارد. در ادامه این مطلب می‌بینیم فیلتر کربنی تصفیه آب صنعتی چیست و انواع آن را بررسی می‌کنیم.

بیشتر بخوانید: فیلتر شنی چیست

کربن فعال چیست؟

کربن فعال (Activated carbon) گروهی از مواد کربنی با منفذ، سطح داخلی و ظرفیت جذب بالایی هستند که با قیمت مناسب نسب به جاذب‌های غیرآلی دیگر مانند زئولیت، کاربرد دارد. یکی از کاربردهای مهم کربن فعال در جداسازی رنگ، بو و مزه اضافی از آب در فرایندهای صنعتی، بازیافت حلال، تصفیه‌ها و صنایع غذایی و شیمیایی است. کربن فعال از پیرولیز مواد کربنی مانند چوب، زغال‌سنگ، هسته یا پوست برخی میوه‌ها مانند نارگیل به دست می‌آید و در مراحل بعدی تحت فرایند فعال‌سازی قرار می‌گیرد.

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.

بیشتر بخوانید: تصفیه فاضلاب صنعتی چیست

روش تصفیه آب با فیلتر کربن

ساختار کلی یک سیستم تصفیه آب که با فیلتر کربن فعال کار می‌کنند شامل مخزن، شیر ورودی، کربن فعال و شیر خروجی است. بدنه فیلتر کربن فعال اغلب از فولاد، فولاد کربنی با رنگ اپوکسی یا FRP ساخته می‌شود. آب با PH در حد خنثی از شیر ورودی وارد مخزن شده و با عبور از لایه‌های کربنی مواد آلی را از دست می‌دهد که در نهایت منجر به کاهش پارامتر TOC می‌شود و از دریچه خروجی به بیرون مخزن منتقل می‌شود.

در بعضی از سیستم‌ها با توجه به شرایط پروژه واحد فیلتر شنی و فیلتر کربن با هم می‌شوند، به طوری که این دو سیستم را در یک مخزن و به صورت لایه های مختلف مشاهده می‌کنیم. در چنین حالتی نقش لایه شن یا سیلیلس جذب مواد جامد معلق در آب است، در حالی که نقش لایه کربن کاهش بار آلی یا پارامتر TOC است.ترتیب لایه بندی در چنین حالتی از بالا به پایین ستون ابتدا کربن و بعد سیلیس است. عبور ذرات معلق و جذب مواد آلی توسط فیلترهای کربنی به مرور زمان باعث ایجاد لایه‌ای ژله‌ای روی آن می‌شود که عملکرد فیلتر را به شدت کاهش می‌دهد؛ بنابراین لازم است فیلتر را با روش‌های مختلف مانند بکواش، تمیز و احیا کرد.

انواع فیلتر کربنی در تصفیه آب صنعتی

فیلتر کربنی بسته به نوع کربن و اندازه ذرات به سه گروه تقسیم می‌شود:

1. 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.
2. 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.
3. 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.

بیشتر بخوانید: دستگاه تصفیه آب صنعتی چیست

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

سوالات متداول

جمع‌بندی

در این مقاله به این موضوع پرداختیم که فیلتر کربنی در تصفیه آب صنعتی چیست. کربن فعال در زمینه جذب ناخالصی‌های موجود در آب بسیار خوب عمل می‌کند و درعین‌حال بسیار مقرون به صرفه است. در سیستم‌های تصفیه آب صنعتی اسمز معکوس RO وجود فیلتر کربن در پیش تصفیه با ۲ هدف کاهش بایوفولینگ و خنثی سازی اکسید کننده کلر آزاد برای جلوگیری از تخریب ممبران‌ها استفاده می‌شود. امیدواریم این مقاله به شما در راستای آشنایی با این موضوع اطلاعات کافی را رسانده باشد.