فیلتر کربن فعال گرانول (GAC)، ماده ای متشکل از تعداد زیادی صفحات گرافیتی است که به وسیله اتصالهای کربنی غیرگرافیتی به هم متصل هستند. قابلیت بالای جذب سطحی کربن فعال، باعث شده تا این ماده، به عنوان یکی از بهترین مواد تصفیه کننده آلاینده های آب، هوا و بسیاری دیگر از انواع مایعات و گازها مطرح شود. مزیت دیگر کربن فعال این است که این ماده از نظر زیست محیطی نیز مشکلی نداشته و می تواند با انجام عملیات اکسیداسیون حرارتی، بارها مجدداً فعال شده و مورد استفاده قرار بگیرد.
بسیاری از سازمانها و استاندارهای بین المللی، کربن فعال گرانول (کربن فعال دانه ای) را بهترین گزینه برای حذف بسیاری از آلاینده های آلی موجود در آبهای سطحی، شناسایی و معرفی کرده اند. استفاده از کربن فعال گرانول به تنهایی و یا در ترکیب با دستگاه اشعه ماوراء بنفش به عنوان یک وسیله ضدعفونی کننده، می تواند برای حذف موارد زیر از آب مورد استفاده قرار بگیرد:
- مواد و ترکیبات جلبکی
- مواد دارویی و بهداشتی
- طعم و مزه نامطبوع
- مواد آلی ناشی از فاسد شدن گیاهان و سایر موجودات طبیعی
در ادامه مقاله، بنا داریم تا به مرور جنبه های مختلف این ماده و تولید آن و نیز کاربرد آن در انواع دستگاه تصفیه آب بپردازیم.
کربن فعال، از مواد مختلفی در طبیعت که ساختار آنها غنی از کربن است، تولید می شود. از جمله این مواد می توان به زغال، آنتراسیت، زعال سنگ، چوب و پوسته نارگیل اشاره نمود.
برای تبدیل این مواد به کربن فعال، از فرآیندهای "حرارتی" و یا "شیمیایی" استفاده می شود. در فرآیند حرارتی، از تزریق بخار و در فرآیند شیمیایی، از اضافه کردن مواد غیر آلی در دماهای پایین تر به مواد دارای کربن استفاده می شود.
کربن فعال تولید شده از زغال، معمولاً به دو روش "فعال سازی مستقیم" (Direct Activation) و یا "تراکم مجدد" (Reagglomeration) تولید می شوند. در روش فعال سازی مستقیم، زغال ابتدا به اندازه مدنظر خرد شده و سپس تحت عملیات فعالسازی حرارتی قرار می گیرد. این روش، هزینه تولید کمتری نسبت به روش تراکم مجدد، در بر دارد.
در روش "تراکم مجدد"، ابتدا زغال کاملاً ساییده و خرد شده و سپس به آن، مواد چسباننده آلی اضافه می شود. در مرحله بعدی، ماده به دست آمده، مجدداً خرد می شود تا به اندازه مد نظر در آید. زمانی که کربن به دست آمده با روش تراکم مجدد، فعال می شود، ماده چسباننده آلی استفاده شده در آن، به ساختار گرافیتی تبدیل می شود که موجب اتصال ذرات کربن فعال به یکدیگر می شود.
میزان سختی و خردشدگی کربن فعال به دست آمده از دو روش فعال سازی مستقیم و تراکم مجدد، تقریباً در یک حدود است. اما ساختار حفره های داخلی کربن فعال به دست آمده از روش تراکم مجدد، از یکنواختی بیشتری برخوردار است که باعث می شود این ماده در جذب برخی آلاینده های آلی، قوی تر و مؤثرتر از کربن فعال به دست آمده از روش فعال سازی مستقیم عمل نماید.
در زمان عملیات حرارتی، اندازه صفحات گرافیتی تمام مواد اولیه دارای کربن، به واسطه واکنش به میعان، افزایش پیدا می کند. چگالی ساختار داخلی کربن فعال، بستگی به نوع ماده اولیه آن دارد. هر چه چگالی ماده اولیه کربن فعال بیشتر باشد (مانند زغال سنگ)، اندازه صفحات گرافیتی ساختار داخلی کربن فعال بیشتر خواهد بود. این صفحات، بصورت نامنظم در کربن فعال شکل می گیرند.
علاه بر صفحات گرافیتی، حفره هایی نیز در داخل ساختار کربن فعال وجود دارد. این حفره ها به همراه صفحات گرافیتی، باعث ایجاد ظرفیت بالای جذب سطحی و نگهداری مواد آلاینده در کربن فعال می شوند.
خاصیت جذب سطحی، در نتیجه بر هم کنش نیروی الکتریکی موجود در یک ماده جاذب (مانند کربن فعال) و یک ماده جذب شونده (مانند مواد تولید کننده طعم و بو در آب مثل ژئوسمین) است. ترکیبات مولکولی، ضمن حرکت، جذب سطح متخلخل کربن فعال می شوند.
برای تفاوت دو مفهوم absorption و adsorption، کلیپ زیر را مشاهده کنید:
استفاده از کربن فعال گرانول، مدتهاست که به عنوان یک روش کاملاً مؤثر و شناخته شده برای فیلتراسیون فیزیکی مواد تولید کننده طعم و بو و بسیاری از مواد شیمیایی در صنعت تصفیه آب شناخته شده و مورد استفاده قرار می گیرد. البته پیش از طراحی یک سیستم فیلتراسیون جدید کربن فعال یا اضافه کردن آن به یک سیستم فیلتراسیون موجود، می بایست ملاحظاتی از جمله شرایط هیدرولیکی، زمان تماس آب با کربن و در دسترس بودن آب برای بک واش فیلتر را مد نظر قرار داد. همینطور، عملکرد جذب سطحی ، مقاومت در برابر سایش و چگالی کربن فعال انتخاب شده برای سیستم نیز از موارد مهمی است که می بایست مورد توجه و بررسی قرار گیرند. تحلیل هزینه و فایده استفاده از سیستم فیلتراسیون کربن فعال هم مسأله مهمی است که می بایست به آن توجه شود.
ملزومات فنی بک واش فیلتر، از نکات مهمی است که تعیین کننده عمق بستر فیلتر کربن فعال است. نحوه طراحی فیلتر می بایست به نحوی باشد که امکان انبساط کربن فعال به اندازه کافی در زمان بک واش وجود داشته و علاوه بر آن، بعد از انبساط چند اینچ تا بالای فیلتر و شیر کنترل فیلتر آن نیز فاصله داشته باشد.
نظرات