فیلتر کربن فعال چیست؟

فیلتر کربن فعال در تصفیه آب و بهبود کیفیت آن نقش بسزایی ایفا می‌کند. امروزه با افزایش آلودگی‌های محیطی و افزایش نیاز به آب پاک و بهداشتی، استفاده از دستگاه‌های تصفیه آب و فاضلاب به یکی از ضروریات زندگی تبدیل شده است. یکی از اجزای کلیدی دستگاه ­های تصفیه آب، فیلتر کربنی تصفیه آب صنعتی می‌­باشد. صافی کربنی صنعتی از بهترین روش­ های حذف ناخالصی­‌های آب و هوا می‌باشد. این نوع صافی با استفاده از خاصیت جذب بالای کربن اکتیو، قادر به حذف مواد مضر مانند کلر، سموم کشاورزی و مواد شیمیایی آلی، باکتری ها و بوی نامطبوع آب می­‌باشد؛ که نتیجه آن بهبود رنگ، طعم و بوی آب است. در ادامه بلاگ با فیلتر کربن فعال صنعتی و اهمیت آن در دستگاه‌های تصفیه آب و فاضلاب آشنا شوید.

فیلتر کربنی تصفیه آب صنعتی

فیلتر کربن (Carbon Filter) با نام­‌های فیلتر کربن فعال یا فیلتر کربن اکتیو تصفیه آب، از فیلترهای پرکاربرد در دستگاه‌های تصفیه آب صنعتی و فاضلاب است. فیلتر کربنی فلزی و فیلتر کربنی FRP از انواع این نوع صافی هستند. کربن فعال موجود در فیلتر کربنی تصفیه آب صنعتی به دلیل ساختار متخلخل خود، سطح تماس بالایی دارد و می‌­تواند مواد آلی و شیمیایی مضر آب را حذف کند. فیلتر کربن فعال آلاینده‌هایی مانند کلر (CL)، نیترات (NO3-) حلال‌­های آلی آفت کش (مانند هالومتان)، علف کش و رادون آب را از بین می­‌برد. علاوه بر این کربن فعال، کدورت، بو، رنگ و طعم آب را نیز کاهش می‌­دهد.

کربن فعال چیست؟

کربن فعال یا کربن اکتیو (Activated Carbon) از موادی مانند چوب، سنگ نارس، پوست نارگیل، پوست گردو، هسته‌ میوه‌هایی مانند هلو و غیره ساخته می‌شود. این مواد پس از گرمادهی یا هوادهی، به اصطلاح فعال شده و دارای تخلخل و جذب سطحی بسیار بالایی می‌شوند.

ساخت کربن فعال از پوست نارگیل کاربرد بیشتری دارد. کربن فعال ساخته شده از پوست نارگیل جذب بسیار عالی داشته و از سایر فیلترها گران­تر است.

عملکرد فیلتر کربنی در تصفیه آب

انواع فیلتر کربنی صنعتی با استفاده از فرآیند جذب سطحی کار می­‌کنند. هنگامی که آب از فیلتر کربن فعال عبور می­‌کند، مولکول‌های آلاینده به سطح کربن فعال جذب می‌شوند و در منافذ کوچک آن به دام می‌افتند. این جذب فیزیکی باعث می‌شود که آلاینده‌ها از جریان آب جدا شده و آب تصفیه ‌شده و پاکیزه از صافی خارج شود. فیلتر کربنی در ماسک های تنفسی، داروسازی، تصفیه نیشکر، بازیافت برخی از فلزات گرانبها (مانند طلا)، کافئین زدایی از قهوه، فیلتر سیگار و سیستم کنترل بخارات سوخت در ماشین کاربرد دارد. معیار سنجش فیلتر کربنی، نرخ میکرونی نام دارد. نرخ میکرونی به حداقل سایز ذراتی که فیلتر کربنی اکتیو می­تواند حذف کند گفته می­ شود. سایز ذرات معمولا بین 0.5 تا 50 میکرون است. تاثیر یک فیلتر کربن فعال به سایز ذرات و سرعت عبور آب از صافی بستگی دارد.

انواع فیلتر کربن فعال

صافی های کربنی با توجه به نوع کربن و اندازه ذرات آن به سه دسته تقسیم بندی می­ شوند. هر یک از این صافی ها ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند و بسته به نیاز و نوع آلودگی آب، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

• فیلتر کربن اکتیو پودری (Powdered Activated Carbon Filter)
• فیلتر کربن اکتیو گرانولی یا دانه­ ای (Granular Activated Carbon Filter)
• فیلتر کربن اکتیو بلاک (Activated Carbon Filter Block)

فیلتر کربن اکتیو پودری (PAC)

فیلتر کربنی اکتیو پودری بیشترین سطح تماس با آب را دارد.

توانایی جذب مواد آلی، رفع بو، رنگ و طعم آب در این صافی بیشتر از دو نمونه دیگر است.

فیلتر کربن اکتیو گرانول یا دانه ­ای (GAC)

فیلتر کربنی گرانول یا دانه­ ای که به فیلتر کربن شنی شهرت دارد، حاوی دانه­ های کوچک کربن به اندازه شن است. اندازه ذرات کربن اکتیو گرانول یا GAC بین 0.2 تا 5 میلی متر می ­باشد.

سطح تماس آب با این دانه ­های شنی کربنی کمتر از نوع پودری آن است. به همین دلیل این فیلتر راندمان کمتری دارد. معمولا از دو فیلتر کربن دانه­ ای و اکتیو پودری بیشتر استفاده می­ شود.

فیلتر کربن اکتیو بلاک

فیلتر کربنی بلاک یا فیلتر کربن جامد به صورت کارتریج می ­باشد. این فیلتر از کربن با اندازه و ابعاد بزرگ تشکیل شده است. با توجه به بزرگ بودن اندازه کربن، این نوع فیلتر قدرت جذب کمتری دارد.

فیلتر کربنی بلاک در دستگاه­ های تصفیه آب خانگی و نیمه صنعتی استفاده می‌شود.

مکانیزم فیلتر کربن فعال

مکانیزم فیلتر کربنی صنعتی به طور عمده بر اساس دو فرآیند اصلی جذب و تبادل یونی استوار است.

1-     جذب

صافی های کربنی از کربن فعال (یا زغال فعال) ساخته شده‌اند. کربن فعال دارای ساختار متخلخل و منافذ ریز بوده که سطح تماس بسیار زیادی را فراهم می‌کند. فرآیند جذب به این صورت عمل می‌نماید:

سطح وسیع: ساختار متخلخل کربن فعال به آن این امکان را می‌دهد که مقدار زیادی از مواد مضر را در خود جذب کند. این سطح وسیع باعث افزایش ظرفیت صافی برای جذب آلاینده‌ها می‌شود.

جذب فیزیکی: در این فرآیند، مولکول‌های آلاینده به دلیل نیروهای واندروالسی و سایر نیروهای جاذبه فیزیکی به سطح کربن فعال چسبیده و در منافذ آن قرار می‌گیرند.

جذب شیمیایی: بعضی از آلاینده‌ها با کربن فعال واکنش شیمیایی می‌دهند و به این ترتیب حذف می‌شوند. این فرآیند شامل واکنش‌های شیمیایی مانند اکسیداسیون موجب تبدیل یا نابودی آلاینده‌ها می‌شود.

2-    تبادل یونی

در برخی از فیلترهای کربن فرآیند تبادل یونی رخ می‌دهد. این فرآیند شامل جایگزینی یون‌های خاص در آب با یون‌های موجود در کربن فعال است. برای مثال، یون‌های کلر که می‌توانند به مواد شیمیایی مانند کلرین تبدیل شوند، با یون‌های دیگر از سطح کربن فعال جایگزین می‌شوند.

ساختار کربن فعال مورد استفاده در فیلتر کربن چگونه است؟

ساختار کربن فعال مورد استفاده در این صافی ها دارای ویژگی‌های خاصی است که آن را برای جذب مواد آلاینده بسیار موثر می‌کند. این ویژگی‌ها به دلیل ساختار متخلخل و نحوه پردازش کربن فعال به وجود آمده است.

منافذ میکرو (Micro-pores): کربن فعال دارای منافذ بسیار ریز به اندازه 2 نانومتر یا کمتر است. این منافذ به کربن فعال این امکان را می‌دهند که سطح تماس بسیار وسیعی با مایع یا گاز داشته باشد و به این ترتیب قابلیت جذب بالا پیدا کند.

منافذ مزو (Meso-pores): منافذی به اندازه بین 2 تا 50 نانومتر که بین منافذ میکرو و ماکرو قرار دارند و نقش مهمی در جذب و عبور مواد دارند.

منافذ ماکرو (Macro-pores): این منافذ بزرگتر از 50 نانومتر هستند و به جریان راحت‌تر مواد از میان فیلتر کمک می‌کنند. این منافذ عمدتاً به عبور مایع یا گاز از صافی و انتقال آن به منافذ میکرو کمک می‌کنند.

ویژگی‌های ساختاری فیلتر کربن فعال

ساختار فیلتر کربن فعال باید به اندازه کافی سخت و مقاوم باشد تا در طی فرآیند تصفیه و حمل و نقل، به راحتی خرد نشود و کاربرد خود را حفظ کند. یکی از ویژگی‌های برجسته فیلتر کربن فعال، مساحت سطح بسیار بالای آن است که به خاطر وجود منافذ متعدد ایجاد می‌شود. این ویژگی موجب می‌شود که فیلتر کربن فعال قادر به جذب مقادیر زیادی از آلاینده‌ها باشد.

اجزای فیلتر کربنی

دستگاه ­های تصفیه آب که با فیلتر اکتیو کار می­ کنند شامل بدنه یا مخزن، شیرهای ورودی و خروجی، لوله کشی، سیلیس (سیلیس ممتاز ، سیلیس درجه یک ، سیلیس درجه دو) و کربن فعال هستند.

بدنه یا مخزن فیلتر: مخزن یا بدنه فیلتر اکتیو از جنس فلزی با پوشش رنگ اپوکسی و Frp ساخته می­ شود که مقاوم و ضد زنگ هستند. این بدنه به گونه‌ای طراحی شده که مقاومت لازم برای تحمل فشار آب یا هوا را داشته باشد و در عین حال سبک و قابل حمل باشد.

کربن فعال: اصلی ترین بخش فیلتر کربنی صنعتی، کربن فعال است و وظیفه فیلتراسیون و حذف مواد آلی و کلر را بر عهده دارد. کربن فعال دارای سطح وسیع و تعداد زیادی منافذ کوچک است که می‌تواند مولکول‌های آلاینده را جذب کند.

سیلیس: همانطور که در بلاگ اختصاصی سیلیس چیست؟ با این محصول آشنا شدید، جهت زهکشی آب و جلوگیری از فرار دانه­‌های ریز کربن استفاده می­‌شود. در انتهای فیلتر کربن تا بالای نازل­‌ها سیلیس ریخته می‌­شود.

شیرهای ورودی و خروجی: فیلتر کربن اکتیو تصفیه آب دارای چهار شیر کنترل می­ باشد. عملکرد سرویس، شستشوی معکوس و شستشوی سریع دستگاه با شیر ورودی و خروجی، کنترل می­ شود. شیر نمونه گیری هم روی دستگاه نصب می­ شود تا به صورت دوره­ ای خروجی صافی نمونه گیری شده و عملکرد فیلتر کربنی مشخص شود. بر روی مخازن فلزی شیر دستی و بر روی فیلتر کربنی با مخزن Frp شیر دستی چند حالته یا اتوماتیک نصب می­ شود.

لوله کشی: جهت ورود آب خام و خروج آب فیلتر شده از صافی، لوله کشی انجام می­ شود. در صورت استفاده از شیرهای چند حالته در بالای مخزن، دیگر نیازی به استفاده از لوله کشی برای فیلتر نیست.

فرآیند فعال سازی کربن برای فیلتر کربن فعال

فرآیند فعال‌سازی کربن برای تولید کربن فعال مورد استفاده در صافی ها شامل دو روش اصلی است فعال‌سازی فیزیکی (یا حرارتی) و فعال‌سازی شیمیایی. هر یک از این روش‌ها ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. در ادامه به توضیح هر یک از این فرآیندها می‌پردازیم:

فعال‌سازی فیزیکی (حرارتی): روش فعال‌سازی فیزیکی یا حرارتی شامل دو مرحله اصلی کربونیزاسیون و فعال‌سازی است. در روش کربونیزاسیون ابتدا مواد کربنی خام انتخاب می‌شوند. مواد خام در دماهای بالا در غیاب هوا یا با مقدار کمی از اکسیژن حرارت داده می‌شوند. این فرآیند باعث تجزیه مواد آلی و تشکیل کربن خام می‌شود. در روش فعال‌سازی کربن خام در دماهای بسیار بالا در حضور گازهای فعال‌ساز مانند بخار آب، دی‌اکسید کربن، یا مخلوطی از این دو، حرارت داده می‌شود. گازهای فعال‌ساز با کربن واکنش داده و منافذ ریز و پیچیده‌ای در ساختار کربن ایجاد می‌کنند. این منافذ سطح تماس کربن را افزایش می‌دهند و ظرفیت جذب آن را بالا می‌برند.

فعال‌سازی شیمیایی: این روش شامل دو مرحله اصلی آغشته ‌سازی شیمیایی و کربونیزاسیون است. مواد خام با مواد شیمیایی مانند فسفریک اسید، کلرید روی یا هیدروکسید پتاسیم آغشته می‌شوند. این مواد شیمیایی باعث تجزیه مواد خام و ایجاد منافذ در ساختار کربن می‌شوند. در مرحله کربونیزاسیون مواد آغشته ‌شده در دماهای نسبتاً پایین‌تر حرارت داده می‌شوند. این فرآیند باعث تشکیل کربن فعال با منافذ متعدد و سطح تماس بالا می‌شود.

سپس کربن فعال شده به دقت شسته می‌شود تا مواد شیمیایی باقی‌مانده از فرآیند آغشته‌سازی حذف شوند.

روش ­های احیای فیلتر کربنی

عبور آب خام از داخل دستگاه و جذب مواد آلی و ذرات معلق توسط فیلتر کربنی به مرور زمان باعث ایجاد یک لایه ژل ه­ای روی فیلتر می­ شود. این لایه عملکرد و کارایی فیلتر را کاهش می ­دهد. به همین دلیل لازم است که این صافی با روش شستشوی معکوس یا بکواش تمیز و احیا شود. احیای فیلتر کربن به دو روش انجام می­ گیرد:

1. شستشوی معکوس یا بکواش فیلتر کربن (Backwash)

در روش شستشوی معکوس یا بکواش (Backwash) با حرکت آب بر خلاف جهت همیشگی، حجم زیادی از مواد ژل ه­ای تولید شده بر روی سیلیس و کربن­ ها از سطح جدا شده و به خارج از مخزن منتقل می­ گردند.

2. جریان معکوس بخار

در روش احیای جریان معکوس بخار، کربن­ ها به مدت 30 دقیقه درتماس با بخار قرار می­ گیرند و احیا می­ شوند.

در انتها

فیلتر کربنی به عنوان یکی از اجزای کلیدی دستگاه‌های تصفیه آب، نقش مهمی در بهبود کیفیت آب ایفا می‌کند. با درک نحوه عملکرد، مزایا و نکات مربوط به نگهداری آن، می‌توانید بهترین استفاده را از دستگاه تصفیه آب خود داشته باشید و از آب سالم و گوارا بهره‌مند شوید. در نهایت، توجه به تعویض منظم فیلتر کربن فعال و نگهداری صحیح آن، به بهبود عمر دستگاه تصفیه و کیفیت آب مصرفی کمک شایانی می‌کند. برای کسب اطلاعات بیشتر می‌توانید به جدیدترین مقالات آموزشی در حوزه تصفیه آب رجوع کنید. شرکت البرز تصفیه ایرانیان، سازنده و مجری تجهیزات تصفیه آب و فاضلاب با بالغ بر 50 سال تجربه (از سال 1352) و ارائه بهترین گارانتی و خدمات پس از فروش در کنار شماست. جهت آشنایی با مشخصات، کاربردها، قیمت و خرید فیلتر کربنی فلزی و فیلتر کربنی FRP و دریافت مشاوره رایگان با شماره های 02191300670 یا 02191300680 تماس حاصل فرمایید.

سوالات متداول:

آیا فیلتر کربنی تمامی آلاینده‌ها را حذف می‌کند؟

فیلتر کربنی عمدتاً برای حذف کلر، ترکیبات آلی فرار و بهبود رنگ، طعم و بوی آب موثر است، اما نمی‌تواند تمامی آلاینده‌ها را حذف کند و نیاز به فیلترهای مکمل دارد.

چگونه می‌توان عمر مفید فیلتر کربنی را افزایش داد؟

با شستشوی دوره‌ای (در صورت قابلیت شستشو) و نگهداری در شرایط مناسب می‌توان عمر مفید فیلتر کربنی را افزایش داد.