کربن فعال گرانولی GAC

کربن فعال گرانولی

استفاده از کربن فعال گرانولی (GAC) جهت  تصفیه آب در اوایل قرن بیستم (1906) زمانی که فرآیند «فعال‌سازی» برای زغال‌سنگ (که قرن‌ها مورد استفاده قرار می‌گرفت) به کار گرفته شد، رایج شد. فعال‌سازی حرارتی زغال چوب به میزان زیادی حجم منافذ، سطح و ساختار آن را بهبود می‌بخشد و آن را به یک نیروی کار عالی برای تصفیه آب تبدیل می‌کند.

مفهوم جذب سطح کربن تمیز اولئوفیل است، به معنای "روغن دوست" و برعکس آبدوست یا "آب دوست"می باشد. جذب قوی برای ترکیبات آلی و سایر آلاینده های غیر قطبی دارد و آنها را روی سطح کربن جذب می کند، جایی که توسط نیروهای واندروالس نگه داشته می شوند. جذب سطحی مکانیسم اولیه ای است که توسط آن GAC کار می کند و دلیل اصلی استفاده از آن برای کاهش طعم، بو و رنگ نامطلوب و بهبود ایمنی آب آشامیدنی با حذف موثر محصولات جانبی ضدعفونی رایج (THMs)، آلاینده های آلی مانند حلال های کلردار و ... سایر آلاینده های صنعتی، آفت کش ها و فلزات سنگین انتخابی مانند سرب و جیوه. محصولات مدرن GAC از پوسته نارگیل، زغال سنگ، چوب، زغال سنگ قهوه ای ویا فرآورده های نفتی ساخته می شوند. انتخاب منبع کربن اغلب با عملکرد کاهش آلاینده که توسط سازنده هدف قرار می گیرد هدایت می شود.

ساختار کربن فعال گرانولی GAC

هر منبع کربن یک GAC با ساختار منفذی منحصر به فرد متشکل از منافذ میکرو، مزوپورها و ماکرو منافذ تولید می کند. ریز منافذ بسیار کوچک هستند، اغلب کوچکتر از یک مولکول معمولی (5-1000 آنگستروم). آنگستروم 1/10,000,000 میلی متر است.

کربن های پوسته نارگیل درصد بیشتری از ریز منافذ را دارا می باشند و آن را انتخاب خوبی برای استفاده در محصولات جانبی آلی کوچک و ضد عفونی می کند. کربن‌های چوبی دارای منافذ ماکرو بیشتری هستند که آنها را برای رنگ‌زدایی و حذف مواد آلی بزرگ‌تر بهتر می‌کند. پایه‌های زغال‌سنگ ساختار منفذی متوسطی را ایجاد می‌کنند که آنها را انتخاب خوبی برای کاهش آلی هدف عمومی می‌کند.

ظرفیت GAC برای حذف آلی از سطح بسیار بالای آن ناشی می شود. یک گرم GAC می تواند مساحتی بیش از 1000 متر مربع داشته باشد. یک پوند کربن بیش از 35 هکتار سطح دارد - تقریباً 100 زمین فوتبال. استفاده از سطح کامل GAC امکان پذیر نیست و لزومی ندارد. اگر قرار بود یک مولکول ضخیم و لایه لایه شده از یک ماده آلی را روی کل سطح کربن فعال GAC قرار دهید، فقط حدود 6.25 میلی لیتر مایع ~ تقریباً 1/4 قاشق چای خوری در هر پوند بارگیری می کنید. اما از آنجایی که ماده آلی به خودی خود محلول است، ضخیم می شود و وزن جذب شده افزایش می یابد.

معیار انتخاب کربن اکتیو گرانولی

نکته مهم در انتخاب یک محصول  GAC ، عدد سایش آن (AN) است. این یک معیار نسبی از توانایی رسانه برای مقاومت در برابر سایش (یا کاهش اندازه) در هنگام چرخاندن فیزیکی (مانند شستشوی معکوس) است. کربن های پوسته بالاترین مقاومت سایشی را در حدود 90 AN دارند. پایه های زغال سنگ به طور متوسط در حدود 70 AN هستند. رتبه‌ بندی ‌های زیر 70 ممکن است به خوبی در برابر شستشوی معکوس شدید مقاوم نباشند.

آب یک حلال عالی برای مقادیر کم تقریباً همه چیز از جمله حلال های آلی است.

نیروهایی که آب یک ماده آلی را در محلول نگه می دارد بسیار قوی است. برای اینکه GAC یک ماده آلی را از محلول بیرون بکشد، نیروهای جاذبه باید قوی تر از نیروهای انحلال باشند.

عوامل که جذب آلی را در GAC افزایش می‌دهند عبارتند از:

pH پایین (مواد آلی در pH بالاتر محلول‌تر هستند)

 جریان آهسته ‌تر اندازه‌ گیری شده در دقیقه زمان تماس با بستر خالی (EBCT)

 وزن مولکولی نسبی (MW) و حلالیت آلی

 الکل های کم MW مانند متانول و اتانول به عنوان مثال در آب بسیار محلول هستند و توسط GAC حذف نمی شوند.

اگرچه مواد آلی به طور کلی کمتر در آب سردتر حل می شوند، دما نیز بر تحرک (انتقال) آلاینده به داخل منافذ تأثیر می گذارد. بنابراین، آب سرد ممکن است در واقع از حذف آن آلودگی جلوگیری کند. علاوه بر این، برخی از مواد آلی فرار هستند و می توانند از GAC در آب گرم دفع شوند (آزاد شوند). در این موارد، استفاده از یک منبع آب گرم برای شستشوی معکوس GAC در واقع بازسازی نسبی آن را انجام می دهد.

اجسام رنگی مانند تانن ها آلی با مگاوات بالا هستند که می توانند توسط GAC حذف شوند. با این حال، یک محصول مناسب باید انتخاب شود تا ساختار منافذ مناسبی برای کار در دست داشته باشد. محصولات GAC بر پایه چوب سابقه طولانی استفاده برای رنگ‌زدایی دارند.