فرآیند جذب در فیلتر کربنی

این مقاله از وب سایت lenntech تهیه و برای شما توسط شرکت فراالکتریک ترجمه شده. شما میتونید برای مطالعه بیشتر به این وب سایت معتبر مراجعه کنید. آدرس این سایت رو در انتهای مقاله برای شما ذکر کردیم.
ممنونیم که بدون ذکر منبع و مترجم این مطلب رو کپی نمیکنید.

 جذب کربن فعال

جذب فرآیندی است که در آن از یک جامد برای حذف یک ماده محلول در آب استفاده می شود. در این فرآیند کربن فعال ماده جامد است.

کربن فعال به طور خاص تولید می شود تا به یک سطح داخلی بسیار بزرگ (بین 500 – 1500 متر مربع / گرم) دست یابد. این سطح داخلی بزرگ، کربن فعال را برای جذب ایده آل می کند. کربن فعال در دو نوع موجود است: کربن فعال پودری (PAC) و کربن فعال دانه ای (GAC). نسخه GAC بیشتر در تصفیه آب استفاده می شود و می تواند مواد محلول زیر را جذب کند:

جذب مواد آلی غیر قطبی مانند:

• روغن معدنی
• BTEX
• هیدروکربن های چند آروماتیک (PAC)
• (کلرید) فنل
• جذب ماده هالوژنه: I، Br، Cl، H , en ,F
• بو
• طعم
• مخمرها
• انواع محصولات تخمیری
• مواد غیر قطبی (مواد غیر محلول در آب)

نمونه هایی از کربن فعال در فرآیندهای مختلف:

• تصفیه آب زیرزمینی
• کلر زدایی آب فرآیند
• تصفیه آب برای استخرهای شنا
• پرداخت پساب تصفیه شده

شرح فرایند:

آب در ستونی که حاوی کربن فعال است پمپ می شود، این آب از طریق یک سیستم تخلیه از ستون خارج می شود. فعالیت یک ستون کربن فعال به دما و ماهیت مواد بستگی دارد. آب به طور مداوم از ستون عبور می کند که باعث تجمع مواد در فیلتر می شود.

به همین دلیل فیلتر باید به صورت دوره ای تعویض شود. لازم به ذکر است که یک فیلتر استفاده شده را می توان به روش های مختلف بازسازی کرد و کربن دانه ای را هم می توان به راحتی با اکسید کردن مواد آلی بازسازی کرد. راندمان کربن فعال بین 5 تا 10 درصد کاهش می یابد.

بخش کوچکی از کربن فعال در طی فرآیند بازسازی از بین می رود و باید جایگزین شود. اگر با ستون‌های مختلف به صورت سری کار می‌کنید، می‌توانید مطمئن باشید که سیستم تصفیه خود را به طور کامل خسته نخواهید کرد.

شرح جذب:

مولکول های فاز گاز یا مایع به صورت فیزیکی به یک سطح متصل می شوند، در این حالت سطح از کربن فعال است. فرآیند جذب در سه مرحله انجام می شود:

–انتقال ماکرو: حرکت مواد آلی از طریق سیستم ماکرو منافذ کربن فعال (خلاف ماکرو بیش از 50 نانومتر)

–انتقال میکرو: حرکت مواد آلی از طریق سیستم مزو منافذ و میکرو منافذ کربن فعال (ریز منافذ کمتر از 2 نانومتر؛ حفره مزو 2 تا 50 نانومتر)

–جذب: اتصال فیزیکی مواد آلی بر روی سطح کربن فعال در مزو منافذ و ریز منافذ کربن فعال.

سطح فعالیت جذب بر اساس غلظت ماده در آب، دما و قطبیت ماده است. یک ماده قطبی (= ماده ای که به خوبی در آب محلول است) نمی تواند یا به شدت توسط کربن فعال حذف می شود. یک ماده غیر قطبی را می توان به طور کامل توسط کربن فعال حذف کرد. هر نوع کربن ایزوترم جذب مخصوص به خود را دارد (شکل 1 را ببینید) و در تجارت تصفیه آب این ایزوترم با عملکرد Freundlich مشخص است.

عملکرد Freundlich:

x/m = ماده جذب شده در هر گرم کربن فعال

Ce = اختلاف غلظت (بین قبل و بعد)

Kf، n = ثابت های خاص

منحنی دوم از کربن فعال (نگاه کنید به شکل 2) تخلیه یک فیلتر را نشان می دهد. به طور معمول ما یک واحد ضد عفونی UV بعد از ستون کربن فعال قرار می دهیم.

*شکل 1 ایزوترم جذب خاصی را برای کربن فعال نشان می دهد. در محور افقی می توانید غلظت و در محور عمودی می توانید مقدار لازم کربن را پیدا کنید. می توانید از این نوع ارقام برای بهینه سازی ستون خود استفاده کنید.

منبع شکل 1: http://www.aapspharmscitech.org/scientificjournals/
pharmscitech/volume2issue1/056/manuscript.htm

شکل 2 در مورد خستگی در طول استفاده از ستون شما می گوید. نقطه C3 ستون شروع به شکستن می کند و در نزدیکی C4 ستون شما دیگر تصفیه نمی شود. بین نقطه C3 و C4 باید ستون خود را بازسازی کنید.

منبع شکل 2 : http://www.activated-carbon.com

تفاوت بین جذب سطحی و جذب چیست؟؟

هنگامی که یک ماده به یک سطح متصل می شود، جذب سطحی نامیده می شود، در این صورت این ماده به سطح داخلی کربن فعال چسبیده است.

هنگامی که ماده ای در محیط دیگری جذب می شود، جذب نامیده می شود. وقتی یک گاز در محلول گرفتار شود این فرایند جذب نامیده می شود.

عوامل موثر بر عملکرد کربن فعال در آب:

• نوع ترکیبی که باید حذف شود؛ ترکیبات با وزن مولکولی بالا و حلالیت کم بهتر جذب می شوند.
• غلظت ترکیبی که باید حذف شود؛ هر چه غلظت بیشتر باشد، مصرف کربن نیز بیشتر است.
• وجود سایر ترکیبات آلی که برای مکان های جذب در دسترس رقابت خواهند کرد.
• pH جریان زباله؛ به عنوان مثال، ترکیبات اسیدی در PH پایین بهتر حذف می شوند.

بر این اساس می‌توانیم برخی از مواد شیمیایی را بر اساس احتمال جذب موثر کربن فعال در آب طبقه‌بندی کنیم:

• مواد شیمیایی با احتمال بسیار زیاد جذب کربن فعال:

2,4-D

Deisopropyltatrazine

Linuron

Alachlor

Desethylatrazine

Malathion

Aldrin

Demeton-O

MCPA

Anthracene

Di-n-butylphthalate

Mecoprop

Atrazine

1,2-Dichlorobenzene

Metazachlor

Azinphos-ethyl

1,3-Dichlorobenzene

2-Methyl benzenamine

Bentazone

1,4-Dichlorobenzene

Methyl naphthalene

Biphenil

2,4-Dichlorocresol

2-Methylbutane

2,2-Bipyridine

2,5-Dichlorophenol

Monuron

Bis(2-Ethylhexyl)Phthalate

3,6-Dichlorophenol

Napthalene

Bromacil

2,4-Dichlorophenoxy

Nitrobenzene

Bromodichloromethane

Dieldrin

m-Nitrophenol

p-Bromophenol

Diethylphthalate

o-Nitrophenol

Butylbenzene

2,4-Dinitrocresol

p-Nitrophenol

Calcium Hypochloryte

2,4-Dinitrotoluene

Ozone

Carbofuran

2,6-Dinitrotoluene

Parathion

Chlorine

Diuron

Pentachlorophenol

Chlorine dioxide

Endosulfan

Propazine

Chlorobenzene

Endrin

Simazine

4-Chloro-2-nitrotoluene

Ethylbenzene

Terbutryn

2-Chlorophenol

Hezachlorobenzene

Tetrachloroethylene

Chlorotoluene

Hezachlorobutadiene

Triclopyr

Chrysene

Hexane

1,3,5-Trimethylbenzene

m-Cresol

Isodrin

m-Xylene

Cyanazine

Isooctane

o-Xylene

Cyclohexane

Isoproturon

p-Xylene

DDT

Lindane

2,4-Xylenol

• مواد شیمیایی با احتمال زیاد جذب کربن فعال:

Aniline

Dibromo-3-chloropropane

1-Pentanol

Benzene

Dibromochloromethane

Phenol

Benzyl alcohol

1,1-Dichloroethylene

Phenylalanine

Benzoic acid

cis-1,2- Dichloroethylene

o-Phthalic acid

Bis(2-chloroethyl) ether

trans-1,2- Dichloroethylene

Styrene

Bromodichloromethane

1,2-Dichloropropane

1,1,2,2-Tetrachloroethane

Bromoform

Ethylene

Toluene

Carbon tetrachloride

Hydroquinone

1,1,1-Trichloroethane

1-Chloropropane

Methyl Isobutyl Ketone

Trichloroethylene

Chlorotoluron

4-Methylbenzenamine

Vinyl acetate

• مواد شیمیایی با احتمال متوسط جذب کربن فعال*: 

Acetic acid

Dimethoate

Methionine

Acrylamide

Ethyl acetate

Methyl-tert-butyl ether

Chloroethane

Ethyl ether

Methyl ethyl ketone

Chloroform

Freon 11

Pyridine

1,1-Dichloroethane

Freon 113

1,1,2-Trichloroethane

1,2-Dichloroethane

Freon 12

Vinyl chloride

1,3-Dichloropropene

Glyphosate

Dikegulac

Imazypur

 *(کربن فعال برای این مواد شیمیایی فقط در موارد خاصی موثر است).

• مواد شیمیایی که جذب آنها با کربن فعال بعید است موثر باشد. با این حال ممکن است در موارد خاصی مانند جریان یا غلظت کم قابل اجرا باشد:

Acetone

Methylene chloride

Acetonitrile

1-Propanol

Acrylonitrile

Propionitrile

Dimethylformaldehyde

Propylene

1,4-Dioxane

Tetrahydrofuran

Isopropyl alcohol

Urea

Methyl chloride

عوامل موثر بر عملکرد کربن فعال در هوا:

-نوع ترکیبی که باید حذف شود: به طور کلی ترکیباتی با وزن مولکولی بالا، فشار بخار کمتر/ نقطه جوش بالاتر و ضریب شکست بالا بهتر جذب می شوند.

–غلظت: هر چه غلظت بیشتر باشد، مصرف کربن بیشتر است.

–دما: هر چه دما کمتر باشد، ظرفیت جذب بهتر است.

–فشار: هر چه فشار بیشتر باشد، ظرفیت جذب بهتر است.

–رطوبت: هر چه رطوبت کمتر باشد، ظرفیت جذب بهتر است.