فیلتر کربن ـ فیلتر تصفیه آب باستانی آرشیو مقالات

بشر از هزاران سال پیش می دانسته که آب پاکیزه مایه حیات است، و آب آلوده مایه بیماری! در طی هزاران سال زندگی بشر، آب آلوده باعث بروز هزاران بیماری شده و علت بسیاری از مرگ و میرهای تاریخ بوده است. در تاریخ به وفور میبینیم که مردم شهرهای بزرگ بر اثر شیوع بیماری از طریق آب جان داده اند. بعضی ها به شوخی میگویند که اگر آب آلوده تا این اندازه مرگ و میر داشته است، چرا تا به حال نسل بشر منقرض نشده است؟! پاسخش روشن است! بر خلاف تصور عمومی، تصفیه آب از هزاران سال پیش شناخته شده بوده و از آن استفاده می کرده اند. در واقع پیشینیان ما راهی برای تصفیه آب آشامیدنی خود پیدا کرده بودند. البته این مسئله پس از آن بود که برخی از دوستان و خانواده‌هایشان فوت کردند. در این مقاله قصد داریم  به زغال چوب و نحوه تصفیه آب در روزهای قدیمی نگاهی بیندازیم.

• زغال چوب چیست؟
• تاریخچه زغال چوب فعال
• زغال چوب فعال چگونه کار می‌کند؟
• انواع مختلف فیلتر کربن
• فیلتر کربن پودری
• معایب فیلتر کربن پودری
• فیلتر کربن بلاک
• معایب فیلتر کربن بلاک
• نقش فیلتر کربن در تصفیه آب
• مزایای فیلتر کربن در تصفیه آب
• نکات مهم هنگام استفاده از فیلتر کربن

زغال چوب چیست؟

بر اساس مطالعات، کربن یک ماده بسیار متخلخل است که محدوده گسترده‌ای از آلاینده های مضر را جذب و نگه می‌دارد. زغال چوب هم یک نوع کربن است. زغال چوب هنگامی فعال می‌شود که میلیون‌ها سوراخ ریز بین اتم‌های کربن به علت ترکیب با اکسیژن باز می‌شوند.

اکثر کارخانه ها از تکنیک های خاصی برای ساخت کربن استفاده می کنند. آنها روشهایی برای مخلوط کردن اکسیژن با زغال چوب دارند و یک محصول جانبی قابل نفوذ را تولید می کنند و باعث می‌شوند ناخالصی‌ها و مواد شیمیایی مضر را بیشتر جذب کند. این زغال چوب فعال اغلب برای جذب مواد بودار و رنگی از گازها و مایعات استفاده می شود.

یک نمونه کاربردی برای جذب سطحی گاز همان بوگیرهای یخچال است. هنگامی که زغال چوب درون یخچال قرار می‌گیرد می تواند بوی بد یخچال را حذف کند. به همین دلیل است که برخی مادران زغال چوب را در یخچال‌ خانه خود قرار می‌دهند. در مورد جذب آلاینده های آب، به هنگام عبور از سطح کربن با بار مثبت، یون‌های منفی از سموم به سطح ذرات آن کشیده می‌شوند.

تاریخچه زغال چوب فعال شده

بر اساس مطالعات انجام شده، مصریان و سومری‌ها نخستین افرادی بودند که زغال چوب را تولید و به عنوان سوخت برای کاهش برخی عناصر در فرآیند تولید برنز استفاده کردند. همچنین این دو تمدن کشف کردند که ذغال چوب را می‌‌توان به عنوان نگهدارنده استفاده کرد. بنابراین، شروع به سرمایه‌گذاری روی خواص ضد باکتریایی آن کردند. آنها از ذغال چوب برای جلوگیری از پوسیدگی چوب استفاده می کردند. مخصوصا زمانی که تیرهای چوبی را در خاک های مرطوب رود نیل دفن می کردند. در واقع با قرار دادن ذغال چوب در اطراف پایه های تیرهای چوبی، مانع از بروز پوسیدگی می شدند. یک راه حل قدیمی و موثر!

با گذشت قرن‌ها، کاربردهای سودمند بیشتر ی از زغال چوب کشف و بکار گرفته شد. برای بستن حفره های کشتی‌، همچنین برای سوزاندن بشکه‌ها برای حفظ آب و سایر مواد ذخیره شده در آن استفاده شده است. امروزه استفاده از زغال چوب به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. بخصوص در مورد تصفیه آب، که زغال چوب فعال شده مولفه اصلی آن است.

زغال چوب فعال شده چگونه کار می‌کند؟

در واقع، تنها به دو روش کربن فعال شده می‌تواند آلاینده های آب را حذف کند. یکی از طریق جذب سطحی و دیگری از طریق کاهش قدرت کاتالیزوری آب .

جذب سطحی به جذب کوچکترین ذرات، یون‌ها یا مولکول‌های یک گاز، جامدات حل شده در یک سطح، اشاره دارد. این مسئله متفاوت از جذب است. زیرا ذرات تحت جذب سطحی، در حفره های ایجاد شده در کربن گیر می افتند. در واقع حجم های ایجاد شده در کربن (حفره ها) باعث گیر کردن ذرات ناخالصی در آنها می شود.

از سوی دیگر، کاهش کاتالیزوری فرآیندی است که در آن یونهای منفی یا همان آلاینده ها به کربن فعال با بار مثبت جذب می شوند. ترکیبات آلی از طریق جذب سطحی فیلتر می شوند و در مقابل گندزداهای باقیمانده مثل کلر و کلرامین با کاهش کاتالیزوری حذف می شوند. فیلترهای کربن فعال شده می‌توانند مواد شیمیایی آلی خطرناک و صدها ماده ساخته دست انسان که در آب شیر و آبهای زیرزمینی وجود دارد را از بین برده یا کاهش دهند.

اگر چه فیلتر کربن فعال و کاتالیزوری معمولا در دفع کلرامین، سولفید هیدروژن و فلزات سنگین مؤثر هستند، اما آنها همیشه در حذف مواد ناخالصی غیرمعمول یا فلزات مانند مواد معدنی، نمک، مس و برخی از رادیونوکلئید ها موفق نیستند. برای خلاص شدن از شر این آلاینده ها، بهتر است از یک سیستم تصفیه آب اسمز معکوس یا یک دستگاه تقطیر استفاده کنید.

انواع فیلتر کربن

در حال حاضر تنها دو شکل اصلی از فیلتر کربن در صنعت تصفیه آب مورد استفاده قرار می گیرد.

• فیلتر کربن پودری
• فیلتر کربن بلاک

فیلتر کربن پودری

فیلتر کربن پودری GAC (کربن فعال گرانولی) فیلترهای ثابت با بستر آزاد هستند. فیلتر کربن پودری شامل یک محفظه است که معمولا به شکل استوانه طراحی شده و کربن را درون خود نگهداری میکند. 

جداره فیلتر کربن پودری غیر قابل نفوذ است و به شکلی ساخته شده که آب تنها از قسمت پایین آن امکان ورود دارد. بنابراین جهت گذاشتن این فیلتر مهم است. با عبور آب از دانه های ریز کربن فعال شده، تصفیه آب انجام می پذیرد. ناخالصی ها در کربن جذب میشوند و آب تصفیه شده از قسمت بالا خارج می شود. به منظور کمینه کردن افت فشار، بخصوص در کاربردهایی که براساس جاذبه است، نرخ فیلتر براساس سرعت آب عبوری از آن تعیین می‌شود. با این وجود، تبدیل به مایع شدن هرگز مسئله‌ای برای فیلترهای جاذبه‌ای نبوده است. تضمین شده که سرعت آب هرگز به نقطه انتقال بین حالت ثابت باقی مانده و یک حالت فوران کننده در فیلترهای خاص با کمیت بالا نرسد. اگرچه کربن فعال یک جاذب بسیار سودمند است، ذرات کربن آزاد که در فیلترهای کربن پودری وجود دارند می‌توانند مزایای فیلترهای کربنی را محدود کنند. گاهی اوقات خروج دانه های ریز کربن می تواند به عنوان مشکل تلقی شود.

معایب فیلتر کربن پودری

نگرانی رایج در مورد فیلترهای کربن پودری یا GAC این است که با عبور آب از فیلتر، آسانترین مسیر را در بستر کربن آزاد پیدا می‌کند. آب در مسیری که کمترین مقاومت را دارد حرکت خواهد کرد. بنابراین، طی فرایند کانال‌زنی، آب در فیلتر کربن مسیر انشعابی زده و باعث می‌شود ظرفیت جذب سطحی کربن کمتر شود. رشد باکتری ها در فیلتر کربن پودری یا GAC نیز پدیده‌ای بسیار مکرر است. وقتی میکروارگانیزم‌ها در آب آلوده وجود داشته باشد و از بستر فیلتر کربن پودری عبور می‌کنند، بسته‌های ثابتی از آب آلوده درون بستر کربن ایجاد می‌کنند. باکتری‌های به دام افتاده بلافاصله درون منافذ فیلتر کربن پودری تکثیر می‌شوند. این باکتری‌ها سرانجام وارد آب تصفیه شده پاکیزه می‌شوند. یک مشکل دیگر نیز وجود دارد، زمان‌هایی وجود دارد که مصرف کنندگان ذرات ریز کربن را در آب تصفیه شده پیدا می‌کنند. علت آن تولید مواد ریز کربن بر اثر سایش زغال ها روی یکدیگر و سایش با جداره فیلتر است. فیلتر کربن پودری را نمی توان با شستشو احیا کرد و نمی تواند آب گل آلود را تمیز کند.

فیلتر کربن بلاک

فیلتر کربن بلاک درمقایسه با فیلتر کربن فعال شده گرانولی (GAC) یا همان فیلتر کربن پودری ، دارای ذرات نسبتا کوچکتری است و در نتیجه، سطح بزرگتری به نسبت حجم دارد. معمولا، فیلتر کربن بلاک در حذف تعداد بزرگتری از ناخالصی‌ها موثرتر از فیلتر کربن پودری است.

 ساختار فیلتر کربن جامد یا همان فیلتر کربن بلاک به شکلی است که آب مجبور است سطح تماس بیشتری را نسبت به فیلتر کربن پودری داشته باشد و همین مسئله باعث حذف حداکثری آلاینده های شیمیایی می شود. بیشتر فیلترهای کربن از واسط یا عناصر کمکی مانند نقره استفاده می‌کنند تا مانع از افزایش و تکثیر باکتری‌ها در فیلتر آب شوند. در غیراینصورت، خود کربن فعال شده را می‌توان با نقره آبکاری کرد تا ویژگی ضد باکتریایی پیدا کند.

براساس مقاله‌ای در سایت لینکدین نوشته نویسنده و مشاور Nikhilesh Mukherjee ، فیلترهای کربن بلاک به ذرات کربن اجازه می‌دهند موقعیت اولیه خود را نسبت به یکدیگر حفظ کنند. بدین صورت مانع از کانال زدن آب می‌شوند که در فیلترهای کربن پودری بسیار معمول است.

چند مسئله مهم در تعیین عملکرد فیلتر کربن بلاک وجود دارد که باید به آنها توجه شود:

•  کیفیت کربن استفاده شده در فیلتر که حتما باید پایه گیاهی باشد.
• ​ کیفیت موادی که در ساخت بدنه فیلتر کربن بلاک از آنها استفاده شده. حتما باید استاندارد لازم برای استفاده در مواد خوراکی را داشته باشند.
• ​ کیفیت پوشش خارجی کربن بلاک که باید محکم بوده و بتواند  از ورود ذرات معلق به فیلتر ممبران جلوگیری کند.
• ​  فیلتر کربن باید دارای تاییدیه های NSF ، FDA ، Water Quality ، ... باشد.

فیلتر کربن جامد معمولا دارای روکش الیاف برای محافظت نهایی و جلوگیری از عبور ذرات شکسته شده از فیلتر است. عمر فیلتر کربن بلاک بستگی به مصرف و میزان آلاینده های موجود در آب دارد، اما این فیلتر حداکثر تا شش ماه قابل استفاده است. در صورت عدم تعویض به موقع، مواد شیمیایی عبور کرده از آن باعث پارگی غشاء فیلتر ممبران و خرابی سایر فیلترها می شوند.

معایب فیلتر کربن بلاک

آن گونه که در وبلاگ Mukherjee نوشته شده، کاهش اندازه ذرات می‌تواند تا حد زیادی باعث بهبود قابلیت فیلتر در حذف آلاینده هایی با اندازه ذرات کوچک یکسان شود. در عین حال، انجام این کار نیز باعث مقاومت در برابر جریان آب از طریق فیلتر کربن بلاک می شود و می تواند سرعت جریان را به طور قابل توجهی کاهش دهد. نرخ جریان کم، معمول‌ترین مسئله مصرف کننده با فیلتر کربن بلاک است، بخصوص برای آنهایی که از فیلترهای گرانشی استفاده می‌کنند. عموما فیلترهای کربن بلاک می‌توانند مزایای بسیاری داشته باشند که فیلترهای کربن پودری GAC نمی‌توانند ارائه دهند.  اگرچه هم فیلتر کربن پودری GAC و هم فیلتر کربن بلاک توانایی محدودی در حذف آلاینده ها از آب آشامیدنی دارند. حتی فیلتر کربن بلاک با خواصی که دارد، نمی‌تواند باکتری ها و ویروس ها را از این نوع آب حذف کند مگر اینکه به طور خاص برای انجام این کار طراحی شده باشد. بنابراین، پیش از استفاده از فیلتر کربن به عنوان یک فیلتر مستقل، شخص باید بداند چه آلاینده هایی در منبع آب وجود دارند.

نقش فیلتر کربن در تصفیه آب

فیلتر کربن با حذف رسوبات باقیمانده موجود در آب، باعث افزایش شفافیت آب می‌شود. همچنین اگر در تصفیه آب ساختمان از فیلتر کربن استفاده شود، می‌تواند باعث طول عمر وسایل منزل که با آب سروکار دارند از جمله پکیج، آبگرمکن، لباسشویی، ظرفشویی و... شود.

مزایای استفاده از فیلتر کربن در دستگاه تصفیه آب خانگی

اصولا، برای یک خانوار که به طور مرتب آب مصرف می‌کند، فیلتر آب کربن باید نخستین انتخاب باشد. این اساسا به دلیل آن است که معروفترین فیلتر برای حذف اثرات کلر، فیلتر کربن است. در صورت عدم حذف کلر توسط فیلتر کربن، منجر به آبی با بوی بسیار نامطبوع خواهد شد. در واقع وظیفه فیلتر کربن حذف کلر و ترکیبات کلر، تری هالومتان ها، هالو استیک اسیدها، مواد شیمیایی، آفت کش ها و حشره کش های استفاده شده در کشاورزی، بو، طعم و مزه آب می باشد. فیلتر کربن نیازی به برق ندارد زیرا براساس فشار لوله کار می‌کند. بنابراین، به عنوان فیلتر غیرفعال دسته بندی شده است. طبیعتا این مسئله خوب است زیرا مزیت اقتصادی عالی برای اجرای سیستم تصفیه آب بدون نیاز به استفاده از برق است که شامل هزینه‌های قابل توجه است. ویژگی قابل توجه دیگر فیلتر کربن این است که با اینکه محتویات مضر آب را از بین می‌برد، مواد مغذی سالم را در فرآیند از بین نمی‌برد. مواد مغذی موجود در آب حفظ شده و سودمند باقی مانده‌اند.

این نوع سیستم فیلتر آب دارای برتری است. زیرا داشتن فیلتر کربن موجب ایجاد مشکلات زیادی در زمینه مسائل مربوط به تعمیر و نگهداری دستگاه تصفیه آب نخواهد شد. در حقیقت، به مقدار کمی تعمیر و نگهداری نیاز دارد که اغلب مربوط به پاکسازی منظم و تعویض فیلترها هر سه ماه یا بیشتر است. همچنین شما می‌توانید براساس مواد و آلاینده هایی که بیشتر با آنها مشکل دارید، فیلتر کربن خود را انتخاب کنید. محدوده گسترده‌ای از فیلترها وجود دارد و انتخاب موردی که مناسب نیازهای شما باشد کار مشکلی نیست.

فیلترهای آب کربن همچنین ممکن است با انواع دیگر فیلترهای تصفیه آب همخوانی داشته باشند و آنها می توانند به صورت جفت به منظور ارائه بهترین نتایج استفاده شوند. معمولا آنها به عنوان فیلتر پیش تصفیه آب برای تکمیل تصفیه آب اسمز معکوس استفاده می شوند، یا به دستگاه‌های تقطیر اضافه شده‌‌اند تا اثرات مواد فرار را از بین ببرند.

نکات مهم هنگام استفاده از فیلتر کربن

اگر فیلتر مدت زمان طولانی بدون استفاده بماند (دست کم یک ماه)، مطمئنا باکتری‌ها درون آن رشد خواهند کرد. باکتری‌های رشد یافته ممکن است مضر باشند یا نباشند. هرچند، این موقعیت همچنان نامطلوب است. اگر این مسئله رخ داد، باید روزی نیم دقیقه فیلتر تخلیه شود تا اطمینان حاصل شود که دیگر باکتری در فیلتر آب وجود ندارد. همانطور که قبلا ذکر شد، هنگام استفاده از فیلتر آب کربن، آلاینده های خاص ممکن است همیشه حذف نشوند. برخی از این آلاینده ها، فلوراید، نیترات، مواد معدنی سمی و طیف وسیعی از میکرو ارگانیسم ها هستند. 

واضح است که مزایای استفاده از فیلتر کربن بسیار بیشتر از معایب آن است. در صورتی که اولویت شخص محافظت از خانواده خود در مقابل مواد سمی، ناخالصی‌ها و آلاینده های موجود در آب است، نصب دستگاه تصفیه آب خانگی که دارای فیلتر کربن است بسیار پیشنهاد می‌شود. ضمن اینکه هزینه‌ها را حداقل نگه می‌دارد. بعلاوه، قیمت فیلتر کربن بسیار مناسب بوده و از  ۱۰۰۰۰ تومان تا ۳۵۰۰۰ تومان متفاوت است.

***