فیلتراسیون کربنی نوعی روش تصفیه آب است که با به کارگیری یک بستر کربن فعال (کربن اکتیو) و از طریق جذب شیمیایی، آلاینده ها و ناخالصی ها را از آب حذف می کند.
هر ذره یا گرانول کربن، ساختاری متخلخل و مساحت سطح بزرگی را فراهم می سازد و این باعث می شود تا حداکثر مقدار ممکن از آلاینده ها در معرض سایتهای فعال در داخل محیط فیلتر قرار گیرند. 450 گرم (معادل یک پوند) از کربن فعال، مساحت سطحی در حدود 40 هکتار دارد.
کربن فعال شده Activated Carbon طی فرایند جذب عمل می کند که به موجب آن مولکول های آلاینده در سیال (آب) از طریق به دام افتادن داخل منافذ ساختار متخلخل بستر کربنی، تصفیه می شوند. فیلتراسیون کربنی معمولا در دستگاه تصفیه آب ، دستگاه تصفیه هوا و پردازش صنعتی گاز استفاده می شود. برای مثال برای حذف سیلوکسان و سولفید هیدروژن از بیوگازها به کار می رود. این روش همچنین در موارد دیگری از جمله ماسک تنفسی، تصفیه نیشکر، بازیابی فلزات گرانبها به ویژه طلا و فیلترهای سیگار، مورد استفاده قرار می گیرد.
فیلتر کربن که از انواع زغال چوب فعال شده ساخته می شود، جهت زدودن کلر، رسوب، ترکیبات آلی فرار (VOCs)، طعم و بو از آب کارآمدتر هستند. اما آنها برای حذف مواد معدنی، نمک ها و مواد معدنی محلول مناسب و موثر نیستند.
رنج اندازه ذراتی که معمولا می توان توسط فیلترهای کربنی حذف کرد در محدوده 0.5 تا 50 میکرومتر قرار دارد. اندازه ذرات به عنوان بخشی از تعریف و شرح فیلتر کربن ارائه می شود. تاثیر گذاری یک فیلتر کربنی بر پایه تنظیم سرعت جریان است. هنگامی که آب با سرعت کمتری از میان فیلتر تصفیه آب جریان می یابد، آلاینده ها مدت زمان بیشتری در معرض محیط داخل فیلتر آب قرار می گیرند.
انواع فیلترهای کربنی Types of Carbon Filters
دو نوع عمده از فیلتر کربنی در صنعت تصفیه آب وجود دارد:
- فیلترهای قالب که به آنها فیلتر کربن جامد یا فیلتر کربن بلاک می گویند.
- فیلترهای فعال شده گرانولی که به آنها فیلتر کربن پودری می گویند.
به طور معمول، فیلترهای قالب کربنی به دلیل افزایش مساحت سطح کربنی قادرند تا تعداد بیشتری از آلاینده ها را حذف کنند. در داخل بسیاری از فیلترهای کربنی، محیط های ثانویه دیگری نظیر نقره جهت جلوگیری از رشد باکتری ها، به کار گرفته می شود. در روش دیگر برای دستیابی به این ویژگی ضد باکتریایی میتوان کربن فعال شده را به نقره آغشته کرد.
تاریخچه فیلترهای کربنی History of carbon filters
فیلترهای کربنی صدها سال است که استفاده می شوند و یکی از قدیمی ترین روش ها برای تصفیه آب می باشند. مورخان شواهدی ارائه دادند که در فرهنگ مصر باستان فیلتراسیون کربنی برای مقاصد پزشکی و به عنوان یک عامل تصفیه کننده استفاده میشده است. متن سانسکریت 2000 سال قبل از میلاد، اشاره به فیلتراسیون آب با استفاده از زغال چوب دارد (سال 1905 ترجمه ""Sushryta Samhita توسط فرانسیس). اولین ثبت استفاده از یک فیلتر کربنی برای دستگاه تصفیه آب آشامیدنی در یک مقیاس بزرگ در قرن 19 در انگلستان رخ داد.
در حال حاضر، فیلترهای کربنی در انواع دستگاه تصفیه آب خانگی به عنوان فیلتر آب ، بازیافت آب های زیرزمینی، شیرابه زباله، فاضلاب صنعتی و گاهی در امکانات تصفیه آب شهری به کار گرفته می شوند. آنها همچنین به عنوان ابزار پیش تصفیه برای انواع دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس و در شکل فیلترهای تخصصی برای حذف کیست های مقاوم کلر نظیر ژیاردیا و کریپتوسپوریدیوم مورد استفاده قرار می گیرند.
تولید هیدروژن Hydrogen production
برای تولید مقیاس کوچکی از هیدروژن، دستگاه تصفیه آب برای جلوگیری از تشکیل مواد معدنی بر روی سطح الکترودها و حذف مواد آلی و کلراید از آب، نصب می شوند. ابتدا آب از میان یک فیلتر الیافی 20 میکرومتری جهت حذف ذرات شن و ماسه، گرد و غبار و سپس از یک فیلتر کربن فعال شده برای زدودن مواد آلی و کلراید و در نهایت از یک فیلتر دیونیزه کننده (یون زدایی کننده) به منظور حذف یون های فلزی، عبور داده می شود. برای ارزیابی عملکرد فیلتراسیون میتوان آزمایشی برای اندازه گیری باریوم، کلسیم، پتاسیم، منیزیم، سدیم و سیلیکون قبل و بعد از فیلتراسیون انجام داد.
تابش و پزشکی هسته ای Radiation and nuclear medicine
فیلترهای کربنی همراه با فیلترهای HEPA، به طور گسترده در ساخت سلولهای داغ مورد استفاده قرار می گیرند و از این رو امکان خروج هوای دارای مقادیر بسیار کوچکی از آلاینده ها و رادیواکتیویته از اتاق امکان پذیر می گردد.
**ن