آشنایی با روش‌های مختلف احیای کربن فعال

یکی از رایج‌ترین و پرکاربردترین مواد شیمیایی در صنعت تصفیه و انواع دستگاه تصفیه آب صنعتی و خانگی، کربن فعال یا همان کربن اکتیو است. قدرت جذب بالایی که این نوع کربن دارد، موجب شده تا توانایی بسیار مطلوبی در حذف آلاینده‌ها همانند بو، طعم، مزه، رنگ و حتی فلزات سنگین داشته باشد. این ماده در فرایند تصفیه آب و فاضلاب باید احیا گردند تا کارایی تجهیزات از قبیل فیلترهای کربن را به‌خوبی بهبود ببخشند. روش‌های متعددی برای احیای کربن فعال وجود دارد که در این محتوا به بررسی آنها می‌پردازیم.

کربن فعال چیست؟

قبل از اینکه بخواهیم در مورد روش‌های احیای کربن فعال صحبت کنیم، بهتر است بدانیم خود این ماده چیست؟ در جواب باید گفت کربن اکتیو یا فعال، یک ماده شیمیایی است که از مواد اولیه مانند چوب، پوست نارگیل یا گردو و غیره تولید می‌شود. کربن فعال به صورت گرانول، پودری و میله‌ای تهیه و تولید می‌گردد که به صورت خیلی گسترده در صنایعی نظیر تصفیه آب و فاضلاب به خوبی از آن استفاده می‌گردد  و یک ماده اساسی در فرآیندهای تصفیه آب و پساب‌ها است که در برندهای مختلفی در بازار موجود است. اگر قصد خرید کربن فعال را دارید، لازم است که حتما با روش‌های احیای آن و لزوم انجام این کار نیز آشنایی داشته باشید.

هدف از احیای کربن فعال چیست؟

به دلیل استفاده متوالی و متعدد از کربن، آلاینده‌ها بر روی سطح آن انباشته شده و کارایی و رادمان آن را کاهش می‌دهد. کربن اکتیو هم به خاطر اینکه در شکل‌ها و انواع مختلفی وجود دارد. دارای منافذ ریز و درشتی است که موجب انباشته شدن آلاینده‌ها بر روی آنها می‌گردد و به همین دلیل نیاز است که این ماده بعد از مدتی شستشو داده شده و یا به روش‌های مختلفی احیا سازی گردد. با احیای کربن به تدریج راندمان کاری تجهیزات و محصولات تصفیه آب هم بالاتر خواهد رفت.

روش‌های مختلف احیای کربن فعال

روش‌هایی که برای انجام این کار وجود دارد، همگی برای کاهش آلاینده‌های انباشته شده است که در ادامه به معرفی آنها و مزایا و معایب هرکدام می‌پردازیم.

روش حرارتی

یکی از قدیمی‌ترین و البته متداول‌ترین روش‌ها برای فعال کردن مجدد کربن‌های اکتیو روش حرارت دهی است. در این روش کربن را با دمای بیش از ۸۰۰ درجه سانتیگراد حرارت می‌دهند. در این روش از گازهای بی اثر به خوبی استفاده می‌شود و حجم زیادی از مواد آلاینده هم از روی کربن‌ها از بین می‌رود، اما مسئله بسیار مهمی در این روش وجود دارد. این مسئله مهم کاهش ۲ تا ۵ درصدی کربن در حین فرایند احیا است. از معایب روش حرارتی می‌توان نامطلوب بودن آن برای ۵ تا ۶ تن کربن ورودی در روز اشاره کرد و در این صورت باید از روش‌های دیگری بهره برد.

احیای کربن فعال به روش تبخیر کربن

علاوه بر این که با حرارت دادن به کربن می‌توان آن را احیا نمود، به وسیله تبخیر کربن‌ها در محیط خشک کوره، آب آنها را می‌توان تبخیر کرد. به همین وسیله آلاینده‌های سطح آن هم پاکسازی می‌شود. از معایب اصلی این روش عدم احیای کامل کربن است. با بخار و تبخیر آب همه آلاینده‌ها حذف نمی‌شوند، به همین دلیل نیاز است که مدت زمان خیلی طولانی احیاسازی انجام گیرد که منجر به کاهش حجم کربن و افزایش هزینه‌های اقتصادی خواهد شد. این روش امروزه در صنعت، کاربرد فراوانی ندارد.

روش شیمیایی

یکی دیگر از روش‌های احیای کربن فعال استفاده از مواد شیمیایی است. آلاینده‌های بسیار زیادی روی سطح کربن وجود دارند که با موادی همانند متانول و اتانول و کربوکسیلیک حذف می‌شوند. در این روش، سرعت احیا خیلی بالاتر از دیگر روش‌ها است. از دیگر مزیت‌های روش شیمیایی می‌توان به عدم خوردگی و تحلیل ماده، حین احیا اشاره کرد. به همین دلیل هیچ گونه اختلالی در روند تصفیه با فیلتر کربنی نمی‌توان در نظر گرفت. البته ذکر این نکته حائز اهمیت است که مواد شیمیایی مورد استفاده در این روش گران بوده و زیاد مقرون به صرفه نیست.

احیای کربن فعال به روش اکسید منگنز

یکی دیگر از روش‌های خیلی جدید و البته نوین برای عملیات احیا، به کارگیری کاتالیست اکسید منگنز است. این روش بیشتر در سطوح آزمایشگاهی اجرا می‌گردد و نمی‌توان در مصرف بالا و صنعتی از آن استفاده نمود.

روش الکترو لیزور

همانطور که پیشتر اشاره کردیم احیا به روش شیمیایی پرهزینه بوده و از نظر اقتصادی مناسب نیست. اما روش الکترولیز برای واحدهای کوچک خیلی مناسب بوده و مصرف انرژی آنها خیلی پایین است. زمان فرآیند احیا به روش الکترولیز طولانی‌تر است. علت طولانی بودن زمان فرایند هم به کند بودن فعالیت‌های میکروارگانیسم‌ها برمی‌گردد. با توجه به اینکه کشش سطحی سیالات صفر است، سیالات به راحتی به تخلخل مواد متخلخل نفوذ کرده و اجزای مورد نظر را در خود حل می‌کند. لازم به ذکر است که استفاده از این روش نیازمند تجهیزات مقاوم در برابر فشار است که همین امر هزینه اولیه جهت سرمایه‌گذاری را بالاتر خواهد برد.

احیای کربن فعال به روش بیولوژیکی

فعالیت‌های بیولوژیکی بر روی کربن را می‌توان روش دیگری جهت احیای این ماده به حساب آورد. در این روش بیوراکتورها با حجم بالایی از میکروارگانیسم‌ها و لجن فعال در نظر گرفته شده و کربن، بعد از قرار گرفتن در محفظه توری شکل، وارد آن می‌شود. پس از گذشت چند روز، حجم بسیار زیادی از مواد آلی و غیرآلی موجود در منافذ کربن توسط میکروارگانیسم‌ها مصرف شده و سطح کربن پاکسازی می‌گردد. در این بازه زمانی باکتری‌ها مواد آلی روی کربن را تجزیه کرده و موجب بهبود کارایی آنها خواهد شد.
از مهمترین مزیت‌های این روش راندمان بسیار بالای آن می‌باشد زیرا کربن بسیار کمی در این روش از دست می‌دهیم. اما از نظر معایب، می‌توان زمان بر بودن آن را بر شمرد و اینکه از آن نمی‌توان در محیط‌های بزرگ و صنعتی استفاده کرد.

فاکتورهای مورد توجه در احیای کربن‌های فعال

کربن‌ها نقش بسیار مهمی در تصفیه آب و فاضلاب دارند. روش‌های ذکر شده در بالا برای احیای این ماده، مفید هستند. برای انتخاب هر کدام از این روش‌ها باید به فاکتورهایی توجه گردد. این فاکتورها عبارتند از

• اولین فاکتور میزان کربن‌های مورد احیا است که در احیای فیزیکی با حرارت و کوره‌ها دارای اهمیت است.
• دومین فاکتور حائز اهمیت، حذف کربن یا میزان خوردگی آن است. بعضی از روش‌ها موجب از بین رفتن کربن می‎شوند.
• فاکتور سوم هم شامل هزینه‌های راه اندازی و حذف آلاینده‌ها است.