چگونه می ‌توان راندمان حذف مواد آلی را در سیستم‌ های تصفیه افزایش داد؟

آب یکی از مهم ترین منابع طبیعی برای حیات بشر است و کیفیت آن تاثیر مستقیم بر سلامت جامعه دارد. یکی از مهم‌ ترین چالش ‌ها در تصفیه آب، حذف مواد آلی است که می‌ توانند منشأ طبیعی یا مصنوعی داشته باشند. در میان روش ‌های مختلف تصفیه آب، فیلتر کربنی بیشترین کاربرد را برای حذف مواد آلی دارد. این فیلترها با استفاده از زغال فعال، قابلیت جذب بالایی برای حذف آلاینده‌ های آلی دارند. در این مطلب، ابتدا به بررسی منشأ و انواع مواد آلی در آب می ‌پردازیم، سپس نحوه عملکرد فیلتر کربنی را توضیح می‌ دهیم و در نهایت راهکارهای عملی برای افزایش راندمان حذف مواد آلی را ارائه می ‌کنیم.

انواع مواد آلی در آب

مواد آلی موجود در آب به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند: مواد آلی طبیعی و مواد آلی مصنوعی. منابع طبیعی شامل مواد حاصل از تجزیه گیاهان، جانوران و مواد آلی موجود در خاک هستند. تانن ‌ها، اسیدهای هومیک و فولویک از جمله مواد آلی طبیعی هستند که معمولا در آب ‌های سطحی وجود دارند. این ترکیبات می ‌توانند باعث ایجاد رنگ قهوه ‌ای یا زرد در آب شوند. علاوه براین، مواد آلی طبیعی می ‌توانند منشأ باکتریایی و میکروبی داشته باشند که خطرات بهداشتی به همراه دارد.

منابع مصنوعی شامل آفت‌کش‌ ها، علف‌کش ‌ها، حلال ‌ها، رنگ‌ های صنعتی و مواد شیمیایی مختلف هستند که از فعالیت‌ های کشاورزی، صنعتی و شهری وارد منابع آب می ‌شوند. این مواد معمولا پایدارتر هستند و تجزیه آن ‌ها در طبیعت دشوارتر است.

در یک دسته بندی دیگر، مواد آلی به دو صورت محلول و معلق در آب تقسیم می شوند. مواد آلی معلق را می ‌توان با فیلتراسیون مکانیکی حذف کرد، اما مواد آلی محلول نیاز به روش‌ های خاص ‌تری مانند جذب سطحی دارند. اندازه مولکول‌ های آلی متفاوت است و هر چه مولکول کوچک ‌تر باشد، حذف آن دشوارتر می ‌شود.

مضرات مواد آلی  آب

مواد آلی در آب می‌ توانند مضرات متعددی داشته باشند. از نظر بهداشتی، برخی از این مواد سمی یا سرطان ‌زا هستند و مصرف آب حاوی آن ‌ها می ‌تواند مشکلات سلامتی ایجاد کند. همچنین مواد آلی می ‌توانند به عنوان منبع تغذیه برای باکتری ‌ها عمل کرده و رشد میکروبی را افزایش دهند.

مواد آلی باعث گرفتگی غشاهای تصفیه، افزایش مصرف مواد شیمیایی و کاهش راندمان سیستم ‌ها می ‌شوند. در سیستم‌ های حرارتی، مواد آلی می ‌توانند باعث ایجاد رسوب و خوردگی شوند. بو و طعم نامطبوع آب نیز اغلب ناشی از وجود مواد آلی است.

حذف مواد آلی آب با فیلتر کربنی

فیلتر کربنی یکی از مؤثرترین روش‌ های حذف مواد آلی از آب است که با استفاده از زغال فعال تصفیه را انجام می دهد. زغال فعال از مواد کربنی مانند چوب، پوسته نارگیل، زغال ‌سنگ یا پلاستیک‌ های بازیافتی تولید می ‌شود. در فرآیند تولید، این مواد در دمای بالا و بدون اکسیژن کربنیزه می ‌شوند و سپس تحت فعال‌ سازی شیمیایی یا فیزیکی قرار می ‌گیرند. این فرآیند باعث ایجاد ساختار متخلخل با سطح داخلی بسیار زیاد می ‌شود.

وقتی آب از بین ذرات زغال فعال عبور می ‌کند، مولکول‌ های آلی به سطح زغال می ‌چسبند و از آب جدا می‌ شوند. سرعت این فرآیند به عوامل متعددی بستگی دارد از جمله غلظت مواد آلی، سرعت جریان، دما و pH آب. در شرایط مناسب، فیلتر کربنی می ‌تواند بیش از ۹۰ درصد مواد آلی را حذف کند.

عوامل مؤثر بر راندمان فیلتر کربنی در حذف مواد آلی

برای بالا بردن راندمان حذف مواد آلی در سیستم های تصفیه آب عوامل متعددی نقش دارند و با رعایت آنها تاثیر فیلتر کربنی بر آلودگی آب چند برابر می شود. اصلی ترین این عوامل عبارتند از:

·         زغال فعال از مواد مختلفی مانند پوسته نارگیل، زغال ‌سنگ، چوب و استخوان تولید می ‌شود. زغال پوسته نارگیل بهترین کیفیت را دارد زیرا سختی بالاتر، سطح متخلخل بیشتر و عمر مفید طولانی ‌تری دارد. زغال زغال ‌سنگ نیز کیفیت خوبی دارد اما خاکستر بیشتری دارد.

·         دمای فرآیند فعال ‌سازی بر اندازه حفره‌ ها و سطح داخلی تأثیر می ‌گذارد. دمای بالاتر حفره ‌های بزرگ‌ تر ایجاد می ‌کند و برای جذب مولکول‌ های بزرگ مناسب‌ است.

·         زغال با خاکستر کمتر، سطح فعال بیشتری دارد و راندمان بالاتری ارائه می ‌دهد. خاکستر اضافی منافذ را مسدود می ‌کند.

·         سرعت عبور آب از فیلتر کربنی یکی از مهم‌ ترین عوامل است. سرعت بالا باعث می ‌شود آب زمان کافی برای تماس با سطح زغال نداشته باشد و مواد آلی به طور کامل حذف نشوند. سرعت مناسب بین ۵ تا ۱۵ لیتر در دقیقه برای هر لیتر زغال است. هرچه سرعت کمتر باشد، راندمان بالاتر می ‌رود.

·         pH آب بر بار الکتریکی مواد آلی و سطح زغال تأثیر می ‌گذارد. در pH های مختلف، درجه تفکیک اسیدهای آلی تغییر می ‌کند و بر جذب تأثیر می ‌گذارد. به طور کلی، pH خنثی حدود ۷ برای اکثر کاربردها مناسب‌ تر است. در pHهای اسیدی یا بازی شدید، راندمان کاهش می ‌یابد.

·         هرچه غلظت مواد آلی در آب ورودی بیشتر باشد، زغال سریع ‌تر اشباع می ‌شود. در آب ‌های با مواد آلی بالا، نیاز به تعویض یا احیای زغال بیشتر احساس می ‌شود. غلظت بالای مواد آلی همچنین می ‌تواند باعث رقابت بین مولکول ‌های مختلف برای جذب روی سطح زغال شود.

·         آب ورودی باید از قبل تصفیه شود. وجود ذرات معلق، کلر آزاد و سختی بالا می ‌تواند راندمان فیلتر کربنی را کاهش دهد. کلر آزاد به زغال آسیب می رساند و ذرات معلق منافذ را مسدود کنند.

·         با گذشت زمان و جذب مواد آلی، ظرفیت جذب زغال کاهش می ‌یابد. زغال اشباع شده دیگر قادر به حذف مواد آلی نیست و باید تعویض یا احیا شود.

نتیجه گیری

براساس آنچه در متن اشاره شد، برای افزایش راندمان حذف مواد آلی در سیستم های تصفیه آب، بهترین گزینه استفاده از فیلتر کربنی است. فیلتر کربنی مورد استفاده در این سیستم ها باید حاوی زغال فعال باکیفیت باشد و دمای آب و میزان ph آن نیز در سطح استاندارد قرار داشته باشد. نوع زغال و شرایط دمای آب و سرعن عبور آن همگی می توانند راندمان دستگاه را تحت تاثیر قرار دهند.