فیلتر کربنی چیست؟
فیلتر کربنی یکی از کاربردی ترین تجهیزات تصفیه آب برای اجرای تصفیه فیزیکی و شیمیایی به کمک دانه های کربن اکتیو یا کربن فعال است. تخلخل بسیار زیاد روی سطح کربن فعال باعث می شود شبیه به اسفنج عمل کنند و قدرت بالایی در حذف کلر، ترکیبات آلی و سمی voc موجود در آب داشته باشد و کدورت و بوی بد و نامطبوع آن را کاهش دهد. به همین دلیل از دانه های کربن اکتیو در مخازن استیل یا فایبرگلاس و فولادی برای کمک به تصفیه آب بدون نیاز به افزودن مواد شیمیایی منعقدکننده یا گندزدا استفاده می شود.
در صنعت، فیلتر کربنی تصفیه آب بعد از فیلتر شنی قرار می گیرد تا ذرات باقی مانده در آب را حذف کند و با جلوگیری از ورود کلر به ممبران های اسمز معکوس، از آسیب های احتمالی و کاهش طول عمر آن ها جلوگیری می کند.
روش کار فیلتر کربنی تصفیه آب
در مدل های مختلف فیلتر کربن فعال تصفیه آب، از لحظه ورود تا خروج مراحل متعددی باید طی شوند تا در نهایت کدورت، بوی بد و طعم مناسب آب بهبود پیدا کند. در حالت کلی روش کار فیلتر کربن اکتیو به صورت زیر است:
- در اولین مرحله، آب خام تحت فشار پمپ از لوله ورودی به بخش بالایی مخزن انتقال داده می شود.
- آب ورودی از طریق یک نازل به صورت یکنواخت بر روی بستر فیلتر کربن اکتیو پخش می شود تا تمام سطح کربن به طور مساوی درگیر تصفیه شود.
- آب در اثر نیروی فشار و جاذبه، شروع به حرکت عمودی به سمت پایین کرده و از میان دانه های متخلخل کربن فعال عبور می کند.در حین عبور، فرآیند اصلی یعنی جذب سطحی رخ می دهد و کلر، ترکیبات آلی سمی و مولکول های ایجادکننده بو و طعم بد، به دیواره منافذ ریز کربن می چسبند و از آب جدا می شوند.
- در این مرحله، ذرات بسیار ریز معلق که در مراحل قبلی حذف نشده بودند، لابه لای دانه های کربن به دام افتاده و کدورت آب کاهش پیدا می کند.
- آب تصفیه شده سپس از لایه اصلی عبور کرده و به بستر سیلیس در انتهای مخزن می رسد. دانه های سیلیس در این مرحله مانند صافی عمل کرده و همچنین از خروج دانه های کربن از فیلتر جلوگیری می کنند.
- در آخرین مرحله، آب بدون آلاینده های شیمیایی توسط نازل های جمع آوری کننده در کف مخزن جمع شده و از طریق لوله خروجی به سمت مرحله بعدی سیستم یا محل مصرف هدایت می شوند.
اجزای فیلتر کربن اکتیو تصفیه آب
برای جداسازی و حذف کلر و مواد آلی سمی موجود در آب با فیلتر کربن فعال در این تجهیزات اجزای متعددی به کار می روند و اصلی ترین آنها عبارتند از:
- مخزن اصلی: این فیلترها از نظر جنس بدنه با هم تفاوت دارند و پرکاربرترین آنها مخزن استیل و فولادی دارند. مخزن استیل از گرید 304 یا 316 استفاده می شود که ضد زنگ بوده و برای صنایع غذایی، دارویی و آب های با خورندگی بالا مناسب است. برای کاربردهای عمومی تصفیه آب بیشتر از مدل های دارای بدنه فولاد کربنی استفاده می شود. بدنه داخلی این مخازن باید با پوشش اپوکسی مخصوص پوشانده شود تا از زنگ زدگی جلوگیری کند.
- نازل توزیع آب ورودی: در قسمت بالای مخزن، یک نازل قرار دارد که آب خام را به صورت یکنواخت روی سطح کربن پخش می کند.
- بستر کربن فعال: بخش اصلی مخزن با دانه های کربن اکتیو پر شده است. نوع دانه های کربن فعال و مقدار آنها براساس زمان ماند آب و سایر فاکتورها در زمان طراحی تعیین می گردد.
- سیستم جمع آوری آب: در کف مخزن، مجموعه ای از نازل های برنجی یا پلاستیکی روی یک صفحه یا لوله های شاخه ای قرار دارند. وظیفه این بخش، جمع آوری آب تصفیه شده و جلوگیری از خروج دانه های کربن از مخزن است.
- شیرآلات و لوله کشی داخلی دستگاه: شامل ورودی، خروجی، تخلیه فاضلاب و سیستم بک واش است که می تواند به صورت دستی یا اتوماتیک طراحی شود.
- لایه زیرین: حدود 15 تا 20 سانتی متر سیلیس با دانه بندی درشت قرار می گیرد تا از گرفتگی نازل ها جلوگیری کند.
- لایه اصلی: تمام فضای باقی مانده که معمولا تا 60-70 درصد حجم مخزن است با کربن فعال پر می شود.
انواع فیلتر کربن اکتیو
اصلی ترین فاکتور در دسته بندی انواع فیلتر کربن اکتیو تصفیه آب، اندازه و نوع دانه های کربن فعال به کار رفته در آنها است. در حالت کلی این فیلترها را می توان به سه گروه زیر دسته بندی کرد:
کربن فعال گرانولی GAC
این نوع کربن از دانه های درشتی تشکیل شده و باعث می شود آب با افت فشار بسیار کمی از میان آن ها عبور کند. به دلیل فضای باز میان دانه ها، این نوع کربن برای دبی های بالا در تصفیه آب صنعتی بسیار مناسب است و اجازه می دهد بدون اینکه سرعت جریان آب به شدت کاهش یابد، سطح تماس مناسبی برای جذب کلر و بوی آب فراهم شود.
کربن فعال پودری PAC
کربن فعال پودری همان طور که از نامش مشخص است ذرات بسیار ریزی هستند و مساحت سطح بالایی را برای جذب سریع آلاینده ها فراهم می کنند. این نوع از دانه های کربن فعال بیشتر در مواردی که شوک آلودگی یا بوی بسیار شدید وجود دارد به آب افزوده می شوند. لازم به ذکر است، به دلیل دانه بندی بسیار ریز، استفاده از آن ها در مخازن ثابت باعث گرفتگی سریع و افت فشار شدید می شود.
کربن فعال بلاک یا فشرده CB
در این مدل از کربن فعال، پودر کربن به صورت یک بلوک استوانه ای فشرده می شود که علاوه بر تصفیه شیمیایی، مانند یک فیلتر فیزیکی با دقت بالا تا ۵ میکرون عمل می کند. این ساختار فشرده باعث می شود زمان تماس آب با کربن افزایش یابد و در نتیجه باعث حذف حداکثری آلاینده های بسیار ریز می شود. به همین دلیل در دستگاه های تصفیه آب خانگی و مراحل نهایی پیش تصفیه برای تضمین شفافیت کامل آب کاربرد دارد.
مزایای تصفیه آب با فیلتر کربنی
استفاده از دانه های کربن اکتیو برای تصفیه آب مزایای متعددی به همراه دارد از قبیل:
- حذف کامل کلر آزاد و مشتقات آن
- از بین بردن طعم، رنگ و بوی ناخوشایند آب
- حذف ترکیبات آلی فرار VOCs
- جداسازی سموم کشاورزی، حشره کش و آفت کش ها
- حذف مواد سرطان زا مانند تری هالومتان ها
- محافظت از ممبران های اسمز معکوس
- حذف مواد باقی مانده دارویی و ترکیبات نفتی موجود در آب
- تعمیر و نگهداری آسان
- عدم نیاز به افزودن مواد شیمیایی به آب
- سازگاری کامل با محیط زیست
- شفاف سازی و حذف کدورت ناشی از وجود مواد آلی آب
- نصب و راه اندازی سریع
معایب فیلتر کربنی
علیرغم تمام مزایای موجود در این فیلترها، چند نقطه ضعف مهم در آنها وجود دارد که عبارتند از:
- این فیلتر تاثیری بر کاهش TDS و سختی آب ندارد و نمی تواند املاحی مثل کلسیم، منیزیم، نیترات و فلوراید را حذف کند.
- دانه های کربن پس از مدتی اشباع شده و خاصیت جذب خود را از دست می دهند. به همین دلیل نیاز به احیا یا تعویض دانه های کربن به صورت دوره ای است.
- محیط متخلخل داخل فیلتر کربنی، محل مناسبی برای تجمع و تکثیر باکتری هاست. اگر جریان آب برای مدتی طولانی متوقف شود، این فیلتر می تواند خود به منبع آلودگی تبدیل شود.
- با گذشت زمان و تجمع ذرات معلق لا به لای حفره ها، مقاومت در برابر جریان آب زیاد شده و باعث افت فشار در لوله کشی می شود.
- اگر آب ورودی دارای گل و لای و ذرات معلق زیاد باشد، منافذ کربن به سرعت مسدود شده و فیلتر از کار می افتد. به همین دلیل بهتر است قبل از آن فیلتر شنی نصب شود.
- آب بسیار داغ و بالای 40 تا 50 درجه سانتیگراد می تواند باعث آزاد شدن آلاینده های جذب شده از سطح کربن و بازگشت آن ها به جریان آب شود.
کاربرد فیلتر کربن اکتیو
برخی از موارد کاربرد این نوع فیلتر عبارتند از:
فیلتر کربنی تصفیه آب خانگی
در دستگاه های تصفیه آب خانگی فیلتر کربنی نقش بسیار مهمی دارد. علیرغم تصفیه آب در تصفیه خانه های بزرگ شهری، در اغلب مواقع مقداری از کلر در آن باقی مانده و گاهی آب طعم ناخوشایندی دارد. به همین دلیل در دستگاه تصفیه آب خانگی از کربن اکتیو برای حذف کلر و بهبود دادن طعم آب استفاده می شود.
فیلتر کربنی تصفیه آب صنعتی
از اصلی ترین موارد کاربر این فیلترها می توان به تصفیه آب صنعتی اشاره کرد. در صنایع مختلف با استفاده از فیلتر کربن فعال سموم کشاورزی، ترکیبات آلی سمی و کلر از آب حذف می شود. علاوه براین، کدورت آب کاهش یافته و طعم بد آب از بین می رود. علاوه براین، با این فیلترها از آسیب به ممبران در دستگاه اسمزمعکوس تا حد زیادی می توان جلوگیری کرد.
فیلتر کربن فعال برای تصفیه آب استخر
فیلتر کربنی در تصفیه آب استخر در کنار فیلتر شنی تاثیر زیادی بر شفاف شدن آب و کاهش کدورت و حذف کلر و سایر مواد شیمیایی و آلاینده ها دارد. در آب استخر ترکیباتی از واکنش کلر با مواد آلی مانند عرق و آمونیاک ایجاد می شود که عامل اصلی سوزش چشم، حساسیت های پوستی و بوی تند هستند. با استفاده از فیلتر کربن اکتیو علاوه بر شفاف سازی آب، سموم، چربی های پوستی و مواد آرایشی معلق نیز جذب شده و محیطی بهداشتی و بدون بو با هزینه کم و بدون نیاز به کلر و مواد گندزدا ایجاد می شود.
فیلتر کربنی پیش تصفیه اسمز معکوس
تجمع برخی از املاح موجود در آب و کلر روی ممبران دستگاه اسمز معکوس باعث آسیب به بافت آن شده و کارایی سیستم تا حد زیادی کاهش پیدا می کند. یکی از راه های بالا بردن راندمان و طول عمر ممبران های RO، قرار دادن فیلتر کربن فعال در مرحله پیش تصفیه است.
فیلتر کربن تصفیه فاضلاب
یکی دیگر از موارد کاربرد این فیلترها، استفاده در گام پیش تصفیه فاضلاب است. از فیلتر کربن برای حذف آلاینده های آلی پایدار مانند مواد دارویی، شوینده ها، سموم دفع آفات و غیره موجود در فاضلاب می توان استفاده کرد. علاوه براین، شاخص های شیمیایی از قبیل TOC و COD نیز کاهش یافته و رنگ و بوی پساب ها نیز تا حد زیادی کمتر می شود. در نتیجه می توان فاضلاب را بازچرخانی کرد تا مجدد در صنایع، کشاورزی و آبیاری فضای سبز استفاده شوند.
نحوه احیای فیلتر کربن تصفیه آب
یکی از مهم ترین کارها برای بالا بردن راندمان فیلتر کربنی، احیا و شستشوی دوره ای آن است. چون با گذشت زمان مقدار زیاد گل و لای روی دانه های کربن تجمع می کنند و کارایی آنها کاهش پیدا می کند. علاوه براین، به دلیل جذب زیاد کلر و سایر ترکیبات آلی سمی موجود در آب، دانه های کربن فعال قدرت جذب خود را از دست می دهند.
احیای فیلتر کربنی به دو روش انجام می شود و تاثیر هرکدام بر کارایی دستگاه متفاوت است. شستشوی معکوس یکی از اصلی ترین روش های احیای فیلتر است و به صورت روزانه و دوره ای انجام می شود. در این روش، جریان آب به صورت معکوس از پایین به بالا وارد مخزن شده، بستر کربن را از هم باز کرده و ذرات معلق و آلودگی های انباشته شده در فضای بین دانه ها را به فاضلاب هدایت میکند تا افت فشار سیستم اصلاح شود.
زمانی که منافذ داخلی کربن بر اثر جذب مواد شیمیایی پر و اشباع شوند، شستشوی ساده با آب موثر نیست و نیاز به احیای حرارتی در کوره های مخصوص است. در این فرآیند، کربن در دمای بسیار بالا و بدون اکسیژن قرار می گیرد تا آلاینده های چسبیده به بافت آن سوزانده و تبخیر شوند. با توجه به هزینه بر بودن احیای کربن فعال با حرارت، در دستگاه های تصفیه آب خانگی و صنعتی کوچک تعویض دانه های فیلتر انجام می شود.
استانداردهای طراحی و ساخت فیلتر کربن فعال
در طراحی و ساخت فیلتر کربن فعال تصفیه آب استانداردها و پارامترهای متعددی نقش دارند که رعایت آنها تاثیر مستقیم بر کارایی دستگاه دارد. در جدول زیر مهم ترین پارامترها و استانداردهای طراحی و ساخت این فیلترها بررسی شده اند:
| بخش طراحی | استاندارد / پارامتر فنی | شرح و اهمیت استاندارد |
|---|---|---|
| بدنه و مخزن تحت فشار | ASME Section VIII | معتبرترین استاندارد برای تعیین ضخامت ورق، نوع عدسی ها و تحمل فشار کاری مخزن. |
| ساختار و جوشکاری | AWS (American Welding Society) | تضمین کیفیت جوش ها و تست های غیرمخرب (NDT) برای جلوگیری از نشتی تحت فشار. |
| زمان ماند (EBCT) | Contact Time (2-20 min) | زمان لازم برای تماس آب با کربن؛ حذف کلر و حذف مواد آلی |
| سرعت خطی آب | Linear Velocity (10-20 m/h) | تنظیم سرعت عبور آب جهت جلوگیری از عبور آلاینده ها بدون جذب |
| عمق بستر کربن | Min Bed Depth (75-100 cm) | حداقل ارتفاع لایه کربن برای اطمینان از حذف کامل آلاینده های شیمیایی. |
| متریال و پوشش | NSF / ANSI 61 | اطمینان از سلامت مواد (Food Grade)؛ عدم نشت مواد سمی از اپوکسی یا کربن به آب. |
| کیفیت جذب کربن | ASTM (Iodine Number) | استاندارد تعیین کیفیت کربن؛ عدد یدی بالاتر نشان دهنده قدرت جذب بیشتر است. |
| نوع مخزن فلزی | ASTM A36 / SS304-316 | تعیین گرید فولاد برای مخازن صنعتی یا استیل برای صنایع غذایی و دارویی. |
نکته:
- فشار تست: در طراحی و ساخت، مخزن باید ۱.۵ برابر فشار کاری تست شود.
- پوشش اپوکسی: برای مخازن فولادی، ضخامت پوشش اپوکسی داخلی باید حداقل ۲۵۰ تا ۴۰۰ میکرون باشد.
- فضای آزاد: حدود ۴۰ تا ۵۰ درصد فضای بالای مخزن باید خالی بماند تا هنگام بک واش، بستر کربن فضای کافی برای منبسط شدن داشته باشد.
ظرفیت و ابعاد مخازن فیلتر کربنی تصفیه آب فناوران صنعت
| مدل (Model) | قطر D (cm) | ارتفاع H (cm) | ضخامت ورق (mm) | سایز لولهکشی (in) | ارتفاع بستر (cm) | وزن کربن (kg) | ظرفیت (m3/hr) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| IG.CF.1 | 50 | 150 | 4 | 1 1/2 | 80 | 150 | 3 |
| IG.CF.2 | 60 | 150 | 4 | 2 | 80 | 225 | 4.5 |
| IG.CF.3 | 70 | 150 | 4 | 2 1/2 | 80 | 350 | 7.5 |
| IG.CF.4 | 90 | 150 | 5 | 2 1/2 | 105 | 500 | 11 |
| IG.CF.5 | 100 | 180 | 5 | 3 | 105 | 700 | 15 |
| IG.CF.6 | 120 | 180 | 6 | 4 | 105 | 900 | 19.5 |
| IG.CF.7 | 140 | 180 | 6 | 4 | 105 | 1150 | 25 |
| IG.CF.8 | 150 | 180 | 8 | 4 | 105 | 1400 | 30 |
عوامل موثر بر قیمت فیلتر کربنی تصفیه آب
قیمت فیلتر کربن فعال تصفیه آب براساس فاکتورهای متعددی تعیین می شود و اصلی ترین آنها عبارتند از:
- جنس مخزن: مدل های استیل این فیلترها قیمت بالاتری نسبت به نوع فولادی و آهنی دارند.
- ضخامت بدنه: هر اندازه ضخامت ورقه های به کار رفته در بدنه بیشتر باشد، به همان نسبت قیمت نهایی محصول افزایش پیدا می کند.
- نوع دانه های کربن اکتیو: با توجه به اینکه از چه نوع کربن اکتیو در فیلتر استفاده شده و کیفیت آنها چطور است، قیمت فیلتر متغییر خواهد بود.
- ابعاد و ظرفیت فیلتر: این تجهیزات در ظرفیت و ابعاد متنوعی تولید می شوند. با افزایش ابعاد و ظرفیت مقدار متریال بیشتری برای ساخت نیاز است و به همین دلیل قیمت افزایش پیدا می کند.
- طراحی و ساخت سفارشی: فیلترهایی که دارای طراحی سفارشی هستند، در کنار راندمان بالا، قیمت بیشتری نیز دارند.
- تعداد واسطه های فروش: با افزایش تعداد واسطه ها، قیمت این محصولات بیشتر می شود. به همین دلیل بهترین گزینه خرید فیلتر کربنی تصفیه آب از تولید کننده است.
نکات مهم در انتخاب و خرید فیلتر کربن اکتیو
برای اینکه فیلتر کربن بالاترین بازدهی را داشته باشد، باید در زمان انتخاب و خرید با دقت دستگاه بررسی شود. برخی از مهم ترین نکاتی که باید در زمان خرید فیلتر کربن تصفیه آب به آن ها توجه داشت عبارتند از:
- بر اساس نوع آب و محیط نصب، جنس بدنه باید انتخاب شود. مخزن استیل برای صنایع غذایی و دارویی یا محیط های مرطوب و فولادی با پوشش اپوکسی برای تصفیه آب صنعتی و کشاورزی گزینه مناسبی هستند.
- مخزن نباید بیش از حد کوچک باشد. آب باید زمان برای تماس با دانه های کربن را داشته باشد. در غیر این صورت، کلر و بو بدون جذب شدن از فیلتر عبور می کنند.
- برای تصفیه آب آشامیدنی، کربن پایه پوست نارگیل به دلیل خلوص بالا و تخلخل ریزتر بهترین گزینه است، در حالی که برای تصفیه فاضلاب یا پساب، کربن پایه زغال سنگ اقتصادی تر می باشد.
- اگر اپراتور دائمی برای نگهداری از سیستم ندارید، از شیرهای اتوماتیک استفاده کنید تا فرآیند بک واش به موقع و بدون خطا انجام شود.
- مطمئن شوید که ضخامت بدنه مخزن با فشار پمپ شما همخوانی دارد. برای مخازن فلزی صنعتی، تحمل فشار حداقل ۶ تا ۱۰ بار استاندارد است تا از تغییر شکل یا انفجار مخزن جلوگیری شود.
- در مخازن بزرگ، دقت کنید که دریچه های جداگانه برای شارژ کربن در بالا و تخلیه کربن اشباع شده در پایین تعبیه شده باشد تا عملیات تعویض به آسانی انجام شود.
طراحی و ساخت فیلتر کربنی
فناوران صنعت یکی از تیم های حرفه ای و باسابقه در زمینه طراحی و ساخت فیلتر کربنی تصفیه آب صنعتی در ابعاد و ظرفیت های متنوع با بدنه استیل و فولاد کربن است. این تجهیزات به صورت سفارشی و بعد از بررسی شرایط محیط و دبی آب ورودی به صورت سفارشی طراحی و سپس با بهترین متریال براساس استانداردهای روز دنیا تولید می شوند. جهت کسب اطلاعات بیشتر و ثبت سفارش ساخت فیلتر کربنی می توانید با کارشناسان فروش فناوران صنعت تماس بگیرید.
سوالات متداول
آیا برای نصب فیلتر کربنی به تجهیزات جانبی دیگری هم نیاز داریم؟
بله؛ برای جلوگیری از گرفتگی زودهنگام منافذ کربن، توصیه می شود حتماً یک فیلتر شنی قبل از آن نصب شود تا ذرات درشت و گل و لای را حذف کند. همچنین وجود یک پمپ با فشار مناسب جهت عبور آب از بستر کربن و انجام صحیح فرایند بک واش ضروری است.
مخزن استیل برای فیلتر کربنی بهتر است یا فولادی با پوشش اپوکسی؟
انتخاب جنس بدنه به بودجه و محیط نصب شما بستگی دارد. مخازن استیل (۳۰۴ یا ۳۱۶) ضدزنگ بوده و برای صنایع حساس مانند دارویی و غذایی الزامی هستند، اما مخازن فولادی با پوشش اپوکسی، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر بوده و برای تصفیه آب صنعتی و کشاورزی در صورتی که پوشش داخلی باکیفیت باشد، دوام بسیار بالایی دارند.
آیا فیلتر کربن فعال باعث کاهش سختی آب (TDS) می شود؟
خیر؛ فیلتر کربنی توانایی حذف املاح محلول در آب مانند کلسیم، منیزیم، نیترات و فلوراید را ندارد و برای کاهش سختی آب باید از سیستم های دیگری مانند اسمز معکوس یا سختی گیر رزینی استفاده کرد.
هنوز دیدگاهی ثبت نشده است.