PAC – IranWT

تفاوت کربن اکتیو گرانول GAC و کربن اکتیو پودری PAC و میله ای EAC

فرآیند Activated carbon٬ EAC٬ GAC٬ PAC٬ کربن فعال

کربن فعال (activated carbon) معمولا برای جذب ترکیبات آلی طبیعی، ترکیبات بو ، مزه نامطبوع و مواد شیمیایی ارگانیک مصنوعی در تصفیه آب آشامیدنی استفاده می شود. جذب هم در فرآیند فیزیکی و هم شیمیایی تجمع یک ماده در رابط بین فازهای مایع و جامدات است. کربن فعال یک جاذب موثر است زیرا ماده ای بسیار متخلخل بوده و مساحت بزرگی را فراهم می کند تا آلودگی ها در آن جذب شوند.

دو نوع اصلی کربن فعال شده مورد استفاده در تصفیه آب ، کربن اکتیو گرانول (GAC) و کربن اکتیو پودری (PAC) است.

GAC از مواد آلی با محتویات کربن بالا مانند چوب، لیگنیت (نوعی زغال سنگ) و زغال سنگ ساخته می شود. ویژگی اصلی که کربن اکتیو گرانول را با کربن اکتیو پودری متمایز می کند اندازه ذرات آن است. کربن اکتیو گرانول به طور معمول بسته به متریال مورد استفاده و فرآیند تولید، قطری بین ۱٫۲ تا ۱٫۶ میلی متر و تراکم ظاهری بین ۲۵-۳۱ lb/ft3 دارد. تراکم بستر در حدود ۱۰ درصد کمتر از تراکم ظاهری است و برای تعیین مقدار GAC مورد نیاز برای پر کردن یک فیلتر اندازه مشخص استفاده می شود.

در واقع کربن اکتیو گرانول دارای ذراتی با ابعاد و اشکال متفاوت است و دوام بیشتر و سخت تری نسبت به کربن اکتیو پودری دارد. این نوع کربن را می توان احیاء و بازسازی کرد و در دو فاز مایع و گاز و سیستم های ثابت و متحرک مورد استفاده قرار می گیرد.

PAC از مواد آلی با محتوای کربن بالا مانند چوب ، لیگنیت و زغال سنگ ساخته می شود. کربن اکتیو پودری به طور معمول بسته به متریال مورد استفاده و فرآیند تولید، قطری کمتر از ۰٫۱ میلی متر و تراکم ظاهری بین ۲۳-۴۶ lb/ft3 دارد. PAC توسط کارخانه های تصفیه آب به صورت تمام وقت یا در صورت نیاز برای کنترل طعم، بو و یا از بین بردن مواد شیمیایی آلی مورد استفاده قرار می گیرد. کربن اکتیو پودری را می توان به عنوان پودر با استفاده از تجهیزات خوراک خشک یا به عنوان دوغاب با استفاده از پمپ های اندازه گیری تغذیه کرد.

کربن فعال گرانول (GAC) کربن فعالیست که اندازه آن طوریست که از 80 mesh عبور نمی کند. بر خلاف کربن فعال پودری (PAC)، کربن فعال گرانول می تواند به تنهایی به جای تنها در یک فرایند مشابه فیلتر جاذب عمل کند. کربن فعال گرانول GAC همچنین می تواند با یک اتصال دهنده، اکسترود شده و کربن فعال اکسترود را تشکیل دهد.

هر دو نوع کربن فعال گرانول GAC و میله ای EAC، در گستره ای از اندازه های مختلف طراحی شده، و برای کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. انتخاب مناسب نوع کربن فعال مورد استفاده بین کربن فعال گرانولی GAC و کربن فعال میله ای EAC برای هر پروژه به عوامل مختلفی مانند سایز، سطح مخصوص، افت جریان(کاهش فشار جریان به دلیل اصطکاک عبور از یک فیلتر) و …. بستگی دارد.

اندازه مش این نوع از کربن GAC ممکن است بر عملکرد آن در جذب نهایی تاثیر نگذارد، اما بر عملکرد هیدرولیکی و کینتیک پروژه ممکن است تاثیرگذار باشد. کربن فعال گرانول با مش 8 × 30 ، ذرات با قطر حدود 2 میلی متر است. مش 12 در 40 ذرات با قطر حدود 5/1 میلیمتر و مش 20در 50 ذرات با قطر حدود 0.5 میلی متر می باشد.

ذرات ریزتر می توانند افت فشار بیشتری را ایجاد نمایند. به عنوان مثال نرخ واکنش در محصولی با اندازه ذرات مش 20 در 50 حدود دوبرابر همان محصول با اندازه ذرات مش 12 در 40 می باشد. در صفحات عمیق(1.8 تا 3 متر عمق) ممکن است محصول با اندازه ذرات مش 8 در 30 انتخاب مناسبی باشد. برای کارتریج ها مش 20 در 50 و 12 در 40 انتخاب خوبی است. به طور کلی برای مصارف عمومی و پروژه های جنرال کربن فعال گرانول با مش 12 در 40 و 8 در 30 مناسب می باشند.

از کربن فعال گرانولی می توان در طیف گسترده ای از مسائل استفاده کرد، بسته به اندازه ی ذرات کربن مورد استفاده و نوع گرانول یا میله ای آن می توان از این نوع کربن در پروژه های مختلف استفاده کرد. هر دو فرم گرانول و میله ای داراي سرعت انتشار بالا هستند و به خصوص در جذب بخار و گاز بسيار خوب عمل می کنند. کربن فعال گرانول GAC معمولا در پروژه های مربوط به تصفیه آب و فاضلاب و گندزدایی مورد استفاده قرار می گیرد. در حالی که به دلیل محتوای گرد و خاک کم کربن فعال میله ای EAC ، این نوع کربن فعال در پروژه های فاز گازی ایده آل است.

کربن فعال گرانول می تواند اکثر ترکیبات آلی(نه به طور کامل) را حذف کند. با این حال، کربن فعال گرانول انتخاب مناسبی برای آلاینده های معدنی که در آب یونیزه شده اند و باعث ایجاد پیوندهای قوی می شوند نیست و حذف این مواد برای کربن فعال گرانول دشوار است. روش های مختلفی جهت بارورسازی کربن فعال به منظور تقویت توانایی جذب این آلاینده ها توسط کربن فعال گرانول GAC یا کربن فعال میله ای EAC وجود دارد.

به طور کلی

کربن فعال با پایه چوب به شکل پودری برای رنگ زدایی مناسب است.
کربن فعال با پایه ذغال سنگ برای حذف بوی نامطبوع مناسب است.
کربن فعال با پایه نارگیل برای کلرزدایی مناسب است.

قیمت کربن فعال پایه نارگیل در مقایسه با کربن فعال پایه ذغال و چوب کمی گرانتر است. “اگر قرار باشد حجم مشخصی را از سه نوع کربن فعال پر نماییم، حجم پر شده با کربن فعال پایه نارگیل جرم بالاتری را دارا می باشد”.

اما در عین حال در طول بک-واش به دلیل سختی بالای کربن فعال با پایه نارگیل، مقدار ناچیزی از مواد از بین می روند. برای کربن فعال پایه نارگیل مقدار خاکستر(Ash Content) بسیار کم است.

از آنجا که نارگیل یک منبع تجدید پذیر است، برای تصفیه آب آشامیدنی و فاضلاب گزینه مناسبی است. بررسی ها نشان میدهند برای تصفیه آب آشامیدنی، کربن فعال پایه نارگیل مناسبترین گزینه باشد.

کربن فعال با پایه ذغال سنگ نیز در پروژه های تصفیه آب آشامیدنی استفاده می شود. به غیر از این، دیگر پروژه های صنعتی مانند تصفیه فاضلاب و تصفیه پساب وجود دارد.

این نوع کربن بهترین گزینه برای حذف بوی نامطبوع با هزینه ای مناسب می باشد. کربن فعال با پایه چوب عمدتا به شکل پودر استفاده می شود که تاثیرگذاری مناسبی بر “رنگ بری” ایفا می کند. هم چنین در پروژه هایی که قرار است تعداد آلاینده های زیادی حذف شوند، کربن فعال پایه چوب گزینه مناسبی به نظر می رسد.

PAC یا پلی آلومینیوم کلراید (Polyaluminum Chloride) و کاربرد آن تصفیه آب

بهره برداری٬ فرآیند PAC٬ Polyaluminum Chloride٬ پلی آلومینیوم کلراید٬ تصفیه آب

پلی آلومینیوم کلراید (PAC) یک منعقدکننده پلیمری غیرآلی با کارایی بالا می باشد. PAC با بکارگیری تکنولوژی ساخت بالا و با بهره گیری از مواد خام با کیفیت بالا در دهه های اخیر ساخته و تولید شده و به جمع مواد شیمایی افزوده شده است. از مزایای پلی آلومینیوم کلراید (PAC) می توان به خلوص بالای ماده، وزن مولکولی بالا و خاصیت منعقدکنندگی بالا اشاره نمود.

فرمول مولکولی PAC:

ALn(OH)m CL(3^n-m)

که در آن 3n > m > 0 مباشد.

محدوده ی عملکرد PAC در پ هاش 5-9 می باشد، اما بهترین محدوده ی کارایی پلی آلومینیوم کلراید در pH 6.5 الی 7.6 (پ هاش خنثی) می باشد. پلی آلومینیوم کلراید از طریق تولید یونهای هیدروکسیل و پلیمرهای آنیونی چندظرفیتی باعث تشکیل مولکولها و ماکرو مولکولهای غیرآلی الکتریکی بزرگ در آب می گردد.

کاربردهای پلی آلومینیوم کلراید:

1) زلال سازی و ته نشینی آب رودخانه ها، دریاچه ها و منابع آب زیرزمینی
2) زلال سازی آب صنعتی و آب در چرخش (Recycling Water) صنایع
3) زلال سازی و تصفیه فاضلاب های بهداشتی و صنعتی
4) احیای زغال سنگ از پساب شستشوی زغال سنگ
5) احیای کائولینی (Kaolin) از پساب شستشوی شستشوی کارخانجات کاشی و سرامیک
6) ساخت خمیر / سریش صنایع کاغذسازی و محصولات بهداشتی و دستمال کاغذی (صنایع سلولزی)
7) تصفیه و زلال سازی فاضلاب در صنایع رنگرزی و چاپ، صنایع چرم سازی، صنایع نوشیدنی، صنایع فرآوری گوشت، صنایع ریخته گری، معدن، شستشوی زغال سنگ، داروسازی، ساخت کاغذ و صنایع سلولزی
8) جداسازی نفت و روغن و فلزات سنگین در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی
9) زلال سازی و تصفیه آب و فاضلاب های حاوی فلوئور (Fluorine)
10) بازگشت و تصفیه آب در کارخانجات کاشی و سرامیک و سنگبری

**جدول مقایسه مشخصات پک آشامیدنی، پک صنعتی، پک فاضلابی**
ردیف	نوع PAC	مشخصات
ردیف	نوع PAC	شکل ظاهری PAC	میزان خلوص پک (Purity)	میزان آهن (Fe Content)	میزان ناخالصی نامحلول (Insoluble matter)
PAC – A	پک خوراکی یا پک آشامیدنی (Drinking PAC)	پودر سفید	حداقل 30 %	حداکثر 0.001 %	حداکثر 0.1 %
PAC – BI	پک صنعتی درجه 1 (Industrial PAC) (پک آشامیدنی در ایران)	پودر زرد روشن	حداقل 29 %	حداکثر 0.2 %	حداکثر 0.5 %
PAC – BII	پک صنعتی (Industrial PAC)	پودر زرد	29 – 28 %	حداکثر 0.1 %	حداکثر 1 %
PAC – C	پک صنعتی درجه 2 (پک فاضلابی) (Low Grade PAC)	پودر زرد نخودی یا خرمالویی	28 %	2.5 %	حداکثر 2.5

در شکل زیر تفاوت ظاهری و رنگ ناشی از حل نمودن پودر پک خوراکی (پک آشامیدنی)، پک صنعتی و پک فاضلابی (پک صنعتی درجه 2) در آب نشان داده شده است.

پلی آلومینیوم کلراید (PAC) کاربرد موفقیت آمیزی در فرآیند تهیه آب آشامیدنی و تصفیه پساب و همچنین از اوایل دهه 70، در فرآیند ساخت کاغذ داشته است. جایگزینی PAC بجای آلومینیوم سولفات بعنوان کواگولانت در تصفیه آب آشامیدنی و پساب با لحاظ تکنیکی و اقتصادی کاملا ارجحیت داشته و دارد. به علت عدم شناخت کافی از PAC و امتیازات آن، استفاده از PAC در خارج از کشورهای پیشرفته فراگیر نشده و همچنان استفاده از آلومینیوم سولفات و کلرورفریک همراه آهک مرسوم است.

در ملکولهای PAC آلومینیوم بصورت پلیمری، شامل یونهای ئیدروکسید و کلراید و در بعضی از انواع آن محتوی یونهای سولفات است. برخلاف آلومینیوم سولفات که فقط بخش کوچکی از آلومینیوم بصورت Monomer مونومر ظاهر می شود در مولکول PAC بخش عمده آلومینیوم به شکل ساختمان الیگومری Oligomer ظاهر می شود. این اختلاف در ترکیب دلیل اصلی برتری PAC سبب کاهش ناچیز در PH می شود. ضمنا نسبت به آلومینیوم سولفات، ساختمان الیگومری و پلیمری PAC فلاک های پایدارتری را با ناخالصی های معلق در آب تشکیل می دهد. همچنین عموما فلاکهای بزرگتر باعث حجم کمتر رسوب می شوند. از طرف دیگر، بعلت بهبود فلوکولیشن، مقدار کمتری از آلومینیوم در آب تصفیه شده باقی می ماند. از طرف دیگر، بعلت کاهش کمتر در PH هزینه خنثی سازی بعد از فلوکولاسیون کاهش می یابد.

در عملیات منعقدسازی مقدار مصرف PAC در مقایسه با آلومینیوم سولفات حدودا 30 الی 60 درصد کاهش می یابد و به همین جهت مقدار لجن کمتری تولید می شود. در تصفیه خانه ها، برتری فعالیت رسوبگذاری و حجم کمتر لجن باعث افزایش راندمان در خروجی کل شده و در نتیجه سبب کاهش ابعاد حوضچه های جدید طراحی شده برای عملیات صاف کردن می گردد. لجن های تولیدی از فرآیند PAC نسبت به لجن های آلومینیوم سولفات راحت تر آبگیری شده و این مورد سبب صرفه جویی در استفاده از دستگاه آبگیری لجن می گردد.

فعالیت قویتر PAC باعث تسهیل فلوکولاسیون آب خام در درجه حرارت پایین گردیده به طوری که در دمای 5°C خاصیت فوق العاده ای در کدورت زدائی آب دارد. که برای مثال، عملکرد آلومینیوم سولفات در این دما نامناسب است. با مصرف PAC فلاکها بزرگتر و سنگین تر شده و در نتیجه راندمان شستشوی فیلترها back-Flushing (نظیر فیلترهای شنی e.g. gravel Filters) افزایش می یابد و مصرف آب شستشوی فیلترها را کاهش می دهد.

بعلاوه، مقادیر فلوکولانت ثانویه به کار رفته برای آب شستشوی فیلترها (Back-Flushing) کاهش می یابد. در حالیکه مصرف آلومینیوم سولفات، به دلیل تشکیل متوالی کلوئید آلومینیوم می تواند باعث کاهش کارائی عملیات شستشوی فیلتر Back-Flush و فلوکولانت ثانویه شود. مصرف PAC سبب کاهش ناخالصی های آلی آب شده و در نتیجه طول عمر فیلترهای کربن اکتیو افزایش می یابد.

بازده بالای PAC در فلوکولاسیون تولید آلودگی کمتری در مقایسه با آلومینیوم سولفات می کند. کاهش ناخالصی های آلی و میکروبیولوژیکی عمدتا کار اضافی را نه فقط در سیستم فیلتراسیون، بلکه در مراحل تصفیه نهایی (Down stream) نظیر میکروب زدائی و اکسیداسیون، تخفیف می دهد. با کاهش مقادیر عوامل اکسید کننده گران قیمت بکار رفته در مرحله اکسیداسیون هزینه کاهش می یابد، مخصوصا در میکروب زدائی، که عامل شیمیایی کلربن (Chlorins base chemicals) مورد نیاز کمتر می شود. این مورد از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است چون میکروب زداهای آب آشامیدنی سبب تشکیل ترکیبات کلربن آلی می شود که با استفاده از PAC از تشکیل آن جلوگیری می گردد.

خواص PAC و آلومینیوم سولفات

از محاسن بکارگیری ماده منعقدکننده پلی آلومینیوم کلراید (PAC) بجای سولفات آلومینیوم می توان به این نکته اشاره نمود که میزان افزایش کلراید (یون کلر) در آب تصفیه شده بسیار کمتر از افزایش سولفات در زمان استفاده از سولفات آلومینیوم ( 3(SO4)Al2) می باشد و در نتیجه افزایش کل مواد جامد محلول (TDS) در هنگام بکارگیری محلول پلی آلومینیوم کلراید (صنعتی و آشامیدنی) بسیار کمتر خواهد بود.

بطور کلی PAC به شکل مایع، آماده برای مصرف تامین شده و به صورت مستقیم قابل تزریق و مصرف آن آسان است. در حال حاضر تولیدات جامد به شکل گرانول در دسترس است، اما در هر حال شکل جامد نیز باید با عملیات میکس در آب محلول شود.

امتیازات استفاده از PAC در بهسازی آب

باعث افزایش قدرت در حذف کدورت می شود.
کیفیت آب را بطور چشمگیری بهبود می دهد.
به میزان 30 الی 60 درصد نسبت به آلومینیوم سولفات مصرف را کاهش می دهد.
باعث کاهش بقایای آلومینیوم در آب تصفیه شده می شود.
تشکیل فلاکهای بزرگتر و پایدارتر
کاهش زمان ته نشینی
کاهش زمان Back-Flushing فیلتر و نیاز به مصرف آب شستشوی کمتر
افزایش طول عمر فیلتر کربن اکتیو
باعث کاهش کمتر در PH آب می شود.
استفاده از مواد برای خنثی سازی، آب شستشوی فیلتر، آبگیری لجن، اکسیداسیون و میکروب زدائی را کاهش می دهد.
حتی در دمای کم، مصرف آن حتی در دمای پائین نیز کارائی دارد.
حدودا باعث کاهش 30 درصدی لجن می شود.
هزینه لجن زدائی را کاهش می دهد.

همانگونه که در بالا ذکر گردید، از محاسن عمده بکارگیری ماده منعقدکننده پلی آلومینیوم کلراید (PAC) می توان به میزان بسیار پایین آلومینیوم باقی مانده در آب تصفیه شده در زمان بکارگیری پلی آلومینیوم کلراید خوراکی (Drinking PAC) (مقادیر حدود mg/l 0.05 – 0.01) اشاره نمود.

محلول پلی آلومینیوم کلراید 10% خوراکی و صنعتی (Al2O3 10%) در صورتی که در دمای زیر 50 درجه سانتی گراد نگهداری شود، برای 4 الی 5 ماه پایدار می ماند و این خاصیت برای ذخیره سازی مواد شیمیایی در تصفیه خانه های آب و فاضلاب و پکیج های تزریق مواد شیمیایی بسیار مفید می باشد.

شکل فوق، فرآیند جایگزین کردن PAC بجای سولفات آلومینیوم را در فرآیند بهینه سازی آب آشامیدنی نشان می دهد. بعنوان نتیجه کلی، روی هم رفته با مصرف PAC افزایش متنابهی در مقدار آب تصفیه شده نسبت به مصرف آلومینیوم سولفات داریم.

دو نوع اصلی کربن فعال شده مورد استفاده در تصفیه آب ، کربن اکتیو گرانول (GAC) و کربن اکتیو پودری (PAC) است.

به طور کلی

کاربردهای پلی آلومینیوم کلراید:

خواص PAC و آلومینیوم سولفات

امتیازات استفاده از PAC در بهسازی آب

مدل های مناسب و غیرمناسب واکنش های مختلف لخته سازی با مواد منعقدکننده (پلی الکترولیت، PAC و سولفات آلومینیوم)