Than Hoạt Tính Xử Lý Nước
Than hoạt tính thường được sử dụng trong xử lý nước để loại bỏ Clo dư hoặc các hợp chất hữu cơ. Các chất hữu cơ mà than hoạt tính có thể loại bỏ từ nước uống thường là các acid hữu cơ khó phân hủy như humic, fulvic các chất hữu cơ này có thể phản ứng với Clo tạo nên chất trihalomethanes, một chất được biết đến với khả năng gây ung thư. Tính năng tương tự các loại vật liệu xử lý nước khác, tuy nhiên than hoat tinh chỉ hiệu quả trong việc lọc bỏ các chất gây ô nhiễm và không có hiệu quả đối với các vấn đề khác ví dụ như vi khuẩn, natri, nitrat, fluoride, và độ cứng.
Do có đặc tính hấp phụ cao nên Than Hoạt Tính được dùng trong xử lý nước với mục đích : Khử các chất bẩn : được tính bằng gram chất bẩn hoặc gram COD được giữ lại trong 1kg Than Hoạt Tính theo công thức Feundlich
Than Hoat Tinh có nguồn gốc hữu cơ, phở biến là than hoạt tính dùng trong xử lý nước và nước thải được làm từ than đá và vỏ dừa. Carbon được hình thành khi các nguồn hữu cơ bị đốt cháy và còn lại khoảng 30% khối lượng ban đầu. Vật liệu carbon này phải tiếp tục được xử lý hoặc kích hoạt trước khi đem vào sử dụng trong công nghệ xử lý nước, mục đích là để tạo ra một số lượng lớn các lỗ trên vật liệu lọc. Cấu trúc lỗ là rất quan trọng, vì nó thể hiện diện tích bề mặt hấp thụ chất ô nhiễm của vật liệu lọc. Kích hoạt than hoạt tính có thể được thực hiện theo hai cách sau:
- Kích hoạt bằng hóa chất: các nguyên liệu được ngâm tẩm với một tác nhân khử mạnh như axit phosphoric (P2O5) hoặc kẽm Clorua (ZnCl2) thành một hỗn hợp bột nhão và sau đó đun nóng đến nhiệt độ của 500 – 800 ° C để kích hoạt carbon. Than hoạt tính được sản xuất bằng cách kích hoạt Carbon sử dụng hóa chất nói chung thể hiện một cấu trúc mở cho lỗ lọc, lý tưởng cho việc hấp thụ các phân tử lớn.
- Kích hoạt bằng hơi nước: việc kích hoạt được thực hiện ở nhiệt độ cao 800 – 1000 ° C dưới sự có mặt của hơi nước. Ban đầu, khí hóa của vật liệu carbon với hơi nước xảy ra một phản ứng gọi là phản ứng nước – khí. Không khí được thêm vào để đốt cháy khí mà không cần đốt cháy carbon, sau đó than hoạt tính được sàng lọc và phân loại. Than hoạt tính được sản xuất bằng cách kích hoạt hơi nước nói chung thể hiện một cấu trúc lỗ lọc tốt, lý tưởng cho việc hấp thụ các hợp chất từ pha lỏng và pha hơi.
Than Hoạt Tính cơ bản được sử dụng cho hai mục đích xử lý nước là nước sạch và nước thải, mỗi công trình sẽ được thực hiện theo các cách khác nhau
- Loại bỏ Clo: quá trình này yêu cầu một diện tích bề mặt lớn cũng như mức độ chất hữu cơ trong nước, tránh trường hợp than hoạt tính sẽ hấp phụ các chất hữu cơ này và không còn tác dụng cho việc hấp phụ Clo dư nữa, dẫn đến việc mất dần khả năng khử carbon và sự cần thiết phải thay thế than hoạt tính mới. Than hoạt tính có thể được tái kích hoạt nhiều lần, tuy nhiên điều này chỉ nên thực hiện và sử dụng trong trong các xử lý nước thải. Việc khử Clo diễn ra nhanh với lưu lượng lớn. Lợi thế của việc sử dụng than hoạt tính trong khử Clo có chi phí vận hành thấp, tuy nhiên có một bất lợi là khi than hoạt tính được lấy ra, các chất hữu cơ có trên than hoạt tính trong môi trường ẩm ướt sẽ là môi trường thuận lợi cho vi khuẩn phát triển, đây là một vấn đề đáng quan tâm khi sử dụng than hoạt tính trong các ứng dụng y tế hoặc sử dụng trong tiền xử lý cho quá trình thẩm thấu ngược.
- Loại bỏ chất hữu cơ: loại bỏ các chất hữu cơ bằng cách hút và giữ các chất hữu cơ nhất định ( gọi là quá trình hấp phụ ) và cho nước đi qua nó. Quá trình hấp phụ phụ thuộc vào các yếu tố sau: tính chất vật lý của THT( diện tích bề mặt và phân bố kích thước lỗ lọc ), tính chất hóa học của nguồn Carbon hoặc số lượng Oxy va Hydro liên kết với nó, thành phần hóa chất và nồng độ các chất gây ô nhiễm, nhiệt độ và pH của nước, tốc độ dòng chảy và thời gian tiếp xúc của nước với thanh hoạt tính, và một số yếu tố khác.
Ứng dụng của than hoạt tính trong xử lý nước
1. Than hoạt tính (Activated Carbon):
Là loại than được xử lý từ nhiều nguồn vật liệu như tro của vỏ lạc (đậu phộng), gáo dừa hoặc than đá. Những nguyên liệu này được nung nóng từ từ trong môi trường chân không, sau đó được hoạt tính hóa bằng các khí có tính ô xi hóa ở nhiệt độ cực cao. Quá trình này tạo nên những lỗ nhỏ li ti có tác dụng hấp thụ và giữ các tạp chất.
Than hoạt tính lọc nước qua hai quá trình song song:
1.1 Lọc cơ học, giữ lại các hạt cặn bằng những lỗ nhỏ.
1.2 Hấp thụ các tạp chất hòa tan trong nước bằng cơ chế hấp thụ bề mặt hoặc trao đổi ion.
Than hoạt tính là một chất liệu xốp, có rất nhiều lỗ lớn nhỏ. Dưới kính hiển vi điện tử, một hạt than trông giống như một tổ kiến. Vì thế, diện tích tiếp xúc bề mặt của nó rất rộng để hấp thụ tạp chất. (Tùy theo nguyên liệu gốc, tổng diện tích bề mặt của 1/2kg than hoạt tính còn rộng hơn cả một sân bóng đá).
2. Các dạng kết cấu của than hoạt tính
2.1. Dạng bột cám (Powered - PAC) đây là loại được chế tạo theo công nghệ cũ, nay thường được sử dụng trong sản xuất pin, ac-quy. Có một số nhà sản xuất dùng loại này trộn với keo để đúc thành những ống than nhìn giống như dạng thứ 3 dưới đây.
2.2. Dạng hạt (Granulated - GAC)là những hạt than nhỏ, rẻ tiền, thích hợp cho việc khử mùi. Tuy nhiên, nước thường có xu hướng chảy xuyên qua những khoảng trống giữa những hạt than thay vì phải chui qua những lỗ nhỏ.
2.3. Dạng khối đặc (Extruded Solid Block – SB) là loại hiệu quả nhất để lọc cặn, khuẩn Coliform, chì, độc tố, khử mầu và khử mùi clorine. Loại này được làm từ nguyên một thỏi than, được ép định dạng dưới áp xuất tới 800 tấn nên rất chắc chắn.
Hiệu xuất lọc sẽ tùy thuộc chủ yếu vào những yếu tố:
- Tính chất vật lý của Than hoạt tính, như kết cấu, kích thước, mật độ lỗ, diện tích tiếp xúc;
- Tính chất lý hóa của các loại tạp chất cần loại bỏ
- Thời gian tiếp xúc của nước với than hoạt tính càng lâu, việc hấp thụ càng tốt.
- Than hoạt tính chỉ có tác dụng với một lượng nước nhất định. Sau khi lọc được một khối lượng nước theo chỉ định của nhà sản xuất (chỉ những hãng uy tín mới chỉ định theo tiêu chí này), than sẽ không còn khả năng hấp thụ mùi nữa.
-
Than hoat tinh dùng trong ngành thực phẩm phải được kiểm định bởi NSF.