فرآیند جذب سطحی
فرآیند جذب سطحی یک فرآیند پیچیده الکتروشیمیایی است که در اثر نا متعادل بودن نیروهای سطحی در سطح مواد جاذب اتفاق می افتد. این فرآیند توسط نیروهای فیزیکی مانند پیوندهای واندروالس و همچنین باندهای شیمیایی انجام می شود.
به کمک این فرآیند می توان بعضی از آلاینده های محیط زیست به خصوص مواد آلی مقاوم یا غیر قابل تجزیه بیولوژیکی موجود در فاضلاب بهداشتی را جذب نمود. البته فرآیند جذب سطحی به عنوان یک روش دفع نهایی جهت حذف آلاینده های فاضلاب شهری محسوب نمی شود، چون واکنش جذب سطحی در شرایط خاصی برگشت پذیر است و مواد جذب شده ممکن است دوباره واجذب شوند.
به همین دلیل است که مواد جاذب نظیر کربن فعال مجدداً قابل احیاء هستند. فرآیند جذب سطحی توسط کربن فعال در کاهش ازت و فسفر انواع فاضلاب کارایی ندارد ولی در حذف رنگ بسیار موثر است.
عوامل مؤثر بر سرعت جذب مواد در فر آیند جذب سطحی
- خصوصیات ماده جاذب و جذب شونده
- قطر ذرات جذب شونده
- قابلیت تماس ماده جاذب و حذب شونده
- قابلیت تجزیه پذیری ماده جذب شونده
- وجود شاخه های فرعی در ماده جذب شونده
- وزن مخصوص ماده جذب شونده
- سطح ویژه ماده جذب شونده
- طول زنجیره کربن
- وجود ترکیبات آروماتیک
- پلاریته
- غلظت مواد جذب شونده
- حلالیت
- دما
- pH
سرعت جذب مواد در فرآیند جذب سطحی با دما، غلطت، طول زنجیره کربن، وجود شاخه های فرعی در ذرات یا مواد جذب شونده، سطح ماده جاذب و قابلیت تماس آنها با یکدیگر، رابطه مستقیم و با قطر، وزن مخصوص، درصد ترکیبات آروماتیک، پلاریته بودن، حلالیت ماده جذب شونده و pH محیط، رابطه عکس دارد.
قدرت جذب سطحی انواع جاذب ها
معمولاً هر ماده ای با توجه به خصوصیات شیمیایی و ساختمانی خود، مقدار معینی خاصیت جذب سطحی دارد ولی برخی مواد قابلیت جذب بیشتری دارند. این موضوع به عوامل متعددی از جمله خاصیت الکتروشیمیایی ذرات و همچنین سطح ویژه آنها بستگی دارد.
کربن فعال یکی از مؤثرترین مواد جاذب شناخته شده است که سطح ویژه آن حدود 120-800 متر مربع به ازای هر گرم می باشد. به نحوی که حجم فضای خالی یا متخلل مربوط به یک گرم از آن، حدود 0/9 میلی لیتر گزارش شده است و در مراحل تصفیه فاضلاب شهری می تواند به کار رود. البته بدیهی است هر قدر اندازه ذرات کوچکتر باشد سطح آنها نیز بیشتر است، ولی افت فشار جریان ناشی از عبور از آن نیز بیشتر می شود.
برای تهیه کربن فعال، چوب یا پوست گردو یا نارگیل و نظایر آن را در حد گداختگی در حضور مقدار بسیار کمی اکسیژن می سوزانند تا بدین ترتیب، هیدروکربن های آن متصاعد شوند. سپس زغال حاصل را در معرض گازهای اکسید کننده قوی قرار می دهند تا ساختار متخلخل پیدا کند. در این صورت، سطح ویژه زغال و خاصیت جذب سطحی آن افزایش می یابد.
کربن فعال معمولاً به سه صورت گرانول و پودر و پارچه ای (کربن فعال چسبیده شده بر سطح پارچه) به بازار عرضه شده و در تصفیه خانه های شرکت تصفیه فاضلاب زیست نگار به کار می رود. قطر دانه های گرانول بزرگتر از 0/1 میلیمتر و قطر دانه های پودر کوچکتر از 0/075 میکرون می باشد. از گرانول ها برای ساخت ستون کربن فعال و از پودر کربن فعال، برای اضافه کردن به تصفیه خانه فاضلاب استفاده می شود.
روش های احیای کربن فعال
- روش های حرارتی
- استفاده از حلال های شیمیایی
- اسید شویی
- اکسیداسیون شیمیایی
در روش حرارتی که بیش از سایر روش ها استفاده می شود، کربن فعال مصرف شده را در دمای 650-980 درجه سانتی گراد در حضور مقدار کمی بخار آب و اکسیژن و گاز اکسیدکننده نظیر کلر حرارت می دهند. بدین ترتیب فرآیند واجذب صورت می گیرد.
عملیات احیاء می تواند به طور مکرر صورت گیرد و کربن فعال به صورت چندین مرتبه در تصفیه خانه فاضلاب بهداشتی به کار رود، ولی به ازای هر مرحله، حدود 10-5 درصد از کربن تلف می شود. به عبارتی در صورت استفاده مجدد، بایستی به نسبت فوق به کربن اضافه شود.
