کاهش کل کربن آلی (TOC) برای تعدادی از صنایعی که از آب فوق خالص (UPW) استفاده می کنند، مانند میکروالکترونیک، داروسازی و فرآوری فاضلاب، اهمیتی حیاتی دارد. با این حال، ترکیبات آلی از جمله دشوارترین آلاینده ها برای حذف در سیستم تصفیه آب فوق خالص (UPW) یا آب با خلوص بالا (HPW) به شمار می روند. دستیابی به سطوح بسیار پایین TOC معمولا مستلزم به کارگیری رویکردهای ترکیبی تصفیه ازجمله تابش فرابنفش (UV) برای اکسیداسیون مولکولهای آلی و به دنبال آن استفاده از فرایند اسمز معکوس و رزین تبادل یونی برای حذف این ترکیبات از آب انجام می شود.
TOC یا کل کربن آلی چیست؟
احتمالا برای شما هم این پرسش پیش آمده که TOC چیست؟ درواقع، کل کربن آلی (TOC) شاخصی است که میزان ترکیبات آلی محلول و غیرمحلول را در یک نمونه آب نشان می دهد. اندازه گیری TOC در مصارف مختلف ازجمله تصفیه آب شهری، فاضلاب و آب مورد استفاده برای تولید داروها، محصولات غذایی و آشامیدنی و صنایع نیمه هادی کاربرد دارد.
عوامل زیر در ایجاد کل کربن آلی (TOC) آب تاثیرکذار هستند:
- منابع طبیعی (رواناب خاک، بقایای گیاهی، میکروارگانیسم ها)
- منابع صنعتی (حلال ها، روغن ها، مواد شوینده، مواد شیمیایی فرآیندی)
- آلودگی سیستم (واحد شستشوی پلاستیک، محصولات جانبی میکروبی)
توجه داشته باشید که حتی وقتی آب کاملا شفاف به نظر میرسد، ممکن است هنوز حاوی مقادیر کمی TOC باشد که این میزان برای برخی از صنایع، این مقادیر بسیار مهم هستند.
روش های اندازه گیری TOC
TOC یا کل کربن آلی از جمله شاخص های بسیار مهم در سنجش میزان کیفیت آب و فاضلاب بوده که به شیوه های مختلف قابل اندازه گیری است. معمولا در انواع روش انداره گیری TOC، ابتدا کربن معدنی موجود در آب حذف شده و درنهایت، میزان کربن آلی آب قابل اندازه گیری خواهد بود.
روش ها و تکنیک های آنالیز TOC شامل موارد زیر می شوند:
- روش اکسیداسیون شیمیایی: در این روش کربن آلی توسط ابزارهای تحلیلی (مانند عوامل اکسیداسیون ازجمله پرمنگنات پتاسیم یا بیوکرومات پتاسیم یا روشهای تیتراسیون و روشهای مبتنی بر آنزیمها) اکسید شده و به دی اکسید کربن (CO2) تبدیل می شود. پس از اکسیداسیون، CO2 حاصل می تواند توسط ابزارها شناسایی شود.
- تشخیص مادون قرمز غیر پراکنده (NDIR) یا اسپکتروسکوپی: اسپکتروسکوپی مادون قرمز، جذب نور مادون قرمز توسط CO2 را اندازه گیری می کند. در این روش انداره گیری TOC، بخار آب می تواند در دقت و حساسیت آنالیز اختلال ایجاد کند.
- کروماتوگرافی: در این روش از دمای بالا معمولا بالای 700 درجه سانتیگراد برای حرارت دهی آب استفاده می شود تا بخار از یک ستون کروماتوگرافی عبور کرده و ترکیبات آلی آن شناسایی شود.
روش های فیزیکی مانند اسپکتروسکوپی و کروماتوگرافی نسبت به روش های شیمیایی، در مدت زمان کوتاه تری میزان کل کربن آلی را تشخیص می دهند. همچنین به دلیل عدم استفاده از مواد شیمیایی، معمولا هزینه اجرایی پایینی دارند. با این حال، میزان دقت اندازه گیری در این روش ها پایین تر بوده و برای ترکیبات پیچیده کاربرد کمتری دارند.
چرا بالا بودن TOC یک مشکل فرایندی محسوب می شود؟
شاید برخی بخش های مختلف صنعتی نگران زیادی روی TOC نداشته باشند، اما در صنایعی که میزان خلوص آب اهمیت پیدا می کند، مانند داروسازی، نیمه هادی و تولید محصولات مراقبت شخصی، نظارت بر TOC و تاثیر آن بر کیفیت آب اهمیت زیادی دارد. علاوه بر این، افزایش غیرطبیعی TOC می تواند به سرعت اختلالاتی را در فرآیندهای تصفیه یا تولید ایجاد کرده و لازم است اقدام سریعی برای رفع آلودگی یا خرابی تجهیزات انجام شود.
یکی از عوارض افزایش بیش از اندازه کربن آلی محلول و معلق در آب، کاهش میزان اکسیژن بوده که منجر به از بین رفتن آبزیان و میکروارگانیسم های هوازی می شود. این امر باعث ایجاد اختلال در روند تصفیه بیولوژیکی آب، پساب ها و فاضلاب های صنعتی و نیمه صنعتی خواهدشد. عدم توجه به این موضوع علاوه بر خسارت هایی که به سیستم های تصفیه آب و صنایع وارد می کند، می تواند تاثیر منفی روی محیط زیست و حتی سلامت انسان داشته باشد.
بااین حال، حد مجاز TOC در آب آشامیدنی به طور رسمی توسط مراجع معتبر ازجمله EPA یا WHO تعیین نشده است، اما برای کنترل کیفیت آب و پیشگیری از تشکیل محصولات جانبی ضدعفونی (DBPs)، معمولا مقادیر ≤ 0.5 mg/L به عنوان راهنمای صنعتی توصیه می شود.
روش های کاهش کل کربن آلی در آب خوراک سیستم تصفیه آب صنعتی
روش های مختلفی برای کاهش کل کربن آلی در آب خوراک سیستم تصفیه آب صنعتی وجود دارد که شامل بستر کربن فعال گرانولی (GAC)، رزین های جاذب یونی، سیستم اسمز معکوس و فرایندهای اکسیداسیون می شوند. در ادامه به بررسی دقیق تر هریک از این فرایندها می پردازیم.
بستر کربن فعال گرانولی (GAC)
معمولا در سیستم تصفیه آب صنعتی از بستر کربن فعال گرانولی (GAC) داخل مخازن FRP به عنوان فیلتر کربنی برای جذب مواد الی استفاده می شود. کربن اکتیو گرانولی به دلیل ساختار متخلخل و سطح موثری که دارد، توانایی بالایی در حذف و جذب ترکیبات آلی آب دارد. کاهش TOC توسط GAC عمدتا از طریق فرآیند جذب سطحی انجام می شود که در این فرایند مولکول های آلی در منافذ کربن به دام می افتند.
در برخی شرایط عملیاتی، رشد بیوفیلم روی بستر GAC نیز می تواند به تجزیه زیستی بخشی از مواد آلی کمک کند. این ویژگی، GAC را به یک مرحله کلیدی پیش تصفیه یا تکمیلی در سیستم های صنعتی و RO تبدیل کرده است.
رزین های جاذب آلی (Polymeric Adsorbent Resins)
رزین های جاذب پلیمری، پلیمرهای مصنوعی کروی با ساختار تخلخل کنترل شده و سطح ویژه بالا هستند که برای حذف انتخابی و کارآمد ترکیبات آلی محلول در آب به کار می روند.جاذب ها بسته به شرایط محیطی مانند گرما، pH، مولکول های رقیب، حلال ها و غیره، به روش های مختلفی با مولکول ها تعامل دارند.
رزینهای PuroSorb در ماتریس های پلیمری مختلف با اندازه منافذ، حجم تخلخل و سطح ویژه متنوع طراحی می شوند تا جذب هدفمند ترکیبات آلی با وزن مولکولی متفاوت را ممکن سازند. این رزین ها به دلیل پایداری شیمیایی بالا و قابلیت احیا، در تصفیه آب صنعتی، کاهش TOC آب و کاربردهای پیشرفته جداسازی جایگاه ویژه ای دارند.
فرایند اسمز معکوس (RO)
فرایند اسمز معکوس (Reverse Osmosis) یکی از روش های پیشرفته و مؤثر برای کاهش کل کربن آلی (TOC) در تصفیه آب صنعتی، آب آشامیدنی و آب مورد استفاده در صنایع حساس محسوب می شود. غشاهای RO دارای ساختار نیمه تراوا با منافذ بسیار ریز هستند که امکان عبور مولکول های آب را فراهم کرده و بخش عمده ترکیبات آلی محلول را حذف می کنند. مهم ترین نقش های فیلتر ممبران RO در کاهش TOC عبارت اند از:
- حذف موثر ترکیبات آلی با وزن مولکولی متوسط و بالا که سهم اصلی TOC را تشکیل می دهند
- کاهش محصولات جانبی گندزدایی مانند THMs و HAAs
- بهبود کیفیت آب ورودی به سیستم های حساس مانند بویلرها، صنایع دارویی و الکترونیک
- افزایش پایداری شیمیایی آب و کاهش رشد بیولوژیکی در پایین دست سیستم
فرایند اسمز معکوس معمولا به عنوان مرحله تکمیلی پس از پیش تصفیه هایی مانند GAC استفاده می شود.
اکسیداسیون UV (طول موج 185 نانومتر)
اکسیداسیون UV با طول موج 185 نانومتر به عنوان یک مرحله نهایی تصفیه، زمانی بیشترین کارایی را دارد که آب ورودی از نظر کدورت و ذرات معلق شفاف شده باشد، زیرا نفوذ موثر پرتو UV نیازمند عبور آزادانه نور است. در این فرایند، تابش 185 نانومتر باعث تولید رادیکال های بسیار واکنش پذیر (مانند OH) می شود که پیوندهای کربنی ترکیبات آلی را می شکنند و آن ها را به دی اکسیدکربن و آب معدنی سازی می کنند؛ در نتیجه مقدار TOC به طور مستقیم کاهش می یابد.
کمپانی های معتبر در زمینه تصفیه آب از طریق فرایند UV ازجمله trojantechnologies و Alfaa UV ادعا دارند که سیستم های UV Oxidation می توانند به صورت پیوسته و بدون توقف (24/7) و درون خطی کار کنند و کنترل پایدار کل کربن آلی را فراهم سازند. این فناوری با هزینه بهره برداری و نگهداری پایین، عدم نیاز به مواد شیمیایی و طراحی مهندسی شده، قادر است به سطوح بسیار پایین TOC، حتی کمتر از 1 ppb، دست یابد و به همین دلیل در صنایع دارویی، نیمه هادی و تولید آب فوق خالص کاربرد گسترده ای دارد.
فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)
فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته با ترکیب اکسیدان هایی مانند ازن (O₃) یا پراکسید هیدروژن (H₂O₂) و تابش فرابنفش (UV)، رادیکال های هیدروکسیل (OH) بسیار واکنش پذیر تولید می کنند که قادرند ترکیبات آلی مقاوم و پیچیده را به طور موثر تجزیه و معدنی سازی کنند.
زمانی که روش هایی مانند جذب کربنی یا غشاها در کاهش کل کربن آلی کارایی کافی نداشته باشند، AOPs به عنوان یک راهکار پیشرفته برای کاهش TOC، حذف آلاینده های پایدار و بهبود کیفیت آب به کار می روند. این فرایندها در تصفیه آب صنعتی، فاضلاب پیشرفته و تولید آب با خلوص بالا کاربرد گسترده دارند.
اگر برای کاهش موثر TOC و دستیابی به آب با خلوص بالا به دنبال یک راهکار مطمئن هستید، انتخاب تجهیزات استاندارد و مهندسی شده اهمیت زیادی دارد. فروشگاه آبین با ارائه انواع سیستم های تصفیه آب اسمز معکوس (RO)، تجهیزات پیش تصفیه، فیلترهای کربنی، UV و راهکارهای تخصصی تصفیه آب صنعتی، پاسخگوی نیاز صنایع حساس است. برای دریافت مشاوره فنی و خرید تجهیزات متناسب با کیفیت آب و کاربرد صنعتی خود، همین حالا با کارشناسان آبین در ارتباط باشید.
نظرات
دیدگاهی برای این مقاله ثبت نشده است