Một thìa cà phê than hoạt tính có diện tích bề mặt lớn hơn một sân bóng đá.
Henry Nowicki: watertechonline.com
Than hoạt tính có hơn 2.500 ứng dụng thương mại khác nhau. Hầu hết các nhà máy xử lý nước thải sử dụng than hoạt tính để làm sạch nước và không khí trước khi thải ra môi trường. Tuy nhiên, đặc tính và công dụng của than hoạt tính thường không được dạy trong các chương trình giáo dục "chính thống". Bạn sẽ học về chúng thông qua kinh nghiệm làm việc.
Than hoạt tính là một chất hấp phụ rắn, trơ, thường được sử dụng để loại bỏ các chất gây ô nhiễm hòa tan trong nước và khí. Nó được sản xuất từ nhiều nguyên liệu chứa carbon như gáo dừa hoặc các loại than đá, mà có lẽ nhiều người đã biết.
Hấp phụ là quá trình tích tụ một chất khí hoặc lỏng trên bề mặt của chất rắn hoặc lỏng, trái ngược với hấp thụ, khi chất đó thâm nhập vào bên trong cấu trúc của vật liệu.
Than hoạt tính có cấu trúc xốp, giá thành thấp và dễ dàng sử dụng như một chất hấp phụ, cung cấp diện tích bề mặt lớn để loại bỏ các chất gây ô nhiễm. Thực tế, một thìa cà phê than hoạt tính có diện tích bề mặt lớn hơn cả một sân bóng đá.
Hiện tượng vật lý
Do các đặc tính độc đáo, than hoạt tính có khả năng đặc biệt trong việc hấp thụ các chất gây ô nhiễm hòa tan trong nước, bao gồm các chất gây mùi, vị, màu sắc và độc hại. Việc loại bỏ xảy ra nhờ hiện tượng hấp phụ dựa trên tương tác bề mặt giữa các chất gây ô nhiễm và các lớp graphit của than.
Các tương tác này diễn ra thông qua lực Van der Waals và tương tác lưỡng cực cảm ứng. Các lớp graphit trong than hoạt tính tạo ra các lưỡng cực phân tử, khiến các phân tử bị hút và kết tụ lại trong các lỗ nhỏ trên bề mặt than. Quá trình này được gọi là ngưng tụ sớm, do than hoạt tính hỗ trợ.
Các loại than hoạt tính
Than hoạt tính dạng bột
Than hoạt tính dạng bột có kích thước siêu nhỏ, được nghiền từ các hạt than dạng hạt lớn hơn. Loại này có tốc độ hấp phụ nhanh hơn và khả năng loại bỏ chất ô nhiễm cao hơn so với các hạt lớn.
Than bột thường được dùng để xử lý các đợt ô nhiễm tạm thời như bùng phát tảo hoặc tràn hóa chất. Nó có thể được thêm vào hệ thống lắng để loại bỏ chất ô nhiễm hoặc bảo vệ các lớp than dạng hạt cố định khỏi ô nhiễm đột ngột.
Than hoạt tính dạng hạt
Than dạng hạt có kích thước lớn hơn, thường được sử dụng để loại bỏ các chất ô nhiễm ở nồng độ thấp hơn giới hạn phát hiện. Tuy nhiên, để sử dụng hiệu quả, cần có cơ sở hạ tầng để lắp đặt và tái hoạt hóa than đã sử dụng.
Than hoạt tính dạng viên
Than dạng viên, hoặc hạt lớn, thường được sử dụng để kiểm soát mùi như khí hydro sulfide trong nước thải. Loại này cho phép luồng khí di chuyển qua lớp than dễ dàng hơn, giảm tiêu thụ năng lượng.
Vùng chuyển khối lượng (MTZ)
Trong các ứng dụng xử lý nước và khí, một vùng chuyển khối lượng (MTZ) hình thành khi nước hoặc khí bị ô nhiễm đi qua lớp than. Lớp than này thường sâu từ 3 đến 10 feet, với các hạt nhỏ ở trên và hạt lớn hơn ở dưới.
MTZ được chia thành ba vùng:
1. Vùng đã sử dụng (A đến B): Không còn khả năng loại bỏ chất ô nhiễm.
2. Vùng đang hoạt động (B đến C): Loại bỏ các chất ô nhiễm với mức độ khác nhau.
3. Vùng chưa sử dụng (C đến D): Than vẫn còn khả năng hấp phụ.
Tăng cường hiệu suất
Để tối ưu hóa hiệu suất, thường sử dụng cấu hình nối tiếp nhiều lớp than. Các lớp này giúp sử dụng triệt để than trước khi thay thế và đảm bảo nước hoặc khí được xử lý đạt chất lượng tốt nhất với chi phí thấp nhất.
Than hoạt tính đã sử dụng
Than hoạt tính không thể sử dụng mãi mãi. Khi các lỗ hấp phụ bị lấp đầy, cần thay thế bằng than mới hoặc tái hoạt hóa than đã sử dụng. Sau vài chu kỳ tái hoạt hóa, hiệu suất của than giảm và cần được thay bằng than mới.
Kết luận
Than hoạt tính là vật liệu quan trọng trong nhiều ứng dụng xử lý nước và khí. Việc lựa chọn loại than phù hợp và duy trì hiệu quả sử dụng là chìa khóa để đảm bảo chất lượng và hiệu quả kinh tế trong quá trình xử lý.