الفحم المُنشط المسحوق والفحم المُنشط الحبيبي: الفروق التي يجب أن تعرفها

الفروق الأساسية في البنية الفيزيائية

عند الحديث عن الفحم المنشط، فإن أحد الطرق الرئيسية لتمييز الأنواع المختلفة هي النظر إلى حجم الجسيمات. الفحم المنشط المسحوق، أو PAC اختصارًا، ناعم جدًا. قطر جزيئاته عادة ما يكون أقل من 0.2 ملم. إنه ناعم للغاية بحيث يبدو كالغبار. وهذا يجعله ممتازًا لامتصاص المواد في السوائل بسرعة. من ناحية أخرى، الفحم المنشط الحبيبي، GAC، لديه جزيئات أكبر تتراوح بين 0.2 و5 ملم. تحتوي هذه الجزيئات على بنية متعرجة ومسامية. هذه البنية مثالية لأنظمة تصفية الغاز لأنها تسمح بأوقات اتصال أطول مع الغاز. الاختلاف في الحجم يؤثر أيضًا على سلوكهما في السوائل. PAC يطفو في محلول سائل، بينما يعمل GAC بشكل أفضل عندما يتم تركيبه في مفاعل سرير ثابت.

الكفاءة التشغيلية في أنظمة معالجة المياه

الآن بعد أن علمنا عن الفروقات المادية بين PAC و GAC، لنر كيف يعملان في أنظمة معالجة المياه. غالبًا ما يجب على محطات مياه الشرب البلدية أن تقرر ما إذا كانت ستستخدم PAC أو GAC بناءً على نوع الملوثات الموجودة في الماء. يعتبر PAC فعالًا جدًا في المواقف الطارئة عندما يكون هناك حاجة للتخلص السريع من الملوثات. على سبيل المثال، فهو رائع في التعامل مع سموم الطحالب الموسمية أو آثار الأدوية التي قد تظهر فجأة في الماء. يمكنه الانتشار بسرعة في الماء، مما يساعد في عملية الإزالة. أما GAC فهي حل أكثر استمرارية. تحتوي على أسرة ترشيح دائمة توفر حماية مستمرة. وهي ممتازة بشكل خاص في إزالة المركبات العضوية المستمرة مثل المبيدات الحشرية. أظهرت بعض الدراسات الحديثة أن PAC يمكن أن يقلل من المركبات العضوية المتطايرة (VOCs) بنسبة 85 - 92% خلال 15 دقيقة فقط. لكن GAC يمكنها تحقيق نسبة إزالة تزيد عن 95%، رغم أنها تحتاج إلى وقت اتصال أطول، عادة حوالي 48 ساعة.

الاعتبارات التكلفة عبر مراحل دورة الحياة

لقد رأينا كيف يؤدي كل من الفحم المنشط المسحوق (PAC) والفحم المنشط الجراني (GAC) دورهما في معالجة المياه، لكن التكلفة تعد أيضًا عاملًا كبيرًا. عند شرائهما لأول مرة، يكون الفحم المنشط المسحوق أرخص. عادةً يتراوح سعره بين 1.50 و 2.50 دولار لكل كيلوغرام، بينما يكون الفحم المنشط الجراني أكثر تكلفة، حيث يتراوح سعره بين 3 إلى 5 دولارات لكل كيلوغرام. ولكن إذا نظرت إلى دورة حياة استخدام هذين النوعين من الفحم المنشط، فإن الصورة تتغير. يمكن إعادة تنشيط الفحم المنشط الجراني. في أنظمة الإعادة الحرارية، يمكن استخدامه مرة أخرى من 3 إلى 5 مرات. هذا يمكن أن يقلل بشكل كبير من التكاليف طويلة الأمد، خاصة بالنسبة للعمليات التي تعمل باستمرار. أما الفحم المنشط المسحوق فهو منتج للاستخدام الواحد. لذلك، قد يكون أكثر فعالية من حيث التكلفة للمعالجة بالدفعة عندما لا تحدث عمليات التلوث بشكل متكرر. عندما يفكر المستخدمون الصناعيون في أيهما يستخدمون، يجب عليهم أخذ أمور في الاعتبار مثل مدى تكرار الحاجة لإضافة الكربون، التكلفة للتخلص من النفايات، وما إذا كانوا بحاجة لإعداد أي بنية تحتية لإعادة تنشيط الكربون.

تفاصيل التطبيق الصناعي

التكلفة مهمة، لكن الصناعات المختلفة تستخدم أيضًا PAC و GAC بطرق مختلفة. في صناعة الأغذية والمشروبات، غالبًا ما يكون PAC هو الخيار الأول للتبييض. وهذا لأن من السهل التحكم في كمية PAC التي يتم إضافتها أثناء المعالجة بالدفعة. في الصناعة البترولية، تكون أسطوانات GAC مفيدة جدًا. فهي تُستخدم في أنظمة استرداد البخار المستمرة. يمكن لـ GAC التعامل مع الظروف ذات الضغط العالي بشكل جيد بسبب هيكلها القوي. في التطبيقات الناشئة مثل تنقية الغاز الحيوي، يمكن لـ GAC الاستمرار في إزالة 98٪ من ثاني أكسيد الكبريت (H2S) لمدة 6 إلى 9 أشهر. ولكن إذا استخدمت PAC في أنظمة غسيل الغاز الحيوي، فتحتاج إلى إضافته بكميات صغيرة كل ساعة. لذلك، الاختيار بين PAC و GAC في التطبيقات الصناعية يعتمد حقًا على مدى استمرارية العملية ومقدار التلوث.

متطلبات الصيانة والتعامل

لقد تحدثنا عن كيفية استخدام الصناعات المختلفة للفحم المنشط المسحوق (PAC) والفحم المنشط الجسيمي (GAC)، ولكن هناك أيضًا فروق في كيفية صيانتهما ومعالجتهما. أنظمة GAC تحتاج إلى بنية تحتية كبيرة. تحتاج إلى أوعية ضغط لحمل GAC، ومضخات غسل عكسي لتنظيفها، ومُعادِّات حرارية لإعادة فعاليتها. هذا يعني أنك بحاجة إلى مساحة مخصصة في المصنع لكل هذا المعدات، وكذلك تحتاج إلى فنيين يعرفون كيفية استخدامها. أما تطبيقات PAC، فهي تحتاج إلى أنظمة إعداد معلقات دقيقة مع محقن خاص لا يتأثر بالانسداد. لكن النقطة الإيجابية هي أنك لا تحتاج إلى إنفاق الكثير من المال على المعدات. كما أن السلامة تختلف أيضًا لكل منهما. عند العمل مع PAC، يجب الحذر لتجنب حدوث انفجارات الغبار. أما بالنسبة لـ GAC، فإن المشكلة الرئيسية هي منع جزيئاته من التآكل في أنظمة التدفق. وعند التخلص من الفحم المستخدم، يحتاج PAC إلى التجفيف قبل التخلص منه، بينما يمكن إعادة تنشيط GAC في عملية دفعة.

اختيار تنسيق الكربون الأمثل

الصيانة والتعامل هما جانبان مهمان، لكن كيف تختار فعليًا بين PAC و GAC؟ يجب على المهندسين العمليين النظر في سبعة عوامل رئيسية. أولاً، عليهم معرفة نوع الملوثات الموجودة في الماء وكيفية وجودها. ثانيًا، يجب عليهم تحديد كمية الملوثات التي تحتاج إلى الإزالة. ثالثًا، عليهم التفكير في كيفية تغيّر معدل تدفق الماء أو الغاز. رابعًا، عليهم ملاحظة مدة زمن الاتصال المتاحة للفحم مع الملوثات. خامسًا، عليهم التفكير في كيفية التخلص من النفايات. سادسًا، عليهم العمل ضمن الميزانية المحددة. وسابعًا، عليهم مراعاة المساحة المتاحة. إذا كان لديك عملية دفعة تتضمن ارتفاعات غير منتظمة في التلوث، فإن مرونة PAC يجعلها خيارًا جيدًا. ولكن إذا كان لديك عملية مستمرة بمعدل تدفق ثابت، يمكن أن يوفر لك GAC عائد استثمار أفضل. بعض الأشخاص بدأوا أيضًا باستخدام أنظمة هجينة. يستخدمون GAC للحماية المستمرة ويملكون القدرة على حقن PAC أثناء الفترات ذات الطلب العالي.