از صنایع مهمی که می‌تواند نقش مثبت و ارزنده و بالعکس خسارت و تباهی جبران ناپذیری برای انسان به ارمغان آورد ، صنایع نساجی ، شیمایی ، پتروشیمایی وپالایشگاهی است. ضایعات این صنایع در نهایت به صورت پسمان های جامد و مایع به محیط زیست وارد میشود که در صورت تصفیه وبازیابی به حد استاندارد می‌تواند از نظر اقتصادی نیز مفید باشد .
به منظور جلوگیری از مشکلات حاصل از تخلیه فاضلاب های صنعتی به محیط زیست ، فاضلابهارا با استفاده از روشهای گوناگون مورد استفاده قرار می‌دهند.
گر چه فرایند های لجن فعال ،بعد از مراحل پیش تصفیه و تصفیه اولیه فتوان تصفیه بسیاری از پسابهای صنعتی را داراست ولی این روش در مقابل ترکیبات سمی و شوکهای ناگهانی بسیار حساس است. در ضمن با توجه به افزایش روز افزون مواد آلی جدید که تعداد بسیار زیادی از آنها قابل تجزیه بیولوژیکی نیستند یا به میزان کمی تجزیه میشوند و یا علم به این دارند که تعدادی از این ترکیبات خاصیت سرطان زایی یا موتاسیون سلولی دارند تصفیه اولیه وثانویه کافی نبوده وپساب خروجی از این سیستمها جهت تخلیه به آبهای پذیرنده و زمینهای کشاورزی مناسب نمی باشد . لذا در بسیاری از کشورهای جهان جهت نیل به استانداردهای مورد نیاز تصفیه ثالث متداول است .
تصفیه سوم ممکن است از یک صافی شنی ساده ، ستونهای کربن فعال ، اکسید شدن توسط ازن ، کلر ونظایر آن تشکیل شده باشد.
با استفاده از کربن فعال بسیاری از مواد آلی مقاوم در مقابل تجزیه بیولوژیکی قابل حذف است.
گرچه این روش در دنیا متداول است ولی هزینه آن بسیار زیاد است و ممکن است هزینه ای بیش از فرآیند لجن فعال دربر داشته باشد .لذا اخیرا به منظور بالا بردن کیفیت پساب خروجی از لجن فعال ، افزایش مقاومت وبازدهی آن ابتکار جدیدی به کار رفته است که در آن پودر کربن فعال را به حوضچه هوادهی اضافه می‌کنندو در نتیجه بدون نیاز به تجهیزات اضافی و گرانقیمت ،راندمان سیستم به نحو چشمگیری افزایش می‌یابد .به علاوه با این روش میتوان رنگ ، تعدادی از فلزات سنگین ، آروماتیکها و ترکیبات کلره آنها ، سموم دفع آفات ، فنول و ترکیباتی که سبب به هم خوردن کار واحد تصفیه بیولوژیکی میشود را نیز از پساب خارج میکند و مقاومت سیستم در مقابل تغییرات بار آلی و سموم مختلف افزایش می‌یابد. این روش به نام pact powdered،activated carbon treatment نامیده میشود که بنیانگذار آن شرکت du.pont و توسط شرکت zimpro به صورت تجاری به بازار عرضه شده است.
2) نقش پودر کربن فعال در بهینه سازی سیستمهای تصفیه فاضلاب صنعتی
2-1- فرایند pact و تئوری حذف آلودگی
این فرایند ، روش تغییر یافته فرایند لجن فعال است .در این فرایند بدون صرف هزینه زیاد، پودر کربن فعال به حوضچه هوادهی اضافه میشود. جهت ثابت نگه داشتن مقدار غلظت کربن فعال در فرایند ، به طور مداوم پودر کربن فعال به حوضچه هوادهی اضافه میشود تا مقدار کربن که از سیستم همراه با لجن اضافی یا پساب تصفیه شده خارج میشود جبران گردد. شکل زیر شمای ساده فرایند PACT را نشان میدهد.
شمای ساده فرایند PACT
ذرات کربن فعال ، ترکیبات الی ، اکسیژن و باکتریها را به خود جذب میکند و به صورت حامل عمل میکند . سپس ترکیبات جذب شده بتدریج توسط باکتریها تجزیه میشوند و کربن مجددا فعال میشود.
گر چه بسیاری از آلودگیها در سیستمهای متعارف لجن فعال قابل تجزیه بیولوژیکی نیستند ولی ممکن است در اثر زمان تماس طولانی با جرم بیولوژیکی تجزیه شوند.زیرا ممکن است از لحظه جذب آلودگی توسط پودر کربن فعال تا ته نشین آنها همراه بالجن و تخلیه ، ساعتها تا روزها طول بکشد. باکتریهایی که مولکولهای مقاوم را تجزیه می‌کنند به آهستگی بر روی زغال فعال رشد می‌نمایند .این باکتریها بیشتر موادی را که بر روی سطح جذب شدهاند تجزیه می‌کنند.
لذا غلظت بیشتر کربن سبب میشود که مواد آلی بیشتری در دسترس میکروارگانیسمهاقرار گیرد . در این عمل ، کربن فقط نقش نگهدارنده را ایفا نمی نماید بلکه یک اثر فیزیکی بیولوژیکی دارد. به این ترتیب خاصیت جذب فیزیکی کربن فعال غلظت مواد آلی را در سطح بالا می‌برد و به راحتی در اختیار میکروارگانیسم قرار میدهد. این موضوع نشان میدهدکه بهبود کیفیت پساب توسط pact یک پدیده فیزیکی بیولوژیکی است.
روی سطح خارجی و خلل وفرج بزرگ کربن فعال مکانهای مناسب و محفوظی برای اتصال و رشد مجموعه‌های میکروبی وجود دارد .باکتریهایی به اندازه 1 میکرومتر از طریق موتاسیون به ترکیبات مقاوم در مقابل تجزیه بیولوژیکی از قبیل رنگها و سموم عادت کرده و انها را تجزیه می‌نمایند،این عمل احیای بیولوژیکی کربن نیز می‌باشد.
میکروارگانیسمهایی که قادرند این عمل تجزیه را انجام دهند معمولا دارای سرعت رشد کمی بوده و زندگی آنها نمی توانند توسط میکروارگانیسمهایی مثل پروتزوئرها با قطر200- 19 میکرومتر که خیلی بزرگتراز باکتریهای عادت داده شده هستند در معرض خطر واقع شود زیرا این میکروارگانیسمها نمی توانند وارد خلل و فرج و محل استقرار این باکتریها شوند. لذااین باکتریها بدون مانع می‌توانند رشد کنند و ترکیباتی را که مقاومت زیادی در مقابل تجزیه دارند و جذب کربن شدهاند مصرف کنند. در واقع در اثر برخورد طولانی بین باکتریها و مواد جذب شده روی کربن فعال – کربن دوباره فعال میشود (احیای بیولوژیکی).
در این فرایند بیش از 95درصد آلودگیهای آلی غیر قابل تجزیه بیولوژیکی حذف میشوند و مکانیسمهای متعددی جهت حذف مواد آلی توسط کربن فعال پیشنهاد شده است.
کاهش مواد آلی که به سادگی قابل تجزیه بیولوژیکی نیستند، حاصل جذب فیزیکی توسط کربن فعال است.
کاهش مواد فوق نتیجه افزایش سرعت تجزیه بیولوژیکی توسط باکتریهای چسبنده به پودر کربن فعال ، یعنی حذف از طریق جذب واکسید شدن بیولوژیکی است.
لازم به تذکر است که حذف مواد کاملا غیر قابل تجزیه بیولوژیکی ، فقط از طریق جذب سطحی صورت می‌گیرد . لذا با توجه به حذف آلودگیهای غیر قابل تجزیه بیولوژیکی در این فرآیند ، پساب خروجی از آن در حدی تصفیه خواهد شد که سیستمهای تصفیه بیولوژیکی متعارف به تنهایی قادر به این عمل نیستند. از مزایای دیگر این فرایند میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
نیاز به حداقل نظارت وسرپرستی
نیاز کم به تاسیساتی از قبیل ضد کف
نیاز کم به انرژی جهت حذف نیتروژن
کاهش بو
بالا بودن بازده تصفیه
سهولت در امر خشک کردن و دفع لجن
پارامترهای مؤثر در تعادل فرایند pact عبارت از:
غلظت کربن، غلظت سموم ارگانیکی، عمر لجن ، زمان توقف هیدرولیکی و نوع ترکیبات موجود در فاضلاب می‌باشند.(4)
2-2- بررسی مزایای استفاده از پودر کربن فعال
استفاده از پودر کربن فعال در تصفیه فاضلاب یک ایده جدید نمی باشد ، زیرا از سال 1935 تجربیاتی برای استفاده از این ماده بمنظور افزایش انعقاد و لخته سازی جامدات ، هضم بیهوازی ، لجن و آبگیری از آن بعمل آمده است . این تجربیات نشان دادند که پودر کربن فعال بعنوان یک ماده کمکی بهنگام افزایش بار هیدرولیکی فاضلاب باعث افزایش بار هیدرولیکی فاضلاب باعث افزایش فشردگی لجن و سهولت آبگیری از آن میگردد. در این آزمایشات اولیه ، سودمندی PAC تشخیص داده شده ولی بنابر دلایل اقتصادی و این حقیقت که سطوح بالای تصفیه عموما مورد نیاز نبود، بطور کامل پذیرفته نشد. درگذشته کربن فعال دانه ای GAC غالبا بیش از PAC مورد استفاده قرار می‌گرفت و دارای کارآیی مطلوبتری در فرآیند پالایش فاضلاب می‌بود اما پس از آن تا اوایل دهه 1970 میلادی استفاده از پودر کربن فعال در فرایندهای بیولوژیکی به فراموشی سپرده و تنها در این دوره بود که بوسیله پژوهشگران شرکت صنایع شیمیایی و پتروشیمی دو پونت ، کاربرد پودر کربن فعال در واحد هوادهی سیستم لجن فعال مورد توجه قرار گرفت و نهایتا به این نتیجه رسیدند که چنین عملی باعث افزایش بازدهی حذف مواد آلی فاضلاب میگردد ، بدون اینکه مخارج سرمایه گذاری یا عملیاتی چندان تغییر کند .