פחם פעיל
מהו פחם פעיל?
מהן התכונות המאפיינות אותו?
מה ההבדל בין ספיחת פחם פיזיקאלית לכימית וממה מושפעות יכולות הספיחה?
הרחקת כלור וחומרים אורגניים נעשית באופן יעיל על ידי פחם פעיל כפונקציה של זמן, מגע ועכירות.
שילוב נכון של חלקיקים בגדלים שונים יאפשרו ספיחה של טווח מזהמים גדול. זהו תהליך חשוב במטהרי מים ובמסנן מים, וחלק חשוב מבר מים תמי בר.
הגדלת שטח פני הפחם (יצירת חריצים ותעלות מסועפות) נעשית על ידי חשיפתו לטמפרטורות גבוהות ולקיטור בתנאים אנאירוביים.
הגדלת שטח פני הפחם מעניקה לו יכולת ספיחה גבוהה ומאפשרת ליונים השליליים של המזהמים להיספח לשטח הפנים, הטעון החיובי שלו.
יכולות הספיחה (ADSORPTION) והקליטה (ABSORPTION) של הפחם מושפעות מגורמים רבים, אך בעיקרן הן תלויות:
א. במקור חומר הגלם.
ב. הרכב הפחם.
ג. אופן התפלגות נפח הנקבוביות שבתוכו.
קיימים שני סוגי ספיחה:
ספיחה פיזיקאלית - בתהליך זה החומרים הנספחים נמצאים על שטח פני הנקבוביות ונמשכים בכוחות אלקטרוסטאטיים חלשים - כוחות ואן דר ואלס. ספיחה זו מייצרת כמות מעטה של חום.
דוגמה לספיחה פיזיקאלית - הרחקת חומרים אורגניים.
ספיחה כימית - בספיחה זו קיימת אינטראקציה כימית ממשית בין החומר הנספח לפחם הפעיל. בספיחה זו יש היווצרות רבה של חום. דוגמה לספיחה כימית היא הסרה של חומרים אנאורגניים ופורמאלדהידים. חומרים אורגניים אפולריים נספחים במהירות על גבי הפחם הפעיל. ככל שהחומר מסיס יותר, פוחתים סיכוייו להיספח, ולכן משתנים כמו טמפרטורה, ריכוז ו-pH שמשפיעים על מסיסותו, משפיעים בעקיפין על ספיחתו.
אפיון יכולות הספיחה
מאחר שנקבוביות בנפחים שונים סופחות מולקולות בגדלים שונים, מבצעים בדיקות העמסה:
א. יוד - IODIN NUMBER: ממצאי בדיקה זו נותנים אינדיקציה ליעילות ספיחה של מולקולות קטנות או לגודל שטח הפנים הכללי של הפחם.
ב. מולסה -MOLASSES NUMBER: מעיד על יכולת ספיחה של מולקולות גדולות.
ג. טנין - TANIN NUMBER: ערך זה מסייע בהערכת יכולת הפחם להסיר טעם וריח מהמים.
בתכנון נכון של סנן יש להביא בחשבון את טווח המזהמים ולהתאימם להתפלגות גודל הנקבוביות.
מאפייני פחם פעיל:
DENSITY BULK: צפיפות המבוטאת במשקל ליחידת נפח.
CONTENT ASH TOTAL: לקביעת כמות החומר המינראלי בפחם.
דרגת קשיות - שחיקה - מידה יחסית המעידה על יכולת הפחם להתנגד לשחיקה.
VOLUME PORE TOTAL: נפח נקבוביות כללי המתייחס לכלל השטח הנקבובי בתוך חלקיקי הפחם ומבוטא במיליליטר לגרם (ml/g).
לרוב נפח נקבוביות גדול מעיד על אפשרות ליעילות גבוהה של ספיחה.
מאידך, חוסר התאמה בין גודל הנקבוביות לגודל המולקולות שצריכות להיספח תגרום לבזבוז של חלק מהנקבוביות.
RADIUS PORE: רדיוס הנקבוביות - הרדיוס הממוצע נמדד באנגסטרם ומשתנה בהתאם לסוג הפחם.
התפלגות נפח הנקבוביות:
לכל סוג של פחם יש התפלגות משתנה: נקבוביות קטנות - MICROPORES, נקבוביות בינוניות - MESOPORES, נקבוביות גדולות - MACROPORES.
פחם שסופח סוגים שונים של מולקולות גזיות מאופיין ב-MICROPORES.
פחם מומלץ לדכלורינציה הוא בעל התפלגות של MESOPORES.
טיהור ע"י תאורה סגולה
מהי תאורה אולטרא סגולה? מה הקשר בין אורך הגל ויעילות הקטילה?
מהן השיטות ליישום השימוש בתאורה האולטרא סגולה?
מה יתרונות השיטה וכיצד ניתן לשלבה עם שיטות טיהור נוספות?
התאורה האולטרא סגולה היא קרינה אלקטרומגנטית והיא נדבך נוסף בטכנולוגיה שמרכיבה מסנן מים ומטהרי מים שמרכיבים את בר מים תמי בר. מפת הקרינה האלקטרומגנטית, הספקטרום, מתאפיינת באורך הגל של כל קבוצה בה גלי הרדיו באורך מטרים, גלי מיקרו- במ"מ, גלי אינפרא במיקרונים, האור הנראה והאולטרא סגול בננומטרים (מטר מחולק ל-1,000,000,000 חלקים - nm) ובקצה הקצר, גלי x וקרינת גמה.0
התחום הצר שבין 200 ל-300 ננומטר נקרא "התחום האביוטי" - קטלני ליצורים חיים.
כאשר מיקרואורגניזמים שונים הוקרנו במנורות המפיקות אורכי גל שונים בתחום האביוטי, נמצאה תלות ברורה בין אורך הגל ויעילות הקטילה. הדמיון בין עקומת הקטילה לבין בליעת הקרינה, באותו אורך גל, אישרה את ההשערה שהתאורה האולטרא סגולה פוגעת בחומצות הגרעין וכך אינה מאפשרת לתאים הנפגעים להתרבות. יעילות הקטילה והבליעה המרבית נמצאו באורך גל של כ-nm260.
מנורות כספית בלחץ נמוך מפיקות 85% מהספק הקרינה שלהן באורך גל סמוך מאוד
ל-nm260 - nm253.7, תכונה המאפשרת את ניצולה היעיל לטיהור נוזלים ומשטחים ממיקרואורגניזמים.
השיטות ליישום השימוש בתאורה האולטרא סגולה שונות ומגוונות:
• הארת משטחים על ידי מנורות ה"מאירות" (האור האולטרא סגול קצר מהנראה ולכן לא ניתן לראותו) עליהם.
• העברת מוצקים, נוזלים, גזים ואוויר בתחום הקרינה. "המעבר" יכול להתבצע בחדרים, מכלים, תעלות פתוחות, תעלות סגורות וצינורות שקופים לתאורה אולטרא סגולה, כאשר יש מנורה במרכז או לחילופין כאשר המנורות בהיקף ואף בצורת כוורת המכילה מנורות וגורמים זהים, לסירוגין.
לפני הפעלת מערכת טיפול בתאורה אולטרא סגולה ושילובה בבר מים או פילטר מים (מסנן מים) יש לשקול ולשקלל מספר גורמים:
א. רגישות האנרגיה (הנמדדת במיקרו-ואט שניות לסנטימטר מרובע) הנדרשת לקטילה, אינה שווה בכל המיקרואורגניזמים. לעתים אותו מיקרואורגניזם בשלבי התפתחות שונים דורש רמות אנרגיה שונות לקטילתו. ניתן להשתמש בניסיון של אחרים או לערוך ניסוי במקום.
ב. אין לתאורה האולטרא סגולה אפקט שאריתי - זיהום חוזר בצנרת, באביזרים ובמכלי אחסון הוא אפשרות סבירה. לכן המתקן יוצב קרוב ככל האפשר לאתר השימוש.
ג. טמפרטורה של °c 40°-50, החיונית לתפוקה מירבית של המנורה, מושגת על ידי בידוד המנורה באמצעות שרוול קוורץ (השקוף לתאורה אולטרא סגולה). המתנה, חימום או קירור נחוצים לעתים על מנת להגיע לתוצאות רצויות.
ד. עכירות מומסים שונים ושרוולי הגנה שאינם נקיים מפריעים למעבר הקרינה.
כדאי לבדוק עכירות ומקדם בליעה של הנוזל הנושא כדי לפצות על הפסדי קרינה צפויים. במידה ולא משתמשים במתקן ניקוי אוטומטי, יש לדאוג לניקוי תקופתי של שרוול הקוורץ. מוניטור למדידה רציפה של קרינה הוא מתקן יקר יחסית אך מועיל.
ה. הצתות תכופות מקצרות את חיי המנורה. מקובלת הפחתה של שש שעות לכל הצתה (אורך חיי מנורות בהתאם לסוגיהן נע בין 7,500 ל-10,000 שעות).
ו. לפעילות כמו בקרה בנושא המיקרואורגניזמים אופי אקספוננציאלי והמנייה היא בסדרי גודל - כמויות של 103, 104, 105 מיקרואורגניזמים למ"ל אינן יוצאות דופן בבדיקות זיהומים ובהתאמה, גם הקטילה אמורה להיות בסדרי גודל של: קצב הכפלה מדי 20 דקות, דרוש זמן קצר מאד להשלים הורדה של 80% מהמיקרואורגניזמים. רק הורדה של 5-2 סדרי גודל, משמעותית לטיהור. הגדלת סדרי הגודל של הקטילה אפשרית על ידי הגדלת כמות הנורות או המתקנים או מאידך על ידי הארכת זמן הטיפול.
יתרונה הגדול של השיטה הוא ביעילות ומהירות קטילת החיידקים, ובכך שלא חל שום שינוי כימי במערכת ולא נוצרים תוצרי לוואי מסוכנים. כמו כן שיטת הטיהור באמצעות ה- UV אינה גורמת לריח בלתי נעים או לטעם לוואי ולכן היא שימושית מאוד עבור פילטרים ומטהרי מים לשתיה.
מחירה הזול יחסית, נוחיות ההפעלה ומניעת הצורך בחומרים כימיים, אגירתם ומינונם גורמים יותר ויותר להתפשטות שיטה זו בלעדית, או בשילוב עם שיטות טיהור נוספות כמו בתמי בר:
מי שתייה - למרות שמי השתייה מסופקים בדרך כלל ברמה נאותה, אנו מקבלים מדי פעם הוראה להרתיחם.
ההוראה מתקבלת לרוב לאחר שהתגלה זיהום כלשהו. הנזק שנגרם בין האירוע לבין קבלת ההוראה אינו ניתן למניעה אלא על ידי טיפול מקדים, כגון מתקן אולטרא סגול ביתי או תעשייתי.
גם מפעלי מים גדולים יותר, שאינם מעוניינים או מסוגלים להוסיף חומרי חיטוי למים, מאמצים את השיטה.
משקאות - למניעת טעמי ותוצרי לוואי של כלורינציה.
מי תהליך בתעשיית המזון - לשטיפת ירקות ופירות, להוספת מים.
תרופות לשימוש חיצוני וקוסמטיקה - התקן מחייב מים באיכות גבוהה להכנת משחות וממרחים שונים.
בתי חולים - דיאליזה, מעבדות שונות ואפילו טיפול שוטף בחולים פגועי מערכת חיסונית (איידס, זיקנה ועוד).
מאגרי מים מטופלים - לאחר אוסמוזה הפוכה, למשל, למניעת זיהומי משנה.
מחזור מים בחממות מנותקות מצע, בגידול דגים והידרופוניקה - המים הממוחזרים דורשים סילוק המיקרואורגניזמים למניעת הדבקה בגורמי מחלות שונים.