Aktif Karbon Filtrasyonu

Su temizliği, insanların yaşam kalitesini doğrudan etkileyen en kritik konulardan biridir. Günümüzde su arıtma teknolojileri içinde granüler aktif karbon (GAC) filtrasyonu öne çıkar. Peki, aktif karbon nedir, nasıl çalışır ve su arıtma süreçlerinde neden bu kadar önemlidir? Bu yazımızda bu soruların cevaplarını bulacaksınız.

Aktif Karbonun Özellikleri

Aktif karbon, farklı ham maddelerden üretilen, organik bileşenleri ve artık dezenfektanları sudan uzaklaştırmada kullanılan bir maddedir. Fındık kabuğundan kömüre kadar birçok materyalden üretilen aktif karbonun, su arıtma süreçlerinde kullanılma nedeni, çok fonksiyonlu doğası ve suya zararlı bir şey eklememesidir.

Aktif karbonun en dikkat çekici özellikleri arasında geniş yüzey alanı bulunur. Örneğin, bitümlü tip aktif karbonun iyot numarası 1,000-1,100 arasında değişkenlik gösterebilir, bu da düşük moleküler ağırlıklı organikleri adsorbe etme kapasitesini gösterir.

Aktif Karbon Filtrasyonu

Aktif Karbonun Çalışma Prensipleri

Aktif karbonun sudan kontaminantları nasıl uzaklaştırdığını anlamak için temel iki mekanizmayı bilmek gerekiyor: adsorpsiyon ve katalitik indirgeme.

Adsorpsiyon, moleküllerin bir yüzeye yapışması işlemidir. Aktif karbon yüzeyi ile kirletici arasındaki kuvvetler, kirleticinin su içinde kalmasını sağlayan kuvvetlerden daha güçlü olduğunda adsorpsiyon gerçekleşir.

Katalitik indirgeme ise, aktif karbonun kalıntı dezenfektanları yok ettiği bir kimyasal reaksiyonu ifade eder. Özellikle klor ve kloramin gibi dezenfektanların su arıtma süreçlerinde hızla yok edilmesi, bu reaksiyon sayesinde gerçekleşir.

Aktif Karbonun Su Arıtma Süreçlerindeki Rolü

Aktif karbon, su arıtma sürecinin genellikle ilk adımlarından biridir. Bunun nedeni, organik bileşenleri ve klor gibi dezenfektanları sudan etkili bir şekilde uzaklaştırma kapasitesine sahip olmasıdır.

Ancak aktif karbonun etkinliği, bazı faktörlere bağlı olarak değişkenlik gösterebilir. Bu faktörler, moleküler ağırlık, pH, kirletici konsantrasyonu, partikül boyutu, akış hızı ve sıcaklık olarak sıralanabilir.

Örneğin, daha yüksek moleküler ağırlığa sahip moleküllerin su içinde daha az çözünürlüğe sahip olması, aktif karbonun bu tür molekülleri daha etkili bir şekilde adsorbe edebileceği anlamına gelir. Aynı şekilde, suyun pH değeri arttıkça organik bileşenlerin adsorpsiyonu azalabilir.

Aktif Karbon Filtrasyonu

Aktif Karbonun Bakımı ve Kullanım Ömrü

Aktif karbon yatakları filtrelerdir ve periyodik olarak geri yıkanmalıdır. Ancak geri yıkama, karbonun yeniden ‘regenerasyonunu’ sağlamaz. Geri yıkama, yatakta biriken ince partikülleri veya askıdaki maddeleri temizler.

Aktif karbonun uzun kullanım ömrü, özellikle klorun uzaklaştırılmasında neredeyse sınırsız bir kapasiteye sahip olmasından kaynaklanır. Ancak, kloraminin uzaklaştırılması daha yavaş bir süreçtir ve aktif karbon yatağının ömrü bu durumda sınırlıdır.

Aktif Karbon Filtrasyonu

Aktif karbon filtrasyonu, su temini alanında yaygın olarak kullanılır. Özellikle granül aktif karbon (GAC), su kaynaklarından organik bileşenleri ve artık dezenfektanları çıkarmak için kullanılır. Bu sadece suyun tadını iyileştirmekle kalmaz, aynı zamanda sağlık risklerini en aza indirir; ters ozmoz membranları ve iyon değişim reçineleri gibi diğer su arıtma ünitelerini oksidasyon veya organik kirlilik nedeniyle olası hasara karşı korur. Aktif karbon, çok işlevli doğası ve işlenmiş suya zararlı bir şey eklememesi nedeniyle tercih edilen bir su arıtma tekniğidir.

Birçok aktif karbon, fındık kabukları, odun, kömür ve petrol gibi ham maddelerden üretilir.

Aktif karbon için tipik yüzey alanı yaklaşık olarak gram başına 1.000 metrekare (m2/gm)’dir. Ancak, farklı ham maddeler farklı tipte aktif karbon üretir. Bu karbonlar, sertlik, yoğunluk, gözenek ve parçacık boyutları, yüzey alanları, çıkarılabilirler, kül ve pH değerleri bakımından farklılık gösterir. Bu özelliklerdeki farklılıklar, belirli karbonları diğerlerine göre farklı uygulamalarda daha tercih edilebilir kılar.

Aktif karbonun suyun içindeki kirleticileri çıkarma yöntemlerinin başlıcaları adsorpsiyon ve katalitik indirgeme yöntemleridir. Organik maddeler adsorpsiyon ile, artık dezenfektanlar ise katalitik indirgeme ile uzaklaştırılır.

Aktif Karbon Filtrasyonu

Aktif Karbonun Performansını Etkileyen Faktörler

Molekül Ağırlığı

Molekül ağırlığı arttıkça, aktif karbon daha etkili bir şekilde adsorpsiyon yapar çünkü moleküller su içinde daha az çözünürlüğe sahiptir. Ancak, karbonun gözenek yapısının moleküllerin içine girebilmesi için yeterince büyük olması gerekir. Hem yüksek hem de düşük molekül ağırlığına sahip moleküllerin daha zor türlerin çıkarılması için tasarlanması önerilir.

pH

Birçok organik madde düşük pH’da daha az çözünür ve daha kolay adsorbe olur. pH arttıkça çıkarma miktarı azalır. Genel bir kural olarak, nötr (7.0) pH’ın üzerinde her pH birimi için karbon yatağının boyutunu yüzde yirmi artırmak gerekmektedir.

Kirletici Konsantrasyonu

Kirletici konsantrasyonu ne kadar yüksekse, aktif karbonun çıkarma kapasitesi o kadar büyük olur. Kirletici molekülün bir gözeneğe yayılması ve adsorbe olması daha olasıdır. Ancak, konsantrasyonlar arttıkça, atık su sızıntıları da artar. Kirleticiler için üst sınır birkaç yüz parça milyon başına (ppm) kadardır. Daha yüksek kirletici konsantrasyonu, aktif karbon ile daha fazla temas zamanı gerektirebilir.

Parçacık Boyutu

Aktif karbon genellikle 8×30 mesh (en büyük), 12×40 mesh (en yaygın) ve 20×50 mesh (en ince) olarak mevcuttur. En ince mesh en iyi temasa ve daha iyi çıkarım sağlar, ancak daha yüksek basınç düşüşü pahasına.

Akış Hızı

Genellikle, akış hızı ne kadar düşükse, kirleticinin bir gözeneğe yayılması ve adsorbe olması için o kadar çok zamanı olur. Aktif karbonla adsorpsiyon neredeyse her zaman daha uzun temas süresiyle iyileştirilir.

Sıcaklık

Yüksek su sıcaklıkları çözelti viskozitesini azaltabilir ve difüzyon hızını artırarak adsorpsiyonu artırabilir. Yüksek sıcaklıklar adsorptif bağı da bozabilir ve adsorpsiyonu hafifçe azaltabilir. Kaldırılan organik bileşiğe bağlı olarak değişkenlik gösterse de, genellikle daha düşük sıcaklıklar adsorpsiyonu desteklemektedir.

Bu faktörlerin bilinciyle, aktif karbon kullanılarak su arıtma süreçlerinin en etkili şekilde nasıl yönetilebileceği daha iyi anlaşılabilir. Su arıtma sistemlerinin tasarımı ve işletilmesi sırasında bu parametreleri dikkate almak, daha verimli ve etkili sonuçlar elde etmeye yardımcı olabilir.

Aktif Karbon Filtrasyonu

Organik Madde Temizliği

Kamu su teminlerindeki organik madde, zamanla su içinde daha çözünür hale gelen ve büyük, yüksek molekül ağırlıklı organik asitler (non-polar zayıf asitler) olarak var olan çürüyen bitki yaşamından gelir. Zamanla, farklı boyutlarda daha küçük molekül ağırlığına sahip asitler oluşur. Tipik organik asit molekülleri, birkaç yüzden on binlere kadar molekül ağırlığına sahiptir.

Organik asit moleküllerinin boyutu, sayısı ve kimyasal yapısı; suyun pH değeri ve sıcaklığı dahil olmak üzere birçok faktöre bağlıdır. Bu nedenle, neredeyse sonsuz sayıda organik asit bulunmaktadır. Sonuç olarak, organik maddeleri temizlemek zor olabilir ve her zaman belirli bir siteye özgüdür.

Organik maddelerin çıkarılması için aktif karbonun adsorptif özellikleri kullanılır. Genellikle, tüm moleküller birbirine yapışma eğiliminde oldukları için adsorpsiyon gerçekleşir. Aktif karbon, karbon yüzeyi (non-polar) ile kirletici (non-polar) arasındaki çekici kuvvetlerin, kirleticinin su içinde (polar) çözünmüş halde kalmasını sağlayan kuvvetlerden daha güçlü olmasından dolayı organik materyali adsorbe eder.

Adsorptif kuvvetler zayıftır ve organik moleküller karbonun yüzeyine yakın olmadıkça gerçekleşemez. Aktif karbonun parçacık boyutu ve gözenek konfigürasyonu nedeniyle geniş yüzey alanı, adsorpsiyonun gerçekleşmesine olanak tanır.

Çözünürlüğü azaltan ve/veya gözeneklere erişilebilirliği artıran faktörler, aktif karbon filtresinin performansını artırır. Karbon filtre kapasitesi, 3 feet yatak derinliğinde ve kubik fit başına dakikada 1 ila 2 galon (gpm/cu.ft.) akış hızında, 1 pound karbon başına 0.1 pound organik madde olarak kabaca tahmin edilebilir.

Aktif Karbon Filtrasyonu

Artık Dezenfektanların Çıkarılması

Aktif karbon, katalitik indirgeme reaksiyonu aracılığıyla artık dezenfektanları (klor ve kloramin) çıkarabilir ve yok edebilir. Bu, aktif karbon yüzeyinden artık dezenfektana elektron transferini içeren bir kimyasal reaksiyondur. Başka bir deyişle, aktif karbon indirgeyici bir ajan olarak hareket eder.

Aktif karbonun kloru çıkarması, kloru oksitleyici olmayan bir klorür iyonuna indirger. Reaksiyon çok hızlıdır ve yeni bir aktif karbon yatağının ilk birkaç inçinde gerçekleşir. (Aktif karbonla organiklerin çıkarılması dakikalar sürerken, klorun çıkarılması kelimenin tam anlamıyla saniyeler sürer.) Yeni aktif karbonun klor kapasitesi, 3 ila 5 gpm/cu.ft. akış hızında ve 3 feet yatak derinliğinde, 1 pound karbon başına 1 pound klordur.

Aktif karbonla kloramin çıkarılması çok daha yavaş bir reaksiyondur. Şehir su teminlerindeki (pH yaklaşık 7 ila 8) baskın kloramin türü monokloramindir. Aktif karbon ve monokloramin ile reaksiyon da oksitleyici olmayan bir klorür iyonunu ortaya çıkarır. Reaksiyon hızı oldukça yavaş olduğundan, akış hızı 0.5 gpm/cu.ft. olmalı ve yatak derinliği 3 feet’ten daha büyük olmalıdır.

Malzeme Hususları

Aktif karbon yatakları filtrelerdir ve periyodik olarak ters yıkanmalıdırlar. Yatağın geri yıkanabilmesi için gemi tasarımına yaklaşık %50 boş alan eklenmelidir. Aksi halde, dışarıdan geri yıkama gereklidir. Geri yıkama adımı, karbonu ‘yeniden canlandırmaz’ ya da kirleticileri adsorptan çıkarmaz. Geri yıkama adımı, yatağı yeniden sınıflandırır ve herhangi bir ince veya askıdaki maddenin çıkarılmasını sağlar.

Aktif karbonun taşınması, elleçlenmesi ve yüklenmesi sırasında karbon ince parçacıkları oluşur. Bu ince parçacıkların hizmetten önce geri yıkanarak çıkarılması gerekir. İnce parçacıkların minimuma indirildiği ve bir tesis içinde karbon tozunun neden olduğu sorunları ortadan kaldıran önceden ıslatılmış ve geri yıkanmış karbonlar mevcuttur. Kuru karbonla karbon tanklarını doldurmak dağınık ve tehlikeli bir iştir. Önceden ıslatılmış karbon kullanmak, havada asılı tozu ortadan kaldırır ve temiz bir tesis ortamı sağlar.

Tıbbi/farmasötik dereceler, elektro kaplama dereceleri ve toz ya da pelet şeklindeki karbonlar dahil olmak üzere işlenmiş derecelerde aktif karbon mevcuttur.

Aktif karbon, doğal olarak oluşan organik maddelerin ve artık dezenfektanların çıkarılması için kanıtlanmış bir teknolojidir. Bir aktif karbon filtrasyon sistemi tasarlarken, arıtılacak suyun farklılıklarını, kullanılan aktif karbon türünü ve çıkış kalitesini ve işletme parametrelerini dikkate almak gerekir.

Aktif Karbon Filtrasyonu

GAC Sistem Tasarım Parametreleri

Bu tablo, genel GAC (Granüler Aktif Karbon) sistem tasarım parametrelerini özetler ve klor, kloramin ve organik bileşiklerin çıkarılması için önerilen değerleri gösterir. Akış hızı, suyun karbon yatağından ne kadar hızla geçtiğini; minimum yatak derinliği, etkili bir filtrasyon sağlamak için gerekli olan yatak derinliğini; yatak ömrü ise karbon yatağının ne kadar süreyle etkili bir şekilde çalıştığını ifade eder.

Granüler Aktif Karbonun Tipik Özellikleri

İyot ve melas numaraları gözenek boyutu dağılımını ölçer. İyot numarası, 10 ila 2 Angstrom boyutlarında gözeneklerin görelative ölçüsüdür. GAC’da adsorbe edilen elemental iyotun gram başına miligram olarak bildirildiği ve düşük moleküler ağırlıklı organikleri adsorbe etmek için GAC’da mevcut olan alanı belirlediği bir değerdir.

Melas numarası, GAC’nin bir stok çözeltiden rengi ne derece çıkardığını ölçer. 28 Angstrom’dan büyük gözenekleri ölçer. Bu gözenekler, tanenler gibi daha büyük moleküler ağırlıklı organikleri çıkarmaktan sorumludur.

Aşındırma numaraları, daha sert bir materyalle turlarken partikül boyutundaki azalmayı görelative ifade eder. Hiçbir azalma 100 olarak derecelendirilirken, tam pulverizasyon sıfır olarak derecelendirilir.

Lineer (Çizgisel) Filtrasyon Hızı

Bu parametre, suyun filtre yatağını hangi hızla geçtiğini belirtir. Lineer filtrasyon hızı genellikle dakikada ya da saatte kaç metre olarak ifade edilir. Bu hızın doğru belirlenmesi, filtre performansını ve filtre ömrünü doğrudan etkiler. Çok yüksek filtrasyon hızları, yetersiz filtrasyon performansına neden olabilirken, çok düşük hızlar da filtre kapasitesinin verimsiz kullanılmasına yol açabilir.

Bu hız, şu formülle hesaplanabilir:

Lineer Filtrasyon Hızı (LFH)=Giriş Akış Hızı (m³/saat) / Filtre Yüzey Alanı (m²)

Özellikle içme suyu uygulamalarında, genellikle düşük lineer filtrasyon hızları tercih edilir, böylece yüksek kalitede su elde edilir. Farklı uygulamalarda ve su kalitesine bağlı olarak lineer filtrasyon hızı değerleri değişebilir.

Önemli Notlar

1. Aktif karbon filtre tasarımı yapılırken, suyun kalitesi, kirlilik derecesi ve hangi maddelerin arıtılması gerektiği dikkate alınmalıdır.
2. Aktif karbonun türüne ve granül boyutuna göre filtre performansı farklılık gösterebilir. Bu nedenle doğru karbon türünün seçimi kritiktir.
3. Sürekli yüksek konsantrasyonlu kirleticilere maruz kalan filtrelerin bakımı ve değişimi daha sık yapılmalıdır.

Sonuç olarak, aktif karbon filtre tasarımında doğru parametreleri belirlemek, hem ekonomik hem de çevresel açıdan optimum sonuçların elde edilmesini sağlar. Özellikle su arıtma sistemlerinin verimliliğini artırmak için, aktif karbon filtre tasarımının doğru yapılması büyük önem taşımaktadır.

Karbon Filtreler: Temel Bilgiler ve Çalışma Prensibi

Aktif Karbon Filtre Tasarımı ve Uygulaması

Aktif karbon filtrasyonu, su arıtımında yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. İçerisinde genellikle doğal kaynaklardan elde edilen karbon granülleri bulunur. Bu granüller, suyun içerisindeki zararlı maddeleri ve kirlilikleri tutarak temiz su elde etmekte kullanılır.

Filtrasyon Hızı

Filtrasyon hızı, suyun filtrede ne kadar hızla hareket ettiğini gösteren bir değerdir. Bu değer, suyun kalitesine, kirlilik derecesine ve arıtılacak maddenin miktarına göre değişiklik gösterebilir.

Formül ile ifade edersek:

L.F.H. = GİRİŞ AKIŞ HIZI (m³/saat) / FİLTRENİN KESİT ALANI (m²)

Bu değer, suyun sıcaklığına, aktif karbonun tane büyüklüğüne ve sistemin basınç kaybına göre ayarlanmalıdır. Genellikle lineer filtrasyon hızı 7-12 m/saat arasında değişir.

Filtre Tasarımı

Örnek olarak, belirli parametrelerle bir filtre tasarımı yapalım:

– Aktif Karbonun Cinsi: YV 100

– Akış Hızı: 150 m³/saat

– BYTS: 15 dakika

– Filtrasyon Hızı: 12 m/saat

– Tutulacak Maddenin Derişimi: 5 g/m³

– Yüklenme Kapasitesi: %10

– Aktif Karbonun Dökme Yoğunluğu: 450 kg/m³

Bu verilere göre:

1. Gerekli Aktif Karbon Miktarı:

– Akış hızı: 150 m³^/saat / 60 dakika = 2.5 m³^/dakika

– Aktif karbonun hacmi: 2.5 m³^/dakika  X 15 dakika = 37.5 m³

– Aktif karbon miktarı: 37.5 m³ X  450 kg/m³ = 16,875 kg

2. Aktif Karbonun Ömrü:

– Tutulacak maddenin günlük miktarı: 5 g/m³ X  150 m³/saat X 24 saat = 18,000 g/gün

– Karbonun yüklenme kapasitesi: 16,875 kg X %10 = 1,687.5 kg

– Aktif karbonun ömrü: 1,687.5 kg / 18 kg/gün = 93.75 gün

Sonuç olarak, belirtilen parametrelerle hazırlanan aktif karbon filtresinin yaklaşık olarak 3 aydan biraz daha fazla bir süreyle etkili olacağı anlaşılmaktadır. Bu sürenin sonunda karbonun adsorpsiyon kapasitesi azalacağından ya rejenere edilmesi ya da yenilenmesi gerekmektedir.

Aktif karbon filtre tasarımı, suyun kalitesine, içerisindeki zararlı maddelere ve kullanılacak karbonun türüne göre değişiklik gösterebilir. Bu nedenle doğru tasarım için tüm parametrelerin dikkatlice değerlendirilmesi gerekmektedir.

İç Yüzey Alanı Gözenek Büyüklüğü Dağılımı

Ağaç ve turba bazlı aktif karbonlarda ise makro gözeneklerin oranı çok yüksektir(%40-50).

İç Yüzey Alanı: İç yüzey alanı, bir malzemenin yüzeyinin mikroskobik düzeyde ne kadar geniş olduğunu ifade eder. Bu değer, aktif karbonun ne kadar etkili adsorpsiyon yapabileceğini gösterir. Genellikle, iç yüzey alanı ne kadar büyükse, adsorpsiyon kapasitesi de o kadar yüksektir. Bu, aktif karbonun birçok uygulamada tercih edilmesinin ana nedenlerinden biridir.

Gözenek Büyüklüğü Dağılımı: Aktif karbonun gözenek yapısı üç ana kategoriye ayrılır: mikro, meso ve makro gözenekler. Her bir gözenek türünün adsorpsiyon kapasitesi ve hedef maddelere olan affinitesi farklıdır.

• Mikro Gözenekler: Bu tür gözenekler genellikle moleküler düzeyde küçük gazlar ve sıvılar için idealdir. Özellikle organik bileşiklerin adsorpsiyonunda oldukça etkilidirler.
• Meso Gözenekler: Bu gözenekler, mikro gözeneklere göre biraz daha büyüktür ve genellikle daha büyük molekül ve iyonların adsorpsiyonu için uygundur.
• Makro Gözenekler: Bu gözenekler, daha büyük partiküller ve moleküller için idealdir. Ancak adsorpsiyon kapasitesi genellikle mikro ve meso gözeneklere göre daha düşüktür.

Gözenek Büyüklüğü Dağılımının Önemi: Hammaddeye bağlı olarak gözenek büyüklüğü dağılımı değişiklik gösterir. Örneğin; hindistan cevizi kabuklarından elde edilen aktif karbon, mikro gözenek açısından zengindir ve bu sayede birçok uygulamada yüksek adsorpsiyon kapasitesine sahiptir. Diğer yandan, kömür bazlı aktif karbonlar daha geniş bir gözenek dağılımına sahip olabilir, bu da onları farklı uygulamalarda kullanışlı kılar.

Gözenek büyüklüğü dağılımı, aktif karbonun hangi tür kirleticileri ve maddeleri adsorbe edebileceğini belirler. Bu, aktif karbonun spesifik bir uygulama için ne kadar uygun olduğunu belirleyen kritik bir faktördür.

Aktif Karbonu Karakterize Eden Ana Parametreler

Aktif karbon, geniş iç yüzey alanı, gözenekli yapısı ve adsorpsiyon kapasitesi ile bilinir. Bu özellikler, aktif karbonun birçok uygulama alanında tercih edilmesine neden olmaktadır. Aktif karbonun karakteristik özelliklerini tanımlayan ana parametreler aşağıda detaylı olarak açıklanmıştır:

1. İyot Sayısı (mg/g): İyot sayısı, aktif karbonun mikro gözenek kapasitesini belirleyen bir ölçüttür. İyotun aktif karbon yüzeyine adsorpsiyon miktarı ile belirlenir. Genellikle, yüksek iyot sayısına sahip aktif karbon, daha yüksek adsorpsiyon kapasitesine sahip olduğu kabul edilir.
2. Yüzey Alanı B.E.T. (m^2/g): B.E.T. yüzey alanı, aktif karbonun toplam yüzey alanını ifade eder. B.E.T. metodu, azot gazının adsorpsiyonu temel alınarak bu değeri tayin eder. Yüksek B.E.T. değerleri, daha fazla adsorpsiyon kapasitesi anlamına gelir.
3. Metilen Mavisi Adsorpsiyonu (g/100g): Bu test, aktif karbonun meso gözeneklerinin adsorpsiyon kapasitesini ölçer. Metilen mavisi, belirli bir konsantrasyonda aktif karbona adsorbe edildiğinde ne kadar renk giderimi sağlandığını belirler.
4. Dökme Yoğunluk (kg/dm^3): Aktif karbonun birim hacimdeki kütlesini gösterir. Dökme yoğunluk, aktif karbonun taşıma, depolama ve dozajlamasında önemlidir.
5. Nem (%): Aktif karbonun nem içeriği, adsorpsiyon kapasitesini etkileyebilir. Nem, aktif karbonun üretim ve depolama koşullarına bağlı olarak değişiklik gösterebilir.
6. Kül Oranı (%): Kül, aktif karbonun inorganik bileşenlerini temsil eder. Yüksek kül içeriği, adsorpsiyon kapasitesini azaltabilir.
7. Sertlik (%): Aktif karbonun mekanik dayanıklılığını ifade eder. Yüksek sertlik değeri, aktif karbonun su arıtma sistemlerinde dağılmadan kullanılmasını sağlar.
8. Fenol Adsorpsiyonu (g/L): Bu değer, aktif karbonun fenol gibi spesifik kirleticilere karşı adsorpsiyon kapasitesini belirtir.
9. Tane Büyüklüğü Dağılımı (%-mesh): Aktif karbonun tane büyüklüğü, kullanım alanına ve prosese bağlı olarak önemlidir. Mesh değeri, aktif karbon taneciklerinin geçebileceği ağın göz aralığını ifade eder.

Bu parametreler, aktif karbonun hangi uygulama alanlarına uygun olduğunu ve hangi performansı göstereceğini belirlemek için kullanılır.

Aktif Karbon Filtrasyonu

Aktif Karbonun Adsorpsiyon Özelliğini Etkileyen Faktörler

Aktif karbonun adsorpsiyon yeteneği, birçok faktör tarafından etkilenir. İşte aktif karbonun adsorpsiyon özelliğini etkileyen başlıca faktörler ve bu faktörlerin etkileri:

1. Aktif Karbonun Cinsi:
   • Hammadde: Aktif karbonun kaynağı olan hammadde (hindistancevizi kabuğu, odun, kömür, kemik vb.), karbonun gözenek yapısı ve yüzey özelliklerini belirler.
   • Gözenek Büyüklüğü Dağılımı: Aktif karbonun gözenek yapısı (mikro, meso ve makro gözenekler), adsorbe edilecek maddenin molekül büyüklüğüne bağlı olarak adsorpsiyon kapasitesini etkiler.
   • Tane Büyüklüğü: Tane büyüklüğü, yüzey alanıyla doğrudan ilgilidir. Daha küçük taneler, daha yüksek yüzey alanına sahip olabilir, fakat tıkanma riski de artar.
2. Aktif Karbon Tarafından Tutulan Maddenin Cinsi:
   • Molekül Ağırlığı: Daha büyük moleküller, daha büyük gözeneklere sığar ve bazen yüzeyde daha fazla etkileşim gösterebilir.
   • Kimyasal Yapısı: Polar veya non-polar olması, fonksiyonel grupların varlığı gibi kimyasal özellikler, bir bileşiğin aktif karbona ne kadar iyi adsorbe olacağını etkiler.
   • Başka Bileşiklerin Varlığı: Rekabetçi adsorpsiyon, bir bileşiğin diğer bileşiklerin varlığında aktif karbona ne kadar iyi adsorbe olacağını etkileyebilir.
3. Tutulacak Maddenin Derişimi: Başlangıçta yüksek kirletici derişimi, genellikle adsorpsiyon hızını artırır. Ancak doyum noktasına yaklaşıldıkça adsorpsiyon hızı azalır.
4. Akışkan Fazın Sıcaklığı: Sıcaklık, adsorpsiyon denge sabitini ve hızını etkiler. Genellikle, sıcaklık arttıkça fiziksel adsorpsiyon azalırken, kimyasal adsorpsiyon artar.
5. Akışkan Fazın Nemi (gaz akışında): Nem, adsorpsiyon kapasitesini azaltabilir, çünkü su molekülleri aktif karbon yüzeyindeki diğer moleküllerle rekabet edebilir. Özellikle havadan gazların adsorpsiyonunda bu önemlidir.

Bu faktörlerin her biri, aktif karbonun belirli bir uygulamada ne kadar etkili olacağını belirlemek için dikkate alınmalıdır.

Adsorpsiyon İsotermi

Adsorpsiyon isotermi, adsorbat (adsorbe edilen madde) konsantrasyonu ile adsorbent (adsorbe eden madde, örneğin aktif karbon) üzerindeki adsorbat miktarı arasındaki ilişkiyi ifade eden bir denklemdir. Yani, bu isoterm, belirli bir sıcaklıkta adsorbanın yüzeyine adsorbe edilen madde miktarının, akışkanın (sıvı veya gaz) konsantrasyonuna nasıl bağlı olduğunu gösterir.

X/M tanımı, adsorpsiyon kapasitesini belirtmek için sıkça kullanılır. Özellikle, bu değer aktif karbonun belli bir maddenin ne kadarını adsorbe edebileceğini ifade eder.

Birçok farklı adsorpsiyon isotermi modeli vardır. İki en popüler model şunlardır:

1. Langmuir Adsorpsiyon İsotermi: Bu model, adsorbanın yüzeyinde sınırlı sayıda belirli adsorpsiyon siteleri olduğunu varsayar. Bu siteler aynı enerjiye sahiptir ve birbirleriyle etkileşimde bulunmazlar. Langmuir modeli, monolayer (tek katmanlı) adsorpsiyonu için geçerlidir.
2. Freundlich Adsorpsiyon İsotermi: Bu model, adsorbanın yüzeyinde değişken enerjiye sahip adsorpsiyon sitelerinin bulunduğunu varsayar. Freundlich modeli, çokkatmanlı adsorpsiyon için uygundur ve konsantrasyon arttıkça adsorpsiyonun azaldığını gösterir.

Her iki model de, belirli bir adsorbat-adsorban sistemi için deneysel verilere en iyi uyan parametreleri belirlemek amacıyla deneysel adsorpsiyon verilerine uyarlanabilir.

Adsorpsiyon isotermi deneyleri, bir adsorbentin bir adsorbatı nasıl adsorbe edeceğini belirlemek için kritiktir. Bu deneyler, su arıtma, hava filtreleme ve kimyasal süreçlerde kullanılan aktif karbon gibi adsorbentlerin seçimi ve tasarımında yardımcı olur.

Boş Yatak Temas Süresi (EBCT)

EBCT, servis akışının yavaşlatılması anlamına gelir, bu da su ile karbon arasında yeterli mukimiyet süresinin sağlanmasını temin eder. Boş yatağın medya hacminin akış hızına bölünmesiyle bulunur.

Örnek: Bir kübik ayak aktif karbon, 7,48 galon’a eşittir. Toksik organik madde çıkarımı, medya başına 0,9 gpm servis akışını gerektirir. 10 inç çapında ve 48 inç yüksekliğinde bir tank, 2 kübik ayak (44 inç yatak derinliği) aktif karbon tutacaktır. Bu nedenle, 7,48 x 2 = 14,96 galon kapasite 2 kübik ayağa eşittir.

0,9 gpm x 2 = 1,8 gpm, bu nedenle 14,96/1,8 gpm = 8,3 dakika EBCT

Toksik organikler için bir temasçı tasarlarken aşağıdaki EBCT süresini referans alabilirsiniz: 8-10 dakika/0,7 gpm kare ayak başına – 0,9 gpm kübik ayak başına.

Bu, toksik organik maddelerin etkili bir şekilde adsorbe edilmesi için yeterli zamanın aktif karbon ile temas etmesini sağlamak amacıyla kullanılır. EBCT’nin doğru bir şekilde hesaplanması, su arıtma sistemlerinin etkili bir şekilde çalışmasını sağlamak için kritik bir öneme sahiptir.