معالجة المياه - عملية الترشيح بالكربون
1. ما هي عملية الترشيح بالكربون؟
تُصمم وحدة ترشيح الكربون الصيدلانية عادةً في مرحلة المعالجة الأولية، وتُركّب بعد عملية التليين، قبل دخول الماء إلى غشاء التناضح العكسي، أو وحدة التقطير متعدد التأثيرات أو التقطير بالضغط البخاري لمعالجة المياه الصيدلانية. يُصنع المرشح عادةً من الفولاذ المقاوم للصدأ، وتتكون وسائط ترشيح الكربون المنشط من جزيئات كربون بأحجام مختلفة، تتراوح من 10 إلى 50 مش. تُصنع جزيئات الكربون المنشط من قشور جوز الهند، وعادةً ما تُحرق في جو يحتوي على النيتروجين أو غازات خاملة أخرى، في ظروف خالية من الأكسجين. ثم يُنشط هذا الفحم بالبخار أو بالطرق الكيميائية. في التنشيط بالبخار، يُسخن الفحم إلى 750-950 درجة مئوية بوجود البخار. يحتوي الكربون المنشط بالبخار على مسام دقيقة جدًا مثالية لامتصاص المكونات في الماء. في التنشيط الكيميائي للفحم، يُخلط مع معجون كلوريد الزنك ويُسخن عند 600-800 درجة مئوية. يتميز الكربون المنشط كيميائيًا بمسام كبيرة، مما يجعله مثاليًا لامتصاص الجزيئات الأكبر حجمًا في الماء.
2. لماذا يتم تركيب نظام ترشيح الكربون؟
يبدأ ذلك بإزالة الكلور والكلورامين، وتُعد البكتيريا أو الكائنات الدقيقة من العوامل الرئيسية التي يجب مراعاتها في عملية معالجة المياه المستخدمة في صناعة الأدوية، ووحدة المعالجة الأولية لنظام المياه ليست استثناءً. ومع ذلك، يُثبط الكلور نمو الكائنات الدقيقة ويُشكل خطرين رئيسيين على معدات وحدة المعالجة اللاحقة:
1. تآكل أغشية التناضح العكسي. تستخدم وحدة معالجة المياه "فارماكوبويا" أغشية التناضح العكسي، وهي عبارة عن مواد رقيقة جدًا شبه منفذة تعمل كمرشحات. هذا الغشاء حساس للكلور. مع مرور الوقت، يمكن للكلور أن يُتلف الغشاء، مما يُضعف قدراته على الترشيح.
٢. يشكل خطراً على علاج غسيل الكلى. يؤكسد الكلور خلايا الدم الحمراء، تماماً كما يفعل مع جزيئات البكتيريا. عند أكسدة الخلايا، يتحرر البوتاسيوم الموجود داخلها. يُحوّل البوتاسيوم لون الدم إلى الأحمر - وهو يُستخدم في الحقن القاتلة لإيقاف نبضات القلب، ولهذا السبب يجب ترشيحه قبل غسيل الكلى، لذا فإن مياه الإنتاج النهائية التي تحتوي على مستويات عالية من الكلور تُشكل خطراً على سلامة المريض.
من الواضح أنه يجب إزالة الكلور أو الكلورامينات من الماء، وإزالة الكلور أو الكلورامينات تهدف إلى منع تدهور الغشاء أو تشقق التآكل الناتج عن إجهاد الكلور في نظام التناضح العكسي، مما يضمن الاستقرار المستمر لوحدة ترشيح غشاء المعالجة النهائية، وفي الوقت نفسه يفي بمتطلبات دستور الأدوية للاستخدام النهائي للمياه، بما في ذلك الكلور.
3. دور الترشيح بالكربون
1. إزالة الكلور
تُعدّ مرشحات المياه المصنوعة من الكربون المنشط الحبيبي فعّالة في إزالة الكلور الحر. تعمل جزيئات الكربون على اختزال حمض الهيبوكلوروس (HOCL) إلى أيونات الكلوريد. مع مرور الوقت، يتلاشى تفاعل أيونات الكلوريد، وتتكون أيونات كربون جديدة تُسمى الكلورامينات، وبذلك لا تتجاوز نسبة الكلور المتبقي في مياه مرشح الكربون المنشط 0.1 جزء في المليون.
2. إزالة الكلورامين
لا يمتص الجسم مادة أحادي الكلورامين بشكل جيد. كما أن تفاعلاته مع الكربون المنشط ليست سهلة الحدوث. ويمكن للكربون المنشط المحفز أن يوفر معدل تفاعل أسرع من الفحم التقليدي.
3. الامتزاز الفيزيائي
يتمتع الكربون المنشط أيضاً بوظيفة امتصاص فيزيائي، حيث يمكنه امتصاص المواد العضوية ورائحة الماء والغرويات والأصباغ.
4. ما هي العوامل التي تؤثر على كفاءة الترشيح بالكربون؟
تؤثر عوامل مثل مدة تلامس الماء مع طبقة الفحم، وتركيز الملوثات، ودرجة حرارة الماء ودرجة حموضته، على كفاءة ترشيح مرشح الكربون. ففي درجات الحرارة المرتفعة، تكون مرشحات الكربون النشط أقل فعالية منها في درجات الحرارة المنخفضة. كما تؤثر درجة حموضة الماء على امتصاص الملوثات. فعند زيادة درجة الحموضة بمقدار وحدة واحدة عن 7، نحتاج إلى زيادة مساحة سطح الكربون النشط بنسبة 20%.
5. طريقة التطهير
يُعد مرشح الكربون المنشط أيضًا وحدة محتملة للتلوث الميكروبي، والذي قد يكون مرتبطًا بإمكانية وجود "كربون منشط من قشرة جوز الهند المُجدد" في مادة المرشح، ومن المرجح أن تتسبب مادة المرشح منخفضة الجودة في حدوث عدوى بكتيرية واسعة النطاق بعد الامتصاص والتشبع، لذلك يجب تصميم مرشح الكربون المنشط بوظيفة التطهير بالبخار، ويمكن أن يؤدي تطهير طبقة الكربون بالبخار الدوري إلى تجنب تجاوز الكائنات الحية الدقيقة لمعيار مرشح الكربون في هذه المقاطعة.
6. استبدال مادة الترشيح
يُعدّ استبدال وسائط الترشيح بشكل وقائي نشاطًا أساسيًا للحفاظ على استقرار جودة المياه المعالجة مسبقًا. وتُعتبر قيمة امتصاص اليود في هذا المجال أحد أهم المعايير لتقييم قدرة امتصاص الكربون المنشط، حيث تُسهم قيمة امتصاص اليود العالية في إطالة عمر الكربون المنشط المصنوع من قشور جوز الهند. في الظروف العادية، يجب ألا تقل قيمة امتصاص اليود للكربون المنشط الجديد المصنوع من قشور جوز الهند عن 1000 ملغم/غرام، ويجب أن تكون دائمًا أعلى من 500 ملغم/غرام خلال فترة التشغيل. يُعدّ الاستبدال الدوري لوسائط ترشيح الكربون المنشط بناءً على بيانات جودة المياه نشاطًا هامًا للحفاظ على جودة المياه، ويمكن للشركات المؤهلة تحديد قدرة امتصاص الكربون المنشط المصنوع من قشور جوز الهند من خلال قياس قيمة امتصاص اليود بانتظام، واستخدام هذه القيمة لتحديد وقت الاستبدال.
