1. Hình thức vật lý
Than hoạt tính dạng hạt (GAC):
Than hoạt tính dạng hạt (GAC) bao gồm các hạt lớn hơn, không đều, thường có đường kính từ 0,2 mm đến 5 mm. Hình dạng và kích thước của mỗi hạt có thể khác nhau, một số hạt có vẻ rời rạc hoặc không đều. Những hạt lớn hơn này cho phép thời gian tiếp xúc lâu hơn giữa nước hoặc không khí và carbon, khiến GAC trở nên lý tưởng cho các quá trình lọc liên tục khi cần lọc chậm hơn. Kích thước hạt lớn hơn cũng mang lại sự ổn định vật lý cao hơn, ngăn carbon bị vỡ ra trong quá trình sử dụng, điều này rất quan trọng để duy trì tính toàn vẹn của hệ thống lọc.
Quá trình sản xuất GAC thường bao gồm hai bước chính: cacbon hóa và kích hoạt. Đầu tiên, nguyên liệu thô (như gỗ, than hoặc gáo dừa) được nung ở nhiệt độ cao để loại bỏ hầu hết các thành phần hữu cơ, sau đó được kích hoạt bằng hơi nước hoặc carbon dioxide để tạo ra cấu trúc xốp với diện tích bề mặt lớn. Carbon dạng hạt thu được vẫn giữ được những đặc điểm này, với diện tích bề mặt lớn hơn giúp tăng cường đặc tính hấp phụ của nó, giúp nó hấp phụ các chất gây ô nhiễm một cách hiệu quả trong thời gian dài hơn.
Do kích thước hạt lớn hơn, GAC được sử dụng tốt nhất cho các ứng dụng cần thời gian tiếp xúc lâu hơn, chẳng hạn như xử lý nước đô thị hoặc hệ thống lọc không khí. Cấu trúc vật lý của nó giúp nó có khả năng chống tắc nghẽn tốt hơn và cho phép nó hoạt động hiệu quả trong thời gian dài, đó là lý do tại sao nó thường được chọn cho các quá trình lọc dài hạn hoặc liên tục.
Than hoạt tính dạng bột (PAC):
Than hoạt tính dạng bột (PAC) bao gồm các hạt mịn, nhỏ hơn nhiều, thường có đường kính dưới 0,1 mm. Các hạt mịn có diện tích bề mặt cao hơn so với GAC, điều này cho phép PAC hấp thụ các chất ô nhiễm một cách nhanh chóng. Tuy nhiên, kích thước hạt nhỏ này cũng có nghĩa là PAC có thể làm tắc nghẽn hệ thống lọc dễ dàng hơn và thường được sử dụng trong các quy trình hàng loạt trong đó carbon được thêm vào nước hoặc không khí và sau đó được loại bỏ sau một thời gian ngắn.
Quy trình sản xuất PAC tương tự như GAC, bao gồm quá trình cacbon hóa và kích hoạt, nhưng các hạt PAC mịn hơn nhiều, dẫn đến diện tích bề mặt trên mỗi đơn vị thể tích cao hơn. Diện tích bề mặt cao này mang lại cho PAC khả năng hấp phụ một lượng lớn chất gây ô nhiễm trong thời gian ngắn hơn, khiến nó trở nên lý tưởng để hấp phụ nhanh trong các tình huống cần loại bỏ nhanh các chất ô nhiễm.
Do tính chất mịn của các hạt, PAC có hiệu quả hơn trong việc nhanh chóng thu giữ các chất gây ô nhiễm, điều này hữu ích cho các nhu cầu lọc khẩn cấp hoặc tạm thời. Tuy nhiên, các hạt mịn cũng có nghĩa là PAC không phù hợp để sử dụng liên tục hoặc cho các hệ thống lọc lâu dài, vì các hạt này khó tái sinh hoặc tái sử dụng một cách hiệu quả.
2. Diện tích bề mặt và hiệu suất hấp phụ
Than hoạt tính dạng hạt (GAC):
Mặc dù GAC có diện tích bề mặt tương đối lớn nhưng lại thấp hơn trên một đơn vị thể tích so với PAC. Kích thước hạt lớn hơn của GAC mang lại thời gian tiếp xúc lâu hơn với nước hoặc không khí, điều này rất cần thiết để hấp thụ hiệu quả các chất ô nhiễm trong thời gian dài. GAC lý tưởng cho các quy trình trong đó chất gây ô nhiễm hiện diện ở nồng độ thấp hơn và yêu cầu tiếp xúc lâu dài với cacbon để loại bỏ hiệu quả.
Trong các ứng dụng như xử lý nước và lọc không khí, GAC thường được đặt trong cột hoặc lớp, qua đó nước hoặc không khí chảy với tốc độ được kiểm soát. Khi chất lỏng đi qua lớp GAC, các chất ô nhiễm dần dần bám vào bề mặt của các hạt cacbon, cho đến khi khả năng hấp phụ của cacbon cạn kiệt. Thời gian tiếp xúc kéo dài cho phép GAC loại bỏ nhiều chất ô nhiễm, bao gồm clo, các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) và các hóa chất hòa tan khác.
Mặc dù GAC hiệu quả cho các quá trình lọc liên tục nhưng khả năng hấp phụ của nó không cao bằng PAC trong các trường hợp cần loại bỏ nhanh chóng các chất gây ô nhiễm. Ví dụ, GAC có thể không hiệu quả trong việc loại bỏ các phân tử nhỏ hoặc chất ô nhiễm cần hấp phụ nhanh hơn, vì các hạt lớn hơn không tạo ra sự tiếp xúc ngay lập tức như nhau với các chất gây ô nhiễm.
Than hoạt tính dạng bột (PAC):
PAC có diện tích bề mặt trên một đơn vị thể tích cao hơn đáng kể so với GAC, nghĩa là nó có khả năng hấp phụ các chất ô nhiễm cao hơn trong khoảng thời gian ngắn hơn. Điều này làm cho PAC có hiệu quả cao trong các tình huống cần loại bỏ nhanh chóng các chất gây ô nhiễm, chẳng hạn như trong xử lý nước thải hoặc trong các tình huống khẩn cấp khi chất gây ô nhiễm ở nồng độ cao và cần được loại bỏ nhanh chóng.
Diện tích bề mặt cao của PAC cho phép nó hấp thụ các chất gây ô nhiễm với tốc độ nhanh hơn nhiều so với GAC, khiến nó trở nên lý tưởng cho các quy trình theo mẻ hoặc các tình huống mà chất gây ô nhiễm phải được loại bỏ nhanh chóng. Ví dụ, PAC thường được sử dụng để loại bỏ nhanh chóng clo, chất màu và các hợp chất hữu cơ trong nước uống và xử lý nước thải. Trong những trường hợp này, PAC có thể xử lý lượng nước lớn trong thời gian ngắn.
Mặc dù PAC hiệu quả hơn về khả năng hấp phụ nhanh nhưng kích thước hạt mịn của nó cũng có nghĩa là nó có thể làm tắc nghẽn hệ thống lọc dễ dàng hơn. Điều này tạo ra những thách thức về mặt lọc và tái sinh. Ngoài ra, do PAC thường không được tái sử dụng nên nó phải được thay thế thường xuyên, điều này có thể làm tăng chi phí vận hành.
3. Ứng dụng
Than hoạt tính dạng hạt (GAC):
GAC được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống lọc liên tục, đặc biệt trong các ứng dụng xử lý nước và lọc không khí, nơi nó được sử dụng để lọc lâu dài. Các ứng dụng phổ biến bao gồm:
Xử lý nước uống: GAC thường được sử dụng trong các nhà máy xử lý nước thành phố để loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ, clo, mùi vị, mùi hôi và một số chất độc hại. Kích thước hạt lớn của nó cho phép lọc chậm hơn, được kiểm soát tốt hơn, điều này rất quan trọng để xử lý khối lượng nước lớn.
Xử lý nước thải: GAC được sử dụng trong các nhà máy xử lý nước thải công nghiệp để loại bỏ các hợp chất hữu cơ hòa tan, kim loại nặng và các chất gây ô nhiễm khác. Trong các hệ thống này, GAC thường được đặt trong các tầng cố định hoặc tầng sôi để nước thải chảy qua, đảm bảo khả năng hấp phụ hiệu quả trong thời gian dài.
Lọc không khí: GAC được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống lọc không khí để loại bỏ các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC), mùi hôi và các chất ô nhiễm hóa học từ khí thải công nghiệp cũng như trong máy lọc không khí gia đình. Nó đặc biệt hiệu quả trong việc loại bỏ các chất có mùi và khí độc hại trong không khí.
Ưu điểm chính của GAC là tuổi thọ và khả năng tái sinh, điều này lý tưởng cho các hệ thống lọc liên tục, nơi cần thời gian tiếp xúc lâu hơn để loại bỏ chất ô nhiễm hiệu quả. Nó thường được sử dụng trong các hệ thống quy mô lớn, nơi hoạt động lâu dài và hiệu quả chi phí là quan trọng.
Than hoạt tính dạng bột (PAC):
PAC thường được sử dụng trong các quy trình hàng loạt hoặc cho các ứng dụng yêu cầu loại bỏ chất ô nhiễm nhanh chóng. Các ứng dụng phổ biến bao gồm:
Xử lý nước uống và nước thải: PAC thường được thêm vào nước hoặc nước thải dưới dạng chất keo tụ để loại bỏ các hợp chất hữu cơ, chất tạo màu, clo và mùi hôi. Sau khi PAC được trộn với nước và hấp thụ các chất gây ô nhiễm, nó thường được loại bỏ thông qua quá trình lắng hoặc lọc.
Công nghiệp thực phẩm và đồ uống: PAC được sử dụng trong chế biến thực phẩm, đặc biệt là sản xuất đồ uống, để loại bỏ chất tạo màu, tạp chất và mùi hôi. Nó thường được sử dụng trong sản xuất bia, nước trái cây và nước giải khát để đảm bảo độ tinh khiết và trong suốt.
Xử lý khí công nghiệp: PAC cũng được sử dụng trong các ứng dụng xử lý khí công nghiệp để loại bỏ VOC, khí và mùi hôi từ khí thải. Nó đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng cần xử lý khối lượng không khí lớn trong thời gian ngắn.
Do kích thước hạt mịn và hiệu suất hấp phụ cao, PAC rất lý tưởng cho việc xử lý hàng loạt hoặc các tình huống khẩn cấp. Nó có thể nhanh chóng hấp thụ một lượng lớn chất gây ô nhiễm, nhưng không thích hợp để sử dụng liên tục vì các hạt mịn khó tái sinh và phải thay thế thường xuyên.
