ดัชนีบทความ
ถ่านกัมมันต์ (Activated Carbon) ที่ใช้ในตู้ทะเล
หน้า 2 - ปัจจัยที่มีผลต่อคุณลักษณะของถ่านกัมมันต์
หน้า 3 - การใช้งานถ่านกัมมันต์ในตู้ทะเล
ทุกหน้า
ถ่านกัมมันต์ (Activated Carbon) ที่ใช้ในตู้ทะเล [James R. Layton]

carbon

การ ใช้ถ่านกัมมันต์ในตู้ทะเลนั้น ได้มีการถกเถียงกันมาตลอด โดยมีผู้ให้ความเห็นตั้งแต่ "ต้องใช้" จนถึง "ห้ามใช้" เลยทีเดียว ในปัจจุบันผู้เลี้ยงส่วนใหญ่ตระหนักถึงข้อดี และความจำเป็นของถ่านกัมมันต์ในระบบกรอง แต่กระนั้น นักเลี้ยงตู้ทะเลที่ใช้มันไม่กี่คนเท่านั้น ที่รู้ว่าถ่านกัมมันต์มัน กำจัดอะไรไปบ้าง และมันมีประโยชน์ในทางไหนบ้าง ดังนั้นบทความนี้ จะอธิบายตั้งแต่กระบวนการผลิตที่มีผลต่อคุณลักษณะของถ่านกัมมันต์ที่ได้ กลไกการกรอง หรือการดูดซับของถ่านกัมมันต์ และปัจจัยที่มีผลต่อประสิทธิภาพ สุดท้าย จะกล่าวถึงเทคนิคในการใช้ และสิ่งที่นักเลี้ยงต้องทราบเวลาเลือกถ่านกัมมันต์ สำหรับใช้ในตู้ทะเล

สารอินทรีย์ที่เป็นพิษในตู้ทะเล

โดยธรรมชาติแล้ว แนวปะการัง ทะเล มหาสมุทร จะมีระบบการกำจัดหรือวัฏจักรของ "ของเสีย" ที่สมดุลอยู่แล้ว แต่ตู้ทะเลนั้นมีข้อแตกต่าง เพราะเป็นระบบที่ใช้สิ่งแวดล้อมสังเคราะห์... แม้ว่าแอมโมเนีย หรือไนไตรท์ ถูกเปลี่ยนเป็นไนเตรทได้ไม่ยากโดยระบบกรองชีวภาพ แต่ก็มีสารประกอบอินทรีย์อีกไม่น้อย ที่จุลินทรีย์ย่อยสลายได้ยาก และไม่มีทางระบายออก ทำให้เกิดการสะสมในระบบ ซึ่งสารอินทรีย์จำพวกนี้มีมากมายหลายชนิด แต่ระบุได้เพียงไม่กี่ชนิด เป็นต้นว่ากรดอินทรีย์ ฟีนอลิก โปรตีน คาร์โบไฮเดรท ฮอร์โมน และพวกสารปฏิชีวนะ

และถึงแม้จะมีเพียงไม่กี่ชนิดที่เป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตในตู้ทะเล แต่การสะสมทำให้เกิดการเพิ่มปริมาณ heterotropic bacteria (แบคทีเรียที่ไม่สังเคราะห์แสง รับสารอาหารจากการย่อยสลายสารอินทรีย์รอบตัว... มั๊ง) ซึ่งจะเพิ่มความต้องการออกซิเจนในตู้ ปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกมามาก pH ลดต่ำลง ลดค่ารีดอกซ์ และสารอินทรีย์บางตัวยังทำให้น้ำเป็นสีเหลือง (น่าจะเป็นพวกฟีนอลิก) ซึ่งจะทำให้แสง Actinic ช่วง 420 นาโนเมตร ผ่านได้น้อยลง... เป็นการยากที่จะระบุชี้ชัดว่าสารประกอบอินทรีย์ตัวไหน อยู่ในระบบของเรา และมันส่งผลอะไรต่อสิ่งมีชีวิตในตู้บ้าง แต่ได้มีการสังเกตว่า หากตู้มีปริมาณสารอินทรีย์สูง จะมีผลทำให้อัตราการเกิดโรคในปลาสูงขึ้นด้วยเช่นกัน อัตราการเจริญของปลาน้อยลงในวัยเจริญเติบโต และไม่มีการเพิ่มจำนวนในปลาวัย เจริญพันธุ์ นักวิจัยบางกลุ่มเชื่อว่า ปริมาณสารอินทรีย์ในตู้ที่สูงเกิน ทำให้พวก สมช. ก่อให้เกิดโรคเพิ่มขึ้นด้วยเช่นกัน ดังนั้นการลดปริมาณสารอินทรีย์ในตู้ทะเลมีความจำเป็น และถ่านกัมมันต์เป็น ทางเลือกที่ราคาถูก และมีประสิทธิภาพทางนึง

ขั้นตอนการผลิตถ่านกัมมันต์

ถ่าน กัมมันต์ผลิตได้จากวัสดุหลายๆอย่าง เป็นต้นว่าไม้ ถ่านหินลิกไนต์ หรือ กะลามะพร้าวเป็นต้น ขั้นตอนหลักๆก็คือการนำมาให้ความร้อน เรียกกระบวนการนี้ว่า "คาร์บอนไนซ์เซชั่น" จากนั้นจึงอัดด้วยไอน้ำร้อนยิ่งยวด (200-1600องศาเซลเซียส) ภายใต้การควบคุมปริมาณออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ ทำให้เกิดร่างแหรูพรุนภายในและร่างหมู่ฟังก์ชั่นบนพื้นผิวในแต่ละส่วน ดังนั้นกระบวนการผลิตจึงทำให้ถ่านกัมมันต์มีความสามารถในการกรองที่แตกต่าง ผลิตภัณฑ์อาจจะอยู่ในรูปเม็ดเล็กๆ (Granular Activated Carbon, GAC) อยู่ในรูปเป็นผง (Powder Activated Carbon, PAC) หรืออยู่ในรูปผงอัดเป็นแท่ง (compressed PAC)
ถ่านกัมมันต์บางอย่างจะถูกล้างด้วยกรดฟอสฟอริก ซิงค์คลอไรด์ หรือโปแทสเซียมไฮดรอกไซด์ ซึ่งถ่านกัมมันต์ปฏิการเคมีเหล่านี้ โดยมากไม่เหมาะสมที่จะนำมาใช้ในระบบกรองของตู้ทะเลเนื่องจากจะปลดปล่อย ฟอสเฟต โลหะหนัก และทำให้ค่า pH เหวี่ยงได้

กระบวนการดูด(ซึม/ซับ): การทำงานของถ่านกัมมันต์

ถ่านกัมมันต์ กำจัดสารอินทรีย์ในน้ำโดยใช้หลักการดูดซับ (Adsorption) และดูดซึม (Absorption)... การดูดซับ จะเป็นการจับกันอย่างหลวมๆ ของสารอินทรีย์ และคาร์บอนที่ผิวนอกของถ่านกัมมันต์ โดยยึดกันด้วยแรงแวนเดอวาล์ว ในทางทฤษฎี สารที่ถูกดูดซับอาจจะถูกปล่อยกลับออกมาได้ แต่จากการสังเกต ทดลอง ได้แสดงให้เห็นว่า ภาวะการปล่อยกลับออกมานั้นเกิดขึ้นได้ยาก แบคทีเรียมักจะสร้างกลุ่มอยู่ที่ผิวของถ่านกัมมันต์ และกินบางส่วนของสาร อินทรีย์ที่ถูกดูดซับไว้ ซึ่งจะเป็นการช่วยคืนรูพรุนของถ่านกัมมันต์บางส่วน และป้องกันการหลุดกลับของสารอินทรีย์ที่ถูกดูดซับไว้

ส่วนกระบวนการดูดซึมนั้น จะอาศัยหลักการแพร่ของก๊าซ หรือสารประกอบเข้าไปในร่างแหรูพรุนภายในเม็ดถ่าน ซึ่งภายในจะเกิดปฏิกิริยาเคมี หรือเกิดการจับยึดโดยความเป็นร่างแหยึดเหนี่ยวไว้ ยกตัวอย่างการเกิดปฏิกิริยาเคมี เช่น โอโซน ถูกดูดซึมเข้าไป และถูกคาร์บอนรีดิวซ์เป็นออกซิเจน ซึ่งตัวโอโซน หรือออกซิเจนไม่ได้ไปสร้าง หรือถูกจับไว้โดยถ่านกัมมันต์แต่อย่างใด ส่วนกระบวนการดูดซึมอีกประเภทคือการถูกดูดซึมเข้าไปแล้ว เกิดปฏิกิริยาที่ย้อนกลับไม่ได้ สร้างพันธะที่หนาแน่นกับคาร์บอนของถ่านกัมมันต์

โดยทั่วไปแล้ว สารที่มีโมเลกุลใหญ่จะถูกดูดซึม/ซับได้ช้ากว่าสารที่มีโมเลกุลขนาดเล็ก นอกจากนี้อัตราการดูดซึม/ซับ จะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของน้ำ pH ความเค็ม แต่ปัจจัยเหล่านี้จะไม่กล่าวถึงเนื่องจากระบบตู้ทะเลต้องการให้ปัจจัยเหล่านี้คงที่อยู่แล้ว