Hiilisuodatin parantaa juomaveden puhdistustuloksia

Nykyisissä juomavedentuhkojärjestelmissä aktiivihiili erottuu erittäin tehokkaana veden saasteiden poistovälineenä. Rakenteen huokoinen kehys ja erittäin kehittynyt huokoispinta mahdollistavat laajan valikoiman vedenlaatuongelmien adsorption, mihin muut suodatusaineet eivät pysty. Hiilisuodattimen käyttö kotitalousvesisuodattimissa, kannettavissa puhdistuslaitteissa tai kunnallisen vedenkäsittelyn teoissa poistaa veden pahaa makua ja hajua sekä vähentää merkittävästi muita haitallisia kemikaaleja vedestä vähentämättä kuitenkaan välttämättömiä mineraaleja. Tässä artikkelissa käsitellään, miten aktiivihiili parantaa vedenlaatua ja turvallisuutta.

Yksilöllinen huokoinen rakenne ja adsorptiomekanismi

Aktiivihiilen kyky suodattaa tai puhdistaa aineita johtuu rakenteesta, joka muodostuu aktivoimisen aikana ja joka koostuu monista pienistä rei'istä, joita kutsutaan huokosiksi. Näihin rei'isiin johtaa joko lämmön tai kemikaalien käyttö, mikä erittäin laajentaa sen sisäistä pinta-alaa. Yhdessä grammassa aktiivihiiltä voi olla noin yhden jalkapallokentän verran pinta-alaa. Aktiivihiilessä on huokosia mikro- ja makrohuokosten välillä, ja ne ovat tehokkaita eri saasteiden keräämisessä valtavan pinta-alan ansiosta. Fysikaalisessa adsorptioprosessissa, johon aktiivihiili liittyy, vesimolekyyli tulee kosketuksi hiilen kanssa ja kulkeutuu sen pinnalle. Veden epäpuhtaudet, järjestäytyneet yhdisteet ja monet kemikaalit absorboituvat tai houkutellaan hiilen pinnalle. Adheesio hiilen pintaan tapahtuu Van Der Waalsin voimien vaikutuksesta, jotka toimivat etäisyydellä 0,2–0,5 nm. Näitä ovat heikot voimat, jotka vastaavat saasteiden, kuten torjunta-aineiden, kloorin ja haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC), sekä hiilen välisestä sidonnaisuudesta. Fysikaalinen adsorptio ei muuta veden kemiallista koostumusta eikä se lisää saasteita, toisin kuin monet kemialliset prosessit.

Kloorin ja kloorauksen sivutuotteiden poisto

Kloorin ja sen sivutuotteiden poisto. On olemassa erilaisia organisaatioita, mukaan lukien kunnalliset vesilaitokset, jotka desinfioivat vettä kloorilla. Tässä on joitain etuja, mutta siinä voi myös olla haittapuolia. Kloorilla desinfioitu vesi voi hajua ja maustua erikoisesti. Kloori orgaanisen aineen kanssa tuottaa myös desinfektioiden sivutuotteita, jotka ovat vaarallisia, erityisesti kun niitä nautitaan. Näitä ovat muun muassa trihalometaanit ja haloetikkahapot. Näitä pidetään pitkäaikaisina terveysriskeinä, joihin monet ihmiset liittävät vaikutuksia. Vapaan kloorin ja haitallisten desinfektioiden sivutuotteiden imeytymisen vähentäminen vähentää terveysriskejä. Tämä puolestaan estää hajun ja epämiellyttävän maun tunnetta suussa.

Eräs yllä olevan kohdan esimerkki on vesiliitäntä, joka on suunniteltu erityisesti kotitalouksiin. Näissä päästöissä on klooripatronit, jotka imevät sen sisäänsä ja tuottavat veden, joka on paljon terveellisempää juomiseen ja myös.

Orgaanisten saasteiden ja torjunta-aineiden poistaminen

Aktiivihiili ei ongelmia poistaa kaikkia niitä monia aineita, jotka voivat esiintyä juomavedessä, kuten torjunta-aineita, herbiidejä, liuottimia ja jopa jäännöslääkkeitä. Näiden vedentulolähteiden synty johtuu usein jäännöksistä, jotka aiheutuvat maataloudesta, teollisuudesta ja huolimattomasta jätteen hävityksestä. Koska kyseessä olevat yhdisteet ovat orgaanisia, ne kiinnittyvät ja sitoutuvat suodatettaessa aktiivihiileen ja sen huokosiin pintaan. Esimerkiksi aktiivihiilisuodattimet ovat erityisen tehokkaita poistaessaan pohjaveden torjunta-aineita, kuten atratsiinia ja glifosfaattia. Joissakin alueissa on käytettävissään enemmän torjunta-keinoja maatalouden saastumiseen, mikä tekee aktiivihiilistä yleisemmin käytettyä tällaisilla alueilla, kun taas tiheämmin asutuilla alueilla vesilähteet ovat huomattavan haavoittuvaisia.

Raskaiden metallien vähentäminen

Vaikka aktiivihiili tunnetaan ensisijaisesti orgaanisten materiaalien adsorbointikyvystään, sen käyttö joissain raskaiden metallien poistamisessa juomavedestä, erityisesti kun sitä on muokattu tai yhdistetty muihin materiaaleihin, on myös huomionarvoinen. Yksinkertainen aktiivihiili voi adsorboida lyijyä, kuparia ja jopa elohopeaa ioninvaihdon tai pinnan kompleksaatiomekanismien kautta, jolloin metalli-ionit muodostavat komplekseja aktiivihiilen pinnalla olevien toimivien ryhmien kanssa. Kemiallisesti enemmän modifioitu aktiivihiili (esimerkiksi rikki- tai rautayhdisteillä käsiteltyä aktiivihiiltä) on osoittautunut tehokkaammaksi raskaiden metallien adsorboinnissa, ja se on tehokas niiden poistamisessa. Käytettävissä vesisuodattimissa, joissa on lyijyä sisältävää vettä, aktiivihiiltä käytetään yhdessä muiden materiaalien (esimerkiksi ioninvaihtohartsien) kanssa, jotta lyijypitoisuudet saadaan laskettua EPA:n määräämiin sallittuihin rajojen sisälle.

Maku- ja hajun parantaminen

Aktiivihiili poistaa haitallisia epäpuhtauksia lisäksi, se parantaa juomaveden sensorista laatua poistamalla kelpo maun ja hajun. Tällaiset ongelmat voivat olla geosmiini ja 2-metyyli-2-borneolli (MIB), jotka tekevät vedestä maanläheisen ja homeen tuoksuisen, vaikka pitoisuudet olisivat hyvin pieniä. Aktiivihiilen makro- ja mesoporeinen rakenne adsorboi ja sitoo hajua aiheuttavat yhdisteet, jolloin vesi on miellyttävämpää. Tämä ominaisuus on houkutteleva sekä kunnallisten vesiliitosten että kotien vesisuodattimien valmistajille, koska maun ja hajun hyväksyttävyys ovat pääasialliset tekijät, jotka vaikuttavat vesiliitännän hyväksymiseen. Näin ollen vettä menetetään vähemmän takaisinkutsuihin ja pakattuun pullovesiin, vähentäen pulloveden ympäristövaikutuksia.

Yhteensopivuus muiden puhdistusmenetelmien kanssa

Aktiivihiili parantaa muiden teknologioiden suorituskykyä vedentuhdistuksessa. Sitä käytetään usein kunnallisten puhdistamoiden käsittelyprosessien, kuten koagulaation, flokulaation ja sedimentaation, jälkeen orgaanisten saasteiden ja kloorin poistamiseksi ennen kuin vesi ohjataan jakeluun. Käänteisosmoosin (RO) kotitalousjärjestelmissä aktiivihiilisuodattimet ovat käytössä RO-kalvojen edessä ja jälkeen. Esisuodattimet poistavat kloorin, joka on haitallinen kalvoille, sekä orgaanisia aineita, ja jälkisuodattimet poistavat joitain saasteita parantaen RO-vesin maun. UV-desinfioinnin yhteydessä aktiivihiili täydentää prosessia, sillä se poistaa orgaaniset aineet, jotka suojaavat mikro-organismeja UV-valolta. Tällainen monikäyttöisyys antaa aktiivihiilelle mahdollisuuden parantaa monivaiheisten puhdistusjärjestelmien tehokkuutta.

Eri puhdistussovelluksissa

Aktiivihiilen käyttömahdollisuudet juomaveden suodatusjärjestelmissä ovat moninaiset ja jokainen sovellus hyödyntää sen suodatusominaisuuksia. Rauta poistetaan tehokkaasti. Kunnallisten suodatusjärjestelmien yhteydessä kuumennettua granuloitua aktiivihiiltä käytetään suurissa suodattimissa, jotka keskittyvät kloorin ja muiden orgaanisten epäpuhtauksien poistamiseen GAC-järjestelmissä, joiden kautta käsitellään miljoonia galloneita vettä päivittäin. Kotitalousjärjestelmissä käytetään pölymäistä aktiivihiiltä vesiliitännän suodattimissa, kannussuodattimissa ja kaapiston alaisissa järjestelmissä, jotka kompensoivat GAC-järjestelmien haittapuolia ja tarjoavat käytännöllisen paikan päällisen suodatuksen. Kannettavat aktiivihiilisuodattimet, kuten vesipullot, ovat hyödyllisiä matkalla ja ulkoiluaktiviteeteissa. Ne poistavat vedestä epäpuhtauksia, joista vesi ei ole juomakelpoista. Lisäksi aktiivihiilitabletit ja pussia ovat helppoja ja käytännöllisiä suodatusmuotoja hätätilanteisiin, joissa turvallista juomavettä ei ole saatavilla.

Pitkän aikavälin tehokkuus ja huolto

Aktiivihiilen puhdistustulosten parantamiseksi sen huolto on erittäin tärkeää. Kun hiilen huokosiin on kertynyt epäpuhtauksia, sen adsorptiokyky heikkenee. Aktiivihiilisuodattimien toiminta riippuu vedentuesta, virtausnopeudesta ja epäpuhtauksien pitoisuudesta; kotitalouksien vesiliitännän suodattimia on yleensä vaihdettava kahden kuukauden ja kuuden kuukauden välein, kun taas kunnalliset GAC-suodattimet (Granular Activated Carbon) voivat kestää vuosia ennen kuin ne on regeneroitava tai vaihdettava. Uudelleen käytettävät GAC-järjestelmät, jotka ovat kustannustehokkaampia ja ympäristöystävällisempiä, käyttävät painavaa hiiltä, joka lämmitetään erittäin korkeaan lämpötilaan vapauttamaan hiilen huokosiin varastoituneet epäpuhtaudet. Säännöllinen huolto parantaa aktiivihiilisuodattimien tehokkuutta ja tuottaa korkealaatuista juomavettä.