Cara Karbon Aktif Meningkatkan Hasil Pengolahan Air Minum

Dalam sistem pemurnian air minum saat ini, karbon aktif menonjol sebagai kartrid penghilang kontaminan air yang sangat efektif. Kerangka berpori dan permukaan yang sangat berkembang memungkinkan adsorpsi berbagai tantangan kemurnian air, melampaui apa yang tidak dapat dilakukan oleh media filtrasi lainnya. Menggunakan kartrid karbon sebagai bagian dari filter air rumah tangga, dalam perangkat pemurnian portabel, atau di pabrik pengolahan air kota, karbon aktif menghilangkan rasa dan bau tidak enak, serta secara signifikan mengurangi bahan kimia berbahaya lainnya dalam air, tanpa mengurangi kandungan mineral esensial. Artikel ini menjelaskan bagaimana karbon aktif meningkatkan kualitas dan keamanan air secara keseluruhan.

Struktur Berpori Unik dan Mekanisme Adsorpsi

Rahasia kemampuan karbon aktif dalam menyaring atau memurnikan zat berasal dari struktur yang terbentuk selama proses aktivasi yang terdiri dari banyak lubang kecil yang disebut pori. Lubang-lubang ini terbentuk akibat penggunaan panas atau bahan kimia yang sangat memperluas luas permukaan internalnya. Satu gram karbon aktif dapat memiliki luas permukaan sekitar lapangan sepak bola. Karbon aktif memiliki pori yang berkisar dari mikropori hingga makropori yang mampu menangkap berbagai kontaminan berkat luas permukaan yang sangat besar. Dalam proses adsorpsi yang dialami karbon aktif, molekul air datang ke permukaan karbon dan melewati permukaan tersebut. Zat-zat pengotor, senyawa terorganisir, dan banyak bahan kimia dalam air terserap atau tertarik ke permukaan karbon. Pelekatan pada permukaan karbon terjadi karena gaya Van Der Waals yang bekerja pada jarak antara 0,2 hingga 0,5 nm. Gaya-gaya ini merupakan gaya lemah yang bertanggung jawab atas ikatan kontaminan seperti pestisida, klorin, dan senyawa organik volatil (VOCs) dengan karbon. Proses adsorpsi fisik ini tidak mengubah secara kimiawi kualitas air dan juga tidak menambahkan kontaminan seperti halnya proses kimia lainnya.

Penghilangan Klorin dan Senyawa Turunan Klorinasi

Menghilangkan Klorin dan Senyawa Turunannya. Terdapat berbagai organisasi termasuk instalasi pengolahan air kota yang menggunakan Klorin untuk mendisinfeksi air. Hal ini memang memiliki beberapa keuntungan, tetapi juga menimbulkan beberapa kekurangan. Air yang didisinfeksi dengan Klorin memiliki bau tertentu dan juga dapat memberikan rasa yang tidak biasa. Klorin yang bereaksi dengan zat organik juga menghasilkan senyawa yang disebut produk samping disinfeksi yang berbahaya, terutama jika dikonsumsi. Senyawa tersebut termasuk Trihalometana dan Asam Haloasetat. Senyawa ini merupakan risiko jangka panjang terhadap kesehatan yang sering dikaitkan oleh banyak orang. Menyerap klorin bebas dan produk samping disinfeksi yang berbahaya bagi manusia dapat mengurangi risiko kesehatan. Hal ini pada akhirnya mencegah timbulnya bau tidak sedap dan rasa yang tidak diinginkan di mulut.

Contoh utama dari hal di atas adalah keran air yang dirancang khusus untuk rumah tangga. Alat ini memiliki Kartrid Klorin yang menyerap klorin tersebut dan menghasilkan air yang jauh lebih sehat untuk diminum.

Penghilangan Kontaminan Organik dan Pestisida

Dari banyak zat yang mungkin ditemukan dalam air minum, seperti pestisida, herbisida, pelarut, dan bahkan sisa obat-obatan, karbon aktif tidak mengalami kesulitan dalam menghilangkan semuanya. Sebagian besar, sumber air seperti ini merupakan hasil residu dari pertanian, industri, dan pembuangan limbah yang tidak bertanggung jawab. Karena senyawa yang dimaksud adalah senyawa organik, senyawa tersebut tertarik dan terikat selama proses filtrasi oleh karbon aktif dan permukaan berporinya. Sebagai contoh, filter karbon aktif menjadi sangat efektif dalam menghilangkan pestisida dari air tanah seperti atrazine dan glyphosate. Wilayah lain dilengkapi dengan lebih banyak langkah antisipasi terhadap pencemaran pertanian, sehingga membuat penggunaan karbon aktif lebih luas di daerah tersebut, sementara wilayah lain yang lebih padat penduduknya membuat sumber airnya cukup rentan.

Pengurangan Logam Berat

Meskipun pada umumnya dikenal karena kemampuannya dalam mengadsorpsi bahan organik, penggunaan karbon aktif dalam menghilangkan beberapa logam berat dari air minum, terutama ketika dimodifikasi atau dikombinasikan dengan bahan lain, juga cukup signifikan. Karbon aktif sederhana dapat mengadsorpsi timbal, tembaga, dan bahkan merkuri melalui mekanisme pertukaran ion atau kompleksasi permukaan di mana ion logam membentuk kompleks dengan gugus fungsi aktif pada permukaan karbon. Karbon aktif yang lebih dimodifikasi secara kimiawi (misalnya, karbon aktif yang diberi perlakuan senyawa kimia seperti belerang atau besi) ternyata lebih efektif dalam mengadsorpsi logam berat. Dalam filter air portabel untuk air yang terkontaminasi timbal, karbon aktif digunakan bersama dengan bahan lain (misalnya, resin pertukaran ion) untuk menurunkan konsentrasi timbal hingga batas yang dapat diterima menurut standar yang ditetapkan oleh EPA.

Peningkatan Rasa dan Bau

Selain menghilangkan kontaminan berbahaya, karbon aktif meningkatkan kualitas sensorik air minum dengan menghilangkan rasa dan bau tidak enak. Masalah seperti ini bisa disebabkan oleh geosmin dan 2-metilisoborneol (MIB) yang membuat air berbau tanah dan apek, bahkan dalam jumlah sangat kecil. Struktur makro- dan mesopori karbon aktif mengadsorpsi serta menahan senyawa penyebab bau tidak menyenangkan tersebut, menghasilkan air yang jauh lebih menyenangkan. Sifat ini menjadi daya tarik bagi produsen air minum municipal maupun produsen filter air rumah tangga, karena rasa dan bau merupakan faktor utama penentu keterimaan masyarakat terhadap air keran. Mereka mengalami kehilangan air yang lebih sedikit akibat pengembalian produk dan ketergantungan yang lebih rendah terhadap air minum dalam kemasan, sehingga mengurangi dampak lingkungan dari penggunaan air kemasan plastik.

Kompatibilitas dengan Metode Purifikasi Lainnya

Karbon aktif meningkatkan kinerja teknologi lain yang digunakan untuk memurnikan air. Karbon aktif sering digunakan di pabrik pengolahan air minum setelah proses koagulasi, flokulasi, dan sedimentasi untuk menghilangkan kontaminan organik dan klorin sebelum air didistribusikan. Dalam sistem rumah tangga reverse osmosis (RO), filter karbon aktif digunakan sebelum dan sesudah membran RO. Pre-filter menghilangkan klorin yang berbahaya bagi membran dan materi organik, sedangkan post-filter menghilangkan beberapa kontaminan untuk meningkatkan rasa air RO. Sistem disinfeksi UV dilengkapi oleh karbon aktif karena karbon aktif menghilangkan komponen organik yang melindungi mikroorganisme dari cahaya UV yang digunakan untuk disinfeksi. Versatilitas seperti ini memberikan karbon aktif kemampuan untuk meningkatkan efektivitas sistem pemurnian bertingkat.

Aplikasi dalam Berbagai Pengaturan Pemurnian

Penggunaan karbon aktif dalam sistem filtrasi air minum sangat beragam dan setiap pengaturan memanfaatkan keunggulan filtrasi karbon aktif tersebut. Pada sistem filtrasi municipal, karbon aktif granular yang dipanaskan ditempatkan dalam filter besar yang berfokus pada penghilangan klorin dan kontaminan organik lainnya dalam sistem GAC, memproses jutaan galon air setiap hari. Dalam sistem rumah tangga, karbon aktif dalam bentuk bubuk digunakan dalam filter keran, filter teko, dan sistem di bawah wastafel, mengatasi kelemahan GAC serta menawarkan filtrasi yang praktis pada titik penggunaan. Filter karbon aktif portabel, seperti botol air, sangat bermanfaat saat bepergian dan melakukan aktivitas luar ruangan. Mereka mampu menghilangkan kontaminan dalam air yang tidak layak minum. Selain itu, tablet dan sachet karbon aktif merupakan bentuk filtrasi yang mudah dan praktis untuk situasi darurat ketika air minum aman tidak tersedia.

Efektivitas Jangka Panjang dan Pemeliharaan

Agar karbon aktif dapat meningkatkan hasil pemurnian, perawatan yang tepat sangatlah penting. Kapasitas adsorpsi berkurang ketika pori-pori karbon dipenuhi kontaminan. Faktor-faktor seperti kualitas air, laju aliran, dan konsentrasi kontaminan mempengaruhi kinerja filter karbon aktif; filter keran rumah tangga umumnya harus diganti setiap dua hingga enam bulan, sedangkan filter GAC (Granular Activated Carbon) di fasilitas pengolahan air kota dapat bertahan selama beberapa tahun sebelum memerlukan regenerasi atau penggantian. Sistem GAC yang dapat diisi ulang, yang lebih ekonomis dan ramah lingkungan, menggunakan karbon berat yang dipanaskan pada suhu sangat tinggi untuk melepaskan kontaminan yang tersimpan dalam pori-pori karbon. Jadwal perawatan rutin meningkatkan efikasi filter karbon aktif, menghasilkan air minum berkualitas tinggi.