Come il Carbone Attivo Migliora i Risultati di Purificazione dell'Acqua Potabile

Nei moderni sistemi di purificazione dell'acqua potabile, il carbone attivo si distingue come un efficace filtro per la rimozione di contaminanti dall'acqua. La struttura permeabile e la superficie porosa altamente sviluppata permettono l'adsorbimento di una vasta gamma di sostanze inquinanti, andando oltre quanto realizzabile con altri mezzi di filtrazione. Utilizzando un filtro a carboni attivi all'interno di filtri domestici per l'acqua, in dispositivi di purificazione portatili o in impianti di trattamento municipali, il carbone attivo elimina cattivi sapori e odori, riducendo significativamente altre sostanze chimiche dannose nell'acqua, senza impoverire il contenuto essenziale di minerali. Questo articolo illustra come il carbone attivo migliori la qualità e la sicurezza complessiva dell'acqua.

Struttura Porosa Unica e Meccanismo di Adsorbimento

Il segreto dell'abilità del carbone attivo di filtrare o purificare sostanze risiede nella struttura formata durante il processo di attivazione, che è composta da molti piccoli fori chiamati pori. Questi fori si formano a causa dell'utilizzo di calore o di sostanze chimiche che espandono enormemente la sua superficie interna. Un singolo grammo di carbone attivo può avere una superficie pari a quella di un campo da calcio. Il carbone attivo presenta pori di dimensioni comprese tra micro e macropori, che sono in grado di catturare diverse sostanze inquinanti grazie alla vasta superficie. Nel processo di adsorbimento che il carbone attivo subisce, una molecola d'acqua entra in contatto con il carbonio e passa attraverso la superficie del carbone. Le impurità, le sostanze organizzate e molte sostanze chimiche presenti nell'acqua vengono assorbite o attratte verso la superficie del carbone. L'adesione alla superficie del carbone avviene a causa delle forze di Van Der Waals, che agiscono in una distanza compresa tra 0,2 e 0,5 nm. Si tratta di forze deboli che sono responsabili del legame di contaminanti come pesticidi, cloro e composti organici volatili (COV) con il carbone. Il processo di adsorbimento fisico non altera chimicamente l'acqua né aggiunge contaminanti, a differenza di altri processi chimici.

Rimozione del Cloro e dei Sottoprodotti della Clorazione

Rimozione del Cloro e dei Sui Sottoprodotti. Esistono diverse organizzazioni, tra cui impianti municipali di trattamento dell'acqua, che disinfettano l'acqua utilizzando il Cloro. Questo metodo presenta alcuni vantaggi, ma anche alcuni svantaggi. L'acqua disinfettata con cloro è associata a certi odori e può avere un sapore insolito. Il cloro, in presenza di sostanze organiche, genera dei sottoprodotti della disinfezione che sono pericolosi, in particolare se ingeriti. Questi includono i Trialometani e gli Acidi Aloacetici. Si tratta di rischi per la salute a lungo termine che molte persone associano a questa pratica. Ridurre l'assorbimento del cloro libero e dei sottoprodotti dannosi diminuisce i rischi per la salute. Questo contribuisce inoltre a prevenire la sensazione di odori sgradevoli e sapori indesiderati in bocca.

Un esempio eccellente di quanto detto sopra è un rubinetto per l'acqua progettato appositamente per uso domestico. Questi dispositivi sono dotati di cartucce al cloro che lo assorbono, producendo un'acqua molto più salubre da bere e anche.

Eliminazione di contaminanti organici e pesticidi

Tra le numerose sostanze che possono essere presenti nell'acqua potabile, il carbone attivo non ha problemi a rimuoverle tutte, tra cui pesticidi, erbicidi, solventi e persino farmaci residui. Nella maggior parte dei casi, queste fonti d'acqua sono il risultato di residui provenienti dall'agricoltura, dall'industria e dallo smaltimento negligente dei rifiuti. Poiché i composti in questione sono organici, essi vengono attratti e si legano durante la filtrazione al carbone attivo e alla sua superficie porosa. Ad esempio, i filtri a carbone attivo diventano notevolmente efficaci nel rimuovere i pesticidi presenti nelle acque sotterranee, come l'atrazina e il glifosato. Altre regioni sono dotate di ulteriori misure di contrasto all'inquinamento agricolo, facendo sì che il carbone attivo sia più diffuso in quelle aree, rispetto ad altre regioni più densamente popolate, dove le fonti d'acqua sono molto vulnerabili.

Riduzione dei metalli pesanti

Sebbene sia principalmente conosciuto per la sua capacità di adsorbire materiali organici, l'utilizzo del carbone attivo nella rimozione di alcuni metalli pesanti dall'acqua potabile, specialmente quando modificato o combinato con altri materiali, è altresì notevole. Il carbone attivo semplice può adsorbire piombo, rame e persino mercurio attraverso meccanismi di scambio ionico o complessazione superficiale, in cui gli ioni metallici formano complessi con gruppi funzionali attivi sulla superficie del carbone. Carbone attivo modificato chimicamente (ad esempio, carbone attivo trattato con composti chimici come zolfo o ferro), che è stato dimostrato essere più efficiente nell'adsorbire metalli pesanti, è più efficace nella rimozione. Nei filtri d'acqua portatili per acqua contaminata da piombo, il carbone attivo viene utilizzato in combinazione con altri materiali (ad esempio, resine a scambio ionico) per ridurre le concentrazioni di piombo fino ai limiti accettabili stabiliti dall'EPA.

Miglioramento del Gusto e dell'Odore

Oltre a rimuovere contaminanti dannosi, il carbonio attivo migliora la qualità sensoriale dell'acqua potabile eliminando cattivi odori e sapori. Questi problemi possono essere causati da sostanze come il geosmolo e il 2-metilisoborneolo (MIB) che rendono l'acqua con un odore terroso e muffoso, anche in quantità molto piccole. La struttura macro- e mesoporosa del carbonio attivo adsorbe e trattiene i composti responsabili degli odori sgradevoli, producendo un'acqua molto più piacevole. Questa caratteristica rappresenta un vantaggio sia per i fornitori municipali di acqua che per i produttori di filtri domestici, poiché il sapore e l'odore sono i principali fattori che determinano l'accettabilità dell'acqua del rubinetto. Si registra così una minore richiesta di ritiro dell'acqua e una ridotta dipendenza dall'acqua in bottiglia, diminuendo così l'impatto ambientale associato alle bottiglie di plastica.

Compatibilità con altri metodi di purificazione

Il carbonio attivo migliora le prestazioni di altre tecnologie utilizzate per purificare l'acqua. È spesso usato nelle strutture di trattamento municipali dopo i processi di coagulazione, flocculazione e sedimentazione per rimuovere contaminanti organici e cloro prima che l'acqua venga distribuita. Nei sistemi domestici a osmosi inversa (RO), i filtri al carbonio attivo vengono utilizzati prima e dopo le membrane RO. I prefiltri eliminano il cloro, che è dannoso per le membrane, e la materia organica, mentre i postfiltri rimuovono alcuni contaminanti per migliorare il sapore dell'acqua trattata con RO. I sistemi di disinfezione a ultravioletti (UV) sono completati dal carbonio attivo perché elimina i componenti organici che proteggono i microrganismi dalla luce UV utilizzata per la disinfezione. Questa versatilità consente al carbonio attivo di migliorare l'efficacia dei sistemi di purificazione a più stadi.

Applicazioni in diversi contesti di purificazione

I utilizzi del carbone attivo nei sistemi di filtraggio dell'acqua potabile sono numerosi e ogni contesto sfrutta al meglio le sue qualità filtranti. Nei sistemi di filtraggio municipali, il carbone attivo granulare riscaldato viene inserito in grandi filtri che si concentrano sulla rimozione del cloro e di altri contaminanti organici nei sistemi a GAC (Granular Activated Carbon), trattando milioni di galloni di acqua al giorno. Nei sistemi domestici, il carbone attivo in polvere viene utilizzato nei filtri per il rubinetto, nei filtri a caraffa e nei sistemi sotto il lavello, compensando gli svantaggi del GAC e offrendo una filtrazione conveniente direttamente al punto di utilizzo. I filtri portatili con carbone attivo, come le bottiglie per l'acqua, sono vantaggiosi durante viaggi e attività all'aperto. Essi rimuovono contaminanti presenti nell'acqua non adatta al consumo umano. Inoltre, le tavolette e le bustine di carbone attivo rappresentano soluzioni di filtraggio semplici e pratiche da utilizzare in situazioni di emergenza in cui non è disponibile acqua potabile.

Efficienza a lungo termine e manutenzione

Per migliorare i risultati di purificazione grazie all'uso del carbone attivo, è fondamentale effettuare una corretta manutenzione. La capacità di adsorbimento diminuisce quando i pori del carbone si saturano di contaminanti. L'efficacia dei filtri a carbone attivo dipende da fattori come la qualità dell'acqua, la velocità del flusso e la concentrazione dei contaminanti; i filtri per rubinetto domestici devono generalmente essere sostituiti ogni due-sei mesi, mentre i filtri GAC (granular Activated Carbon) utilizzati nei sistemi comunali possono durare anni prima di richiedere rigenerazione o sostituzione. I sistemi GAC rigenerabili, più economici e rispettosi dell'ambiente, utilizzano carbone pesante che viene riscaldato a temperature estremamente elevate per liberare i pori dai contaminanti intrappolati. Una manutenzione programmata aumenta l'efficacia dei filtri a carbone attivo, producendo acqua potabile di alta qualità.