Hoe actieve kool de zuiveringsresultaten van drinkwater verbetert

In moderne drinkwaterzuiveringssystemen valt geactiveerd koolstof op als een zeer effectieve cartouche voor het verwijderen van waterverontreinigingen. Het doorlatende structuur en de sterk ontwikkelde poreuze oppervlakte maken adsorptie van een breed scala aan waterkwaliteitsproblemen mogelijk, iets waar andere filtratiematerialen niet toe in staat zijn. Door gebruik van een koolstofcartouche in huishoudelijke waterfilters, draagbare zuiveringsapparaten of in gemeentelijke waterbehandelingsinstallaties, worden onaangename smaak en geur geëlimineerd en schadelijke chemicaliën in water sterk verminderd, zonder dat essentiële mineralen worden verwijderd. In dit artikel wordt uitgebreid uitgelegd hoe geactiveerd koolstof de algehele waterkwaliteit en -veiligheid verbetert.

Unieke poreuze structuur en adsorptiemechanisme

Het geheim van het vermogen van actieve kool om stoffen te filteren of te zuiveren, komt voort uit de structuur die wordt gevormd tijdens het activeringsproces, bestaande uit vele kleine gaatjes die poriën worden genoemd. Deze gaatjes worden gevormd door gebruik van hitte of chemicaliën, waardoor het oppervlak van de kool sterk wordt vergroot. Een enkele gram actieve kool kan een oppervlakte hebben van een voetbalveld. Actieve kool heeft poriën die variëren van micro tot macroporiën en die goed in staat zijn verschillende verontreinigingen vast te houden vanwege het enorme oppervlak. Tijdens het adsorptieproces dat actieve kool ondergaat, komt een watermolecuul in contact met de kool en dringt het het oppervlak van de kool binnen. De verontreinigingen, georganiseerde verbindingen en vele chemicaliën in het water worden geabsorbeerd of aangetrokken naar het oppervlak van de kool. De hechting aan het kooloppervlak gebeurt door Van Der Waals-krachten die werken op een afstand van 0,2 tot 0,5 nm. Dit zijn zwakke krachten die verantwoordelijk zijn voor de binding van verontreinigingen zoals pesticiden, chloor en vluchtige organische stoffen (VOS'en) aan de kool. Het proces van fysische adsorptie verandert het water niet chemisch en voegt ook geen verontreinigingen toe, in tegenstelling tot andere chemische processen.

Verwijdering van chloor en chloorverbindingen

Verwijdering van chloor en bijproducten. Er zijn verschillende organisaties, waaronder gemeentelijke waterzuiveringsinstallaties, die water desinfecteren met chloor. Dit heeft zeker voordelen, maar er kunnen ook enkele nadelen optreden. Met chloor gedesinfecteerd water heeft vaak een bijzondere geur en smaak. Chloor kan ook reacties aangaan met organische stoffen en daarbij ontstaan er zogenaamde desinfectiebijproducten, die gevaarlijk zijn, vooral wanneer ze worden ingenomen. Voorbeelden hiervan zijn trihalomethaan en haloazijnzuren. Dit zijn gezondheidsrisico's op lange termijn waaraan veel mensen denken. Het verwijderen van vrij chloor en schadelijke desinfectiebijproducten vermindert de gezondheidsrisico's. Dit voorkomt ook de onaangename geur en smaak in de mond.

Een voorbeeld hiervan is een watertap die speciaal is ontworpen voor huishoudelijk gebruik. Deze systemen bevatten chloorcartridges die het chloor absorberen en zo water leveren dat veel gezonder is voor consumptie.

Eliminatie van Organische Verontreinigingen en Pesticiden

Onder vele stoffen die in drinkwater kunnen voorkomen, zoals pesticiden, herbiciden, oplosmiddelen en zelfs resterende medicijnen, heeft actieve kool geen probleem met het verwijderen van al deze stoffen. Meestal zijn deze waterbronnen het resultaat van residuen uit de landbouw, industrieën en de zorgeloze afvalverwijdering. Omdat de betreffende verbindingen organisch zijn, worden ze tijdens het filteren aangetrokken en binden ze zich aan de actieve kool en zijn poreuze oppervlak. Bijvoorbeeld, filters met actieve kool worden merkwaardig effectief wanneer ze grondwaterpesticiden zoals atrazine en glyphosate verwijderen. Andere regio's zijn beter uitgerust met maatregelen tegen landbouwvervuiling, waardoor actieve kool in zulke gebieden vaker voorkomt, aangezien andere regio's dichter bevolkt zijn en hun waterbronnen vrij kwetsbaar zijn.

Vermindering van zware metalen

Hoewel actieve kool vooral bekend staat om zijn vermogen om organische stoffen te adsorberen, is het gebruik ervan voor de verwijdering van bepaalde zware metalen uit drinkwater, met name wanneer de kool is aangepast of gecombineerd met andere materialen, ook noemenswaardig. Eenvoudige actieve kool kan lood, koper en zelfs kwik adsorberen via ionenuitwisselings- of oppervlaktecomplexatie-mechanismen, waarbij de metalen ionen complexen vormen met actieve functionele groepen op het oppervlak van de kool. Meer chemisch gemaakte actieve kool (bijvoorbeeld actieve kool die is behandeld met chemische verbindingen zoals zwavel of ijzer), die is aangetoond dat deze zware metalen gemakkelijker adsorbeert, is efficiënter in verwijdering. In draagbare waterfilters voor loodverontreinigd water wordt actieve kool gebruikt in combinatie met andere materialen (bijvoorbeeld ionenuitwisselharsen) om de loodconcentraties tot aanvaardbare limieten te brengen zoals voorgeschreven door de EPA.

Verbetering van smaak en geur

Naast het verwijderen van schadelijke verontreinigingen verbetert actieve kool de sensorische kwaliteit van drinkwater door het verwijderen van onaangename smaak en geur. Dergelijke problemen kunnen geosmin en 2-methylisoborneol (MIB) zijn, die het water een aardse en muf ruikende eigenschap geven, zelfs in zeer kleine hoeveelheden. Dankzij de macroporeuze en mesoporeuze structuur van de actieve kool worden de onaangename geurcomponenten geabsorbeerd en vastgehouden, wat resulteert in veel aangenamer smaakwater. Dit kenmerk is een aantrekkingskracht voor zowel gemeentelijke waterleveranciers als fabrikanten van waterfilters voor de huishouding, aangezien smaak en geur de belangrijkste bepalende factoren zijn voor de acceptatie van kraanwater. Zij verliezen minder water door terugroepingen en zijn minder afhankelijk van verpakt fleswater, waardoor de milieugevolgen van flesjes water verminderen.

Compatibiliteit met andere zuiveringsmethoden

Actieve kool verhoogt de prestaties van andere technologieën die worden gebruikt om water te zuiveren. Het wordt vaak gebruikt in gemeentelijke zuiveringsinstallaties na de processen van coagulatie, floculatie en bezinking om organische verontreinigingen en chloor te verwijderen voordat het water wordt gedistribueerd. In huishoudelijke omgekeerde osmose (RO)-systemen worden actieve koolfilters gebruikt vóór en na de RO-membranen. Pre-filters verwijderen chloor, dat schadelijk is voor de membranen, en organisch materiaal, terwijl post-filters sommige verontreinigingen verwijderen om de smaak van het RO-water te verbeteren. UV-desinfectiesystemen worden aangevuld met actieve kool, omdat het organische bestanddelen elimineert die micro-organismen beschermen tegen het UV-licht dat wordt gebruikt voor desinfectie. Deze veelzijdigheid geeft actieve kool het vermogen om de effectiviteit van meervoudige zuiveringsystemen te verbeteren.

Toepassingen in verschillende zuiveringsomgevingen

De toepassingen van actieve kool in drinkwaterfiltersystemen zijn talrijk en elk systeem maakt gebruik van de voordelen van filtratie voor ijzerverwijdering. In gemeentelijke filtersystemen wordt verhit granulaat van actieve kool in grote filters gebruikt, gericht op het verwijderen van chloor en andere organische verontreinigingen in GAC-systemen, waarbij miljoenen gallons per dag worden verwerkt. In huishoudelijke systemen wordt gepoederde actieve kool gebruikt in kraanfilters, kanzelfilters en onder-goedkeuken-systemen, waarmee de nadelen van GAC-systemen worden gecompenseerd en er een handige point-of-use filtratie wordt geboden. Draagbare filters van actieve kool, zoals waterflessen, zijn handig bij reizen en activiteiten in de buitenlucht. Zij verwijderen verontreinigingen uit water dat ongeschikt is voor consumptie. Daarnaast zijn tabletten en zakjes met actieve kool eenvoudige en handige vormen van filtratie voor noodsituaties waarin veilig drinkwater niet beschikbaar is.

Langetermijndoelmatigheid en onderhoud

Om te zorgen dat actieve kool de zuiveringsresultaten verbetert, is juiste onderhoud cruciaal. De adsorptiecapaciteit neemt af wanneer de koolporiën vol zitten met verontreinigingen. Actieve koolfilters zijn afhankelijk van waterkwaliteit, stroomsnelheid en concentratie van verontreinigingen; huishoudelijke kraanfilters moeten doorgaans elke twee tot zes maanden worden vervangen, terwijl stedelijke GAC-filters jarenlang kunnen meegaan alvorens regeneratie of vervanging nodig is. Herlaadbare GAC-systemen, die kostenefficiënter en milieuvriendelijker zijn, gebruiken zware kool, die wordt verhit tot zeer hoge temperaturen om de verontreinigingen vrij te geven die de koolporiën vasthouden. Gepland onderhoud verhoogt de effectiviteit van actieve koolfilters en levert kwalitatief hoogwaardig drinkwater op.