Hvordan aktivert kull forbedrer resultatene ved rensing av drikkevann

I dagens systemer for rensing av drikkevann stikker aktivert kull ut som en svært effektiv patron for fjerning av forurensninger i vann. Det gjennomtrengelige rammeverket og den svært utviklede porøse overflaten gjør det mulig å adsorbere et bredt utvalg av utfordringer knyttet til vannkvalitet, noe som går utover det andre filtreringsmedier ikke klarer å oppnå. Ved å bruke en kullpatron som en del av et husholdningsvannfilter, i bærbare rensningsenheter eller i kommunale behandlingsanlegg fjerner aktivert kull dårlig smak og lukt og reduserer betydelig andre skadelige kjemikalier i vannet, uten å tømme vannet for nødvendige mineraler. Denne artikkelen beskriver hvordan aktivert kull forbedrer den generelle vannkvaliteten og sikkerheten.

Unik porøs struktur og adsorpsjonsmekanisme

Hemmeligheten bak aktivkulls evne til å filtrere eller rense stoffer ligger i strukturen som dannes under aktiveringsprosessen, som består av mange små hull kalt porer. Disse hullene dannes som et resultat av bruk av enten varme eller kjemikalier, noe som betraktelig utvider det indre overflatearealet. Ett gram aktive kull kan ha et overflateareal på omtrent en fotballbane. Aktivkull har porer som varierer fra mikro- til makroporer, og som er effektive til å fange ulike forurensninger på grunn av det store overflatearealet. I prosessen med adsorpsjon, som aktive kull gjennomgår, kommer et vannmolekyl i kontakt med karbonet og kommer gjennom karbonets overflate. Forurensningene, organiserte forbindelser og mange kjemikalier i vannet blir absorbert eller tiltrukket til karbonets overflate. Adhesjon til karbonoverflaten skjer på grunn av Van der Waals-krfter som virker i et avstand mellom 0,2 og 0,5 nm. Dette er svake krefter som er ansvarlige for bindingen av forurensninger som pesticider, klor og flyktige organiske forbindelser (VOCs) til karbonet. Prosessen med fysisk adsorpsjon endrer ikke vannet kjemisk, og den tilfører heller ikke forurensninger, i motsetning til andre kjemiske prosesser.

Fjerning av klor og klorforbindelser

Fjerning av klor og dets biprodukter. Det finnes ulike organisasjoner, inkludert kommunale vannverk, som desinfiserer vann ved hjelp av klor. Dette har visse fordeler, men det kan også medføre noen ulemper. Vann som er desinfisert med klor har ofte en bestemt lukt og smak. Når klor kommer i kontakt med organiske stoffer, dannes det også desinfeksjonsbiprodukter som er farlige, spesielt ved inntak. Dette inkluderer trihalometaner og haloeddiksyrer. Disse stoffene medfører helserisiko ved langvarig forbruk, noe mange forbinder med. Ved å fjerne fritt klor og desinfeksjonsbiprodukter som er skadelige for mennesker, reduseres helserisikoen. Dette fører til at man unngår ubehagelige lukt- og smakfornivelser.

Et godt eksempel på det ovennevnte er en vannkran som er spesielt designet for husholdninger. Disse anleggene har klorfjerningspatroner som fjerner kloret og gir vann som er mye sunnere å drikke.

Fjerning av organiske forurensninger og pesticider

Blant mange stoffer som kan finnes i drikkevann, har aktivert karbon ikke noe problem med å fjerne pesticider, herbicider, løsemidler og til og med rester av medisiner. De fleste ganger skyldes disse vannkildene rester fra jordbruk, industri og uaktsom avhending av avfall. Siden de aktuelle forbindelsene er organiske, blir de tiltrukket og binder seg under filtreringen til aktivert karbon og dets porøse overflate. For eksempel blir karbonfilter svært effektive når de fjerner jordvannspesticider som atrazin og glyfosfat. Andre områder er utstyrt med flere mottiltak mot jordbrukets forurensning, noe som gjør at aktivert karbon brukes mer utstrakt i slike områder, mens andre områder er tettere befolkede og deres vannkilder er ganske sårbare.

Reduksjon av tungmetaller

Selv om aktivert kull i første rekke er kjent for sin evne til å adsorbere organiske materialer, er bruken av aktivert kull også bemerkelsesverdig i fjerning av visse tunge metaller fra drikkevann, spesielt når det er modifisert eller kombinert med andre materialer. Enkelt aktivert kull kan adsorbere bly, kobber og til og med kvikksølv gjennom ionebytte- eller overflatekompleksasjonsmekanismer der metallionene danner komplekser med aktive funksjonsgrupper på karbons overflate. Mer kjemisk modifisert aktivert kull (for eksempel aktivert kull behandlet med kjemikalier som svovel eller jern) som har vist seg å adsorbere tungmetaller lettere, er mer effektiv i fjerningen. I bærbare vannfilter til blyforurenset vann blir aktivert kull brukt i kombinasjon med andre materialer (for eksempel ionebytterhars) for å redusere blykonsentrasjonen til akseptable grenser som foreskrevet av EPA.

Forbedring av smak og lukt

I tillegg til å fjerne skadelige forurensninger, forbedrer aktivert kull den sensoriske kvaliteten til drikkevann ved å fjerne dårlig smak og lukt. Slike problemer kan være geosmin og 2-metylisoborneol (MIB) som gjør vannet jordete og muggent lukkende, selv i svært små mengder. Aktivert kulls makro- og mesopore-struktur adsorberer og holder de dårlige lukkende forbindelsene, noe som resulterer i mye mer behagelig vann. Dette trekket fungerer som en attraksjon både for kommunale vannleverandører og produsenter av hjemmefiltre, siden smak og lukt er de viktigste faktorene for aksept av springvann. De mister mindre vann til tilbakekallinger og har mindre avhengighet av emballert flaskevann, og unngår dermed flaskevanns miljøkonsekvenser.

Kompatibilitet med andre rensningsmetoder

Aktivert karbon forbedrer ytelsen til andre teknologier som brukes til å rengjøre vann. Det brukes ofte i kommunale oppbehandlingsanlegg etter prosessene koagulering, flokulering og sedimentering for å fjerne organiske forurensninger og klor før vannet distribueres. I omvendt osmose (RO) husholdningssystemer, brukes filtre av aktivert karbon før og etter RO-membranene. Pre-filter fjerner klor, som er skadelig for membranene, og organiske stoffer, og post-filter fjerner noen forurensninger for å forbedre smaken av RO-vannet. UV-desinfeksjonssystemer er supplert av aktivert karbon fordi det fjerner organiske komponenter som beskytter mikroorganismer mot UV-lyset som brukes til desinfeksjon. En slik mangfoldighet gir aktivert karbon evnen til å forbedre effektiviteten til rensesystemer med flere trinn.

Anvendelser i ulike rensesystemer

Bruken av aktivert kull i drikkevannsfiltreringssystemer er mangfoldig, og hvert miljø utnytter dets fortrinnelige filtreringsegenskaper. I kommunale filtreringssystemer benyttes oppvarmet granulert aktivert kull (GAC) i store filtre som er rettet mot fjerning av klor og andre organiske forurensninger i GAC-systemer, og som behandler millioner av gallon vann daglig. I husholdningsystemer brukes pulverisert aktivert kull i kranefilter, vannkannefilter og under-sink systemer, noe som kompenserer for GACs ulemper og tilbyr praktisk filtrering ved brukspunktet. Bærbare filtre med aktivert kull, som f.eks. vannflasker, er fordelaktige under reiser og utendørsaktiviteter. De fjerner forurensninger i vann som ikke egner seg til drikke. I tillegg er tabletter og sekker med aktivert kull enkel og praktisk filtrering i nødsituasjoner der sikkert drikkevann ikke er tilgjengelig.

Langsiktig effektivitet og vedlikehold

For at aktivert kull skal forbedre rensningsresultatene, er riktig vedlikehold avgjørende. Adsorpsjonskapasiteten reduseres når kullporene er fylt opp med forurensninger. Aktivert kullfiltrering avhenger av vannkvalitet, strømningshastighet og konsentrasjon av forurensninger; husholdningsfilter til kraner må vanligvis byttes ut hver andre til sjette måned, mens kommunale GAC-filter (granulert aktivert kull) kan vare i flere år før de trenger regenerering eller utskifting. Gjenoppladbare GAC-systemer som er mer kostnadseffektive og miljøvennlige, bruker tungt kull, som varmes opp til svært høye temperaturer for å frigjøre forurensningene som kullen inneholder. Planlagt vedlikehold øker effektiviteten til aktiverte kullfilter og gir drikkevann av høy kvalitet.