Como o Carvão Ativado Melhora os Resultados da Purificação de Água Potável

Nos atuais sistemas de purificação da água para consumo, o carvão ativado destaca-se como um cartucho altamente eficaz na remoção de contaminantes da água. A estrutura permeável e a superfície porosa altamente desenvolvida permitem a adsorção de uma ampla gama de impurezas na água, indo além do que outros meios de filtração são capazes de fazer. Utilizando um cartucho de carvão como parte de um filtro doméstico para água, em dispositivos portáteis de purificação ou em estações de tratamento municipal, o carvão ativado elimina o sabor e o odor desagradáveis e reduz significativamente outros produtos químicos nocivos na água, sem esgotar o conteúdo de minerais essenciais. Este artigo detalha como o carvão ativado melhora a qualidade e a segurança da água em geral.

Estrutura Porosa Única e Mecanismo de Adsorção

O segredo da capacidade do carvão ativado em filtrar ou purificar substâncias está na estrutura formada durante o processo de ativação, composta por muitos pequenos orifícios chamados poros. Esses orifícios são criados devido ao uso de calor ou produtos químicos, o que amplia consideravelmente a área de sua superfície interna. Um único grama de carvão ativado pode ter uma área de superfície equivalente à de um campo de futebol. O carvão ativado possui poros que variam de micro a macroporos, sendo eficazes na captação de diferentes contaminantes graças à enorme área superficial. No processo de adsorção pelo qual o carvão ativado passa, uma molécula de água entra em contato com o carbono e adere à sua superfície. As impurezas, compostos orgânicos e diversos produtos químicos presentes na água são absorvidos ou atraídos para a superfície do carbono. A adesão à superfície do carbono ocorre devido às forças de Van Der Waals, que atuam em distâncias entre 0,2 e 0,5 nm. Essas são forças fracas, responsáveis pela ligação de contaminantes como pesticidas, cloro e compostos orgânicos voláteis (COVs) ao carbono. O processo de adsorção física não altera quimicamente a água, nem adiciona contaminantes, diferentemente de outros processos químicos.

Remoção de Cloro e Subprodutos da Cloração

Remover Cloro e Seus Subprodutos. Existem diferentes organizações, incluindo estações de tratamento de água municipal, que desinfetam a água utilizando Cloro. Isso possui algumas vantagens, mas também pode trazer algumas desvantagens. A água desinfetada com cloro pode ter odores característicos e também apresentar um sabor incomum. O cloro, na presença de matéria orgânica, produz substâncias conhecidas como subprodutos da desinfecção, que são perigosas, especialmente quando consumidas. Isso inclui Trihalometanos e Ácidos Haloacéticos. Esses subprodutos representam riscos à saúde a longo prazo, com os quais muitas pessoas associam problemas. A absorção do cloro livre e dos subprodutos de desinfecção, que são prejudiciais às pessoas, reduz os riscos à saúde. Isso, por sua vez, evita a sensação de odores e sabores indesejáveis na boca.

Um exemplo primordial do acima é um filtro de água projetado especialmente para uso doméstico. Estes filtros possuem cartuchos de cloro que o absorvem e transformam a água em uma opção muito mais saudável para beber e também.

Eliminação de Contaminantes Orgânicos e Pesticidas

Entre muitas substâncias que podem ser encontradas na água potável, como pesticidas, herbicidas, solventes e até medicamentos restantes, o carvão ativado não tem dificuldade em remover todas elas. Na maioria das vezes, essas fontes de água são resultado de resíduos provenientes da agricultura, indústrias e descarte irresponsável de lixo. Como os compostos em questão são orgânicos, eles são atraídos e se ligam durante a filtração ao carvão ativado e sua superfície porosa. Por exemplo, os filtros de carvão ativado tornam-se notavelmente eficazes ao remover pesticidas em águas subterrâneas, como a atrazina e o glifosato. Outras regiões contam com mais contramedidas contra a poluição agrícola, fazendo com que o carvão ativado seja mais difundido nesses locais, enquanto outras regiões são mais densamente povoadas e suas fontes de água são bastante vulneráveis.

Redução de Metais Pesados

Embora seja principalmente conhecido por sua capacidade de adsorver materiais orgânicos, o uso do carvão ativado na remoção de alguns metais pesados da água potável, especialmente quando modificado ou combinado com outros materiais, também é relevante. O carvão ativado simples pode adsorver chumbo, cobre e até mercúrio por meio de mecanismos de troca iônica ou complexação superficial, nos quais os íons metálicos se ligam a grupos funcionais ativos na superfície do carbono. Carvão ativado mais quimicamente modificado (por exemplo, carvão ativado tratado com compostos químicos como enxofre ou ferro), que demonstrou ser mais eficaz na adsorção de metais pesados, é mais eficiente na remoção. Em filtros portáteis para água contaminada com chumbo, o carvão ativado é utilizado em conjunto com outros materiais (por exemplo, resinas de troca iônica) para reduzir as concentrações de chumbo aos limites aceitáveis conforme estabelecido pela EPA.

Melhoria do Sabor e Odor

Além de remover contaminantes nocivos, o carvão ativado melhora a qualidade sensorial da água potável ao eliminar o gosto e odor desagradáveis. Esses problemas podem ser causados por substâncias como geosmina e 2-metilisoborneol (MIB), que deixam a água com cheiro de terra e mofo, mesmo em quantidades muito pequenas. A estrutura de macroporos e mesoporos do carvão ativado adsorve e retém os compostos de odor desagradável, resultando em uma água muito mais agradável. Esse atributo é uma vantagem tanto para fornecedores municipais de água quanto para fabricantes de filtros domésticos, já que o sabor e o odor são os principais determinantes da aceitabilidade da água da torneira. Eles perdem menos água em recalls e reduzem a dependência de água engarrafada, diminuindo assim o impacto ambiental associado às garrafas plásticas.

Compatibilidade com Outros Métodos de Purificação

O carvão ativado melhora o desempenho de outras tecnologias utilizadas para purificar água. Ele é frequentemente usado em estações de tratamento municipais após os processos de coagulação, floculação e sedimentação para remover contaminantes orgânicos e cloro antes que a água seja distribuída. Em sistemas domésticos de osmose reversa (RO), filtros de carvão ativado são usados antes e depois das membranas de osmose reversa. Os pré-filtros removem cloro, que é prejudicial às membranas, e matéria orgânica, enquanto os pós-filtros eliminam alguns contaminantes para melhorar o sabor da água tratada por osmose reversa. Sistemas de desinfecção por UV são complementados pelo carvão ativado, pois ele elimina constituintes orgânicos que protegem microrganismos da luz UV utilizada na desinfecção. Essa versatilidade permite que o carvão ativado aumente a eficácia de sistemas de purificação de múltiplas etapas.

Aplicações em Diferentes Contextos de Purificação

Os usos do carvão ativado nos sistemas de filtração de água potável são numerosos e cada configuração utiliza suas vantagens na filtração Remoção de ferro. Nos sistemas de filtração municipais, o carvão ativado granular aquecido é colocado em grandes filtros que se concentram na remoção de cloro e outros contaminantes orgânicos nos sistemas de GAC, processando milhões de galões diariamente. Nos sistemas residenciais, o carvão ativado em pó é utilizado em filtros de torneira, filtros de jarra e sistemas sob a pia, contrabalançando as desvantagens do GAC e oferecendo filtração conveniente no ponto de uso. Filtros de carvão ativado portáteis, como garrafas de água, são vantajosos durante viagens e atividades ao ar livre. Eles removem contaminantes da água que é imprópria para consumo. Além disso, tabletes e sachês de carvão ativado são formas fáceis e convenientes de filtração para situações de emergência onde a água potável não está disponível.

Efetividade a Longo Prazo e Manutenção

Para que o carvão ativado melhore os resultados de purificação, a manutenção adequada é fundamental. A capacidade de adsorção é reduzida quando os poros do carvão estão cheios de contaminantes. Os filtros de carvão ativado dependem da qualidade da água, da vazão e da concentração de contaminantes; filtros domésticos para torneiras normalmente precisam ser substituídos a cada dois a seis meses, enquanto filtros de carvão ativado granular (GAC) em sistemas municipais podem durar anos antes de exigir regeneração ou substituição. Sistemas GAC recarregáveis, mais econômicos e amigáveis ao meio ambiente, utilizam carvão pesado, que é aquecido a temperaturas extremamente altas para liberar os contaminantes retidos nos poros do carvão. A manutenção programada aumenta a eficácia dos filtros de carvão ativado, produzindo água potável de alta qualidade.