Hur aktivt kol förbättrar resultatet vid dricksvattenrening

I moderna dricksvattenreningssystem är aktivt kol en mycket effektiv patron för avlägsnande av vattenföroreningar. Den genomsläppliga strukturen och den högutvecklade porösa ytan möjliggör adsorption av ett brett utbud av föroreningar i vatten, vilket går bortom vad andra filtreringsmedier kan åstadkomma. Genom att använda en kolpatron som en del av ett hushålls vattenfilter, i portabla reningssystem eller i kommunala behandlingsanläggningar, eliminerar aktivt kol dålig smak och lukt samt betydligt minskar andra skadliga kemikalier i vatten utan att beröva vattnet dess nödvändiga mineralinnehåll. Den här artikeln beskriver hur aktivt kol förbättrar den totala vattenkvaliteten och säkerheten.

Unik porös struktur och adsorptionsmekanism

Hemligheten bakom aktiverad kolts förmåga att filtrera eller rena ämnen ligger i den struktur som bildas under aktiveringsprocessen, som består av många små hål kallade porer. Dessa hål bildas på grund av användning av antingen värme eller kemikalier vilket kraftigt expanderar dess inre yta. Ett enda gram aktiverat kol kan ha en yta på cirka en kvadratmeter. Aktiverat kol har porer som sträcker sig från mikro till makroporer vilket är effektivt på att fånga olika föroreningar på grund av den stora ytan. I processen med adsorption som aktiverat kol genomgår, kommer en vattenmolekyl i kontakt med kol och tränger genom kolens yta. Föroreningarna, organiska föreningar och många kemikalier i vattnet absorberas eller dras till kolens yta. Den hållfasta fästen vid kolens yta sker på grund av Van Der Waals krafter som verkar inom ett avstånd mellan 0,2 och 0,5 nm. Dessa är svaga krafter som ansvarar för att binda föroreningar såsom bekämpningsmedel, klor och flyktiga organiska föreningar (VOCs) till kol. Processen med fysisk adsorption förändrar inte vattnet kemiskt och tillför inte heller föroreningar, till skillnad från andra kemiska processer.

Avlägsnande av Klor och Kloreringsbiprodukter

Avlägsnande av Klor och Dess Biprodukter. Det finns olika organisationer, inklusive kommunala vattenverk, som desinficerar vatten med Klor. Detta har visserligen några fördelar, men det finns också vissa nackdelar som kan uppstå. Vatten som desinficerats med klor har vissa luktassocieringar och kan också ha en ovanlig smak. Klor tillsammans med organiskt material producerar också något som kallas desinfektionsbiprodukter, vilka är farliga, särskilt vid inandning eller förtäring. Detta inkluderar trihalometaner och haloättiksyror. Dessa är hälsorisker vid långvarig exponering som många människor associerar med. Att absorbera fri klor och desinfektionsbiprodukter som är skadliga för människor minskar hälsoriskerna. Detta förhindrar i sin tur känslan av luktande ångor och oönskade smaker i munnen.

Ett primexempel på ovanstående är en vattenkran som är speciellt utformad för hushåll. Dessa filter har klorfilter som absorberar det och ger ifrån sig vatten som är mycket hälsosammare att dricka och också.

Eliminering av organiska föroreningar och bekämpningsmedel

Bland många ämnen som kan finnas i dricksvatten, t.ex. bekämpningsmedel, ogräsmedel, lösningsmedel och till och med kvarvarande läkemedel, har aktivt kol inga problem med att ta bort alla dessa ämnen. I de flesta fall är dessa vattenkällor resultatet av restprodukter från jordbruk, industri och vårdslös avfallshantering. Eftersom de aktuella föreningarna är organiska binds de under filtreringen till aktivt kol och dess porösa yta. Till exempel blir filter med aktivt kol särskilt effektiva när de ska ta bort bekämpningsmedel från grundvatten, såsom atrazin och glifosat. Andra regioner är utrustade med fler motåtgärder mot jordbruksföroreningar, vilket gör att aktivt kol används mer utbrett i dessa områden, till skillnad från andra regioner som är tätare befolkade och där vattenkällorna är ganska sårbara.

Minskning av tungmetaller

Även om aktivt kol främst är känt för sin förmåga att adsorbera organiska material, är dess användning för att ta bort vissa tungmetaller från dricksvatten, särskilt när det är modifierat eller kombinerat med andra material, också väärd att notera. Enkelt aktivt kol kan adsorbera bly, koppar och till och med kvicksilver genom jonbytes- eller ytcomplexeringsmekanismer där metalljonerna bildar komplex med aktiva funktionsgrupper på kolens yta. Kemiskt modifierat aktivt kol (till exempel aktivt kol behandlat med kemiska föreningar såsom svavel eller järn), som visat sig kunna adsorbera tungmetaller lättare, är mer effektivt i rening. I portabla vattenfilter för blyförorenat vatten används aktivt kol tillsammans med andra material (till exempel jonbytareharts) för att sänka blykoncentrationerna till acceptabla gränser enligt EPA:s föreskrifter.

Förbättring av smak och lukt

Förutom att ta bort skadliga föroreningar förbättrar aktivt kol dricksvattnets sensoriska kvalitet genom att eliminera dålig smak och lukt. Sådana problem kan orsakas av geosmin och 2-metylisoborneol (MIB) som ger vattnet en jordig och mögellukt, även i mycket små mängder. Aktivkolkens makro- och mesoporösa struktur adsorberar och håller kvar de olämpliga luktföreningarna, vilket resulterar i mycket behagligare vatten. Denna egenskap är attraktiv för både kommunala vattenleverantörer och tillverkare av hemfilter, eftersom smak och lukt är de främsta faktorerna för hur acceptabelt kranvatten är. De förlorar mindre vatten till återkallanden och är mindre beroende av flaskevatten, vilket minskar de miljökonsekvenser som är förknippade med flaskevatten.

Kompatibilitet med andra reningmetoder

Aktivt kol förbättrar prestandan hos andra tekniker som används för att rena vatten. Det används ofta i kommunala reningsverk efter processerna koagulering, floculering och sedimentation för att ta bort organiska föroreningar och klor innan vattnet distribueras. I hushållssystem med omvänd osmos (RO) används filter med aktivt kol före och efter RO-membranen. Förfiltrering tar bort klor, som är skadligt för membranen, och organiskt material, medan efterfiltrering tar bort vissa föroreningar för att förbättra smaken hos RO-vattnet. UV-desinfektionssystem kompletteras av aktivt kol eftersom det eliminerar organiska ämnen som skyddar mikroorganismer från UV-ljuset som används för desinfektion. En sådan mångsidighet gör att aktivt kol kan förbättra effektiviteten hos flerstegs reningssystem.

Tillämpningar i olika reningsscenarier

Användningen av aktivt kol i dricksvattenfiltersystem är mångfaldig och varje miljö utnyttjar dess fördelar i filtrering av järn. I kommunala filtreringssystem används uppvärmt kornigt aktivt kol i stora filter som fokuserar på att ta bort klor och andra organiska föroreningar i GAC-system, och behandlar miljoner gallon dagligen. I hushållssystem används pulveriserat aktivt kol i kranfilter, vattenkannor och undersinksfilter, vilket kompenserar GAC:s nackdelar och erbjuder praktisk filtrering vid användningsplatsen. Portabla filter med aktivt kol, såsom vattenflaskor, är fördelaktiga vid resor och utomhusaktiviteter. De tar bort föroreningar i vatten som inte är drickbart. Dessutom är tabletter och påsar med aktivt kol enkla och praktiska filtreringsformer i nödsituationer där säkert dricksvatten inte finns tillgängligt.

Långsiktig effektivitet och underhåll

För att aktivt kol ska förbättra reningseffekterna är ordentlig underhållning avgörande. Adsorptionsförmågan minskas när kolporerna är fyllda av föroreningar. Aktiva kolfilter beror på vattenkvalitet, flödeshastighet och koncentration av föroreningar; hushållsfilter för kranvatten behöver vanligtvis bytas ut varannan till sex månader medan kommunala GAC-filter kan hålla i flera år innan de behöver regenereras eller bytas ut. Återfyllda GAC-system som är mer kostnadseffektiva och miljövänliga använder tungt kol, vilket upphettas till extremt höga temperaturer för att frigöra de föroreningar som kolskelettet innehåller. Planerat underhåll ökar effektiviteten hos aktiva kolfilter och producerar dricksvatten av hög kvalitet.