I carboni attivi sono, come dice il nome stesso, delle sostanze costituite essenzialmente da carbone. Il carbone, di origine vegetale o minerale, diventa “attivo” mediante un processo di attivazione. Tale processo, realizzato in appositi forni con vapore ad alta temperatura, provoca la formazione di minuscoli passaggi all’intimo dei granuli di carbone, chiamati micropori, la cui presenza ne determina l’attività.
Un carbone attivo si distingue da un altro per la natura del carbone (vegetale, minerale), per dimensione media della sua porosità, per il numero delle stesse, per la dimensione media dei granuli che lo costituiscono (granulometria del carbone). Il carbone attivo contiene una rete di minuscoli pori di dimensioni variabili tra i 500 e 1000 nm e una superficie di circa 1000 metri quadri per grammo. L'ampia superficie del carbone attivo permette ai composti organici di adsorbirsi nella superficie tramite forze ioniche, polari e di Van der Waals.
Tipologie e parametri tecnici comunemente utilizzati includono caratteristiche come il numero di iodio, l'area superficiale specifica, il valore di blu di metilene, la resistenza all'attrito, la densità apparente, il contenuto di ceneri, il contenuto di umidità e il pH.
| Tipologia | Materia prima | Numero di iodio (mg/g) | Area superficiale (m²/g) | Applicazioni |
|---|---|---|---|---|
| Granular Activated Carbon (GAC) | Coal, Coconut shell | 500-1050 | 500-1050 | Purificatori domestici, acqua di rete, piscine |
| Powdered Activated Carbon (PAC) | Coal, Coconut, Wood | 500-1100 | 500-1150 | Trattamento emergenze, decolorazione acque reflue |
| Extruded Columnar | Coal | 500-1100 | 500-1150 | Sistemi municipali, rimozione PFAS |
L'adsorbimento (diverso dall’assorbimento) è un fenomeno dove una superficie attira e cattura le molecole aderiscono alla superficie stessa tramite un legame chimico. La sua superficie porosa è in grado di catturare i vari composti organici inquinanti presenti. Il carbone attivo è un materiale altamente adsorbente in grado di adsorbire la materia organica, il cloro, il fluoro, i metalli pesanti e altri inquinanti presenti nell'acqua, per cui è ampiamente utilizzato nell'acqua potabile, nel trattamento delle acque reflue, nel trattamento dell'acqua delle piscine, nel trattamento delle acque industriali e in altri campi.
Il carbone attivo viene usato solitamente in combinazione con altre tecnologie all'interno del processo di purificazione dell'acqua e il suo uso deve essere tenuto in considerazione per il design del prodotto. Uno dei vantaggi principali del carbone attivo nel processo di pre-trattamento è la capacità di rimuovere qualsiasi traccia di cloro o clorammina. La declorazione per adsorbimento utilizza carbone attivo per rimuovere i composti clorurati.
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Il cloro è un elemento chimico con numero atomico 17 e peso molecolare 35,5. Presente in natura, si trova nella forma minerale cloruro di sodio (il comune sale da cucina) e sotto forma di altri sali. Il cloro libero, se utilizzato per la disinfezione, si forma quando il gas cloro viene disciolto in acqua. La clorazione è il processo di trattamento e disinfezione delle acque che utilizza cloro libero.
La clorazione è il metodo di disinfezione comune utilizzato per l'acqua di sorgente con contaminazione organica minima e basse concentrazioni di microrganismi difficili da trattare, come la giardia o il cryptosporidium. Si formano clorammine quando si aggiunge cloro ad acqua contenente ammoniaca. La reazione del cloro con ammoniaca può essere desiderata o indesiderata in base alla strategia di trattamento delle acque.
La cloramminazione è un processo di trattamento e disinfezione delle acque che utilizza la monoclorammina come disinfettante target. Le clorammine hanno una reattività inferiore rispetto al cloro libero e reagiscono meno intensamente con varie impurezze nell'acqua non trattata, in particolare con le sostanze organiche. Ciò comporta la formazione di un minor numero di sottoprodotti di disinfezione (DBP) cancerogeni, principalmente trialometani (THM).
Il cloro totale è la somma di tutte le specie di cloro libero e combinato presenti nel campione. Un forte agente ossidante, il cloro (Cl2) è un disinfettante ideale. Livelli adeguati di cloro residuo nell'acqua potabile garantiscono la sicurezza dell'acqua per il consumo umano, ma una quantità eccessiva di cloro nell'acqua può avere effetti dannosi nella produzione farmaceutica, nei processi di trattamento con membrane e in altre applicazioni.
La domanda di cloro è la quantità totale di cloro necessaria per reagire con tutti i contaminanti presenti nell'acqua quali metalli, batteri, sostanze organiche o ammoniaca. Via via che viene aggiunto e reagisce con i contaminanti, il cloro libero viene consumato. Una volta superata la soglia della domanda, il cloro libero diventa misurabile. Pertanto, la domanda di cloro è la differenza tra la quantità di cloro aggiunta all'acqua e il residuo di cloro misurabile rimanente dopo la reazione. Conoscere la domanda di cloro contribuisce a garantire una disinfezione efficace durante l'intero processo di trattamento delle acque.
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Affinché il cloro sia efficace, la sua concentrazione prima e dopo la filtrazione (nonché il pH, la temperatura dell'acqua e il tempo di contatto) deve essere monitorata e controllata. La maggior parte degli impianti di trattamento possiede una camera di contatto (pozzo di raccolta dell'acqua filtrata) in cui il cloro viene iniettato, miscelato e lasciato a contatto con l'acqua per il tempo richiesto in funzione della temperatura, del pH e del tipo di microrganismi presenti nell'acqua.
Quando reagisce con le sostanze organiche nell'acqua, il cloro può formare sottoprodotti di disinfezione (DBP) che sono considerati dannosi per la salute umana. Per ridurre la tossicità degli effluenti, si utilizza la declorazione per gestire i residui di cloro e garantire la conformità alle normative prima di scaricare le acque effluenti nei laghi, nei fiumi o nell'oceano. I livelli di cloro devono essere monitorati e controllati perché se sono troppo bassi, la proliferazione biologica può prevalere e ostruire i sistemi idrici.
In generale, questo metodo ottico utilizza misure dell'intensità del colore per determinare la concentrazione di cloro in una soluzione. Quando al campione vengono aggiunte adeguate soluzioni tampone e di indicatore, si verifica una reazione che produce un colore la cui intensità è proporzionale alla concentrazione di cloro. L'intensità del colore viene misurata visivamente, tramite colorimetro o tramite spettrofotometro.
Il metodo DPD è il metodo colorimetrico più utilizzato per misurare il cloro. Può essere utilizzato per misurare il cloro libero e totale con strumenti da campo, da laboratorio e online. Il metodo dell'indofenolo, essendo selettivo per la monoclorammina, può essere usato per misurare monoclorammina e ammoniaca libera così come cloro libero. La monoclorammina viene determinata direttamente, mentre la determinazione sia della monoclorammina che dell'ammoniaca libera nello stesso metodo utilizza un reagente aggiuntivo per convertire l'ammoniaca libera in monoclorammina.
Anche il metodo iodometrico e i sensori amperometrici sono utilizzati: il metodo iodometrico utilizza un indicatore visivo blu che scompare all'endpoint di titolazione. Questo metodo elettrochimico misura la variazione della corrente elettrica risultante dalle reazioni chimiche che avvengono agli elettrodi, con la corrente proporzionale alla concentrazione di cloro. Sono disponibili sensori amperometrici con design diversi, che offrono una migliore selettività per specie di cloro differenti.
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Il metodo DPD-FEAS utilizza un indicatore visivo magenta che viene titolato fino a raggiungere un endpoint incolore. Alcuni analizzatori amperometrici non richiedono reagenti. Altri ossidanti come bromo, iodio, ozono, biossido di cloro e alcuni metalli o perossido di idrogeno possono reagire con DPD in varie circostanze e causare falsi positivi. L'interferenza più comune è da manganese ossidato e può essere corretta trattando il campione con ioduro di potassio e arsenito di sodio.
La presenza di clorammine farà sì che il colore sviluppato sia instabile e aumenti lentamente nel tempo. Il metodo dell'indofenolo per il cloro libero utilizza la soluzione di reagente Freechlor F per convertire rapidamente il cloro libero presente nel campione in monoclorammina. La monoclorammina formata viene quindi determinata con il reagente Monochlor F, che è specifico per la monoclorammina.
Il cloro totale viene tipicamente misurato nei sistemi che utilizzano la cloraminazione quando il cloro viene fatto reagire intenzionalmente con ammoniaca. Il cloro totale è la somma del cloro libero e delle clorammine inorganiche. Il cloro libero viene generalmente misurato in sistemi di acqua potabile che utilizzano gas cloro o ipoclorito di sodio per la disinfezione allo scopo di verificare se l'acqua contiene una quantità sufficiente di disinfettante. I livelli tipici di cloro libero residuo nell'acqua potabile massimi sono 0,2 mg/L Cl2.
Dopo una approfondita consultazione della letteratura scientifica è stato realizzato uno stato dell’arte che ha consentito di conoscere alcune peculiarità dei microinquinanti, come la loro tendenza a legarsi in modo differenziato alle ceneri pesanti, alle ceneri leggere o volanti e a diffondere nei gas di combustione. Sono stati raccolti diversi dati analitici ottenute da esperienze e da campagne di misure realizzate nelle centrali termoelettriche a carbone. E’ stato realizzato di un ricco database contenente le analisi di carboni di diverse provenienze geografiche, utilizzati come combustibile nelle centrali termoelettriche italiane, e le concentrazioni dei microelementi nelle ceneri raccolte nei diversi nodi dell’impianto.
Mediante la cluster analysis è stato possibile identificare gruppi di carboni caratterizzati da particolari distribuzioni delle concentrazioni di microinquinanti. La provenienza geografica è risultata essere la discriminante principale. In seconda battuta gli elementi cloro, selenio, arsenico e rame, da un lato, e cromo, fluoro e mercurio dall’altro.
Con l’analisi delle correlazioni sono state individuate importanti peculiarità di alcuni microelementi chimici che possono essere assunti come indicatori di una particolare caratterizzazione chimica dei carboni. In particolare sono stati individuati nel selenio e nel cloro due indicatori della presenza o meno di altri microelementi nel carbone.
Il letto di carbone attivo ha anche un’azione filtrante meccanica simile a quella dei filtri a sabbia. I parametri operativi per l’uso dei carboni attivi sono variabili in funzione dello scopo a cui sono destinati. L’altezza di strato del letto viene normalmente mantenuta fra gli 80 e i 120 cm.
I filtri per l’acqua sono composti principalmente da carbone attivo nelle diverse forme, granulare in polvere o solido (Carbon Block): la sua superficie porosa è in grado di catturare i vari composti organici inquinanti presenti. Applicazioni tipiche includono cartucce di pre-trattamento, filtri di sfiato compositi e cartucce di purificazione finale.
Carbone attivo è un metodo molto efficace agente per il trattamento delle acque and is widely used in the water treatment process. Purificazione dell'acqua potabile: Through physical and chemical adsorption, activated carbon removes odour, colour, chlorine, organic matter, heavy metals and other pollutants from water, improving water quality, taste and safety of drinking water. Il carbone attivo rimuove efficacemente batteri, virus, ferro, manganese, idrogeno solforato, ecc.
I filtri Waterpro rimuovono il cloro, e riducono i PFAS-PFOA, come facciamo a dirlo ? Semplice abbiamo incaricato il TUV di fare test di performces sui nostri filtri per la durata inidcata nei dati di targa. Per il Cloro non ci sono problemi la rimozione totale è assicurata bel oltre i dati indicati, mentre per i PFAS e PFOA abbiamo una curva che parte da valori elevati oltre il 90% e si stabilizza intorno al 50% a fine vita.
I dati di analisi dei microinquinanti nei diversi nodi dell’impianto si sono rilevati piuttosto scarsi. Sono stati quindi attivati diversi contatti con i produttori di energia elettrica da centrali a carbone per ottenere una quantità di dati sufficiente per consentire una valutazione accettabile sulla distribuzione dei microinquinanti nei punti più significativi dell’impianto: uscita generatore di vapore, denitrificatore, depolverizzatore, desolforatore e camino.
E’ stato realizzato uno strumento software che consente di calcolare la distribuzione degli elementi nelle ceneri pesanti raccolte sul fondo caldaia, negli elettrofiltri, nel desolforatore e al camino, ovvero nell’atmosfera. Sono stati raccolti, attraverso una potente tecnica di indagine esplorativa, come la Cluster Analysis, gli aggregati di carboni in gruppi omogenei per caratteristiche chimiche ed evidenziati i gruppi di aree molto omogenei al loro interno e molto eterogenei fra loro usando, come caratteristiche discriminanti, una batteria di indicatori come le analisi chimiche elementari.
Ciò ha consentito di calcolare degli indici di arricchimento dei microinquinanti nelle ceneri nei diversi punti di percorrenza dei fumi nell’impianto dal generatore di vapore fino al camino. Sono stati raccolti diversi dati analitici ottenute da esperienze e da campagne di misure realizzate nelle centrali termoelettriche a carbone.
Il carbone attivo non è selettivo nei confronti della rimozione delle varie sostanze che lo attraversano; esso trattiene anche le sostanze organiche eventualmente presenti nell’acqua trattata. L'attivazione avviene attraverso shock termico con flusso d’aria o con agenti chimici che vengono poi risciacquati.
Il carbone attivo viene usato solitamente in combinazione con altre tecnologie all'interno del processo di purificazione dell'acqua e il suo uso deve essere tenuto in considerazione per il design del prodotto. Uno dei vantaggi principali del carbone attivo nel processo di pre-trattamento è la capacità di rimuovere qualsiasi traccia di cloro o clorammina.
Il mantenimento di livelli adeguati di cloro residuo è essenziale per ottimizzare il potere sanificante dell'acqua di risciacquo. L'acqua di ricircolo utilizzata per il bagno di risciacquo durante la pastorizzazione al termine del processo di confezionamento accumula contaminanti. Le tubazioni e i recipienti utilizzati nei processi industriali vengono periodicamente puliti e sanificati secondo una procedura denominata Clean-in-Place (CIP).
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