Koolstoffilter: een actiefkoolfilter voor zuiverder kraanwater?!

Adsorptie betekent dat een oplosbare stof uit water wordt gefilterd met behulp van een vaste stof. Actieve kool is misschien wel de belangrijkste vaste stof als het aankomt op adsorptie. Actieve kool is koolstof die zodanig wordt behandeld dat ‘ie een immens intern oppervlak verkrijgt; van 500 tot wel 1500 m² per gram! Zodoende kan geactiveerde kool onnoemelijk veel verschillende (potentieel schadelijke) stoffen uit drinkwater verwijderen, waardoor je zeer schoon en zuiver drinkwater overhoudt…

Actiefkool verwijdert honderden chemicaliën!

Dankzij diens grote interne oppervlakte is actieve kool een perfect adsorptiemiddel. Sterker nog: actief kool betreft het meest krachtige adsorbens ter wereld! Actieve kool bestaat in poeder (PAC) en granulen oftewel granulaatkorrels (GAC). Vooral koolstofgranulaat wordt gebruikt om bepaalde stoffen uit drinkwater te verwijderen. Hierbij valt te denken aan organische halogenen, anorganische elementen en ongeladen apolaire stoffen zoals:

• PCB’s (polychloorbifenylen)
• Dierlijke, plantaardige & vooral ook minerale oliën
• PAK’s (poly-aromatische koolwaterstoffen)
• BTEX (benzeen, tolueen, ethylbenzeen & xyleen)
• Benzopyreen
• MTBE (Methyl Tertiary Butyl Ether)
• Hallogenen & hallogene stoffen zoals fluor, chloor, broom, jodium, astaat en ..
• …Maar toch hoofdzakelijk de adsorbeerbare organische halogeenverbindingen (AOX): chloor, jood en broom
• Chloorhoudende oplosmiddelen
• Chloorfenol (en andere chemisch-synthetische fenolen)
• Biologische gevaren: microben, micro-organismen & microbiologische parameters zoals cryptosporidium, clostridium perfringens, escherichia coli, enterococcen, (entero)virussen, giardia, aeromonas, bacteriofagen e.a.
• Bepaalde gebromeerde vlamvertragers q. brandvertragers (BBDE’s) zoals perfluoroctaansulfanaat (PFOS) en perfluoroctaanzuur (PFOA)
• Dioxines zoals PCDD’s en PCDF’s
• Vluchtige organische (koolwater)stoffen (VOS/VOC’s) zoals benzeen, tolueen, xyleen, nonaan, atrazine, carbofuraan etc.
• Restemissies van zware metalen (lood, cadmium, kwik, barium, cadmium, thallium, koper, ijzer, aluminium, mangaan, chroom, nikkel, arseen, titanium, tin en zink)
• Niet-biodegradeerbare organische verbindingen
• Allerhande gifstoffen en toxische verbindingen
• Gisten & fermentatieproducten
• Kleurstoffen (pigmenten), geurstoffen (aromaten) & smaakstoffen
• Organische zuren
• Giftige organisch-chemische verbindingen
• Bepaalde anorganische verbindingen zoals sulfiden en chloriden
• Bestanddelen van meststoffen zoals kunstmest en mengmest (chelaten e.a.)
• Gewasbeschermingsmiddelen + ongediertebestrijdingsmiddelen…
• Pesticiden, insecticiden & herbiciden zoals bentazon, aldrin, dieldrin, heptachloor(exopide) e.a.
• Bepaalde proteïnen, medicamenten & hormonen zoals synthetische (xeno)oestrogenen
• Bisfenol A (BPA) en aanverwante industriële chemicaliën (waaronder styreen & nonylfenol)
• Wellicht ook TBT (tributyltin) en weekmakers die behoren tot de ftalaten: BBP (butylbenzylftalalaat) e.a.
• Cyaniden & nicotine
• Boor/boraat/borium; broom/bromaat/bromium; chroom/chromaat/chromium; jood/jodide/jodium; fluor/fluoride; antimoon/antimonium
• Acryl & acrylamide
• Tetrachlooretheen, trichlooretheen, vinylchloride, trihalomethanen (THM)
• Waterstofionen zoals waterstofcarbonaat
• Aromatische aminen
• Gehalogeneerde monocyclische en alifatische koolwaterstoffen & alkanen
• Proteïnen/eiwitten
• Eventuele vitamines
• Onderdelen van AOC, DOC, NOM & TOC (bron)
• Vieze smaakjes & geurtjes
• Gehalogeneerde, gejodeerde, gebromeerde en gechloreerde organische verbindingen
• Dichloorethaan & epichloorhydrine

De mate waarin elk van bovenstaande componenten kan worden geadsorbeerd, is o.a. afhankelijk van de soort actiefkool die wordt gebruikt, maar ook van de concentratie aan componenten, de watertemperatuur en de doorstroomsnelheid. (bron)

Kool bindt overigens géén kale, anorganische spoorelementen en zoutionen zoals calcium, natrium, kalium en magnesium. Actiefkool is ook niet erg effectief voor nitriet/nitraat, fosfiet/fosfaat, sulfiet/sulfaat en ammonia/ammoniak/ammonium.

Adsorptie versus absorptie

Adsorptie dient niet te worden verward met absorptie. Bij adsorptie hecht een stof zich aan een oppervlak (in dit geval het interne oppervlak van het actiefkool), terwijl bij absorptie een stof wordt opgenomen in een medium, bijvoorbeeld een spons. In de context van waterfiltratie is adsorptie het proces waarbij een ongewenste oplosbare stof (adsorbaat) uit toevoerwater wordt gefilterd met behulp van een vaste stof (adsorbens). Het meest gebruikte adsorbens ter wereld is ‘geactiveerde koolstof’ oftewel ‘actiefkool’. Actieve kool wordt zodanig behandeld dat ‘ie een immens intern oppervlak verkrijgt (500 tot 1500 vierkante meter per gram).

Dankzij diens gigantische interne oppervlakte kan actiefkool een enorme hoeveelheid stoffen aan zich binden; in water opgeloste moleculen, atomen en ionen worden op fysische wijze vastgehecht op het actieve kool. Hoe beter stoffen oplossen in water, des te lastiger deze te verwijderen zijn d.m.v. actiefkooladsorptie. Een apolaire stof is slecht oplosbaar en kan relatief makkelijk worden verwijderd d.m.v. actieve kooladsorptie. Een polaire stof lost goed op in water en kan niet of nauwelijks worden verwijderd m.b.v. actiefkool.

Drinkwater zuiveren met actieve koolfilter

Actieve kool wordt toegepast binnen allerhande filtratie-, zuiverings- en reinigingsprocessen, waaronder in de drinkwatersector. Hierbij helpt actiefkool mee om een veilig drinkwater te produceren door adsorptie van polluenten zoals pesticiden en andere persistente organische polluenten. Er zijn verschillende soorten actiefkool; niet alleen qua vorm en samenstelling (houtskool, steenkool, kokosnootschalen, notenschilfers, petroleum e,a,), maar o.a. ook qua maaswijdte, mechanische eigenschappen, asgehalte en abrasiegetal (aantal microporiën en macroporiën in de kool). Deze parameters beïnvloeden o.a. de waterhardheid (calcium), joodgetal (jodium) en chloridehalfwaardetijd (chloor). De werking van kool is ook nog eens afhankelijk van temperatuur, adsorbaat en adsorbens.

Dankzij diens extreem grote adsorptievermogen is actiefkool een fantastisch filtermedium. Het wordt in de vorm van fijn poeder (PAC) of grovere granulen (GAC) in een kolom (filterpatroon) gegoten. Toevoerwater wordt van bovenaf door de met actiefkool gevulde kolom geleid en verdwijnt weer via de onderkant. De adsorptie van in water opgeloste stoffen door actiefkool is te danken aan de poriën in de koolstof:

• De grootste macroporiën (diameter > 50 nanometer)
• De middelgrote mesoporiën (diameter = 2 tot 50 nanometer)
• De kleinste microporiën (diameter < 2 nanometer)

De fysische aanhechting van organisch materiaal aan het actieve kool binnenin de poriën wordt ook wel ‘sorptie’ genoemd. De werkzaamheid van actiefkoolfilters is met name afhankelijk van de doorstroomsnelheid en de temperatuur van het toevoerwater. En bovendien van welke componenten in het water zijn opgelost en de concentratie en polariteit van deze stoffen

Actiefkool is uitermate poreus en het grootste deel van het adsorptieoppervlak bevindt zich ín de microporiën, vandaar dat een actiefkoolfilter ook wel bekendstaat als microporiënfilter.

Verschillende soorten actieve koolstof

Binnen een koolstoffiltratiesysteem voor leidingwater bevindt de actieve kool zich in een kolom waar het water van bovenaf doorheen vloeit. De werking van actieve koolfilters is afhankelijk van o.a. temperatuur, toepassing (qua te adsorberen componenten), de concentratie aan stoffen en de polariteit ervan. Een polaire stof (die goed in water oplost) is niet of nauwelijks te verwijderen met behulp van actieve kool, terwijl een apolaire stof (die niet goed oplosbaar is in water) volledig kan worden verwijderd dankzij actief kool.

Er zijn verschillende –al dan niet biologische– soorten actiefkool; van poedervormige PAC tot zilver-geïmpregneerde koolstof. Bovendien heb je kleine koolfiltertjes die los (in-line) worden toegepast in compacte ‘omgekeerde osmose filters’. Daarnaast zijn er grotere capaciteit koolstofpatronen die in een zogenaamd filterhuis worden geplaatst van duurdere waterfilterapparaten. Van de filterhuiskoolfilters zijn er 2 verschillende types op de markt, namelijk:

A. GAC (Granular Activated Carbon)

Een GAC-koolfilter oftewel Ultrafine Depth Filter (UDF) is een ietwat inferieure koolfilter die in principe nooit als laatste voorfilter wordt gebruikt en altijd wordt opgevolgd door een sedimentfilter of een blok-koolfilter. Het betreft de meest gebruikte vorm van koolstof in huidige waterfilters.

B. Een blokkoolfilter

Deze nieuwste soort koolfilter is kwalitatief hoogwaardiger dan GAC en houdt ook kleine zwevende deeltjes tegen. Zodoende is deze koolstoffilter óók geschikt als allerlaatste voorfilter binnen een waterfiltersysteem. Een blokkoolfilter staat tevens bekend als ‘gecomprimeerd kool’ en ‘koolblokfilter’. Zeer fijn verpulverde koolstof wordt tezamen met een bindmiddel bijeen geperst tot een kolom met daarin minuscule kanaaltjes. Zodoende worden zelfs minuscule bacteriën effectief geadsorbeerd.

Een koolfilter voor leidingwater kopen

Een goede koolstoffilter voor thuisgebruik loopt al snel in de kosten; prijzen variëren van plusminus 150 euro tot 300 euro. Aan een opzichzelfstaande koolfilter heb je overigens niet zo veel (hooguit voor een enkele kraan). Een actiefkoolfilter maakt dan ook heel vaak onderdeel uit van een multifunctionele leidingwaterfiltersysteem; meestal gaat het om een:

• Ionenwisselaar (waterontharder) om te ontkalken/ontharden en kalkaanslag te voorkomen
• Osmoseapparaat om te zuiveren c.q. purificeren, dus te ontdoen van onzuiverheden
• Water-ionisator ofwel “alkalizer” om kraanwater alkalisch/basisch te maken

Al deze leidingwaterfilteringssystemen en waterzuiveringsinstallatie kunnen dus voorzien zijn van een actiefkoolfilter.

Prijs-kwaliteitverhouding

Als het aankomt op het thuis nazuiveren of doorfilteren van leidingwater wordt een actiefkoolfilter zelden opzichzelfstaand gebruikt. In de praktijk wordt ‘ie vooral geïntegreerd binnen osmose-apparaten, ionenwisselaars en water-ionisatoren. Niet alleen ten behoeve van de waterkwaliteit, maar ook om de membranen, harsen en compartimenten in deze apparaten schoon te houden.

Al met al is actief kool een zeer breed toepasbaar filtermedium. Er zijn verschillende soorten actieve kool die als adsorptiemedium kunnen worden gebruikt. Elke soort actieve kool heeft zijn eigen adsorptie-isotherm. Deze isotherm bepaalt de hoeveelheid geadsorbeerde stof per gram actieve kool, het concentratieverschil vóór en ná de adsorptie én de specifieke constante (tevens onderhevig aan de eerder genoemde polariteit).

Houd bij de eventuele aanschaf van een actiefkoolfilter niet alleen rekening met de prijs, maar vooral ook met het adsorptievermogen.

Verzadiging, regeneratie & reiniging

Een belangrijk nadeel van actiefkool is dat het kan worden gekoloniseerd door bacteriën. Daarnaast raakt actiefkool na verloop van tijd verzadigd c.q. uitgeput en dient daarom periodiek te worden ‘gegenereerd’. Meestal worden de avalstoffen in de dichtgeslibde koolfiltercartridge ‘terug gewassen’ met behulp van stoom.

Na het stomen van de actiefkoolkolom is de actieve koolstof weer gebruiksklaar. Het rendement van de actiefkool neemt echter met 5 à 10 procent af bij elke stoombehandeling; onder meer omdat een deel van de koolstof vergruist. Op den duur zal een koolstoffilter dus in zijn geheel moeten worden vervangen. Wanneer een actieve koolstoffilter te veel ongewenste stoffen in zich op heeft genomen om optimaal te kunnen blijven functioneren, spreekt men ook wel van ‘verzadigde kool’. Koolstof die verzadigd is, dient direct te worden vervangen. Om de kwaliteit van de filtratiekern te waarborgen, kun je actiefkool beter preventief en periodiek vervangen; plusminus na 6 maanden.

Ook om kolonisatie door bacteriën, schimmels en algen te voorkomen, kan actiefkool periodiek worden gereinigd met heet water of –liever nog– stoom. Een UV-filter nabij de ingang en/of uitgang van het actiefkoolfilter kan hier eveneens enorm aan bijdragen. Sommige fabrikanten impregneren het actiefkoolfilter met een laagje zilver; ook dit voorkomt bacteriegroei. Zilver is echter ook giftig, waardoor verzilverde koolstoffilters uitsluitend geschikt zijn in bepaalde waterfiltercircuits.

Actieve kool kan worden gerecycled door het te reactiveren; in Nederland en België is Norit gespecialiseerd in dit proces.

Draagbare actiefkoolfilter (in drinkfles of bidon)

Een koolstoffilter voor in een drinkfles heeft sowieso weinig nut omdat de zo’n filtertje snel dichtslibt en vanwege terugvloei (‘backwash’) bij het drinken een broeihaard kan worden voor micro-organismen zoals bacteriën en schimmels. Als je per se een koolstoffilter voor drinkwater wilt gebruiken, neem dan liever een actief koolfilter met 3 fasen die je tussen je leiding plaatst (of laat plaatsen). Zo’n koolstoffilter is voorzien van 3 afzonderlijke filters, namelijk een actieve koolfilter, een sedimentfilter en hyperfiltratiemembraan (t.b.v. omgekeerde osmose).

Tot slot

Of een actiefkoolfilter in huis nuttig is, is overigens nog maar de vraag. Filtering met actiefkool is namelijk allang toegepast op het water dat bij jou door de leidingen stroomt en uit de kraan loopt. Rijkswaterstaat laat waterleidingbedrijven immers filteren met verscheidene actiefkoolstoffilters. Actieve koolfiltratie wordt zelfs wijdverspreid toegepast als voorfilter in Nederlandse waterzuiveringsinstallaties (naast o.a. UVC, ozon, membranen, ionenwisselingsharsen, elektrolyse en sedimentfiltratie e.a.). (bron + bron)

Heb jij thuis een actiefkoolfilter oftewel koolstoffilter voor de doorzuivering, nafiltering en desinfectie van leidingwater in huis? Laat hieronder een berichtje achter!