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Aktivkohle als Filtermedium

Als Filtermedium bietet sich vor allem Aktivkohle an, dessen Filtervermögen sehr breit und wissenschaftlich gut gesichert ist. Aktivkohle wird bereits seit Jahrtausenden genutzt, um unerwünschte Stoffe aus Wasser zu entnehmen. Filter mit Aktivkohle werden in Wasserwerken, in Industrie- und Gewerbebetrieben, sowie in zahlreichen Haushalten weltweit eingesetzt.

Was ist ein Aktivkohle-Blockfilter und wie funktioniert er?

Aktivkohle besteht aus einem unregelmäßig angeordneten Kristallgitter von Kohlenstoffatomen. Diese wahllos verschobenen Gitterebenen haben sehr poröse Strukturen und damit große innere Oberflächen. Aktivkohle ist bis heute das Material mit den stärksten adsorptiven Eigenschaften sowie der größten inneren adsorptiv wirksamen Oberfläche, das je gefunden wurde. Die Poren sind wie bei einem Schwamm untereinander verbunden (offenporig).

Aktivkohle für Wasserfilter kann aus verkokten Schalen der Kokosnuss oder von bestimmten Harthölzern, sowie aus Steinkohle hergestellt werden. (Verkoken nennt man ein Verfahren, bei dem ein stark kohlenstoffhaltiger Brennstoff unter Sauerstoffabschluss mit Wärme behandelt wird.)

Diese Kohle wird mit verschiedenen Verfahren aktiviert (beispielsweise in speziellen Öfen mit über 800 °C heißem Wasserdampf), um die Poren zu öffnen. Die fertige Aktivkohle liegt dann in Form von Granulat oder als Pulver vor und kann in einem Filterelement eingesetzt werden.

Um die Leistungsfähigkeit deutlich zu steigern, wurden feste Filterelemente entwickelt. Bei diesen wird feinstes AktivkohlePulver mit speziellem Bindemittel und teilweise weiteren Zusätzen zu einem festen „Block“ geformt. Daher stammt auch die Bezeichnung „Blockfilter“.

Der Vorteil liegt darin, dass das Wasser nicht nur um das Aktivkohle-Granulat herumfließt, sondern durch die feinen Kanäle im Inneren des Aktivkohle-Blockfilters geleitet wird und so optimal mit der riesigen Oberflächenstruktur in engsten Kontakt kommt.

Weit verbreitet zur Herstellung von Blockfiltern ist das „Extrudieren“, bei dem die Komponenten zusammen erhitzt werden und dann der flüssige „Brei“ in die gewünschte Form gebracht wird – grob vergleichbar mit der Herstellung von Nudeln.

Eine Alternative dazu ist das „Sintern“, bei dem die Komponenten in Formen gefüllt und im Ofen gebacken werden – grob vergleichbar mit der Herstellung von Brot. Sintern ist aufwendiger in der Fertigung, bietet jedoch verschiedene Vorteile. Beispielsweise kann der Anteil an Bindemittel geringer und damit der Anteil an Filtermedien (Aktivkohle) zugunsten besserer Filtereigenschaften höher sein. Außerdem lässt sich die Gleichmäßigkeit des Filterblocks zuverlässiger steuern, was wesentlich zur Zuverlässigkeit und Qualität beiträgt.

Bei einem Aktivkohle-Blockfilter ergänzen sich drei unterschiedliche Prinzipien in ihrer Wirkung:

1. Die mechanische Wirkung
Aktivkohle-Blockfilter halten wie ein Sieb alle Partikel zurück, die größer als ihre Poren sind.

Diese mechanische Wirkung filtert beispielsweise: Bakterien, Kryptosporidien (einzellige Parasiten), Giardien (Dünndarm-Parasiten), Schwebeteile und Sand, Rostpartikel, Asbestfasern, Mikroplastik, usw.

Um eine noch feinere und zuverlässigere Partikelfilterung zu erreichen, als es mit reinen Aktivkohlefiltern möglich wäre, nutzen manche Filtereinsätze zusätzlich eine zweite Filterstufe in Form einer Hohlfaser-Membran.

2. Die katalytische Wirkung
Bestimmte Stoffe, die kleiner als die Poren des Filters sind, kann Aktivkohle mit seiner katalytischen Wirkung umwandeln. Diese Stoffe liegen anschließend nicht mehr in ihrer ursprüng- lichen Form vor. Durch die katalytische Wirkung wird zum Beispiel der unangenehme Geschmack von gechlortem Wasser beseitigt.

Aktivkohle ist hinsichtlich der katalytischen Wirkung sehr leistungsfähig, da sie sich dabei nur wenig verbraucht. Mit der katalytischen Wirkung werden dem Wasser beispielsweise Chlor, CKWs, FCKWs entnommen.

3. Die adsorptive Wirkung
Bestimmte Stoffe, die kleiner als die Poren des Filters sind, kann Aktivkohle mit seiner adsorptiven Wirkung aufnehmen. Bei der Adsorption lagern sich die Stoffe an der Aktivkohle an und bleiben haften. Die Kräfte, die diese Anhaftung verursachen sind keine chemische Bindungen, sondern Van-der- Waals-Kräfte, die ähnlich wie Magnetkräfte auf verschiedene Stoffe wirken. Aktivkohle hat die größte Adsorptionskraft aller bekannten Stoffe und eignet sich deshalb besonders gut als Filtermedium.

Van-der-Waals-Kräfte sind zwar sehr stark, wirken allerdings nur bei sehr geringem Abstand. Maßgeblich für die adsorptive Wirkung ist deshalb die Nähe zur Kontaktfläche, sowie die Geschwindigkeit, mit der das Wasser daran vorbeifließt.

Je feiner ein Aktivkohlefilter ist und je langsamer das Wasser durch ihn hindurchfliesst, umso besser ist die adsorptive Filterung. Hier kommt ein Vorteil von Blockfiltern zum Tragen, denn diese besitzen vergleichsweise besonders feine Poren und bremsen den Wasserdurchfluss.

Mit seiner adsorptiven Wirkung kann ein Aktivkohlefilter organische Stoffe (Kohlenstoff-Verbindungen) und einige weitere Stoffe binden, die im Wasser für den menschlichen Genuss unerwünscht sind, beispielsweise: Blei, Kupfer, Pestizide, Herbizide, Fungizide, Hormonrückstände, Medikamentenrückstände, geruchs- und geschmacksstörende Stoffe.

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