I Setacci Invisibili: filtri a carbone attivo
Quando si pensa a un filtro, viene spontaneo immaginare una barriera capace di trattenere particelle sempre più piccole, proprio come farebbe un setaccio. Nel trattamento dell'acqua, però, esistono tecnologie che lavorano secondo un principio completamente diverso.
I filtri a carbone attivo non si limitano infatti a fermare ciò che è sospeso nell'acqua: sono progettati per rimuovere sostanze disciolte che, pur essendo invisibili a occhio nudo, possono influenzare in modo significativo la qualità dell'acqua e, di conseguenza, quella del prodotto finale.
Nel terzo episodio de "I setacci invisibili" andiamo ad approfondire questa tipologia di trattamento, che rappresenta una delle soluzioni più diffuse negli impianti destinati all'industria alimentare e delle bevande.
INDICE
- Non filtrano, adsorbono
- Le principali applicazioni dei filtri a carbone attivo
- Un filtro che richiede attenzione
- Il corretto dimensionamento dei filtri a carbone attivo
Non filtrano: adsorbono
La particolarità del carbone attivo risiede nella sua straordinaria struttura interna. Attraverso specifici processi di attivazione, il carbone sviluppa una rete di micropori che genera una superficie enorme: un solo grammo può arrivare ad avere una superficie interna di oltre 1.000 metri quadrati.
Quando l'acqua attraversa il letto filtrante, molte molecole indesiderate vengono trattenute sulla superficie del carbone grazie a un fenomeno chiamato adsorbimento. A differenza dell'assorbimento, in cui una sostanza penetra all'interno di un materiale, nell'adsorbimento le molecole rimangono "attaccate" alla superficie del carbone.
È proprio questo meccanismo che rende il carbone attivo così efficace nella rimozione di numerosi contaminanti organici.
Perchè il carbone si dice attivo?
Il carbone da impiegare nei filtri viene sottoposto ad uno shock termico, nell'ambito di un processo che è definito attivazione. Questa procedura consente di ottenere superfici di adsorbimento comprese tra 500 e 2.500 metri quadrati per grammo.
L’attivazione avviene attraverso l'insufflaggio d'aria o mediante l'impiego di agenti chimici, che vengono successivamente rimossi. Quest’ultima tecnica è quella che permette di ottenere carboni con porosità maggiore.
Le principali applicazioni dei filtri a carbone attivo
Questa tecnologia è in grado di adsorbire numerosi composti organici naturali, sostanze responsabili di odori e sapori anomali, residui di pesticidi, solventi organici e diversi microinquinanti presenti in tracce.
In molti casi il suo impiego contribuisce a rendere l'acqua più stabile e adatta ai successivi processi produttivi, migliorando la qualità complessiva della materia prima.
Perché rimuovere il cloro?
Uno degli impieghi più comuni dei filtri a carbone attivo è la declorazione dell'acqua.
Il cloro viene normalmente impiegato dagli acquedotti come disinfettante per garantire la sicurezza dell'acqua destinata al consumo umano. Tuttavia, se da un lato rappresenta un alleato fondamentale per la distribuzione dell'acqua potabile, dall'altro può diventare un elemento indesiderato in molti processi industriali.
Nel settore delle bevande, ad esempio, anche piccole concentrazioni di cloro possono alterare il gusto e l'aroma del prodotto finito. Un'acqua con retrogusti o odori sgradevoli rischia infatti di compromettere la qualità percepita di una birra, di una bibita analcolica o di altre bevande in cui l'acqua costituisce la materia prima principale.
Anche nell'industria alimentare il cloro può interferire con alcune lavorazioni, mentre nei birrifici rappresenta un parametro da controllare con particolare attenzione: la sua presenza può favorire la formazione di composti indesiderati responsabili di difetti aromatici percepibili anche a concentrazioni molto basse.
Per questo motivo la declorazione mediante carbone attivo è spesso uno dei primi trattamenti effettuati sull'acqua destinata alla produzione.
Un filtro che richiede attenzione
Proprio perché il carbone trattiene progressivamente le sostanze presenti nell'acqua, la sua capacità di adsorbimento non è infinita.
Con il passare del tempo i siti attivi si saturano e il filtro perde progressivamente efficacia. Continuare a utilizzarlo oltre la sua capacità significa non ottenere più il risultato desiderato, anche se esternamente il filtro può sembrare perfettamente funzionante.
Esiste però un altro aspetto, spesso meno conosciuto ma ancora più importante.
Eliminando il cloro, il filtro rimuove anche quella protezione disinfettante che normalmente limita la proliferazione dei microrganismi nell'acqua. Il letto di carbone, ricco di superficie e costantemente attraversato da acqua, può quindi diventare un ambiente favorevole allo sviluppo di biofilm e colonie batteriche se non viene gestito correttamente.
Per questo motivo un filtro a carbone attivo non dovrebbe mai essere considerato un componente "installa e dimentica". È fondamentale prevedere un piano di manutenzione che comprenda la sostituzione periodica del carbone, la sanificazione dell'impianto, il monitoraggio delle prestazioni e, quando previsto, controlli microbiologici dell'acqua.
Una gestione accurata permette non solo di mantenere elevate le prestazioni del filtro, ma anche di preservare la sicurezza igienica dell'intero impianto.
Cosa non può fare un filtro a carbone attivo
Un errore piuttosto comune è pensare che il carbone attivo possa "purificare completamente" l'acqua.
Il carbone attivo non rappresenta una soluzione universale: ad esempio, non elimina la durezza dell'acqua e quindi non rimuove calcio e magnesio responsabili della formazione del calcare. Non è nemmeno la soluzione adatta per abbattere i sali disciolti, i nitrati o molti metalli presenti in soluzione.
Per ottenere questi risultati è necessario ricorrere ad altre tecnologie, come le resine a scambio ionico oppure gli impianti a membrane, tra cui nanofiltrazione e osmosi inversa (dei quali abbiamo parlato in questo articolo).
La scelta del trattamento corretto dipende sempre dalla composizione dell'acqua e dagli obiettivi del processo produttivo.
Il corretto dimensionamento dei filtri a carbone attivo
Un filtro a carbone attivo non è semplicemente un recipiente riempito di carbone. Per funzionare in modo efficace deve essere progettato in funzione delle caratteristiche dell'acqua e della portata richiesta dall'impianto.
Uno dei parametri più importanti è il tempo di contatto tra l'acqua e il carbone attivo (in ambito tecnico indicato come EBCT – Empty Bed Contact Time). Se l'acqua attraversa il letto filtrante troppo rapidamente, le sostanze indesiderate potrebbero non avere il tempo necessario per essere adsorbite, riducendo l'efficacia del trattamento.
Anche la scelta del tipo di carbone è fondamentale. Esistono carboni attivi ottenuti da materie prime diverse, come gusci di cocco, carbone minerale o legno, ciascuno con caratteristiche specifiche e maggiore affinità verso determinati contaminanti. A questo si aggiungono fattori come la granulometria, l'altezza del letto filtrante, la velocità di attraversamento dell'acqua e la qualità dell'acqua in ingresso, che incidono direttamente sulle prestazioni e sulla durata del materiale filtrante.
Per questo motivo due filtri apparentemente simili possono offrire risultati molto diversi. La vera differenza non è soltanto nel componente installato, ma nel progetto che lo ha preceduto. Un corretto dimensionamento consente infatti di ottenere le prestazioni richieste, ottimizzare i costi di esercizio e ridurre la frequenza degli interventi di manutenzione e sostituzione del carbone.
La tecnologia giusta nasce dalla conoscenza dell'acqua
I filtri a carbone attivo rappresentano una soluzione estremamente efficace quando vengono applicati nel contesto corretto. Possono migliorare la qualità organolettica dell'acqua, proteggere le fasi successive del trattamento e contribuire alla costanza qualitativa delle produzioni alimentari e delle bevande.
Come tutti i "setacci invisibili", però, danno il meglio di sé solo quando vengono scelti sulla base di dati concreti e di un'attenta analisi dell'acqua.
In Idroricerche progettiamo impianti di trattamento dell'acqua studiati sulle reali esigenze di ogni cliente, selezionando le tecnologie più adatte in funzione delle caratteristiche della risorsa idrica, del processo produttivo e degli obiettivi qualitativi da raggiungere.
Perché, nel trattamento dell'acqua, il filtro migliore non è quello più costoso o più sofisticato, ma quello progettato per risolvere esattamente il problema che si ha davanti.
