Kokosnussschalenbasierte Aktivkohle für die Wasseraufbereitung: zuverlässige Adsorption für Trink- und Brauchwasser

Wasser ist ein sensibles Medium. Bereits geringe Konzentrationen bestimmter organischer Verbindungen können Geschmack, Geruch oder die Qualität des aufbereiteten Wassers beeinflussen. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an die Aufbereitung von Trink-, Brauch- und Prozesswasser.

Granulierte Aktivkohle (GAC) ist seit Jahrzehnten eine bewährte Technologie, um gelöste organische Verbindungen aus Wasser zu entfernen. Besonders interessant sind dabei Aktivkohlen auf Basis von Kokosnussschalen, die aufgrund ihrer ausgeprägten Mikroporenstruktur hervorragende Voraussetzungen für die Adsorption kleiner organischer Moleküle bieten.

Ein Beispiel aus dem Portfolio von Donau Carbon ist Hydraffin® CC 8x30.

Kokosnussschalen als Basis für eine leistungsfähige Aktivkohle

Die Eigenschaften einer Aktivkohle werden wesentlich durch ihren Rohstoff und den Aktivierungsprozess bestimmt.

Bei Kokosnussschalen entsteht durch die Aktivierung eine Aktivkohle mit einem hohen Anteil an Mikroporen. Diese sehr kleinen Poren erzeugen eine große innere Oberfläche und ermöglichen eine effiziente Adsorption insbesondere kleiner organischer Moleküle.

Das macht kokosnussschalenbasierte Aktivkohlen besonders interessant für Anwendungen wie:

• Entchlorung

• Geschmacks- und Geruchskontrolle

• Entfernung gelöster organischer Verbindungen

• Verbesserung der organoleptischen Eigenschaften von Wasser

• Aufbereitung von Trink- und Brauchwasser

Dabei entscheidet nicht allein die spezifische Oberfläche über die Leistungsfähigkeit. Entscheidend ist vielmehr die Kombination aus Porenstruktur, Oberflächenchemie, Partikelgröße und den Eigenschaften der zu adsorbierenden Stoffe.

Entchlorung: eine klassische Anwendung von Aktivkohle

Eine der wichtigsten Anwendungen von Aktivkohle in der Wasseraufbereitung ist die Entfernung von freiem Chlor.

Chlor wird bei der Trinkwasseraufbereitung eingesetzt, um mikrobiologische Sicherheit zu gewährleisten. Für nachfolgende Prozesse oder bestimmte Anwendungen kann freies Chlor jedoch unerwünscht sein.

Aktivkohle kann freies Chlor sehr effektiv entfernen. Dabei findet nicht ausschließlich eine klassische Adsorption statt. Chlor reagiert an der Aktivkohleoberfläche und wird dabei unter geeigneten Bedingungen zu Chlorid reduziert.

Die Aktivkohle übernimmt damit eine wichtige Funktion als Entchlorungsstufe.

Typische Anwendungen sind beispielsweise:

Trinkwasseraufbereitung → Aktivkohlefilter → Entfernung von Restchlor

oder

Chloriertes Wasser → Aktivkohlefilter → entchlortes Wasser für nachfolgende Prozesse

Die Entchlorung ist häufig besonders relevant, wenn nachgeschaltete Membranverfahren oder andere empfindliche Aufbereitungsstufen eingesetzt werden.

Geschmacks- und Geruchsregulation

Wasser kann trotz hygienischer Unbedenklichkeit einen unerwünschten Geschmack oder Geruch aufweisen.

Ursachen können beispielsweise natürliche organische Stoffe oder sehr niedrig konzentrierte organische Verbindungen sein. Schon geringe Konzentrationen bestimmter Substanzen können dabei sensorisch wahrnehmbar sein.

Granulierte Aktivkohle bietet hier einen entscheidenden Vorteil: Sie kann eine Vielzahl solcher organischen Verbindungen aus dem Wasser entfernen und damit die organoleptische Qualität verbessern.

Gerade kokosnussschalenbasierte Aktivkohle kann aufgrund ihrer Mikroporenstruktur für die Adsorption kleiner Moleküle interessant sein.

Die Anwendung erfolgt typischerweise in einem Festbettfilter. Das Wasser durchströmt die granulierte Aktivkohle und die unerwünschten Stoffe werden innerhalb des Aktivkohlebett adsorbiert.

Hydraffin® CC 8x30: granulierte Kokosnuss-Aktivkohle für anspruchsvolle Wasseranwendungen

Für die Wasseraufbereitung stehen unterschiedliche Aktivkohlequalitäten zur Verfügung, deren Auswahl sich nach der jeweiligen Anwendung, der Wasserqualität und den betrieblichen Anforderungen richtet. Hydraffin® CC 8x30 ist eine granulierte Aktivkohle auf Basis von Kokosnussschalen und eignet sich insbesondere für Anwendungen, bei denen eine effiziente Adsorption kleiner organischer Moleküle sowie eine zuverlässige Entchlorung gefordert sind.

Die Korngröße 8x30 Mesh ist dabei ein zentraler Auslegungsparameter. Sie beeinflusst sowohl die hydraulischen Eigenschaften des Filters als auch die Stofftransportvorgänge innerhalb der Aktivkohlepartikel.

• Druckverlust im Aktivkohlebett

• hydraulische Eigenschaften

• Stofftransport innerhalb des Partikels

• Adsorptionskinetik

• erforderliche Filterauslegung

Die optimale Korngröße sollte daher stets im Zusammenhang mit dem konkreten Anlagenkonzept, dem gewünschten Durchsatz und der erforderlichen Kontaktzeit bewertet werden.

Feinere Körnungen können kürzere Diffusionswege und damit eine schnellere Adsorptionskinetik ermöglichen. Gleichzeitig steigt in der Regel der Druckverlust im Filterbett, sodass eine sorgfältige Abwägung zwischen Adsorptionsleistung und Anlagenhydraulik erforderlich ist.

Für eine zuverlässige Auslegung müssen Produktqualität, Partikelgröße und Anlagenhydraulik gemeinsam betrachtet werden.

Kontaktzeit bestimmt die Leistung

Ein wesentlicher Parameter bei Aktivkohlefiltern ist die Empty Bed Contact Time (EBCT).

Sie beschreibt die theoretische Kontaktzeit des Wassers mit dem Aktivkohlebett:

EBCT = Aktivkohlevolumen / Wasserdurchfluss

Je nach Zielsetzung und Wasserqualität muss die Kontaktzeit ausreichend dimensioniert werden, damit die relevanten Stoffe in die Porenstruktur der Aktivkohle gelangen und dort adsorbiert beziehungsweise umgesetzt werden können.

Für eine zuverlässige Auslegung müssen deshalb unter anderem berücksichtigt werden:

• Wasserdurchsatz

• Aktivkohlevolumen

• Temperatur

• Rohwasserqualität

• Chlorbelastung

• organische Hintergrundbelastung

• gewünschte Ablaufqualität

• erforderliche Standzeit

Die Standzeit: Wann muss Aktivkohle gewechselt werden?

Die Adsorptionskapazität eines Aktivkohlebettfilters ist nicht unbegrenzt.

Während des Betriebs werden die Adsorptionsplätze zunehmend mit Wasserinhaltsstoffen beladen. Die Adsorptionszone wandert dabei durch das Filterbett.

Für den Betreiber ist deshalb nicht nur die anfängliche Reinigungsleistung relevant, sondern insbesondere die Standzeit bis zum gewünschten Durchbruchskriterium.

Bei der Entchlorung kann beispielsweise die Ablaufkonzentration als entscheidendes Kriterium überwacht werden.

Bei der Geschmacks- und Geruchskontrolle ist die Situation komplexer: Nicht jede organische Verbindung wird gleich gut adsorbiert, und konkurrierende Wasserinhaltsstoffe können die nutzbare Kapazität der Aktivkohle beeinflussen.

Deshalb sollte die Standzeit möglichst auf Basis der tatsächlichen Wasserqualität und Betriebsbedingungen bestimmt werden.

Nicht jede Aktivkohle ist für jede Wasseranwendung geeignet

Die Auswahl einer Aktivkohle sollte immer auf die konkrete Aufgabenstellung abgestimmt sein.

Bei der Bewertung einer granulierten Aktivkohle sind unter anderem relevant:

Rohstoff
Beeinflusst die entstehende Porenstruktur.

Aktivierungsverfahren
Bestimmt maßgeblich Oberfläche und Porenverteilung.

Porenstruktur
Entscheidend für die Zugänglichkeit der Zielmoleküle.

Partikelgröße
Beeinflusst Kinetik und Druckverlust.

Mechanische Festigkeit
Relevant für Abrieb und hydraulische Belastung.

Wasserqualität
Bestimmt die Konkurrenz um verfügbare Adsorptionsplätze.

Die oft verwendete BET-Oberfläche oder eine einzelne Adsorptionskennzahl kann deshalb nur einen Teil der tatsächlichen Leistungsfähigkeit beschreiben.

Von der Trinkwasseraufbereitung bis zum industriellen Brauchwasser

Die Einsatzmöglichkeiten kokosnussschalenbasierter granulärer Aktivkohle reichen von klassischen Trinkwasseranwendungen bis zur industriellen Wasseraufbereitung.

Trinkwasser

• Entfernung von Restchlor

• Verbesserung von Geschmack und Geruch

• Entfernung ausgewählter organischer Spurenstoffe

Brauch- und Prozesswasser

• Entchlorung vor empfindlichen Prozessstufen

• Entfernung organischer Verunreinigungen

• Schutz nachgeschalteter Membran- oder Aufbereitungsverfahren

• Verbesserung der Wasserqualität für industrielle Anwendungen

Die konkrete Auslegung hängt dabei immer von der Wasserqualität und der Zielsetzung des Betreibers ab.

Nachhaltigkeit durch Reaktivierung

Auch bei granulierten Aktivkohlen für die Wasseraufbereitung kann nach der Beladung eine thermische Reaktivierung eine interessante Option darstellen.

Dabei wird die beladene Aktivkohle unter kontrollierten Bedingungen thermisch behandelt. Die adsorbierten organischen Verbindungen werden entfernt und die Porenstruktur der Aktivkohle wird weitgehend wiederhergestellt.

Damit kann die Aktivkohle nach entsprechender Aufbereitung erneut eingesetzt werden.

Für Betreiber kann dies sowohl ökologische als auch wirtschaftliche Vorteile bieten und dazu beitragen, den Einsatz von Primärrohstoffen und die Menge an zu entsorgender Aktivkohle zu reduzieren.

Donau Carbon: die passende Aktivkohle für jede Wasseraufgabe

Die Auswahl der optimalen Aktivkohle beginnt mit der Analyse der Anwendung.

Welcher Stoff soll entfernt werden?

Welche Konzentration liegt vor?

Wie hoch ist der Wasserdurchsatz?

Welche Kontaktzeit steht zur Verfügung?

Welche Ablaufqualität wird gefordert?

Welche Standzeit soll erreicht werden?

Erst aus der Kombination dieser Parameter lässt sich beurteilen, welche Aktivkohle und welche Filterauslegung für die jeweilige Anwendung geeignet sind.

Mit granulierten Aktivkohlen wie Hydraffin® CC 8x30 bietet Donau Carbon hierfür leistungsfähige Adsorbentien auf Basis nachwachsender beziehungsweise biogener Rohstoffe.

Fazit

Granulierte kokosnussschalenbasierte Aktivkohle verbindet eine ausgeprägte Mikroporenstruktur mit einer hohen Adsorptionsleistung für zahlreiche organische Wasserinhaltsstoffe.

Besonders bei der Entchlorung sowie der Geschmacks- und Geruchsregulation kann sie eine wichtige Rolle in der Trink- und Brauchwasseraufbereitung übernehmen.

Entscheidend für eine wirtschaftliche Anwendung ist jedoch nicht allein die Wahl des Aktivkohleprodukts. Erst das Zusammenspiel aus Aktivkohlequalität, Korngröße, Filterauslegung, EBCT, Wasserqualität und gewünschter Standzeit bestimmt die tatsächliche Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems.

Die richtige Aktivkohle ist der erste Schritt. Die richtige Auslegung macht daraus eine effiziente Wasseraufbereitung