Das Filtervermögen von Aktivkohle-Blockfiltern

Was ist ein Aktivkohle-Blockfilter und was filtert er?

Aktivkohle ist ein auf natürlichen Rohstoffen basierendes Material, welches durch seine poröse Struktur und der dadurch extrem großen inneren Oberfläche chemische Verbindungen und Moleküle bindet. Traditionelle Anwendung findet Aktivkohle in vielen Verfahren der chemischen Industrie. Durch die hohe adsorptive Eigenschaft kommt sie hauptsächlich bei der Reinigung von Abluft, Trinkwasser, Abwasser oder in der Lebensmitteltechnik, Pharmazie und Chemie zum Einsatz.

Die Ausgangsmaterialen zur Herstellung von Aktivkohle sind kohlenstoffhaltige Rohstoffe wie Holz, Torf, Steinkohle, Fruchtkerne oder Kokosnussschalen. Diese kohlenstoffhaltigen Materialien werden ähnlich der Holzkohleherstellung gewonnen und anschließend in speziellen Öfen mit über 700 °C heißem Wasserdampf aktiviert. Durch den Aktivierungsprozess enstehen sehr viele Poren, Spalten und Risse, in denen nun die gewünschte Adsorption von Substanzen stattfinden kann.

Um die Filterleistung der Aktivkohlefilter zu verbessern, wurden Filterelemente entwickelt, bei denen das Wasser nicht nur zwischen einem losen Aktivkohle-Granulat herumfließt, sondern durch ein festes Filterelement aus Aktivkohle fließen muss. Das Wasser kommt dabei mit der enorm großen Oberflächenstruktur in engsten Kontakt.

Zur Herstellung von Aktivkohle-Blockfiltern wird sehr feines Aktivkohle-Pulver mit speziellem Bindemittel zu einem festen „Block“ geformt. Daher stammt auch die Bezeichnung „Blockfilter“. Weit verbreitet zur Herstellung von Blockfiltern ist das „Extrudieren“, bei dem die Komponenten zusammen erhitzt werden und der flüssige „Brei“ dann 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 und auch teuerer in der Fertigung, bietet jedoch den Vorteil, dass wesentlich weniger Bindemittel gebraucht wird und sich dadurch der Anteil an Aktivkohle (dem Filtermedium) zugunsten besserer Filtereigenschaften erhöht.

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

1. Die mechanische Wirkung

Der feine Block vom Aktivkohlefilter hält wie ein Sieb alle Partikel zurück, die größer als die Poren des Aktivkohle-Block-Filters sind. Diese mechanische Wirkung filtert beispielsweise: Bakterien, Kryptosporidien (einzellige Parasiten), Giardien (Dünndarm-Parasiten), Schwebeteile und Sand, Rostpartikel, Asbestfasern, 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 Aktivkohlefilters sind, kann Aktivkohle mit seiner katalytischen Wirkung umwandeln. Diese Stoffe liegen anschließend nicht mehr in ihrer ursprünglichen 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 katalytische Wirkung werden dem Wasser beispielsweise entnommen: Chlor, CKW´s, FCKW´s.

3. Die adsorptive Wirkung

Bestimmte Stoffe, die kleiner als die Poren des Aktivkohle-Blockfilters 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 Aktivkohle-Blockfilter und je höher der Aktivkohleanteil, durch den das Wasser langsamer hindurchfliesst, umso besser ist die adsorptive Filterung. Hier kommt ein weiterer Vorteil von Aktivkohle-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. Mit der adsorptiven Wirkung werden dem Wasser beispielsweise entnommen: Blei, Kupfer, Pestizide, Herbizide, Fungizide, Hormonrückstände, Medikamentenrückstände, geruchs- und geschmacksstörende Stoffe.

 

Bild_Aktivkohle_Block_Querschnitt_mit_Kohlewu-rfel_im_wasserfilter-handel

 

Hinweis: Filterpatronen sind Verschleißteile, deshalb sollte der Filterwechsel alle 6 Monate erfolgen. Die Standzeit von 6 Monaten wird europaweit empfohlen. So sind neben den Ausführungen der DIN 1988 auch die epdwa Guidelines, die HKI Empfehlungen sowie die Erkenntnisse diverser DIN Vorgaben (NAL LH/AK HW 0029) und DIN EN 14898 sowie dem DVGW Arbeitsblatt W 513 zu berücksichtigen.

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Das Filtervermögen von Aktivkohle-Blockfiltern

Was ist ein Aktivkohle-Blockfilter und was filtert er?

Aktivkohle ist ein auf natürlichen Rohstoffen basierendes Material, welches durch seine poröse Struktur und der dadurch extrem großen inneren Oberfläche chemische Verbindungen und Moleküle bindet. Traditionelle Anwendung findet Aktivkohle in vielen Verfahren der chemischen Industrie. Durch die hohe adsorptive Eigenschaft kommt sie hauptsächlich bei der Reinigung von Abluft, Trinkwasser, Abwasser oder in der Lebensmitteltechnik, Pharmazie und Chemie zum Einsatz.

Die Ausgangsmaterialen zur Herstellung von Aktivkohle sind kohlenstoffhaltige Rohstoffe wie Holz, Torf, Steinkohle, Fruchtkerne oder Kokosnussschalen. Diese kohlenstoffhaltigen Materialien werden ähnlich der Holzkohleherstellung gewonnen und anschließend in speziellen Öfen mit über 700 °C heißem Wasserdampf aktiviert. Durch den Aktivierungsprozess enstehen sehr viele Poren, Spalten und Risse, in denen nun die gewünschte Adsorption von Substanzen stattfinden kann.

Um die Filterleistung der Aktivkohlefilter zu verbessern, wurden Filterelemente entwickelt, bei denen das Wasser nicht nur zwischen einem losen Aktivkohle-Granulat herumfließt, sondern durch ein festes Filterelement aus Aktivkohle fließen muss. Das Wasser kommt dabei mit der enorm großen Oberflächenstruktur in engsten Kontakt.

Zur Herstellung von Aktivkohle-Blockfiltern wird sehr feines Aktivkohle-Pulver mit speziellem Bindemittel zu einem festen „Block“ geformt. Daher stammt auch die Bezeichnung „Blockfilter“. Weit verbreitet zur Herstellung von Blockfiltern ist das „Extrudieren“, bei dem die Komponenten zusammen erhitzt werden und der flüssige „Brei“ dann 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 und auch teuerer in der Fertigung, bietet jedoch den Vorteil, dass wesentlich weniger Bindemittel gebraucht wird und sich dadurch der Anteil an Aktivkohle (dem Filtermedium) zugunsten besserer Filtereigenschaften erhöht.

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

1. Die mechanische Wirkung

Der feine Block vom Aktivkohlefilter hält wie ein Sieb alle Partikel zurück, die größer als die Poren des Aktivkohle-Block-Filters sind. Diese mechanische Wirkung filtert beispielsweise: Bakterien, Kryptosporidien (einzellige Parasiten), Giardien (Dünndarm-Parasiten), Schwebeteile und Sand, Rostpartikel, Asbestfasern, 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 Aktivkohlefilters sind, kann Aktivkohle mit seiner katalytischen Wirkung umwandeln. Diese Stoffe liegen anschließend nicht mehr in ihrer ursprünglichen 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 katalytische Wirkung werden dem Wasser beispielsweise entnommen: Chlor, CKW´s, FCKW´s.

3. Die adsorptive Wirkung

Bestimmte Stoffe, die kleiner als die Poren des Aktivkohle-Blockfilters 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 Aktivkohle-Blockfilter und je höher der Aktivkohleanteil, durch den das Wasser langsamer hindurchfliesst, umso besser ist die adsorptive Filterung. Hier kommt ein weiterer Vorteil von Aktivkohle-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. Mit der adsorptiven Wirkung werden dem Wasser beispielsweise entnommen: Blei, Kupfer, Pestizide, Herbizide, Fungizide, Hormonrückstände, Medikamentenrückstände, geruchs- und geschmacksstörende Stoffe.

 

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