Węgiel aktywny w oczyszczaniu wody jest odpowiedzialny za usuwanie chloru, jego pochodnych, związków organicznych oraz substancji, które odpowiadają za zły smak, barwę oraz zapach wody [1].
Duża powierzchnia oraz wysoka porowatość węgli aktywnych, a także materiał na nim zatrzymany, tworzą z niego sprzyjające miejsce dla rozwoju mikroorganizmów. Dlatego złoża węgla aktywnego muszą być regularnie wymieniane w celu zminimalizowania gromadzenia się bakterii.
Zastosowanie węgla aktywnego w procesach uzdatniania wody [1]
| Rodzaje zastosowań | Rok wprowadzenia |
| dechloracja | od 1930 |
| usuwanie smaku i zapachu | od 1955 |
| usuwanie zanieczyszczeń organicznych | od 1970 |
Ze względu na duży stosunek powierzchni do masy, węgiel aktywny jest jednym z najczęściej wybieranych adsorbentów w technologii uzdatniania wody. Im większa powierzchnia, tym większa pojemność adsorpcyjna. Czyli sorbent (węgiel aktywny) może zaadsorbować więcej zanieczyszczeń. Istotna jest również porowatość, którą charakteryzuje się rozmiarem por. Im większa jest powierzchnia, tym pory są mniejsze. Zbyt małe rozmiary porów mogą utrudniać adsorpcję [1].
Tab.2. Podatność adsorbatów organicznych do adsorpcji na węglach aktywnych [2]
| Związki łatwo adsorbowalne | Związki trudno adsorbowalne |
| rozpuszczalniki aromatyczne (benzen, toluen, nitrobenzeny itp.) | alkohole |
| fenole i chlorofenole | cukry i skrobie |
| chlorowane związki aromatyczne | ketony, kwasy i aldehydy o małej masie cząsteczkowej |
| wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne | związki o dużej masie cząsteczkowej lub koloidy |
| pestycydy i herbicydy | związki alifatyczne o małej masie cząsteczkowej |
| węglowodory o dużej masie cząsteczkowej (barwniki, aminy, benzyna) |
Podatność do adsorpcji zależy przede wszystkim od rozpuszczalności adsorbatów, czyli im mniejsza rozpuszczalność, tym lepsza adsorpcja. Na podatność wpływa również wielkość cząsteczek adsorbatu. Cząsteczki adsorbowane to te, które mają mniejszy wymiar od średnicy porów adsorbenta [2].
Zanieczyszczenia, które występują w wodach charakteryzuje energia adsorpcji (E). Jest to różnica między energią powinowactwa adsorbatu z powierzchnią adsorbenta (E1) a sumą energii powinowactwa wody z powierzchnią adsorbenta (E2) oraz energii powinowactwa adsorbatu z wodą (E3) [1].
E= E1-(E2+E3)
Węgiel aktywny poza tym, że jest dobrym adsorbentem jest też stosunkowo tani. Produkuje się go między innymi z materiałów takich jak: drewno, torf, skorupy orzechów, a także z pestek owoców. Materiał wyjściowy jest poddawany karbonizacji w celu otrzymania koksu, który w kolejnym etapie traktuje się parą wodną, żeby zwiększyć objętości porów. Reakcje są prowadzone w temperaturze od 900 do 1100°C. Natomiast struktura porów jest zależna od ilości stosowanej pary oraz temperatury. Aby określić zdolności sorpcyjne musimy wziąć pod uwagę parametry takie jak powierzchnia właściwa, a także strukturę porów adsorbentu.
| Adsorbent | Powierzchnia właściwa [m2/g] |
| węgiel aktywny | 500-1500 |
| MnO2 | 100-300 |
| krzemionka aktywna | 250 |
| Al2O3 | 200-300 |
Adsorpcja – w odniesieniu do procesów uzdatniania wody jest to wiązanie się substancji rozpuszczonych na powierzchni ciała stałego.
Sorbent – to ciało, które sorbuje substancje.
Adsorbat – to substancja, która ulega adsorpcji.
Przeczytaj też artykuły Filtracja zmiękczająca, Filtracja odżelaziająca oraz Filtracja mechaniczna.
[1] Warszawa-Poznań 2000, Wydanie pierwsze, Praca zbiorowa pod redakcją Jacka Nawrockiego i Sławomira Biłozora, Uzdatnianie wody, Procesy chemiczne i biologiczne
[2] Warszawa-Wrocław 1998, Wydanie trzecie, Apolinary L. Kowal, Maria Świderska-Bróż, Oczyszczanie wody