Wkład z węgla aktywnego.

Jak powstaje węgiel aktywny?

Zalety węgla aktywnego.

Jest on bardzo dobrym adsorbentem, który doskonale potrafi wiązać całą gamę różnych substancji rozpuszczalnych w wodzie, przede wszystkim związków organicznych, ale dość dobrze radzi sobie też ze związkami nieorganicznymi, w tym także metalami. W zależności od rodzaju węgla i sposobu jego aktywacji, jeden rodzaj będzie lepiej wyłapywał cząsteczki o złożonej budowie pierścieniowej, a inny cząsteczki o budowie łańcuchowej. Są one wiązane na kilka różnych sposobów. Niektóre cząsteczki organiczne reagują chemicznie z powierzchnią węgla, łącząc się z nim w sposób trwały (takie połączenie nazywane jest chemisorpcją). Drugi sposób - fizyczny, ma miejsce, kiedy cząsteczki nie reagujące chemicznie przytwierdzają się do powierzchni węgla dzięki siłom van der Waalsa. Takie połączenie jest słabsze niż chemisorpcja, ale właśnie w ten sposób wychwytywana jest największa ilość związków organicznych. Ciekawostką jest fakt że również wirusy mogą być wyłapywane z wody w ten właśnie sposób. Potrafi on również usuwać z wody substancje nieorganiczne, z pomocą tak zwanych grup funkcyjnych które są rozmieszczone na jego powierzchni, ilość i rodzaj takich grup zależy od rodzaju węgla i technologii użytej do jego wykonania (rodzaju jego aktywacji). Są to miejsca reagujące chemicznie bezpośrednio z różnymi cząsteczkami, i metalami. Węgiel aktywny może również eliminować znajdujące się w wodzie metale. Wiele z nich, występujących jako jony lubi łączyć się z cząsteczkami organicznymi, tworząc tak zwane kompleksy, są one bardzo dobrze absorbowane przez węgiel aktywny. Gorzej radzi sobie on z samymi metalami, najlepsze wyniki sięgające 18% dotyczą miedzi i ołowiu, pozostałe metale wychwytywane są na poziomie kilkunastu procent. Jednak w akwaterrarium mamy do czynienia z zamkniętym obiegiem wody, więc pochłanianie metali będzie tak duże jak tylko pozwolą na to warunki w nim występujące. Często zdarza się, że woda w zbiorniku nabiera nieprzyjemnego „bagiennego” lub „trawiastego” zapachu, który jest efektem rozkładu martwych glonów, które lubią pojawiać się w nadmiarze w akwaterrariach w których filtracja biologiczna nie jest do końca prawidłowa. Zastosowanie takiego wkładu doskonale pomaga w usunięciu takiego zapachu. Efektywność węgla aktywnego zależy od kilku czynników. Jeden z nich to pH wody (najlepsze wyniki przy pH<7, ale nie jest to regułą), inny to temperatura wody w jakiej znajduje się taki wkład (najlepsza to około 10 stopni, im będzie ona wyższa tym skuteczność adsorpcji węgla maleje). Z przeprowadzonych badań wynika że węgiel aktywny jest bardzo uniwersalnym adsorbentem, potrafiącym usunąć do 90% związków organicznych z wody, a tylko 10% jest przez niego słabo lub wcale przyswajalnych. Ze względu na swoją porowatą i mocno rozwiniętą budowę (jak wspomniałem wyżej, 1g węgla może mieć do 2000 m² powierzchni!) jest bardzo dobrym podłożem do rozwoju bakterii nitryfikacyjnych, które znajdują w nim dobre warunki do rozwoju, ze względu na zawartość tlenu, węgla, i zanieczyszczeń przez niego pochłoniętych, które są doskonałą pożywką dla takich bakterii.

Przykłady organicznych substancji dobrze i źle usuwanych przez węgiel aktywny [Kowal & Świderska-Bróż 1996]

Tabela 2. Podatność na usuwanie węglem aktywnym niektórych zanieczyszczeń nieorganicznych [Kowal & Świderska-Bróż 1996]

Wady węgla aktywnego.

Dlaczego więc, pomimo tak wielkiej skuteczności nie cieszy się on popularnością wśród akwarystów i zazwyczaj jest zalecany tylko do usuwania resztek lekarstw, pozostałych w wodzie po leczeniu ryb, i jako wkład filtracyjny w małych zbiornikach w których trudno uzyskać stabilny biotop? Jedną z przyczyn, jest jego zbyt duża skuteczność w wychwytywaniu tak dużej ilości związków organicznych, co rodzi obawę, że „woda zostanie wyjałowiona”. Wspomniałem wcześniej, że pochłania on między innymi tak zwane kompleksy (związki jonów metali z cząsteczkami organicznymi, między innymi żelaza), które są niezbędne do prawidłowego rozwoju roślin, jednak w akwaterrarium obsada roślinna jest mała, a najczęściej nie ma jej wcale, więc nie musimy się zbytnio obawiać tej właściwości węgla. Druga przyczyna jest taka, że wkład z węgla aktywnego pomimo bardzo dużej pojemności sięgającej 20% swojej wagi, musi być dość często wymieniany, średnio co dwa-trzy miesiące. Nie sprzyja to utrzymaniu stałych warunków biologicznych w zbiorniku i zmusza nas do częstego otwierania filtra. Zużyty wkład węglowy, praktycznie nie nadaje się do regeneracji i trzeba go wymienić na nowy. Są co prawda przemysłowe metody jego „odnowy”, ale wymagają one wysokich temperatur, które są nieosiągalne w warunkach domowych, a „prażenie” wkładu węglowego w piekarniku i płukanie w wodzie destylowanej w znikomym stopniu przywraca jego pierwotne właściwości. Często również jako wadę traktuje się też to, że węgiel po tak zwanym „przepełnieniu” , może oddawać do wody to, co wcześniej z niej wchłonął. Jest to oczywiście możliwe, ale muszą być spełnione pewne warunki żeby takie zdarzenie miało miejsce. Może być to na przykład nagła zmiana pH wody, w czasie dużej jej podmiany, albo pojawienie się w wodzie substancji łatwiej pochłanialnych, niż związki zgromadzone w nim do tej pory (na przykład związków humusowych, które są przez niego bardzo dobrze przyswajalne). Dlatego też nie powinno się stosować równocześnie wkładu węglowego i torfowego, lub szyszek olchy, liści dębu, czy innych źródeł humusu w tym samym czasie, w jednym filtrze, ponieważ wkład węglowy szybko ulegnie zużyciu. Oddanie części zanieczyszczeń może też nastąpić, kiedy wkład węglowy znajdzie się w czystszej wodzie niż ta, w której się do tej pory znajdował, (na przykład po dolaniu dużej ilości czystej wody) takie zachowanie węgla nazywane jest desorpcją. Jednak w takim przypadku ilość zanieczyszczeń może wrócić tylko do poziomu sprzed dolania świeżej wody do akwaterrarium. Jeżeli jednak nie będziemy dopuszczali do zbytniego przepełnienia wkładu węglowego, odpowiednio wcześniej wymieniając go na nowy, to takie zachowanie węgla nie będzie miało miejsca. Jeżeli zdecydujemy się na stosowanie węgla w filtrze, powinno się go przed użyciem dokładnie wypłukać, najlepiej zrobić to w wodzie destylowanej, lub uzyskanej na drodze odwróconej osmozy. Jeżeli nie mamy takiej możliwości, możemy użyć odstanej, czystej wody z kranu. Im czystsza będzie woda w której będziemy płukali węgiel, tym mniej substancji zostanie przez niego wchłoniętych w czasie płukania, a czas jego skutecznego działania w systemie filtracji akwaterrarium będzie dłuższy. W filtrze wkład z węgla aktywnego powinien być włożony w worek z otworami zapewniający swobodny przepływ wody, a jednocześnie nie pozwalający na wydostanie się węgla z koszyka filtra, taki worek ułatwia też jego wymianę. Dobrze do takiego zadania nadaje się kawałek nylonowej pończochy.

Węgiel pylisty.

Węgiel granulowany.

Węgiel z łupin orzecha kokosowego.

Zdjęcia za: http://www.desotec.pl/wegiel_aktywny.php

Zakończenie.

Na koniec dodam, że za oceanem węgiel aktywny cieszy się dużo większym uznaniem wśród akwarystów, niż w Europie i jest często stosowany jako wypełnienie filtrów akwarystycznych. Dlatego powinniśmy się zastanowić, czy minusy stosowania węgla w filtrze nie przesłaniają nam jego plusów, szczególnie, że w akwaterrarium nie musimy stosować tak rygorystycznych kryteriów parametrów wody, jakie obowiązują w akwariach z dużą obsadą roślinną, czy delikatnymi rybami.

Źródła:

http://www.desotec.pl/wegiel_aktywny.php

http://www.lenntech.com/polski/adsorpcja.htm

http://demo.un.pl/solniczka/artykuly/wegiel.htm

Literatura: