淨水小學堂-活性碳介紹

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「活性碳」是十分常見的濾材,其主成分為「碳」,並摻有少量的氫、氧、氮、硫等物質化合而成,是呈現黑色並具有複雜表面的多孔性物質。

活性碳是將前置材料(如煤碳、石油、木材或椰子殼等)經過熱分解,釋放出水分,並經過碳化程序及活化程序製作而成活性碳。其中,又以馬來西亞椰殼為原料製程的活性碳品質最佳。在淨水器的淨水方式中,多數的濾材都是以「阻隔」的原理,擋住雜質、有害微生物,最後濾出純淨水(紫外線殺菌則是「殺死」水中微生物,但菌屍仍殘存在水裡)。

唯獨活性碳的過濾原理是「吸附」雜質。人類利用活性碳淨化水質,最早是源於木炭的運用,最久可以追溯自西元450年前,腓尼基人將飲用水儲存在燒焦的木製桶裡,以確保商船在海上行駛時船員飲水無虞。活性碳真正大規模運用於淨水用途,則可始於1950年代,活性碳可算是發展相當成熟的淨水濾材。

活性炭產生吸附力的原因,在於它有發達的孔洞結構,就象我們所見到的海綿一樣,在同等重量的條件下,海綿比其他物體能吸收更多的水,原因也是因為它具有發達的孔隙結構。但活性炭的這種孔隙結構難以用肉眼觀察,若取1克活性炭,將裡面所有的孔壁都展開成一個平面,這個面積將達到1,000平方米(既比表面積為1000m2/g)因此,影響活性炭吸附性的主要因素就取決於內部孔隙結構的發達程度。

活性碳最常用於吸附水中有機物,如農藥、三鹵甲烷、臭味分子等。由於活性碳的表面積大,因此自來水水中的氯氣也會與碳表面反應而降低。但活性碳對水中陰離子型態的污染物,如硝酸鹽則無顯著去除效果,對重金屬的去除也有限;且細菌可附著於活性碳顆粒表面,生長成「生物膜」,反而造成濾心中細菌數增加的情形。此外,對於水中硬度(鈣鎂離子)的去除,亦無明顯效果。活性碳濾芯最佳使用時機是在氯味重及三鹵甲烷、農藥及臭味等有機物含量高的地區,以及放置在RO膜之後,用於甜化水質。

活性碳濾心  

活性碳濾芯對於淨水器而言,扮演非常重要的角色,主要可以吸取化學物質、有機污染源、異色、異味等,或者放在淨水器最後一道甜化水質。我們最常聽見活性碳可去除的物質包括自來水中的氯氣、農藥、戴奧辛等。目前市面上的活性碳種類,從型態予以分類,大致可以分為以下幾種

一、塊狀活性碳棒

又稱壓鑄式(壓縮)活性碳,或者我們常說的CTO,一些歐美大廠標榜可生飲的單道濾芯淨水器產品,許多就是塊狀活性碳棒。何謂塊狀:以黏著劑(膠水)和活性碳一定的比例,混合壓縮成狀塊的活性碳。其優點是過濾孔徑小,過濾效果佳。缺點則是會造成水路和bypass(沒過濾就流過)的現象,或者造成壓降。若活性碳棒在壓鑄過程,壓力不均,造成碳棒的結構密度不均,因水有往低壓處流動的特性,因此會自然形成一條「水路」,使得整支碳棒的過濾效果不能完全發揮。

二、顆粒活性碳

即將活性碳研磨成顆粒狀或更細小的粉狀,置入濾瓶中成為濾材,通水之後達到過濾的目的,也是目前運用最廣泛的活性碳濾芯型態。一般常見的顆粒活性碳濾芯選購原則,就是把濾芯拿起來搖一搖,聽聽裡面的聲音,以判斷顆粒的粗細。若聲音聽起來細碎,表示顆粒越小,則過濾效果越好;或者拿兩支體積差不多的濾芯放到手上惦惦重量,一般來說相同體積下,重量輕的活性碳表示表面孔洞較多,過濾功能較好。

此外,要檢驗活性碳孔洞多寡,最直觀的作法是把活性碳丟到水裡,如果冒出水面的氣泡越多越綿密,則過濾效果越好,當然,一般淨水器業者是不允許我們這麼做的…(如果您有科學家的研究精神,可以在家實驗比較各家廠商的活性碳)必須注意的是,並不是把整支濾瓶完全填充到滿,就可以獲得更好的過濾效果,一般來說濾瓶全部容積中必須留有5~10%的空間與空隙,以供活性碳發揮。如果活性碳濾芯在充填過程,是以擠壓的方式,強制填充最大限度的活性碳原料,則會發生以下狀況

  1. 濾芯搖晃不會產生聲音(表示濾瓶裡面沒空間了)
  2. 容易造成活性碳充填密度過高,使水流於濾瓶內產生「水路現象」,形成活性碳浪費。
  3. 顆粒活性碳於填充高密度的情況下,勢必造成整個水流的阻抗(壓降), 不僅效能降低,更直接影響負責造水壓力的馬達,造成壽命減短與故障率的提升;嚴重者會使濾芯爆裂。

三、最近幾年出現出第三種型態的活性碳稱為活性碳纖維(Activated Carbon Fibers, CF)

相較於傳統顆粒碳,擁有發達的微孔結構,巨大的比表面積,具有較快的吸脫附速率及更便利的操作維護、較長的壽命等優點。當然,價格上也高於上述兩種型態的活性碳。若經濟預算許可,或者家中人口數多,倒是可以考慮活性碳纖維的濾芯。雖然活性碳具有經濟、用途廣泛的特色,但活性碳也有其缺陷,特別是孔洞容易滋生微生物,形成生物膜,污染水質等。

因此,為了改善活性碳容易姿生為生物的缺點,除了定期更換濾芯之外,業者也開發「添加銀離子」的活性碳濾芯,將活性炭和銀結合在一起,不僅對水中有機污染物有吸附作用,當水通過銀活性碳時,銀離子就會慢慢釋放出來,起到消毒抑菌作用。但也並不是銀離子加越多越好,添加過多反而有金屬中毒的風險,因此必須遵守檢驗標準,水中銀離子溶出量:日本0.05PPM,美國0.1PPM。歐漾淨水所採用的活性碳濾芯,一律使用高級椰殼活性碳原料,並自行生產無毒、環保濾充填,或從日本進口原裝活性碳纖維組裝,獲得NSF認證,無論在品質、效能都值得信賴,可洽全省加盟商選購。

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