Il carbone attivo è un materiale filtrante, che già da lungo tempo viene impiegato in acquariologia. Così come è conosciuto questo materiale, tanto poco chiaro risulta invece il suo corretto impiego ed i suoi effetti nel trattamento dell’acqua degli acquari. La differenza qualitativa tra i diversi tipi di carbone, è talmente determinante che ogni acquariofilo dovrebbe testare il proprio prima di impiegarlo. E’ noto che i frammenti di corallo inseriti nel reattore di calcio possano rilasciare fosfati. Certamente è meno risaputo che anche alcuni tipi di carbone possono elevare il contenuto di fosfati dell’acqua di acquario.

Carbone Korallenzucht

Il carbone attivo, come questo della KORALLENZUCHT, costituisce uno dei materiali filtranti di maggiore importanza dal punto di vista qualitativo per ogni acquario marino. Risulta pertanto decisiva la scelta di materiali di comprovata qualità.

Come funziona il carbone attivo?

Le sostanze (gas, liquide, e particelle solide) hanno, a causa di forze molecolari, la caratteristica di attrarsi a vicenda. Queste forze di attrazione definite di Adesione, espletano il loro effetto sulle cosiddette superfici limite, come le parti esterne di corpi nell’acqua (filtraggio a carbone), oppure sulla pareti esterne delle bolle di aria in acqua (schiumazione)(Naser 1986, Kloppel & Kloppel 1980). Naturalmente queste forze di adesione hanno effetto anche sulle superfici dei vetri dell’acquario o sugli oggetti decorativi al suo interno. La superficie disponibile è tuttavia molto limitata, e non può essere sostituita quando si satura. La capacità di assorbimento di un carbone, cioé quanta sostanza si può fissare alla sua superficie, e la velocità di assorbimento, dipendono da diversi fattori:

 1. Superficie

La superficie. Maggiore è la quantità di spazio disponibile, tante più sostanze possono essere legate. la superficie dei carboni attivi varia da 400 fino ad oltre 2000 m2/g. Bisogna altresì dire, definendo una limitazione, che i pori più piccoli chiamati “Submicropori”, con un raggio di 0,4 nm (1nm = 1 Nanometro = 1 millesimo di Micrometro = 1 milionesimo di millimetro), non sono a disposizione delle molecole più grandi. Nel campo dell’acquariologia, però, il carbone attivo dovrebbe essere preposto all’assorbimento delle molecole di maggiori dimensioni, come le sostanze ingiallenti e i residui di quelle medicamentose. Anche le caratteristiche chimiche della superficie, come la tipologia e la quantità degli ossidi ivi presenti (gruppi di chinoni,Carbonil, Carboxyl, Fenoli ecc..), giocano un ruolo determinante nel processo di assorbimento.

 2. Temperatura

La Temperatura. Più la temperatura è bassa, più sostanze possono essere immagazzinate nella superficie. Tuttavia: più la temperatura è elevata, più velocemente può avvenire tale accumulo. In acquariologia, queste regole, non hanno una particolare importanza dato che la temperatura rimane normalmente abbastanza costante. L’acquariofilo dovrebbe però evitare di introdurre in acquario, un carbone in precedenza usato in acqua fredda, (ad esempio per depurare l’acqua di rubinetto). In questo modo, portando il carbone a temperature superiori, le sostante legate dal carbone in acqua fredda possono successivamente essere cedute a quella più calda. Quanto velocemente alcune sostanze possono essere assorbite e a quale temperatura, dipende soprattutto da alcuni fattori di valenza termica. (Assorbimento-isotermico) (RAMSCH, B. 1992).

3. Forma

La forma del carbone attivo non ha un ruolo importante nella sua resa. Quello sagomato ha, rispetto al tipo frammentato (pezzi di forma irregolare), solamente un leggero vantaggio: consente un migliore scorrimento dell’acqua attraverso il sacchetto che lo contiene. Il carbone in polvere reagisce più velocemente. Tuttavia in acquariologia, il suo impiego risulta tuttavia più complicato (filtro a diatomee) ed il fattore tempo non costituisce normalmente un punto determinante.

4. Concentrazione

La concentrazione della sostanza da eliminare ha un ruolo altrettanto importante nella velocità di assorbimento. Minore è la concentrazione, più lentamente la sostanza può essere inglobata. Proprio nella scala dei micro elementi, bisogna fare i conti con lunghi periodi di contatto.

Come viene prodotto il carbone attivo?

Il carbone attivo viene prodotto dai più diversi materiali quali torba, legno, fuliggine, ossa, sangue, carbone bituminoso, carbone fossile, gusci di noci di cocco, semi di frutto e zucchero. Per la qualità del prodotto il fattore determinante è il modo di attivazione. Il carbone attivo finito è composto al 83-93% da carbonio, il resto consiste in un 1-3% di idrogeno e in un 0,2-10% di ossigeno. Azoto e zolfo sono presenti solamente in tracce (Lurgi 1989). Una caratteristica dell’attivazione chimica, è che il materiale grezzo, risulta asciutto e mescolato a sostanze chimiche quali: acido fosforico, acido solforico, idrossido di potassio, carbonato di sodio. Per mezzo di una aerazione, da circa 400° fino a 600°C, le sostanze chimiche estraggono dal carbone grezzo gli atomi di idrogeno e di ossigeno. Dopo il lavaggio e la successiva asciugatura, il prodotto finito è pronto. L’altro metodo per ottenere l’attivazione, consiste nel trattamento a vapore. A temperature di circa 800 fino a 1000°C, una atmosfera a base di azoto viene messa a contatto con la sostanza grezza (C+H2O-CO+H2). Il perfetto controllo della temperatura di reazione e del tempo, come pure la concentrazione di ossigeno, anidride carbonica, acqua, ossido di carbone e idrogeno, influenzano durante questo processo l’eliminazione di atomi indesiderati ed evitano la combustione del carbone, determinandone la qualità e la struttura finale. L’attivazione di questo materiale, per le ragioni sopra esposte, non è quindi alla portata dell’acquariofilo. Purtroppo l’espressione “Attivazione” è impiegata in maniera errata da alcuni fornitori, definendola come degassificazione del carbone attivo prima della sua introduzione in acquario. In diversi libri di acquariofilia, è descritta la rigenerazione di carboni usati, mediante trattamento in forni. Queste affermazioni sono senza senso. Solamente aziende specializzate, applicando le menzionate tecniche, sono in grado di rigenerare il carbone. Ogni rigenerazione, tuttavia, implica una modifica della struttura dei pori, alterandone in tal senso negativamente la qualità.

Carbon3

Come viene impiegato correttamente il carbone attivo?

1. Eliminazione delle sostanze ossidanti dall’acqua

L’eliminazione dei mezzi ossidanti non riguarda la sopra descritta capacità di assorbimento del carbone, ma piuttosto una diversa caratteristica : l’assorbimento chimico. In questo processo le sostanze capaci di ossidare come cloro e ozono, sono catalizzate e distrutte; esse si accumulano solo brevemente sulla superficie e si riducono poco dopo nei loro componenti principali. Per eliminare il cloro dall’acqua, ad esempio, sono sufficienti solo pochi secondi di contatto. I filtri a carbone possono pertanto essere di piccole dimensioni; mentre è impiegabile un prodotto di bassa qualità. Insieme ai moderni impianti di osmosi andrebbe sempre impiegato un prefiltro a carbone, in maniera da eliminare il cloro e l’ozono. Cosi facendo, si preserva la membrana da una precoce ossidazione e dal suo conseguente deterioramento (Sellner& Ramsch 1996). Anche quando sono impiegati schiumatoi con elevate dosi di ozono, un post-filtraggio a carbone dovrebbe sempre essere tenuto presente, specialmente se tali impianti sono installati a valle di filtri denitrificatori (anaerobici). In tali ambienti il valore Redox sale anche a valori di 700 mV, e l’acqua di riflusso ricca di ozono, può mettere in pericolo gli animali più delicati. Qualora l’impiego di ozono in questi sistemi sia moderato, si può rinunciare al filtraggio a carbone. Durante l’impiego descritto, il materiale non si consuma; tuttavia le particelle in sospensione ne ostruiscono via via la superficie, riducendone la sua capacità di catalizzazione. Lo stesso si può dire per i pre-filtri degli impianti di osmosi; quando sono sporchi, vanno sostituiti. Il carbone attivo utilizzato per la pulizia dell’acqua reflua degli schiumatoi, andrebbe sempre sostituito, qualora si identifichino sedimentazioni, valori Redox eccessivamente alti, o si misuri ozono libero.

2. De-Ozonizzazione dell’aria

Dagli schiumatoi nei quali è impiegato ozono, fuoriesce aria contenente questo gas. Essa dovrebbe sempre essere convogliata attraverso un filtro a carbone per evitare che l’ozono possa diffondersi nell’ambiente. Anche a basse concentrazioni, (100ng/m3; 1ng=1 millesimo di milligrammo) è in grado di provocare mal di testa e sintomi di malessere. Se si avverte il suo odore, la concentrazione è sicuramente troppo elevata! In impianti di grandi dimensioni, sono pertanto altamente consigliate strumentazioni di rilevazione ed allarme di ozono. I filtri per l’aria degli schiumatoi devono sempre essere controllati, dato che un carbone eccessivamente umido o addirittura bagnato ne pregiudica notevolmente l’efficacia ed il tempo di scomposizione dell’ozono si allunga sensibilmente.

3. Eliminazione delle sostanze organiche dall’acqua di rubinetto

L’acqua potabile degli acquedotti in alcune zone non è adatta per impieghi acquariologici. Anche quando i valori misurabili dall’acquariofilo, come durezza, nitrati, fosfati, e silicati sono nella norma, pesticidi, residui di sostanze disinfettanti ed ormoni, sono in grado di costituire un pericolo per gli organismi marini più sensibili. Anche in questi casi il carbone attivo può essere di aiuto. Le citate sostanze sono , nell’acqua di rubinetto, presenti solo in micro o nanogrammi, ma anche in queste seppur minime concentrazioni, costituiscono una potenziale sorgente di rischio. Per eliminare dall’acqua di rete le enunciate sostanze in tali concentrazioni, ad esempio 100ng/l (1ng = 1 milionesimo di milligrammo), attraverso il filtraggio di carbone attivo, essa dovrebbe rimanervi a contatto per almeno 30 minuti. Purtroppo esistono in commercio impianti di filtrazione che, a dire del fabbricante, sono in grado di depurare diversi litri al minuto. Queste affermazioni sono spesso accompagnate da dati molto discutibili. Una evidente riduzione di pesticidi, nella scala dei milligrammi, può sicuramente essere ancora veritiera. Nell’ordine di grandezza dei microgrammi, però, a questi livelli di flusso d’acqua, i dati forniti sono sicuramente inattendibili. Impiegando quindi il carbone attivo per depurare l’acqua di rete, il tempo di contatto carbone-acqua deve necessariamente essere molto prolungato. Se si utilizza ad esempio 1 litro di carbone attivo non dovrebbero fluirvi più di 2 litri di acqua all’ora o 50 litri al giorno, per ottenerne un effetto filtrante. Per quanto concerne la durata, invece, bisogna fare riferimento ai dati forniti, cosa che malauguratamente non sempre si verifica. Per sicurezza, è consigliabile non usare il carbone attivo per più di 5000 litri di acqua di rubinetto. Oltre questa durata non si può più essere certi della sua effettiva capacità assorbente. Per le ragioni citate, sarebbe opportuno porsi la domanda, se non sia più conveniente munirsi di un impianto di osmosi inversa, con il quale i valori in uscita sono sensibilmente migliori ma soprattutto facilmente verificabili anche dal profano. (Selner & Ramsch 1996).

4. Eliminazione delle sostanze ingiallenti e medicamentose

L’ impiego più comune del carbone attivo riguarda l’eliminazione di sostanze indesiderate dall’acqua dell’acquario. Il problema purtroppo è che esso non fa differenza fra sostanze desiderate e non. In questo modo alcuni elementi importanti come ad esempio lo iodio, sono sistematicamente eliminati dall’acqua. Vale pertanto questa fondamentale regola: usare il carbone attivo negli acquari di barriera solamente in caso di necessità, e soprattutto nelle giuste dosi! Il suo collocamento nel sistema filtrante avviene di solito, per mezzo di sacchetti per tale materiale. Il tempo di contatto non ha un ruolo importante, dato che l’acqua vi scorre velocemente intorno. Le quantità consigliate sono di circa 0,5 fino ad 1 litro di carbone attivo per 500 litri di acqua d’acquario. Dopo uno, massimo tre giorni, il carbone attivo deve essere tolto dall’acqua. Non esistono carboni a lunga durata! La superficie assorbente del materiale è velocemente saturata dalle sostanze contenute nell’acqua marina, cosi che altre non possono essere catturate. Completato il riempimento della superficie libera, il processo si ferma ed inizia quello di scambio. Le sostanze precedentemente inglobate , sono rimesse in circolazione e sostituite da quelle più facilmente assorbibili (ad esempio lo iodio). Dopo l’uso di carbone attivo è indispensabile dosare nuovamente oligoelementi, in particolare va fornita una abbondante quantità di iodio. L’utilizzo di questo materiale filtrante è tuttavia sempre consigliato in caso di dosaggio di sostanze medicamentose, in circostanze in cui si suppone un’avvelenamento dei pesci (respiro affannoso), o qualora la qualità dell’acqua sia sensibilmente peggiorata (sostanze ingiallenti). Queste tre circostanze sono le più tipiche per giustificare una tale immissione di materiale nel sistema filtrante. Un uso sconsiderato di carbone attivo negli acquari di barriera è pertanto vivamente sconsigliato.

5.  Filtrazione biologica dell’acqua

Un’altro campo di impiego del carbone attivo è il filtraggio biologico dell’acqua (colonizzazione batterica). In seguito alla sua elevata capacità assorbente, il carbone offre ai batteri che lo colonizzano, grandi quantità di sostanze organiche. Gli organismi che vi si sviluppano (oltre ai batteri anche esseri unicellulari) trovano vantaggiosa questa abbondanza di nutrimenti (Reimann 1969). Tuttavia non è resa disponibile tutta la superficie del carbone. La parte più interna infatti, a causa della grandezza stessa dei batteri di circa 1-10 nm, non può essere occupata. I piccolissimi macropori (25nm), mesopori (1-25nm) e i micropori (0,4-1nm), che possono assorbire le sostanze organiche, non sono però raggiungibili dai batteri. Molti acquariofili sono convinti che il carbone attivo possa offrire ai batteri una enorme superficie colonizzabile. In pratica si è visto che tale credenza non risponde al vero e che molti materiali filtranti sono in grado di offrire prestazioni sensibilmente maggiori. Tuttavia il carbone possiede, grazie al suo potere assorbente, una elevata forza attrattiva per i batteri. Le sostanze assorbite sono elaborate dai batteri; in tal modo la superficie viene parzialmente ripulita e resa nuovamente idonea ad un nuovo processo di assorbimento. Nonostante tutto, un filtro biologico a carbone, a causa della sua tendenza ad assorbire oligoelementi, alla sua predisposizione per un rapido intasamento e al conseguente abbassamento del potenziale Redox, non é consigliabile in un acquario di barriera. Tale acquario offre normalmente sufficienti superfici colonizzabili (rocce vive, fondo). In acquari di soli pesci invece, o in altre vasche speciali (ad esempio acquari di mangrovie), l’impiego del carbone attivo, può costituire ancora una valida alternativa. In base al carico organico il dosaggio consigliato per circa 100 litri di acqua di acquario é 1-2 litri di carbone attivo. Ogni due, sei mesi è opportuno sostituire un terzo del materiale con quello nuovo. Se impiegato con una circolazione molto lenta, il filtro a carbone è in grado di eliminare anche i nitrati. I batteri anaerobici sfruttando la carenza di ossigeno, colonizzano le parti più nascoste del carbone. Tale resa è imputabile però solamente ai batteri; il carbone di per se non è in grado di assorbire nitrati! Anche questa affermazione si può trovare spesso in alcuni libri.

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