Adsorbitori a carboni attivi

I sistemi di adsorbimento più diffusi sfruttano le notevoli proprietà dei carboni attivi, materiali di origine vegetale o minerale caratterizzati da una porosità estremamente elevata. I numerosissimi pori microscopici si sviluppano in profondità diminuendo man mano la loro sezione e forniscono uno sviluppo superficiale anche di 1700 metri quadrati per grammo di materiale.
I carboni attivi sono costituiti per la gran parte da atomi di carbonio e si presentano sempre di color nero sia che si trovino in polvere, in granuli o in forme sagomate.
Le loro capacità adsorbenti sono particolarmente indicate per l’abbattimento dei composti organici con un peso molecolare che varia da 50 a circa 200. In genere i composti che presentano un peso molecolare minore non vengono adsorbiti sufficientemente a causa delle piccole dimensioni; al contrario i composti organici che presentano alti pesi molecolari vengono adsorbiti così fortemente che risulta poi estremamente difficile rimuoverli durante la fase di rigenerazione.

L’ammontare di materiale che può essere adsorbito dal carbone attivo viene chiamato retentività o capacità di adsorbimento ed è espresso in peso percentuale o in Kg di contaminante organico adsorbito per 100 Kg di carbone utilizzato; in genere nelle applicazioni operative per ogni 100 Kg di carbone attivo possono essere adsorbiti da 10 a 30 Kg di contaminante.

La capacità di trattenere i contaminanti organici è influenzata da un gran numero di parametri fra i quali la temperatura, la pressione, il tipo e la concentrazione degli inquinanti, il loro peso molecolare e la presenza o meno di umidità e di particolato nel flusso da trattare.
Fattori che condizionano l’adsorbimento sono anche l’area totale di materiale adsorbente impiegato, la dimensione e la forma dei pori, l’eventuale attività chimica, il tempo di contatto fra adsorbente e sostanza da adsorbire.

A temperature più basse la ritenzione dei contaminanti organici è maggiore. A causa di questo motivo, gli adsorbitori al carbonio attivo operano di solito a temperature inferiori ai 50°C.
Anche l’umidità presente nel flusso d’aria può condizionare la ritenzione. L’acqua viene adsorbita all’interno del carbonio e compete con i contaminanti organici per i siti di adsorbimento. Allo stesso modo, maggiore è la presenza del particolato nel flusso d’aria da trattare tanto più diminuisce l’adsorbimento; per questo motivo il particolato deve essere rimosso con opportuni filtri o sistemi di abbattimento.

Nelle varie applicazioni si possono distinguere essenzialmente due tipi di sistemi basati sul carbone attivo: quelli che rigenerano sul sito e quelli che non lo fanno.
Se non è prevista la rigenerazione della sostanza adsorbente, allora si utilizzano i cosiddetti impianti a perdere. Questi sistemi sono costituiti da unità di forme estremamente diverse: possono essere cilindri, cassoni sovrapposti, cassette, pannelli, ecc. Solitamente vengono utilizzati per depurare flussi a bassa concentrazione di inquinanti, solitamente sotto i 100 ppm. Una volta che hanno raggiunto una saturazione tale che il flusso d’aria trattato presenta una concentrazione di inquinanti quasi superiore a quella stabilita per legge, vengono sostituiti ed inviati allo smaltimento o alla riattivazione all’esterno dell’impianto dove vengono utilizzati.

I sistemi a rigenerazione prevedono invece la riattivazione del carbone attivo direttamente sul luogo di utilizzo. La rigenerazione consiste nel deadsorbimento degli inquinanti che può avvenire essenzialmente in quattro modi diversi: facendo passare attraverso il letto di carbonio un gas inerte, scaldando il letto, utilizzando un flusso di vapor d’acqua che vada a sostituire le sostanze adsorbite oppure sfruttando una diminuzione della pressione dell’aria.

In genere se si deve trattare un flusso d’aria con un’elevata concentrazione di inquinanti si utilizza un sistema con due o più letti fissi. Quando il letto che si sta utilizzando sta per raggiungere la saturazione, allora si devia il flusso d’aria e lo si fa passare attraverso un nuovo letto. Il letto carico di contaminanti viene quindi sottoposto a rigenerazione e predisposto per un nuovo utilizzo nel momento in cui dovrà a sua volta sostituire un letto quasi saturo.

Nel caso in cui si debba trattare un flusso a bassa concentrazione di inquinanti è anche possibile utilizzare un sistema a rigenerazione che sfrutta un cilindro cavo di carbone attivo in rotazione. Mentre il 75-90% del cilindro è in adsorbimento, la porzione rimanente viene desorbita tramite un ridotto flusso di gas a temperatura relativamente alta. Questo dispositivo viene anche detto rotoconcentratore ed è impiegato solitamente con le zeoliti sintetiche piuttosto che con il carbone attivo.