Vist BBAT

Maandblad voor de aquarium-, terrarium- en vijverliefhebber
Visit BBAT
(Ga terug met de knop "Vorige")
Publicatie
Jaargang 55/03:079
Onderwerp Filtermateriaal: actieve koolstof - deel 1
Men vraagt ons wat ...
 
Geachte redactie,
Bij ons in de vereniging worden nogal wat vragen gesteld over houtskool. En we weten daar niet goed raad mee. Kunt U ons hiermee vooruithelpen?
- Wanneer mag het gebruikt worden?
- Hoe en waar mag het gebruikt worden?
- Na gebruik, wat moet er dan gebeuren met het water dat nu chemisch gezuiverd is?
- Wat zijn de gevolgen als er niets aan gedaan wordt?
- Wat moet er dan aan gedaan worden en met wat?
- Wat zijn de hoeveelheden van wie en wat?
- Mag ja of nee houtskool samen met turf gebruikt worden?
- Wat gebeurt er, indien men vergeet van houtskool uit het filter te halen na gebruik van medicamenten?
S.P. - Mechelen

Geachte redactie,
Heeft het zin om plantenvoeding te gebruiken, samen met houtskool in het filter? Worden die voedingsstoffen, en vooral het ijzer dan niet allemaal uit het water verwijderd?
E.B. - Stabroek

Geachte redactie,
In Aquariumwereld 50/07 vertelt Johan CLEPPE dat hij het nitraatgehalte van het aquariumwater van zijn Enanthiops sp. Kilesa tot op een aanvaardbaar niveau verlaagde met behulp van actieve kool. Ik heb dat ook geprobeerd maar dit had bij mij geen resultaat. Het nitraatgehalte bleef ongewijzigd. Heeft U een idee wat daarvan de oorzaak kan zijn?
K.S. - Evergem
 
Ik moet bekennen dat dit vragenpalet mij enigszins verbijsterde. Enerzijds omdat ikzelf geen koolstof, al dan niet actief, in mijn filters gebruik. Anderzijds omdat dat mijns inziens toch allemaal luid en duidelijk in de aquariumliteratuur beschreven is. En verder had ik misschien wat fantasierijkere vragen verwacht. Iets in de zin van: "kan ik de oude houtskool uit mijn filter laten drogen en dan later gebruiken voor de bbq ?"
Want er wordt wereldwijd nogal wat koolstof verbruikt voor dit typisch zomers culinair genoegen. Ettelijke regenwouden worden op die manier zonder enig protest in energie omgezet. Nu ja, die wouden zijn dan toch al omgekapt. En het kooldioxide dat bij het verkolingsproces het broeikaseffect nog wat meer gaat vergroten, ontsnapt ook niet hier maar in de ontwikkelingslanden die, dank zij het protocol van Kyoto, dat ongebreideld mogen verder doen. Het is dus een geluk dat we hier slechts de houtskool gebruiken die het zuivere koolstofskelet is en hier zonder al te veel luchtbedoezeling in warmte wordt omgezet om onze worstjes, hamburgers en T-bonesteaks eetbaar (nu ja!) te maken.
Omdat er blijkbaar meer vragen dan antwoorden zijn en omdat die antwoorden telkens andere vragen oproepen, ben ik zelf eens in de boekjes en tijdschriften gaan rondneuzen en ik moet inderdaad toegeven: wat de aquariaan daar qua actieve kool in de volle maag gedreund krijgt een allegaartje is van holle frasen en halve waarheden met tussen door een naspeurbaar feit dat echter in de context meestal volslagen uit zijn verband gerukt wordt.

Kool in het filter. Moet het nu wel of niet? Zo ja, voor hoelang? Zo neen, waarom niet? Vragen waarop we in deze bijdragen een antwoord hopen te geven.
Een dergelijke chaos vraagt natuurlijk een degelijke aanpak. Ik ga U daarom in deze eerste bijdrage een overzicht van de literatuur geven, gevolgd door een overzicht van twee correcte en technisch duidelijke bijdragen. De eerste van Stephen SPOTTE, wiens werk ik zeer vaak als standaard gebruik in deze antwoordrubriek en vervolgens een technisch dossier van een fabrikant van actieve kool. U kunt dan zelf hieruit filteren (hoe toepasselijk!) wat in al die boekjes- en tijdschriftbijdragen als "afval" mag afgevoerd worden. In een volgende bijdrage ga ik een stapje verder. Ik heb met diverse actieve koolsoorten een reeks proeven opgezet. Het verloop van deze proeven en de resultaten krijgt U volgende maand. Ik kan U nu al wel vertellen dat daar ook weer wat abnormale resultaten tussenzitten. En de maand daarop zal ik dan de conclusies over het geheel voor U samenvatten en dan moet U definitief weten van welke halve waarheden U in de toekomst brandhout (of houtskool) kunt maken. Om ruimte te sparen in deze artikels zullen we gevoeglijk hierna deze actieve kool met de officiële technische afkorting A.C. (Activated Charcoal) aanduiden.
Vooreerst een algemene opmerking. Ik neem aan dat de briefschrijvers van hierboven steeds A.C. bedoelen als ze over houtskool in verband met het aquarium spreken. Het is namelijk zo dat niet alle A.C. van hout gemaakt wordt. Er zijn ook tal van andere materialen die verkoold kunnen worden en later geactiveerd. We komen hier later op terug. Verder worden in vele artikelen de begrippen ABsorptie en ADsorptie nogal door mekaar gebruikt. Bij ABsorptie wordt een gas of vloeistof in het volume (de inwendige vrije ruimte) van een vaste stof opgenomen (cf. een spons). Bij actieve kool spreken we van ADsorptie. Dat betekent dat een stof wordt gebonden aan de oppervlakte van een andere stof. Dat kan een gas zijn of een in vloeistof opgeloste stof. De binding aan het oppervlak kan vast of zwak zijn. Zeer vaak zijn er "Van der Waals-krachten" in het spel. Dat zijn zwakke bindingen die b.v. ook de atomen binnenin proteïnemoleculen in stand houden.
We beginnen ons overzicht bij enkele commerciële uitgaven. Boekjes voor de beginnende liefhebber van Tetra® en Dennerle® b.v. maken geen gewag van A.C. Ze hebben deze producten overigens niet in hun aanbod opgenomen. Bij Sera® wordt er wel over gesproken. Met name voor het absorberen van gifstoffen. Verder zijn er wat boekjes verschenen over "Aquariumchemie". In 1976 lezen we in een dergelijk werkje van Guido HÜCKSTEDT dat A.C., en zelfs de dure soorten, slechts het water ontkleuren. Hij signaleert ook dat sommige soorten reductief werken, waarbij nitraat in giftig ammoniak wordt omgezet. Hij stelt dat we slechts producten van egale kwaliteit mogen gebruiken en dat dit bij A.C. meer op russische roulette neerkomt. In 1978 vertelt Dr Dieter HOHL in een gelijknamig werkje, dat in de in Duitsland bereide A.C. behoorlijk wat zink vrijkomt. Een rest van het zinkchloride dat bij het activeringsproces gebruikt werd. Zink is giftig voor vissen en daarom wordt dit filtermateriaal (zonder voorbehandeling met b.v. zwavelzuur) als gevaarlijk voor aquariumtoepassing bestempeld. Het grote adsorptievermogen van A.C. gaat volgens de schrijver wel op voor gassen, maar nauwelijks voor vloeistoffen. Toch moet hij toegeven dat verse koolstof zeer effectief kan zijn bij het verwijderen van de resten van medicatie. A.C. mag dan ook slechts een korte tijd aangewend worden en in ieder geval nooit langer dan enkele dagen omdat dan het eindpunt van het adsorptievermogen bereikt werd. Reactiveren van de kool is economisch onverantwoord en vereist dure technische apparatuur. Onder de titel "Aquariumwater, diagnose en therapie " verschijnt andermaal een werkje over aquariumchemie en deze maal van de hand van Hans-Jürgen KRAUSE. A.C. wordt hier slechts terloops genoemd om Chloor en waterstofperoxide uit aquariumwater te verwijderen.
In 1998 verschijnen in de aquariumpers enkele artikelen over filtermaterialen en o.m. over A.C. In maart lezen we in "Das Aquarium" 345 een bijdrage van Klaus SIß. Hij stelt dat A.C. ontstaat door het verhitten van plantaardig en dierlijk materiaal, anaëroob, en met toevoeging van fosforzuur of zinkchloride. Daardoor krijgt de kool een inwendige oppervlakte van 1600 m2 per gram. Dit oppervlak trekt door absorptie Chloor, ozon, niet-polaire pesticiden en humuszuren aan. Het verwijdert geen nitraat. Geeft ook aanleiding tot ongewenste bacteriebloei en is niet regenereerbaar.
In het mei-juninummer van "Aquarium Heute" neemt Dr Axel OBERBRENNER het woord. Hij stelt dat A.C. bereid wordt uit hout dat middels waterdamp op 800-1000 C verhit wordt waardoor een zeer poreus koolstofgruis ontstaat met een oppervlakte van 900/1000 m2/g wat neerkomt op 1 ha voor een soeplepel. A.C. bindt op zijn oppervlak echter uitsluitend organische (= koolstofhoudende) stoffen. Anorganische zouten zoals sporenlementen (b.v. ijzer) en stikstofverbindingen zoals nitraat, worden niet gebonden. De binding aan de koolstofmatrix is niet chemisch maar op basis van electrische aantrekkingskracht. Regeneratie is mogelijk maar economisch oninteressant. Na saturatie van de poriën zal dit filtermateriaal dezelfde eigenschappen hebben als een kiezelbedfilter. Bacteriën zijn ook organisch en worden dus ook aangetrokken door de koolstofoppervlakten. Binnenin het koolfilterbed zullen ze zich dan voeden met de andere geadsorbeerde organische stoffen. Deze bacteriënpopulatie functioneert dan als een normaal biologisch filterbed. Er wordt dan niet slechts geadsorbeerd maar er worden ook stikstofverbindingen geoxideerd. Een dergelijk systeem is dus processtabiel. De groeiende bacteriepopulatie eet steeds meer organische stoffen weg waardoor de adsorptiegrens nagenoeg nooit bereikt wordt.
In het jui-augustusnummer van "Het Aquarium" geeft W. VAN LIEROP zijn visie op A.C. Door absorptie worden geur- en kleurstoffen uit het water verwijderd alsmede grote hoeveelheden eiwitten. Verder kan deze stof ook aangewend worden voor het verwijderen van medicamenten of restanten. Ze moet echter regelmatig vervangen worden omdat er anders grote hoeveelheden bacteriën op af komen die de eiwitten gaan benutten maar tegelijk hun afvalstoffen terug in het water brengen. In combinatie met zeolieten kunnen ook eiwitten, alsook het schadelijke ammoniak verwijderd worden. De combinatie van koolstof en zeoliet kan bovendien ook de werking van dit laatste verlengen.
Op het internet zijn ook enkele bijdragen over A.C. te vinden. Vele handelen over de orale toepassing ervan bij voedselvergiftiging. Andere over het filteren van huishoudwater. Laat U niet te veel meeslepen door de vele superlatieven en uitroeptekens die in sommige (meestal auteurloze) internetbijdragen gevonden worden. Zo lezen we ergens dat A.C. alle levende en niet levende materie absorbeert welke een tegengestelde elektrische lading heeft en dat het meer dan 4000 chemische stoffen absorbeert zoals medicamenten, gifstoffen, toxines, zware metalen èn pathogene bacteriën! Bruce SELIG, Fred BERGSUND en Russel DERICKSON van North Dakota State University stellen dat A.C. Chloor en organische contaminanten (die bestaan uit Koolstof en Waterstof) verwijderen. Ze omschrijven enkele ervan: trihalomethanen, pesticiden, industriële solvents (gehalogeneerde koolwaterstoffen), polychloorbiphenyls (PCB's) en polycyclische aromatische koolwaterstoffen. De trihalomethanen zijn een bijproduct van de chlorinering van huishoudwater. Wat niet geadsorbeerd wordt volgens deze drie auteurs zijn microben, natrium, nitraten, fluoride, calcium en magnesium. Lood en andere zware metalen vereisen een zeer speciale A.C. Kleine organische moleculen worden het gemakkelijkst geadsorbeerd maar de korrelgrootte (poeder of granulaat) speelt ook een rol. Een lage pH en temperatuur bevorderen eveneens de adsorptie. Sommige organische stoffen kunnen een betere binding realiseren en zelfs tot versmelting of ionenwisseling overgaan. Dat wordt door de aard van die stoffen bepaald. Zij vermelden ook de bacteriegroei maar voor de filtratie van huishoudwater is die veeleer ongewenst. In een gelijkaardig artikel van Michigan State University lezen we nagenoeg dezelfde informatie.
In januari 2001 vinden we dan in "Het Aquarium" nog een bijdrage van William A. TOMEY. Hij gaat hierin wat dieper in op de nieuwe en duurdere A.C.-soorten die de laatste jaren door diverse fabrikanten op de markt gebracht werden. Hij heeft het echter uitsluitend over het adsorptieproces en niet over de eventuele biologische filtering. Met nogal veel omhaal wordt gesteld dat de duurdere soorten echt wel hun geld waard zijn. Een en ander steunt op een hypothese die verklaart waarom A.C. beter adsorbeert dan stoffen met een gelijkaardige poriestructuur.
Stephen SPOTTE tenslotte houdt het bij nuchtere feiten. A.C. wordt verkregen uit hout, plantaardig materiaal, been, kokosschalen en bereid in twee fasen. Eerst worden de koolwaterstoffen verwijderd door de anaërobe verhitting tot 600 °C. De verkregen kool wordt dan geactiveerd door een oxiderend gas toe te voegen en te verhitten tot 900 °C. Dit geeft de fijne poriënstructuur. De structuur en de aard van dat poriënweb wordt uitgedrukt door de molasse-, phenol- en jodiumgetallen. Die worden per productieproces vastgesteld zodat de gebruiker aan de hand van deze variabelen de A.C. kan kiezen die het best aan zijn behoeften beantwoordt. Vooral het jodiumgetal brengt de interne poriënstructuur tot uitdrukking. Jodium heeft het kleinste molecule en hoe hoger het jodiumgetal des te hoger het adsorptievermogen van de A.C. Een andere factor die de adsorptie beïnvloedt, is de vorming van biologisch slijm dat als stofwisselingsproduct van bacteriën ontstaat. Dat slijm verhindert enerzijds het dieper indringen van organische moleculen in de poriën. Ze sluiten ze gewoon af. Anderzijds wordt het A.C. door dit biologisch slijm steeds bacterievriendelijker. Deze heterotrofe bacteriën nemen verder organische moleculen op maar ook oxideren ze eiwitverbindingen (eiwit via ammonium en nitriet tot nitraat).
Uit het technisch dossier van Donau Karbon, een afdeling van de Lurgi-groep die de Hydraffin® A.C. vervaardigt leren we dat er 2 belangrijke systemen zijn om de kool te activeren. Om te beginnen is er het gas-activatiesysteem waarbij stoom, kooldioxide, lucht of een mengsel hiervan gebruikt worden. De temperaturen die hierbij gebruikt worden variëren tussen 700 en 1100 °C. In het chemisch activatieproces wordt fosforzuur, zinkchloride of zwavelzuur gebruikt en de kool verhit van 400 tot 800 °C. Deze oxiderende stoffen moeten daarna uitgeloogd en weggewassen worden. Hydraffin en de meeste moderne A.C.-soorten worden volgens de gas-activatie vervaardigd. Omdat deze firma zich uiteindelijk toelegt op het vervaardigen van effectieve adsorptiematerialen voor technische toepassingen vinden we hier geen gegevens over bacteriegroei en de gevolgen ervan. Er wordt wel uitgeweid over al die stoffen die zogezegd door A.C. verwijderd worden zodat we een wat gerelativeerde kijk op dit gebeuren krijgen. Ozon en waterstofperoxide worden b.v. zeer gemakkelijk geadsorbeerd terwijl Chloor een duidelijk langere contacttijd met de A.C. nodig heeft. A.C. in poedervorm is voor Chloor ook heel wat minder effectief dan de granulaatvorm. Het is duidelijk dat vele stoffen niet geadsorbeerd worden in het gewoonlijk compacte zakje A.C. dat wij in onze filters plaatsen. Er wordt verder ook gesproken over de saturatie van een filterbed en het doorslagen ervan, waardoor tenslotte de geadsorbeerde stoffen terug vrij komen. Een dergelijk breekpunt kan enkel door regelmatige testen op het te filteren water en het gefilterde water aan het licht komen. In technische toepassingen worden daarom steeds zeer grote filterbedden met A.C. aangewend.

Tot hier dit overzicht. Ik heb het met opzet vrij uitgebreid gemaakt om U te overtuigen niet zomaar alles te geloven wat wordt neergeschreven. U kan het rustig een maand lang herkauwen zodat U ten volle begrijpt wat de experimenten met diverse A.C.-soorten uiteindelijk betekenen.
Voor het vervolg: klik hier: