Koolstoffilters in een RO-systeem: werking en voordelen

Koolfilters in een omgekeerde osmose systeem

Een omgekeerde osmose systeem bestaat uit meer dan alleen een RO-membraan. Sterker nog: zonder goede koolfilters zou het membraan zijn werk niet lang optimaal kunnen doen.

Koolfilters en omgekeerde osmose vullen elkaar perfect aan. De koolfilters verwijderen onder andere chloor, organische stoffen en ongewenste geur- en smaakstoffen. Daarmee verbeteren ze de waterkwaliteit én beschermen ze het gevoelige RO-membraan tegen beschadiging.

Het RO-membraan neemt vervolgens de stoffen weg die een koolstoffilter nauwelijks of helemaal niet verwijdert, zoals opgeloste zouten, nitraten, fluoride, zware metalen en PFAS.

Juist deze combinatie maakt een omgekeerde osmose systeem zo effectief: iedere filtertechniek doet waar deze het beste in is.

Wat is actieve kool?

Koolfilters zijn gevuld met actieve kool. Dit is een speciaal bewerkt koolstofmateriaal dat tijdens de productie miljoenen microscopisch kleine poriën krijgt.

Hoewel een koolstoffilter er aan de buitenkant compact uitziet, bestaat het inwendig uit een enorm netwerk van kleine kanaaltjes en poriën. Hierdoor ontstaat een zeer groot intern oppervlak. Eén gram actieve kool een oppervlak hebben van 500 tot 1.500 vierkante meter.

Dit enorme oppervlak vormt de basis van de werking van actieve kool. Hoe groter het beschikbare oppervlak hoe meer stoffen zich aan de koolstof kunnen hechten.

Hoe werkt een koolfilter?

Een koolfilter werkt anders dan een standaard sedimentfilter. Een sedimentfilter houdt vooral vaste deeltjes tegen, zoals zand, roest en vuildeeltjes. Actieve kool verwijdert voornamelijk opgeloste stoffen door middel van een proces dat adsorptie wordt genoemd.

Adsorptie wordt vaak verward met absorptie, maar er is een belangrijk verschil:

Absorptie betekent dat een stof wordt opgenomen in een materiaal zoals water dat door een spons wordt opgenomen.
Adsorptie betekent dat moleculen zich hechten aan het oppervlak van een materiaal.

Wanneer water door een koolstoffilter stroomt, komen stoffen zoals chloor, vluchtige organische stoffen (VOC’s), pesticiden en stoffen die verantwoordelijk zijn voor een onaangename smaak of geur in contact met de actieve kool.

Deze moleculen hechten zich aan het enorme oppervlak van de koolstof, terwijl het gezuiverde water verder stroomt.

De natuurkunde achter adsorptie

De werking van actieve kool is gebaseerd op natuurkundige interacties tussen de koolstof en opgeloste moleculen.

Op microscopisch niveau spelen hierbij vooral Van der Waals-krachten een rol. Dit zijn zeer zwakke aantrekkingskrachten tussen moleculen. Hoewel één afzonderlijke aantrekkingskracht klein is beschikt actieve kool over miljarden mogelijke bindingsplaatsen.

Door deze combinatie van een enorm oppervlak en miljoenen kleine aantrekkingskrachten kan actieve kool grote hoeveelheden organische stoffen uit water verwijderen.

De efficiëntie van een koolstoffilter hangt af van verschillende factoren:

de kwaliteit en structuur van de actieve kool
het beschikbare oppervlak
de grootte van de poriën
de contacttijd tussen water en koolstof
de stroomsnelheid van het water
de hoeveelheid aanwezige ongewenste stoffen

Een lagere stroomsnelheid zorgt meestal voor een langere contacttijd en daardoor voor een betere adsorptie. Wanneer koolfilters in combinatie met een osmose membraan worden gebruikt dan zal het water er al langzamer doorheen stromen dan bij alleen een koolfilter waardoor er dus automatisch al een langere contacttijd is.

Waarom koolfilters onmisbaar zijn

Het belangrijkste onderdeel van een omgekeerde osmose systeem is het RO-membraan. Moderne osmose systemen gebruiken meestal een zogenoemd Thin Film Composite (TFC) membraan.

Dit membraan is zeer effectief in het verwijderen van opgeloste stoffen, maar heeft één belangrijke kwetsbaarheid: .

Chloor wordt toegevoegd aan leidingwater om bacteriën en andere micro-organismen in het waternet te bestrijden. Dit kan het gevoelige polyamide oppervlak van een TFC-membraan aantasten. In nederland wordt chloor niet meer aan leidingwater toegevoegd. In Belgie nog in kleine hoeveelheden, maar in andee landen juist weer meer.

Door langdurige blootstelling aan chloor kan het membraan minder goed functioneren. De verwijdering van opgeloste stoffen neemt dan af en de levensduur van het membraan wordt korter.

Daarom worden er altijd koolstoffilters vóór het RO-membraan geplaatst. Zij verwijderen het chloor voordat het water het membraan bereikt en zorgen ervoor dat de RO-installatie langdurig optimaal blijft presteren.

Meerder soorten koolfilters

Binnen een omgekeerde osmose systeem worden meestal verschillende soorten koolstoffilters gebruikt. Iedere variant heeft een specifieke functie.

GAC-filter (Granular Activated Carbon)

Een GAC-koolfilter bevat losse korrels actieve kool.

Het water stroomt tussen deze koolkorrels door waardoor chloor, organische stoffen en geur- en smaakveroorzakende stoffen zich aan het kooloppervlak hechten.

Door de open structuur heeft een GAC-filter een lage weerstand en kan het grote hoeveelheden water verwerken. Daarom wordt deze filter vaak gebruikt als eerste koolstoffilter in een RO-installatie.

De belangrijkste voordelen:

hoge capaciteit voor chloorverwijdering
goede verwijdering van smaak- en geurstoffen
lage drukval
lange contacttijd met actieve kool

CTO carbon Block

Een Carbon block filter, vaak aangeduid als CTO-filter (Chlorine, Taste & Odour), bestaat uit samengeperste actieve kool.

In tegenstelling tot losse koolkorrels wordt het water bij een carbon block gedwongen door duizenden kleine kanaaltjes in het koolblok te stromen. Hierdoor ontstaat intensiever contact tussen het water en de actieve kool.

Een CTO-koolfilter combineert chemische filtratie met fijne mechanische filtratie. Naast het verwijderen van chloor en organische stoffen kan het ook kleine zwevende deeltjes tegenhouden.

De belangrijkste voordelen:

zeer efficiënte chloorverwijdering
betere bescherming van het RO-membraan
verwijdering van ongewenste smaak- en geurstoffen
extra filtratie van fijne deeltjes

Omdat een CTO-filter zeer effectief werkt wordt deze meestal direct vóór het RO-membraan geplaatst.

Inline koolfilter

Bij kleine systemen worden deze als voorfilter gebruikt in plaats van de grotere 10” koolfilters. Bij waterfilter voor in de keuken passeert het gezuiverde water vaak nog een laatste inline koolfilter.

Dit filter heeft dan een andere functie dan de koolstoffilters vóór het membraan. Het beschermt het RO-membraan niet, maar zorgt voor de laatste kwaliteitsverbetering. Het inline post carbon filter verwijdert laatste sporen welke invloed hebben op geur of smaak en zorgt voor fris smakend drinkwater.

RO en koolfilters: de perfecte combinatie

Een koolstoffilter alleen kan de kwaliteit van drinkwater sterk verbeteren maar het verwijdert niet alle soorten ongewenste stoffen. Dit komt doordat actieve kool vooral werkt door middel van adsorptie: stoffen moeten zich aan het kooloppervlak kunnen hechten.

Veel opgeloste stoffen gedragen zich echter anders in water. Stoffen zoals calcium, magnesium, nitraten en zouten bevinden zich als opgeloste ionen in het water en hechten nauwelijks aan actieve kool. Hiervoor is een andere techniek nodig: omgekeerde osmose.

Juist de combinatie van koolstoffilters en een RO-membraan maakt een omgekeerde osmose systeem zo krachtig. De koolfilters bereiden het water voor en beschermen het membraan, terwijl het RO-membraan de opgeloste stoffen verwijdert die een koolstoffilter niet of nauwelijks kan verwijderen.

Wat verwijdert een koolfilter wel?

Actieve kool is bijzonder effectief in het verwijderen van stoffen die invloed hebben op de smaak, geur en chemische kwaliteit van water

Een goed koolstoffilter verwijdert onder andere:

chloor
veel organische verbindingen
vluchtige organische stoffen (VOC’s)
pesticiden en herbiciden
stoffen die een onaangename smaak of geur veroorzaken

Daarnaast kan actieve kool ook bepaalde andere stoffen gedeeltelijk verwijderen, zoals sommige PFAS-verbindingen en medicijnresten. De mate waarin dit gebeurt hangt sterk af van het type stof, de actieve kool en de contacttijd met het koolfilter.

Daarom is het belangrijk om voorzichtig te zijn met algemene claims zoals "een koolstoffilter verwijdert alle chemicaliën". Sommige stoffen worden namelijk uitstekend geadsorbeerd, terwijl andere vrijwel ongehinderd door een koolstoffilter kunnen gaan.

Welke stoffen verwijdert een koolfilter nauwelijks?

Er zijn veel stoffen die opgelost aanwezig zijn in water en weinig tot geen interactie hebben met actieve kool. Voorbeelden hiervan zijn:

opgeloste zouten (TDS)
kalkvormende mineralen zoals calcium en magnesium
nitraten
silicaten
fluoride
veel zware metalen
sulfaten
natrium

Ook de hardheid van water wordt door een standaard koolstoffilter vrijwel niet beïnvloed. De mineralen die kalk veroorzaken blijven namelijk gewoon in het water aanwezig.

Wat voegt een RO-membraan toe?

Een RO-membraan werkt volgens een compleet ander principe dan een koolstoffilter.

Bij omgekeerde osmose wordt water onder druk door een zeer fijn halfdoorlatend membraan geleid. De watermoleculen kunnen het membraan passeren, terwijl de meeste opgeloste stoffen worden tegengehouden en afgevoerd via de concentraatstroom.

Hierdoor verwijdert een RO-membraan zeer effectief:

opgeloste zouten
silicaten
nitraten
fluoride
zware metalen zoals lood, arseen en cadmium
kalkvormende mineralen
PFAS
veel medicijnresten
microplastics
bacteriën en virussen

Dit zijn precies de stoffen die met alleen een koolstoffilter vaak niet of onvoldoende worden verwijderd.

Waarom beide technieken samen beter werken

Een veelgemaakte misvatting is dat een RO-membraan een koolstoffilter overbodig maakt. In werkelijkheid werken beide technieken juist uitstekend samen.

De koolfilters vóór het RO-membraan hebben drie belangrijke functies:

Bescherming van het membraan
Ze verwijderen chloor en andere stoffen die het membraan kunnen beschadigen.
Verlengen van de levensduur
Door organische stoffen en zwevende deeltjes vooraf te verwijderen, wordt vervuiling van het membraan beperkt.
Verbeteren van de totale waterkwaliteit
De koolfilters verwijderen stoffen waar actieve kool beter in is dan een RO-membraan.

Het RO-membraan neemt daarna de taak over voor stoffen waar het juist in uitblinkt: opgeloste ionen en kleine moleculaire verontreinigingen.

Samen ontstaat hierdoor een veel bredere zuivering dan met één van beide technieken afzonderlijk.

Wat is de levensduur van een koolfilter?

Actieve kool heeft een beperkte capaciteit. Iedere porie en ieder oppervlak van de koolstof bevat een bepaald aantal plaatsen waar moleculen zich kunnen hechten. Wanneer deze plaatsen gevuld raken neemt de werking van het filter langzaam af.

Een verzadigd koolstoffilter ziet er meestal hetzelfde uit als een nieuw filter. Je kunt dus niet aan de buitenkant zien of het nog effectief is.

Voor de meeste huishoudelijke omgekeerde osmose systemen geldt als richtlijn dat koolstoffilters iedere 6 tot 12 maanden vervangen worden. Waarbij 1 jaar dus de minimale vervanging is.

De exacte levensduur hangt af van:

de kwaliteit van het leidingwater
het chloorgehalte
het dagelijkse waterverbruik
de capaciteit van het filter

Tijdig vervangen is belangrijk. Een uitgewerkt koolstoffilter beschermt het RO-membraan minder goed en kan ervoor zorgen dat de prestaties van het gehele systeem afnemen.

Samenvattend

Koolstoffilters en omgekeerde osmose zijn geen concurrerende technieken maar vullen elkaar juist aan.

Actieve kool verwijdert uitstekend chloor, organische stoffen en ongewenste geur- en smaakstoffen. Het RO-membraan verwijdert vervolgens de opgeloste stoffen die een koolstoffilter nauwelijks kan aanpakken, zoals nitraten, fluoride, kalk, zware metalen, PFAS en veel andere opgeloste verontreinigingen.

De combinatie van een GAC-filter, CTO carbon block, RO-membraan en inline post carbon filter zorgt voor een complete waterzuivering. De koolfilters beschermen het membraan en verbeteren de smaak terwijl het membraan zorgt voor een diepgaande verwijdering van opgeloste stoffen.

Juist deze samenwerking maakt een omgekeerde osmose systeem tot één van de meest effectieve oplossingen voor schoon en zuiver water.