Pruebas científicas de la eficiencia del carbón activado Binchotan y Takesumi para purificar el agua

¿Cuál es la eficiencia del carbón activado para purificar el agua? El carbón activado es un método tradicional para purificar el agua que regresa con mucha fuerza, y con justa causa, ya que es un método muy eficaz. Para saber cómo utilizarlo podéis consultar nuestro artículo: El Binchotan: Carbón activado tradicional para purificar el agua del grifo.

Como recordatorio, el carbón activado de bambú o de roble se utiliza para eliminar los restos de productos químicos que el agua del grifo pudiera contener. Es imperativo que ésta agua sea potable, es decir libre de bacterias. El carbón activado no trata las bacterias, y por lo tanto, no está adaptado para el tratamiento de agua no potable en el hogar. Sin embargo, forma parte de sistemas de tratamiento de agua a gran escala, que combinan el carbón activado con filtros bacteriológicos.

Por lo tanto, como cualquier método natural tradicional, el carbón activado puede hacer levantar las cejas de las personas escépticas. ¿Cómo es que la madera o el bambú carbonizados a altas temperaturas pueden descontaminar el agua? ¿Cuáles son las pruebas científicas que respaldan estas afirmaciones? 

Estudios científicos sobre la eficiencia del carbón activado

Las investigaciones sobre la eficiencia del carbón activado para purificar el agua benefician de un inmenso interés por parte de la comunidad científica desde el siglo XVIII.

Existe un contenido literario científico con respecto al carbón activado del bambú y los carbones activados obtenidos de maderas duras tal como lo es el roble. Se han puesto a prueba diferentes tipos de pirólisis y diferentes procesos de transformación.

Numerosos tipos de carbón activado han sido comparados para evaluar su eficacia. Los científicos han probado igualmente las diferentes duraciones de vida de estos. Ha sido establecido científicamente que el carbón activado es un excelente purificador de agua y aire. 

Investigaciones aún actualizadas

Hoy en día, múltiples estudios científicos internacionales continúan investigando esta gran eficiencia del carbón activado para purificar el agua pues es un producto interesante para evaluar diferentes técnicas de filtración de agua y aire. Las investigaciones continúan explorando las mejores condiciones de uso del carbón activo, comparando las diferentes calidades de carbón en diversos ambientes. El carbón activado es también estudiado por sus propiedades desodorantes y su capacidad para retener gases y olores.

Como muy seguido en la ciencia, la mayoría de estos estudios son publicados en inglés. Se emplea un lenguaje muy técnico ya que se dirigen a especialistas. Nosotros hemos analizado estas publicaciones para usted y poder mostrar un resumen más abordable de los métodos y medidas científicas relacionados al carbón activado como purificador de agua. Si sois científicos o simplemente tenéis curiosidad, podéis dirigiros a los estudios citados en las notas al pie de la página.

Su efectiva capacidad para capturar muchos productos tóxicos

Una estructura micro-porosa

Una de las propiedades más destacadas del carbón activado es su estructura microporosa. Gracias a esta estructura, el carbón activado captura una gran cantidad de productos tóxicos. Es a través del proceso de adsorción, por el cual el carbón atrapa las sustancias nocivas. La calidad del carbón activado depende del tamaño de sus microporos y el de la superficie de contacto.

Los científicos tienen un gran interés y canalizan sus experimentos hacia una lista de productos que el carbón activo puede capturar. Para ello, se prueba la presencia de contaminantes específicos antes y después de la filtración del carbón. Varios estudios han demostrado que el carbón activado, en particular el derivado del bambú, adsorbe una gran cantidad de substancias tóxicas del agua. Esto lo convierte en un gran aliado para purificar el agua potable pero también para construir estaciones de depuración de agua y purificar tanto en zonas rurales como urbanas.

¿Cuáles contaminantes filtra el carbón activado?

Los contaminantes presentes en el agua desafortunadamente son muchos. Provienen principalmente de la industria y agricultura, estas substancias se encuentran en aguas residuales y contaminan los ríos y las capas freáticas para finalmente contaminar las redes de agua potable. 

En el colimador, la industria petrolera y del plástico, la industria farmacéutica y cosmética al igual que en la agricultura intensiva con sus numerosos pesticidas, fungicidas y herbicidas.

Las principales substancias que contaminan nuestras aguas son los nitratos, los fosfatos, metales pesados, los PCB, hidrocarburos, así como una plétora de micro-contaminantes o elementos del tipo traza como disruptores endocrinos, sin olvidar la contaminación radiactiva.

El carbón activado tiene la capacidad de tratar con eficiencia la mayoría de estos contaminantes, es ahí donde radica el interés por este producto, poco costoso y muy eficaz. En casos muy raros donde el carbón activado no purifica el agua al 100% de un contaminante, llega a tener una eficacia de más del 95%, a menudo incomparable con otros sistemas de filtración.

Nitratos y fosfatos

Los nitratos y fosfatos son responsables del elevado porcentaje de nitrógeno y de fósforo presentes en el agua. Este porcentaje puede relacionarse con lo que se denomina: la eutrofización, un exceso de nutrientes que se acumula en el agua. La eutrofización es la causa de la proliferación de algas verdes, por ejemplo. Esto indica un desequilibrio en el medio acuático.

Los nitratos existen en una menor concentración naturalmente en el agua. Sin embargo, las concentraciones elevadas de nitratos son tóxicas para la fauna, la flora y para la humanidad. El exceso de nitratos, potasio, sodio, amonio y fosfatos en el agua provienen principalmente de fertilizantes químicos. Muchos estudios demuestran que el carbón activado posee una excelente capacidad para capturar los nitratos y los fosfatos gracias a su estructura microporosa.[1] La capacidad para descontaminar del carbón es tal que puede ser utilizado para limpiar lugares altamente contaminados en nitratos y fosfatos.

Cloros 

De acuerdo a los estudios científicos disponibles, el carbón activado captura igualmente el cloro, cloroformo, cloraminas.[4] Es una ventaja muy apreciada cuando se trata de purificar el agua del grifo, que contiene muy seguido residuos de cloro.

Residuos provenientes de hidrocarburos: los fenoles

El carbón activado captura igualmente residuos de fenol (hidroxibenceno) provenientes de la industria petrolera y del plástico. [2] Éste último proviene también de la industria farmacéutica y cosmética, o incluso de la producción del papel. El fenol es corrosivo y peligroso para la salud. Puede causar la muerte en dosis muy altas.

Metales pesados

La literatura científica consta de una amplia temática en lo que concierne la capacidad de los carbones activados para limpiar el agua de metales pesados. [3] El carbón activado del bambú elimina completamente el plomo y el arsénico. Los científicos insisten sobre la importancia de utilizar un carbón activado nuevo o limpio, ya que una vez que sus elementos son adsorbidos, el carbón se satura y puede disminuir su eficiencia. En lo que respecta a metales pesados, es muy importante considerar qué tipo de carbón activado será utilizado y su calidad. 

El carbón de bambú activado es muy eficiente: limpia el agua en su totalidad del arsénico y fluoruros en una sola filtración. [4]

PCB

Los PCB, llamados también policlorobifenilos o bifenilos policlorados, son altamente tóxicos. Prohibidos en Francia desde hace mucho tiempo (1987), los PCB fueron muy utilizados en los años setenta, particularmente en los transformadores y condensadores eléctricos. La empresa Monsanto los produjo hasta el año 1977. Los PCB son por lo tanto reconocidos como « probables cancerígenos » [5] y son ecotóxicos. Aún en grandes cantidades de agua, son disruptores endocrinos. Es por lo tanto muy importante de eliminar del agua potable este producto.

Desafortunadamente, los PCB son muy persistentes y el carbón activado solo captura en promedio un 95%. Es uno de los únicos productos que no es capturado integralmente por los microporos del carbón, las investigaciones sobre este tema continúan.

Disruptores endocrinos

Los rastros de PCB forman parte de una familia de contaminantes conocidos bajo el nombre de disruptores endocrinos. Estos interfieren en el sistema hormonal de humanos y animales. Algunos son reprotóxicos, es decir que interfieren con la fertilidad, y pueden llegar a causar esterilidad. Estos disruptores endocrinos provienen de substancias presentes en pesticidas, productos de limpieza y cosméticos: parabenos, triclosán, fenoxietanol, ftalatos, bisfenol A,… la lista es larga.

Una vez más, los estudios sobre el carbón activado muestran una gran eficiencia para eliminar estas substancias nocivas. [6] Empleamos el carbón activado para tratar las aguas residuales de estos productos.

Residuos de la industria textil

Algunas industrias, en particular la textil, expulsan contaminantes difíciles de limpiar. Los residuos que provienen de los tintes pueden ser tóxicos y resistentes a ciertos filtros actuales. El carbón activado es capaz de eliminar estos residuos. Un estudio demuestra cómo el carbón activado es idóneo (eficaz) para eliminar el verde malaquita del agua vertida por la industria textil en India [7].

Mediciones de la calidad del agua

Para establecer la eficiencia del carbón activado para purificar del agua, un gran número de medidas de calidad son empleadas. El agua se analiza antes y después, de su exposición al carbón activado, en diversos intervalos. Como metodología, diferentes tipos de carbones activados pueden ser probados (de madera dura o de bambú),  obtenidos con diferentes procesos de pirólisis. A continuación, os presentamos una lista no exhaustiva de medidas utilizadas para probar el agua.

Ph y turbidez

Generalmente se mide el Ph del agua (ácida o básica) y su turbidez, es decir su espesor y su color, resultantes de su contenido de la materia suspendida (medición de MEST: Materias en suspensión total).

Demanda química de oxígeno (DQO)

La demanda química de oxígeno es otra medida comúnmente utilizada. Corresponde a medir el consumo de oxígeno en las sustancias químicas contenidas dentro del agua para oxidar sus componentes naturales (orgánicos y minerales). Para recrear las condiciones necesarias para la oxidación, se utiliza un agente oxidante a alta temperatura dentro de un medio ácido. Las sustancias oxidables se consumen por la reacción. Mide también la presencia de substancias oxidables en el agua.

Esta medida es utilizada a través de diversos estudios científicos que nos prueban que la DQO disminuye con el uso del carbón activado, señal de que el agua se ha liberado de sus contaminantes oxidables. Por ejemplo, un estudio [8] mide la DQO al cabo de una hora, de dos horas, y hasta cinco horas de filtración con el carbón de bambú activado. Los investigadores obtienen valores significativamente disminuidos (desde 378 mg/litro a 156 mg/litro). Estos valores nos muestran el poder descontaminante del carbón activado.

Demanda bioquímica de oxígeno (DBO-5)

La medida de la demanda bioquímica de oxígeno nos muestra la cantidad de oxígeno necesario para la degradación de materias orgánicas dentro del agua. La medida llamada DBO-5 se efectúa durante cinco días. Sustrayendo la DBO-5 a la DQO se obtiene un porcentaje de materia orgánica con dificultad a degradarse.

Carbono orgánico disuelto (COD)

La medida del carbono orgánico disuelto permite evaluar el porcentaje de carbono en el agua y por lo tanto su grado de contaminación.

La gama de medidas científicas es muy amplia y compleja os invitamos a leer las publicaciones científicas si queréis saber más sobre el tema.

De las propiedades antibacterianas y antifúngicas

Además de su estructura microporosa, el carbón activado tiene propiedades antibacterianas y antifúngicas particularmente interesantes. Estas permiten eliminar en su casi-totalidad substancias nocivas previamente citadas (y en su totalidad para la mayoría).

En efecto, el carbón activado de bambú contiene ácido acético y éter dietílico, que poseen propiedades antisépticas y esterilizantes. [4] El agente antibacteriano y antifúngico que contiene el bambú se llama « Bambu-Kun » [9]

Purificar eficientemente sin empobrecer

Una de las ventajas del carbón activado con respecto a otros sistemas de purificación de agua, es su capacidad de revitalizar el agua cargándola de minerales. De hecho, muchos sistemas de filtración empobrecen el agua al momento de eliminar los productos nocivos y de paso sus minerales. Es por lo mismo que ciertos sistemas constan de dos fases en el tratamiento del agua: la fase de purificación y la fase de revitalización.

El carbón activado de bambú y de madera dura (como el roble) son una excelente fuente de minerales. Así como retienen los productos nocivos, liberan al mismo tiempo los minerales en el agua. Es así que el agua se purifica y remineraliza en una sola fase. El agua se enriquece en potasio, magnesio, sodio y calcio[9].

Propiedades electromagnéticas 

El carbón de bambú activado también tiene interesantes propiedades electromagnéticas. Puede emitir infrarrojos lejanos (IRL) de 4 a 16 micrómetros. Estos infrarrojos son absorbidos por el cuerpo humano y son benéficos. Nosotros los absorbemos no solo en el agua, también a través de micropartículas del carbón activado presentes en el agua una vez que está filtrada. El carbón activado de bambú disipa por igual las ondas electromagnéticas nocivas. [9]

Esperamos que este artículo os haya podido confortar y aclarar sobre las propiedades y eficiencia del carbón activado para purificar el agua.

Tanto el carbón activado de bambú como el de madera dura (como el roble), pueden usarse para mejorar la calidad del agua potable.

Si conocéis otros artículos o estudios científicos en relación con este tema no dudéis en hacérnoslo saber en los comentarios ?

Para llegar más lejos, descubrid nuestro artículo sobre las múltiples propiedades del carbón vegetal o también el de la fabricación del carbón activado para purificar el agua.

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[1] Por ejemplo:

*Para los nitratos: Utilization of granular activated carbon adsorber for nitrates removal from groundwater of the Cluj region, Moşneag SC et al.Journal of Environmental Science and Health, Toxic/Hazardous Substances and Environmental Engineering, 2013;48(8): pp 918-24. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23485242/

*Removal of Nitrate–Nitrogen from Drinking Water Using Bamboo Powder Charcoal. Mizuta K. et al. Bioresource Technology 95(3), 2005, pp 255-257. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15288267/

Los fosfatos 

The adsorption of organic and inorganic phosphates onto a new activated carbon adsorbent. Jayson, G.G et al. Journal of Colloid and Interface Science. Volume 86, Issue 2, 1982, pp 397-410. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0021979782900856

[2] Entre los artículos disponibles, ver por ejemplo: A Study of the Adsorption of Phenol by Activated Carbon from Aqueous Solutions. Qadeer, R & Reehan A.H, Turkish Journal of Chemistry 6 (2002), pp 357-361. http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.623.6518&rep=rep1&type=pdf

[3] El siguiente artículo enumera y resume múltiples investigaciones en este campo:

Activated carbons for the removal of heavy metal ions: A systematic review of recent literature focused on lead and arsenic ions, Deliyanni, E.A et al.De Gruyter Open Chemistry, 2015; 13: pp 699–708. https://www.degruyter.com/journal/key/chem/html

[4] Fuente: The Versatile Bamboo Charcoal, Dwivedi A et al. Department of Chemical Engineering, Institute of Technology, Nirma University, Ahmedabad, Gujarat, India. International Conference on Multidisciplinary Research & Practice, International Journal on Research and Scientific Innovation, P129, Volume I, Issue VII, ISSN 2321-2705. https://www.academia.edu/9497391/The_Versatile_Bamboo_Charcoal

[5] « probables cancerígenos » : producto sospechoso de causar cancer.

[6] Por ejemplo: Determination and Removal of Endocrine Disruptors in Wastewater by Activated Carbon. Nolasco, M. et al. Journal of Civil Engineering and Architecture. 11. 2017, pp 653-662. https://www.researchgate.net/publication/320491368_Determination_and_Removal_of_Endocrine_Disruptors_in_Wastewater_by_Activated_Carbon

[7] Effects of Agitation time and Adsorbent dosage on the Adsorption of dyes. Ibaraj S & Sulochana N, Indian Journal of Chemical Technology, 9, 2002, pp 201-208.

[8] Adsorption and Treatment of Organic Contaminants using Activated Carbon from Waste Nigerian Bamboo, Ademiluyi, F.T et al, Department of Chemical/Petrochemical Engineering, Rivers State University of science & Technology, Port Harcourt, Nigeria. Journal of Applied Sciences and Environmental Management, Vol. 13(3) 2009, pp 39 – 47. http://www.bioline.org.br/pdf?ja09036

[9] Fuente:  Bamboo charcoal as a natural Water Filter – An indigenous rural application, Shwetha Kamath, 2011, India Water Portal. https://www.indiawaterportal.org/articles/bamboo-charcoal-natural-water-filter-indigenous-rural-application