Carbone attivo granulare (GAC)

Come funziona (principio fisico-chimico)

Il carbone attivo è ottenuto per attivazione termica (700–1.100 °C in presenza di vapore o CO₂) o chimica (acido fosforico, cloruro di zinco) di materie prime ricche di carbonio: legno, gusci di cocco, carbon fossile, lignite. Il processo crea una rete di micropori (<2 nm), mesopori (2–50 nm) e macropori (>50 nm) che dà al materiale una superficie specifica interna fra 800 e 1.500 m²/g.

L'adsorbimento avviene per forze di Van der Waals (fisi-sorbimento) e in alcuni casi per legami chimici deboli (chemio-sorbimento). Le molecole organiche non polari si fissano preferenzialmente nei micropori; le molecole più grandi diffondono lentamente o restano nei mesopori. Il cloro libero viene chimicamente ridotto in cloruro tramite reazione catalitica sulla superficie del carbone (declorazione).

Cosa rimuove e cosa NO

Il GAC è la tecnologia più efficace ed economica per migliorare gusto e odore dell'acqua di rete, eliminando cloro residuo (>95% in pochi secondi di contatto) e sottoprodotti come trialometani (THM). Riduce anche pesticidi non polari (atrazina, simazina) e VOC come benzene, toluene, MTBE.

• Rimuove molto bene: cloro libero e cloramine (con carboni catalitici), THM, atrazina, benzene, toluene.
• Rimuove parzialmente: PFAS a catena lunga (PFOA, PFOS) con breakthrough rapido (3–6 mesi su carboni standard, fino a 12 mesi su PFAS-specific).
• NON rimuove: sali, durezza, nitrati, arsenico, microorganismi, metalli (eccetto piombo in tracce con carboni speciali).
• Rischio: in assenza di disinfezione a valle, il letto di GAC può diventare biofilm (carica batterica eterotrofa elevata).

Specifiche di progetto (EBCT, granulometria, breakthrough)

Il parametro chiave è l'Empty Bed Contact Time (EBCT), tempo di contatto vuoto, calcolato come volume del letto / portata. Per la sola declorazione bastano EBCT di 1–2 minuti; per PFAS e microinquinanti organici servono EBCT di 8–15 minuti. Granulometria tipica: 8×30 mesh (0,6–2,4 mm) o 12×40 mesh (0,4–1,7 mm).

Il breakthrough è il momento in cui la concentrazione del contaminante in uscita supera una soglia accettabile. Va monitorato analiticamente: per cloro un sensore in linea, per PFAS analisi periodica accreditata. La capacità adsorbente è espressa in mg di contaminante per g di carbone (tipicamente 50–200 mg/g per molecole organiche di medie dimensioni).

Pre-trattamento richiesto

Filtrazione a sedimenti 5 µm per evitare colmatazione meccanica del letto. In presenza di ferro >0,3 mg/L è richiesta ossidazione e filtrazione a monte, perché il ferro precipita sui pori del GAC riducendo drasticamente la capacità adsorbente.

Manutenzione e vita utile componenti

Le cartucce POU vanno sostituite ogni 6–12 mesi o secondo le indicazioni del costruttore in funzione della portata trattata. La ricarica dei letti POE va programmata in base ad analisi: tipicamente ogni 12–24 mesi per declorazione e gusto, ogni 6–12 mesi per PFAS. Sanificazione del letto con vapore o disinfettante alimentare ogni 12 mesi negli impianti centralizzati.

Costi reali (acquisto + 5 anni)

Un sistema POU sotto-lavello con cartuccia GAC + sedimenti costa 100–250 € installato. Cartucce di ricambio 40–80 €/anno. Totale 5 anni: 350–650 €. Per un POE da 30 L di GAC l'investimento è 600–1.200 €, con ricarica ogni 18 mesi a 80–150 €. Totale 5 anni: 1.000–1.700 €.

Quando ha senso e quando no

Ha senso quando l'obiettivo è migliorare gusto e odore dell'acqua di rete (eliminazione cloro), ridurre pesticidi e VOC presenti in basse concentrazioni, abbattere PFAS in attesa di soluzioni più radicali (osmosi). È spesso utilizzato come pre-trattamento di osmosi inversa per proteggere la membrana TFC dal cloro.

Non ha senso come trattamento principale per acque con elevata contaminazione chimica permanente (nitrati, arsenico, PFAS in alta concentrazione): il breakthrough rapido rende i costi di esercizio insostenibili. Non ha alcun effetto sulla durezza.

Cosa misurare con analisi accreditata

Pre: cloro libero, THM totali, COD, pesticidi specifici (se sospetto), PFAS (se in zona a rischio). Post-installazione: stessi parametri per verificare il rendimento e calcolare il tempo di breakthrough effettivo. Per impianti centralizzati: anche carica batterica e coliformi a valle, perché il GAC può diventare reservoir microbiologico.

Conformità normativa (D.M. 25/2012)

I carboni attivi per uso potabile devono essere conformi alla norma UNI EN 12915 e al D.M. 25/2012. Materiali a contatto, dichiarazione di conformità del costruttore e scheda tecnica con prestazioni di rimozione sono obbligatorie. Per impianti collettivi serve registro di manutenzione con tracciabilità delle ricariche e analisi periodiche di controllo.