{"id":36068,"date":"2023-02-16T08:37:02","date_gmt":"2023-02-16T08:37:02","guid":{"rendered":"https:\/\/mineralmilling.com\/aktivkohle-biologisches-material\/"},"modified":"2024-09-18T14:09:26","modified_gmt":"2024-09-18T12:09:26","slug":"aktivkohle-biologisches-material","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/mineralmilling.com\/de\/aktivkohle-biologisches-material\/","title":{"rendered":"Aktivkohle: Biologisches Material"},"content":{"rendered":"\n

\n\tAktivkohle: Biologisches Material\n\t<\/h2>\n\tEs ist allgemein bekannt, dass das Ergebnis bestimmter biologischer Materialien, die in die Wasserversorgung gelangen oder in der Wasserversorgung verbleiben: Krankheit. Dieser dritte Artikel in einer Reihe von
\n Aktivkohle zur Wasserreinigung<\/a>
\n<\/u>, der durch den Einsatz von Aktivkohlefiltration leichter zu entfernen ist, befasst sich genau damit. Sauberes Trinkwasser ist lebensnotwendig – so einfach ist das. Dar\u00fcber hinaus kann die Verwendung von Aktivkohle als Unterst\u00fctzung f\u00fcr biologisches Material n\u00fctzlich sein.<\/em>\n

\n\tEinleitung\n\t<\/h2>\n\tDie Idee hinter der Verwendung von GAC als
\n Filter<\/a>
\n<\/u> f\u00fcr biologisches Material basiert auf seiner Porosit\u00e4t und Oberfl\u00e4cheneigenschaften. Molek\u00fcle von Viren \u00fcber Makromolek\u00fcle bis hin zu mehrzelligen Organismen k\u00f6nnen von GAC eingeschlossen werden. Aber die Verwendung von GAC mit biologischen Molek\u00fclen, die darauf unterst\u00fctzt werden, kann herk\u00f6mmliche Schadstoffe entfernen; Viren k\u00f6nnen \u00fcber eine GAC- und Metallkombination immobilisiert werden.\n

\n\tHinzuf\u00fcgen eines Kohlefilters: Einfache Filtration\n\t<\/h2>\n\t

Forscher haben herausgefunden, dass es eine starke Korrelation zwischen Proteinen (vergleichsweise gro\u00dfe Makromolek\u00fcle) und der erh\u00f6hten Menge an makrogro\u00dfen Poren, dh gibt. genau das, was GAC bietet. Dieser Effekt der Porengr\u00f6\u00dfenverteilung auf das biologische GAC deutet darauf hin, dass die Adsorption \u00fcber die gesamte Oberfl\u00e4che dynamisch ist, was die T\u00fcren zu unterschiedlichen Verweilzeiten \u00f6ffnet, was zu einer Varianz des biologischen Abbaus f\u00fchrt(1). Der biologische Abbau wurde in der Vergangenheit als weniger wichtig angesehen als Adsorption bei der GAC-Filtration von Biomolek\u00fclen. Makroporen haben Durchmesser zwischen 0,2 und 10 \u03bcm.<\/p>\n

Beispiele f\u00fcr konventionelle Filtrationswege mit biologischem GAC sind solche mit Bromat. Bromat wird durch GAC zu Bromid oxidiert. Die Entfernung von Bromat ist entscheidend, um sicherzustellen, dass Wasser gut genug f\u00fcr die biologische Expression ist(2). Die konventionelle Entfernung mit Wasserstoffperoxid ist kein so attraktiver Weg. Im Wasseraufbereitungspfad sind die Bakterienarten Polaromonas<\/em> und Hydrogenophaga<\/em> die vorherrschenden Bakterien, die von granularen Aktivkohlefiltern(3) gefiltert werden – neben vielen anderen – was auf eine breite Anwendbarkeit von GAC als Bakterienentfernungsfilter hindeutet. Probleme mit Bakterien, die sich auf GAC-Nachfiltration ansiedeln, werden sp\u00e4ter diskutiert.<\/em><\/p>\n

Andere Biomolek\u00fcltypen umfassen Viren. Bereits in den 1970er Jahren wurde an der Adsorption des Poliovirus an Aktivkohle geforscht(4). Dies ist besonders wichtig, da eine der Arten der Verbreitung des Poliovirus das Wasser ist. Wenn Wasser leicht vom Poliovirus gefiltert wird, kann es sich nicht ausbreiten. Die Reduzierung des L\u00f6sungs-pH-Werts von Abfall oder stehendem Wasser auf leicht saure 2,5 bis 4,5 macht GAC zu einem viel leistungsf\u00e4higeren Adsorbens. Durch das Mahlen von GAC auf eine Porengr\u00f6\u00dfe von etwa 10 \u03bcm werden Viren und Bakteriophagen leichter aus gepufferter w\u00e4ssriger L\u00f6sung entfernt. Der Vorteil der kleineren Partikelgr\u00f6\u00dfe des GAC bedeutete, dass es eine geringere elektrophoretische Absto\u00dfungskraft zwischen Virus und Oberfl\u00e4che gab, was in Kombination mit einer hydrophoberen Virusoberfl\u00e4che (Aktivkohle ist auch hydrophob) eine bessere Filtration bedeutete(5).<\/p>\n

Der Unterschied in den Aktivierungsmodi – dampfaktiviert oder chemisch aktiviert – auf GAC wurde f\u00fcr den biologischen Abbau von gel\u00f6stem organischem Kohlenstoff (DOC) untersucht. Das Experimentieren zeigte wenig bis gar keinen Unterschied zwischen den Modi. Die Ozonierung, eine g\u00e4ngige Vorbehandlungsmethode f\u00fcr GAC, wurde ebenfalls untersucht und es wurde festgestellt, dass sie keine Auswirkungen hat(6).<\/p>\n

Es gibt eine breite Palette von Verfahren zur Entfernung von Bakterienmaterial aus GAC-Filtern, von denen viele \u00e4hnlich sind(7). Es versteht sich von selbst, dass GAC-Filter mehr als in der Lage sind, jedem zu widerstehen.<\/p>\n

Wie immer bei der GAC-Filtration ist es das Ziel, so viel Material wie m\u00f6glich zu entfernen. Die GAC-Filtration erleichtert mikrobielle Prozesse, die selbst in der Lage sind, biologisch abbaubaren organischen Kohlenstoff – und andere Materialien – aus Oberfl\u00e4chenwasser oder anderweitig stehendem Wasser zu entfernen, das m\u00f6glicherweise nicht mit Ozon behandelt wurde oder nicht. Der Gesamtprozess sorgt f\u00fcr die biologische Stabilit\u00e4t des Wassers.<\/p>\n\t\t\t\t\"schmutziges\n

\n\tAktivkohle als Wirt: Verwendung biologischer Materialien zur Reinigung von Wasser\n\t<\/h2>\n\t

Untersuchungen haben gezeigt, dass langfristige Eins\u00e4tze von GAC zur Wasserreinigung von der Aufrechterhaltung eines Biofilms auf der Oberfl\u00e4che der Aktivkohle profitieren k\u00f6nnen. Das Erreichen eines \u00f6kologischen Gleichgewichts bei biologischer Aktivkohle sorgt f\u00fcr einen wirksameren und widerstandsf\u00e4higeren Filter, sofern die Integrit\u00e4t des Biofilms erhalten werden kann(8), und die Lebensdauer von GAC-Biofiltern kann auf diese Weise verl\u00e4ngert werden. Die Aufrechterhaltung eines solchen gesunden Biofilms kann mit einem leicht erh\u00f6hten pH-Wert und einem verringerten Gehalt an gel\u00f6stem Sauerstoff sichergestellt werden, wodurch sichergestellt wird, dass sich keine \u00fcbersch\u00fcssigen filament\u00f6sen Bakterien bilden.<\/p>\n

Aufbauend auf dieser Idee hat die Forschung den Einfluss der Filterbetttiefe von biologischem GAC auf die Gesamtfilterwirksamkeit untersucht, wobei l\u00e4ngere Filterwege f\u00fcr eine gr\u00f6\u00dfere Bakterienartenvielfalt durch die Masse verantwortlich sind. Es wurde festgestellt, dass die Gesamtleistung entgegen der Intuition nicht mit dem erh\u00f6hten Vorhandensein solcher Bakterien korreliert(9). Forscher vermuten, dass die erh\u00f6hte Funktionalit\u00e4t (dh verbesserte Filtrationsleistung) ein Ergebnis einer gleichm\u00e4\u00dfigeren Verteilung von biologischem Material ist.<\/p>\n

Ein solches Verhalten ist n\u00fctzlich. Die Biosorption von Cr(VI)-Spezies durch drei Bakterien wird auf GAC gest\u00fctzt. Es ist bekannt, dass diese Bakterien das Chrom auf eine niedrigere Oxidationsstufe reduzieren, die dann vom GAC adsorbiert wird. Bei 50 mg L-1 Chrom in w\u00e4ssriger L\u00f6sung lag die Aufnahme des Metalls durch das biologische GAC zwischen 1,96 und 3,60 mg g-1<\/sup>. Die Verdoppelung der Chromkonzentration f\u00fchrte zu Aufnahmebereichen von 0,66 bis 1,12 mg g-1<\/sup> \u00fcber die drei Bakterientypen(10).<\/p>\n

Aufbauend auf der Idee der bakteriellen GACs wurde ein solches Beispiel mit dem Bakterium Phragmitis communis<\/em> entwickelt, das in der Lage ist, den Abbau von 4-Chlorphenol zu bewirken. Wenn eine w\u00e4ssrige L\u00f6sung von 4-Chlorphenol mit 100 mg L-1 in die GAC-P. communis-S\u00e4ule<\/em> gegeben wurde, stand etwa ein Viertel sofort f\u00fcr den biologischen Abbau zur Verf\u00fcgung, w\u00e4hrend der Rest an das GAC adsorbiert wurde (11). \u00c4hnliche Taktiken k\u00f6nnen auf andere Wassersysteme angewendet werden, die versuchen, andere chlorierte organische Stoffe zu entfernen.<\/p>\n

Insgesamt bietet die Doppelnatur der unterst\u00fctzten Bakterien und der k\u00f6rnigen Aktivkohle synergistische Vorteile bei der Gew\u00e4hrleistung eines saubereren Wassers.<\/p>\n\t\t\t\t\"Sch\u00f6ner\n

\n\tAktivkohle als Wirt: Verwendung von Metallen und anderen Materialien zur Immobilisierung von Viren\n\t<\/h2>\n\t

Eine Nischenanwendung – aber sehr relevant – f\u00fcr Aktivkohle in der Wasserfiltration ist die F\u00e4higkeit, wasserbasierte Viren zusammen mit Metallen wie Gold und Silber zu immobilisieren, manchmal in Nanopartikelform. Gest\u00fctzt auf die hervorragende Porosit\u00e4t und Oberfl\u00e4chenchemie von GAC ist es leicht zu verbessern, was die Entwicklung und Anpassung von Ergebnissen erm\u00f6glicht.<\/p>\n

Aktivkohle, die mit Nanopartikeln aus Silber- und Kupferoxid modifiziert wurde, hat sich als wirksam bei der Entfernung von Viren aus Wasser erwiesen(12). Suspensionen des T4-Bakteriophagen wurden durch den Filter geleitet, wobei eine GAC-Probe, die mit 0,5 Gew.-% Silber und 1,0 Gew.-% Kupferoxid dotiert worden war, f\u00fcr eine 5,53-log-Reduktion des T4-Bakteriophagen im Wasser verantwortlich war. Der Silber- und Kupfergehalt des resultierenden Filtrients lag deutlich unter den sicheren Grenzwerten f\u00fcr Trinkwasser. Daher eignet sich diese Methode zur Wasserreinigung. In \u00e4hnlicher Weise war die Adsorption von molekularem Jod an GAC wirksam f\u00fcr die Immobilisierung von E. coli <\/em>und einem avi\u00e4ren Influenzavirus(13). Die Ergebnisse wurden mit gel\u00f6schtem Kalk verglichen, der h\u00e4ufig als antibakterielles Mittel in der Landwirtschaft verwendet wird und den GAC leicht \u00fcbertraf. Schlie\u00dflich wurde die Adsorption von moderneren Viren einschlie\u00dflich SARS-CoV2 – verantwortlich f\u00fcr die j\u00fcngste globale Pandemie – untersucht. Es wurde festgestellt, dass die Kombination von Makro-, Mikro- und Mesoporen in GAC ausreichend por\u00f6s ist, um den SARS-CoV2-Erreger zu immobilisieren(14). Die Autoren der Studie glauben daher an die Idee, dass aktivkohlehaltige Gesichtsmasken wirksam sind, um die \u00dcbertragung zu reduzieren.<\/p>\n\t\t\t\t\"Automatisierter\n

\n\tNachteile\n\t<\/h2>\n\t

Wie bei allen Methoden gibt es einige leichte Nachteile bei der Verwendung von granulierter Aktivkohle mit biologischen Materialien. Die erste ist, dass, wenn die Nachfiltrationsbehandlung nicht stattfindet – oder ineffizient abgeschlossen wird – dann k\u00f6nnen genau die Krankheitserreger, die wir herauszufiltern versuchen, wachsen und auf der Oberfl\u00e4che des GAC persistieren. Yersinia enterocolitica<\/em>, Salmonella typhimurium<\/em> und Escherichia coli <\/em>k\u00f6nnen sich alle auf sterilem GAC ansiedeln und wachsen(15). Dies unterstreicht die Notwendigkeit, angemessene R\u00fccksp\u00fcl- und\/oder Regenerationsstrategien f\u00fcr den Filter sicherzustellen. Rasterelektronenmikroskopische Studien haben gezeigt, dass GAC in einigen F\u00e4llen selbst bei Desinfektion mit einer verd\u00fcnnten Chlorl\u00f6sung (2 mg L-1<\/sup>) von Bakterien besiedelt werden kann, die in Rissen und Spalten wachsen(16). Daher bedeutet ein Teil der Natur von GAC – Porosit\u00e4t -, dass es nach der Anwendung umfassend behandelt werden muss. Die Autoren bieten dies als Hypothese an, warum Bakterien in Filtern persistieren k\u00f6nnen, die lange in stehendem Wasser belassen wurden.<\/p>\n

\n\tBeratung von Manganoxid\n\t<\/h2>\n\t
    \n
  • Granulierte Aktivkohle – und biologische Aktivkohle – sind n\u00fctzliche Werkzeuge, um die Stabilit\u00e4t und biologische Reinheit von Wasser zu gew\u00e4hrleisten<\/li>\n
  • Eine einfache GAC-Filtration kann unter bestimmten Bedingungen auf die Entfernung von Bakterien aus Wasser anwendbar sein, wobei sie sich auf die hochpor\u00f6se Natur von GAC st\u00fctzt, um dies zu tun<\/li>\n
  • Abh\u00e4ngig von der Art des GAC kann es verwendet werden, um Bakterien oder anderes molekulares Leben zu unterst\u00fctzen, um es als Filter zu verwenden, um beispielsweise Chrom aus L\u00f6sung zu entfernen<\/li>\n
  • Viren, einschlie\u00dflich Poliovirus, k\u00f6nnen durch GAC immobilisiert werden, um sicheres Trinkwasser zu gew\u00e4hrleisten. \u00c4hnliche Effekte werden bei Bakteriophagen beobachtet<\/li>\n
  • Entscheidend f\u00fcr GAC in biologischen Umgebungen ist die F\u00e4higkeit, den Filter zu waschen \/ zu regenerieren, da sonst die Gefahr besteht, dass sich ein Krankheitserreger ansammelt, der den Filter inaktiv machen kann.<\/li>\n<\/ul>\n\t\t\t\t\"Carbon\"\n\t

    Verweise<\/strong><\/p>\n

    1 W. Sun et al<\/em>., Water Res.<\/em>, 2020<\/strong>, 177, 115768<\/p>\n

    2 M. Asami et al<\/em>., Water Res.<\/em>, 1999<\/strong>, 33, 2797<\/p>\n

    3 B. Wullings et al.<\/em>, J. Appl. Mikrobiol.<\/em>, 2009, 107<\/strong>, 1457<\/p>\n

    4 C. P. Gerba et al.<\/em>, Environ. Sci. Tech.<\/em>, 1975<\/strong>, 9, 727<\/p>\n

    5 T. Matsishita et al<\/em>., Separation Purification Tech.<\/em>, 2013, 107<\/strong>, 79<\/p>\n

    6 A. K. Camper et al.<\/em>, J. Microbiol. Methodik<\/em>, 1985, 3, 187<\/strong><\/p>\n

    7 M. Sholz und R. J. Martin, Water Res.<\/em>, 1997<\/strong>, 31, 2959<\/p>\n

    8 N. Boon et al<\/em>., Water Res.<\/em>, 2011<\/strong>, 45, 6355<\/p>\n

    9 C. Quintiles et al.<\/em>, J. Hazard. Mater.<\/em>, 2008<\/strong>, 153, 799<\/p>\n

    10 P. M. L. Castro et al.<\/em>, Appl. Mikrobiol. Biotech.<\/em>, 1999<\/strong>, 52, 722<\/p>\n

    11 M. F. Silva et al.<\/em>, Environ. Tech.<\/em>, 2017<\/strong>, 38, 2058<\/p>\n

    12 K. Otsuki et al<\/em>., J. Carbon Res.<\/em>, 2021<\/strong>, 7, 86<\/p>\n

    13 A. K. Azad et al.<\/em>, J. Eng. Tech. Sci.<\/em>, 2021<\/strong>, 4, 210404<\/p>\n

    14 G. A. McFeters et al.<\/em>, Appl. Environ. Mikrobiol.<\/em>, 1985<\/strong>, 50, 1378<\/p>\n

    15 G. A. McFeters et al.<\/em>, Appl. Environ. Mikrobiol.<\/em>, 1984<\/strong>, 48, 918<\/p>\n\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    Es ist allgemein bekannt, dass das Ergebnis bestimmter biologischer Materialien, die in die Wasserversorgung gelangen oder in der Wasserversorgung verbleiben: Krankheit. Dieser dritte Artikel in einer Reihe von Aktivkohle zur Wasserreinigung, der durch den Einsatz von Aktivkohlefiltration leichter zu entfernen ist, befasst sich genau damit. Sauberes Trinkwasser ist lebensnotwendig – so einfach ist das. 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