Para tornar a água potável, pode ser necessário remover alguns poluentes. Os compostos presentes na água que podem interferir na sua qualidade são os micropoluentes, como pesticidas, detergentes, os solventes clorados, como os sólidos em suspensão e oxidantes residuais, como o ozônio. O carvão ativado é umas das opções para tornar a água limpa e segura o suficiente para se beber.
O Carvão Ativado é um produto químico de origem mineral ou vegetal, com uma porosidade bastante desenvolvida, capaz de coletar seletivamente gases, líquidos ou impurezas no interior dos seus poros, apresentando assim um excelente poder de clarificação, desodorização e purificação. Trata-se de um produto composto basicamente de carbono puro, cuja estrutura cristalina é composta por milhares de poros de tamanhos diversos, o qual tem a propriedade de atrair e reter certas impurezas presentes na água ou no ar.
Edney Piochi Bernardini, diretor da Carbonado explica que esta propriedade de atração que o carvão ativado adquire, é de natureza eletromagnética, denominada de "adsorção". É uma retenção seletiva, atraindo para dentro de seus poros somente algumas impurezas presentes em um meio líquido ou gasoso.
"Os átomos de carbonos situados nas paredes internas dos poros do carvão ativado, que adquirem esta propriedade de adsorção, são chamados de ‘centros ativos’. Seria como imaginar que as paredes internas dos poros do carvão ativado, fossem formadas por minúsculos imãs, os quais atrairiam para dentro e junto de si alguns produtos, de forma seletiva, presentes em um determinado meio" – destaca o diretor.
O carvão ativado está disponível sob duas formas, Carvão ativado em pó (CAP) e Carvão ativado granular (CAG). Devido à grande área e química específicas de sua superfície, o carvão ativado pode adsorver grandes quantidades de poluentes orgânicos da água. Os compostos são adsorvidos em poros internos. Uma regra geral para determinar a capacidade de adsorção é: quanto mais hidrofóbico (ou menos solúvel em água), mais adsorvível o composto.
De acordo com Adriana Russi, representante da Cabot, a aplicação do CAP e do CAG difere consideravelmente, ambos com seus próprios méritos no processo de tratamento da água.
O objetivo principal do tratamento com CAG é a remoção de compostos orgânicos dissolvidos, de alto e baixo peso molecular: compostos orgânicos causadores de gosto e odor, orgânicos gerais (COD, COT, número de KM_nO₄, Abs UV), orgânicos biodegradáveis (COA, CODB), pesticidas, detergentes etc. Além disso, o CAG remove sólidos em suspensão e oxidantes residuais (tais como o ozônio). Por sua vez, o CAP é amplamente utilizado no tratamento de água potável para a remoção de gosto, odor e micropoluentes orgânicos, como pesticidas.

Principais características e como funcionam
Luciano Barche, gerente da Clarimex explica que as características específicas dos distintos tipos de carvões ativados dependem principalmente da matéria prima e do processo de ativação utilizado. É importante mencionar que uma mesma matéria prima que seja ativada por processos distintos, dará como resultado carvões com propriedades diferentes. Praticamente qualquer material com alto conteúdo de carbono é suscetível de ativar. As matérias primas mais utilizadas são: Madeira, Cásca de Côco, Lignita, Bagaço de frutas, Hulla Bituminosa e Turb.
Ainda segundo ele, desde os tempos remotos os egípcios descobriram que o carvão de madeira poderia ser utilizado para purificar outros produtos e inclusive usar para fins medicinais. Na atualidade, o carvão ativado é utilizado para remover cor, odor e sabor de uma infinidade de produtos, os quais podemos encontrar em aplicações simples como em filtros de refrigerador até sistemas industriais complexos, modernas plantas de tratamento de águas e efluentes ou delicados sistemas de elaboração de antibióticos.
De acordo com gerente Clarimex, o processo de ativação consiste basicamente em reordenar os átomos de carbono em anéis tipo benzeno para conseguir uma estrutura cristalina retícular similar a do grafite, em outras palavras, a ativação consiste em "multiplicar" a quantidade de poros de um carvão. O resultado é uma estrutura extremadamente porosa de grande área superficial disponível para realizar o processo de adsorção de impurezas que provocam odor, color ou sabor indesejável.
Existem dois tipos básicos de processos de ativação: a ativação física e a ativação química. A ativação física é a única utilizada no Brasil, usando como agente de ativação somente vapor de água a alta temperatura (+/- 900°C) em fornos verticais ou horizontais rotativos. A matéria prima é colocada na entrada, por exemplo, do forno vertical e desce de forma contínua em uma velocidade controlada pelo sistema de descarga. Neste percurso, é injetado de forma contínua o vapor de água superaquecido (120°C à 180°C) juntamente com entrada regulada de ar e os voláteis existentes nas matérias primas elevam a temperatura. Dessa forma, chegam ao ponto de dissociação da molécula de água em hidrogênio e oxigênio, sendo o hidrogênio um combustível fantástico e suficiente para elevar a temperatura aos níveis de ativação.
Na remoção dos voláteis da matéria prima vegetal, formam-se os poros iniciais, os quais são aumentados e multiplicados na sequência pela reação do oxigênio da molécula de água e do ar, com o carbono amorfo existente dentro destes poros iniciais da matéria prima, gerando o gás carbônico. A quantidade e a forma dos poros produzidas na matéria prima vegetal é regulada no processo, pela quantia de vapor de água, quantia de ar, temperatura, tempo de processo e pelo tipo de matéria prima empregada.

A ativação química é aplicada principalmente para a fabricação de carvões ativados de origem mineral, como por exemplo, o betume e a turfa. Os agentes químicos utilizados são principalmente o hidróxido de potássio, cloreto de zinco e em alguns casos o ácido fosfórico.
Na matéria prima mineral, finamente moída, são adicionados estes elementos químicos, que sob temperatura fazem a remoção de todos os grupamentos de oxigênio existentes na matéria prima, abrindo desta forma os canais ‘porosos’ nos grupamentos carbônicos. Após esta etapa, este produto é lavado para a recuperação do agente químico e extrusado para ser granulado ou pulverizado. Este processo tem algumas vantagens por apresentar um produto mais uniforme na forma dos poros, mas tem como desvantagem para algumas aplicações, o fato de sempre conter resíduos dos agentes de ativação.
"O uso do carvão ativado para as dezenas de aplicações que existem, tem como vantagem o fato de ser uma técnica de uso simples, segura, amplamente conhecida, com resultados esperados, de baixo custo, com retorno rápido, e em muitas situações o produto ainda pode ser regenerado. A principal matéria prima vegetal utilizada aqui no Brasil, que é a casca de coco de babaçu, não degrada a natureza. Dessa forma, além das inúmeras vantagens desse produto, ele ainda é ecologicamente sustentável" - completa Bernardinni.
É importante mencionar, que um dos principais uso do carvão é para retirar cloro da água, e neste caso não ocorre adsorção e sim reação do Cl com o Carbono do carvão. De acordo com Barche, na água, o cloro livre reage para formar ácido hipocloroso que se dissocia na água para formar o íon hipoclorito (OCl-). Segundo ele, o carvão ativado normalmente é utilizado para adsorver e reter compostos orgânicos dissolvidos na água, que proporcionam cor, odor e/ou sabor. No caso da decloração, isso não ocorre por adsorção, e sim mediante uma reação química que remove o ácido hipocloroso. " Esta reação é relativamente rápida, a concentração de cloro pode reduzir a metade em poucos segundos e eliminar até 99% em menos de 60 segundos em um carvão ativado virgem" – destaca.

Tipos de carvão ativado e aplicações
De acordo com Bernardini, as variedades de carvões ativados são muito grandes, dependendo para que aplicação e/ou para que processo de aplicação os mesmos serão utilizados. Entretanto, é possível separá-los em grupos como: Carvões Ativos Granulados; Carvões Ativos Granulados Impregnados ou Catalisados; Carvões Ativos Pulverizados; Carvões Ativos Pulverizados Estabilizados e Carbon Block.
Os Carvões Ativos Granulados são utilizados basicamente em leitos fixos, onde o líquido ou o ar passam através das camadas de carvão ativado, e ao percorrerem este caminho suas impurezas são removidas por adsorção para dentro dos poros. Existem poucas exceções de uso que não são feitas em leito fixo, como no processo carbon in pulp na recuperação de ouro, e processos pulse bed e moving bed, quando são acoplados aos fornos de reativação.
Os Carvões Ativos Granulados Impregnados são os carvões nos quais foram adicionados certos produtos químicos à sua estrutura, tornando-os aptos a retenção de certas impurezas, que na sua forma inicial de carvão ativado, os mesmos não teriam afinidade de retenção.
"A filtração por CAG é, atualmente, o que há de mais avançado em muitas estações de tratamento de água. Os produtos da Cabot são frequentemente aplicados como uma das etapas finais do tratamento (polimento), independentemente ou após tratamento com ozônio. Devido à oxidação (parcial) de matéria orgânica pelo ozônio, a bioatividade no filtro de CAG é reforçada, geralmente resultando em um tempo de vida útil mais longo do filtro", destaca Adriana.
Já os Carvões Ativos Pulverizados são produtos usados normalmente em aplicações por batelada (batch), em meios líquidos, onde é adicionado um percentual de carvão ativado sobre uma quantidade de produto a ser purificado, sob agitação lenta e constante, com ou sem aquecimento, para depois separá-lo por processo de filtração.
Os Carvões Ativos Pulverizados Estabilizados são produtos onde são adicionados um percentual maior de água, evitando desta forma que o pó do carvão se espalhe no ambiente de trabalho, mantendo limpo os equipamentos, vestimentas etc. Por fim, os Carvões Carbon Block são formas cilíndricas de carvões ativados extrusados, formando um refil, que podem apresentar diversos diâmetros e comprimentos, utilizados normalmente para purificação de água potável.
De acordo com Adriana, a água a ser tratada, as condições do processo e as metas de tratamento determinam o tipo e dose ideal de CAP. "Testes descontínuos, em escala laboratorial, com a mesma água a ser tratada, normalmente oferecem uma boa indicação do desempenho do CAP em escala real. Isso resulta no principal critério de desempenho - a dosagem necessária para se obter a concentração residual alvo das impurezas" – completa a representante da Cabot.

O carvão ativado tem a propriedade de remover certas substâncias de forma seletiva de um meio líquido ou gasoso. Devido a essa característica, suas aplicações são inúmeras. O representante da Carbonado destaca algumas das principais formas de uso:
Tratamento de Águas Superficiais para uso Potável: A água potável fornecida para a população, em sua maior parte é proveniente de rios, reservatórios superficiais etc. Estas fontes contêm contaminantes como: agrotóxicos, decomposições de vegetais, produtos químicos de lixos inadequados, até mesmo de origem doméstica e outras origens não menos poluidoras. Esta água recebe na entrada de uma ETA (Estação de Tratamento de Água) a adição de cal para elevação/correção do pH, passando de ácida para levemente alcalina.
No mesmo momento é adicionado o carvão ativado pulverizado, que por meio de agitação lenta, se dispersa em todo o meio líquido, fazendo por adsorção a remoção de todas as impurezas dissolvidas presentes na água. Na sequência é adicionado um agente coagulante (sulfato de alumínio) que agrega todas as partículas sólidas, desde coloides até as partículas de carvões ativados saturados, que a seguir serão separados por decantação. A água após esta etapa, já livre de impurezas físicas, recebe um agente oxidante que é o ‘cloro livre’, que irá proteger esta água potável até o seu consumo final.

Estações de Tratamento de Efluentes (ETE): Efluente ou esgoto é o termo usado para caracterizar os despejos provenientes dos diversos usos da água, como doméstico, comercial, industrial, agrícola, em estabelecimentos públicos e outros. Emprega-se o carvão ativo pulverizado para fazer seu tratamento, adotando-se basicamente os mesmos procedimentos da situação anterior.
Tratamento de Esgoto e Aterros Sanitários: Para esses casos também se utiliza basicamente o mesmo procedimento das situações anteriores. Principalmente nos aterros, é adicionado previamente o carvão ativo pulverizado no tratamento do chorume, assim como nos sistemas de decomposição anaeróbicos e aeróbicos.
Tratamento do Biogás: O carvão ativado é usado na remoção do gás metano, gerado na decomposição anaeróbica, cujos componentes de enxofre proporcionam um odor desagradável. Neste caso, o biogás atravessa uma camada do carvão ativado granulado, que irá reter estas impurezas, deixando passar o gás metano sem odor.
Fabricação de Máscaras para Gases: Empregado no ramo de EPI (Equipamentos de Proteção Individual) os cartuchos que fazem a filtração do ar que respiramos nessas máscaras, são feitos com carvões ativados impregnados, os quais são classificados para retenção de vapores orgânicos, vapores ácidos, vapores amoniacais, vapores de compostos sulfurosos, vapores de mercúrio, vapores radioativos etc.
Clarificação de Produtos Químicos: Para alguns produtos como glicerina, parafina, amina, glicóis, recuperação de banhos de galvanoplastia etc. também são utilizados os carvões ativados pulverizados.
Indústria Farmacêutica: Utilizado para fins diversos, desde purificação dos componentes ativos, nas suas formas sólidas e líquidas para uso oral, até injetáveis. O uso do carvão ativado em pó se faz presente, inclusive, como agente de adsorção de tóxicos em administração oral nos hospitais, e muitas outras aplicações.
Indústria Alimentícia: O carvão ativado pulverizado é usado na clarificação de açúcar, glucose, glutamato monossódico, óleos vegetais, gelatinas etc. sendo que o uso desse produto é largamente utilizado no processo de batch (batelada).

Recuperação de Solventes: Utilizados nas indústrias de fitas adesivas, bandagens, tintas, gráficas com tintas a base de solventes, estufas de pinturas etc. são empregados sistemas de leito fixo, onde o ar passa com os solventes evaporados através do leito de carvão ativo granulado, que irá reter os solventes, deixando passar apenas o ar puro para fora desse leito.
Recuperação de Ouro: Na indústria extrativa mineral, o carvão ativo granulado é usado em dois processos diferentes.
O primeiro é realizado através do processo de batch, denominado de carbon in pulp, e segundo é o processo de leito fixo, denominado de lixiviação em pilha, onde o carvão ativado adsorve o ouro na forma de cianeto de ouro. Depois de saturado o carvão, este ouro é removido por extração, recuperando-se o ouro e o carvão ativado então retorna para uma nova etapa de uso.
Remediação do Solo: O carvão ativo granulado é utilizado, principalmente, nos solos contaminados com hidrocarbonetos, ou derivados do petróleo, de forma a evitar a contaminação do lençol freático. Nesse caso, o carvão ativado é adicionado no meio da terra contaminada, adsorvendo estes poluentes, que depois são separados por peneiramento.
Indústria de Bebidas Alcoólicas: Utiliza-se o carvão ato granulado para purificar o álcool, removendo os componentes indesejados gerados na fermentação, como os álcoois superiores, metanol, e outras impurezas que proporcionam gosto e odores indesejáveis a bebida. Exemplos desse tipo de aplicação é a fabricação da vodca, rum, aguardente etc. e também do vinho.
Nas indústrias de cervejas, o carvão ativado granulado é utilizado para tratamento da água, removendo o cloro e outras impurezas que possam apresentar gosto e odor para a bebida. Emprega-se também o carvão ativo granulado para purificação do gás carbônico, gerado na fermentação do malte.
Purificação de Gases: Nas indústrias produtoras de gás carbônico, de oxigênio, nitrogênio, ar comprimido para uso hospitalar etc. é utilizado o carvão ativado granulado impregnado, para remoção de impurezas presentes na geração dos mesmos.

Outras alternativas e mercado
No tratamento de água, além do carvão ativado existe em alguns locais o uso do carvão mineral de antracito e mais raramente o carvão de ossos conhecido como bone char. O carvão mineral de antracito não é um carvão ativado. Tem a função de ser um meio de separação física, ou seja, de retenção de sólidos, da mesma forma que em seu lugar fosse utilizado quartzo, brita, areia, seixos etc.
O carvão de ossos, que na realidade não é carvão, pois a sua composição é a base de cálcio, magnésio etc. Ao serem calcinados ficam pretos devido ao combustível utilizado para queimar, e também devido a um pouco de matérias orgânicas existentes dentro dos ossos de animais. Este produto tem algumas propriedades pequenas de retenção de alguns minerais metálicos presentes em líquidos, como no caso do chumbo, cobre, mas na realidade este pequeno percentual de retenção, também é conseguido com o carvão ativado.
"Os outros tipos de carvões, por não serem ativados, são produtos de porosidade inexistente ou muito pequena. Com isso, não apresentam as propriedades de adsorção de impurezas dissolvidas na água. Sendo assim, não há como fazermos uma comparação entre os produtos. Existem outros materiais que podem ser utilizados no tratamento de água, como as resinas de troca iônicas, zeólitas, osmose reversa etc. mas que são produtos específicos para tratamento de um tipo de impurezas, e não genéricos como é o carvão ativado" – ressalta Bernardini.

O mercado desse setor oscila muito, ou seja, nas épocas de chuvas reduz o consumo de carvões ativados, pelo fato dos poluentes ficarem mais diluídos no volume de água a ser tratada. Nas épocas das secas, o consumo aumenta pela concentração dos poluentes na água. Existem locais em que o consumo de carvão ativado foi reduzido por conta da poluição das águas de captação. Entretanto, existem alguns locais que reduzem ou até deixam de utilizar o carvão ativado por falta de verbas disponíveis para o tratamento de água.
O diretor da Carbonado destaca ainda que em regra geral, por todas as razões existentes, a quantidade de carvão ativado para o tratamento de água de superfície vem sendo reduzindo com passar do tempo. Curiosamente, o consumo de carvão ativado granulados em filtros de águas para consumo humano, seja residencial, no comércio, nas indústrias etc. tem aumentado de forma significativa.

Contato das empresas
Cabot: www.cabotcorp.com
Carbonado: www.carbonado.com.br
Clarimex: www.clarimex.com