tratamiento de aguas

TRATAMIENTO DE AGUAS.

TRATAMIENTO MEDIANTE

CARBÓN ACTIVO

.

Tratamiento de aguas mediante Carbón Activo

Tema 1: EL CARBON ACTIVO COMO ADSORBENTE

1.1 INTRODUCCION

La adsorción es un proceso de separación y concentración de uno o más

componentes de un sistema sobre una superficie sólida o líquida. Los distintos

sistemas heterogéneos en los que puede tener lugar la adsorción son: sólido-liquido,

sólido-gas y líquido-gas. Como en otros procesos de este tipo, los componentes se

distribuyen selectivamente entre ambas fases.

La adsorción constituye uno de los procesos más utilizados dentro de los

sistemas de tratamiento terciario de las aguas residuales. Se emplea,

fundamentalmente, para retener contaminantes de naturaleza orgánica, presentes,

en general, en concentraciones bajas, lo que dificulta su eliminación por otros

procedimientos. Cabe citar la eliminación dc compuestos fenólicos, hidrocarburos

aromáticos nitrados, derivados clorados, sustancias coloreadas, así como otras que

comunican olor y sabor a las aguas. La operación es menos efectiva para

sustancias de pequeño tamaño molecular y estructura sencilla, que suelen ser

fácilmente biodegradables y, por ello, susceptibles de tratamiento biológico.

Los adsorbentes más empleados son el gel de sílice, la alúmina y, sobre

todo, el carbón activo y determinadas resinas sintéticas. Estas últimas son

particularmente interesantes para la eliminación de compuestos polares. Además,

son fácilmente regenerables, lo que las hace competitivas frente al carbón activo en

muchos casos. El adsorbente más ampliamente utilizado para el tratamiento de

aguas residuales es, no obstante, el carbón activo. Los primeros estudios sobre la

aplicación de este adsorbente al tratamiento de aguas residuales se remontan a

1935; en la década de los años 50 ya se utilizaba para el tratamiento de efluentes

industriales procedentes de la fabricación de pesticidas y, hacia 1960, comienza a

considerarse de interés su posible aplicación al tratamiento de aguas residuales

urbanas.

Tema 1

1


Entre los aspectos positivos de la adsorción como método de tratamiento de

aguas residuales cabe señalar: su capacidad para trabajar eficazmente a

concentraciones bajas de contaminante, su flexibilidad frente a las variaciones de

caudal y concentración, sus moderadas necesidades de espacio, la facilidad de

automatización, la posibilidad de regenerar el adsorbente y la posibilidad de

recuperar sustancias retenidas cuando ello resulte de interés económico.

Entre los aspectos negativos hay que señalar que el coste de operación

suele ser comparativamente alto y, por esta razón, su empleo queda restringido, en

general, a los casos de necesidad o a otros en que convenga reutilizar las aguas

tratadas o, como se ha indicado, recuperar algún producto de las mismas.

1.2 FACTORES CARACTERISTICOS DE LOS PROCESOS DE ADSORCION

Los factores a considerar en un proceso de adsorción son los siguientes:

1. El sistema adsorbente-adsorbato, en lo relativo a:

a) Superficie específica y porosidad del sólido.

b) Tamaño de partícula.

c) Tamaño, estructura y distribución de los poros.

Estas características son muy importantes en las etapas de transferencia de masa

por adsorción:

• Difusión del soluto desde el seno de la fase fluida hasta superficie externa del

adsorbente.

Tema 1

2


• Difusión de las moléculas de adsorbato hasta el interior de los poros para

alcanzar la superficie libre de los mismos.

• Adsorción de las moléculas de soluto sobre la superficie del sólido, por

fuerzas de tipo físico o químico.

En general, la etapa de adsorción es muy rápida en relación con los

procesos de difusión. En sistemas hidrodinámicos bien agitados (elevada velocidad

relativa entre fases) la difusión externa es muy rápida y resulta cinéticamente

controlante el proceso de difusión interna, siendo determinante al respecto, el

tamaño de las partículas del adsorbente y el diámetro de poro del mismo.

d) Afinidad respecto del adsorbato, que depende de los grupos funcionales

existentes en la superficie del adsorbente.

e) Presión parcial o concentración del adsorbato en la fase fluida.

La capacidad final del adsorbente para un determinado soluto puede

utilizarse o no plenamente en las condiciones del proceso real. En el límite, se

establece un equilibrio entre la concentración del adsorbato en disolución y la masa

del mismo adsorbida por unidad de masa (o de superficie) del adsorbente; en

muchos casos esta relación de equilibrio se puede formular mediante ecuaciones

relativamente sencillas, como la debida a Freundlich. Es importante el carácter más

o menos polar de las moléculas de adsorbato, así como el tamaño de las mismas.

Se puede decir que el soluto se adsorberá más fácilmente cuando la afinidad de

aquél por la superficie sea superior a su afinidad por el disolvente. Por tanto, la

energía de unión entre la superficie y la sustancia considerada depende de la

naturaleza de los solutos que han de adsorberse.

Por ello, hay que conocer los aspectos cinéticos y termodinámicos del

proceso, con los mecanismos y las resistencias que los regulan, pues éstas

determinan el tiempo de contacto necesario y, así, el tamaño de las instalaciones.

Tema 1

3


2. Las condiciones del medio.

a) El pH que afecta al grado de ionización de los compuestos ácidos o

básicos. Es frecuente que un pH ácido facilite la adsorción sobre carbón activo.

b)La temperatura, que influye sobre la velocidad del proceso y el estado

final de equilibrio.

3. Los factores económicos.

Desde el punto de vista industrial, las consideraciones económicas del

proceso han de tener en cuenta tanto la inversión necesaria, incluida la planta de

regeneración del adsorbente si la hubiese, como los costes de operación. Cabe

destacar el precio del adsorbente, la capacidad del mismo que determina la dosis

necesaria y las posibilidades técnico-económicas de su regeneración.

1.3. LA ADSORCION COMO TRATAMIENTO PARA LAS AGUAS

La adsorción en disoluciones fue observada por primera vez por Lowitz en

1785 y pronto se aprovechó para la decoloración del azúcar en su etapa de refino.

En la segunda mitad del siglo XIX ya se utilizaban en América filtros de carbón

vegetal en las plantas de tratamiento de aguas.

Durante la Primera Guerra Mundial se fabricaron grandes volúmenes de

carbón activo granular (GAC) para emplearse en las máscaras de gas. Las primeras

unidades con GAC usadas para el tratamiento de aguas de abastecimiento público

fueron construidas en Hamm (Alemania) en 1929.

Tema 1

4


El carbón activo en polvo (PAC) se utilizó por primera vez para aguas

públicas en New Milford (Nueva Jersey, EE.UU.), en 1930.

Durante las siguientes décadas, el interés de la adsorción como proceso para

eliminar compuestos orgánicos presentes en las aguas potables aumentó

progresivamente junto a la creciente preocupación sobre la contaminación de los

recursos hídricos debida a los residuos industriales, productos químicos usados en

la agricultura y a las descargas de las alcantarillas. Una preocupación observada

desde los años 70 se refiere al hecho comprobado de la formación de

trihalometanos (THMs) y otros agentes sospechosos de ser cancerígenos durante la

cloración del agua que contenga sus precursores orgánicos. Actualmente, en los

Estados Unidos se aplica la adsorción en el tratamiento de aguas potables,

especialmente, con el objeto de controlar su color, sabor y olor. También se

considera este proceso para la eliminación de compuestos químicos orgánicos,

compuestos clorados, así como de los coproductos de la desinfección. Por otro lado,

algunos compuestos inorgánicos perjudiciales para la salud, como algunos metales

pesados, se pueden separar por adsorción.

En Europa hay larga experiencia con GAC para el tratamiento de aguas

procedentes de ríos contaminados. Se espera que en el futuro las aplicaciones de la

adsorción para el control de la contaminación de las aguas potables debida a

compuestos tóxicos o cancerígenos en pequeñas concentraciones, aumenten

progresivamente.

1.4 LOS MATERIALES ADSORBENTES.

Los materiales sólidos empleados como adsorbentes son productos

naturales o sintéticos. En cualquier caso, el proceso de fabricación ha de asegurar

un gran desarrollo superficial mediante una elevada porosidad. Los adsorbentes

naturales (arcillas, zeolitas) tienen pequeñas superficies. Los adsorbentes

Tema 1

5


industriales y los carbones activados de buena calidad pueden llegar a tener entre

1.000 y 1.500 m2/g.

Otras características importantes que debe reunir un buen adsorbente son

las siguientes:

• Alta capacidad de adsorción. La relación dé equilibrio entre las fases influye

en la eficacia con que se alcanza la capacidad final y, en muchos casos,

controla la capacidad real del soluto.

Como quiera que los mecanismos de unión son muy complejos y no se han

determinado con precisión aún, no se dispone de una norma satisfactoria mediante

la cual puedan preverse, a priori las afinidades relativas entre un material poroso y

una sustancia.

• Propiedades físicas y tamaño de partícula adecuados para garantizar la

necesaria resistencia mecánica y facilidad de manejo, produciendo la menor

pérdida de carga posible tanto en lechos fijos como en los móviles o

fluidizados.

• Coste bajo, tanto de la materia prima como del proceso de fabricación.

• Fácil regeneración; por desorción, especialmente en el caso de los procesos

continuos.

1.5.1. TIPOS DE POROS DENTRO DE UNA PARTICULA DE CARBÓN.

El CA tiene una gran variedad de tamaños de poro los cuales pueden

clasificarse de acuerdo a su función, en poros de adsorción y poros de transporte.

Los primeros consisten en espacios entre placas grafíticas con una

separación de entre una y cinco veces el diámetro de la molécula que va a

Tema 1

6


retenerse. En éstos ambas placas de carbón están lo suficientemente cerca como

para ejercer atracción sobre el adsorbato y retenerlo con mayor fuerza.

Los poros mayores que los de adsorción son los de transporte, y tienen un

rango muy amplio de tamaños, que van hasta el de las grietas que están en el límite

detectable por la vista, y que corresponde a 0.1 mm. En esta clase de poros, sólo

una placa ejerce atracción sobre el adsorbato y entonces lo hace con una fuerza

menor, o incluso insuficiente para retenerlo. Actúan como caminos de difusión por

los que circula la molécula hacia los poros de adsorción en los que hay una

atracción mayor. Por lo tanto, aunque tienen poca influencia en la capacidad del CA,

afectan a la cinética o velocidad con la que se lleva a cabo la adsorción.

Otra clasificación de los poros, es la de la IUPAC (International Union of Pure

and Applied Chemists), que se basa en el diámetro de los mismos, de acuerdo a lo

siguiente:

• microporos: menores a 2 nm

• mesoporos: entre 2 y 50 nm

• macroporos: mayores de 50 nm

(típicamente 200 a 2000 nm)

Los microporos tienen un tamaño adecuado para retener moléculas

pequeñas, que aproximadamente corresponden a compuestos más volátiles que el

agua, tales como olores, sabores y muchos solventes. Los macroporos atrapan

moléculas grandes, tales como las que son coloreadas o las substancias húmicas -

ácidos húmicos y fúlvicos- que se generan al descomponerse la materia orgánica.

Los mesoporos son los apropiados para moléculas intermedias entre las anteriores

Por lo tanto, la capacidad de un CA para retener una sustancia determinada,

Tema 1

7


no sólo está dada por su área superficial, sino por la proporción de poros cuyo

tamaño es el adecuado: una a cinco veces el diámetro de la molécula de dicha

sustancia.

1.5.2. PROPIEDADES Y CONDICIONES QUE AFECTAN LA ADSORCIÓN EN CA.

La adsorción en CA se ve afectada por diversas propiedades tanto del

carbón como del adsorbato, así como por condiciones del gas o el líquido en el que

se lleva a cabo este fenómeno. Algunas de éstas ya se describieron en la sección

anterior, pero a continuación se listarán de una manera organizada, junto con otras

que aún no se han mencionado.

Propiedades relacionadas con el tipo de CA.

• La adsorción aumenta cuando el diámetro de los poros predominantes

esta entre una y cinco veces el diámetro del adsorbato.

• Diferencias en la química superficial y en los constituyentes de las cenizas

pueden afectar la adsorción, especialmente en fase líquida. Sin embargo,

estas propiedades tienen una influencia pequeña respecto a cualquier otra de

las que se están listando.

Propiedades relacionadas con el adsorbato.

Antes de listarlas, hay que mencionar que todo tipo de moléculas orgánicas se

adsorben bien en el CA. No así la inorgánicas, excepto en algunos casos como los

molibdatos, los cianuros de oro, el dicianuro de cobre, el cloruro de mercurio, el

yodo y las sales de plata, entre otros.

• La adsorción de orgánicos es más fuerte al aumentar su peso molecular,

mientras el tamaño de la molécula no rebase al del poro.

Tema 1

8


• Las moléculas orgánicas no polares se adsorben con mayor fuerza que las

polares.

• Las moléculas orgánicas ramificadas se adsorben con mayor fuerza que las

lineales.

• La mayoría de las moléculas orgánicas que tienen ligados átomos de cloro,

bromo o yodo, se adsorben con mayor fuerza.

• Para el caso de adsorción en fase líquida, ésta aumenta al disminuir la

solubilidad del adsorbato.

NOTA Las moléculas orgánicas de más de tres carbonos generalmente se

adsorben, a menos que sean extremadamente solubles.

Propiedades relacionadas con el gas o el fluido que rodea al CA.

En fase líquida, generalmente aumenta la adsorción al disminuir el pH. Para

el caso de adsorción en fase líquida, la teoría dice que ésta no se ve afectado por la

temperatura. Sin embargo, a mayor temperatura, aumenta la solubilidad del

adsorbato , y se adsorbe en menor proporción. Por otro lado, a mayor temperatura,

también disminuye la viscosidad del solvente, facilitando la movilidad del adsorbato

y por lo tanto acelerando su velocidad de difusión hacia los poros. Todo lo anterior

generalmente resulta en un aumento de la adsorción al aumentar la temperatura.

1.6. EL CARBON ACTIVO COMO ADSORBENTE.

El carbón activo se fabrica a partir de diversas sustancias carbonosas de

origen animal, vegetal o mineral. Frecuentemente, se emplea antracita, carbones

Tema 1

9


grasos o bituminosos, coque de petróleo, turba, madera, cáscara de nuez, coco o

almendra, huesos, así como otros productos residuales de naturaleza

lignocelulósica. La materia de partida es amorfa y la estructura porosa se produce

durante la activación. Las propiedades del carbón activo final dependen tanto de la

materia prima como del método de activación empleado. Por ejemplo, los carbones

obtenidos a partir de cáscara de coco tienen mayor densidad y presentan

distribución de tamaño de poro más estrecha, lo que hace que estos carbones sean

muy adecuados para la adsorción de moléculas pequeñas, como en las aplicaciones

de purificación de gases.

En la preparación se aplican procesos térmicos que implican la

deshidratación del material y la calefacción en ausencia de aire (carbonización),

seguidos por el tratamiento oxidante (activación) a alta temperatura (200-10000C),

que desarrolla una estructura porosa en el carbón y crea una gran superficie interna.

La activación consiste, esencialmente, en una oxidación selectiva de los

hidrocarburos residuales en el sólido, que se realiza con anhídrido carbónico, vapor

de agua, aire u otro agente oxidante También se puede emplear un tratamiento

químico húmedo a más bajas temperaturas mediante agentes tales como el ácido

fosfórico, el hidróxido potásico o el cloruro de zinc.

El carbón activo se puede considerar constituido por un aglomerado rígido

de microcristales, cada uno de los cuales está formado por una pila de planos

grafíticos. Cada átomo dentro de un determinado plano está unido a cuatro átomos

de carbono adyacentes. Así, los átomos de carbono en los bordes de los planos

presentan una alta actividad disponible. En estos “sitios”, que consisten en una serie

compleja de planos de base y bordes de microcristalitos, tiene lugar la adsorción. A

medida que los sitios se van llenando, se va alcanzando el equilibrio de adsorción y

la calidad del efluente va disminuyendo. La química de la superficie de un carbón

influye sobre la velocidad y la capacidad de la adsorción debido a la interacción

entre superficie y adsorbatos. Los gupos funcionales sobre esta superficie tienen

gran influencia sobre las propiedades adsorbentes respecto de los posibles

adsorbatos. Estos grupos pueden ser carboxílicos, fenólicos, hidroxilo, carbonilo o

Tema 1

10


peróxidos, entre otros.

El carbón activo se utiliza en forma de gránulos y de pastillas, o en polvo. El

diámetro de las partículas del carbón en polvo es generalmente inferior a 0,1 mm,

siendo normales carbones en polvo con partículas comprendidas entre 10 y 50

micras, mientras que en los carbones granulares comerciales el tamaño medio de

partícula varia usualmente ente 0,2 y 1,7 mm.

Para los carbones granulares (GAC) las propiedades físicas más

importantes son la dureza y el tamaño de partícula. Buena parte del coste de

operación con los carbones en grano se debe a las pérdidas por atrición durante el

manejo y la regeneración. Las pérdidas son menores en los carbones más duros.

También la friabilidad del carbón usado en los lechos determina la velocidad con

que las partículas se rompen y se hacen más pequeñas, perdiéndose durante la

operación de lavado del lecho o escapando del mismo durante el funcionamiento

normal, como sucede con otros medios porosos.

Las propiedades físicas de un carbón activo en polvo (PAC) más

importantes son la filtrabilidad y la densidad global o aparente. Si el carbón atraviesa

un filtro, contamina el agua tratada. La capacidad de un carbón para ser separado

por filtración se controla a través de la forma de sus partículas y de la distribución de

tamaños. La densidad aparente es la masa de carbón por unidad de volumen. A

Tema 1

11


mayor densidad global, mayor capacidad para eliminar un adsorbato por unidad de

volumen de adsorbente.

Las propiedades adsorbentes de un carbón han de ser consideradas a la

hora de elegir el carbón y hacer el estudio de diseño.

Mediante el empleo de técnicas apropiadas y por un coste razonable,

pueden conseguirse sustratos carbonosos con superficies específicas muy elevadas

(700 a 1.500 m2/g). El área específica total puede ser determinada por el método

BET, que permite medir el volumen de una monocapa de átomos de nitrógeno que

cubren una superficie. No obstante, el área efectiva disponible para un adsorbato

dado depende del tamaño mínimo de poro que puede ser atravesado por las

moléculas de ese compuesto, teniendo gran importancia, por tanto, la distribución

en los tamaños de poro.

Mediante las técnicas de penetración de mercurio puede obtenerse una

representación gráfica del volumen de poro frente al diámetro de poro y, a partir de

ésta, se puede conocer la distribución de diámetros de poro. La superficie electiva

de los GAC tiene un limite superior de alrededor de 1.500 m2/g, pues un aumento

mayor durante la activación producirá poros menores de 1 mm, que son

inaccesibles a la mayoría de los adsorbatos.

En la Tabla 1 se indican valores característicos de algunas propiedades

importantes de los carbones activos. Los amplios intervalos reseñados dan idea de

la variedad posible de productos finales.

Además de las indicadas, son de enorme interés: la densidad real, la

densidad de partícula, el número de iodo y el contenido en humedad, entre otras.

1.7. UTILIZACION DE LOS CARBONES ACTIVOS.

En relación con el tratamiento de las aguas, el carbón activo se utiliza:

Tema 1

12


• En tratamiento de afino de aguas potables o de aguas industriales de gran

pureza, especialmente cuando se obtienen partiendo de aguas superficiales.

El carbón activo retiene los compuestos orgánicos disueltos no eliminados

por la degradación biológica natural, microcontaminantes y ciertos metales

pesados a nivel de trazas.

• En el tratamiento terciario de aguas residuales o industriales. El carbón

retiene los compuestos orgánicos disueltos, resistentes al tratamiento

biológico, con lo que se elimina una cierta proporción de la DQO residual.

• En el tratamiento de aguas residuales industriales, cuando el efluente no es

biodegradable o contiene elementos tóxicos orgánicos que impiden la puesta

en práctica de técnicas biológicas.

En resumen, debe preverse el empleo de carbón activo cuando se deseen eliminar

contaminantes orgánicos disueltos, tales como:

• Detergentes.

• Colorantes de síntesis solubles.

• Disolventes clorados.

• Fenoles y derivados hidroxilados.

• Derivados aromáticos, sustituidos o no, especialmente derivados clorados o

nitrados.

• Sabores y olores.

1.7.1. CARBON EN POLVO

El carbón en polvo generalmente se utiliza en combinación con los

tratamientos de clarificación. Inyectado de forma continua en el agua con reactivos

de floculación, se introduce en los flóculos y seguidamente se extrae del agua con

ellos. Para esta extracción, se recomienda a veces recurrir a una filtración directa, si

Tema 1

13


bien es preferible utilizar un decantador de recirculación de fangos o, mejor aún, de

lecho de fangos. Con estos aparatos se aumenta notablemente el tiempo de

contacto entre el agua y el carbón y, por lo tanto, se consigue una mejor

aproximación al equilibrio. Otra forma de aplicación es añadir carbón activo en polvo

al efluente del tratamiento biológico. El carbón, en este caso, es añadido al efluente

en un tanque de contacto. Una vez transcurrido el tiempo deseado se deja que el

carbón sedimente en el fondo del tanque y seguidamente se extrae del mismo el

agua tratada. Puesto que el carbón está pulverizado, puede necesitarse un

coagulante para facilitar la eliminación de las partículas de carbón, o bien requerirse

una filtración a través de filtros rápidos de arena.

Como se ha indicado, el carbón activo puede utilizarse igualmente para afino de

aguas industriales de elevada pureza (tratamiento de condensados, agua de

aclarado en la industria electrónica, etc.).

Ventajas:

• Los carbones activos en polvo son, aproximadamente, de dos a tres veces

más baratos que los carbones en grano.

• Pueden dosificarse en exceso, en caso de puntas de contaminación.

• Precisan inversiones reducidas. Cuando el tratamiento consiste sólo en una

etapa de floculación-decantación basta prever un simple equipo de

dosificación de carbón activo.

• Su cinética de adsorción es rápida, puesto que su superficie es fácilmente

accesible.

• El carbón activo favorece la decantación, al espesar el flóculo.

Inconvenientes:

Tema 1

14


• El carbón activo no puede regenerarse cuando se recupera en mezcla con

fangos de hidróxidos, por lo que debe preverse la pérdida de este material

después de su utilización. Cuando se utiliza carbón activo sólo (en ausencia

de coagulantes minerales) puede recurrirse a la técnica de regeneración en

lecho fluidizado que, sin embargo, conlleva pérdidas muy elevadas.

• Es difícil eliminar las últimas trazas de impurezas, sin añadir un exceso de

carbón activo.

El carbón activo en polvo se utiliza esencialmente en dosificaciones

discontinuas o de pequeña importancia (inferiores a 25 - 50 g/ m3, según los casos).

1.7.2. CARBON EN GRANO

El carbón en grano se utiliza en forma de lecho filtrante atravesado por el

agua a tratar, cuyas impurezas se someten así a una extracción metódica. En

efecto, el agua, progresivamente liberada de sus contaminantes, encuentra

fracciones de carbón activo cada vez menos saturadas y, por lo tanto, cada vez más

activas.

1.7.3. ASOCIACION POLVO-GRANO

En algunos casos de tratamiento de aguas de superficie, de contaminación

muy variable, puede ser interesante combinar el empleo de carbón en polvo, en la

clarificación, para hacer frente a puntas de contaminación, con el tratamiento

posterior con carbón en grano, para alcanzar el nivel de descontaminación final

deseado.

1.7.4. CAPACIDAD UTIL DE UN CARBON

La experiencia demuestra que rara vez pueden sobrepasarse tres

Tema 1

15


volúmenes de agua por volumen de carbón y por hora, en casos de contaminación

elevada. En el caso de tratamiento de aguas para el consumo humano, en el que los

contenidos de productos adsorbibles son muy pequeños, deben preverse, en el

estudio económico, unos elevados gastos de inversión, por lo que generalmente

debe aceptarse una menor saturación del carbón, utilizando velocidades mayores: 5

a 10 vol. agua/(vol. carbón. h). Puesto que la teoría da únicamente el sentido de

variación de estas leyes, es indispensable recurrir a la experiencia del especialista y

realizar ensayos dinámicos a través de columnas de tamaño suficiente para poder

efectuar una extrapolación.

1.8.EL LECHO DE ADSORCION.

En la práctica, como se ha indicado, la adsorción -sobre carbón activo- se

lleva a cabo en forma continua o en forma discontinua. En la operación discontinua,

el carbón activo -en polvo- se mezcla con el agua residual y se deja decantar. La

operación continua se lleva a cabo en columnas conteniendo carbón granulado (de

40 a 80 mallas); es más económica que la operación discontinua y ha encontrado

más aplicaciones.

La eliminación de contaminantes en las columnas de carbón activo se lleva a

cabo mediante tres mecanismos:

1) Adsorción.

2)Retención de las partículas grandes.

3) Deposición de materia coloidal.

El grado de eliminación depende básicamente del tiempo de contacto entre

cl agua a tratar y el carbón activo.

Un lecho compacto cumple cuatro funciones:

a) Filtración: Normalmente, esta función debe reducirse al mínimo, para

Tema 1

16


evitar el atascamiento del filtro, que se produce irremisiblemente en ausencia de

sistemas de lavado eficaces, que provocan en cada ciclo una importante

perturbación de las capas. Por otra parte, el carbón tiende a extraer de los flóculos

con los que se ponen en contacto productos adsorbibles que contribuyen a su

prematura saturación. Frecuentemente se recomienda, por estos motivos, efectuar

una filtración previa del agua a través de arena.

b) Soporte bacteriano: La superficie del carbón ofrece condiciones

ideales para la colonización bacteriana. Este fenómeno puede contribuir a la

depuración, pero si no se realiza de forma perfecta, puede resultar peligroso

(fermentación anaerobia causante de olores, atascamiento del lecho, etc.).

c) Acción catalítica: Una propiedad muy utilizada de los carbones activos -de

interés en no pocos casos- es su acción catalítica y, más concretamente, la que

ejercen sobre la reacción de oxidación del agua con cloro libre:

Cl2 + H20 2 HCl + 1/2 O2

Se realiza así la eliminación de cloro de un agua que haya sufrido un

tratamiento de cloración en exceso. Esta acción eliminadora de cloro se caracteriza

por la longitud de semi-decloración, que es la altura de lecho filtrante que, a una

velocidad dada, provoca una reducción a la mitad de la dosis de cloro en el agua. El

pH tiene una gran influencia en esta longitud. En la práctica, se utilizan, según la

temperatura, el contenido de cloro libre y la tolerancia admitida sobre el cloro

residual, cargas volúmicas que van de 5 a 15 volúmenes de agua por volumen de

carbón activo y hora.

Se produce una acción catalítica del mismo tipo frente a las cloraminas, que

se descomponen en nitrógeno y ácido clorhídrico. Sin embargo, su cinética es más

lenta que en el caso del cloro libre (longitud de semidecloración mucho más

elevada); por lo tanto, si se desea obtener resultados comparables, es preciso

disminuir notablemente las cargas volúmicas.

Tema 1

17


El poder de eliminación de cloro de un carbón se ve afectado por todo lo

que se opone al contacto entre el carbón y el agua a tratar: sedimentos de

carbonato cálcico, saturación de la superficie por adsorción de contaminantes

diversos, etc.

d)Adsorción: Esta es la principal misión del carbón; por lo tanto, debe

prestarse especial atención al contacto agua-carbón y, en todos aquellos casos en

que la capacidad del carbón desempeñe un papel fundamental en la economía del

proceso, se considerará un sistema de contracorriente.

1.9 CURVAS DE ROTURA.

Cuando el agua residual fluye a través de una columna de carbón activo, los

contaminantes se separarán gradualmente y el agua residual se va purificando

progresivamente. No hay separación neta entre el agua depurada y la de

alimentación. Se forma una zona de transición en la cual la concentración de

contaminante varía desde un máximo, al final de la zona , hasta prácticamente cero

en la parte inicial de la misma. Esta zona es la porción activa de la columna, y se

denomina "zona de adsorción". El movimiento progresivo de esta zona de adsorción

puede verse mediante la representación de las llamadas "curvas de rotura" (Fig. 1).

Las ordenadas de una curva de rotura corresponden a la concentración del efluente;

por ejemplo en mg / l de DQO (Demanda Química de Oxígeno), y las abscisas

corresponden a la duración del flujo a través de la columna; por ejemplo, en horas

de flujo. Con frecuencia las abscisas se expresan también en función de los

volúmenes de lecho de flujo total; por ejemplo, en cientos de volúmenes de lecho

(BV).

Tema 1

18


Normalmente, la operación de una columna de adsorción no se prolonga

hasta su agotamiento. Puede decidirse parar la operación cuando la concentración

del efluente alcanza un valor dado. Esta concentración se denomina ''concentración

de rotura (Ce)". Si la concentración del efluente alcanza el valor de rotura y ésta

corresponde a un tiempo de flujo de flujo que dista mucho del correspondiente a la

concentración del soluto en el efluente (tiempo necesario para el agotamiento), no

resulta económico en esas condiciones enviar el contenido de la columna a la

sección de regeneración. Se evita este inconveniente utilizando varias columnas

operando en serie, de forma que el efluente de una columna sea la alimentación de

la siguiente. En un sistema bien diseñado, cuando la concentración del efluente de

la última columna de la serie alcanza la de rotura, el adsorbente de la primera

columna se enviaría a la sección de regeneración y el afluente se aplicaría a la

siguiente columna de la serie. Simultáneamente, una columna fresca, ya

regenerada, se colocara a continuación de la columna para la cual se hubiese

alcanzado la concentración de rotura. De esta forma, la concentración final del

efluente de la serie de columnas nunca superará la concentración de rotura

especificada (CE).

En la mayoría de las ocasiones, la adsorción en carbón activo se realiza en

Tema 1

19


columnas sin que nunca se establezcan las condiciones de equilibrio ni de estado

estacionario. En estas columnas de adsorción se emplea carbón activo granulado.

La capacidad de adsorción obtenida en ensayos discontinuos en condiciones de

equilibrio no puede aplicarse a la operación en columnas.

La única forma segura de diseñar un sistema de adsorción con carbón es

llevar a cabo ensayos a escala semipiloto en columna bajo condiciones similares a

las de operación a escala real. El estudio considera una columna de adsorción

carbón activo a la que se alimenta agua a tratar, con una concentración de soluto

Co, (mg/l). Se desea reducir la concentración hasta un valor igual o inferior a Ce

(mg/l), Al comienzo de la operación -con el adsorbente fresco- la concentración del

efluente es menor que la concentración permisible Ce Transcurrido un tiempo (t) se

alcanza la concentración Ce correspondiente al punto de rotura. El modelo supone

una velocidad de adsorción de acuerdo a una cinética de primer orden.

r = K·C

El funcionamiento en continuo de las columnas de carbón activo puede

evaluarse mediante la ecuación desarrollada por Bohart y Adams.

lnCoCe

1−

ln e

K No⋅ D⋅V 1−

K Co⋅ t⋅−:=

En la que K es la constante de velocidad, No la capacidad de adsorción (Kg

de soluto/ m3 de carbón); D la profundidad de lecho de carbón (m); V la velocidad

lineal (m/h) y t el tiempo de servicio (h).

A tiempo cero (t=0) , la profundidad teórica de carbón suficiente para evitar la

concentración de soluto en el efluente exceda el valor de Ce se denomina

profundidad crítica del lecho: Do (m). Evidentemente, Do será menor que D.

Do se obtiene de la ecuación anterior haciendo t=0 y despejando D, que en

este caso es igual a Do. Como el término exponencial es mucho mayor que la

unidad, se desprecia el término unidad entre paréntesis en el primer miembro. El

resultado final es:

Tema 1

20


DoV

K No⋅

Ln⋅CoCe

1−

⋅:=

El tiempo en servicio se obtiene despejando t y despreciando el término

unidad entre paréntesis en el primer miembro al compararlo con el término

exponencial. Se obtiene:

tNo D⋅Co V⋅

LnCoCe

1−

⋅

K Co⋅−:=

Esta expresión es la base para la determinación experimental de los

parámetros No y K en columnas a escala semipiloto.

Tema 1

21


Tema 2: PROCESOS EN LAS PLANTAS DE TRATAMIENTO.

2.1. SISTEMAS PARA TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES POR

ADSORCION

Como se ha dicho, la adsorción puede llevarse a cabo a escala industrial

integrándose en distintas etapas, según los modelos esquematizados en la

figura 2, utilizando dos procedimientos básicos:

• Contacto en tanque agitado. El adsorbente, en estado pulvurulento, se

añade al agua a tratar y la mezcla se mantiene agitada el tiempo

necesario para alcanzar la concentración final deseada en la fase

líquida, o en último término, la concentración de equilibrio. Después de

separar las dos fases por sedimentación y/o filtración, se regenera el

adsorbente si da lugar. Este procedimiento puede operar en varias

etapas o en continuo.

• Contacto en columna. El agua a tratar se hace pasar a través de un

lecho de material adsorbente en estado granular, a la velocidad

adecuada para asegurar el tiempo de contacto necesario. El lecho opera

en continuo y en condiciones de anegamiento. El adsorbente saturado

se sustituye o se regenera, lo que puede hacerse dentro o fuera de la

propia columna. Se requiere el empleo de una o más columnas de

funcionamiento intermitente para que el sistema opere en continuo. Son

posibles dos alternativas: lechos fijos y lechos móviles. Los tres sistemas

básicos de trabajo son los de flujo descendente en lecho fijo (en serie o

en paralelo) (Figs. 3 y 4), flujo ascendente (Fig. 5) en lecho compacto o

expandido y flujo a través de lecho móvil expandido o fluidizado ( (Fig. 6)

en contracorriente (agua ascendente- carbón descendente). La elección

de uno otro tipo d pende de factores de orden funcional y

técnico-económico pero, en general, la segunda de las formas de trabajo

indicadas resulta la preferida.

Tema 2

22


Tema 2

23


En la tecnología con lechos fijos se emplean normalmente dos o más

columnas en serie o en paralelo, lo que permite lavar bien la primera columna,

y también regenerar únicamente la fracción más saturada del carbón (primera

columna). Se organiza así un sistema de contracorriente por permutación

cíclica 1,2,3 2,3,1 regenerada, etc.

Tema 2

24


La tecnología utilizada se asemeja a la de los filtros de arena. Debe

prestarse especial atención a los sistemas de lavado, debido al riesgo de

pérdida de carbón por flotación. Como se ha dicho, según los medios con que

el carbón activo se ponga en contacto con el agua, la materia en suspensión

presente también puede ser eliminada. Una columna típica se esquematiza en

la figura 7. El agua se introduce por la parte superior de la columna y sale por

la inferior. El carbón se mantiene en su lugar por medio de una rejilla en el

fondo de la columna. Es necesario prever las instalaciones de lavado en

superficie y a contracorriente. El lavado a contracorriente es necesario para evi-

tar las pérdidas de carga excesivas. Tales columnas pueden operar solas, o

como se ha dicho, en serie y también en paralelo.

Las operaciones de paradas o interconexiones a la hora de la

regeneración dependerán de la configuración del sistema de columnas.

El problema de la obstrucción de carbón puede reducirse si se utiliza un

lecho expandido y flujo ascendente (Fig. 5). Durante la operación, el afluente se

introduce por el fondo de la columna y se deja que se expanda el lecho, como

si se tratase de un lecho filtrante durante un lavado a contracorriente. El carbón

consumido se va sustituyendo en forma continua por nuevo carbón. En un

sistema así la pérdida de carga no aumenta con el tiempo, una vez que se ha

alcanzado el régimen de funcionamiento normal.

El lecho móvil (Fig. 6) funciona a contracorriente agua-carbón activo.

Otra disposición es aquélla en que la base del lecho es un lecho fluidizado, lo

que facilita la extracción del carbón.

En la figura 8 se resumen los distintos sistemas citados.

Tema 2

25


2.2. CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS DE COLUMNAS DE ADSORCION

a) Columnas de flujo descendente

• Se dan en ellas procesos de adsorción y filtración simultáneos. - Se

requieren lavados de la superficie filtrante más frecuentes.

• Se produce una más rápida obstrucción de poros por aglomeración de

partículas coloidales (en suspensión), lo que exige limpieza y

regeneraciones más frecuentes del carbón, disminuyendo así su vida

activa.

b) Columnas de flujo ascendente

• La densidad de las partículas aumenta a medida que pasa el tiempo en

servicio, como consecuencia de la retención de materiales.

• El lecho tiende a expandirse respecto de su posición de reposo en

parado.

• Se generan finos por atrición de partículas, pudiendo escapar con la

corriente de salida.

Los sistemas pueden operar, según los casos, por presión o por gravedad.

En uno y otro caso, la complejidad de la operación y el coste debidos a la

mayor o menor necesidad de tubos y válvulas, dependerá del modelo de

disposición para el flujo y del número de columnas instaladas.

Existe una estrecha relación entre el fenómeno de la adsorción y algunos

aspectos de naturaleza biológica observados en las columnas de carbón

activado. Debido a la acumulación de biomasa, se puede llegar a detectar en la

columna -a escala de planta- una eliminación de productos orgánicos entre el

50 y el 100% superior a la calculada a partir de las pruebas de laboratorio.

Tema 2

26


Como quizá el carbón puede catalizar procesos bioquímicos, puede haber

un crecimiento biológico importante. Después de quedar agotado el carbón, la

actividad biológica continúa aún.

Si el contenido de oxígeno disuelto en el agua es insuficiente se favorece la

actividad biológica anaerobia y, en presencia de compuestos oxigenados

(nitratos, sulfatos, hidratos de carbono) y compuestos orgánicos fácilmente

degradables, las bacterias anaerobias inducen la consumición del oxígeno

presente al reaccionar con los compuestos orgánicos, produciéndose gases

como el nitrógeno, sulfuro de hidrógeno y metano.

La presencia de H2S en el efluente final pone de manifiesto la existencia de

condiciones anaerobias, en la columna, y esto reduce la calidad del efluente.

El sulfuro de hidrógeno se produce al reducirse el sulfato por la acción

bacteriana, en condiciones de:

• Altas concentraciones de DB05 (Demanda Biológica de Oxígeno)

alimentada.

• Tiempos de interrupción del funcionamiento de la columna largos.

• Bajas concentraciones de oxígeno disuelto en el agua aplicada.

• Combinaciones de las anteriores condiciones.

Los métodos para reducir la formación de H2S incluyen:

• Eliminación de la máxima cantidad de DBO posible en los tratamientos

previos a la adsorción.

• Reducir los tiempos de parada de la columna.

• Asegurar una concentración de oxígeno elevada en los afluentes a la

columna.

• Lavado frecuente de los lechos de carbón.

Tema 2

27


• Mantener las columnas (flujo ascendente en lecho expandido) en

condiciones aerobias, introduciendo una fuente de oxígeno, como aire o

peróxido de hidrógeno.

Tema 2

28


2.3 REGENARACION DEL CARBON ACTIVO.

Aunque habitualmente es el carbón activo el adsorbente más adecuado

para el tratamiento de las aguas, presenta con frecuencia grandes limitaciones,

entre las que se pueden señalar las siguientes:

• Baja eficacia para la eliminación de determinados tipos de compuestos

orgánicos; en general, de cierta polaridad.

• Elevado coste de regeneración. Esta operación ha de llevarse a cabo en

la mayor parte de los casos por vía térmica, con una importante

inmovilización de capital, alto consumo energético y pérdidas de

adsorbente que alcanzan hasta el 10% o más de la masa del mismo en

cada ciclo, como consecuencia de la reducción de tamaño de las

partículas.

Para que sea económica la aplicación de carbón es necesario un medio

eficaz para regenerarlo una vez que se haya alcanzado su capacidad de

adsorción.

Los métodos para regenerar el carbón granular se basan en:

• Paso de vapor a baja presión a través del lecho, para evaporar y

eliminar el disolvente ocluido. Si el carbón usado sólo ha adsorbido

algunos productos muy volátiles, puede practicarse la regeneración del

mismo mediante vapor, que además es útil para quitar la obstrucción de

la superficie de los gránulos y esterilizar el carbón.

• Extracción del adsorbato mediante un disolvente, un ácido 0 un álcali.

Se citan desarrollos que emplean un disolvente a 100'C y a pH elevado,

con pérdidas de carbón del orden del 1 %.

• Regeneración por vía térmica.

• Tratamiento del carbón con gases oxidantes.

Tema 2

29


Es frecuente el uso de una de las dos primeras técnicas en combinación

con las siguientes; así, el carbón granular se regenera fácilmente por oxidación

de la materia orgánica y su posterior eliminación de la superficie del carbón en

un horno.

La regeneración del carbón se lleva a cabo, sobre todo, por vía térmica

-proceso que requiere fuertes inversiones-, utilizando hornos de pisos (por

ejemplo, tipo Herreshoff) múltiples, de tipo rotatorio o de lecho fluidizado. En los

de tipo rotatorio, el carbón avanza a contracorriente con una mezcla de gases

de combustión y vapor sobrecalentado. Las pérdidas de carbón pueden llegar

hasta el 10% por regeneración, por lo que al cabo de unas 10 a 12

regeneraciones se habrá sustituido, estadísticamente, toda la masa de carbón

inicial. En el horno de cámara múltiple el carbón es calentado hasta una

temperatura suficientemente elevada (900-930ºC) en una atmósfera aire-vapor

(reactivación térmica con baja concentración de oxígeno para evitar que se

inflame el carbón) para quemar el monóxido de carbono y el hidrógeno pro-

ducido por la reacción de reactivación. Se recupera del 90 al 95% del material,

con una capacidad de adsorción algo inferior a la del nuevo carbón.

Las reacciones necesarias para la regeneración son:

C+CO2 2CO

C + H20 H2+ CO

Estas reacciones son endotérmicas pero por encima de unos 760ºC. tienen

lugar en el sentido señalado de forma prácticamente total. Entonces, la

composición de la fase gaseosa cambia hasta alcanzar el equilibrio de acuerdo

con la siguiente reacción:

CO + H20 C02 + H2

cuya constante de equilibrio vale:

K = 1,0 (870ºC); K = 0,7 (980ºC)

Tema 2

30


Por otro lado, hay que minimizar la oxidación directa del carbón a C02,

controlando la concentración de oxígeno en el reactor. Esta reacción es

exotérmica y se produciría en condiciones de oxidación intensa sobre toda la

superficie del carbón.

El horno debe ir provisto de dispositivos de control de atmósfera y de

temperatura, de un sistema de deshidratación a la entrada y de un temple del

carbón a la salida del horno.

En la figura 9 se presentan de forma simplificada los principales

elementos de una instalación para la regeneración de carbón activo gastado. El

sistema de transporte y regeneración se ocupa del movimiento del carbón

hacia y desde el horno de regeneración, de la regeneración del carbón y de la

introducción y transporte del carbón fresco nuevamente al sistema.

Para la regeneración del carbón activo se pueden también usar hornos de

infrarrojos. Este tipo de hornos, que funcionan desde 1973, a escala piloto en

principio y posteriormente con capacidades de hasta unas 15 t/día, permiten la

regeneración del carbón activo en polvo. El proceso es similar al carbón

granular, variando el valor de algunas magnitudes en el sistema de Tema 2

31


alimentación y de otros parámetros específicos relacionados con las

condiciones para la regeneración óptima. Debido a la mayor densidad de la

torta de carbón activo en polvo se requieren tiempos de residencia superiores a

los correspondientes al carbón activo granular; por ejemplo, 30 minutos en

lugar de 20.

En muchos casos, el carbón activo en polvo agotado contiene cantida-

des importantes de materiales combustibles, debidos sobre todo al "lodo"

formado durante el tratamiento de las aguas residuales. En este caso puede

ser de interés la combustión de una parte de estas materias volátiles dentro del

horno, reduciéndose así el consumo de energía de éste. Como se ha dicho,

hay que controlar muy bien la cantidad de aire alimentado a la combustión, así

como las pérdidas de carbón por oxidación.

Hay diversos sistemas de hornos de infrarrojos en diferentes estados de

diseño y desarrollo, con distintos tamaños y para variadas aplicaciones.

Parece ser que en la regeneración del carbón activo (granular o en polvo),

los hornos de infrarrojo tienen algunas ventajas derivadas del propio control del

Tema 2

32


proceso, así como económicas, en cuanto el capital inmovilizado necesario y

los costes de operación y mantenimiento, que son comparativamente

reducidos.

2.4 ADSORBATOS

Históricamente, la adsorción en el tratamiento de aguas se ha aplicado a

la eliminación del olor y el sabor. Actualmente, se dirige más hacia la

eliminación de compuestos orgánicos naturales o sintéticos.

La experiencia demuestra que los carbones activos son adsorbentes de

amplio espectro. La mayoría de las moléculas orgánicas se fijan en su

superficie, siendo las que peor se fijan las moléculas más cortas y las más

polares (alcoholes y ácidos de menos de tres átomos de carbono). Las

moléculas más pesadas se adsorben con mayor facilidad. Como los

compuestos más fácilmente biodegradables son los que peor se adsorben, el

tratamiento de adsorción adquiere un carácter complementario muy apreciado,

en relación con el tratamiento biológico.

2.5 COMPUESTOS ORGANICOS

En general, cuanto menos soluble en el agua es un compuesto orgánico,

mejor se adsorbe a partir de su disolución. Esta es la regla de Lundelius.

Análogamente, el compuesto menos polar es el mejor adsorbido a partir de sus

soluciones acuosas polares, sobre carbón poco o nada polar. Ambas reglas

cualitativas surgen de la necesidad que tiene una molécula orgánica de romper

las uniones disolvente- adsorbato para poder adsorberse. Estos enlaces son

generalmente más fuertes cuando el adsorbato es muy soluble en el agua o

presenta con este disolvente una interacción dipolo-dipolo. Las moléculas

orgánicas son, en general, las menos solubles, y tienden a difundirse más

lentamente a través de los poros, adsorbiéndose con mayor dificultad cuanto

Tema 2

33


más grandes sean, al no poder penetrar fácilmente en los poros más

pequeños.

Otros factores relacionados con la adsorción de compuestos orgánicos

tienen que ver con las afinidades químicas específicas entre los grupos

funcionales de] adsorbente y el adsorbato. La Tabla II presenta una relación de

compuestos orgánicos según su mayor o menor capacidad para ser adsorbidos

por carbón activo. Los fenoles sustituidos, por ejemplo, se adsorben mejor que

los halometanos o el etileno. Estos compuestos orgánicos volátiles son

disolventes industriales, a menudo presentes en altas concentraciones. Su

eliminación es difícil o requiere frecuentes regeneraciones de los lechos. Los

hidrocarburos policíclicos aromáticos y las nitrosaminas se adsorben

rápidamente. Como quiera que no suele haber mucha información disponible

sobre la adsorción de las especies orgánicas con carbón activo granular, es

con frecuencia necesario realizar ensayos en tanque o en columna en

laboratorio, antes de pasar a predecir la eficacia en la eliminación de tales com-

puestos en un lecho a gran escala. La mayoría de los compuestos poco

Tema 2

34


adsorbibles son muy solubles y de peso molecular bajo; pero también hay otros

de peso molecular muy elevado. En el caso de los ácidos orgánicos y de las

bases, la adsorción depende mucho del pH, eliminándose preferentemente las

moléculas de tipo neutro. 2.6 COMPUESTOS INORGANICOS

Algunos compuestos inorgánicos pueden eliminarse por adsorción sobre

carbón activo. Metales a nivel de trazas, como el mercurio, el arsénico y el

plomo pueden ser eliminados con GAC. La Tabla III presenta una lista de

metales según su grado de adsorción. La mayoría de los cationes y aniones

presente en las aguas naturales no se adsorben, como es el caso del calcio,

sodio, ortofosfatos, nitratos y haluros. Una excepción es el fluoruro, que es

eliminado, tanto por alúmina activada como con carbón.

Los metales pueden reaccionar en los grupos funcionales oxigenados

del carbón, desplazando a los iones de hidrógeno por intercambio iónico. Las

Tema 2

35


superficies del carbón también pueden dar lugar a precipitados de sales

metálicas por nucleación o coagulación. Los metales reducidos en la estructura

original del carbón también pueden reaccionar con los metales en estado iónico

en solución, para reducirlos hasta una forma depositable.

Análogamente, los metales pueden ser oxidados catalíticamente.

2.7 VIRUS

La adsorción de virus sobre carbón activo ha sido estudiada como un

proceso para el tratamiento avanzado de aguas residuales y su posible

reutilización. Los grupos funcionales específicos del carbón, como el carboxilo

y el lactona, se cree que actúan como "sitios" para la adsorción de virus. El

grado de adsorción depende en gran medida del pH; por tanto, la atracción

electrostática entre los grupos cargados negativamente sobre el carbón y los

grupos cargados positivamente sobre los virus es importante. Los estudios en

laboratorio y planta piloto no son aún bastante consistentes y han demostrado

que la eliminación de los virus con carbón activo es difícil de controlar.

2.8 OTROS ADSORBENTES

En el tratamiento de aguas por adsorción, es el carbón activo el

adsorbente utilizado a gran escala. Otros adsorbentes naturales pueden ser

empleados en procesos especiales. Los aluminosilicatos sintéticos se

comportan como tamices moleculares, adsorbiendo selectivamente en función

del tamaño molecular y la forma, aprovechando su alta porosidad y gran

uniformidad en el tamaño de sus poros. En general, la alúmina y otros óxidos

minerales pueden presentar una gran superficie específica, pero únicamente a

algunas sustancias tienen buen a afinidad hacia ellos; por lo tanto son

adsorbentes muy específicos.

Tema 2

36


2.8.1 GEL DE SILICE

Se produce normalmente por neutralización de una disolución de silicato

sódico mediante un ácido mineral diluido. El material obtenido se calienta a

unos 350ºC y resulta un producto duro y vidrioso, muy poroso, se utiliza para

secar líquidos y gases, así como para la recuperación de hidrocarburos. Las

superficies específicas que se dan para este adsorbente son superiores a 350

m2/g.

2.8.2 ALUMINA ACTIVADA

Es un adsorbente con buena resistencia mecánica y, por ello, muy

adecuado para su utilización en lechos móviles. Se fabrica calentando los

distintos hidratos de alúmina a velocidad controlada. La alúmina activada en la

variedad de -y-alúmina se obtiene entre 500º y 800ºC, transformándose por

encima de este punto en especies alotrópicas de menor superficie. El producto,

amorfo y muy poroso, se utiliza para el secado de gases y líquidos, para

eliminar el fluoruro y para la neutralización de aceites lubricantes.

2.8.3 TAMICES MOLECULARES

Proceden de productos naturales como las zeolitas, en las que los poros

originan al formarse huecos en la red del cristal cuando se eliminan por

calefacción las moléculas de agua. Están formados por estructuras tetraédricas

de aluminosilicatos (Si02- Al04). El entramado es muy regular, de forma tal que

sólo pueden adsorberse aquellas moléculas con un tamaño suficientemente

pequeño como para atravesar las "ventanas" de acceso al interior de la

estructura. Aunque esta capacidad de adsorción no puede relacionarse de

forma significativa con un área, la comparación con otros adsorbentes puede

establecerse tomando un área equivalente del orden de 800 m2/g. La ventaja

de los tamices moleculares es que pueden fabricarse a la medida de las

aplicaciones deseadas.

Tema 2

37


2.8.4 POLIMEROS ADSORBENTES SINTÉTICOS

Desde hace unos años, determinados polímeros adsorbentes sintéticos

se presentan como una alternativa al carbón activo en el tratamiento de aguas

residuales. Dichos adsorbentes se producen por polimerización en suspensión

entre uno o varios monómeros, en presencia de un agente reticulante. La

variedad de monómeros que pueden ser polimerizados y la posibilidad de

obtener las propiedades deseadas variando las condiciones de la

polimerización, da una idea de la multiplicidad de productos posibles.

Existen en el mercado diversos polímeros adsorbentes macrorreticulares

que pertenecen al grupo antes mencionado, y que ofrecen algunas ventajas

frente al carbón activo:

• Matriz de estructura estable y duradera.

• Mayor facilidad de regeneración mediante disolventes apropiados,

posteriormente recuperables.

• Posibilidad de disponer de productos de distinta polaridad, lo que se

traduce en mayor selectividad en sus aplicaciones.

En los polímeros adsorbentes sintéticos, cada partícula de resina está

formada por un aglomerado de microesferas, cuyos intersticios originan los

poros interconectados. Por consiguiente, presentan una superficie interior muy

uniforme y actúan principalmente por interacciones de] tipo de las fuerzas de

dispersión y solvofóbicas.

Esencialmente, las propiedades adsorbentes de los polímeros sintéticos

pueden predecirse a partir de su estructura química y del parámetro de

solubilidad teórico del adsorbente, así como de la solubilidad del adsorbato en

un disolvente determinado.

Tema 2

38


Entre las aplicaciones industriales de estos adsorbentes caben citar las de

eliminación, con o sin recuperación, de distintas sustancias orgánicas

presentes en las aguas residuales, como los fenoles o los pesticidas, o la

eliminación del color de los efluentes de fábricas de pasta al sulfato

blanqueada. Son numerosos, asimismo, los trabajos desarrollados a escala de

laboratorio para el mejor conocimiento de estos procesos.

Tema 2

39


TEMA 3: ADSORBEDORES DE CARBÓN ACTIVADO GRANULAR.

MODOS DE OPERACIÓN Y CONFIGURACIÓN

3.1 INTRODUCCIÓN.

El carbón activado (CA) es un sólido que tiene dos propiedades que lo han

hecho muy útil en el tratamiento de aguas. La primera consiste en que atrapa todo

tipo de contaminantes orgánicos en sus paredes, con una avidez tal que puede

dejar un agua prácticamente libre de estos compuestos. La segunda, en que

destruye el cloro libre residual que no ha reaccionado después de que dicho

compuesto realizó una acción desinfectante.

En estas funciones se ha considerado desde hace muchos años la tecnología

más rentable. Debido a ello, prácticamente todas las industrias que requieren agua

potable utilizan CA como uno de los procesos básicos de purificación.

En cuanto a las plantas potabilizadoras municipales, existen dos realidades:

la de los países desarrollados y las de países en desarrollo. En los primeros, el CA

se aplica en casi todas las plantas. En los segundos, se aplica más bien cuando

existen problemas de olor y sabor.

Los primeros potabilizan el agua con CA debido a que en los últimos años se ha

encontrado que prácticamente ya no existe río, lago ni pozo cuyo agua se encuentre

libre de contaminantes orgánicos sintéticos. Por otro lado, han surgido evidencias de

que estos compuestos, aunque están presentes en muy bajas concentraciones, a

largo plazo, causan graves trastornos a la salud -entre ellos algunos tipos de

cáncer-.

Tema 3

40


De todo lo anterior puede decirse que, por un lado, la purificación de agua

con CA es muy común desde hace tiempo, especialmente en el sector industrial.

Por otro, que también lo es, aunque de manera más reciente, en las plantas muni-

cipales de países desarrollados. Y finalmente, que se utilizará cada vez más en el

área municipal de países en desarrollo.

Cabe aclarar que se utiliza indistintamente el término "carbón" o la

abreviatura CAG para referirse al carbón activado granular.

3.2 EL CA EN LA POTABILIZACION DE AGUA.

El CA tiene capacidad para lograr estados de equilibrio tales, que la

concentración de los compuestos adsorbibles en el agua llega a niveles

indetectables por los métodos de análisis comunes. Todo esto, aunado al hecho de

que las fuentes de abastecimiento de agua potable normalmente tienen cantidades

relativamente pequeñas de materia orgánica, hacen del CA la mejor alternativa

técnica y económica para su control.

En relación al control de microorganismos, existen diversos métodos, como la

cloración, la ultrafiltración, la ozonización, el calor y la radiación ultravioleta. Los más

utilizados son la cloración y la radiación ultravioleta. En el caso de la cloración se

utiliza CAG para eliminar el cloro residual.

La mayoría de las industrias que producen bebidas o alimentos en general,

obtienen el agua de pozos, y la someten a un tratamiento igual o similar al que se

muestra en la figura 1.

Por otro lado, los municipios en muchas ocasiones se abastecen de cuerpos

de agua superficiales. Las características más comunes de este agua hacen

necesario otro tipo de tratamiento. Aunque muchas plantas municipales de

potabilización aún no utilizan CA -la mayoría de las veces debido a razones

económicas-, en la figura 2 se describe el proceso típico de una de ellas que sí lo Tema 3

41


utiliza, y en forma granular (CAG). También existe la alternativa de aplicarlo en

Polvo (CAP).

Los diagramas de las figuras 1 y 2 son sólo ejemplos típicos que pueden

tener diferencias, dependiendo de la calidad del abastecimiento de agua, así como

de los parámetros que requieren cumplirse en el agua tratada.

Tema 3

42


3.3 SELECCIÓN PRELIMINAR DEL CAG

La primera consideración en el diseño de un sistema de adsorción con CAG

es la selección del carbón. La manera más precisa de realizarla es mediante

pruebas dinámicas en columnas Piloto. Sin embargo, éstas requieren de mucho

tiempo, y el pretender aplicarlas a toda la gama de carbones que puede haber

disponibles en el mercado, sería muy costoso y Poco práctico.

Como alternativa, puede empezarse por una preselección rápida de solo

aquellos carbones de los que a priorI pueden esperarse los mejores resultados.

Después de ésta, pueden hacerse los estudios detallados que permitan detectar el

CAG idóneo de entre aquellos que se habían elegido.

La selección Preliminar mencionada puede hacerse basándose en:

• La materia prima de la que parte el CAG.

• Las especificaciones y normas de calidad.

• Isotermas de adsorción.

En cuanto a la materia prima, ya que ésta determina el tamaño de los poros

predominantes de un CA, es posible predecir el tipo de moléculas que se retendrán

de manera preferencial. Por lo tanto, de acuerdo a la materia prima, y conociendo la

composición de los contaminantes presentes en el agua, se puede hacer una

selección preliminar del tipo de carbones más adecuados.

La segunda propiedad del CAG en orden de importancia es la dureza, que

también depende de la materia prima. Cuando la mayoría de los contaminantes son

de bajo peso molecular, el CAG más adecuado, por su diámetro de poros, suele ser

Tema 3

43


de concha de coco. Al ser éste el de mayor dureza no existe conflicto al respecto.

Por otro lado, si los contaminantes son de alto peso molecular, los carbones de

madera o los ligníticos son los más apropiados. Aquí surge el problema de la falta

de dureza de los mismos. En este caso puede requerirse que éstos se hayan

sometido a un proceso de peletización que les brinde la dureza que no tienen de

manera natural.

Respecto a las especificaciones, son propiedades del CAG que reporta el

fabricante, y que, entre otras cosas, sirven como apoyo en la preselección de

carbones. Por otro lado, son un complemento que se toma en cuenta, además de

los resultados de otras pruebas, para elegir el carbón más conveniente desde el

punto de vista de costo-beneficio. Por ejemplo, una de las especificaciones es el

contenido de humedad; mientras mayor es ésta, menor es el porcentaje de carbón

neto que suministra el fabricante y, por lo tanto, el precio neto es mayor.

Finalmente, las isotermas de adsorción son resultados de estudios con los que

se determina la máxima capacidad que tiene un adsorbente en la retención de un

soluto o de una mezcla de solutos. Los datos de isotermas de adsorción pueden

encontrarse en la literatura, o bien pueden determinarse mediante pruebas

relativamente sencillas.

3.4. ADSORBEDORES DE CAG, MODOS DE OPERACION Y CONFIGURACION

3.4.1. FLUJO ASCENDENTE Y DESCENDENTE

El CAG adsorbe de la misma manera, independientemente de que el fluido

circule en sentido ascendente o descendente. Por lo tanto, en ambos casos, las

dimensiones de la cama y del equipo son iguales.

Cuando el flujo es descendente, el carbón también actúa como filtro,

reteniendo los sólidos suspendidos en la parte superior de la cama. La desventaja

está en que hay que contar con una bomba capaz de vencer la caída de presión, Tema 3

44


que puede llegar a ser considerable cuando hay presencia de sólidos suspendidos.

Al llegar a ser inaceptable la caída de presión, hay que efectuar un retrolavado. La

frecuencia del mismo y la cantidad de líquido utilizado para esta operación pueden

ser altas. La tubería debe permitir el flujo descendente durante el ciclo de adsorción

y ascendente durante el retrolavado.

La adsorción en flujo ascendente puede realizarse manteniendo la cama de

carbón compacta o fluidizada. El segundo caso es el más común y se conoce como

adsorción en cama expandida, que se utiliza en el tratamiento de líquidos con un

alto contenido de sólidos suspendidos. La mayoría de estos sólidos no se retienen,

sino que pasan entre las partículas de carbón a lo largo de toda la cama y salen con

el efluente tratado, evitando así un taponamiento prematuro, y las consiguientes

pérdidas de tiempo y de agua para el lavado. En este modo de operación, la caída

de presión es relativamente baja y sólo se requieren lavados ocasionales para

remover sólidos suspendidos que se hayan acumulado. La tubería es más simple

que en el caso de flujo descendente, ya que la dirección del flujo en el ciclo de

adsorción es la misma que en el de lavado.

En los sistemas de cama expandida es importante mantener un buen control

del flujo para lograr la expansión sin llegar a arrastrar las partículas de carbón hacia

afuera del equipo. Esto es particularmente difícil cuando el líquido es viscoso. En

este caso no se utiliza la cama expandida, y si el flujo es ascendente se restringe la

parte superior de la cama para mantenerla compacta.

3.4.2. FLUJO POR GRAVEDAD Y FLUJO A PRESION.

Los dos tipos de adsorbedores de CAG que existen para el tratamiento de

agua y de líquidos en general, son el de flujo por gravedad y el de flujo a presión. El

primero se utiliza principalmente en aplicaciones que tratan grandes volúmenes,

como es el caso de las plantas municipales de potabilización o de tratamiento de

agua residual. En este caso, son de cemento reforzado y su sección suele ser

rectangular. Normalmente no cuentan con una tapa superior, excepto en el caso de Tema 3

45


que el objetivo sea el evitar ensuciamiento ocasionado por hojas y polvo. También

existen adsorbedores de flujo por gravedad de tamaño pequeño, que pueden ser

tanques de acero o plástico. Estos sólo se utilizan cuando no existe la posibilidad de

bombear el fluido.

Los adsorbedores de flujo a presión son de acero o de fibra de vidrio.

Generalmente son cilíndricos verticales, de tapas formadas, y se trabajan a

presiones inferiores a 7 Kg/Cm2. Aunque su operación requiere de bombeo, tienen

la ventaja de poder utilizar mayores cargas hidráulicas -flujo por unidad de área de

sección-, lo que significa que son de menor tamaño por unidad de volumen de

líquido tratado que los de flujo por gravedad. Las características básicas de los ad-

sorbedores se muestran en la Tabla I. Existen además otras que los diferencian

entre sí, como los distribuidores, colectores del líquido y los métodos de soporte de

la cama.

Tema 3

46


3.4.3. CONFIGURACION DE ADSORBEDORES DE CAG

El CAG puede aplicarse en sistemas:

• De una sola columna.

• De múltiples columnas (Fig. 3):

• En paralelo.

• En Serie.

• Combinadas en serie-paralelo.

La operación en una sola columna o en un sistema de múltiples columnas en

paralelo es la más conveniente cuando:

1. La zona de transferencia de masas (ZTM) es muy corta. Es decir, la altura de

la cama de carbón necesaria para eliminar totalmente el contaminante, es

pequeña en proporción a la altura total de la cama.

2. El tiempo de vida útil del CAG es relativamente alto y, por lo tanto, el coste de

reemplazo o de regeneración es mínimo respecto al de toda la operación.

3. No se justifica una segunda o tercera columna, debido a que la disminución

en el coste del CAG, a causa de su mejor aprovechamiento, no cubre la

inversión en equipo adicional.

De otro modo, debe diseñarse un sistema en serie de dos o más columnas.

Además, existe una situación particular en la que lo más probable es que se

requiera el sistema en serie. Se trata de aquella en la que la altura de una sola co-

lumna es mayor que la del lugar en el que ésta se requiere instalar.

Tema 3

47


Los sistemas en paralelo se aplican en el caso de que el flujo que requiera

tratarse sea muy considerable, o en aquel en el que la caída de presión en un solo

equipo, fuera a ser muy grande. Con un sistema en paralelo, la potencia de bombeo,

compresión o ventilación es menor, y en el caso de líquidos, particularmente de los

que son viscosos, los materiales de las columnas y de las tuberías requieren de un

menor espesor.

Las columnas son iguales entre sí, se distribuyen con una separación uniforme,

reciben la misma alimentación y descargan en un cabezal común. Estos sistemas

también se utilizan cuando resulta más práctico o económico el uso de dos o más

columnas de menor diámetro que el de una sola.

En sistemas de una sola columna o en sistemas en paralelo, el carbón que se

descarga para su regeneración o disposición final, normalmente no está totalmente

agotado. Ello se debe a que la ZTM aún está dentro de la columna cuando se re-

quiere la reposición.

En los sistemas en serie, el efluente de una columna es el influente de la

siguiente. Su operación permite una alta pureza en el efluente y el aprovechamiento

de toda la capacidad del carbón utilizado. Cuando se ha saturado el carbón de la

primera columna en la serie, se descarga para regenerarse o descartarse, y se co-

necta otra columna con carbón fresco al final de la serie. El carbón removido está

Tema 3

48


totalmente agotado o más agotado que el de las siguientes columnas en la serie,

debido a que la ZTM ya terminó de pasar por ahí. Por lo tanto, los costes de

operación de estos sistemas suelen ser menores que para los sistemas de una sola

columna o los sistemas en paralelo que traten el mismo fluido.

Un sistema combinado en serie- paralelo tiene, tanto las ventajas de mayor

eficiencia de los sistemas en serie como las de baja caída de presión y practicidad

de los sistemas en paralelo.

Todo lo anterior se aplica a sistemas de lecho fijo, en los que el carbón

permanece estático y el fluido circula en sentido ascendente o descendente. Es

decir, incluye los sistemas en cama expandida. Sin embargo, no incluye a los

sistemas de cama pulsante que se describen a continuación.

3.4.4. CAMA PULSANTE

La cama pulsante es aquella en la que el carbón se mueve en sentido opuesto al

del flujo. El líquido fluye hacia arriba mientras una porción del carbón agotado se

desaloja por el fondo y un volumen igual de carbón virgen o regenerado se agrega

por la parte superior. La cama pulsante se comporta como los sistemas de cama fija

en serie. La remoción de un volumen de carbón por el fondo de la columna pulsante

equivale a la remoción del carbón en la primera columna del sistema en serie.

Los sistemas de cama pulsante pueden operar en forma continua o semicontinua.

En la primera, constantemente se está removiendo el carbón agotado del fondo,

mientras se está agregando carbón virgen o regenerado por la parte superior. En la

operación semicontinua, que es la más común, un cierto volumen de carbón

agotado se remueve del fondo a ciertos intervalos, por ejemplo de una vez cada 8 h,

y un volumen equivalente de carbón fresco se agrega por la parte superior.

Entre el sistema de camas múltiples en serie y el de cama pulsante, se

recomienda el primero cuando el líquido contiene sólidos suspendidos, cuando el Tema 3

49


líquido es biológicamente activo o cuando el consumo de carbón es relativamente

bajo. Las dos primeras razones se deben a que el lavado de los sistemas de cama

pulsante resulta complicado.

Tema 3

50


TEMA 4: CASOS DE APLICACIÓN Y DISEÑO

4.1. ELIMINACIÓN DE SUBSTANCIAS INORGÁNICAS POR REACCIÓN QUÍMICA

Y CATALÍTICA EN LA SUPERFICIE DEL CA

Como se mencionó en las secciones anteriores, aunque en la mayoría de sus

aplicaciones el CA actúa como un adsorbente físico, también ocurren reacciones de

substancias inorgánicas en la superficie del mismo. Algunas de éstas reacciones

han permitido aplicaciones de mucha utilidad, como es la eliminación de cloro, que

se describe en el siguiente apartado. Esta reacción, junto con otras, como las que

se llevan a cabo con cloraminas, oxigeno, ozono, permanganato, peróxido de

hidrógeno y cromato, disminuyen la capacidad del CA para adsorber moléculas

orgánicas.

4.2 ELIMINACIÓN DE CLORO LIBRE

Una de las principales aplicaciones del CA es la decloración o la eliminación

de cloro libre del agua. Dicho compuesto no proviene de las fuentes naturales de

abastecimiento, tales como pozos, ríos o lagos. Tampoco es contaminante, sino que

es un reactivo químico que se le agrega al agua, principalmente como desinfectante.

y en ocasiones para controlar olor y sabor, y controlar el crecimiento biológico o

eliminar amoniaco.

La decloración consiste en un mecanismo complicado que puede seguir

distintos caminos de reacción en los que el CA puede intervenir como reactivo o

como catalizador.

El cloro libre puede adicionarse al agua en forma de cloro liquido, solución de

hipoclorito de sodio, o tabletas - gránulos - de hipoclorito de calcio. En cualquiera de Tema 4

51


estos casos, el resultado es el mismo, quedando el cloro disuelto en forma de ácido

hipocloroso (HOCI), un ácido débil que tiende a disociarse parcialmente.

HOCl H++OCL-

La distribución entre ácido hipocloroso e ión hipoclorito depende del pH y de

la concentración de estas especies. A ambas formas moleculares se las define

como cloro libre. Las dos son fuentes oxidantes que al ser adicionados al agua

empiezan por reaccionar de manera casi inmediata con impurezas orgánicas e

inorgánicas y susceptibles de oxidarse. El cloro que reacciona en esta etapa deja de

ser libre y pasa a ser combinado. El restante requiere de algún tiempo que puede ir

de unos cuantos segundos a varías decenas de minutos, según su concentración,

para ejercer un efecto biocida en los microorganismos. Se cree que la toxicidad del

cloro libre radica en la reacción de éste con el sistema enzimático de las células.

El cloro que interviene en esta etapa de desinfección, también se combina y

deja de ser libre. Una vez terminada esta etapa, es necesario eliminar el cloro libre

residual, no sólo porque es tóxico para el ser humano, sino porque imparte un mal

olor y sabor al agua, interfiere con procesos industriales, daña a la mayoría de las

resinas de intercambio iónico utilizadas en los suavizadores y en los

desmineralizadores, y afecta a las membranas de ósmosis inversa.

Aunque se han desarrollados varios procesos para disminuir los niveles de

cloro libre en agua, la decloración en un lecho fijo de carbón activo granular (CAG)

ha sido el más rentable, y por lo tanto el más común. Se trata de un tanque cilíndrico

vertical con una cama de CAG por la que se hace circular el agua. Cuando el carbón

se expone al cloro libre, se llevan a cabo reacciones en las que el ácido HOCI o el

OCl- se reducen a ión cloruro. Dicha reducción es el resultado de distintos caminos

de reacción posibles. En dos de los más comunes, el CAG actúa como agente

reductor, de acuerdo con las siguientes reacciones:

HOCI + C* C*O + H+ + CI-

2HOCl+C* C*O2+2H+ +2Cl-

Tema 4

52


donde C* representa al carbón activo. C*O y C*O2 son óxidos

superficiales, que poco a poco van ocupando espacios, que al quedar bloqueados,

ya no participan en la reacción algunos de estos óxidos se liberan hacia la solución

como CO y C02. Esto vuelve a dejar espacios disponibles que por lo tanto

aumentan la capacidad del CAG para esta reacción de reducción. En cuanto al

cloruro, también se acumula en la superficie del carbón durante los primeros

momentos de operación. Al seguir llegando HOCl o OCl- a la superficie del carbón,

la reacción se hace un poco más lenta, y entonces se empieza a liberar el cloruro.

Esta disminución de velocidad se debe al envenenamiento del carbón con los óxidos

superficiales. Dicho envenenamiento continúa de manera gradual, mientras

disminuye la capacidad, tanto de adsorción como de decloración del CA.

En las reacciones anteriormente expuestas, puede intervenir el OCl-, en lugar

del HOCl, con la diferencia de que no se produce H+. Puede observarse que el

carbón activo reacciona y por lo tanto desaparece. Si no hubiera acumulación de

óxidos superficiales, la reacción continuaría hasta la desaparición completa del

carbón.

Otro camino de reacción, en el que el carbón actúa solamente como

catalizador , es el siguiente:

C

3HOCl HClO3 +2H+ +Cl-

Este se favorece cuando un importante porcentaje de la superficie del CAG

ya está saturada. Por otro lado, existen muchas otras posibles reacciones, algunas

de las cuales se llevan a cabo entre el cloro libre y los óxidos superficiales que

estaban presentes en el carbón desde antes de su aplicación. Cada una de ellas

puede formar otros grupo más complejos, con la subsecuente liberación de H+ y Cl-.

Un ejemplo de éstas es:

Tema 4

53


C*OH + OCl- C*OO- +H+ +Cl-

Con todo lo anterior se observa que la decloración es una operación

compleja, en la que el CAG actúa como quimiadsorbente. Se han desarrollado

varias expresiones matemáticas que intentan describir la decloración en lechos de

carbón, pero ninguna de ellas ha sido suficientemente precisa.

Hay que aclarar que al mismo tiempo que el CAG actúa como declorador,

adsorbe la materia orgánica presente en el agua. Por lo tanto, a mayor

contaminación orgánica, disminuye su tiempo de vida como declorador, y viceversa.

También hay que mencionar que aún cuando el carbón siga eliminando todo el cloro

libre, puede ya no estar reteniendo materia orgánica. Es decir, termina antes su

capacidad de adsorción física -de moléculas orgánicas - que su capacidad de

declorar. Muchas empresas potabilizadoras cuya agua contiene algunos

contaminantes orgánicos, erróneamente deciden cambiar el carbón en el momento

que encuentran trazas de cloro libre en el efluente del declorador.

4.2 CONDICIONES QUE AFECTAN LA DECLORACIÓN

1. Al disminuir el tamaño de partícula del CAG, aumenta

considerablemente la velocidad de difusión, y por lo tanto la velocidad

de decloración. Como consecuencia aumenta el tiempo de vida útil.

El uso del menor tamaño de partícula posible, es la manera más

sencilla y eficaz de lograr el mayor aprovechamiento del CAG.

2. El pH del efluente controla la forma del cloro libre en el agua. Cuando

su valor es de 7,6 la mitad del cloro libre está presente como HOCl y

la otra mitad como OCl-. La reacción del HOCl con el carbón activo es

mucho más rápida que la del OCl-. A un pH de 4,0 casi todo es HOCI

y a un pH de 10,0 casi todo es OCl-. Por lo tanto, mientras menor es

el pH, la reacción es más rápida, y el resultado es un mayor tiempo

de operación antes de detectar cloro libre en el efluente. Tema 4

54


3. La velocidad de decloración aumenta al aumentar la temperatura,

debido a que la viscosidad del agua disminuye, haciendo más rápida

la difusión del cloro libre hacia la superficie del CAG. Como resultado,

también se alarga la vida útil del carbón.

4. Al aumentar la concentración de cloro libre en el efluente, se satura el

CAG en menor tiempo. Independientemente del valor que puedan

tener las distintas condiciones anteriores, el CAG tiene una alta

capacidad de decloración en relación con la de adsorción de

contaminantes orgánicos.

Tema 4

55

tratamiento de aguas

Documents