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El agua. Tratamientos (1/2)

Autor: ANTONIO ROS MORENO
Curso:
7/10 (1 opinión) |147 alumnos|Fecha publicación: 10/06/2011
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Capítulo 9:

 Procesos químicos. Adsorción

Adsorción

Es un tratamiento muy específico y de aplicación a casos muy concretos. De costes elevados, tanto de implantación como de mantenimiento, hace que no se utilice demasiado en el campo de tratamiento de aguas. Sólo se aplica para eliminar color, olor y sabor, así como restos de materia orgánica del tratamiento biológico o contaminantes muy específicos (fenoles, hidrocarburos aromáticos nitrados, derivados clorados, ...), principalmente en aguas industriales más que en urbanas.

El proceso de adsorción consiste, en términos generales, en la captación de sustancias solubles presentes en la interfase de una solución. Esta interfase puede hallarse entre un líquido y un gas, un sólido, o entre dos líquidos diferentes. A pesar de que la adsorción también tiene lugar en la interfase aire-líquido en el proceso de flotación, en esta sección sólo se considerará la adsorción en la interfase entre líquido y sólido.

Consecuentemente con lo anterior, el proceso de adsorción se basa en la retención sobre la superficie de un sólido de las moléculas en disolución, por acción de fuerzas químicas o físicas. Un parámetro fundamental es este caso será la superficie específica del sólido, dado que el compuesto soluble a eliminar se ha de concentrar en la superficie del mismo. Las moléculas absorbidas reciben el nombre de "adsorbato" y el material que las retiene "adsorbente". Cuando la unión es de tipo químico, el proceso es irreversible; si es física, es reversible. La adsorción se rige por la “Ley de Freundlich y Langmuir”.

Entre los factores que afectan a la adsorción tenemos:

•         Solubilidad: Menor solubilidad, mejor adsorción.

•         Estructura molecular: Más ramificada, mejor adsorción.

•         Peso molecular: Grandes moléculas, mejor adsorción.

•         Problemas de difusión interna, pueden alterar la norma.

•         Polaridad: Menor polaridad, mejor adsorción.

•         Grado de saturación: Insaturados, mejor adsorción.

Los adsorbentes más utilizados son: Gel de sílice, Alúmina, Resinas Orgánicas y Carbón activo (granular y polvo). Existen adsorbentes específicos para determinados compuestos, pero el más utilizado es el carbón activo, aunque recientemente se están desarrollando diversos materiales sólidos que mejoran, en ciertas aplicaciones, las propiedades del carbón activo.

Los equipos utilizados son los Adsorbedores, que adoptan la disposición en columnas de relleno.

El proceso de adsorción tiene lugar en tres etapas: macrotransporte, microtransporte y sorción. El macrotransporte engloba el movimiento por advección y difusión de la materia orgánica a través del líquido hasta alcan­zar la interfase líquido-sólido. Por su parte, el microtransporte hace referen­cia a la difusión del material orgánico a través del sistema de macroporos del carbón activado granular (CAG) hasta alcanzar las zonas de adsorción que se hallan en los microporos y submicroporos de los gránulos de carbón activado.

La adsorción se produce en la superficie del gránulo y en sus macroporos y mesoporos, pero el área superficial de estas zonas del CAG es tan pequeña comparada con el área de los micro y submicroporos, que la cantidad de material adsorbido en ellos se considera despreciable. El uso del término sorción se debe a la dificultad de diferenciar la adsorción física de la adsorción química, y se emplea para describir el mecanismo por el cual la materia orgánica se adhiere al CAG. El equilibrio se alcanza cuando se igualan las tasas de sorción y desorción, momento en el que se agota la capacidad de adsorción del carbón. La capacidad teórica de adsorción de un determinado contaminante por medio del carbón activado se puede determinar calculando su isoterma de adsorción.

La cantidad de adsorbato que puede retener un adsorbente es función de las características y de la concentración del adsorbato y de la temperatura. En general, la cantidad de materia adsorbida se determina como función de la concentración a temperatura constante, y la función resultante se conoce con el nombre de isoterma de adsorción.

Hay dos formas clásicas de utilización de carbón activo, con propiedades diferentes y utilizadas en diferentes aplicaciones:

- Carbón activado granular (GAC).Se suele utilizar una columna como medio de contacto entre el agua a tratar y el carbón activado, en la que el agua entra por la parte inferior y asciende hacia la superior. El tamaño de partícula en este caso es mayor que en el otro. Se suele utilizar para eliminar elementos traza, especialmente orgánicos, que pueden estar presentes en el agua, y que habitualmente han resistido un tratamiento biológico. Son elementos, que a pesar de su pequeña concentración, en muchas ocasiones proporcionan mal olor, color o sabor al agua.

- Carbón activo en polvo (CAP).Este tipo de carbón se suele utilizar en procesos biológicos, cuando el agua contiene elementos orgánicos que pueden resultar tóxicos. También se suele añadir al agua a tratar, y pasado un tiempo de contacto, normalmente con agitación, se deja sedimentar las partículas para su separación previa. Suelen ser operaciones llevadas a cabo en discontinuo.

La viabilidad económica de este proceso depende de la existencia de un medio eficaz de regeneración del sólido una vez agotada su capacidad de adsorción. El GAC se regenera fácilmente por oxidación de la materia orgánica y posterior eliminación de la superficie del sólido en un horno. Las propiedades del carbón activo se deterioran, por lo que es necesario reponer parte del mismo por carbón virgen en cada ciclo. Por otro lado el CAP es más difícil de regenerar, pero también es cierto que es más fácil de producir.

El coste es un parámetro importante a la hora de la elección del adsorbente. Alternativas al carbón activo son las zeolitas, arcillas (montmorillonita, sepiolita, bentonita, etc.), los denominados adsorbentes de bajo coste, procedentes en su mayor parte de residuos sólidos orgánicos. Recientemente se están desarrollando derivados de polisacáridos (biopolímeros derivados del almidón).

La necesidad de una mayor calidad de las aguas está haciendo que este tratamiento esté en auge. Es considerado como un tratamiento de refino, y por lo tanto al final de los sistemas de tratamientos más usuales, especialmente con posterioridad a un tratamiento biológico.

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