Carbon Activado

En este proceso, el agua es bombeada dentro de una columna que contiene el carbón activo, esta agua deja la columna a través de un sistema de drenaje. La actividad del carbón activo de la columna depende de la temperatura y de la naturaleza de las sustancias. El agua pasa a través de la columna constantemente, con lo que produce una acumulación de sustancias en el filtro.
Por esa razón el filtro necesita ser sustituido periódicamente. Un filtro usado se puede regenerar de diversas maneras, el carbón granular puede ser regenerado fácilmente oxidando la materia orgánica. La eficacia del carbón activo disminuye en un 5-10% tras cada regeneración. Una parte pequeña del carbón activo se destruye durante el proceso de la regeneración y debe ser sustituida.
Condiciones Operativas de la planta

Se alcanzó una total eliminación de los microorganismos indicadores de la contaminación fecal, y más del 99.8% en la eliminación de las bacterias aerobias totales.
La investigación experimental se llevó acabo en una planta piloto de ultra-microfiltración, de flujo cruzado, usando módulos de membrana tipo plato. Las membranas que se utilizó fue de 20000 Daltons de peso molecular de corte. El efluente usado como alimentación procedía del decantador secundario de una planta de tratamiento de aguas residuales por lodos activados. Se realizaron análisis microbiológico de las aguas tanto del influente como del permeado, utilizando la técnica de filtración por membranas. Se analizaron coliformes totales, coliformes fecales, estreptococos fecales y bacterias aerobias totales.

Metodología:
La calidad ambiental está reconocida como una parte esencial de nuestra vida .En este sentido las tecnologías de membrana ofrecen la posibilidad de una clarificación y desinfección simultánea sin la necesidad de adición de productos químicos, que pueden reaccionar con las impurezas del agua generándose subproductos indeseables.
Objetivos: Investigar el grado de desinfección que se alcanza, utilizando membranas de ultrafiltración y analizar la factibilidad técnica de reutilización del agua obtenida.

La ultrafiltración como tratamiento terciario de desinfección de efluentes residuales
La planta potabilizadora de Annet-Sur-Marne, ubicada en Chile. Su capacidad de producción alcanza los 130.000 m3 /día. Tiene una unidad de tratamiento usando filtros de carbón activado. La arena y el carbón utilizados en el proceso de tratamiento del agua se reciclan para su posterior reutilización.
agua es bombeada de la fuente a la planta. La captación de aguas subterráneas se efectúa por medio de pozos de bombeo o perforaciones.

Aplicación del Carbono Activado en la Industria
BASE MATERIAL DEL CARBON ACTIVO
DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑO DE POROS
TIPO DE CONTAMINANTES A RETENIDOS
Cáscara de coco
Microporoso
Moléculas pequeñas: compuestos clorados, compuestos orgánicos volátiles, etc.
Mineral bituminoso
Mesoporoso
Compuestos peso molecular intermedio: herbicidas, pesticidas, etc.
Mineral lignítico
Amplia distribución de poros
Contaminantes tamaño molecular variado: aguas residuales distintos orígenes.
Madera
Macroporoso
Contaminantes alto peso molecular: grasas, aceites, tintes. Aguas residuales industriales (textil, alimentación, petróleo, etc)
Aplicación de los distintos carbones activos a aguas residuales
Los filtros de CA son también una solución válida para otro tipo de aplicaciones, que no se suelen incluir dentro del tratamiento de aguas residuales urbanas e industriales, propiamente dichas. Estas son:
Tratamiento de lixiviados de vertederos: los filtros de CA se pueden emplear como tratamiento unitario o formando parte de un sistema más complejo: p.e. membranas ósmosis inversa o nanofiltración.
Tratamiento de aguas subterráneas contaminadas: Los filtros y sistemas de CA se han venido utilizando desde los años 80 para reducir los niveles de compuestos orgánicos presentes en el agua subterránea hasta valores casi no detectables.
Otras aplicaciones de filtros de CA
Industrias químicas-farmacéuticas: producción de tintes, pigmentos, gomas, pesticidas, productos farmacéuticos, etc. Eliminación de compuestos tóxicos, color, AOX, etc.
Industria petroquímica: Eliminación de aceites y grasas del efluente para evitar que el tratamiento biológico se inhiba.
Industria textil: decoloración de efluentes (adsorción de tintes orgánicos solubles).
Industria metalmecánica: p.e. baños de galvanización. El empleo de filtros de CA previos a las Resinas de Intercambio Iónico protege a éstas de partículas que puedan disminuir su rendimiento.
Industria fabricación pasta de papel: eliminación color y AOX.
Industrias porcinas (purines): filtro terciario para mejorar calidad efluente final y posible reutilización. etc.
Sectores que emplean CA para tratamiento de AR:
El carbón activo es un producto caro. En la mayoría de los casos el coste de sustituir el carbón saturado sería prohibitivo. Debe por lo tanto ser regenerado, y cuatro métodos se han desarrollado para este propósito:
Regeneración termal
Pirolisis y quitar con soplete las sustancias orgánicas adsorbidas. En orden de evitar la ignición del carbón, este es calentado sobro unos 800 grados centígrados en una atmósfera controlada, pero tiene dos desventajas: requiere la inversión considerable de calor en cualquier horno de multiple-calor y causa altas pérdidas de carbón.
Regeneración química
Cierto proceso basado en la acción de un solvente usado a una temperatura aproximadamente de 100°C y con un alto pH.
REGENERACIÓN DEL CARBÓN ACTIVO
MECANISMO DE ADSORCION
Diagrama de proceso de tratamiento de aguas residuales por ultrafiltración
La limpieza del sistema de UF se logra desplazando el concentrado y luego circulando la solución de limpieza a través del sistema. La limpieza remueve incrustaciones de la membrana y su tubería asociada. Las materias incrustantes son típicamente orgánicas (aceite y grasa para lubricar, aceite libre, grasas, ceras, bacteria) y formadores de escamas, inorgánicos (metales).
Esta secuencia será repetida varias veces en un conjunto de membranas. La duración estimada de las membranas varía desde uno a dos años para fibras huecas y espirales, hasta más de cinco años para las membranas tubulares de una pulgada que operan los 365 días del año.

Limpieza de la membrana


Concentración de coloides
El tanque de procesos para la alimentación de la membrana se toma del lateral del tanque, no del fondo, para evitar someter a la membrana al lodo asentado que pueda acumularse en este tanque.
Las membranas son diseñadas como tangenciales, o de flujo transversal, y la alimentación barre a lo largo de la superficie de la membrana, manteniendo la membrana limpia y productiva.
La filtración de flujo transversal permite una operación continua de UF las 24 horas del día, sin apagado ni limpieza por un período de hasta tres semanas. Con la eliminación del permeado también se reducirá el nivel del tanque de proceso. El permeado puede ser dirigido al desagüe, o a una OI para su pulido, recuperación de agua y reciclaje de agua.
La concentración de grasas, aceites , solidos va depender de configuración de membranas que se utiliza

Tratamiento de Aguas
Residuales por
Ultrafiltración
La ultrafiltración (UF) es definida1 como un método de filtración de flujo transversal, similar a la ósmosis inversa (OI) pero con presiones
más bajas, que utiliza una membrana para separar partículas coloidales pequeñas y moléculas grandes del agua y otros líquidos.
Situada entre la OI y la microfiltración en lo que se refiere al tamaño de partículas que se eliminan, la UF típicamente filtra partículas entre 0.002 a 0.1 micras (μm) y rechaza sustancias orgánicas de peso molecular mayor que 1,000 mientras que deja pasar iones y sustancias orgánicas menores..
ULTRAFILTRACION
Todo residuo primero son transferidos a un tanque de ecualización , diseñado para ser pasivo y con un volumen de retención de un día y desempeña tres funciones :



UF Y AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES
permite la separación del aceite libre, el aceite emulsionado y los sólidos sedimentables/lodo.
El aceite libre flota hacia la superficie del tanque donde es desnatado continuamente por una desnatadora de aceite que consiste de una cuerda, tubo o cinta flotante.
Los sólidos sedimentables se hunden hasta el fondo del tanque. Estos sólidos más pesados son bombeados o succionados periódicamente hacia fuera del tanque dependiendo de la cantidad


Al reducir los aceites libres y los sólidos en este punto, se optimiza el rendimiento del sistema de membrana ubicado aguas abajo. La productividad de las membranas se mantiene alta, la mano de obra y la limpieza se reducen, y se extiende la duración del proceso entre limpiezas

2. LA SEGUNDA FUNCIÓN DEL TANQUE DE ECUALIZACIÓN ES UNIFORMAR LOS CAMBIOS DE FLUJO Y COMPOSICIÓN DE LOS RESIDUOS
La consistencia del permeado también podría comprometerse con cambios bruscos en la calidad de la alimentación a la UF.
Sin la ecualización, un sistema de membranas tendría que ser diseñado para el peor de los casos, con los flujos más altos y/o alimentación máxima de sólidos(Un sistema ineficiente que requiere costos adicionales de membrana y de sistema)


3. LA TERCERA FUNCIÓN ES LA CAPACIDAD DE ALMACENAJE
Esto se utiliza durante el período en que las membranas operan en reducción de volumen de lote.
El periodo puede durar de 2 a 12 horas, y la capacidad de acumulación de residuos durante el mismo deberá ser diseñada dentro del sistema.


ALIMENTACIÓN FRESCA
Del centro del tanque de ecualización se extrae agua residual relativamente estable, sin aceites no emulsionados ni sólidos más pesados
Esta corriente se conoce como alimentación "fresca" o "1X
La alimentación se bombea del tanque de ecualización al tanque de proceso a un caudal igual al de permeado de la UF.
Cuando se utilizan membranas UF de fibra hueca (HF*) y enrolladas en espiral (SW*), de pasajes más finos, los residuos que se extraen del tanque de ecualización pueden ser bombeados a través de filtros de bolsa de 200 μm en camino al tanque de proceso (los filtros de bolsa no se requieren para la configuración de membrana tubular abierta
El tanque de proceso (o tanque de operación) es de un tamaño que puede capturar el volumen de medio día y se mantiene bien mezclado a través de todo el proceso
El nivel del tanque de proceso se mantiene al máximo durante la operación por lote modificado para mantener los sólidos del concentrado a un mínimo, maximizando la productividad de la UF. Por dicha razón el lote modificado también se conoce como lote "maximizado".


NOTA:!!!
El ajuste de pH se lleva a cabo entre el tanque de ecualización y el tanque de proceso según sea necesario
El ajuste de pH entre 8 y 10 utilizando NaOH estabilizará las emulsiones de aceite a medida que se concentran
Se obtendrá también una separación y concentración de metales pesados. Los metales pesados serán retenidos por la membrana de UF una vez que ocurra la precipitación de hidróxidos



Un proceso de adsorción involucra la separación de una substancia en una fase fluida acumulando la sustancia en la superficie del adsorbente sólido
Proceso por el cual los átomos en la superficie de un sólido, atraen y retienen moléculas de otros compuestos. Estas fuerzas de atracción son conocidas como " fuerzas de Van Der Waals". Por lo que, mientras a mayor área superficial disponible tenga un sólido, mejor adsorbente podrá ser
proceso de adsorción
La eficacia del tratamiento terciario depende, en gran medida, de la eficiencia del tratamiento previo. La utilización de ozono en las corrientes del agua residual previamente a la entrada del carbón puede mejorar dicha eficiencia.
El tratamiento terciario con CAG reduce en aproximadamente un 99% las cantidades de sustancias biodegradables, sólidos en suspensión, metales pesados y fósforo.
Aplicación de carbón activo granular como tratamiento terciario
Aplicación de carbón activo granular como tratamiento terciario
Aplicación de carbón activo en polvo (CAP) como coadyuvante en el
tratamiento biológico (fangos activos, aireación prolongada, etc).

La mezcla del CAP con la biomasa en el tratamiento secundario potencia la actividad de los microorganismos, ya que tiene la capacidad de adsorber, retener y ceder oxígeno en su superficie.
Después del ciclo de aireación, los sólidos (PAC con compuestos orgánicos adsorbidos, biomasa y sólidos inertes) se retiran mediante sedimentación.
El CAP adsorbe físicamente sobre su superficie elementos tóxicos, como por ejemplo, metales pesados, que pudieran hacer peligrar el buen funcionamiento de la tratamiento biológico.
Aplicación del carbón activo en polvo (CAP)
en aguas residuales
Los CA cuentan con la ventaja de controlar los olores de las aguas residuales mejor que otros materiales, pudiendo estar en polvo o en forma granular. La dosis de tratamiento con CA en polvo suele ser menor de 5 mg/l, aunque variará en función de las características de los contaminantes y de la calidad final requerida. El CA granular se usa en lechos fijos solo o formando una bicapa con arena.
Los Carbones Activos (CA) presentan una gran capacidad de adsorción de un amplio rango de contaminantes, entre los que se incluyen compuestos aromáticos, hidrocarburos, detergentes, pesticidas, tintes solubles, disolventes clorados, fenoles y derivados de grupos hidroxilos.
También resultan muy eficaces en la eliminación de compuestos tóxicos que puedan hacer peligrar el funcionamiento del tratamiento biológico
Son una opción ideal para su aplicación como tratamiento terciario en Estación Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR), con vistas a la reutilización de las aguas.
CARBONES ACTIVOS (CA)
TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES MEDIANTE CARBÓN ACTIVO
La adsorción con carbón activo es una técnica para el tratamiento de contaminantes orgánicos, basada en la adsorción física de los mismos en las partículas de un lecho adsorbente el agua a tratar se hace circular a través del lecho adsorbente hasta que se alcanzan las concentraciones deseadas en el efluente.
Entre los beneficios del sistema se encuentran:

Este sistema de tratamiento de aguas residuales mediante carbón activo en polvo ha sido aplicado en los siguientes campos

EDARs que recogen aguas de procedencia urbana e industrial.
Lixiviados de vertederos
Aguas superficiales y subterráneas contaminadas.
Mayor estabilidad del sistema biológico
Eliminación de color y olor.
Mejora en la sedimentación de los sólidos en aguas muy
contaminadas.
Reducción de amoníaco: mejora la nitrificación.
sistema de fangos activos con un coste mínimo.
.
Departamento Académico de Ciencias Ambientales
Tratamiento de Agua Residuales Industriales
Facultad de Recursos Naturales Renovables.
Universidad Nacional Agraria de la Selva
Ventajas de la utilización de este sistema de filtración mediante CAG:
Para aguas residuales urbanas que contengan una proporción significativa de aguas residuales industriales (15-20%), es una tecnología fiable para eliminar compuestos orgánicos disueltos.
Las necesidades de espacio son reducidas
La adsorción mediante CAG se puede incorporar fácilmente a cualquier instalación de tratamiento de aguas residuales existente.
Son sistemas menos exigentes que los biológico
El sistema de adsorción sobre Carbón Activo Granular ha sido empleado con éxito como tratamiento terciario avanzado, tanto en aguas residuales urbanas como industriales.
Dentro del esquema la filtración con CAG se suele situar posteriormente a la decantación secundaria y previa a la desinfección. Con ello se consiguen efluentes de alta calidad.
Aplicación de carbón activo granular como tratamiento terciario
Aguas residuales
Clarificación primaria
Filtro con C.A.G.
Decantación secundaria
Desinfección
Aplicación del carbón activo granular como
tratamiento físico-químico secundario
Filtro con C.A.G.
Aplicación del carbón activo granular (CAG) en aguas residuales
Se emplea como tratamiento terciario o como parte del proceso de tratamiento físico-químico de las aguas residuales.
El CAG tiene la capacidad de adsorber relativamente pequeñas cantidades de compuestos orgánicos solubles y compuestos inorgánicos como N, sulfuros y metales pesados remanentes en las aguas residuales tras el tratamiento primario y secundario.
Es necesario conocer tanto la cantidad como la calidad del agua residual que entra a dicho sistema, ya que es necesario una concentración de sólidos en suspensión lo más uniforme posible (que no sobrepasen los 20 mg/l). También se deben considerar el pH y la temperatura, pues éstos pueden influir en la solubilidad y ésta, a su vez, en las propiedades de adsorción de los contaminantes sobre el carbón.
Tabla 1. Compuestos orgánicos adsorbibles por C.A.G.
Los lechos de C.A.G. se pueden emplear en lugar de los tratamientos biológicos secundarios convencionales. Estos procesos reducen la DBO hasta un nivel próximo a 10 mg/l.
Aplicación del carbón activo granular como
tratamiento físico-químico secundario
Aguas residuales
Clarificación primaria
Filtro con C.A.G.
Desinfección
Este tipo de plantas tienen la ventaja:
Un menor coste de inversión que los sistemas biológicos tradicionales
Mayor calidad del efluente


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