El uso de carbón activado en purificadores de tratamiento de agua para embotelladoras y agua potable

Los carbones activados comerciales de diversos orígenes contienen entre un 3 a un 15% de cenizas, generalmente se encuentran en forma de óxidos metálicos. La cantidad exacta se puede determinar por ignición de una muestra de carbón.

Las cenizas están constituidas por elementos no volátiles, como Na, K, Ca, Mg, S, Fe, Si, Al, y P; Estas cenizas son predominantemente alcalinas, que quiere decir que cuando se carga un nuevo lecho de carbón activado granular (CAG), el pH del agua a la salida del purificador puede elevarse considerablemente, un valor típico es un incremento de 7 a 9.

Entre un lote y otro puede existir variación en el porcentaje de cenizas, tal vez el lote que se surtió hace un año no presento incremento y el actual si, esto es por que el carbón activado es un producto natural y existe variación del tipo de cenizas que contenga cada beta de extracción.

Calgon Carbon Corporation es productor y proveedor global de carbón activado y de innovadores sistemas de tratamiento, proporciona tecnología de alto valor agregado y servicios para optimizar los procesos de producción.

El carbón activado de Calgon Carbon Corporation cumple con la norma AWWA que indica que el porcentaje máximo de cenizas para un CAG no debe exceder el 15%, sin embargo, el tipo y la cantidad de cenizas entre cada lote varia notablemente dentro de este porcentaje.

Este incremento se estabiliza con el paso de 300 a 500 volúmenes de cama de carbón activado, es decir si se cargaron tres metros cúbicos de CAG, el volumen máximo a pasar por ese lecho seria de 1,500 metros cúbicos de agua.

Es importante considerar en que parte del tratamiento de agua se colocará un lecho nuevo de CAG que pueda incrementar el pH.

Si es en un proceso intermedio, por ejemplo, antes de resina de intercambio o antes de la osmosis inversa no generara inconvenientes ya que se puede disminuir con los siguientes pasos del proceso.

Pero si es en un purificador de pulimento o al final del tren de tratamiento de agua se tendrán problemas bastantes considerables con el aumento ya que no se podrá disminuir hasta pasar el volumen mencionado o de acuerdo con la experiencia del mercado nacional sería entre seis a ocho días con flujo de operación continuo.

Para evitar este tipo de problemas Calgon Carbon cuenta con la línea de carbones activados con pH estable o carbones activados lavados con ácido como el CPG 12X40. Este carbón activado tiene un proceso adicional que consiste en lavar con ácido a los a carbones después de su activación, con este lavado se extrae hasta un 90% de las cenizas. Generalmente cuando se pone en marcha los lechos de un carbón activado lavado con ácido el comportamiento del pH no presenta variación.

Carbón activado granular lavado con ácido CPG® LF 12X40

El CPG®LF 12x40 es lavado con ácido, producido prácticamente sin finos ni polvo y fabricado de selectos grados de hulla bituminosa combinado con los ligandos adecuados para dar una dureza superior y una larga vida. Fabricado bajo condiciones estrictamente controladas por medio de una activación con vapor a alta temperatura, este carbón provee una alta área superficial, un gran volumen de poro, alta densidad y una estructura de poro óptima para la adsorción de moléculas que ocasionan color y olor de la solución.

CPG®LF 12x40 es un carbón granular activado con un bajo contenido de hierro soluble en ácido que es diseñado para la purificación, decoloración y de-clorinación de agua. Puede ser utilizado de manera eficiente tanto en camas fijas como móviles.

Además Calgon Carbon Corporation cuanta con otros tipos de carbón activados granulares ideales para el tratamiento de agua potable:

Carbón activado granular CENTAUR 12X40

El CENTAUR 12x40 combina una estructura de poros finos para aumentar la absorción de contaminantes encontrados con una alta actividad catalítica para su eliminación. Las diferentes características del producto son: Actividad Catalítica, No impregnado, Capacidad orgánica mejorada, Alta Dureza, Trabaja a niveles bajos de oxidantes, Diseño de equipo sencillo (no bombas o adición de requerimientos químicos), Reduce los requerimientos de carbón, Aumento de rendimiento.

El CENTAUR 12X40 puede ser utilizado en la aplicación de fase liquida para el ascenso de  oxidación, reducción, descomposición, sustitución y eliminación de reacciones. Las aplicaciones específicas incluyen cloraminas, H2S, reducción de bromato y separación de hierro en agua bebible. Este producto es particularmente adecuado para el uso en filtros de agua residencial y comercial, para tratamiento y proceso de agua en embotelladoras e industrias de bebidas, y para tratamiento de agua en acuarios.

Carbón activado granular Filtrasorb 100 y Filtrasorrb 200

Estos carbones activados son fabricados a partir de grados selectos de carbón bituminoso para producir un material granular durable, capaz de soportar la abrasión asociada con los constantes retrolavados, secado y transporte hidráulico. La activación es controlada cuidadosamente para producir un área superficial interna excepcionalmente alta con un tamaño de poro óptimo para la efectiva adsorción de un amplio rango de contaminantes orgánica tanto de alto como bajo peso molecular.

Filtrasorb 100 y 200 pueden ser utilizados para tratar fuentes de agua superficial o de pozo para la producción de agua para consumo humano en la remoción de cloro, de compuestos que originan sabor y olor, y compuestos orgánicos disueltos. Esos carbones pueden ser utilizados para reemplazar completamente el medio de antracita o arena. Los carbones Filtrasorb 100 y 200 funcionan cumpliendo con doble propósito ya que proveen tanto filtración como adsorción.

Carbón activado Filtrasorb 300 y Filtrasorb 400

Estos carbones son fabricados mediante un proceso de reaglomeración utilizando grados selectos de carbón bituminoso para dar un producto durable de alta actividad, capaz de soportar la abrasión asociada con los retrolavados, aireaciones y transporte hidráulico. La activación es controlada cuidadosamente para producir un área superficial interna excepcionalmente alta con un tamaño de poro óptimo para la efectiva adsorción de un amplio rango de contaminantes orgánica tanto de alto como bajo peso molecular.

Los carbones activados Filtrasorb® 300 y 400 pueden utilizarse para tratar aguas superficiales o subterráneas para la producción de agua potable de consumo humano removiendo sabor, olor, color así como la de-clorinación. Estos carbones pueden usarse como un reemplazo completo de antracitas y arenas sílicas. Los carbones activados Filtrasorb® 300 y 400 funcionan como un medio dual, proporcionando tanto filtración como adsorción.

Todos los productos cumplen con todos los requerimientos de la AWWA Standard para carbones activados granulares, edición B604-96; la ANSI/NSFStandard 61 y el Food Chemical Codex, así como las certificaciones Kosher y Halal.

Filtrantes y Refacciones Industriales S. A. de C. V., es representante autorizado de Calgon Carbon Corporation.

Filtrantes y Refacciones Industriales S. A. de C. V., tiene como principal servicio suministrar productos de la más alta calidad con un respaldo técnico especializado a todos los clientes que les da un proveedor confiable con el que podrán contar para cualquier necesidad en el área de filtrado y purificación de agua.

Conozca el Perfil, Productos, Dirección y Teléfonos de Filtrantes y Refacciones Industriales S. A. de C. V.

O bien, haga contacto directo con Filtrantes y Refacciones Industriales para solicitar mayor información sobre sus carbones activados granulares, dando clic en el producto de su interés.

GLOSARIO DE TÉRMINOS USADOS EN EL CAMPO DEL CARBON ACTIVADO

Adsorbato

Son aquellas substancias absorbidas por un carbón activado o por otro material adsorbente.

Adsorbente

Material, como el carbón activado, en el que se verifica el fenómeno de la adsorción.

Adsorción

Adhesión de un finísimo estrato de moléculas, líquidas o gaseosas, a la superficie de sólidos (por ejemplo, carbón activado) con los que aquéllas entran en contacto.

Altura del lecho

Espesor de carbón, expresado en unidades de longitud, paralelo al flujo de la corriente fluida, a través del cual el fluido ha de pasar.

Altura crítica del lecho

En un sistema de columnas de carbón, es el estrato de carbón granular que queda saturado sólo parcialmente y que se coloca en la zona intermedia entre el carbón completamente saturado y el carbón todavía fresco.

En el caso de una columna única, se trata de aquella parte del carbón empleado que no llega a saturarse completamente.

Area superficial

Es la cantidad de superficie referida al conjunto de los poros del carbón. Se la determina en base a una isoterma de adsorción del ázoe, según el método de Brunauer, Emmett y Teller (BET). Se expresa en m2/g.

Azul de metileno (Indice del...)

Se lo define como el número de mililitros de una solución estándar (0,15%) de azul de metileno, decolorados por 0,1 gramos de carbón activado.

BOD

Es la medida de la concentración de las impurezas orgánicas, aplicada normalmente a las aguas de vertidos. Representa la cantidad de oxigeno -expresada en mg/l-, requerida por las bacterias para que llevar a término la estabilización de las substancias orgánicas en condiciones aeróbicas (generalmente en el espacio de cinco días).

Borde libre

Es la distancia comprendida entre el extremo de una columna de adsorción y la superficie libre del carbón.

Break-point-

Es el momento en el que, en condiciones operativas especificas, una cantidad significativa de adsorbato empieza a desprenderse del efluente de una columna de carbón activado.

Break-through

Momento en el que, en el efluente de una columna de carbón activado, el adsorbato alcanza una concentración preestablecida.

Break-through (Capacidad de ...)

Cantidad de adsorbato que el carbón contiene en el momento en que se alcanza el break-through.

Break-through (Curva de ...)

Relación entre el volumen de líquido o gas tratado en una columna de carbón y la concentración o la presión parcial del componente que ha sido separado .

Break-through (Tiempo de ...)

Tiempo que se tarda en alcanzar el break-point o el break-through.

Calor de Adsorción

Calor que se desarrolla al ser adsorbidas las moléculas.

Calor específico

Es la cantidad de calor por unidad de masa necesario para elevar en 1°C la temperatura de una sustancia (en este caso, de carbón granulado).

Capacidad de trabajo

Es la cantidad de adsorbato que puede ser dessorbida, o sea la cantidad que puede ser readsorbida por un carbón activado tras reactivación.

Carbón activado (carbón activo)

Carbón que ha sido "activado" a alta temperatura mediante calentamiento por vapor de agua y anhídrido carbónico o agentes deshidratantes, lo que da lugar a una estructura porosa interna enormemente desarrollada .

El área superficial de un carbón activado es del orden de los 1000 m2 / g.

Carbón de reposición o reintegro

Ver "Make up".

Carbón lavado.

Carbón que ha sido sometido a la acción de una solución ácida a fin de disolver las cenizas en él contenidas.

Carga hidráulica

Cantidad específica que fluye a través de una columna, expresada como razón del caudal por unidades de superficie (ej. [m3/h]/[m2]).

Cenizas

Contenido mineral del carbón activado. Se definen normalmente en % del peso de la muestra calcinada con respecto a la muestra que se examina.

Coeficiente de uniformidad

Se obtiene dividiendo la apertura en milímetros de la malla del cedazo por el que consigue pasar el 60% del peso de una muestra de carbón, entre la apertura en milimetros de la malla que sólo deja pasar el 10%. Este valor se obtiene por interpolación de una curva de distribución granulométrica.

COD

Es la medida de la concentración de material orgánico presente en una solución. Representa la cantidad de oxígeno, expresada en mg/L, necesaria para la oxidación completa de las substancias orgánicas presentes (incluidos anhídrido carbónico y agua) mediante un potente agente oxidante y dadas particulares condiciones de acidez.

Columna de carbón

Una columna rellenada con carbón activado granulado cuya función primaria es la adsorción preferente de tipos de moléculas específicos.

Columnas en paralelo

Un proceso de adsorción en el que el fluido que ha de ser tratado es subdividido en dos o más corrientes separadas, y a cada una de estas corrientes se la trata en una columna diferente.

Columnas en serie

Sistema en el que el efluente de una primera columna alimenta una segunda columna, el efluente de la segunda alimenta una tercera columna, etc.

Contracorriente. (Operación en ...)

Cualquier-proceso de adsorción en el que el flujo de la fase líquida que ha de ser tratado y el flujo del sólido adsorbente avanzan en direcciones contrarias. La mayor concentración de orgánicos dispersos es puesta en contacto con la porción más saturada del adsorbente, mientras que el material más fresco es puesto únicamente en contacto con la concentración de substancias orgánicas más baja. La utilidad de este proceso es la de aprovechar al máximo la capacidad de adsorción del material adsorbente hasta alcanzar su completa saturación. Ver "lecho móvil".

Contralavado

Proceso mediante el cual el agua se ve forzada a atravesar un lecho de filtrado en dirección opuesta a la normal del flujo de trabajo, generalmente de abajo a arriba. Durante el contralavado, el lecho se expande permitiendo la eliminación del material filtrado que anteriormente había sido contenido de manera mecánica (sólidos suspendidos).

Densidad aparente

Es el peso por unidad de volumen de una masa homogénea de carbón activado. Para asegurar la sedimentación uniforme del carbón granulado en el cilindro medidor, se utiliza un sistema de alimentación mediante tolvas vibrantes.

Densidad del lecho lavado y drenado

Es el peso por unidad de volumen, sobre base seca, de un lecho de carbón activado que ha sido contralavado y drenado. Este valor es por lo general más bajo que la correspondiente densidad aparente; ello se debe al hecho de que durante el contralavado tiene lugar una clasificación basada en las dimensiones de las partículas.

Densidad real

Es la densidad del esqueleto de una partícula de carbón. Queda determinada por desplazamiento de volúmenes de aire, en el interior de la estructura porosa, con helio o con mercurio. Normalmente se aproxima a la del grafito.

Desorción (o desadsorción)

Es lo opuesto a la adsorción. Se trata de un fenómeno en el que las moléculas adsorbidas abandonan la superficie del material adsorbente.

Diámetro medio de las partículas

Corresponde a la media, pesada, de las dimensiones de los granos de un carbón granulado. Puede obtenerse a partir de un análisis de cribado, multiplicando el peso de cada uno de los fragmentos por el correspondiente diámetro medio de los granos. La adición de los varios sumandos se confronta, por último, con el peso total de la muestra. El diámetro medio de cada uno de los fragmentos es la dimensión intermedia entre la apertura de la malla del cedazo a través del cual el fragmento ha pasado y la del cedazo en el que el fragmento ha quedado atrapado.

Distribución de los poros

Es una medida de la estructura de los poros que confieren a los carbones activados su característica capacidad adsorbente. Se la puede representar de dos maneras: -por distribución integral, que especifica la relación entre las dimensiones de los poros (o sea, el radio o el diámetro) y el volumen total de todos los poros superiores o inferiores a dicha dimensión; -por distribución derivada, que indica la cantidad de volumen asociada a los poros cuya dimensión esté comprendida entre dos valores específicos.

Analíticamente, la distribución de los microporos se calcula para adsorción con ázoe, mientras los macroporos se determinan con el auxilio de un porosímetro de mercurio.

La distribución de los microporos puede utilizarse para prever la capacidad de adsorción de substancias con peso molecular distinto. La distribución de los macroporos puede ponerse en correlación con la velocidad de adsorción, importante para ciertas aplicaciones.

Distribución granulométrica

Se obtiene haciendo pasar una cantidad pesada de muestra a través de una serie de cedazos de laboratorio en sobreposición. Es el conjunto de las pesadas atrapadas en cada cedazo.

Dureza

Es la medida de la resistencia de un carbón granulado a la acción degradante obtenida con esferas de acero en un molino de tambor rotante. Se calcula pesando la cantidad de carbón atrapada en la malla de un determinado cedazo tras haber pulverizado el carbón. Se expresa en % respecto de la cantidad inicial.

Effective size

Es la medida de la malla del cedazo que permite el paso del 10% del peso del carbón sometido a cribado, pero que atrapa al 90% restante. Se determina por interpolación de una curva de distribución granulométrica.

Expansión del lecho contralavado

Es la expansión que se produce cuando un lecho filtrante es sometido a contralavado. Se expresa normalmente en % respecto de la altura del lecho contralavado y drenado.

Frente de onda

Representa el gradiente de la capacidad residual de adsorción del carbón en el trecho de la altura crítica del lecho. Es una huella de la gradual transición del carbón, en su paso de seco a completamente saturado.

Granulometria

Se expresa normalmente en mesh, que indican las medidas de cedazo entre las que el carbón puede, respectivamente, pasar o quedar atrapado.

Indice de abrasión

Es la medida de la resistencia de las partículas de carbón a una acción mecánica abrasiva obtenida mediante esferas de acero en un molino de tambor rotante.

El índice de abrasión es la fracción, expresada en tanto por ciento, del diámetro medio final respecto del diámetro medio inicial, de aquellas partículas cuyas determinaciones se efectúan mediante análisis de cribado.

Índice de yodo

Es la cantidad de yodo (mg) adsorbida por un gramo de carbón en polvo, cuando la concentración en el punto de equilibrio del filtrado es igual al 0,02N (método AWWA).

Isoterma de adsorción

Es la medida de la capacidad de adsorción en función de la concentración de la sustancia adsorbida (adsorbato) a una temperatura preestablecida. Puede representarse como una curva en un diagrama en el que se representa la cantidad adsorbida por unidad de peso del adsorbente, y la concentración en el punto de equilibrio del adsorbato.

Lecho fijo

Proceso de adsorción en el cual el material adsorbente permanece fijo, en el interior de la columna, hasta su completa saturación.

Lecho móvil

Designa una operación a contracorriente dentro de una columna desadsorción individual. El carbón saturado es desplazado hasta el extremo inferior de la columna y el carbón fresco (o regenerado) se añade al extremo supeior. El flujo del liquido se mueve de abajo a arriba, en dirección opuesta a la del carbón.

Macroporos

Se llaman así a los poros contenidos en el carbón activado cuyo diámetro sea superior a los 500 Angstroms.

Makeup

Carbón activado fresco que hay que añadir al finalizar un ciclo dedesreactivación para compensar las pérdidas derivadas del proceso regenerativo.

Melaza (Indice de...)

Representa la capacidad de un carbón activado de adsorber sustancias de elevado peso molecular.

Puede ser determinado de varios modos, siendo el principio base el cotejo de las densidades ópticas del resto filtrado de una solución estandarizada de melaza, tratada con un carbón activado estándar y con el carbón activado sometido a análisis.

Mesh

Es la granulometría de las partículas de carbón activado según la clasificación establecida por la Asociación Americana U.S Sieve series.

Mesoporos

Poros contenidos en el carbón activado cuyo diámetro queda comprendido entre los 500 y los 30 Angstroms.

Microporos

Poros contenidos en el carbón activado cuyo diámetro sea inferior a 30 Angstroms.

Pérdida de carga

Es la caída de presión que tiene lugar durante el paso de un fluido a través de una columna que contiene carbón activado. Queda determinada por la resistencia dinámica opuesta por las partículas de carbón al paso del fluido. Depende de la granulometría del carbón, de la viscosidad del fluido y de la velocidad lineal.

Quimisorción (o quimiadsorción)

Adsorción en la que las fuerzas de enlace que ligan las moléculas del adsorbato a la superficie del adsorbente son de naturaleza química (valencias) en lugar de físicas (Van der Vaals).

Químicofísica (Instalación o planta...)

Secuencia de tratamientos en los que se emplean procesos de naturaleza quimicofísica, con exclusión de procesos biológicos bien definidos. Una planta de este tipo, cuando es posterior a una planta biológica ya existente, puede definirse como planta de tratamiento terciario, aún cuando sea de tipo químico-físico en un sentido más general.

Reactivación

Restablecimiento de la capacidad de adsorción de un carbón saturado. Puede efectuarse mediante tratamiento térmico, físico o químico.

Reactivación (Pérdida de...)

Se llama de este modo a las pérdidas en la cantidad original de carbón durante el proceso de reactivación térmica en horno. Son del orden del 5-10% del peso, y derivan de una combustión parcial o de stress de tipo mecánico.

Superficie específica

Ver "Area superficial".

Tasa o índice de carga

Es la capacidad máxima de adsorción de un carbón activado en las condiciones de trabajo y dentro de los límites de rendimiento previstos por el proyecto. Ver también "Break-through".

Tiempo de contacto

Tiempo que necesita una corriente para atravesar una columna de carbón, suponiendo que toda la corriente fluya a idéntica velocidad. Es igual al volumen del lecho de carbón, en vacío, dividido por el volumen del efluente.

Tetracloruro de carbono (adsorción de...) (índice de...)

Es el incremento máximo en tanto por ciento del peso de un lecho de carbón activado una vez que éste ha sido atravesado por una corriente de aire saturada de tetracloruro de carbono a una temperatura preestablecida.

TOC

Nombre de la medida de la cantidad de compuestos orgánicos contenidos en una muestra de agua, expresada en mg/L de carbono. Se la determina con un analizador de carbono Beckman, o con otro instrumento, en el que los compuestos orgánicos sean oxidados catalíticamente con CO2, y medidos con infrarrojos. Este método se aplica con frecuencia a las aguas de vertido.

Humedad

Porcentaje del peso de agua contenido en el carbón activado.

Velocidad lineal

La velocidad con la cual un fluido atraviesa una columna o una cisterna vacías, expresada normalmente en metros por minuto.

Velocidad superficial

Ver "carga hidráulica".

Volumen de los poros

Suma de los macro, meso y microporos, en un carbón activado, o sea su volumen total. Se expresa generalmente en cm3/g.

Volumen de los vacíos

Es la suma de los volúmenes de todos los intersticios que quedan libres entre las partículas de carbón en una columna. Se expresa como porcentaje del volumen total del lecho.

Zona de transferencia de masa

En un lecho de carbón activado, es la región en la que la concentración del adsorbato contenido en la fase fluida decrece, respecto su valor inicial de entrada, hasta la concentración menor analíticamente observable.

Determinación de tamaño de partículas en polvo por tamizado

Este método se utiliza para determinar el tamaño de partícula de un polvo, al hacerlo pasar a través de una  malla de abertura específica y bajo condiciones establecidas.

Recomendaciones especiales para la determinación de tamaño de partículas

Los aparatos y las mallas deberán estar debidamente calibrados. Las mallas deben ser de acero inoxidable.

Métodos de determinación de tamaño de partícula

Método de determinación de partícula para polvos muy gruesos, gruesos y semigruesos

Seleccionar la malla de acuerdo a lo que se indique en la monografía del producto correspondiente y ensamblarla al receptor.

Pesar exactamente de 25 a 100 gramos del polvo y transferirlo a la malla seleccionada. Ensamblar la tapa. Agitar vigorosamente sobre una superficie lisa y plana, en forma rotatoria circular y en plano horizontal por un lapso de 15 a 20 segundos. Cambiar la agitación en forma de vaivén en plano vertical por 15 a 20 segundos. Pasando este período, colocar el conjunto en la mesa de trabajo y golpearlo suavemente contra la superficie y repetir el proceso, empezando a partir de la agitación rotatoria. Continuar el proceso durante 20 minutos. La agitación puede ser manual o mecánica y en los dos casos los resultados deben ser equivalentes.

Método de determinación de partícula para polvos finos o muy finos

Proceder de acuerdo a lo establecido en el inciso anterior, pero considerando una cantidad de muestra no mayor a 25 gramos y un tiempo de agitación de 30 minutos.

Método de determinación de partícula para polvos oleosos u otros productos similares

Proceder de acuerdo a los incisos anteriores. Se debe limpiar la malla a distintos intervalos y auxiliándose de una brocha eliminar las partículas que obstruyan. Así mismo, deben romperse los grumos que se lleguen a formar durante el proceso de agitación.

Interpretación de resultados del tamaño de partícula

El porcentaje del polvo que pasó a través de la malla, debe estar dentro de los límites indicados en la monografía del producto correspondiente.

Tabla 1 Abertura de las mallas de referencia

Tabla 2 Clasificación de los polvos por su tamaño de partícula

Se recomienda que la agitación sea llevada a cabo por un equipo tipo rotap o agitador de tamices con la finalidad de que la prueba sea repetible y reproducible ya que manualmente no se podrán obtener resultados repetibles.

En ICLAB, S.A. de C.V. se cuenta con personal capacitado para poder ofrecer servicios tanto de calibración de agitadores de mallas (tamizadores o rotap) como para la venta y reparación de los mismos.

Conozca el Perfil, Productos, Dirección y Teléfono de ICLAB.

O bien, haga contacto directo con ICLAB para solicitar mayor información sobre su servicio de calibración.