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CARBON ACTIVADO

El-carbon-activado

El-carbon-activado

El carbón activado es el mejor adsorbente de uso general para remoción/reducción de muchos compuestos orgánicos-y aún algunos inorgánicos-del agua y de aguas residuales.

carbon activado
Durante siglos se ha sabido que el agua guardada en barriles quemados conservaba por más tiempo su buen sabor, pero no fue sino hasta el siglo que se desarrolló el verdadero carbón activado para utilizarse en máscaras antiguas en la Primera Guerra Mundial y para decoloración del azúcar. Ambas aplicaciones continúan en la actualidad. En los años 60, varias plantas de tratamiento de aguas empezaron a utilizar carbón activado en polvo (PAC*) o carbón activado granular (GAC*) para el tratamiento del sabor y del olor. Actualmente, el carbón activado se utiliza en cientos de aplicaciones diferentes, tanto para sistemas de vapor como para tratamiento de líquidos.
El carbón activado se fabrica a partir de cualquier material carbónico como la madera, el carbón mineral, la cáscara de coco, etc., el cual es clasificado según el tamaño, carbonizado y activado para crear la enorme área de superficie y la estructura interna del poro que define al carbón activado. Son las altas temperaturas (1,800-2,000oF = 982-1,093oC), la atmósfera especial del horno y la inyección de vapor del proceso de fabricación del carbón activado lo que "activa" y crea la porosidad, dejando mayormente una "esponja" de esqueleto de carbón. Los poros varían en tamaño desde "microporos" de <20 angstroms y "mesoporos" de 20-
carbon activado
100 angstroms, hasta "macroporos" de >100 angstroms en un rango de hasta más de 100,000 angstroms.
El área de superficie (AS) del carbón activado varía de 500 a 2,500 metros cuadrados por gramo (m2/g), dependiendo de la materia prima y del proceso de activación. El grado típico de carbón para tratamiento deagua tiene un área de superficie de 900 a 1,100 m2/g. La NSF International y la American Water Works Association (AWWA) han establecido estándares para el carbón activado y la American Society for Testing and Materials (ASTM) ha escrito métodos de prueba para permitirle a uno comparar la actividad (área de superficie o número de yodo), la densidad, el tamaño de malla, la humedad, la ceniza, la resistencia a la abrasión y otros parámetros aplicables a las especificaciones del carbón. No hay un solo tipo de carbón activado que resulte ser el mejor para todas las aplicaciones. El de base madera es muy macroporoso y es excelente para remoción de color (moléculas grandes), pero usualmente se aplica PAC, ya que el carbón activado granular carbon activado base madera es demasiado suave para resistir en una operación de columna de carbon activado. De igual manera, el carbon activado de cáscara de coco es muy duro y resistente a la abrasión, pero dado que es muy microporoso tendría un desempeño pobre en una aplicación de decoloración. El carbón activado base carbón mineral tiene la distribución más amplia en tamaño del poro e incluye poros de todos tamaños, por lo
que se le considera como el carbón "atrapa-todo". Los carbones con valor agregado como los lavados al  cido, con pH ajustado, tamaño a la medida o impregnados especialmente (como los impregnados de plata para reducir el desarrollo biológico), también están disponibles para aplicaciones
especiales. Para la mayoría de los sistemas de tratamiento de aguas/aguas residuales industriales, comerciales y muchas municipales, el carbon activado se utiliza en una operación de columna y la corriente del líquido se pasa a través de la cama de carbon activado en un flujo descendente o, en situaciones especiales, en el
modo de flujo ascendente. El carbon activado típico es de 22 a 30 libras por pie cúbico (lbs/pie3), dependiendo de si fue fabricado a partir de carbón mineral o cáscara de coco, y su tamaño es de 8×30 o de 12×30 o de 12×40 US Malla (12×30 quiere decir que el 90% del carbon activado es más grande que una malla #30 y más pequeño que una malla #12; un 5% puede ser más grande que una malla 12 y un 5% más pequeño que una malla 30).
Se deben tomar en consideración varios factores al diseñar un sistema adsorbedor de carbon activado: la naturaleza de lo adsorbido (¿Hay uno o varios elementos por adsorber?-¿Es adsorción competititva?), la capacidad
de flujo, el tiempo de contacto, la profundidad de la cama de carbon activado, la temperatura influente, el pH, el efluente deseado, un solo adsorbedor o en serie, la caída de presión, el procedimiento de muestreo, los requirimientos del pre-filtro, el retrolavado, y los costos de operación. El carbón pudiese funcionar demasiado bien como un adsorbente y ser prohibitivo en cuanto al costo si se utiliza para hacer todo el trabajo pesado en un sistema de tratamiento. En muchos casos se utiliza la prefiltración y/o el tratamiento biológico/químico antes del sistema  AC, el cual actúa entonces como un filtro de pulido final económico.
La construcción y el diseño del adsorbedor es muy importante y puede evitar muchos dolores de cabeza durante la operación. Los adsorbedores deben ser seleccionados apropiadamente en cuanto al tamaño para la capacidad de flujo máximo, deben contener la cantidad correcta de carbon activado (para permitir un adecuado tiempo  e contacto) y permitir espacio libre para el retrolavado si se requiere. Los sistemas de pulido
del agua potable (como la reducción de cloro en una planta embotelladora de refrescos o de cerveza) pueden fluir de 6 a 10 galones por minuto por pie cuadrado (gpm/pie2) y tener un tiempo de contacto total de 5 a 10
minutos, en tanto que los sistemas de aguas residuales tienen típicamente varios adsorbedores en serie y dan de 2 a 4 gpm/pie2 y un tiempo de contacto de 10-30 minutos por adsorbedor.
El sistema de distribución influente y el sistema de recolección efluente son de importancia crítica para una óptima operación. Los materiales de construcción, el tipo y calidad de la válvula, y/o el recubrimiento o revestimiento del tanque determinan la durabilidad y la vida de servicio del adsorbedor.
Los sistemas adsorbedores típicos para aguas/aguas residuales son operados en serie con dos o tres tanques y se toman muestras del influente, del sistema medio y del efluente. Cuando el nivel efluente del primer
adsorbedor alcanza su concentración influente, el carbón se ha desgastado y es intercambiado por nuevo carbon activado y el tanque se pone al final de la serie, quedando ahora el segundo tanque como primero. De este modo cada adsorbedor carbon activado está completamente saturado y funciona al máximo de su potencial. El carbón desgastado puede ser utilizado para relleno de tierras o reactivado fuera del sitio para reuso directo o puede  ser utilizado en otras aplicaciones. En muchas aplicaciones correctivas, se utiliza el
carbón reactivado porque es adecuado para la tarea y es más económico por sus índices de mayor  rendimiento.
El carbón activado ha sido denominado como "magia negra" debido a que no siempre parece adherirse a estrictos principios científicos o de ingeniería. En los sistemas en que la adsorción competitiva y/o la
interferencia biológica son evidentes, es muy difícil predecir el desempeño del carbon activado. Cada tipo de carbon activado tiene una cierta afinidad con cada tipo de compuesto, de manera que las variables son muchas. Sin embargo, muchos sistemas se basan en diseños y prácticas muy probados que han funcionado en el pasado, y la base de datos isotérmicos del carbón (información real y generada por computadora referente a la capacidad
adsorsiva del carbon activado para compuestos específicos) ha crecido significativamente en los últimos 10 años.
En algunos casos no es la capacidad adsorsiva del carbon activado lo importante, sino el efecto catalítico del área de superficie, como cuando el carbon activado reduce el cloro de la molécula Cl2 a iones de cloruro (Cl-). Esta es una
reacción rápida y es la razón de por qué los pequeños filtros de agua residenciales y al extremo de la llave del agua pueden reducir efectivamente el cloro con un tiempo de contacto mínimo.
La remoción de cloro y de cloramina no es un proceso de adsorción, sino más bien un proceso de reacción catalítica de superficie. La molécula del cloro, Cl2, es catalizada en dos iones de cloruro Cl- y Cl- al hacer
reacción con la superficie del carbón-el mismo tipo de reacción se aplica al ozono y a las cloraminas. Por lo tanto, para la descloración el carbón no es saturado con cloro, sino que cambia el cloro en cloruro y
puede durar mucho tiempo. El carbon activado utilizado para remoción de cloro usualmente es reemplazado porque también ha estado adsorbiendo y removiendo compuestos orgánicos que sí llenan los poros disponibles
en el carbón. Los compuestos problema como son los trihalometanos (THMs), el cloroformo y el bromoformo, etc., son adsorbidos y pueden "llenar" los poros del carbón con el tiempo.
La capacidad del carbon activado para adsorber un compuesto depende de la polaridad iónica, del peso molecular, la solubilidad y la concentración del compuesto. Algunos compuestos-como el benceno, un componente
de la gasolina-son adsorbidos a porcentajes superiores al 40% por peso sobre el carbon activado, mientras que otros, como el metanol, cargan a menos del 1% por peso. El carbon activado tiene afinidad con unos cuantos compuestos
inorgánicos (el yodo se adsorbe tan bien, que se utiliza como una medida de área de superficie), como el plomo, el mercurio y el arsénico, pero estas reacciones dependen mucho del pH, de la concentración y de la
valencia del compuesto. Un primo del carbon activado, el carbón de hueso (hecho de hueso animal activado) es mejor para la adsorción de metal pesado, del fluoruro y del núclido radiactivo.
El carbón activado es un excelente adsorbente y se utiliza en muchos procesos y sistemas diferentes para remover compuestos no deseados.
Para poder determinar si el carbon activado es factible para una aplicación, uno necesita conocer varios factores:
• Capacidad de flujo-gpm (promedio y pico)
• Horas de operación-8, 16, 24 horas/días
• Información del influente-Compuesto(s) a ser removidos**
• Requerimientos del efluente-límites permitidos, carbono orgánico total (COT), demanda química de oxígeno (DQO), aceite y gas (O&G*), etc.
• Temperatura de la corriente-grados F o C (el carbon activado funciona mejor a 40-90°F = 4-32°C)
• pH de la corriente-(el carbon activado funciona mejor a un pH de 4-10)
• Pre-tratamiento disponible-filtro de arena, tratamiento biológico, ajuste de pH, etc.
• Indice estimado de uso de carbon activado-lbs de carbon activado por día