El carbón activado granular 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:
- 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.
- El tiempo de vida útil del carbón activado granular es relativamente alto y, por lo tanto, el coste de reemplazo o de regeneración es mínimo respecto al de toda la operación.
- No se justifica una segunda o tercera columna, debido a que la disminución en el coste del carbón activado granular, 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 columna es mayor que la del lugar en el que ésta se requiere instalar.
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.
Figura 3. Sistemas de múltiples columnas
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 conecta otra columna con carbón fresco al final de la serie. El carbón removido está 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.
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 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.