Selección preliminar del carbón activado granular

La primera consideración en el diseño de un sistema de adsorción con carbón activado granular es la selección del carbón. La manera más precisa de realizarla es mediante pruebas dinámicas en columnas Piloto. Sin embargo, éstas requieren de mucho tiempo, y el pretender aplicarlas a toda la gama de carbones que puede haber disponibles en el mercado, sería muy costoso y Poco práctico.

Como alternativa, puede empezarse por una preselección rápida de solo aquellos carbones de los que a priorI pueden esperarse los mejores resultados. Después de ésta, pueden hacerse los estudios detallados que permitan detectar el carbón activado granular idóneo de entre aquellos que se habían elegido.

La selección Preliminar mencionada puede hacerse basándose en:

• La materia prima de la que parte el carbón activado granular.
• Las especificaciones y normas de calidad.
• Isotermas de adsorción.

En cuanto a la materia prima, ya que ésta determina el tamaño de los poros predominantes de un carbón activado, es posible predecir el tipo de moléculas que se retendrán de manera preferencial. Por lo tanto, de acuerdo a la materia prima, y conociendo la composición de los contaminantes presentes en el agua, se puede hacer una selección preliminar del tipo de carbones más adecuados.

La segunda propiedad del carbón activado granular en orden de importancia es la dureza, que también depende de la materia prima. Cuando la mayoría de los contaminantes son de bajo peso molecular, el carbón activado granular más adecuado, por su diámetro de poros, suele ser de concha de coco. Al ser éste el de mayor dureza no existe conflicto al respecto. Por otro lado, si los contaminantes son de alto peso molecular, los carbones de madera o los ligníticos son los más apropiados. Aquí surge el problema de la falta de dureza de los mismos. En este caso puede requerirse que éstos se hayan sometido a un proceso de peletización que les brinde la dureza que no tienen de manera natural.

Respecto a las especificaciones, son propiedades del carbón activado granular que reporta el fabricante, y que, entre otras cosas, sirven como apoyo en la preselección de carbones. Por otro lado, son un complemento que se toma en cuenta, además de los resultados de otras pruebas, para elegir el carbón más conveniente desde el punto de vista de costo-beneficio. Por ejemplo, una de las especificaciones es el contenido de humedad; mientras mayor es ésta, menor es el porcentaje de carbón neto que suministra el fabricante y, por lo tanto, el precio neto es mayor.

Finalmente, las isotermas de adsorción son resultados de estudios con los que se determina la máxima capacidad que tiene un adsorbente en la retención de un soluto o de una mezcla de solutos. Los datos de isotermas de adsorción pueden encontrarse en la literatura, o bien pueden determinarse mediante pruebas relativamente sencillas.

Adsorbedores de carbón activado granular, modos de operación y configuración

Flujo ascendente y descendente

El carbón activado granular adsorbe de la misma manera, independientemente de que el fluido circule en sentido ascendente o descendente. Por lo tanto, en ambos casos, las dimensiones de la cama y del equipo son iguales.

Cuando el flujo es descendente, el carbón también actúa como filtro, reteniendo los sólidos suspendidos en la parte superior de la cama. La desventaja está en que hay que contar con una bomba capaz de vencer la caída de presión, que puede llegar a ser considerable cuando hay presencia de sólidos suspendidos. Al llegar a ser inaceptable la caída de presión, hay que efectuar un retrolavado. La frecuencia del mismo y la cantidad de líquido utilizado para esta operación pueden ser altas. La tubería debe permitir el flujo descendente durante el ciclo de adsorción y ascendente durante el retrolavado.

La adsorción en flujo ascendente puede realizarse manteniendo la cama de carbón compacta o fluidizada. El segundo caso es el más común y se conoce como adsorción en cama expandida, que se utiliza en el tratamiento de líquidos con un alto contenido de sólidos suspendidos. La mayoría de estos sólidos no se retienen, sino que pasan entre las partículas de carbón a lo largo de toda la cama y salen con el efluente tratado, evitando así un taponamiento prematuro, y las consiguientes pérdidas de tiempo y de agua para el lavado. En este modo de operación, la caída de presión es relativamente baja y sólo se requieren lavados ocasionales para remover sólidos suspendidos que se hayan acumulado. La tubería es más simple que en el caso de flujo descendente, ya que la dirección del flujo en el ciclo de adsorción es la misma que en el de lavado.

En los sistemas de cama expandida es importante mantener un buen control del flujo para lograr la expansión sin llegar a arrastrar las partículas de carbón hacia afuera del equipo. Esto es particularmente difícil cuando el líquido es viscoso. En este caso no se utiliza la cama expandida, y si el flujo es ascendente se restringe la parte superior de la cama para mantenerla compacta.

Flujo por gravedad y flujo a presión

Los dos tipos de adsorbedores de carbón activado granular que existen para el tratamiento de agua y de líquidos en general, son el de flujo por gravedad y el de flujo a presión. El primero se utiliza principalmente en aplicaciones que tratan grandes volúmenes, como es el caso de las plantas municipales de potabilización o de tratamiento de agua residual. En este caso, son de cemento reforzado y su sección suele ser rectangular. Normalmente no cuentan con una tapa superior, excepto en el caso de que el objetivo sea el evitar ensuciamiento ocasionado por hojas y polvo. También existen adsorbedores de flujo por gravedad de tamaño pequeño, que pueden ser tanques de acero o plástico. Estos sólo se utilizan cuando no existe la posibilidad de bombear el fluido.

Los adsorbedores de flujo a presión son de acero o de fibra de vidrio. Generalmente son cilíndricos verticales, de tapas formadas, y se trabajan a presiones inferiores a 7 Kg/Cm². Aunque su operación requiere de bombeo, tienen la ventaja de poder utilizar mayores cargas hidráulicas -flujo por unidad de área de sección-, lo que significa que son de menor tamaño por unidad de volumen de líquido tratado que los de flujo por gravedad. Las características básicas de los ad-sorbedores se muestran en la Tabla I. Existen además otras que los diferencian entre sí, como los distribuidores, colectores del líquido y los métodos de soporte de la cama.