Filtros De Carbón Activado…Para Qué Se Usan?

Filtros De Carbón Activado…Para Qué Se Usan?

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Los filtros de carbón activado se emplean generalmente en el proceso de eliminación de compuestos orgánicos y/o extracción de cloro del agua, haciendo que el agua sea apta para su descarga o uso en procesos de fabricación.

La eliminación de compuestos orgánicos en el agua potable, como el ácido húmico y fúlvico, evita que el cloro del agua reaccione químicamente con los ácidos y forme trihalometanos, una clase de carcinógenos conocidos.

Los filtros de carbón activado (CA), como con cualquier otro método de tratamiento de agua, no es capaz de eliminar todos los tipos posibles de contaminantes.

Por ejemplo, el sodio, los microbios, el fluoruro y los nitratos no se pueden eliminar con filtros de carbón activado.

El ablandamiento de agua tampoco se puede lograr con los filtros de carbón activado. Además, los metales pesados, como el plomo, sólo pueden eliminarse con un tipo muy específico de tratamiento de agua con carbón activado, que normalmente se utiliza sólo en filtros residenciales de punto de uso.

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Filtros de carbón de alta tecnología

Hay muchos tipos de filtros de carbón activado de alta tecnología disponibles para sistemas de filtración industriales.

El carbón activado puede exhibir características de rendimiento variables dependiendo de los estratos de los que se deriva (por ejemplo, carbón bituminoso o antracita, carbón de huesos, cáscara de coco) y de la forma en que se fabrica.

Los métodos utilizados para crear los diversos materiales de carbón activado son altamente patentados y conducen a diferencias claras en la gama de medios disponibles para la industria.

Por ello, es fundamental adaptar el lecho de carbón activo correcto a la necesidad particular. Esto logrará el filtrado más eficiente y el intervalo de uso más largo para el equipo.

Las cáscaras de coco y el carbón (antracita o bituminoso) son fuentes orgánicas de carbón activado.

El carbono se forma cuando una fuente orgánica se quema en un ambiente sin oxígeno. Este proceso deja sólo alrededor del 30% de la masa orgánica intacta, eliminando las moléculas orgánicas pesadas.

Antes de ser utilizado para el tratamiento del agua, la masa orgánica debe ser “activada”. El proceso de activación abre el enorme número de poros del carbono y aleja aún más las moléculas no deseadas.

Los poros abiertos son los que permiten que el carbono capture los contaminantes, lo que se conoce como adsorción.

Hay dos métodos principales de activación:

Activación de vapor

La activación de vapor se lleva a cabo utilizando vapor a temperaturas entre 800 °C y 1000 °C.

A estas temperaturas se produce una reacción instantánea Agua-Gas, gasificando el material carbonizado.

Luego se introduce aire para quemar los gases, sin quemar el carbono. Este proceso produce una forma de carbón activado clasificado, tamizado y desempolvado.

El carbón activado por vapor generalmente tiene una estructura de poro fino, ideal para adsorber compuestos de fase líquida y de fase de vapor.

Activación química

Con la activación química, el carbón se llena primero con un poderoso agente deshidratante, típicamente una forma de pasta de ácido fosfórico (P2O5) o cloruro de zinc (ZnCl2).

La pasta se calienta a temperaturas entre 500 °C y 800 °C para activar el carbón. La activación química produce carbón activo con una estructura de poro muy abierto, lo que lo hace más adecuado para la adsorción de moléculas grandes.

Cómo se purifica el agua con filtros de carbón activado?

El tratamiento de agua con filtros de carbón activado se utiliza básicamente para dos propósitos de tratamiento de agua y cada uno de ellos funciona de manera totalmente diferente.

Eliminación de cloro

El carbón activado se puede utilizar para eliminar el cloro con poca degradación o daño al carbón.

La decloración ocurre rápidamente y las tasas de flujo son típicamente altas. Sin embargo, este proceso requiere una gran cantidad de superficie, y los orgánicos en el agua eventualmente se llenarán y bloquearán los poros del carbono.

En última instancia, el filtro de carbón activado tendrá que ser reemplazado ya que su capacidad para declorar el agua disminuirá lentamente.

El carbón usado puede ser reactivado; sin embargo, los filtros reactivados sólo deben usarse en aplicaciones de tratamiento de aguas residuales.

Una de las ventajas del uso del carbón activado es su bajo costo operativo y su funcionamiento virtual “a prueba de fallos” una vez instalado. Por este motivo es común ver el uso de un purificador de agua con carbón activado.

Una desventaja es que al eliminar el cloro de la capa superior del medio, el aire acondicionado proporciona un ambiente húmedo ideal para el crecimiento y la proliferación de bacterias.

Las bacterias pueden causar problemas en aplicaciones médicas, o cuando se utiliza el carbono como pre tratamiento para la ósmosis inversa.

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Remoción de Materia Orgánica

A medida que el agua pasa a través de un filtro de carbón activado, las partículas orgánicas y los productos químicos quedan atrapados en su interior a través de un proceso conocido como adsorción.

El proceso de adsorción depende de 5 factores clave:

  • Propiedades físicas del carbón activado (superficie y distribución del tamaño de los poros);
  • Composición química de la fuente de carbono (cantidad de hidrógeno y oxígeno);
  • De la composición química y la concentración del contaminante;
  • Del pH y la temperatura del agua;
  • Del tiempo durante el cual el agua está expuesta al filtro de carbón activado (lo que se denomina tiempo de contacto con el lecho vacío o EBCT).

Consideraciones adicionales para la extracción de productos orgánicos para usar en filtros de carbón activado

Propiedades físicas:

El tamaño y la distribución de los poros tienen el mayor impacto en la eficacia de los filtros de carbón activado.

La mejor filtración ocurre cuando los poros de carbono son apenas lo suficientemente grandes para permitir la adsorción de contaminantes.

El tipo de contaminantes que atrae un filtro de carbón activado dependerá del tamaño de poro del filtro, que varía según el tipo de carbón utilizado y el método de activación.

Los filtros de carbón activado tienden a funcionar mejor para eliminar los productos químicos orgánicos con moléculas más grandes.

Propiedades químicas:

La superficie de un filtro de carbón activado también puede interactuar químicamente con moléculas orgánicas.

Las fuerzas eléctricas entre la superficie del carbón activado y la naturaleza química de algunos contaminantes pueden provocar el intercambio iónico o la adsorción.

El proceso de activación determina, en gran medida, las propiedades químicas del filtro de carbón activado, haciendo que el filtro sea atractivo para varios contaminantes.

Diferentes procesos de activación producirán carbón activado con diferentes propiedades químicas.

Por ejemplo, la carbón activado que tiene la menor cantidad de oxígeno en las superficies de los poros absorberá mejor el cloroformo.

Propiedades contaminantes:

El carbón activado es el mejor método para filtrar grandes moléculas orgánicas. Las moléculas orgánicas y de CA son materiales similares, lo que significa que tenderán a asociarse entre sí.

Esto significa que los productos químicos orgánicos tendrán una mayor tendencia a asociarse con el filtro de carbón activado en lugar de permanecer disueltos en el agua.

Cuanto menos solubles sean las moléculas orgánicas, más probable es que sean adsorbidas. Las moléculas orgánicas más pequeñas se adaptan a los poros más pequeños y se sujetan con más fuerza.

Concentración:

El proceso de adsorción puede verse afectado por la concentración de contaminantes orgánicos.

Por ejemplo, con la eliminación del cloroformo, un filtro de carbón activado puede ser más eficaz que otro para filtrar altas concentraciones de contaminantes y menos eficaz para filtrar bajas concentraciones de contaminantes.

Temperatura y pH del agua:

La velocidad de adsorción suele ser mayor a temperaturas y niveles de pH más bajos. Las reacciones químicas y las formas químicas están estrechamente relacionadas con la temperatura y el pH del agua.

En la mayoría de los casos, los productos químicos orgánicos son más adsorbibles a medida que disminuyen las temperaturas y los niveles de pH.

Duración de la exposición:

La duración del tiempo en que el contaminante está en contacto con el filtro de carbón activado también influye en el proceso de adsorción: cuanto mayor sea la duración del contacto, mayor será el número de contaminantes que se eliminarán.

Una mayor cantidad de carbón activo y una tasa de flujo más lenta mejorarán la eficacia del proceso de filtración.

La profundidad del lecho y el caudal son parámetros de diseño críticos. La filtración de carbón a menudo está diseñada para proporcionar un tiempo específico de residencia de agua en contacto con el lecho de carbón, denominado tiempo de contacto con el lecho vacío o EBCT.

Equipo de filtración

Los filtros de carbón activado son similares a los que se utilizan en la filtración multimedia, excepto que sin el paso de lavado de aire en el proceso de retrolavado.

Y debido a que ciertos productos orgánicos requieren un tiempo de exposición prolongado al filtro para ser removidos, se pueden utilizar carcasas laterales más altas para proporcionar lechos de carbono más profundos para tiempos de reacción más prolongados.

Estos lechos de carbono deben lavarse a contracorriente para ayudar a eliminar los sedimentos atrapados, evitar la formación de empaques y la pérdida de carga, y para eliminar los finos de carbono producidos por la fricción entre los gránulos.

Como se ha descrito anteriormente, hay una serie de variables que deben ser consideradas en el diseño de un sistema de filtración y en la selección del mejor carbón activado para la aplicación.