Guía Práctica sobre Procesos de Tratamiento de Efluentes: Adsorción, Flotación y Sedimentación

Fundamentos del Tratamiento de Efluentes: Adsorción, Flotación y Sedimentación

Adsorción en Carbón Activado

Mecanismos de Adsorción/Absorción: En el carbón activado, la absorción y la adsorción ocurren simultáneamente. Para que la adsorción tenga lugar dentro de los poros, primero debe ocurrir la absorción. El efluente líquido o gaseoso ingresa al interior de los poros. Debido a las fuerzas desbalanceadas presentes en los poros del carbón, los contaminantes contenidos en este efluente quedan adsorbidos. El líquido sale sin contaminantes, ingresando a través del mecanismo de absorción, impulsado por una diferencia de presión entre la parte externa del sólido y los poros internos, creando un efecto de succión. Una vez dentro, los contaminantes (adsorbato) son retenidos debido a la energía interna y externa del sólido absorbente, que presenta fuerzas superficiales desbalanceadas.

Adsorción Física vs. Adsorción Química

Adsorción Física: El adsorbato se asocia a la superficie por fuerzas de Van der Waals, que son relativamente débiles y similares a las fuerzas moleculares de cohesión. Estas fuerzas están involucradas en la condensación de vapores sobre líquidos y permiten la formación de multicapas, facilitando la adsorción de contaminantes. Se caracteriza por una baja energía de adsorción y es reversible: al aumentar la temperatura y disminuir la presión, los contaminantes pueden ser retirados del material adsorbente.

Adsorción Química: Involucra el intercambio de electrones entre las moléculas del adsorbato y la superficie del adsorbente, resultando en una reacción química. El enlace formado es más fuerte que en la adsorción física, y el adsorbato suele perder su identidad, formando monocapas. Este proceso es irreversible debido a las elevadas fuerzas de adsorción, que dificultan la sorción.

Transferencia de Contaminantes en Adsorción Batch

Proceso de Transferencia: En las experiencias de adsorción batch, el contaminante presente en el efluente líquido entra en contacto con la masa del material adsorbente. A medida que avanza el tiempo de contacto, el contaminante se transfiere de la fase líquida a la fase sólida hasta que la transferencia de masa se detiene, alcanzando un equilibrio donde el potencial químico en ambas fases se iguala. En este punto, el carbón deja de capturar contaminantes.

Sistemas de Disolución de Aire en Agua

Eficiencia de Lecho Empaquetado: Los sistemas de disolución de aire en agua de lecho empaquetado son más eficientes y requieren menor tiempo de saturación que los sistemas de difusores inmersos. Esto se debe a que operan de forma continua, con agua precolada a través del lecho en el saturador bajo una atmósfera de aire a presión constante. En contraste, el sistema de difusores es de tipo batch, sometido primero a 4 atmósferas y luego a 1 atmósfera, requiriendo aproximadamente una hora para alcanzar una eficiencia similar.

Flotación por Aire Disuelto (FAD) Industrial

Impacto del Diámetro del Orificio de Despresurización:

Efecto en la Eficiencia: Un incremento en el diámetro del orificio de despresurización afecta negativamente la eficiencia de remoción de contaminantes. Un menor diámetro genera microburbujas más pequeñas, aumentando la eficiencia. Al aumentar el diámetro, se producen menos burbujas, disminuyendo la eficiencia.
Ajuste Operacional: Si no es posible detener la operación para reemplazar la válvula, se debe modificar el tiempo de floculación y coagulación para aumentar la masa de las partículas. Al aumentar el tamaño de las burbujas, es necesario aumentar el tamaño de las partículas, ya que existe una relación entre ambos.

Sedimentación Industrial

Ajuste de Parámetros: Se debe incrementar el tiempo de sedimentación (Ts) y reducir la velocidad de sedimentación de proyecto (Vs, m3/m2d) obtenida en ensayos de laboratorio al calcular las dimensiones de un sedimentador a nivel industrial. Este cambio se aplica como factor de seguridad, considerando factores externos como la vibración del suelo o la contaminación del aire. La velocidad de proyecto se divide por este factor, y el tiempo de retención se multiplica.

Remoción de Iones Cobre por Intercambio Iónico

Limitaciones del pH: No es posible eliminar iones cobre aplicando intercambio iónico sin modificar el pH de un efluente con pH 11, ya que los iones de cobre precipitan a pH 6.

Optimización de la Remoción de Partículas en Ciclones y Cámaras de Sedimentación

Ciclones: La eficiencia aumenta al incrementar la fuerza centrífuga y la densidad de las partículas contenidas en el efluente. La densidad de las partículas no es una variable que se pueda modificar.

Cámaras de Sedimentación: No provided.

Precipitación de Arsénico como Arsenato Férrico

Uso de Peróxido de Hidrógeno: En la precipitación de arsénico como arsenato férrico en efluentes ácidos de fundiciones de cobre, se utiliza peróxido de hidrógeno para oxidar el arsénico, pasando de valencia +3 a +5, lo que permite su precipitación como arseniato férrico.

Adsorción Batch: Equilibrio y Concentración Final

Comportamiento del Adsorbente: En los ensayos de adsorción batch, el adsorbente no se agota completamente y la concentración final del efluente tratado es distinta de cero. Esto se debe a que la solución con contaminante y el adsorbente están en contacto durante toda la prueba. Al alcanzar el equilibrio químico, el contaminante comienza a devolverse desde el adsorbente hacia la solución. Por lo tanto, la concentración final disminuye inicialmente, pero luego del punto de equilibrio comienza a aumentar nuevamente hasta el final de la prueba.

Columnas de Adsorción en Serie vs. Columnas Individuales

Ventajas de las Columnas en Serie: Es más conveniente utilizar columnas de adsorción en carbón activado o intercambio iónico en serie que una columna individual. En las columnas individuales, el adsorbente se agota y requiere regeneración, lo que implica detener el proceso. En cambio, con columnas en serie, al agotarse el adsorbente de la primera columna, se continúa trabajando con las otras mientras se regenera la primera. Cuando la primera columna alcanza el tiempo de saturación, la última columna alcanza el tiempo de ruptura.

Relación Masa de Aire/Masa de Sólido en Celdas de Flotación

Impacto en el Área de la Celda: Cuando aumenta la razón masa de aire/masa de sólido, se necesita una celda con menor área (sección horizontal). Una mayor razón implica una mayor velocidad de ascenso de los agregados, y el dimensionamiento depende de que la velocidad de líquido (VL) sea mayor al flujo que desciende. VL varía cambiando el área de la sección horizontal (As), y As se modifica cambiando la presión de saturación.

Mecanismo de Formación de Agregados Coágulo/Microburbujas en FAD

Oclusión de Microburbujas: El principal mecanismo de formación de agregados coágulo/microburbujas de aire en FAD es la oclusión de microburbujas dentro de los agregados. Al contactarse con los agregados, las microburbujas quedan atrapadas, volviendo al agregado más liviano y facilitando su flotación.

Eficiencia de Remoción en Ciclones y Diámetro del Ciclón

Relación Inversa: La eficiencia de remoción de material particulado aumenta al disminuir el diámetro del ciclón. La eficiencia es directamente proporcional a la fuerza centrífuga, que a su vez es inversamente proporcional al diámetro del ciclón. Un menor diámetro implica una mayor fuerza centrífuga, lo que hace que las partículas entren con mayor velocidad, se peguen a las paredes y se separen del gas. El gas sale de forma ascendente, y el material particulado desciende después de despegarse de las paredes. Por lo tanto, la eficiencia es mayor cuanto menor es el diámetro.

Análisis de la Ecuación de Rendimiento de una Cámara de Sedimentación

Variables Modificables: En la ecuación para el cálculo del rendimiento (eficiencia) de una cámara de sedimentación (n=100*uz*Ah/Q), se puede modificar el caudal del gas (Q) y la superficie de la cámara (Ah). Disminuir el caudal aumenta la eficiencia, y aumentar la superficie disminuye la velocidad del flujo gaseoso, también aumentando la eficiencia. La velocidad de sedimentación de las partículas (uz) no es directamente modificable, ya que depende de las características del efluente gaseoso y las partículas sólidas. Para modificar esta variable, sería necesario cambiar el estado del gas a líquido y aplicar procesos como floculación/coagulación.