Diseño y construcción de una columna de Adsorción de carbón activado para el tratamiento de aguas residuales domesticas José Rigoberto Bedolla Balderas (1) 1
Departamento de Química y Bioquímica. Instituto Insti tuto tecno tecnológi lógico co de More Morelia. lia. Av Avenid enida a Tecn cnol ológ ógic ico o No No.. 1 1!! !!"" #o #ol. l. $o $oma mas s de %antiaguito. %antiagui to. Morelia" Mic&oac'n" M()ico.
RESUMEN Los productos cosméticos como los detergentes, llegan a efuentes acuosos, causando modicaciones en los sistemas bióticos en donde son descargados. La eectividad de la adsorción por carbón comercial sobre productos cosméticos presentes en aguas residuales, es representado por el bajo costo, por encima de otros métodos de tratamiento los cual ha permitido la extensión de esta técnica de remoción. La construcción de una columna de adsorción adsorción de carbón carbón activado comercial (C! en la remoción de detergentes en disolución acuosa a "#$C. se ajusta satisactoriamente a dierentes experimentos %a reali&ados, todos ellos representados con respecto al modelo de la isoterma de 'reundlich.
INTRDU!!I"N Las industrias como la textil, cuero, papel, plsticos, % otras, usan tintes para sus productos, como resultado de esta actividad se genera una considerable cantidad de aguas residuales. )e estima *ue ms de +, productos se ecuentra disponibles en el mercado, de los cuales cerca ce rca
del - se desechan (/unc, "0.! (1aale, "2! a los cuerpos de agua, causa serios problemas a la ecologia, tales como, la disminución de la actividad otosintética debido a la intererencia en la penetración de la lu& e inhiben la reacción de los agentes oxidantes % bioacomulacion3 es importante adems se4alar, *ue algunos componentes presentes en los detergentes muestran tendencia a ormar *uelatos de iones metlicos *ue producen microtoxocidad tanto para la vida acutica como humana (Cho%, "5!. La adsorción es una técnica empleada en la remoción de productos industriales de tipo armacéutico, cosmético, ambiental % de alimentos, por la simplicidad del dise4o, operación % costo. 6sado ampliamente como adsorbente debido a su extensa rea supercial entre # % " m" g7+, su gran volumen de poro % la presencia de grupos uncionales superciales, especialmente grupos oxigenados (8ama9rishna, +00:.! . Los estudios de adsorción en una columna de lecho jo, no uncionan bajo condiciones de e*uilibrio debido a *ue continuamente ingresa a la columna una disolución de alimentación, donde se establece un proceso de transerencia de masa permanente entre una ase móvil *ue contiene el adsorbible (sustancia a remover! % la ase sólida del lecho adsorbente. la &ona de transerencia de masa (;/
del adsorbible *ue se puede permitir a la salida de la columna, % al tiempo empleado para alcan&ar esta concentración espec=ca se le llama tiempo de ruptura (tb! para cada una de las condiciones de operación de la columna. La curva *ue resulta de gracar la relación en unción del tiempo se conoce como curva de ruptura. >n este estudio el criterio de ?tiempo de ruptura@ se adopta como el lapso *ue transcurre cuando la concentración del adsorbible llegue al + de la concentración inicial (/at%7 Costodes, "#.!
METD#$%A dsorbato (1omestica! nlisis pA lcalinidad total, (mgBL CaCD!. )ólidos totales, (mgBL!. )ólidos voltiles, (mgBL!. 1E#, (mgBL!. xigeno consumido, (mgBL!. F % , (mgBL!
Comerc ial +.D #++ ".++5 +.#D2 +.2- 2-2 ##5
1omésti ca 2.+ -:2 D.D+5 ".#+# D.2+D +.5# +.5-
/abla +. Comparación de las caracter=sticas sanitarias de aguas residuales comerciales % domésticasG.
ADSR&ENTE )e seleccionó un carbón activado granular comercial, empleado en el tratamiento de aguas residuales para la remoción de sustancias orgnicas % metales pesados.
ESTUDI DIN'MI! EN !#UMNA >l uncionamiento dinmico de la columna consistió, en
proporcionar un fujo msico de agua de uso doméstico en una columna empacada con carbón activado granular. Hara un fujo msico determinado por la entrada de rea de la columna de carbón activado % la uente de suministro de *uien la opera, siendo un cilindro el recimpiente con dimensiones, altura de 5-cm, dimetro de Dcm, con los parmetros observados del agua de uso domestico. Isoterma de 'reundlich >ste modelo supone *ue la supercie del adsorbente es heterogénea % *ue los sitios de adsorción tienen distintas anidades3 en primer lugar, se ocupan las posiciones de ma%or anidad % posteriormente se va ocupando el resto, para un crecimiento en multicapa. La orma lineali&ada del modelo de 'reundlich se expresa de la siguiente manera ('reundlich, +0-!J+#K
donde * es la cantidad de soluto removido por unidad de masa de adsorbente (mg g7+!, Ce es la concentración del adsorbible en el e*uilibrio (mg dm7D!, 9 es la constante de e*uilibrio (mg g7+ (dmD mg7+!7+Bn! % n es una constante relacionada con la anidad entre el adsorbente % el soluto. 8epresentando grcamente In* versus InCe % aplicando regresión lineal, de los valores de la pendiente % la ordenada al origen, se obtienen los parmetros de la isoterma de 'reundlich
!A(A!IDAD DE ADSR!IN EN !#UMNAS EM(A!ADAS !N !AR&N A!TI)AD
Curva de ruptura para columnas empacadas con carbón activdo, en función del tiempo de operación. Concentración inicial de lauril sulfato de sodio en solución:2mg/L. pH solución: 6,1. Fluo 6cm! /min. ":16,# $C
cuesco de palmiste , presenta una ma%or adsorción del lauril sulato de sodio, por lo *ue las part=culas de carbón no se saturan rpidamente. La columna empacada con carbón activado de cuesco de coco de palmiste, alcan&a el limite mximo permisible para la descarga de detergentes anionicos (cuando la concentración del lauril sulato de sodio en el efuente es igual a .# mgBl!, en un tiempo de operación de "- dias % con "# l de solución tratada3 mientras *ue, en la columna empacada con carbón cuesco de coco, la concentración mxima permisible se obtiene a los +" dias % con ++ l de solución tratada. Lo *ue indica *ue la columna empacada con carbón activado de cuesco de palmiste, tiene ma%or tiempo de vida til. partir de estos tiempos de operación, se debe regenerar el carbón de las columnas, para mantener la calidad del efuente
Curvas de ruptura para columnas empacadas con carbón activado, en función del volumen de solución tratada. Concentración inicial del lauril sulfato de sodio en solución: 2mg/L pH solución: 6.1, Fluo: 6cm! /min. ":16.#
La columna empacada con carbón activado de cuesco de palmiste alcan&a el punto de ruptura (cuando la concentración de lauril sulato de sodio en el efuente es igual a ,+ mgBl!, en un tiempo de operación de +0,# dias % con +2# l de solución tratada3 mientras *ue, en la columna empacada con carbón activado de cuesco de coco, se obtiene el punto de ruptura a los #,# dias % con # l de solución tratada. >ste comportamiento puede atribuirce a *ue el carbón activado de
Curva de ruptura para columnas empacadas con carbón activado de cuesco de palmiste %dp:&'2(, malla )*"+, en fucion del tiempo de operación. Concentración inicial del lauril sulfato de sodio en solución: 2mg/l. pH solución: 6.1, Fluo: 2-( cm! /min. ":16,$C.
La columna empacada con carbón activado de cuesco de palmiste, alcan&a el punto de ruptura en un tiempo de operación de +2 min % con 5 l de solución tratada3 mientras *ue la concentración mxima permisible para la
descarga de detergentes anionicos, se alcan&a en un tiempo de operación de :2 min % con +0 l de solución tratada. >sto se debe atribuirse a *ue el tiempo de contacto es demasiado corto, por lo *ue el carbón no logra retener al lauril sulato de sodio. partir de la isoterma de adsorción se determinaron los valores de las constantes M % n de la ecuación de reunlich
/eniendo una capacidad de adsorción intermedia a los dos tipos de carbón activado utili&ado, la capacidad es igual a ."# mg de lauril sulato de sodioB g de carbón. el tiempo calculado para el punto de ruptura seria de #- min para una solución +# L de lauril sulato de sodio *ue se encuentra en agua domestica.
8eerencias Cho%, M. M. ( "5!. Intraparticle diOusion in single and multicomponent acid d%e adsorption rom PastePater onto carbon. . Cemical 4ngineering 5ournal., , +DD7 +5#.
eterminacion de las constantes 0 n de la ecuaicon de Freundlic. Carbon activado de cuesco de palmiste, dp &'2(%mallas )*"+. Concentracion inicial de lauril sulfato de sodio en el agua residual 2,2 mg/l . pH del agua residual: 6.# 3olumen: 2 l. )gitacion: !(( rpm.":16.#$C. "iempo de agitación: -
Hara este sistema de adsorción, los valores de las constantes 9 % n sonN .0# % .:2 respectivamente. Hor lo tanto la ecuación de reundlich
)e tiene un valor de +Bn ma%or *ue +, esto indica *ue la adsorción no es avorable
!N!#USINES l no contar con material para reali&ar experimentación, se tomaron en cuenta datos experimentales previos, en el tratamiento de aguas para el compuesto lauril sulato de sodio.
1aale, Q. R. ("2!. Minetic stud% approach o rema&ol blac97E use or the development o tPo7stage anoxicSoxic reactor or decolori&ation. biodegradation of ao des b activated bacterial consortium, D+07D"2.
8ama9rishna, M. T. (+00:.!. 6se o slag or d%e removal,. 7aste +anagement, 1#, 52D7522,. /at%7Costodes, T. C. ("#.!. 8emoval o lead (II! ions rom s%nthetic and real eUuents using immobili&ed Hinus s%lvestris saPdustN. )dsorption on a 8'ed9bed column,, +D#7+55, .
/unc, V. /. ("0.!. Hotential use o cotton plant Pastes or the removal o 8ema&ol Elac9 E reactive d%e. Haard, +-D,+2:7+02,.
