Filtro de carbón activado

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Uso de filtros de carbón activado

Un filtro con carbón activado granular (GAC) es una opción comprobada para eliminar ciertos químicos, particularmente químicos orgánicos, del agua. Los filtros GAC también se pueden utilizar para eliminar productos químicos que dan olores o sabores desagradables al agua, como el sulfuro de hidrógeno (olor a huevos podridos) o el cloro.

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

La filtración con carbón activado como ocurre con cualquier método de tratamiento de agua, no es capaz de eliminar todos los tipos existentes de contaminantes, como el hierro y el nitrato, no son atraídos por el carbón y no se eliminan, por lo que es posible que se necesite otro tipo de filtro, como la ósmosis inversa (RO) o la arena verde. Los filtros de RO también eliminarán ciertos químicos orgánicos. Esta información solo aborda los filtros GAC.

Por ejemplo, el sodio, los microbios, el fluoruro y los nitratos no se pueden eliminar con la filtración con CA. El ablandamiento del agua tampoco se puede lograr con filtros de aire acondicionado. Además, los metales pesados, como el plomo, solo se pueden eliminar con un tipo muy específico de tratamiento de agua con carbón activado , que generalmente se usa solo en filtros de punto de uso residencial.

Filtración de alta tecnología

Hay muchos tipos de filtros de carbón activado de alta tecnología disponibles para sistemas de filtración industriales. El carbón activado puede presentar diferentes características de rendimiento dependiendo de los estratos de los que se deriva (por ejemplo, carbón bituminoso o antracita, carbón de hueso, cáscara de coco) y la forma en que se fabrica. Los métodos utilizados para crear los distintos materiales AC son altamente patentados y generan diferencias claras en toda la gama de medios disponibles para la industria.

Puritec de México® puede especificar métodos de filtración de alta tecnología para los contaminantes identificados y el nivel de pureza requerido. Por eso es fundamental adaptar el lecho de carbón activado correcto a la necesidad particular. Esto logrará el filtrado más eficiente y el mayor intervalo de uso del equipo.

¿Cómo se produce el carbón activado?

Las cáscaras de coco y el carbón (antracita o bituminoso) son fuentes orgánicas de carbón activado. El carbono se forma cuando se quema una fuente orgánica en un ambiente sin oxígeno. Este proceso deja intacta sólo alrededor del 30% de la masa orgánica, expulsando las moléculas orgánicas pesadas.

Antes de ser utilizada para el tratamiento del agua, la masa orgánica debe ser "activada". El proceso de activación abre una enorme cantidad de poros del carbono y expulsa aún más las moléculas no deseadas. Los poros abiertos son los que permiten que el carbón capture contaminantes, lo que se conoce como “adsorción”. ¡La tasa de adsorción para una superficie de solo una libra de aire acondicionado es igual a 60-150 acres!

Métodos de activación principales:

Activación con vapor : la activación con vapor se realiza 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 carbón. Este proceso produce una forma de carbón activado clasificado, tamizado y desempolvado. El carbón activado por vapor generalmente tiene una estructura de poros finos, ideal para adsorber compuestos tanto en fase líquida como en fase vapor.

Activación química : con la activación química, el carbón se llena primero con un potente agente deshidratante, generalmente una forma pastosa de ácido fosfórico (P 2 O 5 ) o cloruro de zinc (ZnCl 2 ). La pasta se calienta a temperaturas entre 500°C y 800°C para activar el carbón. La activación química produce carbón activado con una estructura de poros muy abiertos, lo que lo hace más adecuado para adsorber moléculas grandes.

Cómo funciona el tratamiento de agua con carbón activado

Los filtros de carbón activado se utilizan básicamente para dos propósitos de tratamiento de agua y cada uno funciona de maneras totalmente diferentes.

1. Eliminación de cloro:

Se puede utilizar carbón activado para eliminar el cloro con poca degradación o daño al carbón. La decloración se produce rápidamente y los caudales suelen ser altos. Sin embargo, este proceso requiere una gran cantidad de superficie y los compuestos orgánicos del agua eventualmente se llenarán y bloquearán los poros del carbono. En última instancia, será necesario reemplazar el filtro de carbón activado, ya que su capacidad para declorar el agua disminuirá lentamente.

2. Eliminación de Materia Orgánica:

A medida que el agua pasa a través de un filtro de carbón activado, las partículas orgánicas y los químicos quedan atrapados en su interior mediante un proceso conocido como “adsorción”. El proceso de adsorción depende de 5 factores clave: 1) propiedades físicas del carbón activado (área superficial y distribución del tamaño de los poros); 2) la composición química de la fuente de carbono (cantidad de hidrógeno y oxígeno); 3) la composición química y concentración del contaminante; 4) pH y temperatura del agua; y 5) el tiempo que el agua está expuesta al filtro de carbón activado (llamado tiempo de contacto con lecho vacío o EBCT).

Consideraciones adicionales para la eliminación de sustancias orgánicas:

Propiedades físicas:

el tamaño y la distribución de los poros tienen el mayor impacto en la eficacia de la filtración de CA. La mejor filtración ocurre cuando los poros de carbón son apenas lo suficientemente grandes como para permitir la adsorción de contaminantes (Figura 1). El tipo de contaminantes que atrae un filtro de aire acondicionado dependerá del tamaño de los poros del filtro, que varía según el tipo de carbón utilizado y el método de activación. Los filtros de aire acondicionado tienden a funcionar mejor para eliminar sustancias químicas orgánicas 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 de CA y la naturaleza química de algunos contaminantes pueden provocar intercambio iónico o adsorción. El proceso de activación determina, en gran medida, las propiedades químicas del filtro de CA, lo que hace que el filtro sea atractivo para diversos contaminantes. Diferentes procesos de activación producirán carbón activado con diferentes propiedades químicas. Por ejemplo, el aire acondicionado que tiene la menor cantidad de oxígeno en las superficies de los poros absorberá mejor el cloroformo.

Propiedades contaminantes:

El carbón activado es mejor para filtrar moléculas orgánicas grandes. Las moléculas AC y orgánicas son materiales similares, lo que significa que tenderán a asociarse entre sí. Esto significa que los químicos orgánicos tendrán una mayor tendencia a asociarse con el filtro de aire acondicionado en lugar de permanecer disueltos en el agua. Cuanto menos solubles sean las moléculas orgánicas, más probabilidades habrá de que sean adsorbidas. Las moléculas orgánicas más pequeñas encajan en los poros más pequeños y se mantienen más apretadas.

Concentración:

El proceso de adsorción puede verse afectado por la concentración de contaminantes orgánicos. Por ejemplo, con la eliminación del cloroformo, un filtro de aire acondicionado puede ser más eficaz que otro para filtrar altas concentraciones de contaminantes y menos eficaz para filtrar bajas concentraciones de contaminantes. Consulte con el fabricante para determinar cómo funcionará un filtro de carbón activado en diferentes niveles de concentración para una sustancia química específica.

Temperatura y pH del agua:

la tasa de adsorción generalmente será 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 químicos orgánicos son más adsorbibles a medida que disminuyen la temperatura y los niveles de pH.

Duración de la exposición:

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

Una mayor cantidad de carbón activo y un caudal más lento 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 de residencia específico del agua en contacto con el lecho de carbón, denominado tiempo de contacto de lecho vacío o EBCT. Equipo de filtración.

Los filtros de carbón activado son similares a los que se usan en la filtración multimedia , excepto que no tienen el paso de limpieza con aire en el proceso de retrolavado. Dado que ciertos compuestos orgánicos requieren un tiempo de exposición prolongado al filtro para ser eliminados, se pueden usar carcasas laterales del recipiente del filtro más altas para proporcionar lechos de carbono más profundos para tiempos de reacción prolongados. Los lechos de carbón deben lavarse a contracorriente para ayudar a eliminar el sedimento atrapado, evitar el empaquetamiento y la pérdida de carga, y eliminar los finos de carbón producidos por la fricción entre los gránulos.