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¿Qué es el agua desmineralizada?

Agua desmineralizada es el agua completamente libre (o casi) de minerales o sólidos disueltos como resultado de uno o varios de los siguientes procesos:

• Desionización por intercambio iónico
• La filtración por membranas (ósmosis inversa o nanofiltración)
• Destilación
• Electrodiálisis

o bien otras tecnologías.

La desmineralización es el proceso de eliminación de sales-minerales del agua.

Desmineralización  en plantas de tratamiento de agua:

El agua desmineralizada también conocido como agua desionizada es un agua libre de iones minerales, tales como: catiónes de sodio, calcio, hierro, cobre, etc. y aniones tales como cloruro, sulfato, nitrato, Etc. Son comunes iones presentes en el agua.

La desionización es un proceso físico que utiliza resinas de intercambio iónico en el que se sustituyen las sales y minerales en el agua, H + iones OH. En el agua los elementos más pequeños son las sales, por lo que requiere una tratamiento poco convencional, la desionización produce un agua de alta pureza que es generalmente similar a la del agua destilada.

Los siguientes iones se encuentran frecuentemente en las aguas crudas:

Catiónes más comunes:

Calcio (Ca2 +)
Magnesio (Mg 2 +)
Sodio (Na +)
Potasio (K +)

Aniones más comunes:

Cloruro (Cl)
Bicarbonato (HCO3)
Nitrato (NO3)
Carbonato (CO32)

Desmineralización mediante resinas de intercambio iónico:

Hay dos tipos básicos de resina, de intercambio catiónico y resinas de intercambio de anionico. Las resinas de intercambio de cationes emiten iones hidrógeno (H +) u otros iones de carga positiva a cambio de cationes de impurezas presentes en el agua. Resinas de intercambio aniónico están cargados con hidroxilos (OH-) iones u otros iones cargados negativamente a cambio de aniones de impurezas presentes en el agua.
La aplicación de de intercambio iónico para tratamiento de agua y purificación puede funcionar de tres maneras;
primero, resinas de intercambio catiónico sólo se pueden emplear para ablandar el agua; en segundo lugar, las resinas de intercambio aniónico por sí solo pueden ser utilizadas para materia orgánica o eliminación de nitratos; y en tercer lugar, las combinaciones de intercambio catiónico y resinas de intercambio aniónico se pueden utilizar para eliminar prácticamente todas las impurezas iónicas presentes en el agua de alimentación, un proceso conocido como desionización o desmineralización.

Para muchas aplicaciones de laboratorio e industriales, se requiere agua de alta pureza, esencialmente libre de contaminantes iónicos. El agua de esta calidad puede ser producida por deionization. Como ya lo mencionamos los dos tipos más comunes de desionización son:

• Desionización de dos camas separadas (cationica y anionica) .
• Desionización de lecho mixto (cationica y anionica) en un sólo tanque.

Dos camas de desionización:

El desmineralizador de dos lechos consiste en dos vasos – uno que contiene una resina de intercambio catiónico en la forma de hidrógeno (H +) y el otro que contiene una resina de aniones en forma de hidroxilo (OH). El agua fluye a través de la columna de cationes, con lo cual todos los cationes son intercambiados por iones de hidrógeno.

Para mantener el agua eléctricamente equilibrada, para cada catión monovalente, por ejemplo, Na +, un ion de hidrógeno se intercambia y para cada catión divalente, por ejemplo, Ca2 +, Mg2 + o, se intercambian dos iones de hidrógeno. El mismo principio se aplica cuando se considera de intercambio de aniones.

El agua fluye entonces a través de la columna aniónica. Esta vez, todos los iones con carga negativa son intercambiados por iones de hidróxido que luego se combinan con los iones de hidrógeno para formar agua (H2O).

De lecho mixto de desionización:

En el lecho mixto las resinas de intercambio de cationes y de aniones están mezcladas y contenidas en un sólo recipiente de presión. La mezcla completa de intercambiadores catiónicos y intercambiadores aniónicos en una sola columna da como resultado una mejor calidad del agua obtenida que la producida por una de dos lechos separados.

Por mucho es más eficaz en la purificación del agua las camas de lecho mixto, pero también son más sensibles a las impurezas en el suministro de agua e involucran un proceso de regeneración más complicado. Desionizadores de lecho mixto se utilizan normalmente para ‘pulido’ del agua a niveles más altos de pureza, después de haber sido tratadas inicialmente por un desionizador de dos camas o de una unidad de ósmosis inversa.

Ósmosis inversa para desmineralización:

En años recientes los costos de la desmineralización por ósmosis inversa han sido mucho más convenientes, además de simplificar la operación y mantenimiento de los equipos por no utilizar ácidos y base para su regeneración, las membranas utilizadas para la ósmosis inversa tienen una capa densa de un polímero dentro de un material compuesto de película delgada donde se produce la filtración. En la mayoría de los casos, la membrana está diseñada para permitir que sólo el agua pase a través de esta capa densa, mientras que impide el paso de solutos (iones). Este proceso requiere de una alta presión ejercida sobre la membrana, por lo general 2-17 bar (30-250 psi) para agua dulce o agua salobre, y 40-82 bar (600-1200 psi) para el agua de mar, que tiene alrededor de 27 bar (390 psi). La presión osmótica natural que debe ser superada. Este proceso fue un un inicio utilizado para la desalinización (eliminar la sal y otros minerales del agua de mar para obtener agua dulce), pero desde principios de 1970, también se ha utilizado para purificar el agua potable para aplicaciones médicas, industriales y domésticos.

En términos reales la ósmosis inversa puede producir agua con niveles de sólidos disueltos totales de 10 ppm o menores, que en combinación con una cama de resina mixta de intercambio iónico, producen agua desemineralizada. La cama mixta en este caso puede durar en funcionamiento sin necesidad de regeración por un tiempo muy prolongado, ya que los niveles de sales-minerales en el agua producidos por la ósmosis inversa son muy bajos.

Electrodesionización EDI:

El sistemas electrodesionización para eliminar iones de corrientes de agua, por lo general se utiliza en combinación con la ósmosis inversa (OI) y otros dispositivos de purificación. Los módulos de desionización producen continuamente agua ultrapura hasta a 18.2MW / cm. EDI se puede ejecutar de forma continua o intermitente

Principales aplicaciones de la desmineralización:

  • Calderas de alimentación de agua,
  • Industria de textiles
  • Industria química
  • Industria farmacéutica
  • Fábricas de cerveza
  • Agua potable.
  • Hospitales
  • Automóviles y baterías
  • Fertilizantes.
  • Plantas de intercambio iónico
  • Suavizadores o descalcificadores
  • Plantas industriales
  • Planta de Energía
  • Sector de petróleo y gas

Agua para procesos industriales

En la industria el agua es sin duda uno de los recursos más utilizados en los procesos, tales como: calefacción, enfriamiento, elaboración de productos, limpieza y aclarado.

El tratamiento de agua permite optimizar operaciones de producción, tener un mejor producto si este contiene agua o simplemente mantener en buen estado las tuberías y recipientes que lo contienen. Desde una simple filtración mecánica para eliminar sedimentos; hasta tratamiento especiales para eliminar dureza o desmineralizar el agua. Los generadores de vapor pueden tener incrustaciones o corroerse, lo que significa que necesitan más combustible para calentar la misma cantidad de agua. Las torres enfriamiento también pueden evitarse mantenimientos constantes o hacer paros en las plantas, el agua almacenada o de uso humano puede tener presencia de bacterias. Además, el tratamiento del agua se utiliza para mejorar la calidad del agua en contacto con el producto, por ejemplo fabricado semiconductores, y / o pueden ser parte de producto, por ejemplo bebidas, productos farmacéuticos, etc.

En estos casos, cuando es nulo o muy pobre el tratamiento de aguas pueden causar baja calidad en los productos. En productos de uso doméstico puede ser inseguro para beber o utilizarse.

Aguas incrustantes
Las incrustaciones por sólidos disueltos y alcalinidad se produce cuando las condiciones de la química y temperatura son tales, que las sales y minerales disueltos en el agua precipitan y forman depósitos sólidos. Estos pueden ser partículas que llegan al producto o pueden acumularse en capas sobre las superficies metálicas de los sistemas.

La incrustación es un problema porque puede llegar a obstruir tuberías o dejar sedimentos en depósitos, lo que ocasiona utilizar más energía en bombeo o limpieza.

Aguas corrosivas.
La corrosión se produce cuando el agua tiene un pH ácido lo que ocasiona oxidación del metal y gradualmente desgasta los equipos de la planta. Los productos de corrosión pueden causar problemas similares a la incrustación, pero la corrosión también pueden dar lugar a fugas, que en un sistema a presión puede ocasionar fallas catastróficas.

Desinfección del agua
Los microorganismos pueden vivir en el agua de refrigeración cuando no está trata, también en aguas cálidas y cuando hay agua con compuestos orgánicos, como las torres enfriamiento. El polvo, las moscas, la hierba, las esporas de hongos, acumulan en el agua y crean una especie de «sopa microbiana» si no se trata con biocidas o con sistemas de luz ultravioleta, pueden causar problemas en los productos terminados. La mayoría de los brotes de enfermedades de piel o intestinales se han originado en las torres de enfriamiento sin tratamiento de agua adecuado.

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Con un análisis del agua, podemos recomendar un sistema de tratamiento que su línea de producción o un producto necesite para cumplir con los parámetros de calidad.

¿Qué es el Aluminio?

Es un elemento de color plateado, muy ligero y de fácil manejo, además de ser muy resistente a la corrosión, es no tóxico y es un buen conductor termal.

El aluminio es aleado con pequeñas cantidades de cobre, magnesio, silicona, manganeso y otros elementos para mejorar su fuerza y utilidad.

Efectos en la Salud

Este elemento se considera como no tóxico, y a pesar de tener un conocimiento muy claro de su metabolismo, no ha sido identificado. Se debe tener en cuenta que el cuerpo humano está considerablemente expuesto a este elemento debido a su abundancia en el medio ambiente, sin embargo, grandes cantidades de aluminio administradas de manera oral pueden provocar irritación en el tracto gastrointestinal.

Reportes de altas concentraciones de este elemento en algunas regiones cerebrales de pacientes que murieron de la enfermedad de Alzheimer crearon evidencia circunstancial que ha impulsado a la investigación de posibles intervenciones del aluminio en el proceso de envejecimiento y la enfermedad de Alzheimer.

En pacientes tratados con diálisis crónica ha sido asociado el elemento con el síndrome encefalopático y se considera como un agente etiológico.

¿Cómo se remueve del agua?

El intercambio iónico y la desmineralización son algunos métodos potenciales para remover este elemento del agua en algunos casos especiales. En las plantas de tratamiento, normalmente se agrega aluminio al agua durante el proceso de coagulación, eso significa que hay mayores concentraciones del elemento en el agua tratada que en el agua cruda. Cuando los niveles de aluminio están por encima de 0.1 mg/L en los sistemas de distribución, el agua se puede teñir. Esto es también una indicación de problemas de tratamiento del líquido. (Falta de control de pH, mala coagulación y rupturas en la filtración.) La ósmosis inversa también es un método para la eliminación del aluminio del agua.

Los cationes (iones cargados positivamente) y aniones (iones cargados negativamente) se forman cuando un metal pierde electrones, y los no metales ganan esos electrones. La atracción electrostática entre positivos y negativos atrae las partículas entre sí y crea un compuesto iónico, por ejemplo el cloruro de sodio.

Un metal reacciona con un no metal para formar un enlace iónico. A menudo se puede determinar la carga por un ion que normalmente ha tenido por la posición del elemento en la tabla periódica:

  • Los metales alcalinos (los elementos IA) pierden un electrón para formar un catión con una carga 1+.
  • Los metales alcalinos de la tierra (los elementos IIA) pierden dos electrones para formar un catión 2+.
  • El aluminio, un miembro de la familia IIIA, pierde tres electrones para formar un catión 3+.
  • Los halógenos (elementos VIIA) tienen siete electrones de valencia. Todos los halógenos ganan un electrón para llenar su nivel de energía de valencia. Y todos ellos forman un anión con una sola carga negativa.
  • Los elementos VIA ganan dos electrones para formar aniones con una carga 2-.
  • Los elementos VA ganan tres electrones para formar aniones con una carga de 3-.

La primera tabla muestra la familia, elemento, y el nombre de iones para algunos cationes monoatómicos (un átomo) más comunes. El segundo cuadro muestra la misma información para algunos aniones monoatómicos más comunes.

Algunos cationes nanoatómicos más comunes

Familia

Elemento

Nombre del Ion

IALitioCatión litio
SodioCatión Sodio
PotasioCatión potasio
IIABerilioCatión berilio
MagnesioCatión magnesio
CalcioCatión calcio
EstroncioCatión estroncio
BarioCatión Bario
IBPlataCatión plata
IIBZincCatión Zinc
IIIA AluminioCatión Aluminio

 

Algunos aniónes nanoatómicos más comunes

Familia

Elemento

Nombre del Ion

VANitrogenoAnión nitruro
FósforoAnión fosfuro
VIAOxigenoAnión óxido
AzufreAnión sulfuro
VIIAFlúorAnión fluoruro
CloroAnión cloruro
BromoAnión bromuro
YodoAnión yoduro

Es más difícil determinar el número de electrones que los miembros de los metales de transición (las familias B). De hecho, muchos de estos elementos pierden un número variable de electrones de manera que formen dos o más cationes con diferentes cargas.

La carga eléctrica que un átomo alcanza a veces se le llama: estado de oxidación. Muchos de los iones de metales de transición tienen diferentes estados de oxidación. La siguiente tabla muestra algunos metales de transición comunes que tienen más de un estado de oxidación.

Algunos metales comunes con más de un estado de oxidación.

Familia

Elemento

Nombre del Ion

VIBCromoCromo (II) o cromoso
Cromo (III) o crómico
VIIBManganesoManganeso (II) o manganoso
Manganeso (III) o  mangánico
VIIIBFierroFierro (II) o ferroso
Fierro (III) o férrico
CobaltoCobalto (II) or cobaltoso
Cobalto (III) o cobaltico
IBCopperCobre (I) o cuproso
 Cobre (II) o cúprico
IIBMercurioMercurio (I) o mercurioso
Mercurio (II) o mercurico
IVAEstañoEstaño (II) o estañoso
Estaño (IV) o estañico
PlomoPlomo (II) o plomoso
Plomo (IV) o plúmbico

Observe que estos catiónes pueden tener más de un nombre. La actual forma de nombrar los iones es utilizar el nombre de metal, tales como cromo, seguido entre paréntesis por la carga iónica escrito como un número romano, tal como (II).

Símbolo del arsénico

¿Qué es el arsénico?

El arsénico es un elemento químico cuyo símbolo es As de color blanco-plateado cristalino y semi-metálico.
Peso atómico 74.922
Número atómico 33

Es inodoro e insípido. Entra en el agua potable de los depósitos naturales de la tierra o de las prácticas agrícolas e industriales.

Efectos no cancerosos pueden incluir engrosamiento y decoloración de la piel, dolor de estómago, náuseas, vómitos; diarrea; entumecimiento en las manos y los pies; parálisis parcial; y la ceguera. El arsénico se ha relacionado con el cáncer de la vejiga, los pulmones, la piel, los riñones, las vías nasales, el hígado y de próstata.

La EPA en EU ha establecido la norma de arsénico del agua potable en 0.010 partes por millón (10 partes por mil millones) para proteger a los consumidores de los sistemas públicos de los efectos de largo plazo, la exposición crónica al arsénico.

Intoxicación por arsénico en el agua.

Arsenito inorgánicos (arsénico (III)) en el agua potable tienen una toxicidad aguda muy superior que el arseniato orgánica (arsénico (V)). La dosis letal mínima aguda del elemento en adultos se estima en 70 a 200 mg o 1 mg/kg/día

La intoxicación crónica de beber agua de pozo contaminada durante un largo período de tiempo. Muchos acuíferos contienen alta concentración de sales del elemento. La Organización Mundial de la Salud recomienda un límite de 0,01 mg / L (10 ppb) de arsénico en el agua potable. Esta recomendación se estableció con base en el límite de detección para la mayoría de los laboratorios de pruebas de equipos en el momento de la publicación de las directrices de calidad del agua de la OMS. Hallazgos más recientes muestran que el consumo de agua con niveles tan bajos como 0,00017 mg / L (0.17ppb) durante largos períodos de tiempo puede conducir a arsenicosis.

Los síntomas de envenenamiento incluyen dolor abdominal, diarrea, vómitos, orina oscura, deshidratación, vértigo, delirio, shock y la muerte.

Uno de los peores incidentes de envenenamiento por arsénico a través del agua, así ocurrió en Bangladesh, que la Organización Mundial de la Salud denomina «intoxicación masiva más grande de una población en la historia.»

Técnicas mineras tales como fracturación hidráulica pueden movilizar el arsénico en el agua subterránea y los acuíferos debido a la mejora de los transportes metano y los cambios resultantes en las condiciones redox, e inyectar el fluido que contiene arsénico adicional.

¿Cuáles son los métodos utilizados para el tratamiento de agua con contenido de arsénico?

La US EPA (US Environmental Protection Agency) todavía no ha determinado la mejor tecnología para remover el arsénico en el agua. Pero se han realizado algunos estudios para reducir las concentraciones de arsénico por debajo de los niveles de 0.20 µg/L.

Hay seis tratamiento posibles bajo ciertas características del agua que pueden bajar los niveles de arsénico:

Puede ponerse en contacto con nosotros para dar solución a contaminación de agua con arsénico

Fuente:

Organización EPA de US.

C

¿Qué es el carbón activado?

El carbón activado o carbón activo es carbón poroso que atrapa compuestos, principalmente orgánicos, presentes en un gas o en un líquido. Lo hace con tal efectividad, que es el purificante más utilizado por el ser humano.

Los compuestos orgánicos se derivan del metabolismo de los seres vivos, y su estructura básica consiste en cadenas de átomos de carbono e hidrógeno. Entre ellos se encuentran todos los derivados del mundo vegetal y animal, incluyendo el petróleo y los compuestos que se obtienen de él.

A la propiedad que tiene un sólido de adherir a su paredes una molécula que fluye, se le llama “adsorción”. Al sólido se le llama “adsorbente” y a la molécula, “adsorbato”.

Después de la filtración -que tiene por objeto retener sólidos presentes en un fluido-, no existe un sólo proceso de purificación con más aplicaciones que el carbón activado. Entre ellas están:

  • Potabilización de agua (el carbón retiene plaguicidas, grasas, aceites, detergentes, subproductos de la desinfección, toxinas, compuestos que producen color, compuestos originados por la descomposición de algas y vegetales o por el metabolismo de animales…)
  • Deodorización y purificación de aire (por ejemplo, en respiradores de cartucho, sistemas de recirculación de aire en espacios públicos, venteos de drenajes y plantas de tratamiento de agua, casetas de aplicación de pinturas, espacios que almacenan o aplican solventes orgánicos…)
  • Tratamiento de personas con intoxicación aguda (el carbón activado se considera el “antídoto mas universal”, y se aplica en salas de urgencias y hospitales)
  • Refinación de azúcar (el carbón retiene las proteínas que dan color al jugo de caña; el objetivo fundamental de este proceso es evitar que el azúcar fermente y se eche a perder)
  • Decoloración de aceites vegetales (como el de coco), glucosa de maíz y otros líquidos destinados a la alimentación
  • Decoloración y deodorización de bebidas alcohólicas (como vinos de uva y destilados de cualquier origen)
  • Recuperación de oro (el oro que no se puede separar de los minerales por los procesos de flotación, se disuelve en cianuro de sodio y se adsorbe en carbón activado)

¿Qué le da al carbón activado la propiedad de adsorber, principalmente moléculas orgánicas?

Cualquier partícula de carbón tiene la capacidad de adsorber. Es por ello que algunas personas colocan carbón de leña en el refrigerador para eliminar los olores. Lo mismo sucede si se coloca carbón en un recipiente con agua: elimina color, sabor y olor. O bien, en el campo, las personas queman tortilla y la ingieren para aliviarse de problemas digestivos (como infecciones ligeras, indigestión o flatulencia).

Activar un carbón consiste en hacerlo poroso para ampliar su capacidad de adsorción. Un gramo de carbón de leña tiene un área superficial de alrededor de 50 m2. Con la activación, ésta llega a 600 u 800 m2. Es decir, aumenta entre 12 y 16 veces.

Los átomos de carbono que forman un sólido al que llamamos “carbón”, se ligan entre sí mediante uniones de tipo covalente. Cada átomo comparte un electrón con otros cuatro átomos de carbono (hay que recordar que en las uniones iónicas, el átomo más electronegativo le roba uno o más electrones al otro).

Los átomos que no están en la superficie, distribuyen sus cuatro uniones en todas las direcciones. Pero los átomos superficiales, aunque están ligados con otros cuatro, se ven obligados a hacerlo en menor espacio, y queda en ellos un desequilibrio de fuerzas. Ese desequilibrio es el que los lleva a atrapar una molécula del fluido que rodea al carbón.

La fuerza con la que el átomo superficial de carbono atrapa a la otra, se llama “Fuerza de London”, que es uno de los siete tipos de “fuerzas de Van der Waals”. Se considera una unión fisicoquímica, suficientemente fuerte para retener al adsorbato, pero no tan fuerte como para considerarla una unión química irreversible que forma una nueva estructura molecular. Por ello, la adsorción es reversible y el carbón activado puede reactivarse para utilizarse de nuevo.

Como dijimos, las moléculas que adsorbe el carbón tienden a ser covalentes; no iónicas, pues estas últimas tratarían de robar o de donar electrones a los átomos de carbono. Las uniones entre átomos de carbono e hidrógeno son covalentes, y es por ello que el carbón es un buen adsorbente de moléculas orgánicas.

No todas las moléculas orgánicas tiendan a ser covalentes. Suelen contener átomos de oxígeno, azufre y otros de alta electronegatividad, que dan tendencia iónica a la parte de la molécula que los contiene. Por otro lado, no todas las moléculas inorgánicas tienden a ser iónicas; también las hay de tendencia covalente. Tal es el caso del dicianuro de oro, que hace del carbón activado una parte esencial del proceso de extracción de este metal precioso.

¿A partir de qué materias primas puede obtenerse un carbón activado?

En teoría, podría activarse cualquier partícula de carbón. No obstante, si el carbón está muy ordenado (como es el caso del diamante o el grafito), es difícil eliminar algunos átomos de carbono para generar poros.

Una manera de clasificar carbones, se basa en el grado de “coquización” u ordenamiento de sus átomos de carbono. Mientras menos ordenados, el carbón es menos duro y puede activarse con mayor facilidad.

Las materias primas más utilizadas para fabricar carbón activado son: maderas poco duras (como la de pino), carbones minerales (ligníticos, bituminosos y de antracita) y cáscaras o huesos de vegetales (concha de coco, hueso de aceituna o de durazno, cáscara de nuez).

Los carbones activados fabricados a partir de maderas poco duras, forman poros de diámetro grande, y son particularmente adecuados para decolorar líquidos.

Los que se fabrican a partir de carbones minerales, tienden a formar una amplia gama de poros; suelen ser más adecuados para aplicaciones en las que los compuestos que buscan retenerse son de distintos tamaños moleculares.

Los que parten de cáscaras o huesos duros, forman poros pequeños, y se aplican en el tratamiento de gases o en la potabilización de aguas que provienen de pozos.

Carbón de concha de coco

¿Qué forma física tiene un carbón activado?

El carbón puede producirse en forma de polvo, de gránulos o de pelets cilíndricos.

El polvo sólo se aplica en la purificación de líquidos; el carbón se dosifica en un tanque con agitación y luego se separa del líquido por medio de un filtro adecuado para retener partículas pequeñas (como es el filtro prensa).

En el caso del carbón granular, se produce en diferentes rangos de partícula, que se especifican con base en la granulometría o número de malla. Una malla 4, por ejemplo, es la que tiene cuatro orificios en cada pulgada lineal. Se aplican, tanto en la purificación de líquidos como de gases.

Los pelets se aplican normalmente en el tratamiento de gases, ya que su forma cilíndrica produce una menor caída de presión.

Para el caso de que se desea un carbón granular o pelet, si la materia prima no es suficientemente dura, se puede reaglomerar con un agente ligante que le imparte dureza para evitar que se rompa al paso del fluido.

¿Cómo se activa un carbón?

El carbón puede activarse mediante procesos térmicos o químicos. Los procesos térmicos consisten en provocar una oxidación parcial del carbón, para lograr que se formen los poros, pero evitando que se gasifique y se pierda más carbón del necesario. Esto ocurre a temperaturas que están entre los 600 y los 1100 °C, y en una atmósfera controlada (que se logra mediante la inyección de una cantidad adecuada de vapor de agua o de nitrógeno).

Los procesos químicos parten de la materia prima antes de carbonizarse. Los reactivos son agentes deshidratantes (como ácido fosfórico) que rompen las uniones que ligan entre sí a las cadenas de celulosa. Después de esta etapa, el material se carboniza a una temperatura relativamente baja (de unos 550 °C) y luego se lava para eliminar los restos de reactivo y de otros subproductos.

Los hornos en los que se activa un carbón térmicamente o en los que se carboniza un carbón previamente tratado con un químico, pueden ser rotatorios o verticales (de etapas).

¿Cuál es la capacidad de adsorción del carbón activado?

La capacidad de un carbón activado para retener una sustancia determinada no sólo está dada por su área superficial, sino por la proporción de poros cuyo tamaño sea el adecuado, es decir, un poco adecuado tiene un diámetro de entre una y cinco veces la molécula de que se va a adsorber.

Si se cumple esta condición, la capacidad de un carbón activado puede ser de entre el 20% y el 50% de su propio peso.

¿Cómo elimina el carbón activado el cloro libre presente en el agua?

La decloración consiste en un mecanismo complicado que puede seguir distintos caminos de reacción en los que el CA puede intervenir como reactivo o como catalizador.
El cloro libre puede adicionarse al agua en forma de cloro gas, solución de hipoclorito de sodio, o tabletas -gránulos- de hipoclorito de calcio.

En cualquiera de estos casos, el cloro queda disuelto en forma de ácido hipocloroso (HOCl), un ácido débil que tiende a disociarse parcialmente.

Las distribución entre ácido hipocloroso y ión hipoclorito depende del pH y de la concentración de estas especies. A ambas formas moleculares se les define como cloro libre.

Las dos son fuertes oxidantes que al ser adicionados al agua reaccionan de manera casi inmediata con impurezas orgánicas e inorgánicas, y ejercen un efecto biocida en los microorganismos.

El cloro que reacciona y el que interviene en esta etapa de desinfección, deja de ser libre y queda combinado y deja de ser libre. Una vez terminada esta etapa, es necesario eliminar el cloro libre residual, mediante carbón activado granular.

Cuando el carbón se expone al cloro libre, se llevan a cabo reacciones en las que el HOCl o el OCl- se reducen a ión cloruro. Dicha reducción es el resultado de distintos caminos de reacción posibles.

En dos de los más comunes, el CAG actúa de acuerdo con las siguientes reacciones:

 

En donde C* representa al carbón activado. C*O y C*O2 son óxidos superficiales, que poco a poco van ocupando espacios que, al quedar bloqueados, ya no participan en la reacción. Algunos de estos óxidos se liberan hacia la solución como CO y CO2. Esto vuelve a dejar espacios disponibles que por lo tanto aumentan la capacidad del CAG para esta reacción.

 

En cuanto al , también se acumula en la superficie del carbón durante los primeros momentos de operación. Al seguir llegando HOCl o a la superficie del carbón, la reacción se hace un poco más lenta, y entonces se empieza a liberar el . Esta disminución de velocidad se debe al envenenamiento del carbón con los óxidos superficiales. Dicho envenenamiento continúa de manera gradual, mientras disminuye la capacidad, tanto de adsorción como de decloración del CA.

 

En las reacciones anteriores puede intervenir en lugar de HOCl, con la diferencia que no se produce H+. Puede observarse que el CA reacciona y por lo tanto desaparece. Si no hubiera acumulación de óxidos superficiales, la reacción continuaría hasta la desaparición completa del carbón.

¿Qué tipo de carbón es el más adecuado para decolorar?

Los colores que se manifiestan en líquidos suelen ser moléculas de tamaño relativamente grande. Por lo tanto, se adsorben en poros grandes, lo que hace que los carbones más adecuados para retenerlos sean los de mayor macroporosidad.

Los carbones de madera, particularmente los de maderas no muy duras (como pino) que se activan químicamente, son los más macroporosos y, por lo tanto, son los más adecuados para decolorar.

El problema de estos carbones es que son poco duros y poco resistentes a la abrasión, lo que obliga a aplicarlos en forma de polvo. Cuando se requiere que el carbón decolorante sea granular, la mejor alternativa suele ser un carbón de lignita. Es el carbón mineral de mayor macroporosidad.

¿Qué tipo de carbón activado es el más adecuado para potabilizar agua?

Los contaminantes típicamente presentes en aguas de pozo suelen ser de bajo peso molecular y, para estos casos, el carbón más adecuado es uno de alta microporosidad.

Los carbones que mejor cumplen con esta condición son, en primer lugar, los de concha de coco y, posteriormente, los minerales bituminosos.

¿Por qué varía el pH del agua cuando se instala un carbón virgen?

Cuando un carbón se activa químicamente, es impráctico e innecesario que el fabricante elimine del producto final todo el químico utilizado. Por lo tanto, si el químico fue un ácido, disminuirá el pH de los primeros litros de agua que entran en contacto con el carbón. Ocurrirá lo contrario si el químico utilizado fue un álcali.

En el caso de un carbón activado térmicamente (sin la presencia de otros químicos que no sean vapor de agua y gases de combustión), aumenta el pH de los primeros litros de agua que se trata con el mismo.

Esto se debe a que todos los vegetales tienen cantidades importantes de sodio, potasio, calcio y otros catiónes que, en el proceso de carbonización, permanecen en el carbón en forma de óxidos. Estos óxidos se convierten en hidróxidos al entrar en contacto con el agua, se disuelven en la misma y aumentan su pH.

Cuando no varía el pH de los primeros litros de agua que entran en contacto con un carbón, puede tratarse de un carbón de pH ajustado o de un carbón ultrapuro (libre de solubles).

¿Qué tipo de carbón activado es el más adecuado para purificar aire y gases?

Todos los contaminantes en estado gaseoso tienen diámetros moleculares menores a 2 nm. Esto significa que se adsorben preferentemente en microporos. Los carbones de concha de coco son los de mayor microporosidad y, por lo tanto, son los más usados en la purificación de aire y gases.

Existen los carbones activados de estructura modificada, carbón activado especial, que se utilizan cuando un carbón activado estándar no puede retener otros compuestos no orgánicos.

Bacterias en el carbón activadoBacterias en el carbón activado.

Estudios realizados en lechos empacados con carbón activado en equipos adsorbedores de plantas de tratamiento de agua y en columnas piloto, han mostrado un rápido crecimiento de la población de bacterias. Este veloz desarrollo es el resultado de varios factores: Por un lado, el carbón destruye el cloro libre por reacción química en la que lo convierte en ion cloruro que es inocuo. Dicha reacción es muy rápida, por lo que el cloro libre desaparece en los primeros centímetros de la cama. Esto significa que, en el resto de la cama, y en la tubería de descarga, el agua queda desprotegida del cloro libre que es el agente bactericida.

Por otro, el carbón atrapa materia orgánica a lo largo de toda la cama de carbón. Esto significa que el carbón va concentrando materia que es alimento para los microorganismos.

Por otro, el carbón proporciona una superficie rugosa y agrietada, que es muy adecuada para la fijación y proliferación bacteriana. Por lo tanto, el crecimiento bacteriano es una consecuencia inevitable en la operación de equipos adsorbedores de carbón activado. Tarde o temprano, inciden bacterias en la cama de carbón, que generalmente provienen de la tubería de descarga, entre el adsorbedor de carbón activado y el primer equipo esterilizador (lámpara de UV u ozonizador), en caso de que éste exista.

Es típico, por ejemplo, que las bacterias incidan por las tomas para muestreo de agua.

Existen varios procedimientos de sanitización para el control bacteriano en camas de carbón activado, mismos que deben efectuarse periódicamente. La periodicidad dependerá de la eficacia en la sanitización, de las condiciones de los equipos y de las condiciones bacteriológicas del área en la que se localiza el proceso.

Es difícil lograr una sanitización completa, y cada método tiene sus limitaciones y sus efectos indeseables, tanto para el carbón como para el equipo. Por lo tanto, el personal que opera las plantas que utilizan carbón activado, requiere experiencia y destreza.

Para los casos del carbón que se aplica en hogares y en comercios, la sanitización no es práctica. Una mejor solución es la aplicación de carbones bacteriostáticos. Consisten en carbones activados impregnados con platametálica. La plata evita el desarrollo microbiano y evita la necesidad de sanitizar.

Fuente: Microbial Activity on Filter-Adsorber. AWWA Research Foundation, USA1992.

Para que se utiliza el carbón activado

¿Para qué sirve el carbón activado?

Como vimos en el post de ¿Qué es el carbón activado? este material adsorbe en su superficie materia orgánica de cierto peso molecular, por lo que su uso es muy variado.

Algunas de las aplicaciones más comunes del carbón activo son:

  • Remoción de impurezas que le dan color, olor y sabor al agua potable
  • Destrucción del cloro, ozono y otros oxidantes del agua potable.
  • Proceso de descafeinado del café
  • Decoloración de azúcar (azucar refinada), mieles, caramelos…
  • Decoloración de licores, jugos, vinagres…
  • Purificante de bebidas destiladas (tequila, mezcal..) para eliminar ciertas moléculas indeseables en un perfil organoleptico.
  • Tratamiento de agua en procesos industriales.
  • Tratamiento terciario de aguas residuales
  • Purificación de aire y gases industriales
  • Respiradores de cartucho (Mascarillas para gases)
  • Eliminación de olores en lugares cerrados: cocinas, bodegas, refrigeradores, etc
  • Purificación de aire comprimido (tanques de buceo y hospitales)
  • Tratamiento contra intoxicaciones agudas
  • Tratamiento de llagas, quemaduras, o heridas, con apósitos de carbón activado impregnado con plata
  • Recuperación de oro, plata y otros metales
  • Preparación de alimentos.
  • Purificante en el proceso de fabricación de medicamentos.

Carbón activado bacteriostático

Una de las principales aplicaciones del carbón activado granular es la potabilización de agua. Su función es la retención de contaminantes orgánicos y la eliminación, por reacción química, del cloro libre residual que permanece en el agua después de la etapa de desinfección.

La eliminación del cloro libre se lleva a cabo en los primeros centímetros de la cama de carbón, por lo que en el resto de ésta, ya no existe protección contra el desarrollo bacteriano. Tarde o temprano, pueden incidir bacterias que provienen de un influente mal desinfectado, o de algún punto de la tubería del efluente.

Esto sucede, principalmente cuando no circula el agua, mientras el equipo está fuera de servicio. Las bacterias se reproducen, y convierten la cama de carbón en un foco de contaminación.

Con el objeto de inhibir el desarrollo bacteriano, se impregna la superficie del carbón con plata metálica. Al carbón resultante se le denomina bacteriostático.

Efectos de la plata en la salud humana

La plata tiene efectos negativos en el hombre, únicamente en muy altas dosis. En casos de ingestión crónica de este metal (dosis de ingestión promedio diarias de 0.14 g por Kg. de peso corporal, durante 70 años) puede provocar argiria, que consiste en una coloración, irreversible, azul grisácea de la piel. Este efecto no altera ningún órgano funcional, y por lo tanto se considera como un defecto cosmético.

No se han encontrado efectos mutagénicos o carcinogénicos, y por lo tanto, la plata no se ha clasificado como carcinógeno.

Originalmente, la Organización Mundial de la Salud recomendó que el agua potable no contuviera
más de 0.05 partes por millón de este elemento. La legislación de diversos países, en materia de salud, fijó este valor como el máximo permisible para el agua potable. Actualmente, debido a las evidencias de su relativa inocuidad, los límites máximos permisibles se han hecho más laxos, y por ejemplo, en los Estados Unidos y en México, dicho valor es de 0.1 mg/litro.

Con el objeto de cumplir con las normas de agua potable, es importante que la plata impregnada en carbón activado se encuentre suficientemente bien ligada a éste, para evitar su desprendimiento hacia el agua. Dicho desprendimiento, además de provocar el incumplimiento de la norma, significa que el carbón perderá su protección bacteriostática en menor tiempo.

MÉTODOS DE IMPREGNACIÓN DE PLATA EN CARBÓN ACTIVADO

No todos los métodos de impregnación de plata en carbón activado logran una buena fijación de este metal. Básicamente se conocen tres métodos: el de plata coloidal, el químico y el electroquímico.

El método de plata coloidal, consiste en preparar una solución en la que la plata se encuentra como un coloide. Un coloide es un estado físico que se encuentra en el límite entre un sólido suspendido y uno disuelto. La solución de plata coloidal tiene la apariencia de una pintura plateada. Con ésta se baña el carbón activado, de manera que la plata se aplica como una capa de pintura. Desafortunadamente, la plata no queda suficientemente fija, y por lo tanto se desprende con facilidad hacia el agua.

Por lo anterior, en los Estados Unidos se ha declarado inaceptable el método de impregnación con
plata coloidal.
El método de impregnación química, consiste en una reacción entre plata iónica disuelta en una solución acuosa, y carbón sometido a una pre-oxidación. Es una reacción de reducción a alta temperatura, en la que la plata se liga químicamente con el carbón.

Con el método de impregnación química se logra una buena fijación, por lo que está permitido tanto en los Estados Unidos como en Europa y Japón. Sin embargo, siempre existe una pequeña proporción de plata que se desprende hacia el agua tratada. Por lo tanto, el carbón permanece como bacteriostático durante un período de tiempo relativamente corto. Finalmente, el método electroquímico, consiste en la depositación de la plata en la superficie del carbón por medio de una corriente eléctrica que provoca la reducción de la plata. Este método logra una

mucho mejor fijación metal-carbón, por lo que se considera el método más aceptable.

Método de prueba:

  1. Se utilizó agua de ósmosis inversa.
  2. La prueba se realizó en una columna de 5 cm. de diámetro. La cama de carbón tuvo una altura de 20 cm. El volumen de la cama fue de 0.393 dm3, y la cantidad de carbón fue de 216 gramos. El flujo de agua fue de 1.57 litros/min.
  3. El carbón utilizado fue BIOSTAT 20×50, impregnado con 0.1 % de plata metálica

 

DIFERENCIA ENTRE UN AGENTE BACTERICIDA Y UNO BACTERIOSTÁTICO

Un agente bactericida es aquel que se aplica en un fluido con el objeto de aniquilar las bacterias contenidas en el mismo. Ejemplos de agentes bactericidas para la potabilización de agua son el cloro, el yodo, el ozono, el dióxido de cloro, las cloraminas y los iones de plata. Estos últimos se dosifican por electrólisis, a partir de un ánodo de plata, en el que una corriente eléctrica provoca la oxidación del metal, el cuál se desprende hacia el agua en su estado iónico (Ag+).

Por el contrario, un agente bacteriostático no se dosifica hacia el fluido, sino que queda fijo en el sólido. Por lo tanto, el carbón impregnado con plata, es bacteriostático pero no es bactericida. Es decir, cumple la función de inhibir el desarrollo bacteriano en su superficie, pero no garantiza la aniquilación de microorganismos en caso de que éstos sean acarreados por el agua en concentraciones relativamente altas.

MÉTODO PARA EL ANÁLISIS CUANTITATIVO DEL CONTENIDO DE PLATA IMPREGNADA EN CARBÓN ACTIVADO

La fijación de plata por medio de los métodos químico y del electroquímico, no es sencilla debido a la dificultad con la que ésta puede desprenderse de la superficie de carbón para extraerse en un líquido en el que se pueda analizar la concentración de la misma.
Para lograr un buen análisis es necesario una doble extracción: en primer lugar, con una solución de ácido nítrico, a reflujo. En segundo lugar, con solución de hidróxido de amonio, también a reflujo.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
1. De Zuane, J.: HANDBOOK OF WATER QUALITY, 2ª. Ed., Wiley, N.Y., 1997
2. Budavari, S. (Ed.): THE MERCK INDEX, 12ª. Ed., Merck & Co., Inc., N.J., 1996
3. Groso, G.: EL CARBON ACTIVADO GRANULAR EN EL TRATAMIENTO DEL AGUA, Aconcagua,
México, 1997
4. Nalco: MANUAL DEL AGUA, Tomo III, Mc Graw Hill, México, 1989
5. U.S.E.P.A., Office of Water: “SILVER. Drinking Water Health Advisory”, Abril 1991

DECLORACIÓN CON CARBÓN ACTIVADO GRANULAR

Una de las principales aplicaciones del carbón activado es la decloración, o eliminación de cloro libre del agua.

Dicho compuesto no procede de las fuentes naturales de abastecimiento, tales como pozos, ríos o lagos. Tampoco es un contaminante, sino que es un químico que se agrega al agua, principalmente como desinfectante, y en ocasiones para controlar olor y sabor, controlar el crecimiento biológico o eliminar amoniaco.

La decloración consiste en un mecanismo complicado que puede seguir distintos caminos de reacción en los que el CA puede intervenir como reactivo o como catalizador. El cloro libre puede adicionarse al agua en forma de cloro líquido, solución de hipoclorito de sodio, o tabletas o gránulos de hipoclorito de calcio. En cualquiera de estos casos, el resultado es el mismo, quedando el cloro disuelto en forma de ácido hipocloroso (HOCl), un ácido débil que tiende a disociarse parcialmente, como sigue:

HOCl         H+ OCl

Las distribución entre ácido hipocloroso y ion hipoclorito (OCl) depende del pH y de la concentración de estas especies. Aambas formas moleculares se les define como cloro libre. Las dos son fuertes oxidantes que al ser adicionados al agua empiezan por reaccionar de manera casi inmediata con impurezas orgánicas e inorgánicas y susceptibles de oxidarse. El cloro que reacciona en esta etapa deja de ser libre y pasa a ser combinado. El restante, requiere de algún tiempo, que puede ir de unos cuantos segundos a varias decenas de minutos, según su concentración, para ejercer un efecto biocida en los microorganismos. Se cree que la toxicidad del cloro libre radica en la reacción de éste con el sistema enzimático de las células.

El cloro que interviene en esta etapa de desinfección, también se combina y deja de ser libre. Una vez terminada esta etapa, es necesario eliminar el cloro libre residual, no sólo porque es tóxico para el ser humano, sino porque imparte un mal sabor y olor al agua, interfiere con procesos industriales, daña a la mayoría de las resinas de intercambio iónico utilizadas en los suavizadores y en los desmineralizadores, y afecta a las membranas de ósmosis inversa.

Aunque se han desarrollado varios procesos para disminuir los niveles de cloro libre en agua, la decloración en un lecho fijo de carbón activado granular (CAG) ha sido el más rentable, y por lo tanto el más común. Se trata de un tanque cilíndrico vertical con una cama de CAG por la que se hace circular el agua.

Cuando el carbón se expone al cloro libre, se llevan a cabo reacciones en las que el HOCl o el OCl se reducen a Ion cloruro (Cl ). Dicha reducción es el resultado de distintos caminos de reacción posibles. En dos de los más comunes, el CAG actúa como un agente reductor, de acuerdo con las siguientes reacciones:

HOCl + C*    C*O + H+ Cl

2 HOCl + C*   C*O2 + 2 H + 2 Cl
en donde C* representa al carbón activado. C*O y C*O2 son óxidos superficiales, que poco a poco van ocupando espacios, que al quedar bloqueados, ya no participan en la reacción. Algunos de estos óxidos se liberan hacia la solución. Esto vuelve a dejar espacios disponibles que por lo tanto aumentan la capacidad del CAG para esta reacción de reducción. En cuanto al Cl, también se acumula en la superficie del carbón durante los primeros momentos de operación. Al seguir llegando HOCl o OCl a la superficie del carbón, la reacción se  hace un poco más lenta, y entonces se empieza a liberar el Cl. Esta disminución de velocidad se debe a la ocupación de espacios por los óxidos superficiales. Dicha ocupación continúa de manera gradual, mientras disminuye la capacidad, tanto de adsorción como de decloración del CA.

En las reacciones anteriores, puede intervenir el OCl , en lugar del HOCl, con la diferencia de que no se produce H+. Puede observarse que el carbón activado reacciona y por lo tanto desaparece. Si no hubiera acumulación de óxidos superficiales, la reacción continuaría hasta la desaparición completa del carbón.
Otro camino de reacción, en el que el carbón actúa solamente como catalizador, es el siguiente:

3 HOCl  C   HClO3 + 2 H+ + 2 Cl

Éste se favorece cuando un porcentaje importante de la superficie del CAG ya está saturada. Por otro lado, existen muchas otras posibles reacciones, algunas de las cuáles se llevan a cabo entre el cloro libre y los óxidos superficiales que estaban presentes en el carbón desde antes de su aplicación. Cada una de ellas puede formar otros grupos más complejos, con la subsecuente liberación de H+ y Cl . Un ejemplo de éstas es:

C*OH + OCl         C*OO + H+ + Cl
Con todo lo anterior, se observa que la decloración es una operación compleja, en la que el CAG actúa como quimiadsorbente. Se han desarrollados varias expresiones matemáticas que intentan describir la decloración en camas de carbón, pero ninguna de ellas ha sido suficientemente precisa.

Hay que aclarar que al mismo tiempo que el CAG actúa como declorador, adsorbe la materia orgánica presente en el agua. Por lo tanto, a mayor contaminación orgánica, disminuye su tiempo de vida como declorador, y viceversa. También hay que mencionar que aún cuando el carbón siga eliminando todo el cloro libre, puede ya no estar reteniendo materia orgánica. Es decir, termina antes su capacidad de adsorción física de moléculas orgánicas que su capacidad para declorar. Muchas empresas potabilizadoras cuya agua contiene algunos contaminantes orgánicos, erróneamente deciden cambiar el carbón hasta que encuentran trazas de cloro libre en el efluente del declorador.

En las plantas de tratamiento de agua proveniente de pozo, el agua se clora a un concentración de entre 1 y 6 mg/l como cloro libre. Después del declorador, la máxima permisible suele ser menor a 0.1 mg/l. La capacidad mínima esperada para un CAG en los casos más difíciles de decloración es decir, en aquellos 3 en los que existe materia orgánica presente en el agua es de 400 m de agua tratada por kilogramo de
carbón.

Condiciones que afectan la decloración

  1. Al disminuir el tamaño de partícula del CAG, aumenta considerablemente la velocidad de difusión, y por lo tanto la velocidad de decloración. Como consecuencia, aumenta el tiempo de vida útil. El uso del menor tamaño de partícula posible, es la manera más sencilla y eficaz de lograr el mayor aprovechamiento del CAG.
  2. El pH del influente controla la forma del cloro libre en el agua. Cuando su valor es de 7.6, la mitad del cloro libre está presente como HOCl y la otra mitad como OCl . La reacción del HOCl con el carbón activado es mucho más rápida que la del OCl . Aun pH de 4, casi todo es HOCl y a un pH de 10, casi todo es OCl . Por lo tanto, mientras menor es el pH, la reacción es más rápida, y el resultado es un mayor tiempo de operación antes de detectar cloro libre en el efluente
  3. La velocidad de decloración aumenta al aumentar la temperatura, debido a que la viscosidad del agua disminuye, haciendo más rápida la difusión del cloro libre hacia la superficie del CAG. Como resultado, también se alarga la vida útil del carbón.
  4. Al aumentar la concentración de cloro libre en el influente, se satura el CAG en menor tiempo.
  5. Independientemente del valor que puedan tener las distintas condiciones anteriores, el CAG tiene una alta capacidad de decloración en relación con la de adsorción de contaminantes orgánicos. Por lo tanto, para el caso de los decloradores no se justifica la operación en múltiples columnas en serie, y la optimización debe concentrarse en la búsqueda de las condiciones de operación más apropiadas para un solo equipo.

¿Cuál es la diferencia entre un carbón activado mineral bituminoso y un lignítico?

PROPIEDADES FÍSICAS:
El carbón activado de origen bituminoso suele tener una área superficial mayor que el de origen lignítico, pero el lignítico tiene una mayor proporción de macroporos -diámetro mayor a 500 A-. El carbón bituminoso tiene una densidad mayor que la del lignítico.

Los contaminantes de aguas residuales son por lo regular una mezcla de moléculas grandes, medianas y chicas. En refinerías petroleras, empresas textiles, papeleras y de colorantes, predominan las moléculas grandes.
Por lo tanto, ya que el carbón lignítico tiene una mayor proporción de macroporos, es más eficiente que el bituminoso – comparando volúmenes iguales de cama-.

El carbón bituminoso tiene la mayor parte de su área superficial en el rango de microporos -diámetro menor a
20 A- en donde una molécula grande, como un colorante, no puede entrar, y por lo tanto no se adsorbe.

PROPIEDADES TÍPICASLIGNÍTICOBITUMINOSO
Área superficial total (m2 /g)600 – 650700 – 1000
Número de Yodo (mg/g)550 – 600700 – 950
Densidad aparente (g/cm3 ) 0.35 – 0.420.42 – 0.50
Volumen del poro (cm3 /g)1.00.85
Tamaño efectivo de partícula (mm)0.75 – 0.900.80 – 0.90
Humedad al empacar (% máx)124
Número de melazas (RE)100 – 12040 – 60
Contenido de cenizas (%)12 – 185 – 8
Radio medio del poro (A)3314

REACTIVACIÓN O REGENERACIÓN TÉRMICA:

En la reactivación térmica de los carbones bituminosos se pierde una parte del área superficial total. Esta pérdida se provoca por la ruptura de microporos, produciendo entre varios de éstos un macroporo, el cual es capaz de retener una macromolécula y con esto adquiere características semejantes a las de un carbón de origen lignítico. Entre más reactivaciones sufra un carbón bituminoso se parecerá más a un carbón lignítico (aunque no llega a ser igual).
Por otro lado, cuando se reactiva térmicamente un carbón lignítico, sus poros tienden a mantener su tamaño
original. Es decir, las propiedades de un carbón lignítico son muy parecidas entre uno virgen y uno reactivado. Asimismo, hay que mencionar que el fabricante de un carbón bituminoso virgen, puede lograr que éste adquiera poros grandes, a través de un incremento en la temperatura, del tiempo de residencia o del oxígeno en el horno de activación.

Durante la reactivación se generan mayor cantidad de pérdidas de material en el caso del carbón bituminoso que
en el lignítico. Además, el carbón lignítico se reactiva más fácil y rápidamente bajo las mismas condiciones. Esto se atribuye tanto al tamaño de los poros, que son más grandes, como al mayor contenido de cenizas, las cuales catalizan la activación o reactivación de carbones.

PROPIEDADES HIDRÁULICAS:

Ambos tipos de carbones, ya sean vírgenes o reactivados, ocasionan una caída de presión parecida en el líquido y la
expansión de cama de ambos también es similar.

En conclución, para aplicaciones en donde predominan macromoléculas, el carbón lignítico es más eficiente que el bituminoso, siempre y cuando el bituminoso no sea reactivado, o no haya sido fabricado de exprofeso para formarle poros grandes.

Un carbón bituminoso reactivado, tiene propiedades similares a las de un carbón lignítico. Este último no cambia sus propiedades al reactivarse.

En los casos en donde predominen las micromoléculas -olores, sabores, orgánicos de bajo peso molecular, compuestos volátiles y otros- el carbón bituminoso es mucho mejor que el lignítico.

Fuente: De John, P: «Carbon from Lignite or Coal: Which is Better?», Chem. Eng., April 26, 1975

¿Qué es un carbón activado de estructura modificada?

Existen dos tipos de carbones activados especiales:

A) Carbones ultra-puros para industria farmacéutica y semiconductores.

Estos carbones son:

Megapol LS

  • Carbón activado que cumple con las especificaciones de la farmacopea y que proveemos como materia prima a laboratorios farmacéuticos para tratamiento de intoxicaciones agudas.
  • Pure-Carb
  • Carbones ingeribles para la elaboración de alimentos, como quesos de cabra «con cenizas»

Carbones libres de cenizas

Estos carbones, por su contenido muy bajo de cenizas, presentan una temperatura de ignición muy superior a la de un carbón estándar lo que permite utilizarlos en recuperación de solventes (en ciclos de desorción in-situ con vapor de agua).
Carbones libres finos Para aplicaciones en las que éstos deben evitarse, como purificadores de agua domésticos, respiradores de cartucho químico o procesos de recuperación de oro.

B) Carbones de superficie modificada.

Son carbones impregnados que se destinan a la retención de sustancias que no adsorbe un carbón activadoestándar.

Estos carbones son:

Biostat :Impregnado con plata metálica como agente bacteriostático.
Vapacid Para quimisorber gases ácidos.
Carvacid Para retener vapores orgánicos y gases ácidos.
Carvapox Para quimisorber moléculas orgánicas oxidables (alcoholes, aldehídos, alquenos) de bajo peso molecular.
Vapamón Para quimisorber amoniaco y aminas de bajo peso molecular.
Vapomer Para quimisorber vapores de mercurio.

Cuándo cambiar el carbón activado

El carbón activado granular que se utiliza en los procesos de tratamiento de agua potable, tiene dos funciones: retener contaminantes orgánicos y eliminar el cloro libre residual que proviene de la etapa de desinfección previa.

Aunque ambas funciones son importantes, suele perderse de vista la primera, ya que, si el carbón activado falla en ella, no se notan a corto plazo los efectos negativos.

En cambio, si el carbón activado no declora bien el agua, ésta queda con el olor y el sabor que produce el cloro, y que es muy perceptible y desagradable. Por lo tanto, el criterio con el que suele evaluarse el  desempeño del carbón activado, es la ausencia de cloro libre en el agua tratada por éste.

Desafortunadamente, es mucho mayor la capacidad del carbón activado para eliminar cloro libre que para adsorber materia orgánica. Esto se debe a que la eliminación del cloro ocurre por una reacción química en la que el carbón es muy eficiente. Por lo tanto, cuando se espera hasta detectar cloro libre en el agua tratada, como criterio para cambiar el carbón activado, lo más probable es que mucho tiempo antes el carbón ha dejado de retener contaminantes orgánicos.

Dichos contaminantes orgánicos se encuentran presentes en todo cuerpo de agua natural: pozos, ríos, lagos, agua de deshielo… Muchos de ellos son sintéticos (no existían antes de la era industrial) y dañan al hombre ya que éste no se encuentra adaptado a ellos, pues no estuvieron presentes en el ambiente durante el largo periodo evolutivo de la especie humana. Las normas de agua potable establecen para ellos, niveles máximos permisibles que son del orden de partes por billón. Entre estos contaminantes están: benceno, tolueno, hexaclorobenceno, trihalometanos totales, todos los plaguicidas, Etc.

Supongamos que se clora agua de pozo hasta 1 mg/l de cloro residual, y que dicha agua tiene una DQO de 20 mg/l. Después de clorar, el agua se trata en un tanque con carbón activado granular, con un tiempo de contacto en cama vacía de 5 min, durante ocho horas por día, y seis días por semana. Dicha cama de carbón retendrá con eficacia los contaminantes orgánicos durante 12 meses. No obstante, eliminará completamente el cloro libre durante más de dos o tres años. Por lo tanto, no es correcto cambiar la cama de carbón hasta que el agua tratada por éste contenga un residual perceptible de cloro libre.

Como criterio práctico, se recomienda cambiar el carbón activado cada año. Y esto, desde el punto de vista económico, no tiene gran incidencia en el costo del agua tratada. Para el ejemplo mencionado, si el precio del carbón activado es de $ 35.00/kg, y éste se cambia al año, su costo por litro de agua tratada es de $ 0.0006 (es decir, 0.6 centavos por metro cúbico de agua).

Otra ventaja de cambiar el carbón activado al año, es que el cambio se hace de manera planeada, y se evita así que un día inesperado el agua tratada contenga cloro que vaya a dar al producto final o que obligue a parar el proceso en un momento inoportuno. El cambio del carbón, también permite inspeccionar interiormente el equipo que lo contiene y realizar las labores de mantenimiento originadas por las observaciones realizadas en dicha inspección (eliminar fugas en válvulas, renovar el recubrimiento epóxico de la superficie interna del tanque, retrolavar correctamente para evitar la petrificación de la cama de carbón, etc.).

Lo escrito en este boletín es la razón por la que todas las empresas internacionales que purifican agua potable, cambian el carbón activado una vez al año.

El carbón activado en el tratamiento de intoxicaciones

Aplicaciones médicas

Razones por las que el carbón activado adsorbe moléculas, principalmente de tipo orgánico. Existen en la naturaleza muy diversas formas de carbón puro. Algunos ejemplos son el diamante, el grafito, el negro de  humo, los carbones minerales o el simple carbón que se utiliza para asar carne. La diferencia entre cada uno de ellos está en la estructura que forman sus átomos de carbono.

Una de las principales características de todas las formas de carbón es su avidez por retener moléculas de líquidos, gases o vapores. A este fenómeno se le llama adsorción: el sólido, que en este caso es el carbón, es el adsorbente, y la molécula retenida es el adsorbato.

La adsorción en el carbón se debe a un desequilibrio de fuerzas que se genera en toda superficie formada por átomos de carbono. Este desequilibrio se debe a que los átomos de carbono tienden a formar sus cuatro enlaces perfectamente distribuidos en las tres coordenadas en el espacio. Ya que esto no sucede en los átomos de carbono que forman parte de la superficie sólida, éstos tienden a formar enlaces del tipo de Van der Waals, con las moléculas del fluido adyacente. De manera más específica, los enlaces entre el carbón y el adsorbato se llaman Fuerzas de London, que son las más comunes entre las seis fuerzas de Van der Waals que existen en la naturaleza.
Buscando aprovechar la propiedad adsorbente del carbón, el hombre ha encontrado la manera de producir carbones porosos con una enorme área superficial. Ya que la capacidad de adsorción depende de la superficie del sólido, al activar un carbón, aumenta su capacidad de adsorción.

A manera de comparación, un carbón de leña o un carbón mineral, tienen un área superficial de alrededor de 10 m2 por gramo; por otro lado, un carbón activado tiene un área superior a 500 m2 por gramo.
Como se mencionó anteriormente, el carbón tiende a atrapar todo tipo de moléculas. Sin embargo, presenta cierta selectividad ya que prefiere:

a) A las menos polares
b) A las de mayor peso molecular
c) A las menos solubles en agua
e) A las de moléculas más ramificadas

Por lo tanto, si el carbón se encuentra con una mezcla de moléculas, preferirá a aquellas que mejor cumplan con las características anteriores. Las moléculas orgánicas generalmente cumplen mejor que las inorgánicas con estas características. Por lo tanto, se considera que el carbón, activado o no, es un ADSORBENTE CASI UNIVERSAL DE MOLÉCULAS ORGÁNICAS. Un carbón activado adsorbe eficazmente moléculas cuyo peso molecular sea mayor que 55.
Lo anterior no significa que el carbón no adsorba sustancias inorgánicas. De hecho, el carbón adsorbe bien sustancias inorgánicas que no se disocian en medio acuoso. Esto se debe a que son las menos polares y las que, al no estar presentes como electrolitos cargados, son susceptibles de ligarse al carbón por medio de fuerzas de Van der Waals.

El proceso de adsorción es la razón por la que un pedazo de carbón de leña elimina los olores que desprenden los alimentos dentro de un refrigerador. También es la razón por la que, en la antigüedad, se colocaban pedazos de carbón en los barriles en los que almacenaban el agua potable, con el objeto de mantenerla libre del sabor que le impartía la madera. Y también es la razón por la que los campesinos ingieren tortilla carbonizada cuando se enferman del estómago (el carbón evita que el alimento en exceso o que el alimento intoxicado siga adsorbiéndose).
El carbón activado es un medio de purificación mucho más eficaz que un carbón sin activar. La capacidad de adsorción de un carbón activado está entre un 20 y un 90 por ciento de su propio peso. Es decir, 100 gramos de carbón activado retendrán entre 20 y 90 gramos de adsorbatos.

El carbón activado puede producirse a partir de cualquier material de origen vegetal o animal: madera, conchas de coco, bagazo de caña, carne, olotes, sangre, entre miles. También puede producirse a partir de carbones minerales, puesto que estos provienen a su vez de árboles y plantas.
Existen dos métodos de activación: el térmico y el químico. En el primero, se logra la formación de los poros o sometiendo el material previamente carbonizado a una temperatura cercana a los 1000 C y en una atmósfera saturada de  vapor de agua.

En el método químico, se inunda la materia prima en una solución de un compuesto deshidratante, tal como el cloruro de zinc o el ácido fosfórico. La deshidratación provoca que se separen entre sí las cadenas moleculares.
Posteriormente se calcina el material deshidratado a una temperatura relativamente baja, obteniéndose así un carbón que ya es poroso. Como último paso en este método, se requiere lavar el carbón para eliminar el compuesto químico activante; de esta manera, por un lado se recupera el químico, y por otra, se purifica el carbón dentro de lo posible.

El carbón activado en el tratamiento de intoxicaciones
Cuando una persona se intoxica debido a la ingestión de algún producto orgánico, el carbón activado puede salvarle la vida. Sin embargo, no cualquier carbón activado es el más eficaz para esta aplicación. El carbón debe cumplir con lo siguiente:

a) Ser microporoso
b) Ser, de preferencia, de origen vegetal
c) Ser, de preferencia, activado térmicamente

En cuanto a necesidad de que sea microporoso, se debe a que las moléculas tóxicas que se absorben en el cuerpo tienen un diámetro molecular menor a 2 nanómetros. En cambio, las moléculas no dañinas como las proteínas y la mayoría de las grasas suelen ser de mayor tamaño. Por lo tanto, si se utiliza un carbón de poro mayor, adsorberá estas moléculas no dañinas.

El carbón de concha de coco es el más microporoso de entre los que se encuentran en el mercado más del 95% de sus poros tienen un diámetro menor a 2 nm, y por lo tanto, es el que mejor cumple con la condición de microporosidad.
En cuanto al origen vegetal, es una recomendación que se debe a que la materia prima no contiene contaminantes dañinos. Deben evitarse los carbones de origen mineral, ya que la mayoría de ellos contienen metales pesados, sulfuros y otros elementos peligrosos que se pueden disolver en los jugos gástricos.
La activación térmica se prefiere, ya que en la activación química siempre quedan restos del químico en el carbón resultante. En la actualidad, los principales químicos utilizados son el cloruro de zinc y el ácido fosfórico. El primero está formado por zinc que es un metal tóxico en bajas dosis; el segundo, proviene de la roca fosfórica que es un mineral y que como tal, contiene una gran gama de impurezas.
Con el objeto de dar una guía a los usuarios de carbón activado, como método de desintoxicación, las farmacopeas de distintos países, entre ellas la mexicana, han emitido especificaciones técnicas que debe cumplir el carbón.
El carbón activado puede tener diversas presentaciones, como son gránulos, pelets o polvo. Para su aplicación en pacientes con intoxicación grave, el carbón debe ser un polvo menor a la malla 200 es decir, menor a 74 micras. Esto se debe a que mientras menores son las partículas del carbón, éste actúa con mayor rapidez, y por lo tanto se aumentan las posibilidades de éxito del tratamiento. El aumento de la rapidez en la adsorción se debe a que se disminuye la longitud de los poros, mismos que se van llenando por un efecto de capilaridad.
El efecto de aumento de la velocidad de adsorción al disminuir el tamaño de partícula del carbón, es inversamente proporcional al cuadrado del tamaño de partícula del mismo. Es decir:

EL NÚMERO DE YODO COMO VARIABLE PARA EVALUAR LA CAPACIDAD OPERATIVA DE CARBONES ACTIVADOS GRANULARES (O PELETIZADOS)

En la mayoría de sus aplicaciones, el carbón activado se utiliza para adsorber moléculas formadas por una alta proporción de uniones covalentes: tal es el caso de las uniones carbono-carbono o carbono-hidrógeno de los compuestos orgánicos. El carbón activado también se utiliza como reactivo o como catalizador, como ocurre en la decloración de agua, que es una de las aplicaciones más comunes del carbón activado en México. La reacción de decloración (eliminación de cloro libre, para convertirlo en ion cloruro) es:

HOCl(l)   +   C(s)  ➜ CO*   +    H+(l)   +    Cl(l)

en donde HOCl(l) es el ácido hipocloroso, C(s) es el carbón activado, y CO* representa un óxido de carbono que puede quedar ligado a la superficie del carbón activado, o que puede disolverse en la solución, como ácido carbónico.

La reacción anterior no es la única que ocurre cuando se declora agua con carbón activado; existen otras en las que el carbón participa como reactivo o como catalizador.

Digamos que la “capacidad operativa” de un carbón activado es la cantidad de fluido (gas o líquido) que puede tratar para lograr una calidad determinada. Esta calidad se puede medir en términos de DQO, color, aroma, cloro libre o de algún compuesto o familia de compuestos  específicos. El “punto de ruptura” ocurre en el momento en el que el efluente del equipo que contiene al carbón activado presenta una calidad inadmisible. En dicho momento, hay que cambiar el carbón, por lo que ha terminado su tiempo de vida útil. El carbón utilizado debe desecharse o reactivarse.

La única manera con la que puede valorarse con precisión la capacidad operativa de un carbón activado granular, es en campo.

Productores y usuarios de carbones activados granulares han buscado variables fisicoquímicas sencillas de medir y que reflejen la capacidad operativa del carbón. Entre dichas variables, se encuentran la capacidad de adsorción de yodo, fenol, azul de metileno, melazas, tetracloruro de carbono, butano y otras.

La variable que ha resultado más aceptada comercialmente es el número de yodo (índice de yodo), que corresponde a los miligramos de yodo que adsorbe un gramo de carbón (en base seca), cuando la concentración residual de yodo en la solución es 0.02N.

El número de yodo ha sido tan bien aceptado, que el precio de la mayoría de los carbones activados estándar que se comercializan, depende en gran medida de su valor. Existen dos razones por las que el número de yodo ha sido bien acogido como variable para evaluar carbones: (a) En cierto tipo de carbones que se activan bajo determinadas condiciones, el número de yodo ha mostrado ser relativamente proporcional al área superficial del carbón (área que se determina por adsorción de nitrógeno); y (b) El material y los reactivos para medir el número de yodo son baratos, y el tiempo requerido para llevar a cabo el análisis es relativamente corto.

 

Desafortunadamente, la realidad es que el número de yodo está muy lejos de reflejar, tanto el área superficial de un carbón activado, como su capacidad operativa. Tan es así, que en el área de las ciencias,  no se utiliza el número de yodo como variable de valoración de carbones.

 

Profundizando en el tema, podemos decir lo siguiente:

1 .El número de yodo solo es proporcional al área superficial de pocos carbones activados.

En la determinación del número de yodo, la molécula que se adsorbe en el carbón es el ion triyoduro: I3-1. Ya que es se trata de un anión, los óxidos superficiales que se encuentran en el carbón activado lo repelen. Por lo tanto, mientras más óxidos superficiales contiene un carbón activado, su número de yodo será menor, aunque su área superficial no cambie.

2. Aunque el número de yodo fuese proporcional al área superficial de cualquier carbón activado, la capacidad de adsorción de yodo no es proporcional a la capacidad de adsorción de otras moléculas.

Esto es así por dos razones:

2.1 La capacidad de adsorción de un carbón activado depende de la relación entre el tamaño-forma de la molécula que se desea retener, y la distribución del tamaño de los poros del carbón.

Moléculas de mayor tamaño que el diámetro de un poro, no entran en el mismo. Y moléculas mucho menores que el diámetro de un poro, se adsorben con menor fuerza y, por lo tanto, con menor eficacia.

2.2 La capacidad de adsorción de un carbón activado depende de la estructura química de la molécula que se desea retener y la química superficial del carbón.

Debido a lo anterior, no forzosamente un mayor número de yodo corresponde a una mayor capacidad de adsorción de la molécula (o familia de moléculas) que deseamos adsorber. Es común encontrar gráficas como la siguiente en la bibliografía:

3. En la mayoría de las aplicaciones de carbones activados granulares, su capacidad operativa depende no solo de su capacidad de adsorción (que más propiamente hablando, se denomina “capacidad de adsorción en el equilibrio” o “capacidad de adsorción cuando se alcanza el equilibrio”), sino de la cinética (velocidad) con la que trabajan).

La cinética con la que trabaja un carbón activado granular depende de:

3.1 La distribución del tamaño de sus poros, así como del diámetro de poro predominante. A mayor diámetro de poros, la cinética con la que trabaja el carbón activado es mayor.

3.2 La distribución del tamaño de partícula del carbón activado granular. A menor tamaño de partícula, el carbón activado granular presenta mayor cinética.

 

Una manera de mostrar esto último es a través del siguiente esquema, en el que se alimentan dos columnas de carbón activado granular, con la misma solución, el mismo flujo instantáneo, el mismo tipo y cantidad de carbón activado. La única diferencia entre ambas columnas, es que, en la de la derecha, el tamaño promedio de las partículas de carbón es menor. Si se mide la profundidad de la cama de carbón en la que se lleva a cabo el proceso de adsorción (profundidad que se denomina “zona de transferencia de masa”, ZTM), se encuentra que mientras menor es el tamaño de partícula, menor será la altura de la ZTM. Y ya que la ZTM es menor para el carbón de menor tamaño de partícula, el punto de ruptura se presentará más tarde, y este carbón tendrá una mayor capacidad operativa.

De todo lo anterior se puede concluir que el número de yodo no es una variable con la que pueda medirse de manera directa la capacidad de un carbón para adsorber una molécula que no sea el ion triyoduro. Y, mucho menos, puede ser una variable con la que pueda predecirse la capacidad operativa de un carbón activadogranular.

Lo que sí podría ser de cierta utilidad para predecir la capacidad operativa restante de un carbón activado que se encuentra en uso, es medir el número de yodo cuando ocurra el punto de ruptura, y utilizar este dato para intentar predecir el momento aproximado del punto de ruptura para futuros ciclos de operación, siempre y cuando se utilice el mismo carbón activado granular comercial y siempre y cuando no cambie sustancialmente la composición de la solución que se trata con el carbón activado.

Reactivación de Carbón Activado Granular

 

El principal mecanismo por medio del cual se retienen contaminantes orgánicos en la superficie del CAG (Carbón activado granular) es el de adsorción física, y como tal, es reversible. La teoría de adsorción señala que cambiando las condiciones en las que se encuentra el carbón, se podrá lograr la desorción o desprendimiento de los adsorbatos retenidos, dejando libre su superficie.

 

Sin embargo, la desorción puede ser muy lenta y puede no llegarse a restablecer toda o casi toda la capacidad original del carbón. Por otro lado, la quimisorción no es reversible, por lo que las moléculas retenidas por este otro mecanismo no se desprenderán. Y finalmente, existen moléculas inorgánicas que no han sido adsorbidas pero que sí se depositan en la superficie del carbón, y cuya eliminación tampoco responderá a los métodos de desorción de moléculas adsorbidas físicamente.

 

Afortunadamente, la estructura grafítica del CA hace de este sólido muy estable bajo condiciones muy distintas. Resiste temperaturas elevadas, así como cambios bruscos de la misma,  es duro y resistente a la abrasión, no se ve afectado por ácidos, álcalis ni muy diversos solventes, aunque reacciona con oxidantes fuertes.  Basados en estas propiedades, existen métodos llamados de “reactivación” o de “regeneración”, con los que  pueden eliminarse adsorbatos de diversa naturaleza y sustancias orgánicas e inorgánicas depositadas en la superficie del carbón. Dependiendo del adsorbato o del contaminante en cuestión, habrá que elegir el método adecuado.

 

A un CA que se retira del proceso en el que se utilizó, se le denomina “carbón agotado”, independientemente de que se deseche o de que se vaya a reactivar.

 

Cuando va a reactivarse un CAG, es conveniente que el sistema de soporte del mismo sea de toberas y no de camas de grava o arena, para evitar que el carbón se mezcle con cierta cantidad de partículas de dichos materiales.

 

Tipos de reactivación

 

Reactivación con vapor de agua

Consiste en hacer circular vapor de agua a través de la cama de carbón, sin permitir que éste se condense, como en el caso de la sanitización con vapor. De esta manera se desorben moléculas orgánicas con una volatilidad menor o aproximadamente igual a la del agua -es decir, con temperatura de ebullición menor a 100ºC a nivel del mar-, y que habían sido retenidas por adsorción física.

 

Es un método muy utilizado para recuperar solventes en corrientes de aire, ya que las moléculas desprendidas mantienen su estructura original. Como se menciona en la sección 1.7,  el carbón se somete a ciclos alternativos de adsorción-desorción. En el primero, se retiene el solvente hasta que el carbón se satura. En el segundo, se desorbe el solvente, y la mezcla de éste y del vapor de agua se separa por decantación o destilación.

 

En el caso de tratamiento de agua, la reactivación con vapor puede ser práctica en el caso de que el contaminante consista básicamente en olor o en compuestos de bajo peso molecular, y por lo tanto volátil. No es un método eficaz para el caso de carbón que se ha utilizado para declorar, ya que los óxidos superficiales generados en dicho proceso están fuertemente ligados.

 

Mientras mayor sea la presión del vapor utilizado, mayor será su temperatura, y por lo tanto será capaz de desorber compuestos más pesados. La máxima presión a la que se maneja el vapor de una manera práctica es de  6 Kg/cm2 (abs.), a la que le corresponde una temperatura de 160ºC.

 

 

Reactivación con gases calientes

Es igual a la anterior, pero se utilizan gases de combustión. En el caso de algunos estudios científicos a nivel laboratorio, en los que se requiere reactivar sin la interferencia de algún gas oxidante, la desorción se lleva a cabo mediante un gas inerte que se calienta de manera indirecta. También puede lograrse un resultado más rápido o eficiente mediante vacío.

 

Reactivación térmica

Es el método más utilizado, ya que elimina prácticamente todos los contaminantes orgánicos retenidos por adsorción física o química. También remueve  algunos compuestos inorgánicos, y destruye óxidos y grupos superficiales. Por lo tanto, reactiva carbones utilizados en decloración o en la eliminación de cloraminas, permanganato de potasio, ozono y otros agentes oxidantes. Este método merece una sección especial, por lo que se describe con detalle en la sección 5.2

 

Reactivación con ácido

Cuando las partículas de un carbón presentan un color entre blanco y gris claro, lo más probable es que se encuentran envenenadas o bloqueadas con carbonato o con hidróxido de calcio. En estos casos, la reactivación térmica no logra eliminar dichos compuestos. En cambio, un lavado en una solución ácida sí lo hace.

 

Se puede utilizar cualquier tipo de ácido fuerte, pero el clorhídrico es el más común. Se prepara la solución de alrededor de 5% en peso, y el carbón se inunda en ésta. El proceso de disolución de las sales de calcio es lento. El tiempo exacto varía dependiendo de qué tan envenenado se encuentra el carbón, pero puede estar entre 10 y 40 horas. Para lograr mayor rapidez en el proceso,  se calienta la solución a 60 – 70ºC. Con esto el tiempo puede reducirse a un par de horas.

 

Una vez terminada la reactivación, el carbón debe haber recobrado su color negro. Esto no se nota mientras el carbón se encuentra húmedo, por lo que debe tomarse  una  pequeña muestra y ponerse a secar al mechero -o con un encendedor.

 

 

Reactivación mediante la modificación del pH en solución acuosa

Cuando la capacidad de retención de un adsorbato específico depende del valor del pH, puede aprovecharse esta condición para desorberlo, regenerando así al carbón. Por ejemplo, el fenol se adsorbe en cantidades relativamente altas a valores de pH bajos, y todo lo contrario a valores de pH altos. Por lo tanto, si  el CAG saturado con este compuesto se lava con una solución al 4% de sosa, es posible disolver un buen porcentaje del mismo.

 

Este método no tiene aplicación en el ramo del tratamiento de agua, ya que no es aplicable para la mayoría de los contaminantes que normalmente retiene el CAG. Su uso se reduce a procesos muy específicos en los que el carbón se adsorbe un solo compuesto, como lo es el fenol.

 

Reactivación biológica

La reactivación biológica del CA sucede en el tratamiento de agua, ya que como se ha descrito, las bacterias que se desarrollan en la superficie del carbón se alimentan de la materia biodegradable adsorbida. Este beneficio también puede lograrse en el CA una vez que éste se ha retirado del proceso de adsorción. Para ello, el carbón se coloca en una columna por la que se recircula una solución aereada y rica en nutrientes, a modo de cama expandida. Este método ha encontrado aplicación en el ramo del tratamiento de aguas residuales, logrando un 80% de regeneración en 96 horas. Sin embargo, hasta el momento su uso no es frecuente.

 

Reactivación térmica y condiciones para que sea rentable

La reactivación térmica consiste en la eliminación de los adsorbatos de un carbón agotado mediante un horno igual al utilizado para la activación térmica de CA, pero a una menor temperatura y con una concentración más baja de vapor de agua. Mientras menos se acerque el proceso a las condiciones en las que se activa un carbón fabricado con la misma materia prima, menor será la cantidad de carbón que se pierda por oxidación.

 

Los gases que resultan del proceso de reactivación pueden contener contaminantes del aire. La tecnología más común para evitarlo consiste en un postquemador seguido de un lavador de gases -scrubber-. El postquemador oxida los compuestos orgánicos, y el lavador de gases retiene partículas sólidas y compuestos químicos solubles. Normalmente se utiliza agua en el lavador, pero si se espera que se liberen vapores ácidos, se utiliza una solución diluida  de sosa.

 

La reactivación térmica de un carbón que no tenga la suficiente dureza, no resulta rentable ya que el proceso somete al carbón a una serie de movimientos y de acciones erosionantes -flujo de gases calientes y golpeteos- que  lo rompen y disminuyen su tamaño. Por otro lado, los carbones menos duros son los más reactivos en presencia de gases oxidantes, y por lo tanto se convierten en CO2 con mayor facilidad.

 

En el horno de reactivación, suceden los siguientes fenómenos  de manera secuencial:

 

  • En una primera etapa, aumenta la temperatura del carbón hasta llegar a aquella que corresponde a la de ebullición del agua. Los adsorbatos más volátiles se desprenden y el agua se evapora. Mientras más húmedo entra el carbón a reactivarse, mayor cantidad de energía,  de espacio de horno y de tiempo se destinan a la evaporación del agua. Es por esto que resulta conveniente decantar el carbón, y si es posible, pre-secarlo,  antes de reactivarlo.

 

  • El carbón continúa calentándose hasta alcanzar una temperatura de entre 300 y 450ºC. En ese lapso, se desorben otras moléculas orgánicas menos volátiles que el agua.

 

  • Los compuestos orgánicos que no se han desorbido, se empiezan a descomponer. A esta descomposición se le llama pirólisis, y como resultado se forma carbón amorfo que sigue depositado sobre la superficie grafítica del CA.

 

  • La temperatura sigue aumentando y al superar aproximadamente los 500ºC, el carbón amorfo que resultó de la etapa anterior, empieza a reaccionar con el vapor de agua, el oxígeno, el monóxido y el dióxido de carbono de la corriente de gases. Como resultado, se forman otras moléculas gaseosas de vapor de agua y de monóxido y dióxido de carbono. Las placas grafíticas que forman la estructura del CA son menos reactivas que los átomos de carbón amorfo, y es por ello que no reaccionan, o que no lo hacen de manera importante.

 

Hay que hacer notar que es fundamental mantener la proporción adecuada de vapor de agua en la mezcla de gases reactivantes, así como una concentración limitada de oxígeno. De no ser así, las altas temperaturas provocan que también se gasifique el carbón grafítico. La experiencia con CAG bituminoso y de concha de coco utilizado en el tratamiento de aguas residuales industriales y municipales indica que se pierde entre 8 y 15% de carbón por ciclo de reactivación. Estas pérdidas incluyen las que se deben a rompimientos durante el manejo y transporte. Mientras más duro es el carbón, menores son las pérdidas.

 

Comúnmente los quemadores de gas natural o gas LP se operan con un 10 a 20%  en volumen de exceso de aire, buscando que los gases que salen del horno tengan un 1 a 2% de oxígeno. En relación al vapor de agua, la atmósfera en el horno de reactivación no requiere más de un 30% en mol de dicho elemento. Por razón de costos, se debe buscar la mínima relación vapor inyectado/carbón reactivado.

 

La acción del vapor de agua en el proceso de reactivación únicamente es efectiva a temperaturas mayores de 600ºC. Por lo tanto, si se alimenta carbón húmedo al horno, el vapor generado por calentamiento del mismo no tiene efecto en la reactivación -éste  termina de formarse cuando el carbón no ha alcanzado los 150ºC.

 

Para restablecer la capacidad de adsorción de un carbón, se busca que a la salida del horno tenga la misma densidad aparente que tenía cuando era virgen. Un carbón reactivado puede tener un área superficial de entre 90 y 110% respecto a la del carbón virgen. En el segundo caso, esto se debe a que las condiciones del proceso fueron más allá de la reactivación, y produjeron poros nuevos.

 

Cuando  va a reactivarse térmicamente un CAG envenenado con carbonato de calcio, es importante empezar por lavar el carbón con ácido clorhídrico al 5% y a 60ºC, para eliminar este compuesto. En otras palabras, hay que empezar por una reactivación con ácido. La razón de ello es que el carbonato de calcio depositado en el carbón que entre al horno junto con éste, actuará como un catalizador de la reacción de gasificación del carbón grafítico. Esto deriva no solo en mayores pérdidas de CA, sino en que sus poros se hacen más grandes. Es decir, al reaccionar algunas de las placas grafíticas, quedan espacios mayores entre las que quedan, y por lo tanto los poros resultantes son de mayor tamaño. Como consecuencia, el CAG reactivado tendrá preferencia por moléculas de mayor tamaño.

 

Si un carbón tiene un exceso de sales de cloruro de sodio en sus poros, es conveniente lavarlo antes de meterlo al horno. Esto se debe a que dicho compuesto forma un eutéctico con la alúmina del refractario, mismo que funde a 760ºC. En otras palabras, el tiempo de vida del refractario disminuye. Para evitar este problema, se recomienda lavar el carbón en agua antes de alimentarlo al horno.

 

Otro problema típico en los hornos de reactivación es la formación de incrustaciones, que se deben a la presencia de sales de sodio y potasio y a los cambios bruscos de temperatura en el horno. Una de las razones más comunes de dichos cambios es la variación en el flujo de alimentación de carbón al horno. Cuando se forma la incrustación, ésta va creciendo hasta que se requiere parar el horno para retirarla manualmente. Si el horno es de tipo continuo, el paro tiene un costo muy alto.

 

En relación a la rentabilidad del proceso de reactivación térmica, la tecnología actual puede hacer atractivo al usuario  la instalación de un horno propio cuando su consumo de carbón es superior a 250 – 500 Kg/día, siempre y cuando no exista cerca un fabricante de CAG que brinde el servicio de activación.

 

Aunque muchos productores de CAG ofrecen el servicio de reactivación, este último representa una especialidad, ya que se requiere:

 

  • Ajuste de las variables de operación del horno que es distinto respecto al proceso de activación.

 

  • Posibilidad de variar sustancialmente el tiempo de residencia en el horno. Esto se debe a que el tiempo necesario para reactivar carbones es muy distinto dependiendo de la aplicación que tuvieron. Por ejemplo, un CAG utilizado en el tratamiento de aguas residuales industriales requiere 4 veces más tiempo que uno utilizado en la potabilización de agua.

 

  • Controles de producción con los que se evite el mezclado entre carbones de distintos usuarios.  Si el horno es de tipo continuo, como el rotatorio o el de etapas múltiples, hay que tener un especial cuidado puesto que el tiempo de residencia en el mismo es largo y es difícil separar un lote de otro.

 

  • Contar con el servicio de reactivación con ácido para eliminar carbonato de calcio en caso de que éste exista.

 

  • Posibilidad de cribar para obtener el tamaño de partícula especificado por el proceso del usuario.

 

Los fabricantes de carbón cobran por el servicio de reactivación con base en el peso de producto que sale del horno, y el precio suele ser de entre un 30 y un 50% del precio de un carbón virgen. Existe una cantidad mínima aceptada, que suele ser superior a 3 – 10 Ton. Los fletes no se incluyen, por lo que la distancia entre la planta del usuario y la de reactivación puede ser el factor que haga o no rentable la operación.

 

Actualmente, las normas ambientales de muchos países no permiten desechar un carbón agotado junto con los residuos sólidos municipales. Normalmente hay que pagar un precio mayor a las empresas que recolectan y reciben residuos sólidos industriales no peligrosos, por lo que hay que considerar este factor para realizar el análisis de costos.

 

 

Requerimientos técnicos y legales para reactivar térmicamente un CAG cuando se considera  residuo peligroso

En  aquellos países que cuentan con una legislación avanzada en materia ambiental, existen normas con las que se determina qué materiales se consideran residuos peligrosos. Éstos deben tratarse de una manera especial, o deben enviarse a confinamientos que cuenten con los elementos técnicos que aseguren que no contaminarán el medio ambiente.

 

Un residuo puede considerarse peligroso de acuerdo a diversos criterios, como son : corrosividad, reactividad, explosividad, toxicidad, inflamabilidad o actividad biológica. Un carbón agotado se definirá como peligroso, dependiendo de la cantidad y el tipo de contaminantes que haya retenido.

 

Existen pruebas normalizadas con las que se analizan las diversas características de peligrosidad. En caso de que alguna de ellas diera como resultado el que un carbón deba considerarse como residuo peligroso, éste no podrá reactivarse o enviarse a reactivar a menos de que la empresa que vaya a realizar el tratamiento cuente con los permisos para llevarlo a cabo.

 

Estos permisos se otorgan cuando se demuestra que se cuenta con las instalaciones y personal técnico, así como con la metodología que aseguren un tratamiento apropiado del residuo.

 

En el caso del carbón agotado considerado como peligroso, y para el cuál deba aplicarse el método de reactivación térmica, en E.U. se requiere que el postquemador opere a una temperatura de entre 1000 y 1,100ºC y  que los gases tengan un tiempo de residencia en el mismo de 2 seg como mínimo.

 

También se requiere de la torre lavadora  así como del reporte de análisis con el que se pueda demostrar que no se generan emisiones peligrosas durante la reactivación. Finalmente, hay que demostrar que el carbón queda libre de aquello que lo hacía peligroso antes del tratamiento.

 

La normatividad para el caso de residuos peligrosos suele ser estricta en cuanto a informes y permisos que se requieren tanto al usuario o generador del residuo, como a las empresas que lo transportan, las que lo procesan o las que lo confinan. Entre otras cosas, las autoridades son escrupulosas en cuanto al destino final del material procesado. En el caso del CAG, habrá que informar el destino final que éste tendrá, y que en la mayoría de los casos estará limitado a la misma aplicación que tenía originalmente.

 

(2010) © Ing. Germán Groso Cruzado

¿Qué es el Cobre?

Se trata de un elemento metálico, dúctil, moldeable y de color café con rojo. Además es un excelente conductor de calor y de electricidad.

El Cobre en el Agua

El cobre se encuentra generalmente en el agua de la superficie y generalmente en concentraciones de menos de 20µg/L. Puede detectarse en valores más altos desde el grifo de un consumidor como un producto de la corrosión de las tuberías de latón y cobre. En el agua subterránea se puede detectar como polución industrial.

Efectos en la Salud

No se le considera como un veneno acumulativo sistémico. Dosis de hasta 100mg tomadas vía oral causan síntomas de gastrointeritis con nausea. Valores de menos de 30mg, inclusive después de muchos días, no causan envenenamiento. El envenenamiento por cobre en el agua se puede evitar fácilmente ya que el sabor que el cobre le da al agua la hace no bebible. Las personas con la enfermedad de Wilson están en riesgo de los efectos tóxicos de este elemento ya que su metabolismo no les permite expulsarlo.

El cobre es considerado como un elemento esencial de la nutrición humana ya que se requiere para algunas reacciones enzimáticas. El requerimiento diario se estima que sea de 2bm/L.

¿Cómo se remueve el cobre del agua?

No hay métodos que eliminen el 100% del cobre  en el agua. Algunos de los métodos propuestos para eliminar el cobre del agua son los siguientes:

  • Coagulación / Filtración (Remoción del 60 al 95%)
  • Intercambio Iónico (Remoción de hasta 95%)
  • Suavizado con Cal (Remoción del 90% a 96%)
  • Ósmosis Inversa (Remoción del 90% hasta 99%)

La conductividad.

La conductividad en el agua

Para explicarlo un poco más gráfico podemos imaginar un flujo de carga a través de un cable eléctrico, los metales, contienen un gran número de electrones libres. Estos electrones pasan a la corriente eléctrica de uno a otro, al igual que una línea de personas pueden formar una brigada para pasar cubetas de agua en un incendio. Ese metal se llama un conductor.

En segundo lugar, vamos a hablar  de un conductor de iones que en su corriente eléctrica es transportada por iones, por ejemplo, una solución electrolítica.

Cuando se disuelve una determinada sustancia en un líquido – por ejemplo agua – y si el líquido puede conducir la electricidad, a ese líquido se le puede llamar solución de electrólitos, y la sustancia disuelta se llama electrólito. Y cada cuerpo que transporta la electricidad se llama ion (una palabra griega que significa vagabundo).

La sal de mesa común (NaCl) es un electrólito, y cuando este se disuelve en agua para formar agua salada, se convierte en iones de sodio (Na +) y iones cloruro (Cl-), cada uno de los cuales es un cuerpo que conduce la electricidad.

Regresando a la conductividad. La conductividad es un índice que facilita el flujo de la electricidad. En el agua, cuando hay más cantidad de iones, mayor conductividad. Esto significa por ejemplo que cuanto más Na + y Cl- contenidos en el agua, más electricidad se realiza, y mayor es la conductividad.

En resumen, si conocemos la conductividad de una muestra de agua salada, podemos calcular qué tan salada es el agua. (Esto es lo que sucede en la conversión de la salinidad para llegar al valor indicado por el medidor de conductividad gemelo.)

 

conductividad

 

Salinidad (densidad de la sal en agua) y la conductividad
Temperatura del líquido 25 ° C IEEE J.Ocean.Eng., OE-5 (1), 3 ~ 8 (1980).

Densidad NaCl
(W / V) %
Conductividad
(mS / cm)
Densidad NaCl
(W / V) %
Conductividad
(mS / cm)
0.12.01.119.2
0.23.91.220.8
0.35.71.322.4
0.47.51.424.0
0.59.21.525.6
0.610.91.627.1
0.712.61.728.6
0.814.31.830.1
0.916.01.931.6
1.017.62.033.0

Los electrolitos fuertes y los electrolitos débiles.

Ahora entiendo que podemos determinar la salinidad del agua salada al conocer su conductividad. Algunos de ustedes se preguntarán si el agua con azúcar también se puede medir. Por desgracia, un medidor de conductividad no puede usted decir la densidad de azúcar en el agua. Aunque el azúcar es soluble en agua, no forman iones, lo que significa que no es un electrólito. Sólo existen iones en el agua puede medir la densidad de la sustancia disuelta, se calcula a partir  de una medida usando un medidor de conductividad.

Como un humano, un electrólito tiene una variedad de propiedades. Los electrolitos se pueden dividir en los electrolitos fuertes y electrolitos débiles.

Electrolitos fuertes
La sal contiene NaCl y KCl, que forman electrolitos cuando se disuelve en agua, la mayoría de los cuales se convierten en iones. La relación entre la densidad y la conductividad es casi lineal. Como se ve en el diagrama, sin embargo, a diferencia de la zona de baja densidad, la zona de alta densidad no muestran un aumento en la conductividad con un aumento adicional de la densidad. Llega un punto la saturación donde se atasca de tráfico de electricidad, donde los iones actúan contra otros por saturación, y esto hace que sea difícil para que fluya la electricidad.

Electrolitos débiles
En una zona de muy baja densidad, conductividad tiene una relación lineal con la densidad, como se ve con ácidos orgánicos. Solución de ácido acético es un buen ejemplo. Sin embargo, a medida que aumenta la densidad, la tasa de ionización disminuye. En la zona de alta densidad, sólo una parte del electrólito se ioniza, y el hacinamiento causa la mayoría de los iones potenciales a permanecer disuelto en agua como moléculas.

La historia de la conductividad

Alessandro Volta fue un físico nacido en Italia en 1745. Se dio a conocer en 1800 como el inventor de la primera batería eléctrica. A diferencia de las baterías de fricción conocidos hasta ese momento, la batería de Volta proporciona corriente eléctrica continua, y fue uno de los grandes inventos del siglo. Este logro por Volta completó la visión de Georg Simon Ohm, el físico alemán que midió la conductividad de los metales, y en 1827 descubrió la ahora famosa ley de Ohm.

Michael Faraday nació en 1791, hijo de un herrero Inglés. A los 13 años, se convirtió en aprendiz de encuadernador, lo que le dio acceso a muchos libros. En 1833, se convirtió en ayudante de profesor Davies del Laboratorio de Investigación Royal. Él hizo un trabajo destacado en los campos de la química y la física, y en 1833, concibió la ley de la electrólisis, y tuvo la visualización de los iones como cuerpos que transmiten la electricidad en solución.

La conductividad de electrolitos se midió con energía por Friedrich Kohlrausch de Alemania entre 1869 y 1880. Se dice que él comenzó a medir la conductividad como medio de obtención de producto iónico. El puente Kohlrausch, que inventó en ese momento con el propósito de medir la conductividad, está todavía bien conocido hoy.
A. Volta (Italia) 1745-1827
G. Ohm (Alemania) 1787-1854
M. Faraday (Inglaterra) 1791-1867
F. Kohlrausch (Alemania) 1840-1910

Contaminantes del agua

 

Sugerencias  para corrección del agua

Los siguientes resultados es una guía básica, para determinar el tratamiento más adecuado del agua, es necesario conocer:  concentraciones, flujos, contaminantes y temperatura para saber sí el tratamiento puede ser viable.

Contáctenos para recomendaciones.

CONTAMINANTES Y CON ENUMERADO EL MÉTODO DE TRATAMIENTO.

 

Aluminio (Al+3)

1) Intercambio iónico (Catión)

2) Ósmosis inversa

 

Antimonio

1) Floculación / Filtración

2) Filtración submicrónica

 

Arsénico (Como +3)

1) Intercambio iónico (Anión)

2) Ósmosis inversa

 

Arsénico (Como +5)

1) Ósmosis inversa

 

Arsénico (Como +6)

1) Carbón activado

 

Arsénico orgánico complejo

1) Ósmosis inversa

 

Asbestos

1) Floculación / Filtración

2) Filtración submicrónica

3) Ósmosis inversa

4) Ultrafiltración

 

Bario (Ba+2)

1) Intercambio iónico (Catión)

2) Ósmosis inversa

 

Berilio

1) Floculación / Filtración

2) Carbon Block

3) Intercambio iónico (Catión)

 

Cadmio (Cd+2)

1) Intercambio iónico (Catión)

2) Ósmosis inversa

 

Cromo (Cr+3)

1) Intercambio iónico (Catión)

2) Ósmosis inversa

 

Cromo (Cr+6)

1) Intercambio iónico (Anión)

2) Ósmosis inversa

 

Cromo orgánico complejo

1) Carbón activado

 

Cloraminas

1) Dióxido de cloro

2) Carbón activado

 

Bacterias coliformes

1) Cloración

2) Ozono

3) Dióxido de cloro

4) Radiación ultravioleta UV

5) Yodo (como I2 + KI2)

6) Microfiltración

7) Ultrafiltración (con poros menores a 0.45 micras)

 

Coloides

1) Tierra de diatomeas (DE) Filtración

2) Floculación

3) Multimedia o lecho profundo

4) Intercambio iónico (Adsorción)

 

Color

1) Filtración

2) Floculación

3) Cloración

4) Carbón activado

5) Ósmosis inversa

6) Resinas aniónicas acrílicas

 

Cobre (Cu+2)

1) Intercambio iónico (Catión) 20-90%

2) Ósmosis inversa

 

Cianuro

1) Intercambio iónico (Anión)

2) Ósmosis inversa

 

Fluoruro (F-1)

1) Ósmosis inversa

2) Adsorción con alúmina activada (Prueba – Run Jar)

 

Agentes espumantes (MBAS)

(Sustrato de azul de metileno)

1) Cloración

2) Ósmosis inversa

3) Carbón activado

4) Ozono

 

Hierro (Fe+2) (Ion ferroso)

Hierro (Fe+3) (Ion férrico)

1) Aireación / Filtración

2) Catalizadores de dióxido de manganeso

3) Cloración – Precipitación / Filtración

 

Plomo (Pb+2)

1) Ósmosis inversa

2) Nanofiltración

3) Intercambio iónico (Catión) 20-90%

 

Manganeso (Mn+2)

1) Aireación / Filtración

2) Catalizadores de dióxido de manganeso

3) Cloración – Precipitación / Filtración

 

Manganeso (Mn+4) Oxidante

1) Filtración

 

Mercurio (Hg+2) Inorgánico

2) Ósmosis inversa

3) Carbón activado

 

Mercurio (Hg+2) Orgánicos

1) Carbón activado

 

Mercurio (HgCl3-1)

1) Intercambio iónico (Anión)

2) Ósmosis inversa

 

Nitratos (NO3-1)

1) Intercambio iónico (con/agua suave)

2) Ósmosis inversa (sensible a la presión)

 

Olor

1) Carbón activado

2) Aireación

3) Cloración/ Filtración

4) Ozono

 

Orgánicos (VOC’s)

1) Carbón activado

2) Aireación (Llamado AWR)

 

Orgánicos pH >7

1) Acido

 

Orgánicos pH <7 y >5.8

1) Filtros neutralizantes

 

Orgánicos pH <5.8

1) Cama alcalina

 

Radón

1) Aireación

2) Intercambio iónico

3) Carbón activado

 

Selenio (Se+4)

1) Intercambio iónico (Anión)

2) Ósmosis inversa

3) Alúmina activada

4) Floculación / Filtración

 

Selenio (Se+6)

1) Intercambio iónico (Anión)

2) Ósmosis inversa

 

Plata (Ag+1)

1) Intercambio iónico

2) Floculación / Filtración

 

Sulfato (SO4-2)

1) Intercambio iónico (Anión) (Debe ser agua suave)

2) Ósmosis inversa

 

TDS Sólidos disueltos totales

1) Ósmosis inversa

2) Deionización con Intercambio iónico

3) Floculación / Filtración

 

Talio

1) Intercambio iónico (Catión)

 

Turbidez

1) Filtros de lecho profundo

2) Tierras diatomáceas (DE) Filtración

3) Floculación / Filtración

 

Zinc (Zn+2)

1) Intercambio iónico (Catión)

2) Ósmosis inversa

Fuente: Watts Water

¿Qué son los compuestos inorgánicos?Compuestos contaminantes inorgánicos en el agua.

Los compuestos inorgánicos son lo que no contienen elementos de carbono en su estructura. Estos elementos pueden llegar disolverse en agua a partir de fuentes naturales o como resultado de la actividad humana.

Los gases disueltos en el agua (oxígeno, dióxido de carbono, nitrógeno, radón, metano, sulfuro de hidrógeno, etc)  no tienen efectos nocivos en la salud, excepto el sulfuro de hidrógeno y gases radiactivos disueltos como el radón. Tanto el metano y sulfuro de hidrógeno puede ser inflamables. El dióxido de carbono disuelto en el agua crea ácido carbónico – un ácido débil que da agua carbonatada y juega un papel importante en la erosión de la piedra caliza y otras rocas carbonatadas.

Los metales y metaloides de iones positivos – (aluminioarsénico {MCL = 0.05}, hierro, plomo MCL = {0,015}, mercurio MCL = {0,002}, calcio, magnesio, sodio, potasio, zinc, cobre MCL = {1,3}, etc) Algunos de estos iones (plomo, mercurio y arsénico) son peligrosos en concentraciones extremadamente bajas y se puede introducir en el agua potable, ya sea a través de procesos naturales o como resultado de la actividad humana. Otros iones en este grupo (por ejemplo, calcio, magnesio, sodio y potasio) son esenciales para la salud humana en las cantidades adecuadas.

El calcio y el magnesio son iones interesantes. Aunque su presencia en el agua potable en realidad tiene un beneficio para la salud, pero son los principales responsables de la dureza del agua, y se consideran contaminantes indeseables por aquellos que tienen incrustaciones de calcio en sus grifos (y en sus tuberías y calentadores de agua) o que no pueden obtener  jabón para formar una espuma.

Los iones negativos – (fluoruro de MCL = {4,0}, cloruro, nitrato MCL = {10,0}, {nitrito MCL = 1,0}, fosfato, sulfato, carbonato, cianuro de MCL = {0,2}) Al igual que con los iones positivos, algunos de estos iones negativos son necesarios para la vida, en concentraciones adecuadas (cloruro y carbonato), otros pueden ser peligrosos para la salud en concentraciones moderadas (nitratos y nitritos, y otros son peligrosos incluso en pequeñas concentraciones (cianuro). Algunos, como el fluoruro, han planteado una controversia sobre su seguridad como aditivo (en muchas áreas) para el agua potable, en un esfuerzo para reducir las caries, especialmente en los niños.

Radón – El radón es un gas radiactivo que proviene de la descomposición natural (radiactivo) el radio, que es en sí misma un subproducto de la desintegración del uranio. La fuente primaria de radón en los hogares proviene del subsuelo o pozos de la roca madre. Sin embargo, una fuente adicional podría venir en el suministro de agua, sobre todo si la casa es servida por un pozo privado o un pequeño sistema de agua de la comunidad.

¿Cuáles son los compuestos orgánicos?

Son todos estos compuestos contienen el elemento carbono. Aunque hay muchas excepciones, de origen natural compuestos orgánicos (azúcares, proteínas, alcoholes, etc) se sintetizan en las células de los organismos vivos, o como el petróleo y el carbón en bruto, formado por los procesos naturales que actúan sobre los productos químicos orgánicos de organismos que viven sólo una vez.

Químicos orgánicos sintéticos

Los productos químicos orgánicos también pueden ser sintetizados en laboratorios y empresas químicas. Se está produciendo un número creciente de estos compuestos orgánicos sintéticos. Estos pueden incluir los plaguicidas utilizados en la agricultura, plásticos, tejidos sintéticos, colorantes, aditivos de la gasolina como MTBE, solventes como el tetracloruro de carbono {MCL = 0,005}, (MCL quiere decir maximum contaminant level o nivel de contamines máximos) y muchos otros productos químicos. Algunos productos químicos orgánicos sintéticos, como el benceno {MCL = 0,005} tetracloruro de carbono y cloruro de vinilo {MCL = 0.002}, se evaporan fácilmente en el aire y se agrupan dentro de la categoría de productos químicos orgánicos volátiles (COV). Metil ter-butil éter (MTBE) es una sustancia química orgánica sintética común utilizada durante varios años como un aditivo para gasolina.

El potencial de contaminación del agua por productos químicos orgánicos sintéticos puede ser entendido por el caso sucedido en Denver Water (la empresa que abastece de agua municipal a gran parte de la zona metropolitana de Denver) pruebas para 54 compuestos orgánicos volátiles (21 con MCL establecidos por la EPA), 73 pesticidas diferentes (23 con MCL), 25 productos químicos diferentes clasifican como compuestos sintéticos orgánicos (5 con MCL), y 7 como orgánicos no específicos. Casi todos estos productos químicos probados por debajo de los niveles de detección. Es un tanto desconcertante darse cuenta de que las pruebas de agua en Denver por sólo 150 o menos, de los miles de los productos químicos orgánicos sintéticos fabricados, y la EPA ha establecido MCL menores de los que ya se tenían detarminados.

Al leer la información de los sitios que figuran en la sección «enlaces», usted encontrará que estos no son buenos productos químicos contenidos en el agua, muchos de ellos se presume que aumenta el riesgo de varios tipos de cáncer en los seres humanos, a menudo después de muchos años de exposición de bajo nivel, que otros pueden afectar el sistema nervioso. Algunos investigadores han informado de que todavía otros productos químicos sintéticos pueden causar disrupciones hormonales. La mayoría de las pruebas de laboratorio de los efectos de estos productos químicos se realizan con un solo producto químico, pero puede haber varios contaminantes orgánicos juntos de la misma fuente de agua. Los científicos están comenzando a darse cuenta de que la exposición a múltiples sustancias químicas orgánicas parece aumentar el riesgo de problemas de salud mucho más que cualquiera de los productos químicos harían por separado.

LÍMITES PERMISIBLES DE CONTAMINANTES ORGÁNICOS EN EL AGUA MUNICIPAL EN MÉXICO
(DE ACUERDO CON LA NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-127-SSA1-1994)

Límite permisible:
Color: 20 unidades de color verdadero en la escala de platino-cobalto.
Tratamientos señalados por la norma
Coagulación-floculación-precipitación-filtración; cualquiera o la combinación de ellos;
Carbón activado / oxidación

Límite permisible:
Olor y Sabor Agradable: (se aceptarán aquellos que sean tolerables para la mayoría de los consumidores)
Coagulación-floculación-precipitación-filtración; cualquiera o la combinación de ellos;
Carbón activado / oxidación

Característica química:
Fenoles o compuestos fenólicos:mg/l
Límite permisible: 0.001
Tratamientos señalados por la norma:
Carbón activado / Oxidación con ozono

Característica química:
Sustancias activas al azul de metileno (SAAM): 0.50
Tratamientos señalados por la norma:
Carbón activado

Característica química:
Trihalometanos totales: 0.20
Tratamientos señalados por la norma:
Carbón activado / Aireación u oxidación con ozono

PLAGUICIDAS

Aldrín y dieldrín (separados o combinados)
Límite permisible µg/l: 0.03
Tratamientos señalados por la norma: Carbón activado granular

Clordano (total de isómeros)
Límite permisible µg/l: 1.00
Tratamientos señalados por la norma: Carbón activado granular

DDT (total de isómeros)
Límite permisible µg/l: 2.00
Tratamientos señalados por la norma: Carbón activado granular

Gamma-HCH (lindano)
Límite permisible µg/l: 0.01
Tratamientos señalados por la norma: Carbón activado granular

Hexaclorobenceno
Límite permisible µg/l: 0.03
Tratamientos señalados por la norma: Carbón activado granular

Heptacloro y hepóxido de heptacloro
Límite permisible µg/l: 20.00
Tratamientos señalados por la norma: Carbón activado granular

Metoxicloro
Límite permisible µg/l: 50.00
Tratamientos señalados por la norma: Carbón activado granular

D

Métodos para desinfección del agua.

La desinfección de agua se lleva a cabo tanto mediante la filtración de micro-organismos, radiación de luz ultravioleta, oxidación mediante ozono o también la adición de desinfectantes químicos. El agua se desinfecta para matar cualquier patógeno que pasan a través de un tratamiento y para proporcionar una dosis residual de desinfectante para matar o inactivar los microorganismos potencialmente dañinos en los sistemas de almacenamiento y distribución. Patógenos posibles incluyen virus, bacterias, incluyendo Salmonella, Cólera, Campylobacter y Shigella, y protozoos, incluyendo Giardia lamblia y otra criptosporidios. Después de la introducción de cualquier agente desinfectante químico, el agua se lleva a cabo generalmente en depósito temporal – a menudo llamado un tanque de contacto.

El cloro para desinfección:

Es el método de desinfección más común es el cloro o sus compuestos tales como cloramina o dióxido de cloro. El cloro es un oxidante fuerte que mata rápidamente muchos microorganismos dañinos. Debido a que el cloro es un gas tóxico, existe el peligro de una liberación asociados con su uso. Las soluciones de cloro pueden ser generados in-situ. Existe una forma sólida, hipoclorito de calcio, libera cloro en contacto con el agua. El manejo requiere un mayor contacto humano por el tipo de empaque y por lo que se necesita un manejo más automatizado. En este caso el hipoclorito de sodio líquido es barato y más seguro de usar que el gas cloro o sólido.

Todas las formas de cloro se utilizan ampliamente, a pesar de sus inconvenientes respectivos. Un inconveniente es que el cloro de cualquier fuente reacciona con compuestos orgánicos naturales en el agua para formar subproductos químicos potencialmente dañinos. Estos subproductos son los trihalometanos (THM) y ácidos haloacéticos (HAA) tanto cancerígeno en grandes cantidades. Aunque el cloro es eficaz para eliminar bacterias, tiene una eficacia limitada contra protozoos que forman quistes en el agua (Giardia lamblia y Cryptosporidium, ambos de los cuales son patógenos).

El dióxido de cloro para desinfección

El dióxido de cloro es un desinfectante de acción más rápida que el cloro. Aunque rara vez se utiliza, debido a que en algunas circunstancias puede crear cantidades excesivas de clorito, que es un subproducto regulado a los bajos niveles permitidos en Estados Unidos. El dióxido de cloro se suministra como una solución acuosa y se añade al agua para evitar problemas de manipulación de gas; acumulaciones de gas de dióxido de cloro pueden detonar espontáneamente.

La cloramina para desinfección.

El uso de cloramina es cada vez más común como desinfectante. Aunque cloramina no es tan fuerte como oxidante, proporciona una mayor duración residual que el cloro libre y no forma trihalometanos o ácidos haloacéticos. Es posible convertir el cloro en cloramina mediante la adición de amoniaco al agua, despues del cloro. El cloro y el amoníaco reaccionan para formar cloraminas. Sistemas de distribución de agua desinfectada con cloraminas pueden experimentar la nitrificación, como el amoníaco es un nutriente para el crecimiento bacteriano, con los nitratos que se generan como subproducto.

La desinfección con ozono

El ozono es una molécula que se genera a través de convertir el oxigeno (O2) mediante una descarga eléctrica en frío o luz ultravioleta en ozono (O3), es un oxidante que es tóxico para la mayoría de los organismos acuáticos. Es un desinfectante de amplio espectro y muy poderozo, que se utiliza con gran exito en el tratamiento de agua. Es un método eficaz para inactivar protozoos perjudiciales que forman quistes. También funciona bien en contra de casi todos patógenos.

Para usar ozono como desinfectante, debe ser generado en el sitio y se añade al agua en contacto con burbuja. Algunas de las ventajas de ozono incluyen la producción de menos subproductos peligrosos como el cloro o las cloraminas, además de problemas de sabor y olor (en comparación a la cloración). Aunque menos subproductos por ozonización, se ha descubierto que el ozono reacciona con los iones de bromuro en el agua para producir concentraciones de bromato que se sospecha puede ser carcinógeno. El bromuro se puede encontrar en los suministros de agua dulce en concentraciones suficientes para producir (después de ozonización) más de 10 partes por billón (ppb) de bromato. El ozono se ha utilizado en plantas de agua potable desde 1906, donde la primera planta de ozonización industrial fue construida en Niza, Francia. La Food and Drug Administration de Estados Unidos ha aceptado el ozono como seguro; y se aplica como un agente anti-microbiológica para el tratamiento, el almacenamiento y procesamiento de alimentos.

Luz ultravioleta para la desinfección

La luz ultravioleta (UV) es muy eficaz en la inactivación de quistes, en aguas de baja turbidez. La eficacia de desinfección de luz UV disminuye a medida que aumenta la turbidez (trasmitancia de la luz en el agua) debido a que puede haber un sombreado causado por los sólidos en suspensión. Una ventaja del uso de la radiación UV es que, como el tratamiento con ozono, no deja desinfectante residual en el agua.

Filtración a 0.2 micras para desinfección:

El tamaño de poro de un filtro permite retener el paso de ciertas partículas, dependiendo del tamaño de esas partículas. Cuanto menor sea el tamaño de los poros, menor es el conjunto de partículas que pueden pasar el filtro. Un filtro con tamaño de poro 0.2  micras puede prevenir la mayoría de las formas de bacterias y algunos virus considerados grandes, las bacterias tienden a variar de aproximadamente 0.1 micrómetros a 600 micrómetros. Muchos virus están a menos de 0.1 micrómetros o micras. Entonces un filtro de 0.2 micras no es tan eficaz para los virus pero sí para la mayoría de los micro-organismos.

Desinfectantes y oxidantes en el tratamiento de aguas:

• Cloro: Desinfección, oxidación de micro-organismos orgánicos e inorgánicos
• Cloramina: Desinfección
• El dióxido de cloro: Desinfección, (micro-organismos orgánicos)
• Ozono: decoloración, desinfección, oxidación de micro-organismos inorgánicos / orgánicos, la transformación en radicales OH → POAs
• Luz ultravioleta: desinfección, oxidación avanzada (UV / H2O2)

• Permanganato: oxidatoion de fierro Fe (II),  manganeso Mn (II).

• El ferrato (VI): La oxidación de microcontaminantes, coagulación, eliminación de fosfato.

El dióxido de cloro como desinfectante del agua

Normalmente se utiliza cloro, hipoclorito de sodio o hipoclorito de calcio para desinfectar agua que se va a utilizar como potable. Estos desinfectantes presentan la desventaja de que reaccionan con la materia orgánica, en caso de que ésta se encuentre presente en el agua. Una familia de subproductos de dichas reacciones son los trihalometanos, compuestos que son carcinógenos.

Con el objeto de evitar este problema, desde hace varios años, algunos municipios han sustituido a los desinfectantes anteriormente mencionados, por dióxido de cloro, el cual no forma trihalometanos en cuerpos de agua cuyo contenido de materia orgánica es alto.

Sin embargo, el dióxido de cloro no es la panacea, ya que puede presentar los siguientes problemas:

1. Formación de ion clorito (Cl02-) y ion clorato (Cl03-), que junto con el dióxido de cloro son perjudiciales para la salud cuando se encuentran en concentraciones mayores a 1 mg/litro. El efecto que tienen en la salud aún no está completamente estudiado, por lo que ninguno de estos subproductos está regulado dentro de la legislación americana (y tampoco en la mexicana). Por lo pronto, parece ser que su límite máximo permisible será de 1 mg/litro. Por lo tanto, la aplicación de dióxido de cloro requiere un post-tratamiento para eliminar estos residuos.

2. Puede producir, aunque no siempre lo hace, olor a orina de gato, a kerosena o a cloro.Para resolver el primer problema, es importante no dosificar más de 3 a 5 mg/l de dióxido de cloro. Aún teniendo controlada esta dosificación, se formarán los iones clorito y clorato, y quedará un residuo de dióxido de cloro. El dióxido de cloro y el ion clorito se pueden eliminar agregando al agua cloruro férrico, en un 10% de exceso respecto a la cantidad estequiométrica necesaria, y permitiendo un tiempo de reacción de 15 minutos. Esta eliminación se debe a una reacción de reducción en la que se forma ácido hipocloroso y otras sales férricas que no son dañinas. El ion clorato no es eliminado con el cloruro férrico.

Para evitar la formación del ion clorato, el único método efectivo que se ha encontrado consiste en aplicar el dióxido de cloro en fase gaseosa. De esta manera, independientemente de la dosificación de dióxido de cloro, la concentración producida de ion clorato es de alrededor de 0.1 mg/litro, la cual no es dañina.
Otra manera de eliminar el ion clorito es mediante carbón activado (el cual no elimina al ion clorato ni al dióxido de cloro). Pero es necesario que el pH del agua sea cercano o mayor a 7.0, ya que si es menor, el carbón activado convierte al ion clorito en ion clorato.

En cuanto al segundo problema, se ha encontrado que no siempre se presenta. Es típico que en un municipio que utiliza dióxido de cloro, sólo se queje un bajísimo porcentaje de usuarios, por la presencia de olores. Cuando el olor es a orina de gato o a kerosena, lo que sucede es que estos olores no son producidos por el dióxido de cloro ni por sus productos, sino por la reacción entre el ion clorito y otras sustancias (aún no se detecta si son orgánicas o inorgánicas) que puede haber presentes sólo en las tuberías, tinacos o cisternas de algunas casas.
Para eliminar la posibilidad de estos olores, hay que eliminar el ion clorito (con carbón activado o con cloruro férrico) o bien disminuyendo la dosificación de dióxido de cloro a 1 mg/litro (sin embargo no hay que perder de vista que esta dosificación generalmente es insuficiente).

Cuando el olor es a cloro, lo que sucede es que la dosificación del dióxido de cloro fue excesiva. También ha sucedido en algunos municipios, que durante el trayecto del agua, desde la planta municipal hasta los usuarios, se llevan a cabo reacciones de síntesis en la que subproductos del dióxido de cloro reaccionan y forman dióxido de cloro, el cual, al estar en concentracion elevada, produce el olor a cloro.

Fuente : A.M. Dietrich and R.C. Hoehn; Taste and Odor Problems Associated With Chlorine Dioxide. AWWA Research
Foundation, USA1991.

E

¿Qué es la electrodeionización (EDI)?

Esta nueva tecnología es una combinación de electrodiálisis e intercambio iónico. Su función es eliminar iones del agua. La tecnología está formada por una combinación de resinas de intercambio iónico, tanto catiónicas como aniónicas, membranas ion-selectivas, un ánodo, un cátodo y la aplicación cíclica de un potencial eléctrico.

En combinación con ósmosis inversa (OI), la EDI como etapa final, permite obtener agua deionizada con una concentración de sales mucho menor que la que produce la OI.  Con este sistema, se reemplazan las resinas mixtas que se han usado hasta ahora. Esto significa sustituir los productos químicos requeridos para regenerar resinas, por corriente eléctrica que utiliza la EDI.

¿Cómo funciona?

El agua se alimenta a unas cámaras que contienen la resina, y que se encuentran delimitadas por membranas selectivas, aniónica en un extremo y catiónica en el otro. Al mismo tiempo que se alimenta el agua a estas cámaras, una fuente externa de corriente suministra un campo eléctrico contínuo por medio de unos electrodos colocados en los extremos.

Las resinas retienen los cationes y aniones presentes, y simultáneamente liberan H+ y OH–. Las resinas no actúan como un almacén de iones, sino como un conductor de los mismos. Como parte del ciclo, las resinas se regeneran, y los cationes y aniones liberados traspasan las membranas y se desplazan hacia el ánodo o al cátodo, según corresponda; en su trayecto, un flujo de rechazo los arrastra.

Las membranas ion-selectivas se fabrican de polímeros inertes y tienen el mismo mecanismo de operación que las resinas de intercambio iónico. Sólo permiten el paso de aniones o cationes dependiendo el caso, y son impermeables al agua.

Diagrama de funcionamiento de desionizador

Configuraciones típicas

1. Pretratamiento, seguido de un paso de OI y como etapa final un módulo de EDI. Rechazo de iones disueltos en el agua producto: hasta 99.9%.

Diagrama 1 Electrodeionización

2. Pretratamiento, seguido de dos pasos consecutivos de OI, y como etapa final, un módulo de EDI. Rechazo de iones disueltos en el agua producto: hasta 99.99%.

Diagrama 2 Electrodeionización

Una modificación posible en las dos anteriores, consiste en incorporar un segundo paso de EDI que aumenta el porcentaje del rechazo de iones disueltos. Otra es la recirculación del flujo de rechazo de la EDI (o de ambas EDIs) a la alimentación de la OI.

La configuración más adecuada va a depender de la calidad del agua de alimentación al sistema, la calidad del agua producto requerida y el costo beneficio de cada una de ellas.

Aplicaciones de la EDI

Actualmente, la EDI es la alternativa más competitiva para cualquier aplicación que requiera agua con una baja concentración de sales (Resistividad de 1-18 MΩ/cm). Por mencionar algunos ejemplos:

  • Industria farmacéutica
  • Laboratorios
  • Industria electrónica y de semiconductores
  • Cualquier industria que requiera lavar un producto hasta dejarlo con muy bajo contenido de sales (piezas metálicas, joyería, algunos productos plásticos inyectados, etc.)
  • Industria biotecnológica
  • Industria química
  • Industria cosmética
  • Agua de alimentación a calderas e intercambiadores de calor
  • Etc.

Ventajas

  • Bajo consumo de energía.
  • Puede operar en continúo.
  • No requiere el uso de químicos para regeneraciones.
  • Sistemas compactos que no requieren mucho espacio.
  • La mejor relación costo beneficio, contra otras tecnologías alternativas
  • Estabilidad de la calidad del agua producto.
  • Amigable con el medio ambiente, al no producir efluentes con químicos contaminantes.
  • En combinación con OI, elimina hasta el 99.9% de los iones disueltos.

Desventajas

  • Requiere un pretratamiento efectivo: conductividad  < 40 µS/cm y TOC < 0.5 mg/L.

Referencias bibliográficas: 

Jane Kucera, Desalinitation Water from water, 1ª Ed, Scrivener Publising, E.U.A., 2014.

Philip Murray, Bill Cobban y Kathleen Faller, Electrodialysis and Electrodialysis riversal, 1ª Ed, American Water Works Assosiation, Denver, 1995.

F

Símbolo del Hierro

¿Qué es el Fierro?

Se trata de un elemento químico metálico, blanco, moldeable y dúctil, es vital para la vida animal y las plantas, además, el cuarto elemento más abundante por peso en la corteza terrestre.

El fierro en el Agua

En los suministros de agua, su presencia es casi exclusivamente debido a la corrosión de las tuberías y tanques de almacenamiento. En los suministros subterráneos, además de problemas de corrosión en los sistemas de distribución, un alto contenido del elemento se encuentra por la frecuencia de fierro elevado en los estratos terrestres cercanos a los mantos acuíferos.

Efectos en la Salud

Como ya se sabe, este elemento se requiere en ciertas cantidades ya que es esencial para la nutrición. Cuando se tiene deficiencia de fierro, dosis mayores se toman por razones terapéuticas. El equivalente diario que se debe consumir es de 1 a 2m, su rango en el consumo va desde 7 hasta 35mg por día con un promedio de 16mg al día.

¿Cómo se remueve del agua?

 

El proceso de remoción de este elemento puede ser mediante aireación, sedimentación o filtración, ajustes de pH, ozono, cloración, intercambio iónico y suavizadores. Pero el método con más eficiencia en los últimos tiempos son los catalizadores para remisión de fierro y manganeso (Katalox Ligt, Pyrolox, Birm, Filox R, Green Sand, MTM).

Diferencia entre filtración y purificación de agua

A todos nos gustaría saber que el agua que bebemos esta limpia y es saludable. Desafortunadamente, la investigación indica regularmente que nuestra agua contiene contaminantes que afectan negativamente a nuestra salud a través del tiempo. Para asegurar que el agua potable es saludable, muchas personas instalan un filtro en su casa o un sistema de purificación.

¿Busco un filtro o un purificador?, y para hacer eso, primero hay que entender lo que significan los dos términos. Puede ser difícil saber la diferencia entre la filtración de agua y la purificación de agua. Puede haber dos compañías que fabrican productos que hacen sustancialmente la misma cosa, pero que etiquetan sus productos de manera diferente. Uno puede llamar un purificador de agua, y el otro filtro de agua. Para entender lo que los productos hacen, es necesario tener en cuenta cómo la industria considera los dos términos.

Purificación
De los dos términos, la purificación parece ser el que es más incomprendido. El agua que proviene de fuentes naturales (Ríos, montañas, nacimientos, pozos…) no es 100% pura, contiene elementos inherentes de la misma fuente, como los minerales, sales, materia orgánica etc. Unas con mayor concentración que otras, pero ninguna del todo pura. Así que la palabra «purificación», es «purificar». Que significa eliminar lo que no es deseado. Por lo tanto, un producto que pretende purificar el agua (es decir, hacer que el sea agua pura). Simplemente significa que se elimina lo que no se quiere, o lo que puede ser no saludable.

La mayoría de los sistemas de purificación utilizan carbón activado para adsorber los contaminantes. Los purificadores de carbón adsorben moléculas orgánicas presentes, también se utilizan lámparas de luz ultravioleta para eliminar microorganismos, resinas de intercambio iónico para retener minerales o metales, o la destilación por mencionar algunos.

Filtración
La palabra filtración es más fácil de entender. Es una acción mecánica que utiliza un elemento filtrante o malla que retiene partículas sólidas. El acto de filtración se puede ejemplificar como cuando utilizamos un colador en la cocina para preparar alimentos. Los dos sistemas de filtración de agua más comunes son los filtros de sedimentos y los de membranas. Y los dos se combinan a menudo. Los filtros de sedimentos generalmente retienen elementos de acuerdo al tamaño de 1 a 100 micras. Las membranas pueden retener contaminantes microscópicos menores a una micra, algunos virus y bacterias, productos farmacéuticos disueltos y hasta minerales no deseados.

La diferencia entre la purificación y la filtración
La diferencia entre las dos es que un proceso de purificación que elimina impurezas no deseadas del agua por absorción, destilación, radiación UV o intercambio iónico como ya lo mencionamos, mientras que un proceso de filtración sólo impide que las partículas solidas pasen a través de él.
Los filtros de membrana muy finas (microfiltraciónultrafiltración u ósmosis inversa) pueden retener virus, bacterias, sales y minerales, también se le puede llamar “purificación” porque la mayoría de las impurezas presentes se eliminan, a pesar de que es a través de un proceso de filtración estrictamente.

Si la diferencia todavía parece un poco turbia, lo es. En resumen cuando hay elementos naturales o añadidos ya sea disueltas o microscópicas en el agua como un contaminante, se considera purificación, y cuando hay sedimentos o impurezas sólidas se considera filtración.

Normalmente en los hogares y la industria estos dos sistemas se combinan para mejorar la calidad de agua, colocando filtros en los primeros pasos y sistemas de purificación posteriormente.

Podemos concluir que ya que ambos procesos se combinan, ya que el término «purificación» parece un poco confuso, algunas empresas evitan usar el término en el etiquetado. Esta es una razón por la que muchos sistemas de tratamiento de agua se etiquetan como filtración, en lugar de purificación. Es más común llamar “Filtro de agua” porque es así como la mayoría lo busca. Pero el término más correcto es «Purificador de agua».

En el siguiente link puede ver el Proceso de Purificación de Agua convencional.

Filtros de lecho profundo

También llamados multimedia, zeolita, arena sílica y antracita.

 

¿Qué son los medios filtrantes?

La arena sílica, zeolita y la antracita producen resultados satisfactorios en la filtración de agua, y pueden usarse en una amplia gama de tamaños y de alturas de cama. La selección del tamaño de la partícula y de la altura de cama es responsabilidad del diseñador, y debe hacerse con base en las condiciones del agua a tratar.

En general, mientras más grueso es un medio filtrante, permite un mayor tiempo de filtrado entre retrolavados. La filtración es función tanto del tamaño del medio filtrante como de la altura de la cama, y la remoción generalmente es mejor con mayores alturas de cama, con menores tamaños de medio filtrante, o con ambos.

En el tratamiento de agua se pueden utilizar filtros de camas simples un solo medio filtrante duales o múltiples.
En las camas duales o múltiples, los medios filtrantes gruesos se colocan en la parte superior y los medios finos en la inferior. Esta colocación se realiza con el objeto de combinar un mayor lapso de filtración con una remoción más fina -característica de un medio fino-. Es necesario seleccionar adecuadamente el rango de tamaños de partícula y la densidad de las distintas capas filtrantes, con el objeto de mantener la posición de las capas -las gruesas arriba y las finas abajo- durante la filtración y después de los retrolavados.

En filtros de camas duales o múltiples que utilizan antracita, el tamaño de esta depende del tamaño y de la densidad de la arena u otro material que se coloque bajo la antracita. Si las partículas de la antracita son demasiado pequeñas, pueden ocasionar pérdidas excesivas durante el mínimo retrolavado requerido para limpiar la arena de manera efectiva. Si las partículas de antracita son demasiado grandes, pueden ocasionar un mezclado excesivo de ambas capas en su interfase.

La idea de usar medios con masas diferentes es que durante el retrolavado los medios más ligeros con las partículas más grandes (antracita) se estratificarán naturalmente en la parte superior del filtro, mientras que los medios de tamaño intermedio (arena) se asentarán en el medio y los medios más pesados con las partículas más pequeñas (garnet o granate) se asentarán en el fondo.

Esta acomodo del lecho de filtración hace que los contaminantes más grandes a quedar atrapados en la primera capa del filtro, y las partículas más pequeñas se filtran hacia las capas inferiores. La tetención de contaminantes de esta manera permite una eliminación más eficiente de la turbidez y tiempos de ejecución más largos entre los ciclos de retrolavado. Se puede esperar que un simple filtro de arena elimine partículas de hasta 25-50 micrones de tamaño, en comparación con un filtro multimedia que puede eliminar partículas de hasta 10-25 micras.

1 Granulometría o tamaño de partícula:

El tamaño de los medios filtrantes comúnmente se especifica en términos de tamaño efectivo y de coeficiente de
uniformidad o en términos del rango del tamaño de partículas.
Tamaño efectivo de partícula: Es la abertura de la malla por la cual pasa solo el 10% (en peso) de una muestra
representativa del material filtrante.
Coeficiente de uniformidad: Es la relación calculada dividiendo la abertura de la malla por la cual pasa un 60% (en peso) de una muestra representativa de un material filtrante entre la abertura de la malla por lo cual pasa
solo el 10% (en peso) de la misma muestra.

2 Propiedades:

Las principales características de los medios filtrantes deben alta dureza y durabilidad. Deben tener una densidad específica, dureza y solubilidad en ácido, de acuerdo a los valores de la Tabla 1. Además, deben estar visiblemente libres de partículas ajenas a éstos.
¿Qué son las gravas?

Cuando el tamaño de los orificios del sistema de descarga de agua del filtro es más grande que el de las partículas del medio filtrante, se requiere un sistema de capas de grava de soporte para prevenir que el medio filtrante se escape y tape la salida del filtro. La grava, además ayuda a distribuir al fluido en los retrolavados para que sean más eficientes.

Tamaño:
Antes de la existencia de los distribuidores o toberas el acomodo de las gravas de soporte era el siguiente:
A) El tamaño de las partículas de cada capa debe ser lo más uniforme posible, con una relación del tamaño de la partícula mayor entre la menor no mayor de 2.
B) El tamaño de la partícula más pequeña de la capa superior debe ser de 4 a 4.5 veces el tamaño efectivo del medio filtrante más fino a ser retenido.
C) Entre capa y capa de grava, la relación del tamaño (diámetro) de la partícula más grande de la capa inferior entre el de la partícula más chica de la capa superior no debe ser mayor a 4.
D) Las partículas más chicas de la capa de grava base deben ser de 2 a 3 veces el tamaño del orificio del sistema de recolección de salida del líquido.
E) El espesor de cada capa de grava debe ser cuando menos 3 veces el diámetro de la partícula más grande, pero no
menor a 3 pulgadas en cualquier caso.

Propiedades:
La grava debe consistir en un material donde una gran porción de las partículas son redondeadas. Estas deben poseer gran dureza y resistencia a la degradación durante el manejo y uso. Deben cumplir con las especificaciones de solubilidad en ácido y dureza, que se muestran en la Tabla 2. Además, no más de un 25% (en peso) de las partículas podrán tener más de una cara fracturada. Un máximo de 2% (en peso) de las partículas podrán ser planas o alargadas entendiendo por alargada, una partícula cuyo eje mayor sea más de 5 veces el eje menor.
Las gravas deben estar visiblemente libres de partículas ajenas como tierra y no deben tener más de 8% (en peso) de finos, ni más de 8% en gruesos.
Tabla 2. C

3. Instalación de materiales de filtración

Preparación;
A) Limpieza: Cada filtro debe estar completamente vacío y limpio antes de colocar cualquier material.
B) Marcar cada capa: Antes de colocar cualquier material, debe marcarse el nivel superior de cada capa en el interior del filtro.
C) Almacenamiento del material: Debe mantenerse limpio, en un lugar techado, seco y sobre una tarima para prevenir cualquier tipo de contaminación durante el almacenamiento.

Instalación:
A) Cuidados al instalar el material: La primer capa de grava debe colocarse cuidadosamente para evitar daños al sistema de descarga de agua del filtro. Para grava menor a 1/2 pulgada, el instalador no debe pararse ni caminar directamente sobre el material, para evitar desplazarlo.
B) Colocación de las capas: Cada capa debe estar completa antes de empezar a colocar la siguiente, y debe tener un espesor uniforme. Al colocarse una nueva capa debe ponerse con cuidado para no desplazar la anterior. La arena y la antracita pueden colocarse hidráulicamente mediante una bomba o eyector. Cuando se usa este método, después de colocados los materiales hay que hacer un retrolavado para acomodar las capas de antracita y arena. No es
recomendable transportar antracita neumáticamente.
C) Nivel superior de las capas: Debe verificarse el nivel superior de cada capa, llenando con agua hasta la marca del límite superior -previamente establecida en el interior del filtro-.
D) Lavado de la grava: Después de colocar todas las capas de grava y antes de colocar la arena o antracita, el filtro debe retrolavarse por 5 minutos al flujo máximo disponible, siempre y cuando éste no pase de 25 GPM/ft de superficie filtrante. Este paso puede eliminarse si la grava no presenta impurezas a simple vista.
E) Lavado de la arena y la antracita: Cada capa de material debe retrolavarse para eliminar la espuma, contaminación y los excesos de finos antes de colocar la siguiente capa de material.

4. Preparación del filtro para servicio

4.1 – Lavado:
A) Lavado inicial: Después de que todos los materiales se hayan colocado, se introduce agua lentamente de abajo hacia arriba hasta inundar completamente la cama. La cama se deja por más de 12 horas con el objeto de saturar de agua a todos los poros e intersticios. Posteriormente se incrementa gradualmente el flujo de agua para eliminar
completamente el aire de la cama.
B) Flujo de retrolavado: Durante cada retrolavado, el agua debe aplicarse en un flujo inicial de no más de 2 GPM/ft de área filtrante. Posteriormente el flujo debe incrementarse de forma gradual en un período de 3 minutos, hasta alcanzar el máximo flujo indicado en la Tabla 3. Hay que mantenerlo a este máximo durante más de 5 minutos.
4.2 – Remoción de finos:
Después del retrolavado inicial, el filtro debe vaciarse parcialmente, y debe removerse una capa (aprox. de 5 mm de espesor) de material fino de la superficie del filtro.
A) Número de retrolavados: Debe retrolavarse 3 veces, y cada retrolavado debe durar por lo menos 5 minutos, con el flujo listado en la Tabla 3. Después de los tres retrolavados, debe eliminarse todo el material de la superficie que sea menor a la malla 50, y en el caso de la antracita, debe eliminarse toda partícula plana. Toda esta operación debe repetirse tantas veces como sea necesario hasta dejar perfectamente limpio el medio filtrante.
B) Material adicional: Si se requiere material adicional para que la superficie del medio filtrante tenga la altura específica después de eliminar los finos, debe agregarse material suficiente antes de la última operación de retrolavado y limpieza.
Tabla 3. FLUJOS MAXIMOS PARA RETROLAVADOS

4.3 Desinfección:
Después de todo el procedimiento anterior, y antes de que el filtro sea puesto en servicio, el filtro entero debe
sanitizarse, de acuerdo al término sanitización de filtros.

Para revisar nuestros equipo puede verlos aquí

G

La granulometría

o número de malla es la distribución del tamaño de un grano que incluyen arenas, gravas, carbón activado, antracita, zeolita y una amplia gama otros medios granulares.
Típicamente la granulometría esta expresada en la prueba (U.S. Standard Sieve) con ayuda de una criba o pila de mallas o tamices.

El cribado es un método de separación de una mezcla de granos o partículas en 2 o más fracciones de tamaño, los materiales de gran tamaño son atrapados por encima una malla, mientras que los materiales de tamaño menor pueden pasar a través esta y retenidos por otras mallas inferiores.

Las mallas o tamices se pueden utilizar en las pilas, para dividir los granos en varias fracciones de tamaño y por lo tanto determinar las distribuciones de tamaño de partícula.

Las mallas o tamices se utilizan generalmente tamaño de partículas mayores que aproximadamente 50 micras (0,050 mm).

Cada malla o tamiz es representado por un número que indica la cantidad de hilos cruzados por cada pulgada cuadrada, por ejemplo: la malla número 8 tiene 8 hilos verticales 8 hilos horizontales formando una cuadrícula por cada pulgada cuadrada.

Las granulometrías de los medios granulares utilizados en el tratamiento de agua se expresan en dos cifras, por ejemplo un carbón activado de malla o granulometría 8 x 30 y quiere decir que es un rango de partículas que pasan por la malla número 8 (2.38 mm) y retenidas en la malla número 30 . Lo que indica que la granulometría o el rango de partículas es de 2.38 mm hasta 0.595 mm

Tabla de conversión de número de malla (U.S. Standar Sieve) a milímetros y pulgadas

Número Malla
(U.S. STD. Sieve)
Abertura (mm)
Abertura (pulg)
4

4.76

0.187
5
4.00
0.157
6

3.35

0.132
8

2.38

0.0937
10

2.00

0.0787
12

1.68

0.0661
14

1.41

0.0555
16

1.19

0.0469
18

1.00

0.0394
20

0.841

0.0331
25

0.707

0.0278
30

0.595

0.0234
35

0.500

0.0197
40

0.420

0.0165
45

0.354

0.0139
50

0.297

0.0117
60

0.250

0.0098
70

0.210

0.0083
80

0.177

0.0070
100

0.149

0.0059
200

0.074

0.0029
325

0.044

 0.0017
400

0.037

0.0014

¿Qué rango de tamaño de partícula es el más adecuado para cada aplicación?

En contra de lo que suele creerse, la capacidad de un carbón activado no aumenta por más pequeño que sea su tamaño de partícula. Esto se debe a que, por más fino que se muela un carbón, su área superficial prácticamente no aumenta (el área superficial se da a un nivel molecular inafectable por métodos mecánicos). No obstante, la cinética (velocidad de adsorción) sí aumenta sustancialmente al disminuir el tamaño de partícula del carbón. Esto se traduce en que, mientras menor es el tamaño de partícula de un carbón, se requieren camas más pequeñas para lograr un determinado desempeño.

Por otro lado, mientras menor es el tamaño de partícula de un carbón granular, mayor es la caída de presión y, por lo tanto, aumenta el costo para lograr el flujo a través del mismo. De lo anterior se concluye que en todos los casos debe usarse el menor tamaño de carbón, siempre y cuando sea mayor el beneficio de requerir una cama pequeña que el costo de hacer circular el fluido a través de la misma.
El aumento en la cinética de adsorción puede estimarse con la siguiente ecuación:
v/V = (D/d)2
en donde
D = diámetro promedio de partícula del carbón de mayor tamaño
V = velocidad de adsorción del carbón de mayor tamaño
d = diámetro promedio de partícula del carbón de menor tamaño
v = velocidad de adsorción del carbón de menor tamaño

¿Qué es el tamaño efectivo de partícula?

El tamaño de los medios filtrantes comúnmente se especifica en términos de tamaño efectivo y de coeficiente de uniformidad o en términos del rango del tamaño de partículas. Tamaño efectivo de partícula: Es la abertura de la malla por la cual pasa sólo el 10% (en peso) de una muestra representativa del material filtrante.

¿Qué es el coeficiente de uniformidad?

Es la relación calculada dividiendo la abertura de la malla por la cual pasa un 60% (en peso) de una muestra representativa de un material filtrante entre la abertura de la malla por lo cual pasa solo el 10% (en peso) de la misma muestra.

I

LANGELIER índice de saturación

El índice de Langelier o de saturación del agua es útil para determinar las tendencias corrosivas o incrustantes en del agua para uso doméstico e industrial. Para el cálculo de este índice, es necesario tener la siguiente información:

pH obtenidos del agua a tratar.

Factor de temperatura TF – al momento del muestreo, con el fin de obtener el valor adecuado TF.

Dureza de calcio CF – determinar las ppm de dureza de calcio (CH) en la muestra de agua. Es importante tomar una lectura de dureza de calcio apropiado (CH), con el fin de obtener el valor CF correcto.

Alcalinidad total AF – determinar el PPM de la alcalinidad total (TA) en la muestra de agua.

El rango ideal para el Índice de Langelier o saturación es -0.3 a +0.3. Los valores de prueba más negativos de -0.3 (i.e., -0.6) se consideran corrosivos y se deben tomar medidas para ajustar el pH, la alcalinidad total o dureza de calcio, con el fin de evitar los efectos de la corrosión. Valores de prueba superior a 0.3 (i.e, +0.6) son indicativos de tendencia de agua incrustante y habrá que ajustar el pH, la alcalinidad total o dureza de calcio, a fin de evitar la formación de incrustaciones en tuberias o equipos instalados.

La siguiente fórmula se utiliza para calcular el / Índice de Saturación de Langelier:

Índice de Langelier = pH + TF + CF + AF – 12.1 *

* 12.1 es una constante utilizada en el cálculo de la / Índice de Saturación Langelier

La siguiente tabla nos puede ayudar a calcularlo:

¿Cómo corregir el agua?

En aguas con tendencia corrosiva es necesario agregar un álcali, este se puede hacer corregir colocando un filtro de Corosex o Calcita, con estos equipos aumentamos el pH del agua.

En aguas incrustantes es necesario colocar un suavizador, nosotros le podemos ayudar a calcular el equipo adecuado al tipo de agua que necesite acondicionar, en algunos casos se puede dosificar mediante bombas dosificadoras un ácido para equilibrar el pH, siempre y cuando el proceso y manejo de éste sea seguro.

L

¿Qué es la luz ultravioleta?

La luz ultravioleta germicida es un método de desinfección que utiliza la radiación ultravioleta (UV) con la longitud de onda suficientemente para esterilizar los microorganismos. Se utiliza en una variedad de aplicaciones, tales como alimentos, aire y purificación de agua. La UV utiliza la radiación ultravioleta de onda corta (UV-C) que es perjudicial para los microorganismos. Es eficaz en la destrucción de los ácidos nucleicos en estos organismos de manera que su ADN se interrumpe por la radiación UV, lo que les impide realizar funciones celulares vitales de reproducción.

La aplicación de la UV en desinfección ha sido una práctica aceptada desde mediados del siglo 20. Se ha utilizado principalmente en el saneamiento y los servicios médicos de trabajo estériles. Cada vez más se emplea para esterilizar potable y aguas residuales, en equipos de cuerpos cerrados para garantizar una mayor exposición a la radiación UV. En los últimos años la UV ha sido utilizada con gran éxito en la aplicación del saneamiento del aire.

Inactivación de Bacterias

El grado de inactivación por radiación ultravioleta está directamente relacionada con la dosis de UV aplicada al agua. La dosificación de la intensidad de la luz UV y el tiempo de exposición, se miden generalmente en microjoules por centímetro cuadrado, o alternativamente como microvolts segundo por centímetro cuadrado (mW · s / cm2). Las dosis para matar el 90% de la mayoría de las bacterias y virus rango de 2.000 a 8.000 mW · s / cm2.  La dosis para los parásitos más grandes tales como Cryptosporidium requiere una dosis menor que para la inactivación. Como resultado, la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos ha aceptado la desinfección UV como un método para plantas de tratamiento de agua potable para eliminar Cryptosporidium, Giardia o virus.

La luz ultravioleta en el tratamiento de agua

Desinfección ultravioleta del agua consiste en un proceso puramente físico, libre de químicos. La radiación UV-C ataca el ADN vital de las bacterias directamente. Las bacterias pierden su capacidad reproductiva y se destruyen. Incluso parásitos tales como Giardia o Cryptosporidium, que son extremadamente resistentes a los desinfectantes químicos, se reducen de manera eficiente. La UV también se puede utilizar para eliminar las especies de cloro y cloramina del agua.; este proceso se denomina fotolisis, y requiere una dosis mayor que la desinfección normal. Los microorganismos esterilizados no se eliminan del agua. Desinfección UV no elimina compuestos orgánicos disueltos, compuestos inorgánicos o partículas en el agua. Sin embargo, los procesos de oxidación UV se puede utilizar para destruir simultáneamente contaminantes químicos traza y la desinfección de alto nivel, como toda el agua que pude utilizar toda un comunidad o población.

Antes se pensaba que la desinfección UV era más eficaz para las bacterias y los virus, que han más expuestas material genético, que para los patógenos más grandes que tienen revestimientos exteriores o que los estados de forma de quistes (por ejemplo, Giardia) que protegen el ADN de la luz UV. Sin embargo, recientemente se ha descubierto que la radiación ultravioleta puede ser eficaz para tratar el microorganismo Cryptosporidium. Los hallazgos resultaron en el uso de radiación UV como un método viable para el tratamiento de agua potable. Giardia a su vez ha demostrado ser muy susceptibles a los rayos UV-C cuando las pruebas se basaron en la infectividad.

 

lampara-de-luz-uv

M

Símbolo del Manganeso

¿Qué es el Manganeso?

El Manganeso es un elemento químico metálico quebradizo de color blanco grisáceo, parecido al fierro pero más rígido.

El Manganeso en el Agua

Su concentración en el agua es menor a la del fierro. En promedio el valor que se estima es de 0.06 mg/L. Cuando se encuentra un valor mayor a 1mg/L, es porque los minerales que lo contienen se encuentran en contacto con el agua en condiciones «reducidas» o porque hay bacterias activas. En las aguas crudas se ha registrado de 0.001 a 0.60mg/L.

Efectos en la Salud

 

Este elemento es un micronutriente esencial para las plantas y los animales. La deficiencia de manganeso no se ha atribuido a ningún riesgo para la salud.

El envenenamiento por manganeso relacionado a exposición por el trabajo es raro. Altas concentraciones de polvo o humo de manganeso además de la inhalación prolongada son necesarios para causar envenenamiento crónico, causando efectos similares a la enfermedad de Parkinson. No es muy probable que el manganeso cause un riesgo para la salud en las cantidades que se encuentran en el agua cruda y potable, sin embargo puede tener efectos como que el agua se torne turbia y se altere su sabor, así como puede hacer que el agua manche la ropa.

¿Cómo se remueve del agua?

Cuando se requiere remover del agua se puede utilizar aireación, super cloración, catalizadores de dióxido de manganeso, ajuste de pH o precipitación química.

¿A qué le llamamos metales pesados en el agua?

El término metal pesado se refiere a cualquier elemento químico metálico que tiene una densidad relativamente alta y es tóxico o venenoso en concentraciones bajas.

Los metales pesados son componentes naturales de la corteza terrestre. No pueden ser degradados o destruidos. Para una pequeña medida en que entran en nuestros cuerpos a través de los alimentos, el agua potable y el aire. Algunos metales pesados (por ejemplo, cobre, selenio, zinc) son esenciales para mantener el metabolismo del cuerpo humano. Sin embargo, a concentraciones más altas pueden conducir a la intoxicación. El envenenamiento por metal pesado podría resultar, por ejemplo, de la contaminación del agua de consumo (tuberías de plomo), las concentraciones en el aire ambiente de alta cerca de las fuentes de emisión, o la ingesta a través de la cadena alimentaria.

Aluminio:
Aunque el aluminio no es un metal pesado (gravedad específica de 2,55 a 2,80), que representa aproximadamente el 8% de la superficie de la tierra y es el tercer elemento más abundante. Es fácilmente disponible para la ingestión humana a través del agua potable.

Algunos estudios que se han realizado desde hace 20 años, mencionan que el aluminio podría tener una posible relación con el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer, cuando los investigadores encontraron lo que ellos consideran importantes cantidades de aluminio en el tejido cerebral de los pacientes de Alzheimer. Aunque también se encontró aluminio en el tejido cerebral de personas que no tenían la enfermedad de Alzheimer, las recomendaciones para evitar fuentes de aluminio recibido amplia atención pública.

Sin embargo, la Organización Mundial de la Salud (WHO 1998) llegó a la conclusión de que, aunque hubo estudios que demuestran una relación positiva entre el aluminio en el agua y la enfermedad de Alzheimer potable, la OMS tenía reservas acerca de una relación causal porque los estudios no representan la ingesta total de aluminio a partir de todas las fuentes posibles.

Aunque no hay pruebas concluyentes a favor o en contra de aluminio como una causa principal de la enfermedad de Alzheimer, la mayoría de los investigadores coinciden en que es un factor importante en el componente de la demencia y sin duda merece los esfuerzos de investigación continua. Por lo tanto, en este momento, lo que reduce la exposición al aluminio es una decisión personal.

Arsénico
El arsénico es la causa más común de intoxicación por metales pesados aguda en adultos. El arsénico se libera en el medio ambiente por el proceso de fundición de cobre, zinc y plomo, así como por la fabricación de productos químicos y gafas. El gas arsina es un subproducto común producido por la fabricación de plaguicidas que contienen arsénico. El arsénico también puede ser encontrado en los suministros de agua de todo el mundo, dando lugar a la exposición de los mariscos, el bacalao, el eglefino y. Otras fuentes son las pinturas, raticidas, fungicidas y conservadores de la madera.

Cadmio
El cadmio es un subproducto en la minería y la fundición de plomo y zinc. Se utiliza en las baterías de níquel-cadmio, plásticos de PVC, y pigmentos de la pintura. Ocurre sobre todo en aliaciones con el zinc y llega al agua por la fabricación del galvanizado (tubos y conexiones galvanizadas)

Cobre
El cobre a niveles muy altos es tóxico y puede causar vómitos, diarrea, pérdida de fuerza o, para una exposición grave, cirrosis del hígado. En el agua se convierte a un color azul-verde, sale el interior de las tuberías y aparece en el agua como un precipitado. Esta reacción sólo se produce en un pequeño porcentaje de casos.

Hierro / Fierro
El hierro es un metal pesado muy común en el agua, hay que tener cuidado en ingestión de suplementos de hierro, y en la dieta puede envenenar de forma aguda los niños pequeños. Ingestión representa la mayor parte de los efectos tóxicos de hierro porque este metal se absorbe rápidamente en el tracto gastrointestinal. La naturaleza corrosiva del hierro parece aumentar aún más la absorción. Puede causar una mancha de color rojo o marrón oxidado en los accesorios o ropa y / o al agua dar un sabor metálico.

Mercurio
El mercurio se genera de forma natural en el medio ambiente de la desgasificación de la corteza terrestre y las emisiones volcánicas. Existe en tres formas: mercurio elemental y el mercurio orgánico e inorgánico. Mercurio atmosférico se dispersa por todo el mundo por los vientos y vuelve a la tierra de las precipitaciones, que se acumula en las cadenas alimentarias acuáticas y peces en los lagos. Se añadieron los compuestos de mercurio a pintar como fungicida hasta 1990.

Estos compuestos están prohibidos; Sin embargo, todavía existen de pintura vieja y las superficies pintadas con estos viejos materiales. El mercurio sigue siendo utilizado en los termómetros, termostatos, y la amalgama dental. Algunas bacterias son capaces de transformarlo en metilmercurio, que se concentra en la cadena alimentaria y puede causar malformaciones.

Plomo
La mayoría de casos de intoxicación por metales pesados es en niños. El Plomos es un metal muy blando y se utilizó en las tuberías, drenajes y materiales de soldadura durante muchos años. Millones de hogares construidos antes de 1940 todavía contienen plomo (por ejemplo, en las superficies pintadas), dando lugar a la exposición crónica a la intemperie, descamación, tiza para pizarrones, y en polvo. Cada año, la industria produce alrededor de 2.5 millones de toneladas de plomo en todo el mundo. La mayor parte de este cable se utiliza para las baterías.

¿Cómo eliminar los metales pesados?

Existen varios métodos para eliminar estos metales del agua potable

Intercambio Iónico:
A nivel industrial la mejor solución son las resinas de intercambio iónico, actuan muy bien removiendo ciertos metales.

Catalizadores de fierro y manganeso:
En un medio seleccionado, por ejemplo hidróxido de hierro granular o dióxido de manganeso podemos presipitar este metal y eliminarlo en los retralavados.

KDF:
A nivel doméstico el uso del KDF ha sido utilizado y recomendado por los fabricantes de equipos residenciales.

Precipitación química:
En aguas de proceso o manejo industrial mediante el control del pH y añadiendo a los reactivos de precipitación de agua cruda (sulfuros, carbonatos, fosfatos), agentes de coagulación-floculación (cloruro de hierro, hidróxido de aluminio) y todos los metales pesados que se encuentran en el agua cruda se mantienen dentro de los flóculos resultantes que puede entonces ser recogidos durante la etapa de clarificación o filtración.

Filtración:
Si el agua a tratar contiene una pequeña cantidad de materia en suspensión y partículas, los flóculos son retenidos durante la etapa de filtración. Se puede utilizar filtros de lecho profundo o multitudinaria, o filtros de membrana (microfiltración y ultrafiltración).

¿Qué es la micra?

Una micra es una unidad de medida en el sistema métrico, también conocida como micrón. La micra es extremadamente pequeña, tan pequeña para ser vista a simple vista. Es equivalente a 1 millonésima parte de un metro 1 μm = 0.000 001 m = 10-6 m. Micras son una importante unidad de medida para la filtración de líquidos, aire, microbiologia y procesos de laboratorio.

¿Qué tan pequeña es una micra?

Una micra es increíblemente pequeña, demasiado pequeño para ser visto con el ojo humano sin ayuda. Cabellos humanos suelen medir entre 60 y 80 micras de diámetro. Los ácaros del polvo pueden estar entre 1 y 4 micras de largo. El del ojo humano tiene un limite para ver partículas de hasta 40 micras.

Ojo humano: 0.04 mm (milímetros) 40 µm (micras)
Microscopio compuesto: 0.2 µm (micras)
Microscopio electrónico de transmisión: 1.0 µm (micras)
Microscopio electrónico de barrido: 0.5 µm (micras)

¿Qué tipo de cosas se pueden medir en micras?

Las micras son utilizadas por empresas de filtración de aire para medir las partículas en el aire, como el polen, el polvo, la caspa de mascotas, los ácaros del polvo, bacterias, esporas de moho y otros contaminantes diminutos. Además, micras se utilizan para medir los núcleos de las fibras ópticas y los anchos de línea de microchips. También se utilizan para medir el diámetro de las fibras de lana. Cuanto menor sea la fibra, más valiosa la lana.

Las micras son una herramienta importante para la medición de los sólidos suspendidos en el agua. El tamaño de una partícula determina su potencial de daño a la salud humana. La mayor parte de las partículas en el aire y agua son inferiores a 1 micra.

En el tratamiento de agua potable la filtración común es de 5 a 10 micras como un pre-tratamiento básico.

¿Qué son los sub-micras?

La medición para partículas menores a 1 micra se llama submicra, submicrón o medida submicrónica. Por ejemplo la tecnología de chips de computadoras puede llegar hasta un nivel submicrónico. El ancho de línea estándar en un chip de hoy es 0.13 micras. La mayoría de los microchips contienen millones de transistores con estas características minúsculas. En la purificación de agua hay equipos que retienen partículas sub-micrónicas para ser usada para consumo humano o aguas usadas en laboratorio, estos pueden llegar a ser menor si usamos micro-filtración para retener bacterias a 0.2 µm micras.

Algunos de los equipos utilizados en el tratamiento de agua:

Microfiltración (0.2 micras)
Ultrafiltración (0.01 micras)
Nanofiltración (0.001 micras)
Ósmosis Inversa (0.0001 micras)

¿Qué es el micrómetro?

El micrómetro, es el instrumento que realiza la medición de las micras, existen micrómetros mecanicos (Palmer) y electrónicos digitales.

Microfiltración

La microfiltración es un proceso de filtración por medio de una membrana microporosa que elimina los contaminantes de un fluido. El tamaño de poro de la membrana oscila desde 0.1 hasta 1 micras o micrones.

La microfiltración es diferente de la ósmosis inversa y la nanofiltración, ya que no requiere presión y peo no elimina los contaminantes sólidos disueltos.

¿Cómo funcionan estos sistemas?

La microfiltración es el proceso de filtración con un filtro de tamaño micrómetro. Los filtros pueden ser a presión atmosférica o un recipiente a presión. Pueden ser fibras huecas, hojas planas, tubulares, espirales, de fibra fina hueca o una superficie grabada.

Estos filtros son porosos y permiten que el agua pase a través de ellos, elementos monovalentes (Na +, Cl-), materia orgánica disuelta, pequeños coloides, bacterias y virus.
Sistemas de microfiltro debe tener un tratamiento previo adecuado para prevenir frecuente y / o irreversible ensuciamiento de la membrana.

La microfiltración se puede utilizar en muchas aplicaciones, tales como la esterilización en frío de bebidas y productos farmacéuticos, la clarificación de zumos / vino / cerveza, separación de las bacterias del agua, el tratamiento previo de la ósmosis inversa, la separación aceite / agua, tratamientos de efluentes, agua de uso médico, agua de laboratorio, o cualquier aplicación de agua de alta pureza.

Clasificación por tamaños de partículas.

Filtración de Partículas: de 1 a 1000 micras
Microfiltración: de 0.1 a 1 micras
Ultrafiltración: de 0.01 a 0.1 micras
Nanofiltración: de 10 a 100 Å
Ósmosis inversa: (Hiperfiltración): de 1 a 10 Å

N

¿Qué es la nanofiltración?

Se trata de un proceso de filtración de membrana que se utiliza con aguas de bajos sólidos disueltos totales. El propósito es suavizar el agua y desinfectar mediante la eliminación de la materia orgánica natural y materia orgánica sintética. La principal diferencia entre los sistemas de ósmosis inversa y la nanofiltración es que la membrana nano, no es tan cerrada y funciona a una presión de agua de alimentación inferior. Además, no elimina iones monovalentes del agua tan eficazmente como la membrana de ósmosis inversa.

¿Cómo funcionan estos sistemas?

La nanofiltración es una tecnología de filtración de flujo cruzado. El tamaño de poro de la membrana es de aproximadamente 1 nanómetro. La presión para utilizar la nanofiltración es también menor a la de la ósmosis inversa. Nanofiltros también eliminan menos iones monovalentes que ósmosis RO (aproximadamente el 50 – 90%). Esto permite a la membrana eliminar la dureza del agua y reduce un poco el contenido total de sólidos disueltos.

La nanofiltración puede ser utilizada en muchas aplicaciones tales como:

La fabricación de medicamentos

  • Producción de productos lácteos
  • Textiles
  • Cocinas industriales
  • Agua potable
  • Agua de laboratorio médico
  • o cualquier aplicación de agua de alta pureza.

Nuestros expertos en filtración de agua pueden responder a cualquier pregunta o preocupación que tenga.

Clasificación por tamaños de partículas.

Filtración de Partículas: de 1 a 1000 micras
Microfiltración: de 0.1 a 1 micras
Ultrafiltración: de 0.01 a 0.1 micras
Nanofiltración: de 10 a 100 Å
Ósmosis inversa: (Hiperfiltración): de 1 a 10 Å

O

¿Qué es la ósmosis?

La ósmosis es el movimiento de moléculas a través de una membrana parcialmente permeable porosa, que va de una región de menor concentración a otra de mayor, en esta acción la membrana tiende a igualar las concentraciones en los dos lados.

Este flujo de partículas solventes hacia la zona de menor potencial se conoce como presión osmótica medible en términos de presión atmosférica.

¿Qué es la ósmosis Inversa?

Sí utilizamos una presión superior a la presión osmótica, un efecto contrario a la ósmosis se puede logar, al presionan fluidos a través de la membrana y sólo las moléculas de menor peso pasan del otro lado.

En el tratamiento de agua los sólidos disueltos al generar esta presión quedan retenidos en la membrana y sólo pasa el agua, a esto se le llama ósmosis inversa. Para logar este efecto del paso del agua es necesario presurizar el agua a un valor superior al de la presión osmótica.

¿Qué es el Ozono?

También llamado trioxidane o trioxigeno, es una molécula inorgánica con la fórmula química O3. Es un gas con gran poder oxidante de un olor distintivo picante. Se forma a partir de dioxígeno por la acción de la luz ultravioleta y también por descargas eléctricas, y está presente en bajas concentraciones en toda la atmósfera de la Tierra.

Métodos más comunes para producir ozono.

Descarga de Corona:
Este es el tipo más común de generador de ozono para la mayoría de los usos industriales y personales. Por lo general este método es de los más económicos para producirlo y no requieren una fuente de oxígeno, simplemente el aire ambiente puede producir concentraciones de ozono de 3-6%. Las fluctuaciones en el aire ambiente, debido al clima u otras condiciones ambientales, causa la variaciones en la producción de ozono y pueden producir óxidos de nitrógeno como un subproducto. El uso de un secador de aire puede reducir o eliminar la formación de ácido nítrico mediante la eliminación de vapor de agua y aumentar la producción de O3. El uso de un concentrador de oxígeno puede aumentar aún más la producción de ozono y reducir aún más el riesgo de la formación de ácido nítrico mediante la eliminación no sólo el vapor de agua, sino también la mayor parte del nitrógeno.

Luz ultravioleta:
Los generadores de ozono mediante UV, o vacío ultravioleta (VUV) generadores de ozono, emplean una fuente que genera una luz ultravioleta de banda estrecha.

Mientras que los generadores de ozono UV estándar tienden a ser menos caros, por lo general producen ozono con una concentración de aproximadamente 0,5% o inferior. Otra desventaja de este método es que requiere el aire (oxígeno) al ser expuesto a la fuente de UV por un tiempo más largo, y cualquier gas que no está expuesta a la fuente de UV no será tratado. Esto hace que los generadores de UV sean poco prácticos para su uso en tratamientos que tienen que ver con el rápido movimiento de corrientes de aire o de agua (esterilización de aire en un conducto, por ejemplo).

Aplicaciones:

Los generadores de ozono VUV se utilizan en piscinas para no usar químicos como el cloro, spas, y aplicaciones que van a millones de galones de agua. Los generadores de ozono UV, a diferencia de los generadores de descarga de corona, no producen nitrógeno subproductos nocivos y también a diferencia de los sistemas de descarga de corona, generadores de ozono UV funcionan muy bien en ambientes de aire húmedo.

El mayor uso de ozono es en la preparación de productos farmacéuticos, lubricantes sintéticos, y muchos otros compuestos orgánicos comercialmente útiles. También se puede utilizar para eliminar microorganismos en flujos de agua y aire. Muchos de los sistemas de agua potable municipal utilizan el ozono en lugar de cloro más común para eliminar bacterias y microorganismos, el ozono tiene un potencial muy alto de oxidación. El ozono no forma compuestos organoclorados, ni tampoco permanecer en el agua después del tratamiento.

Además es un método muy rentable en el tratamiento de agua, ya que se produce en el sitio y no requiere el transporte y almacenamiento de productos químicos peligrosos. Una vez que se ha desintegrado, no deja sabor u olor en el agua potable.

En los sistemas de ozono para purificar el aire es mejor utilizarlos a dosificaciones menores a 0.3 gr, y se recomienda utilizarlo en ambientes cerrados y sin presencia de personas para desinfectar a conciencia los ambientes expuestos a contaminación o lugares de descanso de pacientes con problemas de vías respiratorias.

Industrialmente, el ozono se utiliza para:

  • Desinfectar la ropa en hospitales, fábricas de alimentos, hogares de cuidado.
  • Desinfectar el agua en lugar de cloro.
  • Desodorizar el aire y los objetos.
  • Mata a las bacterias en los alimentos o en las superficies de contacto.
  • Desinfectar piscinas y spas
  • Mata a los insectos en granos almacenados.
  • Levadura Scrub y esporas de moho del aire en las plantas de procesamiento de alimentos.
  • Lavar las frutas y verduras frescas con agua ozonizada para matar la levadura, el moho y las bacterias.
  • Proporcionar una ayuda a la floculación (aglomeración de moléculas, que ayuda en la filtración, donde se eliminan el hierro y arsénico).
  • Fabricación de compuestos químicos a través de la síntesis química.
  • Ayudar en el procesamiento de plásticos para permitir la adhesión de las tintas.
  • Muestras de caucho edad para determinar la vida útil de un lote de caucho.
  • Erradicar parásitos transmitidas por el agua, tales como Giardia lamblia y Cryptosporidium en las plantas de tratamiento de aguas superficiales.
  • El ozono es un reactivo en muchas reacciones orgánicas en el laboratorio y en la industria.

Muchos hospitales de todo el mundo lo utilizan para descontaminar los quirófanos entre cirugías. Las habitaciones se limpian y luego se sellan herméticamente antes de ser llenado con el ozono que mata o neutraliza todas las bacterias restantes.

También se utiliza como una alternativa al cloro o dióxido de cloro en el blanqueo de pulpa de madera. Se utiliza a menudo en combinación con peróxido de oxígeno e hidrógeno para eliminar la necesidad de compuestos que contienen cloro en la fabricación de papel.

El ozono puede ser utilizado para desintoxicar residuos de cianuro (por ejemplo de extracción de oro y plata) por oxidación de cianuro a cianato y finalmente en dióxido de carbono.

P

¿Qué es el pH del agua?

El pH es una de las pruebas más comunes para conocer parte de la calidad del agua. El pH indica la acidez o alcalinidad, en este caso de un líquido como es el agua, pero es en realidad una medida de la actividad  del potencial de iones de hidrógeno (H +). Las mediciones de pH se ejecutan en una escala de 0 a 14, con 7.0 considerado neutro. Las soluciones con un pH inferior a 7.0 se consideran ácidos. Las soluciones con un pH por encima de 7.0, hasta 14.0 se consideran bases o alcalinos. Todos los organismos están sujetos a la cantidad de acidez del agua y funcionan mejor dentro de un rango determinado.

La escala de pH es logarítmica, por lo que cada cambio de la unidad del pH en realidad representa un cambio de diez veces en la acidez. En otras palabras, pH 6.0 es diez veces más ácido que el pH 7.0; pH 5 es cien veces más ácido que el pH 7.0.

Símbolo de la Plata

¿Qué es la Plata?

La plata es un elemento brillante, blanco, rígido, dúctil, moldeable, raro y metálico, sin mencionar que es un excelente conductor del calor y de la electricidad.

La Plata en el Agua

La plata es un elemento muy común en el medio ambiente, debido a que los iones de plata son bacteriostáticos, la plata se usa tanto como un desinfectante de agua potable y se impregna en algunos filtros de agua para evitar un nuevo crecimiento bacteriano.

Efectos en la Salud

(OMS) de la Organización Mundial de la Salud para la calidad del agua potable, indican que no hay datos suficientes con las que obtener un valor basado en la salud de la plata en el agua potable.

Estas directrices establecen que, «en donde se utilizan iones de plata para mantener la calidad bacteriológica del agua potable, los niveles de plata hasta 0.1 mg/litro pueden ser tolerados sin riesgo para la salud.»

Exposición crónica puede producir argiria, lo cual torna el color de la piel a un tono azul grisáceo, esto se ha diagnosticado en personas que han sido tratadas con algún compuesto de plata o por envenenamiento industrial por periodos prolongados de tiempo, esta condición es irreversible. No se conoce algún otro efecto adverso de este metal en el agua además de la argiria, lo cual sólo se considera un defecto cosmético.

¿Cómo se remueve del agua?

Debido a que se trata de un metal precioso, se remueve de manera industrial y comercial en la mayoría de los procesos de recolección de plata, esto hace que no haya ningún problema en el medio ambiente.

Este elemento se remueve mediante intercambio iónico o por floculación.

¿Qué es el Plomo?

El plomo es un elemento metálico pesado, suave y moldeable de color azul grisáceo. No es un buen conductor de electricidad y es resistente a la corrosión.

El plomo en el agua

Se han reportado niveles de 0.4 a 0.8 mg/L en aguas naturales. El agua de la superficie y el agua subterránea tiene un rango de 0.04 mg/L, un equivalente a 0.01 mg/L. Las industrias y campos de minería pueden contribuir a la polución del agua, sin embargo, cuando se detectan altos niveles de plomo en el agua potable, la causa se busca por lo regular en las líneas de servicio del agua y  el sistema de fontanería de los hogares.

Efectos en la salud

Los efectos del plomo en la salud son de naturaleza toxicológica y se miden a través de niveles de plomo en la sangre. Los efectos son neurotóxicos, incluyendo daño cerebral irreversible. Un nivel así de tóxico se alcanza cuando se tienen niveles de plomo superiores a 100-120µg/dL en la sangre. Severos síntomas de problemas gastrointestinales van relacionados con los síntomas encefalopáticos.

Estos síntomas se comienzan a presentar en trabajadores de plomo de edad adulta en niveles de 40 a 60µg/dL, en niños se presentan síntomas graves e inclusive mortales a partir de 80 a 100µg/dL.

Cuando los casos no son fatales (de 40 a 60µg), se causa retraso mental severo permanente con repercusiones neurológicas, y en niños estos problemas se pueden presentar con niveles desde 15 a 30µg/dL.

¿Cómo se remueve del agua?

En general, la reducción de la concentración de plomo en los grifos se puede lograr de la siguiente manera:

  • Incrementar el pH del agua tratada para reducir la corrosividad.
  • Mediante ósmosis inversa.
  • Resinas de intercambio iónico.
  • Reducir los niveles de cloro sustituyendo este desinfectante o reduciendo el uso de cloro.
  • Eliminar la soldadura de plomo de las tuberías y utilizar soldadura de estaño o de antimonio.

7 pasos de un proceso típico de purificación de agua para consumo humano

El abastecimiento de agua para uso y consumo humano con calidad adecuada es fundamental para prevenir la transmisión de enfermedades y efectos tóxicos en el organismo. Con el objeto de lograrlo, se requiere establecer límites permisibles en cuanto a sus características bacteriológicas, físicas, organolépticas, químicas y radiactivas.

Con el fin de asegurar y preservar la calidad del agua en los sistemas hasta la entrega al consumidor, se debe someter a tratamientos de purificación.

El proceso de purificación de agua consiste en un tratamiento físico y químico  que tiene como objeto eliminar contaminantes que podrían representar un riesgo. Entre los contaminantes podemos encontrar, microorganismos, compuestos inorgánicos (sales, minerales, metales) y compuestos orgánicos (grasas, aceites, derivados del petróleo, plaguicidas, detergentes, fármacos,…).

Con el objetivo de establecer los límites permisibles de calidad y los tratamientos de purificación del agua para uso y consumo humano, en México nos regimos por las siguientes normas:

NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-127-SSA1-1994, «Salud ambiental, agua para uso y consumo humano – Límites permisibles de calidad y tratamientos que debe someterse al agua para su potabilización”.
NORMA Oficial Mexicana NOM-201-SSA1-2015, “Productos y servicios. Agua y hielo para consumo humano, envasados y a granel. Especificaciones sanitarias”.

Es importante saber que el tratamiento de purificación siempre dependerá de los parámetros que sea necesario corregir, por lo que se recomienda realizar análisis del agua previo a la determinación de un tren de tratamiento.

En el mercado del agua embotellada, las grandes marcas nos han acostumbrado al sabor del agua baja en sales (agua osmotizada), sin embargo esto no quiere decir que una agua purificada que no sea baja en sales no sea apta para su consumo. En México basta con que se cumpla con la NOM-127-SSA1-1994 para garantizar que es seguro beberla.

A continuación se muestran las etapas más comunes de un sistema de purificación de agua:

1. Desinfección

El cloro es el desinfectante más usado para reducir o eliminar los microorganismos, tales como bacterias y virus, que pueden estar presentes en el agua. La adición de cloro en el agua potable ha reducido en gran medida el riesgo de enfermedades transmitidas a través de ella, como la difteria, la fiebre tifoidea y el cólera.

La cloración desinfecta el agua, pero no la purifica por completo.

Las normas mexicanas establecen que hay que alcanzar una concentración de cloro libre residual de 0.5 a 1.5 mg/l.

2. Filtración con medios granulares

La filtración es el proceso de purificación que elimina los sólidos suspendidos en el agua. Los filtros que utilizan medios granulares, también se llaman de lecho profundo. Dependiendo del tipo de medio, pueden llegar a retener partículas con diámetros mayores a 1 micras, aunque típicamente solo retienen las mayores a 5 a 10 micras, que pueden estar presentes en el agua, como tierra, arena, limo y otras. Es necesario filtrar sedimentos en una de las primeras etapas del proceso de purificación a fin de eliminar partículas que podrían ensuciar u obstruir los equipos utilizados en las etapas posteriores.

Los medios granulares más comunes son arena sílica, zeolita, antracita, granate (garnet) o la combinación de algunos de ellos en lo que se denomina un lecho multimedia.

Los filtros de medios granulares requieren retrolavarse cuando el diferencial de presión entre la entrada y la salida alcanza los 10 psi.

3. Carbón activado granular (CAG)

El CAG es un excelente adsorbente de compuestos orgánicos que pueden ser tóxicos o producir color, olor o sabor al agua.

Además, en esta etapa el CAG actúa como un agente reductor del cloro libre que lo convierte en ion cloruro (Cl–).

Por su naturaleza el CAG es un medio propicio para el desarrollo bacteriano. Por un lado, atrapa moléculas orgánicas, muchas de las cuales son biodegradables y constituyen el alimento de estos organismos. Por otro, tienen una superficie rugosa que permite  a las bacterias una buena fijación que impide que el agua las arrastre. De esto, el crecimiento bacteriano es una consecuencia inevitable de la operación de equipos adsorbedores con CAG.

Existen varios procesos de sanitización para el control bacteriano en camas de carbón activado, mismos que deben efectuarse periódicamente. La periodicidad dependerá de la efectividad  de la misma, de las condiciones de operación y de ubicación del equipo.

Se recomienda realizar el cambio de CAG una vez por año.

4. Suavización

Se recomienda suavizar el agua cuando se va a osmotizar y su dureza es mayor a 170 mg/L . También se recomienda cuando no se va a osmotizar y su valor es tal que causa un sabor desagradable o que causa incrustación en los equipos subsiguientes. El que un agua sea incrustante depende de índices, como el de Langelier, cuyo valor es función de la dureza, el pH, los sólidos disueltos totales, la alcalinidad total y la temperatura.

La dureza total del agua es la suma de la concentración de varios iones metálicos divalentes en el agua, capaces de formar incrustaciones. Normalmente está formada casi en su totalidad por Ca+2 y Mg+2. Para fines prácticos se consideran solo estos dos cationes.

Para suavizar se utiliza una resina de intercambio iónico, cargada negativamente (catiónica). Se trata de esferas sintéticas con matriz polimérica, capaces de intercambiar iones en un líquido, de acuerdo con su carga y la intensidad de la misma. Para el proceso de suavización se utiliza resina cationica fuerte.

Cuando el agua pasa a través de la resina, los iones de Ca+2 y Mg+2 con una carga positiva fuerte, remplazan a los iones de Na+ que tienen menor carga. De esta manera, los iones que provocan dureza quedan retenidos en las esferas de resina.

Las resinas de intercambio iónico tienen una capacidad de intercambio determinada que normalmente se mide en granos por pie cúbico (gr/ft3). Cuando se alcanza este límite, debe regenerarse la resina. El regenerante es una solución de cloruro de sodio (NaCl) al 10%.

Cabe mencionar que la dureza no es un problema que afecte a la salud humana.

5. Ósmosis Inversa (OI)

Sólo se requiere osmotizar el agua cuando se busca disminuir la concentración de sales presentes en ella. Como se mencionó al inicio del presente boletín, las grandes marcas han acostumbrado al público al sabor característico de aguas con bajo contenido en sales.

En un equipo de ósmosis inversa, al aplicar una presión suficientemente alta al agua, se le fuerza a pasar a través de una membrana porosa que rechaza a más del 99% de las sales. Esta tecnología implica que un porcentaje del agua que se alimenta al sistema se destine a rechazo para que arrastre las sales. A este flujo se le llama rechazo o concentrado. El porcentaje de agua rechazada depende de la calidad de agua a tratar. Dependiendo el caso, se diseñan equipos de múltiples membranas con arreglos en serie o paralelo.

En el mercado existen diferentes tipos de membranas: alta productividad, alto rechazo, agua salobre, por mencionar algunas. Las diferencias en su diseño y en sus materiales de fabricación les otorgan capacidades diferentes tanto en flujo de operación, como en porcentaje de rechazo de sales.

Las membranas pueden incrustarse con carbonatos, sílice, materia orgánica o microorganismos. Cuando esto sucede, pueden tratare in situ o enviarse a desincrustar mediante químicos adecuados para cada caso.
Previo a la entrada a la OI, se coloca un filtro de cartucho con la finalidad de retener partículas sólidas mayores a 1 micra, que no se hubieran logrado retener en los equipos anteriores o procedentes de los mismos. Es una última protección para la OI.

6. Ozono

En este punto de un tren de tratamiento, el agua ya está purificada y es apta para beber. Sin embargo es necesario utilizar métodos de desinfección para proteger el agua contra contaminación bacteriana por fuentes externas posteriores a la OI.

El proceso generación de ozono parte de oxígeno molecular (O2), que pasa a través de una cámara especial en el que se expone a una carga eléctrica con el voltaje suficiente para romper el enlace covalente del O2 y recombinar en moléculas triatómicas de oxígeno (O3, Ozono). Este tipo de generación de ozono se conoce como “de descarga de corona”.

El O3 se inyecta en forma de burbujeo a un tanque de residencia o mediante succión con ayuda de un ventury, directo a la tubería del agua producto para hacerla llegar al tanque de almacenamiento de agua tratada.
La ozonización deja un residual que es útil cuando el agua se envasa en garrafones reciclables que pueden haber quedado con alguna contaminación bacteriana después del proceso de lavado.

7. Esterilizador luz ultravioleta UV

Como una última etapa de esterilización y previo al embotellado, como una segunda barrera de protección, se utiliza una lámpara de luz ultravioleta (UV) en la que el agua pasa a través de una cámara que integra una fuente de luz UV de la longitud de onda adecuada para impedir la reproducción y proliferación bacteriana o viral en caso de estar presente.

Dependiendo la marca, los bulbos de las lámparas UV tienen diferentes promedios de vida media, aunque en general es de 9000 horas.

Estas etapas pueden variar dependiendo de la calidad del agua a tratar y de la que desea obtenerse. Siempre es mejor acudir con un especialista en tratamiento de agua para brinde el soporte y diseñe el tren de tratamiento más adecuado.

R

¿Qué es el retrolavado?

retrolavado

El retrolavado es la operación de mantenimiento más importante para el correcto desempeño una cama con un medio granular, que puede ser de carbón activado, arena, zeolita, resina de intercambio iónico… o lechos multimedia. Existen razones importantes, y no siempre detectables a simple vista, por las que es necesario retrolavar las camas granulares. Entre ellas, las principales pueden ser:

  1.  Eliminar los sólidos retenidos entre los gránulos del medio. La cantidad de estos sólidos dependerá de la concentración de sólidos suspendidos en el agua que se trata, de la distribución de tamaño de los mismos (las camas de medios granulares retienen sólidos a partir de cierto tamaño) y del volumen de agua tratada desde el último retrolavado.
  2.  Eliminar biomasa excesiva. Ésta se genera en todas las camas de carbón activado. Conforme las bacterias se reproducen, van tapando la cama, al igual que lo hacen los sólidos retenidos.
  3.  Eliminar burbujas que se forman debido a cambios de temperatura, o por atrapamiento de aire, y que se atoran en la cama cuando el adsorbedor opera con flujo descendente. Las burbujas obstruyen la parte de la cama en la que se encuentran, y causan la canalización del flujo.
  4. Evitar la cementación o petrificación de la cama. Ésta se debe a la presencia en el agua de ciertas sustancias que pegan unas partículas con otras. Ejemplo de algunas de ellas son el carbonato de calcio, la biomasa y cierta materia orgánica natural. Este fenómeno ocurre en casi todos los adsorbedores, especialmente en los de flujo descendente, en los que este problema se acentúa debido a la presión que ejerce agua en la cama.

Si no se descompacta la cama con cierta frecuencia, llega el momento en el que ésta se petrifica y después se quiebra, provocando así, la canalización del flujo a través de las grietas. Cuando esto sucede, en el efluente aparece de pronto el contaminante que se estaba reteniendo, aparentando una saturación prematura de la cama.

El concepto básico de un retrolavado

En esencia, un buen retrolavado es aquel en el que se logran dos cosas: expandir la cama un 30 a 40%, y estratificar las partículas de carbón al finalizar la operación. Para lograr lo primero, es necesario cerciorarse de que la cama se expanda, y no confiar simplemente en las gráficas reportadas por el fabricante. Dichas gráficas dan una idea aproximada de los flujos con los que se logran distintos porcentajes de expansión, pero debe hacerse un ajuste final para cada caso particular.

Si no se hace la verificación mencionada, se corre el riesgo de no lograr expandir la cama, o de que el carbón sea arrastrado hacia afuera del adsorbedor.

Cuando el retrolavado se efectúa correctamente, al expandirse la cama, las partículas se mueven hacia arriba y hacia abajo, restregándose entre sí, y logrando de esta manera una mejor y más rápida limpieza de su superficie.

Para evitar posibles pérdidas del medio granular en caso de un retrolavado excesivamente fuerte, se coloca una malla que lo capte a la descarga de la línea por la que sale el agua de esta operación y se vigila que no salga. También hay que observar el agua que sale del retrolavado ya que, cuando ésta sale libre de partículas y de turbiedad, el medio filtrante ha quedado limpio (libre de las partículas que estaban suspendidas en el agua y que quedaron atrapadas en la cama de carbón) y el retrolavado ha hecho su función.En cuanto a la estratificación, ésta consiste en que al terminar de retrolavar, las partículas más grandes o más densas queden en la parte inferior de la cama, y las más pequeñas o menos densas queden en la parte superior. La estratificación es conveniente ya que al mantener el nivel relativo de las partículas de carbón dentro de la cama, ésta se va saturando de manera ordenada. Con esto, la ZTM se mantiene y avanza poco a poco. Si no se estratifican las partículas en el caso de un carbón activado, se alcanza más pronto el punto de ruptura (punto en el que hay que cambiar el carbón). Para lograr la estratificación, hay que disminuir poco a poco el flujo de retrolavado.

La ventaja de carbones activados de mayor densidad en el retrolavado

Aunque un carbón de mayor densidad requiere de un mayor flujo para expandirse, presenta la ventaja de que queda limpio en menos tiempo. Como resultado, aunque el flujo es relativamente alto, hay un ahorro de agua. Por ejemplo, un carbón activado de densidad aparente de 0.55 g/cm3 , cuyo rango de tamaño de partícula es 8×30, típicamente no requiere más de dos minutos para quedar listo si se retrolava expandiéndolo un 30%. Por otro lado, un carbón del mismo tamaño, pero con una densidad de 0.45 g/cm3 , puede requerir hasta diez minutos.

Frecuencia de los retrolavados

La frecuencia con la que se retrolavan los adsorbedores se determina con base en uno de los dos siguientes parámetros: una máxima caída de presión permisible o un intervalo de tiempo definido.

El primer caso corresponde a equipos cuya cama se obstruye con relativa rapidez. Por ejemplo: Filtros-adsorbedores. Son adsorbedores que no se encuentran precedidos por un filtro y que tratan agua con una cantidad relevante de sólidos suspendidos. Esto es típico en plantas municipales de potabilización que cambian las camas de arena de filtros existentes, por camas de CAG. De esta manera, además de filtrar el agua, se retiene algún contaminante adicional como olor y sabor, y sin la necesidad de cambiar el equipo. El tamaño de partícula del carbón no se escoge buscando minimizar el requerimiento de retrolavados, sino el obtener un efluente cuya turbidez o contenido de sólidos suspendidos totales cumpla con una especificación.
adsorbedores con una fuerte actividad biológica, y que por lo tanto generan una gran cantidad de biomasa.
En los casos anteriores, mientras menor es el tamaño de partícula del carbón, mayor es la rapidez con la
que se obstruye la cama. Si se trata de adsorbedores de flujo a presión, el retrolavado suele llevarse a cabo cuando la caída de presión alcanza 0.5 a 0.7 Kg/cm2.

En adsorbedores de flujo por gravedad, el retrolavado se realiza cuando el nivel del agua sobre la superficie de la cama aumenta alrededor de 1.0 a 1.5 m respecto al nivel que tenía cuando la cama estaba limpia y este último normalmente es de 1.0 a 1.5 m sobre la superficie de la misma. Este aumento de nivel es una medida del aumento en la caída de presión.

Cuando un adsorbedor se obstruye con relativa lentitud, la caída de presión deja de ser la señal más adecuada para realizar el siguiente retrolavado. Entonces se hace necesario definir un período de tiempo entre uno y otro retrolavado, tal que se evite la cementación de la cama o el atrapamiento excesivo de burbujas. Esto se realiza con base en la observación y en la experiencia. Sin embargo, como mínimo, hay que retrolavar una vez por semana.

Procedimiento para verificar la correcta expansión de la cama en adsorbedores de flujo a presión que cuentan con registro superior.

Esto se realiza, sólo al poner en operación una cama nueva de carbón o en los cambios de estación en lugares en los que la temperatura varía sensiblemente a lo largo del año.
Cuando se trata de un carbón que se acaba de instalar, es necesario haberlo dejado inundado el tiempo suficiente (mínimo 24 horas) para que haya desprendido la mayor parte del aire de los poros. De lo contrario, el carbón será arrastrado hacia arriba aún con un pequeño flujo de retrolavado. El flujo de retrolavado debe iniciarse poco a poco, hasta llegar al requerido para lograr la expansión de 30 a 40%. En equipos de flujo a presión, que cuentan con registro en la tapa superior, la verificación de que se está logrando lo anterior se hace retrolavando con el registro superior abierto.

 

Retrolavado con el registro superior abierto

El agua saldrá por dicho registro, y aunque ello parezca algo fuera de orden, sólo por ahí se puede observar y tocar la cama. Al meter el brazo dentro del equipo y tocar la cama, el momento en el que empieza la expansión es aquel en el que se pierde el apoyo. Posteriormente se sienten las partículas de carbón fluidizadas que chocan con la piel, y por lo tanto se detecta hasta qué nivel se ha expandido la cama.
Cuando se logra expandir la cama correctamente, el agua del retrolavado sale al principio muy concentrada en sólidos suspendidos, pero en poco tiempo vuelve a salir tan cristalina y transparente como aquella del influente. En ese momento se ha logrado una buena limpieza de la cama. Cuando no se logra expandir la cama, el agua del retrolavado también sale concentrada en sólidos, aunque en menor grado que en el caso de una operación correcta, pero tarda mucho tiempo -algunas decenas de minutos- en volver a salir transparente. Sin embargo, en este último caso la cama no se ha limpiado adecuadamente, y en un tiempo relativamente corto volverá a requerir del retrolavado. Por otro lado, no se logrará la descompactación, por lo que terminará fracturandose y el flujo se canalizará. Una vez que se ha encontrado el flujo correcto, los siguientes retrolavados se hacen sin necesidad de observar lo que sucede dentro del adsorbedor.

Procedimiento para verificar la correcta expansión de la cama en adsorbedores de flujo a presión que no cuentan con registro superior (como es el caso de la mayoría de los tanques de fibra de vidrio). Ya que no es posible verificar lo que ocurre dentro de estos equipos mientras se operan, hay que determinar el flujo correcto de retrolavado de manera estimada.
Para empezar, no es conveniente que cuenten con toberas superiores a las que se les denominan “distribuidores”, y que se instalan para evitar que el carbón sea arrastrado durante el retrolavado. No lo es, ya que dichas toberas se tapan con mucha facilidad, tanto durante la operación en flujo descendente como en el retrolavado (se tapan con un número mínimo de partículas, que en el caso de los retrolavados, es normal que sean arrastradas por el agua: pueden ser pedazos fracturados del mismo carbón o partículas de carbón que han perdido densidad al reaccionar con el cloro). Además, no permiten verificar que se expanda la cama correctamente.

No teniendo las mencionadas toberas superiores, en el primer retrolavado, se va aumentando el flujo poco a poco, hasta que se observe que las partículas de carbón salen arrastradas con el agua de retrolavado.

En ese momento se sabe que a dicho flujo, la cama se ha expandido el porcentaje que corresponde a la altura que se dejó libre dentro del equipo. Comparando estos valores con la gráfica proporcionada por el fabricante, se puede estimar la forma de la curva real de expansión de cama, para inferir de esta manera el flujo aproximado que se requiere para expandir 30 a 40%.

Cuando el flujo es insuficiente para expandir la cama

El flujo de retrolavado suele ser 4 a 15 veces mayor que el del ciclo de adsorción, dependiendo de la densidad aparente y del tamaño de partícula del medio granular. En ocasiones no se cuenta con la bomba necesaria para desplazar el flujo requerido para expandir la cama por ejemplo de carbón activado. También puede suceder que el abastecimiento de agua sea insuficiente. En estos casos, una alternativa que permite efectuar un retrolavado efectivo sin la necesidad de expandir al carbón, consiste en alimentar aire comprimido a través de un distribuidor que se instala para este fin a nivel de la parte inferior de la cama, pero sobre las camas de grava en caso de que éstas existan. Se alimenta al mismo tiempo el flujo de retrolavado y el aire. El flujo de aire debe ser tal que su velocidad superficial respecto al área de sección transversal del adsorbedor sea de entre 60 y 80 m/h.

El agua de retrolavado es insuficiente para expandir la cama, ya que suele ser igual que el flujo del ciclo de adsorción. El aire promueve una turbulencia tal que remueve las partículas de carbón, y el agua acarrea los sólidos suspendidos.

Diseño de adsorbedores para evitar la necesidad de mayor flujo de retrolavado respecto al flujo de operación. Esto puede lograrse instalando, en lugar del equipo requerido, dos o más equipos de menor tamaño, conectados en paralelo. Cuando se va a retrolavar, todo el flujo de operación normal se dirige a cada equipo, uno por uno. Hay que calcular que dicho flujo total sea suficiente para expandir la cama de cada equipo.

S

¿Qué son los sólidos disueltos totales (SDT)?

Los sólidos disueltos totales (SDT, o TDS por sus siglas en inglés: Total Dissolved Solids) son el número de miligramos del  residuo que queda después de evaporar una muestra de agua previamente filtrada a través de un filtro de fibra de vidrio con abertura de 1,5  micras. El agua se evapora y el residuo se lleva hasta 180°C. El resultado se reporta en mg/L.

Los SDT incluyen las sales, los minerales, los metales y cualquier otro compuesto orgánico o inorgánico menor a 1,5 micras o que se disuelve en el agua.

En ocasiones, los SDT se confunden con los sólidos totales (ST), que son el residuo que queda después de evaporar la misma muestra de agua pero sin filtrarse.

Los sólidos suspendidos totales (SST) son los que quedan en el filtro de fibra de vidrio con abertura de 1.5 micras. Por lo tanto, los ST son la suma de los SST y de los SDT.

La reducción de los SDT se logra mediante procesos como ósmosis inversa, electrodeionización, desmineralización o destilación.

Forma más común de medirlos:

El contenido de SDT de un agua puede estimarse midiendo la conductividad eléctrica (CE)  de la misma, ya que aquellos sólidos que se ionizan, aumentan la CE. El agua pura tiene una CE prácticamente de cero. Existen equipos que, mediante la CE, estiman los SDT, pero hay que tener en cuenta que no consideran aquellos sólidos que no se ionizan al disolverse en el agua. El valor de los SDT en mg/L es de entre 0,5 y 1,0 veces el valor de la CE en micro Siemens/cm (dependiendo de la temperatura y del nivel de concentración de SDT).

 

Referencias bibliográficas:

John DeZuane, Handbook of Drinking Water Quality, 2nd Ed., John Wiley and Sons Inc., New York, 1997.

Frank N. Kemmer, John McCallion, Manual del agua, Su naturaleza, tratamiento y aplicaciones Tomo I, 1° Ed., McGraw Hill, México, 1988.

E.W. Rice, R.B. Baird, A.D. Eaton, Stanard Methods for the examination of water and wastewater, 23rd Ed., AWWA, E.U.A., 2017.

¿Qué es un suavizador de agua?

Un suavizador de agua, es un sistema que hace pasar el agua dura a través de una cama de resinas de intercambio iónico y como resultado a la salida se obtiene agua suavizada.

¿Qué hace un ablandador en el agua?

Los suavizadores o ablandadores de agua son específicamente intercambiadores de iones que eliminan los iones de «dureza»  principalmente Calcio Ca2 + y Magnesio Mg2 +, que son intercambiados por iones de sodio. Es decir reducir la dureza mediante la sustitución de magnesio y calcio (Mg2 + y Ca2 +) p0r sodio o iones de potasio (Na + y K +) «.

La suavización del agua es un proceso que soluciona un problema conocido como «agua dura»

¿Qué es la suavización del agua?

La suavización o ablandamiento del agua es la eliminación de calcio y magnesio del agua dura.  Los jabones mejoran notablemente la cantidad de espuma, evita incrustaciones en equipos y tuberías por lo que aumenta su tiempo de vida. La suavización del agua se logra generalmente usando resinas de intercambio iónico.

¿A qué se le denomina agua dura?

El agua dura, es agua que tiene un alto contenido de minerales de calcio y magnesio, en contraste con «agua blanda o suavizada». El agua dura se forma cuando corre a través de depósitos de calcio y minerales que contienen magnesio, como la piedra caliza, creta y dolomita.

El agua dura por lo general no es dañina para la salud, pero puede traer graves problemas en entornos domésticos e industriales, donde se controla la dureza del agua para evitar costosos daños en tuberías, calderas, torres de enfriamiento u otro equipo con tendencias a las incrustaciones. En una casa, el agua dura se nota por la falta de formación de espuma de jabón y por la formación de depósitos sarro en los calentadores de agua y tuberías.

Los suavizadores utilizan una resina sintética de gel en forma de esferas muy pequeñas que están cargadas con sodio y al paso del agua dura van haciendo el intercambio de iones para su suavización.

¿Qué pasa cuando un suavizador agota su capacidad de suavización?

El ciclo de suavización depende de la cantidad de agua y de dureza (calcio y magnesio) que pasen a través del suavizador, calculado previamente por un análisis de laboratorio. Una vez agotada su capacidad de intercambio, el suavizador tiene que cargar nuevamente de sodio a la resina de intercambio iónico para comenzar de nuevo su ciclo de suavización.

¿Cuál es el tiempo de vida de un suavizador de agua?

Un buen suavizador de agua durará muchos años. Hay suavizadores que han trabajado durante 20 años con sus respectivos mantenimiento, cambio de resina cada 2 a 3 años, y que solamente requieren llenarlos con la sal (sodio) de vez en cuando el tanque de salmuera.

¿Que tipo de sal se debe utilizar en un suavizador de agua?

Se puede utilizar sal de mar sin yodo normalmente llamada «sal industrial» pero no siempre es la más límpia, puede contener algunos residuos que pueden dañar los suavizadores, también se puede utilizar sal peletizada «pastillas» de origen mineral o marino, que pasan por un procesos industrializado de limpieza y peletización.

¿Con qué frecuencia se debe agregar la sal al suavizador?

La sal se agrega a un depósito o tanque alterno al tanque que contiene la resina de intercambio iónico, llamado tanque de salmuera. Cuanto más a menudo el suavizador se regenera, más a menudo va a necesitar de sal.
Los suavizadores de agua domésticos generalmente se rellenan una vez al mes, pero cuidando siempre que no pase de la mitad inferior del tanque. Aunque un cálculo del flujo y un análisis del agua antes de instalar el suavizador nos puede predecir cuantas veces en un tiempo se va a regenerar  un suavizador y cuanta sal va a consumir.

¿Por qué en ocasiones no suaviza correctamente cuando se la agrega la sal?

Antes de que la sal comience a trabajar en un suavizador de agua, este necesita un tiempo corto de residencia dentro del tanque de salmuera inundada con agua para disolverla. Cuando se comienza inmediatamente una regeneración después de agregar la sal al depósito, el suavizador de agua puede no trabajar correctamente.
También puede que no esté calculado adecuadamente para los flujos o cantidad de dureza en el agua o no esté utilizando una sal adecuada para el suavizador.

U

Ultrafiltración

Se trata de un proceso de filtración de membrana que se elimina sólidos suspendidos, bacterias, virus, endotoxinas y más para producir agua de alta pureza con una baja densidad de sedimentos. Pueden retener partículas de 0.001 – 0.1 µm micras en un fluido.

Las membranas de ultrafiltración son más cerradas que microfiltración pero más abiertas que la nanofiltración y ósmosis inversa. Utiliza baja presión para forzar el fluido a través de la membrana que resulta en menores costos de operación. Además, es muy eficaz como tratamiento previo a la ósmosis inversa. Las membranas tienen una vida mucho mayor que las de ósmosis inversa porque tienen un sistema de auto-limpieza mediante un retrolavado.

¿Cómo funcionan estos sistemas?

La ultrafiltración utiliza la presión hidrostática para forzar el agua a través de una membrana semi-permeable. El tamaño de los poros es generalmente 103-106 Daltons. La ultrafiltración puede utilizar membranas espirales que utilizan la separación de flujo cruzado, membranas de fibra hueca, o desde el exterior, en el uso de un vacío para purificar el agua. Las membranas eliminan partículas muy pequeñas, tales como organismos resistentes al cloro, bacterias, orgánicos, sedimentos, solutos de alto peso molecular y otros sólidos en suspensión.

Clasificación por tamaños de partículas.

Filtración de Partículas: de 1 a 1000 micras
Microfiltración: de 0.1 a 1 micras
Ultrafiltración: de 0.01 a 0.1 micras
Nanofiltración: de 10 a 100 Å
Ósmosis inversa: (Hiperfiltración): de 1 a 10 Å