Se denomina filtración al proceso unitario de separación de
sólidos en suspensión en un líquido mediante un medio poroso, que retiene los sólidos y permite el pasaje del líquido.
La variedad
de dispositivos de filtración o filtros es tan extensa como las variedades de materiales porosos
disponibles como medios filtrantes y las condiciones particulares de cada
aplicación: desde sencillos dispositivos, como los filtros domésticos de café o los embudos de filtración para separaciones de
laboratorio, hasta grandes sistemas complejos de elevada automatización como
los empleados en las industrias petroquímicas y de refino para la recuperación de catalizadores de alto valor, o los sistemas de tratamiento de agua
potable destinada al suministro urbano.
MEDIOS FILTRANTES
ESPECIFICACIONES GENERALES
ARENA
El 99% del
agua purificada en el mundo es logrado pasando el agua por filtros rápidos
de arena. Teóricamente la capa superior de la cama realiza filtración,
mientras que la capa inferior provee soporte necesario y asiste en la hidráulica
inmiscuida en el ciclo de contralavado.
Las
propiedades físicas y químicas son importantes. Este medio debe ser duro, no
suave y libre de partículas solidas
GRAVA
Son
sugeridas capas mínimas de 3" por tamaño. una gran proporción son redondas
y tienden a una forma esférica.
ANTRACITA
El uso
del carbón de antracita como medio filtrante data de los años 30. Este es un
producto particular del carbón duro que es producido de carbones selectos de
Pennsylvania. Estos carbones no son encontrados en su forma terminada y tienen pocas
cenizas y fiabilidad..
Después
de la selección el carbón es limpiado (reducción de ceniza), Colado y
clasificado a los tamaños apropiados para su propósito de filtración de agua.
Las
ventajas sobre el uso de arenas de sílice, cuarzo y grava es mayor tiempo entre
contralavados, Mayor rango de flujo sin perdida de cabeza, menores presiones de
contralavado y/o cantidades, una mayor utilización de la masa de cama para filtración,
y un área volumétrica. de superficie mayor.
CARBÓN ACTIVADO
El
carbón activado es un sólido poroso, en polvo o forma granular, producto de
cualquier materia prima que tenga un alto contenido de material carbonoso; ej.,
madera, cascara de nuez, huesos animales, lodos de hidrocarburos, tierra turba,
lignito, carbón bituminoso y carbón de antracita. El carbón absorbe compuestos orgánicos
que producen olor, sabor, color o toxicidad. Reduce el cloro libre.
Por
supuesto existen muchos más medios filtrantes, algunos muy específicos para
eliminar determinados iones del agua.
Pero la pregunta específica, era para que se emplea la antracita, el lignito y la hulla en la filtración de potables.
La
respuesta sencilla es:
La
antracita como medio filtrante para la eliminación de sólidos suspendidos en el
agua; habitualmente se utiliza en filtros “multimedia” de sílex-antracita que
han demostrado gran rendimiento.
Podría
utilizarse, también como base para fabricar carbón activo, pero su poder de
adsorción es muy bajo y no se suele usar.
En
cuanto al lignito y la hulla, que a diferencia de la antracita que es mineral,
son carbones vegetales, directamente no se usan como medio filtrante, Sino como
materia prima para obtener carbón activo.
El
carbono activo es utilizado en la industria como filtro, especialmente en la
recuperación de gases, control de emisiones, eliminación de olores en aguas
industriales y residuales (Marsh, 1989). Sin embargo dichos carbones varían de
acuerdo a sus propiedades texturales y químicas.
Desde
los años 30 se usó para eliminar el sabor y olor del agua, y desde entonces
hasta nuestros días el carbón activo se ha utilizado de manera extensiva en
muchas industrias, para eliminar o recuperar compuestos orgánicos como tintes o
disolventes de las aguas o purificar el aire, así como en las plantas potabilizadoras,
donde se usan los lechos de carbón activo para la depuración del agua de
suministro urbano.
CONCEPTO DE CARBÓN
El
carbón es un mineral de origen orgánico constituido básicamente por carbono. Su
formación es el resultado de la condensación gradual de la materia de plantas parcialmente
descompuestas a lo largo de millones de años.
Las
plantas al descomponerse forman una capa llamada turba. Hay tres tipos básicos
de carbón:
•
Lignito: Se forma una vez comprimida la turba. Es el carbón de menor valor
calórico, porque se formó en épocas más recientes y contiene menos carbón (30%)
y más agua. Es una sustancia parda y desmenuzable en la que se pueden reconocer
algunas estructuras vegetales.
• Hulla:
Se origina por la compresión del lignito. Tiene un importante poder calorífico
por lo que se utiliza en las plantas de producción de energía. Es dura y
quebradiza, de color negro. La concentración de carbono está entre el 75 y el 80%.
•
Antracita: procede de la transformación de la hulla. Es el mejor de los carbones,
muy poco contaminante y de altor poder calorífico. Arde con dificultad pero
desprende mucho calor y poco humo. Es negro, brillante y muy duro. Tiene una
concentración de hasta el 95% de carbono.
CONCEPTO DE CARBÓN ACTIVO
Es
conveniente analizar primero el proceso de adsorción, para así comprender mejor
como es que el carbón activado realiza su función. La adsorción es un proceso
por el cual los átomos en la superficie de un sólido, atraen y retienen moléculas
de otros compuestos. Estas fuerzas de atracción son conocidas como " fuerzas de Van Der Waals". Por lo
tanto al ser un fenómeno que ocurre en la superficie mientras mayor área superficial
disponible tenga un sólido, mejor adsorbente podrá ser.
El carbón
activado es un término general que denomina a toda una gama de productos
derivados de materiales carbonosos. Es un material que tiene un área
superficial excepcionalmente alta.
El
nombre de carbón activado se aplica a una serie de carbones porosos preparados
artificialmente a través de un proceso de carbonización, para que exhiban un
elevado grado de porosidad y una alta superficie interna.
Es un
producto obtenido a partir del carbón amorfo, el cual se ha sometido a un tratamiento de activación con el fin de
incrementar su área superficial hasta 300 veces debido a la formación de poros
internos, pudiendo alcanzarse áreas de 1200 -1500 m2/g de carbón.
ELABORACIÓN
DEL CARBÓN ACTIVO
Para la
elaboración de carbón activado se parte de materiales tales como las cortezas
de almendros, nogales o palmeras, otras maderas y carbón mineral.
El
carbón amorfo susceptible de activación puede ser vegetal o mineral:
− Carbones minerales:
− Antracitas
− Hulla
bituminosa
−
Lignito
− Turba
− Carbones vegetales:
− Madera
(Pino, Acacia)
−
Residuos de madera
−
Cáscara de coco
− Bagazo
− Huesos
de frutas
Aunque
el carbón activo puede fabricarse a partir de un sin número de materiales
carbonosos, solamente se utilizan unos cuantos a nivel comercial, debido a su
disponibilidad, bajo coste, y a que los productos obtenidos a partir de ellos
tienen las propiedades que cubren toda la gama de aplicaciones que el carbón
activo puede tener.
Por último incluyo aquí una
explicación sobre los carbones empleados en la eliminación de Atrazina.
El
elemento principal de este proceso es el Material Filtrante: Carbón Activo; por
lo tanto, será interesante aclarar algunas ideas.
El
carbón activo procede de carbonizar (en condiciones especiales) materiales cuya
estructura principal son átomos de Carbono.
Se
puede partir de una base mineral o vegetal y de ello dependerá los procesos de
fabricación, la calidad del carbón activo y de sus posibles usos.
En
el caso que nos ocupa se utiliza, principalmente la capacidad de adsorción que
tiene el carbón activo, cuanto mayor sea, mejor será para nuestro proceso.
Al
material de procedencia, se unen el tamaño de los poros y los métodos de
activación, para obtener la gran variedad de carbón activo que existe en la
oferta.
De
los métodos de activación sólo diremos que existen: térmicos y físico químicos.
Y
respecto a los poros del carbón activo, lo primero que hay que decir que el
tamaño del poro es la principal característica del producto.
El
carbón activo tiene una gran variedad de tamaños de poros, los cuales pueden
clasificarse de acuerdo a su función, en poros de adsorción y poros de transporte.
Los
poros mayores que los de adsorción son de transporte, y tienen un rango muy
amplio de tamaño, que van hasta el de las grietas que están en el límite detectable
por la vista, y que corresponde a 0,1mm.
En
nuestro caso específico, nos interesa que el mayor número de poros sean de
adsorción.
La
clasificación de los poros, es el de la IUPAC (International Union of Pure and
Applied Chemists), que se basan en el diámetro de los mismos, de acuerdo a lo
siguiente:
−
Microporo: Menores a 2 nm
−
Mesoporos: Entre 2 y 50 nm.
−
Macroporos: Mayores a 50 nm (típicamente de 200 a 2000 nm)
1
nm = 1x10-6 mm
El
Carbón activo utilizado para la eliminación de pesticidas está en la gama baja
de mesoporosidad (entre 2 nm y 25 nm).
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