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CARBON ACTIVADO

Una forma confiable y efectiva de eliminar los microorganismos que pudieran estar presentes en el agua es adicionar suficiente cloro, como para asegurar que un nivel adecuado de cloro libre permanezca en el agua después de 2 hs. de contacto.

Para las plantas embotelladoras esto significa que en el agua tratada, luego de la desinfección (es decir del agregado de cloro), se conservará cloro en exceso que debe ser removido mediante una circulación de arriba hacia abajo a través de un lecho de carbón activado granulado (CAG). La cantidad de cloro libre presente es, para la generalidad de la industria, de 2 a 6 ppm.

Durante este proceso, el exceso de cloro libre es removido mediante una reducción y una acción catalítica del carbón, que ocurre sobre su superficie, y en el interior de los macroporos. Simultáneamente durante el pasaje del agua por el lecho de carbón se producirá también la remoción de sabores y olores desagradables, y de los THM.

En la filtración recién mencionada se producen trazas de ácido clorhídrico, que es rápidamente neutralizado por los bicarbonatos presentes en el agua.

Los carbones granulares DARCO, los carbones granulares NORIT PK y los carbones pelletilizados NORIT ROW 0,8 son especialmente aptos para la declorinación debido a la combinación de una extensa superficie externa y una cantidad de macroporos, que actúan preferentemente reteniendo el cloro, mientras una gran superficie interna de los poros pequeños absorben el sabor y olor causado por los compuestos orgánicos.

CAPACIDAD DE RETENCION DE CLORO

Dos parámetros indican las características de eficiencia de un carbón activado:

a) Halving valve o valor mitad (V.M.)

La capacidad de un carbón activado para declorinar agua normalmente se expresa mediante el V.M. El V.M. representa la altura de una columna de carbón necesaria para reducir el contenido original de cloro en un 50 %, por ej.: siendo el V.M. de un carbón de 5 cm para tratar un agua de 4 ppm de cloro, una columna de 5 cm de carbón reduciría el contenido de cloro a 2 ppm, y una columna adicional de 5 cm reduciría el contenido de cloro a 1 ppm. El V.M. es una medida de la relación declorinante de un carbón activado. Un número bajo indica una mayor performance, o mayor retención para la unidad de altura de carbón.

Según la naturaleza del carbón tenemos:

  • Lignita 2,60 (cm).
  • Turba 2,63 (cm).
  • Carbón bituminoso 2,73 (cm).
  • Cáscara de Coco 2,96 (cm).

Los valores fueron obtenidos con carbones 12 x 40 mesh.

b) Número declorinante

Este número indica la capacidad declorinante de un carbón.
Según su naturaleza tenemos ( gr Cl/kg. CAG /hr.)(gr. de cloro activo por kg. de CAG por hora).

  • Lignita 13,00.
  • Turba 8,70.
  • Carbón bituminoso 6,90.
  • Cáscara de Coco 6,00 .

Las variables que afectan el V.M. de un carbón son:

  1. Caudal o velocidad lineal (cuanto mayor es el caudal, mayor es el V.M.)
  2. pH del agua a declorinar (cuanto mayor es el pH, mayor es el V.M.)
  3. Naturaleza química del oxidante, por ejemplo:

    • gas cloro.
    • hipocloritos.
    • cloramina y dicloramina.
    • Dióxido de cloro.
       
  4. Temperatura (cuanto mayor es la temperatura del agua, menor es el V.M.).
  5. Naturaleza del agua a ser tratada.

Si alguno de los factores recién mencionados incrementan el halving valvue del carbón, entonces será necesario un lecho de mayor espesor.

Para el PK - 1,3 Darco recomienda un lecho mínimo de 75 cm, y una velocidad del agua de entre 5 a 20 m3/m2 h.

CONCENTRACION DE CLORO

El cloro es un oxidante muy poderoso, y el método mediante el cual el carbón activado remueve el cloro del agua no es el mismo fenómeno de adsorción por el cual se retienen las sustancias orgánicas del agua. Más bien el cloro reacciona con la superficie externa (acción catalítica) y libera oxígeno que oxida la superficie del carbón activado.

Se podría decir que el cloro "ataca" lentamente partículas de carbón; pero en las cantidades típicas para agua potable con una concentración de 1 a 2 ppm. Este efecto es tan insignificante que la capacidad absorbente del carbón activado será usada por un buen rato antes que se note una pérdida importante en el lecho.

Pero si se usan concentraciones muy altas mayores de 10 ppm de cloro, este efecto de arranque se magnifica, y la cantidad de carbón liberado del lecho le impartirá un color gris al agua de salida. A su vez, las partículas se hacen tan pequeñas que el filtro no puede retenerlas generándose un problema de finos en el agua a tratar.

Es conveniente recordar que debido a la alta capacidad del carbón activado para remover el cloro, el mismo NO DEBE ser usado para desinfectar un lecho de carbón activado; pues se oxidará el carbón disminuyendo su área efectiva.

SANITIZACION DE LOS LECHOS DE CARBON

El mero acto de eliminar el cloro convierte al agua en susceptible a la invasión de microorganismos. Así como las capas superiores del lecho eliminan el cloro del agua, las capas más bajas - mayormente ricas en nutrientes y no expuestas al cloro - son portadoras de proliferación orgánica. Han surgido casos de lechos de carbón que han servido como fuentes de contaminación orgánica y pirogenicidad contaminante.

El uso de los lechos de carbón requiere, por lo tanto, de medios para sanitizarlos. Esto no es un problema donde el recipiente que contiene al carbón, es de acero inoxidable o de acero al carbón cubierto con epoxi. Sin embargo, las instalaciones menos costosas pueden no soportar la acción corrosiva del vapor sanitizante o del agua caliente.
En eso se focaliza el problema sanitizante.

El control efectivo de la proliferación de microorganismos en los lechos de carbón es, por otra parte difícil y costoso.

Actualmente no existe una vía completamente satisfactoria para controlar el desarrollo microbiano.

La sanitización periódica con agua caliente (90º - 90´) es una práctica aceptable.

El vaporizado del lecho de carbón es considerado generalmente como el mejor método de sanitizarlo. Obviamente, la carcaza que contienen el carbón debe ser capaz de soportar el vapor. Son aconsejables las cañerías de acero inoxidable o bien de bronce o cobre pero no de PVC aunque es el que particularmente prevalece en instalaciones más antiguas.

Los tratamientos con enjuagues cáusticos sirven para sanitizar los lechos de carbón por su alto pH. Sin embargo, el material cáustico puede requerir 24 horas y más para ser eliminado por enjuague con agua, particularmente si el agua es fría. Los residuos cáusticos pueden tener efectos nocivos en los filtros de la ósmosis inversa.

En un principio los lechos de carbón están secos. Los microorganismos heterotróficos tales como pseudomonas, comunes a los ambientes acuáticos no sobreviven a la desecación. Por lo tanto el carbón seco está relativamente libre de microbios vegetativos. Si el agua a introducirse en el nuevo lecho (seco) es tratada primero con UV antes de encontrarse con el carbón, esto serviría para prolongar su estado libre de tales organismos.

La importante superficie de los lechos de carbón provee un amplio espacio para la formación de bicapas y por ende generación pirógena. Se halló que los efluentes de lecho de carbón contienen de 10 a 1.000 veces más microorganismos que los de agua de entrada tratadas municipalmente (Fernández y col. 1986). Geldreich y col. (1985) y Ridgway y col. (1981) establecieron una proporción de 10 a 100 veces más altas que las aguas de entrada.

En casos donde una contaminación resultaría crítica, el lecho de carbón debe estar bajo constante recirculación para evitar crecimiento orgánico. La velocidad de circulación puede ser lenta, del orden de 2600 lt/h.m2.

Una bomba de baja potencia puede estar dedicada a la recirculación a través de una luz ultravioleta, constituyéndose esto en el esquema más conveniente.