Adsorción de precursores de subproductos de desinfección sobre carbones activos en polvo, configuraciones y modelado del sistema para su aplicación en estaciones de tratamiento de aguas potables

Resumen

La materia orgánica natural de las aguas continentales (MON) está compuesta por una gran variedad de compuestos tales como: ácidos húmicos y fúlvicos, proteínas, carbohidratos y ácidos carboxílicos. Estos productos pueden causar color, olor, complejación de metales pesados y crecimiento biológico en los sistemas de distribución. Sin embargo, la mayor preocupación a este respecto es la formación durante la potabilización de las aguas de subproductos de desinfección (SPDs) tóxicos. La amplia extensión del cloro como oxidante en la desinfección incide en el hecho de que los principales SPDs detectados e investigados son consecuencia de la química de la cloración. Entre éstos la fracción más significativa está constituida por los trihalometanos y los ácidos haloacéticos. Las técnicas preventivas, enfocadas hacia la reducción de la formación de SPDs, tienen una mayor aceptación que las estrategias enfocadas hacia su eliminación. Así, destaca el empleo de desinfectantes alternativos como el dióxido de cloro y ozono y la eliminación de los precursores orgánicos. Esta última opción engloba la adsorción con carbón activo. Numerosas investigaciones se han enfocado a la selección de un tipo u otro de carbón activo en función de sus propiedades físico-químicas y de la matriz de trabajo. No obstante, se tiende a presentar caracterizaciones costosas y complejas que no determinan con claridad la influencia de cada propiedad. En esta memoria, mediante el análisis factorial, se ha analizado la correlación de las propiedades con el objetivo de establecer y reducir las variables significativas del proceso de adsorción de MON. La base de datos incluye carbones comerciales y carbones modificados mediante diferentes tratamientos físico-químicos. Se ha constatado que el carbón activo en polvo elimina eficazmente la MON presente en las aguas naturales. Las fracciones constituyentes de la MON presentan diferente comportamiento. Por ello el proceso se ha analizado en términos de sensibilidad, diferenciando eficacia y reactividad, y selectividad. Es habitual que las Estaciones de Tratamiento de Aguas Potables presenten diferentes configuraciones. En ese sentido se han estudiado tres opciones: coagulación-floculación convencional, adsorción con carbón activo, y la combinación de ambas. Las tres configuraciones constituyen alternativas eficaces para la eliminación de MON. Sin embargo, el tratamiento combinado permite alcanzar mayores rendimientos de eliminación que la coagulación convencional y reducir la dosis de carbón necesaria en el proceso de adsorción. Además, con respecto a este último tratamiento facilita la fase final de separación de reactivos. Las propiedades físico-químicas del agua a tratar condicionan también en la eficacia de los procesos. El pH, el índice de saturación y el contenido metálico se muestran como las más relevantes. La influencia de los tres parámetros sigue una tendencia similar para las tres configuraciones estudiadas, si bien el proceso combinado es menos sensible a las modificaciones. La incorporación de una etapa de preoxidación con ozono y/o dióxido de cloro favorece la formación de bromato y clorito. Estos elementos pueden presentar un efecto competitivo con la MON. En este sentido se ha evaluado la eficacia de los tratamientos de eliminación de MON en presencia de estos compuestos, así como la de eliminación de los mismos. El tiempo es uno de los principales condicionantes en los tratamientos de potabilización. Esto lleva a plantearse la necesidad de realizar un estudio cinético que permita predecir la evolución del proceso. Con este fin se han analizado cuatro modelos bibliográficos: pseudo primer orden, pseudo segundo orden, difusión intraparticular y pseudo primer orden modificado. Además, se ha planteado un nuevo modelo basado en el de segundo orden a fin de superar las limitaciones encontradas en éste. Por otro lado se ha caracterizado la afinidad y capacidad de adsorción total de los adsorbentes mediante el ajuste de los registros experimentales de equilibrio a las isotermas de adsorción de Langmuir y Freundlich. A partir de los resultados obtenidos en el análisis factorial se ha desarrollado el modelado del sistema. Los modelos permiten estimar la capacidad de adsorción en diferentes condiciones de proceso.