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Filtros de carbón activado para agua ¿cómo funcionan?

Primeramente nos gustaría explicar qué es el carbón activado para posteriormente explicar cómo funciona en los filtros de agua de casa y en la industria.

Índice del contenido

¿Qué es el carbón activado?

El carbón activado se fabrica a partir de materiales orgánicos ricos en carbono que se queman a altas temperaturas. Estos materiales ricos en carbono, pasan por un proceso de carbonizado a alta temperatura (entre 600 y 900 grados centígrados o 1110 y 1650 grados Fahrenheit).

El resultado de esta carbonización es la activación, da un carbón más poroso que el carbón normal que conocemos para asar alimentos. Por lo que el término “carbón activado” también podría llamarse “carbón poroso”.

Cualquier carbón en la naturaleza tiene una capacidad de adsorber compuestos orgánicos en su superficie, pero al activarlo o crearle más poros, se aumenta esa área superficial para atrapar estas sustancias. Es por eso que es un buen purificante de contaminantes orgánicos.

Materias primas con las que se produce el carbón activado.

La elección de los materiales para fabricar carbón activado es por su abundancia en el mundo, prácticamente hay tres elementos naturales abundantes y ricos en carbono con los que se fabrica carbón activado:

1 La madera: es el material más blando de los tres, por lo que hace poros más grandes y retiene compuestos orgánicos grandes (de color, proteinas…) Usado para decoloración de líquidos y aceites. Este carbón típicamente su aplicación es en polvo.

2 La concha de coco u otras cascaras duras, es el material más duro con el que se produce carbón activado, por lo que la activación genera micro poros, y lo hace más adecuado para potabilización de agua, ya que retiene compuestos orgánicos más pequeños. También aplicaciones para tratamiento de aire y gases.

3 Los carbones de origen mineral. estos los crea la naturaleza durante cientos de años, por lo que tiene secciones más blandas que otras, y genera una gama de poros desde micro hasta macro poros. por lo que hace a este carbón muy versátil desde potabilización de agua hasta tratamientos terciarios de aguas residuales.

Grado de activación

Una manera de medir el grado de activación del carbón, es medir el área superficial que este tiene. La prueba de laboratorio homologada es la prueba de número de yodo. El yodo es un elemento que el carbón atrapa en una monocapa y la solución de yodo que es adsorbida por el carbón, indica la cantidad de área superficial que este puede tener. A mayor cantidad de yodo adsorbido mayor área de superficie activa que tiene un carbón.

Granulometrías típicas usadas en el carbón activado y como afecta su tamaño.

El general el carbón activado trabaja mejor entre más pequeña sea la partícula de carbón. Es decir que un carbón activado activado en polvo trabajará más rápido y eficiente que grano más grande, por la cinética, una pequeña variación en el tamaño de las partículas de carbón puede tener un impacto significativo en el flujo de agua y en el rendimiento para la atrapar contaminantes.

Para los filtros de agua de casa, se utiliza el carbón activado granular de malla 20 x 50 (0.84 a 0.29 milímetros). Al ser un cartucho pequeño en donde el tiempo de contacto es relativamente corto se utiliza un grano pequeño, con él nos aseguramos que el cloro se elimina correctamente y lo contaminantes, manteniendo una caída de presión aceptable.

Los sistemas industriales utilizan un rango de tamaño de malla de 12 x 40 (1.68 a 0.42 mm) u 8 x 30 (2.38 a 0.59 mm). Este tamaño de partícula más grande todavía permite una cinética rápida y una caída de presión aceptable, no se utilizan partículas más pequeñas de carbón por la caída de presión y que el material se pueda escapar de los distribuidores o toberas. Además, estos carbones una vez agotados pueden ser reactivados térmicamente después, con un ahorro en costos y además de beneficios ecológicos de los desechos.

Esto podría significar a que un carbón activado en polvo con un número de yodo bajo, le pueda ganar en rendimiento a un carbón activado granular con mayor número de yodo.

¿Cómo funciona carbón activado en los filtros de agua?

La aplicación de purificación más usada del carbón activado es en el tratamiento de agua, comúnmente, después de la desinfección durante las cuales pueden ocurrir reacciones químicas. Además, el agua suele desinfectarse antes de que pase por los adsorbentes de carbón activado para evitar crecimientos bacterianos. El carbón activado funciona como un medio filtrante granular para eliminar los compuestos orgánicos que se consideran indeseables en el agua potable.

¿Qué elimina el carbón activado del agua?

Eliminar contaminantes orgánicos en el agua.

Los contaminantes orgánicos del agua pueden den el sabor y el olor al agua, como lo son los detergentes, plaguicidas, algunas grasas y aceites, toxinas, químicos orgánicos, compuestos originados por la descomposición de vegetales y plantas, o por los desechos de animales.

Eliminar cloro del agua.

Esta es la aplicación que el carbón activado hace con mayor facilidad en el agua. La destrucción del cloro es por un proceso de reducción, porque el carbón activado es un reductor de cualquier oxidante (cloro, ozono, peróxido de hidrógeno…) Excepto el dióxido de cloro.
En donde el cloro al hacer contacto con el carbón este genera una reacción de reducción y convierte al cloro en ácido clorhídrico a muy bajas concentraciones (no dañinas al ser humano).

¿Qué NO elimina el carbón activado del agua?

No elimina compuestos inorgánicos como: el arsénico, alumno, calcio, fierro, flúor, plomo, mercurio, fosfatos, sodio… Algunos también llamados metales pesados.

Tampoco elimina microorganismos como los virus y bacterias. Por lo que es necesario utilizar otro tipo de tratamiento para eliminarlos. Lo que puede pasar es que al retener materia orgánica un carbón activado, pudiera tener alguna contaminación bacteriana, lo que convertiría en una cama fértil para la proliferación de bacterias. En eso casos en necesario cambiar de cartuchos con cierta frecuencia o en aplicaciones industriales es necesario un protocolo de sanitización programada.

Carbón activado impregnado con plata para evitar el crecimiento de bacterias

Hay un proceso en la fabricación del carbón activado en la que se le puede impregnar plata con un método químico. La plata es un agente bacteriostático, es decir que evita que se desarrollen bacterias en el lugar donde hay plata, pero no confundir con un agente bactericida, ya que no mata a la bacteria, sólo evita que se queden y desarrollen en el lugar.
Como vimos la cama de carbón tarde o temprano, puede contaminarse con bacterias que provienen de un punto no desinfectado. Las bacterias se reproducen, y convierten la cama de carbón en un foco de contaminación.
Con el propósito de inhibir el desarrollo bacteriano, se impregna la superficie del carbón con plata metálica.

Este método puede encarecer al carbón activado, ya que la plata tiene un valor alto en el mercado, normalmente se impregna al carbón activado con plata para aplicaciones domésticas o de poco volumen de carbón, por ejemplo en los cartuchos. Para uso industrial no es común.

Tipos de filtros de carbón activado

• Filtros de cartucho

El cartucho de carbón activado está hecho para aplicaciones domésticas, restaurantes o industrias que necesiten poco flujo. Es un cartucho cerrado que puede contener desde 300 gramos hasta 4 kg de carbón activado, dependiendo del tamaño.

Los cartuchos son utilizados para potabilización de agua por lo que normalmente utilizan carbón de cáscara de coco como materia prima.

Hay dos tipos principales: el cartucho de carbón activado granular (GAC) y el cartucho de carbón activado extruido o en bloque “Carboblock”

1 Filtro de cartucho de carbón activado granular

Este se llena en un cartucho vacío con granos de carbón activado, y se sella por ambos extremos de la carcasa, los dos extremos del cartucho se colocan respectivamente en una malla o tela filtrante, para evitar que los granos de carbón salgan del cartucho. Según las necesidades del cliente, las tapas de los extremos del cartucho se pueden hacer en diferentes tipos de conectores, la más típica son las conexiones planas para cartuchos estándar, pero hay terminaciones de lanza o de doble empaque para aplicaciones industriales o de laboratorio.

La granulometría que se usa en los cartuchos granulares es de malla 20×50 US sieve mesh.

2 cartucho de carbón activado extruido o en bloque “Carboblock”

El cartucho filtrante de carbón activado en bloque o extruido utiliza carbón en polvo y este es formado en un bloque con ayuda de un aglutinante de grado alimenticio. Este bloque de carbón compactado se cubre con una capa de tela filtrante, para evitar que el núcleo de carbón suelte polvo o se deforme. El cartucho de carbón tiene a sus extremos una tapa de caucho nitrílico para que esté quede bien sellado.
La malla filtrante que cubre este cartucho puede hacer las funciones de un filtro de sedimentos, normalmente filtra a 5 o 10 micras. Por lo que puede considerarse que hace dos funciones en un solo paso. Nosotros recomendamos siempre colocar un cartucho para retener sedimentos adiciona, antes del cartucho en bloque, porque su área de filtración es muy reducida y podría taparse prematuramente antes de que el carbón activado tenga que ser cambiado.

Aplicaciones para los filtros de carbón activado en cartucho

Además de usarlo en nuestros purificadores de agua de casa, los filtros de cartucho de carbón activado son adecuado para la purificación de agua de proceso y soluciones en la industria de los semiconductores, dispositivos electrónicos, máquinas de impresión de tinta, la industria de la galvanoplastia y la industria alimentaria y de las bebidas. Es aplicable a las siguientes industrias:

1. Industria química y petroquímica: solventes, pintura, detergentes y cera líquida, etc.
2. Industria farmacéutica y de productos farmacéuticos: agua de hospital, inyecciones farmacéuticas, líquidos medios, etc.
3. Industria electrónica: líquido eléctrico, línea de impresión, etc.
4. Industria alimentaria: alimentos, bebidas, agua potable, alcohol, etc.
Filtros de peceras de carbón activado, este cartucho utiliza un tipo de carbón especial más grande peletizado a 3 o 4 milímetros.

Portacartuchos

Estos cartuchos van dentro de portacartucho o portafiltros que canalizan el flujo para que pase el agua a través del cartucho , fabricados en polietileno que cumple con las normas NSF. Con entradas de 1/4″, 1/2″ 3/4″, 1″ y 1.5″

Juntos estos dos elementos Cartucho y Portacartucho, pueden formar purificadores de agua de varios pasos en secuencia, para beber agua en casa.

• Filtros de lecho de carbón activado (y aplicaciones industriales y municipales)

Los filtros de carbón activado industriales como ya hemos visto tienen el mismo propósito, ara eliminar el cloro, sabor, olor y el color, ya sea con carbones activados de origen mineral bituminoso o de carbón de cáscara de coco.

También vimos en el apartado de la granulometría, que para esta aplicación vamos a utilizar tamaños (malla), de 12 x 40 u 8 x 30.

Cuando decidimos que es necesario un sistema de agua de carbón activado industrial, es esencial conocer las características del agua. En el caso de que se trate de agua de la red municipal o de pozo de una fuente confiable, podemos esperar que haya una cantidad mínima contaminantes y podemos usar un carbón activado de concha de coco. En el caso de que la fuente de agua tenga una alta turbidez, más cantidad de compuestos orgánicos totales (COT), que se encuentran en agua superficiales de un río o lago, en estos casos vemos que el uso de carbón activado de origen mineral bituminoso.

Componentes de los filtros industriales de Agua de carbón activado.

1. Válvulas de control: (montadas en la parte superior o lateral) su función es canalizar el flujo de agua por el lecho de carbón activado para tratarla y entregar el producto ya purificado, pero una función primordial es la limpieza del medio granular (en este caso el carbón). L que hace la válvula para limpiar de un exceso de sedimentos e impurezas es cambiar el sentido del flujo de agua para expandir la cama de carbón y expulsar los sedimentos retenidos. Algunas válvulas son manuales y otras automáticas, por lo que en estas últimas esta autolimpieza o retrolavado lo hará en automático con una previa programación.
La válvula puede ser configurada para funcionar como una sola unidad autónoma o como varios filtros que funcionan en paralelo o en secuencia, dependiendo de la aplicación.
Los filtros más pequeños pueden tener válvulas como Purago, Aquatrol, Fleck o Clack mientras que hay filtros más grandes que no pueden llevar una válvula de cabezal, y se pueden configurar con válvulas de diafragma accionadas por aire o eléctricas (Aquamatic) que llevan un controlador digital.

2. Medios filtrantes: Grava y carbón activado). Los ACF están disponibles en diferentes capacidades de flujo y volumen de medios. Debemos asegurarnos que el flujo de retrolavado mínimo sea de (10-12 GPM/ft2) para asegurarse de que está funcionando en condiciones óptimas y prolongar la vida del carbón.
El carbón activado en el tanque debe tener un máximo del 50% del volumen total, para permitir que la cama de carbón activado se expanda (30% – 40%) durante el retrolavado. El lecho de carbón activado debe ser reemplazarse cuando la efectividad para eliminar los contaminantes se agote o cada 2 años como máximo.

3. Tanque de presión: El elemento cilíndrico que va a contener el carbón activado, típicamente se fabrica en polipropileno, recubierto con fibra de vidrio. Hay aplicaciones de industrias que requieren tanques de acero al carbón o en acero inoxidable.

4. Toberas o distribuidores y tubo central: Las toberas son un elemento indispensable en el sistema, es un elemento ranurado que evita que el medio granular salga del filtro con el flujo de agua. Fabricado en PVC o en acero inoxidable con ranuras de medida de abertura de entre 0.18 a 0.20 milímetros, con la que evitamos que el carbón más pequeño malla 12×40 (1.68 a 0.42 mm) se nos escape del filtro.
El tubo central recolecta el agua tratada y la lleva a la salida del sistema.

Los sistemas industriales de filtros de agua de carbón activado se utilizan como pretratamiento para los sistemas de ósmosis inversa, ya que las membranas de ósmosis inversa no pueden tener cloro en el agua de alimentación. El cloro ataca químicamente a las membranas degradando y dañando su composición.

Aplicaciones para los filtros de carbón activado de lecho.

1. Potabilización para aguas de uso industrial o líneas de producción.
2. Potabilización para agua para uso humano en servicios sanitarios
3. Tratamiento de agua para la industria alimenticia y de bebidas embotelladas.
4. Pretratamiento para sistemas de ósmosis inversa.
5. Tratamiento terciario de aguas residuales industriales y sanitarias.

Conclusión

El agua un uno de los recursos más valiosos del mundo. A medida que la población mundial crezca, el tratamiento eficiente del agua continuará creciendo también. El carbón activado ofrece una solución eficaz en muchas aplicaciones de tratamiento de aguas, ya sea para garantizar que el agua potable sea segura para el consumo humano, para proteger cuerpos fluviales de la descarga de efluentes potencialmente contaminados, o para ayudar a fabricar productos de primera calidad.

Filtrashop ofrece estos filtros de carbón activado, para uso de casa, restaurantes, hoteles, hospitales o en la industria. Contáctenos para más información sobre nuestros sistemas de carbón activado o todo el tratamiento completo según sea necesario.

Fuentes;

httpsss://www.fluencecorp.com/activated-carbon-filtration/

httpss://wcponline.com/2016/06/15/activated-carbon-particle-size-balance-kinetics-capacity/

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