Parte III Nuevas Tecnicas y Equipos
La base de este proceso es la selección de un material adsorbente adecuado, o sea, con elevada área superficial y alta reactividad con el elemento contaminante (alta capacidad de adsorción). El mecanismo responsable por el proceso FPA es compuesto de 4 etapas en nivel macroscópico y 11 en nivel microscópico. Se describen y detallan nuevas técnicas de separación de elementos contaminantes de efluentes líquidos y se presentan equipos innovadores de flotación (alta capacidad). Finalmente se resumen las aplicaciones y el potencial de estas nuevas técnicas y tecnologías en el tratamiento de efluentes líquidos. Las etapas macroscópicas son: · Adsorción/absorción de los iones en la superficie del sólido sorvente; · Floculación/Agregación de las partículas sólidas conteniendo los iones; · Colisión y adhesión burbuja/agregados de partículas; · Flotación.
Figura 1. Proceso de flotación de partículas adsorbentes-FPA.
Las etapas microscópicas, incluyendo los fenómenos de transporte de masa por difusión y los fenómenos interfaciales pueden ser divididas en: · Difusión del ion pela solución; · Difusión a través de la película de líquido que envuelve la partícula; · Migración del ión hacia la superficie de la partícula; · Difusión a través de los poros; · Adsorción en un sitio activo, intercambio iónico y/o absorción; · Agregación/floculación de las partículas; · Hidrofobización de los agregados; · Interacción con burbujas · Flotación propiamente dicha.
La siguiente Tabla muestra el estado actual de esta técnica con relación a los estudios ya reportados.
Tabla 1. Estudios reportados de flotación de partículas adsorbentes (FPA) Material sorbente Contaminantes Autores Relaves de carbón Ni, Cu, Zn, Pb, Cd, Cr, aceites Féris et. al., 1997, Rubio, 2000 Zeolitas Ni, Cu, Zn Rubio and Tessele, 1997 Zeolitas Hg, As, Se Tessele et al., 1997 Pirita Cu, As Zouboulis et. al., 1992, 1993 Lama roja, residuo del proceso Bayer Cu Zouboulis et. al., 1993 Dolomita Pb Zouboulis et. al., 1993 Ceniza volante Ni Zouboulis et. al., 1993 Resina de intercambio iónico Cu Duyvesteyn and Doyle, 1995 Hidroxiapatita Cd Zouboulis et. al., 1997 Carbón activado Dye (Rodamine B) Féris et al. 1999 Barita Aceite emulsionado Santander and Rubio, 1998 Arcilla (hidrotalcite) Iones Cromatos, Cr+6 Lazaridis et. al., 2001
1.2. Flotación de Agregados Coloidales (FAC) La basis de este proceso es la formación de agregados a partir de la adsorción/coprecipitación de los iones contaminantes en colóides con alta área superficial, baja toxicidad y buenas características de flotación, especialmente con el empleo de microburbujas generadas in situ, como en el caso de la FAD (ver figura 2). La cinética de levitación de las unidades burbujas-partículas puede ser incrementada con la adición de polímeros o hidrofobizantes (colectores).
Figura 2. Proceso de Flotación de Agregados Coloidales (FAC)
Las etapas del proceso FAC son las siguientes: · Formación de precipitados coloidales precipitante/ion o complejo (coprecipitación), con el objetivo de insolubilizar el ión problema; · Coagulación de los colóides con agente coagulante (heterocoagulación), para aumento de tamaño; · Floculación de los colóides, para disminuir el número de agregados, reducir la cantidad de agua y en algunos casos, hidrofobizar la superficie de las unidades flotables; · Hidrofobización de los agregados (opcional a la etapa 3), normalmente empleando tenso activos (colectores); · Colisión de flóculos o agregados con burbujas de aire; · Adhesión a las burbujas; · Ascensión de las unidades burbujas/flocos o agregados coloidales hacia la superficie y separación del producto flotado conteniendo los iones.
2. NUEVOS SISTEMAS DE FLOTACIÓN · Flotación auto aspirante. Este proceso utiliza el bombeo de soluciones acuosas en tubos que contienen válvulas tipo venturi donde ocurre una depresión y aspiración de aire. La separación propiamente tal si se realiza en reactores similares a los utilizados en minería, se conoce como "nozzle flotation". La forma de reducir el tamaño de las burbujas generadas también requiere de reactivos tensioactivos.
Figura 1. Sistema de flotación “nozzle”, con generación de burbujas vía venturi
· Cilindro aireado o cámara de burbujas, BC, o “bubble chamber”. Este sistema es una variante del Hidrociclón de Miller-ASH (“Air sparger hydrocyclone”) sin el “overflow” y sirviendo de “contactor” de burbujas y partículas. El ASH y el BC hacen parte de un conjunto de sistemas de flotación centrífuga de alta capacidad que aplica el concepto de separación con burbujas pequeñas en un campo centrifugo. Estos sistemas han sido recientemente utilizado en el área ambiental, en la remoción de tintas de papel (reciclo) y aceites. El sistema BC consta de um contactor y un separador de las fases flotada y agua tratada.
Figura 2. Cilindro aireado o cámara de burbujas, BS, o “bubble chamber”
· Separador centrífugo Un sistema diferente (ver figura) fue desarrollado en nuestro laboratorio en la Universidad do Rio Grande do Sul y emplea el mismo principio de la nozzle flotation, con la diferencia de que después de la etapa de pasaje forzada por la válvula (en este caso el flujo es horizontal), la solución aireada pasa por un "static mixer" y todo el conjunto alimenta a un separador de forma cilíndrica que posee entrada tangencial, un pedestal para formar el "air core", "underflow", "vortex finder" y "overflow". Las principales variables de diseño son las dimensiones del cilindro y sus distintas partes, el tipo de contactor ("static mixer") y el sistema de auto aspiración. Entre los parámetros operacionales, se destacan, la presión del fluido dentro del separador centrífugo, la localización del pedestal y el caudal a ser tratado.
Figura 3. Celda de Flotación Centrífuga del LTM
· Proceso CAF-Cavitation Air flotation. En este caso la generación de burbujas ocurre por cavitación del aire directo en el efluente (succionado) via un tubo aerador especial, agitado em alta rotação (base del proceso y patenteado). Actualmente, su mayor uso ha sido en la industria de alimentos.
Figura 4. Proceso CAF-Cavitation Air flotation
· Flotación Jet-Jameson modificada Las celdas jet consisten de un tubo de descenso ("downcomer") del “jet”, un tanque de flotación y un controlador de nivel. En estas celdas el proceso de "colección" (colisión - adhesión) formación de los agregade los gotas de aceite-burbujas de aire, se produce en el tubo de descenso ("downcomer") y la separación de estos agregados desde el agua, en el tanque de flotación (separación de las fases). El efluente previamente condicionado, en un mezclador estático, con espumante y/o floculante es alimentado a presión por el inyector, localizado en la parte superior del tubo de descenso. Al pasar el agua por la reducción de área en el inyector, aumenta la velocidad, al mismo tiempo que decrece la presión. La reducción de presión induce la entrada de aire por la abertura dispuesta para este fin. El movimiento subsiguiente de la corriente de de los fases a través de la región de baja velocidad (alta presión) resulta en la dispersión del aire en burbujas pequeñas. Estas son forzadas a descender en sentido opuesto a su flotabilidad natural, en dirección al tanque de flotación (Figura 5). En la celda jet modificada, CFJM, fue incluido en el centro del tanque de flotación un colector o cilindro concéntrico cerrado en
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