Dos lechos de carbón activo con la misma granulometría y el mismo volumen pueden dar resultados muy distintos sobre la misma agua. La adsorción depende de bastantes más variables de las que suelen considerarse al especificar el material.
Por qué importa retirar la materia orgánica
Más allá del efecto sobre el color, el olor y el sabor, hay una razón de fondo: la materia orgánica natural —ácidos húmicos y fúlvicos, principalmente— reacciona con el cloro de la desinfección y forma subproductos de desinfección, entre ellos los trihalometanos, cuya concentración está limitada en agua de consumo humano.
Retirar los precursores antes de clorar es más eficaz que intentar corregir el problema después. Esa es la función principal del carbón activo en una línea de potabilización.
A eso se suma la protección de las membranas de ósmosis inversa, tanto por el cloro libre —que las degrada— como por la carga orgánica, que contribuye al ensuciamiento.
Los factores que determinan el resultado
1. Distribución de tamaño de poro
Es el factor principal, y donde se decide qué molécula puede retenerse.
Una molécula solo se adsorbe si el poro es accesible para ella: si es demasiado grande no entra, y si el poro es mucho mayor que la molécula la retención es débil. La correspondencia entre tamaño de molécula y tamaño de poro es lo que determina la capacidad real.
Por eso la materia prima importa: un carbón de cáscara de coco, con predominio de microporos, funciona bien con moléculas pequeñas; uno de madera o de hulla, con más mesoporos y macroporos, es adecuado para moléculas grandes como los ácidos húmicos.
2. Química superficial
El proceso de activación deja sobre la superficie del carbón grupos funcionales que modifican su afinidad. Un carbón con menor contenido en grupos oxigenados es más hidrófobo y retiene mejor compuestos orgánicos poco polares; uno más oxidado se comporta distinto.
Es una diferencia entre productos que no se ve en la ficha de granulometría y sí en el comportamiento.
3. Propiedades del contaminante
La adsorbabilidad de un compuesto aumenta con su peso molecular, con su polarizabilidad y con su carácter poco polar. Los compuestos muy solubles en agua y muy polares se adsorben mal, porque prefieren quedarse en disolución.
Es la razón por la que el carbón activo funciona muy bien con unos compuestos y prácticamente nada con otros del mismo tamaño.
4. Concentración
La capacidad de adsorción no es lineal con la concentración. Un carbón puede dar excelente resultado con concentraciones altas y comportarse mal cuando hay que reducir un compuesto desde una concentración ya baja hasta un límite muy bajo.
Por eso el ensayo debe hacerse en el rango de concentración real de la instalación, no en uno cómodo.
5. Temperatura
La adsorción es un proceso exotérmico: a menor temperatura, mayor capacidad de adsorción en el equilibrio. A cambio, temperaturas más altas aceleran la cinética.
En una instalación real esto significa que el rendimiento varía con la estación, algo a tener en cuenta al dimensionar.
6. pH
Afecta al estado de ionización tanto del compuesto como de la superficie del carbón. Un compuesto en forma no ionizada se adsorbe mejor que el mismo compuesto ionizado, así que un cambio de pH puede modificar sustancialmente el rendimiento.
7. Tiempo de contacto
Es el parámetro de diseño que más se descuida. Se expresa como tiempo de contacto en lecho vacío (EBCT): el volumen del lecho dividido por el caudal.
La adsorción necesita tiempo para que la molécula difunda hasta el interior del poro. Un EBCT insuficiente deja capacidad del lecho sin utilizar: el carbón sale agotado en su parte superior y prácticamente virgen en el fondo.
Es la explicación más frecuente de un lecho que «no funciona» siendo el material correcto.
Cómo se comprueba
Con las variables que intervienen, el dimensionado a partir de datos de catálogo tiene un margen de error considerable. Lo razonable cuando la instalación es relevante es un ensayo sobre el agua real: en columna, con el EBCT previsto, siguiendo la evolución del compuesto a la salida hasta la ruptura del lecho.
De ahí sale la capacidad real del material con esa agua, y con ella el volumen de lecho y la frecuencia de reposición.
Sobre el agotamiento
El carbón activo se agota y no da aviso: la pérdida de carga no cambia y el agua sigue pasando. La sustitución se decide por seguimiento analítico de la salida, nunca por calendario.
Puede consultar las especificaciones de nuestro carbón activo o escribirnos con el análisis de su agua.
