Cet ouvrage fait partie de la bibliothèque YouScribe
Obtenez un accès à la bibliothèque pour le lire en ligne
En savoir plus

Diseño y construcción de una columna de adsorción con sepiolita. Diseño y construcción de una columna de adsorción con atapulgita

De
124 pages

El objetivo del presente proyecto es estudiar el comportamiento de distintas arcillas como adsorbentes mediante columnas de adsorción. Por un lado se pretenden comparar tres granulometrías diferentes de sepiolita, y por otro se quieren comparar granulometrías lo más similares posibles de arcillas diferentes: sepiolita y atapulgita. Asimismo, también se desea estudiar la pérdida de presión que producen los lechos de arcilla, con el fin de facilitar el dimensionamiento de futuros procesos de adsorción con arcillas.
Ingeniería Técnica en Electricidad
Voir plus Voir moins

Escueela Pollitécnica Supperior 
Universidad Carlos III de Madrid 
 
 
Proyecto Fin de Carreraa 
Diseño y construcción de una columna 
de adsorción con sepiolita 
Diseño y construcción de una columna 
de adsorción con atapulgita 
 
Departamento de Ciencia e Ingeniería de 
Materiales e Ingeniería Química 
 
Auttores:   Alberto Ortega Bueno
     Javier Saccristán Cid 
 
Tuttor:     Anttonio AAznar Jiménez AGRADECIMIENTOS
A nuestros familiares y amigos…
…por suapoyo en los buenos y malos momentos.
A nuestros compañeros…
…por tantos momentos compartidos durante estos años.
A nuestro tutor de proyecto…
…por brindarnos la oportunidad de hacer este proyecto.
Al Grupo Tolsa…
…Por sucolaboración en este proyecto.
A David, Elena y Jorge…
…por la ayuda que nos han prestado.

Muchas gracias a todos vosotros.
  

 1 TABLA DE CONTENIDO
2  OBJETIVO DEL PROYECTO...................................................................................................... 5 
3  INTRODUCCIÓN: EL AGUA ..................................................................................................... 6 
3.1  Contaminantes del agua ................................................................................................ 7 
3.1.1  Sólidos ................................................................................................................... 7 
3.1.2  Temperatura .......................................................................................................... 7 
3.1.3  Oxígeno disuelto .................................................................................................... 7 
3.1.4  Aceites y grasas  8 
3.1.5  Fenoles .................................................................................................................. 8 
3.1.6  Cloro ...................................................................................................................... 8 
3.1.7  Nitrógeno .............................................................................................................. 8 
3.1.8  Fósforo  8 
3.1.9  Metales pesados ................................................................................................... 9 
3.1.10  Sustancias radiactivas ............................................................................................ 9 
3.1.11  Microorganismos  9 
3.2  Indicadores de contaminación ...................................................................................... 9 
3.2.1  Color .................................................................................................................... 10 
3.2.2  Olor ...................................................................................................................... 10 
3.2.3  Sabor ................................................................................................................... 10 
3.3  Parámetros de determinación de sólidos ................................................................... 10 
3.3.1  Turbidez ............................................................................................................... 10 
3.3.2  Filtración y secado ............................................................................................... 10 
3.3.3  Evaporación ......................................................................................................... 11 
3.3.4  Determinación de volátiles ................................................................................. 11 
3.4  Parámetros de determinación de oxígeno disuelto .................................................... 11 
3.4.1  Demanda bioquímica de oxígeno ........................................................................ 11 
3.4.2  química de oxígeno ............................................................................. 11 
3.5  Carbono orgánico total  12 
3.6  Medidas de acidez y alcalinidad .................................................................................. 12 
3.6.1  Conductividad ...................................................................................................... 12 
3.6.2  Dureza ................................................................................................................. 12 
3.6.3  Parámetros biológicos ......................................................................................... 12 
3.6.4  Actividades causantes de la contaminación ........................................................ 13 
4  FILTRACIÓN ......................................................................................................................... 14 

 4.1  Introducción a la filtración .......................................................................................... 14 
4.2  Mecanismos de filtración ............................................................................................ 14 
4.2.1  Mecanismos de transporte ................................................................................. 15 
4.2.2  Mecanismos de adherencia ................................................................................ 18 
4.3  Cinética de la filtración ................................................................................................ 23 
4.3.1  Introducción ........................................................................................................ 23 
4.3.2  Balance de masas  23 
4.3.3  Retención y arrastre de partículas ...................................................................... 25 
4.3.4  Pérdida de carga en un medio filtrante .............................................................. 26 
4.3.5  Pérdida de carga inicial ....................................................................................... 27 
4.4  Factores que influyen en la filtración .......................................................................... 27 
4.4.1  Características de la suspensión.......................................................................... 27 
4.4.2 s del medio filtrante ...................................................................... 29 
5  MATERIALES EMPLEADOS ................................................................................................... 31 
5.1  Arcillas especiales ........................................................................................................ 31 
5.1.1  Panorama nacional .............................................................................................. 35 
5.1.2  mundial  37 
5.1.3  Usos industriales de las arcillas especiales ......................................................... 37 
5.2  Azul de metileno ......................................................................................................... 38 
5.3  Columnas de adsorción ............................................................................................... 39 
6  TÉCNICAS EMPLEADAS  48 
6.1  Espectofotometría ....................................................................................................... 48 
6.2  Adsorción..................................................................................................................... 49 
6.2.1  Técnicas experimentales de adsorción ................................................................ 51 
6.3  Propiedades de los adsorbentes .................................................................................. 52 
6.4  Adsorbentes ................................................................................................................. 53 
6.5  Presión ......................................................................................................................... 54 
6.5.1  Ley de Darcy ........................................................................................................ 55 
7  PARTE EXPERIMENTAL  57 
7.1  Experimentos iniciales ................................................................................................. 57 
7.2  Recta de calibrado del azul de metileno ..................................................................... 57 
7.3  Isotermas de adsorción ............................................................................................... 58 
7.3.1  Isotermas de Langmuir ........................................................................................ 59 
7.3.2  de Freundlich ...................................................................................... 60 

 7.4  Ensayos en columnas de adsorción ............................................................................. 62 
7.4.1  Resultados ........................................................................................................... 65 
7.5  Estudio de las caídas de presión ................................................................................. 69 
8  TRABAJOS FUTUROS ............................................................................................................ 72 
9  CONCLUSIONES ................................................................................................................... 73 
10  ANEXOS ........................................................................................................................... 74 
10.1  Tablas de los estudios de adsorción ............................................................................ 74 
10.1.1  Tablas de las isotermas de adsorción .................................................................. 74 
10.1.2  Isotermas de Langmuir ........................................................................................ 76 
10.1.3  de Freundlich ...................................................................................... 81 
10.2  Ensayos en columnas de adsorción ............................................................................. 86 
10.2.1  Datos del ensayo ATA 15/30 ............................................................................... 86 
10.2.2  Tablas de cálculo ATA 15/30  89 
10.2.3  Datos del ensayo ATA 20/50  91 
10.2.4  Tablas de cálculo ATA 20/50  95 
10.2.5  Datos del ensayo SEP 6/15 .................................................................................. 97 
10.2.6  Tablas de cálculo SEP 6/15 ................................................................................ 102 
10.2.7  Datos del ensayo SEP 15/30 .............................................................................. 104 
10.2.8  Tablas de cálculo SEP 15/30  109 
10.3  Tablas del estudio de presiones  111 
10.4  Hoja de características del espectrofotómetro. ........................................................ 115 
10.5  Plano de la columna de adsorción ............................................................................ 117 
11  ÍNDICE DE ILUSTRACIONES ............................................................................................ 118 
12  ÍNDICE DE TABLAS ......................................................................................................... 120 
13  BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................ 122 
 

 
 

 2 OBJETIVO DEL PROYECTO
 
El objetivo del presente proyecto es estudiar el comportamiento de distintas arcillas como 
adsorbentes  mediante  columnas  de  adsorción.  Por  un  lado  se  pretenden  comparar  tres 
granulometrías diferentes de sepiolita, y por otro se quieren comparar granulometrías lo más 
similares posibles de arcillas diferentes: sepiolita y atapulgita. Asimismo, también se desea 
estudiar la pérdida de presión que producen los lechos de arcilla, con el fin de facilitar el 
dimensionamiento de futuros procesos de adsorción con arcillas. 
 

 3 INTRODUCCIÓN: EL AGUA
 
3Se considera que en nuestro planeta existen 1387 millones de km  de agua, que cubren el 71% 
de la superficie terrestre. Aproximadamente, el 97,1% del agua del planeta se concentra en los 
mares  y  océanos,  un  2,24%  forma  los  glaciares  y  casquetes  polares,  el  0,61%  son  aguas 
subterráneas, el 0,016% forma lagos, el 0,001% está presente en la humedad atmosférica y tan 
sólo el 0,0001% forma los ríos. Teniendo en cuenta que el ser humano no puede utilizar el 
agua salada presente en mares y océanos para su consumo directo, solo una mínima cantidad 
del agua del planeta está a disposición de usarse sin tratamientos previos. 
El agua tiene su propia dinámica, la cual ha sido modelizada en el ciclo del agua, en el cual, el 
agua superficial tanto oceánica como continental se evapora por la acción de la energía solar, 
se desplaza con el aire en la atmósfera en forma de vapor y condensa e incluso se congela al 
cruzarse con frentes fríos, precipitando sobre la superficie terrestre de las formas conocidas 
(básicamente lluvia, granizo y nieve). La lluvia puede producirse tanto sobre la superficie 
oceánica, como sobre la superficie continental. El ser humano solo puede aprovechar de forma 
directa el agua recogida sobre la superficie continental que gracias al proceso de evaporación 
está en condiciones de baja salinidad y contaminantes. 
El hombre se ha aprovechado de este ciclo para poder utilizar el agua para sus fines, sea para 
su propio consumo personal, para obtener algún beneficio mejorando cosechas, obteniendo 
energía  o  utilizándola  en  los  procesos  industriales.  Este  hecho  ha  ido  generando  el 
establecimiento de diferentes ciclos de agua que modifican su circulación y además implican 
una modificación de sus características, ya que en estos nuevos ciclos el agua ve alterada su 
calidad. Esta incidencia sobre la calidad del agua ha ido incrementándose a medida que la 
actividad humana ha sido más intensa.  
En la actualidad, la contaminación de las aguas constituye un problema de primer nivel al 
tratarse de un bien tan escaso como básico para la vida, y además, en los últimos años, el 
aumento  de  los  vertidos  producidos  como  consecuencia  del  crecimiento  de  los  núcleos 
poblados y la presencia de nuevas sustancias como consecuencia de los avances tecnológicos 
ha provocado un descenso en la calidad del agua que puede afectar al uso que se va a hacer de 
ella a posteriori. Al mismo tiempo, la capacidad tecnológica del hombre ha proporcionado 
técnicas que permiten mejorar la calidad del agua, bien para su utilización, bien para su 
devolución al ecosistema, aunque la mayoría de estas técnicas se basan en las realizadas por la 
propia naturaleza.  
Definir la calidad del agua es un tema complicado, ya que incluso durante el ciclo del agua 
natural se producen modificaciones de sus propiedades físico‐químicas respecto a lo que sería 
un agua "pura", y aparte, debe tenerse en cuenta que la propia definición de “contaminación” 
es un término subjetivo sujeto a al uso posterior que va a darse al agua en cuestión, pues el 
agua se utiliza para diferentes usos y cada uso presenta unos requerimientos específicos. No es 
lo mismo regar un cultivo o llenar una piscina, donde se puede permitir cierta contaminación 
(no tóxica) del agua, que refrigerar un reactor químico, donde se requiere agua de excelente 
calidad. 

 3.1 Contaminantes del agua
3.1.1 Sólidos
De forma genérica, los sólidos (ST) son todos aquellos elementos o compuestos presentes en 
el agua residual urbana que no son agua. La materia presente en el agua se puede encontrar 
disuelta (SD), en suspensión (SS) y/o en forma coloidal. Las sustancias disueltas son aquellas 
dispersas de forma homogénea en el líquido de manera que hay una sola fase. El segundo 
implica  la  existencia  de  dos  fases:  la  correspondiente  al  líquido  (en  este  caso  agua)  y la 
correspondiente a las partículas sólidas. Finalmente, la tercera se encuentra entre las dos, de 
forma que las partículas son demasiado pequeñas para ser eliminadas por procedimientos 
normales de sedimentación o filtración. Entre los efectos negativos sobre los medios hídricos, 
caben destacar entre otros, disminución en la fotosíntesis por el aumento de la turbidez del 
agua, deposiciones sobre los vegetales y branquias de los peces, pudiendo provocar asfixia por 
colmatación de las mismas, formación de depósitos por sedimentación en el fondo de los 
medios receptores, favoreciendo la aparición de condiciones anaerobias o aumentos de la 
salinidad  e  incrementos  de  la  presión  osmótica.  Normalmente  se  habla  de  “sólidos  en 
suspensión”, que son los sólidos que no pasan a través de una membrana filtrante de un 
tamaño determinado (0,45 micras). Dentro de los sólidos en suspensión se encuentran los 
sólidos sedimentables (SSs), que decantan por su propio peso y los no sedimentables (SSn). 
Podemos clasificarlos de la siguiente manera: 
• Objetos gruesos: trozos de madera, trapos, plásticos, etc., que son arrojados a la red 
de alcantarillado. 
• Arenas: bajo esta denominación se engloban las arenas propiamente dichas, gravas y 
partículas más o menos grandes de origen mineral u orgánico. 
Los  sólidos  en  suspensión  pueden  dar  lugar  al  desarrollo  de  depósitos  de  fango  y  de 
condiciones anaerobias cuando se vierte agua residual sin tratar al entorno acuático. 
3.1.2 Temperatura
La temperatura del agua tiene una gran importancia en el desarrollo de los diversos procesos 
que en ella se realizan. Un aumento de temperatura modifica la solubilidad (aumentando la 
concentración de sólidos disueltos y  disminuyendo la de los  gases) y duplica la actividad 
biológica aproximadamente cada diez grados, (aunque superando un cierto valor característico 
de cada especie tiene efectos letales para los organismos). En los efluentes urbanos oscila 
entre  15º  y  20ºC,  lo  que  facilita  el  desarrollo  de  los  microorganismos  existentes.  En  los 
efluentes industriales esta temperatura puede ser mucho mayor, lo que obliga a la legislación 
a imponer límites. La legislación española impone una temperatura máxima de los vertidos de 
40ºC y un incremento máximo de la temperatura de los cauces, a 200 m del vertido, de 1,5 o 
3ºC en función de las especies presentes. 
3.1.3 Oxígeno disuelto
El oxígeno disuelto es fundamental para la respiración de los organismos aerobios presentes 
en el agua residual. El control de este gas a lo largo del tiempo, aporta una serie de datos 
fundamentales para el conocimiento del estado del agua residual. La cantidad presente en el 
agua  depende  de  muchos  factores,  principalmente  relacionados  con  la  temperatura  y 

 actividades químicas y biológicas, entre otros. El valor máximo de oxígeno disuelto varía con la 
temperatura. La concentración habitual es de aproximadamente 9 mg/l, considerándose que 
por debajo de 4 mg/l el agua no es apta para desarrollar vida aeróbica en su seno. 
3.1.4 Aceites y grasas
Son sustancias que al no mezclarse con el agua permanecen en su superficie dando lugar a 
natas. Su procedencia es tanto doméstica como industrial. Son sustancias con requerimientos 
de oxígeno: materia orgánica y compuestos inorgánicos que se oxidan fácilmente, lo que 
provoca un consumo del oxígeno del medio al que se vierten. El contenido en aceites y grasas 
presentes en un agua residual se determina mediante su extracción previa con un disolvente 
apropiado, la posterior evaporación del disolvente y el pesaje del residuo obtenido. En las 
aguas residuales urbanas, sin componente industrial, la presencia de grasas y aceites suele ser 
baja, no más de un 10%, lo que no evita que puedan provocar problemas tanto en la red de 
alcantarillado como en las plantas de tratamiento. Si no se elimina el contenido en grasa antes 
del vertido del agua residual, puede interferir con los organismos existentes en las aguas 
superficiales y crear películas y acumulaciones de materia flotante desagradables, impidiendo 
en determinadas ocasiones la realización de actividades como la fotosíntesis, respiración y 
transpiración. 
3.1.5 Fenoles
Son compuestos hidroxiderivados del benceno y de compuestos aromáticos polinucleares. 
Suelen provenir de actividades industriales (plantas de coquización, refinerías, papeleras, etc.), 
degradación  de  productos  fitosanitarios  y  de  la  descomposición  de  materia  vegetal.  Son 
extremadamente tóxicos, y su presencia en aguas sometidas a procesos de cloración produce 
compuestos clorofenólicos tóxicos y de sabor desagradable. 
3.1.6 Cloro
Esta sustancia puede aparecer en el agua formando distintas especies, como el cloruro (Cl‐), el 
cloro (Cl2) o el hipoclorito (ClO‐). La presencia de estas especies es, generalmente, debida a la 
cloración del agua para su desinfección, y a procesos de salinización por aguas marinas. 
3.1.7 Nitrógeno
El nitrógeno se presenta en las aguas residuales fundamentalmente en forma de amoniaco 
(NH3) y en menor medida, como nitratos (NO3‐) y nitritos (NO2‐). El amoniaco es uno de los 
compuestos intermedios formados durante la biodegradación de los compuestos orgánicos 
nitrogenados que forman parte de los seres vivos, y junto con el nitrógeno orgánico es un 
indicador de que un curso de agua ha sufrido una contaminación reciente. Ambas formas de 
nitrógeno se determinan frecuentemente en una sola medida (método Kjedhal). La oxidación 
aeróbica de los compuestos amoniacales y organonitrogenados, conduce a la formación de 
nitritos y posteriormente de estos en nitratos. Para la determinación de nitritos, nitratos y 
amonio se recurre a métodos espectrofotométricos. 
3.1.8 Fósforo
Junto con el nitrógeno, es uno de los nutrientes fundamentales de todos los seres vivos, de 
forma  que,  contenidos  anormalmente  altos  de  estos  en  las  aguas  pueden  producir  un 
crecimiento incontrolado de la biomasa acuática (eutrofización). Su presencia en las aguas es 
debida principalmente a los detergentes y a los fertilizantes. Igualmente, las excretas humanas 

 aportan nitrógeno orgánico. El nitrógeno, fósforo y carbono son nutrientes esenciales para el 
crecimiento de los organismos, y cuando se vierten al medio acuático, pueden favorecer el 
crecimiento de una vida acuática no deseada. Si se vierten al terreno en cantidades excesivas 
pueden provocar la contaminación del agua subterránea. 
3.1.9 Metales pesados
Están entre los contaminantes más dañinos, y entre ellos se incluyen elementos esenciales 
para  la  vida  como  el  hierro  junto  con  otros  de  gran  toxicidad  como  el  cadmio,  cromo, 
mercurio, plomo, etc. Su presencia en el agua es, generalmente indicativo de un vertido de 
tipo industrial, y dada su gran toxicidad y que interfieren en los procesos de depuración 
(alteran los procesos de biodegradación) se hace necesaria su eliminación antes de los mismos. 
3.1.10 Sustancias radiactivas
Tanto las aguas continentales, como las oceánicas y subterráneas, poseen una radiactividad 
natural inherente a la composición de las mismas. De los elementos radiactivos más presentes 
40 226 238en el agua destacan  K,  RA,  U provenientes de la lixiviación de terrenos graníticos. La 
radioactividad es producida por la emisión de los núcleos atómicos de radiaciones ionizantes 
α(núcleos de helio),  β(electrones) o  γ (fotones), que al interaccionar con la materia pueden 
inducir modificaciones, y concretamente mutaciones sobre materia viva. 
3.1.11 Microorganismos
Virus, algas, protozoos, bacterias, hongos, insectos, rotíferos, etc. Pueden clasificarse en: 
- Parásitos:  si  viven  a  expensas  de  otro  organismo  vivo,  pudiendo  ser  benignos  o 
patógenos, pudiendo ser estos últimos causa de enfermedades como hepatitis, fiebres 
tíficas, cóleras, disenterías... 
- Saprofitos:  que  viven  de  la  materia  orgánica  muerta  descomponiéndola  para 
alimentarse. De su actividad metabólica se origina nueva materia viva, productos de 
desechos y formación de flóculos. 
Si  los  clasificamos  en  función  de  su  posibilidad  de  captar  oxígeno,  los  clasificaríamos  en 
aerobios, anaerobios o facultativos (que se adaptan a las condiciones según sean aerobias o 
anaerobias). 
3.2 Indicadores de contaminación
Los primeros indicadores utilizados para definir la calidad del agua hacían referencia a su 
aspecto:  color,  olor,  sabor...,  características  que  pueden  ser  determinadas  fácilmente  sin 
necesidad de ningún tipo de instrumentación. Estas apreciaciones son altamente subjetivas y 
por lo tanto de difícil sistematización. Las aguas residuales urbanas se caracterizan por su 
composición física, química y biológica, apareciendo una interrelación entre muchos de los 
parámetros que integran dicha composición. A la hora de realizar una adecuada gestión de 
dichas aguas, se hace imprescindible el disponer de una información lo más detallada posible 
sobre su naturaleza y características. A continuación se muestran las principales características 
físicas, químicas y biológicas del agua. Las características físicas más importantes del agua son 
el color, el olor y el sabor. 

 

Un pour Un
Permettre à tous d'accéder à la lecture
Pour chaque accès à la bibliothèque, YouScribe donne un accès à une personne dans le besoin