La demanda química de oxígeno (DQO) es uno de los indicadores de calidad del agua más utilizados en el tratamiento de aguas residuales industriales y municipales. Los niveles elevados de DQO suelen indicar una presencia significativa de materia orgánica oxidable en el agua; por consiguiente, reducir la DQO es un objetivo clave para muchos sistemas de tratamiento de aguas residuales.
El carbón activado se utiliza ampliamente para el tratamiento avanzado de aguas residuales y la reducción de la DQO debido a su estructura porosa altamente desarrollada, su gran superficie interna y su capacidad para adsorber una gran variedad de contaminantes orgánicos. En particular, tras procesos como el tratamiento biológico, la coagulación-sedimentación u otras formas de pretratamiento, el carbón activado puede eliminar además los compuestos orgánicos recalcitrantes residuales, las sustancias que causan color, los fenoles, los compuestos aromáticos y otras materias orgánicas disueltas, logrando así una reducción adicional de la DQO del efluente.
¿Qué es la DQO en las aguas residuales?
En el tratamiento de aguas residuales, la DQO se utiliza habitualmente para evaluar la carga total de contaminantes orgánicos presentes en el agua. Un valor más alto de DQO suele indicar la presencia de una mayor cantidad de sustancias oxidables que requieren un tratamiento adicional. Sin embargo, la DQO es un indicador compuesto y no una sustancia química única y específica.
Por ejemplo, la DQO de las aguas residuales puede deberse principalmente a:
• ácidos orgánicos de bajo peso molecular;
• azúcares y alcoholes;
• fenoles;
• compuestos orgánicos aromáticos;
• colorantes;
• tensioactivos;
• sustancias húmicas;
• compuestos orgánicos derivados del petróleo;
y compuestos orgánicos persistentes (no biodegradables).
Por lo tanto, al evaluar el rendimiento de la eliminación de la DQO por parte del carbón activado, no se puede dar por sentado simplemente que una DQO inicial más elevada requiera una mayor dosis de carbón activado para lograr una mayor reducción de la DQO. Lo que realmente hay que comprender es la composición específica de la materia orgánica que contribuye a la DQO y qué fracción de esa materia puede ser adsorbida eficazmente por el carbón activado.
¿Cómo elimina el carbón activado la DQO?
El mecanismo principal mediante el cual el carbón activado elimina la DQO es la adsorción. Tras su activación, el carbón activado desarrolla una estructura compuesta por un gran número de microporos y mesoporos, además de algunos macroporos. Una vez que las moléculas orgánicas del agua penetran en las partículas de carbón activado, quedan retenidas en el interior del material gracias a las interacciones superficiales y a la estructura porosa.
El proceso general puede simplificarse de la siguiente manera: contaminantes orgánicos en las aguas residuales → superficie del carbón activado → interior de los poros → adsorción → reducción del contenido orgánico en el agua → disminución de la DQO.
En segundo lugar, además de reducir la DQO, el carbón activado puede reducir simultáneamente los niveles de:
• color;
• fenol y compuestos fenólicos;
• compuestos orgánicos aromáticos;
• determinados tensioactivos;
• algunos compuestos orgánicos persistentes;
• determinadas sustancias que provocan olores;
y algunos contaminantes orgánicos en trazas.
Por consiguiente, en el tratamiento de determinadas aguas residuales industriales, el uso de carbón activado no tiene como único objetivo reducir la DQO, sino que cumple una doble función: la eliminación avanzada de la DQO y la eliminación del color y de determinados contaminantes orgánicos.
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PAC y GAC para la eliminación de la DQO
Los carbones activados que se utilizan para la eliminación de la DQO son, principalmente, el PAC (carbón activado en polvo) y el GAC (carbón activado granular).
Carbón activo en polvo para la eliminación de la DQO
Debido al pequeño tamaño de sus partículas, el PAC suele presentar una cinética de transferencia de masa rápida. En el caso de aguas residuales con fluctuaciones significativas de la DQO, la dosificación de PAC puede ajustarse en función de los niveles de DQO en el afluente, la composición de los contaminantes y los resultados experimentales.
El PAC resulta especialmente adecuado para:
• Tratamiento avanzado de aguas residuales industriales;
• Gestión de picos repentinos de demanda de oxígeno disuelto (COD);
• Abordar las variaciones estacionales en la calidad del agua;
• Tratamiento posterior a los procesos biológicos;
• Aguas residuales que requieren una adsorción rápida;
• Sistemas que requieren la eliminación simultánea de color y contaminantes orgánicos.
Sin embargo, dado que el PAC debe separarse del agua tras su uso, suele combinarse con procesos posteriores, como la coagulación, la sedimentación o la filtración. Además, aumentar la dosis de PAC no siempre produce mejores resultados; a medida que aumenta la dosis, la eficiencia en la eliminación de la DQO suele experimentar rendimientos decrecientes. Si el nivel de DQO deja de descender a pesar de nuevos aumentos en la dosis de PAC, ello sugiere que las aguas residuales pueden contener una alta proporción de DQO con baja capacidad de adsorción, o que el sistema se ve limitado por otros factores restrictivos.
| Parámetro | Valor típico |
|---|---|
| Materia prima | A base de carbón (bituminoso/lignito) |
| Índice de yodo | 800-1000 mg/g (normalmente 900) |
| Tamaño de las partículas | Malla de 200 (≥90% hasta 75 μm); malla de 325 para una cinética más rápida |
| Contenido en cenizas | ≤10–151 TP3T (a base de carbón) |
| Humedad | ≤5% |
| pH | 8–11 |
| Densidad aparente | 400-550 g/l |
| Superficie específica (BET) | 900–1100 m²/g |
| Tasa de eliminación de la DQO | 30–70% (normalmente 40–60%) |
Carbón activado granular para la eliminación de la DQO
El GAC resulta muy adecuado para su uso en adsorbedores de lecho fijo o filtros de carbón activado. A medida que las aguas residuales atraviesan el lecho de carbón activado, los contaminantes orgánicos disueltos se transfieren gradualmente del agua al interior de las partículas de carbón activado.
Una ventaja clave del carbón activado granulado (GAC) es su capacidad para funcionar de forma continua, lo que lo hace especialmente adecuado para secuencias de proceso como: Tratamiento biológico → Adsorción con GAC → Vertido final/Reutilización del agua.
En el caso de las aguas residuales industriales con niveles de DQO relativamente estables, el carbón activo granulado (GAC) puede actuar como barrera final para la eliminación avanzada de la materia orgánica. Además, los sistemas de lecho fijo permiten determinar la vida útil efectiva del carbón activo mediante el seguimiento de los niveles de DQO en el afluente y el efluente, con el fin de establecer una curva de penetración.
| Parámetro | Valor típico |
|---|---|
| Materia prima | A base de carbón (bituminoso): el más común |
| Índice de yodo | 900-1100 mg/g |
| Tamaño de las partículas | Malla de 4×8, 6×12 y 8×30 |
| Tamaño efectivo | 0,8–1,2 mm (a base de carbón) |
| Coeficiente de uniformidad (UC) | ≤2,0 |
| Dureza (prueba de la bola y la bandeja) | ≥90–95% |
| Contenido en cenizas | ≤8–12% (a base de carbón) |
| Humedad | ≤5% |
| Densidad aparente | 450-550 g/l |
| Tasa de eliminación de la DQO | 40–70% (normalmente 50–60%) |
Conclusión
En los procesos de tratamiento de aguas residuales industriales y de purificación del agua, el carbón activado desempeña una función fundamental para el cumplimiento de las normas de calidad del agua. Elimina los contaminantes orgánicos refractarios —entre los que se incluyen los contaminantes orgánicos solubles, los colorantes residuales, los compuestos fenólicos, las sustancias grasas y los compuestos orgánicos resistentes a la degradación bioquímica— de las aguas residuales industriales, mejorando de forma eficaz la calidad de las aguas de vertido y mitigando problemas operativos habituales, como el vertido excesivo de DQO y los resultados de tratamiento de aguas residuales por debajo de los estándares, provocados por impurezas orgánicas persistentes.
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