El estudio investiga la remoción de cadmio del agua utilizando carbón activado granular (GAC), carbón activado biológico (BAC) y biofiltros, demostrando que la presencia de biofilm en GAC mejora significativamente la tasa y cantidad de adsorción de cadmio. Se concluye que el BAC es más eficiente que el GAC en la eliminación de cadmio, y la biosorción puede ofrecer un método económico de descontaminación para concentraciones bajas, aunque plantea desafíos para la eliminación de los biosorbentes cargados de metal. El pH del agua es un factor crítico en la eficiencia de remoción del cadmio para el GAC, pero no para el BAC o el biofiltro.

1. Operaciones Unitarias ll
Michell Carolina de Jesús Cañez Morales
Expediente: 213202955
30 de marzo de 2017
Estudio sobre la eliminación de cadmio del medio acuoso por
adsorción en GAC, BAC y BIOFILTRO

2. “STUDY ON REMOVAL OF CADMIUM FROM WATER
ENVIRONMENT BY ADSORPTION ON GAC , BAC AND
BIOFILTER”
Autores:
Ramazan Ali Dianati-Tilaki
Shariat Mahmood
Departamento de Ingeniería de Salud Ambiental, Facultad de Salud, Universidad
Mazandaran de Ciencias Médicas, Provincia de Mazandaran, Sari- Irán, correo
electrónico: dianati_tilaki@yahoo.com
Conferencia sobre Contaminación Difusa (DiPCon), Dublin 2003

3. Índice
• Introducción
• Materiales y métodos
• Resultados y discusión
• Conclusión

4. Introducción

5. Introducción
La contaminación del agua por los metales pesados tóxicos es un problema ambiental mundial.
Las descargas que contienen cadmio, en particular, están estrictamente controladas debido a la
naturaleza altamente tóxica de este elemento y su tendencia a acumularse en los tejidos de los
organismos vivos.
El cadmio se introduce en los cuerpos de agua muy fácilmente y como consecuencia de ciertas
actividades industriales.

6. Los efectos nocivos del incluyen una serie de trastornos agudos y crónicos. El valor
recomendado por la Organización Mundial de la Salud (OMS) para el agua potable es de 0,005
mg Cd / L.
La concentración baja (menos de 5 mg / L) de cadmio es difícil de tratar económicamente
usando metodologías de precipitación química.
El intercambio de iones y la ósmosis inversa son los métodos utilizados para tratar estas
concentraciones pero tienen altos costos de operación y mantenimiento

7. La capacidad del carbón activado para eliminar el cadmio en altas concentraciones de aguas
residuales ha sido estudiada por muchos investigadores pero muy pocos artículos están
disponibles sobre el uso de carbón activado para eliminar el cadmio en baja concentración de
superficie contaminada o aguas subterráneas.
El carbón activado ha sido un adsorbente eficaz para la eliminación de muchas sustancias
orgánicas en el agua, su uso para la eliminación del metal del agua es bastante raro.

8. Antes de profundizar:
Palabras clave: Cadmio, adsorción, GAC, BAC, Biofiltro, Biofilm
GAC: carbón activado granular (GAC). La versión de GAC se utiliza sobre todo en el tratamiento de
aguas.
BAC: carbón activado biológico (BAC) . El BAC es un proceso de biopelícula basado en el
establecimiento de actividad biológica en un adsorbente GAC por medio de un agregado gradual
de microorganismos y desarrollo de biopelícula.

9. Biofiltro: también denominados filtros biológicos, son dispositivos que eliminan una amplia
gama de compuestos contaminantes desde una corriente de fluido (aire o agua) mediante un
proceso biológico.
Biofilm: Una biopelícula, biofilm, tapiz bacteriano o tapete microbiano es un ecosistema
microbiano organizado, conformado por uno o varios microorganismos asociados a una
superficie viva o inerte, con características funcionales y estructuras complejas.

10. Materiales y Métodos

11. Se realizaron estudios para delinear el efecto de: el pH, la temperatura, la concentración inicial
de Cd y adsorbente en la adsorción de Cd2 + por GAC, BAC y Biofilm.
Se trazaron curvas de descomposición para la eliminación de Cd2 + de 0,5 mg / L por columnas
GAC, Biofilm y BAC a dos tiempos de contacto.
Se comparan los datos de adsorción por lote y columna
Generalidades

12. El carbón activado granular utilizado en este estudio era Darco malla 12-20 suministrada por
Aldrich.
Todas las soluciones de Cadmio se prepararon usando Cd (NO3)2.4H2O y el pH de la solución se
ajustó con HNO3 y NaOH 0,01 N.
El carbón se lavó con agua
bidestilada
Se secó en un horno a
120°C durante 24 horas.

13. Se puso en contacto una masa predeterminada de GAC simple y Biofilm / GAC con un volumen fijo
de una solución de cadmio de concentración inicial conocida.
La solución de cadmio permaneció en contacto con adsorbente hasta alcanzar el equilibrio. Los
estudios de adsorción por lotes se realizaron a diferentes temperaturas (5°C, 15°C, 25°C) y a
diferentes pH (5, 7 y 8,5).
El tiempo de contacto se seleccionó sobre la base de experimentos preliminares que demostraron
que el equlibrio se estableció en 4 horas para GAC y Biofilm y 1,5 horas para Biofilm / GAC.
Obtención de datos experimentales para adsorción por lotes

14. Materiales
- Matraz Erlenmeyer de 250 ml
- Filtro de fibra de vidrio
- Espectrofotómetro de absorción atómica Chem Tech Alpha 4

15. Cada matraz Erlenmeyer se
llenó con 100 ml de
solución de cadmio con pH
ajustado
Se estudiaron varias
concentraciones: 0.25, 0.5,
1.0, 2.5 y 5.0 mg / L
Se añadió una cantidad
conocida de adsorbente (GAC
simple y Biofilm / GAC por
separado) (0.05 0.1, 0.15 y 0.2
gr) en cada Erlenmeyer
Se agitó durante los
períodos de tiempo
deseados.
Después de estos períodos,
la solución se filtró
utilizando un filtro de fibra
de vidrio
Se analizó la concentración de
los iones metálicos que
quedaban en la solución
mediante el espectrofotómetro
de absorción atómica Chem Tech
Alpha 4. Longitud de onda 228.8
nm
Procedimiento

16. Procedimiento para la biosorción por lotes
Se separaron muestras de biofilm
para el ensayo de biosorción por
lotes y se recogieron de los
medios de arena.
Se mezclaron ochenta y tres mg de
muestras de biomasa (peso seco)
con alícuotas de 100 ml de
soluciones acuosas de Cadmio con
concentraciones de Cd (II) de 0.2,
0.5, 1.0, 2.0 y 5.0 mg / L
Las mezclas se colocaron
durante seis horas en un
agitador para asegurar que se
alcanzó el equilibrio.
Las mezclas se filtraron a continuación a
través de un filtro de membrana de 0,45
micrómetros para eliminar la biomasa.
La concentración final de
Cadmio no unido se
determinó por AAS
Las isotermas de unión al cadmio se
produjeron midiendo la cantidad de
Cadmio unido a la biomasa a partir
de soluciones que contenían una
gama de concentraciones de
Cadmio.

17. Obtención de datos experimentales para adsorción en columnas
Materiales
- Tres columnas incluyendo GAC, Biofilm y Biofilm / GAC (la longitud de las columnas era 52 Cm y el diámetro
interno de la columna era 14 Cm)
- Espectrofotómetro de absorción atómica Chem Tech Alpha 4

18. Procedimiento
Se empacaron las columnas:
Con arena de malla (columna de biofilm).
Con Carbón activado granular (GAC)
Con GAC y arena de malla (BAC)
Las columnas fueron operadas en el modo de flujo
ascendente a 25 °C y pH de 7
Se dejaron operando 2 días
Se utilizo un medio nutritivo sembrado
(2000 mg / l de acetato de sodio como única
fuente de carbono, 500 mg / L de NH4NO3,
500 mg / L de KH2PO4, 200 mg / L de CaCl2
y 200 mg / L de MgSO4)

19. Después de dos días de circulación
de medio de cultivo a través de
columnas, el medio de cultivo se
sustituyó por una solución que
contenía 0,5 mg / l de Cd (II)
La concentración de Cd (II) se
determinó mediante el
espectrofotómetro de absorción
atómica
Se recogieron muestras de
efluentes de las columnas y
se acidificaron

20. Resultados y discusión

21. Tabla 1- Coeficientes de correlación (R2) de las isotermas de Freundlich y Langmuir para la adsorción de
Cd (ll) en GAC, Biofilm y BAC a diferentes pH
Isoterma de Freundlich
Log q vs log c
Isoterma de Langmuir
1/q vs 1/c

22. Fig 1. Isotermas de adsorción de Cd (ll) por GAC, Biofilm y BAC

23. La Figura 2 ilustra tanto la efectividad de un biofilm inmovilizado en la absorción de Cadmio (0,5 mg / L),
como la influencia de la temperatura de la solución sobre los niveles de carga de Cd (II) en equilibrio.
5°C 15°C 24°C
Fig. 2 Efecto de la temperatura en la captación del Cadmio en BAC y GAC

24. La Figura 3 muestra la influencia del pH de la solución sobre el nivel de absorción de equilibrio.
Fig. 3 Efecto del pH de la solución en la captación del Cadmio en BAC y GAC

25. Para el siguiente resultado, empecemos con Lagergren
La ecuación de Lagergren de primer orden se escribe como:
Log(qe – qt) = Log qe – Kad / 2.303 t . (1)
Donde:
- qe y qt son la cantidad de metal adsorbido (mg / gr) en el equilibrio y el tiempo "t" respectivamente. Para la
adsorción de Cd (II) por Biofilm / GAC

26. Una gráfica de Log (qe - qt) Vs "t" da una línea recta como se puede ver en la fig. 4, lo que confirma la
aplicabilidad de la expresión de tasa de primer orden. El coeficiente de adsorción (Kad) para GAC,
Biofilm y Biofilm / GAC se calculó y los valores se presentan en la Tabla 2.
Fig. 4 Modelo linealizado de Lagergren para la adsorción de Cd (ll) en BAC con pH=7

27. Las constantes de velocidad de adsorción pueden usarse para comparación entre Biofilm / GAC y
GAC para adsorber Cadmio a partir de solución acuosa. Los datos indican que con Biofilm / GAC, se
puede lograr una mayor tasa de adsorción, ya que el Kad for Biofilm / GAC fue 2-3 veces mayor que
aquellos con GAC simple.
Tabla 2: Constantes de adsorción calculadas usando GAC y Biofilm/GAC

28. La concentración de cadmio normalizada (Ce / Ci) frente al número de volúmenes de lecho (BV)
tratados para 0,5 mgCd / L por la columna de Biofilm / GAC a pH = 7 se presentan en la figura 5.
Esta curva se denominará curva de ruptura. La eliminación de Cadmio por una columna de GAC se
incrementó en un 400% cuando el biofilm se inmovilizó sobre partículas de GAC.
Fig.5 Curva de ruptura para 0.5 mg/L de Cd(ll) a diferentes tiempos de contacto y pH=7
La ruptura ocurrió
aproximadamente a 45, 85 y
180 BV para columnas GAC,
Biofilm y BAC
respectivamente.

29. Conclusiones

30.  El carbón activado granular (GAC) es bien conocido como un excelente adsorbedor de
contaminantes orgánicos de corrientes de agua contaminada. El GAC por sí mismo no es en
general un adsorbente eficaz para metales pesados.
 Se ha demostrado que con un biofilm unido a la superficie del GAC, la tasa de captación y la
cantidad de iones metálicos extraídos de soluciones pueden aumentar significativamente.
 La biosorción tiene el potencial de proporcionar descontaminación económica de metales de
corrientes de desechos de baja concentración, pero deja el problema de la eliminación de
biosorbentes cargados de metal.

31.  Si la intención es eliminar metales de corrientes contaminadas, idealmente estos biofilms
deben tener una estructura lo suficientemente abierta como para no negar las características de
adsorción de la superficie de carbono para otros contaminantes, tales como residuos orgánicos.
el pH es el parámetro decisivo en la eliminación de Cd para GAC, pero no para BAC o Biofiltro
BAC es más eficiente que el GAC en la eliminación de Cd del medio acuático.

32. Gracias por su
atención