Las condiciones más optimas (pH 2, tamaño de partícula 1- 2 mm) del bioadsorbente borra de café, el cual fue el bioadsorbente con mejor porcentaje de remoción obtenido en las pruebas batch; fueron trasladadas a una columna con alimentación continua
luego de tomar las alícuotas a la salida de la columna de lecho fijo, se utiliza como blanco la muestra de agua que contiene agua con una concentración de 99.7 ppm, a fin de saber exactamente cuál fue la disminución de absorbancia entre la muestra de agua con colorante a concentración inicial y a concentración final y con ello verificar si es posible realizar filtros con este material para el tratamiento de aguas residuales
6.4.1 Columna con altura de lecho de 5 cm
A continuación, se presenta los análisis de los valores de porcentaje de remoción del colorante a determinado tiempo en minutos, los resultados son reportados para un tiempo de 2 horas (120 minutos), con una concentración inicial de 99.3 mg/l de azul brillante FCF, pH constante, tamaño de partícula entre 1-2 mm y cantidad del material Bioadsorbente (borra de café) de 6.5 g, como se evidencia en la gráfica 16
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Grafica 16 Porcentaje de remoción vs. Tiempo de contacto (min.) de la borra de café a un tamaño de partícula de 1-2 mm, con altura en la columna de 5 cm. Fuente: Autores.
6.4.1.1 Columna con altura de lecho de 5 cm a un caudal de 1.64 ml/s
En este caso el volumen muerto fue de 25 ml, este volumen descargo el total del blanco (agua des ionizada) en un tiempo de 15.24 segundos, logrando un caudal de
1.64 ml/s
, la gráfica 16 nos muestra una rápida retención del colorante Azul brillante FCF en el tiempo cero, logrado un porcentaje del 63%, sin embargo, esta prueba fue la que menor porcentaje de remoción obtuvo a este mismo tiempo, esto se debe a que existió un menor tiempo de contacto entre el fluido y la borra de café, al contar con una velocidad de flujo mayor a las pruebas realizadas con caudales de 0.038 ml/s y 0.052 ml/s. Cuando el fluido entra en la columna y entra en contacto con la borra de café empieza el proceso de bioadsorción, el cual se evidencia cuando a la salida de la columna el fluido presenta a tiempo cero porcentajes de remoción del colorante del 63%, es importante tener en cuenta que existe una relación entre el tiempo de contacto y el proceso de bioadsorción, en este caso al presentar un caudal mayor (1.64 ml/s) la tasa de transferencia de masa aumenta, es decir la velocidad con la que el colorante azul brillante FCF es retenido por unidad de altura de lecho ( zona de transferencia de masa), genera que el material bioadsorbente borra de café llegue a una saturación del sistema al tomar la alícuota a la salida de la columna de lecho fijo a los 45 minutos, lo que va directamente relacionado con el tiempo de contacto ya que al contar con caudales mayores, el tiempo de contacto entre el fluido y el bioadsorbente es mucho menor por tanto, se llegara más rápidamente a una saturación del material bioadsorbente debido al exceso de colorante que presenta, por tanto el fluido a la salida de la columna presentara mayor cantidad de colorante por esta razón disminuyen los porcentajes de eficiencia al realizar las mediciones en el espectrofotómetro.Como se puede observar en la gráfica 16 el tiempo de saturación del material adsorbente se presentó a los 45 minutos, debido a que las primeras capas de adsorbente (borra de café), se colmatan de colorante y, por tanto, estas no siguen actuando como filtro, dejando a las capas inferiores la labor de retener el colorante azul brillante FCF, por tanto las consecuencias a la salida de la columna de lecho fijo se ven reflejados en el incremento de los niveles de concentración del colorante, por tal razón luego de los 45 minutos, el porcentaje de remoción disminuye en un 10% alcanzando el porcentaje
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de remoción mínimo reportado del 69% de remoción del colorante azul brillante FCF, en un tiempo de 120 minutos.
la influencia de la altura de la columna de lecho fijo en cuanto a la capacidad de adsorción, es fundamental a mayor altura de material bioadsorbente mayores porcentajes de remoción se obtendrán, como se puede observar al comparar en las gráficas 16 y 17.
las pruebas realizadas con altura de 5 cm y de 1 cm, obtuvieron resultados muy distantes, mientras que en la columna de lecho fijo con altura de 5 cm el porcentaje mínimo de remoción del colorante es del 69% (grafica 16), en la columna de lecho fijo con altura de 1 cm, su máximo porcentaje de remoción alcanza apenas el 53% (grafica 17), por lo que es necesario utilizar una altura adecuada, en este caso a mayor cantidad de material adsorbente (altura de 5 cm, cantidad de borra de café de 6.5 g) mayor fue su capacidad de retener colorante.
6.4.1.2 Columna con altura de lecho de 5 cm a un caudal de 0.038 ml/s
Debido a los porcentajes de remoción que se obtuvieron en la prueba de columna con altura de lecho de 5 cm y caudal de 1.64 ml/s, se pretendió disminuir significativamente el caudal (0.038 ml/s) y con ello comprobar si se necesitaba más tiempo de contacto entre el material bioadsorbente y la muestra contaminada con colorante azul brillante FCF para obtener resultados en porcentajes de remoción del colorante mucho más altos a los obtenidos con el caudal de 1.64 ml/s.
En este caso el volumen muerto de la columna fue de 10 ml, la cual descargo el total de solución (agua des ionizada) en un tiempo de 272.4 segundos, logrando un caudal de
0.038 ml/s, el
porcentaje de retención
del colorante a este caudal es mucho más alto que el presentado por la prueba de columna con altura de lecho de 5 cm y caudal de 1.64 ml/ ya que al tiempo cero logro una remoción de 97% como se observa en la gráfica 16, inmediatamente a los 5 minutos se logra una retención del colorante azul brillante FCF del 100%, observándose que a medida que pasa el tiempo y hasta los 120 minutos que duró la prueba, el porcentaje de remoción del colorante Azul brillante FCF continua constante y alcanza el equilibrio sin llegarse a evidenciar un tiempo de saturación donde la borra de café se colmate de colorante y empiece a disminuir los porcentajes de remoción. De las tres pruebas desarrolladas el mejor resultado, se dio en este caudal, la influencia de un caudal bajo y la altura de lecho fijo adecuado 5 cm que contenían 6.5 g de borra de café, fue determinante para obtener porcentajes de remoción altos, debido a que el fluido se transporta en un tiempo mucho más prolongado, lo cual genera que, al atravesar la columna, el fluido cuente con un mayor tiempo de contacto con el bioadsorbente, el cual realiza su proceso de bioadsorcion eficazmente obteniendo un porcentaje de remoción del 100% a los 5 minutos.Es importante que en trabajos posteriores se prolongue el tiempo de contacto en la columna de lecho fijo, ya que en este proyecto se trabajó a un tiempo máximo de 120 minutos y no se logró evidenciar en que tiempo el material bioadsorbente borra de café llega a tal punto de saturación, que ya no le es posible retener más colorante, lo anterior es importante para llevar a cabo este tipo de técnica para la remediación y/o depuración de efluentes contaminados con el colorante azul brillante FCF.
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6.4.2 Columna con altura de lecho de 1 cm a un caudal de 0.052 ml/s
Una vez analizados los resultados de las pruebas de columna de 5 cm, evidenciando porcentajes de remoción entre el 63 y 97% en el tiempo cero, se pretendió disminuir significativamente la cantidad de material bioadsorbente (borra de café) y pasar de 6.5 g a utilizar tan solo 1.5g, para comprobar si la cantidad de bioadsorbente es determinante para obtener altos porcentajes de remoción de colorante. Para esta prueba el volumen muerto de la columna fue de 10 ml, la cual descargo el total de solución (agua des ionizada) en un tiempo total de 189 segundos, logrando un caudal de 0.052ml/s, como se puede observar en la gráfica 17 los resultados obtenidos con altura de lecho de 1 cm de borra de café en la columna, muestra porcentajes de eficiencia mucho menores a las obtenidas con 5 cm con un caudal relativamente similar (0.038ml/s), los porcentajes de eficiencia son muy regulares ya se presentó porcentajes en el tiempo cero de tan solo el 53%, luego de este tiempo los porcentajes de remoción del colorante Azul brillante FCF caen rápidamente hasta presentarse un porcentaje de remoción del 27% en el tiempo de 120 minutos, la razón que se le atribuye a que la prueba de columna de lecho fijo con altura de 5 cm y caudal de 0,038 ml/s sea mucho mejor que la prueba de columna con altura de 1cm y caudal de 0,052 ml/s es precisamente que al tener una mayor longitud las capas superiores están en contacto con la solución de concentración mayor y las pequeñas cantidades de soluto que escapan de las primeras capas del bioadsorbente son separadas en las inferiores del lecho, dejando un efluente más puro, al tener una menor longitud en la columna con una altura de 1 cm, no existen otras capas que separen las cantidades de soluto que no logro atrapar la primera y por tanto cuando esta capa se sature dejara de funcionar la columna teniendo un tiempo menor para llegar al punto de saturación al contener menor cantidad de bioadsorbente (1.5 g).
Grafica 17 Porcentaje de remoción vs. Tiempo de contacto (min.) de la borra de café a un tamaño de partícula de 1-2 mm, con altura en la columna de 1 cm. Fuente: Autores