Modelamiento del proceso de eliminación de manganeso soluble del agua, a través de lechos filtrantes recubiertos naturalmente con óxidos

Abstract

Este trabajo presenta un modelo del proceso de eliminación del ion manganeso soluble, a través de medios filtrantes recubiertos naturalmente con óxidos. El modelo está basado en la ecuación de advección-dispersión-adsorción, y permite la predicción de la concentración del Mn(II) a la salida de la columna de adsorción, considerando la influencia de varios parámetros operacionales. La adsorción del Mn(II) se investigó con el uso de ensayos en discontinuo y de flujo y transporte de solutos en condiciones saturadas. La isoterma de adsorción del Mn(II) mostró ser favorable y fuertemente no lineal, ajustándose a la ecuación de Freundlich. La capacidad de adsorción es fuertemente dependiente del pH y es mejor para las condiciones de alto tiempo de contacto y baja concentración de Mn(II) inicial. Las curvas de ruptura del metal, para las condiciones de flujo y concentración en las cuales se ejecutaron los ensayos, exhiben un comportamiento no ideal, caracterizadas por la presencia de asimetría y grandes colas. Los resultados de los ensayos de flujo y transporte se simularon con el modelo de "Dos sitios" que incorpora la isoterma de adsorción no lineal y en condiciones de no equilibrio debido a la histéresis del proceso de adsorción-desorción. El sistema de ecuaciones diferenciales parciales (EDP) del modelo matemático, se discretizó con respecto a la coordenada espacial (z), resultando en un sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias en el tiempo (t). El sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias, con las condiciones iniciales y fronteras, se resolvió usando el método matemático de las líneas. / Abstract: This work presents a process model for soluble manganese ion removal by natural oxide coated media filtration. The model is based on the well known advection dispersion-sorption- equations and it permits the prediction of the Mn(II) concentration at the adsorption column outlet, considering the influence of various operational parameters. The sorption of Mn(II) was investigated with batch test, as well as flow and solute transport test under saturated conditions. The adsorption isotherm showed to be favorable, and strongly non linear as it is well described by the Freundlich equation. The capacity of adsorption is strongly pH dependent and is best for the conditions of high contact time and low concentration of Mn(II) initials. The breakthrough curves of the metal under the executed flow and concentration conditions exhibit a non ideal behavior characterized by asymmetries and long tailing. The results of the flow and transport test were simulated with the "Two site" models, models which incorporate the non linear sorption; rate limited sorption and conditions of non equilibrium due to the hysteresis of the sorption process. The system of partial differential equations of the mathematical model was discretized with respect to the space coordinate (z), resulting in a system of ordinary differential equations in time (t). The system of ordinary differential equations, with the initial and boundaries conditions, was solved by using method of lines.