La extracción por aire es la transferencia de componentes volátiles de un líquido a una corriente de aire. Es una tecnología de ingeniería ambiental que se utiliza para la purificación de aguas subterráneas y aguas residuales que contienen compuestos volátiles.
Los compuestos volátiles tienen una presión de vapor relativamente alta y una solubilidad acuosa baja, caracterizada por el coeficiente de la ley de Henry del compuesto , que es la relación entre la concentración en el aire que está en equilibrio con su concentración en el agua. Los contaminantes con coeficientes de la ley de Henry relativamente altos se pueden eliminar económicamente del agua. Estos incluyen compuestos BTEX ( benceno , tolueno , etilbenceno y xileno que se encuentran en la gasolina) y solventes como el tricloroetileno y el tetracloroetileno . El amoníaco también se puede eliminar de las aguas residuales y los digestatos líquidos (a menudo requiriendo un ajuste del pH antes de la eliminación). Dado que el coeficiente de la ley de Henry aumenta con la temperatura, la eliminación es más fácil a temperaturas más cálidas.
Aunque cualquier dispositivo que promueva el contacto entre el aire y el agua elimina algunos compuestos volátiles, los separadores por aire suelen ser torres de empaque o torres de bandejas que funcionan con un flujo de agua y aire en contracorriente. El flujo en contracorriente elimina las partículas del agua y las lleva al aire. Este proceso se conoce como volatilización o separación por aire. El agua se deposita en el sistema por la parte superior y el aire se ventila por la parte inferior. El agua que llega al fondo del sistema normalmente se considera tratada, pero se pueden realizar pruebas adicionales para determinar si es segura para el consumo. [1] Dado que muchos de los compuestos eliminados son contaminantes del aire peligrosos , el aire que sale de un separador puede requerir un control de emisiones. A menudo se utiliza la adsorción de carbono y la oxidación catalítica es otra opción. Existen principalmente dos tipos diferentes de separadores por aire: sistemas de torres de empaque y sistemas de bandejas de tamiz. Se utilizan diferentes tipos de separadores por aire según el tipo y la cantidad de contaminantes que se encuentren en la fuente de agua que se extrae. [1]
Las torres empacadas, como la que se muestra en la Figura 1, utilizan un distribuidor colocado en la parte superior de la torre para distribuir uniformemente el empaque de plástico, cerámica o metal diseñado para maximizar el contacto aire-agua. Los criterios de diseño para las torres empacadas incluyen el área de superficie proporcionada por el empaque, la altura y el diámetro de la columna y las tasas de flujo de aire a agua. Los diseñadores de despojadores de aire quieren obtener la mayor superficie de contacto aire-agua para alcanzar la máxima eficiencia de eliminación de contaminantes. De los dos tipos de despojadores de aire, los despojadores empaquetados tienden a ser más eficientes en la eliminación de contaminantes que las torres de bandejas tamizadoras. Las torres empacadas eliminan el 99% de los compuestos orgánicos volátiles debido a su alta constante de Henry y al alto contacto de superficie aire-agua del sistema. [2] Los despojadores empaquetados también funcionan de manera más eficiente en la eliminación de compuestos orgánicos de menor volatilidad que los despojadores de bandejas. Además, los despojadores de torres empacadas son más rentables que los despojadores de bandejas cuando tratan grandes cantidades de agua. [3] Las torres pueden tener entre 5 y 12 metros de altura y suelen ser instalaciones permanentes. Aunque algunas torres se pueden transportar en un remolque móvil para ser utilizadas en diferentes áreas donde se necesita tratamiento de agua. [4]
Las torres de bandejas de tamiz utilizan un proceso similar al de las torres empaquetadas, pero en lugar de distribuir uniformemente los materiales empaquetados, estos se separan en varias bandejas con orificios que permiten que el agua gotee a través de ellas. Normalmente, se coloca un compresor de aire eléctrico en la parte inferior del sistema, donde el aire de los ventiladores viaja a través de los orificios y queda expuesto al agua. También se puede utilizar una corriente de aire natural como fuente de aire para separar los contaminantes del agua. Una corriente de aire natural se utiliza para eliminar sustancias más volátiles, como el sulfuro de hidrógeno , el radón o el cloruro de vinilo. Por otro lado, se utilizan compresores de aire mecánicos para eliminar sustancias menos volátiles. [4]
El tiempo que tarda el agua en filtrarse mediante la extracción por aire puede variar de un sistema a otro, dependiendo del tamaño del tanque o de la rapidez con la que el agua pueda fluir a través del dispositivo. El tiempo típico que tarda el agua en filtrarse es de unos pocos minutos. [1] Sin embargo, otros estudios sugieren que puede llevar mucho más tiempo dependiendo del tipo y la concentración de la sustancia. Por ejemplo, los niveles más altos de NH3-N , un contaminante común en el agua subterránea, pueden requerir varias horas de extracción por aire para eliminarse correctamente del agua. En un estudio reciente, el separador por aire tardó 4 horas en alcanzar un equilibrio de eficiencia en la eliminación de elementos NH3-N , alcanzando una tasa de eliminación del 81,9 %. Comparativamente, solo el 30,7 % de los elementos NH3-N se eliminaron a los 10 minutos, lo que sugiere que la eliminación de contaminantes del agua se correlaciona con la cantidad de tiempo empleado en la extracción por aire. [5]