Modelado y parametrización de una columna de adsorción para la remoción de níquel utilizando ingeniería de procesos asistida por computador
Modeling and parametrization of an adsorption column for nickel removal using computer-aided process engineering
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Resumen
Los metales pesados son contaminantes que se generan por diferentes actividades siendo una de estas el vertimiento de aguas residuales por parte de las industrias en cuerpos de agua lo cual representa una gran amenaza para la biota acuática y terrestre, así como la salud. Estos contaminantes son persistentes, bioacumulables y no biodegradables, generando un efecto negativo en la cadena trófica de la zona de influencia. El níquel es un metal pesado que se emplea en diferentes tipos de industrias como las productoras de baterías. Este genera diferentes efectos nocivos en el cuerpo humano, como en el sistema cardiovascular o el digestivo cuando hay exposición en grandes cantidades. El objetivo del presente estudio es emplear la Ingeniería de Procesos Asistida por Computador (CAPE por sus siglas en inglés) para modelar una columna operativa a escala industrial tendiente a la adsorción Níquel (II) en solución acuosa aprovechando la biomasa de Theobroma cacao L. Por consiguiente, se empleó el software Aspen Adsorption para llevar a cabo múltiples simulaciones de una columna de adsorción utilizando diversas configuraciones a nivel industrial, con el objetivo de realizar un análisis de sensibilidad paramétrica. En los resultados obtenidos, se evidencia que el modelo Langmuir- modelo cinético de resistencia lineal global (LDF) utilizado para simular la columna de adsorción en la eliminación de Níquel (II) logra eficiencias de hasta un 95.8%. Las mejores condiciones para la simulación en la columna de adsorción fueron un caudal de entrada de 300 m3/día, una altura del lecho de 5 m y una concentración inicial de 2000 mg/L. Además,
se observó que el aumento del caudal de entrada condujo a una disminución en el tiempo
de ruptura y saturación del proceso, mientras que, aumentar la altura del lecho presenta un
incremento en el tiempo de ruptura y saturación. Por otro lado, la concentración no afecto de
manera significativa a la eficiencia del proceso.
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Agarwal, A., Upadhyay, U., Sreedhar, I. & Anitha, K. L. (2022) 'Simulation studies of Cu(II) removal from aqueous solution using olive stone', Cleaner Materials, 5, p. 100128. doi: 10.1016/j.clema.2022.100128.
Ahmed, S., Unar, I. N., Khan, H. A., Maitlo, G., Mahar, R. B., Jatoi, A. S., Memon, A. Q. & Shah, A. K. (2020) 'Experimental study and dynamic simulation of melanoidin adsorption from distillery effluent', Environmental Science and Pollution Research, 27(9), pp. 9619–9636. doi: 10.1007/s11356-019-07441-8.
Ali Abd, A. & Roslee Othman, M. (2022) 'Biogas upgrading to fuel grade methane using pressure swing adsorption: Parametric sensitivity analysis on an industrial scale', Fuel, 308, p. 121986. doi: 10.1016/j.fuel.2021.121986.
Almazán-Ruiz, F. J., Caballero, F., Cruz-Díaz, M. R., Rivero, E. P., Vazquez-Arenas, J. & González, I. (2015) 'Nickel recovery from an electroplating rinsing effluent using RCE bench scale and RCE pilot plant reactors: The influence of pH control', Chemical Engineering Research and Design, 97, pp. 18–27. doi: 10.1016/j.cherd.2015.02.022.
Benyahia, F. & O’Neill, K. E. (2005) 'Enhanced voidage correlations for packed beds of various particle shapes and sizes', Particulate Science and Technology, 23(2), pp. 169–177. doi: 10.1080/02726350590922242.
Biswal, B. K. & Balasubramanian, R. (2023) 'Use of biochar as a low-cost adsorbent for removal of heavy metals from water and wastewater: A review', Journal of Environmental Chemical Engineering, 11(5), p. 110986. doi: 10.1016/j.jece.2023.110986.
Chen, X., Hossain, M. F., Duan, C., Lu, J., Tsang, Y. F., Islam, M. S. & Zhou, Y. (2022) 'Isotherm models for adsorption of heavy metals from water - A review', Chemosphere, 307, p. 135545. doi: 10.1016/J.CHEMOSPHERE.2022.135545.
Dixon, A. G. (1988) 'Correlations for wall and particle shape effects on fixed bed bulk voidage', The Canadian Journal of Chemical Engineering, 66(5), pp. 705–708. doi: 10.1002/cjce.5450660501.
Fang, Y., Liu, L., Xiang, H., Wang, Y. & Sun, X. (2022) 'Biomass-based carbon microspheres for removing heavy metals from the environment: a review', Materials Today Sustainability, 18, p. 100136. doi: 10.1016/J.MTSUST.2022.100136.
González-Delgado, Á. D., Moreno-Sader, K. A. & Martínez-Consuegra, J. D. (2022) Biorrefinación sostenible del camarón: desarrollos desde la ingeniería de procesos asistida por computador. UNIMINUTO. doi: 10.26620/uniminuto/978-958-763-558-4.
González-Delgado, Á. D., Tejada-Tovar, C. & Villabona-Ortíz, A. (2022) 'Parametric Sensitivity Analysis of Chromium (Vi) Adsorption using Theobroma Cacao L Biomass via Process Simulation', Chemical Engineering Transactions, 92, pp. 535–540. doi: 10.3303/CET2292090.
Guan, W., Tian, S., Cao, D., Chen, Y. & Zhao, X. (2017) 'Electrooxidation of nickel-ammonia complexes and simultaneous electrodeposition recovery of nickel from practical nickel-electroplating rinse wastewater', Electrochimica Acta, 246, pp. 1230–1236. doi: 10.1016/j.electacta.2017.06.121.
Guan, Z., Guo, Y., Huang, Z., Liao, X., Chen, S., Ou, X., Sun, S., Liang, J., Cai, Y., Xie, W. & Xian, J. (2022) 'Simultaneous and efficient removal of organic Ni and Cu complexes from electroless plating effluent using integrated catalytic ozonation and chelating precipitation process in a continuous pilot-scale system', Chemical Engineering Journal, 428, p. 131250. doi: 10.1016/J.CEJ.2021.131250.
Hardyianto Vai Bahrun, M., Kamin, Z., Anisuzzaman, S. M., Bono, A. & Bahrun, M. H. V. (2021) 'Assessment of adsorbent for removing lead (pb) ion in an industrial-scaled packed bed column', Journal of Engineering Science and Technology, 16(2), pp. 1213–1231.
Jmiai, A., El Hayaoui, W., El-Asri, A., Skotta, A., Elhayaoui, W., Tamimi, M., Assabbane, A. & El Issami, S. (2023) 'Suspended matter and heavy metals (Cu and Zn) removal from water by coagulation/flocculation process using a new Bio-flocculant: Lepidium sativum', Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 145, pp. 1876–1070. doi: 10.21203/rs.3.rs-1792666/v1.
Juela, D., Vera, M., Cruzat, C., Astudillo, A. & Vanegas, E. (2022) 'A new approach for scaling up fixed-bed adsorption columns for aqueous systems: A case of antibiotic removal on natural adsorbent', Process Safety and Environmental Protection, 159, pp. 953–963. doi: 10.1016/j.psep.2022.01.046.
Júnior, C. J. C. & Pessoa Filho, P. de A. (2023) 'Modeling and simulation of an industrial adsorption process of dehydration of natural gas in 4A molecular sieves: Effect of adsorbent aging', Results in Engineering, 18, p. 101144. doi: 10.1016/j.rineng.2023.101144.
Koua, B. K., Koffi, P. M. E. & Gbaha, P. (2019) 'Evolution of shrinkage, real density, porosity, heat and mass transfer coefficients during indirect solar drying of cocoa beans', Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences, 18(1), pp. 72–82. doi: 10.1016/j.jssas.2017.01.002.
Kumar, A., Kumar, V., Thakur, M., Bakshi, P., Koul, A., Javaid, A., Radziemska, M. & Pandey, V. C. (2023) 'Comprehensive review of nickel biogeochemistry, bioavailability, and health risks in the environment', Land Degradation and Development, 34(14), pp. 4141–4156. doi: 10.1002/ldr.4775.
Kumar, V. & Kumar, M. (2022) Integrated Environmental Technologies for Wastewater Treatment and Sustainable Development. ELSEVIER. doi: 10.1016/C2020-0-04469-5.
Lara, J., Tejada, C., Villabona, Á., Arrieta, A. & Granados Conde, C. (2016) 'Adsorción de plomo y cadmio en sistema continuo de lecho fijo sobre residuos de cacao', Revista ION, 29(2), pp. 113–124. doi: 10.18273/REVION.V29N2-2016009.
Marcantonio, V., Bocci, E., Ouweltjes, J. P., Del Zotto, L. & Monarca, D. (2020) 'Evaluation of sorbents for high temperature removal of tars, hydrogen sulphide, hydrogen chloride and ammonia from biomass-derived syngas by using Aspen Plus', International Journal of Hydrogen Energy, 45(11), pp. 6651–6662. doi: 10.1016/j.ijhydene.2019.12.142.
Musah, M., Azeh, Y., Mathew, J., Umar, M., Abdulhamid, Z. & Muhammad, A. (2022) 'Adsorption Kinetics and Isotherm Models: A Review', Caliphate Journal of Science and Technology, 4(2), pp. 230–243.
Naiya, T. K., Bhattacharya, A. K. & Das, S. K. (2009) 'Adsorption of Cd(II) and Pb(II) from aqueous solutions on activated alumina', Journal of Colloid and Interface Science, 333(1), pp. 14–26. doi: 10.1016/j.jcis.2009.01.011.
Qin, L., Xia, T., Li, X., Wu, X., Xie, W., Li, L., Zou, B., Guo, S. & He, T. (2023) 'Ni2+ adsorption on a new biochar from rice husk hydrochar and its excellent reuse in different simulated nickel plating wastewater', Journal of Environmental Management, 325, p. 116493. doi: 10.1016/j.jenvman.2022.116493.
Rehman, A., Ihsanullah, I. & Atieh, M. A. (2021) 'A novel magnetic carbon composite derived from lignocellulosic biomass as a potential adsorbent for the removal of ciprofloxacin', Environmental Science and Pollution Research, 28(30), pp. 40206–40218. doi: 10.1007/s11356-021-13373-6.
Saif, M. S., Abdulkareem, M. S., Jawad, A. H., Ajeel, M. A., Nomanbhay, S. & Ghaffar, S. H. A. (2022) 'Development of biomass-based activated carbon as an adsorbent from sago palm bark waste for Ni(II) adsorption', International Journal of Environmental Science and Technology, 19(10), pp. 10043–10058. doi: 10.1007/s13762-021-03738-w.
Tejada-Tovar, C., González-Delgado, Á. D., Olmos-Roldán, G. & Sarmiento-Suárez, J. A. (2021) 'Comparison of adsorption kinetic models for heavy metals (Cr(VI), Hg(II) and Pb(II)) on agro-industrial biomass from Theobroma cacao and Bactris guineensis', Contemporary Engineering Sciences, 14(1), pp. 19–29. doi: 10.12988/ces.2021.91405.
Tejada-Tovar, C., Olmos-Roldán, G., Villabona-Ortíz, Á. & González-Delgado, Á. D. (2019) 'Optimization of continuous adsorption of lead and chromium on biomass from avocado shell and seed', Ingeniería y Competitividad, 21(1), pp. 121–130. doi: 10.25100/iyc.v21i1.6852.
Tejada-Tovar, C., Rojas, J. L., Villabona-Ortíz, Á. & González-Delgado, Á. D. (2020) 'Experimental and theoretical investigation on kinetic adsorption models for lead and cadmium removal onto rice husk biomass', Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), 39(4), pp. 135–148. doi: 10.30492/ijcce.2020.117062.3295.
Tejada-Tovar, C., Villabona-Ortíz, Á., Jaimes, J. A. & González-Delgado, Á. D. (2022) 'Cu(II) adsorption via agroindustrial bioadsorbents: Isotherm, thermodynamic and dynamic modeling', Contemporary Engineering Sciences, 15(1), pp. 19–34. doi: 10.12988/ces.2022.91902.
Tejada-Tovar, C., Villabona-Ortíz, Á., Rojas, J. L. & González-Delgado, Á. D. (2022) 'Adsorption isotherm and dynamic behavior of lead(II) onto avocado peel and seed', International Journal of Environmental Science and Technology, 19(6), pp. 5101–5116. doi: 10.1007/s13762-021-03558-y.
Tong, X., Liu, W., Jin, X., Li, C., Yang, Q., Zeng, G., Hu, J., Chen, J., Hu, J., Chen, J., Deng, C. & Li, X. (2019) 'Activated biochar derived from iron-impregnated distillers grain for methylene blue removal: Adsorption performance and mechanism studies', Bioresource Technology, 274, pp. 1–9. doi: 10.1016/j.biortech.2018.11.091.
Tran, T. K. N., Bui, T. T. & Vu, M. T. (2018) 'Studies on the adsorption of Pb2+ by an industrial by-product using response surface methodology', Journal of Environmental Chemical Engineering, 6(4), pp. 5089–5097. doi: 10.1016/j.jece.2018.07.013.
Treviño-Cordero, H., Juárez-Aguilar, L. G., Mendoza-Castillo, D. I., Hernández-Montoya, V., Montes-Morán, M. A. & Bonilla-Petriciolet, A. (2013) 'Synthesis and characterization of activated carbons from coconut shell impregnated with FeCl3', Comptes Rendus Chimie, 16(2), pp. 173–182. doi: 10.1016/j.crci.2012.09.010.
Zhu, X., Wang, Y., Zhu, D., Wei, Q., Wang, Y. & Yang, J. (2022) 'Enhancing nickel adsorption capacity of biochar derived from herbal medicine residue by magnetic modification', Journal of Environmental Management, 324, p. 116365. doi: 10.1016/j.jenvman.2022.116365.
Zulfikar, M. A. & Setiyanto, H. (2013) 'Comparison of adsorption equilibrium, kinetics and thermodynamics of Pb(II) and Cr(III) on chitosan and modified chitosan', Carbohydrate Polymers, 97(2), pp. 425–432. doi: 10.1016/j.carbpol.2013.05.015.