carbòn activado
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INSTITUTO TECNOLOGICO DE DURANGO “ELIMINACION DE METALES PESADOS UTILIZANDO CORTEZA DE PINO” PRESENTA: ALUMNO: ESCOBAR VILLA SOFIA ALEJANDRA N°CONTROL: 07040233 ESCOBAR VILLA SOFIA ALEJANDRA
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INSTITUTO TECNOLOGICO DE DURANGO
“ELIMINACION DE METALES PESADOS UTILIZANDO
CORTEZA DE PINO”
PRESENTA:
ALUMNO: ESCOBAR VILLA SOFIA ALEJANDRA
N°CONTROL: 07040233
PROFESORA: ROCHA GUZMAN NURIA ELIZABETH.
ESCOBAR VILLA SOFIA ALEJANDRA
RESUMEN
PLANTEAMIENTO.-
La presencia de metales pesados en el agua, ya sea potable o residual,
es uno de los problemas ambientales de mayor importancia ya que éstos
no son biodegradables y tienden a acumularse en organismos vivos
causando varias enfermedades.
Los metales pesados son sustancias altamente tóxicas, entre ellos se
encuentran el plomo y el arsénico, presentes en las aguas debido tanto
a fuentes antropogénicas y naturales. Son causantes de graves daños en
los seres vivos y son capaces de permanecer largo tiempo en el entorno,
circulando o acumulándose en sedimentos y organismos vivos, de forma
que se incorporan a las cadenas alimentarias. Por lo tanto, es necesario
evitar la entrada de metales tóxicos en los medios acuáticos, y sobre
todo, que las industrias reduzcan la concentración de metales hasta
unos niveles que no generen problemas de toxicidad.
En este proyecto se pretende demostrar la posibilidad de utilizar el
residuo de corteza de pino como bioabsorvente de metales pesados lo
que conllevaría a un aprovechamiento de este residuo de la industria de
la madera y abaratar los costos de tratamiento.
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INTRODUCION.-
JUSTIFICACION.
En la actualidad se utilizan diversos tipos de tratamientos para la eliminación de aguas contaminadas para algunos tipos de metales pesados, como es la utilización de macrofitas acuáticas entre otras.
Pero muchos de estos métodos llegan a ser contraproducentes y en algunas de las ocasiones contaminantes y de un costo muy elevado.Motivo por el cual muchas empresas dan un tratamiento inadecuado a sus aguas residuales.
El objetivo del presente trabajo es minimizar el costo de este tratamiento y principalmente la depuración total de los metales acumulados en dichas descargas.
Es una alternativa económica, ecológica y viable, sobretodo el aprovechamiento de toda la materia de desecho de las empresas madereras. En dicho caso corteza del pino.
Puesto que dicha corteza muchas veces solo es un desperdicio y solo se
acumula en lugares inapropiados contribuyendo a la contaminación, ya
que cuando esta madera se comienza a descomponer llega a producir
algunos de los gases de efecto invernadero, también son buenos
hogares para muchas plagas, así poniendo en riesgo a la salud de las
poblaciones cercanas.
Por lo cual es importante evitar que dichos desperdicios puedan ser un
problema de contaminación, tomemos conciencia del gran problema de
la contaminación que existe en la actualidad y comencemos con nuevas
tecnologías y que mejor utilizando los mismos desperdicios de la
industria.
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El carbón activo como adsorbente
La adsorción es un proceso de separación y concentración de uno o más componentes de un sistema sobre una superficie sólida o líquida. Los distintos sistemas heterogéneos en los que puede tener lugar la adsorción son: sólido-liquido, sólido-gas y líquido-gas. Como en otros procesos de este tipo, los componentes se distribuyen selectivamente entre ambas fases.
La adsorción constituye uno de los procesos más utilizados dentro de los sistemas de tratamiento terciario de las aguas residuales. Se emplea, fundamentalmente, para retener contaminantes de naturaleza orgánica, presentes, en general, en concentraciones bajas, lo que dificulta su eliminación por otros procedimientos. Cabe citar la eliminación de compuestos Fenolicos, hidrocarburos aromáticos nitrados, derivados clorados, sustancias coloreadas, así como otras que comunican olor y sabor a las aguas. La operación es menos efectiva para sustancias de pequeño tamaño molecular y estructura sencilla, que suelen ser fácilmente biodegradables y, por ello, susceptibles de tratamiento biológico.
Los adsorbentes más empleados son el gel de sílice, la alúmina y, sobre todo, el carbón activo y determinadas resinas sintéticas. Estas últimas son particularmente interesantes para la eliminación de compuestos polares. Además, son fácilmente regenerables, lo que las hace competitivas frente al carbón activo en muchos casos. El adsorbente más ampliamente utilizado para el tratamiento de aguas residuales es, no obstante, el carbón activo. Los primeros estudios sobre la aplicación de este adsorbente al tratamiento de aguas residuales se remontan a 1935; en la década de los años 50 ya se utilizaba para el tratamiento de efluentes industriales procedentes de la fabricación de pesticidas y, hacia 1960, comienza a considerarse de interés su posible aplicación al tratamiento de aguas residuales urbanas.
Entre los aspectos positivos de la adsorción como método de tratamiento de aguas residuales cabe señalar: su capacidad para trabajar eficazmente a concentraciones bajas de contaminante, su flexibilidad frente a las variaciones de caudal y concentración, sus moderadas necesidades de espacio, la facilidad de automatización, la posibilidad de regenerar el adsorbente y la posibilidad de recuperar sustancias retenidas cuando ello resulte de interés económico.
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ANTECEDENTES.-
Los métodos de depuración de residuos se remontan a la antigüedad. Se
han encontrado instalaciones de alcantarillado en lugares prehistóricos
de Creta, pero son las canalizaciones de desagüe construidas por los
romanos las que todavía funcionan en nuestros días. Hacia finales de la
Edad Media empezaron a usarse en Europa, primero, excavaciones
subterráneas privadas y, más tarde, letrinas.
Unos siglos después se recuperó la costumbre de construir desagües, en
su mayor parte en forma de canales al aire o zanjas en la calle. En el
siglo XIX se aceptó que la salud pública podía salir beneficiada si se
eliminaban los desechos humanos a través de los desagües para
conseguir su rápida desaparición. Con la introducción del abastecimiento
municipal de agua y la instalación de cañerías en las casas llegaron los
inodoros y los primeros sistemas sanitarios modernos.
Fue a comienzos del siglo XX cuando algunas ciudades e industrias
empezaron a reconocer que el vertido directo de desechos en los ríos
provocaba problemas sanitarios. Esto llevó a la construcción de
instalaciones de depuración. Este proceso cobró importancia
progresivamente desde principios de la década de 1970 como resultado
de la preocupación general expresada en todo el mundo sobre el
problema, cada vez mayor, de la contaminación humana del medio
ambiente.
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MARCO TEORICO.-
La adsorción como tratamiento para las aguas
La adsorción en disoluciones fue observada por primera vez por Lowitz
en 1785 y pronto se aprovechó para la decoloración del azúcar en su
etapa de refino. En la segunda mitad del siglo XIX ya se utilizaban en
América filtros de carbón vegetal en las plantas de tratamiento de
aguas.
Durante la Primera Guerra Mundial se fabricaron grandes volúmenes de
carbón activo granular (GAC) para emplearse en las máscaras de gas.
Las primeras unidades con carbón activo granular usadas para el
tratamiento de aguas de abastecimiento público fueron construidas en
Hamm (Alemania) en 1929.
El carbón activo en polvo (PAC) se utilizó por primera vez para aguas
públicas en New Milford (Nueva Jersey, EE.UU.), en 1930.
Durante las siguientes décadas, el interés de la adsorción como proceso
para eliminar compuestos orgánicos presentes en las aguas potables
aumentó progresivamente junto a la creciente preocupación sobre la
contaminación de los recursos hídricos debida a los residuos
industriales, productos químicos usados en la agricultura y a las
descargas de las alcantarillas. Una preocupación observada desde los
años 70 se refiere al hecho comprobado de la formación de
trihalometanos (THMs) y otros agentes sospechosos de ser cancerígenos
durante la cloración del agua que contenga sus precursores orgánicos
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Las aguas de composición variada provenientes de las descargas de
usos municipales, industriales, comerciales, de servicios, agrícolas,
agropecuarios, domésticos, incluyendo fraccionamientos y en general de
cualquier otro uso, así como la mezcla de ellas.
En la actualidad los procesos más utilizados son los de tipo
fisicoquímico, los que generalmente son deficientes cuando se tiene que
reducir a un mínimo la presencia de metales en el efluente.
Imaginemos un mundo en el que las industrias recuperan y reutilizan en
forma rutinaria todas las aguas residuales que se producen en sus
instalaciones y que, a la vez, eliminan la generación de desechos
peligrosos y residuales. Esto es posible cuando los ingenieros combinan
tecnologías de tratamiento convencionales y avanzadas al
diseñar las empresas.
El control de calidad de los residuos industriales, cada vez más
voluminosos y variados en composición química, ha obligado a los
gobiernos a promulgar legislaciones y reglamentos, cada vez más
rigurosas y exigentes. Estas normativas no sólo deben imponer
restricciones de acuerdo con el nivel de toxicidad de ciertos elementos
extraños al ecosistema, previo a su incidencia espacio temporal, sino
también con la calidad de vida existente en nuestros días.
Los residuos forestales (corteza de árboles) pueden llegar a ser
eficientes en la retención de metales pesados tóxicos solubles.
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Ésta es una de las conclusiones fundamentales de la tesis doctoral
"Caracterización y aplicación de biomasa residual a la eliminación de
metales pesados" realizada por Mª Ángeles Martín Lara en el
departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Granada, que
ha sido dirigida por los profesores Francisco Hernáinz Bermúdez de
Castro, Gabriel Blázquez García y Mónica Calero de Hoces.
Dada la gran toxicidad de los metales pesados en solución sobre el
ecosistema, uno de los principales problemas a los que la industria se
enfrenta en la actualidad es que no existen demasiadas rutas de
metabolización por parte de los seres vivos o de degradación
por parte del medio, y las que hay tienen una capacidad limitada. Esta
recalcitrancia, unida a un aporte excesivo al medio, generalmente de
origen antropogénico, genera serios problemas ambientales que, en
ocasiones, son difíciles de controlar.
La toxicidad de los metales pesados presentes en las aguas residuales
requiere la utilización de técnicas adecuadas para su eliminación. Como
existe una gran variedad de procesos industriales que generan este tipo
de contaminación, el control de la presencia de metales pesados en
agua es difícil. En la actualidad se buscan métodos de eliminación de los
metales pesados en las aguas residuales.
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La presencia de cationes de metales pesados en el agua crea problemas
serios por sus efectos tóxicos sobre animales, plantas y sobre la salud
humana. En estudios recientes se ha comprobado que hoy en día
tenemos de 400 a 1.000 veces más plomo en los huesos que hace 400
años. Esto tiene graves efectos en el cerebro y en la evolución mental
de los niños, especialmente en la formación de la inteligencia. Entre
muchos otros síntomas la intoxicación por plomo provoca una
perturbación de la formación de la sangre y así leucemias y anemias,
insuficiencias renales y enfermedades neurológicas.
Entre los metales pesados los más importantes en cuestión de
salud son el mercurio, el plomo, el cadmio, el níquel y el zinc. Algunos
elementos intermedios como el arsénico y el aluminio, se estudian
habitualmente junto a los metales pesados.
Sin embargo, la dificultad de eliminación unida a un aporte
excesivo al medio, generalmente de origen antropogénico, genera serios
problemas ambientales que, en ocasiones, son difíciles de controlar.
Como existe una gran variedad de procesos industriales que
generan este tipo de contaminación, el control de la presencia de
metales pesados en agua es difícil.
Se utilizan algunas veces técnicas de precipitación de los metales
a su forma de hidróxidos usando cal o sosa, pero este procedimiento
crea el problema de la generación de grandes cantidades de
precipitados y aumento del pH de las aguas, siendo además el proceso
de precitación excesivamente lento a pesar de utilizar coagulantes.
El tratamiento terciario en la depuración de aguas residuales
comprende una serie de procesos a los que deben someterse las aguas
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que provienen del tratamiento secundario, que es, por lo general, un
tratamiento biológico. En el tratamiento terciario se eliminan
compuestos orgánicos e inorgánicos disueltos. Los tres procesos
considerados más adecuados para eliminar componentes inorgánicos
del agua son la electrodiálisis, el intercambio iónico y la osmosis inversa.
Dentro de ellos el intercambio iónico con zeolitas da buenos
resultados. Se han utilizado varias zeolitas, entre las cuales se incluyen
zeolitas naturales tales como clinoptilolita, mordenita, chabazita,
erionita y zeolitas sintéticas tales como 4A y NaX, en la retención de una
serie de metales. Para el caso de la clinoptilolita el metal que mejor se
elimina es el plomo, seguido del cadmio, cesio, cobre, cromo siendo el
niquel el más resistente a la eliminación. Por otro lado a menor razón
Si/Al de la zeolita, mayor capacidad de la zeolita para intercambio
catiónico. Respecto al mejor ión intercambiable en la zeolita, los
cationes monovalentes se intercambian mejor por los metales pesados
que los divalentes, siendo el sodio o el potasio los que mejor funcionan.
También los procesos biotecnológicos han llamado la atención de
la comunidad científica por la variedad de métodos detoxificantes de
metales pesados. Dentro de ellos, la adsorción representa una
alternativa técnica y económicamente viable, tanto por su capacidad de
depuración como por el moderado coste de operación que tiene, y por
ser considerada una tecnología “limpia” en la eliminación de metales
pesados de aguas residuales.
Los residuos que se obtienen del olivo durante el proceso de
extracción del aceite pueden servir para eliminar los metales pesados de
las aguas residuales. Los huesos de la aceituna, el alpeorujo y los restos
de poda presentan capacidades notables para retener el plomo presente
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en las aguas residuales y pueden aplicarse en la depuración de
efluentes a escala industrial. De manera similar al proceso de
intercambio iónico con zeolitas, el plomo es el metal que mejor se
elimina.
Para determinar las operaciones y procesos unitarios a ser
utilizados dentro de una planta de tratamiento de efluentes,
previamente se necesita de un análisis de diversos factores técnicos y
económicos entre los que se encuentran: volumen de las aguas a tratar,
posible variación del caudal, características físico-químicas de las aguas,
legislación sobre calidad de las aguas residuales etc. Es necesario tener
en cuenta la existencia de equipos apropiados para la planta de
tratamiento y el coste de nuevos equipos que puedan ser necesarios, así
como el coste de los reactivos químicos para efectuar los diferentes
procesos del tratamiento.
El volumen de las aguas residuales es sin duda el principal
parámetro para el dimensionamiento de cualquier sistema de
tratamiento físico, químico o biológico, aunque no siempre fácil de
estimar. En las instalaciones galvánicas por ejemplo, el volumen de las
aguas residuales a ser tratadas es de difícil cuantificación debido a las
diversas variables que influyen en la misma. Por otro lado, las
variaciones en las aguas residuales, tanto cualitativas como
cuantitativas son comunes debido a la gran variedad de procesos de
recubrimiento galvánico que se dan a la superficie de un metal
(cromado, plateado, dorado, niquelado, etc,), es por ello que los
desechos generados, antes de ser sometidos a los procesos de
destoxificación o de tratamiento, requieren una previa igualación para la
estabilización del caudal y de las características físico-químicas,
principalmente pH y concentración de metales pesados.
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Una alternativa “limpia” Así, los procesos biotecnológicos han
llamado la atención de la comunidad científica por la variedad de
métodos detoxificantes de metales pesados. Dentro de ellos, “la
biosorción representa una alternativa técnica y económicamente
viable, tanto por su capacidad de depuración como por el moderado
coste de operación que tiene, y por ser considerada una tecnología
“limpia” en la eliminación de metales pesados de aguas residuales o de
desecho de actividades productivas”.
Se han estudiado la capacidad de estos residuos sólidos de la
industria de la madera para depurar efluentes con metales
pesados en disolución. La industria de la madera produce
subproductos (corteza de pino) en grandes cantidades en y sus costes
son muy bajos o nulos, llegando a generar en ocasiones problemas para
su gestión. Su uso como biosorbentes de metales pesados, “los
convierte en una alternativa muy deseable, ya que les aportaría un valor
añadido antes de su eliminación final”.
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EN LA ACTUALIDAD.-
Actualmente, en los Estados Unidos se aplica la adsorción en el
tratamiento de aguas potables, especialmente, con el objeto de
controlar su color, sabor y olor. También se considera este proceso para
la eliminación de compuestos químicos orgánicos, compuestos clorados,
así como de los coproductos de la desinfección. Por otro lado, algunos
compuestos inorgánicos perjudiciales para la salud, como algunos
metales pesados, se pueden separar por adsorción.
En Europa hay larga experiencia con carbón activo granular para el
tratamiento de aguas procedentes de ríos contaminados. Se espera que
en el futuro las aplicaciones de la adsorción para el control de la
contaminación de las aguas potables debida a compuestos tóxicos o
cancerígenos en pequeñas concentraciones, aumenten
progresivamente.
En Portugal un grupo de investigadores demostró la efectividad de la
corteza de pino como sustituto de la zeolita en calidad de
intercambiadores iónicos.
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OBJETIVOS Y METAS
El carbón activado es el primer material usado en los filtros de bloque de
carbón só-lido. Multi-Pure determina la caracterización de carbones
activados que serán usados en sus filtros. Los carbones son
especialmente efectivos en la reducción de componentes orgánicos e
inorgánicos tales como plomo y mercurio, subproductos de desinfección
(DBPs), componenetes orgánicos volátiles (VOCs), PCBs, MTBE, etc.
Muchos carbones son seleccionados por sus características de alta
retención y alta superficie. Años de experiencia en la investigación,
desarrollo y manufactura han ayudado a Multi-Pure a desarrollar carbón
y otros materiales que le dán un funcionamiento distintivo a sus filtros
compactos en comparación a otras alternativas de tratamiento.
Procedimientos de alta calidad son cuidadosamente desarrollados y se
mantienen óptimos para asegurar que la materia prima alcanze nuestros
estándares más altos en calidad.
Ventajas Tecnológicas Como evidencia de un laboratorio de pruebas y
certificaciones independientes de filtros de bloque de carbón sólido,
Multi-Pure ha sido exitoso en el desarrollo de la tecnología para producir
filtros que proveen excelente adsorción química y filtración mecánica.
Los materiales forman un bloque de carbón compacto de alta densidad.
El carbón comprimido hace que el filtro logre un funcionamiento que no
puede ser alcanzado por filtros de carbón activado granulado (GAC). Con
los filtros de bloque de carbón sólido se logra que el agua tenga
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contacto con éste por más tiempo logrando una mejor adsorción de
diferentes químicos, pesticidas, herbicidas y metales pesados. Una
revisión minuciosa ha demostrado que los filtros de Multi-Pure son unos
de los pocos que han sido certificados para reducir PCBs - un
contaminante muy difícil de tratar. Pueden contarse con una mano los
productos que han sido probados y certificados para reducir un amplio
rango de contaminantes los cuales son los más difíciles de tratar.
En adición, el bloque denso de carbón compacto filtra mecánicamente
partículas por abajo de 0.5 micrones, incluyendo Giardia y
Criptosporodium, asbestos, turbiedad y partículas. Nuestros filtros están
diseñados con una sobre capa que se incorpora para remover las
partículas más grandes y prevenir que el filtro se tape prematuramente.
El filtro de bloque de carbón sólido de Multi-Pure es excepcionalmente
uniforme y no deja pasar contaminantes.
Capacidad del Filtro La capacidad del filtro varía dependiendo de la
densidad y el tamaño del filtro. El índice de capacidad se aplica a la
capacidad de adsorción química del carbón y otras materias primas.
Filtros con una superficie de área alta permiten una vida más larga y
mayor capacidad de adsorción. Los rangos de capacidad de los Sistemas
de Agua Multi-Pure dependen del modelo, desde 400 galones hasta
1,200 galones.
Para los contaminantes que se reducen por filtración mecánica no se
aplica un rango de capacidad puesto que éste depende de la variación
de tamaño y cantidad de materia particulada que se encuentra en el
agua potable. El filtro de bloque de carbón sólido fué creado para que
esos contaminantes que se reducen por filtración mecánica causen que
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el filtro se tape y disminuya la presión del agua, ofreciendo protección
de no consumir Giardia, Criptospordium y otros contaminantes de
tamaño físico específico.
Aplicaciones
Los filtros de bloque de carbón sólido son usados para el uso de
aparatos para el tratamiento de agua; son diseñados para instalarse
arriba o abajo del mostrador o aplicaciones en línea.
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MATERIALES Y MÉTODOS.-
METODOLOGIA A UTILIZAR.-
Filtración por Carbón Activado
Carbón Activado (Adsorción)
La adsorción es un proceso por el cual moléculas de impurezas se
adhieren a la superficie del carbón activado. La adherencia es
gobernada por una atracción electro-química. El carbón activado es
preparado a partir de diversos materiales, tales como, carbón, madera,
cáscaras de nueces, turba y petróleo. El carbón se transforma en
"activado" cuando es calentado a altas temperaturas (800 a 100oC) en
la ausencia de oxigeno. El resultado es la creación de millones de poros
microscópicos en la superficie del carbón. Esta enorme cantidad de área
superficial proporciona grandes oportunidades para que tenga lugar el
proceso de adsorción. El carbón activado tiene una fuerte atracción
adsortiva para otras moléculas (orgánicas) basadas en el carbono, y es
excelente en retener firmemente moléculas más pesadas tales como
compuestos orgánicos aromáticos (aquellos que pueden ser olidos).
El proceso de adsorción trabaja como un imán para mantener las
impurezas en la superficie del carbón activado. Esto es una acción
diferente de aquella que actúa como una esponja en el proceso de
absorción, en el cual un gas o líquido es succionado hasta el centro del
cuerpo poroso y allí mantenido.
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El carbón activado también es conocido por su extraordinaria habilidad
en eliminar el cloro y su gusto y olor relacionados por la reducción
química para una forma no detectable por los sentidos.
Los filtros de carbón activado remueven los compuestos orgánicos
volátiles (VOC), los pesticidas y herbicidas, los compuestos con
tribalometano, radon, los solventes y otros productos hechos por
hombre y que encontramos en las aguas.
El VOC tiene todo tipo de reactivos químicos con importantes
propiedades en comun. Ellos son volátiles, se evaporan fácilmente, y
ellos contienen carbón, (llamado carbón orgánico). Cuando están
presente en el agua a baja concentración, algunos VOC producen un
suave y agradable olor.
Proceso PACT
El proceso de tratamiento con carbono activado en polvo(proceso PACT),
implica la adición continua de carbono activo, en forma de polvo al
biorreactor de fangos activados con el fin de absorber los compuestos
orgánicos tóxicos y evitar así destinos no deseados para estos
compuestos. El carbono activado absorbe orgánicos de todo tipo, por lo
tanto el proceso PACT permite que las plantas puedan operar con un
caudal afluente mayor y ayuda a estabilizar las cargas de DBO en el
afluente. La mezcla de fango-carbono se puede incinerar, se puede
oxidar por aire húmedo, y se puede tratar por medio de digestión
anaerobia.
Absorción CAG/estabilización anaerobia
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Es una variante del proceso PACT, que ofrece una mayor flexibilidad
operativa, es un proceso de tratamiento de adsorción por carbono
activado granular (CAG)/estabilización anaerobia. Este proceso se aplica
especialmente al tratamiento de aguas residuales peligrosas. Este
proceso implica dos proceso unitarios: (1) un tanque de mezcla
CAG/agua residual, en el cual el afluente de un pretratamiento
secundario pasa a través de un lecho CAG para separar los compuestos
orgánicos solubles mediante adsorción y (2) un biorreactor anaerobio,
donde se coloca el CAG del tanque de mezcla para permitir la
regeneración anaeróbica del mismo. El carbono regenerado sustituye al
carbono gastado en el tanque de mezcla e idealmente las perdidas de
CAG en la manipulación serán limitadas.
La Agencia américana de la Proteccion del Medio ambiente y naturaleza
estimen que los VOC están presentes en 1/5 de la distribución de agua
del país. Ellos pueden contaminar las aguas desde una gran variedad de
fuentes. El benceno, por ejemplo, puede entrar y contaminar el agua a
través la gasolina, el aceite, sobre una gran superficie o propagarse en
los conductos subterráneos de los tanques de petróleo. Otros ejemplos
de contaminacion detectados por los VOC son el
diclorometano(clorometileno) un solvente industrial, el triclorocatileno,
usado como antiséptico en los sistemas de limpieza, y el
tetracloroetileno (percloroetileno), usado en la industria de limpiesa al
seco.
Los compuestos orgánicos volátiles pueden tener serios efectos sobre la
salud. A altas concentraciones de esos compuestos, muchos VOC
pueden causar problemas psycologicos al atacar el sistema nervioso
central como la depresión, el decaimiento y el estupor. Tambien, ellos
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pueden irritar o atacar al estar en contacto con la piel, las membranas
mucosas por inhalación.
Beber el agua que contiene más o menos de VOC, a niveles superiores
de los standards, no debe ser consumida. VOC puede atacar el cuerpo a
través de la piel que absorba esa subtancia o por la inhalación del vapor
de agua. Además, porque es poco conocido la presencia y los efectos de
estos productos químicos, una atención especial debe prestarse para
detectar y eliminar los VOC desde la fuente.
Soluciones de Filtración
La adsorción por el carbón activado es en general referida como un
proceso de filtración mismo que los mecanismos de actuación sean
procesos electro-químicos y no mecánicos.
Los filtros de tratamiento pueden estar instalados en el punto del uso
(POU) o en el punto de entrada (POE), donde el tratamiento del agua
entra en su domicilio. El sistema de tratamiento POE es recomendado
para remover los VOC para el uso de todo tipo, sea para beber, cocinar,
limpiar, o bañarse libre de toda contaminación.
Los filtros de carbón activado son unos filtros típicos usados para reducir
el nivel de VOC en el agua para beber agua potable en su propia casa.
La eficacidad de los filtros a carbón esta explicada en (1) Tipo a traves el
contaminante, (2) Los tipos de aguas usadas, (3) El tipo de carbon que
debe usar. Grandes concentraciones de contaminantes y el gran
consumo de agua reducen la vida del carbón. Los industriales tienen
guías que pueden ser usados para remplazar los filtrós de carbon. El
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agua que entra y pasa por el filtro puede ser testado periódicamente
para indicar si el sistema de tratamiento funciona perfectamente
Función de los Filtros de Carbón Activado
Los Filtros de Carbón Activado tienen la capacidad de retener ciertas
partículas (productos orgánicos, gases disueltos, cloros, etc), muchas de
las cuales producen olores y/o sabores indeseados, tanto del aire como
del agua.
En el Tratamiento de Aguas Potables, los Filtros de Carbón Activado son
prácticamente los últimos usados en todo el proceso de Potabilización.
De esta forma, se garantiza su efectividad y duración.
Es muy recomendable usar los Filtros de Carbón activado con un
Pre-filtro y un Post-filtro. La función del primero es retener impurezas
o partículas en suspensión, alargando de esta forma la vida de las
partículas de Carbón Activo. La función del Post-Filtro es la de
retener las partículas de Carbón Activo y evitar su paso al agua o aire
tratado.
Este tipo de filtro funciona por un proceso electro-químico conocido por
ADSORCION, proceso por el cual las moléculas de determinadas
impurezas se adhieren a la superficie del carbón activado. La efectividad
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del fitro de Carbón Activado dependerá del tipo y de la cantidad de
partículas de Carbón activo contenido en él.
Tipos de Carbón Activado
Básicamente, existen 2 tipos de Carbón Activado
Carbón Activado en Polvo ( P.A.C.)
Carbón Activado Granular, en grano. ( G.A.C.)
Regeneración de los Filtro de Carbón Activo
La duración de este tipo de filtros depende del volumen de gases o
líquidos a tratar (habitualmente agua potable o aire), y de la cantidad de
moléculas a retener. Muchos de estos filtros vienen en formato
"cartucho filtrante de Carbón Activado", que deben ser sustituidos
como tal al final de su plazo de uso recomendado. Otros filtros, o mejor
dicho, el Carbón Activo de esos filtros pueden ser "regenerados",
permitiendo continuar su uso con un rendimiento aceptable. Los
métodos de Regeneración de Filtros de Carbón Activado suelen ser
térmicos (en horno o mediante vapor), o también Químicos.
Cartuchos de Carbón Activado en Polvo de Doble Propósito: Económicos,
proporcionan reducción de cloro, olores y sabores incluso filtración de
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sedimentos. Alta capacidad de retención de impuresas. Disponibles en 4
tamaños y dos tasas de micrones.
Cartuchos de carbón Activado Granular (GAC): Reducción efectiva de
cloro, olor y sabor. Diseñados para máxima adsorción. Post filtro para
reducir partículas de carbón. Disponibles en una variedad de tamaños y
tasas de flujo.
Cartuchos de carbón Activado Granular (GAC-10): Reducción efectiva de
cloro, olor y sabor. Avanzado medio filtrante de carbón catalítico.
Diseñado para una máxima adsorción. Post filtro para reducir partículas
de carbón.
Cartuchos de Carbón Comprimido: Su alta capacidad de retención de
impurezas maximiza la utilización del bloque de carbón. Mayor
capacidad de reducción de cloro, olor y sabor, que los bloques de carbón
de 10- micrones de la competencia. Tasa nominal de 5-micrones.
Cartuchos de Carbón Activado
Cartuchos de Sedimentos
DELIMITACION
El carbón activado es el mejor adsorbente de uso general para
remoción/reducción de muchos compuestos orgánicos-y aún algunos
inorgánicos-del agua y de aguas residuales.
Carbón activado
Durante siglos se ha sabido que el agua guardada en barriles quemados
conservaba por más tiempo su buen sabor, pero no fue sino hasta el
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siglo que se desarrolló el verdadero carbón activado para utilizarse en
máscaras antiguas en la Primera Guerra Mundial y para decoloración del
azúcar. Ambas aplicaciones continúan en la actualidad. En los años 60,
varias plantas de tratamiento de aguas empezaron a utilizar carbón
activado en polvo (PAC*) o carbón activado granular (GAC*) para el
tratamiento del sabor y del olor. Actualmente, el carbón activado se
utiliza en cientos de aplicaciones diferentes, tanto para sistemas de
vapor como para tratamiento de líquidos.
El carbón activado se fabrica a partir de cualquier material carbónico
como la madera, el carbón mineral, la cáscara de coco, corteza de pino,
etc., el cual es clasificado según el tamaño, carbonizado y activado para
crear la enorme área de superficie y la estructura interna del poro que
define al carbón activado. Son las altas temperaturas (1,800-2,000°F =
982-1,093°C), la atmósfera especial del horno y la inyección de vapor
del proceso de fabricación del carbón activado lo que "activa" y crea la
porosidad, dejando mayormente una "esponja" de esqueleto de carbón.
Los poros varían en tamaño desde "microporos" de <20 angstroms y
"mesoporos" de 20-100 angstroms, hasta "macroporos" de >100
angstroms en un rango de hasta más de 100,000 angstroms.
Los sistemas adsorbedores típicos para aguas residuales son operados
en serie con dos o tres tanques y se toman muestras del influente, del
sistema medio y del efluente. Cuando el nivel efluente del primer
adsorbedor alcanza su concentración influente, el carbón se ha
desgastado y es intercambiado por nuevo carbón activado y el tanque
se pone al final de la serie, quedando ahora el segundo tanque como
primero. De este modo cada adsorbedor carbón activado está
completamente saturado y funciona al máximo de su potencial. El
carbón desgastado puede ser utilizado para relleno de tierras o
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reactivado fuera del sitio para rehusó directo o puede ser utilizado en
otras aplicaciones. En muchas aplicaciones correctivas, se utiliza el
carbón reactivado porque es adecuado para la tarea y es más
económico por sus índices de mayor rendimiento.
El carbón activado ha sido denominado como "magia negra" debido a
que no siempre parece adherirse a estrictos principios científicos o de
ingeniería. En los sistemas en que la adsorción competitiva y/o la
interferencia biológica son evidentes, es muy difícil predecir el
desempeño del carbón activado.
La capacidad del carbón activado para adsorber un compuesto depende
de la polaridad iónica, del peso molecular, la solubilidad y la
concentración del compuesto. Algunos compuestos-como el benceno, un
componente de la gasolina-son adsorbidos a porcentajes superiores al
40% por peso sobre el carbón activado, mientras que otros, como el
metanol, cargan a menos del 1% por peso. El carbón activado tiene
afinidad con unos cuantos compuestos inorgánicos, como el plomo, el
mercurio y el arsénico, pero estas reacciones dependen mucho del pH,
de la concentración y de la valencia del compuesto. Un primo del carbón
activado, el carbón de hueso (hecho de hueso animal activado) es mejor
para la adsorción de metal pesado, del fluoruro y del núcleo radiactivo.
El carbón activado es un excelente adsorbente y se utiliza en muchos
procesos y sistemas diferentes para remover compuestos no deseados.
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Para poder determinar si el carbón activado es factible para una
aplicación, uno necesita conocer varios factores:
• Capacidad de flujo-gpm (promedio y pico)
• Horas de operación-8, 16, 24 horas/días
• Información del influente-Compuesto(s) a ser removidos
• Requerimientos del efluente-límites permitidos, carbono orgánico total
(COT), demanda química de oxígeno (DQO), aceite y gas (O&G*), etc.
• Temperatura de la corriente-grados F o C (el carbon activado funciona
mejor a 40-90°F = 4-32°C)
• pH de la corriente-(el carbon activado funciona mejor a un pH de 4-10)
• Pre-tratamiento disponible-filtro de arena, tratamiento biológico, ajuste
de pH, etc.
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• Indice estimado de uso de carbon activado-lbs de carbón activado por
día
Lo ideal es que el carbón activado tenga un contenido bajo en
halógenos, libere fácilmente los haluros inorgánicos adsorbidos durante
el lavado, sea homogéneo, y adsorba con facilidad todos los haluros
orgánicos incluso en presencia de grandes cantidades de otra materia
orgánica. Un elemento esencial en el control de la calidad para el HOD
requiere ensayar y monitorizar el carbón activado.
Debido a que el carbón activo de diferentes fuentes puede variar mucho
en cuanto a la facilidad de liberación de haluros inorgánicos se debe
examinar esta característica antes de ser usado. La cuantificación
apropiada puede verse afectada también por la capacidad de adsorción
del carbón activo, si hay carga orgánica excesiva algo de HOD puede
penetrar y no ser recuperado. Por esta razón hay que hacer adsorciones
seriadas de cada porción de muestra y análisis individuales.
PROCEDIMIENTO
Producción de carbones activados
Materiales de partida
Prácticamente cualquier material orgánico con proporciones
relativamente altas de carbono es susceptible de ser
transformado en carbón activado. Los carbones activados
obtenidos industrialmente pueden provenir de madera y
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residuos forestales u otros tipos de biomasa, turba, lignito y
otros carbones minerales, así como de diferentes polímeros y
fibras naturales o sintéticas. Existen, no obstante, algunas
limitaciones. Así, desde un punto de vista estructural los
carbones activados son carbones muy desordenados e
isótropos. Por tanto, no serán adecuados para preparar
carbones activados aquellos materiales carbonosos que pasen
por un estado fluido o pseudo-fluido durante su carbonización;
dado que durante la resolidificación de esta fase suelen
formarse estructuras ordenadas en los carbones resultantes. No
resultan adecuados, por tanto, los carbones coquizables, salvo
que se eliminen sus propiedades coquizantes, mediante una
oxidación previa, por ejemplo. Del mismo modo, tampoco
resultan adecuados los residuos termoplásticos. Los factores
que hay que tener en cuenta para elegir un precursor adecuado
son: buena disponibilidad y bajo coste, bajo contenido en
materia mineral y que el carbón resultante posea unas buenas
propiedades mecánicas y capacidad de adsorción. Los residuos
de madera, las cáscaras de coco y frutos secos, así como las
semillas de algunas frutas junto con los carbones minerales y el
coque de petróleo, son los precursores más usados.
Tipos de activación
Activación térmica
Llamada también activación física, a pesar de que la activación
se produce por la reacción (química) del agente activante (un
oxidante como el aire, vapor de agua, CO2, etc.) con el carbono
del material que está siendo activado. Este tipo de activación
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consta de varia etapas. Así, a veces son necesarios ciertos
pretratamientos como la molienda y el tamizado para obtener
un tamaño adecuado del precursor. Si el precursor es un carbón
coquizable será necesario entonces una etapa de oxidación
para eliminar las propiedades coquizables. En otras ocasiones el
material de partida es molido hasta formar un fino polvo,
después compactado con algún aglomerante en forma de
briquetas y luego vuelto a moler hasta obtener el tamaño
deseado. De esta forma se consigue una mejor difusión del
agente activante y por tanto una mejor porosidad en el carbón
activado resultante. Otra etapa previa a la activación
propiamente dicha es la carbonización, en la cual el precursor
es sometido a elevadas temperaturas (del orden de los 800 ºC)
en ausencia de aire, para eliminar las sustancias volátiles y
dejar un residuo carbonoso que será el que se someta a la
activación. Durante la desvolatilización, la salida de los gases y
vapores del precursor produce una porosidad “incipiente” en el
carbonizado, la cual se desarrolla aun más durante la etapa de
activación. La activación propiamente dicha puede ser un
proceso totalmente independiente de la carbonización o llevarse
a cabo a continuación de ésta. Consiste en hacer reaccionar al
agente activante con los átomos de carbono del carbonizado
que está siendo activado; de forma que se produzca un
“quemado selectivo” que va horadado progresivamente al
carbonizado, generando poros y aumentando la porosidad hasta
transformarlo en un carbón activado. Los agentes activantes
que se suelen usar son: Oxígeno (raramente a escala industrial)
aire, vapor de agua y CO2. Estos agentes dan lugar a las
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siguientes reacciones químicas que eliminan átomos de carbono
produciendo así la porosidad.
C +O2 --> CO2
2C +O2 --> 2CO
C + H2O < == > H2
+ CO
C + CO2 < == > 2CO
Activación química
Este tipo de activación el precursor se hace reaccionar con un
agente químico activante. En este caso la activación suele tener
lugar en una única etapa a temperaturas que pueden variar
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entre 450 y 900 ºC. No obstante, en este tipo de activación, es
necesaria una etapa posterior de lavado del carbón activado
para eliminar los restos del agente activante. Existen
numerosos compuestos que podrían ser usados como agentes
activantes, sin embargo los más usados industrialmente son el
cloruro de zinc (ZnCl2), el ácido fosfórico (H3PO4) y el hidróxido
de potasio (KOH).
La activación química con ZnCL2 fue el método mas usado
hasta 1970, especialmente para la activación de residuos de
madera. Su uso, sin embargo, se ha restringido mucho en la
actualidad debido a los problemas medioambientales que
conlleva el uso del ZnCl2. No obstante algunos países como
China aun siguen usando este método para producir carbón
activado.
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La activación química con H3PO4 prácticamente ha
desplazado al ZnCl2 y los precursores usados en este tipo de
activación son en su mayoría, como en el caso del ZnCl2,
residuos forestales (madera, cáscara de coco, hueso de
aceituna, etc.). La activación con H3PO4 implica las siguientes
etapas: (i) molienda y clasificación del material de partida, (ii)
mezcla del precursor con H3PO4 (reciclado y fresco), (iii)
tratamiento térmico en atmósfera inerte entre 100 y 200 ºC,
manteniendo la temperatura aproximadamente 1h, seguido de
un nuevo tratamiento térmico hasta 400 – 500 ºC, manteniendo
esta temperatura en torno a 1h, (iv) lavado, secado y
clasificación del carbón activado, y reciclado del H3PO4. La
proporción H3PO4:precursor más empleada suele ser 1:5
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(aunque proporciones diferentes dan lugar a carbones con
distintas propiedades), el rendimiento en carbón activado suele
ser del 50%. La activación química con KOH se desarrollo
durante los años 70, para producir los denominados “carbones
superactivados”, con superficies específicas del orden de los
3000 m2/g. A diferencia de los otros dos agentes activantes, los
precursores preferibles par la activación con KOH son aquellos
de bajo contenido en volátiles y alto contenido en carbono,
como los carbones minerales de alto rango, carbonizados,
coque de petróleo, etc. En esta activación el KOH se mezcla con
el precursor, en una suspensión acuosa o mediante una simple
mezcla física, en proporciones KOH:precursor entre 2:1 y 4:1.
Cuando la impregnación tiene lugar en medio acuoso, la
activación se lleva a cabo en dos tratamientos térmicos
consecutivos en atmósfera inerte. El primero a temperaturas
bajas, pero superiores a los 200 ºC (que se utiliza solo para
evaporar el agua y dispersar el KOH) y el segundo entre 700 y
900 ºC. En el caso de una mezcla física no es necesario llevar a
cabo el primer tratamiento.
Importancia de la textura porosa de los carbones activados
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Representación esquemática del
sistema poroso de un carbón y
clasificación de los poros
según su tamaño (d =
dimensión característica del
poro). Los círculos representan
las moléculas del adsorbato
Los carbones activados, pueden presentar elevadas superficies
específicas, del orden de 1000 m2/g e incluso llegar a los 3000
m2/g. Los elevados valores de superficie específica se deben en
gran medida a la porosidad que presentan los materiales
carbonosos, siendo los microporos los que mayor contribución
tienen en la superficie específica.
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En principio, cabría pensar que a mayor superficie específica
mejores serán las características como adsorberte del carbón
activado, puesto que también deberíamos tener un mayor
número de centros para adsorber el adsorbato. Sin embargo,
esto no siempre es cierto, ya que hemos de tener en cuenta el
posible “efecto de tamiz molecular”. Así, dependiendo del
tamaño de las moléculas del adsorbato, puede suceder que
éstas sean mayores que algunos de los poros y por tanto no toda
la superficie sea accesible a dichas moléculas. Por otro lado
también hay que tener en cuenta tanto la geometría del poro
como la del adsorbato. Así, por ejemplo, determinadas moléculas
pueden penetrar en poros con geometría del “tipo rendija” y no
hacerlo en poros de dimensiones similares y geometría
cilíndrica.
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IMPACTO TECNOLOGICO
Revelado de huellas dactilares con carbón activo
Las huellas dactilares son rugosidades con formas arbitrarias que
adopta la piel que cubre la yema de los dedos. Están formadas por
surcos: montañas y valles. Las "montañas" se llaman crestas
papilares y los "valles" surcos interpapilares. En las crestas se
encuentran las glándulas que producen el sudor. Este sudor
contiene aceite que se desliza hacia los surcos, donde se
almacena. Cuando manipulamos objetos con las manos, nuestros
dedos dejan marcas de las huellas dactilares que no son
perceptibles a simple vista. Esto se debe que al tocar objeto con
los dedos dejamos minúsculas partículas sobre el mismo, debido a
la sudoración, aceites o grasas y otras sustancias almacenadas en
los surcos de las huellas dactilares. Estos diminutos residuos
pueden dejar impresa una imagen latente de nuestras huellas
dactilares, una copia en negativo de los surcos de la huella
dactilar. En el caso de que la superficie sea blanca o de color claro
esta imagen latente puede revelarse usando polvo muy fino de
carbón activo (para superficies oscuras se podría utilizar talco). El
carbón activo se adhiere, por un fenómeno de adsorción, a estas
partículas invisibles marcando los contornos de la huella latente de
un color negro que resulta visible al contrastar con el color del
objeto donde se dejó la huella. Si bien la policía científica usa un
instrumental un poco más sofisticado y polvos específicos para
diferentes tipos de superficies, el revelado de las huellas dactilares
puede hacerse también de forma bastante simple con medios
caseros.
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Para ello necesitaremos: carbón activo en polvo; aunque también
se puede hacer con hollín, polvo fino de grafito (la mina de un
lápiz), o polvo muy fino de cualquier carbón en general, (ii) una
cuchara o espátula, (iii) un recipiente para recoger el carbón
sobrante (iv) una hoja de papel blanco, que utilizaremos para
impresionar la huella dactilar. En el siguiente video se muestra
como hacerlo
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Conclusión
Los filtros de bloque de carbón sólido son efectivos en tratar los más
antiguos contaminantes de años pasados como plomo, TCE, cloro,
benceno y contaminantes nuevos que se encuentran en nuestras
fuentes abastecedoras de hoy en día como MTBE, cloramines y PCBs.
También en un futuro serán capaces de reducir contaminantes que se
encontrarán en nuestras fuentes de agua tales como antibióticos y otras
medicinas. La efectividad de los filtros de bloque de carbón sólido en
tratar un amplio rango de contaminantes tanto estéticos como los
perjudiciales a la salud, hacen que esta tecnología sea una opción para
los distribuidores y lo más importante para el consumidor a través de
todo el mundo.
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BIBLIOGRAFIA
http://weblogs.madrimasd.org/remtavares/archive/
2009/05/11/117987.aspx
http://www.textoscientificos.com/quimica/carbon-activo
http://www.ecoportal.net/content/view/full/21374
http://www.aquapurificacion.com/problemas-del-agua.htm
http://www.lenntech.com/espanol/adsorcion-carbon-activado.htm
http://www.bombas-hidroneumaticos.com/filtros_para_agua/
filtros_para_agua_de_carbon_activado.htm
http://books.google.com.mx/books?
id=mLhyRECwOqkC&pg=PT680&lpg=PT680&dq=interferencias+para+e
l+uso+de+carbon+activado&source=bl&ots=HrhMo8tiAa&sig=sZsXaFg
5-QlliTGeQtG-
q48q9N8&hl=es&ei=oNUuSrSbB8Kktge3hNH6Cw&sa=X&oi=book_result
&ct=result&resnum=1#PPT679,M1
http://www.oviedo.es/personales/carbon/cactivo/impqcatex.htm
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