Mathematical modeling and numerical simulation of sulfamethoxazole adsorption onto sugarcane bagasse in a fixed-bed column

La ampliación de escala de las columnas de adsorción es un paso crucial para la eliminación de contaminantes emergentes de las aguas residuales domésticas e industriales. En este estudio, se amplió una columna de lecho fijo para la eliminación de sulfametoxazol, rellena con bagazo de caña de azúcar, desde una unidad de laboratorio (DL = 2,2 cm) hasta una unidad piloto (DP = 4,4 cm) utilizando un factor de escala (K = 2). Además de las reglas básicas de similitud para la ampliación de escala, se propusieron tres nuevos criterios para la masa del adsorbente, el caudal y el volumen del lecho. Posteriormente, tres ensayos a escala de laboratorio, con un caudal de 5 mL/min y alturas de lecho de 15, 25 y 35 cm, se transfirieron a la columna a escala piloto, con un caudal de 20 mL/min y alturas de lecho de 30, 50 y 70 cm, respectivamente. Se compararon las curvas de ruptura y los parámetros del lecho fijo (tiempo de residencia tR, tiempo de saturación ts, capacidad de adsorción qe, volumen de solución tratada Vef y porcentaje de remoción %R) obtenidos en ambas escalas para definir su efecto con el aumento de escala. Finalmente, se propuso un modelo mecanístico para predecir las curvas de ruptura en ambas columnas. Los resultados mostraron que las curvas de ruptura en la escala piloto se prolongaron en el tiempo, con tiempos de ruptura y saturación mayores que los datos de ruptura de laboratorio. Además, tR, ts y Vef variaron en función del valor de K utilizado: ts y tR duplicaron su valor en la columna piloto; Vef fue ocho veces mayor en la columna piloto que en la columna de laboratorio; qe y %R permanecieron constantes en ambas escalas. Estos resultados se corroboraron con las curvas de ruptura predichas. Asimismo, el modelo mecanístico predijo con gran precisión los datos de ruptura en ambas escalas (R² > 0,9), lo que significa que el modelo puede utilizarse con confianza para la ampliación de escala. Este estudio demostró nuevos criterios que pueden aplicarse fácilmente para ampliar la escala de las columnas de adsorción, con resultados que mostraron una correlación entre ambas escalas.