Potabilización-de-agua-por-adsorción.docx

7/25/2019 Potabilizacin-de-agua-por-adsorcin.docx

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UNIVERSIDAD

NACIONALAGRARIA LA

MOLINA

TRABAJOENCARGADO:ADSORCION ENLAPOTABILIZACION

DEL AGUAPROFESORA: LAURA LINARESCURSO: INGENIERA DE ALIMENTOS IIGRUPO:ALUMNOS:

- COLQUEHUANCA MEJIA,ELIANA

- GUILLEN CANAVI, MILAGROS- MARTINEZ QUISPIALAYA,

SOFIA- PEZUA, LUZ- RUIZ LLACSAHUANGA,

BLANCA- VALVERDE AYLLON, M.

CLAUDIAFECHA DE ENTREGA: 04 DE JUNIO DEL 20!

2015


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I) INTRODUCCIN

El proceso de potabilizacin de agua es aquel en que se trata al agua cruda paradesinfectarla y hacerla aprovechable para el consumo humano directo. El aspectoms importante de la potabilizacin engloba la proteccin de la salud pblica; lacalidad de las fuentes superficiales se ha venido deteriorando por los usos a los queson sometidas, haciendo que aparezcan compuestos que adems de representar unriesgo a la salud tambin afectan propiedades organolpticas como color, olor ysabor causando rechazo por parte del consumidor, quien la considera como agua nosegura! "#orres, $%%&'.

(entro de los contaminantes se encuentran los f)sicos, qu)micos "compuestosfenlicos y organoclorados' y microbiolgicos. *ara reducir el riesgo qu)mico ymitigar la generacin de olor y sabor desagradables en el agua, se empleantratamientos como el proceso de adsorcin, que consiste en la acumulacin de unasustancia entre dos fases l)quido+slido; la sustancia a remover se denomina

adsorbato y aquella sobre la cual tiene lugar la adsorcin es el adsorbente. lgunosde los adsorbentes empleados en el tratamiento del agua son- resinas deintercambio inico, resinas adsorbentes, idos metlicos, hidridos, carbonatos ycarbn activado, siendo este ltimo el ms ampliamente utilizado por su fcil mane/oy eficiencia. menciona adems que la adsorcin no es un mtodo de destruccin decontaminantes, sino un proceso de concentracin "0otelo et al., $%%1'.

2o solo la adsorcin es relevante, sino que 3omero "$%%&', menciona que la accincon/unta del proceso de adsorcin y los procesos del tratamiento convencional,especialmente la coagulacin, adems de garantizar la remocin de part)culas ensuspensin y turbiedad me/oran la remocin de materia orgnica natural "452' y de

compuestos fenlicos; la combinacin de los procesos de adsorcin y coagulacinse denomina coagulacin me/orada, con la cual se obtienen eficiencias de reduccinde compuestos fenlicos hasta del 1%%6, color entre el &16 7 &86 y absorbancia9:$< del 886.

2umerosas investigaciones y aplicaciones prcticas en el tratamiento del agua handemostrado la efectividad del carbn activado para adsorber sustancias productorasde olor y sabor como metabolitos de la produccin algal y fenoles, con riesgo para lasalud humana por tener efectos ticos y mutagnicos como metales pesados"cadmio, cromo, plata, mercurio' y plaguicidas "ametrin, aldicarb, dinoseb, diuron,triazina, simazina, cyanazina'. Es por ello que, este traba/o adems de eplicar el

proceso de adsorcin en s), se hablara de un caso de tratamiento con carbn activopara remover con = diferentes tratamientos compuestos fenlicos, que soncontaminantes qu)micos, el fenol y pentaclorofenol, que son un grupo de especialinters que constituyen la unidad estructural bsica de una variedad de compuestosorgnicos sintticos como algunos plaguicidas "(abro>s?i et al., $%%, citado por#orres et al., $%%&'.

II) MARCO TEORICO


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2.1. Tratamientos principales en potabilizacin

@uente- :era "$%%A'

2.1.1. Adsorcin en carbn activoEn la adsorcin, se resaltar la que se realiza en carbn activado. El carbn activo

se produce espec)ficamente para alcanzar una superficie interna muy grande. Estahace que el carbn tenga una adsorcin ideal. 0e usa en forma granular o en polvo.0e procura tener un tiempo de contacto m)nimo de 1 minutos antes de lasedimentacin ":era, $%%A'.

2.1.2. AireacinEs el proceso mediante el cual el agua es puesta en contacto m)nimo con el aire conel propsito de modificar las concentraciones de sustancias voltiles contenidas enella. Esta operacin es una de las de uso ms intensivo de energ)a en los sistemasde potabilizacin de agua, mediante equipos de aireacin difusa, equipos de turbinay aireadores mecnicos. Entre las funciones de esta operacin estn transferir

o)geno al agua para aumentar el o)geno disuelto, disminuir la concentracin deB5$, disminuir la concentracin de C$0, remover gases como el metano, cloro yamoniaco, y remover compuestos orgnicos voltiles.Da aireacin cumple sus ob/etivos de purificacin del agua mediante el arrastre obarrido de las sustancias voltiles por la mezcla turbulenta del agua con el aire y porel proceso de oidacin de los metales y los gases ":era, $%%A'.

2.1.3. Coa!lacin" #loc!lacinDa coagulacin floculacin es un proceso mediante el cual se aFaden compuestosqu)micos al agua para reducir las fuerzas que separan a los slidos suspendidosmenores a 1o micrmetros "orgnicos e inorgnicos' para que formen aglomerados

que sean removidos del agua por sedimentacin. El proceso se lleva a cabo en dosetapas. En la primera o coagulacin, las fuerza interparticula, responsables de laestabilidad de los coloides, son reducidas o anuladas por la adicin de reactivosapropiados. En la segunda o floculacin, las colisiones entre part)culas favorecen elcrecimiento de floculas que puedan ser eliminados por sedimentacin.*or coagulacin se eliminan contaminantes de alto peso molecular.

2.1.$. %edimentacin


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0e basa en la remocin de part)culas, floculos qu)micos y precipitados de unasuspensin en un sedimentador que acta por gravedad. 0e consideran solidossedimentables a las part)culas que por su tamaFo y peso sedimentan en una hora.Da eliminacin depende de la profundidad del tanque as) como de las propiedadesdel fluido y de las part)culas ":era, $%%A'.

2.1.&. #iltracinEs el proceso mediante el cual el agua es separada de la materia en suspensinhacindola pasar a travs de una sustancia porosa. Este material poroso esgeneralmente arena. Da filtracin se realiza ingresando el agua sedimentada odecantada por encima del filtro. *or gravedad el agua pasa a travs de sucesivascapas de arena de distinto grosor las cuales retienen las impurezas o turbiedadresidual que queda en la etapa de decantacin. "#orres et al., $%%&'.

2.1.'. AblandamientoEl ablandamiento por precipitacin consiste en la inversin del proceso a travs delcual la dureza ingres al agua inicialmente, esto es, la conversin de compuestossolubles en compuestos insolubles que luego se precipitarn y permitirn suremocin por floculacin y sedimentacin. "0otelo et al., $%%1'.

2.1.(. Intercambio inicoEl intercambio inico es un proceso qu)mico que consiste en la remocin de losiones indeseables de un agua cruda transfirindolos a un material solido llamadointercambiador inico, que los acepta y cede un nmero equivalente de iones deuna especie deseable, que se encuentran almacenados en el esqueleto delintercambiador de iones. "0otelo et al., $%%1'.

2.1.. Electrodi*lisis

Este procedimiento solo aplica en el caso de aguas poco salobres, ya que lacapacidad del caudal de las membranas disminuye cuando aumenta la salinidad delagua. Buando menos salina sea el agua mayor es el consumo de corriente, debidoal incremento de resistividad del agua desmineralizada.9no de los inconvenientes de este mtodo es conseguir agua altamentedesmineralizada, deben hacerse tratamientos previos como eliminar la turbiedad, oel contenido de fierro ":era, $%%A'.

2.1.+. Osmosis InversaDa osmosis inversa es el paso forzado de agua a travs de una membrana en contrade la presin osmtica natural con el ob/eto de separar iones.

Este proceso retiene especies tan pequeFas como de %.%%%1 micras. *resentaventa/as como resaltar que la operacin es continua, ocupa poco espacio instalar elequipo "0otelo et al., $%%1'.

2.1.1,. -ano iltracinEs un proceso de filtracin por membranas operadas ba/o presin en la que solutosde ba/o peso molecular son retenidos, pero las sales pasan, total o parcialmente, atravs de la membrana con el filtrado. Esta operacin tiene aplicaciones como el


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ablandamiento, la separacin especifica de metales pesados, y la reduccin decontenidos de sales de agua salobre ligera ":era, $%%A'.

2.1.11. /ltrailtracin9na de sus aplicaciones es que es un tratamiento previo a la osmosis inversa, tantopara potabilizar como para desalinizar agua de mar. Bomo tratamiento principalesta operacin aplica para desalar y producir agua potable a ba/o costo ":era,$%%A'.

2.1.12. Micro iltracinEste tipo de membranas retienen todas las bacterias, parte de la contaminacin virales atrapada en el proceso, a pesar de que los virus son ms pequeFos que losporos de la membrana de micro filtracin. Es usada como pretratamiento de nanofiltracin y osmosis inversa ":era, $%%A'.

2.1.13 0esineccinEs el proceso por el cual se destruyen los agentes microbianos, por medio de

productos qu)micos como- Cipoclorito de 0odio, Cipoclorito de calcio, (iido decloro, ozono etc. #orres et al. "$%%&' mencionan varios compuestos utilizados en ladesinfeccin del agua-

Raos !ltravioleta. *or medio de una lmpara de cuarzo llena de vapor demercurio, se pueden producir rayos ultravioleta. Estos rayos matan a las bacterias,desintegrndolas.Ozono.Es un oidante poderoso de impurezas inorgnicas y orgnicas. 2o de/aolor pero s) sabor, aunque no desagradable. Es dif)cil regular su aplicacin. demstiene la venta/a de no formar trihalometanos como el cloro.odo. 4uy buen desinfectante, necesita un tiempo de contacto de media hora. Es

muy costoso para emplearse en abastecimientos pblicos. *lata. En forma coloidalo inica es bastante efectiva; no da sabor ni olor al agua, tiene una accin residualmuy conveniente. 0u efectividad disminuye con la presencia de ciertas substancias,como cloruros, que se encuentran a veces en eceso en el agua.Cloro.0e emplea en la potabilizacin para destruir patgenos, controlar problemasde olor, remover hierro y eliminar nitrgeno amoniacal. El cloro tiene una fuerteafinidad por varios compuestos y elementos, particularmente por los agentesreductores, pues tienen una gran tendencia a ganar electrones y formar ion cloruro ocompuestos organoclorados. El mtodo de cloracin es el procedimiento paradesinfectar el agua ms comnmente usado, pero como el cloro reacciona con lamateria orgnica en las aguas de desecho y en el agua superficial producepequeFas cantidades de hidrocarburos cancer)genos.

2.2. Carbn activado

El carbn activado es un producto que posee una estructura cristalina reticularsimilar a la del grafito solo que el orden en la estructura del carbn activado esmenos perfecta; es etremadamente poroso y puede llegar a desarrollar reassuperficiales del orden de %% a 1,%% metros cuadrados o ms, por gramo de


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carbn. El rea de superficie del carbn activado var)a dependiendo de la materiaprima y del proceso de activacin. 0on las altas temperaturas, la atmosfera especialy la inyeccin de vapor del proceso de fabricacin del carbn activado lo queactiva! y crea la porosidad, de/ando mayormente una espon/a! de esqueleto decarbn "Barriazo et a .,$%1%'.

El trmino carbn activado! se refiere a carbones muy porosos producidos a partirde materiales ricos en carbono, mediante diversas formas de activacin qu)mica of)sica.

#i!ra 1."a' rreglo estructural de las capas planas del grafito, "b' Estructurapropuesta de las capas de carbn activado.

El carbn activado es un material de carbn que se prepara en la industria para quetenga una elevada superficie interna y as) poder adsorber "retener sobre susuperficie' una gran cantidad de compuestos muy diversos, tanto en fase gaseosacomo en disolucin "Barriazo et al.,$%1%'.

*ara la preparacin de carbones activados el material es calcinado "carbonizacin'y luego sometido al proceso de activacin, lo cual conduce a aumentar la porosidady la capacidad de adsorcin del material carbonizado mediante tratamientos deoidacin de los grupos funcionales de la superficie del slido. (iversosprocedimientos de oidacin son empleados para introducir grupos oigenados en lasuperficie del carbn, por v)a gaseosa "5$, B5$, 2$5', o mediante el uso desoluciones acuosas "C$5$, "2C


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tratamiento de aguas de tipo discontinuo, mientras que los carbones granulados,empleados en forma de lecho de adsorcin, no se han empleado etensamente enel tratamiento de aguas en razn de consideraciones econmicas ":era, $%%A'.

2.3.1. Carbn p!lverizadoEs un polvo finamente molido, insoluble y negro, por lo que tiene un reavolumenetremadamente alta. Bomo la adsorcin es un fenmeno de superficie, resulta degran efectividad pero al mismo tiempo significa una ba/a velocidad de sedimentaciny dificultad en su separacin una vez aFadido. Es aplicado mediante dos procesos":era, $%%A'-

En forma de papilla- 0e emplea cuando las plantas de tratamiento de aguas se

necesitan grandes cantidades de carbn activado. 0e suministran por medio decarretillas a los depsitos de almacenamiento, se humedece con agua y sealmacena en forma de papilla hasta que se necesite.

En mquinas de alimentacin en seco

2.3.2. Carbn ran!larEs el tamaFo de la arena para filtros, es decir, de %.1 a 1.% mm de dimetro, esempleado en las plantas de tratamiento de agua en la forma de lechos de adsorciny en donde el agua pase a travs de l, usualmente en un filtro a presin ":era,$%%A'.

#i!ra 2. #ipos de carbn activado

2.$. Caracter4sticas de aplicaciones del carbn activado

0on dos las caracter)sticas fundamentales en las que se basan las aplicaciones delcarbn activado- elevada capacidad y ba/a selectividad de retencin. Da elevada

capacidad de eliminacin de sustancias se debe a la alta superficie interna queposee, si bien porosidad y distribucin de tamaFo de poros /uegan un papelimportante "3odriguez y 4olina, $%%1'.

En general, los microporos "tamaFo inferior a $nm' le confieren la elevada superficiey capacidad de retencin, mientras que los mesoporos "tamaFo comprendido entre$%nm' y macroporos "tamaFoG%nm' son necesarios para retener molculas degran tamaFo, como pueden ser colorantes o coloides, y para favorecer el acceso y


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la rpida difusin de las molculas a la superficie interna del slido "3odriguez y4olina, $%%1'.

*or otra parte, el carbn activado tiene escasa especificidad ante un proceso deretencin, es un adsorbente universal!. 2o obstante, por su naturaleza apolar y porel tipo de fuerzas implicadas en el proceso de adsorcin, retendr preferentementemolculas apolares y de alto volumen molecular "hidrocarburos, fenoles,colorantes', mientras que sustancias como el nitrgeno, o)geno y aguaprcticamente no se retienen por el carbn a temperatura ambiente "3odriguez y4olina, $%%1'.

Das propiedades adsorbentes de un carbn activado no dependen nicamente de lasuperficie y porosidad. En particular, las sustancias polares se retienen dbilmentesobre la superficie "apolar' del carbn. En estos casos, la fi/acin al carbono deheterotomos!, principalmente o)geno e hidrgeno, formando estructuras o gruposfuncionales tipo cido carbo)lico, lactonas, carbonilo, etc, eleva la afinidad de las

sustancias polares por la superficie del adsorbente, pudiendo imprimir un carctercidobase al carbn. @inalmente, cuando la sustancia a eliminar tiene una polaridadapreciable, ba/o volumen molecular y est muy diluida en aire la retencin atemperatura ambiente por el carbn slo es efectiva si se impregna con reactivosespec)ficos o se aprovechan las propiedades catal)ticas del carbn. (e estamanera, tras la adsorcin se producen unas reacciones qu)micas que transformanlos productos ticos en inertes que se desorben o quedan retenidos en laporosidad del carbn "3odriguez y 4olina, $%%1'.

2.$.1 Mecanismos de operacin como adsorbente

Es importante comprender el mecanismo de adsorcin ya que permite predecir concierto grado de aproimacin el comportamiento del carbn activado en muchas delas aplicaciones que puede tener "Barriazo et al.,$%1%'.

Eisten dos tipos de fenmenos de adsorcin- @isisorcin y Huimisorcin

@isisorcin- Esta es la ms comn para el caso de carbn activado, en este tipo

de adsorcin no eiste intercambio de electrones entre adsorbente y adsorbato,

lo que permite que el proceso sea reversible "Barriazo et al.,$%1%'.

Huimisorcin- Esta es menos frecuente, este tipo de adsorcin suele ser

irreversible debido a que ocurren modificaciones de las estructuras qu)micas deladsorbato y del adsorbente "Barriazo et al.,$%1%'.

2.$.2 5ropiedades condiciones 6!e aectan la adsorcin en carbn activado


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0egn 3odriguez y 4olina "$%%1', la adsorcin en carbn activado se ve afectadapor diversas propiedades tanto del carbn como del adsorbato, as) como por lascondiciones del gas o del l)quido en el que se lleva a cabo este fenmeno. Daspropiedades que afectan la adsorcin son las siguientes-

a' *ropiedades relacionadas con el tipo de carbn activado Da adsorcin aumenta cuando el dimetro de los poros predominantes esta

entre una y cinco veces el dimetro del adsorbato (iferencia en la qu)mica superficie y en los constituyentes de las cenizas

piden afectar la adsorcin, especialmente en fase liquida.

b' *ropiedades relacionadas con el adsorbato Da adsorcin de orgnicos es ms fuerte al aumentar su peso molecular,

mientras el tamaFo de la molcula no rebase el del poro. Das molculas orgnicas no polares se adsorben con mayor fuerza que las

polares Da adsorcin en fase liquida aumenta al disminuir la solubilidad del adsorbato.

c' *ropiedades relacionadas con el l)quido que rodea al carbn activado Ieneralmente aumenta la disorcion al disminuir el pC mayor temperatura, aumenta la solubilidad del absorbato y se adsorbe en

menor proporcin

III) CA%O 0E A0%ORCIO- E- 7A 5OTA8I7I9ACIO- 0E A:/A

Red!ccin de pentacloroenol en el a!a cr!da del r4o Ca!ca mediante adsorcin

con carbn activado en procesos de potabilizacin

3.1. Introd!ccin

Bon el fin de suministrar agua de calidad aceptable surgieron procesos para eltratamiento del agua en varias modalidades, siendo el tratamiento convencional oen ciclo completo conformado por las etapas de coagulacin, floculacin,sedimentacin, filtracin y desinfeccin, el ms ampliamente empleado "#orres etal.,$%%&'

*ara reducir el riesgo qu)mico y mitigar la generacin de olor y sabordesagradables en el agua, se emplean tratamientos como el proceso deadsorcin, que consiste en la acumulacin de una sustancia entre dos fases

l)quido+slido; la sustancia a remover se denomina adsorbato y aquella sobre lacual tiene lugar la adsorcin es el adsorbente "#orres et al.,$%%&'.

lgunos de los adsorbentes empleados en el tratamiento del agua son- resinas deintercambio inico, resinas adsorbentes, idos metlicos, hidridos, carbonatosy carbn activado, siendo este ltimo el ms ampliamente utilizado por su fcilmane/o y eficiencia "#orres et al.,$%%&'.


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0e establece el uso del carbn activado sumado al tratamiento en ciclo completopara una fuente con caracter)sticas f)sicoqu)micas y microbiolgicas como las delr)o Bauca. Da empresa de servicios pblicos responsable del suministro de aguapotable de la ciudad de Bali "Emcali EJBE E0*' ha venido aplicando este productodesde hace varios aFos para garantizar la reduccin de riesgo qu)mico en el agua

de consumo de la poblacin caleFa.

En este estudio se evalu el efecto de la aplicacin de carbn activado en polvo B* sobre la reduccin de compuestos fenlicos asociados a la produccin deolor y sabor, para el agua cruda del r)o Bauca, el cual abastece aproimadamenteal &%6 de la poblacin de la ciudad de Bali y es potabilizada en las plantas 3)oBauca y *uerto 4allarino. 0e evaluaron tres modalidades de aplicacin del B*-

01- 0olamente adsorcin con B*. 0$- dsorcin seguida de coagulacin con B*Kl$05< "proceso seguido en

la planta 3)o Bauca'

0=- dsorcin seguida de precloracin y coagulacin con B*KBl$Kl$05


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3.3.Res!ltados

#i!ra 3. Eficiencia de reduccin de color, absorbancia y pentaclorofenol en las tres

secuencias evaluadas0e observa que el me/or desempeFo lo representa 0=, alcanzndose adems de lamayor eficiencia de reduccin de pentaclorofenol, las me/ores eficiencias dereduccin tanto del color real como de la adsorbancia. Este resultado puede seratribuido a que por la presencia de cloro con B* en el tratamiento se generansitios de adsorcin y un inusual momento bipolar pequeFo; estos enlaces tienencaracter)sticas cidas segn De>is, lo que genera un cambio de polaridad con elB*, dando lugar a sitios activos que permiten la adsorcin del pentaclorofenol"*rez et al., $%%= citado por #orres et al.,$%%&'.

3.$. Concl!siones

o Dos carbones activados en polvo y el tiempo de contacto aplicados en el

tratamiento garantizan una eficiente reduccin del pentaclorofenol,disminuyendo el riesgo qu)mico asociado a su presencia en el agua tratada.

o Da coagulacin me/orada garantiz mayores eficiencias de reduccin del

pentaclorofenol y de la materia orgnica presente en el agua cruda del r)oBauca.

o unque el tratamiento del agua cruda del r)o Bauca con adsorbente,

desinfectante y coagulante mostr las me/ores eficiencias de reduccin, serecomienda evaluar la secuencia adsorcin, coagulacin, desinfeccin paraminimizar el riesgo qu)mico por la potencial formacin de subproductos de ladesinfeccin

I


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de ba/o costo. 3evista Educacin qu)mica. :olumen $=. 9niversidad 2acionalutnoma de 4ico.

35(3QI9EO, 3; 45DJ2, 4. $%%1. El carbn activado en procesos de

descontaminacin. (epartamento de Hu)mica Jnorgnica. 9niversidad de licante.EspaFa.

354E35, 4. $%%&. #ratamientos utilizados en *otabilizacion de agua. En l)nea-Rhttp-++>>>.tec.url.edu.gt+boletin+93DS%&SJ2I%$.pdfG Bonsultado el 1 de /unio del$%1.

05#ED5, P.; 5:EPE35, T.; (EDI(5, P. ; 43#J2EO,J. $%%1. Eliminacin de

compuestos organoclorados para potabilizacin de aguas mediante un proceso deadsorcinregeneracin en carbn activado. En l)nea- Rfile-+++B-+9sers+#oshiba+(o>nloads+adsorcion6$%1.pdf. Bonsultado el 1 de /unio del$%1.

#533E0,*. ; B39O,B. ; I52ODE0, 4. ; I9#JE33EO,C.; N3N, D.;

E0B5N3,P. ; (EDI(5,D. $%%&. 3educcin de pentaclorofenol en el agua crudadel r)o Bauca mediante adsorcin con carbn activado en procesos de

potabilizacin. 3evista ingenier)a e investigacin :ol $& 2L=, 8$8. Bolombia. :E3, 2. $%%A. lternativas de potabilizacin para el agua que abastecer a la

ampliacin de aeropuerto internacional de la ciudad 4ico. #esis para obtener elt)tulo de Jngeniero Bivil. Jnstituto politcnico 2acional. 4ico.
http://www.tec.url.edu.gt/boletin/URL_08_ING02.pdfhttp://c/Users/Toshiba/Downloads/adsorcion%201.pdfhttp://c/Users/Toshiba/Downloads/adsorcion%201.pdfhttp://www.tec.url.edu.gt/boletin/URL_08_ING02.pdf

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