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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO
FACULTAD DE INGENIERIA
Division de Ingenieria Civil, Topografica y Geodésica
FILTRACION EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
TESIS
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO CIVIL
PRESENTA:
Roberto Cuevas Reyes
Director: M.C. Constantino Gutiérrez Palacios Oe
México, D.F. 2000
UNAM – Dirección General de Bibliotecas
Tesis Digitales
Restricciones de uso
DERECHOS RESERVADOS ©
PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL
Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México).
El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor.
FACULTAD DE INGENIERIA DIRECCION
FING/DCTG/SEAC/UTIT/002/99
AVEN"MA DE MEXICO
Sefior
ROBERTO CUEVAS REYES Presente
En atencién a su solicitud me es grato hacer de su conocimiento el tema CONSTANTINO GUTIERREZ PALACIOS, que aprobé esta Direccién, para q de su examen profesional de INGENIERO CIVEL,
que propuso el profesor MLL. jue lo desarrolle usted como tesis
"KILTRACION EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES"
INTRODUCCION OBJETIVO
I ANTECEDENTES ik. LA FILTRACION EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES TI. MEDIOS FILTRANTES Y FALSO FONDO IV. EJEMPLO DE ANALISIS GRANULOMETRICO EN LABORATORIO v. EJEMPLO DE ANALISIS HIDRAULICO DE FILTROS EN LABORATORIO VI. ASPECTOS CONSTRUCTIVOS DEL FILTRO VIL. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
BIBLIOGRAFIA Y REFERENCIAS ANEXOS
Ruego a usted cumplir con la disposicién de la Direccién General de la Administracién Escolar en el sentido Je que se imprima en lugar visible de cada ejemplar de la tesis el Titulo de ésta,
Asimismo le recuerdo que la Ley de Profesiones estipula que debera prestar servicio social durante un tiempo ninimo de seis meses como requisito para sustentar Examen Profesional.
Atentamente POR MI RA HABLARA EL ESPIRITU"
Mi MAS ALTO AGRADECIMIENTO Y RECONOCIMIENTO A LA UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO, POR FORMAR CIUDADANOS EN BIEN DE LA SOCIEDAD.
AMI FACULTAD DE INGENIERIA POR LA EDUCACION BRINDADA.
A Ml PADRE LIC. ROBERTO CUEVAS MEZA CON TODO Mi CARINO, AGRADECIENDO EL APOYO Y CONFIANZA SIEMPRE BRINDADOS. GRACIAS AELLO HE CULMINADO UNO DE MIS MAS GRANDES ANHELOS.
A MI MADRE ELIZABETH REYES ©. E. P. D. CON TODO MI AMOR Y ADMIRACION.
CON MUCHO CARING A MIS HERMANAS ELY Y SANDY QUE SIEMPRE ME IMPULSARON EN MI ETAPA DE ESTUDIANTE.
A MIS ABUELOS CARMEN R. Y ALEJANDRO C. POR SUS ATINADOS CONSEJOS.
A TODOS MIS PARIENTES QUE EN ALGUNA FORMA ME ALENTARON PARA ESTE LOGRO.
A MI NOVIA LIC. R. ADRIANA CEDENO H. POR SU APOYO, CARINO Y COMPRENSION A LO LARGO DE MI CARRERA.
Mi MAS MERECIDO RECONOCIMIENTO AL Mi. c. CONSTANTINO GUTIERREZ PALACIOS POR SU ACERTADA DIRECCION.
A TODOS MIS MAESTROS Y AMIGOS.
CONTENIDO
LISTA DE TABLAS
LISTA DE FIGURAS
INTRODUCCION
OBJETIVO
1. ANTECEDENTES
1.1. Legisiacién y objetivos del tratamiento del agua residual.
1.2 Composicién de los caudales de aguas residuales.
1.3. Caracteristicas fisicas, quimicas y biolégicas de aguas residuales.
1.4 Organismos capaces de infectar al ser humano.
1.4.1 Infecciones bacterianas.
1.4.2 Infecciones por protozoarios.
1.4.3 Infecciones por helmintos.
1.4.4 Infecciones por virus.
1.5 Tratamiento para el agua residual.
1.5.1 Pretratamiento de aguas residuales.
1.5.2 Tratamiento primario de las aguas residuales.
1.5.3 Tratamiento secundario convencional.
1.5.4 Tratamiento avanzado/recuperacion del agua residual.
1.5.5 Manejo de lodos.
1.6 Reuso.
LA FILTRAGION EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
2.1 Conceptos basicos de filtracidn.
2.1.1 Filtraciédn a gravedad.
2.1.2 Filtracién a presi6én.
2.2. Descripcién de la operacién de filtracién.
2.3 Clasificacién de sistemas de filtracién.
2.4 ~— Filtracién rapida y filtracién lenta.
2.4.1 Filtracién a profundidad.
2.5 Variables del proceso de filtracién.
2.6 Variables que afectan las condiciones de la filtracidn.
2.7 Mecanismos de filtracion.
Filtraci6n de aguas residuales.
inconvenientes de ia filtracion. No NM
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35
35
3. MEDIOS FILTRANTES Y FALSO FONDO
3.1. Tipos de medios filtrantes.
3.2 Caracterfsticas.
3.3 Eficiencias.
3.4 Tipos de fondos.
3.5 Caracteristicas.
4. EJEMPLO DE ANALISIS GRANULOMETRICO EN LABORATORIO
4.4 Proceso.
4.2 Desarrollo.
4.3 Resultados.
5. EJEMPLO DE ANALISIS HIDRAULICO DE FILTROS EN LABORATORIO
5.1. Planteamiento del problema.
5.2 Datos de disefo.
5.3 Consideracién del disefio.
5.4 Desarrollo.
6. ASPECTOS CONSTRUCTIVOS DEL FILTRO
6.1 Seleccién de materiales.
6.2 Conceptos principales de obra.
6.3 Detalles constructivos.
6.4 Secuencia de la obra.
?. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
BIBLIOGRAFIA Y REFERENCIAS
ANEXO A ESQUEMA DE OPERACION (FILTRO A PRESION ALTA TASA)
ANEXC B BITACORA DE FILTRO ARENA T.E. 1.2
39 42 45 51 57
63 67 76
88 94 95 96
104
109
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161
Lista de tablas
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
10
10.1
11
12
12.1
12.2
12.3
12.4
12.5
12.6
12.7
12.8
Utilizacion del agua de acuerdo a la Ley de Aguas
Nacionales
Limites maximos permisibles para contaminantes
basicos (NOM 001-ECOL-1996)
Limites maximos permisibles para contaminantes
basicos (NOM 001-ECOL-1996)
Propiedades fisicas y constituyentes quimicos y
biolégicos
Operaciones y procesos unitarios y sistemas de
tratamiento utilizados para eliminar la mayoria de los
contaminanies
Caracteristicas fisicas de los filtros granulares
comunmenie utilizados
Caracteristicas operacionales de los filtros granulares
comunmenie utilizados
Clasificacién de los filtros a profundidad
Variables del proceso de filtracién y mecanismos de
eliminacion de particulas
Mecanismos de remocién
Problemas y medidas de mitigacién en la filtracién del
agua residual
Empaques utilizados en filtraci6n
Datos tipicos de filtros de medios dobles y multiple
Eleccion de arena para filtros de arena
Datos tipicos para el proyecto de filtros de medio unico
Datos tipicos para el proyecto de filtros de medio doble
y multiple
Caracteristicas de medios mUltiples en funcién de los
floculos
Criterios para el disefio en los sistemas de drenaje que
usan tubos perforados, grava 0 piedra
Soporte para falsos fondos tipo Wheeler
Uso de capas para soporte de material granular de alta
densidad
Uso de capas para soporte de material arcilla
Pagina
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A
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Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabia
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
12.9
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30
314
Uso de capas para soporte de material grava
Serie de mailas E.U.A. (US)
Analisis granulométrico
Tipos de tratamiento
Caracteristicas de un Tratamiento Primario Avanzado
filtrado
Valores registrados de huevos de Helmintos Direccién
General de Construccién y Operacién Hidraulica
(DGCOH) de Ia ciudad de México, D.F.
Valores registrados de huevos de Helmintos por
Instituto Mexicano de Tecnologia del Agua (MTA)
Determinacion de la curva granulométrica
Caracteristicas consiructivas del filtro de arena
Condiciones de operacién del filtro de arena
Parametros empleados para el monitoreo
Resumen del comportamiento del filtro
Valores registrados de Helmintos
Registro de Heimintos por fecha
Contenido recomendado de finos para el concreto
Contenido minimo de cemento
Varios tipos de construccidn de cajas de filtro
Criterios para el dimensionamiento de los sistemas de
drenaje
Posici6n de las valvulas para el disefio de un filtro
circular
Variaci6n estimada de costos de materiales en
USS/INE/H
60
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69
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71
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Lista de figuras
Pagina
Figura 4 Filtro a presién 19
Figura 2 Proceso de Filtracion en filtro a presion 19
Figura 3 Diferentes mecanismos que producen transporte de las 30
particulas hasta los granos de un medio filtrante
Figura 4 Remocién por cribado 31
Figura 5 Eliminacién por sedimentaci6n de particulas 32
Figura 6 Eliminacién de particulas por intercepcién 33
Figura 7 Eliminacién de particulas por impacto inercial 33
Figura 8 Eliminacién de particulas por fuerzas de Van Der Waals 34
Figura 9 Tipos de lechos filtrantes 40
Figura 9.1 Pisos de los filtros 53
Figura 9.2 Sistema de drenajes 55
Figura 10 Sistema de drenaje y soporte de capas de grava 56
Figura 10.1 Falso fondo tipo Wheeler 57
Figura 10.2 Faliso fondo tino Wheeler 58
Figura 10.3. Falso fonde tipo Leopold 59
Figura 10.4 Falso fondo con boquillas 61
Figura 10.5 Falso fondo tipo Manifolds 61
Figura 11a) Lavador de arena 67
Figura 41b) Separador de arena 67
Figura 12 Configuraciones basicas dei tratamiento 68
Figura 13 Curva granulométrica 73
Figura 14 Velocidad de filtrado vs Duracion de carrera 78
Figura 15 Pérdida de carga (10 m/h) 79
Figura 16 Pérdida de carga (12 m/h) 79
Figura 17 Pérdida de carga (15 m/h) 80
Figura 18 Sdlidos suspendidos 81
Figura 19 Remocién de sélidos suspendidos totales 82
Figura 20 S6lidos suspendidos totales atrapados por m* de arena 82
Figura 21 Turbiedad 83
Figura 22 Remocién de turbiedad 83
Figura. 23 Remoci6n de color 84
Figura 24 Valores promedio de carga organica total 84
Figura 25 Remocién de valores promedio de carga organica 85
soluble
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
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38 a)
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A 42 43 44 45 46 47 48
49 50 51 52
53 54
55
Huevos de Helmintos por fechas
Comportamiento promedio de Huevos de Helmintos
Carga hidraulica, por presién y posicion para un flujo
Determinacién de la velocidad de filtracion
Equivalenie mecanicos de una Caja de filtro
Diversos revestimientos para filtros con paredes en
talud
Diagrama de presiones en una pared de Ia caja del
filtro
Colado de cimentacién para filtros de paredes
verticales
Estructura de entrada
Estructuras de salida
Sistema de drenajes
Diagrama de flujo de una instalacion tipica de filtracién
lenta en arena
Valvula de compuerta
Compuerta de vertedero
Vaivula de mariposa
Perfil hidraulico en una planta de filtracién fenta en
arena
Filtro de taludes protegidos
Filtro de ferrocemento
Filtro de mamposteria
Filtro de concreto armado
Cimbrado de piso para un filtro
Encofrado de muros para un filtro
Encofrado de cubierta para un filtro
Filtro circular de concreto armado en construccion
Caja de filtro terminada Tamil Nadu, India
Unidad piloto de filtraci6n lenta en arena Nagpur, India
Unidad piloto de filtracién lenta en arena Owabi, Ghana
Filtros rectangulares de concreto Karachuongo
Occidental, Kenya
Filtros de taludes protegidos Kranuan, Tailandia
Construccién de un tanque de agua de ferrocemento
Tanque de agua terminado Lombok, indonesia
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INTRODUCCION
E! desperdicio del agua potable, sobre todo en los paises subdesarrollados, es
extremo, los habitantes faltos de educacién, ademas de una mala cultura con respecto al cuidado del agua, han desperdiciado, importantes volimenes del
liquide vital, cuya demanda es dfa con dia mayor.
Ante la evidente falta de agua, es importante su reutilizacion.
En nuestro pais ta Ley de Aguas Nacionales, establece la utilizacién del agua,
en el orden que a continuacién se muestra:
Tabla 1 Utilizaci6n del agua (Fuente: Ley de Aguas Nacionales)
1) Abastecimiento de agua potable
2) Riego
3) Generacion de energia
4) Navegacién
)
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Recreacién R
6) Usos multiples
El agua residual sin tratar, se ha venido utilizando para el riego de cultivos, por
un lado se aprovecha los nutrientes que la componen y, por e! otro se ahorra
un gran volumen de agua potable. A pesar de ello, esta agua deberfa contar
con las caracteristicas que exigen las Normas Oficiales Mexicanas, para cuidar
la integridad fisica de los individuos, evitar enfermedades y epidemias.
Dependiendo de la procedencia del agua y del proceso de transporte y
almacenamiento de ésta, antes de ser utilizada, podemos tener una idea
aproximada de la naturaleza de los elementos en suspensi6n, y en funcién de
éstos, elegir el tipo de tratamiento que se le puede proporcionar.
La filtracién es una operacién unitaria que separa los sélidos suspendidos y la
materia coloidal de la fase liquida por medio de material poroso. Por la
remocidn de contaminantes que proporciona y el valor comercial de un filtro,
ademas de no necesitar grandes extensiones de terreno, como lo son las
lagunas de oxidacién, es una buena opcidén para ser empleados en pafses con
bajo poder econémico, permitiendo a las industrias tener un tratamiento del
agua cruda antes de ser vertida a los cuerpos receptores, y de esta manera
mantenerlos en condiciones dOptimas para ef desarrollo de flora y fauna
acuatica. Por otro lado, la filtracién puede utilizarse para la remocién de
contaminantes y coadyuvar a que se cumpla con la normatividad en materia de
calidad del agua de cada pais. En el caso de México se dispone de la “Norma
Oficial Mexicana NOM-001-ECOL-1996”, que establece los limites maximos
permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y
bienes nacionales, en ella se indican los limites permisibles de contaminantes
basicos, metales pesados y cianuros, por patégenos y por pardsitos para poder
ser vertidas a los Cuerpos receptores, pero ademas puede ser utilizada para el
riego de cultivos agricolas. Habiendo cumplido con la norma oficial mexicana,
se garantiza ta remocién de contaminantes, procurando mantener ios
nutrientes en el agua, ya que estos ayudan a un mejor desarrollo de los
cultivos agricolas.
EL OBJETIVO del presente trabajo, es el de analizar desde un punto de vista
técnico-funcional, la utilizacién de la filtraci6n para el tratamiento de aguas
residuales, especificamente la filtraci6n con medio filtrante granular, como una
opcién que permita en general a todos los paises, pero principalmente a los de
orden tercermundista, obtener beneficios en una gran parte de su sector
agricola e industrial, ésto debido al bajo costo del filtro, que en comparacion
con otros métodos de tratamiento, es significativamente mas econémico.
Se pretende que este trabajo llegue a servir como un documento de apoyo
didactico a los estudiosos del tema, ya que contiene recopilacié6n de bases
tedricas y normatividad en calidad de agua, que rigen al tratamiento, para tener
puntos de comparaci6n y poder determinar los porcentajes de remocién de los
contaminantes habidos en el agua residual para cumplir con las normas
respectivas en materia de calidad del agua, ademas de incluir tres capftulos en
donde se refleja a grandes rasgos la manera en la que se inicia el proyecto y
construcci6n de un filtro de medio filtrante granular.
En el capitulo 1 Se manifiesta la necesidad y la importancia que a nivel mundial
se le esta dando al reuso del agua, debido a la escasez de ésta para uso
urbano y la cada vez mayor dependencia del riego para la producci6n agricola
en zonas de rapido crecimiento demogrdfico, sin embargo para poder
reutilizarla es necesario que la calidad del agua tratada cumpla con las
legislaciones de cada pais, esto con el fin de evitar enfermedades o epidemias
provocadas por los contaminantes que contiene el agua, por esta razén, en el
capitulo, se incluye la normatividad, que a la fecha, rige la calidad del agua
tratada en nuestro pais ya que es conveniente mencionar que en algunos
paises como Japén, los paradmetros de algunos contaminantes son mas
rigurosos que en el nuestro, como son patégenos y pardsitos. Ademas se
incluye los niveles de tratamiento para el agua residual y la importancia del
reuso del agua.
Capitulo 2 En el se plasman los conceptos basicos de la filtracién por material granular, la descripcién de la operacién de filtraci6n que consiste en hacer pasar una mezcla sdlido-liquido a través de un medio poroso (filtro) que retiene los sdlidos y deja pasar los ifquidos. El capitulo contiene una clasificacidn de sistemas de filtraci6n de acuerdo a: 1.- tipo de funcionamiento, 2.- tipo de medio filtrante empleado 3.- sentido de flujo durante la fase de filtracién, 4.- procedimiento de lavado a contracorriente y 5.- método de control de flujo. Las variables que afectan las condiciones de filtraci6n como lo son: caracteristicas del agua por filtrar, espesor del medio filtrante, velocidad de filtraci6n, que determinaran las condiciones de operacidn en el filtro en cuanto a la duracién de Ias corridas. Los
mecanismos de fa filtracidén (cribado, sedimentaci6n, impacto inercial e intercepcidn), o también conocido como mecanismos de remocién que producen transporte de las particulas hasta los granos de un medio filtrante.
En el capitulo 3 se mencionan los tipos de medios filtrantes que comUnmente
utilizan los filtros, y aunque este trabajo se enfocd al material granular, se
hacen comentarios de algunos otros, como son los materiales sintéticos. Es
importante este tema, ya que el medio filtrante debe ser un material que posea
una elevada area superficial por unidad de volumen, que sea econdmico, duradere y que no se obstruya facilmente. El material mas aconsejable suele ser arena, grava o piedra triturada clasificada por tamafios uniformes.
La roca volcanica es sumamente adecuada para este fin. También se utilizan otros materiales tales como escoria, cenizas o antracita. Las piedras con diametros inferior a 2.5 cm no proporcionan suficiente espacio de poros entre las piedras que permitan la libre fluencia de! agua residua! y de los sdlidos arrastrados y daran, como resultado la obstruccién del medio y estancamiento del agua dentro del filtro 0 en la superficie, es por lo anterior, que es recomendable ei estudio de estas temas.
El presente capitulo incluye los materiales que mayormente son utilizados para
la constitucién de los filtros, ésto debido a su precio comercial y su facil
adquisici6n por cualquier persona interesada, los materiales filtrantes pueden
ser de arena natural de silice, carbén de antracita (duro) triturado, magnetita
(mineral) triturada y arenas de granate.
Otro tema de interés es el de tipos de falsos fondos, ya que son los pisos de los filtros que tienen como fin reemplazar a las redes de tubos y cumplir dos funciones: 1) sostener el lecho filtrante, posiblemente sin piedra ni grava, en las capas de transicion situadas bajo el lecho filtrante mismo, y 2) crear una sola guia de agua, en forma de caja que constituya el emisor del agua de lavado y el colector de agua filtrada.
Capitulo 4 Se desarrolla un ejemplo de andlisis granulométrico realizado para la
construccién de un filtro de material granular, en él se filtrara el efluente de aguas tratadas por un Tratamiento Primario Avanzado, la calidad del efluente filtrado sera utilizado para el riego de cultivos agricolas. Como ya sabemos para poder realizar el riego de cultivos, se debe cumplir con ia normatividad en materia de calidad del agua del pais y como se observara en el capitulo, el efluente del filtro cumple con la normatividad, por otro lado se incluyen las graficas que nos ilustran el comportamiento del filtro en tres diferentes velocidades de operaci6n, para determinar en cual de ellas result6 con una eficiencia de filtraci6n mayor.
Para el capitulo 5 Se propone un ejemplo de analisis hidraulico de filtros, ya que es importante verificar las relaciones entre las posibles velocidad de filtraci6n con el tiempo que durara la carrera, ésto con el fin de determinar la velocidad de filtracion de acuerdo a la frecuencia deseada de lavado o a la produccién necesaria de agua para reuso, sin olvidar que se debera cumplir con la normatividad en materia de calidad del agua segun su utilizaci6n.
En el desarrollo del capitulo se observara, que fa variacién de presién ocurre cuando el area de vacios de !os medios filtrantes son reducidos por la saturacién de particulas en suspensién (fléculos, coloides, bacterias virus) debido a los mecanismos de filtracién, ver subcapitulo 2.7.
El ejemplo que compone el capitulo, pretence ilustrar la forma en la que se debe obtener las pérdidas de carga hidraulica, por el filtro mismo y sus accesorios de instalacién, para poder determinar las condiciones oéptimas de operacidn del filtro.
En el capitulo 6 Se pretende en forma general, estudiar los aspectos
consiructivos de un filtro con medio filtrante granular, desde la seleccidn de los materiales, los principales detalles constructivos y una secuencia en general de obra.
La intencién de este capitulo, esta dirigida mas a explicar e ilustrar métodos de construccién ya que el disefo detallado del filtro depende en gran medida de las circunstancias locales, no siendo posible hablar de un disefo estandar. Para
mayor claridad, se presentara cuatro disefos tipicos usados para una planta de filtracién lenta en arena.
Capitulo 7 En base a los capitulos anteriores se realizan, en forma genérica, las conclusiones que se derivan del estudio del presente trabajo.
1. ANTECEDENTES
La escasez de agua para uso urbano y la cada vez mayor dependencia de! riego
para la produccién agricola en zonas de rapido crecimiento demografico, han
contribuido a que a nivel internacional aumente el interés en el reuso del agua.
La discusién sobre el uso del agua residual tiene aspectos sociales,
econdmicos, politicos y ambientaies de gran relevancia. Algunos de sus
beneficios son: permite que se obtengan grandes cosechas en extensiones
considerables de tierras semidridas e improductivas; sus cualidades de
fertilizante agricola hacen posible altos rendimientos por unidad de superficie
cultivable; genera empleo en 4reas de alta migracidn como son las zonas
rurales dridas, y su aplicaciédn planeada en tierras agricolas evita que se
realicen descargas de drenajes en los cuerpos de agua superficial, con lo que
se reduce la contaminacidn de este vital recurso. Sin embargo, también existen
riesgos para la salud publica y deterioro en la calidad del ambiente, que
requieren de una evaluacién permanente; esto debe contribuir a que el agua
residual se utilice de manera racional y segura en la produccién agricola.
(Landa, H. 1996)
El] dimensionamiento de las superficies filtrantes viene definido por tres
paraémetros:
intensidad de filtrado
Caudal
Velocidad
La intensidad del filtrado esta determinada por el tipo de emisor.
El segundo parametro esta en funcién del volumen de agua demandado por fa
instalacion.
La velocidad del agua a través de los filtros influye directamente tanto en las
pérdidas de carga, como en la frecuencia de limpieza de los mismos.
Como norma general, cualquier tipo de filtrado debe contar con un material
resistente a la oxidacién, a los distintos productos qufmicos que irdn disueltos
en el agua y a las presiones de trabajo, unas pérdidas de carga minimas,
limpieza facil y facilmente automatizable. (Metcalf & Eddy. 1996)
1.4 Legisiacién y objetivos del tratamiento del aqua residual
Los métodos de tratamiento de las aguas residuales empezaron a desarrollarse ante la necesidad de velar por ia salud publica y evitar las condiciones adversas
provocadas por la descarga del agua residual al medio ambiente, con el progresivo crecimiento de las ciudades, se puso de manifiesto la importancia de la limitada disponibilidad de terreno para el! tratamiento y evacuacién de las aguas residuales por irrigaci6n y filtracién intermitenie, métodos bastante comunes a principios del siglo. El propdsito del tratamiento era acelerar la accién de las fuerzas de la naturaleza, bajo condiciones controladas, en instalaciones de
tratamiento de tamafio comparativamente menor. (Landa, H. 1996)
Desde el inicio de los setenta hasta 1980, aproximadamente, los objetivos del tratamiento de las aguas residuales estaban mas relacionados con criterios estéticos y medioambientales. Los objetivos en la reduccién de la Demanda Bioquimica de Oxigeno (DBO), los sdlidos en suspensién y los organismos patégenos se mantuvieron, en un nivel mayor. También se empezo a considerar la conveniencia de eliminar nutrientes como el nitrégeno o el fosforo, especialmente en el caso de cursos de agua interiores y lagos. A partir de 1980, como consecuencia de los avances cientificos y de la mayor informacién de base, el tratamiento de las aguas residuales ha empezado a centrarse en los problemas de salud relacionados con la descarga al medio ambiente de productos quimicos tdxicos o potencialmente téxicos. Se han mantenido los objetivos relacionados con
la mejora de la calidad del agua planteados en los afios setenta, pero se esia poniendo mayor énfasis en la determinacién y eliminacién de las sustancias toxicas y compuestos de traza que pueden ser responsables de problemas sanitarios a largo plazo. Como consecuencia de ello, aunque se mantienen vigentes los objetivos primitivos, se ha incrementado notablemente el nivel! de
exigencia y se han afadido nuevas metas y objetivos. Los objetivos en el tratamiento de las aguas residuales deben ir intimamente ligados a los objetivos de las autoridades federales, estatales y regionales en materia de mejora y conservacién de la calidad del agua. (Metcalf & Eddy. 1996)
En materia de calidad del agua las normas vigentes a partir de 1996 son Jas
siguientes:
Norma Oficial Mexicana NOM-001-ECOL-1996, que establece los limites
maximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales
en aguas y bienes nacionales.
Norma Oficial Mexicana NOM-002-ECOL-1996, que estabiece ios iimites
maximos permisibles de contaminantes en jas descargas de aguas residuales a
los sistemas de alcantarillado.
Las concentraciones de contaminantes bdsicos, metales pesados y cianuros
para las descargas de aguas residuales vertidas a suelo (uso en riego agricola)
no debe exceder el valor indicado como limite maximo permisible en las tablas
2 y 3. El rango permisible del potencial hidrégeno (pH) es de 5 a 10 unidades.
Para determinar la contaminacién por patégenos se tomara como indicador a
los coliformes fecales. El limite maximo permisible para las descargas de aguas
residuales vertidas a aguas y bienes nacionales, asi como jas descargas
vertidas a suelo (uso agricola) es de 1000 y 2000 como numero mas probable
(NMP) de coliformes fecales por cada 100 mi para el promedio mensual y
diario, respectivamente.
Para determinar la contaminacién por pardsitos se tomara como indicador los
huevos de helminto. El Ifmite maximo permisible para las descargas vertidas a
suelo (uso en riego agricola), es de cinco huevos de helmintos por litro para
riego restringido, y de un huevo para riego no restringido.
Tabla 2 Limites maximos permisibles para contaminantes badsicos (Fuente:
NOM 001, 199
ey EMBALSES NATURA SUELO
RIOS ARTIFICIALES
Uso en riego agricola (A} Uso en riego agricola {A) Uso en riego agricola {A}
Poi P.M P.M
0.2 0.1 0.2
O.2 Q.1 0.05
2.0 1.0 2.9
AD 4.0 4
i 0.5 0.5
0.01 0.005 0.005
2 2 2
0.5 0.2 5
(1) Instantaneo
(2) Muestra Simple Promedio Ponderado
Tabla 3 Limites maximos permisibles para contaminantes basicos (Fuente NOM
601. 1996)
So MARQUIS SER MISIBLES PARACCONTAMINANT EMBALSES NATURALES Y SUELO
ARTIFICIALES
RIOS
Uso en riego agricola (A) Uso en tiego agricola (A) Uso en riego agricola (A)
EARS. 10
{*} Medidos de manera total
P.D.= Promedio Diario P.M.= Promedio Mensual N.A.= No es
aplicable
(A) Tipo de cuerpo receptor segtin la Ley Federal de Derechos
4.2 Composicién de los caudales de Aguas Residuales
La composicién de los caudaies de aguas residuales de una comunidad
depende del tipo de sistema de recolecciédn que se emplee, y puede incluir los
siguientes componentes:
1.- Agua residual doméstica (0 sanitaria). Procedente de zonas
residenciales o instalaciones comerciales, publicas y similares.
2.- Agua residual industrial. Agua residual en ia cual predominan vertidos
industriales.
3.- Infiltracidn y aportaciones incontroladas. Agua que entra tanto de
manera directa como indirecta en la red de alcantarillado. La infiltracién
hace referencia al agua que penetra en el sistema a través de juntas
defectuosas, fracturas y grietas, 0 paredes porosas. Las aportaciones
incontroladas corresponden a aguas pluviales que se descargan a la red
por medio de alcantarillas pluviaies, drenes de cimentaciones, bajantes
de edificios y tapas de pozos de registro.
4.- Aguas pluviales. Agua resultante del escurrimiento superficial.
Para la evacuaci6n de las aguas residuales y pluviales se emplean tres tipos de
redes de alcantarillado: redes sanitarias, pluviales y unitarias. En los casos en
los que se recoge por separado las aguas residuales (red sanitaria) y las
pluviaies (red de pluviales), los caudales de aguas residuales estan compuestos
por: (1) agua residual doméstica, (2) agua residual industrial y (3) infiltracién y
aportaciones incontroladas. En los casos, en los que se emplea una unica red
de alcantarillado (red unitaria}, debemos afadir las aguas pluviales a estos tres componentes. En ambos casos, los porcentajes atribuibles a cada uno de los
componentes dependen de las caracteristicas particuiares de la zona y de la
época del afo. En Jas zonas dotadas de red de alcantarillado, la determinacién
de los caudales se lleva a cabo, normalmente, a partir de series histéricas 0 de
datos obtenidos en aforos por medicién directa. Para las redes de nueva
construcci6n, los caudales correspondientes se obtienen de! andlisis de jos
datos de poblaciédn y las dotaciones de agua previstas, asf como a partir de
estimaciones de los caudales de agua residual per capita en poblaciones de
caracteristicas similares. (Metcalf & Eddy. 1996)
1.3 Caracteristicas fisicas, auimicas y biclégicas de Aguas
Residuales
Se describen brevemente los constituyentes fisicos, quimicos y biolégicos de las aguas residuales, los contaminantes importantes de cara al tratamiento de las aguas.
Las aguas residuales se caracterizan por su composicion fisica, quimica y biolégica. La tabla 4 muestra las principales propiedades fisicas del agua residual asi como sus principales constituyentes quimicos y biolégicos, y su procedencia. Es conveniente observar que muchos de los parametros que aparecen en la tabla estan relacionados enire ellos. Por ejemplo, una propiedad fisica como la temperatura afecta tanto a la actividad bioldgica como a la cantidad de gases disueltos en el agua residual.
Tabla 4 Propiedades fisicas y constituyentes quimicos y bioldgicos (Fuente:
Metcalf & Eddy. 1996)
Procedencias
Aguas residuales domésticas e industriales,
degradacion natural de materia organica
Agua residual en descomposicién, residuos ustriales
Agua de suminisiro, aguas residuales domésticas ¢ industriales, erosién def suelo,
miltracién y conexiones incontroladas
# Aguas residuales domésticas e industriales
Aguas residuales domésticas, industriaies y comerciales
Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales Residuos agricolas Vertidos industriales Aguas residuales domésticas, industriales y
Aguas residuaies domésiicas, industriales y comerciales Aguas residuaies domésticas, industriales y comerciales
Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales Degradacién natural de materia organica
Aguas fesiduales domésticas, agua de suminisiro infiltraci6n de agua subterranea Aguas residuales domésticas, aqua de suministro, infiltracidn de agua subterranea Vertidos industriales Residuos agricolas y aguas residuales domésticas Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales Aguas residuaies domésticas, industriales y comerciales; aguas de escorrentia Aguas residuaies domésticas, industriales y
Agua de suminisiro; aguas residuales domésticas, comerciales e industriales
Descomposicion de residuos domésticos
Descomposici6n de residuos domésticos
Agua de suministro; infiltraci6n de agua
superficial
Cursos de agua y plantas de tratamiento
Cursos de agua y plantas de tratamiento
Aguas residuales domésticas, infilfracion de agua superficial, plantas de tratamiento
Aguas residuales domésticas, infiltracién de agua superficial, plantas de tratamiento
Aguas residuales domésticas
1.4 Organismos capaces de infectar al ser humano
En América Latina, el uso indiscriminado en ja agricultura de aguas residuales sin tratamiento previo abarca mas de 500,000 hectareas; los vegetales de consumo crudo, cultivados con esia practica, constituyen un importante factor de riesgo en
la transmisién de enfermedades entéricas. Cuando las aguas residuales de tipo doméstico son lanzadas a los rios 0 cuerpos de agua sin ningun tratamiento o desinfeccién suelen contaminarlos con altas concentraciones de bacterias, virus y
parasitos, creandose un grave problema de salud publica. Entre las principates enfermedades que se propagan por este mal manejo de las aguas residuales
estan las diarreas (bacterianas y viricas), la tifoidea y la paratifoidea, el cdlera, la hepatitis infecciosa, la amibiasis, giardiasis, etc. Como es muy dificil detectar y cuantificar a todos los patdgenos causantes de estas enfermedades, los ingenieros sanitarios y muchas autoridades de salud publica utilizan como
organismo indicador de la contaminaci6én por patégenos a los coliformes fecales (NMP CF/100 ml). (Jiménez. 1995)
La mayoria de las industrias producen descargas de desechos lfquidos que tienen demandas bioquimicas de oxigeno (DBO) muy altas, pero concentraciones de coliformes fecales menores que las de las aguas residuales domésticas, pudiéndose decir que los desechos industriales constituyen un gran problema ecoldgico y los desechos domésticos un gran problema de salud publica, aunque ambos contribuyan en el deterioro general de la calidad del agua.
Uno de los problemas mas serios que se presentan, es la falta de fuentes de agua adecuadas para e] consumo humano. El agua de mejor calidad debe destinarse siempre al consumo humano, siguiendo en importancia Ja destinada al! riego de cultivos para consumo humano. Cuando las mejores aguas disponibles no cumplen con las normas de agua potable, se hace necesario tratarlas y desinfectarlas, quedando la salud de las personas en manos de la institucién y del personal responsable del tratamiento. Aqui entra en juego el factor humano, por esta razdn las autoridades de salud deben preocuparse por ta proteccién continua del recurso agua. Si las aguas de riego estan muy contaminadas, la salud
dependera de! buen manejo agricola, del buen mercadeo, y del buen manipuieo de fos alimentos, lo cual es muy dificil que se haga bien en paises con higiene precaria. Lo anterior hace necesario seguir una politica continua de mejoramiento de la calidad del agua para riego.
En el agua existen cinco clases de organismos capaces de infectar al ser humano: bacterias, protozoarios, helmintos, virus y hongos. Aigunos de ésios completan su ciclo de vida al pasar a través de un portador acuatico intermedio. Otros son simplemente transporiados por el agua de un hombre a otro hombre, con gran riesgo para ellos mismos. Como ejemplo de portadores acuaticos pueden mencionarse ciertas especies de moluscos que evacuan las larvas productoras de
la esquistosomiasis, y un minUsculo crustaceo que hospeda al agente infectante de la dracontiasis. Como ejemplo de organismos que diseminan enfermedades a
través del agua como componente en la via fecal-oral, estan las bacterias del
célera y de Ia fiebre tifoidea; durante el siglo XIX los primeros sistemas de aguas y aguas residuales transportaban y diseminaban estas bacterias. Debido a su distribuci6n geografica, la esquistosomiasis y la dracontiasis reciben el nombre de enfermedades tropicales y aunque en el agua se encuentra hongos parasitarios,
parece que no infectan al hombre a través de ella. (Fair. 1979)
Las infecciones provocadas por los distintos agentes, los agrupa como sigue (Fair. 1979)
41.4.1 infecciones bacterlanas
Segtin Fair las principales enfermedades hidricas de la zona térrida, la fiebre tifoidea y el cdlera, son dos infecciones muy caracteristicas que cobraron su
temible tributo de enfermedad y muerte en las ciudades que surgieron de la revolucién industrial. La paratifoidea (salmonelosis) y la disenteria bacilar (shigelosis) son grupos de enfermedades hidricas mucho menos devastadoras en sus efectos que la tifoidea y el célera; la tularemia y la diarrea hemorragica, son enfermedades hidricas sdlo en e! sentido adventicio.
4.4.2 Infecciones por protozoarios
La incidencia de disenteria amibiana (amibiasis), son de escasa magnitud; entre las razones probables se encuentran:
41.- El numero relativamente pequefho de quistes excretados por los portadores.
2.- El peso y tamafio relativamente grandes de los quistes, que contribuyen a su eliminacién natural de las aguas por sedimentacisn y filtracién. En general, los brotes de origen hidrico se asocian con la invasién de contaminantes, en forma relativamente masiva a los sistemas de distribucién, por flujo a contra corriente desde los sistemas domésticos de drenaje y por conexiones cruzadas con suministros inseguros de agua. En estas condiciones, una voluminosa masa de excremento, imposible cde desinfectar por los medios ordinarios, llega hasta los consumidores cercanos, y los infecta. Las concentraciones de cloro residual que se encuentran normalmente dentro de los sistemas de disiribucion, pocas veces
resultan lo suficientemente altas para destruir contaminanies de tal magnitud.
1.4.3 infecciones por heimintos
Los huevos y larvas de las tombrices intestinales pueden llegar a las corrientes acuaticas desde portadores humanos o animales, ya sea en forma directa o por deslaves del suelo. Estos huevos y larvas son, relativarnenieé pocos y son organismos bastante grandes. Debido a esto, las infecciones causadas por fombrices son esporadicas; ocurre en ocasiones muy insalubres o por deficiencias en los sistemas de remocién de aguas negras.
La irrigacidn de las cosechas que se consumen crudas puede transmitir cualquiera de las lombrices intestinales comunes, la irrigacion de los pastizales puede infectar al ganado, y a través de éste, al hombre. Es un caso diferente la infeccién por ja forma larvaria (carcarias) de las duelas sanguineas (esquisctomas) y por el gusano de Guinea (Dracunculus).
En la proliferacién de la esquistosomiasis, la infeccién del hombre no ocurre en el agua misma, sino que las larvas desprendidas de los moluscos que las hospedan son forzadas a penetrar en la piel por la coniracci6n de las gotas de agua, cuando los bafiistas, o vadeantes salen de las aguas infeciadas.
1.4.4 infecciones por virus
Se conocen miembros de media docena de grupos de virus, los cuales forman mas de 100 diferentes que son excretados en las heces de personas infeciadas. El aislamiento de estos organismos entéricos, es comun durante los meses del verano cuando las corrientes tienen un nivel bajo normal. Sélo de los seis grupos los grupos Echo y Reo, producen sintomas entéricos en el hombre; en cambio, no los producen los grupos de la polio, Coxsackie A y B, y adeno, ni el virus de la hepatitis. Las manifestaciones mas comunes son: irritaciones en la piel, molestias respiratorias e inflamacién de los érganos del cuerpo (ojos, cerebro, médula espinal, pulmones, corazén e higado por ejemplo).
El tamano dei virus de ja poliomielitis tiene sdlo 25 mu de diametro, o sea 1/40 del tamafic de la mayoria de las bacterias, esto facilita su transporte por el agua.
1.5 Tratamiento para el agua residual
Los procesos y operaciones unitarias se combinan y complementan para dar lugar a diversos niveles de tratamiento de las aguas. Historicamente, los términos pretratamiento y/o primario se referian a las operaciones fisicas unitarias; el término secundario se referia a los procesos quimicos o bioldgicos unitarios, y se conocia con el nombre de tratamiento terciario o avanzado, a las combinaciones de los tres. No obstante, estos términos son arbitrarios y, en muchos casos,
carecen de valor alguno. Un enfoque mas racionaij consiste, en primera instancia,
en establecer el nivel de eliminaciédn de contaminantes, (tratamiento necesario) antes de reutilizar o verter las aguas residuales al medio ambiente. Basandose en
consideraciones fundamentales, es posible agrupar las diferentes operaciones y procesos unitarios necesarios para alcanzar el nivel de tratamiento adecuado.
En la tabla 5 aparecen los contaminantes mas importantes de las aguas residuales, junto con las operaciones y procesos unitarios que se pueden emplear
para eliminarlos.
Tabla 5 Operaciones y procesos unitarios y sistemas de tratamiento utilizados para eliminar la mayoria de los contaminantes presentes en el aqua residual (Fuente: Metcalf & Eddy. 1996)
a Operacién unitaria, proceso unitario o sistema de tratamiento
Desbaste y dilaceraci6n
Desarenado Sedimentacién Filtracién Flotacion Adicién de polimeros Coagulacién/sedimentacioén Sistemas naturales (tratamiento por evacuacién al terreno)
Variantes de fangos activados
Pelicula fija: filtros percoladores Pelicuta fija: biodiscas (RCB) Variantes del lagunaje
Filtracién intermitente en arena Sistemas fisicos-quimicos
Sistemas naturales
Arrasire por aire Tratamiento de gases
Adsorcién en carbon
10
Sistemas naturales
Variantes de sistemas de cultivo en suspensién con
nitrificaci6n y desnitrificacién Variantes de sistemas de pelicula fija con nitrificaci6n y desnitrificacion Arrastre de amoniaco Intercambio iénico
Cloracién al break point Sistemas naturales
Adicién de sales metalicas Coagulaci6n y sedimentacién con cal
Eliminacién bioldgica del fosforo Eliminacién bioldgica-quimica del fasforo Sistemas naturales
Eliminacién biolégica de nutrientes
Adsorci6n en carbén
Ozonacién terciaria Sistemas naturales
Precipitacién quimica Intercambio iénico Sistemas de tratamiento por evacuacién al terreno
Intercambio idnico Osmosis inversa Electrodidlisis
1.5.1 Pretratamiento de aguas residuaies
El pretratamiento de las aguas residuales se define como el proceso de
eliminacién de los constituyentes de las aguas residuales cuya presencia pueda provocar problemas de mantenimiento y funcionamiento de tos diferentes procesos, operaciones y sistemas auxiliares. Como ejemplos de pretratamienios podemos citar el desbaste y dilaceracién para la eliminacién de sdélidos gruesos y trapos, la flotacién para Ja eliminacién de grasas y aceites y el desarenado para la eliminacién de la materia en suspensién gruesa que pueda causar obstrucciones en los equipos y un desgaste excesivo de los mismos.
11
1.5.2 Tratamiento primario de las aguas residuales
En el tratamiento primario se elimina una fraccién de los sdélidos en suspension y de la materia organica del agua residual. Esta eliminacién suele llevarse a cabo mediante operaciones fisicas tales como el tamizado y la sedimentaci6n. El efluente del tratamiento primario suele contener una cantidad considerable de materia organica y una DBO alta.
4.5.3 Tratamiento secundario convencional
EI tratamiento secundario de las aguas residuales esta principalmente encaminado a la eliminacién de los sdlidos en suspensién y de los compuestos organicos biodegradables, aunque a menudo se incluye la desinfecci6n como parte del tratamiento secundario. Se define el tratamiento secundario convencional como la combinacién de diferentes procesos normalmente empleados para la eliminacién de estos constituyentes, e incluye e! tratamiento biolégico con fangos activados, reactores de lecho fijo, los sistemas de lagunaje y la sedimentacion.
1.5.4 Tratamiento avanzado/recuperacion del aqua residual
Es el nivel de tratamiento necesario, mas alla del tratamiento secundario convencional, para la eliminacién de constituyentes de las aguas residuales que merecen especial atencién, como Jos nutrientes, los compuestos téxicos y los excesos de materia organica o de sdlidos en suspencién. Ademas de los procesos de eliminacion de nutrientes, otros procesos u operaciones unitarias habitualmente empleadas en los tratamientos avanzados son la coagulaci6n quimica, floculacién, y sedimentacién seguida de filtracién y carbono activado. Para la eliminacién de iones especificos y para la reduccién de sdlidos disueltos, se emplean métodos menos comunes, como e! intercambio idnico o ja ésmosis inversa. También se
emplea el tratamiento avanzado para diversas posibilidades de reutilizacidn de las aguas residuales para las cuales es preciso conseguir efluentes de alta calidad, como es e] caso del agua empleada para refrigeracion industrial o para la recarga de aguas subterraneas. (Metcalf & Eddy. 1996)
12
4.5.5 Manejo de icdos
La mayoria de los procesos de la tabla 5 estan concebidos para el tratamiento de la fraccién liquida del agua residual. No obstante, el tratamiento de los fangos obtenidos del agua residual tiene un papel de igual o mayor importancia. Es por ello que también es preciso conocer los meétodos, procesos y operaciones
unitarias que se emplean para tratar los fangos. (Metcalf & Eddy. 1996)
Los sdlides obtenidos del tratamiento de lodos, contienen una gran concentracién de mineral y puede usarse como acondicionador de suelos y fertilizantes sobre
suelo agricola. Otras formas de disponer los sdlidos son en relienos sanitarios o incinerarlos. Como este punto es muy extenso y escapa al tema en estudio, para mayor informacion revisar la bibliograffa propuesta.
1.6 Reuse
Les programas de Tratamiento y Uso de Aguas Residuales tienen que incrementar la cobertura de tratamiento de aguas residuales por medio de tecnologias apropiadas que permitan la remocién de organismos patégenos y no sdlo de materia organica. Las tecnologias propuestas, deberan ser compatibles con la realidad socioecondémica de los paises de la regién y con su capacidad tecnoldégica y de recursos humanos.
E] tratamiento integrado al uso sanitario de jas aguas residuales, no sdlo permite la reduccién de la contaminacién, sino también la obtencidn de otros beneficios,
como generacién de alimentos, empleo, ingresos, entornos ecolégicos en zonas periféricas de las ciudades, ademas de recuperar areas agricolas perdidas por el proceso de urbanizacion. (Fuente: Capella. 1996)
Los organismos responsables de la gestién del agua se han visto obligados a buscar nuevas fuentes de recursos hidricos como consecuencia dei continuo crecimiento de la poblacién, de la contaminacién tanto de las aguas superficiales como de las subterraneas, de la desigual distribucién de los recursos hidricos, y de las sequias periddicas. E! uso de aguas residuales tratadas con altos niveles de calidad que, actualmente, se vierten al medio ambiente tras su tratamiento en
plantas de tratamiento municipales, estan recibiendo una atencién creciente como fuente fiable de recursos hidricos. A pesar de que la reutilizacién de las aguas residuales constituye una opcidn viable, es necesario considerar otras alternativas como el ahorro de agua, el uso efectivo de los suministros existentes, y el desarrollo de nuevas fuentes de recursos.
La reutilizacién del agua residual se da, con la practica histérica de la evacuacién y aplicacién del agua residual al terreno. Con la llegada de las redes de alcantarillado en el siglo XIX, las aguas residuales domésticas fueron vertidas al
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terreno, constituyendo la denominada sewage farms, de las que en 1900 ya
existian numerosas en Europa. A pesar de que en principio, se utilizaban principalmente para la evacuacién de los vertidos, en ocasiones, se utilizaba el agua para la producci6n de cuitivos y otros usos beneficiosos. Mas reciente, como consecuencia de la necesidad de hacer frente a una mayor demanda, se han
desarrollado varios proyectos de recuperacién y reutilizaci6n de aguas residuales. (Meicaif & Eddy. 1996)
El uso de aguas residuales en la agricultura, constituye una de las herramientas mas valiosas que tienen los paises en vias de desarrollo para controlar la contaminacion y hacer frente al reto que constituye incremeniar ta produccién agricola con un recurso hidrico escaso. Las aguas residuales constituyen un problema sanitario, pero a su vez un recurso muy apreciado para el riego; de gran
valor econémico en areas desérticas o con estiajes prolongados. Los nutrientes presentes en las aguas residuales tienen valor como fertilizantes y aumentan el rendimiento de los cultivos. Los téxicos y microorganismos patégenos presentes en las aguas residuales pueden causar efectos nocivos a ja salud y/o a los cultivos, si no se utilizan el tratamiento y el manejo adecuados. Algunas substancias presentes en las aguas residuales pueden resultar perjudiciales a los suelos, a corto, mediano o largo plazo, si no se toman las medidas correctivas
apropiadas.
La aplicacién de aguas residuales, crudas o previamente tratadas, al suelo, campos de cultivo, constituye en si, un tratamiento adicional que mejora la calidad de las mismas.
Usos agricolas de las aguas residuales tratadas
Principales cultivos:
Silvicultura
Forrajes, hierbas, alfalfa, etc.
Maiz, trigo, cebada, caha de azucar, remolacha
Menta, algod6n, tabaco. @ @
@ 6
Sdlo con buen manejo y alto grado de tratamiento:
e Frutas ° Vegetales
En lo que respecta al reuso de] agua en el Vaile de México, parte del agua residual es tratada y reutilizada fundamentalmente para riego y contribuir asi en la recarga del acuifero, en parques recreativos como Chapultepec, San Juan de Aragén y
Xochimilco; y para usos indusiriales como en la Termoeléctrica del Valle de México. Para esio, funcionan 32 plantas de tratamiento a nivel secundario con
14
capacidad de 8.7 m*/s y que tratan un caudal medio de 4.8 m*/s (150 millones de metros cuibicos al afio). (Fuente: Capella A.1996)
Ademas de esios reusos, el agua del drenaje del Valle de México se utiliza fundamentalmente en el riego de cultivos en las zonas de Chiconautla y Zumpango dentro del Valle del Mezquital y, la mayor parte, en Ja zona de Tula a la
salida del Valle. En total se riegan en promedio 90,000 hectareas con las aguas del drenaje del Valle de México. (Fuente: Capella. 1996)
15
2. LA FILTRACION EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
La finalidad de la filtracion, es producir un efluente que satisfaga convenientemente Jos criterios esiablecidos por normatividad, al minimo costo posible.
La filtraci6n se usa para preparar el agua residual para procesos de tratamiento posieriores o para su utilizaci6n directa como agua con un grado de clarificacién
muy elevado. Puede aplicarse directamente ai efiuente de planta de un tratamiento bialdgico, o a continuacién del proceso coagulacién—sedimentacién, segun el
grado de clarificaci6n requerido.
Aunque en la actualidad se cuenta con un mayor desarrollo en la creacién de filtros (carcaza y medios filtrantes), es probable que el filtro de arena lento sea !a alternativa mas acertada para el tratamiento en muchas de las instalaciones de paises tercermundistas. (Fuente: Tebbutt. 1990)
Con la filtracién lenta se alcanzan altas remociones de muchos contaminantes fisicos, quimicos y bacteriolégicos, ademas de las ventajas que tienen por su simplicidad en ja consiruccién y en el uso. (Fuente: Tebbutt. 1990)
Los requerimientos relativamente grandes de terreno, por lo general, es lo que limita su utilizaci6én, sin embargo debido a los costos de otras tipos de filtros hacen que sea una buena alternativa, ademas el caste de construccion puede reducirse con el uso de arena que se encuentre en el mismo sitio. También se puede utilizar medios filtrantes sustitutos, como los que se mencionan en el capitulo 3.
2.1 Conceptos basicos de filtracién
La filtraci6n es una de las principales operaciones unitarias empleadas en el tratamiento del agua potable, la filtracién de efluentes procedentes de procesos de tratamiento de aguas residuales, es una practica relalivamente reciente. Hoy en
dia, ja filtracion se emplea, de modo generalizado, para conseguir una mayor eliminacién de sdlidos en suspencidn (incluida ja DBO) de ios efluentes de los procesos de tratamiento bioldgico y quimicos, y también se emplea para la eliminacion del fésforo precipitado por via quimica.
EI disefo de los filtros y la valoracién de su eficiencia debe basarse en:
1) La comprensi6n de las variables que controlan el proceso
2) El conocimiento del mecanismo, o mecanismos, responsables de la eliminacién de materia particulada del agua residual.
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La operacién compieta de filtracin consta de dos fases: filtraci6n y lavado o regeneraci6n (comunmente llamada lavado a contracorriente). Mientras fa
descripcién de los fenédmenos que se producen durante la fase de filtracion es, practicamente, idéniica para todos ios sistemas de filtracién que se emplean para las aguas residuales, la fase de javado es bastante diferente en funcion de si el filtro es de funcionamiento continuo o semicontinuo. Tal como expresan sus nombres, en los filtros de funcionamiento semicontinuo |a filtracién y el lavado son fases que se dan una a continuacién de la otra, mientras que en los filtros de
funcionamiento continuo ambas fases se producen de forma simultanea. (Fuente: Meicalf & Eddy. 1996)
2.1.1 Filtracion a gravedad
Tanto la fuerza de gravedad, como Ja creada por una presién aplicada, se pueden emplear para vencer Ja resistencia por friccién creada por el flujo que circula a través del lecho filtrante.
Esta filtraci6n se realiza solo, bajo la accién de gravedad, aunque algunas
autoridades lo consideran ya obsoleto, debido a los largos tiempos de operacién y el area necesaria de medio filtrante para filtrar una cantidad de agua aceptable, por estos motivos otra opcidn es la filtracién en los filtros llamados percoladores, en ellos ocurre una considerable actividad bioldgica en el |egamo, que es la capa fangosa que se forma en la superficie del lecho. Esta capa de légamo contribuye a la remoci6n de material fino suspendido y también !leva a cabo la oxidacién de
contaminantes organicos. Debido a que son grandes, la limpieza de los filtros es costosa, ya que se tiene que quitar y iavar una capa de pocos centimetros de la parte superior del lecho. (Fuente: Tebbutt.1990)
Por las caracteristicas antes mencionadas, se recomienda que el agua a filtrar no supere las 20 unidades de turbiedad, debido a esto Ia filtracién a gravedad, no se recomienda después de una coagulacién quimica, en la cual existen acarreos de fléculos. Con fuentes de turbiedad mas alta es posible utilizar un proceso de doble filtrado en el cual los filtros rapidos a gravedad, quitan la mayoria de la turbiedad y
con filtros secundarios del tipo lento a gravedad se logra la remocién final y la oxidacién de la materia organica. (Fuente: Tebbutt.1990)
Los filtros de gravedad no se emplean en la industria tan extensamente como los filtros de presién sin embargo también se usan para Jas aplicaciones industriales,
generalmente sé operan a 3 gpmipie*, en la practica municipal se emplea una velocidad de filtracién de 2 gpmipie*. (Nordell, 1963)
Los filtros de gravedad pueden construirse de concreto, acero o madera, pero el
concreto es el material que mas se usa. También la forma mas usada es la
17
rectangular. Las condiciones locales deben analizarse antes de decidir la forma y el numéro dé unidades por planta. (Nordell, 1963)
2.1.2 Filtracién a presion
La filtracidn a presién se realiza en filtros generalmente de carcaza metalica, ya que deben soportar la presion que se les suministra por aire comprimide o algiin medio mecanico. El lecho filtrante, nomogéneo en toda su altura, descansa sobre
el falsc fonds meialico perforado, al cual se fijan unos anilios en los que van roscadas las boquillas metdlicas o de piastico, segun la naturaleza y temperatura del liquido a filtrar. (Degrémont 1979)
Los filtros a presion funcionan igual que los de gravedad, ja fuerza creada por una presion aplicada, se puede emplear para vencer la resistencia por friccién creada por el flujo que circula a través del lecho filtrante, las ventajas de estos filtros son la obtencién de un mayor volumen de agua filtrado en menor tiempo con respecto a los filtros de gravedad. La Unica diferencia entre ambos consiste en que, en jos
filtros a presi6n, la operacién de filtrado se lleva a cabo en un depédsito cerrado, bajo condiciones de presién conseguidas mediante bombeo. Los filtros a presién suelen funcionar con mayores pérdidas de carga maximas admisibles, lo cual conduce a ciclos de filtracién mas largos y menores necesidades de lavado. Por estas caracteristicas a diferencia de los filtros a gravedad, es comUn que se empleen en plantas pequefias
Uno de esos tipos consiste de una carcaza, que puede ser de material acrilico o metalico (siempre que resista la presién), cuya funci6én es la de aimacenar el material filtrante. Dicho empaque esta constituido por esponjas esféricas de material sintético de alta porosidad. Ei medio filtrante se encuentra contenido entre
dos placas, cuya funcién es la de comprimirlo. La placa superior se encuentra unida a un vastago el cual tiene un desplazamiento vertical para comprimir o liberar al material, segdn los porcentaies de compresién que sean necesarios. (Leyva. 1997)
El filtro Fuzzy es un claro ejemplo; a continuaciédn se describe brevemente su operacion:
18
EI Fuzzy Filter alcanza tasas altas de remocidn de sdlidos suspendidos a través de un medio filtrante de material sintético (fibras de poliviniio) en forma esférica son de larga duracién y baja densidad. Mediante el ajuste de la placa superior donde
se confina el medio, el operador puede regular el espesor del lecho filtrante,
alterando con elio la porosidad, lo que permite adecuarse a cambios en el gasto y en las caracteristicas de las particulas y a su vez permite ajustar el nivel de filtracidn. Esto lo hace mas eficiente ai lograr una mayor captura de sdlidos. Se pueden disefar filtros con cargas mayores comparados con los filtros convencionales de medio granular. (Tchobanoglous. 1996)
Figura 1 Filtracién a presién Fuzzy Filter (Proporcionado: Schreiber Corporation)
AGTIQHADOR PARA
PLACA SUPERIGR
RIVEL OE &
43% TROATABA
PLACA SUPERIOR
MED IOP USL
PLACA FIS8
AGUA CRA
Figura 2 Proceso de filtracién en filtro a presién y flujo ascendente (Fuente: Leyva 1997)
19
2.2 Descripcion de la operacion de filtracién
Durante la mayor parte de! siglo XIX, las plantas de filtracién construidas para los poblados y ciudades consistieron en Jechos de arena cruda procedentes de los bancos de material y estaban dotados de drenes inferiores de arcilla cocida, con
pozos de entrada y salida. Para poner en operacidén los lechos, se les tlenaba desde la parte inferior, para despiazar el aire de sus poros; después, los poros se
mantenian llenos hasta una altura cercana a la superficie de arena. (Fuente: Fair. 1992)
La operaciédn completa de filtracién consta de dos fases: filtraci6n y lavado o regeneracion (comunmente llamado lavado a contracorriente). Mientras la descripcién de los fenémenos que se producen durante la fase de filtracién es, practicamente, idéntica para todos los sistemas de filtracién que se emplean para las aguas residuales, la fase de lavado es bastante diferente en funcién de si el filtro es de funcionamiento continuo o semicontinuo. Tal como expresan sus nombres, en los filtros de funcionamiento semicontinuc la filtracién y el iavado son fases que se dan una a continuacién de la otra, mientras que en los filtros de funcionamiento continuo ambas fases se producen de forma simultanea. La fase
de filtracién en la que se elimina la materia particulada, se lleva a cabo haciendo circular e] agua a través de un techo granular, con o sin ia adicién de reactivos quimicos. Dentro del estrato granular, la eliminacién de los sdlidos en suspensién contenidos en el agua residual se realiza mediante uno o mas mecanismos de separaci6n como el tamizado, interceptaci6n, impacto, sedimentacién y adsorcién.
EI final del ciclo de filtrado, se alcanza cuando empieza a aumentar el contenido de sdlidos en suspensién en el efluente hasta alcanzar un nivel maximo aceptable, o cuando se produce una pérdida de carga prefijada en Ja circulacion a través del fecho filtrante. Idealmente ambas circunstancias ocurren simultaneamente. Una vez se ha alcanzado cualquiera de estas condiciones, se termina la fase de
filtracion, y se debe lavar el filtro a contracorriente para eliminar ia materia (sdlidos en suspension) que se ha acumulado en el seno del lecho granular filtrante. Para ello, se aplica un caudal de agua de lavado suficiente para fluidificar (expandir) el medio filtrante granular y arrastrar ef material acumuilado en el lecho. Para mejorar
y favorecer la operaci6n de lavado del filtro, suele emplearse una combinacién de agua y aire. (Fuente: Metcalf & Eddy. 1996)
Resumiendg; la filtracién del agua es una operacién unitaria que separa los sdélidos
suspendidos y la materia coloidal de la fase lfquida por medio de un material poroso. La filtraci6n consiste en hacer pasar una mezcla s6lido-liquido a través de un medio poroso (filtro) que retiene los sdlidos y deja pasar fos liquidos.
20
Entre otros, la filtraci6n (Jiménez. 1995):
¢ Disminuye la carga de sdlidos y material coloidal en el agua
flocutacién biolégica o quimica %° Incrementa la remocién de sdlidos suspendidos, turbiedad, fdsforo,
“° Remueve fas particulas y materia coloidal no sedimentable después de la
materia organica (medida como DBO y DQO), metales pesados, asbestos, bacterias y virus
de materia organica suspendida y otras sustancias interferentes
2.3 Clasificacion de sistemas de filtracién
¢ Mejora la eficiencia y reduce el costo de desinfeccién a través de la remocién
Se ha proyectado y construido diversos modelos y sistemas de funcionamiento de filtros. Los principales tipos de filtros de medio granular se clasifican, segun
Metcalf & Eddy, atendiendo a: (1) tipo de funcionamiento; (2) tipo de medio filtrante empleado; (3} sentido de flujo durante la fase de filtracién; (4) procedimiento de lavado a contracorriente, y (5) método de control del flujo. En la tabla 6 se exponen las principales caracteristicas fisicas de los filtros de medio granular comunmente empleados.
Tabla 6 Caracteristicas fisicas de los filtros granulares comunmente utilizados (Fuente: Metcalf & Eddy. 1996)
Detalles del lecho filtrante
Funciona- Tipo del Tipo de Medio Profundida Direccion Lavado a Caudal de Comentari miente del filtro lecho filtrante a tipica del de flujo de confraco- circulacién o
filtro (nombre filtrante medio,cm fluido rriente a través
comin) del filtro Semicontinue Convencronal Medio unico Arena o 76 Descendente Discontinue Constantef Es el tipo de
antracita Variable filtro. mas empleado
Semicontinuo Convencional Medio doble Arena y 0. Descendente Discontinue, Constantef Filtro. disefiado antracita, Variable para aumentar
la duracion del ciclo
Semicontinuo Convencional Medio multiple = Arena, antracita 90 Descendente Discontinuo Constante/ Filtro disefiado y granate Variable para aumentar
Ja duracién det ciclo
Semiconiinuo Lecho profundo Medio tinico Arena ° 120-180 Descendente — Discontinue Constante/ antracita Variable
Semicontinuo Leche profundo Medio unico Arena 120-180 Ascendente Discontinuo: Constante
Semicontinuo Lecho Media Unico Arena 275 Descendente Discontinue Consiante Se inyecta aire pulsatorio de forma
intermitente para romper la capa superficial y aumentar ta duracién del ciclo
21
Continuo Lecho profundo”” Medio unico
Continuo Puente movil Medio unico
Continue Puente movil Medio doble
Arena 120-180 Ascendente
Arena 275 Descendente
Arena 40 Descendente
‘Continuo Constante El echo” de arena se mueve en
direceién contiania al flujo
del fluido
Sernicontinuo Constante El lavado a contracorriente de las celdas filtrantes individuales se
fealiza de forma, secuencial
Semicontinuo Constante El lavado a contracornente. de jas celdas filtrantes indwiduales se
realiza de forma secuencral
Continuacién Tabla 6 Caracteristicas fisicas de los filtros granulares comunmente utilizados (Fuente: Metcalf & Eddy. 1996)
Tabla 7 Caracteristicas operacionales de los filtros granulares cornlinmente utilizados (Fuente: Metcalf & Eddy. 1996)
Tipo de filtro
Gonvensional Semicontinus, mono, biy multimedi, flujo descendente
Lecho profunde, Semicontinuo, meno-medio, descendente
flujo
Lech profundo Semicontinuo, mono-medio, ascendente
flujo
Leche pulsante. Semicontinuo, mono-medio, descendente
flujo
Lecho profunde., Continuo, ascendente
mono-medio, fluo
Puente médvil. Continuo, mono y bimedio, flujo descendente
Funcionamiento durante la fase de filtracion El figido a fiirar circula a través del lecho filtrante en sentido descendente En funcién del método de control del caudal circulante, éste puede ser constante o variable
El liquido a filtrar circula a traves del lecho filtrante en sentido descendente En funcién del método de contro! del caudal circulante, éste puede ser constante o varable
El liquide a filtrar circula a traves del lecho filtrante on sentido ascendente El caudel curculante suele ser constante
EI liquide filtrante cucula a través del echo filtrante en sentido descendente Conforme aumenta la pérdida de carga, se inyecta aire para romper la capa superficial y para redistrbuir los soldos El caudal circulante suele ser constante
El liquido a filtrar cwcula en sentido descendente a través del lecho filtrante, que se desplaza hacia abajo en direccién a contracoriente El caudal carculante suele Ser constante
El hquido a filtrar circula a traves del lecho filtrante en sentido descendente El liquide se sigue filtrando mientras se lavan las celdas individuales Ef caudal ewrculante suele ser constante
Funcionamiento durante fa fase de lavado Cuando ia” turbiedad™ dei” efluente” empieza a aumentar, o cuando se alcanza la maxima perdida de carga admisible, se lava el filtro invirtiendo el sentido de circulacién en el mismo En la operacién de lavado se emplea agua y aire
Cuando la turbiedad del efluente empieza a aumentar, 0 cuando se alcanza la méxima pérdida de carga admisibie, se fava el filtro inwrendo el sentide de circulacién en el mismo En la operacién de lavado se emplea agua y aire Cuando [a turbiedad dei efluente empieza a aumentar, 0 cuando se alcanza la méama perdida de carga admisible, se lava el filtro aumentando el caudal en la parte inferior del mismo En la operacién de lavado se emplea agua y aire
Cuando fa turbiedad del efluente empieza a aumentar, 0 cuando se alcanza la maxima pérdida de carga admisible, se lava ef filtro invirtiendo el sentido de owculacién en el mismo Durante la opetacion de lavado continiia entrando liquide en el filtro También se utiliza ol lavado por via quimica
El medio filtrante se lava a contracomiente de forma continua bombeando la arena desde el fondo del filtro con un air-lift hasta un dispositive de lavado de arenas Una vez limpra, la arena se distnbuye en la parte superior del fecho filtrante
Cuando se alcanza la maxima pérdida de carga admisible, las celdas individuales se favan sucesivamente, invirtlendo el sentido de flujo en cada una de elles E| agua de favado se elirnma mediante una bomba
Tipe de funcionamiento. En relacién con el tipo de funcionamientto, los filtros se pueden clasificar en continuos y semicontinuos (véase tabla 7). Los filtros semicontinuos se mantienen en funcionamiento hasta que se empieza a deteriorar
la calidad del efluente o hasta que se produce una pérdida de carga excesiva en el filtro. Cuando se alcanza este punto, se detiene ei filtro y se procede a su lavado para eliminar los sdlidos acumulados. En los filtros continuos, los procesos de filtracién y lavado se Ilevan a cabo de manera simultanea.
Sentido del flujo durante fa filtracién. Los principales tipos de filtros empleados para la filtracién de efluentes de aguas residuales se pueden clasificar en filtros de flujo ascendenie y filtros de flujo descendente. El mas comun es, con mucho, ei filtro de fiujo descendente.
flujo descendente, el agua residual inunda el lecho filtrante, fluye a través del medio por gravedad, y sale del filtro por medio de unos orificios de salida del efluente.
Flujo ascendente, el liquido que hay que filtrar fluye en direccidén ascendente a través del lecho filtrante, hasta llegar a la parte superior del filtro en donde se encuentra un vertedero para recolectar el agua filtrada.
Tipos de materiales filtrantes y configuracién de los lechos filtrantes. Los principales tipes de techos filtrantes utilizados en ta filtracion de! agua residual! pueden clasificarse de acuerdo con el numero de medios filtrantes: de medio unico, de medio doble, o de medio triple (ver figura 9). En todos los tipos, la filtracion tiene lugar en direcci6én descendente, y los lechos se limpian fluidificandoles en direccién ascendente. La distribucién de los tamafios de! grano para cada medio después del contralavado va desde el grano fino al grano grueso. El grado de mezciado enire ellos, en los iechos de medio doble y triple, depende de la densidad y de las diferencias de tamafio de los diversos medios.
Presién actuante en fa filtracién. Tanto la fuerza de gravedad como la creada por una presién aplicada, se pueden emplear para vencer la resistencia por friccién creada por el flujo que circula a través del lecho filtrante. Los filtros de gravedad son mas comunmente usados en la filtracién de efluentes tratados en
plantas de tratamiento de gran tamafio. Los filtros a presién funcionan igual que los de gravedad y se emplean en plantas pequefias. La unica diferencia entre ambos consiste en que, en los filtros a presi6n, la operacion de filtrado se lleva a cabo en un depésito cerrado, bajo condiciones de presién conseguidas mediante bombeo. Los filtros a presién suelen funcionar con mayores pérdidas de carga maximas admisibles, lo cual conduce a ciclos de filtraci6n mas largos y menores necesidades de lavado. (Fuente: Metcalf & Eddy. 1996)
23
Control de flujo. El ritmo de flujo a través de un filtro se puede expresar de la siguiente manera:
Fuerza impulsora Velocidad de flujo =——_—__—__—__— (1)
Resistencia del filtro
En esta ecuacién, la fuerza actuante representa la pérdida de presién en la
circulacién a través del filtro. Al poner en funcionamiento el filtro, la fuerza actuante sdlo debe vencer la resistencia que ofrecen el lecho filtrante limpio y el sistema de recogida de agua filtrada. A medida que se van acumulando sdlidos, ia fuerza actuante debera vencer la resistencia que ofrece el lecho filtrante obstruido y el sistema de recogida de agua filtrada. Los principales métodos usados para el control del flujo que pasa a través de los filtros de gravedad se pueden clasificar en (1) filtraci6n a caudal constante, y (2) filtraci6n a caudal variable decreciente.
filtracién a caudal constante. En el proceso de filtraci6n a caudal constante, se controla el caudal de entrada o el caudal efluente para
asegurar que el caudal que circula a través del filtro es constante. El control de caudal de entrada se realiza mediante vertederos o bombeo, mientras que el control del caudal efluente se ileva a cabo mediante Ja instalacién de
una valvula de accionamiento manual 0 automatico. Al inicio del ciclo, gran parte de la fuerza actuante disponible se disipa en la valvula, que se encuenira casi cerrada. Al irse incrementando la pérdida de carga en el paso por el filtro, la valvula se va abriendo progresivamente.
filtracion a caudal variable. En el proceso de filtracién a caudal variable, el caudal que pasa a través del filtro va disminuyendo conforme aumenta ja pérdida de carga. El control del caudal que circula por el filtro también se puede llevar a cabo, tanto a la entrada del filtro como a la salida. Cuando el caudal alcanza el valor de! caudal minimo de proyecto, se detiene el filtro y se procede a su lavado.
24
2.4 Filtracion rapida y filtracion lenta
En ei proceso de filtracién rapida, el agua atraviesa el lecho filtrante a velocidades de 4 a 50 m/h. La accidén biolégica es practicamente nula; se observa solamente una nitrificaci6n en ciertos casos en los que se limita la velocidad, el contenide en oxigeno es suficiente y se encuentran en el agua bacterias nitrificantes en condiciones nutritivas favorables.
Los procesos de filtracién rapida pueden citarse esencialmente:
—a filtraci6n directa, cuando no se adicionan reactivos al agua a filtrar; —a filtracién con coagulacién sobre filtro, de un agua no decantada previamente
—a filtracién de un agua coagulada y decantada
Las velocidades de filtraci6n dependen de la calidad del filtrado que se desee; pueden variar entre 5 y 20 m/h segun la calidad del agua decantada y la naturaleza de ios filtros utilizados.(Degrémont 1979)
La filtracion lenta tiene por objeto la depuracién de las aguas de superficie, sin
coagulaci6n ni decantacién previa. Las enzimas segregadas por algas y microorganismos que se fijan sobre la arena (membrana biolégica) coagulan las materias coloidales. Para obtener buenos resultados, se necesitan generalmente tres etapas de filtracion:
—iltros de desbaste que trabajan a un caudal de 20 a 30 m°/24 h por m? de filtro;
—prefiltros que trabajan a un caudal de 10 a 20 m9/24 h por m? de filtro:
—iltros que trabajan a un caudal de 3 a 7 m°/24 h por m? de filtro. (Degrémont. 1979 )
Debido a la baja velocidad de filtracion, la pérdida de carga, en cada etapa, es bastante pequena y los filtros se Javan, por término medio, una vez al mes. Los filtros de desbaste y los prefiltros se lavan mas @ menudo, en funcidn de la turbiedad de! agua bruta. (Degrémont. 1979 )
25
2.4.4 Filtracion @ profundidad De acuerdo al método utilizado para retener los Sdlidos, se Cuenta con tres tpos
Principales de filtracion: ** Superficial * A través de UN Soporte grueso _ * Profundidad
; (Fuente: Leyva. 1997)
Dentro de Ia Clasificacién de es la de Profundidad, tanto filtracion, ta retencién de sé largo de la filtraci6n a profun cabo la desestabilizacién de (Fuente: Leyva. 1997)
filtracién, la que se utiliza para e| tratamien Para potabilizar como Para depurar: en a lidos se lleva a cabo en todo e| cuerpo de didad, e] agua va llenando fos Poros del filt las Particulas, asj como su transporte y
to del agua ste tipo de filtro. A Jo
TO y llevaa retenci6n.
| Ascendentas Descendentes Biflujo
Horizontates Simplies 0 tnicos Dual Combinado o multiple Primario Secundario Terciario
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n Wimica
cién quimica 'sica
5 clectrostaticas $ electrocinéticas 5 de Van der Waal: fuezas de adhesié Y-floculacién
bialdgico
as que afectan las condiciones de filtracion
jes son aquellas que determinan las condiciones de operacion en ei into a la duracién de las corridas; enseguida se describen. (Jiménez.
sticas del agua por filtrar. La principal caracteristica del influente es la cién de sdlidos suspendidos, la cual es medida como peso o como
. Otros factores importantes son el tamafio de la particula, su distribucién istencia del fléculo.
r dei medio filtrante. La caracteristica del medio filtrante que mas afecta 280 de filtracién es el tamafio del grano. Ei tamafio del grano afecta tanto a ida de carga en la circulacién dei agua a través del filtro como a la tasa de on de dicho aumento durante el ciclo de filtracién. Si el tamafio de grano
‘o del medio filtrante es demasiado pequefio, la mayor parte de la fuerza nte se empleara para vencer la resistencia de friccién provocada por el lecho ite, mientras que si el tamano efectivo es demasiado grande, muchas de las
culas de menor famafio presentes en el agua a filtrar pasaran directamente a 4s del filtro sin ser eliminadas.
el caso de los medios simples, se tienen los siguientes espesores: de 25 a 40
de grava, que sirve como soporte del medio y para una mejor distribucién del
jo durante la operacién de lavado, y de 60 a 100 cm de arena para filtros ascendentes, y hasta 250 cm para filtros ascendentes.
felocidad de filtracién. La velocidad o tasa de filtracion es un pardmetro mportante por cuanto afecia a la superficie necesaria del filtro. Para una aplicacion dada del filtro, la velocidad de filtraci6n dependerd de la consistencia de los fléculos y del tamafio medio del grano. Por ejemplo, si los flaéculos son de débil consistencia, las velocidades de filtracién elevadas tenderan a romper los fléculos y a arrastrar gran parte de los mismos a través del filtro.
Por estas condiciones, la velocidad de filtraci6n que se puede aplicar depende principalmente de la resistencia del fléculo y sus fragmentos serdn arrastrados a través del medio. Ademas, es importante sefalar que, al utilizar velocidades altas,
la péerdida de carga a través del medio sera mayor, y en consecuencia, fa duracién de las corridas sera menor. (Kawamura, 1975)
28
2.7 Mecanismos de filtracion
El agua que entra a un filtro, contiene una gran variedad de particulas en suspension. Su tamafho puede variar desde fldéculos relativamente grandes de 1 mm de didmetro hasta coloides, bacterias y virus con tamafios inferiores a 10°
mm. Dentro de esta gama se pueden encontrar particulas electropositivas, ejecironegativas y neutras, o microfl6culos con polimeros adsorbidos. Todo este conjunto queda en mayor o en menor proporcién retenido en el !echo filtrante,
preferentemente adherido a ja superficie de los granos formando una pelicula alrededor de ellos, cuya resistencia al esfuerzo cortante producido por la fuerza de arrastre del flujo, es funcidn de fa magnitud de las fuerzas que mantienen pegadas
a las particulas a cada elemento del medio granular. Si estas fuerzas son débiles, al floc o fléculo sera arrastrado por el flujo y penetrara cada vez mas hondo, hasta que eventualmente aparecera en el efluente. Si som en cambio fuertes, el floc guedara retenido obstaculizando el paso del agua temporalmenie incrementandose asi la pérdida de carga. (Fuente: Leyva. 1997}
Resulta de aqui, que el mecanismo que transporta la materia en suspensién dentro dei lecho filtranie y lo adhiere con mayor o menor eficacia a él, tiene que
ser distinto segun sea el tamafo de las particulas, su densidad y las caracteristicas electroquimicas que posea.
De acuerdo con Arboleda (1973) y Tchobanoglous (1970) los mecanismos de remocién se clasifican en dos grupos: predominantemente fisicos o
predominantemente quimicos, segun el tipo de factores que involucren. En la Tabla 10 se presentan los principales mecanismos identificados en la literatura.
Tabla 10 Niecanismos de remocién (Fuente: Jiménez- 1995). 4. Cribado*
a)mecanico ____b)por contacto casual
2. Sedimentaci6n* | 3. Impacto inercial* 4. Intercepcidén* “| 5. Adsorcién quimica
a)enlace byinteraccién quimica
6. Adsorcién quimica 7. Adhesion & Floculacién | 9. Crecimiento biolégico
*Usualmenie identificados como mecanismos de remoci6n
30
Los cuatro primeros mecanismos son del tipo fisico y estan basicamente afectados
por los parametros, tales como, tamafo del grano, porosidad, velocidad de
filtraci6n, densidad y tamafio de la particula suspendida, temperatura del fluido y espesor del medio filtrante.
Los mecanismos restantes, se relacionan con las caracteristicas quimicas de la
superficie, tanto de !a materia en suspensi6n como del medio filtrante. En este
caso, los factores importantes son: carga electrostatica de la particula, composicién quimica y por ultimo, presencia de coagulantes, cuando existe un pretratamiento. (Leyva. 1997)
Los distintos mecanismos de transporte de las particulas dentro de los poros del medio filtrante estan esquematizados en la Figura 3
i“ cribado
intercepcién Stay
Impacto inercial
~ sedimentacién
Fig 3 Diferentes mecanismos que producen transporte de las particulas hasta los granos de un medio filtrante (Fuente: Arboleda, 1973)
30
Cribado
Es evidente que cuando la particula es de mayor tamafo que los poros del lecho
filtrante, puede quedar atrapado en los intersticios. E] cribado actua sdlo en las capas mas superficiales del lecho y con particulas relativamente fuertes capaces de resistir los esfuerzos cortantes producidos por el flujo, cuya velocidad aumenta en los espacios entre tos granos.
Para este mecanismo existen dos formas de retencién de particulas: mecanica y por contacto casual. Son cribadas mecanicamente las particulas mas grandes que los poros del medio filtrante, mientras que las mas pequefias son atrapadas dentro del medio por contacto casual (Fig 4)
Basado en consideraciones geométricas, Hall (Arboleda, 1973) afirma que la probabilidad de remocién de una particula por cribado (Pr) es directamente
proporcional a su diametro (d) e inversamente proporcional al diametro del grano del medio filtrante (D) elevado a la 3/2. Esio es:
~ { @ ‘ae Pr= (+) beceeeeeeeenes (2)
donde dp diametro de particulas D diametro de grano del medio
Cribade por Partivula spereamical, Cribads comante cual / Particuia flooulane F mecanice
Unbado por contacto casual
Granos de arena
Fig 4 Remocién por cribado (Fuente: Arboleda. 1973)
31
Sedimentaciéon
En 1904 Hazen (citado por Arboleda, 1973) sugirid que la remocién de las particulas menores gue el tamafio de los poros, podia deberse a ja sedimentaci6n
de ellas en la superficie de los granos. De modo que, si se sumara el area total de
todos los granos que hay en 1 m° de arena de 0.5 mm de diametro con 40 % de espacios vacios, se tendria un area de 7,200 m?, de la cual sdlo el 5.6 % seria aprovechable, es decir. 400 m? de superficie.
Aun aceptando un gran margen de error en estas cifras, es indudable que el medio
filtrante ofrece una enorme area, donde los sdlidos suspendidos pueden quedar depositados por sedimentacion.
La sedimentacién solo puede producirse con material suspendido relativamente grande y denso, cuya velocidad de asentamiento sea alta en zonas del medio donde la carga hidrdaulica sea baja (Fig. 5).
Particuls
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Fig 5 Eliminacién por sedimentaci6n de particulas (Fuente: Arboleda. 1973)
Intercepcién
Camp y Stein (Arboleda, 1973) trabajando con un modelo de filtro, llegaron a la conclusi6n de que la remocién del floc dentro del lecho es llevada a cabo primeramente por "contacto" de las particulas de floc con la superficie de los granos © con floc ya depositado o adherido a elios (Fig 6). Si se supone que las "A" viajan con las lineas de flujo, lo cual es cierto para bajas velocidades, resulta claro que al producirse el] estrechamiento de dichas lineas en la contraccién (B), éstas se ven forzadas a ponerse en contacto entre si y con el medio filtrante, quedando interceptadas por éste.
Segun O'Melia y Stumm (citados por Arboleda, 1973), la eficiencia del filtro debido a la intercepcién, es directamente proporcionai ai cuadrado dei diametro de la particula "dp" e inversamente proporcional al diametro D del grano.
Fig 6 Eliminacion de particulas por intercepcién (Fuente. Arboleda. 1973)
impacto inercial
Cuando la velocidad del flujo es baja, la particula viaja como se supuso anteriormente con las lineas de flujo. En cambio cuando la velocidad es alta y la particula es grande, debe tenerse en cuenta los efectos de la inercia, los cuales hacen que aqueila pueda seguir una trayectoria distinta a las lineas de fiujo, si adquiere suficiente cantidad de movimiento para eso. Esto implica que al pasar una suspensién alrededor de un obstaculo, mientras las lineas de flujo se curvan, las particulas pueden continuar su trayectoria original, impulsadas por la fuerza de inercia, y chocar con el grano del filtro quedando adheridas a él, Fig. 7.
En el caso de Ja filtracidn de suspensiones liquidas, la viscosidad del fluido nace diffci] que la materia suspendida pueda adquirir suficiente cantidad de movimiento como para que el mecanismo de remocién por impacto inercial sea significativo.
Lines de fups
wane Trayestona du ta particuls
Fig 7 Eliminacién de particulas por impacto inercial (Fuente: Arboleda. 1973)
33
Fuerzas de Van der Waals
V. Mackrle y S. Mackrle (Arboieda, 1973) sugirieron que las fuerzas de Van der Waals son las responsables de la adhesién de las particulas a los granos del medio filtrante. De forma que existe un volumen alrededor de cada grano "espacio de adhesion”, en el cual las particulas suspendidas que entran a él son removidas del flujo al quedar adheridas en la superficie de los granos (Fig 8). La accién es andloga a un sedimentador, en el cual la fuerza de gravitacién es remplazada por
las fuerzas de Van der Waals. Cuando las fuerzas de Van der Waais actuan a muy corta distancia y el diametro de la particula es mucho menor que e! diametro de! grano, estas se determinan mediante [a formula
=k @ 3
© y2r2 (3)
Donde
K' constante de atraccién de Van der Waais
dp diametro de la particula r distancia entre particula y grano
El valor de la constante de Van der Waals se incrementa con !a densidad de las particulas, de manera que el fldéculo mas denso se adhiere con mayor fuerza al medio filtrante.
Crane de Mea
Fig 8 Eliminacion de particulas por las fuerzas de Van der Waals (Fuente: Arboleda, 1973)
34
Interacci6n Quimica
En este mecanismo, se considera que las cadenas poliméricas adheridas a las
particulas en suspensi6n se encuentran suspendidas en el agua y pueden asi adherirse a otras particulas o a sitios vacantes de los granos del medio. (Arboleda, 1973)
El uso de ayudantes de filtracién inyectados en el influente es de gran utilidad para este caso, ya que aumentan la adhesién de las particulas pequefas al medio filtrante.
2.8 Filtracion de aguas residuales
E! filtrado de las aguas residuales por medios porosos, normalmente arena es empleado para dar tratamiento terciario a efluentes de agua residual, otros usos del flujo en medios porosos son los lechos de intercambio idnico y las columnas de absorcién, donde el objetivo no es quitar materia suspendida, sino lograr el contacto entre dos sistemas; también en el tratamiento del agua potable realiza
una etapa importante, ya que es utilizade para que alcance su clarificacién final. (Fuente: Tebbutt. 1990)
Debido a que las aguas residuales municipales crudas son putrescibles y
obstruyen con rapidez a los filtros, no son susceptibles de ser tratadas en las plantas convencionales de filtracién lenta o rapida. Sin embargo, existen efluentes procedentes de plantas de tratamiento de aguas residuales biolégicas o quimicas que se pueden filtrar con el mismo éxito que las aguas crudas fuertemente contaminadas. La filtraci6n por arena se convierte entonces en una operacién terciaria de tratamiento para las aguas residuales. Como tal, puede proporcionar una proteccién mejorada a las masas receptoras de agua o preparar los efluentes
para que se usen de nuevo en la industria, agricultura o recreo, y para recarga del suelo. (Fuente: Fair. 1992)
2.3 Inconvenientes de la filtracion
Cuando la filtracién es rapida, los filtros presentan una variedad de inconvenientes: agrietamiento del lecho, formacién de bolas de lodo, obstruccién de algunas porcianes del lecho, accidn de chorro en el plano de separacién entre la grava y la arena, agitaci6n de la arena, y fuga de arena hacia el sistema de drenado inferior. Las dificultades de las operaciones relacionadas con el trabajo de los filtros pueden ser tan grandes que se puede llegar a necesitar remover el medio filtrante y la grava que sirve de soporte cada dos o tres afios: limpiarlos,
reclasificarlos y colocarlos nuevamente en el orden apropiado, se puede reestablecer su utilidad a los filtros que se encuentran sumamente obsiruidos:
{.- por eyeccién de la arena y limpieza de la misma en un Javador de aire
2.- por agitacién del lecho expandido a mano con Ja ayuda de rastras de puntas alargadas
3.- dirigiendo chorros de manguera dentro del lecho expandido
4.- agregando un detergente, de 2 a 5%, drenandola hacia el exterior a través de la conexi6n del filtro para desecho y lavando el lecho hasta que quede limpio.
(Fuente: Fair. 1992)
Resumen de problemas comunmente encontrados en la filtracién del agua residual y medidas para su control
Tabla 10.1 Problemas y medidas de mitigacién en la filtraciém de agua residual (Fuente: A.W.W.A., 1968).
Problema Descripcién/Control Aumento de la turbiedad Se registran niveles inaceptables de turbiedad en el efluente del
filtro, aunque no se haya alcanzado la pérdida de carga final. Para controlar el aumento de los niveles de turbiedad del efiuente, se suelen afiadir productos quimicos y polimeros antes de la entrada al filtro. El punto de adicién del producto quimico o polimero debe determinarse mediante ensayos.
Las bolas de fango estan constituidas por aglomeraciones de
fl6culos biolégicos, suciedad, y el prapio medio o medios filtrantes. Si no se eliminan iran aumentando de tamajio hasta formar grandes masas que a menudo se sumergen en el lecho
Formacion de bolas de fango filtrante reduciendo [a efectividad de las operaciones de fiftrado y
de lavada. La formacién de bolas de fango puede controlarse por procesos auxiliares de Javado, tales como e/ uso de aire o el Javado superficial en direccién de la corriente, con/o seguidos por lavado solamente con agua.
La acumulacién de grasa emulsionada en ef interior del lecho
filtrante aumenta la pérdida de carga y reduce, por tanto, la Acumulacion de grasas duraci6n del ciclo. Tanto el empleo de aire como ios sistemas de
emulsionadas Javado superficial con agua ayudan a controlar el problema. En casos extremos puede ser necesario instalar un sistema especifico de favado o lavar el filtro con vapor
36
Desarrollo de grietas y contraccion del lecho filtrante
Pérdida del medio o medios filttrantes (mecanica)
Pérdida del medio o medios filtrantes (funcionamiento)
Amontonamiento de grava
Si el lecho filtrante no se lava correctamente los granos del
medio llegan a cubrirse de una pelicula. Al comprimirse el filtro
se desarrollan grietas especialmente en las zonas laterales. Finalmente, incluso pueden formarse bolas de fango. Este
problema puede controlarse mediante un adecuado lavado a contracorriente y arrastre con aire.
Con ef tiempo, parte de! medio o medios filirantes puede
perderse durante el lavado a contracorriente y a través del sistema dei fondo del filtro (cuando se haya deteriorado el soporte de grava o el fondo del filtro esté incorrectamente instalado). La pérdida mecanica del medio filtrante puede
minimizarse por medio del emplazamiento adecuado de las canaletas para ei agua de lavado y de Ios sistemas del fondo del
filtro. La utilizacién de deflectores especiales ha dado resultados
satisfactorios.
Dependiendo de las caracteristicas de los fléculos biolégicos, es
posible que se peguen a ellos granos dei medio filtrante
formando agregados lo suficientemente ligeros para poder ser
arrastrados durante el lavado. Este problema puede minimizarse mediante la adicién de aire auxiliar y/o un sistema de agitacién
con agua.
Pueden producirse amontonamientos de ia grava cuando las
diversas capas del soporte de la grava se vean alteradas por la
aplicacion de caudales excesivos durante la operacién del lavado a contracorriente. Para superar este problema puede
utilizarse un soporte de grava con una capa adicional de 50-70
mm de maiterial de alta densidad tal como ilmenita o granate.
Continuacién Tabla 10.1 Probiemas y medidas de mitigacién en Ia fiitracién de aqua residual
(Fuente: A.W.W.A., 1968).
37
3. MEDIOS FILTRANTES Y FALSO FONDO
Se da el nombre de medios de filtracién a Jos materiales (generalmenie arena natural o preparada) que se emplean para separar los coagulantes, la turbiedad, el color y las bacterias del agua utilizando los mecanismos de filtraci6n indicados en el capitulo dos.
En la actualidad existe una gran variedad de medios filtrantes, entre los que se
encuentran:
Materiales inorganicos
Metal screens, meshes and felts Sintered metals
Ceramicos Fibra de vidrio
Asbestos Ethylenic plastics Vinylic plastics Poiyester plastics Organicos
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Dentro de la lista, existe un gran numero de elementos pertenecientes a ia
clasificacién anterior que podrian ser utilizados como medios de filtracién, y como se observa, el tema puede ser desarrollado en gran escala por lo extenso de
infarmacién y tiempo necesario para recolectarla, ya que la mayoria de los articulos son de autores .extranjeros pudiendo ser tema de una tesis completa. El presente trabajo se aboca por un material que esta clasificado dentro de los medios filtrantes organicos (medios granulares), ya que en los siguientes dos capitulos ei medio filtrante utilizado fue arena y grava
El agua residual, si bien es cierto, puede ser tipica como la doméstica o la industrial, en cada poblacién los porcentajes de contaminantes pueden ser
mayores 0 menores o simplemente ser nulos, por esta razén, no se dan datos puntuales en cuanto a la eficiencia de estos medios filtrantes, sin embargo de acuerdo a la calidad del agua residual, a la calidad del agua exigida para su reuso y a la experiencia del ingeniero se pueden realizar una granulometria como se
vera en el capitulo cuatro, para lograr eliminar los contaminantes mediante tos mecanismos de filtracién utilizando los medios granulares.
El falso fondo o piso del filtro es parte del sistema de drenaje, y depende del tipo de sistema de lavado a contracorriente. Por ejempio, en los filtros de lavado a contracorriente convencional sin aire, la practica comun es colocar el filtro sobre un soporte formado por varios niveles de grava graduada, (AWWA, 1968). Enel punto 3.5 se veran las caracteristicas de estos componentes del filtro.
38
3.1 Tipos de medios filtrantes
El medio filtrante debe ser un material que posea una elevada area superficial por unidad de volumen, que sea econdmico, duradero y que no se obstruya facilmente. El material mas aconsejable suele ser grava o piedra triturada clasificada por tamafios uniformes. La roca valcanica es sumamente adecuada para este fin. También se utilizan otros materiales tales como escoria, cenizas o antracita. Las piedras con diametros inferiores a 2.5 cm no proporcionan suficiente
espacio de poros entre las piedras que permitan la libre fluencia del agua residual y de los sdlidos arrastrados y daran, como resultado la obstruccién del medio y estancamiento de! agua dentro dei fiitro o en ia superficie. (Metcalf & Eddy, 1979).
Los materiales filtrantes pueden ser de arena natural de silice, carbén de antracita
(duro) triturado, magnetita (mineral) triturada y arenas de granate, utilizadas en forma experimental esferas y granulos de plastico manufacturados a las especificaciones deseadas. (Fair. 1992).
Recientemente se han utilizado con éxito medios sintéticos para ej tratamiento de aguas residuales industriales, que consisten en laminas de plastico entrelazadas, dispuestas como un panal de miel para producir unos medios sumamente porosos y antiobsiruccién. Las laminas se venden sin montar, exigiendo poco espacio comparado con el volumen final de los medios ya montados. Las hojas son onduladas. De modo que cuando Jos medios estan instalados, se forma un enrejillado fuerte pero ligero. Los submontajes de los medios forman médulos que pueden disponerse para ajustarse a cualquier configuracion del filtro. (Metcalf &
Eddy, 1979).
Las arenas naturales granulares y los minerales triturados que se emplean normalmente, difieren en iamafio y en distribucién de tamafios, en forma y en
variacion de forma, asi como en densidad y composici6én quimica. Los valores de la media y las variaciones proporcionan parametros aceptables para: 1) describir la geometria de los materiales; 2) la predicciédn racional de su comportamiento
hidraulico, y 3) calcular la remacién de impurezas por filtracién. El tamario de las particulas es tridimensional y describe el volumen de los granos. La forma de la particula es un concepto geométrico mas dificil. En filtraci6n de agua, la forma es una medida deseable dei area superficial del grano en relacién a su volumen, es decir una longitud o diametro. Sdlo en el caso ideal de sdlidos geométricos regulares puede este diametro, o medicidn de longitud, identificar tanto el volumen real como al area superficial verdadera. Los diametros y areas superficiales que dependen del diametro caracieristico de Jas pariiculas irreguiares no se pueden medir directamente en un sentido geométrico significativo. A causa de esto, se
recurre a caracteristicas indirectas del tamafto y forma para relacionarlas con propiedades significativas del flujo a través de los materiales filtrantes. (Fair. 1992).
39
Los principales tipos de lechos filtrantes utilizados en ia filtracién del agua residual pueden clasificarse de acuerdo con e] numero de medios filtrantes: de medio unico, de medio doble, o de medio triple (Fig. 9). En todos Ios tipos, la filtracién tiene lugar en direccién descendente, y los lechos se limpian fluidificandoles en direccién ascendente. La distribucién de los tamafos del grano para cada medio,
después de! contralavado, va desde el grano fino al grano grueso. El grado de
mezciado entire eilos, en jos lechos de medio doble y triple, depende de la densidad y de las diferencias de tamano de los diversos medios. (Metcalf & Eddy, 1996).
Los lechos de medio dobie y triple, se desarrollaron para permitir que los sdlides en suspensién presentes en el liquido a filtrar pudieran penetrar a mayor profundidad dentro del lecho filirante, y por consiguiente tuviera lugar un mayor uso de la capacidad de almacenamiento de sdlidos dentro del filtro. En
comparacién, se ha observado que los lechos de medio unico, la mayor parte de la eliminacién se produce en unos pocos centimetros de la parte superior del lecho.
La mayor penetracién de los sdlidos en el lecho permite también una mayor duracién del ciclo de filtrado ya que reduce la velocidad del incremento de pérdida
de carga.
Bape g
SESE
ee RES
| Secetin transversal de un lecho de medio tinica | | Tamafia del arano |
— meen | 1G enenaserdee
| | Tamafn del arano |
es,
“\iGaeee |
L Seccién transversal de un lecho de medio triple | | Tamahn del arano | |
Fig. 9 Tipos de iechos filtrantes (Fuente: Metcalf & Eddy, 1996).
40
Ademas de los materiales filtrantes propuestos por Fair, se proponen otros materiales utilizados en filtracién (ver tabla 11), la arena y la antracita son los mas
comunmente usados.
Tabia 11 Empaques utilizados en filtracién (Fuente: Jiménez, 1995).
Arena | Carbén Antracita Granaie | Resinas Tezontle |
El medio filtrante debe ser tal que (Jiménez, 1995):
a) en la filtracidn: e detenga los fléculos con poca compresion, para facilitar el lavado y evitar la
formacién de aglomeracos de lodo, y e@ retenga el mayor voiumen posible de fléculos sin obstruirse.
b) en el lavado:
° ge limpie facilmente y quede libre de fléculos, ® permita el paso del agua con suficiente velocidad para quitar los sedimentos
sin perder arena, y « tenga mayor densidad que los sdlidos retenidos, de modo que no se pierda al
fluidificar durante el lavado.
En la practica, se debe lograr un compromiso entre estos requisitos, en especial
respecto al tamafio de la arena. El tamafio del grano es la caracteristica principal del medio filtrante que afecta a la calidad del filtrado. E! tamafio del grano afecta
tanto a la pérdida de carga como a la velocidad a ta que aumenta la misma durante el ciclo de filtrado. Si se selecciona un medio filtrante demasiado pequefo,
la mayor parte de la fuerza actuante se gastara en vencer la resistencia de friccion ofrecida por el lecho del filtro. Por otro lado, si el tamafno del medio es demasiado grande, muchas de las particulas pequefas dei agua a tratar pasaran directamente a través del lecha (Metcalf & Eddy, 1979).
El medio filtrante debe seleccionarse con un tamafio y densidad que favorezcan a que las fuerzas de fricci6én ejercidas durante el lavado conduzcan a una limpieza adecuada. Desde este punto de vista, los granos no deben ser tan grandes como para requerir una tasa de lavado tan alta y el espesor del lecho tampoco debe ser mayor al determinado, pues dificulta ia salida de los sdlidos (Jiménez, 1995).
ry
Allen Hazen (citado por Arboleda, 1973) sugirid en 1892 como parameiros basicos para caracterizar los medios granulares, lo que él denominé Coeficiente de Uniformidad y Diametro Efectivo.
El coeficiente de uniformidad, es la razon del 60 al 10% asi:
Abertura del tamiz que dejaria pasar ef 60% (mm)
CU= ~ SS
cS
Abertura del tamiz que dejaria pasar el 10% (mm)
El diametro efectivo o tamafio especifico (TE) es la abertura de la malla que deja pasar el 10 %. Este parametro fue sugerido por Allen Hazen en 1892, debido a que habia observado, trabajando con filtros lentos, que la resistencia del lecho filtrante no estratificado al paso del agua era la misma, cualquiera que fuera el
tamafio del grano, (hasta un CU = 5) era el mismo.
Una vez seleccionado el tipo de lecho filtrante, el siguiente paso consiste en especificar las caracteristicas del medio, o medios, si se usa mas de uno.
Normalmente ello conlleva la seleccién del tamario del grano o de la porosidad, la forma, graduacion del medio, su peso especifico, profundidad, y la dureza y
solubilidad de los diversos materiales usados en el lecho filtrante. Ademas, es necesario determinar el tipo de soporte del medio a utilizar y ja altura del agua sobre el iecho fiitrante.
3.2 Caracteristicas de los medios filtrantes
La seleccién del medio filtrante debera basarse primeramente en el grado de
purificacién requerida y las carreras del filtro. Los materiales comunmente
utilizados son arena y antracita.
Las caracteristicas de los principales materiales usados como medios filtrantes se
mencionan a continuacién (Arboleda, 1973):
Arena.- La arena que se usa en los filtros rapidos es de 2.0 mm de diametro, y esta compuesta de material siliceo con una dureza de 7 en la escala de Moh y un peso especifico no menor de 2.60. Debera estar limpia: sin barro o materia organica y no mas de 1 % podra ser material laminar 0 micaceo. La porosidad de la arena se relaciona con su forma: las arenas redondeadas tienen porosidades que varian entre 40 y 44 % y de las arenas angulares, porosidades mayores, por to general entre 42 y 46 %. La porosidad varia segun el grado de compactacién de! lecho y la limpieza del mismo.
Antracita.- La antracita debe tener una dureza de 3.0 6 mayor en la escala de Moh y su peso especifico no debe ser menor de 1.55. El contenido de carbon libre no debe ser menor del 85 % del peso. Una de las principales caracteristicas de la antracita debe ser la durabilidad para que pueda resistir la abrasi6n producida por el lavado sin desintegrarse. Las antracitas blandas son arrastradas por el flujo de lavado, con lo que e! volumen y la altura del medio en los filtros se disminuye con rapidez. La antracita se usa con tamafios entre 0.6 y 1.4 mm. Los tamafos efectivos menores TE= 0.6 a 0.8 se prefieren cuando se la emplea como el unico medio filtrante y los tamafios entre 0.8 y 1.4. cuando se la utiliza en lechos multiples de arena y antracita o arena, antracita y granate o ilmenita.
Otros materiales como medios filtrantes.- Como medios filtrantes se usan también, en combinacién con la arena y Ia antracita (generalmente como tercera
capa) el granate (Ss=4.20), la ilmenita (Ss=4.6) y la magnetita (Ss=4.90). Experimentalmente se ha empleado el poliestireno como primera capa con Ss=1.04.
Grava.- La grava se le coloca sobre el sistema de drenaje, cuando éste lo requiere
y tiene un doble propésito:
a) servir de soporte al lecho de arena durante la operacion de filtrado para evitar que ésta se escape por los drenes.
b) distribuir uniformemente el agua de lavado.
EI tipo y tamafio del lecho de grava depende del sistema de drenaje que se use.
Como se mencion6 anteriormente, fos principales tipos de lechos filtrantes se clasifican de acuerdo con el numero de medios filtrantes. Aunque también puede efectuarse otra clasificacién de acuerdo con la estratificacidn del medio, como
sigue: 1) medio Unico estratificado, 2) medio Unico o medio mixto no estratificado, 3) medio de doble capa estratificado y 4) muitimedio estratificado. Por consiguiente, el primer paso a dar a la hora de especificar el lecho filtrante es seleccionar ef tipo de medio a utilizar (Metcalf & Eddy, 1979).
Lecho de medio dnico estratificado. Aunque se hayan utilizado los fechos del medio unico estratificados de disefo convencional para fa filtracién de agua residual, estos lechos no son de uso normal. La razén principal es lo poco favorable de sus caracteristicas en relaci6n con el aumento de pérdida de carga (Metcalf & Eddy, 1979).
Lecho de medio gnico no estratificado. Existen dos tipos de lechos de medio
unico no estratificado utilizados en la actualidad. En ej primer tipo se utiliza un medio individual, uniforme y grueso (2 a 3 mm) en lechos con espesores de hasta 2m. Se ha comprobado que con estos medios de gran tamafio, los filtros de gran espesor, las duraciones del ciclo filtrado son mayores. Dependiendo del tipo de proceso de tratamiento, estos filtros pueden usarse para la desnitrificacién simultanea del agua residual, a pesar de que la velocidad de filtraci6n debera ser
43
notablemente menor. Sus principales desventajas son: 1) la necesidad de un tamafio uniforme del medio, 2) altas velocidades de lavado requeridas para fluidificar el lecho a fin de conseguir un lavado efectivo y 3) el costo adicional que
suponen las instalaciones de javado y la estructura necesaria para soporiar los jechos de gran espesor (Metcalf & Eddy, 1979).
En el segundo tipo se usa un medio Unico con tamafios variables con un lavado mixto a base de aire y agua. Normalmente el tamafio efectivo del medio utilizado en filtros no estratificados es aproximadamente el mismo que el utilizado en las capas superiores de un medio de lecho doble. El espesor de tales filtros es aproximadamente de 0.9 m.
Lechos de medio doble y miltiple. Algunos de los lechos filtrantes de medio
doble utilizados se componen de: 1) antracita y arena. 2) carbdén activo y arena. 3) resina y arena y 4) resina y antracita. Los lechos multiples que parecen tener futuro se componen de: 1) antracita, arena y granate o ilmenita; 2) carbon activo, antracita o arena; 3) granos esféricos de resinas lastrados (con o sin carga), antracita y arena, 4) carbon activo, arena, y granate o ilmenita. (Metcalf & Eddy,
1979).
Tabla 12 Datos tipicos de filtros de medias dobie y multiple (Fuente: Metcalf & Eddy, 1979).
_Satacteristica
Antacila: rofundidad, err om ‘athailg elective, eh am
8 Goeficionte da untformigad < Arenm
cofendictad, afer amafio efective, pr mu:
3 OSoefinente de aniformided « Garga gel | Lites He, Be eum
¢ Profane, ecm s Tarnafic e efectivo, 8 ie.
rotundidad, en emt ‘amaria efectiyo, en mat
+ Coeficiente de uniformigad ” ranate, refindidad, ener afnaria yféotivo, enim
Coeficiente de uniformikad "arge del fit, on MN A
entremezelandose con la arena y la antracita.
lo
44
3.3 EFICIENCIAS DE MEDIOS FILTRANTES
Una vez escogida una tipologia dei filtro (ver punto 2.3), el siguiente paso consisie en especificar las caracteristicas del medio filtrante 0, si se adopta una solucién
formada por mas de un medio filtrante, las caracteristicas de los medios filtrantes.
Para conocer estas caracteristicas se determina por una selecci6én dei tamafio de
grano, especificado en base ai tamafio efectivo, y del coeficiente de uniformidad, UC, el peso especifico, la solubilidad, la dureza y la profundidad de ios diferentes materiales que van a conformar ei filtro.
La arena ha sido, el material mas empleado para la filtracion de aguas residuales, sin embargo, en los ultimos afios, el cuarzo triturado, la antracita y la tierra de
diatomaceas calcinada, asi como diferentes materiales como lo son los sintéticos, organicos (cascara de nuez por ejemplo) y todos los demas mencionados en la lista al principio del capitulo obteniendo buenos resultados en cuanto a la calidad de agua filtrada y a la duracién de Jas carreras ya que dependiendo del tipo de material que esté constituido, es que soportara las presiones provocadas por la obstruccién de sus poros, aceptando inclusive deformaciones. Como ya se
menciono este trabajo se enfoca a los medios filirantes granulares (arena y grava), ya que los ejemplos en los siguientes dos capitulos se realizaron con filtros de arena.
La grava, en forma natural o triturada, se emplea generalmente para soportar la arena, pero en algunos filtros se ha utilizado antracita triturada como base en las capas superiores del mismo material mas fino. (A.W.W.A. 1968).
Arena para filtros rapidos, segun las especificaciones de la Asociacién Norteamericana de Plantas de Agua para los materiales de filtracién indican que:
El grueso de la arena de un filtro no puede precisarse sin tomar en consideracion las condiciones locales y los factores de control. Para definir estas especificaciones, se han determinado los siguientes limites para el diez por ciento
o tamafio efectivo: arena fina, 0.35 a0.45 mm; arena de tamafo medio, 0.45a 0.55 mm; arena gruesa, 0.55 milimetros o mas.
En general, la arena gruesa dejara pasar mas tiempo de operacién entre fos lavados que la arena delgada, y cuando se puede contar con buenos sistemas de tratamiento previo y con un control técnico acertado, proporciona resultados adecuados para la mayoria de tos fines. En cambio, la arena gruesa es menos eficaz que la delgada para la eliminaci6én de la turbiedad del agua y de las bacterias.
45
La arena gruesa puede utilizarse cuando:
1) el tratamiento previo es uniférmente acertado 2) no se requiere el mas alto nivel de filtracion 3) el provecho que se saca de una utilizacidn mas larga de los filtros y un
consumo menor de agua de lavado compensa cualquier desventaja resultante de un agua de calidad inferior
4) el disefio del filtro permitira los altos ritmos de lavado con corriente a la inversa que son necesarios
La arena fina se puede emplear cuando
1) el tratamiento previo es deficiente 2) se necesita una eliminacién maxima de turbiedad 3) se requiere eliminar la mayor cantidad de bacterias como proteccién para la
salud 4) las ventajas de una utilizaci6n mas sostenida de los filtros y de un bajo
consumo de agua de lavado no son de gran importancia 5) la corriente inversa de agua para el retrolavado se encuentra limitada por el
disefio mismo de la planta a velocidades adecuadas solamente para limpiar la arena fina
Después de efectuar numerosos experimentos con las arenas de filtracién, en Baltimore, James W. Armstrong, /legé a las conclusiones siguientes en cuanto a la
eleccién de arena para filtros rapidos.
Desde el punto de vista de la filtracién, conviene una arena: I. que impida el paso de fléculos por los filtros
I. que los retenga flojamente para la facilidad de lavado y para impedir la formacién de depdsitos de lodo
il. que retenga el mayor volumen de fléculos que sea posible sin que se produzca obturacién
Desde el punto de visia dei lavado, conviene que la arena tenga e! tamafio indicado para: L que se lave por si sola y esté exenta de fl6culos adheridos al finalizar la
operacién de lavado IL. que permita el paso del agua con una velocidad que sea suficiente para que
ésta se \leve todos los sedimentos sin pérdida de arena.
46
Un comité de ingenieros sanitarios del Estado, que trabajan en los Grandes
Lagos y en la cuenca del Misisipi Superior, sugiere un espesor de arena de 60
a 75 cm con arena de tamafio efectivo de 0.35 a 0.80 mm y un coeficiente de
uniformidad de no mas de 1.7. (A.W.W.A., 1968).
La tabla 12.1 proporciona datos representativos en cuanto a ia practica que se
sigue para la eleccién de de arena para filtr filtros de arena (Fuente: A.W.W.A., 1968)
i Lugar a )_ Peofundidad Tamano etective) efectivo Coeficiente de | | Prornaiaad | em mo efectivo| __uniformidad
Coiumbia, Ohio 61 a
[Baltimore, Md. 64 0.60 4.20 | Washington, D.C. 51 0.48 _ 11.40
Philadelphia 71 0.40-0.55 1.50-1.70
St. Louis, Mo. 61 0.46 1.48
| Detroit, Mich. 51 0.54 1.52 Fort Wayne, Ind. 61 0.45 1.20 Denver, Col. 69 0.48 1.44
Cincinnati, Ohio 69 0.44 4.50
[ Toledo, Ohio 74 0.35-0.45 1.65 Milwaukee, Wis. 69 0.55 1.20
Grand Rapids, Mich. 76 0.50 (1.33
[Indiarapolis, ind. 69 0.39 14.40 Heicaus 62 0.62-0.70 1.30-1.50 Moline 61 [0.50-0.55 1.65
La arena de filtracion que tenga que usarse con aguas de pH bajo debe tener las especificaciones siguientes: ¥ granos duras y duraderos, exentos de arcilla, de tierra y de materias organicas ¥ no debe perder mas de 5 por ciento de su peso original en estado seco
después de ir.mersién de 24 horas en acido clorhidrico concenirado y caliente
Cuando los filtros siguen a un tratamiento de ablandamiento con cal o cuando el agua és alcalina, la solubilidad de la arena en los acidos es de poca importancia. (A.W.W.A., 1968).
A continuacién y en tase a las investigaciones que han realizado diversos investigadores, es que se han obtenido datos tipicos para el proyecto de filtros de medio Unico, doble y multi ’s.
47
Debido a que el funcionamiento del filtro esta intimamente ligado a las caracteristicas del liquido a filtrar y al disefio de! material filtrante, es conveniente llevar a cabo estudios en planta piloto para determinar la combinacién dptima de materiales filtrantes. En caso de no ser posible desarrollar estudios piloto se pueden emplear como guia ios parametros siguientes.
Tabla 12.2 Datos tipicos para el proyecto de filtros de medio Gnico (Fuente:
Metcalf & Eddy, 1996)
P Caracteristicas |Ii__intervaio —_|i|Tipico]
Leche psco profundo (estratificade} | Arena: Profundidad, cm 25-30
Tamafio efectivo, mm 0.35-0.6 Coeficiente de uniformidad 1.2-1.6
Velocidad de filtracién, m/n 4.88-14.66 Antracita:
Profundidad, cm 30-75 Tamafio efectivo, mm 0.8-1.5
Coeficiente de uniformidad 1.3-1.8 Velocidad de filtracién, m/n 4.88-14.66
Lecho convencional (estratificado) Arena:
Profundidad, cm 50-75 Taman efectivo, mm 0.4-0.8 Coeficiente de uniformidad 1.2-1.6
Velocidad de filtracion, m/n 4.88-14.66 Antracita:
Profundidad, cm 60-90
Tamafio efectivo, mm 0.8-2.0 Coeficiente de uniformidad 1.3-1.8 Velocidad de filtracién, m/h 4.88-19.54
Lecho profundo (no estratificado) Arena:
Profundidad, cm 90-180 120 Tamano efectivo, mm 2-3 2.5 Coeficiente de uniformidad 1.2-1.6 1.5 Velocidad de filtracién, m/n 4.88-24.43 12.21 Antracita:
Profundidad, cm 90-210 150 Tamafio efectivo, mm 2-4 2.75
Coeficiente de uniformidad 1.3-1.8 1.6 Velocidad de filtracion, m/h 4.88-24-43 112.21
48
Tabla 12.3 Datos tipicos para el proyecto de fiitros de medio doble y mialtiple
(Fuente: Metcalf & Eddy, 1996)
i Caracteristicas | Intervato | [Tipico|
Medio doble
Antracita: Espesor, cm
Tamaho efectivo, mm Coeficiente de uniformidad
Arena: Espesor, cm
Tamafo efectivo, mm Coeficiente de uniformidad
Velocidad de filtracién, Lim*min Medio miuitipie Antracita:(capa superior de un filtro medio cuadruple)
Espesor, cm Tamafio efectivo, mm
Coeficiente de uniformidad Antracita:(segunda capa de un filtro medio cuadruple)
Espesor, cm Tamafio efectivo, mm Coeficiente de uniformidad Antracita:(capa superior de un filtro medio triple)
Espesor, cm Tamafio efectivo, mm Coeficiente de uniformidad Arena:
Espesor, cm Tamafio efectivo, mm Coeficiente de uniformidad Granate o ilmenita:
Espesor, cm Tamaho efectivo, mm Coeficiente de uniformidad Velocidad de filtracién, Lim**min
10 1.6 200
49
A continuacién se detallan jas caracteristicas de medios triples en funcién de las diversas clases de floculos existentes en el agua a filtrar.
Tabla 12.4 Caracteristicas de medios multiples en funciédn de los fléculos
(Fuente: Programa regional OPS/EHP/CEPIS 1988)
Aplicacién Material pesado | Arena Antracita Observaciones (granate)
Tamaiio | Prof. | Tamaiio Prof. | Tamafio | Prof. | Gradiente Eficiencia * cm cm em |de de
floculacién | sedimenta cién
Carga pesada;-407+80 | 20 -204+80 30 -10+26 55 Bajo Regular
de fléculos fragiles Carga -20+40 | 7.5 -10+20 30 -10+16 137.5 | Bajo Buena moderada de fléculos fragiles
Carga de}-40+80 {7.5 -20+40 22.5 |-10+20 [20 |Alto Buena | fléculos fuertes -
*-40+80 pasa por el tamiz (us) No. 40 y es retenido en el tamiz No. 80 modificado
de CAMP.
SO
3.4 Tipos de fondos
Los sistemas de desagtie en los filtros de arena tienen dos fines: sirven de punto de salida para el agua que atraviesa los filtros y son el medio que proporciona agua para e| javado de Ja parte inferior del filtro. Puesto que el agua de lavado se aplica a velocidad mucho mas elevada que la de filtracion, el disefio de los medios
de desagtie colocados debajo de los filtros esta basado principalmente en la necesidad de una disiripucién uniforme del agua de lavado en toda la superficie correspondiente. Cuando la distribucién no es uniforme, la arena cambia de lugar en el filtro y al fin se mezcla con la grava.
Los fondos de los filtras son del tipo de tubo de distribucién con tubos laterales perforados o del tipo de fondo falso. Cuando se utiliza el sistema multilateral perforado, se logra una distribucién uniforme del agua de lavado manteniendo una gran pérdida de carga en los orificios situados en los lados, en comparacién con las pérdidas por rozamiento en el multiple y en los laterates. Cuando ej agua de lavado se reparte por medio de un fondo falso, se logra la distribucidn uniforme por
todo el filtro con mucho menos pérdida por-rozamiento a través de los orificios. (AWWA, 1968).
El falso fondo permite grandes velocidades de lavado invertido con una presién operacional considerablemente mas reducida. El sistema de tubo de distribucion y laterales perforados ha sido utilizado, pero en instalaciones recientes se tiende al empleo de fondos falsos, de placas porosas y de otros sistemas patentados.
El sistema de desagUe inferior con laterales perforados comprende una red de tubos de disiribucién, colectores y laterales que ocupa fa totalidad del fondo del filtro. Los tamarios de los tubos se escogen para mantener la pérdida de carga en el sistema de desagie inferior dentro de limites moderados. Este sistema puede estar consiruido de hierro forjado, hierro colado, de asbesto-cemento o de concreto. En algunas pequefias plantas, o en instalaciones que manejan un agua especialmente corrosiva, se emplean tubos de cobre o de acero inoxidable.
Como se ha mencionado el falso fondo en comparacién con la red de tubos de distribuci6n opera con una presién menor y el agua se distribuye uniformemente por todo el filtro con mucho menos pérdida por rozamiento a través de los orificios.
Los fondos falsos se instalan dejando un paso para el agua de 15 a 30 cm de aito debajo del filtro. En los modelos mas sencillos, los fondos de concreto 0 de acero contienen un orificio de 10 a 20 mm por cada 30 cm de longitud de la base del filtro. El tamafio de Ios orificios y la distancia entre ellos depende de la pérdida de carga que debe procurarse. Descargas de agua a alta velocidad de estos orificios a la grava se evitan mediante capuchones sobre dichas aberturas o con otro
51
sistema que desvie el agua a los lados. Los falsos fondos de listones 0 de rejilla de acero no han tenido el éxito esperado, porque producen un iavado disparejo cuando se requiere fuerte velocidad, El fondo de Wheeler esta formado por piramides truncadas e invertidas, con la conexién de agua én la parte inferior y los espacios llenos con esferas de arcilia vidriada y de diametro determinado. Formas seccionales de hierro fundido pueden ser alquiladas por los contratistas para colar las piramides de concreto de dimensiones considerables. (A.W.W.A., 1968).
Placas porosas de aluminio cristalino vitrificado, llamado corundum, han sido
utilizadas con éxito en muchas instalaciones de filtracion. Las piacas estan sostenidas a una altura de varias pulgadas sobre e! suelo del filtro por medio de pernos de acero inoxidable o de crestas de concreto que forman los canales necesarios para la distribucion del agua en todo el filtro. Cuando se emplean placas porosas, la arena se coloca sobre ellas y no es necesaria la capa de grava. Esto redunda en economia en la construcci6n, ya que permite emplear carcasas de filtracidn menos profundas. Elimina también las complicaciones que pueden resultar de la agitacién de Ja capa de grava fina y su consiguiente mezcia con la
arena. Los orificios para el paso del agua en las placas porosas son pequefhos y pueden taparse facilmente, pero esta dificultad ha surgide solamente cuando los filtros se utilizan en relacién con una planta de ablandamiento con cal o cuando el agua no ha sido debidamente fratada por coagulacién. (Programa regional OPS/EHP/CEPIS 1988).
En sintesis, la elecci6n de un sistema de drenaje depende del tipo de sistema de lavado a contracorriente, el faiso fondo lleva ventaja sobre el sistema de tuberia ya gue nos proporciona la operacién del filtro con una menor pérdida de carga hidraulica, mejor distribuci6n de agua residual y dependiendo la circunstancia nos
puede representar un ahorro econdémico significative en cuanto al mantenimiento ya que como se mencions en ios sistemas de tuberfa, los orificios en ocasiones se llegan a tapar teniendo gue darles mantenimiento con cierta regularidad.
Los pisos de los filtros, también denominados falsos fondos o pisos falsos, tienen como fin reemplazar a las redes de tubos y cumplir dos funciones: 1) sostener el lecho filtrante, posiblemente sin piedra ni grava, en las capas de transicién situadas bajo el lecho filtrante mismo, y 2) crear una sola guia de agua, en forma de caja que constituya el emisor del agua de lavado y el colector de agua filtrada (Figura 9.1).
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27 .
Figura 9.1 Pisos de los filtros. a) bloque poroso acanaiado; b) piso de placa porosa; c) fondo Wheeler. (Fuente: Fair 1992)
El piso, de acuerdo con su espesor, se encuentra perforado mediante tubos cortos
u orificios de una dimension tal que descargan una pérdida de carga controlante que origina una distribucién uniforme del agua de lavado. Las aberturas deben ser relativamente pequehas y estrechamente espaciadas, y sus chorros deben fraccionarse por medio de una descarga desde una boquilla efectiva o dentro de una profundidad adecuada de grava. En algunos disefios, se cuelan piramides cuadradas invertidas en el fondo falso. Las esferas grandes y pequefhas colocadas dentro de estas depresiones geométricas obligan a los chorros ascendentes a dispersarse. En otros disefios, una reticula de placas porosas se sostiene sobre pernos o vias similares para difundir el aire al agua residual. Los bloques porosos acanalados gue crean vias continuas de flujo para el agua se colocan directamente sobre el fondo real, pueden ocupar el lugar de las placas porosas. No se requiere la grava graduada. E! fondo poroso descarga la pérdida de carga controlante requerida. Los calculos necesarios encuentran mejor apoyo en la prueba de modelos, debido a que el balance hidraulico del sistema de drenaje interior es delicado y se disturba facilmente por la obstruccién diferencial de las piacas porosas y del lecho filtrante. (FAIR. 1992).
53
Sistema de drenaje
El sistema de drenajes tiene una doble funcion:
1. dar soporte al medio filtrante y evitar que éste sea acarreado hacia e! sistema de drenajes
2. asegurar una tasa de filtraci6n uniforme sobre toda el area filtrante.
Con el fin de evitar pérdidas de medio filtrante se coloca una serie de capas de grava de tamafio creciente entre ¢! medio filtrante y el sistema de drenajes propiamente dicho. Por lo general sera practico usar tres capas de grava con tamafios que van de 1-1.4, 4-6, 16-23 mm. El espesor de cada una de estas capas debe ser de alrededor de 100-150 mm. Para el sistema de drenajes en uso (véase figura 9.2), puede manifestarse de manera general que son de confiar las caracteristicas hidraulicas de los sistemas que emplean losas de concreto prefabricado, ladrillos y concreto poroso, sin necesidad de entrar en mayores calculos. Para estos sistemas el area por donde el agua fluye libremente, es relativamente extensa. Los sistemas que usan tubos perforados y grava, o piedra triturada, pueden ser dimensionados en base a los criterios siguientes:
Tabla 12.5 Criterios para los sistemas de drenaje que usan tubos perforados y
grava o piedra triturada. (Fuente: Manual de disefio y construcciédn CEPIS,
1978)
Tubos perforados
Velocidad maxima en el distribuidor 0.3 m/s
Velocidad maxima en los taterales 0.3 m/s
Espaciamiento de los laterales 1.5 m (1-2 m)
Dimensidén de agujeros en los laterales 3 mm (2-4 mm)
Espaciamiento de agujeros en Jos laterales |0.15 m (0.1-0.3 m)
Grava o piedra triturada
Altura de la capa 0.15 m
Taman de la grava 25-50 mm Area méxima del lecho filtrante 25 m?*
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Figura 9.2 Sistema de drenajes (Fuente: Manual de disefo y construccién
CEPIS, 1978).
55
Fig. 10 Sistema de drenajes y soporte de capas de grava, (Planta de
tratamiento de aguas residuales de Amsterdam, Holanda).
56
3.5 Caracteristicas de falso fondo
La eleccién de un sistema de drenaje depende del tipo de sistema de lavado a contracorriente. En los filtros de lavado a contracorriente convencional, la practica comun es colocar el filtro sobre un soporte formado por varios niveles de grava graduada.
Para fondos Wheeler, se sugiere utilizar la siguiente capa de soporte ae grava:
Tabla 12.6 Soporte para falsos fondos Wheeler (Fuente: Programa regional
OPS/EHP/CEPIS 1988)
CAPA ESPESOR (CIM) TAMANO PLG. i
1° INFERIOR 2°
a
4° SUPERIOR 3/16-3/8
* El espesor necesario para cubrir el sistema de drenajes
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Fig. 10.1 Falso fondo tipo Wheeler (Fuente: Programa regional OPS/EHP/CEPIS 1988)
57
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.: ¥ oe prema Sooke. Siliss,
Fig. 10.2 Falso fondo tipo Wheeler (Fuente: Programa regional OPS/EHP/CEPIS 1988)
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EI uso de capas de material granular de alta densidad (granate, ilmenita, etc.) elimina el problema del movimiento de la grava fina y de arena, para ello debe cumplir con las siguientes especificaciones:
Densidad mayor 4.20
Tabla 12.7 Uso de capas de material granuiar alta densidad (Fuente: Programa
regional OPS/EHP/CEPIS 1988)
| Espesor de capacm Tamafio 6 pig. |
{3.75 [<= 1 _| (3.75 Tamiz No. 10<o< 3/16” | 7.5 |
FALSO FONDO
58
También existen los falsos fondos de blocks de ceramica Leopold
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Fig. 10.3 Falso fondo tipo Leopold (Fuente: Programa regional OPS/EHP/CEPIS 1988}
59
[Soporte |Espesor (cm) [Tamafio (mm) | Primero 15 1.6-3.2 | Segundo 5 3.2-6.4
| Tercero 5 [6.4-12.5 Fondo 5 12.5-19.0
Para falsos fondos con soporte de arcilla se sugiere la siguiente solucion:
Tabla 12.8 Uso de capas de material arcilla (Fuente: Programa regional OPS/EHP/CEPIS 1988)
CAPA ESPESOR (Ci) _[TAMANO PLG. Inferior 5 [1/2-3/4
| Media 5 1/4-1/2 Superior 5 1/8-1/4 |
En general, es recomendabile utilizar capas de soporte de grava o colocar
directamente !a arena sobre el falso fondo. Para fondos prefabricados de concreto se sugiere la siguiente capa de soporte
Tabla 12.9 Uso de capas de material grava (Fuente: Programa regional
OPS/EHP/CEPIS 1988) TAMANO DE LA GRAVA (PLG) 3/12 - 3/16
PROFUNDIDAD (CM)
3/16 - 1/2 | 1/2 ~ 3/4 3/4 - 11/2
60
También existe el fondo falso con boquilla como a continuaci6n se muestra
+ Saati
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t ™ Gerficio
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Fig. 10.4 Falso fondo con boquillas (Fuente: Programa regional OPS/EHP/CEPIS 1988)
Se recomienda poner un soporte de grava de las caracteristicas siguientes:
| Soporte Espesor cm Tamafiomm
Primera 1-7.5 12.5-4.8
Segunda 7-10.0 19.0-12.5 Tercera 7-10.0 38.0-19.0
Fondo 12-15.0 63.0-38.0
Existe otro falso fondo llamado Manifolds
. ensigns
Lebers) fe oy -
Fig. 10.5 Falso fondo manifolds (Fuente: Programa regional OPS/EHP/CEPIS 1988)
Se recomienda poner capas de grava para sostenerlo, con las siguientes
caracteristicas:
Capa ST Espesor cm Tamafio mm | Primera 10.0 2.4-4.8 | Segunda 7.5 4.8-9,6 | Tercera 7.5 9.8-19.0 | Fondo 10.0-15.0 19.0-38.0
62
CAPITULO 4
4 EJEMPLO DE ANALISIS GRANULOMETRICO EN LABORATORIO
En la granulometria de los materiales, se ha visto que en los suelos granulares, los que estan bien graduados, con amplia gama de tamafios, tienen un
comportamiento mas favorable que aquellos que son uniformes, o sea donde predomina un tamano principalmente. Sin embargo, el comportamienio mecanico
e hidraulico esta definido por la compacidad y orientaci6n de los granos, caracteristicas que se desiruyen al realizar una prueba granulométrica. (Legorreta. 1997).
44 Proceso
Tamafio del grano y distribucién de fos tamafios. Generalmenie, los parametros del tamafio medio del grano y la variancia en tamafio del grano se determinan por cribado de una muestra representativa de granos de filtro a través
de un juego de mallas calibradas. (Fair, 1992).
Tabla 13 Serie de mailas E.U.A. (US) (Fuente: Fair, 1992) ST SOUT ue SI
a ou
* Aproximadamente el numero de mailas por pulgada (malias por 2.54 cm).
Analisis granulométrico. Algunos tipos de analisis granulométricos son universalmente usados en la ingenieria para ia clasificacion de los suelos. Parte de los criterios de suelos convenienies para caminos, campos aéreos, presas, filtros y otras construcciones se basan en el andlisis granulométrico, ademas de obtener una buena prediccién sobre el movimiento dei agua en ei suelo (flujo de agua), pero el realizar pruebas de permeabilidad es mas aconsejable. (Legorreta. 1997).
63
El andlisis granulométrico es un intento de determinar la proporcién relativa de los diferentes tamafios de jos granos que se encuentran en una masa de suelo. Por lo tanto, se deben de manejar muesiras estadisticamente representativas de la masa
de suelo. Actualmente no es posible determinar los tamafos individuales de las particulas de suelo, ya que la prueba puede Unicamente agrupar los varios rangos
de tamafios. Esto es realizado para obtener la cantidad de material que pasa a través de una malla dada, pero retenido sobre una malla de menor abertura y entonces relacionando esta cantidad retenida a el total de la muestra. Es evidente que el material retenido en cualquier maila, en esta forma, contiene particulas de
muchos tamafios, pero todos ellos menores a la abertura de la malla en la cual e! suelo es retenidc. La mayoria de los granos de un suelo no son de une igual dimension en todas direcciones, por lo tanto, el tamafio de la abertura de una malla no representara ni la mas pequefa ni la mas grande de las dimensiones de
una particula, pero sf algdn tamafio intermedio.
La apariencia de la curva granulométrica depende del rango y la cantidad de los varios tamafios de particulas en una muestra de suelo. Esto es, que sera afectada por el origen del suelo o el método de depositacién. La curva granulométrica nos puede proporcionar una buena indicacién sobre cual ha sido fa historia del suelo, por ejemplo, un depdsito residual tiene un cambio constante en el tamafio de sus particulas con respecto al tiempo, en cuanto a la filtracién, gracias a ella, podremos seleccionar el grano de arena que sera de mayor eficiencia para la filtracién. (Legorreta. 1997).
Para llevar a cabo un analisis granulométrico se deben seguir los siguientes
pasos:
1) Tener perfectamente limpias las mallas y haber pesado cada una (Win, peso de Ia malla i).
2) Se toman de 7 a 8 mallas entre la maila de 3” y la No. 200. Todos los anéalisis son de tipo discreto.
3) Se pone a secar la muestra en el horno. Se deja enfriar y se pesa la cantidad requerida para hacer la prueba (Win, peso de la muestra inicial).
4) Se desmoronan cuidadosamente los grumos de material con un rodillo de madera para evitar romper los granos.
5) Se coloca el juego de mallas en orden progresivo, de tal manera que la malla con la abertura mas grande quede en la parte superior y la de menor abertura en ja parte inferior, al final se coloca la charola. Se vacia el] material previamente pesado y se coloca la tapa.
6) Se agita todo el juego de mailas horizontalmente, con movimiento de rotacion, y verticalmente, con golpes secos de vez en cuando. FE! tiempo de agitado depende de la cantidad de finos de la muestra, pero, por lo general, no debe ser menor de 15 minutos.
7) Se quita la tapa y se van separando cada una de las mallas, el material retenido en cada malla y en la charola se vacia en un papel limpio para ser pesado.
8) Los datos obtenidos se vacian en la tabla No. 14
64
Para obtener Ja curva granulométrica se puede dibujar como abscisas ef tamafio de las particulas (mm) o sea la abertura de la maila utilizada y como ordenadas el porcentaje que pasa (%) de la muestra. De la curva granulométrica se obtiene el
Dio, Dgo, y Deo que son el diametro de las particulas para un 10%, 30% y 60% que pasa. Dichos valores se obtienen para calcular los coeficientes de uniformidad y de curvatura.
Por ejemplo si se desea una arena de Cu= 1.7 y TE= 0.5, se traza en la grafica, una linea que pase por 0.5 para 10% y 1.7*0.5= 0.85 para 60%. Esto es
dependiendo las caracteristicas del material a utilizar en la filtracion.
Deo
Coeficiente de uniformidad Cu= leeeeeeenees (5) 10,
2
Coeficiente de curvatura Coe OE (6) DeoDio
Preparaci6n de la arena para filtros. La arena natural procedente de los bancos puede ser demasiado gruesa, demasiado fina, o carecer de uniformidad requerida para ei filtro proyectado. Dentro de los limites econdmicos, se puede obtener el] tamafio y uniformidad especificados, a través de la eliminacién por cribado de los granos gruesos y la eliminacién por lavado de los finos.(Fair 1992).
Si una arena para filtros se especifica de acuerdo con el tamafio efectivo y con el coeficiente de no-uniformidad, y si se ha hecho un analisis de mallas del lote de arena disponible, las porciones gruesas y finas del lote de arena, que se van a remover son funciones de P71 y Peo, es decir, de los porcentajes del lote de arena mas pequefios que el tamafio efectivo deseado y del tamafio percentil 60, respectivamente. Esto se puede explicar segun Fair de la siguiente forma:
65
1. Debido a que la arena que se encuentra entre los tamanos Peo y P10
constituye la mitad de la arena especificada, el porcentaje utilizable del lote de arena es
Putizabie= 2(P60-P 10) sees nee (7)
2. Debido a que la arena especificada puede contener solamente 1/10 de arena utilizable de tamafio menor que Pio, el porcentaje por debajo del cual el lote de arena resulta demasiado fine para que pueda usarse es
Paemasiado fina= P10-0.1Putiizable= P10-0.2(P60-P'10) seer (8)
Siempre que el tamano de grano correspondiente a la arena demasiado fina sea igual o mayor que el tamafio mas pequeno de la arena que se incluira en el filtro.
3. Debido a que se ha contabilizado un porcentaje por encima del cual la arena del lote es demasiado Putizabie + Pdemasiado fina, €! POrcentaje por
encima del cual la arena del lote es demasiado gruesa, es
Paemasiado gruesa = Putnwzabie, + P demasiado fina=
= Pygt1.8(Peo-Pi9) cece (9)
Antes de colocar la arena en filtro, se pueden eliminar las porciones finas mediante un lavador de arena o de arenillas. Estos mismos iavadores limpiaran
también la arena removida dei filtro y quitaran la materia organica de Ja arenilla.
Como se muestra en [a figura 11a, un lavador de arena es esencialmente un tanque de sedimentacién de flujo ascendente. Por lo tanto, su velocidad de derrame no debera exceder a la velocidad de sedimentaci6n de la particula mas fina que se debera retener, igualmente por lo menos hasta donde lo permita la primera restriccién, la velocidad de asentamiento de la particula mas grande que se deba eliminar. Sin embargo, la concentraci6n de arena y la sedimentacién
aisturbada resultante reducen apreciablemente las velocidades de derrame necesarias, y la velocidad de flujo del agua transportadora es por lo general de
magnitud suficiente para efectuar la separacién sin la necesidad de agua suplementaria. La arena o arenilla que se asienta en el fondo se extrae hidraulicamente o por gravedad a través de una compuerta de corte.
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Fig. 11 a) Lavador de arena; b)separador de arena. (Fuente: Fair 1992)
4.2 Desarrollo
Consideraciones dei ejemplo
Se tomara para la operacion de filtracién e! efluente de aguas tratadas, mediante un Tratamiento Primario Avanzado (TPA) que a continuacién se comenta, el cual basicamente es una combinacidén de los tres tipos de tratamiento (ver seccién 1.6) por esa razon puede ser considerado como un tratamiento terciario o avanzado, por otro lado el efluente filtrado sera utilizado para riego de cultivos.
El TPA es un proceso en el cual se afaden reactivos quimicos al agua para eliminar sdlidos suspendidos y materia orgadnica evaluada como DBO total. El Tratamiento Primario Avanzado emplea dosis mucho menores de coagulantes en comparacién a las del proceso fisico-quimico. Por otro lado el TPA, se apoya en polimeros de alto peso molecular para el proceso de floculacién, remueve la carga
organica y por ende la DBO, conservando los nutrientes del agua para ser aprovechados por los cultives en riego (Leyva 1997).
El TPA es utilizado cuando el agua tratada se desea emplear para riego y es necesario conservar la aportacién de nutrientes (nitrogeno y fdsforo) y materia organica al suelo, o bien, cuando la descarga del efluente es hacia el mar en zonas de alta diluci6én y resulta innecesario pagar por un mejor efluente. Por otra parte, es recomendable para incrementar la capacidad de las plantas bioldgicas
67
secundarias, al disminuir ef requerimiento de oxigeno y por lo tanto el tamafo del reactor bioldgico. (Jiménez 1995).
Para la realizacion del TPA, existen cuatro diagramas de flujo
a 4 Primario Convencional
Elrminacién Sedimentacién Sdidos
Polimero FeCle Aniénico in i Primario
b- Le Avanzado
Eliminacién Sedimentacién Solidos
Polfmero FeCls Anionico
ot{Laqgue ene Elimmacion Floculacin —- Sedmantacion Sdlides
Polimero .
FeCls Anténico Secundario Quimico
Lo Le dp _—“eeah Enminacion Sedimentacién Floculaciin Sedimentacién
Sdlidos
Fig. 12 Configuraciones basicas del Tratamiento (Fuente: Y.J.Shao, 1993)
a) Tratamiento primario convencional que consiste basicamente en
desarenaci6n y sedimentacién primaria. Su eficiencia es de 65% en remocion de sdlidos suspendidos y 30% en DBO, para aguas residuales domésticas convencionales. (Y.J.Shao, 1993).
b) Tratamiento primario avanzado que tiene una configuracion igual a fa anterior, pero se afaden reactivos: generalmente emplean cloruro férrico con dosis de 10 a 40 mg/L combinadas con pequefias cantidades de pollmero aniénico. Este proceso remueve entre 80 y 85% de SST y de 50 a 55% de DBO. (Y.J.Shao, 1993).
68
c) Tratamiento quimico primario, esta formado por una unidad de coagulacién-floculacién antes de la sedimeniacién. Emplea dosis altas (150 mg/l de cloruro férrico con 0.2 mg/l de poli electrolite anidnico), con eficiencias de mas del 90% para los sdlidos, 75% para la DBO y 95% para el fosforo en agua residual doméstica. (Y.J.Shao, 1993).
d) Tratamiento quimico de dos etapas, se afiaden los reactivos en dos etapas; la primera es un tratamiento primario avanzado, la segunda un proceso de floculacién. Las dosis y el volumen de los reactores son
menores. (Y.J.Shao, 1993).
La tabla presenta la eficiencia de remocién de SST y DQO y fésforo asociadas para cada tipo de tratamiento primario.
Tabla 15 Tipos de tratamiento (Fuente: Y J.Shao, 1993)
PROCESO | _CONFIGURACION %SST %DBO %p
Primario Convencional |DA+SP 65 30 11 Primario Avanzado (AC)DA+(AP)SP 80-85 50-55 31 Floculacién Primaria (AC)DAt F+(AP)SP >90 75 95 Floculacién de dos|DAtSP+(AC)F+(AP)+Se 83 52 SD etapas S
DA desarenacién SP sedimentaci6n primaria AC _ adicién de coagulante AP _ adicién de polimero F floculacdor Ses sedimentador secundario
SD _ sin datos
Sistema de filtracién. Dentro de los estudios previos realizados para la remocién de los huevos de helmintos en un TPA, existen los reportados por Jiménez et al., 1995. Landa et al., 1996 y Landa1996.
Landa (1996), construy6 3 filtros de arena silice, los que operaron de manera continua las 24 hrs. del dia. Realizé en ellos mas de 50 carreras de filtracién empleando arena de TE 0.6, 0.8 y 1.2
La operacién de cada filtro lleg6 hasta alcanzar la pérdida de carga maxima admisible de 1.7 metros de columna de agua (mca).
Desde un inicio deseché el filtro de tamafio especifico TE 0.6 mm debido a que presento corridas inferiores a 5 h. Tal y como supuso, la duracién de las carreras
69
de filtracién presentaron un incremento cuanto mayor era el TE del material
filtrante y menores eran las tasas de filtraci6n; el filtto TE 1.2 mm presentd un comportamiento superior al filtro con TE 0.8 mm. En ambos filtros, el mayor tiempo de duraci6n se present6 para la velocidad de 7 m/h, mientras que para la velocidad de 15 m/n se registraron los menores tiernpos de duracién.
Teniendo en cuenta la duracién de carrera y cada una de las velocidades a la que trabajaron los filtros, construyeron un nomograma; el cual resulta ser una ayuda de disefio ya que én el disefio de filtros para el tratamiento de las aguas residuales,
los parametros estan generalmente limitados a la selecci6n del tamafio del medio y a la tasa de filtracién.
La concentracidn de SST en el influente que registraron presenté variaciones a lo largo de toda la investigacién, e! intervalo estuvo comprendido entre 38 y 96 mg/L. En lo que corresponde a las concentraciones en los efluentes, para el filtro 2 (con TE 0.8 mm) ésias variaron entre 20 y 88 mg/L, a su vez al filtro 3 (TE 1.2 mm), correspondieron concentraciones entre 18 y 80 mg/L.
Landa, 1996, reporia que los mejores valores de remocién en cuanto a turbiedad
en el filtro de TE 0.8 mm se presentaron cuando la tasa de filtrado fue de 10 y 15 m/h. Por otro lado, en ei filtro de TE 1.2 mm a velocidades de 7 y 10 m/h generaron las mejores remociones. Los mayores porcentajes de remocién que reportan Landa ( 1996) son cuando la tasa de filtracién fue de 7 m/h para los filtros
de TE 0.8 y 1.2 mm, las turbiedades que se registraron en el efluente estuvieron comprendidas entre 56 y 253 UTN, mientras que los valores registrados en los efluentes de los filtros de TE 0.8 y 1.2 mm variaron de 29 a 240 UTN y 21 a 225 UTN respectivamente.
En Jo referente a color, obtuvo valores bajos de remocién, el mayor de éstos se present6 en el filtro con TE 0.8 mm (17%) trabajando a una velocidad de 7 m/h, por su parte el filtro de TE 1.2 mm sdlo alcanz6 valores de remocién del orden de 6 a 10%.
Las concentraciones de DQO gue se presentaron en el influente variaron del orden de los 76 mg/L hasta los 350 mg/L. Los valores promedio que se presentaron en los efiuentes de los filtros fue de 195 mg/L para el filtro de TE 0.8 mm, y de 175 mg/L para el filtro de TE 1.2 mm. En cuanto a ja remocidn, el filtro de TE 1.2 mm tuvo casi un 27 % la cual fue superior al filtro de TE 0.8 mm, el cual tuvo una remocién de 23% como remocié6n maxima.
El contenido total de nitr6geno en un agua residual municipal, después de un tratamiento secundario, oscila entre 20 y 60 mg/L (Westcot et a/., 1990). Los
valores reportados en este trabajo fueron del orden de 42 a 45 mg/L; se menciona también que la mejor remocién se consiguid en el filtro de TE 0.8 mm y fue de un 9%.
70
En fo referente al Nitrogeno Amoniacal (N-NH3) no sufrié ninguna variacion en su concentracién a lo largo del tratamiento primario avanzado, ni en la filtraci6én. Las concentraciones que se registraron de fosforo, tanto en el influente como en el
efluente de los filtros de TE 0.8 y 1.2 mm fueron de 5.9a/7.8mg/Ly53a/7.6 mg/L respectivamente.
La Tabla 16 muestra las caracteristicas promedio de los efluentes filtrados haciendo una comparacién con la NOM-001-ECOL/96 presentados por Landa, 1996. En cuanto a los huevos de heimintos, las Tablas 17 y 18 muestran los
valores que obtuvieron para el efluente filtrado.
Tabla 16 Caracteristicas de un trado (Landa et al., 1996) re Rt SS ae aT
SOE SERS
So
pi :
SST mg/L . 67.00
SsVv mg/L 40.00 49.00
Turbiedad UTN 46.00 45.00 Color Pt-Co 200.00 183.00
Aicalinidad Total mg/L (Calas) 805.00 796.00
DQO total mg/L 211.00 172.00 DQO soluble mg/L. 211.00 174.00
DBO total mg/L 90.00 100.00 200
DBO soluble mg/L 69.00 69.00
Fésforo total mg/L 8.21 7.20 30
Cond. Eléctrica phoms/em 2274.00 2287.00 Sélidos Totales mg/L. 1844.00 1844.00
Coliformes Totales NMP/100 mL 100*10° 60.667*10°
Coliformes Fecales | NMP/100 mL 100*10* 9.633*10° 2000
Tabla 17 Valores registrados de Huevos de Helmintos (DGCOH)
Efluente primario L Filtro TE 0.8 mm | Promedio Maximo Minimo Promedio Maximo Minimo
| 1.35 4.80 0.25 0.06 0.43 0.00 Efluente primario | Filtro TE 1.2 mm
Promedio Maximo Minimo Promedio Maximo Minimo 1.86 7.70 0.65 0.10 0.25 0.00
71
Tabla 18 Valores registrados de Huevos de Helmintos (IMTA)
Efjuente primario | Filtro TE 0.8 mm Promedio Maximo Minimo Promedio Maximo Minimo
1.58 3.03 0.45 0.05 0.18 0.00
Efiuente primario I Filtro TE 1.2 mm Promedio Maximo Minimo Promedio Maximo Minimo
1.71 5.16 0.45 0.042 0.18 0.00
Ejempilo
Con el objetivo de continuar con las pruebas de tratabilidad de las Aguas Residuales dei Valle de México, y considerando fa flexibilidad que presenta el Tratamiento Primario Avanzado (TPA) comentado en la seccién anterior, para producir un efluente con calidad intermedia acorde a las necesidades de riego; se instalé un proceso de tratamiento para el desarrollo del TPA. El tren de tratamiento que desarrollé la planta piloto estaba constituido por: desarenacion, camara de coagulacién o mezcla rapida, camara de floculacién o agitacién lenta, unidad de manto de lodos y por ultimo un sedimentador de alta tasa (placas paralelas), el efluente obtenido se condujo a la filtracién.
EI proceso consistiéd en ta eliminacién de sdlidos gruesas, mediante rejillas, una camara de coagulaci6n o mezcla rapida, con una agitaci6n de 200 r.p.m. En esta etapa se aplico el sulfato de aluminio Alo(SO.4)s. Posteriormente, la camara de floculacion o de agitacién lenta, en ella se adicionaba el polimero, con un régimen de mezclado de aproximadamente 30 r.p.m. La unidad de manto de lodos que se enconiraba conectada directamente con el sedimentador de alta tasa. En esta etapa se realizé la separacion del agua tratada y los lodos producidos. Dichos lodes eran extraidos del sistema, parte de ellos para su recirculacién (10%) y el resto para purga. E] tiempo de retencién hidraulico fue de 30 min. El efluente de
este tratamiento fue dirigido a los filtros de medio granular.
Metodologia experimental
En estudios anteriores, realizados por Landa (1996) demostré la efectividad que presenta la filtracién rapida en arena como proceso unitario para la remocién de los helmintos. E! reporta eficiencias superiores al 95%, con Jo cual se cumple perfectamente con la normatividad tanto nacional como internacional, que
restringe en <1 org/L la concentraci6én de helmintos dentro de un efluente
72
destinado al retiso agricola, las concentraciones que el obtuvo después de la
filtraci6n son del orden de 0.1 org/L.
Los trabajos desarrollacos por el autor anterior, estuvieron basados Uunicamente en el empleo de arena silicea de TE 0.6, 0.8 y 1.2 mm con CU de 1.6. Con este tipo de material empled cuatro velocidades de filtracién: 7, 10, 12 y 15 m/h.
Componentes del filtro
EI sistema se constituyé por una columna de filtraci6n de 30 cm de diametro y una
altura de 3.58 m. FI material de empaque fue arena silicea de TE 1.2 mmy Cude 1.6 (Landa, 1996); la curva granulométrica, se construy6 con los datos de la tabla 19 y se presenta en la figura 13.
tabla 19 Determinacion de la curva granulométrica (Landa et al are
16 1.19 55 14 Tr
14 1.41 55 14 22
12 1.68 75 15 37
10 2.00 190 38 75
8 2.38 125 25 100
80
60
40
20
% Retenido
| 100
| | | Z Abertura en (mm)
J Fig. 13 Curva granulométrica (Fuente: Landa, 1996)
73
Las componenies del sistema fueron: sistema de alimentaci6n mediante una regadera distribuidora, medio filtrante de arena, tres puertos de muestreo, sistema de bajo dren a base de gravilla, boquillas distribuidoras, sistema de bombeo para lavado y una base metalica.
Material de construccién
Para la construccién del filtro se empled una columna de material acrilico apoyada sobre una base metalica. E! propdsito de emplear material transparente, fue con ei fin de observar el comportamiento de la columna durante el proceso de filtraci6n y de lavado de acuerdo a las recomendaciones de Adin, 1985 y Metcalf and Eddy, 1992. La tabla 20 reune las principales caracteristicas de construccién.
Tabla 20 Caracteristicas constructivas del filtro de arena (Fuente: Leyva,
1997)
Ss
Diametro de columna, m 0.30 Seccién transversal, m? 0.06605 Espesor de! lecho, m 0.96 Espesor de la gravilla, m 0.14
Numero de puertos, pulg. 3.00 Diadmetro de cada puerto,m 0.019
Material de construccién Acrilico Tipo de soporte Metalico
Funcionamiento
Posterior al TPA, el agua fue conducida por gravedad a la parte superior del filtro mediante una tuberfa de PVC de 1” de diametro conectada a un rotametro (10 a 85 Ips) cuyo propédsito fue el de controlar el gasto de entrada al filtro. En este
punto, e] agua pasé a través de una regadera con perforaciones de 1/8”, con el fin
de tener una distribuci6n homogénea sobre !a superficie del medio filtrante. Durante su paso por la cama filtrante, el agua tuvo que cruzar un medio de 96 cm de espesor hasta llegar a la parte inferior de la columna, donde saliéd a través de
cuatro boquillas ranuradas que cumplieron una funcién doble: colectar el agua filtrada y distribuir el agua durante el lavado. (Leyva, 1997).
E] proceso de lavado estuvo constituido por un sistema de bombeo formado por
dos bombas centrifugas: 1 y 2 HP. Dicho sistema de lavado estuvo conectado a la parte inferior de la columna, ya que el lavado fue de tipo ascendente. EI sistema
74
hidraulico de lavado estuvo formado por tuberia de PVC de 1” de diametro. Cada bomba estuvo conectada a la columna en paralelo, controladas por un rotametro. (Leyva, 1997).
Control de operacién
Con la instalacién de un rotametro de capacidad variable (10 a 85 Ips) a la entrada del filtro se controlé el gasto de operacién. De igual manera, a la salida de las bombas se ajusté el gasto de agua para e! tavado. Con Ia instalacién de 3 puertos
de muestreo distribuidos a lo largo de la cama filtrante, se monitored el comportamiento en cuanto a la remocién de turbiedad, color y SST que presentd la cama filtrante a diferentes alturas. (Leyva, 1997).
Dentro del desarrollo de la investigacién se buscdé demostrar la flexibilidad del filtro mediante el funcionamiento a diversas condiciones de operaci6én: la tabla 21 muestra dichos criterias.
Tabla i Condiciones de operacion del filtro de ee 1oo7 ator 1321 ‘oot
El proceso de lavado del filtro, se realizé empleando el sistema propuesto por Jiménez et al., 1995. El cual consiste en un lavado por etapas y ciclos.
Parametros de contro!
EI control del filtro se inicid tomando muestras cada dos horas, para conocer tanto el funcionamiento como ei comportamiento del influente y efluente. Dicho muestreo se realiz6d las 24 horas del! dia. La tabla 22 agrupa jos principales parametros de control empleados durante el seguimiento de un sistema de filtracién. (Leyva, 1997).
75
Tabla 22 Pa ametros empleados para el monitoreo Cou Leyva, 1287)
Cada 2 hrs. Cada 2 hrs. Cada 2 hrs.
Rutinario
Temperatura *C Ocasional
Sélidos suspendidos totales mg/L Cada 2 his. Sélidos suspendidos mg/L Cada 2 hrs.
1 yoratiles
Solidos suspendidos fijos mg/L Cada 2 hrs.
DQO (sovuste y TOTAL) mo/L Ocasional
Huevos de Heimintos org/L Rutinario
Como parametro adicional a ios anteriores, se determiné el tamafio de particula con e! propésito de establecer una correlacién entre la capacidad de remoci6n del
filtro y el tamafio de helmintos tal y como lo hizo Landa et al., 1996. La distribucién del tamafio de la particula genera resultados mas rapidos para conocer las caracteristicas de los diversos componentes de un agua residual en funcién del diadmetro (um): mientras que una determinacién tradicional de helmintos requiere hasta de varios dias.
4.3 RESULTADOS
Velocidades de filtracién. Se emplearon tres diferentes tasas de filtracién: 10,12
y 15 m/h con el fin de opservar el comportamienio y flexibilidad del filtro. Las duraciones de carrera generadas fueron de 32, 21 y 21 h cuando las velocidades
fueron de 10, 12 y 15 m/h respectivamente. La tabla 23 presenta un resumen del comportamiento de las diversas carreras de filtraci6n realizadas durante la
segunda etapa de operacién de la planta piloto.
La totalidad de los resultados se encuentran en el anexo B. (Leyva, 1997).
18
Tabla 23 Resumen del comportamiente. dei filtro (Fuente: Leyva 1997) ES RY Ae
1 A1,25 138 10.00 27.25 23.53 15.59 1.41
2 37.67 160 10.00 24.88 32.08 28.62 4.55
3 14.25 140 10.00 9.41 16.60 7.00 4.09
4 36.00 150 410.00 23.78 20.18 11.65
5 50.50 170 10.00 33.36 22.75 43.38
& 40.25 85 40.00 26.59 22,63 12.63 a 23.00 105 10.00 15.19 28.20 21.06 3.80
8 25.50 113 10.00 16.84 28.50 17.83 3.48 3 49.50 115 10.00 32.70 27.96 14.26
10 27.50 155 10.00 18.16 23.73 11.64
41 36.75 120 10.00 24.27 26.42 15.08 2.22
12 20.16 84 10.00 13.32 27.45 14.36 2.89
43 4717 60 10.00 11.34 39.89 26.00 3.39
14 20.00 140 12.00 15.85 25.75 18.13 2.42
15 12.75 121 12.00 10.14 32.29 23.00 3,84
46 19.50 126 12.00 15.46 36.86 19.57 2,49
V7 32.50 175 12.00 25.76 26,50 13.60 1.49
18 21.25 164 15.00 21.05 36.86 14.14 1.83
413 19.00 205 15.00 18.82 23.88 11.63 2.34 20 20.00 180 15.00 19.82 19.73 16.45 1.94
2i 23.00 194 15.00 22.79 33.75 23.33 1.45 Duracién de fa carrera. Las duraciones de carrera generadas, guardan relaci6én con los resultados reportados por Jiménez y Landa, 1996. Los resultados que aqui se obtuvieron aparecen dentro de la fig. 14, con la cual es posible estimar el tiempo de duracién en funcién de una tasa deseada. (Leyva, 1997).
Pérdida de carga. Siguiendo las recomendaciones de diversos autores en lo referente a la pérdida de carga admisible para la operacién de un filtro piloto (Landa et al., 1996); este filtro se construy6 para trabajar con una pérdida maxima de 2.00 mca. Dicho valor en muy pocas ocasiones se alcanz6, ya que la operacién
del filtro no estuvo regida por este parameitro. En efecio, e! principal control se llevé a cabo mediante la evaluacidn de Ja calidad de! efluente en funcidn de los sdlidos suspendidos. Las fig. 15, 16 y 17 muestran el comportamiento del filtro
para cada una de las tres diferentes tasas empleadas. Graficando Ap vs Tiempo, se observa para cada corrida de filtracién la pérdida de carga final.
TT
mHMmwRID
oCOS6SOO
| | | | | | |
R=]
Duraci6n
de carrera
(h)
Po. y= 1083257 29,371x + 217,66 |
7 8 9 10 11 12 13 14 #15
Velocidad (m/h)
(—* Seriel ——= Polinémica (Seriel)
Fig. 14 Velocidad vs Duracion. (Fuente: Leyva, 1997)
lo 17
78
150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
0
Columna
de agua (cm)
0 2 4 6 8 1012 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54
Tiempo (h)
| |—e— velocidad 10 (m/h) “= Exponencial (velocidad 10 (m/h)) ;
Fig. 15 Pérdida de carga (10m/h). (Fuente: Leyva, 1997)
R? = 08087
y = -0,0323x° + 4,8424x + 31,324
Columina
de agua (cm)
8
| Tiempo (1)
012345 6 7 8 9101112131415 161718192021 22232425 262728293031 323334. 35 3637
~~ @ velocidad (12 rr/h) === Polinémica (velocidad (12 rv) :
Fig. 16 Pérdida de carga (12rn/h). (Fuente: Leyva, 1997)
012 34 56 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 2 23 24 Columna
de agua
(cm)
Tiempo (i)
LL. _# velocidad (15 n/t) = Exponencial (velocidad (15 rv) Fig. 17 Pérdida de carga (15m/h). (Fuente: Leyva, 1997)
Sélidos suspendidos. Con concentraciones de SST en el influente que variaron
entre 9 y 150 mg/L él filtro presento en su efluente concentraciones entre los 6 y
92 mg/l. Los menores valores de solidos a la salida del filtro se presentaron
cuando la velocidad de operacién fue de !0 y 15 m/h, sin embargo la diferencia que
existid con la velocidad de 12 m/h es minima, de tan slo 3 mg/L (Fig. 18). Por otra
parte, en la Fig. 19 se muestra que la mejor remocion se presento para la
velocidad de 15 m/h. Dicho efecto se debe a que a mayor velocidad se tiene una
mayor fuerza de empuje, reflejada por una mayor penetraci6n y atrapamiento de
los sélidos. Este fendmeno puede observarse a detalle en la Fig. 20, donde se
muestra que ef mayor volumen de sdlidos atrapados se consiguié con la velocidad
mas alta. (Leyva, 1997).
Turbiedad. En lo que respecta a los valores de turbiedad registrados a la salida
del filtro, el menor promedio registrado de 38 UTN corresponde a la velocidad de
40 m/h, siendo el mayor valor promedio de 54 UTN para la velocidad de 12 m/h,
éste se muestra en la Fig. 21, la cual ilustra tanto los valores del influente como
del efluente. En cuanto a las remociones registradas (Fig. 22); la tasa de 15 m/h
presenté la menor remocién, de tan solo 5.58%, dicho efecto fue ocasionado por la
ruptura del floc debido a! cheque con el medio filtrante. (Leyva, 1997).
Color. En la Fig. 23 se muestra que la remocién de color estuvo afectada en la
misma forma que la turbiedad, es decir, mientras que para las velocidades tanto
80
de 10 m/h como de 12 m/h la diferencia es de sdlo 3%, con la velocidad de 15 m/h no se consiguié remover color. Esta situacién se presenté de igual manera en los
trabajos previos de Landa 1996. (Leyva, 1997).
Carga organica. La Fig. 24 muestra los valores promedio de DQO; evaluados
tanto en el influente como en el efluente. En lo referente a los valores promedio del influente, éstos estuvieron comprendidos entre 200 y 226 mg/L, mientras que para
el efluente el intervalo fue de 168 a 212 mg/L. Por otra parte, ias concentraciones de DQOs (Fig. 25) en el influente fueron del orden de 168 a 175 mg/L, y para el
efluente se presentaron conceniraciones entire 153 y 165 mg/L. (Leyva, 1997).
De la Fig. 24 se observa que la maxima remocién de DQO, correspondié para la velocidad de 15 m/h, con un valor aproximado de 16%; mientras que tanto para las velocidades de 12 y 10 mj/h, las remociones fueron del orden de 7 y 6% respectivamente.
Conc
entr
acio
n de
SST
(m2/
influente
efluente
Velocidad de filtvaci6n (m/)
Fig. 18 Sélidos suspendidos (Fuente: Leyva, 1997)
81
zs
Remocién
RRBSERE
10 12 15
Velocidad de filtracion (1h)
Fig. 19 Remocién de SST (Fuente: Leyva, 1997)
6 1
£ 5,5 | 8 8 ' m 4,5 /
Ea | £& 3,5 Q 3
B 2,5
© 2 !
@ 1,5
i B i £0 0,5 4
9 te— i | i
ob & © 2 * & & © D & BS AW L SPR PM BSP RPO
Columna de agua (cm)
—*—) 2 m/p TOT 10 m/h eT 1S om /p
Fig. 20 SST Atrapados por m? de arena (Fuente: Leyva, 1997)
82
80
601
Turbiedad
(UTN)
40
20 ‘afl anta influente
15
Velocidad de filtraci6n (mM)
Fig. 21 Turbiedad (Fuente: Leyva, 1997)
, 0% BS 25%,
8 20% 15%
10
Velocidad de
filtracion (nv)
Fig. 22 Remocién de Turbiedad (Fuente: Leyva, 1997)
83
Remocién
d
color
%
Velocidad de
filtraci6n (m/)
Fig 23 Remocion de color (Fuente: Leyva, 1997)
3 8
ome
DQO
Total
(mg/L
o
y influente
efluente
©
10 12 Velocidad de filtraci6
(nh) Fig 24 Valores promedio de Carga Organica Total (DQOt) (Fuente: Leyva, 1997)
84
DQO
Solubl
(mg/L)
Velocidad de filtracion (vt)
Fig 25 Valores promedio de Carga Organica Soluble (DQQs) (Fuente: Leyva, 1997)
Huevos de helmintos. Siendo los helmintos el principal parametro de control, la
Fig. 26 muestra claramente que la filtraci6n rapida con arena los remueve
eficientemente. De dicha figura se observa que todos y cada uno de los valores
puntuales registrados a la salida del filtro, se encuentran por debajo de los
requerimientos de la NOM-001-ECOL/97. Las concentraciones que se registraron
a la salida de! filtro estuvieron comprendidas entre 0 y 0.8 org/L, ei efluente tuvo
concentraciones entre 0.4 y 2 org/L. (Leyva, 1997).
Diferentes autores sefalan que la remocién de sdlidos no guarda relacién con la
velocidad empleada, de la misma forma la Fig. 27 muestra las conceniraciones
tanto del influente como del efluente, en donde se observa que para cada una de
las velocidades (10, 12 y 15 m/h) las concentraciones de helmintos tampoco
guardan relaci6n. La Tabla 24 presenta todas las lecturas registradas de helmintos
durante el desarrollo del estudio. (Leyva, 1997).
Tabla 24 Valores registrados de helmintos. (Fuente: Leyva, 1997)
85
PRIMARIO 04 08 4
06 4 0.6
ors
BON
Naw
aa wa
NVNBNOAN RON
FILTRO Q 100 0.2 75 0 100 0 100 04 60 0 100 0 100 0.2 75 9 100 0.4 60 0.4 66 0 100 0.2 86 0 100 0 100 0.8 33 0.2 86 0.4 66 0 100 0 100
Tabla 25 Registro de h. helmintos
11-jun-96
18-Jun-96
un-96
20-Jun-96
28-Jun-96
27-Jun-96
27-un-96
2-jul-96
A-jul-96
4-jul-96
9-jul-96
11-Jul-96
23-Jul-96
25-jul-o6
ul-96
4-ago-96
2-ago-96
7-ago-96
8-ago-96
14-ago-96
r fecha. (Fuente: Leyva, 1997
86
EP o6-0e-p1
s
Fe 96
088-g
# 96-1n/-Gz
96 IN-E%
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Foo 1NhG
96 Inte
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96 unl
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ADOTAA
HO
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Oo OQ
(7/840) soy
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ap ugisesUuasu0D
. (Fuente: Leyva, 1997) intos Fig. 26 Huevos de Helm
ORES
[/ SOUUIW IaH
ap soaany
(mh) ion iltrac dad de f ok oO \ Ve
Fig. 27 Comportamiento promedic de Huevos de Helmintos. (Fuente: Leyva, 1997)
87
CAPITULO 5
5 EJEMPLO DE ANALISIS HIDRAULICO DE FILTROS EN
LABORATORIO
Para la realizacion dei disefo de un filtro, es necesario obtener el] gradiente hidraulico, ya que con éste se puede determinar la carga hidraulica total necesaria para gue el agua pase por los lechos filtrantes escogidos (segtin requerimientos) a una variacién de presién determinada por la calidad del efluente, las
caracteristicas de la carcasa del filtro y los medios filtrantes que le componen. Esta variacién de presién ocurre cuando el area de vacios de ios medios filtrantes son reducides por ia saturacién de particulas en suspensidn (fldculos, coloides, bacterias, virus) ver subcapitulo 2.7 Mecanismos de filtraci6n.
5.4 Planteamiento del probiema
El problerna consiste en determinar la pérdida de carga hidraulica para el disefno de un filtro en una planta potabilizadora de agua (Manual de disefio de plantas
potabilizadoras SARH), cabe aclarar que el filtro es un componente del tren de potabilizacién de la planta; para ello se requieren los siguientes conceptos.
Flujo laminar y turbuiento. Los problemas relativos al flujo de liquidos en
general, pueden dividirse en dos grupos principales: los que se refieren a flujo laminar y aquellos que tratan con flujo turbulento. (Legorreta. 1997).
Un flujo se define como laminar cuando las lineas de flujo permanecen sin juntarse entre si en toda su longitud, sin considerar ia mezcia molecular. Ei flujo turbulento ocurre cuando la condicién anterior no se cumple. Una linea de flujo se define como ja linea ideal que en cada punto tiene Ja direccion del flujo, en el instante de que se trate; en todo punto el vector velocidad y la linea de flujo que pasa por él,
seran tangentes. Si una masa de agua fluye con la misma velocidad en cada punto (flujo uniforme) no habra pérdidas de energia, pero esta condicién nunca existe en conductos, debido a la resistencia que generan las fronteras, lo cual
produce una distribuciédn de velocidades en forma de parabola con la cresta al centre del conducto. En el caso del flujo turbulento existe una pérdida continua de energia debido a las diferentes velocidades de las particulas adyacentes del liquido.
La velocidad media en un conducto en régimen laminar o turbulento, es funcidn de la pérdida de carga hidraulica por unidad de longitud (gradiente hidraulico i). En el
flujo turbulento la velocidad es aproximadamente proporcional a (4/7)i. En el flujo laminar la velocidad resulta proporcionai a i. (Legorreta. 1997).
88
Gradiente hidréulico. De acuerdo a la ecuacién de Bernoulli, la carga hidraulica
total en un punto, donde el agua esté en movimiento, se obtiene al sumar Jas cargas producidas por la presi6n, velocidad y elevacién (posicién);
2
h= P + ve +Z
. y 28 h = carga hidraulica total P= presion V = velocidad g = aceleracion debida a la gravedad
v= peso volumétrico del agua Z = carga por posicién o sievacién
La figura No. 28 muesira la relacion entre ja carga por presion, elevacién y total para el caso del flujo de agua a través de material granular. Tubos piezométricos son instalados en los puntos A y B. Los niveles a los cuales el agua asciende
dentro de los tubos piezométricos situados en A y B se conocen como niveles piezométricos de los puntos A y B, respectivamente. La carga por presién en un
punto es la longitud de la columna vertical de agua en el piezometra instalado en ese punto. La carga por elevacién de un punto es la distancia vertical medida desde un plano horizontal de referencia a ese punto.
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Lt Fig. 28 Carga hidraulica total, por presién y posicion para un flujo a través del suelo (Fuente:
Legorreta, 1997)
89
La pérdida de cara entre los puntos, A y B, puede ser obtenida como sigue;
5
(Pe Veng || tear, | , Ah = ha—he = | 7 2g MG 2g [cee (11)
La pérdida de carga Ah, puede ser expresada en forma adimensional de la siguiente forma:
Donde: i= gradiente hidraulico L = distancia entre los punto Ay B
Ley de Darcy. En 1856, Darcy publicé una ecuacién muy simple para la velocidad de descarga a través de suelos saturados (material granular saturado), la cual puede ser expresada como:
= velocidad de descarga, que es la cantidad de agua fluyendo en un intervalo de tiempo dado, a través de una secci6n transversal del material granular, que forma un angulo recto con la direccién del ftujo.
k= coeficiente de permeabilidad
La ecuacién anterior se basd inicialmente en observaciones hechas por Darcy para el flujo de agua a través de arenas limpias. En la ecuaci6én (12.1), v es ia velocidad de descarga del agua, tomando como base una area de la seccién transversal del suelo. Sin embargo, la velocidad real del agua (esto es, la velocidad de filtracidn) que pasa a través de los espacios vacios es mayor que v. Una reiacién entre ia velocidad de descarga y la velocidad de filtraci6n, puede ser encontrada tomando como referencia la fig 29, la cual nos ilustra una muestra de
suelos de cierta longitud L con una seccién transversal que tiene un area A. Si la cantidad de agua que fluye a través del suelo en una unidad de tiempo es q entonces:
30
donde: vi = velocidad de filtracién
Ay = area de vacios en el area de la seccién transversal As = area de sdlidos en el area de la seccidn transversal
Sin embargo
Combinamos las ecuaciones (13) y (14) tenemos que;
Q = v(Ay + Ag) = Ay ve
v= MA tA) MA tA VK) gy 4 AL y,
donde: Vy = volumen de vacios Vs = volumen de sdlidos
La ecuacién (15) puede se re escrita de la siguiente forma:
91
1+ mee STS Vo Qa
donde: e = relacién de vacios n = porosidad
A la velocidad v, llamada velocidad de descarga y que se deduce direciamente de la ley de Darcy, se le llama simplemente velocidad y a | velocidad v; que toma en cuenta la existencia de una fase sdlida impermeable, se llama velocidad de filtracion y es la velocidad media de avance del agua en la direccion del flujo. (Legorreta, 1997).
Sin embargo, en la obtencién de la velocidad de filtracidn, se supuso que el agua tenia trayectoria recta al pasar a io largo del filtro, por lo cual no representa la velocidad con la que el agua se esta moviendo. El agua no recorre la longitud L al atravesar el suelo, sino una linea sinuosa o irregular de longitud Lm. Entonces si vr es la velocidad media reai, podra escribirse.
L e£k
HIDRAULICA DE LA FILTRACION
Seguin Fair, a las velocidades empleadas generalmente en Ios filtros granulares para agua, el flujo es normalmente laminar y obedece a la ley de Darcy, v=ki en donde v es la velocidad frontal o de aproximacién del agua sobre el lecho de
arena; i = Ah/| es la pérdida de carga, Ah, en una profundidad del lecho |; y k es e! coeficiente de permeabilidad de Darcy. Los componentes identificables del coeficiente k de Darcy son la densidad, p, y la viscosidad, p, del agua, la porosidad, n, del lecho, y el tamario y la forma de los granos constituyentes de arena que determinan el area superficial A de los granos dentro del lecho en relaci6n con su volumen V.
Especfficamente, la resistencia a la filtraci6n de agua limpia de un lecho limpio de arena esta dada por la ecuacién de Kozeny:
9?
Aqui, todos los factores reconocibles se han introducido en el coeficiente de permeabilidad de Darcy, el coeficiente ki (Koseny) se convierte en un residual no dimensional que supone una magnitud préoxima 5.0 bajo la mayor parte de las
condiciones de filtracién de aguas. El factor de porosidad ( 1-n)P?/n’, se deriva en parte de la conversién del término de velocidad de acercamiento, v, a un término
de velocidad intersticial v/n, y en parte de la identificacion del radio hidraulico, r de los canales intersticiales como
Grea transversal del flujo x longitud del canal
perimetro Iiumedo del canal x lontitud del canai
_ volumen de agua en los int ersticios
area superficial de la arena
(Fair. 1992)
Debido a que el volumen de agua en los intersticios es n (volumen de los poros del leche) y a que el volumen del lecho es V/7-n),
Por lo tanto, de acuerdo con el iamafio y la forma de sus granos constituyentes de
arena, la velocidad de pérdida de carga se convierte en
Ahk, G-m" (5) cecstustee (20) fog nw \wd
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Aqui la viscosidad cinematica v reemplaza a la relaci6n p/p.
93
HIDRAULICA DE LOS LECHOS ESTRATIFICADOS
Seguin Fair; En un filtro limpio, estratificado por el retrolavado, la pérdida de carga
es la suma de las pérdidas en las capas sucesivas de arena. Debido a que ei espesor de cada una de las n capas es estrechamente proporcional al peso fraccional, pi, del tamafio tamizado di, la ecuaci6n (20), como la propusieron Fair y Hatch, se convierte en
Ah ok Gn (6) pi ae = (S| PE ices (22)
Aqui, el diametro di, es un diametro promedio tal como el diametro geométrico medio o la raiz cuadrada del producto de los tamafos de malla superior e inferior que representan a una fraccién pi de muestra analizada. Por lo comun, los valores de los tamafios y fracciones pertinentes son respectivamente, los de las mallas contliguas empleadas y la proporcion, pi, de la arena retenida entre ellas.
HIDRAULICA DE LOS LECHOS NO ESTRATIFICADOS
En lecho no estratificado de arena empacada homogéneamente, cada fraccién componente pi, de tarnafio di contribuye con su fraccién del area total, siendo las relaciones individuales area-volumen 6/(wdi). Por |o tanto, para una esfericidad uniforme.
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5.2 Datos de disefio
El problema propuesto por el manual de disefio de plantas potabilizadoras tipo de tecnologia simplificada emitido por la SARH, propone el calculo del numero de
filtros para tarar 250 L/s, se consigna en el punto 5.4 del presente trabajo; de ésta se determina que el médulo para el filtrado de 250 Lis, consta de 6 filtros con un area total de 144 m* que result6 de haber adoptado una tasa de filtracion de 150 m/m/dia.
94
A fin de obtener un mejor funcionamiento, se distribuyen en dos filas de tres filtros cada una, frente a frente, separadas por la galeria que aloja los tubos de alimentacién, para agua filtrada, lavado, y para distribucién del aire a presi6n que auxilia al lavado de cada filtro.
El medio filtrante es arena estratificada con un coeficiente de uniformidad de 1.4 y diametro efectivo de 0.75 mm. El lecho de arena con espesor de 0.90 m esta soportado por una capa de grava de 0.15 m compuesia de elementos con un
tamano de 4.5 a 9 mm.
5.3 Consideracién del disefio
El sistema escogido para la filtraci6n del agua es el de flujo descendente con tasa declinante. La seleccién fue motivada por las ventajas que presenta en su operacion y accién de lavado que se ha incrementado con la inclusion de aire para disminuir el volumen de agua a usar.
Para desalojar el agua de lavado, cada filtro cuenta con dos vertedores que
descargan a una canal central de igual longitud del filtro, la cresta de los vertedores se localiza a 0.70 m. sobre el nivel superior de Ja arena, a fin de eviiar que se pierdan los granos finos cuando se expanda el lecho a causa del lavado. La expansién esperada es del 10 a 12%, suficienle para asegurar tanto ia limpieza, como la conservacién de la arena; la expansion que provocara el flujo de aire se controlara experimentalmente al operar el sistema, pero se limitara a los porcentajes que eviten pérdida de arena.
La arena y la grava van soporiadas a su vez por el falso fondo que consiste en una losa de concreto que aloja a las piezas que sirven alternadamente para dejar pasar el agua filtrada y para permitir el paso del agua y del aire en la accién del lavado; estructuralmente esta losa se apoya sobre trabes que cuentan con
perforaciones para comunicar el flujo de aire en toda la extensién inferior de la losa.
Finalmente, el fondo del filtro que es realmente la base de la estructura, recibe el
agua filtrada acumulandola hasta dejarla pasar a través de los orificios practicados a una tuberia colectora, que la conduce al tanque de contacto de cloro. La tuberia
tiene las valvulas requeridas para la operacién completa de ios filtros, es decir para filtrado, lavado con agua y aire y drenaje.
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CAPITULO 6
6. ASPECTOS CONSTRUCTIVOS DEL FILTRO
Este capftulo trata aspectos constructivos de un filtro, como ya se ha
observado, existe una gran variante en los sistemas de filtracién, sin embargo
en la construcci6én del filtro los conceptos principales de obra, si bien es cierto,
cambia en algunas cosas (dependiendo el tipo de filtracién), sus principios
constructivos son los mismos, ademas se debe poner especial cuidado en la
calidad de los materiales que se utilizardn, ya que estos, estaran en contacto
con el agua residual, en cuyo caso se requiere de un concreto denso e
impermeable, y de materiales con una alta resistencia al ataque de productos
quimicos.
Las estructuras sanitarias para el mejoramiento del medio ambiente presentan
algunos problemas, que en otros usos del concreto resultan poco frecuentes.
En todas las estructuras, los aspectos mds importantes son la resistencia y la
estabilidad. En el caso de las estructuras sanitarias de concreto para el
mejoramiento del ambiente, aquellos aspectos concernientes tanto a la
capacidad de servicio, en términos de agrietamientos y deflexiones limitadas,
como a la durabilidad y la baja permeabilidad, requieren la misma
consideracién. En dichas estructuras, el concreto que vaya a estar en contacto
con aguas residuales debera:
(IMCYC. 1992)
a) Ser extremadamente denso e impermeable para minimizar la contaminacion
del abastecimiento de agua o del medio ambiente.
b) Proporcionar la maxima resistencia al ataque de sustancias quimicas, ya
sean naturales o procesadas.
c) Proporcionar superficies lisas con el objeto de minimizar la resistencia al
flujo.
6.1 Seleccién de materiales
La calidad y caracterfsticas de los materiales de construcci6én pueden variar de
lugar a tugar y de tiempo en tiempo, dependiendo de detalles tales como la
naturaleza y calidad de la materia prima, las condiciones del clima y la atencién
que se le preste a la manipulacién, procesado y terminado de los materiales.
Los materiales de construcci6n comtinmente usados en plantas de filtracién
son concreto simple o armado, mamposteria, ferrocemento y para filtracién a
presién, aleaciones de acero o para presiones pequefias acrilico, estos
materiales son utilizados para la construccién de la caja o carcaza del filtro.
104
Dispositivos para el control del filtro. Para las instalaciones hidro-sanitarias en
la antigtiedad se hacian con el llamado tubo de fierro negro, actualmente por lo
regular se utiliza tuberfa de PVC hidrdulico o Polipropileno, ya sea roscable o
con unidén por termofusién. Los dispositivos de contro! del filtro manémetros
(para lectura de presiones), valvulas de compuerta, de mariposa o globo, éstas
deberan ser del mismo material que el de fa tuberfa.
En cuanto al medio filtrante, debemos tener en cuenta que la calidad del agua
filtrada esta en funcién dei tamafio de particula y profundidad dei lecno. Una
vez seleccionado e! tipo de filtro, el siguiente paso a seleccionar es el tipo de
material a utilizar para formar ei iecho, considerando ei tipo de particuia o
tamafio del poro, la forma, densidad y peso especifico, rugosidad y solubilidad.
En términos generales, lo que se busca es un medio con determinada
granulometria que permita requerir de la cantidad minima de agua para ser
lavado eficientemente y remueva la mayor cantidad posible de particulas
suspendidas produciendo un efluente de gran calidad, (Valdivia, 1998). Para un
mayor detalle se ejemplifica en el capitulo cuatro de este trabajo.
Para el concreto que es una mezcla de arena, grava, cemento y agua, es
importante cerciorarse de que todos los componentes estén verificados en su
calidad y caracteristicas, para este efecto, existen métodos estandar
internacionales de ensayo. El ensayo no necesita hacerse en el propio lugar de
la construccién, se puede tomar muestras en el lugar y examinarlas en un
laboratorio.
Usualmente Ja calidad del concreto es conocida localmente y por lo tanto no
necesita ser comprobada obligatoriamente. Se debe tener cuidado de que el
cemento no sea guardado por un periodo muy largo y de que sea depositado
en un lugar seco. (Van Dijk 1978).
El ensayo de la arena y la grava esta dirigido a determinar su contenido de
materia organica {prueba de Abram-Harder 0 prueba de acido fulvico). Adernas,
la distribucién granulométrica de la arena y de la grava tienen que satisfacer
ciertas condiciones, que difieren entre cada localidad.
Segtin el HMCYC, el cemento y los componentes para la elaboracién del
concreto, debe cumplir con algunas de las siguientes especificaciones:
1.- Cemento Portland, de acuerdo con las normas ASTMC 150, tipos |, JA, HL,
HA, WI, IIA, o V.
2.- Cemento hidradulico combinado ASTM C 595, Tipos I(PM), I(SM), IP y sus
modificaciones con aire incluido.
3.- Cemento hidraulico expansivo, segun la norma ASTM C 845, tipo E-1K.
105
Cemento resistente a los sulfatos. El contenido de C,A del material cementante
debe ser menor del 8% en todos los concretos que estén expuesto al ataque
moderado de sulfatos (150 a 1000 ppm). Para este tipo de exposiciones
también se puede utilizar el cemento Portland de escoria de altos horno {norma
ASTM C 595), Tipos IS(MS) o IS-A(MS), asi como el cemento Portland
puzolana (norma ASTM C 595), Tipos IP o IPA, con un contenido no mayor del
25% por peso de los materiales cementantes.
Cuando la exposicién a los sulfatos sea severa (1000 ppm o mas) deberé
usarsé un material cementante con no mas de 5% de C.A. Si no se encuentra
disponible este tipo, se podra usar un cemento con un contenido de C,A entre
5 y 8%, con reduccién del 10% en Ia relacidn agua-cemento.
Alternativamente, se podra substituir por peso el cemento, con una puzolana,
tal como la ceniza volante, de manera que el contenido total de C,A del
cemento mas la puzolana resultante, no sea mayor al 5%. En este caso, la
puzolana no debe exceder del 25% por peso del cemento mas la puzolana.
Puede permitirse un mayor contenido de alcali para usarse como inhibidor de la
reaccion, si se tiene una ceniza volante apropiada u otra puzolana o escoria de
alto horno.
Algunos cementos hidraulicos expansivos (de contraccién compensada),
hechos con el Tipo If o clinker de cemento Portland Tipo V y adecuadamente
sulfatados, pueden proporcionar una resistencia adecuada contra los sulfatos.
Cemento con bajo contenido de 4lcali. En los casos en que los agregados
reaccionen con los alcalis debera usarse un cemento que contenga menos del
0.60% de Alcalis.
Puzolanas. Las puzolanas deben estar de acuerdo con la norma ASTM C 618 y
deben tener una pérdida en la ignici6n de menos de 3%. No todas las
puzolanas son benéficas para obtener resistencia a sulfatos. Las puzolanas no
deben exceder el 25% en peso del cemento més las puzolanas, para evitar
absorcion erratica de aditivos.
Aditivos. Un aditivo inclusor de aire deberd cumplir con lo estipulado en la
norma ASTM C 260. Se ha descubierto que esta clase de aditivos tiene
efectos benéficos, ademas de mejorar la resistencia a los efectos de los ciclos
de congelaciédn y deshielo; mejoran la trabajabilidad con revenimiento
constante, disminuyen el sangrado, y se obtiene una mejor estructura de la
pasta y ademas de reducir la contraccién. Como resultado, su uso contribuye a
lograr una estructura densa impermeable.
En caso de que se aprueben el empleo de algunos aditivos quimicos, éstos
deberdn cumplir con los requisitos estipulados en la norma ASTM C 494, y las
106
puzolanas deberan emplearse de acuerdo con los requisitos de la norma ASTM
C 618. El uso de todos las aditivos debe hacerse de acuerda con el ACI
212.2R y ser aprobado por el ingeniero. Se recomienda el uso de aditivos
reductores de agua. Puede encontrarse una guia adicional en ACI 226R.
El contenido maximo de cloruro soluble en agua, expresado como un
porcentaje del cemento formado con la contribucién de todos los ingredientes
de la mezcla de concreto, incluyendo agua, agregados, materiales cementantes
y aditivos, no debe exceder a 0.06% para el concreto preesforzado, 0 0.10%
para todos los otros tipos de concreto. Si la estructura esta expuesta a cloruro,
ei contenido maximo de cioruro soiubie al agua debe ser de 0.10% expresado
y medido en forma similar. Deben usarse solamente por el fabricante como
libres de cloruro. La determinacidén dei contenido de iones de cloruro solubles
en agua debe de efectuarse de acuerdo con el reporte No. FHWA-RD 77-85 de
la administracién Federal de Carreteras Muestreo y pruebas de iones de cloruro
en el concreto. No debe usarse cloruro de calcio o aditivos que contengan
cloruro de otras fuentes, a menos que sean impurezas incidentales.
El agua que se use para la mezcla debera ser potable, a menos que el agua no
potable, se utilice para los cubos de mortero cuya resistencia alos 7 y 28 dias
sea igual a, por lo menos, 90% de la resistencia de especimenes similares hechos con agua potable, cuando se sometan a la prueba conforme a lo
estipulado en la norma ASTM C 109.
El agua a ser usada tiene que ser limpia, fresca y clara. La proporcién de los
componentes de la mezcla del concreto dependera de las caracteristicas de los
componentes, pero una mezcla de 0.001 m* de cemento a 0.002 m?® de arena
a 0.003 m® de grava dard, por lo general, buenos resultados a esta mezcla
debe afiadirse entre 120 y 160 litros de agua por cada m® de concreto (3/4
litro de agua a un litro de cemento). Con el fin de garantizar la hermeticidad del
concreto, es importante tomar las siguientes medidas: (Van Dijk 1978)
1.- Se debe prestar especial atencidn a la distribuci6n granulométrica y
especialmente al contenido de materiales finos. El contenido de finos, consiste
en el cemento y la fraccién de particulas de arena menores de 0.3 mm.
Los contenidos recomendados de finos son:
107
Tabla 26 Contenido recomendado de finos para el concreto. (Fuente: Van Dijk,
1978)
Maximo tamafio de grano | Contenido de finos
(mm) (kg/m*)
Concreto normal 10 500-550 20 425-475 30 375-425
Concreto de agregado | 50 300-350
| grande 80 250-300
2,- La relacidn agua-cemento, es decir ia relacién del peso del agua que se usa
y del peso del cemento que se usa, tiene que ser mantenida lo mas baja que
sea posible. Un valor de 0.5 sera generalmente satisfactorio. Es aconsejable
llevar y mantener el contenido de agua a su nivel mas bajo trabajable.
3.- Usar fa menor cantidad posible de cemento. Puede ser aconsejable
incrementar el tamafio mayor de grano de la grava. Por ejemplo, 50 mm {en
lugar de los 30 mm usuales), con el fin de poder reducir el contenido de
cemento. (IMCYC, 1992).
4.- Prestar debida atencién al terminado del concreto. Es importante mantener
humedos los encofrados y la superficie del hormig6n vaciado (rocidndolos con
agua cuya temperatura no sea mayor de 20-25°C) y prevenir las altas
temperaturas y fuerte evaporacidn. Esto puede conseguirse erigiendo una
cubierta temporal. (Van Dijk 1978).
Agregados para concreto impermeable y resistente a los productos quimicos.
Los agregados finos deben cumplir con las disposiciones de la norma ASTM C
33.
Los agregados gruesos deben ser de un tamafio tan grande como resulte
practico, consistente con las restricciones de la colocacién, tal como lo
requiera el ingeniero, como se describe en la norma ASTM C33, y deben
cumplir con todos los requisitos de calidad que ahi se estipulan.
La dimensién nominal maxima de los agregados gruesos no debe ser mayor de
una quinta parte de la dimensién mas angosta que haya entre los lados de las
cimbras, de una tercera parte del peralte de la losa, o bien, de tres cuartas
partes de la separacién minima entre las varillas de refuerzo. Se puede hacer
caso omiso de estas limitaciones siempre y cuando, a juicio del ingeniero, la
trabajabitidad y los métodos de compactacién permitan que el concreto se
pueda colar sin huecos o cavidades.
108
Acero de refuerzo del concreto, es necesario tener informacidn sobre la calidad
del acero localmente disponible, sin embargo el concreto fabricado con el tipo
adecuado de cemento y que ha sido bien proporcionado, mezclado colado y
curado, sera denso, resistente, impermeable y resistira el ataque de la mayoria
de jas sustancia quimicas, entonces el acero de refuerzo ahogado en el
concreto de buena calidad, normalmente se encuentra bien protegido contra Ja
corrosi6n de sustancias quimicas.
Cuando se requiera de una proteccién especiai para tas varillas de refuerzo, es
preferible utilizar varillas recubiertas con epdxico. Las especificaciones que
abarcan ese tipo de recubrimientos se deben basar en las especificaciones de
la norma ASTM A 775.
Mamposteria es otro material que puede ser utilizado en la construccién de un
filtro la roca puede ser basalto que debe cuidarse de no tener burbujas de aire
para que al igual que el mortero nos proporcionen una buena calidad del
material, esto con el objeto de obtener una buena estructura hermética. El
espesor de la pared sera del orden de 0.30-0.40m para filtros circulares cuyo
didmetro sea de unos 5-10 m.
6.2 Gonceptos principales de obra
Proporcionamiento de mezcias Concreto impermeable y resistente a los
productos quimicos. Todos los tipos de concreto que deban ser impermeables
y resistentes a los ciclos de congelacién y deshielo, a los elementos quimicos
naturales o a los productos quimicos usados comunmente, deberdn contar con
inclusién de aire. El proporcionamiento de todos los maieriales utilizados
debera hacerse para producir una mezcla con buena granulometria, que tenga
alta densidad y maxima trabajabilidad, con una resistencia minima a la
compresién especificada a los 28 dias de 250 kg/cm2 , cuando el concreta no
esté expuesto a severos y frecuentes congelamiento y deshielo, excepto en los
casos en los que las consideraciones estructurales especiales o de otro tipo
requieran de un concreto de mayor resistencia. El proporcionamiento del
concreto debe hacerse de acuerdo con el informe del comité ACI 211.1, sujeto
a los siguientes requisitos especiales.
1.- Tipo de cemento, véase el punto 6.1
2.- Relacién agua-cemento maxima: 0.45 Si se usa alguna puzolana en el
concreto, la relaci6n maxima agua-cemento mas puzolana debe ser de 0.45.
3.- Contenido minimo de cemento:
109
Tabla 27 Contenido minimo de cemento. (Fuente: IMCYC 1992)
Agregado grueso maximo No. Kg/m?
467 [1-1/2 pulgadas (38.1 mm)] 307
[57 11 pulgadas (25.4 mm)} 318
[67 [3/4 pulgadas (19 mm)}] 335
Las mezclas de concreto que contengan menos cemente de lo que se indica en la
tabla anterior, pueden usarse cuando se haya demostrado, ante el ingeniero, que
con las mezclas propuestas se obtendra un concrete que cumpie con los demas
requisitos del concreto impermeable y resisten a los productos quimicos (ver
primer parrafo de esie apartado) ademas de tener durabilidad, impermeabilidad,
trabajabilidad, capacidad de ser compactable y facilidad de acabado aceptables.
4.- Cantenido de aire (determinado segtin las indicaciones de las normas ASTM
C231 0 C173)
5.- Revenimiento (determinaco seguin las indicaciones de la norma ASTM C 143)
medido en el punto de colocacién en la estructura 2.5 cm minimo, 7.55 cm
maximo.
Aprobacién de los proporcionamientos Se deben someter los
proporcionamientos de las mezclas preparadas a la aprobacién de algun
laboratorio de prueba, autorizado por el ingeniero, de acuerdo con los
reglamentos, ACI 301 y AC! 318.
Evaluacién y aceptacién Durante la construccién, deben hacerse pruebas de
resistencia a la compresién a los 7 dias, para complementar las pruebas a los 28
dias, comprobandolas con las pruebas de resistencia relativas a 7 y 28 dias
determinadas por ei laboratorio. Se deben hacer, por lo menos, dos cilindros de
prueba por cada edad durante cada operacién de colado de 76.45 m® de concreto
o fracciones de las mismas. Todos los cilindros de prueba se deben curar en
condiciones de laboratorio excepto en los casos en que el ingeniero requiera de un
numero igual de cilindros de contro! curados en condiciones de trabajo. Para mas
detalles, es posible recurrir a las normas ASTM C 31, C 39, C 172 y al informe del
comité ACI 214.
Disefio de mezclas para concreto. Ademas de los pardmetros de disefio de
mezclas cuyo objeto es obtener las caracteristicas estructurales, resistencia
quimica, y requisitos de durabilidad, las mezclas de concreto deberan ser
adecuadas al sistema de colado que se empiee.
110
Por lo general, jas mezclas bien proporcionadas que se inclinan hacia el rango
grueso dentro del proporcionamiento entre grueso y fino, con buenas cualidades de cohesién, se podran colocar bien con cualquier sistema de colade. Hay que
evitar las mezclas flojas, arenosas y sangrantes.
Los disefios para las mezclas deben prepararse siguiendo las indicaciones del informe del Comité ACI 301 y del Comité ACI 211.
Mezclado del concreto. Debido a que la uniformidad es de suma importancia para obtener concretos impermeables, es necesario mezclar suficientemente los
materiales que contiene el concreto, para obtener uniformidad de color y de consistencia con el retenimiento requerido y el contenido de aire necesario. El concreto puede ser premezclado o mezcilado en la obra.
Colado del concreto. El informe del Comité ACI 304 contiene recomendaciones detalladas para lograr practicas acepiables de colado a fin de obtener concreto impermeable y duradero, aspecto que es absolutamente necesario en las estructuras sanitarias. El contratista debe tomar las providencias para la continuacién de los colados de concreto en el caso de que ocurran fallas en la planta o en el equipo. Debe disponerse de equipo de apoyo para el colado del concreto, que pueda ser usado dentro de 30 minutos en el caso de que el equipo primario liegue a fallar. La fuente alternativa de concrete con materiales y mezclas aceptables a la mano asegurara la continuacién de los colados de concreto, sin
que existan juntas de construcci6én no planeadas y frecuentemente inaceptable e irregulares. Para evitar la segregaci6n, el concreto debe depositarse en capas casi horizontales de 30 a 60 cm, colocadas lo mas cerca posible de la posicién final (ver reglamento ACI 309 R) en la que vayan a quedar. No debe permitirse una caida libre de mas de 1.2 mo a través del armado de acero de refuerzo. (IMCYC,
4992).
Cubetas, para transportar el concreto premezciado al sitio deseado, se pueden usar cubetas con descargas de fondo. Hay que tener mucho cuidado en evitar golpearlas o sacudirlas, ya que eso puede causar segregacion.
Canalones. Los canalones que se usan para transportar el concreto deben ser de
metal, excepto aluminio, o de madera con revestimiento metalico, y deben tener una pendiente que no exceda de uno en la vertical por dos en la horizontal y no menos de uno en la vertical por tres en la horizontal, de modo que el concreto se
deslice con la suficiente rapidez para que el canalén se mantenga limpio, pero con suficiente lentitud como para que los materiales no se segreguen. El extremo del canalén debera contener un deflector para evitar la segregacién o bien se puede descargar el concreto a través de un tremie o trompa de elefante, directamente
dentro de [a cimbra.
Trompas de elefante y tremies. Las trompas de elefante, o tremies, deben usarse en muros y columnas para evitar la caida libre del concreto y para permitir que éste pueda fluir a través del armado del acero de refuerzo. Deben ser movidos
111
a intervalos cortos para prevenir el apilamiento del concreto. No deben usarse
vibradores para mover la masa de concreto a través de las cimbras. Los tremies
deben usarse para colar concreto bajo el agua a fin de evitar segregacién.
Bombeo. El equipo de bombeo debe ser de tipo adecuado y contar con la capacidad de bombeo apropiada para los requerimientos de revenimiento y tamafio maximo de agregado. Los tubos no deben contener aluminio. La pérdida de revenimiento en el bombeo no debe ser mayor de 4 cm. (IMCYC, 1992).
Transporte. El equipo de transporte de concreto debe estar disefiado
especificamente para e! colado de! concreto sin que se segregue. Los sistemas de transporte no deben dafiar la resistencia, el revenimiento o el contenido de aire del concreto colado. El sistema de colado debe ser capaz de descargar el concreto constantemente sobre toda el area de colado, sin retrasos causados por la nueva
colocacién del equipo.
Sistemas de apoyo de colado. Se debe contar con equipo suplente de colado para poder usarlo inmediatamente en el caso de que se descomponga el equipo o sistema primario de colado en el momento mismo de que esté colado el material. Ei equipo suplente debe estar en condiciones de comenzar las operaciones de colado en un lapso de treinta minutos, para evitar la formacién de juntas frias en los elementos estructurales que se estén colando. Deben de tomarse las
provisiones para el uso de retardadores.
Aberturas en cimbras de muros y columnas: limitaciones. Se puede hacer uso
de orificios o aberturas temporales en cimbras de muros o columnas para limitar la caida libre del concreto a menos de 1.2 m, y deberan estar ubicados de tal manera
que faciliten la colocacién y compactacién del concreto. Las aberturas deben tener separaciones no mayores de 1.8 a 2.4 m con objeto de limitar el flujo horizontal del concreto y para evitar segregacion.
Colado en las cimbras. Las secciones de muro que quedan entre las juntas deben colarse continuamente, para obtener una unidad monolitica. Deben
transcurrir, por lo menos 48 horas entre cada colado de las unidades adyacentes.
No se debe comenzar el colado en vigas o losas hasta que el concreto,
previamente colocado en muros y columnas, haya alcanzado su fraguado inicial. Después de que se ha depositado ej concreto, éste debe compactarse cuanto antes, siguiendo un método de compactacién aprobado, para hacer que el concreto peneire entre el refuerzo y en torno a las inserciones y evitar asi la formacioén de cavidades. Cada una de las capas horizontales debe compaciarse por medio de un equipo mecanico vibratorio aprobado. El vibrador debe llegar a la capa subyacente para dar adherencia a las capas entre s/. Para no ejercer presién
excesiva en las cimbra, el vibrador no debe penetrar mas de 60 cm dentro de la capa subyacente. No se debe permitir el uso de vibradores para mover el concreto horizontalmente dentro de las cimbras. Para compactar el concreto dentro de la cimbra, es preferible usar los vibradores mecanicos de alta frecuencia, a una
112
frecuencia minima de 8000 revoluciones por minuto. Para mas detalles, puede
consultarse el informe del Comité ACI 309 R. Debe continuarse la vibracion hasta
que se detenga el escape de grandes burbujas en la superficie y antes de
cualquier segregacién.
Los vibradores pegados a las cimbras proporcionan un excelente medio para vibrar muros altos y columnas. Las cimbras deben ser disefiadas para soportar toda la presién del liquido producida por el uso, de vibradores de cimbras.
Para mayor informaci6n sobre la vibracién y consolidacién del concreto, véase el informe del comité ACI 309 R.
Limitaciones por temperatura. En clima frio, a menos que la temperatura esté por lo menos, a 4.4°C y siga subiendo, debe calentarse el agua y los agregados para que la temperatura del concreto, al calarlo, no sea menor de 13°C. Ahora
bien, es preciso tomar las medidas necesarias para mantener el concreto dentro
de una temperatura minima no menor de 10°C, durante un periodo minimo de 7 dias. Pueden usarse lonas y mantas impermeables para cubrir losas de concreto, o para cubrir y envolver muros, columnas y vigas a fin de retener el calor generado
por la hidratacién del cemento. Las cimbras pueden ser aisladas o calentadas. Puede utilizarse curado a vapor atmosférico para acelerar el curado y la ganancia de resistencia. El informe del Comité AC! 306R proporciona recomendaciones detalladas al respecto. Debido a los peligros potenciales, el descimbrado debera estar regido por la obtencién de una resistencia adecuada del concreto colado en obra.
En clima cdlido, cuando la temperatura ambiente sea de 32°C o mas, hay que
tomar precauciones especiales durante e] mezclado, colado y curado. Es necesario que el cemento y los agregados se mantengan frios. El uso de un aditive retardante de fraguado puede ser benéfico, en especial cuando se use
cemento de contracciébn compensada.
A veces es preferible enfriar el agua de mezclado mediante el uso de nitrégeno, por refrigeracién o reemplazando una parte del agua con hielo raspado o triturado.
Las cimbras de los muros deben quitarse tan pronto como el concreto se haya endurecido suficientemente para evitar dafio al concreto, el curado debe
comenzarse inmediatamente con agua y recubrimientos de yute o con ia aplicacién de un compuesto de curado que no manche, no sea téxico y esté pigmentado de blanco y que sea aceptable al ingeniero.
El concreto debe comenzar a curarse tan pronto como se haya concluido con el acabado y el agua haya perdido su brillo. Si se usa liquido como membrana el compuesto debe tener pigmento blanco que no manche y que no sea tdxico. El informe del Comité ACI 305R, contiene recomendaciones detalladas para el colado del concreto en clima calido.
113
Juntas de construccién. Cuando la altura del muro es mayor de 2.45 m, el
concreto nuevo debe colarse sobre una capa de mortero de cemento esparcida
uniformemente sobre el concreto colado con anterioridad. El mortero debe estar
compuesto de una mezcla de cemento, arena y agua en las mismas proporciones
utilizadas en el concreto, pero omitiendo todos los agregados gruesos.
Las juntas de construccién verticales se deben preparar y adherir como se
indica en el capitulo 6 del informe del Comité ACI 301. Estas mismas indicaciones
también se pueden utilizar para las juntas horizontales.
Juntas de movimiento. La superficie del concreto debe estar limpia y seca, libre
de grasa, aceite o algGn compuesto de curado, y se debe realizar la imprimacion
de acuerdo con las recomendaciones del fabricante del sellador. Cuando se use
un senador de juntas, es necesario realizar investigaciones para averiguar si tiene
compatibilidad con el liquide que va a ser retenido. Si se desea informacién
detallada y mas recomendaciones sobre selladores, se puede recurrir al informe
del Comité ACI 504R.
Dispositives de retencién de agua “Acero”. Los dispositivos de retenci6n de
agua hechosde acero se han usado con éxito en la ejecucién de juntas de
construccidn. Este tipo de dispositivos suele estar constituido por placa de acero,
de 152 x 6 mm, empotrada 76 mm dentro del concreto a cada lado de la junta.
Para facilitar la adherencia con el concreto, el acero debe estar libre de suciedad,
aceite u otros materiales. Los empaimes deben hacerse por medio de saldadura
tope para unir entre si los extremos de ambas placas.
Dispositivos de retencién de agua flexibles. Los dispositivos de retencién de
agua fabricados con caucho, vinil, metal u otros materiales aprobados, deberan
tener forrmas y patrones que estén de acuerdo con la funcién que deban
desempefiar. En los casos en que se espere que haya movimientos, como en las
juntas de dilatacién, las secciones centrales en forma de bulbo o en U con
taponamiento de desgarre deben, en lo posible, ajustarse a los patrones y
dimensiones requeridas para que puedan dar lugar al movimiento esperado.
Cuando se usen dispositivos de retencién de agua flexibles es necesario amarrar
firmemente, todas las partes, incluyendo los bordes y extremos, o fijartos en su
posicién para evitar que haya movimiento durante el colado del concreto.
Cimbrado. Disefio de cimbras. Hay que disefiar las cimbras de forma que todos
los componentes y elementos de la estructura obtengan las dimensiones, forma,
alineacién, peralte y posicién correctos, sin deflexi6n excesiva. Las cimbras también deben disefiarse para que puedan ser erigidas, apoyadas, apuntaladas y
manienidas en posicién, de modo que puedan soportar en forma segura todas las cargas verticales y laterales que se apliquen, hasta que tales cargas puedan ser
soportadas por la estructura de concreto.
114
Los paneles de las cimbras para estructuras que han de contener liquidos y para
conductos deben ser construidos en el tamafho mas grande consistente con el
equipo de izaje disponible para manejarlos. Las superficies de las cimbras deben
ser construidas de hojas de acero con revestimientos suaves de madera o triplay
con una cara de plastico o fibra de vidrio, los ensamblados deben considerar la
facilidad del descimbrado con un dafio minimo a las superficies moldeadas.
Las cargas verticales y laterales tienen que ser transmitidas al suelo por la cimbra
y el sistema de apuntalamiento, o por la construccién de base que tenga la
capacidad adecuada para ese propésito.
También es necesario que las cargas verticales y laterales de la cimbrado y de la
obra falsa incluyan las cargas vivas el empuje del viento y las cargas de
construccion, junto con los factores de seguridad apropiados y los factores de
cargas, tal como se recomienda en el ACI 347.
Todas las cimbras deben ser lo suficientemente herméticas para no permitir fugas
de mortero. Los sistemas de amarre deben proporcionar presién positiva en todas
las juntas, para impedir las fugas de lechada.
La cimbra se debe disefar, construir, erigir, usar y descimbrar siguiendo las
recomendaciones y los requisitos del informe del comité ACI 347 y SP-4.
Separadores de cimbra. Los ensambles de los separadores de las cimbras para
la construccién de estructuras sanitarias deben permitir que la cimbra permanezca
ajustada y sea de un tipo tal, que no deje ningn metal u otro material a 3.8 cm
fuera de la superficie. El ensamble debera proporcionar depresiones en forma de
cono de, por lo menos, 2.5 cm de diametro y 3.8 cm de profundidad, en la
superficie para permitir el llenado y resanado.
Los separadores deben ajustar perfectamente, o bien, se deben sellar en las
cimbras los orificios por donde penetra el separador para evitar las fugas de
lechada.
Cuando una parte de las barras del separador tenga que permanecer en una
estructura que retenga liquido, dicha porcién debera tener en medio, una arandela
que ajuste apretadamente. Los separadores multiples no requieren de arandelas.
Los separadores que han de ser completamente removidos de la estructura deben
estar ahusados sobre la porcién que pasa a través del concreto, los extremos
grandes de los separadores abusados deben estar sobre ei lado del liquido del
muro; debe pedirse al contratista que haga una demastracién de los métodos y los
materiales que han de ser usados para llenar los vacios asi formados.
Revestimiento de cimbra y agentes de descimbrado. Las superficies de la
cimbra en contacto con el concreto se deben recubrir con los agentes de
descimbrado de acuerdo con la norma 4.4 def ACI 347. Para plantas de
tratamiento de aguas, el revestimiento 6 los agentes no deben ser téxicos después de un periodo especificado, usualmente 30 dias.
115
inspeccién antes del colade. Antes de colar el concreto, es necesario revisar las
cimbras para constatar que se encuentran limpia, que tienen la alineacion exacia y
espacios libres en el acero de refuerzo. Si segun la opinion del ingeniero supervisor, es necesario que haya orificios de inspeccién para poder timpiar
adecuadamente e Inspeccionar el interior de los elementos de la cimbra, sera
preciso hacerlos.
Descimbrado. En climas calidos y secos, las cimbras de madera que permanecen en su lugar no proporcionan un buen curado, asi que se deben quitar o aflojar para que la superficie del concreto se pueda mantener himeda o recubierta con una membrana de curado. En climas frios, se debe retrasar e! descimbrado y, proteger hasta que ei concreto tenga la resistencia adecuada 0 reemplazar la cimbra con mantas aislantes con el fin de evitar que haya un choque térmico y en
consecuenie se agriete la superficie del concreto.
Es necesario llevar a cabo el descimbrado siguiendo las especificaciones de la seccidn 3.6 del informe del Comité ACI 347, ( ratificado en 1984).
Acabado de superficies. Acabado de superficies irregulares. El] concreto debe
extenderse uniformemente para nivelarlo, y ademas trabajarse lo menos posibie
durante las operaciones iniciales de acabado. Cualquier cantidad de agua que salga a la superficie como, resultado del nivelado o del repellado debe dejarse evaporar. Si la cantidad de agua 0 lechada es excesiva, debe quitarse antes de trabajar las superficies con llana o talocha. Por otra parte, si se desea obtener una superficie lisa hay que retrasar lo mas que se pueda el trabajo final con la Ilana.
Por lo general el momento, adecuado para un acabado de este tipo es aquél en que ya ha desaparecido el agua de la superficie y cuando la superficie no se marca facilmente al tocarla con la punta del dedo. El acabado final con la llana debe ser sdlo el que se requiera para producir el acabado especificado y cerrar las grietas superficiales que pueden haberse desarrollado. La seccién del capitulo 7 del informe del Comité ACI 302.1R contiene recomendaciones detalladas.
Acabado antiderrapante. Todas las areas de pisos expuestas, las banquetas y
los escalones que estén destinados al paso de peatones y que probablemente lleguen a mojarse, deben tener un acabado antiderrapanie, como se describe en
la seccién 7.11 del informe del Comité ACI 302.1R.
Acabado de superficies en contacto com la cimbra. Los requisitos para este tipo de acabado varian y van desde quitar las rebabas y reparar las imperfecciones obvias, hasta el acabado, que incluye aplanado, raspado y cepitlado. Este trabajo debe realizarse tan pronto como se hayan quitado las cimbras. Si el acabado de las superficies se va a lograr por medio de esmerilado, cincelado, martelinado o chorro de arena, primero hay que curar el concreto muy cuidadosamente. El capitulo 10 del informe del Comité AC! 301 abarca, en forma adecuada, éstos y otros acabados que se empleen en e| concreto.
116
Orificios para amarres. Una vez que los orificios para los amarres se hayan
limpiado muy bien y se hayan humedecido, hay que lienarlos con una lechada consistente no metalica y que no se contraiga. El orificio para el amarre debe
empezar a llenarse desde el extremo ancho del agujero en forma de cono y debe
empacarse muy bien por medio de varillado. Se recomienda el uso de tarugos de
caucho plastico acufiades profundamente en el muro antes de rellenar con
lechada. Antes de empezar el trabajo, el ingeniero tiene que aprobar completamente el material de lechada y todo el proceso de Ilenado del orificio.
Resanado de defectes menores. Las superficies que vayan a resanarse o
componerse después de! descimbrado deben repararse por medio de métodos
aceptados y no, simplemente, recubriéndolos. Es necesario resanar las areas
defectuosas tan pronto como puedan quitarse las cimbras y antes de aplicar el
compuesto de curado.
Es esencial un buen resane bien adherido al concreto adyacente. En los casos en los que la apariencia sea importante, se debe usar una lechada que no sufra
contraccién y que no manche. Los requisitos de curado para los resanes deben ser los mismos que se aplicaron al concreto original.
Superficie con oquedades. E| colado mal hecho o la vibracion inadecuada pueden producir superficies con oquedades. El hecho de que se permitan los resanes en las superficies con oquedades dependera de la extensi6n y la profundidad del concreto defectuoso asi como de su localizaci6n. Si se permite el resanado, hay que picar y sacar todo el material dafiado hasta Ilegar al concreto
sano, el cual debe inspeccionarse bien antes de comenzar las operaciones de
relleno y resane.
Curado. El] curado apropiado del concreto fresco requiere que se retenga la humedad para estimular la hidratacién adicional del cemento durante ei periodo de curado y para evitar la formacién de grietas superficiales debidas a la rapida
pérdida de agua mientas el concreto esta en estado plastico. El informe del Comite ACI 308 proporciona recomendaciones detalladas.
Cuando se curen las superficies por medio de una membrana de curado, todas las operaciones de acabado, excepto las de esmerilado, cincelado, martelinado y chorro de arena, se deben completar anies de la aplicacién de la membrana.
El dejar las cimbras de muros en su lugar proporciona un excelente medio para
retener la humedad. Sin embargo en clima caliente, y seco, las cimbras secas tienden a absorber la humedad del concreto e inhiben la disipacién del calor de hidratacién, por lo tanto en un clima caliente y seco las cimbras deben ser
mantenidas humedas o deben ser removidas tan pronto como el concreto se haya endurecido suficientemente, para evitar dafio al concreto. El curade humedo o de membrana debe ser comenzado inmediatamente después de la remocidén de las cimbras.
El curado debe comenzar inmediatamente después del fraguado inicial o al concluir el acabado de la superficie. Los diversos métodos que, por lo comun, se utilizan incluyen el dejar las cimbras en su sitio, el rociado, el encharcado, e] uso de cubiertas que retengan la humedad 0 la aplicaci6n de una capa de sello liquido para formar una delgada membrana impermeable.
La membrana de curado debe cubrir toda la superficie que se vaya a Curar con
una pelicula uniforme, la cual debe permanecer en su sitio sin brechas ni
omisiones durante todo el periodo de curado. El acero expuesto, ias ranuras de las
juntas o el concreto que va a recibir acabado, deben protegerse del compuesto de curado, a menos de que las pruebas demuestren gue se na obtenido una
adherencia satisfactoria de la superficie.
Los materiales de curado deben cumplir con las normas ASTM C 309 y deben tener un minimo de 18 por ciento de sdlidos, no deben adquirir un color amarillo y deben tener una pérdida unitaria de humedad de menos de un maximo de 0.039 griom? a las 72 horas. La velocidad de aplicacién de los compuestos de curado debe seguir las recomendaciones del fabricante o estar en la gama de 3.6 a 4.8 m* a [ver seccién 2.32 del informe del Comité ACI 308 81 (Revisado en 1986)]. La pelicula de polietileno para curar el concreio debe estar en conformidad con la norma ASTM C 171. Los compuestos de curado que se usen en la construcci6én de plantas de tratamiento de agua no deben ser téxicos ni tener olor o sabor.
Prueba de fugas. Es una practica normal probar las estructuras para la retencion de liquidos a fin de verificar su impermeabilidad; la prueba de fugas debe llevarse a cabo mieniras las paredes del tanque estan expuestas de modo que puedan encontrarse las fugas y puedan ser reparadas, asi, las pruebas de fugas
usualmente se llevan a cabo antes del relleno o del revestimiento del tanque en las instalaciones para agua potable, la prueba de fugas con frecuencia se hace en
conjuncién con la desinfeccién a fin de ahorrar agua. En el contrato de la construccién debe especificarse el criterio para la aceptaci6n de fugas y del método de prueba. Generalmente, los tanques se llenan al nivel mas alto hasta que se derrame; si la estructura se ha secado, debe dejarse que el agua permanezca por un periodo de tiempo a fin de calcular la absorcién. En general, los tanques se consideran aceptables si:
a) no existen fugas visibles 0 areas humedas visibles
b) el volumen de la fuga en un periodo de tiempo dado (después de corregir las pérdidas por evaporaci6én) es menor que la cantidad especificada.
Los volimenes aceptables de fugas variaran dependiendo de la aplicacién especifica. Tasas de fugas de 0.10 del uno por ciento del volumen del tanque en un periodo de 24 horas (después de la absorcién y la estabilizacion) sera generalmente aceptable para una represa de agua en donde las consecuencias de
la fuga no sean significativas.
118
6.3 Detalles constructivos
En el presente apartado la informacion presentada se refiere, a un filtro lento de
arena, sin embargo los procesos y conceptos constructivos de los otros tipos de
filtros utilizan los mismos principios. Las especificaciones de la construccién del
filtro son propuestas a continuacién segun el Manual de Disefio y Construcci6n de
filtro de arena lento, elaborado por el Centro Internacional de Referencia para
Abastecimiento Publico de Agua de la Organizacién Mundial de la Salud.
Construccion de la caja dei filtro
La caja de un filtro lento de arena puede ser o una estructura rigida cerrada de
concreto, o una estructura articulada semicerrada de concreto ciclépeo,
mamposteria, o ferrocemento, o una estructura excavada con taludes protegidos.
Caja de filtro de concreto Caja de filtro de Caja de filtro con taludes
armado mamposteria inclinados . i
5, L
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fe oe me fend Le ede La
planta
J J Se ay Seccién A-A
Sujecion
mecanica : equivalente
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Extremos empotrados articulaciones articulaciones
Figura 30 Disefio estructural de una caja de filtro y su equivalente mecdnico. (Fuente: Manual
de disefio y construccién CEPIS, 1978)
Filtro de taludes protegidos
Un filtro con paredes en talud tiene la ventaja de que sus costos de
construccién son menores que los de las cajas de filtro cerradas o
semicerradas, y a la vez necesita mano de obra menos caiificada. El acceso a
los filtros para su limpieza es, también, algo mas sencillo, y hay menor riesgo
de que se produzca cortocircuitos a lo largo de las paredes, ya que el lecho de
arena tiende a ser compactado contra las paredes en talud por las capas
119
superiores. Como material de revestimiento puede usarse mamposterfa, ripio,
barro amasado, concreto cicl6peo o mortero de arena cemento o arena
bituminoso reforzada con malla de gallinero.
Figura 31 Diversos revestimientos para filtros con paredes en talud. (Fuente: Manual de disefio
y construccién CEPIS, 1978)
La inclinacién de los muros depende por supuesto de la estabilidad del subsuelo, pero de manera general se considera que una inclinacién 1:2 sera adecuada. Como el filtro esta excavado en el subsuelo, sélo ocurriran pequefios asentamientos atin cuando haya capas de suelo de alta compresibilidad. Algunas desventajas de los filtros de taludes protegidos pueden ser:
1.- El drea de terreno requerida es mayor que en e!] caso de estructuras con
paredes verticales (Nota: debe tomarse como 4rea de disefio de los filtros
de taludes el area neta de! lecho filtrante a una profundidad de éste no
menor de 0.6 metros).
Este aspecto no necesariamente debe presentar mayores dificultades en
aquellas localidades que disponen de terreno suficiente.
2.- Las tuberfas y los medios de control del filtro son menos accesibles.
3.- Nunca se puede garantizar ja hermeticidad de !a construccién. Si el nivel
fredtico es bajo, ésto puede no ser de gran importancia (excepto en lo
referente a pérdidas), pero si es alto, se presenta el riesgo de que se
contamine el agua filtrada.
4.- Cuando la excavaci6dn del filtro se realiza directamente en el suelo natural,
el nivel del agua filtrada al final de la carrera del filtro se encuentra a mas
de un metro por debajo del nivel del terreno. Esto implica que la estructura
de contro! del filtro y/o del tanque de agua filtrada deben estar ubicados a
mayor profundidad. (El tanque de agua filtrada debe, por supuesto,
construirse con paredes verticales y ser cubierto).
120
5.- Puede ocurrir un deterioro en la condiciédn de los taludes debido al
crecimiento de juncos y otra clase de vegetacién.
Por cierto que también se puede construir un filtro de taludes con
embancamiento de tierras sobre el nivel del terreno. Esto evita en gran medida
las desventajas registradas en los puntos 3 y 4 pero también da por resultado
mayores presiones sobre la capa superior del suelo, lo cual puede generar
asentamientos y fisuras.
Filtros de muros verticales
EI disefio de filtros de muros verticales se hace siguiendo la practica normal de
disefo estructural.
Un pardmetro muy importante del disefio estructural, es la profundidad del
cimiento en relacién al nivel del terreno. Debe tenerse en cuenta los siguientes
factores:
1. La profundidad mfnima del cimiento puede fijarse en 0.3 m en 4reas
donde no hay riesgo de temperaturas bajo cero.
2. La altura minima del remate del filtro sobre el nivel del terreno debe ser de
7.0 mcon el fin de evitar el ingreso de polvo, de animales y aun de nifos
que juegan.
3. La ubicacién profunda del lecho filtrante tiene ventajas estructurales.
La carga sobre los muros disminuye en razén de que la presién del suelo
exterior compensa la presi6n interior (véase diagrama de presiones Fig. No.
32). A este respecto, puede considerarse dptima una altura del remate de la
caja del filtro sobre el nivel del terreno de 0.5 a 1.0 m.
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Figura 32 Diagrama de presiones en una pared de la caja del filtro (Fuente: Manual de disefio y
construccién CEPIS, 1978)
121
4, La ubicacién profunda del lecho filtrante es ventajosa respecto de la carga
sobre el suelo. Cuando la ubicacién es profunda la carga sobre el suelo es
menor, resultando de ello menores asentamientos y fisuras.
5. Un nivel freatico alte, exige que se coloque el filtro en una posicién elevada
o en su defecto que se construya una caja de filtro de concreto. En este
caso, con el objeto de prevenir la contaminacién del agua filtrada, es
fundamental garantizar la hermeticidad de ja caja del filtro. El concreto
simple y la mamposteria necesitan proteccién adicional y disefio muy
cuidadoso para asegurar la hermeticidad, por lo que es mejor evitar su uso.
6. Un nivel fredtico alto puede requerir también que se tomen medidas
especiales para prevenir que la construccién sea sometida a empujes hacia
arriba por accidn de la presién del agua. Sin embargo, si no se baja el lecho
de arena del filtro mas de 0.4 m, no hay peligro de que la construcci6n
tienda a flotar. No obstante, es siempre importante realizar una verificacion
sobre este problema, y sobre el tanque de agua filtrada que de tiempo en
tiempo puede quedar vacfo. También puede ser necesario tomar
precauciones especiales contra el empuje ascendente (por ejemplo bajando
el nivel fredtico mediante bombeo) durante la construccidén del filtro y en
caso de reparaciones, cuando se excava completamente el lecho de arena.
7. El nivel de agua deseado en la planta de tratamiento y la carga disponible
de agua cruda pucden influir sobre la profundidad del filtro; en general, es
deseable trabajar a flujo por gravedad a través de toda la planta de
tratamiento {tanque de sedimentacién més filtro lento de arena mas
tanque de agua filtrada).
En el caso que se tenga un filtro con paredes de concreto, el fondo del filtro
también sera de hormigén y la junta rigida entre el fondo y la pared
(extendiendo el refuerzo) trasmitira las presiones laterales a la cimentaci6n.
Si las paredes son de hormigon simple, ferrocemento, 0 mamposterfa, una
cimentacion tipo solera (véase figura 33.) da lugar a un asentamiento parejo de
la caja del filtro, evita la pérdida de agua a través de la junta entre la pared y el
cimiento y simplifica la obra. En este caso, puede considerarse que la junta
entre la solera y la pared actda como una articulacién a través de la cual, sdlo
pueden transmitirse presiones laterales limitadas. Por lo tanto, sdélo puede
emplearse una estructura de concreto simple, ferrocemento o mamposteria
cuando las presiones interiores y exteriores no difieren mayormente. El peralte
de la cimentacién, puede ser de concreto simpie, con proporciones 1:2:3, de
0.20 m de espesor. En este caso, una carga desigual dara lugar al desarrollo de
grietas. Es por lo tanto, aconsejable reducir al minimo la longitud de la "T" del
cimiento, es decir a unos 0.10 a 0.20 m. Para evitar ia formacidén de grietas es
del todo aconsejable colocar una armadura minima de, por ejemplo, barras de
122
acero de 8 milfmetros de didmetro colocadas cada 200 milimetros, en ambas
direcciones en las partes superior e inferior del solado (ver Fig.33).
La resistencia de la junta entre la cimentacién y las paredes del filtro puede
acrecentarse colocdndose barras de acero de, por ejemplo, 16 milimetros cada
500 milfmetros (véase también la figura 33.)
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Figura 33 Colado de cimentacién para filtros de paredes verticales (Fuente: Manual de disefio y
construccién CEPIS, 1978)
Se puede emplear filtros circulares de hormigon simple cuando la profundidad de
la cimentacién es relativamente grande. La presién resultante exterior del suelo se transmite entonces por compresién a las paredes de la caja del filtro. Sin embargo,
si se elige una ubicacién elevada de la caja del filtro, la presién de la arena y del
agua contenida dentro de la caja del filtro ocasionaran fuerzas de tension sobre las paredes del filtro. No es posible, en este caso, el uso de concreto simple ni de
mamposteria, pero cuando se trata de filtros pequefios o medianos, si puede usarse estructuras circulares de ferrocemento reforzadas con acero, para que éste
absorba los esfuerzos de tension. Los filtros circulares pueden construirse tambien de concrete, y en ese caso la profundidad del cimiento puede ser alta o baja.
Los filtros rectangulares se haran, por lo general, de concreto armado (excepto para pequefias instalaciones, que pueden ser de concreto simple o de mamposteria). La seccién rectangular puede usarse para cualquier dimensionamiento y cualquier profundidad de cimentacién. El espesor de la pared de la caja del filtro y la cantidad de armadura de refuerzo usado depende de las
dimensiones de las cajas de los filtros, de su configuracién y geometria, y de la profundidad de su cimentacién.
123
Para concluir este pdrrafo, se realiza un resumen de las posibles
construcciones de la caja del filtro, asf como de las condiciones que rigen su
aplicaci6n.
Tabla 28 Varios tipos de construccién de cajas de filtro y su aplicabilidad en
filtracién lenta. (Fuente: Manual de disefio y construcci6n CEPIS, 1978)
Filtro de taludes protegidos
Aplicable para filtros pequefios o medianos de
planta cuadrade
Dimensién 2-20m de largo y de ancho
Espesor de paredes 0.05-0.10 m
interesantes cuando se dispone de bajos
recursos financieros
Filtro de concreto simple o mamposteria Aplicable para filtros circulares ~— con
cimentacién profunda
Dimensién
Espesor de paredes 1-10 m de didmetro
0.2-0.3m Aplicacion limitada para filtros de planta no-
circular (filtros pequefios, nivel freatico
profundo, disefio estructural cuidadoso)
Filtro de ferrocemento
Aplicable para filtros circulares pequefios con
cimentaci6n profunda o superficial (presién
universal o zunchado)
Dimensién Espesor de pared 1-5 m de didmetro
0.06-0.12 m
Se producira cierta deformacién de la pared
del filtro y la construccién no es totalmente
hermética, pero esto puede ser aceptable
Filtro de concreto armado Aplicable para cualquier dimensién, geometria y condicién topografica
Espesor de pared circular 0.15-0.20 m
Espesor de pared rectangular 0.25 m
Interesantes cuando los recursos financieros y
mano de obra calificada son mas facilmente
disponibles _|
124
Estructura de la entrada
Las funciones de la estructura de Ja entrada pueden ser:
1. asegurar una distribucién pareja del agua cruda sobre el area del lecho
filtrante. Esto generalmente se consigue si la velocidad de ingreso del agua
entrante es baja, digamos del orden de 0.1 m/s.
2. reducir la energfa del agua entrante con el fin de prevenir turbulencias en la
capa de agua sobrenadanie. Esta funciédn también requiere una baja
velocidad de ingreso. Ademas, la estructura de Ja entrada puede estar
ubicada justo sobre el lecho filtrante, con el fin de prevenir que se viertan
chorros de agua sobre el lecho filtrante. El ancho total minimo de la
estructura de entrada puede determinarse dividiendo el flujo de disefho
(m3/h) entre 20. De esta manera fa altura del agua que rebosa sélo sera de
unos pocos centimetros, dando lugar a un flujo suave.
3. drenar el agua sobrenadante cuando es necesario limpiar el filtro.
Esta puede ser otra razén para situar la estructura de la boca de entrada
ligeramente por encima del lecho filtrante. Sin embargo, después que se ha
raspado varias veces el lecho filtrante, su nivel baja hasta 0.4 m. Esto
significa que el agua sobrenadante no puede ser totalmente drenada a
través de la estructura de la boca de entrada, a menos que se adopte una
solucién que incluya compuertas de vertedero desmontables (por ejemplo
losas de hormig6n o cuartones de madera de 0.05 x 0.10). De lo contrario, la Unica forma de evacuar el agua que queda en los 0.4 m sobre el lecho
filtrante, es abriendo la valvula de salida. Sin embargo, como la resistencia
del filtro sera entonces muy alta, puede esperarse que el tiempo de drenaje
sea prolongado.
4. proporcionar un medio de graduar la altura del agua sobrenadante. Esto
puede efectuarse ya sea por medio de un flotador con valvula de mariposa,
de una valvula de compuerta operada a mano, 0 mediante un vertedero de
rebose.
5. proporcionar un medio de cerrar el flujo de agua cruda. Esto se hace
generalmente por medio de una valvula de compuerta accionada a mano.
125
raboud
“I |
ah
én trucci no y cons Figura 34. Posibles disefios de estructura de entrada (Fuente: Manual de dise
CEPIS, 1978)
126
Estructura de salida
Las funciones de la estructura de la salida pueden ser:
1.- asegurar que se elimine la posibilidad de presiones negativas en el lecho
fitrante. A este fin, se emplea usualmente en la linea del efluente, un simple
vertedero de rebose cuya cresta queda ligeramente por encima del lecho de
arena.
2.- oroporcionar un medio de medir el fluic a través del lecho filrante. Ei veriederc
antes mencionado también puede, usarse para este propdésito mediante un
flotador calibrado (para aumentar la precisién de esta lectura se puede usar un
vertedero de aforo en V). También se puede ajustar el flujo a través del filtro a un
vator predeterminado por medio de vertederos flotantes.
3.- proporcionar un medio de fijar la tasa de filtracién. La forma mas sencilla de
hacer esto es graduando a mano la vadlvula de mariposa. En el caso que se
emplee un vertedero flotante, enlonces debe adaptarse su nivel minimo de
entrada de acuerdo al nivel superior del lecho de arena. Si se esta limpiando uno
de los filtros, debe incrementarse la velocidad de filtraci6n y, por ende, la
capacidad de los vertederos flotantes de los otros filtros (incrementandose la profundidad de inmersi6n de la entrada del vertedero flotante).
4.- proporcionar un medio de cerrar el filtro y drenarlo. Las estructuras que
emplean tubos verticales de salida tendran que estar equipadas, por lo tanto, con tubos de drenaje separado. Para cerrar el filtro se puede usar una valvula de compuerta.
5.- proporcionar un medio de llenar en forma ascendente el filtro con agua
limpia a través del sistema de drenaje después que aquel ha sido raspado.
Aunque no es absolutamente necesario, es una gran ventaja que el agua
filtrada sea aereada por medio de un vertedero de rebose.
Con esta finalidad !a estructura de salida debe estar bien ventilada.
Es deseable contar con un registro de inspeccién para facilitar el control de los
vertederos y las valvulas.
La figura 35. presenta algunos disefios esquematicos adecuados para la
estructura de la boca de salida.
127
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Figura 35 Estructuras de salida (Fuente: Manual de disefio y construccién CEPIS, 1978)
128
Sistemas de drenajes
El sistema de drenajes tiene una doble funcién:
1. dar soporte al medio filtrante y evitar que éste sea acarreado hacia el.
sistema de drenajes
2. asegurar una tasa de filtracidn uniforme sobre toda el area filtrante.
Con el fin de evitar pérdidas de medio filtrante se coloca una serie de capas de
grava de tamafic creciente entre el medio filtrante y ei sistema de drenajes
propiamente dicho. Por lo general, seré praéctico usar tres capas de grava con
tamafios que van de 1-1.4, 4-6, 16-23 mm. El espesor de cada una de estas
capas debe ser de alrededor de 100-150 mm. Para el sistema de drenajes en
uso (véase figura 36), puede manifestarse de manera general que son de
confiar las caracteristicas hidrdulicas de los sistemas que emplean losas de
concreto prefabricado, ladrillos y concreto poroso, sin necesidad de entrar en
mayores cdlculos. Para estos sisternas el drea por donde el agua fluye
libremente, es relativamente extensa. Los sistemas que usan tubos perforados
y grava, o piedra triturada, pueden ser dimensionados en base a los criterios
siguientes:
Tabla 29 Criterios para dimensionar los sistemas de drenaje que usan tubos
perforados y grava o piedra triturada. (Fuente: Manual de disefio y
construccién CEPIS, 1978)
Tubos perforados
Velocidad maxima en et distribuidor 0.3 m/s
Velocidad maxima en los laterales 0.3 mis
Espaciamiento de los laterales 1.5 m (1-2 m)
Dimension de agujeros en los laterales 3. mm (2-4 mm)
Espaciamiento de agujeros en los laterales |0.15 m_ (0.1-0.3 m}
Grava o piedra triturada
Altura de la capa 0.15 m
Tamafio de la grava 25-50 mm
Area maxima del lecho filtrante 25 m?
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igura 36 Sistema de drenajes (Fuente: Manual de disefio y construccién CEPIS, 1978)
130
Dispositivos de control del filtro
En la figura 37 se da un diagrama de flujo de una instalaci6n tipica de filtracion
lenta.
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Figura 37 Diagrama de flujo de una instalacién tipica de filtracién lenta en arena (Fuente:
Manual de disefio y construccién CEPIS, 1978)
El dispositivo de cierre mds sencillo para una tuberfa, es la valvula de
compuerta (figura 38a), mientras que para conductos abiertos puede usarse
compuertas de vertedero (figura 38b).
Dawe i Be sity
Figura 38 a) Valvula de compuerta Figura 38 b) Compuerta de vertedero
131
Un dispositivo adecuado de control de flujo en tuberfas es la valvula de
mariposa, mostrada en la figura 39 ay b.
Aun cuando para controlar el flujo en una tuberia puede usarse también una
valvula de compuerta, la valvula de mariposa permite ejercer un contro! mas
conveniente y preciso. La explicacién esta en que las caracteristicas del flujo en la
valvula de compuerta son tales que este flujo es relativamente independiente de la
posicién de la valvula. Sdlo cuando la valvula esta cerrada en mas del 90% el flujo
empieza a disminuir considerablemente. Esio significa que es un tanto dificulteso
graduar el flujo con precision.
Por el contrario, la vélvula de mariposa se caracteriza porque permite una
relacién més directa entre el porcentaje de abertura y la variacién del flujo.
Figura 39 a) y b). Vaivula de mariposa
Ei dispositivo de control del filtro determina el flujo y la carga de agua a través
de la planta. Un parametro importante a este respecto, es el perfil hidraulico el
cual da la carga de agua al fluir ésta a través de la planta. En la figura 40 se
muestra el perfil hidraulico para el caso de una instalacion tipica. Regulando las
valvulas de control, se mantiene constante la pérdida de carga en la totalidad
de la planta durante las diversas condiciones operativas.
132
esbeBEea Sa syne en ot ae
Figura 40 Perfil hidrdulico en una planta de filtracién lenta en arena (flujo por gravedad)
A= pérdida de carga en la tuberfa entire el tanque de sedimentaci6n y la
valvula 1
B= pérdida de carga ocasionada por la valvula 1
C= pérdida de carga en la tuberfa entre la valvula 1 y el filtro lento de arena
D= pérdida de carga ocasionada por el filtro lento de arena, ( aumenta durante
la carrera del filtro)
E= pérdida de carga en la tuberia entre el filtro lento de arena y la valvula 2
F= pérdida de carga ocasionada por la valvula 2 reguladora de filtro, (debera
ser paulatinamente disminuida durante la carrera del filtro con el fin de
mantener constante el valor D+F)
G= pérdida de carga en la tuberia entre la vadlvula 2 y el tanque de agua
filtrada
H= pérdida de carga ocasionada por el vertedero efluente
133
Disefios tipicos de filtros lentos de arena
Debe sefialarse aqui, que en los disefios tfpicos no se ha tomado en cuenta
medidas para el pretratamiento del agua cruda. Los disefios, por lo tanto, pueden
ser aplicados solamente a aguas superficiales relativamente limpias (de
preferencia con una turbiedad menor de 10 NTU, pero definitivamente menor de
50 NTU). Si la turbiedad del agua cruda tiene valores mayores, se debera disefiar
un sistema de pretratamiento.
Filtros con taludes protegides
Los filtros con taludes como ya se mencioné se aplican particularmente a
pequefias comunidades rurales de bajos ingresos. Por muy cierto que esto sea,
no debe conducir al concepto equivocado de que su efecto de purificaciOn es
necesariamente inferior al de las otras concepciones del principio del filtro lento
con arena.
Si ha sido bien disefiado y construido en forma cuidadosa, un filtro de taludes
probaré ser un gran adelanto en las condiciones higiénicas y sanitarias del
poblado.
El disefio 1 (figura 41 ) muestra un filtro de taludes protegidos.
La produccién horaria puede ser calculada a partir del drea neta del lecho
filtrante (es decir el drea que queda después que se ha raspado los 0.4 metros
superiores; en el caso del disefio 8.4 x 8.4.) y la tasa de filtracién (0.1 m/h).
Para los dos filtros en conjunto, ésta asciende a 2 x 8.4 x 8,4 x 0.7 mh =
14.1 mh.
Si se opta por un perfodo de operacién de ocho horas con tasa de filtracién
declinante durante la noche (16 horas}, entonces la produccién diaria alcanzara
a8x 14,1 + 141x0.7 = 211.7 Md.
Las paredes de los filtros han sido protegidos con un revestimiento de 0.08 m
de concreto simple. Si se presta adecuada atencién a la buena ejecucién de la
obra de concreto, la hermeticidad de las paredes y del fondo sera aceptable.
No obstante, la estructura no es totalmente hermética por lo que el diseno
puede ser aplicado solamente en localidades donde el mAs alto nivel fredtico
esta preferentemente por debajo del fondo del filtro y en todo caso por debajo
de la cima del lecho de arena.
Para el disefio de conductos de agua y de facilidades de control del filtro, se ha hecho lo posible porque éstos sean sencillos. El agua cruda fluye hacia el filtro por un canal abierto de concreto simple. Puede cerrarse el flujo hacia los filtros por
134
medio de paneles de vertederos removibles, mientras que el nivel del agua en el
filtro se controla por medio de un tubo de rebose.
EI efluente de los filtros fluye a través de tubos de PVC hasta el tanque de agua
filtrada, que tiene una capacidad de alrededor de 1/4xzx62x1.5m3=43m3
(20% de la produccién diaria). Esta capacidad de almacenamiento es algo
pequefa debido a que el proyectista ha programado otro tanque de
almacenamiento en el area de abastecimiento.
El tanque de agua filtrada es de mamposieria con una losa de cimentaciOn de
concreto simple.
Para evitar la contaminacién del agua filtrada, se ha colocado una cubierta o tapa
de madera dura sobre el tanque de agua filtrada. El control del filtro se hace por
regulacién manual de la valvula de mariposa en las tuberias de salida, después de
la inspeccién de los flotadores calibrados, del tanque de agua filirada. La segunda
seccién de la camara del vertedero normal, se reduce a una simple canaleta
ubicada en la parte alta del vertedero. Durante el periodo de maduracién de un
filtro el agua filtrada que fluye hacia la canaleta es drenada directamente, mientras
que durante la operacién normal la valvula de drenaje de esta canaleta permanece
cerrada y el agua fluira sobre la cresia de la canaleta hacia dentro del tanque de
agua filtrada.
Se ha previsto drenajes para el agua sobrenadante, para las tuberias del filtro al
desagtie, y para una derivacién del tanque de agua filtrada (con el objeto de
mantener la posibilidad de inspeccion y reparacidn del tanque de agua filtrada).
135
Fig 41 Disefio tipico No. 1 Filtro de taludes protegidos
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TUBERIA OE RESOSE PVE S100;
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DERIVACION sf 190 . ZON (Cojo de registro) |
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DEL TERRENOD 1000 | KOS 60
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REFUERZO € 6"
GRAVA O PIEORA TRITURADA * Hl
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SECCION A-~A
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TUBERIA DE DRENAJE DE s Pve & isa
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SECCION: F- F
136
Continuacién Fig 41 Disefio tipico No. 1 Filtro de taludes protegidos
CUBIERTA DE MADERA DURA
, VERTEDERO TRIANGULAR
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REFUERZO MINI MQ~ £8-150 '
SECCION
{TueERIA OE EFWENTE PVE e100
3500
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NIVEL DE DISENO 1 DE AGUA
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TUBERIA DE-~ REROSE F100
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DETALLE D
SECCION E-E (Verte dero y Canalata) ?
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MATERIAL CANTIDA DES
HORMIGON 1 2 3
ACERO DE REFUERZO
MAMPOSTERIC
ARENAPARA “ILTRO 015 - 035mm 1000mm
ARENA GRUESA 100- 140mm, 100mm
GRAVA 400-8 60mm, 100mm
GRAVA . 1G- 43mm, (5Omm.
PIEDRA TRITURADA SO- 10Qmm. 150mm
VALVULAS DE COMPUERTA
VALVULAS DE MARIPOSA
TUBERIAS DE PVE G 100
copgs 0— 90° °
uNiowesS T
75 wh
1000
200 me
50 m3
VALVULA DE COMPUERTS
VALVULAS DE Me ARIPOSS
FILTRACION LENTA ARENA
OISENO THPICO Ain f
FILTROS DE TALUOLS PROTEI 00S
CARRIDAD NK. nm
137
Filtro circular de ferrocemento
Los filtros circulares de ferrocemento son muy adecuados para pequefnias
poblaciones rurales. Pueden construirse tanto por encima como por debajo del
nivel del suelo, dependiendo del nivel de agua subterranea. El diametro maximo
para filtros de ferrocemento, se limita a unos 5 metros por razones de
deformacién y de carga no uniforme.
En el disefio No. li, han sido aplicados filtros circulares de ferrocemento que
estén colocados sobre e] nivel dei suelo, por io que estan sometidos a
esfuerzos de tensién. La capacidad conjunta de produccién horaria de dos
filtros puede calcularse por 1/4 x «x 4.57 x 2x 0.1 m*/h = 3.2 mh.
Con un turno de 8 horas con filtraci6n de tasa declinante por la noche (16
horas), la produccidn diaria total asciende a 48 me/d. Si la demanda de agua
diaria se fija en 40 I|.p.d., esta produccién serviré a una poblacién de 1,200
personas.
El tanque de agua filtrada tiene una capacidad de almacenamiento de mas 0
menos 1/4 x 1x 47x 1.5 m® = 19 m® (39% de la produccién diaria).
El agua cruda fluye a través de tuberfas de PVC en las que se provee una
valvula de compuerta para permitir la suspensién del trabajo de los filtros.
138
Fig 42 Disefio tipico No. 2 Filtro ferrocemento
8 oven eve pa , DREN PVC 8100 c+
TUBER(A DE REGOSE,! ‘ TUGERIA PRINCIPAL DE PVC E REeOS, 2100 DE ABASTECIMIENTO verve BT SSE SES
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PLANTA .
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Tare 7 a YUBO DE VENTILACION
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NIVEL NATURAL ge a
1 REFUERZO Mint LOSA DE CONCRETQI 2 3
a +8 8-150 . LOSA OE CONCRETOS 2 3
GRAVA DE FILTRI TUBERIA DE
4300 » TPREDRA TRITURADA 4500 REGOSE eve @ 48000 -: - - : ,
MAXICO NIVEL FREATICO : Be Ae AST EOIN * AL POBLADO
SECCION A-A
FEHROCEMENTO
POD
MURO DE FERROCE MENTO,
MALLA DE GALLINERO s
| ° - = 4 Ya
t. i & \LOSA DE CQNCRETO 1 2,3 a . _ £4000 ,
> REFUERZO MINIMO + @ 8-150 /
. SECCION C-C 139
Continuaci6én Fig 42 Disefio tipico No. 2 Filtro ferrocemento
TUBO OE VENTILATION MEDIDORES FLOTANTES
1300
290,
1
i VERTEOERO TRIANGULAR Of ACERO
+ 1500
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eave Of FILTRO + \
PIEDRA TRITURADA
SECCION E-E SECCION &-S
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i MATERIAL CANTIDADES >
1 10 mi
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LAREN PARA FILTRO O15 - 0.35 mm [000mm 32 m3 j Fuad - enna |
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J ARENA GRUESA 1.00 ~ 140mm. 100 mn \ FILTRACION LEWTR APENA
i gRava 4,00 - §,60 mm, 100 mm | oSeno Teco Nott
1 500mm 16 m3 pee Medides an mm
| GRAVA 16 - 23m 1150 men FILTROS DE FERROCEMENTO Fecha 780520
| ian vee ee ee 4
- i A: 3, i , [preoe TRITURADA $0 - 100mm,15O.mm | cae AcioaD 52 mi¢n i two Fig 62]
IVELYULAS DE COMPUERTA SB i ——
1 IVALVULAS DE MARIPOSA 2
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jorese DE 90 . 32
junio ves T 1s
yatta DE GALLINERO . 300me
a VALYULA DE COMPUERTA
—- + —VALWULA DE MARIPOSA
140
Filtro circular de mamposteria
El uso de mamposteria para la construccién de filtros lentos, es
particularmente adecuado cuando se planea emplear filtros circulares
emplazados por debajo del nive! natural del suelo. Como materiales de
construccién, puede emplearse piedra natural, piedra de cantera, ladrillos y
bloque de concreto. Estos filtros estan solamente sometidos a fuerzas de
compresién. El nivel del agua subterrdnea debe ser preferentemente bajo.
EI disefio No. lil ha sido preparado para la misma poblaci6én rural que Ja de los
filtros de ferrocemento, de manera que ei drea neta de iecho filtrante y la
capacidad de almacenamiento son los mismos que se mencionaron antes.
Cuando se limpia un filtro debe duplicarse la tasa de filtracién del otro filtro
abriendo lentamente la valvula reguladora del filtro, hasta que el dispositivo
medidor del flujo indique flujo doble (3.2 m°/h).
Después de la operacién de limpieza, el filtro recién limpiado debe llenarse
ascendentemente con agua filtrada proveniente del otro filtro.
Por ejemplo, si el filtro 1 requiere ser [lenado, se permite que parte del agua
filtrada del filtro 2 fluya a través de las vadlvulas No. 3 y 4 (que estan
normalmente cerradas) y la vdlvula No. 1 (que debiera estar completamente
abierta para ese propésito). Si el nivel def agua en el filtro 1 ha alcanzado entre
0.1 y 0.2 m por sobre el lecho filtrante, se cierran las valvulas No. 3 y 4, y la
entrada de agua cruda al filtro 1 es reabierta.
Cuando el agua sobrenadante ha alcanzado su nivel normal, puede comenzar el
periodo de remaduracién. Durante este periodo puede drenarse el agua efiuente
del filtro 1 abriendo la valvula No. 7
Para una mayor ilustracién sobre la operacién de las valvulas, la tabla 30.
presenta un programa de la posicién de las diferentes vaivulas durante la
operacién normal y el tlenado ascendente (véase también la figura 43.)
Tabla No. 30 Posicién de las valvulas para e! disefio No. ill. (Fuente: Manual de disefio y
construccién CEPIS, 1978) Valvula : Operacién normal filtros 1 y | Llenado ascendente de filtro 1 y Raspado filtro 1
2 2
1 Abierta Abierta Cerrada 2 Abierta Abierta Abierta 3 Cerrada Abierta Cerrada 4 Cerrada Abierta Cerrada 5 Cerrada Cerrada Cerrada 6 Cerrada Cerrada Cerrada 7 Cerrada Cerrada Cerrada 8 Cerrada Cerrada Cerrada a Cerrada Cerrada Cerrada 10 Abrerta Abierta Abierta
141
Fig 43 Disefio tipico No. 3 Filtro de mamposteria
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_ TOBERIA PRINCIPAL DE AGUA CRUGA PVC 100
| & 400
FILTRD- 2 ¢ atsoa t
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TUBERIA PERFORA OE PYEo gag
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_ NIVEL, NATURAL DEL TERRENO i TUBER DE REBOSE OF PvE. FiI0d
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Continuacién Fig 43 Disefio tipico No. 3 Filtro de mamposteria
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HMAMPOSTERIA £0 mS
ARERA PARA FILTPO ONS ~ 0 XS een, 1290 men S203
BRED GREESA 1 00- f 40mm, 100 ma) ,
GRAVA 4.00 =F 60mm, 100 eam ; 300 mer 16m3
GRAVA 16 - 23mm, 130 mm }
PIEDRA TRITURADA 50 - (00 em, 150 nm | ‘
VALYULAS DE COMPUERTA qZ
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FILTRATION LENTA
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CAPACIOAD 3 Zn7/h Two FIG 6.3 . . (25 6-76 BrB/ ca) ~
4s
. ' : ‘ ‘ 143
Filtro rectangular de concreto
Los filtros de concreto seran usados, de manera general, en ciudades y
poblados mayores, donde los recursos financieros no son tan limitados.
Ademéas, debe contarse con la capacidad necesaria para construir el concreto.
El disefio No. IV tiene una capacidad proyectada de 4 x 100 x 0.1 M*/h = 40
m*/h y una capacidad de produccién de 960 m*/d (a operaciédn continua).
Podria servir a una pequefia ciudad de unos 12,000 habitantes con una
demanda diaria de agua de 80 |,p.d. En caso de abastecimiento a un grupo de
aldeas con una demanda diaria de agua de 40 Lp.d., puede servirse a unas
24,000 personas. Las estructuras de entrada y salida del filtro se disefan de
manera mas avanzada, y la accesibilidad a las tuberias y a las facilidades de
control, es 6ptima, si se provee una galeria para tal efecto a lo largo de las
unidades de filtro. Se han incluido disposiciones para cloracién de seguridad o
desinfeccién por medio de cloruro de cal o hipoclorito de alta concentracién.
Se ubica una caseta para el operador sobre el tanque de agua filtrada. La
galeria de tuberias esta cubierta con una tapa de concreto con asas
empotradas para el control de las valvulas del filtro.
144
Fig 44. Disefio tipico No.4 Filtro de concreto armado
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MANUBRIO OF
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DOS'FICATION DE CLORO [teats 0 rongun 9 egue ferred}
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TUGERIA PRINCPAL DE ABAS- TECIMIENTO At PORL ALO Y AL RESERVORIO
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re CUARTO DE OPERADORES J sobre ef tongue ds gud tiirrads)
TUBO DE VENTILACION B30
TUBERIA DE ABASTE- LOSA DE CONCRETO CIMIENTO DE AGUA PREFABRICADO CRUGG DE PVC & 150
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AGUA SOBRE ‘ | NADAY-TE
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TUBERIA DE OR. NAJE LE PVC & 10
SECCION A-A
145
Cantinuacién Fig 44 Disefio tipica No.4 Filtra de concreto armado
. 2050 - WO, 2050
Casa DE REBOSE 6 LISTONES DO CONCRETO caus DE DRENAIE
“oat s0x50x%680 | i T1400
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146
Costos de filtros jlentos de arena
Los costos de inversién de los filtros lentos estén determinados,
principalmente, por los costos de materiales tales como cemento, grava, acero
de refuerzo, arena de filtro, tuberfas, valvulas y demas. Las listas de materiales
de los disefios tipicos deben presupuestarse utilizando los precios locales de
los materiales. Los precios de estos materiales variarén dentro de una amplfa
gama dependiendo de diversas circunstancias regionales y locales. Por lo
tanto, los esfuerzos que se hagan en principio para calcular precios unitarios
bastante exactos (por ejemplo, costos por m*/h de produccién) pueden fallar,
no obstante es util hacer un estimade inicial de los costos de ios fiitros ientos
de arena para propdésitos de planificacién. La tabla No. 31 da un estimado de
costos de materiales por unidad de produccién para los cuatro disefos tfpicos.
Debe tenerse presente que este cuadro que esta basado en informacion
recogida del proyecto de filtracién lenta, no incluye costos de construccién
tales como costo de mano de obra y honorarios de los contratistas. Sin
embargo puede ocurrir, en situaciones extremas, desviaciones de las cifra
dadas, por ejemplo costo elevado del transporte de materiales.
Tabla No. 31 Variacién estimada de costos de materiales en US$ para filtros
por unidad de produccién m® /h, basada en los cuatro disefios tipicos. (Fuente:
Manual de disefio y construccién CEPIS, 1978)
Filtro con taludes protegidos [1000-4000 + Filtro de ferrocemento [1500-6000 Filtro de mamposteria 11500-6000 |
Filtro de hormigén 73000-12000 |
147
6.4 Secuencia de la obra
En proyectos de autoayuda, el proyectista deberd, por lo general, actuar como
lider del equipo de construccién. Esto significa que ahora el proyectista estara
activamente ocupado en la construccién y supervisién, en grado mayor que
cuando las obras son realizadas por contratistas. El proyectista debe, en
consecuencia, tener experiencia en construccién. Sin embargo, existen ciertas
ayudas y herramientas que puede usar provechosamente en e] momento de
organizar el trabajo y de dar instrucciones a ios operarios. Las autoridades
regionales y nacionales, probablemente dispondran. de especificaciones de
construccién normalizadas, pero también se puede utilizar libros de texto de
construccién como el "Manual of Concrete Practice" y el "A Manual on
Building Construction”.
En paises con gran potencial de mano de obra, el proyectista debe dar
preferencia al uso intensivo de mano de obra de la zona y omitir el uso de
equipo mecanizado. Un factor importante en el uso intensivo de mano de obra
en la construccién, es la motivacién e interés de los operarios por el proyecto.
Si los propios operarios se benefician de las obras, entonces no habra
problemas, pero si éste no es el caso, podrd ser necesario promover el interés
de los operarios pagandoles a destaio.
El aspecto mas importante en la ejecucion del trabajo es prestar maxima atenci6n
a la hermeticidad de la caja del filtro y de las tuberias principales del agua filtrada.
Esto significa que las juntas de vaciado deben quedar bien limpias, que el
concreto debe estar bien compactado, con el fin de evitar la ocurrencia de puntos
de concentracién de agregado grueso y que se emplee la menor cantidad posible
de agua para el proceso. Ademas, es necesario mantener humedos los
encofrados y de la construccién por algunas semanas, después del vaciado con el
objeto de limitar las tensiones por temperatura y la evaporacion del agua de la
mezcla. También se puede usar cercos y coberturas para proteger el concreto
fresco del sol y del viento.
El vaciado y la compactacién deberdn efectuarse lo mas pronto que sea
posible; nunca deben ocurrir retrasos ni demoras Otro aspecto importante es,
que no debe coiocarse la arena del filtro hasta que haya sido repuesto el suelo
de la excavacién, esto para limitar los esfuerzos de tensidn. Ademas, es
importante prestar la mayor atencién a que el subsuelo esté bien compactado
(antes del inicio de la obra) con el objeto de limitar los asentamientos
diferenciales y las tracciones en la losa de cimentaciones.
A manera de ejemplo se discutira a continuaci6én aspectos de! cimbrado de tos
elemento de la construccién de plantas de filtracién lenta en arena.
14R
Ejemplo - Cimbrado de obras de concreto
Puede usarse para los cimbrados: asbesto, cemento y acero, el material mas
empleado es la madera. El tamafio minimo de los tablones de madera para
cuartones y puntales es de 25 x 150 mm; los travesafios que se usan deben
tener por lo menos 65 x 165 mm. La madera debe ponerse a secar por algun
tiempo ya que la madera no curada se conirae.
Naturalmente que el encajonamiento debe ser capaz de transmitir las cargas
sin sufrir desplazamientos horizontales ni verticales ni tampoco cimobrales. Los
muros verticales deben tener soporte adecuado. Durante ia construccidn de ios
encajonados se debe dejar algunas aberturas que permitan remover las
particulas extrafias, el alambre y el aserrin. Es importante constatar que el
encajonado esté a plomo.
Se puede facilitar el desprendimiento de las formas, recubriendo su interior con
una mano de aceite o de cualquier sustancia grasosa.
Encofrado del piso
El piso puede ser vaciado directamente sobre el terreno natural o sobre una
subbase de trabajo de 50 mm de concreto 1:5:5. Los bordes del piso se
alinean por medio de estacas y tablas (2.5 x 0.15 m). Las estacas deben
clavarse firmemente en el terreno con el fin de poder resistir las
deformaciones. El piso del filtro generalmente se prolonga unas 0.10 a 0.20 m
con el fin de dejar espacio suficiente para el encofrado del muro (véase figura
45).
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Figura 45 Cimbrado de piso
149
Cimbrado de los muros
Las tablas para cimbrar los muros del filtro pueden clavarse sobre listones
verticales colocados a intervaios de 0.75 m. Como la presidn horizontal del
concreto es grande el cajén debe apuntalarse. Los listones pueden unirse entre
si mediante pasadores centrales (véase figura 46). Retirar los pasadores
centrales al poco tiempo de endurecer el hormigén, tiene la desventaja de que
se producen huecos y grietas grandes. Después de un endurecimiento
suficiente los pasadores sdlo dejan pequefias perforaciones, las que pueden
Jlenarse entonces con mortero.
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Figura 46. Encofrado de los muros
Cimbra de la cubierta
El cimbrado puede consistir en tablones (2.5 x 0.15 m) soportados por vigas
soleras (0.60 x 0.15 m) tendidas de canto. Las soleras se apoyan sobre
travesanios. La unién entre puntales y soleras se hace clavando tablillas de 0.4
m de longitud en ambos lados. Los puntales descansan sobre tacos con cufas
entremedio para facilitar el descimbrado.
Los puntales se conectan con piezas diagonales para rigidizar el encofrado.
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Figura 47 Encofrado de la cubierta
150
Lista de verificacién para la secuencia de operaciones en construcci6n de filtros de
arena
La construccién de filtros de arena se hace de acuerdo con los principios
corrientes en construccién. Entre otras cosas, esto significa que ciertas
operaciones pueden ser realizadas s6lo cuando otras ya han sido terminadas, vale
decir que hay una secuencia de operaciones que esta determinada por el proceso
de la construccién y las caracteristicas fisicas de ios materiales usados. En este
parrafo se da una sencilla lista de verificacién en la que se resume la secuencia de
operaciones que tienen lugar en la construccin de filtros lentos de arena:
1) limpieza de terreno 2) replanteo y trazado 3) (drenaje del foso de la construccién) 4) excavaci6én 5) trabajos de concreto de la cimentacién 6) armado de refuerzo en la estructura (caja de filtracion)
colocacién del refuerzo preparacién del concreto vaciado del concreto curado del concreto descimbrado
7) trabajos de concreto de los muros del filtro (analogos a los trabajos de cimentacién)
8) instalacién de tuberias y pasos
9) terminado de las obras de concreto 10)colocacién del sistema de drenajes 41)colocaci6n de las capas de grava 12)calocaci6n de la arena del filtro 13)(cesacién de las medidas de drenaje)
14)terminacién de obras accesorias
151
tcular de concreto armado en construccién, Tamil Nadu, India.
ig. 48 Filtro
Fig. 49 caja de filtro terminada
152
Fig. 50 Unidad piloto de filtracién lenta en arena, Nagpur, India
(National Environmental Engineering Research Institute)
Fig. 51 Unidad piloto de filtracién lenta en arena. Planta de agua Owabi, Ghana. (Ghana Water
& Sewerage Corporation, university of Science and Techonology, Kumasi}.
153
Fig. 53 Filtros de taludes protegidos, Kranuan, Tailandia
154
Fig. 54 Construcci6n de un tanque de agua de ferrocemento, .ombok, Indonesia.
155
CAPITULO 7
7.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES: CAPITULO 1
Existen varias normas internacionales y las nacionales que ya se mencionaron en el capitulo 1, esto en cuanto a la calidad del agua para su reuso. La mayoria de los paises en desarrollo han propuesto su normatividad en base a normas internacionales, con esto tienen la intencién de cumplirlas en la medida de lo posible. Por ejemplo las normas de la Organizaci6n Mundial para Saiud incluyen criterio para ja calidad del agua en sus aspectos fisicos, quimicos y pacteriolégicos.
Las caracteristicas generales de una buena agua para su reuso, pueden formularse como sigue: debe estar dentro de los limites establecidos en la normatividad de organismos patdgenos, de sustancias toxicas, materia organica,
metales, grasas, aceites y turbiedad.
En la mayoria de los paises subdesarrollados en América, el uso indiscriminado
de aguas residuales sin tratamiento previo, abarca mas de 5°000,000 hectareas; los vegetales de consumo crudo cultivados con esta practica constituyen un
importante factor de riesgo en la transmisién de enfermedades entéricas y
endémicas
Cuando las aguas residuales de tipo doméstico son lanzadas a los rios 0 cuerpos de agua sin ningtin tratamiento o desinfecciédn suelen contaminarlos con altas concentraciones de bacterias, virus y parasitos creandose un grave problema de salud publica.
Entre las principales enfermedades que se propagan por este mal manejo de las aguas residuates, estan las diarreas (bacterianas y viricas), la tifoidea y la
paratifoidea, el cdlera, la hepatitis infecciosa, la amibiasis, giardiasis, etc. Como es muy dificil detectar y cuantificar a todos los pat6égenos causanies de estas enfermedades, los ingenieros sanitarios y muchas autoridades de salud publica utilizan como organismo indicador de la contaminacién por patégenos a los coliformes fecales (NMP CF/100 ml).
La mayoria de las industrias producen descargas de desechos liquidos que tienen
demandas bioquimicas de oxigeno (DBO) muy altas, pero concentraciones de coliformes fecales menores que las de las aguas residuales domésticas, pudiéndose decir, que los desechos industriales constituyen un gran problema ecoldgico, y los desechos domésticos un gran problema de salud publica, aunque ambos contribuyan en el deteriora general de la calidad del agua.
156
RECOMENDACIONES: CAPITULO 1
Es de vital importancia, tanto para la salud humana como para el bienestar de la sociedad en su conjunto, contar con un abastecimiento publico de agua seguro,
suficiente y conveniente. Un abastecimiento de agua satisfactorio para propdsitos de reuso, contribuye positivamente en la economia de todos los paises, principalmente los que estan en vias de desarrollo.
Es indudable la necesidad de mantener un controi de la calidad de! agua residual en el vertimiento hacia los cuerpos recepiores, ya que como se ha venido observando a través de los afios han provocado impacios ambientaies negativos,
y no solo problemas ambientales, también sociales, por esta razon, se debe hacer cumplir jas normas establecidas para el contro! del agua residual, debiendo
tratarlas para su posterior disposici6n.
CONCLUSIONES: CAPITULO 2
La filtraci6n es una técnica excelente de bajo costo para la purificacion de aguas superficiales contaminadas que puede usarse en los paises en vias de desarrollo.
La filtracion se puede usar para preparar el agua residual en procesos de
tratamiento posteriores, o para su utilizacién directa como agua con un grado de clarificacién muy elevado.
La filtraci6n puede aplicarse directamente al efluente de planta de un tratamiento biolégico, o a continuacién de! proceso coagulaciédn—sedimentacién, segun el grado de clarificacién requerido.
La finalidad de la filtracion, es producir un efluente que satisfaga convenientemente los criterios establecidos por la normatividad, al minimo costo
posible.
RECOMENDACIONES: CAPITULO 2
Aunque el campo de tratamiento de agua, ofrece para escoger una diversidad de tecnologias, sdlo unas pocas de ellas pueden, en principio, satisfacer plenamente
las necesidades especificas de los paises subdesarrollados. Por estos motivos la filttacién en arena, es una alternativa sencilla, eficiente y confiable. Sus costos, por lo general, estan al alcance de los recursos de la comunidad y/o pais.
157
CONCLUSIONES: CAPITULO 3
El medio filtrante debe ser de un material que posea una elevada drea superficial por unidad de volumen, que sea econémico, duradero y que no se obstruya
facilmente.
EI medio filtrante debe seleccionarse con un tamafio y densidad que favorezcan a que las fuerzas de friccién ejercidas durante el lavado conduzcan a una limpieza adecuada.
Fl material mas aconsejable suele ser grava o piedra triturada clasificada por tamafios uniformes. La roca volcanica es sumamente adecuada para este fin, también se utilizan otros materiales tales como escoria, cenizas 0 antracita.
En la entrada del filtro, las piedras con diarnetros inferior a 2.5 cm no proparcianan
suficiente espacio de poros entre las piedras que permitan la libre fluencia del agua residual y de los sdlidos arrastrados y daran, como resultado fa obstruccién
del medio y estancamiento det agua dentro del filtro o en la superficie.
Por otro lado, los pisos de los filtros, también denominados falsos fondos o pisos falsos, tienen como fin reemplazar a las redes de tubas y cumplir dos funciones:
1) sostener el lecho filtrante, posiblemente sin piedra ni grava, en Jas capas de
transicién situadas bajo el lecho filtrante mismo.
2) crear una sola guia de agua, en forma de caja que constituya el emisor del agua de lavado y el colector de agua filtrada.
RECOMENDACIGNES: CAPITULO 3
Los materiales filtrantes pueden ser de arena natural de silice, carbén de antracita (duro) triturade, magnetita (mineral) triturada y arenas de granate, utilizadas en forma experimental esferas y granulos de plastico manufacturados a las
especificaciones deseadas.
La eleccién de un sistema de drenaje depende del tipo de sistema de lavado a contracorriente, el falso fondo lleva ventaja sobre el sistema de tuberia ya que nos proporciona la operacién del filtro con una menor pérdida de carga hidraulica,
mejor distribucién de agua residual y dependiendo la circunstancia, nos puede representar un ahorro econdémico significativo en cuanto al mantenimiento, ya que los sistemas de tuberia, los orificios en ocasiones se llegan a tapar teniendo que darles mantenimiento con cierta regularidad.
158
CONCLUSIONES: CAPITULO 4
Un punto muy importante en los resultados del agua filtrada en este ejercicio, es la calidad del influente en el filtro, ya que es proviene de un Tratamiento Primario Avanzado, y por otro lado el tamafio especifico del medio filtrante.
Con las tres velocidades de operacién empleadas, se demostr6 la versatilidad que
ofrece en si el proceso de filtracion en arena.
La velocidad éptima de disefio, acorde con el tiempo de duracién, corresponde al valor de 12 m/h; velocidades mayores representarian un incremento en los sdlides
suspendidos, color y turbiedad, fendmeno ocasionado por la ruptura del floc
sometido al choque contra la cama filtrante.
En el ejercicio, se observa una eficiencia de remocién de huevos de helmintos del
85%, cumpliendo con la normatividad.
RECOMENDACIONES: CAPITULO 4
Las recomendaciones para el disefio del filtro son’
Material del empaque Arena silicea
Tamaiio del medio 1.2mm
Coeficiente de uniformidad 1.6
Espesor de la cama filtrante 0.96m Velocidad de filtraci6n 12 m/h Incremento de presi6n maxima 2 m.c.a.
CONCLUSIONES: CAPITULO 5
Es importante verificar las relaciones entre las posibles tasas de filtracién con el tiempo que durara la carrera, ésto con el fin de determinar la velocidad de filtraci6n de acuerdo a la frecuencia deseada de lavado o a la produccién necesaria de agua para reuso.
RECOMENDACIONES: CAPITULO 5
En el ejercicio del capitulo 5, se realizaron cinco iteraciones para observar la manera en que se comportaba el filtro de acuerdo a las tasas de filtracién al irse obstruyendo e!l medio filtrante, encontrandose lo que se muestra a continuacién.
159
1.- Tasa maxima sin retencién de impurezas 2.29416e+2 M°/M*/Dia
2.- Tasa maxima con retencién de impurezas 2.0188e+2 MPIM{/Dia
3.- Pérdida de carga maxima con retenci6n de . | 7.3700e-1 M
Limpurezas | 4.- Tasa promedio de fittracién 1.4988e+2 Mivit/Dia 5.- Coeficiente de distribucién (2)(4) 1.3470 [°]
CONGLUSIONES: CAPITULO 6
Las autoridades regionales y/o nacionales, probablemente dispondran de especificaciones de construcci6n normalizadas, pero también se pueden utilizar libros de texto de construccién como el “Manual of Concret Practice” y el “Manual on Building Construction” estos libros serviran de apoyo para la construccién de nuestra obra.
El aspecto mds importante en la ejecucién del trabajo, es prestar maxima atencion
a la hermeticidad de la caja del filtro y de las tuberias principales de agua filtrada.
Lo anterior implica que las juntas de vaciado deben quedar bien limpias, que el concreto debe estar bien compaciado, con el fin de evitar la ocurrencia de puntos
de concentraci6n de agregado grueso, y que se emplee la menor cantidad posible de agua para el proceso.
RECOMENDACIONES: CAPITULO 6
Los costos de inversion de los filtros, estan determinados principalmente, por los costos de materiales tales como cemento, grava, acero de refuerzo, arena de filtro,
tuberias, valvulas y demas. Las listas de materiales de los disefios tipicos deben presupuestarse utilizando los precios locales de los materiales. Los precios de
estos materiales variaran dentro de una amplia gama dependiendo de diversas
circunstancias regionales y locales.
Es util hacer un estimado inicial de los costos de [os filtros de arena para propdsitos de planificacion.
160
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162
ANEXO A
Soluci6én Clara Para Sus Problemas de Filtracion
SCHREIBER
stema De Filtraci6én De Alta Tasa wi ag Oa, Se "teen als se &s ee
Actuador de
npromiso de Schreiber por la excelencia es evidente en su placa superior ua investigacién y desarrollo de tecnologias, que logran nos estandares de eficiencia en el tratamiento de agua. Este romiso se reitera con el sistema de filtracién de alta tasa ; ; : ninado "Fuzzy Filter". Placa superior Be Aguatat
zy Filter es un sistema de filtracién innovador y competitivo. Medio Fuzzy nima perdida de carga, su porosidad y su baja densidad sre un bajo gradiente de energia. El sistema es compacto, lar y de facil adaptacion para plantas de cualquier tamafio.
Placa fija
zy Filter alcanza una tasa excepcionaimente alta de Agua cruda i6n de sdlidos suspendidos a través de un medio filtrante de : ee oo 1s de fibra de polivinilo, de larga vida util. La baja densidad Cicto de Filtracion edio logra una mayor captura de sdlidos por volumen
‘fico. Mediante el ajuste de la placa superior donde se Actuador de a el medio fiitrante, el operador puede regular el espesor del placa superior filtrante, alterando con ello la porosidad, lo que permite larseé a cambios en el caudal y en las caracteristicas de las ulas, y a Su vez permite ajustar el nivel de filtracion. Esta teristica permite el disefio y dimensionamiento de filtros con
s mayores (54 - 73 m’/m’/hr) comparados con ios filtres ncionales de medio granular que oscilan entre los 4.8 - 14.7
fhe.
Rechazo de retrolavad-
Piaca superior
Medio Fuzzy
Placa fija
. . 7 : Aire de lav 7zy Filter no pierde medio filtrante en el ciclo de retrolavado, los filtros convencionales, ademas el agua de retrolavado
é emplea es una fraccién de la misma agua cruda. Es decir, tienen ahorros importantes, pues no es necesario tener . a de retrolavado, y en virtud de que retrolava con agua cruda, Ciclo de Lavado requiere sobredimensionar las unidades posteriores a la ion para contar con agua suficiente de retrolavado.
Agua cruda
de retrolavado®
Actuador de . e placa superior Lodos residua
tema Fuzzy Filter es la solucién clara para sus problemas de - - ee jon.
>ACIONES: Placa superior Tratamiento terciario Efluente de clarificacién primaria Remocién de aiga Reuso de agua de proceso en la industria del papel y del alimento Torres de enfriamiento
so Patentado
Medio Fuzzy Placa fija
Agua cruda f =
Ciclo de Enjuague
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