TEMA: FILTRO
U.N.J.F.S.C.TEMA: FILTRO
FILTROs
DEFINICION: El filtro es un tratamiento secundario y es uno de
los tantos procesos de una planta de tratamiento de aguas
residuales (PTAR) que viene precediendo al pre-filtro y es el
encargado al igual que sus mecanismos anteriores de brindar, como
su propio nombre lo dice, un proceso de filtracin a las aguas
residuales servidas a una comunidad u otra entidad que tenga la
necesidad de tratar sus aguas residuales. Los lmites permisibles
para la cantidad de couliformes contenidos en las aguas a tratar se
vern con el avance de este captulo dependiendo del tipo de
filtracin de la cual estemos hablando. A continuacin le mostramos
los tipos de filtracin ms usados en la actualidad.
TIPOS DE FILTRACION:
1. FILTRACIN LENTA:
1.1. FILTRACIN LENTA DE ARENA (FLA):
Es el sistema de tratamiento de agua ms antigua del mundo. Copia
el proceso de purificacin que se produce en la naturaleza cuando el
agua de lluvia atraviesa los estados de la corteza terrestre y
forma los acuferos o ros subterrneos. El filtro lento se utiliza
principalmente para eliminar la turbiedad del agua, pero si se
disea y opera convenientemente puede ser considerado como un
sistema de desinfeccin del agua.
A diferencia de la filtracin rpida en arena, en la que los
microorganismos se almacenan en los intersticios el filtro hasta
que se vierten nuevamente en la fuente por medio de retro lavado,
la FLA consiste en un conjunto de procesos fsicos y biolgicos que
destruye los microorganismos patgenos del agua. Ello constituye una
tecnologa limpia que purifica el agua si crear una fuente adicional
de contaminacin para el ambiente.
Bsicamente, un filtro lento consta de una caja o tanque que
contiene una capa sobrenadante de agua que se va a desinfectar, un
lecho filtrante de arena, drenajes y un juego de dispositivo de
regulacin y control.
1.1.1. Propiedades y descripcin de la desinfeccin mediante
filtracin lenta:
El filtro lento se caracteriza por ser un sistema sencillo,
limpio y a la vez eficiente para el tratamiento de agua. Comparado
con el filtro rpido, requiere de reas ms grandes para tratar el
mismo caudal y, por lo tanto, tiene mayor costo inicial. Sin
embargo su simplicidad y bajo costo de operacin y mantenimiento lo
convierte en un sistema ideal para zonas rurales y pequeas
comunidades, teniendo en cuenta adems que los costos por rea de
terreno so comparativamente menores en estas zonas.
La filtracin lenta, como se ha mencionado, es un proceso que se
desarrolla en forma natural, sin a aplicacin de ninguna sustancia
qumica, pero requiere un buen diseo, as como una apropiada operacin
y cuidadoso mantenimiento para no afectar el mecanismo biolgico del
filtro ni reducir la eficiencia de remocin microbiolgica.
La circulacin de agua cruda a baja velocidad a travs de un manto
poroso de arena fue impuesta por Huisman y Wood en 1974. Durante el
proceso, las impurezas entran en contacto con la superficie de las
partculas del medio filtrante y son retenidas, desarrollndose
adicionalmente procesos de degradacin qumica y biolgica que reducen
a materia retenida a formas ms simples, las cuales son llevadas en
solucin o permanecen como material inerte hasta un subsecuente
retiro o limpieza.
El agua cruda que ingresa a l unidad permanece sobre el medio
filtrante tres a doce horas, dependiendo de las velocidades de
filtracin adoptadas. En ese tiempo, las partculas ms pesadas que se
encuentran en suspensin se sedimentan y las partculas ms ligeras se
pueden aglutinar, lo que facilita su remocin posterior. Durante el
da, bajo la influencia de la luz solar, se produce el crecimiento
de algas, los cuales absorben dixido de carbono, nitratos, fosfatos
y otros nutrientes del agua para formar material celular y oxgeno.
El oxgeno as formado se disuelve en el agua, entra en reaccin
qumica con las impurezas orgnicas y hace que stas sean ms
asimilables por los microorganismos.
En la superficie del medio filtrante se forma una capa
constituida por material de origen orgnico, conocida con el nombre
de schmutzdecke o piel de filtro, a travs de la cual tiene que
pasar el agua antes de llegar a propio medio filtrante. El
schmutzdecke o capa biolgica est formado principalmente por algas y
otras numerosas formas de vida, como plancton diatomeas,
protozoarios, rotferas y bacterias. La accin intensiva de estos
microorganismos atrapa, digiere y degrada la materia orgnica
contenida en el agua. Las algas muertas, as como las bacterias
vivas del agua cruda son tambin consumidas en este proceso. Al
mismo tiempo que se degradan los compuestos nitrogenados se oxigena
el nitrgeno. Tambin se remueve algo de color y una considerable
proporcin de partculas inertes en suspensin es retenida por
cernido.
Una vez que el agua pasa a travs del schmutzdecke, entra al
lecho filtrante y es forzada a atravesarlo en un proceso que
normalmente toma varias horas y en el que se desarrollan diversos
procesos fsicos y biolgicos que constituyen el proceso final de
purificacin.
1.1.2. Mecanismos de la desinfeccin mediante filtracin
lenta:
En el proceso de filtracin lenta actan varios fenmenos o
mecanismos fsicos similares a los de la filtracin rpida previos al
mecanismo biolgico que desinfecta el agua. Esto mecanismos son muy
importantes, dado que permiten la concentracin y adherencia de las
partculas orgnicas al lecho biolgico para su biodegradacin, y las
mencionamos a continuacin:
a) Mecanismos de transporte: Esta etapa de remocin bsicamente
hidrulica ilustra los mecanismos mediante los cuales ocurre la
colisin entre partculas y los granos de arena. Estos mecanismos
son: cernido, intercepcin, sedimentacin, difusin y flujo
intersticial.
Cernido: En este mecanismo, las partculas de mayor tamao que los
intersticios de material filtrante son atrapadas y retenidas en la
superficie del medio filtrante.
Intercepcin: Mediante este mecanismo las partculas pueden
colisionar con los granos de arena.
Sedimentacin: Este mecanismo permite que las partculas sean
atradas por la fuerza de gravedad hacia los granos de arena, lo que
provoca su colisin. Este fenmeno se incrementa apreciablemente por
accin de fuerzas electrostticas y de atraccin de masa.
Difusin: Se produce cuando la trayectoria de la partcula es
modificada por micro variaciones de energa trmica en el agua y los
gases disueltos en ella, lo cual puede provocar u colisin con un
grano de arena.
Flujo intersticial: Este mecanismo se refiere a las colisiones
entre partculas debido a la unin y bifurcacin de lneas de flujo que
devienen de la tortuosidad de os intersticios del medio filtrante.
Este cambio continuo de direccin del flujo crea mayor oportunidad
de colisin.
b) Mecanismo de adherencia: Este mecanismo es el que permite
remover las partculas que, mediante los mecanismos arriba
descritos, han colisionado con los granos de arena dl medio
filtrante. La propiedad adherente de los granos de arena es
proporcionada por la accin de fuerzas elctricas, acciones qumicas y
atraccin de masas as como por pelcula biolgica que crece sobre
ellos, y en la que se produce la depredacin de los microorganismos
patgenos por organismos de mayor tamao tales como los protozoarios
y rotferas.
c) Mecanismo biolgico de la desinfeccin: Como se indic
anteriormente, la remocin total de partculas en este proceso se
debe al efecto conjunto del mecanismo de adherencia y el mecanismo
biolgico. Es necesario que para que el filtro opere como un
verdadero sistema de desinfeccin se haya producido un schmutzdecke
vigoroso y en cantidad suficiente. Solo cuando se ha llegado a ese
punto, el FLA podr operar correctamente. Entonces se dice que el
filtro (o el manto) est maduro. Al iniciarse el proceso, las
bacterias depredadoras o benficas transportadas por el agua
utilizan como fuente de alimentacin el depsito de materia orgnica y
pueden multiplicarse en forma selectiva, lo que contribuye a la
formacin de la pelcula biolgica del filtro. Estas bacterias oxidan
la materia orgnica para obtener la energa que necesitan para su
metabolismo (desasimilacin) y convierten parte de sta en material
necesario para su crecimiento (asimilacin). As, las sustancias y
materia orgnica muerta se convierte en materia viva. Los productos
de desasimilacin son llevados por el agua a profundidades mayores y
son utilizados por otros organismos.
El contenido bacteriolgico est limitado por el contenido de
materia orgnica en el agua cruda y es acompaado de un fenmeno de
mortalidad concomitante, durante el cual se libera materia orgnica
para ser utilizada por las bacterias de las capas ms profundas y as
sucesivamente. De este modo, la materia orgnica degradable presente
en el agua cruda se descompone gradualmente en agua, dixido de
carbono y sales relativamente inocuas, como sulfatos, nitratos y
fosfatos (proceso de mineralizacin), los cuales son degradados en
el efluente de los filtros. La actividad bacteriolgica descrita es
ms pronunciada en la parte superior del lecho filtrante. A partir
de 0.30 a 0.50 m. de profundidad, la actividad bacteriolgica
disminuye o se anula (dependiendo de la velocidad de
filtracin).
1.1.3. Subproductos de la desinfeccin mediante filtracin
lenta:
Los subproductos del proceso de filtracin lenta son sustancias
naturales de degradacin biolgica sin ningn riesgo para la salud, ya
que el proceso no requiere de sustancias qumicas que reaccionen con
la materia disuelta en el agua. En tal sentido, los subproductos de
la filtracin lenta son dixido de carbono y sales relativamente
inocuas, como sulfatos, nitratos y fosfatos, adems de un contenido
bajo en oxgeno disuelto. Estas condiciones pueden ser revertidas
con un proceso de aireacin.
1.1.4. Equipos e infraestructura:
Dada la sencillez de la filtracin lenta, solo se requiere un
equipo de bombeo cuando es necesario elevar la carga hidrulica para
que el agua llegue hasta el filtro. Por otro lado, la calidad del
agua cruda determina el uso de otras instalaciones adicionales al
filtro lento a fin de adecuar la calidad del agua cruda a las
condiciones de operacin del filtro.
En el siguiente cuadro se muestra una sntesis de las
alternativas de pre tratamiento en funcin de las variaciones de
calidad de la fuente para la instalacin de un filtro lento de
arena.
El parmetro de diseo ms importante en un FLA es la velocidad de
filtracin (Vf). La misma debe tener un valor en el rango:
0,1 m3/m2 hora 0,5 m3/m2 hora.
Se debe notar que: [m3/m2 hora] = [m/ hora]
Otros parmetros de diseo importantes en relacin con el material
filtrante son:
Lecho se soporte:
Medio filtrante:
Cuando el filtro lento es la nica unidad de tratamiento, la
velocidad ser de 0,10 m7h. Se podrn considerar velocidades mayores
en casos excepcionales cuando se consideren otros procesos
preliminares, como se observa en el cuadro siguiente.
La velocidad de diseo tambin es importante al decidir el nmero
de unidades con las que operar el filtro. Con velocidades mayores a
0,2 m/h deber considerarse un mnimo de tres unidades.
El rea de cada unidad (As) es una funcin de la velocidad de
filtracin (Vf), del caudal (Q), del nmero de turnos de operacin (C)
y del nmero de unidades (N).
Con operacin continua el rea de la unidad (en m2) ser igual
a:
Los filtros lentos de arena pueden adoptar ser rectangulares o
circulares dependiendo del material con el que se elaboran:
hormign, ferrocemento o mampostera. La figura muestra un filtro
lento modificado rectangular de hormign.
1.1.5. Requerimientos para su instalacin:
Para la instalacin de la planta deben considerarse los
siguientes aspectos:
A) Ubicacin:
Debe estar en una zona accesible, con vas de comunicacin que
faciliten su posterior construccin, operacin y mantenimiento. El
agua subterrnea debe estar ausente o muy profunda. La zona debe ser
segura y no estar expuesta a riesgos naturales o humanos. De
preferencia, la topografa de la zona seleccionada debe reunir los
desniveles necesarios para que el sistema pueda operar totalmente
por gravedad.B) Aspectos relacionados con la comunidad:
Efectuar estudios sociolgicos para determinar las costumbres y
creencias que puedan afectar la aceptacin del sistema. Comprobar la
informacin demogrfica disponible. Determinar los recursos humanos y
materiales disponibles para adecuar el diseo del sistema. Estudiar
la incidencia de enfermedades de origen hdrico y presencia de
vectores.
C) Concepcin del sistema:
La operacin del sistema debe ser confiable, y evitar el uso de
dispositivos para elevar el nivel del agua (bombas), as, no
depender de suministro de energa elctrica ni repuestos de difcil
adquisicin local y que incrementen los costos de mantenimiento. Si
se tiene que elevar el agua por razones topogrficas se debe hacer
en una sola etapa de bombeo. Preferentemente el filtro debe operar
de manera continua para tener unidades ms pequeas y abastecimiento
continuo de nutrientes.
D) Condiciones del agua cruda: Las condiciones del agua cruda
que ms afectan la eficiencia del filtro son la temperatura, la
concentracin de nutrientes y de sustancias txicas y los efluentes
con turbiedad y color altos. A continuacin se describen
brevemente.
Temperatura: Dado que en el filtro se desarrolla un proceso
biolgico, se ve afectado por las variaciones de temperatura y puede
reducir 50% de su eficiencia cuando se opera a menos de 5C.
Concentracin de nutrientes: La velocidad de desarrollo de la
formacin biolgica en el filtro depende de la concentracin de
nutrientes en el agua, debido a que sta es la fuente de alimentacin
de microorganismos. Concentracin de algas: Las algas con
importantes en la formacin de schmutzdecke. Pero su crecimiento
excesivo debido a la elevada disponibilidad de luz y nutriente,
como presencia de fosfatos y nitratos en el agua, puede crear
serios problemas de operacin y en la calidad de agua tratada. El
control de la formacin de alas es difcil, pero puede solucionarse
mediante el control de nutrientes en la fuente y del efecto de la
luz que cubre los reservorios de agua cruda. Concentraciones altas
de turbiedad: La capacidad de los filtros lentos para reducir la
turbiedad cuando sta es muy elevada es imitada. Ellos se debe a que
una alta turbiedad causa enlodamiento de superficie del filtro,
disminuyendo la capacidad de formacin de la capa biolgica y reduce
drsticamente la duracin de la carrera de filtracin, lo cual adems
de afectar la calidad del agua producida, incrementa los costos de
operacin y mantenimiento.
E) Material filtrante: Es necesario considerar una plataforma
colindante con los filtros para efectuar la operacin de lavado y
secado de la arena. Asimismo, se requiere un depsito techado para
guardar la arena embolsada y las herramientas, y cercar las
instalaciones de la planta para evitar el acceso a nios y
animales.
1.1.6. Operacin y mantenimiento:
Las tareas rutinarias de operacin comprenden los ajustes y
medicin del caudal, monitoreo de la calidad del agua producida,
limpieza de la superficie de la arena, que se efecta por rascado de
la porcin superior del filtro (aproximadamente 5 cm. de arena),
lavado y almacenamiento de la arena y posterior reconstruccin del
lecho filtrante. Este perodo entre limpiezas, llamado carrera, es
variable. A veces puede ser necesario realizarla cada tres o cuatro
semanas y en otras circunstancias, pasados muchos meses.
La adecuada operacin y mantenimiento determinan la eficiencia
del filtro, principalmente en la etapa de puesta en marcha o inicio
de la operacin del filtro nuevo, Durante la operacin normal, es
importante el estado de la maduracin de la capa biolgica, la
frecuencia de los raspados, el perodo de duracin de cada operacin
de limpieza y la forma en que se efecta el rearenado del
filtro.
Con relacin a la puesta en marcha, es necesario tener presente
que la arena nueva no reduce la contaminacin bacteriolgica y que es
necesario desechar el efluente inicial hasta comprobar que se est
obteniendo un grado de eficiencia aceptable. Sin embargo, este
proceso puede acelerarse sembrando el filtro con arena madura
proveniente de otros filtros en operacin.
El raspado del lecho filtrante debe iniciarse cuando el nivel
del agua en la caja del filtro llega al mximo y el agua empieza a
rebosar por el aliviadero.
Para disminuir el impacto sobre la eficiencia del tratamiento
durante la operacin de raspado del filtro, es necesario que esta
operacin se ejecute en un solo da para evitar la mortandad de los
microorganismos benficos en la capa de rea que permanecer en el
filtro y acortar el perodo de remaduracin. En la operacin de
rearenado, esto es, cuando la altura del lecho ha llegado al mnimo
aceptable (0.30 m.) y hay que restituir a la arena el espesor de
diseo, es importante aplicar el mtodo de trinchera. Para ello, la
arena del fondo que est semicolmatada se colocar en la superficie
del filtro, sobre la arena nueva, a fin de acelerar el perodo de
maduracin del lecho de arena.
Por lo menos cada cinco aos se realizar el lavado completo del
filtro de la siguiente manera: se retira con mucho cuidado la arena
y la grava para no mezclarlas; se lava la arena; se cepillan las
paredes de la caja del filtro; se reacomoda el drenaje; y se vuelve
a colocar el lecho de arena y la grava. Si ha habido prdida de
arena y grava, ser necesario reponerla. Si hay grietas en las
paredes o en el fondo, debern resanarse antes de colocar el lecho
filtrante.Cuando los sistemas estn bien diseados, operados y
mantenidos, el efluente de las plantas de filtracin lenta requiere
de dosis muy bajas de cloro como la ltima barrera; prcticamente slo
para asegurar que el agua conserve su calidad bacteriolgica hasta
ser consumida. Es un agua con muy bajo riesgo sanitario.
1.1.7. Criterios para el monitoreo y evaluacin:
La turbiedad y la contaminacin bacteriolgica del agua son los
principales parmetros para la caracterizacin el agua superficial en
las reas rurales. Cuando el tratamiento se combina con un pre
filtro o sedimentador, el objetico especfico de estas unidades es
reducir la turbiedad, mientras que el del filtro lento es reducir
la contaminacin. Cuando slo se cuenta con un filtro lento, ste debe
cumplir los dos objetivos.
Un programa de monitoreo mnimo para controlar una planta de
filtros lentos debera considerar la toma de muestras de agua cruda
y tratada para constatar la calidad de la materia prima que est
ingresando al sistema y la del producto final obtenido.
Las mediciones de turbiedad son simples y pueden ser efectuadas
por un operador capacitado. Las mediciones diarias durante la poca
de lluvias permiten:
a) Evaluar la calidad del agua cruda.b) Establecer y supervisar
el rendimiento de la planta.c) Desarrollar criterios para adecuar
la operacin de la planta.d) Optimizar las caractersticas de las
unidades.
1.1.8. Ventajas y desventajas de la filtracin lenta:
1.1.9. Costos de equipos y de la operacin y mantenimiento.
Los costos de inversin de los filtros lentos estn determinados,
principalmente, por los costos del cemento, graba, acero de
refuerzo, arena de filtro, tuberas, vlvulas y dems. Los precios de
estos materiales varan, dependiendo de diversas circunstancias
regionales y locales. Por lo tanto, lo que se presenta a
continuacin es una estimacin de costos de materiales por unidad de
produccin para cuatro diseos tpicos. Debe tenerse en cuenta que
este cuadro est basado en informacin recogida de un proyecto de
filtracin lenta; no incluye costos de mano de obra ni honorarios de
los contratistas.
2. FILTRACIN RPIDA:
2.1. INTRODUCCIN: Como se explic en el captulos anterior sobre
los filtros lentos de arena, la filtracin es el proceso mediante el
cual se purifica el agua hacindola pasar a travs de un material el
cual se purifica el agua hacindola pasar a travs de un material
poroso (o medio). Para la filtracin rpida comnmente se usa la arena
como el medio del filtro* pero el proceso es bastante diferente a
la filtracin lenta en arena. Esto es debido a que se usa arena ms
gruesa con un tamao efectivo de grano en la escala de 0.4-1.2 mm y
el ritmo de filtracin es ms elevado, generalmente entre 5 y 15
m3/m2/hora (120-360 m3/m2/da). Debido a la arena gruesa usada, los
poros del lecho del filtro sern relativamente grandes y las
impurezas contenidas en el agua cruda penetraran al fondo en el
lecho de filtro. Por esto, la capacidad del lecho del filtro para
almacenar impurezas depositadas, es usada en forma mucha ms
efectiva y se puede tratar hasta agua de rio muy turbia con la
filtracin rpida. Para limpiar un lecho de filtro rpido, no es
suficiente raspara la capa superior. La limpieza de los filtros
rpidos se realiza mediante el lavado por corriente de agua limpia.
Eso se hace dirigiendo un flujo elevado de agua a travs del lecho
del filtro desde donde se expande y se arrastra.
2.2. APLICACIONES DE LA FILTRACIN RPIDA: Hay varias aplicaciones
diferentes de la filtracin rpida en el tratamiento de agua para
abastecimientos de agua de bebida. En el tratamiento del agua
subterrnea, se usa la filtracin rpida para remover el hierro y el
manganeso. Para ayudar al proceso de filtracin, frecuentemente se
provee la aeracin como pre tratamiento para formar compuestos
insolubles de hierro y manganeso (figura 2.1).
FIGURA 2.1: FILTRO RPIDO (ABIERTO, TIPO GRAVEDAD)
FIGURA 2.2: FILTRO RPIDO DE AGUA PRETRATADA (AERADA)
Para agua de turbiedad baja como la que se halla frecuentemente
en lagos y algunas veces en rio, la filtracin rpida debe ser capaz
de producir agua clara, la cual, sin embargo, puede contener aun
bacterias patgenas y para obtener agua bacteriolgicamente segura.En
el tratamiento de agua de rio con turbiedad elevada, se puede usar
la filtracin rpida como pre tratamiento para reducir la carga en
los filtros lentos de arena siguientes (figura 2.3) o se le puede
aplicar para el tratamiento de agua que ha sido clarificada
mediante coagulacin, floculacin y sedimentacin (figura 2.4).En
tales casos se requiere nuevamente una clorinacin final.
FIGURA 2.3: FILTRO RPIDA SEGUIDA DE FILTRACIN LENTA EN
ARENA)
FIGURA 2.4: FILTRACIN RPIDA DESPUS DE LA COAGULACIN, FLOCULACIN
Y SEDIMENTACIN )
2.3. TIPOS DE FILTROS RPIDOS:
Los filtros rpidos se construyen en su mayora al descubierto
pasando el agua al lecho del filtro mediante gravedad (figura
2.1).Para ciertas condiciones de operacin, son ms apropiados otros
filtros rpidos que no sean del tipo de gravedad. Los ms importantes
son: filtros de presin, filtros de flujo ascendente y filtros de
medios mltiples.
2.3.1. FILTROS DE PRESION: (FIG. 2.5) Son de construccin similar
a los filtros del tipo gravedad, pero el lecho de filtro y el fondo
del filtro estn encerrados en un recipiente hermtico de presin
hecho de acero. Aqu, la fuerza de conduccin para el proceso de
filtracin es la presin del agua aplicada en el lecho de filtro, la
cual puede ser tan elevada que se puede alcanzar casi cualquier
longitud deseada de la carrera del filtro. Los filtros de presin
estn disponibles comercialmente como unidades completas. No son tan
fciles de instalar, operar y mantener. Por esta razn no son muy
adecuados para aplicarlos en plantas pequeas de tratamiento en
pases en desarrollo.
FIGURA 2.5: FILTROS DE PRESIN
2.3.2. FILTRO DE FLUJO ASCENDENTE: (figura 2.6) Sirven para un
proceso de filtracin de grueso a fino. La capa gruesa del fondo del
lecho de filtro criba la mayor parte de las impurezas suspendidas,
incluso del agua cruda turbia, sin ningn aumento grande de la
resistencia del lecho de filtro, debido a los poros grandes. Las
capas finas sobrepuestas tienen poros ms pequeos pero aqu tambin la
resistencia del filtro aumentara solo lentamente ya que no quedan
muchas impurezas que filtrar.En los filtros de flujo ascendente se
usa la arena como el nico medio de filtro. Frecuentemente, se les
usa para el pre tratamiento de agua que es purificada nuevamente
mediante filtros rpidos del tipo de gravedad o mediante filtros
lentos de arena. En tales casos, los filtros de flujo ascendente
pueden dar excelentes resultados y pueden ser muy adecuados para
usarlos en plantas pequeas de tratamiento.Una desventaja es que la
resistencia permisible en un filtro de flujo ascendente no es mayor
que el peso sumergido del lecho de filtro. Siendo la arena el
material de filtro, la carga disponible de resistencia es casi
igual al espesor del lecho. As, para agua de rio muy turbia, la
longitud de la carrera del filtro y la tasa disponible de filtracin
estn muy limitadas.
FIGURA 2.6: FILTROS DE FLUJO ASCENDENTE
2.3.3. FILTROS DE MEDIOS MLTIPLES: (figura 2.7) Son del tipo
gravedad, filtros de flujo descendente, cuyo lecho de filtro est
compuesto de varios materiales diferentes, los cuales se colocan de
grueso a fino en la direccin del flujo. Para filtros rpidos
pequeos, es comn usar solo dos materiales en combinacin: 0.3-0.5 m
de arena con un tamao efectivo de 0.4-0.7 mm como capa inferior.
Cubierta por 0.5-0.7 m de antracita, piedra pmez o corteza molidas
de coco con un tamao efectivo de 1.0-1.6 mm. Como tratamiento
final, los filtros de capas mltiples pueden proporcionar resultados
excelentes y, cuando se dispone localmente de materiales adecuados,
bien vale la pena considerar su aplicacin en plantas pequeas de
tratamiento.
FIGURA 2.7: LECHO DE FILTROS DE MEDIOS DOBLES
2.4. ASPECTOS TCNICOS: La remocin general de impurezas del agua
por filtracin rpida, se lleva a cabo mediante una combinacin de
varios procesos diferentes. Los ms importantes son: colado,
sedimentacin, absorcin y procesos bacteriolgicos y bioqumicos.
Estos son los mismos procesos ya descritos para la filtracin lenta
en arena. Sin embargo, en la filtracin rpida el material del lecho
del filtro es mucho ms grueso y el ritmo de filtracin es mucho ms
elevado (hasta 50 veces mayor que en la filtracin lenta en arena).
Estos factores alteran completamente la importancia relativa de los
varios procesos de purificacin.El colado de impurezas en un filtro
rpido no es importante debido a los poros relativamente grandes en
el lecho del filtro. La sedimentacin no ser muy efectiva debido a
las elevadas tasas de filtracin usadas. As, se retendr muchas menos
impurezas mediante el colado y la sedimentacin que en el filtro de
lento de arena. Especialmente las capas superiores del lecho del
filtro sern muchos menos efectivas y habr una profunda penetracin
de impurezas en todo el lecho del filtro rpido.En efecto ms
importante de purificacin en la filtracin rpida es, con mucho, la
absorcin de impurezas con carga elctrica hacia los granos del lecho
del filtro con una carga elctrica opuesta, en un filtro rpido las
cargas estticas naturales del material del lecho del filtro estn
complementadas por cargas electrocinticas producidas por el flujo
elevado de agua. Las partculas cargadas (iones) son arrastradas
fuera de los granos del lecho de filtro con el resultado de que los
granos quedan con una carga (opuesta). El efecto electrocintico
refuerza grandemente la accin de absorcin.En un filtro lento de
arena el agua permanece varias horas en el lecho de filtro, pero
con filtracin rpida el agua pasa solo en unos cuantos minutos.
Frecuentemente se remueve los atoros orgnicos acumulados en un
filtro rpido cuando se limpia el filtro mediante el lavado por
corriente de agua limpia. Hay muy poco tiempo y oportunidad de que
se desarrolle cualquier biodegradacin de materia orgnica y de que
se produzca la muerte de bacterias patgenas y virus. La degradacin
limitada de materia orgnica no necesita ser una desventaja seria ya
que los atoros acumulados sern lavados del filtro durante el lavado
por corriente de agua limpia. Por lo general, la pobre actividad
bacteriolgica y bioqumica de un filtro rpido ser insuficiente para
producir agua bacteriolgicamente segura. De aqu que ser necesario
un nuevo tratamiento, tal como la filtracin lenta en arena o
clorinacin, para producir agua que sea apta para la bebida y para
propsitos domsticos.
2.5. OPERACIN Y CONTROL DEL FILTRO RPIDO:
2.5.1. Operacin: En la figura 2.8 se muestra esquemticamente la
operacin de un filtro rpido (tipo gravedad). Durante la filtracin
el agua ingresa al filtro a travs de la vlvula A desciende hacia el
lecho de filtro, fluye a travs de l, pasa el sistema de desage
inferior (fondo del filtro) y fluye el exterior a travs de la
vlvula B. Debido al atoro gradual de los poros, la resistencia del
lecho de filtro contra el flujo descendente del agua aumentara
gradualmente. Esto reducir el ritmo de filtracin que est compensado
por un nivel creciente de agua cruda sobre el lecho del filtro.
Frecuentemente, los filtros rpidos son diseados para operar con un
nivel constante de agua cruda, el cual requiere que el filtro este
equipado con un dispositivo de control de ritmo en la lnea del
afluente o del efluente. Estos controladores del ritmo del filtro
proporcionan una resistencia ajustable al flujo del agua. Se abren
gradual y automticamente para compensar la creciente resistencia
del lecho del filtro y as, mantener constantes las condiciones de
operacin del filtro rpido.
FIGURA 2.8: FILTRO RPIDO (TIPO GRAVEDAD)
Cuando despus de cierto tiempo de operacin, se abre
completamente el controlador del ritmo del filtro, ya no se podr
compensar un nuevo atoro del lecho del filtro y el ritmo de
filtracin disminuir. Entonces se retira de servicio el filtro para
lavarlo por corriente de agua limpia. Para esto, se cierra las
vlvulas A y B y se abre las vlvulas D para drenar el agua cruda
restante fuera del filtro. Unos cuantos minutos despus se abre la
vlvula E para admitir el agua de lavado. La fuerza de lavado por
corriente de agua debe ser lo suficientemente elevada para expandir
el lecho de filtro de tal forma que se pueda arrastrar los granos
de este y que los atoros acumulados sean retirados con el agua de
lavado. El agua de lavado es recolectada en los pasantes desde
donde se le drena hacia el desage. Cuando se completa el lavado por
corriente de agua limpia, se cierra las vlvulas E y D y se vuelven
a abrir la vlvula A, permitiendo que el agua cruda empiece un nuevo
recorrido del filtro.Para el material fino del lecho de filtro, la
accin de arrastre producida por el agua de lavado durante el lavado
por corriente puede a la larga no ser suficiente para mantener
limpio el lecho de filtro. Entonces es deseable un arrastre
adicional usando aire y agua en combinacin para el lavado por
corriente de agua, sin embargo, esto es mucho ms complejo que lavar
solo con agua y por lo general, no es recomendable un lavado con
aire y agua para plantas pequeas de tratamiento.
2.5.2. Control: Hay varios tipos de controladores de ritmo de
filtracin: dispositivo de control de ritmo de ingreso (igual
distribucin o divisin de flujo) y dispositivos de control del ritmo
de salida (vlvulas operadoras a nivel, vertederos de derrame y
sifones). Bsicamente, los arreglos de control de filtro se pueden
dividir en tres grupos:
1. Cada filtro tiene un controlador individual de ritmo que
mantiene la produccin de agua filtrada en la escala constante
deseada.2. El flujo total de agua a travs de la planta del filtro
es controlado mediante el ritmo en el cual se extrae el agua
filtrada.3. Igual que en el 2, pero las unidades del filtro operan
en ritmos individuales descendentes.
Los controladores individuales de ritmo permiten a cada unidad
de filtro operar a su velocidad ptima de filtracin (figura 2.9).
Sin embargo, esta ventaja no es muy grande y esos controladores de
ritmo por lo general son muy caros y no son fciles de mantener.
FIGURA 2.9: CONTROL DE TASA DE FILTRO
Los arreglos de control de filtro que usan una distribucin
uniforme del agua cruda (divisin de flujo) sobre las unidades de
filtro o para una extraccin uniforme del agua filtrada, son usados
ampliamente en Europa y Norte de Amrica. Se puede usar varios
mtodos. Probablemente el que se muestra en la figura 2.10b es el ms
simple ya que no tiene partes movibles. En este tipo, el agua cruda
ingresa el filtro sobre un vertedero. Para todos los filtros la
cresta del vertedero se encuentra al mismo nivel. Al conducto de
agua cruda que alimenta a las unidades de filtro se le da un tamao
considerable de tal forma que el agua fluir sin ninguna prdida
apreciable de carga. El nivel de agua en l ser prcticamente el
mismo en cada vertedero de entrada. As, el ritmo de derrame en cada
vertedero ser distribuido en forma equitativa.Se puede controlar el
ritmo de filtracin conjuntamente para todas las unidades de filtro
mediante el ritmo de alimentacin del agua cruda. Se le puede
adaptar fcilmente para satisfacer la demanda de agua filtrada. En
este arreglo habr variaciones considerables del nivel de agua cruda
en los filtros, lo cual puede ser objetable. De ser as, se puede
preferir otro arreglo como se muestra en la figura 2.10c. Aqu, se
usa una vlvula controlada con flotador para mantener constante el
nivel del agua cruda en cada filtro.Frecuentemente, se usa los
filtros rpidos para tratar agua que ha sido pre tratada mediante
coagulacin, floculacin y sedimentacin; entonces, sirven para
retener los flculos procedentes de los tanques de sedimentacin. Se
debe prevenir cualquier rotura de estos flculos y los vertederos de
entrada mencionados anteriormente no son adecuados en estos casos.
El arreglo que se muestra en la figura 2.10a sera mucho mejor. Cada
filtro est equipado con una caja flotante en la cual se mantiene
constante el nivel de agua, en el mismo nivel en todas las unidades
de filtro, con una vlvula controlada con flotador. El canal
efluente debe tener un tamao considerable para asegurar que el
nivel del agua ser prcticamente el mismo en cada compuerta de
efluente del filtro. El ritmo general de produccin de todos los
filtros conjuntamente puede ser controlado ahora mediante el ritmo
en el cual se extrae el agua filtrada.
FIGURA 2.10: SISTEMA DE CONTROL DE FILTRO
2.6. FILTRACIN A RITMO ASCENDENTE: Cuando no se usa
controladores de ritmo de filtracin, se realizara la filtracin en
un ritmo descendente. El diseo de filtros a ritmo descendente es
mucho ms simple que el filtro de ritmo controlado. Se puede usar
leos simples de detencin o compuertas para el control del filtro
(figura 2.11).
FIGURA 2.11: FILTRACIN DE TASA DECLINANTE
Todos los filtros estn en conexin directa con los conductos de
agua cruda y de agua filtrada. Consecuentemente, todos tienen el
mismo nivel de agua cruda y el mismo nivel de agua filtrada, de tal
forma que todos los filtros operaran bajo la misma carga. Sin
embargo, el ritmo de filtracin para las varias unidades de filtro
ser diferente: ser ms elevado en el filtro recin lavado mediante
retro lavado y ms bajo en el que tiene un mayor movimiento en la
jornada corriente del filtro. Para todos los filtros en forma
conjunta, la produccin estar determinada por el abastecimiento de
agua cruda, el cual debe ser suficientemente elevado para
satisfacer la demanda de agua filtrada. Durante la filtracin, los
lechos de filtros se atoran gradualmente y el nivel de agua cruda
en todos los filtros se eleva debido de filtro que ha estado en
operacin por el periodo de tiempo ms largo probablemente alcanzara
primero el nivel mximo permisible de agua cruda y necesitara
limpieza mediante retro lavado. Despus de su limpieza, este filtro
tendr la resistencia ms baja contra el flujo, de tal forma que una
porcin considerable del agua cruda abastecida pasara a este filtro.
La carga en los otros filtros ser reducida temporalmente. Esas
unidades mostraran una baja en el nivel de agua cruda. Cuando en un
segundo filtro se alcanzara el nivel mximo de agua cruda, este ser
lavado mediante retro lavado y as sucesivamente.Si no se toma
medidas especiales, la escala de filtracin en un filtro de ritmo
descendente, justo despus de la limpieza, puede ser muy elevada,
hasta 25 m3/m2/hora, lo cual es mucho ms elevado que la tasa
promedio de 5-7 m3/m2/hora. Cuando es necesario limitar el ritmo de
filtracin con el fin de salvaguardar la calidad del agua filtrada,
se debe colocar un dispositivo extra de resistencia de flujo (por
ejemplo, un orifico) en la lnea de influente.Para los filtros de
presin, la filtracin de ritmo descendente es una prctica comn. Para
los filtros rpidos de tipo gravedad, su aplicacin aumenta
gradualmente en Gran Bretaa, en Amrica Latina y tambin, en una
escala limitada, en Norte de Amrica. Debido a su simplicidad, la
filtracin de ritmo descendente est siendo considerada para plantas
pequeas de tratamiento en pases en desarrollo.
2.7. CONSIDERACIONES PARA EL DISEO:
Se necesita seleccionar cuatro parmetros para el diseo de un
filtro rpido. El tamao de grano del material de filtro, el espesor
del lecho de filtro, la profundidad del agua sobrenadante y el
ritmo de filtracin. En la medida de lo posible, estos factores de
diseo deben basarse en la experiencia obtenida en las plantas
existentes que tratan la misma agua cruda o una comparable. Cuando
no existe tal experiencia, el diseo debe basarse en los resultados
obtenidos en una planta piloto que opere filtros
experimentales.
2.8. ARREGLOS PARA EL RETRO LAVADO:
Un filtro rpido se limpia mediante lavado con corriente de agua,
esto es, dirigindose un flujo de agua limpia hacia arriba a travs
del lecho de filtro por un periodo de unos cuantos minutos. Se
puede usar el agua filtrada acumulada mediante bombeo en un tanque
elevado, o directamente el efluente de las otras unidades de filtro
(en operacin) de la planta de filtracin (arreglos de auto lavado).
La velocidad del flujo ascendente de agua debe ser lo
suficientemente elevada para producir una expansin de lecho de
filtro de tal forma que se pueda aflojar y retirar con el agua de
lavado los atoros acumulados.FIGURA 2.12: RETROLAVADO DE UN FILTRO
RPIDO
En el cuadro 1 se presenta una lista de las escalas tpicas de
retro lavado que proporcionan una expansin de aproximadamente 20
por ciento para un lecho de filtro de arena (peso especfico: 2.65
g/cm3).
Cuadro 1:
Escalas tpicas de retro lavado
dmmt0.40.50.60.70.80.91.01.11.2
Escala de retro lavado (m3/m2/hora)
10 C121722283440475462
20 C142026334048566473
30 C162330384756657586
d = tamao promedio de grano de la arena del filtro (mm)t =
temperatura de agua de retro lavado (C)v = tasa de retro lavado
(m3/m2/hora)
Si se abastece el agua de lavado con bombas, normalmente se usa
un numero de tres (en instalaciones muy pequeas, dos) de las cuales
una sirve como unidad de reserva. Para ritmos elevados de retro
lavado y reas ms grandes de lecho de filtro, estas bombas necesitan
ser de una gran capacidad por lo que su instalacin y operacin son
bastante caras. Entonces, es preferible un reservorio de agua de
lavado tal como el que se muestra en la figura 2.13, las bombas
pequeas sern adecuadas para llegar el reservorio durante los
intervalos entre los lavados sucesivos. Por lo general, el
reservorio debe tener una capacidad entre 3 y 6 m3 por m2 de rea
del lecho de filtro y se le debe colocar de 4 a 6 metros sobre el
nivel del agua en el filtro.Usualmente se provee tres bombas para
bombear agua hacia el tanque de agua de lavado; una de estas es la
unidad de reserva. La capacidad total de las dos bombas en operacin
debe ser de aproximadamente 10-20% de la escala de abastecimiento
del agua de lavado. Un tanque especial de agua de lavado o un
reservorio no son necesarios cuando el agua de lavado requerida es
tomada del reservorio de agua filtrada. Sin embargo, esto puede
causar fluctuaciones no deseadas de la presin en el sistema de
distribucin debido al abastecimiento interrumpido de agua.
FIGURA 2.13: ARREGLO DE TANQUE DE AGUA DE LAVADORPIDO
Una solucin ms simple consiste en aumentar la profundidad del
agua que permanece sobre el lecho del filtro y limitar la
resistencia mxima del filtro .Entonces el agua filtrada estar
disponible en una carga de 1.5 a 2 metros sobre el lecho de filtro,
lo cual debe ser suficiente. Las unidades en operacin de la planta
de filtracin deben abastecer agua suficiente para el ritmo
requerido de retro lavado. Por esto, una planta de filtracin rpida
que use este arreglo de retro lavado debera tener por lo menos seis
unidades de filtro.El agua de lavado es admitida en la parte de
abajo del lecho de filtro a travs del sistema de desage inferior
(fondo del filtro). Para dividir uniformemente el agua el lavado
sobre toda el rea del lecho de filtro, el sistema de desage
inferior debe proveer una resistencia suficiente contra el paso del
agua de lavado (generalmente 0.6-1.0 metros de carga de agua)Figura
2.14: SISTEMAS LATERALES DE DESAGE INFERIOR
Un sistema de desage inferior usado frecuentemente consiste en
laterales colocados con una separacin aproximada de 0.2 m y
conectados a un tubo mltiple (Figura 2.14).Los laterales tienen
perforaciones en la parte de abajo, con un dimetro de
aproximadamente 10 mm. Por lo general, se usa tuberas de cemento
asbesto y plstico rgido en este sistema de desage inferior.Para
evitar que el material de filtro ingrese a los laterales a travs de
las perforaciones, el lecho de filtro debe ser sostenido por una
capa de material grueso (por ejemplo grava) que no sea desalojada
por el agua del lavado impulsada desde las perforaciones de desage
inferior. Por ejemplo, la arena de filtro de 0.7-1.0 mm de tamao
efectivo requerira 4 capas de grava; desde la parte superior hasta
el fondo; 0.15m X 2-2.8 mm, 0.1m X 5.6-8 mm, 0.1m X 16-23mm y 0.2m
X 38-54mm; el paquete total de grava tendr 0.55m de
profundidad.Figura 2.15: CONDICION DE FLUJO EN CANALETAS DE AGUA DE
LAVADO
Despus de pasar por el lecho de filtro, el agua de lavado que
transporta las impurezas lavadas es colectada y drenada al exterior
mediante las canaletas de agua de lavado. La distancia que el agua
de lavado tendr que viajar en forma horizontal hacia la pileta debe
estar limitada a aproximadamente 1.5-2.5m. Se coloca las piletas
con su parte superior a 0.5-0.6m sobre el lecho de arena no
expandido y su rea transversal depender de que en el extremo de la
pileta, la profundidad del agua sea la profundidad de descarga
libre (Critica)(Figura 2.15). El cuadro 2 proporciona los ritmos de
flujo de agua de lavado (Q) para combinaciones de flujo profundo de
agua de lavado (H) y ancho de la canaleta de agua de lavado
(b).Cuadro 2:Capacidad de las canaletas para llevar agua de lavado
(litros/seg)
FIGURA 2.16: ARREGLOS TPICOS DE CANALETAS DE AGUA DE LAVADO
Se pueden colocar las canaletas de agua de lavado de varias
maneras. La figura 16 muestra arreglos tpicos.Particularmente
cuando se usa arena fina, con un tamao de grano inferior a
aproximadamente 0.8mm, la fuerza de arrastre del agua de lavado
ascendente puede ser inadecuada para mantener limpios los granos
del filtro en la jornada larga. Despus de cierto tiempo pueden
abrirse con una capa pegajosa de materia orgnica. Esto puede causar
problemas tales como bolas de lodo y rajaduras en el filtro (Figura
2.17).
Figura 2.17: BOLAS DE LODO Y RAJADURAS EN EL FILTRO
Estas se pueden prevenir proveyendo un arrastre adicional a
travs de lavado por aire. La limpieza del filtro se inicia ahora
con un lavado por corriente de aire en un ritmo de 30-50m/hora, por
lo general combinado con un lavado con agua en un ritmo de
10-15m/hora. Esto debe remover los recubrimientos de los granos de
filtro y el siguiente lavado con agua retira el material aflojado.
Para el retro lavado con corriente de aire es necesario un sistema
separado de tuberas. En la figura 2.18 se muestra un ejemplo. Se
debe remarcar que el retro lavado por corriente de aire y agua es
generalmente un arreglo demasiado complejo para plantas pequeas de
tratamiento de agua.
Figura 18: RETRO LAVADO POR CORRIENTE DE AGUA Y AIRE.
En la figura 2.19 se muestra un arreglo interesante para
alimentar aire y agua para el retro lavado. El retro lavado se
inicia permitiendo que el agua de la cmara 1 fluya hacia la cmara
2. El aire de la cmara 2 se presuriza y es admitido para el
arrastre del filtro. Luego se usa el agua colectada en la cmara 2
para el retro lavado del filtro.Disposicin de planta de filtracin
rpida Una planta de filtracin rpida consiste en un nmero de
unidades de filtro (mnimo 2) cada una con un rea A. Cuando un
filtro est fuera de funcionamiento por limpieza, las unidades
restantes deben ser capaces de proveer la capacidad requerida Q en
el ritmo seleccionado de filtracin r. Esto se expresa en la
frmula:
Para plantas pequeas hay poca alternativa en lo que respecta a
las combinaciones adecuadas n y A, pero para plantas mayores, la
alternativa debe ser tal que se minimice el costo de construccin.
Como un paso tentativo de diseo, el rea del lecho de la unidad de
filtro (A) expresada en metros cuadrados puede ser tomada como
aproximadamente 3.5 veces el nmero de unidades de filtro n.Para
economizar en la construccin y operacin, se debe colocar las
unidades de filtro en un grupo compacto con las lneas de afluente y
efluente y cualquier lnea de alimentacin de sustancias qumicas lo
ms cerca posible.La colocacin de las diferentes unidades de una
planta de filtracin rpida es un tema que garantiza la ms minuciosa
atencin del ingeniero de diseo. Se debe hacer cierta concesin para
una futura expansin de la planta. En la figura 2.20 se muestra un
ejemplo.
Figura 2.19: ARREGLO PARA RETROLAVADO POR CORRIENTE DE AGUA Y
AIRE.
FIGURA 2.20: DISPOSICION DE PLANTA DE FILTRACION RAPIDA
Muchos diseos ubican el edificio de servicio en el centro
mientras que en los extremos, varias unidades de filtro estn
dispuestas en uno o dos lados del corredor de dos niveles, siendo
el nivel superior el piso de operacin y el nivel ms bajo la galera
de tuberas.
2.9. CONSTRUCCION:Como se explic en las secciones anteriores, un
filtro rpido consiste en un tanque que contiene el sistema de
desage inferior, el lecho de filtro y el agua sobrenadante.
Mayormente el tanque de filtro es hecho de cemento reforzado,
rectangular y con paredes verticales. El diseo de la estructura de
concreto sigue las reglas comunes con la dificultad agregada que
las estructuras que retienen el agua deben ser hermticas. Se debe
proveer una cubierta amplia de concreto para proteger las barras de
refuerzo contra la corrosin.Se debe colocar todas las barras lo
suficientemente distantes para permitir que el concreto las rodee
completamente. Se debe mantener al mnimo las tensiones de carga.
Cualquier tensin que se desarrolle en el concreto debido al secado,
contraccin, cambios de temperatura y diferencias en la subsidencia
del suelo, debe estar limitada en lo posible, subdividiendo el
edificio en un nmero de secciones independientes conectadas con
uniones hermticas de expansin. La mezcla de concreto del contenido
de cemento y la colocacin de la mezcla debe buscar, en la medida de
lo posible, una completa impermeabilidad y la menor contraccin por
secado durante el endurecimiento. Nunca se debe usar un acabado de
yeso. Se debe obtener un buen acabado usando contraventanas suaves,
por ejemplo, hechas de madera laminada. Para evitar el corte de
circuito del flujo de agua a lo largo de las paredes de la caja de
filtro, la contraventana inferior opuesta al lecho de filtro debe
ser hecha de planchas no planas colocadas horizontalmente. Cuando
sea posible, se debe colocar los filtros sobre la napa ms elevada
de agua subterrnea, si fuera necesario en terreno elevado.En el
pasado se desarroll numerosos sistemas de desage inferior
(popularmente conocidos como fondos de filtro) pero
desafortunadamente muchos son muy caros o no pueden asegurar una
distribucin uniforme del agua de lavado en todo el lado inferior
del lecho de filtro. El sistema simple descrito anteriormente, que
usa laterales perforados, puede construirse de tal forma que se
obtenga una buena distribucin del agua de lavado. Tiene la ventaja
adicional de que se le puede hacer de materiales localmente
disponibles usando conocimientos locales. Otra buena solucin es el
sistema de fondo falso y colador de desage inferior. Consiste en
losas de concreto prefabricado de aproximadamente 0.6X0.6 m2,
colocadas sobre y ancladas a pequeas columnas de concreto como se
muestra en la figura 2.21.
FIGURA 2.21: SISTEMA DE DESAGE INFERIOR CON FONDO FALSO Y
COLADORES
Las losas estn provistas de huecos, aproximadamente 60 por metro
cuadrado, en los cuales se coloca los coladores (Figura 2.22). Las
hendiduras en estos coladores son estrechas, aproximadamente de
0.5mm, ofreciendo una resistencia suficiente contra el paso del
agua de lavado para una distribucin pareja del agua. Este sistema
de desage inferior permite que se coloque la arena del filtro
directamente sobre el fondo del filtro con los coladores y no es
necesaria ninguna capa complementaria de grava.
Figura 22: COLADORES DE PLSTICO
El trabajo de un filtro rpido lo realiza el lecho de filtro y se
debe prestar una atencin considerable a su composicin. La arena
como material de filtro ha demostrado dar resultados excelentes, es
barata y por lo general disponible; y por estas razones,
ampliamente usada. Para los lechos de filtro simples-medios no hay
razn para usar otros materiales de filtro, excepto en casos muy
especiales. Para evitar una clasificacin hidrulica durante el retro
lavado, lo que llevara a los granos finos a la parte superior y a
los granos gruesos al fondo del lecho de filtro, se debe usar arena
de filtro lo ms uniforme posible en tamao. Debe tener un
coeficiente de uniformidad inferior a 1.7, preferiblemente tan bajo
como 1.3. Los requerimientos para la graduacin de la arena de
filtro son dados mejor como porcentajes mximos y mnimos de material
que pasa por varias cribas de mallas de tamao estndar. Para una
especificacin grfica, se puede trazar un diagrama como en la figura
2.23.
FIGURA 2.23: ESPECIFICACION DE LA ARENA DE FILTRO PARA EL
PRETRATAMIENTO DEL AGUA DEL RIO
2.10. FILTRACION RAPIDA APLICADA A PEQUEAS COMUNIDADES Debido a
su construccin y diseo complejo y a la necesidad de operacin
explcita, los filtros rpidos no son muy adecuados para su aplicacin
en plantas de tratamiento de agua a escala de pequeas comunidades.
Esto es especialmente cierto para su uso como filtros finales en el
tratamiento de agua turbia de ro. Entonces, la seguridad
bacteriolgica del agua filtrada tiene que ser asegurada mediante la
pos clorinacin con todas sus dificultadas asociadas. Sera mejor
usar los filtros lentos de arena que ofrecen un filtrado
bacteriolgicamente seguro, pero estos pueden sufrir de atoro rpido
causado por la turbiedad presente en el agua cruda.Se puede remover
la materia suspendida del agua cruda a travs de varios procesos
tales como: almacenamiento, coagulacin y floculacin y sedimentacin.
Sin embargo, slo los filtros rpidos son capaces de producir en
forma constante agua clara con una turbiedad inferior a 5 UTF. Esto
asegurar la operacin fluida de cualquier filtro lento
siguiente.Debe haber pocas objeciones contra una aplicacin tal de
los filtros rpidos. El uso de la filtracin rpida para la remocin de
hierro y manganeso del agua subterrnea tambin presenta pocos
problemas, ya que el riesgo para la salud de la posible
contaminacin del agua tratada ser pequeo .Suponiendo un uso de agua
de 40 litros/persona/da, la capacidad requerida de filtracin de
agua para 10000 personas sera de 400 m3/da o 40 m3/hora para un
perodo diario de operacin de 10 horas. Con una tasa de filtracin de
5m/hora, esto requiere un rea de lecho de filtro de 8 m2, la cual
se puede proveer en tres filtros circulares de 2m de dimetro cada
uno (un filtro como reserva).Probablemente sera mejor que el
sistema de desage inferior estuviera hecho de laterales perforados
(vase seccin 4) cubiertos con capas graduadas de grava, piedras
rotas ladrillos duros cincelados al tamao deseado. Cuando se
dispone de arena gruesa se le debe graduar usando tamices
adecuados. Los lmites de graduacin seran 0.8mm 1.2mm para los pre
filtros; 1.0mm-1.5mm para los filtros de remocin del hierro y
manganeso. Para los pre filtros del espesor del lecho de arena se
debe tomar en 1.0m y para los filtros de remocin del hierro y
manganeso en 1.5m. En el caso que no se puede obtener la arena, se
pude usar materiales similares, tales como piedras quebradas,
ladrillos, carbonato de calcio cristalino, dolomita, etc. Estos
deben ser graduados a un tamao aproximado 40 por ciento ms grande
que los tamaos mencionados anteriormente. En algunas instancias,
las cscaras quemadas de arroz y las cortezas quebradas de coco han
proporcionado resultados aceptables. Antes de habilitar el filtro
se le debe lavar por corriente de agua durante aproximadamente
media hora para limpiar el material de filtracin. Se puede fijar la
profundidad del agua sobrenadante en entre 1.5-2m. Entonces la caja
de filtro tendr una profundidad total de 3.5-4m. La mayor
dificultad encontrada en la filtracin rpida a escala de pequeas
comunidades es el proceso de retro lavado. No es econmico usar una
bomba de agua de lavado. En el ejemplo presentado anteriormente, se
necesitara una capacidad de 100-200m3/hora, en duplicado para
considerar fallas mecnicas. Comparada con la capacidad de planta de
40 m3/hora, pero se debe tener en cuenta los costos del tanque.
Para poblados con edificios bajos, la presin en el sistema de
distribucin, por lo general, no necesita ser mayor a 6m. En estos,
una buena solucin ser usar un reservorio elevado de servicio para
el retro lavado de los filtros. No ser necesaria ninguna bomba
separada.En la figura 2.24 se muestra la distribucin de la planta
de filtracin rpida descrita anteriormente. El agua cruda ingresa al
filtro a travs de la vlvula A y cae en canaleta de agua de lavado
para dispersar la energa de flujo. Las tuberas ramales en las
cuales se coloca la vlvula A, tienen un dimetro pequeo que
proporciona suficiente resistencia de flujo (por ejemplo 0.5m de la
carga) para asegurar una distribucin pareja del agua cruda sobre
las unidades individuales de filtro. El agua filtrada es descargada
a travs de la vlvula D y pasa sobre un vertedero colocado en la
cmara de derrame. La parte superior del vertedero es colocada tan
alto que el nivel ms bajo de agua cruda en el tanque de filtro
estar por lo menos 0.2m sobre el lecho de filtro. Debido al atoro,
el nivel del agua sobrenadante se elevar hasta alcanzar el nivel de
presin del agua en la tubera de abastecimiento; ya no ingresar ms
agua al filtro. Entonces, se debe limpiar el filtro alimentando el
agua de lavado a travs de la vlvula C y descargndola a travs de la
vlvula B. El agua sucia de lavado debe ser clarificada mediante
sedimentacin despus de lo cual se le puede descargar de nuevo hacia
el ro a cierta distancia aguas abajo del lugar de captacin del agua
cruda.Figura 2.24: DISTRIBUCION GENERAL DE UNA PLANTA DE FILTRACION
RAPIDA
2.11. FILTRACION GRUESAAlgunas veces puede ser adecuado un
tratamiento ms limitado que la filtracin rpida usando un lecho de
arena para el tratamiento del agua cruda. Esto se puede obtener
usando grava o fibras de plantas como material de filtro. En el
filtro de flujo ascendente de la figura 6 se usar tres capas que
tengan tamaos de grano de 10-15mm; 7-10mm y 4-7mm desde el fondo
hacia arriba y con sistema simple de desage inferior. Este filtro
grueso (devastador) tendr poros grandes que no estn expuestos al
atoro rpido. Se puede usar una tasa elevada de filtracin hasta de
20m/hora. Los poros grandes tambin permiten la limpieza a ritmo
relativamente bajo de retro lavado, ya que no se necesita ninguna
expansin del lecho de filtro. El retro lavado de los filtros
gruesos toma un tiempo relativamente largo, aproximadamente 20-30
minutos.
FIGURA 2.25: FILTRO HORIZONTAL DE GRAVA
Otra posibilidad es el uso de filtros horizontales, como se
muestra en la figura 2.25. Estos tienen una profundidad de 1-2m
subdivididos en tres zonas, cada una aproximadamente 5m de largo y
compuestas de grava con un tamao de 20-30mm, 15-20mm y 10-15mm. La
tasa de flujo horizontal del agua, calculada sobre toda la
profundidad, ser de 0.5-1.0m/hora.
Esto representa a una carga muy baja de superficie del filtro,
de slo 0.03-0.04m/hora. Se requerir un rea ms grande, pero la
ventaja es que el atoro del filtro se realizara muy lentamente de
tal forma que se necesitar la limpieza slo despus de un perodo de
aos. Esta limpieza se realiza excavando y lavando el material de
filtro despus de lo cual se le vuelva a colocar en su sitio.Se ha
usado fibras de coco como material de filtro en una unidad
experimental similar a un filtro de arena. El lecho de filtro tiene
un espesor de slo 0.3-0.5m y la profundidad del agua sobrenadante
aproximadamente 1m. Se opera el filtro a tasas de 0.5-1.0m/hora, la
cual da una longitud de jornada del filtro de varias semanas. Para
limpiar el filtro primero se le drena, despus de lo cual se saca y
se desecha las fibras de coco. Se vuelve a empaquetar el filtro con
material nuevo que previamente ha sido remojado en agua por 24
horas para remover la mayor cantidad posible de materia orgnica.
Los filtros de fibra de coco parecen ser capaces de soportar
fluctuaciones considerables en su carga mientras producen un
efluente de calidad casi constante. Los experimentos muestran una
conducta remarcablemente constante de los filtros de fibra coco. La
remocin total de turbiedad vari entre el 60 y el 80 por ciento.
3. FILTROS BIOLGICOS:
Estos sistemas de tratamientos biolgicos pueden catalogarse como
filtros biolgicos, filtros percoladores, sistemas de biomasa
adherida o tambin como filtros de Lecho Bacteriano. En estos tipos
de sistemas el elemento de mayor importancia es el cuerpo de
relleno que originalmente estaba compuesto por materiales de origen
mineral (piedras, escorias, carbn coke, trozos de ladrillos, etc.)
y en las versiones ms actuales suele ser de materiales plsticos de
elevada superficie especfica y bajo peso, como los utilizados en
nuestros sistemas. Sobre este material plstico se vierten de una
manera uniforme las aguas residuales a tratar, previamente
clarificada con un tratamiento primario. Durante su descenso, el
agua forma, de manera gradual, una pelcula mucilaginosa biolgica
sobre el material de relleno. Esta pelcula, formada principalmente
por bacterias, protozoos, hongos, algas y otros microorganismos
presentes en el agua, aumenta paulatinamente y cuando ha alcanzado
su espesor mximo se despega del cuerpo de relleno, sedimentando
hacia el fondo del reactor biolgico, desde donde ser evacuado a un
decantador secundario (en los filtros percoladores de mayor tamao)
o a vertido, (en los filtros biolgicos compactos de menor
volumen.
3.1. TIPOS DE FILTROS BIOLGICOS:
3.1.1. FILTROS BIOLGICOS PARA VIVIENDAS UNIFAMILIARES:
El filtro biolgico compacto especfico para la depuracin de aguas
residuales procedentes de viviendas unifamiliares est compuesto por
dos compartimentos aislados entre s por una pared estanca de PRFV y
con las siguientes funciones:
Un primer compartimento en el que se produce la homogenizacin
del agua, la sedimentacin primaria de los slidos gruesos, la
reduccin de la materia orgnica, gracias a la accin de bacterias
anaerbicas con digestin y parcial estabilizacin de los fangos
generados y la clarificacin del agua. Un segundo compartimento que
corresponde al filtro biolgico y que contiene el lecho bacteriano
aerobio formado por nuestro exclusivo material plstico filtrante
esfrico de alto rendimiento, BIO-LAM, donde se realiza la oxidacin
biolgica de la materia orgnica, a partir de microorganismos y con
un aporte de oxigeno realizado mediante una tubera con tiro natural
de aire desde el exterior.Consigue reducir el ndice de DBO5 hasta
aproximadamente un 70 % (con aguas residuales de tipo domstico o
asimilable).
CARACTERSTICAS GENERALES:
Es un sistema de depuracin apropiado para viviendas
unifamiliares. Tiene unos costos iniciales y de operatividad muy
bajos, lo que le da una considerable ventaja sobre otros
tratamientos aerbicos. Su mantenimiento es casi inexistente y se
limita a la extraccin peridica de lodos del compartimento de
sedimentacin primaria y clarificacin. No precisa de personal
cualificado para su funcionamiento ya que es uno de los sistemas de
depuracin ms simples entre todos los existentes.
3.1.2. FILTROS-BIOLGICOS COMPACTOS AERBICOS:
El agua es distribuida sobre el material filtrante mediante un
sistema de distribucin compuesto por canaletas de PVC. De esta
forma se consigue una reparticin homognea del afluente sobre toda
la superficie plstica filtrante.Los cuerpos plsticos son el soporte
idneo para los microorganismos aerbicos que se adhieren a ellos y
van degradando la materia orgnica disuelta en suspensin coloidal en
el agua. El filtro biolgico aerbico est equipado con un sistema de
aireacin por tiro natural que favorece la correcta y suave aireacin
de la biomasa, asegurando un aporte suficiente de oxgeno que
permita la oxidacin de la materia orgnica y las condiciones idneas
para la formacin de las bacterias aerbicas.La reduccin mxima de la
carga contaminante total es de aproximadamente un 80 % (con aguas
residuales de tipo domstico o asimilable).
CARACTERSTICAS GENERALES:
Es un sistema de depuracin apropiado para grupos de poblacin de
hasta 200 habitantes. Tiene unos costos iniciales y de operatividad
muy bajos, lo que le da una considerable ventaja sobre otros
tratamientos aerbicos. Su mantenimiento es casi inexistente y se
limita a la extraccin peridica de lodos de los compartimentos de
sedimentacin primaria y clarificacin. No precisa de personal
cualificado para su funcionamiento ya que es uno de los sistemas de
depuracin ms simples entre todos los existentes.
3.1.3. FILTROS BIOLGICOS COMPACTOS ANAERBICOS:
Los filtros biolgicos anaerbicos compactos estn formados por un
depsito en PRFV de tres compartimentos:
Compartimento de decantacin. Compartimento de digestin
anaerbica. Compartimento de Filtro biolgico anaerbico.
En el primer compartimento se realiza la homogenizacin del agua,
la sedimentacin de los slidos gruesos y una primera reduccin de la
materia orgnica, gracias a la accin de bacterias anaerbicas con
digestin y parcial estabilizacin de los fangos generadosEn el
segundo y tercer compartimento se realiza una ulterior decantacin
de sustancias slidas con ms reduccin de la materia orgnica y una
clarificacin del agua
CARACTERSTICAS GENERALES:
Es un sistema de depuracin apropiado para grupos de poblacin de
hasta 200 habitantes. Tiene unos costos iniciales y de operatividad
muy bajos, lo que le da una considerable ventaja sobre otros
tratamientos. Su mantenimiento es casi inexistente y se limita a la
extraccin peridica de lodos de los compartimentos de sedimentacin
primaria y clarificacin. No precisa de personal cualificado para su
funcionamiento ya que es uno de los sistemas de depuracin ms
simples entre todos los existentes.
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