FILTROS LENTOS

FILTROS LENTOS Básicamente, un filtro lento consta de un tanque que contiene una capa sobrenadante de agua cruda, lecho filtrante de arena, drenaje y un juego de dispositivos de regulación y control. El filtro lento modificado que recomienda el CEPIS elimina los dispositivos de control vulnerables y tiene las siguientes características: La estructura de ingreso consiste en una cámara de distribución con vertederos rectangulares para distribuir el caudal uniformemente a todas las unidades del sistema y válvula de limpieza. Si no se han considerado unidades previas para acondicionar la calidad del agua, en esta cámara se incluirá el sistema de ajuste y medición de caudal, consistente en una válvula y un vertedero triangular. Las cajas de los filtros deberán ser, por lo menos, dos y estarán compuestas de un sistema de drenaje, una capa de grava graduada, una capa de arena, una capa de agua y el borde libre. La estructura de salida es común a dos unidades y comprende un vertedero de control de nivel máximo de operación, una caja de desagüe, dos cámaras de salida cada una con un vertedero de control de nivel mínimo, una válvula para comunicar la cámara de salida con la de desagüe, una válvula para intercomunicar las cámaras de salida, una cámara de reunión del efluente y dos válvulas para eliminar el efluente inicial.

Figura #1 Esquema de filtro lento.

Ventajas. La mayor ventaja de esta unidad reside en su simplicidad. Este filtro opera sin controlador de velocidad y con controles de nivel mediante vertederos es muy sencillo y confiable de operar con los recursos disponibles en el medio rural de los países en desarrollo. Restricciones. · El filtro lento solo no debe operar con aguas con turbiedad mayores a 20 ó 30 UNT, esporádicamente se pueden aceptar picos de 50 a 100 UNT. · La eficiencia de esta unidad se reduce a temperaturas inferiores a los 4ºC. · La presencia de biocidas o plaguicidas en el afluente pueden modificar o destruir el proceso microbiológico que sirve de base a la filtración lenta. Criterios de diseño. El medio filtrante debe estar compuesto por granos de arena duros y redondeados, libres de arcilla y materia orgánica. La arena no debe contener mas de 2% de carbonato de calcio y magnesio. Experimentalmente se ha encontrado que el diámetro efectivo de la arena debe ser del orden de 0.15 a 0.35 mm. La profundidad del lecho puede variar entre 0.50 y 1.00 m, pudiendo el filtro operar con un espesor mínimo de 0.30 m. El coeficiente de uniformidad puede ser menor de 3.0 y se recomienda un rango de 1.8 a 2.0. En última instancia, cualquier material inerte puede utilizarse como medio filtrante. La capa soporte debe reunir características similares a las indicadas para la arena. Debe considerarse una altura mínima de 0.30 m de grava dispuesta en tres capas de diferente granulometría. La grava más fina debe seleccionarse, teniendo en cuenta el tamaño de los granos de arena y la más gruesa de acuerdo al tamaño de los orificios del drenaje. El Cuadro #1 sintetiza las recomendaciones al respecto, indicando para cada capa límites máximos y mínimos para arenas finas y gruesas.

El drenaje puede estar conformado por drenes o por ladrillos de construcción. Los tubos de drenaje están compuestos de un dren principal y ramificaciones o drenes laterales. Los drenes laterales se unirán al principal mediante tees o cruces y podrán ser de concreto, de cerámica o de PVC. Los drenes laterales se instalarán dejando juntas abiertas de 2 cms o se perforarán orificios de 2 a 4 mm de diámetro, separados de 0.10 a 0.30 m centro a centro y dispuestos en la parte inferior de los dre nes. La separación entre los drenes laterales debe ser de 1/16 de su longitud o como máximo de 2.5 m. Con respecto a la pared, se considerará una separación de 1/32 de su longitud o como máximo de 1.25 m.

Criterios de operación y mantenimiento. Las tareas rutinarias de operación se limitan a ajustes y medición del caudal, monitoreo de la calidad del agua producida, limpieza de la superficie de la arena, lavado y almacenamiento de la arena y la reconstrucción del lecho filtrante. La limpieza del lecho filtrante debe iniciarse cuando el nivel del agua en la caja del filtro llega al máximo y el agua empieza a rebosar por el aliviadero. Para la limpieza de la superficie del lecho filtrante hay dos métodos manuales disponibles, que son aplicables al medio rural: "raspado"y "trillado". El primero es el método convencional que consiste en retirar una capa superficial de alrededor de 2 cms de espesor, cada vez que la carrera del filtro ha llegado a su fin. El método de "trillado" normalmente se puede aplicar a cada filtro varias veces al año, en la medida en que sea necesario, cada vez que el filtro alcance su valor límite de pérdida de carga. El procedimiento original fue desarrollado en la Planta de Tratamiento de West Hartford en filtros grandes, utilizando un tractor que jala una herramienta similar al arado o trilla utilizado en la agricultura. Este método se puede ejecutar manualmente en filtros medianos y pequeños con algunas adaptaciones. El método consta de dos etapas: trillado en húmedo y trillado en seco. Durante la etapa de trillado en húmedo se revuelven de 20 a 30 cms de profundidad de arena mediante una trilla o trinche, mientras el agua fluye sobre la superficie del filtro, llevándose la suciedad acumulada y el sedimento que ha sido desprendido y resuspendido por el trillado. En la segunda etapa se elimina la aplicación de agua, se continúa revolviendo la arena para aflojar la superficie del lecho y se prepara al filtro para entrar en servicio. Con base en experiencias efectuadas se recomienda aplicar el método por separado, dependiendo de la duración de la carrera del filtro. El método de trillado en seco se aplicará cuando la carrera de filtración previa haya sido menor de un mes. Se drena el filtro dejando el agua 15 cms por debajo de superficie de la arena, con un pico se descompacta la superficie de la arena en una profundidad de 15 cms, posteriormente se esponja con un rastrillo y se empareja para dejar la superficie uniforme en todo el filtro y se coloca nuevamente en servicio. El método de trillado en húmedo se aplicará cuando la duración de la carrera previa del filtro haya sido inferior a un mes. Haciendo ingresar el agua en contracorriente, se rastrilla el lecho en toda su profundidad (30 a 40 cms), procediendo por franjas. Se rastrillan unos 15 a 20 cms de profundidad y se retira este material y se coloca sobre la arena del costado. Se continúa rastrillando el material restante hasta llegar a la grava, luego vuelve a su sitio la arena retirada y se repite el procedimiento hasta completar todo el lecho. Esta operación ejecutada por dos personas que se relevan en el rastrillado puede durar aproximadamente dos horas. Se cierra la válvula de ingreso ascencional del agua y a continuación se aplica el método de trillado en húmedo.

Por lo menos, cada cinco años se realizará el lavado completo del filtro. Se retiran con mucho cuidado la arena y la grava para no mezclarlas y se lavan, se cepillan las paredes de la caja del filtro, se reacomoda el drenaje y se vuelve a colocar el lecho de arena y grava. Si ha habido pérdidas de arena y grava será necesario reponerla. Si hay grietas en las paredes o en el fondo, deberán reponerse antes de colocar el lecho filtrante. Criterios de instalación Para la instalación de la planta deben considerarse los siguientes aspectos: Ubicación · Escoger la zona de mejor acceso, con vías de comunicación que faciliten su posterior construcción, operación y mantenimiento. · El agua subterránea debe estar ausente o muy profunda. · La zona debe ser segura y no estar expuesta a riesgos naturales o humanos. · De preferencia, la topografía de la zona seleccionada debe reunir los desniveles necesarios para que el sistema pueda operar totalmente por gravedad.

FILTROS INTERMIENTES Los filtros intermitentes consisten en un depósito generalmente de hormigón que se llena con varias capas sub yacentes de grava y gravilla y una principal de arena de aproximadamente un metro de espesor. El caudal atraviesa estas capas y es recogido por tuberías dren situadas en el fondo. Son llamados intermitentes porque el afluente no es continuo para no colmatar el filtro. Por ello suelen construirse al menos dos de manera que mientras uno está en servicio se realiza el mantenimiento del otro.

Figura #2 Esquema de filtro intermitente FILTROS DE ARENA. Son filtros rápidos generalmente con lavado ascensional, con tasas de filtración mucho mayores y por consiguiente con requerimiento de área mucho menores. Una de las aplicaciones más importantes de los filtros de arena es el secado al aire de lodos, es uno de los métodos más económicos de eliminación del agua. Es muy normal en las plantas de tratamiento pequeñas y medianas de efluentes tanto domésticos como industriales. La viabilidad económica depende en gran manera de: 1. Disponibilidad de terrenos a precios asequibles. 2. Condiciones climáticas favorables (seco y caluroso), para máxima evaporación. El área necesaria es función de: 1. Precipitación y evaporación previsibles. 2. Características de los lodos (los gelatinosos requieren mayor área). Mecanismos de secado de lodos en lechos de arena. Actúan dos mecanismos: 1. Percolación (o infiltración) de agua a través del lecho de arena. La proporción de agua eliminada por este mecanismo es del 20 a 55%, dependiendo del contenido inicial de sólidos en el lodo y las características de los sólidos. La percolación suele completarse de uno a tres días, resultando una concentración de sólidos de 15 a 25%. 2. Evaporación de agua. A través de los mecanismos de radiación y convección. La velocidad de evaporación es más lenta que la percolación y depende de la temperatura, humedad relativa y velocidad del aire. Construcción de lechos de secado. Los tubos para drenaje deben tener un diámetro interior mínimo de 10 cm y con una pendiente mínima de 1%. El filtrado se retorna a la planta de tratamiento. Los lodos se suelen disponer en lechos de secado con profundidades (espesores) de 20 a 30 cm, dejándose secar hasta alcanzar un contenido en sólidos entre el 30

y el 50%. Se recogen cuando alcanzan un estado que faciliten dicha operación y que varía con la opinión del personal y el medio final de evacuación o tratamiento. El periodo de tiempo entre la entrada de los lodos y la recogida de sólidos en estado adecuado varía entre 20 y 75 días, según la naturaleza de los lodos, siendo posible reducirlo si se hacen tratamientos previos con coagulantes químicos, con alúmina y por electrolitos. Con pretratamientos químicos se puede reducir el tiempo de secado hasta en un 50%, siendo además posible aplicar los lodos con mayores espesores. Se considera que la carga específica del lecho varía linealmente con la dosis de coagulante. FILTROS PERCOLADORES Se han desarrollado reactores biológicos en los que se utiliza algún tipo de soporte del crecimiento biológico, que se mantiene fijo en él. Estos reactores se denominan reactores de crecimiento biológico asistido. Los filtros percoladores pertenecen a este tipo de reactores de crecimiento asistido. El filtro percolador es un relleno cubierto de limo biológico a través del cual se percola el agua residual. Normalmente el agua residual se distribuye en forma de pulverización uniforme sobre el lecho del relleno mediante un distribuidor rotativo del flujo. El agua residual percola en forma descendente a través del relleno y el efluente se recoge en el fondo. La capa de limo que se forma junto al relleno tiene un espesor total comprendido entre 0.1 y 2 mm está formado de una subcapa aerobia y de otra anaerobia. El espesor de la subcapa aerobia es función del caudal de agua residual aplicada y de su DBO. Cuanto mayor sea la DBO del afluente menor será el espesor de la subcapa aerobia, ya que se presenta un consumo más rápido de oxígeno. Por otra parte los caudales elevados favorecen el mantenimiento de una subcapa aerobia más espesa debido al oxígeno disuelto suministrado por el afluente pulverizada. En la subcapa anaerobia, la degradación tiene lugar con formación de ácidos orgánicos. En los filtros percoladores la materia orgánica y coloidal se separa mediante oxidación aerobia, biosorción, coagulación y descomposición anaerobia. En esencia, no existe disminución de la carga orgánica por filtración mecánica. Espesor de la capa de limo. Normalmente, el espesor de la capa de limo está comprendido entre 0.1 y 2 mm. Existe un efecto perjudicial en la operación del filtro percolador si dicho espesor es superior a los dos milímetros. Puede presentarse una obstrucción del relleno, perjudicando el flujo del agua residual y la transferencia de oxígeno a los microorganismos aerobios. Las cargas hidráulicas de operación normal son bajas, 1-10 m3/m2.h, y no son suficientes para mantener la capa de limo limpia. De esta forma, la carga hidráulica no puede emplearse para controlar el espesor de la capa de limo. Este

control se efectúa principalmente por las larvas y gusanos, que sobreviven en el limo acumulado. Conforme la capa de limo aumenta de espesor, la materia orgánica del agua residual se metaboliza antes de que pueda alcanzar la capa de microorganismos asociada a la superficie de relleno. Estos microorganismos quedan sin alimentación suficiente y tienden a pasar a la fase de respiración endógena. La capa de limo en la fase endógena pierde su capacidad para unirse a la superficie del relleno. Este fenómeno, denominado desprendimiento, es función de la carga orgánica e hidráulica del filtro. Comparación entre los filtros percoladores y el proceso de lodos activados. Para rendimientos en la disminución de la DBO de aproximadamente del 60% se ha encontrado que normalmente ls filtros percoladores son más económicos que el proceso de lodos activos, en particular en caudales pequeños de aguas residuales. Para rendimientos superiores en la disminución de la DBO (90% ó más) el proceso de lodos activos es más económico debido a que el costo del material de relleno podría resultar demasiado elevado. Estas consideraciones sugieren una posible operación en dos etapas: filtros percoladores seguidos por una planta de lodos activos, combinación que en algunos casos puede resultar ventajosa. Disposición física de los filtros percoladores. Los filtros percoladores son filtros de 1 a 12 m de profundidad rellenos de materiales como roca, clinkers o materiales sintéticos (nombres comerciales: surpac, flocor, actifil.). estos rellenos plásticos se encuentran en el mercado en formas diversas. Las dos propiedades más importantes de los filtros son la superficie específica y el porcentaje de huecos. La superficie especifica se define como los m2 de superficie de relleno por m3 de volumen total. Cuanto mayor sea la superficie especifica mayor será la cantidad de limo bio lógico por unidad de volumen. Por otra parte a mayor porcentaje de huecos se consiguen cargas hidráulicas superiores sin peligro de inundación. Mientras que los lechos rellenos de roca, clinkers u otros materiales similares, no pueden sobrepasar profundidades de 1 a 2.5 m, los lechos de materiales sintéticos pueden soportar profundidades entre 6 y 12 m. El mayor porcentaje de huecos en los rellenos sintéticos facilita el flujo y reduce el peligro de inundación. Sistemas de filtración por percolación. 1. Sistema de filtro único: puede trabajar con o sin reciclado del efluente. El reciclado está indicado para obtener una calidad mayor. Si la DBO del afluente es mayor de 500 mg/L el reciclado resulta recomendable. Ya que los sistemas de crecimiento asistido retienen la biomasa dentro de los límites del sistema, se elimina la necesidad de reciclado de la misma, como en el caso de las plantas de lodos activos. 2. Filtración doble alternativa: el primer filtro es responsable de la mayor parte de la eliminación de la DBO, el segundo sirve para mejorar la calidad del efluente; en consecuencia la mayor parte del crecimiento de limo sucede en el primer filtro. El

ciclo se invierte periódicamente, de esta forma el control del espesor de la capa de limo es fácil de conseguir, manteniendo un espesor uniforme de dicha capa en las dos unidades. Por este sistema se obtiene una calidad del efluente superior con respecto a los filtros únicos. 3. Filtración en dos etapas: el primer filtro es grueso, relleno normalmente con material sintético que separa el 60 – 70% de la DBO. El segundo filtro, en el cual el crecimiento de limo es considerablemente menor, actúa como sistema de mejora del efluente. FILTROS ANAEROBIOS. Los filtros anaerobios que se conocen también como filtros sumergidos, son sistemas diseñados para llevar a cabo el tratamiento anaerobio empleando un crecimiento de biomasa por adherencia. Este filtro es similar a un filtro percolador aerobio salvo que la alimentación del agua residual penetra por el fondo de la unidad y la abandona por la parte superior. En consecuencia, el material de relleno está totalmente sumergido en el agua residual y por ello no hay aire en absoluto en el sistema, por lo que se dice que mantiene las condiciones anaerobias requeridas. El filtro anaerobio constituye un sistema eficaz para el tratamiento de aguas residuales solubles. No se requiere reciclado ya que la biomasa permanece adherida al relleno del filtro y por lo tanto no se pierde con el efluente. Es posible operar los tratamientos anaerobios a temperaturas menores que las requeridas en el proceso de contacto, debido a la concentración elevada de biomasa presente en el filtro. Este tipo de filtro no resulta indicado para el tratamiento de aguas residuales que contienen concentraciones elevadas de sólidos en suspensión debido a problemas de obstrucciones. 1.2. TANQUES DEL TIPO IMHOFF Los tanques imhoff [ Karl Imhoff (1876 – 1965) que en su tiempo fue el ingeniero especialista en aguas, más notable de Alemania], por haber concebido el tipo de tanque de doble objeto que se conoce por su apellido. Pueden verse tanques Imhoff en muchas formas rectangulares y hasta circulares, pero siempre proporcionan una cámara o cámaras superiores por las cuales pasan las aguas negras en su período de sedimentación, además de otra cámara inferior donde la materia recibida por gravedad permanece en condiciones tranquilas para su digestión anaeróbica. De la forma del tanque se obtienen varias ventajas: 1) los sólidos sedimentables alcanzan la cámara inferior en menor tiempo; 2) la forma de la ranura y de las paredes inclinadas que tiene la cámara acanalada de sedimentación, fuerza a los gases de la digestión a tomar un camino hacia arriba que no perturba la acción sedimentadora. Alrededor de 1925, la digestión separada con calefacción ya había demostrado ser conveniente y económica, y en la actualidad ésta se emplea en todas las grandes plantas junto con tanques de sedimentación, con remoción continua de los lodos para la digestión. A pesar de esto, los tanques Imhoff todavía tienen su propio lugar en el tratamiento primario de las aguas negras, especialmente debido a su

simplicidad de operación. En algunas situaciones locales, esta ventaja solo puede pesar más que cualquier otra. Como todo dispositivo para un tratamiento primario, el tanque Imhoff puede ser una parte de una planta para el tratamiento completo, y en tal caso su comportamiento de digestión debe tener una capacidad tanto para los lodos secundarios como para los que recibirá de la sobrepuesta cámara de sedimentación. En la FIGURA 4 se muestra una forma de tanque imhoff, con canales de entrada y salida tales que puede, a voluntad, invertirse el sentido del flujo a través de las cámaras de sedimentación. Esta característica da como resultado mejor distribución de la materia sedimentable en el comportamiento inferior, donde los lodos tienden a acumularse en la tolva cabezal, según el sentido del flujo. Las aguas negras entran por el canal de entrada "a". Abiertas las válvulas de entrada en un extremo del tanque y bajados los vertederos de ajuste en el otro, las aguas negras pueden dirigirse a través de las cámaras de sedimentación "A" en cualquier sentido; y, después de unas cuantas semanas, si se quiere, en sentido opuesto. Depositados los sólidos sedimentables, las aguas negras salen clarificadas por el canal de salida "b". Los sólidos se sedimentan deslizándose por las superficies lisas de las paredes inclinadas, atravesando la ranura estrecha hacia abajo, para depositarse en la cámara de digestión "B", donde permanecen unos treinta días, más o menos, o hasta que sean bien digeridos. Los gases provenientes de la digestión suben por las ventosas de gas "D", debido a que las paredes solapadas impiden su paso a través de las cámaras de sedimentación, asegurando así mejor rendimiento. Los sólidos digeridos se extraen bajo carga estática por las válvulas de lodos a través de los tubos laterales, en tiempo conveniente. Se dejan abiertos los extremos superiores de estos tubos, de modo que fluyan libremente los lodos y para limpiar los tubos a voluntad. Ejemplo: Buscar las dimensiones gobernantes convenientes para un tanque Imhoff, tales que se cumplan los requisitos siguientes: Población servida: 5.000 personas. Gasto Q = 1.893,000 l/día Período de retención: 2 horas Aplicación superficial: 24,400 l. Día/m2 Velocidad promedio en la cámara de sedimentación = £ 0,3 m/min. Capacidad de la cámara de digestión: 100 l/persona. Area superficial de las ventosas de gas > 25% del área total.

La forma del tanque será semejante a la mostrada en la figura 1, con dos tolvas en su fondo.

BIBLIOGRAFÍA 1. RAMALHO, R.S. Tratamiento de Aguas Residuales. Editorial Reverté. España 1991. 2. www. bic,es/icima/bajocoste.htm#marca11