Trabajo de Filtros

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA TRABAJO ENCARGADO FILTRO DE ARENA PARA EL TRATAMIENTO TR ATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES”

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DOCENTE: ING. GUIDO TICONA OLARTE

ALUMNO: GARCIA JULIAN, Walter Paolo

PIURA  –  PERU  PERU AÑO 2017

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PRACTICA: FILTRO DE ARENA PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES I.-OBJETIVOS: 

Construir un filtro de arena para e l tratamiento de aguas residuales.

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Obtener un agua de mucha mayor calidad, pura y clarificada a partir del agua residual preparada.



Analizar cada una de las etapas de la instalación del filtro.

II.-FUNDAMENTOS TEORICO:

Los filtros más utilizados son de bioarena (BSF), muy parecidos a los estudiados en esta práctica, son una adaptación de arena lento tradicional que se ha utilizado para el tratamiento de agua para las comunidades por casi 20 000 años. El filtro de bioarena es más pequeño y está adaptado para darle un uso continuo, lo cual lo hace muy apropiado para tenerlos en las casas. El contenedor del filtro puede estar hecho de concreto o de plástico, el cual se llena de capas de arena y grava especialmente seleccionada y preparada para este fin. Componentes del filtro de bioarena:

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¿Cómo funciona el filtro de bioarena?

El filtro de bioarena tiene cinco zonas bien definidas: 1) Zona de reservorio para el agua de entrada. 2) Zona de agua estancada. 3) Zona biológica. 4) Zona no-biológica. 5) Zona de grava.

Los patógenos y los sólidos suspendidos se extraen a través de la combinación de procesos biológicos y químicos que se dan lugar en la biocapa y dentro de la capa de arena. Estos procesos incluyen: entrampamiento mecánico, depredación, adsorción y muerte natural. 

Entrampamiento mecánico: Los sólidos suspendidos y los patógenos quedan físicamente

atrapados en los espacios existentes entre los granos de arena. 

Depredación: Los patógenos son consumidos por otros microorganismos que se

encuentran en la biocapa. 3



Adsorción: Los patógenos se adhieren entre ellos, a los sólidos suspendidos que se

encuentran en el agua y a los granos de arena. 

Muerte natural: Los patógenos terminan su ciclo de vida o mueren porque no tienen

suficiente alimento u oxígeno para su supervivencia. El agua contaminada se coloca en el reservorio de manera constante. El agua pasa lentamente a través del difusor y se filtra hacia abajo a través de la biocapa, la arena y la grava. Luego, el agua tratada fluye naturalmente hacia el tubo de salida.

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¿Qué tan bien funciona el filtro de bioarena?

Por naturaleza, el agua contiene muchos organismos vivos. Algunos de estos son inocuos, otros producen enfermedades. Los organismos que causan enfermedades se llaman patógenos.  Algunas veces también se le conoce con el nombre de microorganismos, microbios o bichos, dependiendo de las expresiones regionales o del idioma del país. Existen cuatro categorías de patógenos, los cuales se muestran en la tabla 1: bacterias, virus, protozoarios y helmintos. Por lo general, las características físicas del agua de consumos humanos son factores que podemos percibir con nuestros sentidos como la turbidez, color, sabor, olor y temperatura. El agua turbia se ve oscura, sucia o lodosa.  Esa turbidez es causada por la arena, el limo y la arcilla

que está flotando en el agua. El agua turbia en si no hace que la ge nte se enferme, son los virus, parásitos y algunas bacterias que algunas veces se adhieren a los sólidos suspendidos en el agua que producen enfermedades. Esto significa que usualmente el agua turbia tiene más patógenos, así que ingerirla incrementa la posibilidad de enfermarse.

Los estudios de impacto en la salud estiman una reducción en e l orden del 30-47% de diarrea entre los grupos de edades, incluyendo a los niños menores de cinco años, una población especialmente vulnerable. ¿Cómo opera el filtro de bioarena?

Las siguientes secciones describen como utilizar el filtro de bioarena de manera apropiada para asegurar el mayor nivel de eficiencia del tratamiento. Fuente de agua: El filtro de bioarena puede utilizarse como agua pr oveniente de cualquier fuente,

como agua de lluvia, agua subterránea profunda, agua subterránea somera, ríos, lagos u otras superficies de agua. La fuente de agua debe ser la más limpia que pueda obtenerse , ya que el filtro 5

no puede remover el 100% de los patógenos y turbidez. Si el agua de la fuente está muy contaminada, es posible que el agua filtrada aun pueda contener algunos contaminantes. Con el tiempo, la biocapa se va adaptando a la contaminación del agua que se le está colocando. Si se utiliza agua con diferente tipo y nivel de contaminación, es posible que la biocapa no pueda consumir todos los patógenos, ya que puede tomarle varios días adaptarse a la nueva fuente de agua, el nuevo nivel de contaminación y los nuevos nutrientes. Recomendamos utilizar consistentemente la misma fuente de agua, a fin de asegurar la mayor eficiencia de tr atamiento. La turbidez del agua también es un factor m uy importante en la operación del filtro. Si los niveles de turbidez son muy altos, la capa de arena de filtración se va a bloquear con mayor rapidez, requiriendo mayor mantenimiento para que el usuario tenga una velocidad de flujo adecuada. Se recomienda utilizar el método de sedimentación si es que la turbidez del agua es mayor a 50 UNT. Una manera muy simple de medir la turbidez es utilizar una botella de plástico transparente de dos litros y llenarla con el agua con la que se quiere llenar el filtro. Coloque la botella con agua sobre una figura grande, como por ej emplo el logo de CAWST de este manual. Si usted puede ver el logo mirando hacia abajo del pico de la botella, el agua probablemente tiene una turbidez menor a 50 UNT. La biocapa: Es el componente clave del filtro que ret ira los patógenos. Sin ella, el filtro saca

alrededor del 30-70% de los patógenos a través de entrampamiento mecánico y adsorción. La biocapa ideal aumentara la eficiencia del tratamiento removiendo hasta un 99% de los patógenos. La formación completa de la biocapa puede tomar hasta 30 días. Durante este tiempo, la eficiencia de remoción y la demanda de oxigeno irán increme ntándose en la medida que la biocapa valla creciendo. La biocapa no se puede ver, no es la capa resbalosa verduzca que se forma en la parte superior de la arena. La arena de filtración puede cambiar de color y oscurecerse, pe ro esto debido a los sólidos suspendidos que han quedado atrapados en la arena. Se puede utilizar el agua de filtro durante las primeras semanas mientras la biocapa termina de establecerse, pero siempre se recomienda desinfectar el agua durante este proceso. La figura 1 muestra cómo funciona la biocapa. El proceso puede varias, ya que algunos filtros necesitan mayor o menor tiempo para establecer la biocapa, dependiendo de la cantidad y la fuente del agua que se está utilizando.

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Mantenimiento: Con el tiempo, los espacios existentes e ntre los granos de arena pueden

bloquearse con los sólidos suspendidos, produciéndose una reducción en la velocidad de flujo del agua. Una velocidad de flujo más lenta no es e l problema en términos de calidad de agua. De hecho, mientras más lenta sea la velocidad de flujo, mejor será la calidad de agua. Sin embargo, es posible que la velocidad sea tan lenta que ya r esulte inconveniente para el usuario, haciendo que este decida no volver a utilizar el filtro. Cuando el flujo se torna mucho más lento que la velocidad recomendada, el usuario necesitara poner en practica ciertas tareas de mantenimiento básico (denominadas “revolver y botar”) para

poder restituir la velocidad de flujo normal. El usuario también necesitara limpiar con regularidad el tubo de salida, el contenedor de almacenamiento, el difusor, la tapa y las superficies ex ternas del filtro.

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Dimensiones de un filtro bioarena de concreto:

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III.- MATERIALES Y EQUIPOS: 3.1.- MATERIALES: 

Celosía.

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Algodón.

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Carbón.

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Grava grande.

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Grava pequeña.

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Arena.

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Botellas de plástico.

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Tubería de conexión con codo de 90 °.

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Baldes

3.2.- EQUIPOS: 

Soportes universales.

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Balones con base plana.

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Mezclador.

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Centímetro.

IV.-PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

Para poder empezar a realizar la construcción de un filtro de arena, lo primero que tenemos que hacer es la limpieza de los materiales, e sta es la parte más importante en realizar, pues en el primer intento realizamos el filtro, pero el agua residual antes de salir más limpia salió más sucia. La forma de lavar los materiales es la siguiente, poner en una cubeta la grava y la arena, luego lavar una pequeña cantidad de arena y también de grava, haciéndoles pasar por el agua varias veces hasta que el agua en los que están sumergidos este clara, allí fue nuestro primer error, pues nosotros lavamos en cantidad los materiales, y por ello en la primera practica del filtro no se obtuvo el agua que deseábamos, debemos de seguir esto s pasos de limpieza para cumplir con el objetivo de la práctica, obtener agua purifica. Luego para el carbón, lo que tenemos que hacer es triturarlo (por lo menos el tamaño de la partícula debe de estar en un rango de 1-2 cm). El algodón hidrófilo (cuya propiedad es de ser un buen adsorbente) debemos de cortarlo en piezas dimensionadas al tamaño de la base del pico de la botella, aproximadamente debe de tener un espesor entre 0.5 -1 cm; de la misma forma hacemos con la celosía, pero esta la cortamos dos veces una como base y otra para separar las dos partes del filtro. La botella debe de ser de diámetro equidistante en toda su estructura y gr ande, debe de ser cortada la base de la botella para que allí entre el agua a tratar.

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Debemos de construir una tubería que ayude a conducir el agua pura desde el filtro hacia e l depósito de almacenamiento, en esta ocasión el ingeniero ya contaba con esa estructura, pero observamos que dicha tubería poseía un diámetro más pequeño que el pico de la botella, lo único que hay que hacer es realizar un orificio a la tapa de la bote lla pegarlo con dicha tubería conectar un codo de 90°(parte que va a ir al exterior) y esperar que estén secos para después empezar a utilizarlo, supongo que el pegamento utilizado es tubocol. Después de contar con todos los materiales procedemos al ensamblaje del equipo de filtro de arena. Ensamblaje del filtro de arena:

1.- En primer lugar lo que tenemos que hacer es sostener la botella co n la tubería para poder introducir los materiales, para ello contamos con soportes universales, y buscamos la posición exacta para poder llevar a cabo el ensamblaje. 2.- Luego de tener listo la posición, empezamos a poner en primer lugar la celosía, que cubra todos espacios posibles para que no haya ninguna fuga, de la misma forma ponemos el algodón sobre la celosía, teniendo en cuenta que cubra todos los espacios posibles, allí mismo ponemos el carbón triturado, lo hacemos despacio pues el carbón es sólido y puede que por si peso malogre la estructura de los demás materiales. Debe de quedar como nos indica la siguiente figura.

 ALGODÓN HIDROFILO (espesor: 0.5-1 cm)

CARBON (partícula: 1-2 cm)

CELOSIA (malla color verde)

Tubería por donde sale el agua purifica del filtro.

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SOPORTE UNIVERSAL

3.- La siguiente parte es volver a poner celosía después del carbón, ubicarla en una posición correcta luego poner primero la grava grande y después la pequeña, de una forma cuidadosa como ya hemos dicho anteriormente porque a c ausa de su peso pueden desestabilizar el ensamblaje del equipo. La siguiente figura muestra este procedimiento.

Debajo se encuentra la siguiente capa de celosía.

Grava Grande (debe forma equidistante).

Nota: En esta imagen falta la grava pequeña, pero en las imágenes siguientes aparecerá.

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4.- Finalmente se coloca la arena fina que e s la capa de filtración más importante para eliminar los microorganismos. Como vemos en la siguiente figura.

 ARENA FINA (7cm de altura). GRAVA PEQUEÑA (4.5 cm de altura) GRAVA GRANDE (3 cm de altura).

Nota: Hay que hacer notar que en esta imagen no se nombran el resto de los materiales porque

en las figuras anteriores ya se habló de ellos. 5.- Ya ensamblada el filtro, producimos el agua residual, ¿Cómo?, pues lo que hay que hacer es en una botella plástica verter agua y luego echarle arena a dicha agua, removemos y tenemos el agua residual. Primer en primer lugar hay que dej arla sedimentar, luego de unos cuantos minutos el agua lo vertimos a otra botella para que los se dimentos ya no pasen y se retengan, luego de tener dicha agua se hace pasar por un filtro, en este caso la celosía, para evitar sólidos en suspensión, el procedimiento realizado se muestra en la siguiente figura.

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Sedimentación y filtración para preparar el agua residual.

Vertimos en otro recipiente la muestra de agua residual obtenida.

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Muestra de agua residual obtenida.

6.- Después de obtener el agua residual, se empieza a verter el agua en el filtro de tal manera que llene toda la estructura de la botella. En la primera prueba nos resultó agua un poco más clara, pero era obvio que no limpia. Por lo que se llevó a un lavado total del filtro con agua limpia, esto se hizo porque de r epente aun algunos materiales del filtro no estaban totalmente limpias, luego de ver que en el balón salía agua limpia, lo detuvimos porque nos dio a entender que el filtro ya estaba limpio, dejamos reposar hasta que el agua limpia salga toda del filtro. Luego de tener el filtro limpio ahora si se puedo realizar la acción de vert er el agua residual de estudio, lo que se tenía que hacer es repletar toda la estructura del filtro con el agua residual, pero a la vez teníamos que homogenizar la est ructura (mas la arena fina), porque puede que haya orificios dentro de la arena que desequilibran la filtración, nos dimos cuenta que si hubo esos orificios en la arena, por lo tanto c on una varilla tuvimos que homogenizar la arena para evitar la mala filtración del agua en estudio. El procedimiento se muestra en la siguiente imagen:

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Varilla que homogeniza la arena fina.  Agua Residual filtrándose

Filtro de Arena

Balón de base plana que recepciona el agua pura filtrada

V.-RESULTADOS:

Al realizar el ultimo procedimiento de la filtración se obtuvo un agua muy clara, que en verdad tiene el aspecto de agua potable, pero no podemos saber si es de ve rdad agua potable, porque se requiere de análisis tanto cualitativos como cuantativos para acertar si es o no agua potable, pero el objetivo de esta práctica es obtener un agua purificada y clarificada. La siguiente imagen muestra el agua de estudio y el agua obtenida después de la filtración.

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 Agua Residual

 Agua obtenida después de la filtración.

Observamos en la imagen que hay una grandísima diferencia entre e l agua de estudio y el agua después de la filtración, esta es más c larificada y más pura, pero como dije anteriormente no se han hecho los respectivos análisis, pero se cumplió con el objetivo de obtener el agua clarificada. V.-DISCUCIONES:

Ya muchas discusiones u observaciones se han hecho detalladamente en el procedimiento experimental. Pero hay que recalcar que la clave de una eficiente filtración es un buen lavado de los materiales que se irán a ensamblar en el equipo, todo la práctica gira en torno de ese procedimiento, la limpieza es la clave porque esta práctica e s la segunda que hacemos, y hemos aprendido la lección, en la primera obtuvimos un agua más sucia que el agua residual y esto no puede se r posible, nuestra primera falla es que no lavamos muy bien los materiales y se obtuvieron después trágicas consecuencias. El error que cometimos es que lavamos todos los materiales en un solo recipiente, e s decir toda la grava fina, gruesa y la arena fina, lo vertimos a cada uno en un recipiente y lo lavamos cada uno completamente todo, ese fue nuestro más grave error, porque tenía que lavarse parte por parte cada uno de los materiales, hasta que el agua que salía de ese lavado fuera totalmente limpia, hay que tener muchísimo cuidado con este procedimiento porque es r ealmente clave. Luego debemos de colocar de una forma correcta cada uno de los materiales en el filtro, tal y como dice la parte del procedimiento, porque una falla (en ese caso algún espacio que dejamos e n el filtro) y nos malogra nuestro proceso de filtración. Hay que probar primero el filtro vertiendo agua residual y si aún sigue saliendo sucia, lo que tenemos que hacer es limpiar el filtro, la forma correcta de hacerlo es vertiendo agua limpia en el

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filtro para que limpie cada una de las partes internas del filtro, y esperar hasta que por el tubo de la parte inferior o en el balón salga agua clara. Debemos de hacer el agua residual, vertimos arena en el deposito con agua, hay que dejarlo que sedimente, luego se hace un pre-filtrado y después de todo eso se vierte el agua residual en el filtro y se obtiene el agua clarificada. Hay que llenar toda la estructura del filtro con agua residual para que la velocidad lo haga más eficiente, y así no tener malos resultados. Hay que homogenizar la arena, pues al verter el agua se forman orificios en e lla y esto va a hacer que tengamos mala eficiencia, por ello que con una varilla hay que homogenizarlo y mantenerlo equidistante. Luego almacenar toda el agua obtenida en un recipiente y compararla con el agua residual. Para llegar a obtener buenos resultados se r ealiza todos estos procedimientos y se notara que el sistema de filtrado realizado es todo un éxito. VI.-CONCLUSIONES: 

Construimos un filtro de arena para el tratamiento de aguas residuales.

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Obtuvimos un agua de mucha mayor calidad, pura y clarificada a partir del agua residual preparada.

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Analizamos y detallamos cada una de las etapas de la instalación del filtro.

VII.-REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS: 

Procesos de separación- Geankoplis. Edición 7.

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Operaciones unitarias en la industria química- McCabe. Edición 3.

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Operaciones Unitarias-Treybal. Edición 4.

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Operaciones unitarias- Alonso Finn. Edición 5.

Webgrafia: 

http://www.labioguia.com/notas/como-hacer-un-filtro-purificador-de-agua-casero

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http://diarioecologia.com/%C2%BFcomo-hacer-un-filtro-de-agua-casero-filtro-de-arena



https://www.veoverde.com/2013/04/conoce-el-filtro-de-agua-casero-mas-facil-de-hacerhazlo-tu-mismo

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Manual para el filtro de bioarena, diseño, construcción, instalación, operación y mantenimiento. BIOSAND_MANUAL_SPANISH.pdf

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