Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión INTRODUCCION Las plantas de tratamiento son destinadas al saneamiento del agua e impedir que toda impureza corrompa su servicio en adecuadas condiciones. Dicho de otra manera la fnalidad de estas operaciones es otener unas aguas con las caracter!sticas adecuadas al uso que se les va"a a dar# por lo que la cominación " naturaleza e$acta de los procesos var!a en %unción tanto de las propiedades de las aguas de partida como de su destino fnal. Deido a que las ma"ores e$igencias en lo re%erente a la calidad del agua se centran en su aplicación para el consumo humano " animal estos se organizan con co n
tratami amient entos os %rec %recue uenc ncia ia en trat
de pot potai ailiz lizaci ación ón " trat tratami amient entos os de
depu de pura raci ción ón de ag agua uass re resi sidu dual ales es# aunq aunque ue am amo oss co comp mpar arte ten n mucha uchass operaciones. &l fltro es una estructura %undamental para este propósito# recordando que la fltración es el proceso mediante el cual el agua es separada de la materia en suspensión haciéndola pasar a través de una sustancia porosa. &n la pr'ctica este material poroso es generalmente arena. &ntre los fltros tenemos el( fltro lento de arena )sistema de tratamiento de agua m's antiguo del mundo. Copia el proceso de purifcación que se produce en la naturaleza cuando el agua de lluvia atraviesa los estratos de la corteza terrestre " %orma los acu!%eros o r!os suterr'neos# el fltro r'pido*# el fltro r'pido )en la que los microorganismos microorganismos se almacenan en los intersticios del fltro hasta que se vierten nuevamente en la %uente por medio del retrolavado*# el fltro iológico iológico " el fltro percolador# percolador# material material que pasaremos pasaremos a e$plicar m's m's a %ondo en el presente traa+o.
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Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCION...................................................................................................1 TABLA DE CONTENIDO.......................................................................................2 FILTRO...................................................................................................................3 TIPOS DE FILTRACION:.......................................................................................3 FILTRACIN LENTA..........................................................................................3 FILTRACIN LENTA DE ARENA !FLA".........................................................3 FILTRACIN R#PIDA......................................................................................3$ TIPOS DE FILTROS R#PIDOS:.....................................................................32 FILTROS BIOL%ICOS....................................................................................&6 FILTROS PERCOLADORES.............................................................................6' CONCLUSIONES.................................................................................................(1
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Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión FILTRO
DEFINICION: &l fltro es un tratamiento secundario " es uno de los tantos procesos de una planta de tratamiento de aguas residuales ),-/* que viene precediendo al pre0fltro " es el encargado al igual que sus mecanismos anteriores de rindar# como su propio nomre lo dice# un proceso de fltración a las aguas residuales servidas a una comunidad u otra entidad que tenga la necesidad de tratar sus aguas aguas resid residual uales. es. Los Los l!mite l!mitess permis permisi iles les para para la cantid cantidad ad de coli%o coli%orm rmes es contenidos en las aguas a tratar se ver'n con el avance de este cap!tulo dependiendo del tipo de fltración de la cual estemos halando. continuación le mostramos los tipos de fltración m's usados en la actualidad.
TIPOS DE FILTRACION:
FILTRACIÓN LENTA
FILTRACION FILTRACION LENTA
FILTRACIÓN LENTA DE ARENA (FLA)
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Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión &l tratamiento del agua en una unidad de FLA es el producto de un con+unto de mecanismos de naturaleza biológica y física los cuales interact1an de manera comple+a para me+orar la calidad microiológica del agua. Consiste en un tanque con un lecho de arena fna# colocado sore una capa de grava que constitu"e el soporte de la arena la cual# a su vez# se encuentra sore un sistema de tuer!as per%oradas que recolectan el agua fltrada. &l 2u+o es descendente# con una velocidad de fltración mu" a+a que puede ser controlada pre%erilemente al ingreso del tanque. !"!" !"!" DE#IFEC DE#IFECCIO CION N EN LA FIL$%A FIL$%ACIO CION N LEN$A LEN$A 1.1.1.PROPIEDADES Y DESCRIPCIÓN DE LA DESINFECCIÓN MEDIANTE FILTRACIÓN LENTA.
&l fltro lento se caracteriza por ser un sistema sencillo# limpio " a la vez efciente para el tratamiento de agua. Comparado con el fltro r'pido# requiere de 'reas m's grandes para tratar el mismo caudal "# por lo tanto# tiene ma"or costo inicial. Sin emargo# su simplicidad " a+o costo de operación " mantenimiento lo convierte en un sistema ideal para zonas rurales " peque3as comunidades# teniendo en cuenta adem's que los costos por 'rea de terreno son comparativamente menores en estas zonas. La fltración lenta# como se ha mencionado# es un proceso que se desarrolla en %orma natural# sin la aplicación de ninguna sustancia qu!mica# pero requiere un uen dise3o# as! como una apropiada operación " cuidadoso mantenimiento para no a%ectar el mecanismo mecanismo iológico del fltro ni reducir la efciencia de remoción microiológica. 4uisman 5 6ood descriieron descriieron en 789: el método de desin%ección desin%ección por medio de la fltración lenta# como la circulación del agua cruda a a+a velocidad a través de un manto poroso de arena. Durante el proceso# las impurezas entran en contacto con la superfcie de las part!culas del medio fltrante " son retenidas# desarroll'ndose adicionalmente procesos de degradación qu!mica " iológica que reducen la materia retenida a %ormas m's simples# las cuales son llevadas en solución o permanecen como material inerte hasta un susecuente retiro o limpieza. &l agua cruda que ingresa a la unidad permanece sore el medio fltrante tres a doce horas# dependiendo de las velocidades de fltración adoptadas. &n ese tiempo# las part!culas m's pesadas que se encuentran en suspensión se sedimentan " las part!culas m's ligeras se pueden aglutinar# lo que %acilita su remoción posterior. Durante el d!a# a+o la in2uencia de la luz
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Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión solar# se produce el crecimiento de algas# las cuales asoren ió$ido de carono# nitratos# %os%atos " otros nutrientes del agua para %ormar material celular " o$!geno. &l o$!geno as! %ormado se disuelve en el agua# entra en reacción qu!mica con las impurezas org'nicas " hace que éstas sean m's asimilales por los microorganismos. &n la superfcie del medio fltrante se %orma una capa constituida por material de origen org'nico# conocida con el nomre de ;schmutzdec
&n el proceso de fltración lenta act1an varios %enómenos o mecanismos %!sicos similares a los de la fltración r'pida previos al mecanismo iológico que desin%ecta el agua# algunos de los cuales hemos mencionado l!neas arria. &stos mecanismos son mu" importantes# dado que permiten la concentración " adherencia de las part!culas org'nicas al lecho iológico para su iodegradación. iodegradación. continuación se descrie revemente la %unción de cada uno de los mecanismos %!sicos o de remoción que se producen en la fltración lenta# as! como el mecanismo iológico responsale de la desin%ección. A& 'ecanismos 'ecanismos de trans(o trans(orte rte &sta etapa de remoción 'sicamente hidr'ulica ilustra los mecanismos mediante los cuales ocurre la colisión entre las part!culas " los granos de arena. &stos mecanismos son( cernido# intercepción# sedimentación# di%usión " 2u+o intersticial.
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Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión Cernido( &n este mecanismo# las part!culas de ma"or tama3o que los intersticios del material fltrante son atrapadas " retenidas en la superfcie del medio fltrante. >ntercepción( ?ediante este mecanismo las part!culas pueden colisionar con los granos de arena. Sedimentación( &ste mecanismo permite que las part!culas sean atra!das por la %uerza de gravedad hacia los granos de arena# lo que provoca su colisión. &ste %enómeno se incrementa aprecialemente por la acción de %uerzas electrost'ticas " de atracción de masas. Di%usión( Se produce cuando la tra"ectoria de la part!cula es modifcada por micro variaciones de energ!a térmica en el agua " los gases disueltos en ella# lo cual puede provocar su colisión con un grano de arena. Flu+o intersticial( &ste mecanismo se refere a las colisiones entre part!culas deido a la unión " i%urcación de l!neas de 2u+o que devienen de la tortuosidad de los intersticios del medio fltrante. &ste camio continuo de dirección del 2u+o crea ma"or oportunidad de colisión.
)& 'ecanismo de ad*erencia &ste mecanismo es el que permite remover las part!culas que# mediante los mecanismos arria descritos# han colisionado con los granos de arena del medi me dio o fltr fltran ante te.. La prop propie ieda dad d adhe adherrente ente de los los gran granos os de aren arena a es prop propor orcio cionad nada a por la acció acción n de %uerz %uerzas as elé eléctr ctrica icas# s# accion acciones es qu!mi qu!mica cass " atracción de masas as! como por pel!cula iológica que crece sore ellos# " en la que se produce la depredación de los microorganismos patógenos por
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Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión organismos de ma"or tama3o tales como los protozoarios " rot!%eras. C& 'ecanismo biológicos de la desinfección Como Como se indic indicó ó anter anterior iormen mente# te# la remo remoció ción n total total de part! part!cul culas as en este este proc proces eso o se dee dee al e%ec e%ecto to con+ con+un unto to del del me meca cani nism smo o de adhe adherrenci encia a " el mecanismo iológico. &s necesario que para que el fltro opere como un verdadero ;sistema de desin%ección= se ha"a producido un schmutzdec
Los suproductos del proceso de fltración lenta son sustancias naturales de degradación iológica sin ning1n riesgo para la salud# "a que el proceso no requiere sustancias qu!micas que reaccionen con la materia disuelta en el agua. &n tal sentido# los suproductos de la fltración lenta son dió$ido de carono " sales relativamente inocuas# como sul%atos# nitratos " %os%atos# adem's de un contenido a+o de o$!geno disuelto. &stas condiciones pueden ser revertidas con un proceso de aireación. !"+"!" !"+"! "
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E,-I.O# E,-I.O # E INF%AE#$%-C$ INF%AE #$%-C$-%A -%A
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión Dada la sencillez de la fltración lenta# solo se requiere un equipo de omeo cuando es necesario elevar la carga hidr'ulica para que el agua llegue hasta el fltro. ,or otro lado# la calidad del agua cruda determina el uso de otras instalaciones adicionales al fltro lento a fn de adecuar la calidad del agua cruda determina el uso de otras instalaciones adicionales al fltro lento a fn de adecuar la calidad del agua cruda a las condiciones de operación del fltro . a& CA/A DE FIL FIL$%ACI0N $%ACI0N 1 #- E#$%-C$-%A DE EN$%ADA: La ca+a del fltro posee un 'rea superfcial condicionada por el caudal a tratar# la velocidad de fltración " el n1mero de fltros especifcados especifcados para operar en paralelo. Se recomiendan 'reas de fltración m'$ima por módulo de 7@@ mA para %acilitar las laores manuales de operación " mantenimiento el fltro. La estructura consta de un vertedor de e$cesos# canales o conductos para distriución# distriución# dispositivos para medición " control de 2u+o# c'mara de entrada " ventana de acceso al fltro propiamente dicho.
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b&
LEC2O FIL$%AN$E: Una unidad de fltración lenta en arena consta generalmente de los siguientes elementos(
&l medio fltrante dee estar compuesto por granos de arena duros " redondeados# lires de arcilla " materia org'nica. La arena no dee contener m's de AB de caronato de calcio " magnesio. ,ara el lecho fltrante se recomienda la siguiente granulometr!a " espesor de capas
Criterios de Dise3o
ltura de arena )m* >nicial ?!nima Di'metro e%ectivo )mm*
4alores
7.@@ @.@ @.7 0 @.
Coefciente de Uni%ormidad
ceptale Deseale
ltura del lecho de soporte# inclu"e drena+e )m*
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E 7. G A.@ @.7 G @.
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La velocidad de fltración var!a entre los @.7 " @.A mHh dependiendo de la calidad del agua cruda. ma"or contaminación del agua a2uente menor velocidad de fltración. La altura del agua sore el lecho fltrante puede variar entre 7.@ " 7.@ m. c& #I#$E'A #I#$E 'A DE D%ENA/ D%ENA/E E ,-E INCL-1E LEC2O DE #O.O%$E 1 C5'A%A DE #ALIDA: &l nivel m!nimo del fltro se controla mediante el vertedero de salida# el cual se dee uicar en el mismo nivel o @.7@ m. por encima de la superfcie del lecho fltrante.
d& C CA.A A.A DE A6 A6-A -A #O)%ENADAN$E: Se recomienda una altura de agua sorenadante de 7.@ a 7. m. " un orde lire entre los @.A " @. m. Criterios de selección de los (rocesos en función de la calidad de la fuente
AL$E%NA$I4A
Filtro lento de arena
FLA < (re=ltro de gra>a ?.6& FLA < .6 < sedimentador
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Límites de calidad del agua cruda Es(or;dica 789 del 89 del -o -o I -o I -o -o ma$ I @ UJA@ 7@@ UJUJCo I -o -o I 7@@ -o I K@ -o -o ma$ I UJUJ7@ UJCo I Co I :@ UC -o -o I @@ UJCo I K@
-o -o I A@@ UJ- Co
-o -o ma$ I @@ UJ-
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión -o -o I Co Cf
= =
Color del agua cruda Coliformes fecales
-o I
To
=
UC
=
UNT
=
-o -o ma$ I 7@@@
Turbiedad del agua cruda Unidades de color cloro platinado de cobalto Unidades nefelométricas de turbiedad
&l par'metro de dise3o m's importante en un FL es la velocidad de fltración ) *. La misma dee tener un valor en el rango( f
@#7 mHmA hora 0 @# m HmA hora Se dee notar que Mm HmA horaN O MmHhoraN Ptros par'metros de dise3o importantes en relación con el material fltrante son(
Lec*o de so(orte: Camada #u(erior #egunda $ercera Inferior
$i( o rena gruesa Qravilla %ina Qravill Qrav
Di;metro de
Es(esor de la camada @ @ @ 7
70 A0 0 7@ 0
'edio =ltrante: $ama3o efecti>o d!8 Coe=ciente de Altura del medio
8!@ 8B@ mm !@ 8@ 8 m
Cuando el fltro lento es la 1nica unidad de tratamiento# la velocidad ser' de @#7@ mHh. Se podr'n considerar velocidades ma"ores en casos e$cepcionales cuando se consideren otros proc proces esos os preliminares# como se oserva en el cuadro siguiente.
4elocidad de =ltración de acuerdo con el nmero de (rocesos (reliminares .rocesos FLA
#edimentación ?#& < FLA .refiltración ?.F& < FLA # < .F < FLA
@#7@ G @#A@ @#7 G @#D@ @#7 G @#D@ @#@ G @#@
4f
La velocidad de dise3o tamién es importante al decidir el n1mero de unidades con las que operar' operar' el fltro. Con velocidades velocidades ma"ores de @#A mHh deer' deer'
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Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión considerarse un m!nimo de tres unidades. &l 'rea de cada unidad )s* es una %unción de la velocidad de fltración )%*# del caudal )R*# del n1mero de turnos de operación )C* " del n1mero de unidades )J*. s O )R $ C* H ) $ L%* Con operación continua el 'rea de la unidad )en m A* ser' igual a( s O RH ) $ L%* Los
fltros
lentos de arena pueden adoptar ser rectangulare rectangularess o dependiendo del material material con el que se elaoran( hormigón# circ circul ular ares es## dependiendo %errocemento o mamposter!a. La fgura muestra un fltro lento modi%icado rectangular de hormigón.
!"+"+" CON/-N$O CON/-N$ O )5#ICO# )5#ICO # DE -N FIL$%O FIL$%O LEN$O DE A%ENA ?FLA& CON CON$%OL A LA EN$%ADA: 'lvula para controlar entrada de agua pre tratada " regular velocidad de fltración Dispositivo para drenar capa de agua sorenadante# ;cuello de ganso=. Cone$ión para llenar lecho fltrante con agua limpia 'lvula para drenar lecho fltrante 'lvula para desechar agua tratada 'lvula para suministrar agua tratada al depósito de agua limpia ertedero de entrada >ndicador calirado de 2u+o ertedero de salida
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ertedero de e$cesos C'mara de entrada a FL entana de acceso a FL
!"+"" CON#IDE%ACION CON#IDE %ACIONE# E# DE FIL$%O FIL$%O LEN$O DE A%ENA ?FLA&:
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Las c'maras de fltración pueden ser construidas de hormigón re%orzado# %erro cemento# concreto ciclópeo o mamposter!a estructural. erifcar la instalación de +untas de construcción "Ho dilatación con ase a planos "Ho especifcaciones técnicas. &l medio fltrante no dee contener m's de AB de caronato de calcio " magnesio para evitar que se produzcan cavitaciones al ser atacados estos elementos por aguas con alto contenido de dió$ido de carono. &l contenido de lodo en la arena no dee ser ma"or al 7B en volumen antes de instalarse en el fltro. La soluilidad de la arena en 'cido clorh!drico no dee e$ceder el B después de @ minutos de iniciada la pruea. La grava de la capa soporte no dee perder m's del B de su peso al sumergirla por A: horas en 'cido clorh!drico.
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Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión &l sistema de drena+e puede tener diversas confguraciones( drenes principales " laterales construidos de tuer!as per%oradas# loques o ladrillos de concreto o arcilla cocida# losas pre%aricadas de hormigón sore vigas de hormigón# etc. De manera que se asegure un 2u+o uni%orme del agua a través del medio fltrante. &l sistema de drenes est' cuierto por capas de grava. Si los drena+es son de ladrillo# estos deer'n asentarse con mortero cuando los fltros estén localizados en zonas s!smicas en caso contrario simplemente se acomodan %ormando canales. Considerar un ingreso adicional por el %ondo de la unidad# para e%ectuar el llenado del fltro. &sto se consigue interconectando las unidades en la c'mara de salida. Considerar instalaciones adicionales como( 0 Una plata%or plata%orma ma )losa )losa o terraza terraza** colindan colindante te con con los fltros# fltros# que que %acili %acilite te la operación de limpieza del fltro " el lavado de arena. 0 Un sist sistema ema sim simila ilarr para para ssaca acarr o meter meter la la arena arena al al fltro fltro.. 0 Un siste sistema ma para para recup recuperar erar la arena arena que que se ha retira retirado do de los fltr fltros. os. 0 !"+"B" !"+"B " DI'EN#IONA'IE DI'EN# IONA'IEN$O N$O DE FIL$%O FIL$%O LEN$O DE A%ENA ?FLA&: a& Caudal Caudal de de dise3o dise3o ?,d& ?,d&:: Se e$presa en )mHh* b& Nmero Nmero de unid unidade ades s ?N&: ?!nimo dos unidades de fltración c& 5rea 5rea su(e su(er=c r=cial ial ?As&: ?As&:
Qd Nx V f
( As)=
Trea superfcial
As mA mA 4f velocidad velocidad de fltración )mHh* ,d caudal caudal de dise3o )mHh* N n1mero n1mero de unidades d& Coe=cient Coe=ciente e de mínim mínimo o costo costo ?G&: O )AV*H)W7* e& Longi Longitud tud de unid unidad: ad: 7HA L O )s $ * f& Anc* Anc*o o de de uni unida dad: d: Dónde(
O )sH* 7HA g& 4elocidad elocidad de =ltrac =ltración ión real real ?4%&: / O RdH )A $ $ X* *& #istem #istema a de drenaH drenaHe: e:
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Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión Los drenes se dise3ar'n con el criterio de que la velocidad l!mite en cualquier punto de estos no sorepase de @.@ mHs. La relación de velocidades entre el dren principal )p* " los drenes secundarios )s* dee ser de( pHs E @.7# para otener una colección uni%orme del agua fltrada. i& .rd .rdid ida a de de Car Carga ga:: Se producen pérdidas de carga en las tuer!as# en las v'lvulas# lecho fltrante# drenes " vertederos.
Lecho fltrante( &sta en %unción de la granulometr!a del material# velocidad de fltración. Drenes( )menor a 7@B* *d 8" l !Jd* "4+J+g Donde#
d*: di'metro d*: di'metro hidr'ulico 4: velocidad 4: velocidad del dren# )dhO :dH,* Ad: 'rea Ad: 'rea del dren .: per!metro .: per!metro del dren
Compuerta de entrada( *f! G 4+ J +g Donde#
ertedero de salida(
K
4 4F Af J AC
AC : 'rea : 'rea de la compuerta )mA* Af : 'rea : 'rea de fltración )mA* 4F: velocidad 4F: velocidad de fltración )mHs*
2f+ ,d+ JJ!"B L> Donde#
L>: longitud L>: longitud de cresta del vertedero genera )m*
,d: caudal ,d: caudal de dise3o )mHh*
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Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión Criterio
4alores
Características 6enerales
elocidad de fltración )mHh* Caudal )lHs* Trea superfcial )mA* 1mero de unidades en paralelo
@.7 A.@ : A
Dimensiones (or unidad
Largo )m* ncho )m* ltura total )m*
.9 :.A 7.@
Lec*o =ltrante
""B
!"+"@"
?aterial rena Longitud total )m*. >nclu"e lecho de 7.@ soporte. Cu O .@ Di'metro )mm* d7@ O @.A@
%esumen de 4alores
de Dise3o de Filtración Lenta ?FLA& ""@ DI#.O#I$I4O# DI#.O #I$I4O# DE %E6-LACION %E6-LACI ON DE FIL$%O FIL$%O
ormalmente se utilizan los siguientes( 0 0 0 0 0 0 0 0
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&ntrada &ntrada de agua agua cruda cruda al reser reservorio vorio de agua agua sorenad sorenadante ante hasta hasta un nivel constante dentro del tanque del fltro. &liminac &liminación ión del del e e$ces $ceso o de agua agua " la nata nata por medio medio de un verteder vertedero o de derrame de reose. Drena+ Drena+e e del agua sorenad sorenadante ante antes de e%ectu e%ectuar ar la limpieza limpieza del fltr fltro. o. Drena Drena+e +e de de agua agua en la la capa capa supe superi rior or del del lech lecho o fltran fltrante. te. ?edida ?edida del del caudal caudal del agua e2uente e2uente por por medio medio de un un dispos dispositivo itivo de caliración de medición de caudal. /egulac egulación ión de la veloci velocidad dad de fltrac fltración ión.. >ngreso >ngreso de de agua agua limpia limpia para para llenar llenar de %orma %orma asce ascenden ndente te el lecho lecho fltrante fltrante después de e%ectuar la limpieza del fltro Dispo Disposit sitivo ivo de de preve prevenci nción ón del del agua agua tratad tratada a al tanqu tanque e de almacenamiento almacenamiento de agua tratada# o al desagYe.
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!"+""
%E,-E%I'IEN$O# .A%A LA IN#$ALACI0N IN#$ALACI0N ,ara la instalación de la planta deen considerarse los siguientes aspectos( a" -bicación Dee estar en una zona accesile# con v!as de comunicación que %aciliten su posterior construcción# operación " mantenimiento. &l agua suterr'nea dee estar ausente o mu" pro%unda. La zona dee ser segura " no estar e$puesta a riesgos naturales o humanos. De pre%erencia# la topogra%!a de la zona seleccionada dee reunir los desniveles necesarios para que el sistema pueda operar totalmente por gravedad. b" As(ectos relacionados con la comunidad &%ectuar estudios sociológicos para determinar las costumres " creencias que puedan a%ectar la aceptación del sistema. Comproar la in%ormación demogr'fca disponile. Determinar los recursos humanos " materiales disponiles para adecuar el dise3o del sistema. &stud &studiar iar la incid inciden encia cia de en%er en%ermed medade adess de orige origen n h!dri h!drico co " prese presenci ncia a de vectores. c" Conce(ción del sistema ,ara que la operación del sistema sea confale# dee evitarse el uso de disp dispos osit itiv ivos os para para elev elevar ar el nive nivell del del agua agua )om )oma as* s*.. De es esta ta ma mane nera ra## la operación del sistema no depender' del suministro de energ!a eléctrica ni de repuestos repuestos sofsticados que normalmente no est'n disponiles disponiles localmente " que incrementan incrementan el costo de mantenimiento mantenimiento del sistema. Si tuviera que elevarse el nivel del agua por razones topogr'fcas# se deer!a e%ectuar una sola etapa de omeo que eleve el agua cruda hasta un nivel# desde el cual pueda distriuirse por gravedad al reservorio " a la red. ,re%erentemente# el fltro lento dee operar en %orma continua# esto permite unidades m's peque3as " aastecimiento continuo de nutrientes " o$!geno necesarios para mantener la capa iológica. ,ara garantizar esta situación# cuando se tiene una etapa de omeo# es recomendale construir un tanque de almacenamiento de agua cruda para aastecer por gravedad la planta durante las A: horas del d!a. d" Condiciones del agua cruda
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Las
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condiciones del agua cruda que m's a%ectan la efciencia del fltro son la temper temperatu atura# ra# la concen concentra tració ción n de nutri nutrient entes es " de susta sustanci ncias as tó$ic tó$icas as " los a2uentes con turiedad " color altos. continuación se descrie n revemente( revemente( $em(eratura: Dado que en el fltro se desarrolla un proceso iológico# se ve a%ectado por las variaciones de temperatura " puede reducir @B de su efciencia cuando se opera a menos de ZC. •
•
•
Concen Concentra tració ción n de nutrie nutriente ntes s ( La velo veloci cida dad d de desa desarrrollo ollo de la %or %orma maci ción ón iol iológ ógic ica a en el fltr fltro o depe depend nde e de la conc concen entr trac ació ión n de nutrientes en el agua# deido a que ésta es la %uente de alimentación alimentación de los microorganismos. Concentra Concentración ción de algas: Las algas son importantes en la %ormación del schmutzdec
e. Material fltrante
&s necesario considerar una plata%orma colindante con los fltros para e%ectuar la operación de lavado " secado de la arena. simismo# se requiere un depósito techado para guardar la arena emolsada " las herramientas# " cercar las instalaciones de la planta para evitar el acceso a ni3os " animales.
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Universidad nacional José Faustino Faustino !"+"" Sanchez Carrión O(eración y mantenimiento Las tareas tareas rutina rutinaria riass de opera operació ción n compr comprend enden en los a+uste a+ustess " medici medición ón del del caudal monitoreo de la calidad del agua producida limpieza de la superfcie de la aren arena# a# que que se e%ec e%ect1 t1a a por por ;rasc rascad ado o= de la por porción ción supe superi rior or del del fltr fltro o )apro$imadamente cm de arena* lavado " almacenamiento de la arena# " la poster posterior ior recon reconst struc rucció ción n del lecho lecho fltran fltrante. te. &ste &ste period periodo o entre entre limpi limpieza ezas# s# llamado ;carrera=# es variale. veces puede ser necesario realizarla cada tres o cuatro semanas " en otras circunstancias# pasados muchos meses. La adecuada operación " mantenimiento determinan la efciencia del fltro# principalmente en la etapa de puesta en marcha o inicio de la operación del fltr fltro o nuev nuevo. o. Dura Durant nte e la oper operac ació ión n norm normal al## es impo import rtan ante te el es esta tado do de maduración de la capa iológica# la %recuencia de los raspados# el per!odo de duración de cada operación de limpieza " la %orma en que se e%ect1e el rearenado del fltro. Con relación a la puesta en marcha# es necesario tener presente que la arena nueva no reduce la contaminación acteriológica " que es necesario desechar el e2uent e2uente e inicia iniciall hasta hasta compr comproa oarr que se est' est' oteni oteniend endo o un grado grado de efciencia aceptale. Sin emargo# este proceso puede acelerarse semrando el fltro con arena madura proveniente de otros fltros en operación. &l raspado del lecho fltrante dee iniciarse cuando el nivel del agua en la ca+a del fltro llega al m'$imo " el agua empieza a reosar por el aliviadero. ,ara dismin disminuir uir el impac impacto to sor sore e la efcien efciencia cia del tratam tratamien iento to durant durante e la operación de raspado del fltro# es necesario que esta operación se e+ecute en un solo d!a para evitar la mortandad de los microorganismos enéfcos en la cap ca pa de aren arena a que perma ermane neccer' er' en el flt fltro " ac aco orta rtar el per!o er!odo do de remaduración. &n la operación de rearenado# esto es# cuando la altura del lecho ha llegado al m!nimo aceptale )@#@ m* " ha" que restituir a la arena el espesor de dise3o# es importante aplicar el método de trinchera. ,ara ello# la arena del %ondo que est' semicolmatada se colocar' en la superfcie del fltro# sore la arena nueva# a fn de acelerar el per!odo de maduración del lecho de arena. ,or lo menos cada cinco a3os se realizar' el lavado completo del fltro de la siguiente manera( se retira con mucho cuidado la arena " la grava para no mezclarlas se lava la arena se cepillan las paredes de la ca+a del fltro se reacomoda el drena+e# " se vuelve a colocar el lecho de arena " la grava. Si ha haido pérdida de arena " grava# ser' necesario reponerla. Si ha" grietas en las paredes o en el %ondo# deer'n resanarse antes de colocar el lecho fltrante.
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Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión Cuando los sistemas est'n ien dise3ados# operados " mantenidos# el e2uente de las plantas de fltración lenta requiere de dosis mu" a+as de cloro como 1ltima arrera pr'cticamente sólo para asegurar que el agua conserve su calidad acteriológica hasta ser consumida. &s un agua con mu" a+o riesgo sanitario. !"+""
C%I$E%IO# .A%A EL 'ONI$O%EO 1 E4ALE4AL-ACI0N ACI0N
La turiedad " la contaminación acteriológica del agua son los principales par'metros para la caracterización del agua superfcial en las 'reas rurales. Cuando el tratamiento se comina con un prefltro o sedimentador# el o+etivo espec!fco de estas unidades es reducir la turiedad# mientras que el del fltro lento es reducir la contaminación. Cuando sólo se cuenta con un fltro lento# éste dee cumplir los dos o+etivos. Un programa de monitoreo m!nimo para controlar una planta de fltros lentos dee deer! r!a a cons consid ider erar ar la toma toma de mues muestr tras as de agua agua crud cruda a " trat tratad ada a para para constatar la calidad de la materia prima que est' ingresando al sistema " la del producto fnal otenido" otenido" Las mediciones de turiedad son simples " pueden ser e%ectuadas por un operad operador or capaci capacitad tado. o. Las medici medicione oness diaria diariass durant durante e la época época de lluvia lluviass permiten( a* &valuar la calidad del agua cruda. * &stalecer " supervisar el rendimiento rendimiento de la planta. c* Desarrollar criterios para adecuar la operación de la planta. d* Pptimizar las caracter!sticas de las unidades. !"+"7"
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4EN$A/A# 1 DE#4EN$A/A# DE#4E N$A/A# DE LA FIL$%ACI0 FIL$%ACI0N N LEN$A
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Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión !"+"!8" !"+"!8 " C%I$E%IO# C%I$E% IO# .A%A EL DI#EMO DI#E MO DE -N FIL$%O FIL$%O LEN$O ,ara la instalación de la planta deen considerarse los siguientes aspectos( 0 0 0 0
&scog &scoger er la zona zona de de me+or me+or acces acceso# o# con con v!as v!as de comun comunica icació ción n que %aciliten su posterior construcción# operación " mantenimiento. &l agua agua sute suterr rr'ne 'nea a dee dee estar estar ausen ausente te o mu" mu" pro%u pro%unda nda.. La zona zona dee ser segura segura " no estar estar e$puesta e$puesta a ri riesgo esgoss natura naturales les o humanos. De pre%erencia# la topogra%!a de la zona seleccionada dee reunir los desniveles necesarios para que el sistema pueda operar totalmente por Q/&DD.
CON#IDE%ACIONE# E#.ECFICA# a& ,eriodo de dise3o( Se recomienda un per!odo de dise3o de las instalaciones entre y !+ a3os de a3os de manera que guarde armon!a con la din'mica de crecimiento de la polación " con el costo de oportunidad de acceso a la fnanciación del pro"ecto. b& ,eriodo de operación( Las unidades de tratamiento deen ser dise3ados para periodos de operación de A: horas# siendo A el n1mero m!nimo de unidades en paralelo " as! alternarlas cada vez que se requiera requiera realizar mantenimiento. La continuidad en la prestación del servicio evita riesgos de contaminación en la distriución# en almacenamientos inadecuados o en la operación de la planta. c& Caudal de dise3o( Las unidades en una planta de tratamiento ser'n dise3adas para el caudal m'$imo diario. %ECO'ENDACIONE# .A%A .A%A EL DI#EMO .O% . O% CADA CO'.ONEN$E DEL FIL$%O FIL $%O LEN$O 'edio =ltrante 0
Dee estar estar compue compuesta sta de grano granoss de arena arena duro duross " redon redondeado deados# s# de de pre%erencia# lires de arcilla " materia org'nica.
0
La arena arena dee dee lavars lavarse# e# proced procediend iendo o tamién tamién con la la elimin eliminació ación n de los los granos m's fnos disminu"endo as! el coefciente de uni%ormidad " elevando el di'metro promedio de los granos de arena
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o dee dee contener contener m's de AB AB de caronat caronato o de calcio calcio " magnesio magnesio para evitar que se produzca produzca cavitaciones en el medio fltrante. porosid porosidad. ad. Lo Lo cual cual es dise3 dise3ar ar con con un rango rango de 7. a A.@ normalm normalmente ente se usa 7.# por prolemas económicos.
Ca(a de so(orte 0
Constitu Constituida ida por por gravas gravas con especi especifcaci fcaciones ones similar similares es a las las aplicad aplicadas as al medio fltrante. Las piedras deen ser duras " redondeadas# con un peso espec!fco de lo menos A.# lire de arena " limo " materia org'nica. De ser posile# dee lavarse para asegurar su limpieza. o se dee perder m's del B de su peso.
0
Su %unci %unción ón es evitar evitar que que se pierda pierda el material material a través través del drena+e drena+e " asegurar as! una astracción uni%orme del agua fltrada.
0
La capa capa de grava grava dee dee dise3ar dise3arse se tenien teniendo do en cuenta cuenta dos dos valore valoress limites limites el tama3o de los granos de arena en contacto con esta para decidir el di'metro de la grava m's fna# " las caracter!sticas del drena+e para seleccionar el tama3o de la grava m's gruesa
Q/ULP?&-/> D& L C, D& SP,P/-& C,S D>?&-/PS )mm* L-U/)cm* ?!nimo ?'$imos @.@ 0 7 7.@ 0 :.@ A.@ A A.@ 0 A. :.@ 0 7.@ @"8 !8"8 !8 +8"8 B8"8 DrenaHe 0
La recolecc recolección ión del agua fltrada fltrada se e%ect1a e%ect1a mediante mediante el sistema sistema de drena+e# el cual puede estar con%ormado por drenes# o por ladrillos de construcción
0
Los Los tuos tuos de de drena+ drena+e e est'n est'n compu compuestos estos por drenes drenes princip principales ales " de ramifcaciones o drenes laterales a partir de la salida de agua fltrada.
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Los Los drenes drenes laterales laterales se unir'n unir'n al princi principal pal media mediante nte tees tees o cruces# cruces# " podr'n ser de concreto# cer'mico o ,C.
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Los Los drenes drenes laterales laterales se instal instalaran aran## de+ando de+ando +unta +untass aiertas aiertas de Acm# Acm# o se se har'n orifcios de A a : mm de di'metro# separados entre .7@ a .@ m " dispuestos en la parte in%erior de los drenes .
0
La separ separació ación n entre entre los los drenes drenes laterales laterales seri seria a de 7H7K 7H7K de de su longit longitud ud o como m'$imo de A.m. con respecto a la pared# se considerara una separación de 7HA de su longitud o como m'$imo de 7.Am.
0
&l dimen dimension sionamie amiento nto de de los drenes drenes se e%ectua e%ectuara ra con con la veloc velocidad idad limite limite en cualquier punto de estos no sorepase de .@mHs
CaHas de =ltro 0
As =
La ssuper uperfcie fcie de la ca+a est' en %unci %unción ón de de la velocida velocidad d de fltración fltración )%*#del canal )R*#del n1mero de horas de %uncionamiento continuo de la unidad )turnos* " del n1mero de unidades )* Q x C 1 N x V f
4ALO%E# 4ALO%E# DEL COEFICIEN$E C! $-%NO# C7 ! + 7. 7 !"+"!!" !"+"!!"
FO%'-L FO%'-LA# A# -$ILIP -$ILIPADA ADA# # EN EN EL EL DI#EMO DI#EMO DEL FIL$%O FIL$%O LEN$O LEN$O
DI'EN#IONE# DEL FIL$%O Largo del Filtro
B = √ As As x K
A √ As As / K
N-'E%O DE -NIDADE# DEL FIL$%O FIL$%O
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ncho del fltro
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión 2 N k = N + 1
0
0 0
>dealmen >dealmente# te# el di'metr di'metro o e%ectivo e%ectivo de de la aren arena a )d7@* )d7@* dee dee ser lo sufcie sufciente nte peque3o para asegurar un e2uente de uena calidad " para prevenir que la materia org'nica penetre a tal pro%undidad que no sea posile retirarla mediante el raspado de la superfcie. &$perimentalmente se ha encontrado un di'metro e%ectivo es del orden de .7 0 . mm !8 mm para tratar Se reco recomie mienda nda un di'm di'metr etro o e%ect e%ectivo ivo m!nim m!nimo o de . !8 mm aguas claras con alto contenido acteriológico. para aguas mu" turias# en camios se recomienda un di'metro de .:@ mm &l espeso espesorr del lecho lecho fltrante fltrante ideal ideal dee ser deter determina minado do en cada caso. caso. Sin emargo e$isten espesores m!nimos para garantizar su %uncionamiento que es el orden de .9@m " teniendo en cuenta que en a3os se retirara .@m de arena mediante el raspado sucesivo# se !"B m. recomienda una altura de !"+ a !"B m.
Se recomienda un coefciente de uni%ormidad de )CU* menor de # para que los poros sean astantes regulares que aseguren una uena fltración. S>&DP( O ncho del fltro en )m* s O Trea de fltración )mA* X O Longitud del fltro )m* C7 O Coefciente dependiente de los periodos operacionales del fltro. R O Caudal Caudal de dise3o dise3o )mHh* )mHh* O umero de fltro % O elocidad de fltración )mHh* -ener -ener en consideración consideración de de que la velocidad velocidad m'$ima de fltración fltración dee ser ser .7@ mHh 4ELOCIDAD DE FIL$%ACION .%OCE#O# Filtración lenta #edimentación o .re =ltración < =ltración lenta sedimentación < .re=ltracion <
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% )mHh* @.7@ 0 @.A@ @.7 0 @.@ @.@ 0 @.@
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión =ltración lenta
EJEMPLO DE APLICACIÓN Calculo de un fltro lento modifcado para un caudal de 7.@ lHs o .K mHh. los an'lisis de calidad de agua e%ectuados dan los siguientes resultados( -uriedad -uriedad promedio promedio en época época de lluvia
O U-
-uriedad -uriedad m'$ima m'$ima )picos de de horas*
O @ U-
-uriedad -uriedad m!nima m!nima promedio promedio en épocas épocas seca
O 7A U-
n'lisis granulométrico del anco de arena m's cercano arro+ó los siguientes resultados( -ama3o -ama3o e%ectivo O @. mm Coefciente Coefcient e de uni%ormidad
O A.@@
!" Ado(tando un nmero de unidades ?N& de + y un turno de o(eración diaria ?C!+BJ& La superfcie de fltración )s* As =
Q x C 1 N x V f
/eemplazo valores otenidos( As =
3.6 x 3 2 x .10
2
=54 m
+" Dimensionamiento de la sección:
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Si O A# ser' igual a( K =
2 N
N + 1
=
2 x 2 2
+1
= 1.33
&l largo )X* de la unidad ser' igual a( B =√ As As x K
Luego( 54 x ( 1.33 )=8.47 m B =√ 54
&l largo )* de la unidad ser' igual a( A = √ As As / K
Luego( A = √ 54 54 /( 1.33 )=6.37 m
La capa soporte de la grava la seleccionamos del cuadro# cuadro# para las caracter!sticas de arena disponile d 7@O@. mm " CU O A.@ la grava seleccionada es la siguiente( 6%AN-LO'E$%IA DE LA CA.A DE #O.O%$E CA.A D> D>?&-/ -/PS PS )mm )mm* LL-U/ U/)cm )cm* # ?!nimo ?'$imos ! @.@ 0 7.@ 0 A.@ :.@ + A.@ 0 :.@ 0 A. 7.@ .@ 0 7@.@ 0 7@ A@.@ :@.@ Las dimensiones se han seleccionado del cuadro :. " aparecen estandarizadas en el dise3o de las fguras( :.8# :.7@ #:.77 " :.7A
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Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión C%I$E%IO# DE DI#EMO DE FIL$%O FIL$%O LEN$O .A%A'E$%O# LP/& P/&S S>?XPLP S 4elocidad de Filtración @.7@ 0 % @.A@ Arena ';Qima de la 7@ 0 7@@ R$C7H% -nidad Numero mínimo de A unidades borde libre @.A@ 0 47 @.@ Ca(a de agua 7.@ 0 7. 4A Altura del lec*o Filtrante 7.A@ 0 4 7.:@ 6ranulometría del lec*o @.7 0 d7@ @. 7.@ 0 A.@ Altura de ca(a de @.A@ 0 4: so(orte @.@ 6ranulometría de la 6ra>a Altura del drenaHe @.@ 0 4 @.@
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.LAN$A
CO%$E
DE$ALLE DE$ALLE DE CA'A%A DE IN6%E#O 1 ALI4IO
D&-LL& D& &S-/UC-U/ D& SL>D [ CP-/PL.
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión FILTRACIÓN FILTRACION RAPIDA !"!"IN$%OD-CCI0N:
Como se e$plicó en el cap!tulos anterior sore los fltros lentos de arena# la fltrac fltración ión es el proce proceso so mediante mediante el cual se purifca purifca el agua agua haciéndol haciéndola a pasar a través de un material el cual se purifca el agua haciéndola pasar a trav través és de un ma mate teri rial al por poros oso o )o ;m ;med edio io=* =*.. ,ara ara la fltr fltrac ació ión n r'pi r'pida da com1nmente se usa la arena como el medio del fltroV pero el proceso es astante di%erente a la fltración lenta en arena. &sto es deido a que se usa arena arena m's gruesa con un tama3o e%ectivo de grano en la escala de @.:07.A mm " el ritmo de fltración es m's elevado# generalmente entre " 7 mHmAHhora )7A@0K@ mHmAHd!a*. Deido a la arena gruesa usada# los poros poros del lecho lecho del fltro fltro ser ser'n 'n relat relativam ivament ente e grande grandess " las impur impureza ezass contenidas en el agua cruda penetraran al %ondo en el lecho de fltro. ,or esto es to## la capac apacid idad ad del lech lecho o del del fltr ltro para ara alma almaccenar enar impu impurrezas ezas depositadas# es usada en %orma mucha m's e%ectiva " se puede tratar hasta agua de rio mu" turia con la fltración r'pida. ,ara limpiar un lecho de fltro r'pido# no es sufciente raspara la capa superior. La limpieza de los fltros r'pidos se realiza mediante el lavado por corriente de agua limpia. &so se hace dirigiendo un 2u+o elevado de agua a través del lecho del fltro desde donde se e$pande " se arrastra. &l lava lavado do por por co corr rrie ient nte e de agua agua limp limpia ia saca saca %uera %uera del del fltr fltro o los los ator atoros os depo deposi sita tado dos. s. La limpi limpieza eza de un fltr fltro o r'pid r'pido o se pued puede e reali realiza zarr en poco poco tiempo# no es necesario ni siquiera media hora apro$imadamente. Se le puede hacer con la %recuencia % recuencia requerida# si %uera necesario todos los d!as.
!"+" A.LI A.LICACI CACIONE# ONE# DE D E LA FIL FIL$%ACI $%ACI0N 0N %5.IDA %5. IDA : 4a" varias aplicaciones di%erentes de la fltración r'pida en el tratamiento de agua para aastecimientos de agua de eida. &n el tratamiento del agua suterr'nea# se usa la fltración r'pida para remover el hierro " el manganeso. ,ara a"udar al proceso de fltración# %recuentemente se provee la aeración como pre tratamiento para %ormar compuestos insolules de hierro " manganeso )fgura 7.A*.
3$ Hidráulica
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FIGURA 1.2: FILTRO FILTRO RÁPIDO DE AGUA PRETRATADA ,ara ,ara agua de turiedad a+a como la que se halla %recuentem %recuentemente ente en lagos " algunas veces en rio# la fltración r'pida r'pida dee ser capaz de producir agua clara# la cual# sin emargo# puede contener aun acterias patógenas " virus. &ntonces es necesario un tratamiento fnal# tal como la clorinacion#para otener agua acteriológicamente segura.
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Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión &n el tratamiento de agua de rio con turiedad elevada# se puede usar la fltración r'pida como pre tratamiento para reducir la carga en los fltros lent lentos os de aren arena a sigu siguie ient ntes es )fgu )fgura ra 7.* 7.* o se le pued puede e apli aplica carr para para el trat tratam amie ient nto o de agua agua que que ha sido sido clar clarif ifca cada da me medi dian ante te co coag agul ulac ació ión# n# 2ocu 2ocula laci ción ón " se sedi dime ment ntac ació ión n )fgu )fgura ra 7.:* 7.:*.& .&n n tale taless ca caso soss se requi equier ere e nuevamente una clorinación fnal.
FIGURA 1.3: FILTRO RÁPIDA SEGUIDA DE FILTRACIÓN LENTA EN ARENA
FIGURA 1.4: FILTRACIÓN FILTRACIÓN RÁPIDA DESPUÉS DE LA COAGULACIÓN, COAGULACIÓN,
TIPOS DE FIL F ILTROS TROS RÁPIDOS: Los fltros r'pidos se constru"en en su ma"or!a al descuierto pasando el agua al lecho del fltro mediante gravedad )fgura 7.7*.
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Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión ,ara cierta ,ara ciertass condic condicion iones es de operac operación ión## son m's apropi apropiado adoss otros otros fltro fltross r'pidos que no sean del tipo de gravedad. Los m's importantes son( fltros de presión# fltros de 2u+o ascendente " fltros de medios m1ltiples.
!"+"!"FIL$%O# DE .%E#ION: )F>Q. 7.* Son de construcción similar a los fltros del tipo gravedad# pero el lecho de fltro " el %ondo del fltro est'n encerrados encerrados en un recipiente recipiente hermético hermético de presión presión hecho de acero. acero. qu!# qu!# la %uerza de conducción para el proceso de fltración es la presión del agua aplicada en el lecho de fltro# la cual puede ser tan elevada que se puede alcanzar casi cualquier longitud l ongitud deseada de la carrera del fltro. Los fltro fltross de presi presión ón est'n est'n dispon disponil iles es comerc comercialm ialment ente e como como unidad unidades es completas. o son tan %'ciles de instalar# operar " mantener. ,or esta razón no son mu" adecuados para aplicarlos en plantas peque3as de tratamiento en pa!ses en desarrollo.
FIGURA 1.!: FILTROS FILTROS DE !"+"+" FIL$%O FIL$%O DE DE FL-/O FL-/O A#CENDEN$E: A#CENDEN$E: )fgura 7.K* Sirven para un proceso de fltración de grueso a fno. La capa gruesa del %ondo del lecho de fltro cria la ma"or parte de las impurezas suspendidas# incluso del agua cruda turia# turia# sin ning1n aumento aumento grande grande de la resistencia resistencia del lecho lecho de fltro# fltro# deido a los poros grandes. grandes. Las capas fnas sorepuest sorepuestas as tienen poros m's peque3os pero aqu! tamién la resistencia del fltro aumentara solo lentamente "a que no quedan muchas impurezas que fltrar. &n los fltros de 2u+o ascendente se usa la arena como el 1nico medio de fltro. Frecuentemente# se les usa para el pre tratamiento de agua que es purifcada nuevamente mediante fltros r'pidos del tipo de gravedad o media mediant nte e fltr fltros os lent lentos os de arena arena.. &n tales tales ca caso sos# s# los los fltr fltros os de 2u+o 2u+o asce as cend nden ente te pued pueden en dar dar e$ce e$cele lent ntes es res esul ulta tado doss " pued pueden en se serr mu" mu" adecuados para usarlos en plantas peque3as de tratamiento.
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Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión Una desv desvent enta+a a+a es que que la resi resist sten enci cia a perm permis isi ile le en un fltr fltro o de 2u+o 2u+o ascendente no es ma"or que el peso sumergido del lecho de fltro. Siendo la arena el material de fltro# la carga disponile de resistencia es casi igual al espesor del lecho. s!# para agua de rio mu" turia# la longitud de la carrera del fltro " la tasa disponile de fltración est'n mu" limitadas.
FIGURA 1.": FILTROS DE FLUJO !"+""FIL$%O# DE 'EDIO# 'RL$I.LE#: )fgura 7.9* Son del tipo gravedad# fltros de 2u+o descendente# cu"o lecho de fltro est' compuesto de varios mater materia iales les di%er di%erent entes es## los cual cuales es se co coloc locan an de grue grueso so a fno fno en la dirección del 2u+o. ,ara fltros r'pidos peque3os# es com1n usar solo dos materiales en cominación( @.0@. m de arena con un tama3o e%ectivo de @.:
[email protected] mm como capa in%erior. Cuierta por @.
[email protected] m de antracita# piedra pómez o corteza molidas de coco con un tama3o e%ectivo de 7.@0 7.K mm. Como tratamiento fnal# los fltros de capas m1ltiples pueden proporcion proporcionar ar resultados resultados e$celentes e$celentes "# cuando cuando se dispone localmente localmente de materia materiales les adecua adecuados dos## ien ien vale la pena pena consid considera erarr su aplica aplicació ción n en plantas peque3as de tratamiento.
3) Hidráulica
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión
FIGURA 1.#: LEC$O DE FILTROS FILTROS DE !"" A#.EC A#.EC$O# $O# $SCNIC $SCNICO#: O#: La remoción general deMEDIOS impurezasDOBLES del agua por fltración r'pida# se lleva a cao mediante una cominación de varios procesos di%erentes. Los m's importantes son( colado# sedime imentación ión# asorción " procesos acteriológicos " ioqu!micos. &stos son los mismos procesos "a descritos para la fltración lenta en arena. Sin emargo# en la fltración r'pida el material material del lecho del fltro es mucho m's grueso " el ritmo de fltración fltración es mucho m's elevado )hasta @ veces ma"or que en la fltración lenta en arena*. &stos %actores alteran completamente la importancia relativa de los varios procesos de purifcación. &l colado de impurezas en un fltro r'pido no es importante deido a los poros relativamente grandes en el lecho del fltro. La sedimentación no ser' mu" mu" e%ect e%ectiv iva a dei deido do a las las elev elevad adas as tasa tasass de fltr fltrac ació ión n usad usadas as.. s!# s!# se retendr' muchas menos impurezas mediante el colado " la sedimentación que en el fltro de lento de arena. &specialmente las capas superiores del lecho lecho del del fltr fltro o se ser' r'n n much muchos os me meno noss e%ect e%ectiva ivass " har har' ' una una pro%u pro%und nda a penetración de impurezas en todo el lecho del fltro r'pido. &n e%ecto m's importante de purifcación en la fltración r'pida es# con mucho# la asorción de impurezas con carga eléctrica hacia los granos del
3& Hidráulica
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión lecho del fltro con una carga eléctrica opuesta# en un fltro r'pido las cargas est'ticas est'ticas naturales naturales del material del lecho del fltro fltro est'n complementadas complementadas por cargas electrocinéticas producidas por el 2u+o elevado de agua. Las part!culas cargadas )iones* son arrastradas %uera de los granos del lecho de fltro con el resultado de que los granos quedan con una carga )opuesta*. &l e%ecto electro cinético re%uerza grandemente la acción de asorción. &n un fltro lento de arena el agua permanece varias horas en el lecho de fltro# pero con fltración r'pida el agua pasa solo en unos cuantos minutos. Frecuentemente se remueve los atoros org'nicos acumulados en un fltro r'pido cuando se limpia el fltro mediante el lavado por corriente de agua limpia. 4a" mu" poco tiempo " oportunidad de que se desarrolle cualquier iodegradación de materia org'nica " de que se produzca la muerte de acterias patógenas " virus. La degradación limitada de materia org'nica no necesi necesita ta ser una desven desventa+ ta+a a ser seria ia "a que los atoro atoross acumul acumulado adoss ser ser'n 'n lavados del fltro durante el lavado por corriente de agua limpia. ,or lo general# la pore actividad acteriológica " ioqu!mica de un fltro r'pido ser' insufciente para producir agua acteriológicamente segura. De aqu! que ser' necesario un nuevo tratamiento# tal como la fltración lenta en arena arena o clorinación# clorinación# para producir producir agua que sea apta para la eida " para propósitos domésticos.
!"B" O.E%ACI0N O.E%AC I0N 1 CON$ CON$%OL %OL DEL FIL$%O FIL$%O %5.IDO: %5.ID O: !"B"!"O. !"B "!"O.E% E%ACI ACI0N 0N DEL FIL FIL$%O $%O( &n la fgura 7. se muestra esquem'ticamente la operación de un fltro r'pido )tipo gravedad*. Durante la fltración el agua ingresa al fltro a través de la v'lvula # desciende hacia el lecho de fltro# 2u"e a través de él# pasa el sistema de desagYe in%erior )%ondo del fltro* " 2u"e el e$terior a través de la v'lvula X. Deido al atoro gradual gradual de los poros# la resistenc resistencia ia del lecho de fltro fltro contra contra el 2u+o 2u+o descen descenden dente te del agua agua aument aumentara ara gradua gradualme lmente nte.. &sto &sto reducir' el ritmo de fltración que esté compensado por un nivel creciente de agua cruda sore el lecho del fltro. Frecuentemente# los fltros r'pidos son dise3ados para operar con un nivel constante de agua cruda# el cual requiere que el fltro este equipado con un dispositivo de control de ritmo en la l!nea del a2uente o del e2uente. &stos controladores del ritmo del fltro proporcionan una resistencia a+ustale al 2u+o del agua. Se aren gradual " autom'ticamente para compensar la creciente resistencia del lecho del fltro " as!# mantener constantes las condiciones de operación del fltro r'pido.
36 Hidráulica
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FIGURA 2.%: FILTRO RÁPIDO (TIPO
Cuando después de cierto tiempo de operación# se are completamente el controlador del ritmo del fltro# "a no se podr' compensar un nuevo atoro del lecho del fltro " el ritmo de fltración disminuir'. &ntonces se retira de servicio el fltro para lavarlo por corriente de agua limpia. ,ara esto# se cierra las v'lvulas " X " se are las v'lvulas D para drenar el agua cruda restante %uera del fltro. Unos cuantos minutos después se are la v'lvula & para admitir el agua de lavado. lavado. La %uerza de lavado por corriente corriente de agua dee ser lo sufciente sufcientemente mente elevada elevada para e$pandir e$pandir el lecho de fltro de tal %orma que se pueda arrastrar los granos de este " que los atoros acumulados sean retirados con el agua de lavado. &l agua de lavado es recolectada en los pasantes desde donde se le drena hacia el desagYe. Cuando se completa el lavado por corriente de agua limpia# se cierra las v'lvulas v'lvulas & " D " se vuelven a arir la v'lvula # permitiendo permitiendo que el agua cruda empiece un nuevo recorrido del fltro. ,ara el material fno del lecho de fltro# la acción de arrastre producida por el agua de lavado durante el lavado por corriente puede a la larga no ser' sufciente para mantener limpio el lecho de fltro. &ntonces es deseale un arrastre adicional usando aire " agua en cominación para el lavado por corriente de agua# sin emargo# esto es mucho m's comple+o que lavar solo con agua " por lo general# no es recomendale un lavado con aire " agua para plantas pl antas peque3as de tratamiento.
3* Hidráulica
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión !"B"+"CON$%OL DEL FIL$%O: 4a" varios tipos de controladores de ritmo de fltración( dispositivo de control de ritmo de ingreso )igual distriución o ;división ;división de 2u+o=* 2u+o=* " dispositiv dispositivos os de control control del ritmo de salida salida )v'lvulas )v'lvulas operadoras a nivel# vertederos de derrame " si%ones*. X'sicamente# los arreglos de control de fltro se pueden dividir en tres grupos( Cada fltr fltro o tiene tiene un co cont ntro rola lado dorr indi individ vidua uall de ritmo ritmo que que ma mant ntie iene ne la 7. Cada producción de agua fltrada en la escala constante deseada. 2u+o tota totall de agua agua a trav través és de la plan planta ta del del fltr fltro o es cont contrrolad olado o A. &l 2u+o mediante el ritmo en el cual se e$trae el agua fltrada. . >gua >guall que en el A# pero ero las las unid nidades ades del del fltr ltro opera peran n en rit ritmos mos individuales descendentes. Los controladores individuales de ritmo permiten a cada unidad de fltro operar a su velocidad óptima de fltración )fgura 7.8*. Sin emargo# esta venta+a no es mu" grande " esos controladores de ritmo por lo general son mu" caros " no son %'ciles de mantener.
FIGURA 1.': CONTROL DE TASA DE Los arreglos de control de fltro que usan una distriución uni%orme del agua cruda );división de 2u+o=* sore las unidades de fltro o para una e$tracción uni%orme del agua fltrada# son usados ampliamente en &uropa " orte de mérica. Se puede usar varios métodos. ,roalemente el que se muestra en la fgura A.7@ es el m's simple "a que no tiene partes moviles. &n este tipo# el agua cruda ingresa el fltro sore un vertedero. ,ara todos los fltros la cresta del vertedero se encuentra al mismo nivel. l conducto de agua cruda que alimenta a las unidades de fltro se le da un tama3o considerale de tal %orma que el agua 2uir' sin ninguna pérdida apreciale de carga. &l nivel de agua en él ser' pr'cticamente el
3( Hidráulica
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión mismo en cada vertedero de entrada. s!# el ritmo de derrame en cada vertedero ser' distriuido en %orma equitativa. Se puede controlar el ritmo de fltración con+untamente para todas las unidades de fltro mediante el ritmo de alimentación del agua cruda. Se le puede adaptar %'cilmente para satis%acer la demanda de agua fltrada. &n este arreglo har' variaciones considerales del nivel de agua cruda en los fltros# lo cual puede ser o+etale. De ser as!# se puede pre%erir otro arreglo como se muestra en la fgura 7.7@c. qu!# se usa una v'lvula controlada controlada con 2otador para mantener mantener constante constante el nivel del agua cruda en cada fltro. Frecuentemente# se usa los fltros r'pidos para tratar agua que ha sido pre tratada mediante coagulación# 2oculación " sedimentación entonces# sirv sirven en para para reten etener er los los 2óc ócul ulos os proc proced eden ente tess de los los tanq tanque uess de sedimentación. Se dee prevenir cualquier rotura de estos 2óculos " los vertederos de entrada mencionados anteriormente no son adecuados en estos casos. &l arreglo que se muestra en la fgura A.7@a ser!a mucho me+or. Cada fltro est' equipado con una ca+a 2otante en la cual se mantiene constante el nivel de agua# en el mismo nivel en todas las unidad unidades es de fltro fltro## con una v'lvula v'lvula contr controla olada da con 2otado 2otadorr. &l canal canal e2uente e2uente dee tener un tama3o tama3o considerale considerale para asegurar asegurar que el nivel nivel del agua ser' ser' pr'cticament pr'cticamente e el mismo en cada compuert compuerta a de e2uente e2uente del fltro tro. &l ritm itmo general de producción ión de todos los los fltros con+untament con+untamente e puede ser controlado controlado ahora ahora mediante mediante el ritmo en el cual se e$trae el agua fltrada.
3' Hidráulica
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FIGURA 1.1: SISTEMA DE CONTROL DE !"@" !" @" FI FIL L$% $%AC ACI0 I0N N A %I %I$' $'O O DE DE#C #CEN ENDE DEN$ N$E: E: Cuando no se usa controladores de ritmo de fltración# se realizara la fltración en un ritmo descendente. &l dise3o de fltros a ritmo descendente es mucho m's simple que el fltro de ritmo controlado. Se puede usar le3os simples de detención o compuertas para el control del fltro )fgura 7.77*.
)$ Hidráulica
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FIGURA 1.11: FIL FI LTRACIÓN DE
-odos -odos los fltros est'n en cone$ión directa con los conductos de agua cruda " de agua fltrada. Consecuentemente# todos tienen el mismo nivel de agua cruda " el mismo nivel de agua fltrada# de tal %orma que todos los fltros operaran a+o la misma carga. Sin emargo# el ritmo de fltración para las varias unidades de fltro ser' di%erente( ser' m's elevado en el fltro recién lavado mediante retro lavado " m's a+o en el que tiene un ma"or movimiento en la +ornada corriente del fltro. ,ara ara todo todoss los los fltr fltros os en %or %orma co con+ n+un unta ta## la prod produc ucci ción ón es esta tar' r' determinada por el aastecimiento de agua cruda# el cual dee ser sufcientemente elevado para satis%acer la demanda de agua fltrada. Durante la fltración# los lechos de fltros se atoran gradualmente " el nivel de agua cruda en todos los fltros fltros se eleva deido de fltro que ha estado en operación por el periodo de tiempo m's largo proalemen proalemente te alcanzara alcanzara primero el nivel m'$imo permisile permisile de agua cruda " necesitara limpieza mediante retro lavado. Después de su limpieza# este fltro tendr' la resistencia m's a+a contra el 2u+o# de tal %orma que una porción considerale del agua cruda aastecida pasara a este fltro. La carga en los otros fltros ser' reducida temporalmente. &sas unidades mostraran una a+a en el nivel de agua cruda. Cuando en un segundo segundo fltro se alcanzara el nivel m'$imo de agua cruda# este ser' lavado mediante retro lavado " as! sucesivamente.
)1 Hidráulica
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión Si no se toma medidas especiales# la escala de fltración en un fltro de ritmo ritmo desc descen ende dent nte# e# +usto +usto desp despué uéss de la limpie limpieza za## puede puede se serr mu" mu" elevada# hasta A mHmAHhora# lo cual es mucho m's elevado que la tasa promedio de 09 mHmAHhora. Cuando es necesario limitar el ritmo de fltración con el fn de salvaguardar la calidad del agua fltrada# se dee colocar un dispositivo e$tra de resistencia de 2u+o )por e+emplo# un orifco* en la l!nea de in2uente. ,ara los fltros de presión# la fltración de ritmo descendente es una pr'ctica com1n. ,ara los fltros r'pidos de tipo gravedad# su aplicación aumenta gradualmente en Qran Xreta3a# en mérica Latina " tamién# en una escala limitada# limitada# en orte de mérica. Deido a su simplicidad# simplicidad# la fltración de ritmo descendente est' siendo considerada para plantas peque3as de tratamiento en pa!ses en e n desarrollo.
!"" CON#IDE%ACIONE# CON#IDE%ACIONE # .A%A .A%A EL DI#EMO: Se necesita seleccionar cuatro par'metros para el dise3o de un fltro r'pido. &l tama3o de grano del material de fltro# el espesor del lecho de fltro# la pro%undidad del agua sorenadante " el ritmo de fltración. &n la medida de lo posile# estos %actores de dise3o deen asarse en la e$periencia otenida en las plantas e$istentes que tratan la misma agua cruda o una comparale. Cuando no e$iste tal e$periencia# el dise3o dee asarse en los resultados otenidos en una planta piloto que opere fltros e$perimentales.
!"" A%%E6 A%%E6LO# LO# .A%A .A%A EL %E$%O %E$ %O LA4ADO: LA4ADO: Un fltro r'pido se limpia mediante lavado con corriente de agua# esto es# dirigiéndose un 2u+o de agua limpia hacia arria a través del lecho de fltro por un periodo de unos cuantos minutos. Se puede usar el agua fltrada acumulada mediante omeo en un tanque elevado# o directamente el e2uente de las otras unidades de fltro )en operación* de la planta de fltración );arreglos de auto lavado=*. La velocidad del 2u+o ascendente de agua dee ser lo sufcientemente elevada para producir una e$pansión de lecho de fltro de tal %orma que se pueda a2o+ar " retirar con el agua de lavado los atoros acumulados.
)2 Hidráulica
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&n el cuadro 7 se presenta una lista de las escalas t!picas de retro lavado que proporcionan una e$pansión de apro$imadamente A@ por ciento para un lecho de fltro de arena )peso espec!fco( A.K gHcm*.
Cuadro !: &scalas t!picas de retro lavado dmm t 7@ ZC A@ ZC @ ZC
@. : 7A 7: 7K
@.
@.K
@.9
@.
@.8
7.@
7.7
7.A
&scala de retro lavado )m HmAHhora* 79 AA A : :@ :9 : A@ AK :@ : K K: A @ :9 K K 9
KA 9 K
d O tama3o promedio de grano de la arena del fltro )mm* t O temperatura de agua de retro lavado )ZC* v O tasa de retro lavado )m HmAHhora* Si se aastece el agua de lavado con omas# normalmente se usa un numero de tres )en instalaciones mu" peque3as# dos* de las cuales una sirve como unidad de reserva. ,ara ritmos elevados de retro lavado " 'reas m's grandes de lecho de fltro# estas omas necesitan ser de una gran capacidad por lo que su instalación " operación son astante caras. &ntonces# es pre%erile un reservorio de agua de lavado tal como el que se muestra en la fgura 7.7# las omas peque3as ser'n adecuadas para llegar el reservorio durante los intervalos entre los lavados sucesivos. ,or lo general# el reservorio dee tener una capacidad entre " K m por mA de
)3 Hidráulica
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión 'rea del lecho de fltro " se le dee colocar de : a K metros sore el nivel del agua en el fltro. Usualmente se provee tres omas para omear agua hacia el tanque de agua de lavado una de estas es la unidad de reserva. La capacidad total de las dos omas en operación operación dee ser de apro$imadamen apro$imadamente te 7@0 A@B de la escala de aastecimiento del agua de lavado. Un tanque especial de agua de lavado o un reservorio no son necesarios cuando el agua de lavado requerida es tomada del reservorio de agua fltrada. Sin emargo# emargo# esto puede causar 2uctuaciones 2uctuaciones no deseadas deseadas de la presión en el sistema de distriución deido al aastecimiento interrumpido de agua.
Una solución m's simple consiste en aumentar la pro%undidad del agua que permanece sore el lecho del fltro " limitar la resistencia m'$ima
)) Hidráulica
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión del fltro .&ntonces el agua fltrada estar' disponile en una carga de 7. a A metros sore el lecho de fltro# lo cual dee ser sufciente. Las unidades en operación de la planta de fltración deen aastecer agua sufciente para el ritmo requerido de retro lavado. ,or esto# una planta de fltración r'pida que que use este arreglo arreglo de retro lavado deer!a tener por lo menos seis unidades de fltro. fltro. &l agua de lavado es admitida en la parte de aa+o del lecho de fltro a través del sistema de de desagYe in%erior );%ondo );%ondo del fltro=*. fltro=*. ,ara dividir uni%ormemente el agua el lavado sore toda el 'rea del lecho de fltro# el sistema de desagYe in%erior dee proveer una resistencia sufciente contra el paso paso del agua de lavado lavado )generalmente )generalmente @.K07.@ @.K07.@ metros metros de carga de agua*
Un sis sistema tema de desagY desagYe e in%erio in%eriorr usado usado %recue %recuente ntement mente e consis consiste te en late latera rales les co colo loca cado doss co con n una una se sepa para raci ción ón apro apro$imad $imada a de @.A @.A m " conec co necta tado doss a un tuo tuo m1lt m1ltip iple le )Fig )Figur ura a 7.7: 7.7:*. *.Lo Loss late latera rales les tien tienen en per%oraciones en la parte de aa+o# con un di'metro de apro$imadamente 7@ mm. ,or lo general# se usa tuer!as de cemento G asesto " pl'stico r!gido en este sistema de desagYe in%erior. in%erior.
)& Hidráulica
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión ,ara evitar que el material de fltro ingrese a los laterales a través de las per%oraciones# el lecho de fltro dee ser sostenido por una capa de material grueso )por e+emplo grava* que no sea desalo+ada por el agua del lavado impulsada desde las per%oraciones de desagYe in%erior i n%erior.. ,or e+emplo# la arena de fltro de @.907.@ mm de tama3o e%ectivo requerir!a : capas de grava desde la parte superior hasta el %ondo @.7m \ A0A. mm# @.7m \ .K0 mm# @.7m \ 7K0Amm " @.Am \ 0 :mm el paquete total de grava tendr' @.m de pro%undidad.
F*+- 1.1!: CONDICION DE FLUJO FLUJO Después de pasar por el lecho de fltro# el agua de lavado que transporta las impurezas lavadas es colectada " drenada al e$terior mediante las canaletas de agua de lavado. La distancia que el agua de lavado tendr' que que via+a via+arr en %orm %orma a horiz horizon onta tall haci hacia a la pilet pileta a dee dee esta estarr limit limitad ada a a apro$imadamente 7.0A.m. Se coloca las piletas con su parte superior a @.
[email protected] sore el lecho de arena no e$pandido " su 'rea transversal depender' depender' de de que que en el e$tre e$tremo mo de la pileta# pileta# la pro%un pro%undidad didad del agua sea la pro%undidad de descarga lire );Critica=*)Figura );Critica=*)Figura 7.7*. &l cuadro A proporciona los ritmos de 2u+o de agua de lavado )R* para cominaciones de 2u+o pro%undo de agua de lavado )4* " ancho de la canaleta de agua de lavado )*.
Cuadro +:
)6 Hidráulica
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión Capacidad de las canaletas para llevar agua de lavado )litrosHseg*
FIGURA 1.1": ARREGLOS ARREGLOS T PICOS DE CANALETAS DE AGUA DE LA&ADO Se pueden colocar las canaletas de agua de lavado de varias maneras. La fgura 7K muestra arreglos t!picos. ,articularmente cuando se usa arena fna# con un tama3o de grano in%erior a apro$imadamente @.mm# la %uerza de arrastre del agua de lavado ascendente puede ser inadecuada para mantener limpios los granos del fltro en la +ornada larga. Después de cierto tiempo pueden arirse con una capa pega+osa de materia org'nica. &sto puede causar prolemas tales como olas de lodo " ra+aduras en el fltro )Figura 7.79*.
)* Hidráulica
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&stas se pueden prevenir prove"endo un arrastre adicional a través de lavado por aire. La limpieza del fltro se inicia ahora con un lavado por corriente de aire en un ritmo de @0@mHhora# por lo general cominado con un lavado con agua en un ritmo de 7@07mHhora. &sto dee remover los recurimientos de los granos de fltro " el siguiente lavado con agua retira el material a2o+ado. ,ara el retro lavado con corriente de aire es necesario necesario un sistema sistema separado de tuer!as. tuer!as. &n la fgura 7.7 se muestra un e+emplo. Se dee remarcar que el retro lavado por corriente de aire " agua agua es gener general alme ment nte e un arre arregl glo o demas demasia iado do co comp mple le+o +o para para plan planta tass peque3as de tratamiento de agua.
)( Hidráulica
Universidad nacional José Faustino Faustino F*+- 1.1%: RETRO LA&ADO POR Sanchez Carrión &n la fgura 7.78 se muestra un arreglo interesante para alimentar aire " agua para el retro lavado. &l retro lavado se inicia permitiendo que el agua de la c'mara 7 2u"a hacia la c'mara A. &l aire de la c'mara A se presuriza " es admitido para el arrastre del fltro. Luego se usa el agua colectada en la c'mara A para el e l retro lavado del fltro. !"" DI#.O#ICION DI#.O#ICI ON DE .LAN$A DE FIL$%ACION FIL$%ACION %A.IDA: %A.I DA: Una planta de fltración r'pida consiste en un n1mero de unidades de fltro )m!nimo A* cada una con un 'rea . Cuando un fltro est' %uera de %uncionamiento por limpieza# las unidades restantes deen ser capaces de proveer la capacidad requerida R en el ritmo seleccionado de fltración r. &sto se e$presa en la %órmula( Q =( n −1 ) xAxn
,ara plantas peque3as ha" poca alternativa en lo que respecta a las com co min inac acio ione ness adec adecua uada dass n " # per pero para para pla plantas ntas ma ma"o "orres es## la alternativa dee ser tal que se minimice el costo de construcción. Como un paso tentativo de dise3o# el 'rea del lecho de la unidad de fltro )* e$presada en metros cuadrados puede ser tomada como apro$imadamente . veces el n1mero de unidades de fltro n. ,ara economizar en la construcción " operación# se dee colocar las unidades de fltro en un grupo compacto con las l!neas de a2uente " e2uente " cualquier l!nea de alimentación de sustancias qu!micas lo m's cerca posile. La co coloc locac ació ión n de las las di%er di%eren ente tess unid unidad ades es de una una plan planta ta de fltr fltrac ación ión r'pida es un tema que garantiza la m's minuciosa atención del ingeniero de dise3o. Se dee hacer cierta concesión para una %utura e$pansión de la planta. &n la fgura 7.A@ se muestra un e+emplo.
)' Hidráulica
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F*+- 1.1': ARREGLO PARA RETROLA&ADO
&$ Hidráulica
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FIGURA 1.2: DISPOSICION DE PLANTA PLANTA ?uchos dise3os uican el edifcio de servicio en el centro mientras que en los e$tremos# varias unidades de fltro est'n dispuestas en uno o dos lados del corredor de dos niveles# siendo el nivel superior el piso de operación " el nivel m's a+o la galer!a de tuer!as.
!"7"" CON# !"7 CON#$%-CC $%-CCION ION:: Como se e$plicó e$plicó en las secciones secciones anteriores# anteriores# un fltro fltro r'pido consiste consiste en un tanque que contiene el sistema de desagYe in%erior# el lecho de fltro " el agua sorenadante. ?a"ormente el tanque de fltro es hecho de cemento re%orzado# rectangular " con paredes verticales. &l dise3o de la estructura de concreto sigue las reglas comunes con la difcultad agregada que las estructuras que retienen el agua deen ser herméticas. Se dee proveer una cuierta amplia de concreto para proteger las arras de re%uerzo contra la corrosión. Se dee colocar todas las arras lo sufcientemente distantes para permitir que el concreto concreto las rodee completamente. completamente. Se dee mantener mantener al m!nimo las tensio tensiones nes de carga. carga. Cualqui Cualquier er tensió tensión n que se desarro desarrolle lle en el concreto concreto
&1 Hidráulica
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión deido al secado# contracción# camios de temperatura " di%erencias di%erencias en la susidenci susidencia a del suelo# dee dee estar limitada limitada en lo posile# sudividien sudividiendo do el edifcio en un n1mero n1mero de secciones independientes conectadas con uniones uniones herméticas de e$pansión. La mezcla de concreto del contenido de cemento " la colocación colocación de la mezcla dee dee uscar# uscar# en la medida de lo posile# posile# una completa impermeailidad " la menor contracción por secado durante el endu endure reci cimi mient ento. o. un unca ca se dee dee usar usar un acaa acaado do de "eso "eso.. Se dee dee otener otener un uen uen acaad acaado o usando usando contra contravent ventana anass suaves suaves## por e+e e+empl mplo# o# hechas de madera laminada. ,ara evitar el corte de circuito del 2u+o de agua a lo largo de las paredes de de la ca+a de fltro# fltro# la contraventana in%erior opuesta al lecho de fltro dee ser hecha de planchas no planas colocadas horizontalmente. Cuando sea posile# se dee colocar los fltros sore la napa napa m's ele eleva vada da de agua agua sut suter err'n r'nea ea## si %uer %uera a nece necesa sario rio en terr terreno eno elevado. &n el pasa pasado do se desa desarr rrol olló ló numer numeros osos os sist sistem emas as de desa desagY gYe e in%e in%eri rior or )popularmente conocidos como ;%ondos de fltro=* pero desa%ortunadamente muchos son mu" caros o no pueden asegurar una distriución distriución uni%orme del agua de lavado en todo el lado in%erior del lecho de fltro. &l sistema simple descrito anteriormente# que usa laterales per%orados# puede construirse de tal %orma que se otenga una uena distriución distriución del agua de lavado. -iene -iene la venta+a adicional de que se le puede hacer de materiales localmente disponiles usando conocimientos locales. Ptra uena solución es el sistema de %ondo %also " colador de desagYe in%erior. Consiste en losas de concreto pre%aricado de apro$imadamente @.K\@.K mA# colocadas sore " ancladas a peque3as columnas de concreto como se muestra en la fgura 7.A7.
&2 Hidráulica
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión FIGURA 1.21: SISTEMA DE DESAG0E Las losa Las losass est' est'n n prov provis ista tass de hueco huecos# s# apro apro$i $ima madam damen ente te K@ por por me metr tro o cuad cuadra rado do## en los los cual cuales es se co colo loca ca los los co cola lado dorres )Fig )Figur ura a 7.AA 7.AA*. *. La Lass hendiduras en estos coladores son estrechas# apro$imadamente de @.mm# o%reciendo una resistencia sufciente contra el paso del agua de lavado para una distriución pare+a del agua. &ste sistema de desagYe in%erior permite que se coloque la arena del fltro directamente sore el %ondo del fltro con los coladores " no es necesaria ninguna capa complementaria de grava
&l traa+o de un fltro r'pido lo realiza el lecho de fltro " se dee prestar una atención cons co nsid ider era ale le a su co comp mpos osic ició ión. n. La aren arena a co como mo ma mate teri rial al de fltr fltro o ha demostrado dar resultados e$celentes# es arata " por lo general disponile " por estas razones# razones# ampliamente ampliamente usada. usada. ,ara los lechos lechos de fltro simples0 simples0 medios no ha" razón para usar otros materiales de fltro# e$cepto en casos mu" especiales. ,ara evitar una clasifcación hidr'ulica durante el retro lavado# lavado# lo que llevar!a llevar!a a los granos fnos fnos a la parte superior superior " a los granos gruesos al %ondo del lecho de fltro# se dee usar arena de fltro lo m's uni%or uni%orme me posile posile en tama3o tama3o.. Dee Dee tener tener un coe coefci fcient ente e de uni%or uni%ormida midad d in%erior a 7.9# pre%erilemente pre%erilemente tan a+o como 7.. Los requerimientos para la grad gradua uaci ción ón de la aren arena a de fltr fltro o son son dado dadoss me me+o +orr co como mo porc porcent enta+e a+ess m'$imos " m!nimos de material que pasa por varias crias de mallas de tama tama3o 3o est' est'nd ndar ar.. ,ara una una espe especi cifc fcac ació ión n gr'f gr'fca ca## se pued puede e traz trazar ar un diagrama como en la fgura 7.A.
&3 Hidráulica
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FIGURA 1.23: ESPECIFICACION DE LA F>L-/C>] -/C>] /T,>D /T,>D ,L>CD ,&RU&^S CP?U>DD&S CP?U>D D&S !"!8" F>L Deido a su construcción " dise3o comple+o " a la necesidad de operación e$pl!cita# los fltros r'pidos no son mu" adecuados para su aplicación en plantas de tratamiento de agua a escala de peque3as comunidades. &sto es especialmente cierto para su uso como fltros fnales en el tratamiento de agua turia de r!o. &ntonces# la seguridad acteriológica del agua fltrada tien tiene e que que se serr as aseg egur urad ada a me medi dian ante te la pos pos clor clorin inac ació ión n co con n toda todass sus sus difcul difcultad tadas as aso asocia ciadas das.. Ser!a Ser!a me+or me+or usar usar los fltro fltross lentos lentos de arena arena que o%recen un fltrado acteriológicamente seguro# pero estos pueden su%rir de atoro r'pido causado por la turiedad presente en el agua cruda. Se puede remover la materia suspendida suspendida del agua cruda a través de varios proc proces esos os tale taless co como mo(( alma almace cena nami mien ento to## co coag agul ulac ació ión n " 2ocu 2ocula laci ción ón " sedimentación. Sin emargo# sólo los fltros r'pidos son capaces de producir en %orma constante agua clara con una turiedad in%erior a U-F. &sto asegurar' la operación 2uida de cualquier fltro lento siguiente. Dee haer pocas o+eciones contra una aplicación tal de los fltros r'pidos. &l uso de la fltración r'pida para la remoción de hierro " manganeso del agua suterr'nea tamién presenta pocos prolemas# "a que el riesgo para la salu salud d de la posi posil le e co cont ntam amin inac ació ión n del del agua agua trat tratad ada a se ser' r' pequ peque3 e3o o .Sup .Supon onien iendo do un uso uso de agua agua de :@ litros litrosHp Hpers erson onaH aHd!a d!a## la ca capac pacid idad ad
&) Hidráulica
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión requerida requerida de fltración de agua para 7@@@@ personas personas ser!a de :@@ mHd!a o :@ mHhora para un per!odo diario de operación de 7@ horas. Con una tasa de fltración de mHhora# esto requiere un 'rea de lecho de fltro de mA# la cual se puede proveer en tres fltros circulares de Am de di'metro cada uno )un fltro fltro como como reser reserva* va*., .,ro roa aleme lemente nte ser!a ser!a me+or que el sis sistem tema a de desagYe in%erior estuviera hecho de laterales per%orados )véase sección :* cuie cuiert rtos os co con n ca capa pass grad gradua uada dass de grav grava# a# pied piedras ras rota rotass ladri ladrill llos os duro duross cincelados cincelados al tama3o deseado. deseado. Cuando Cuando se dispone dispone de arena gruesa gruesa se le dee graduar usando tamices tamices adecuados. adecuados. Los l!mites de graduación graduación ser!an @.m @.mm m G 7.Amm 7.Amm para para los los pre pre fltr fltros os 7.@m 7.@mm07 m07. .mm mm para para los los fltr fltros os de remoción del hierro " manganeso. ,ara los pre fltros del espesor del lecho de arena se dee tomar en 7.@m " para los fltros de remoción del hierro " manganeso en 7.m. &n el caso que no se puede otener la arena# se pude usar materiales similares# tales como piedras queradas# ladrillos# caronato de calcio cristalino# dolomita# etc. &stos deen ser graduados a un tama3o apro apro$i $ima mado do :@ por por cient ciento o m's gran grande de que que los los tama tama3o 3oss me menc ncio ionad nados os anteriormente. &n algunas instancias# las c'scaras quemadas de arroz " las cortezas queradas de coco han proporcionado resultados aceptales. ntes de hai haili lita tarr el fltr fltro o se le dee dee lava lavarr por por co corrrien riente te de agua agua dura durant nte e apro$ apro$ima imadam dament ente e media media hora hora para limpiar limpiar el materia materiall de fltrac fltración ión.. Se puede f+ar la pro%undidad del agua sorenadante en entre 7.0Am. &ntonces la ca+a de fltro tendr' una pro%undidad total de .0:m. La ma"or difcultad encontrada en la fltración r'pida a escala de peque3as comunidades es el proceso de retro lavado. o es económico usar una oma de agua de lava lavado do.. &n el e+e e+emp mplo lo pres presen enta tado do ante anterio riorm rmen ente# te# se nece necesi sita tar!a r!a una una capa ca paci cida dad d de 7@@0 7@@0A@ A@@m @mH Hho hora ra## en dupl duplic icad ado o para para co cons nsid ider erar ar %all %allas as mec'nicas. Comparada con la capacidad de planta de :@ mHhora# pero se dee tener en cuenta los costos del tanque. ,ara polados con edifcios a+os# la presión en el sistema de distriución# por lo general# no necesita ser ma"or a Km. &n estos# una uena solución ser' usar un reservorio elevado de servicio para el retro lavado de los fltros. o ser' necesaria ninguna oma separada. &n la fgura 7.A: se muestra la distriució distriución n de la planta de fltración fltración r'pida descrita anteriormente. &l agua cruda ingresa al fltro a través de la v'lvula " cae en canaleta de agua de lavado para dispersar la energ!a de 2u+o. Las tuer!as ramales en las cuales se coloca la v'lvula # tienen un di'metro peque3o que proporciona sufciente resistencia de 2u+o )por e+emplo @.m de la carga* para asegurar una distriución pare+a del agua cruda sore las unidades individuales de fltro. &l agua fltrada es descargada a través de la v'lvula D " pasa sore un vertedero vertedero colocado en la c'mara de derrame. La
&& Hidráulica
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión parte superior del vertedero es colocada tan alto que el nivel m's a+o de agua cruda en el tanque de fltro estar' por lo menos @.Am sore el lecho de fltro. Deido al atoro# el nivel del agua sorenadante se elevar' hasta alcanzar el nivel de presión del agua en la tuer!a de aastecimiento "a no ingresar' m's agua al fltro. &ntonces# se dee limpiar el fltro alimentando el agua de lavado a través de la v'lvula C " descarg'ndola a través de la v'lv v'lvul ula a X. &l agua gua sucia ucia de lava lavado do dee ee se serr clari larifc fcad ada a me med diant iante e sedimentación después de lo cual se le puede descargar de nuevo hacia el r!o a cierta distancia aguas aa+o del lugar de captación del agua cruda.
F*+- 1.24: DISTRIBUCION GENERAL DE UNA !"!!"" FIL !"!! FIL$%AC $%ACION ION 6%-E#A 6%-E #A lgunas veces puede ser adecuado un tratamiento m's limitado que la fltración r'pida usando un lecho de arena para el tratamiento del agua crud cruda. a. &sto &sto se puede puede ote otener ner usand usando o grav grava a o fra frass de planta plantass co como mo material de fltro. &n el fltro de 2u+o ascendente de la fgura K se usar' tres capas que tengan tama3os de grano de 7@07mm 907@mm " :09mm desde el %ondo hacia arria " con sistema simple de desagYe in%erior. &ste fltro grueso )devastador* tendr' poros grandes que no est'n e$puestos al atoro r'pido. Se puede usar una tasa elevada de fltración hasta de A@mHhora. Los poros grandes tamién permiten permiten la limpieza a ritmo relativamente relativamente a+o de retro lavado# "a que no se necesita ninguna e$pansión del lecho de fltro. &l retro lavado de los fltros gruesos toma un tiempo relativamente largo# apro$imadamente A@0@ minutos.
&6 Hidráulica
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FIGURA 1.2!: FILTRO FILTRO $ORIONTAL DE Ptra posiilidad es el uso de fltros horizontales# como se muestra en la fgura 7.A. &stos tienen una pro%undidad de 70Am sudivididos en tres zonas# cada una apro$imadamente m de largo " compuestas de grava con un tama3o de A@0@mm# 70A@mm " 7@07mm. La tasa de 2u+o horizontal del agua# calculada sore toda la pro%undidad# ser' de @.07.@mHhora. &sto representa a una carga mu" a+a de superfcie del fltro# de sólo @.@0 @.@:mHhora. Se requerir' un 'rea m's grande# pero la venta+a es que el atoro del fltro se realizara mu" lentamente de tal %orma que se necesitar' la limpieza sólo después de un per!odo de a3os. &sta limpieza se realiza e$cavando " lavando el material de fltro después de lo cual se le vuelva a colocar en su sitio. Se ha usad usado o fra frass de co cocco co como mo ma mate teri ria al de fltr fltro o en una una unid unidad ad e$perimenta e$perimentall similar similar a un fltro de arena. arena. &l lecho de fltro tiene un espesor espesor de sólo @.0@.m " la pro%undidad del agua sorenadante apro$imadamente 7m. Se opera el fltro a tasas de @.07.@mHhora# la cual da una longitud de +ornada del fltro de varias semanas. ,ara limpiar el fltro primero se le drena# después de lo cual se saca " se desecha las fras de coco. Se vuelve a em empa paqu quet etar ar el fltr fltro o co con n ma mate teri rial al nuev nuevo o que que prev previa iame ment nte e ha sido sido remo+ado remo+ado en agua por A: horas para remover remover la ma"or cantidad posile de mate ma teria ria org' org'nic nica. a. Los fltr fltros os de fra fra de co coco co parec parecen en se serr ca capac paces es de soport soportar ar 2uctua 2uctuacio ciones nes consid considera erales les en su carga carga mientras mientras produ producen cen un e2ue e2uent nte e de ca calid lidad ad ca casi si co cons nsta tant nte. e. Lo Loss e$per e$perim imen ento toss mues muestr tran an una una cond co nduc ucta ta rema emarc rca alem lement ente e co cons nsta tant nte e de los los fltr fltros os de fra fra co coco co.. La remoción total de turiedad varió entre el K@ " el @ por ciento.
FILTROS
&* Hidráulica
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión FILTROS BIOLOGICOS AGUAS SER&IDAS SER&IDAS Son las aguas residuales domésticas " que son el resultado de las actividades coti co tidi dian anas as de las las pers persona onas. s. ,o ,orr e+em e+emplo plo## la que que elimi elimina namo moss a través través de los los lavaplatos# arte%actos sanitarios# etc. &sta agua contiene cantidad de agentes contaminantes " gérmenes lo que oliga a evacuarlas de %orma segura# tanto para las personas# como para el medio amiente. &vacuar las aguas servidas# a simple vista# parece sencillo# pero no es as!.
PROCESO DE RECOLECCIÓN ,C-/ 0 0l r/c0/ d0 R0c/l0cci-4 La recolección se inicia a través del Sistema de lcantarillado ,1lico# que se compone de uniones domiciliarias " ca3er!as de desagYe las que desemocan en los colectores# los que est'n instalados a ma"or pro%undidad en el suelo. Los residuos que son recolectados " que se descargan en los colectores de grandes di'metros# son los que conducen sus aguas hacia las estaciones elevadoras " a las ,lantas de -ratamiento.
,5u / la E7aci/0 El08ad/ra4 Las esta Las estaci cion ones es ele eleva vado dora rass sirv sirven en para para %acili %acilita tarr la co cond nduc ucci ción ón de las las gua guass Servidas de manera gravitacional hasta los lugares donde ser'n tratadas para luego ser dispuestas en el medio amiente. Los Sistem Los Sistemas as de lcant lcantari arilla llado do est'n est'n dise3ad dise3ados os para para recol recolect ectar ar sól sólo o guas guas Servidas Domésticas
&( Hidráulica
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión PROCESO DE TRATAMIENTO &l -ratamiento de las aguas Servidas recolectadas dee limpiarse antes de ser devueltas al medio amiente# para no da3ar la 2ora " %auna. &$isten di%erentes tipo tiposs de trat tratam amie ient nto o de ac acue uerd rdo o al luga lugarr dond donde e se devol devolve ver'n r'n las las agua aguas( s( ,lantas de -ratamiento ,reliminar con &misario# que se disponen al mar. ,lantas de -ratamiento Xiológico que se disponen las aguas en cauces naturales como r!os " esteros( Lagunas de &stailización )para localidades peque3as* Sistema de Lodos ctivados. Del ,roceso de -ratamiento se e$traen sólidos en la %orma de asura# los cuales son sacados mediante camiones " transportados a lugares espe es peci cial alme ment nte e hai haili lita tado dos# s# que que han han sido sido apr aproad oados os por por las las auto autori rida dade dess municipales# de salud " medio amiente.
PROCESO DE DISPOSICIÓN FINAL La Disposición Disposición fnal es el proceso en el cual las aguas "a tratadas tratadas en las plantas de tratamiento# son devueltas limpias a los cauces naturales como esteros# r!o " mar. &n las zonas del interior# los l!quidos previamente tratados " desin%ectados# son descargados a los r!os " esteros# " pueden ser utilizados de manera segura para las laores de riego. &n las zonas costeras# estos l!quidos tratados# se internan mar adentro a grandes pro%undidades# en la cual se dilu"en naturalmente " con la salinidad del mar se completa el proceso de recicla+e de las aguas residuales.
&' Hidráulica
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión NO$A: &n las de
el
,er1 plantas
tratamiento son escasas "# por lo general# las aguas servidas son vertidas al mar# los r!os o los lagos# dando origen a una seria cont co ntami aminac nació ión n de las agua aguass por por satu saturac ració ión n de ma mate teria ria org' org'ni nica ca " por por los los patógenos contenidos )acterias# virus# huevos de par'sitos# etc.*. Las aguas servidas deen tratarse antes de ser vertidas en el amiente# " para esto e$isten sistemas adecuados
&L FIL$%O )IOL06ICO &l fltro iológico es un sistema mi$to anaeroio " aeroio no %orzado para la depuración de las aguas residuales de viviendas. Los ioflt Los iofltro ros# s# tamién tamién denomi denominad nados os fltro fltross iológ iológicos icos## son dispos dispositi itivos vos que eliminan una amplia gama de compuestos contaminantes desde una corriente de 2uido 2uido ) )aire aire o o agua agua** mediante un proceso iológico. &l fltro iológico para aguas residuales se compone de una sedimentación primaria con digestión anaeroia de %angos# seguido de un tratamiento mediante un fltro iológico. &l rendimiento de depuración est' entorno al @B 0 8@B. >deal para tratar las aguas en instalaciones en las que no precise gran calidad de vertido. &l resultado del proceso es un agua no apta para riego ni vertido a cauce p1lico. Las aguas res ero pasan por el residual iduales es# al llegar a la depuradora# primero decant decantado adorr digest digestor or que rea realiza liza la sedimen sedimentac tación ión primari primaria a " la digest digestión ión de
6$ Hidráulica
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión %ang %angos os## dond donde e las las act acter eria iass anae anaerroia oiass degr degrad adan an la ma mate teri ria a org' org'ni nica ca## descomponiendo los sólidos. Las aguas claras pasan por el fltro iológico a través de una tuer!a que distriu"e las aguas claras sore el material fltrante# donde las acterias aeroias siguen depurando el agua de los restos org'nicos " la de+an en óptimas condiciones. Soluciones roustas# pr'cticas# de %'cil colocación " mantenimiento simple. ?a"o ?a"orr ca capac pacida idad d de depura deido do al rell relleno eno depuració ción n " reten retenció ción n de sól sólido idoss dei iológico instalado.
SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES .%E$%A$A'IEN$O Se retiran sólidos " gruesos de gran tama3o# as! como las arenas " grasas
$%A$A'IEN$O .%I'A%IO Se eliminan sólidos en suspensión %'cilmente sedimentales " algo de materia org'nica.
$%A$A'IEN$O #EC-ENDA%IO La ?.P. que queda disuelta " en suspensión as! como el resto de las part!culas sólidas que no se han eliminado en los tratamientos anteriores# son eliminadas mediante los denominados ;.rocesos )iológicos de De(uración AerobiaT
61 Hidráulica
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Fig. 7. Sistema de tratamientos de aguas residuales
PROCESOS BIOLÓGICOS DE DEPURACIÓN AEROBIA /ealizados por determinado grupo de microorganismos )principalmente acterias " protozoos* que en presencia de P$!geno# act1an sore la ?.P. e inorg'nica disuelta# suspendida " coloidal e$istente en el agua residual# trans%orm'ndola en gases " materia celu elular lar# que puede ede separarse %'c %'cilm ilmente medi ediante sedimentación. La unión de materia org'nica# acterias " sustancias minerales %orma los 2óculos " el con+unto de 2óculos es lo que todos conocemos como %ango iológico.
62 Hidráulica
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7.
Fig.
procesos iológicos de depuración aeroia
O)/E$I4O# -rans%ormación -rans%ormación de la ?.P. ?.P. Coagulación " eliminación de los sólidos coloidales no sedimentales. &n el caso de algunas aguas residuales uranas( La eliminación de A " de ,. Disminución de los microorganismos patógenos " %ecales que haitan el agua residual. •
•
•
•
.%OCE#O# DE OUIDACI0N )IOL06ICA &l mecanismo mediante el cual los microorganismos degradan la materia org'nica contaminante del agua residual( VOQidación biológicaT De esta %orma# estos microorganismos se alimentan de dicha di cha ?.P. en presencia de o$!geno " nutrientes# de acuerdo con la siguiente reacción( ?.P. W ?icroorganismos ?icroorganismos W utrientes W PA W &nerg!a
Fig. . procesos de
,rod Finales W uevos microorg.
o$idación iológica
%EACCIONE# DE OUIDACI0N 1 %E#.I%ACI0N END06ENA Los microorganismos al igual que nosotros# necesitan de &nerg!a para poder realizar sus %unciones vitales )moverse# comer etc.*# dicha energ!a la otienen trans%ormando la materia org'nica asimilada " aquella acumulada en %orma de sustancias de reserva en gases# agua " nuevos productos de acuerdo con la siguiente reacción(
63 Hidráulica
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión C@2NO+ ?material celular& W @O+ @CO+ W +2+O W N2 W Energía Después Después de un tiempo de contacto contacto sufciente sufciente entre entre la ?.P. del agua residual residual " los microorganismos )acterias*# la ?.P. del medio disminu"e consideralemente trans%orm'ndose en nuevas células# gases " otros productos.
FAC$O%E# ,-E IN$E%4IENEN EN LA OUIDACI0N )IOL06ICA Los %actores principales que ha" que tener en cuenta para que se produzcan las reacciones iológicas " por tanto# la depuración del agua residual son( -emperatura( -emperatura( medida que aumenta la -emperatura# -emperatura# aumenta la velocidad con que los microorganismos degradan la materia org'nica# pero a partir de los 9ZC# dichos organismos mueren.
Las características del sustrato: Las caracter!sticas %!sico0qu!micas del agua residual# determinan el me+or o peor desarrollo de los microorganismos en este siste istema ma## e$is $istiend iendo o co comp mpue uesstos tos co cont nta amina minant ntes es que so son n degr degrad ada ale less iológicamente " otros que no lo son Los nutrientes: &l interior celular# aparte de C# 4 " P# elementos caracter!sticos de la materia org'nica# contiene otros elementos como son el # ,# S# Ca# ?g e.t. e.t.c. c.## deno denomi mina nado doss nutr nutrie ient ntes es " que que a pesa pesarr de que que much muchos os de ello elloss se encuentran en el organismo sólo en peque3as cantidades# son %undamentales para el desarrollo de la s!ntesis iológica. Se ha determinado a nivel medio que los microorganismos para sorevivir necesitan por cada 7@@@ gr. de C# : de " K de ,# " que en las aguas residuales uranas e$isten por cada 7@@@ gr. gr. de C# A@@ gr. de " 7K gr. D Como mo hemo hemoss vist visto# o# para para el desa desarr rrol ollo lo de las las A(orta A(o rtaci ción ón de OQí OQígen geno: o: Co reacci rea cciones ones iológ iológicas icas es necesa necesario rio un medio medio aer aeroi oio# o# es decir# decir# con o$!gen o$!geno o sufciente que permita el desarrollo " la respiración de los microorganismos aeroios. #alinidad: &l contenido en sales disueltas no suele ser prolem'tico para el desarrollo acteriano en el proceso de %angos activos hasta concentraciones de a : grHl. &n los procesos de cultivos f+os )lechos acterianos*# la in2uencia es a1n menor# no a%ectando valores que no superen los 7 grHl. Sin emargo# e$isten multitud de grupos acterianos capaces de vivir en aguas saladas# de %orma que si a tu sistema de depuración le das tiempo de adaptación# pueden desarrollarse astante ien dichos grupos microianos a concentraciones salinas superiores.
EL .%OCE#O DE FAN6O# FAN6O# AC$I4 AC$I 4ADO#
6) Hidráulica
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&l
proc proces eso o de %ang %angos os ac acti tiva vado doss es un sist sistem ema a de trat tratam amie ient nto o de las las agua aguass residuales en el que se mantiene un cultivo iológico %ormado por diversos tipos de micr microor oorga gani nism smos os " el agua agua resi residu dual al a trata tratarr. Lo Loss micr microo oorg rgan anis ismos mos se alim aliment entar' ar'n n de las las sust sustanc ancia iass que que lle lleva va el agua agua resi residu dual al para para gene generar rar m's micr microo oorg rgan anis ismo moss " en el proc proces eso o se %orm %orman an unas unas part part!c !cul ulas as %'ci %'cilm lmen ente te deca decant nta ales les que que se deno denomi mina nan n 2ócu 2óculos los " que que en co con+ n+un unto to co cons nsti titu tu"en "en los denominados %angos activos o iológicos.
#I#$E'A# ANAE%O)IO# Los organismos anaeroios o anaeróicos son los que no utilizan o$!geno )PA* en su metao metaolis lismo# mo# m's e$acta e$actamen mente te que el ace acepto ptorr fnal fnal de ele electr ctrone oness es otra sustancia di%erente del o$!geno. Si el aceptor de electrones es una molécula org'nica )piruvato# acetaldeh!do# etc.* se trata de metaolismo %ermentativo si el aceptor fnal es una molécula inorg'nica distinta del o$!geno )sul%ato# caronato# etc.* se trata de respiración anaeróica.
%E#.I%ACI0N ANAE%0)ICA La resp respir irac ación ión anaer anaeró óica ica es un proc proces eso o iol iológ ógic ico o de o$id o$idor orre redu ducc cció ión n de monosac'ridos " otros compuestos en el que el aceptor terminal de electrones es una molécula inorg'nica distinta del o$!geno. &n el proceso anaeróico no se usa o$!geno# sino que para la misma %unción se emplea emplea otra otra sustan sustancia cia o$ida o$idante nte distin distinta# ta# como como el sul%ato sul%ato o el nitrat nitrato. o. &n las ac acteri terias as co con n res espi pira racción ión anae anaerroia ia inter ntervi vien ene e tam tamiién una ca cade dena na transportadora de electrones en la que se reo$idan l os coen co enzi zima mass redu reduci cido doss duran durante te la o$idac $idació ión n de los los sus sustr trat atos os nutr nutrie ient ntes es es
6& Hidráulica
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión an'l an'log oga a a la de la resp respira iraci ción ón ae aero roia ia## "a que que se co comp mpon one e de los los mism mismos os element elementos os )citoc )citocrom romos# os# quinon quinonas# as# prote! prote!nas nas %erros %errosul% ul%1ric 1ricas# as# etc.*. etc.*. La 1nica 1nica di%erencia# por tanto radica# en que el aceptor 1ltimo de electrones no es el o$!geno. ceptor
,roducto fnal
?icroorganismo
itrato
itritos# ó$idos de nitrógeno " A
Pseudomonas# Bacillus
Sul%ato
Sul%uros
Desulfovibrio# Clostridium
zu%re
Sul%uros
Thermoplasma
CPA
?etano
FeW
FeAW
?n:W
?nAW
Selenato
Selenito
rsenato
rsenito
Fumarato
Succinato
D?SP
D?S
-?P
-?
Cloroenzoa to
Xenzoato
Methanococcus# Methanosarcina# Methano pyrus
Shewanella# Geobacter # Geospirillum# Geo Vibrio
Shewanella putrefaciens
Desulfotomaculum
Wolinella coli
succinoenes# Desulfovibrio# !"
Campylobacter # !scherichia
Desulfomonile
Fig. :. -ala de aceptacion " productos fnales de las acterias
FE%'EN$ACION
66 Hidráulica
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La
ma"or!a ma"or!a de los organ organism ismos os anaero anaeroios ios utiliz utilizan an la %ermen %ermentac tación ión para otener otener energ!a qu!mica. &$isten di%erentes tipos de %ermentación en %unción de la ruta metaólica utilizada. s!# se denomina %ermentación alcohólica a aquella en la que que se gene genera ra etan etanol ol## %erm %ermen enta taci ción ón l'cti l'ctica ca a la que que genera genera 'c 'cid ido o l'ct l'ctic ico# o# %ermentación 'cido0mi$ta a la produce eroio( eroio( Prganismo que solo puede vivir en un medio con o$!geno# utilizando el mecanismo de respiración aeroio.
Fig. :. Fermentación
DI6E#$I0N ANAE%O)IA La Dige proces eso o %er %erme ment ntat ativ ivo o que oc ocur urrre en el Digest stió ión n Anae Anaero robi bia a es el proc tratamiento anaeroio de las aguas residuales. &l proceso se caracteriza por la conversión de la materia org'nica a metano " de CPA# en ausencia de o$!geno " con la interacción de di%erentes di %erentes polaciones acterianas.
6* Hidráulica
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión Fig. . Degradación iológica de la materia org'nica •
•
La diges digesti tión ón anae anaero roi ia a es un proc proces eso o que que se prod produc uce e en am ami ien ente tess naturales naturales como los pantanos# pantanos# en zonas anegadas anegadas para el cultivo de arroz# arroz# en los sedimentos de lagos " mares# en las zonas anó$icas del suelo# en %uen %uente tess de aguas aguas term termale aless sul%u sul%uro rosa sass " en el trac tracto to dige digest stiv ivo o de los los rumiantes. camp mpo o del del trat tratam amie ient nto o de las las agua aguass res esid idua uale les# s# la )ala )alan nce: &n el ca contaminación org'nica es evaluada a través de la DRP )demanda qu!mica de o$!gen $!geno* o*## la cual cual mide mide 'si 'sica came ment nte e la co conc ncent entrac ració ión n de ma mate teria ria org'nica. La %orma de apreciar lo que ocurre con la materia org'nica en el tratamiento anaeroio de aguas residuales# es comparando su alance de DRP con el del tratamiento aeroio
Fig. K. Xalance anaeroio vs aeroio
$%A$A'IEN$O ANAE%O)IO •
•
La dige digest stió ión n anae anaerroia oia es un proc proces eso o de tran trans% s%or orma maci ción ón " no de destrucción de la materia org'nica# como no ha" presencia de un o$idante en el proceso# la capacidad de trans%erencia de electrones de la materia org'nica permanece intacta en el metano producido. &n vista de que no ha" o$idación# se tiene que la DRP teórica del metano equivale a la ma"or parte de la DRP de la materia org'nica digerida )8@ a 89B*# una m!nima parte de la DRP es convertida en lodo ) a 7@B*. &n las
6( Hidráulica
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión reacciones ioqu!micas que ocurren en la digestión anaeroia# solo una peque3a parte de la energ!a lire es lierada# mientras que la ma"or parte de esa energ!a permanece como energ!a qu!mica qu!mi ca en el metano producido.
Fig. 9. &tapas de la digestión naeroica
6' Hidráulica
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Fig. . /eacciones ioqu!micas en la digestión naeróica de la materia org'nica
#-LFA$O %ED-CCI0N •
La sul%ato reducción es el proceso durante el cual el sul%ato se reduce a sul%uro de hidrógeno# mediante la participación de las acterias sul%ato reductoras )XS/*
Fig. . /educción Xiológica del Sul%ato
DE#NI$%IFICACI0N
*$ Hidráulica
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•
&s un proc proces eso o anó anó$ico $ico en el cual cual los nitr nitrat atos os son son redu reduci cido doss a nitrógeno gaseoso. •
Las desnitrifcación es utilizada en postratamientos de aguas residuales para remover nutrientes.
FILTROS FILTROS PERCOLADORES &s un Filtro iológico constituido por una masa o lecho f+o compuesto por una cama de grava o un medio pl'stico de material pedregoso# carón entre otros# que traa+a a+o condiciones principalmente aeróicas " es en donde se roc!an las aguas negras pre Gtratadas sore el fltro para la depuración de la misma al pasa pasarr por por me medi dio o de una una ca capa pa de sust sustan anci cia a por poros osa. a. &n es este te sist sistem ema a los los microorganismos se apegan al medio del lecho %ormando una capa iológica# donde la materia org'nica se degrada por la iomasa que cure el material del fltro. -odo -odo con el fn de eliminar los contaminantes del agua.
*1 Hidráulica
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Los fltros percoladores son unidades de tratamiento iológico que dentro del sistema sistema gloal de tratamiento tratamiento de aguas residuales tienen tienen la laor de remover remover la materia org'nica mediante la metaolización de est' a cargo de una polación acteriana acteriana adherida a un medio fltrante# fltrante# traduciéndose traduciéndose esto en un e2uente con una menor concentración de DXP )demanda ioqu!mica de o$igeno*. Donde este este e2uen e2uente te co cont ntin inua uara ra la ca cade dena na de trat tratam amie ient nto o hast hasta a cump cumplir lir co con n las especifcaciones técnicas.
CA%AC$E%#$ICA# DEL FIL$%O .E%COLADO% &l sistema sistema de fltro fltro percolador percolador pl'stico pl'stico se utiliza utiliza para tratar aguas negras !" pre0tratadas con la fnalidad de eliminar los microorganismos contaminantes del agua. +" &l fltro est' compuesto por( Un tanWue s(tico que sirve para asentar los sólidos presentes en el agua. Un tanque dosifcante# el cual permite que los materiales iológicos se sedimenten. &l =ltro (ercolador. [ un sistema de aplicaciones al suelo )que se encuentra dea+o de la superfcie del suelo* )campo de asorción*. •
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" &st' dise3ado para procesar entre A " 7@@ galones de aguas negras por pie cuadrado de la superfcie del fltro por d!a )-asa de carga Prg'nica*# la cual se mide en liras de la Demanda Xiológica de P$igeno. B" Seg1n su pro%undidad para la cama de medio del fltro percolador tienden a variar porque mientras m's pro%undo es el medio de este fltro m's ser' la DXP # es decir# que para un nivel comunitario seria de a pies de pro%undidad# mientras que para una casa es de A a pies de pro%undidad. respec pecto to a la uicac uicación ión de @" Con res la oma# del fltro percolador# esta dee ser elevada para asegurar asegurar que el agua clara circule por este. mantenimi imient ento o " uen uen " ,ara el manten %uncionamiento de este sistema de tratamiento es recomendale seguir las las instr instruc ucci cion ones es indi indica cada dass por por el %aricante o dise3ador. dise3ador.
$I.O# DE FIL FIL$%O# $%O# .E%COLADO%E# .E%CO LADO%E# _ &ntre los -ipos de fltros percoladores tenemos los siguientes(
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!" FIL$%O# DE )A/A CA%6A: Corresponden a Filtros Filtros lentos en los cuales el agua hace un sólo paso a través del fltro fltro## con cargas cargas volumét volumétric ricas as a+as# a+as# permit permitiend iendo o adem's adem's una nitrif nitrifcac cación ión rela relati tiva vame ment nte e co comp mplet leta. a. &ste &ste tipo tipo de fltr fltro o es se segu guro ro " simp simple le de opera operarr. ,roducen ,roducen una composición composición del e2uente e2uente astante astante estale# estale# pero crean prolemas prolemas de olores " moscas.
+" FIL FIL$%O# $%O# DE AL AL$ $A CA%6A: &mplean la recirculación para crear una carga hidr hidr'u 'ulic lica a m' m'ss homo homogén génea ea## dilu dilu"e "end ndo o por por otra otra part parte e la DXP DXP in2u in2uen ente te.. &l porcenta+e de recirculación puede llegar a :@@B. &ste sistema de fltración tiene una efciencia tan uena como la de los fltros de a+a tasa# " evita en gran medida el prolema de moscas " de olores. " FIL FI L$%O# .E%COLADO%E# . E%COLADO%E# CON4ENCIO CON4ENCIONALE# NALE# O DE $A#A )A/A: )A/ A: &ste tipo de unidades se dise3a para reciir cargas org'nicas que var!an entre " @.:
*) Hidráulica
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión pro%undidades que oscilan entre 7. " A.: metros. &n la ma"or!a de las unidades que cumplen tales caracter!sticas sólo la porción superior del lecho )los primeros @. 0 7. m* tiene un recurimiento iológico considerale. ,or lo que la parte in%erior del fltro puede estar polado por organismos autótro%os nitrifcadores que que co conv nvie iert rten en el am amon onia iaco co a nitr nitrat atos os## logr logr'n 'ndo dose se as as!! un uen uen grad grado o de nitrifcación en el sistema.
B" FIL$%O# DE $A#A IN$E%'EDIA: Las cargas hidr'ulicas " org'nicas que se aplican a los fltros convencionales pueden aumentarse un poco e$perimentando una reducción signifcativa de la efciencia en el proceso de remoción de materia org'nica# encontr'ndose esta entre el @ " 9@B. &n este tipo de unidades la nitrifcación se presentar de manera parcial# " en ocasiones se suele inundar el lecho por el e$cesivo crecimiento iológico el cual ostru"e el 2u+o de agua residual. &sta situación puede remediarse utilizando un medio fltrante de ma"or di'metro. Las pro%undidades del reactor oscilan entre los 7. " A.: metros. Las cargas org'nicas que se aplican al fltro pueden variar entre @.A: " @.:
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" FIL$%O# DE $A#A #-.E% AL$A: Con la aparición en el mercado de material fltrante fltrante pl'stico con una alta superfcie de contacto# contacto# se comenzó comenzó a investigar investigar la posiilidad de incrementar consideralemente las cargas hidr'ulica " org'nica que se le pod!an imponer a los fltros iológicos. dem's las caracter!sticas %!sica %!sicass del medio medio fltran fltrante te permit permit!an !an variar variar las condic condicion iones es estruc estructur turale aless de dise3o# haciendo posile aumentar la pro%undidad de los lechos. Como resultado# se tienen en operación unidades a las cuales se les puede aplicar unas cargas org'nicas que var!an entre @. " K.@
%ECO'ENDACIONE# #E6RN %"N"E" ?O#"878& Los fltros percoladores deer'n dise3arse de modo que se reduzca al m!nimo la utilización de equipo mec'nico. ,ara ello se pre%erir' las siguientes opciones( lechos de piedra# distriución del e2uente primario )tratado en tanques >mho`* por medio medio de oquil oquillas las o mecanis mecanismos mos de razo razo girato giratorios rios autopr autopropu opulsa lsados dos## sedimentadores secundarios sin mecanismos de arrido )con tolvas de lodos* " retorno del lodo secundario al tratamiento primario. prim ario.
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&l
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tratam tratamien iento to previo previo a los fltro fltross percol percolado adore ress ser ser'( '( crias# crias# desare desarenad nador ores es " sedimentación primaria. ltros podr podr'n 'n se serr de alta lta o a+a a+a carga arga## para para lo cual ual se tendr endr'n 'n en Los fltr consideración los siguientes par'metros de dise3o(
los fltros &n de a+ a carga la dosifcación dee e%ectuarse por medio de si%ones# con un intervalo de minutos. ,ara los fltros de alta carga la dosifcación es continua por e%ecto de la recirculación " en caso de usarse si%ones# el intervalo de dosifcación ser' in%erior de 7 segundos. utiliz izar ar' ' cual cualqu quie ierr sist sistema ema de distr distri iuc ució ión n que que gara garant ntic ice e la repa repart rtic ició ión n Se util uni%orme del e2uente primario sore la superfcie del medio de contacto. Cuando do se usen usen oqu oquil illas las f+as f+as## se las las uica uicar' r' en los los vért vértic ices es de tri' tri'ng ngulo uloss Cuan equil'teros que curan toda la superfcie del fltro. &l dimensionamiento de las tuer!as depender' de la distriución# la que puede ser intermitente o continua. ma" or Se permitir' cualquier medio de contacto que promueva el desarrollo de la ma"or cantidad de iopel!cula " que permita la lire circulación del l!quido " del aire# sin producir ostrucciones. Cuando se utilicen piedras peque3as# el tama3o m!nimo ser' de A mm " el m'$imo de 9 mm. ,ara piedras grandes# su tama3o oscilar' entre7@ " 7A cm. Se dise3ar' un sistema de ventilación de modo que e$ista una circulación natural del aire# por di%erencia de temperatura# a través del sistema de drena+e " a través del lecho de contacto. &l sistema de drena+e dee cumplir con los siguientes o+etivos( _ proveer un soporte %!sico al medio de contacto _ recolectar el l!quido# para lo cual el %ondo dee tener una pendiente entre 7 " AB _ permitir una recirculación adecuada de aire. &l sistema de drena+e deer' cumplir con las siguientes recomendaciones( _ Los canales de recolección de agua deer'n traa+ar con un tirante m'$imo de @B con relación a su m'$ima capacidad de conducción# " para tirantes m!nimos deer' asegurar velocidades de arrastre.
** Hidráulica
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_
Dee Deen n uic uicars arse e pozo pozoss de vent ventila ilaci ción ón en los e$tr e$tremo emoss del del ca cana nall ce cent ntra rall de ventilación.
DI#EMO DE FIL FIL$%O# $%O# .E%COLADO%E# .E%COLA DO%E# _ -anque normalmente cil!ndrico) o rectangular*# relleno de un material inerte sore el que se roc!a el agua a tratar. tratar. Se e%ect1a una ventilación v entilación por tiro natural o %orza %orzado do para para %avor %avorec ecer er el aport aporte e del del o$!gen $!geno o nece necesa sario rio para para ma mant ntene enerr la micro2ora en un medio aeroio. Sore el material inerte se %orma una pel!cula act acteri erian ana a o zoog zoogle lea# a# que que se seg1 g1n n el espe espeso sorr pued puede e desa desarr rroll ollar ar a+o a+o la ca capa pa aeroia una capa anaeroia. _ /ellenos V-radicionales( a0 ,uzolana. 0 Coque metal1rgico. c0 ,iedras sil!ceas trituradas. V?odernos( a0pl'stico. _ Seg1n la carga volum!nica empleada# e$isten lechos de alta carga " de a+a carga# cu"as caracter!sticas residuales uranas son(
.eWue3a Carga D)O DgHm d Carga hidr'ulica mHmA
@.@ 0 @.7 E @.:
@.9 0 @. @.9
_ Los rendimientos de depuración se ven me+orados por la recirculación# adem's de otener las siguientes venta+as a3adidas( _ /ealiza una auto limpieza de fltro. _ Siemra las aguas decantadas. _ Dilu"e las aguas con %uerte carga org'nica en caso de lechos de %uerte carga. _ /ecirculación necesaria. _ Carga hidr'ulica tal que con ella se produce la homogeneización de la 2ora acteriana en los distintos niveles. _ uto limpieza del material# susistiendo sore el mismo una pel!cula activa _ o se produce degradación de la materia celular %ormada _ o se produce mineralización )estailización*# precisando as! un clarifcador para recoger las materias depositadas " enviarlas al tratamiento de %angos.
En caso de lec*os de baHa carga"
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_ o
e$iste auto lavado. _ Fango Fango tiende a acumularse en el seno de la l a masa del lecho. _ Limi Limita taci ción ón del del engr engros osam amie ient nto o e$ce e$cesi sivo vo de la pel!c pel!cul ula a por por ac acci ción ón de los los organismos predadores " respiración endógena acteriana. _ ?ineralización )estailización* de %angos. _ ,o ,osi sile le vertid vertido o al emisari emisario o sin clarifcac clarifcación ión fnal# fnal# sie siempr mpre e que se admita admitan n vertidos periódicos de %angos estailizados# o ien se pasan por el clarifcador para posteriormente ser desecados. _ /elleno. _ Los ma"ores tama3os disminu"en el rendimiento# aunque tamién el riesgo de ostrucciones. &n casos de lec*os con relleno tradicional # la granulometr!a granulometr!a dee ser de :@ a @ mm _ &l material dee ser resistente# sore todo si ha" heladas _ o se dee emplear piedra caliza sin someterla a ensa"o de solidez con sul%ato sódico. _ Los fltr fltros con relleno (l;stico son adecuados para alta carga. o suelen necesitar recirculación# como los de relleno tradicional " la estailización suele ser uena aunque normalmente normalmente no es completa# completa# por lo que se dee terminar terminar de estailizar los %angos producidos
CON#$% CON #$%-CC -CCI0N I0N DE D E FIL$%O FIL$%O# # _ Lecho de fltros entre 7#@ " metros de altura al tura _ Una altura menor a 7# m provoca el peligro de que el l!quido residual crudo atraviese la capa sin depurarse _ Los fltros suelen ser de %orma circular _ Los fltros de a+a carga se suelen construir para poder ser inundados por partes o totalmente con %unciones de limpieza. _ Los fltros est'n normalmente a la intemperie. &l %uncionamiento del fltro depende del tiro natural que se de+e desde la parte in%erior de la salida a la parte superior " no es necesario# normalmente# el tiro %orzado.
DI#$%I)DI#$ %I)-CI0N CI0N DEL CA-DAL _ Depende de la construcción del fltro " de las oquillas que se utilicen _ Qeneralmente se usan fltros circulares con razos giratorios )entre A " :* _ &l giro de los razos se e%ect1a gracias a la carga hidr'ulica del agua a fltrar " la pérdida de carga puede oscilar de : a 9 cm _ Las salidas de l!quido suelen estar entre 7 " A@ cm sore el lecho fltrante
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($ Hidráulica
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&squema de un fltro percolador.
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#I#$E'A# DE DI#$%I)-CI0N &l distriuidor rotativo en fltro percolador se ha convertido en un elemento est'ndar del proceso por su failidad " %acilidad en el mantenimiento. &ste consiste en dos o m's razos montados sore un pivote en el centro del fltro que giran en el plano horizontal# los razos son huecos " tiene oquillas por las que se descarga residual sore el lecho del fltro# el distriuidor puede ser impulsado por un motor eléctrico o por la reacción din'mica del agua residual que descarga por por las oqu oquil illa las. s. La veloc velocida idad d de giro giro varia variar' r' co con n el ca caud udal al en la unid unidad ad accionada por reacción# pero deer' ser del orden de una vuelta cada 7@min# o menor en un distriuidor de dos razos# la distancia entre el %ondo del razo del distriuidor " la parte superior del lecho deer' ser de 7 G AAcm# esto permitir' que que le agua agua resi residu dual al salga salga de las las oqu oquill illas as## se e$ti e$tien enda da " cur cura a de %orm %orma a uni%orme todo el lecho. Las caracter!sticas m's importantes que se dee tener en cuenta al elegir un distriuido son( b /oustez de construcción. b Facilidad de limpieza. b Capacidad de mane+ar grandes variaciones de caudal manteniendo la adecuada velocidad de giro. b /esistencia a la corrosión. Se puede usar tanques de alimentación al imentación de operación intermitente o recirculación para as! asegurar que el caudal m!nimo ser' sufciente para hacer girar el distriuidor " descargar el agua residual por las oquillas# puede instalarse distriuidores de : razos con sistemas de vertedero ve rtedero que limita el caudal a dos razos durante dos caudales m!nimos. Una de las caracter!sticas m's importantes de un medio fltrante es su resistencia " durailidad# esta 1ltima puede determinarse mediante me diante un ensa"o de sul%ato de sodio el que se usa para proar la consistencia de los agregados de hormigón. ?edios sintéticos para el tratamiento de residuos industriales %uertes se han utilizado con é$ito recientemente# estos consisten en l'minas de pl'stico entrelazadas dispuestos como un panal de miel para producir unos medios sumamente porosos " anti ostrucción# este tipo de medio fltrante puede
(2 Hidráulica
Universidad nacional José Faustino Faustino Sanchez Carrión a+ustarse a cualquier confguración de fltro# se pueden construir fltros de hasta Km de pro%undidad. La elevada capacidad hidr'ulica " resistencia a ostrucciones de estos medios sintéticos se aprovechan me+or en un fltro de alta carga.
!"
'EDIO# 'EDI O# FIL FIL$%AN$ $%AN$E# E#
&l sistema de recogida recie el agua residual fltrada " los sólidos descargado del medio fltrante " los lleva a un conducto que se prolonga hasta el tanque de sedimentación fnal# el sistema est' compuesto de la solera del fltro del canal de recogida " de los drenes in%eriores. Los drenes in%eriores est'n compuestos de loques de arcilla vitrifcada# con las partes superiores granuladas que admiten agua residual " soportan el medio fltrante# el cuerpo del loque consta de dos o tres canales con las partes in%eriores curvadas# las que %orman los canales de drena+e in%erior cuando se e$tienden de lado a lado " curen toda la solera del fltro. +" D%ENA/E INFE%IO%
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"
4EN$ILACI0N
La vent ventila ilaci ción ón norm normal al tiene tiene luga lugarr por por grav graveda edad d dent dentrro del del fltr fltro# o# al e$is e$isti tirr generalmente una di%erencia de temperatura entre el agua residual " el medio amiente har' un proceso de intercamio de caloro dentro del lecho del fltro# el camio de temperatura del aire dentro del fltro provoca un camio de densidad " as! se estalece una corriente de convección# la dirección del 2u+o depende de las temperaturas relativas del aire " del agua residual# si la temperatura del aire es ma"or que la del agua residual el 2u+o de aire a través del fltro ser' descendente# si el aire est' m's %r!o que le agua# el 2u+o de aire ser' ascendente. Los fltros se dise3an de tal %orma que todo el medio fltrante pueda inundarse con agua residual "# a continuación# desaguarse sin provocar reosamiento. La inundación es un método efcaz de lavar el fltro# corregir el estancamiento " controlar la acumulación de las larvas l arvas de moscas en el fltro. B" $AN,-E# DE #EDI'EN$ACI0N Su %unción es producir un e2uente clarifcado# todo el %ango e$istente en los tanques de sedimentación de los fltro percoladores es e$tra!do " enviado a las instalaciones de tratamientos de %angos# en el e l dise3o de estos tanques la carga de superfcie se asa en le caudal de planta m's el de recirculación menos el 2u+o de sólidos hacia el %ondo del tanque# el que con %recuencia es ignorado# la carga superfcial a caudal punta no dee e$ceder los :mHd!aVmA. 4entaHas 7. Rue permiten pro%undidades del relleno hasta de 7A m A. Rue se puede llegar a cargas hidr'ulicas elevadas hasta A# b 7@0 mHs bmA
() Hidráulica
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.
-ienen superfcies espec!fcas espec!fcas de hasta AA@ mAHm de volumen total :. &$iste un riesgo menor de quedar ostruidos por las aguas residuales que arrastran cantidades importantes de sólidos en suspensión . Deido a su peso ligero requieren una estructura de soporte m's arata. Des>entaHas 7. ,recio comparativamente elevado. A. /esultan inadecuados para otener rendimientos en el tratamiento de las aguas residuales relativamente importante al compararlos con los que se consiguen con los métodos normales.
CONCLUSIONES •
Un fltro es una ora "Ho estructura la cual su o+etivo principal es purifcar el agua# a tal grado que pueda ser usado para los fnes en espec!fco# los cual cuales es podr podr!a !an n se serr para para
cons co nsum umo o huma humano no## co cons nsum umo o anim animal al## uso uso
industrial# uso agr!cola dichos fltros dependiendo la demanda de agua " la polación a la cual enefciara# ser'n de di%erentes envergaduras# " efciencia distintas# pero siempre cumpliendo con su rol principal la cual es limpiar el agua de agentes que podr!an da3ar la saludo de la polación enefciada
(& Hidráulica
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•
Los fltros de acuerdo a su %unción se denominan( fltro lento# fltro
r'pido# fltro iológico " dentro de ellos tenemos a los fltros percoladores# cada uno es usado en situaciones espec!fcas# especiales# " cumpliendo •
algunas condiciones como por e+emplo la cantidad de polación# etc. &l fltro lento# como dice su nomre su fltrado del l!quido es lento# los microorganismo se quedan atrapado en la capa de arena# para su posterior rem emoc oció ión n por por retr etrolav olavad ado# o# es este te tipo tipo de fltr fltro o se rec ecom omie iend nda a para para polac polacione ioness peque3a peque3as# s# adem's adem's la efcienc efciencia ia de dicho dicho fltro fltro decae decae con %orme la temperatura disminu"e# es decir en algunas localidades de la
•
serran!a no ser!a efciente la construcción de una ora como esta. &n el caso del fltro r'pido su %unción es la misma que la del fltro lento# pero con la gran di%erencia que este tipo de fltro es de ma"or envergadura " su me medo do fltr fltran ante te es de ma ma"o "orr dime dimens nsió ión n )ar )arena* ena*## am amo oss fltr fltros os mencionados pueden contener el mismo caudal# pero la di%erencia es que uno limpia mas r'pido el agua pero en menor efciencia en cuanto limpieza del agua.
(6 Hidráulica
