Alicia Fernanda Lizarazo Porras 55512019 Juan David David Cruz Benitez Benitez - 555120 55512057 57 Laura Yisela Granados Granados - 55712034 –
¿En que consiste la filtración?
Historia de la filtración
Mecanismos de la filtración
Factores que influyen en la filtración
¿EN QUE CONSISTE CONSI STE LA FILTRACIÓN? FILTRACIÓN?
Operación final de clarificación
Remoción de partículas suspendidas y coloidales
Escurrimiento a través de un medio poroso
Filtración
HISTORIA DE LA FILTRACIÓN FILTRACIÓN
HISTORIA DE LA FILTRACIÓN FILTRACIÓN
HISTORIA DE LA FILTRACIÓN FILTRACIÓN
MECANISMOS DE LA FIL FILTRACIÓN TRACIÓN TRANSPORTE Fenóm Fe nómeno eno fís físic ico oe hidráulico Parráme Pa ámetr tros os de transferencia de masas
ADHERENCIA Fenómeno de acción superficial Parámetr Par ámetros os físic físicos os y químicos
MECANISMOS DE LA FIL FI LTRACIÓN - TRANSPORTE a) Cernido Cuando Cuan do la lass pa part rtíc ícul ulas as su susp spen endi dida dass son de mayor tamaño del lecho filt fi ltrrant nte, e, qu qued edan an atr trap apad ados os en lo loss intersticios.
MECANISMOS DE LA FIL FI LTRACIÓN - TRANSPORTE b) Sedimentación La sedimentación solo puede prod pr oduc uciirse con ma matter eria iall su susp spen end did ido o relativamente grande y denso, cuya vel eloc ocid idaad de as asen enttam amie ien nto se seaa alt ltaa y en zonas del lecho donde la carga hidr hi dráu áulic licaa sea baj baja. a.
MECANISMOS DE LA FIL FI LTRACIÓN - TRANSPORTE c) Intercepción Parte de la remoción del floc se debe a que se establece un contacto entre las partículas floculentas y los granos del med me dio fi filt ltrran antte. Es deci cirr, lo loss flo locc se pe peggan a la su supe perf rfic icie ie de lo loss gr gran anos os..
MECANISMOS DE LA FIL FI LTRACIÓN - TRANSPORTE d) Difusión El movimiento browniano es el movimiento aleatorio que se observa en algunas partículas mic icrroscópic icaas que se hal alla lan n en un me med dio fl flu uid ido o (p (po or ejemplo, polen en una gota de agua). Debido al movi mo vimi mien ento to br brow owni nian ano o, exi xist stee un unaa ten end den enci ciaa de la lass partículas pequeñas (flo locc o bacterias) a dif ifu undirse desde zonas de alta concentración a zonas de baja concentración.
MECANISMOS DE LA FIL FI LTRACIÓN - TRANSPORTE e) Impacto inercial Cuan and do el ag agu ua pa pasa sa al alrrededo dorr de lo loss grano noss de dell medio filtrante, la inercia de las partículas que ella contiene hace que tiendan a seguir tray tr ayec ecto tori rias as re rect ctililín ínea eas, s, ch choc ocan ando do co con n lo loss gr gran anos os y qu qued edan ando do ad adhe heri rida dass a el ello los. s.
MECANISMOS DE LA FIL FI LTRACIÓN - TRANSPORTE f) Acción hidrodinámica Escurrimiento en el que el gradiente de velocidad es constante. Una partícula susp su spen end did idaa en un flui uid do que esc scu urre en es esttas condicio ion nes estará sometida a velocidades tangenciales variables en dirección perp pe rpen endi dicu cula larr a la de dell es escu curr rrim imie ient nto. o.
MECANISMOS DE LA FIL FI LTRACIÓN - TRANSPORTE f) Acción hidrodinámica
La diferencia entre Va y Vb tiende a hacer que la partícula gire y produzca una diferencia de pres pr esió ión n en di dire recc cció ión n pe perp rpen endi dicu cula larr al es escu curr rrim imie ient nto o, lo qu quee ha harrá qu quee la pa part rtíc ícul ulaa se seaa co cond nduc ucid idaa
MECANISMOS DE LA FIL FI LTRACIÓN - TRANSPORTE g) Mecanismos de transporte combinados
MECANISMOS DE LA FIL FI LTRACIÓN - TRANSPORTE a) Cernido b) Sedimentación c) Intercepción d) Difusión e) Impacto inercial f) Acción hidrodinámica g) Mecanismos de transporte combinados
MECANISMOS DE LA FIL FILTRACIÓN TRACIÓN – ADHERENCIA La adherencia entre las partículas transportadas y los granos está gobernada, principalmente, por las car arac actterís ísti ticcas de la lass su sup perf rfic icie iess de la lass part pa rtíc ícul ulas as su susp spen endi did das y de lo loss gr gran anos os.. Las partículas se pueden adherir directamente tanto a la superficie de los granos como a partículas previamente previam ente ret retenidas. enidas.
La adherencia se atribuye a dos tipos de fen enóm ómen enos os:: in intter erac acci ción ón en entr tree la lass fu fuer erzzas eléctricas y las de Van der Waals, y al enlace químico entre las partículas y la superficie de los granos de un material intermediario.
MECANISMOS DE LA FIL FILTRACIÓN TRACIÓN – ADHERENCIA Si los granos del medio filtrante tienen carrga co ca cont ntra rari riaa a lo loss só sólilido doss su susp spen endi dido dos, s, se genera entre ellos una fuerza de atracción. Si los granos del medio filtrante son negativos y los sólidos son neutros, en ese caso la barrera de ener en ergí gíaa ha de desa sapa parrec ecid ido o y to todo do co con nta tact cto o pued pu edee pr prod oduc ucir ir re rete tenc nció ión n.
MECANISMOS DE LA FIL FILTRACIÓN TRACIÓN – ADHERENCIA
•
•
•
Los granos del medio filtrante son negativos y los coágulos coágulos o floc son positivos. positivos. Los granos del medio filtrante son negativos mientras que los coágulos o partículas son neutros. Los granos del medio filtrante son negativos y los coágulos son negativos también.
MECANISMOS DE LA FIL FILTRACIÓN TRACIÓN – ADHERENCIA
Entre las partículas del medio filtrante y las partículas suspendidas se generan unas un as fu fuer erza zass sie siemp mpre re at atra ract ctiv ivas as de debi bido do al movimiento de los electrones en sus órb rbit itaas, que hac acee que se unan en entr tree sí sí..
MECANISMOS DE LA FIL FILTRACIÓN TRACIÓN – ADHERENCIA
La cons nsttan antte de Van de derr Waa aalls in inccrem emen entta con la de dens nsid idad ad de la lass pa part rtíc ícul ulas as,, de ma mane nerra que según esta teoría el floc más denso se adhi ad hier eree co con n má máss fu fuer erza za al me medi dio o fi filt ltra rant nte. e.
MECANISMOS DE LA FIL FILTRACIÓN TRACIÓN – ADHERENCIA a) Interacción combinada de las fuerzas electrostáticas y las de Van der Waals •
•
•
•
Disociación de iones en la superficie de las partículas. Cargas no balanceadas debido a las imperfecciones de la estructura del cristal. Reacciones Reaccion es químicas con iones específicos de la suspensión, con formación de enlaces químicos. Sustitución isomórfica en la estructura estructura del cristal.
MECANISMOS DE LA FIL FILTRACIÓN TRACIÓN – ADHERENCIA a) Interacción combinada de las fuerzas electrostáticas y las de Van der Waals En la interfaz sólido-líquido existe una capa de iones de carga opuesta a la del sólido, conocida como capa estacionaria o compacta, y otra de iones esparcidos, tam ambi biéén de car argga op opu uest sta, a, denom omin inad adaa capa dif ifu usa sa.. Es Estta capa electroquímica doble establece un potencial de rep epu uls lsió ión n entr tree la lass pa parrtí tícu cula lass de la su susp spen ensi sión ón con car arggas eléct ctrricas semejantes. La magnitud de este potencial de repulsión y la distancia a la cual se extiende su campo de acción son afectadas por la composición química de la
MECANISMOS DE LA FIL FILTRACIÓN TRACIÓN – ADHERENCIA a) Interacción combinada de las fuerzas electrostáticas y las de Van der Waals Caso de un Caso unaa pa part rtíc ícul ulaa de ar arci cill llaa ca carg rgad adaa negativamente y de forma no redo re dond ndea eada da.. La ba barr rrer eraa de en ener ergí gía, a, (V (VR R - VA) A)má máxx, ev evit itaa qu quee ocu curr rraa adh dher eren enci ciaa entre las partículas y los granos del medio filtrante; por lo tanto, si se cons co nsid ider erar araa qu quee al algu guna nass ar arci cill llas as,, co como mo la caolinita, pueden tener tanto regiones positivas como negativas cuando el pH de la suspensión es bajo, es de esperar que algunas partículas sean se an re remo movid vidas as de la su susp spens ensió ión. n.
MECANISMOS DE LA FIL FILTRACIÓN TRACIÓN – ADHERENCIA b) Enlace químico entre las partículas partículas y la superficie super ficie de los granos Las partículas con sus segmentos poliméricos adheridos, al atravesar las constricciones del medio filtrante, se enlazan con lo loss segmentos sueltos adsorbidos por los granos o por los de partículas ya adheridas al lecho filtrante y qued qu edan an en es esta ta for orma ma ret eten enid idas as..
MECANISMOS DE LA FIL FILTRACIÓN TRACIÓN – ADHERENCIA c) Puente quimico Las cadenas poliméricas adheridas a las part pa rtíc ícul ulas as,, de deja jan n su suss se segm gmen ento toss ext xten endi dido doss en el agua, los que pueden ser adsorbidos por otras partículas o por sitios vacantes en los granos del filtro. Este fenómeno es indepe ind epend ndien iente te de las ca carg rgas as ele electr ctrost ostáti ática cas. s.
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FILTRACIÓN La ef efic icie ienc ncia ia de la fi filt ltrrac ació ión n es esttá rel elac acio iona nada da co con n la lass ca carrac acte terí ríst stic icas as de la su susp spen ensi sión ón,, de dell me medi dio o filt fi ltrran antte, de la hi hidr dráu áulilica ca de la fi filt ltrrac ació ión n y la ca calilida dad d de dell ef eflu luen entte.
Características Caract erísticas de la suspensión
Características del medio filtrante
Características hidráulicas
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FILTRACIÓN CARACTERÍSTICAS DE LA SUSPENSIÓN Tipo de partículas suspendidas Tamaño de partículas suspendidas
pH del afluente
Potencial zeta de la suspensión
SUSPENSIÓN
Temperatura del agua por filtrar
Resistencia o dureza de partículas suspendidas
Densidad de partículas suspendidas
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FILTRACIÓN CARACTERÍSTICAS DEL MEDIO FILTRANTE Un medio fi filt ltrran antte puede se serr defin inid ido o como cu cual alq quie ierr material perm rmeeab able le so sob bre el cua uall, o en el cu cual al,, so son n se sepa parrad ados os lo loss só sólilido doss de dell fl flui uido do du durran antte el pr proc oces eso o de fi filt ltrrac ació ión. n. Por con onsi sigu guie ien nte te,, el prin inccip ipal al rol del medio fil ilttrante es provoc ocar ar una bue uen na se sep par arac ació ión n en entr tree lo loss com omp ponentes de una suspensión con el mínimo consumo de energía. En orden a realizar una cuidadosa sele se lecc cció ión n de un me medi dio o fi filt ltrran ante te se de debe ben n to toma marrse en cu cuen enta ta mu much chos os fac acto torres es..
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FILTRACIÓN CARACTERÍSTICAS DEL MEDIO FILTRANTE Capacidad de detener los sólidos sobre sus poros con cierta rapidez
Baja velocidad de arrastre de sólidos
Resistencia a los ataques químicos
Suficiente resistencia para soportar la presión de filtración
Capacidad de adaptación mecánica al tipo de filtro en el que se utilizará
Resistencia mínima a la corriente de filtrado
Resistencia aceptable al desgate mecánico
Capacidad de descarga de la torta con facilidad y limpieza
Costo mínimo
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FILTRACIÓN CARACTERÍSTICAS DEL MEDIO FILTRANTE Tipo del medio filtrante •
•
•
De acuerdo con la calidad que se desea para el agua filtrada Duración de la carrera de filtración Facilidad de lavado
Características granulométricas granulométric as del material filtrante • •
• •
•
Tamaño efectivo Coeficiente de uniformidad (CU) Forma Tamaño mínimo Tamaño máximo
Peso específico del material filtrante
Espesor de la capa filtrante •
Antracita y arena
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FILTRACIÓN CARACTERÍSTICAS DEL MEDIO FILTRANTE s a d i j e t s a r b i f e d s a l e T
De los muchos tipos de tejidos disponibles, sólo cuatro son los más utilizados como medio filtrante: lisos, sarga, tejido de cadena y satén.
s e c i m a t o s a c i l á t e m s a l e T
Existen en diferentes tipos de tejidos en níquel, cobre, latón, bronce, aluminio, acero, acero inoxidable, monel y otras aleaciones.
o r t l i f e d s e l e p a P
Como estos materiales poseen baja resistencia, requieren la colocación de una placa como soporte
s o d i g í r s o s o r o p s o i d e M
Estos medios se encuentran disponibles como hojas, placas o tubos.
s a c i r é m i l o p s a n a r b m e M
Las membranas se fabrican con diferentes materiales y los más comunes son los acetatos de celulosa y las poliamidas.
e s aLos lechos con d d s l i e ósólidos se utilizan r a scomo medio filtrante l u s a n l upara la clarificación a r í c g t de agua o soluciones s r o a químicas que h p c contienen pequeñas e L
cantidades de partículas en suspensión
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FILTRACIÓN CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS Tasa de filtración Carga hidráulica disponible para la filtración Método de control de los filtros Calidad del efluente
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FILTRACIÓN CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS a) Tasa de filtración
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FILTRACIÓN CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS b) Carga hidraúlica disponible para la filtración La car argga hid idrráu áuli licca que se de deb be fij ijar ar en un fi filt ltrro in infflu luyye sig igni nifi ficcativ ivam ameente en la du durrac ació ión n de la carrera de filtración. Fijar la carga hidráulica con la que un filtro o un sistema de filt fi ltrrac ació ión n de debe be op oper erar ar de depe pend ndee de ot otrros fac acto torres es,, co como mo el es espe peso sorr y la gr gran anul ulom omet etrí ríaa de dell medio med io fil filtr tran ante te,, asp aspect ectos os ec econó onómic micos, os, et etcé céte tera ra..
c) El método de control de los filtros El método de control de los filtros también influye en la eficiencia de estas unidades. Los méto mé todo doss de co cont ntro roll op oper erac acio iona nall má máss ut utililiz izad ados os so son n ta tasa sa co cons nsta tant ntee y ta tasa sa de decl clin inan ante te..
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FILTRACIÓN CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS d) Calidad del efluente La calidad del efluente está relacionada con diversas características inherentes al filtro propiamente dicho, al uso a que se destina al agua filtrada y a la existencia de una operación eficiente.
DRENAJE La función del sistema de drenaje que se coloca en el fondo del filtro es doble: •
•
Rec ecol olec ecta tarr y ext xtrrae aerr un unif ifor orme meme ment ntee el ag agua ua fi filt ltra rada da Dist Di stri ribu buir ir el ag agua ua de la lavvad ado o co con n pr pres esió ión n un unif ifor orme me..
Tuberías perforadas
Falsos fondos
Placas porosas
DRENAJE
FILTROS LENTOS DE ARENA La fi filt ltrrac ació ión n bio ioló lógi gicca con onsi sisste en cir ircu cula larr ag agua ua cru ruda da a tr traavés de ar areena na.. El prin inccip ipio io con onsi sisste en la for orma maci ción ón de un unaa ca capa pa bi biol ológ ógic ica, a, de desa sarr rrol ollá lánd ndos osee pr proc oces esos os de de degr grad adac ació ión n qu quím ímic icaa y bi biol ológ ógic icaa quee red qu educ ucen en la ma mate teri riaa ret eten enid idaa a for orma mass má máss si simp mple les. s.
Caja del filtro
Estructura de entrada y salida
Capa sobrenadante de agua cruda
Dispositivos reguladores
Lecho de arena filtrante
Sistema de drenaje
FILTROS LENTOS DE ARENA El estrato biológico está compuesto de bacterias, algas filamentosas, diatomáceas y plancton en general. Su actividad suele ser grande en especial cuando el agua cruda permite la penetració ión n de la luz solar, lo que a veces induce un exagerado crecimiento de algas, que pueden ser perjudiciales por cuanto obst ob stru ruye yen n el le lech cho. o.
FILTROS LENTOS DE ARENA
FILTROS LENTOS DE ARENA a) Válvula para dar entrada al agua cruda y regular la velocidad de filtración b) Dispositivo para drenar la capa sobrenadante c) Vá Válvula lvula para llenar el lecho filtrante con agua limpia d) Válvula para llenar el lecho filtrante con agua limpia e) Válvula para desechar agua tratada tratada f) Válvula para suministrar agua tratada al depósito de agua limpia g) Vertedero de entrada h) Indicados Calibrado de flujo i) Vertedero de salida
FILTROS LENTOS DE ARENA - PREDISEÑO Rendimiento requerido Procesos de pre-tratamiento Caudal (Máximo diario) Tamaño de la comunidad Calidad del agua
DISEÑO DE FILTROS LENTOS DE ARENA Una capa sobrenadante de agua cruda.
Un lecho de arena filtrante.
Un sistema de drenaje.
Un conjunto de dispositivos reguladores y de control.
Una estructura de entradaa y salida. entrad
DISEÑO DE FILTROS LENTOS DE ARENA Caja del filtro
• •
1,9 - 2,5 m As=Q/Vf
Estructura de entrada
•
• •
•
•
Asegurar equiparación del caudal Uniformar el flujo Reducir el agua que entra a la caja filtrante Drenar el agua del sobrenadantee en sobrenadant limpieza Regular los caudales de ingreso
Capa de agua sobrenadante •
• •
Proporciona carga hidráulica suficiente para hacer pasar el agua a través del lecho del material filtrante 0,8 1 m 0,2 0,3 m – –
Salida de impurezas flotantes •
Extraer las impurezas, que pueden formarse de hojas, algas y demás material flotante en la capa de agua.
DISEÑO DE FILTROS LENTOS DE ARENA Lecho del medio filtrante
•
•
•
•
Material granular inerte y durable Tamaño efectivo en un rango de 0.15 a 0.35 mm. Coeficiente de uniformidad menor a 2 Lecho filtrante de 1-1,4 m de espesor
Sistema de drenaje
•
•
•
Soporta el material filtrante e impide que sea arrastrado a través del sistema de drenaje de modo que se asegure una velocidad de filtración uniforme sobre toda el área del filtro. Asegurar la recolección uniforme del agua filtrada, a través de toda el área de filtración. Permite el llenado ascendente de los filtros, bien sea en su arranque inicial o después de raspados los módulos.
Cámara de salida
•
•
Previene el desarrollo de una presión inferior a la atmosférica en el lecho filtrante Asegura que el filtro funcione independientemente de las fluctuaciones en el nivel del tanque de agua clara
Dispositivos de regulación y control de filtro •
•
•
•
Entrada de agua cruda al reservorio de agua sobrenadante hasta un nivel constante dentro del tanque del filtro. Eliminación del exces exceso o de agua por medio de un vertedero. Drenaje del agua sobrenadante antes de efectuar la limpieza del filtro. Drenaje del agua en la capa superior del lecho filtrante.
SISTEMA DE DRENAJE a) Soportar el materia iall filtrante e imped imp edir ir su arr arrast astre re b) Asegurar la recolección uniforme del agua filtrada en toda to da el ár área ea de fi filt ltrrac ació ión n c) Permitir el llenado de los filtros y eliminar burbujas de aire.
ALMACENAMIENTO ALMACENAMIE NTO DE AGUA AREA DEL LECHO FILTRANTE
DRENAJE VERTEDERO CONTROL DE CALIDAD PROFUNDIDAD DE LA CAJA DE FILTRO
PROFUNDIDAD DEL LECHO VELOCIDAD DE DISEÑO La velocidad de diseño también es importante al decidir el número de unidades. Con velocidades mayores de 0.30 m/h deberá considerarse consider arse un mínimo de tres unidades.
EFECTO DE LA PROFUNDIDAD DEL LECHO EN LA EFICIENCIA DE REMOCIÓN. La eficiencia de remoción del lecho de arena depende más de su madurez biológica que en su profundidad.
FILTROS LENTOS DE ARENA a) Lecho: caja rectangular o circular a la cual se le coloca de 0.90 m a 1.20 m de arena fina sobr so bree 0. 0.40 40-0 -0.4 .45 5 m de gr graava gr grue uesa sa.. b) Capa de agua sobre el lecho: 1.00 m a 1.50 m c) Rata de fl flu ujo jo:: entr tree 2 y 14 m3 m3//m2/ 2/d día ía.. Más fr freecu cueenteme men nte entr tree 6-9 m3/m /m2 2/d /día ía.. d) Numero de unidades: Por lo menos debe haber dos unidades. e) Form rmaa de lo loss fil iltr tros os:: Los fi filt ltrros le len ntos puede den n se serr ci cirrcu cula larres o rect ctaangu gula larres es.. f) Sistema de drenaje: Ladrill llo os tendidos de canto, bloques de concreto poroso so,, tubería íass de drenaje dre naje perf perfora oradas das g) Control de rata de flujo: Suelen operar con una velocidad constante de filtración. Esto se pued pu edee co cons nseg egui uir: r: reg egul ulan ando do la en entr trad adaa de ag agua ua o reg egul ulan ando do la sa salilida da..
FILTROS LENTOS DE ARENA – OPERACIÓN Los filtros lentos en arena desarrollan una capa biológica sobre la arena, compuesta por millones de microorganis ism mos encargados de producir la limpieza biológica y desi sin nfectar el agua. Siempre debe permanecer como mínimo una capa de agua de 10 centímetros por encima de la capa de arena
Para el llenado del filtro se recomienda amortiguar la caída del agua sobre la capa de arena y evitar dañar la capa biológica que es bastante frágil.
El filtro debe permanecer en un lugar fresco y con poca luz
Después de 4 o 5 limpiezas, es necesario realizar una mejora completa al filtro
La limpieza del filtro lento en arena se debe realizar cuando el flujo de agua a través de éste es muy poco
La limpieza del filtro consiste en remover una capa de
FILTROS LENTOS DE ARENA – MANTENIMIENTO
La arena raspada debe lavarse tan pronto como se extrae del filtro Almacenar la arena proveniente de los raspados para ser usada en el enamiento enamie nto del
Para lavar la arena en una planta pequeña, se puede emplear un simple canal
Tareas de mantenimiento diario relacionadas a la operación de los filtros consisten en chequear que el flujo de entrada no este obstruido, limpiando material flotante y basura de la superficie del agua.
FILTROS LENTOS DE ARENA – OPERACIÓN
FILTROS FIL TROS LENTOS DE ARENA – SUBPRODUCTOS
Los subproductos del proceso de filtración lenta son sustancias naturales de degradación biológica sin ningún riesgo para la salud, ya que el proceso no requiere sustancias químicas que reaccionen con la materia disuelta en el agua. En tal sentido sentido,, los subproductos de la filtración lenta son dióxido de carbono y sales relativamente inocuas, como sulfatos, nitratos y fosfatos, además de un contenido bajo de oxígeno disuelto. Estas condiciones pueden ser revertidas con un proceso de aireación.
FILTROS FIL TROS RAPIDOS DE ARENA En el proceso de filtración rápida el agua atraviesa el lecho filtrante a velo loccidades que pueden oscilar entre 4 y 50 m/h. A estas velocidades apenas se forma biopelícula y los procesos biológicos van a ser escasos y, si existen, se va a tratar de eliminarlos. Se busca hacer funcio ion nar todo el lecho del filtro. Los mecanismos de eliminación de partículas que van a preponderar serrán lo se loss fí físi sico cos. s.
FILTROS FIL TROS RAPIDOS DE ARENA Para la filtración rápida comúnmente se usa la arena como el medio de filtro, pero el proceso es bastante diferente a la filtración lenta en arena. Esto es debido a que se usa arena mas gruesa con un tamaño efectivo de grano en la escala de 0.4-1.2 m3/m2/hora (120-360 (120 -360 m3/ m3/m2/d m2/dia). ia).
Diversos aparatos de control y/o medida Si el lavado está automatizado son necesarios cuadros de control y monitorización.
Un depósito de hormigón abierto de 6 a 100 m2 de superficie.
Un falso fondo de hormigón material cerámico o material plástico
ESTRUCTURA
Una capa o lecho filtrant filtrante, e, situada sobre el falso fondo.
Uno o varios canales de entrada de agua bruta, o compuertas
Bombas y llaves de paso y de protección. Condiciones de agua bruta, agua de lavado y agua filtrada.
Uno o varios canales de recogida de agua de lavado.
FILTROS FIL TROS RAPIDOS DE ARENA
FILTROS FIL TROS RAPIDOS DE ARENA – CLASIFICACIÓN
Según la fuerza impulsora
Según la estructura
Según el lecho
Según el flujo
Según la metodología de lavado
Filtros de gravedad
Abiertos (Atmosfera)
Lecho monocapa
De flujo descendente
Sólo con agua en flujo ascendente o descendente
Filtros de presión
Cerrados (Presurizados)
Filtro multicapa
De flujo ascendente
Agua y aire, en flujo ascendente o descendente Lavado superficial
SEGÚN LA FUERZA IMPULSORA FILTROS DE GRAVEDAD Estructuras abiertas
Automáticos o manuales
FILTROS DE PRESIÓN Estructuras cerradas de metal, tubos conductores de aire y agua Automáticos o manuales
SEGÚN LA ESTRUCTURA ABIERTOS Presión at a tmosférica Hormigón
CERRADOS Presurizado Materiales metálicos
SEGÚN EL LECHO MONOCAPA
MULTICAPA
Un solo material
Diferentes materiales por capa
Arena silícea
Materiales con diferentes densidades
Subcapa de grava en el fondo
Antracita, arena y granate
SEGÚN EL FLUJO Flujo ascendente La filtración ascendente presenta la ventaja de que el agua afluente escurre en el sentido en que los granos del medio filtrante disminuyen de tamaño, lo que hace posible que todo el medio filtrante, constituido por arena, sea efectivo en la remoción de partículas suspendidas. a) Tas asaa de fi filt ltrrac ació ión: n: 12 120 0 a 200 200 m3 m3/m /m2/ 2/dí día. a. b) Fon Fondo do de de los los filtros filtros:: tipo tipo Leopo Leopold, ld, tube tuberías rías perf perfora oradas das y plac placas as perfo perforad radas as son son los los más más comunes. c) Distr Distribuci ibución ón de agua agua a los filtr filtros: os: caja pro provista vista de vert verteder ederos, os, de la la cual cual parten parten tube tuberías rías individuales o tuberías individuales provistas de medidores y reguladores de caudal.
SEGÚN EL FLUJO Flujo ascendente Los filtros de flujo ascendente pueden usarse en tres casos distintos: a) Como proceso de filtración para agua coagulada y sedimentada. b) Como proceso de filtración único para agua cruda. c) Como prefiltro, para reemplazar los procesos de coagulación y sedimentación.
SEGÚN LA METODOLOGÍA DE LAVADO •
La velocidad del agua que se inyecta por los drenes produzca expansión del lecho del 20 al 40%.
Se recomienda para filtros con medio de arena y antracita, y cuando existe tendencia a que las
•
•
Flujo ascendente
Flujo ascendente y lavado superficial
Flujo ascendente y lavado subsuperficial
Lavado simultáneo con agua y aire
El agua debe inyectarse a presión sobre la superficie del lecho filtrante para romper las bolas de barro
Debe emplearse un sistema de drenaje que permita la inyección de aire y agua simultáneamente. No
•
FILTROS FIL TROS RAPIDOS DE ARENA – DISEÑO
FILTROS FIL TROS RAPIDOS DE ARENA – DISEÑO COMPOSICIÓN DEL LECHO
VELOCIDAD DE FILTRACIÓN
El filtro puede ser de un solo medio (arena o antracita), de medio dual (arena y antracita) o lechos mezclados.
SOPORTE DEL MEDIO FILTRANTE El lecho de soporte que sustenta la arena debe ser de grava, con unas dimensiones y características que dependen del sistema de drenaje adoptado. Las partículas deben ser de material duro y resistente a golpes y a la abrasión, de superficie lisa y deben tener en conjunto un mínimo porcentaje de formas alargadas o planas.
ALTURA AL TURA DEL AGUA SOBRE EL LECHO No puede ser inferior a 0.5 m, el lecho filtrante en ningún momento debe trabajar seco.
NÚMERO DE UNIDADES Cuando el lavado de los filtros se hace con fuente externa (tanque de lavado), el número mínimo de unidades deben ser tres; y para lavado mutuo el número mínimo de unidades
FILTROS FIL TROS RAPIDOS DE ARENA – DISEÑO
FILTROS FIL TROS RAPIDOS DE ARENA – SUBPRODUCTOS
•
Contaminación de agua por material particulado cuando se hace lavado del lecho.
Filtración en Múltiples Etapas
FIME •
•
•
La Filtración en Múltiples Etapas (FiME) es una solución integrada para mejo me jorrar el aba bassteci cim mie ien nto de ag agu ua en com omu unid idad adees rural alees, y en peq equ ueño ñoss o medianos medi anos muni municipio cipios. s. FiME fue desarrollado en 1990 por investigadores en Colombia, donde está sieendo ap si apli lica cad do a gr gran an esc scaala la,, y des esd de donde se in inttenta am amp pli liaar su apli liccació ión n y pr prom omov over er su de desa sarr rrol ollo lo,, pa part rtic icul ular arme ment ntee en Am Amér éric icaa La Lati tina na.. La Filtración en Múltiples Etapas (FiME) es una combinación de Filtración Gru Gr uesa en Grava (F (FG G) y de Fil iltr trac ació ión n Lenta en Arena (F (FLLA).
FIME
FIME
Existen varias opciones de posibles combinaciones de filtración en grava que se pueden emplear en las etapas de tratamie ien nto de un sistema FiME. Es necesario que las combinaciones estén apropiadamente especificadas para cumplir con los requerimientos respecto a la calidad del agua y los objetivos de tratamiento. Sin emba em barrgo, se ha hace ce én énffas asis is en qu quee se sele lecc ccio iona narr y pr prot oteg eger er la me mejo jorr fu fuen ente te ab abas aste tece cedo dorra de agua es mucho más económico y efectivo que permitir su deterioro para después depe de pend nder er de co comp mple leja jass y co cost stos osas as te tecn cnol olog ogía íass de tr trat atam amie ient nto o de ag agua ua..
BIBLIOGRAFÍA •
•
•
•
•
•
•
•
Cánepa Cáne pa de Var arga gas, s, L, L,;; Pé Pére rez z Ca Carr rrió ión, n, J. J. Manual Manual I, II y III. Teoría y evaluación. Diseño. Operación, mantenimiento y control. Lim Lima, a, OPS OPS/CE /CEPIS PIS (19 (1992) 92).. Roja Ro jas, s, R. R.;; Gu Guev evar ara, a, S. S. Construcción, Construcción, operación y mantenimiento del filtro de arena. Ho Hoja ja de Di Divu vulg lgaci ación ón Té Técni cnica, ca, 76. Lim Lima, a, OPS OPS/CE /CEPIS PIS,, UNA UNATSA TSABAR BAR (20 (2000) 00).. Solson Sol sona, a, F. Filtração dinâmica. Pu Publ blic icac ació ión n OP OPS/ S/Br Bras asil il.. Se Seri rie e Br Bras asil il Sa Saúd úde e e Am Ambi bien ente te,, Do Docu cume ment nto o Té Técn cnic ico o SS-2 2 (dis (d ispo poni nibl ble e en la OP OPS/ S/CE CEPI PIS) S) (1 (199 995) 5).. Van Di Dijk jk,, J. J.C. C.;; OO OOme men, n, J. Filtración lenta en arena para abastecimiento público de agua en países en desarrollo. IRC/ IR C/OM OMS/ S/CE CEPI PIS. S. Se Seri rie e Do Docu cumen mento tos s Té Técn cnic icos os No No.. 11 (1 (197 978) 8).. Sanchez San chez,, Lui Luis; s; Filtración Filtración en múltiples etapas. Ce Cent ntro ro In Inte tern rnac acio iona nall en Ag Agua ua y Sa Sane neam amie ient nto o - IR IRC. C. (2 (200 007) 7).. Blac Bl acio io,, Di Dieg ego. o.;; Pa Pala laci cios os,, Jo Jose se.. Filtros biologicos para la potabilizacion del agua, Posibilidades de uso de FLA (filtros lentos de arena) con Agua superficial de nuestra region. Un Univ iver ersi sida dad d de Cu Cuen enca. ca. (2 (201 011) 1) Kein Ke inat ath, h, T.M .M.; .; Wa Wani niel elis ista ta,, M. M.;; (1 (197 975) 5);; Mathematical modeling for water pollution control processes; processes; Ann Arbor Science, Scien ce, Michi Michigan. gan. Kemmer Kem mer,, F.N. .N.;; (199 (1993); 3); Nalco. Nalco. Manual del agua. Su naturaleza, tratamiento y aplicaciones; aplicaciones ; Ed Edit itor oria iall Mc McGr Graw aw-H -Hil ill, l, ISBN 0-07-0 0-07-04586845868-5. 5. Metcal Met calf-ed f-eddy dy (19 (1985) 85) Ingeniería sanitaria. Tratamiento, evacuación y reutilización de aguas residuales Ed Edit itori orial al
BIBLIOGRAFÍA •
•
•
•
•
•
Nalco Nalc o Ch Chem emic ical al,, Co Co.; .; (1 (199 993) 3);; Manual del agua. Su naturaleza, tratamiento y aplicaciones; aplicaciones ; Mc McGr Graw aw-Hi -Hill ll;; Mé Méji jico; co; ISBN 968-45 968-451-2901-290-2. 2. Paz Maroto, J.; Paz Casañé, J.M.; (1969); Abastec Abastecimi imient ento o y dep depurac uración ión de agu agua a pot potabl able e; Escu cue ela Técnica Supe Su peri rior or de In Inge geni nier eros os de Ca Cami mino nos, s, Ca Cana nale les s y Pu Puer erto tos, s, Ma Madr drid id.. Rigola Lapeña, M.; (1989); Trat Tratami amient ento o de agua aguas s ind indust ustria riales les:: agu aguas as de pro proces ceso o y res residu iduale ales s; Colección Prodúc Pro dúctic tica; a; Edi Editor torial ial Mar Marcomb combo; o; Bar Barcel celona ona;; 158 pág págs.; s.; IS ISBN: BN: 8484-267 267-07 -074040-8. 8. Stee St eel, l, E. E.W. W.;; Mc Mcgh ghee ee,, T.; (1 (198 981) 1);; Abastecimiento de agua y alcantarillado; alcantarillado ; Ed Edit itor oria iall Gu Gust stav avo o Gi Gili li,, S. S.A. A.;; Ba Barc rcel elon ona; a; 636 63 6 pá págs. gs.;; IS ISBN BN 84 84-2 -252 52-0 -009 094-6 4-6.. Tebb ebbutt utt;; T.H. .H.Y Y.; (199 (1990); 0); Fundamentos de control de la calidad del agua; agua; Editorial Limusa; México; 240 págs.; ISBN:: 968-18ISBN 968-18-3317-1 3317-1.. WEBE WE BER, R, W. W.J. J.;; (1 (197 979; 9; Control Control de la calidad del agua. Procesos fisico químicos; químicos; Ed Edit itor oria iall Re Reve vert rté, é, 65 654 4 pg pgs. s.;; IS ISB BN 84-291-7522-9.
Fernando Jarrín Pérez, Pablo Pablo Ramos Marcial, David Matamoros Matamoros C.,PhD Facultad de Ingeniería en Ciencias de la Tierra Escuela Superior Politécnica del Litoral
EVALUACIÓN DE SISTEMAS DE FILTRACIÓN DE AGUA DE BAJO COSTO PARA CONSUMO HUMANO Filtración casera
Filtración biológica
Filtración con cerámica
99.99999999%
EVALUACIÓN DE SISTEMAS DE FILTRACIÓN DE AGUA DE BAJO COSTO PARA CONSUMO HUMANO •
•
•
•
•
Eva valu luar ar la ef efic icie ienc ncia ia de do doss si sist stem emas as de fi filt ltrrac ació ión n pa parra de depu purrac ació ión n de ag agua ua,, un fi filt ltro ro le lent nto o de ar aren enas as,, y un fi filt ltro ro ce cerrám ámic ico o de arci cill lla, a, pa parra an anaali lizzar su po posster erio iorr im impl plem emen enttaci ción ón en zon onaas ru rurrale less de es esccas aso os rec ecur urso soss ec eco onó nómi miccos ca carren enttes de servi se rvici cio o de ag agua ua po pota table ble.. Determ Dete rmin inar ar el gr grad ado o de re remo moci ción ón de ca carg rgaa co cont ntam amin inan ante te pr pres esen ente te en el ag agua ua lu lueg ego o de pa pasa sarr a tr traavé véss de un fi filt ltro ro le lent nto o de arena. Determinar el grado de remoción de carga contaminante presente en el agua luego de pasar a través de un filtro cerámi cer ámico co de arc arcilla illa.. Comp Co mpar arar ar lo loss po pote tenc ncia iale less de re remo moci ción ón en entr tree un fi filt ltro ro le lent nto o de ar aren enaa y un fi filt ltro ro ce cerrám ámic ico o de ar arci cill lla. a. Determinar el costo unitario de fabricación de unidades de filtración caseras, y determinar la factibilidad de imple im pleme ment ntac ació ión n en ba base se a una re rela lació ción n co cost stoo-ti tiem empo po de vid vidaa úti útil. l.
EVALUACIÓN DE SISTEMAS DE FILTRACIÓN DE AGUA DE BAJO COSTO PARA CONSUMO HUMANO •
•
•
•
•
El filtro lento de arena tiene un buen desempeño en remoción de microorganismos, registrando un promedio de 74.6% de remoción de coliformes fecales y 80.86% de remoción de E. Coli. La variante del filtro de arena con adición de zeolita tuvo un desempeño menor, registrando 61.64% de remoción de coliformes fecales, y 79.29% de remoción de E. Coli. Por su parte el filtro de arcilla muestra un aumento desmesurado de coliformes fecales fecales en el agua luego de la filtración, filt ración, lo que supone crecimiento microbiológico en el cuerpo del filtro de arcilla. Se registra un aceptable porcentaje de remoción promedio del 86.25% de E Coli. Las columnas de filtración hechas en PVC, de igual manera que el filtro cerámico, muestran un incremento en la concentración de coliformes fecales luego de la filtración. Esto evidencia la formación de colonias dentro del cuerpo del filtro, o en el mecanismo de salida del agua filtrada. La variante de filtración biológica de arena con zeolita se desempeña mejor en la remoción de contaminantes de tipo químico en comparación con la filtración solamente con arena.
