5. FILTRACION acueductos

7/23/2019 5. FILTRACION acueductos

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FILTRACIN.

Definicin.

Filtracin es el proceso mediante el cual una masa de agua pasa a travs de un medio poroso con el fin deseparar las partculas y microorganismos que deterioran la calidad del agua. Por lo general, cuando elagua llega a los filtros, ha sido previamente sometida a otros procesos, como coagulacin, floculacin ysedimentacin; las partculas que quedan retenidas en el filtro son las que logran sobrepasar la

sedimentacin.

Clasificacin de los filtros. Los filtros pueden ser clasificados de acuerdo a diferentes parmetros!

1. Segn la velocidad de filtracin."e pueden clasificar en rpidos y lentos.

Ridos. "on aquellos cuyas cargas superficiales varan desde #$% hasta &%% m'(m$(da o ms.

Lentos. )on cargas superficiales que varan desde $.& hasta #& m'(m$(da.

!. Segn el "edio filtrante. *ste puede ser +nicamente arena o una combinacin de arena ya sea conantracita, granate, magnetita o medios artificiales. *n la prctica los ms usados son los de arena yantracita.

#. Segn el sentido del fl$%o. Pueden ser ascendentes, descendentes o de fluo mi-to.

&. Segn la carga so're el lec(o. Pueden funcionar a gravedad o a presin.

)ecanis"os de filtracin.

n concepto muy generali/ado es el de que al filtrar un agua a travs de un medio poroso, el proceso que sepresenta es el de un simple cribado. "lo basta pensar que el tama0o de los espacios entre los granos dearena vara entre #%% y 1%% micras, seg+n el tama0o de la arena y que la mayora de las partculas quellegan a un filtro son de menos de #% micras, que el tama0o de las bacterias es una micra, el de los virus #% 2#

micras y que los cidos h+micos y f+lvicos principales causantes del color en las aguas tienen #% 2'micras,para concluir que deben e-istir muchos otros mecanismos de remocin en el filtro.

Las partculas quedan retenidas en el medio filtrante generalmente adheridas a la superficie de los granos,formando una capa alrededor de ellos, que seg+n su resistencia puede llegar a ser arrastrada por el fluo."i las fuer/as que mantienen adherida la pelcula al grano son dbiles, sta ser arrastrada y penetrarcada ve/ ms en el medio filtrante hasta el momento que llega a salir en el efluente con el consiguiente

Material recopilado por Ing. Jorge . !uitrago ". #epartamento de Fluidos $ T%rmicas &FPS - '(1)

Fi


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deterioro de la calidad. "i en cambio, las fuer/as son fuertes, la pelcula de partculas o floc, quedarretenida en el medio filtrante y lgicamente ser un obstculo para el paso del agua.

3e acuerdo con lo anterior, varios autores, en pocas recientes han propuesto clasificar los mecanismosque intervienen en la filtracin, como de transporte y de adherencia.

1. )ecanis"os de transorte.Los mecanismos que pueden reali/ar el transporte son!

)ernido "edimentacin

4ntercepcin

3ifusin

4mpacto inercial

5ccin hidrodinmica

Los distintos mecanismos de transporte de las partculas dentro de los poros del medio filtrante seesquemati/an en la figura $. *s importante destacar que varios de esos mecanismos pueden actuarsimultneamente, para apro-imar las partculas hasta los granos del medio filtrante.

!. )ecanis"os de ad(erencia. na ve/ la partcula ha entrado en contacto con los poros, entran a actuarlos mecanismos de adherencia.

Fuer/as de 6an der 7aals.

Fuer/as electrostticas.

Puente qumico.

Factores *$e afectan la filtracin.

1. +l "edio filtrante. 8eneralmente est constituido por arena o arena y antracita. "u forma determina laprdida de carga hidrulica inicial para pasar el agua a travs de l. La forma incide tambin en el reaneta disponible para el contacto del floc! la eficiencia es inversamente proporcional al dimetro de laspartculas.

!. ,elocidad de filtracin. 5 mayor velocidad de filtracin, la eficiencia es menor.

#. Tio de s$sensin. na ve/ que un filtro ha sido construido, el parmetro que ms se presta a sermodificado es el de la calidad de las partculas que llegan a l.

D$re-a del floc. 3urante el proceso de filtracin se pueden presentar tres casos!


Figura $


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9ue la turbiedad en el efluente llegue al lmite m-imo permisible antes de que el filtro haya

alcan/ado la prdida de carga m-ima disponible.

9ue dicha turbiedad se produ/ca despus de haber alcan/ado la m-ima prdida de carga.

9ue se produ/can simultneamente. )uando ocurre el primer caso se habla de :floc blando:, en el

segundo caso de :floc fuerte: y en el tercer caso se dice que es un :floc adecuado:.

Descricin de la carrera de $n filtro.

"e denomina carrera de filtracin al tiempo transcurrido entre dos lavados consecutivos. *n la Figura ' sepuede observar la evolucin de la turbiedad efluente inmediatamente despus del lavado.

*l tiempo de una carrera de filtracin est normalmente determinado ya sea por prdida de cabe/a odeterioro en la calidad. Parece ser un consenso entre los operadores que los filtros no deben tener carrerasms largas de & a 6er Figura &?.


Figura '

Figura &


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Ratas de filtracin. )uando se tienen filtros con lechos constituidos +nicamente de arena, las ratas que seacostumbran usar varan entre @% y #1% m'(m$(da. *n la actualidad, casi cualquier dise0o contempla lechosmi-tos de arena y antracita, lo cual permite ratas de filtracin que varan entre $%% y 1%% m '(m$(da. nvalor de $=% m'(m$(da parece ser ptimo para garanti/ar carreras de filtracin largas.

N"ero de filtros. *l n+mero mnimo de filtros sera dos, para no suspender el servicio durante elmantenimiento de una de las unidades. )uando se trata de sistemas autolavantes, el mnimo es de &.

For"a de los filtros. Los dise0os ms comunes son de forma cuadrada, pero tambin pueden serrectangulares.

Lec(o filtrante. La prctica actual en cualquier proyecto de filtracin rpida, contempla el dise0o de unmedio filtrante compuesto por arena y antracita.

rava de soorte. La grava tiene dos funciones! servir de soporte al medio filtrante para que no se pierdadurante la filtracin y hacer que el agua de lavado se distribuya uniformemente, evitando chorros.

8eneralmente se han dise0ado lechos de grava asimtricos con tama0os entre #: y $: en el fondo, y entre#(#$: y #(: en la parte superior. "e ha encontrado que, especialmente en plantas con lavado con aire, sise coloca en un lecho simtrico habr mucho meor funcionamiento y se evitan posibles e-pansiones de la

capa superior peque0a de la grava.

Falso fondo. Las funciones del falso fondo son! recoger uniformemente el agua filtrada y tambin distribuiruniformemente el agua de lavado.

02rdidas de carga en el "edio filtrante . 5l pasar el caudal a travs del medio poroso del lecho filtrante, lafriccin del fluo a travs de los poros produce una prdida de carga. 5l comien/o, cuando el filtro estlimpio, la prdida de carga se debe +nicamente al tama0o, forma y porosidad de los granos del lecho filtrantey la velocidad y viscosidad del agua. "i no e-istieran partculas en suspensin, esta prdida sera constante,pero como si e-isten flocs, stos se depositan en los granos haciendo que los canales por donde circula elagua sean cada ve/ menores, lo que aumenta la velocidad del agua y por consiguiente las prdidashidrulicas.

Lavado de filtros. na ve/ que el filtro ha alcan/ado la m-ima prdida de carga posible y(o la calidad delefluente se ha deteriorado, es necesario lavarlo. Para ello se invierte el sentido del fluo con una velocidadtal que se produ/ca una e-pansin del lecho, suficiente para que los granos se froten entre s y desprendanel material que ha quedado retenido en ellos durante la filtracin.


Figura =


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La velocidad ascensional debe ser tal que el medio filtrante alcance una e-pansin ptima para que serealice la limpie/a con la menor cantidad de agua posible. 3icha velocidad depende fundamentalmente dela granulometra, la densidad y forma de los granos del medio filtrante y de la temperatura del agua.

Siste"as de lavado. Los sistemas de lavado de filtros ms populares en nuestro medio son!

2 Lavado con fluo ascendente +nicamente2 Lavado con fluo ascendente y lavado superficial

)2todos ara alicar el ag$a de lavado. *sta puede provenir!

2 3e un tanque elevado2 3e un sistema de bombeo2 3e otros filtros que estn trabaando en paralelo

La +ltima modalidad es la que ms se usa en la actualidad y se basa en el hecho de que si se dea la salidadel efluente a un nivel mayor que el de la canaleta recolectora de agua y se interconectan los filtros, al abrirla vlvula de drenae de aguas de lavado, el nivel en la caa de la unidad que se quiere lavar desciende, conlo cual se establece una cabe/a hidrulica que invierte el sentido del fluo, calculndose de tal forma queprodu/ca la e-pansin del lecho. Para esto es necesario que el caudal que producen las otras unidades, seaigual o mayor al necesario para el lavado de una de las unidades. *ste es el sistema com+nmente

denominado de :filtros autolavantes:.

Los filtros pueden ir comunicados entre s a travs de un canal com+n al que entreguen a travs de unvertedero. *l canal tendr un vertedero general de rebose con el que se garanti/ar la cabe/a necesariapara el retrolavado.

Recoleccin del ag$a de lavado. Para recoger el fluo ascendente durante el lavado, debe dise0arse unsistema de recoleccin que puede ser un canal principal con canaletas laterales o un canal principal solo.


FILTR A3TLA,ANT+


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FILTRACIN L+NTA +N AR+NA.

*n muchos lugares se presenta la situacin de comunidades que se ven incapaces de operar sus sistemas depotabili/acin del agua, registrando sus fuentes de abastecimiento una e-celente calidad de agua cruda durante lamayor parte del a0o. *ste es el meor de los casos para proyectar plantas de filtracin lenta, donde la economa ysimplicidad en la operacin unto con la eficiencia del tratamiento se conugan de una manera e-traordinaria.

Definicin. *n la filtracin lenta en arena, el agua es pasada por gravedad, en sentido descendente, atravs de una capa de arena fina, a baa velocidad. Para las condiciones de caudal promedio diario, lasratas de filtracin varan desde menos de $.& m '(m$(da hasta @.1 m'(m$(da. "iendo este valor tanpeque0o, solamente despus de un largo periodo de servicio, desde semanas hasta meses, es necesariolimpiarlo. )on un lecho filtrante compuesto de granos finos, la materia suspendida y coloidal es retenidaen la capa superior del lecho. Las obstrucciones pueden ser removidas y el filtro volver a su capacidadoriginal, raspando la capa superior de arena sucia, en una profundidad de # a ' centmetros.

+le"entos de $n filtro de arena. *l filtro tradicional, es un tanque abierto con profundidad que vara, seg+nel dise0o, desde ',% hasta &,% metros. Los filtros lentos pueden ser circulares o rectangulares, con paredesverticales o inclinadas y su rea vara seg+n el caudal a tratar y la rata de filtracin escogida, pudiendollegar a medir hasta miles de metros cuadrados. *sencialmente, el filtro consiste de una caa de concreto,pero que puede ser hecha de otros materiales. >6er Figura 1?.

*n esta caa se deposita una capa de arena de #,% a #,& metros de espesor, encima de la cual est el aguaa filtrar, en una profundidad de #,% a #,= metros. La arena est soportada por un sistema de drenae, falsofondo, que recoge el agua filtrada y soporta la arena.

3urante la operacin, el agua entra a travs de una vlvula, pasa a travs del lecho, es recogida por elsistema de drenae, pasa por la vlvula de salida y luego por el vertedero.

3urante el proceso de filtracin, ocurre un atascamiento gradual de los poros en la parte superior del lecho,aumentando la resistencia al movimiento vertical del agua. *ste aumento es compensado, abriendo lavlvula de salida, manteniendo la prdida total y la rata de filtracin constante. 3espus de un periodo deservicio, cuando dicha vlvula est completamente abierta, es necesario sacar el filtro de operacin ylavarlo.

Para la limpie/a se baa el nivel de agua hasta $% cms por debao del m-imo nivel de arena y se procede araspar los #,% o $,% centmetros superiores del lecho. Para vaciar el filtro se cierra la vlvula del afluente y sedea trabaando en la forma corriente. na ve/ que se ha reali/ado el raspado de la arena, se procede allenar el filtro por debao con el producto de otras unidades. "e llena hasta #% cms por encima de la partesuperior del lecho y luego se acaba de llenar con agua cruda y se pone en funcionamiento.

Alicaciones de la filtracin lenta en la ota'ili-acin de ag$as . La remocin de bacterias en este tipode filtros es muy alta. )uando se tienen aguas claras, con una contaminacin bacteriolgica no muy alta, la


Figura 1


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filtracin lenta puede ser el +nico proceso necesario. "in embargo, estos filtros son tambin muy eficientesen la remocin de materia suspendida; aunque los filtros se pueden enfrentar a turbiedades entre #%% y $%%A por unos das, lo ideal es que no sobrepasen de =% A por largos periodos. "e pueden esperar buenosresultados cuando la turbiedad no pasa de #% A y el ABP es menor de #.%%%. *n general, si la turbiedades menor de =% A y sobrepasa este valor por solo unas pocas semanas al a0o y el ABP es menor de#.%%%, se recomienda alg+n pretratamiento antes de los filtros lentos, y despus de stos, en cualquier caso,debe ir una desinfeccin. *l pretratamiento puede consistir en una sedimentacin, bocatoma filtrante,filtracin hori/ontal y en el peor de los casos coagulacin, sedimentacin y filtracin rpida.

*s apenas natural que no se haga mucha referencia en los medios de comunicacin a los sistemas defiltracin lenta. La sencille/ del proceso hace que no se requieran sofisticados equipos de control y mediciny que el n+mero de vlvulas y tuberas sea peque0o. *s lgico que la industria del agua no mencione lafiltracin lenta para nada; sin embargo e-iste actualmente en )olombia un grupo de 4ngenieros, que hapromocionado esta tecnologa a nivel rural con muy buenos resultados.

Desventa%as de la filtracin lenta.

La principal desventaa de la filtracin lenta es las grandes reas de tierra requeridas. "e puede afirmar queuna planta de filtracin lenta ocupa varias veces ms terreno que una de filtracin rpida. "in embargo,para nuestro medio esto no es realmente un gran inconveniente, particularmente en /onas rurales ypeque0as poblaciones, donde el costo de la tierra representara un porcentae muy bao del total de la obra.

,enta%as de la filtracin lenta.

La sencille/ del dise0o, construccin y operacin. *sto permite la aplicacin de materiales y

capacidades disponibles, con supervisin tcnica moderada. "lo se requieren tuberas y vlvulas queno son de difcil consecucin.

"i el material filtrante se puede conseguir en la regin, los costos se reducen notablemente.

La desinfeccin debe hacerse con hipocloritos para no estar sometidos al a/ar de la consecucin del

cloro gaseoso. *sto adems de ser materiales ms seguros y fciles de dosificar.

La operacin y mantenimiento puede ser llevada a cabo por personal que slo requiere pocas

instrucciones.

Cay economas de agua, ya que no se necesita hacer un retrolavado con agua tratada.

Ao hay alta produccin de lodos.

)ecanis"os de filtracin. Los mecanismos mencionados en la teora de la filtracin son los mismos queocurren en la filtracin lenta; obviamente, ocurren en una forma ms eficiente, ya que la velocidad delagua, que es la que arrastra el floc en el efluente, es mucho menor.

)aterial filtrante. Da que la arena permanece sin estratificar, se usa com+nmente sin gradacin. "ucoeficiente de uniformidad debe ser menor de ' y preferiblemente menor de $ para obtener poros detama0o uniforme y porosidades altas. n valor por debao de #,= ofrece poca ventaa. *l tama0o efectivoest entre %,#= y %,'= mm generalmente.

*l espesor del lecho se acostumbra dear entre #,% y #,&m. "i se tienen #,$m y suponiendo carreras de dosmeses en promedio y raspado de #,=cm se tendra la profundidad mnima de %,


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tendidos de plano y usando una rata de %,= m(hora, las prdidas son de %,# mm y las prdidas en '% cms degrava de soporte son de #,& mm.

La grava de soporte es igual a la usada para filtros rpidos pero no necesita ser simtrica.

+ficiencias. Las eficiencias que se pueden esperar en un sistema de filtros lentos se pueden describiras! la remocin de materia orgnica es casi que total; la remocin de bacterias es del orden de @@E al@@.@@E incluido el *. )oli. La eliminacin de virus es casi que total. *l color se puede reducir en un =%E.La turbiedad es removida en un @%E; si el afluente cumple las condiciones previamente especificadas sepueden esperar turbiedades finales de menos de $,% A. *l hierro es reducido en un

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