CAPTULO 8

TRATAMIENTO DEAGUA

1. NORMAS DE AGUA POTABLE

Las normas de agua potable indican o fijan lmites generales aceptablespara las impurezas de las aguas que estn destinadas al abastecimientopblico (condiciones mnimas de calidad fsica, qumica y bacte-riolgica).

Los normas de agua potable no se deben considerar como un criteriopara evaluar o controlar la operacin de las plantas de tratamiento deagua sino como especificaciones generales para la aceptacin delproducto. Cuando el tratamiento de las aguas est bien controlado,se pueden obtener mejores resultados que los establecidos en lasnormas.

1.1 Guas para la calidad del agua potable. Organiza-cin Mundial de la Salud, 1998

Tabla 1CALIDAD BACTERIOLGICA DEL AGUA DE BEBIDA

ORGANISMOS GUAS

a) Todo tipo de agua de bebida

E. Coli o bacterias coliformestermotolerantes.*

407

No deben ser detectadas en ningu-na muestra de 100 mL.

Los siguientes son ejemplos comunes de niveles de contaminacinaltamente indeseables, encontrados inclusive en abastecimientos pro-tegidos: el agua de un manantial protegido sin cloracin puede con-tener 10 coliformes fecales por cada 100 mL de agua y el aguasuperficial protegida puede dar un recuento de ms de 1.000 coliformesfecales por cada 100 mL.

Por razones de simplicidad, para sistemas de abastecimiento en pe-queas comunidades, las guas de calidad del agua potable se limitanal anlisis microbiolgico del grupo coliforme, ya que este grupo esmejor conocido y de medicin relativamente fcil. Normalmente,cuando se detectan bacterias coliformes en el agua se halla informa-cin adecuada para tomar las decisiones necesarias respecto a medi-das correctivas, particularmente si se cuenta tambin con los resulta-dos de una inspeccin sanitaria realizada paralelamente.

En abastecimientos de agua sin tratamiento ni cloracin, provenien-tes de aguas superficiales o de aguas de pozos superficiales o pro-fundos, la sola deteccin de coliformes fecales puede servir general-mente como una gua adecuada para determinar la presencia deorganismos patgenos en el agua y tomar las medidas que corres-pondan.

La Tabla 2 presenta una serie de medidas correctivas y preventivas,recomendadas para la proteccin de las fuentes de agua y para elmodo de abastecimiento.

408 409

ORGANISMOS GUAS

b) Agua tratada que ingresa alsistema de distribucin

E. Coli o bacterias coliformestermotolerantes.*

Bacterias coliformes totales.

c) Agua tratada en el sistema dedistribucin

E. Coli o bacterias coliformestermotolerantes*

Bacterias coliformes totales.

* Si se detectan bacterias E. Coli o coliformes totales, la situacin debeinvestigarse de inmediato. La mnima medida que se debe adoptar en elcaso de coliformes totales es repetir el muestreo; si la bacteria se detecta enla nueva muestra, debe determinarse de inmediato el origen de la contami-nacin mediante una investigacin ms profunda.

No obstante que la E. Coli es el indicador de contaminacin fecal ms preci-so, el conteo de bacterias coliformes termotolerantes es una alternativa acep-table. Si fuera necesario, deben desarrollarse pruebas confirmativas apro-piadas. Las bacterias coliformes totales no son un indicador aceptable de lacalidad sanitaria de los sistemas rurales de abastecimiento de agua, particu-larmente en reas tropicales, donde muchas bacterias no tienen significa-cin sanitaria, pues se presentan en casi todos los sistemas de abasteci-miento que carecen de tratamiento.

Se admite que en la gran mayora de los sistemas rurales de abastecimientode agua de los pases en desarrollo, la contaminacin fecal est disemina-da. En estas condiciones, la agencia nacional de vigilancia deber estable-cer metas de mediano plazo para la progresiva mejora del agua de bebida.

No deben ser detectadas en ningu-na muestra de 100 mL.

No deben ser detectadas en nin-guna muestra de 100 mL.No deben ser detectadas en nin-guna muestra de 100 mL. En elcaso de grandes abastecimientos,en donde se haya examinado unnmero suficiente de muestras, nodeben estar presentes en el 95%de las muestras recolectadas a lolargo de un periodo de 12 meses.

Tabla 2Qumicos inorgnicos de significacin para la salud

en el agua de bebida

Notas

ATO Concentraciones de la sustancia menores o iguales al valor gua, sobre labase de criterios de salud, pueden afectar el olor o sabor del agua.

NIA No hay informacin adecuada para recomendar y establecer un valor guasobre la base de criterios de salud.

(P) Valores gua provisionales. Este trmino se usa en constituyentes para loscuales hay alguna evidencia de riesgo potencial. La informacin disponi-ble se limita a efectos en la salud donde un factor de incertidumbre mayorde 1.000 se emplea en la deduccin del lmite de ingestin diaria tolerable(TDI). Tambin se recomiendan valores gua provisionales: (1) para aque-llas sustancias en las cuales el valor gua calculado podra ser: a) ms bajoque el nivel prctico de cuantificacin, b) ms bajo que el nivel que sepuede alcanzar mediante los mtodos de tratamiento utilizados en la prc-tica, o (2) cuando la desinfeccin puede influir haciendo exceder el valorgua.

* Para sustancias que se consideran carcinognicas, el valor gua es la concentra-cin en el agua de bebida, con un grado de riesgo de cncer durante el periodode vida de 10-5 (un caso adicional de cncer en una poblacin de 100.000 queingiere el agua de bebida con un contenido de la sustancia igual al valor gua,durante 70 aos).

Tabla 3Qumicos orgnicos de significacin para la salud

en el agua de bebida

410 411

INORGNICOS VALOR GUA(mg/L)

OBSERVACIONES

Antimonio 0,005 (P)

Arsnico 0,01* (P) Grado de riesgo de ocurrencia de cncer ala piel de 6(10)-4. Se acumula en el organismoy puede causar efectos txicos.

Bario 0,7

Berilio -- No hay informacin adecuada para establecerun valor gua.

Boro 0,3

Cadmio 0,003 Efecto txico, afecta el rin y el aparatocirculatorio.

Cromo 0,05 (P) Principalmente, el hexavalente es txico ypotencialmente carcingeno.

Cobre 2 ATO (P)

Cianuro 0,07 Inhibe el metabolismo del oxgeno.

Fluoruro 1,5 Concentraciones altas afectan la dentadura ylos huesos. Puede producirse una fluorosisendmica.

Plomo 0,01 Altamente txico. Se acumula en el organismo.

Manganeso 0,5 ATO (P)

Mercurio (total) 0,001 Tiene efectos txicos. Se acumula en elorganismo. Afecta principalmente las glndulassalivares y renales, las funciones psicolgicasy psicomotoras.

Molibdeno 0,07

Nquel 0,02

Nitrato(comoNO-3)Nitrito (comoNO-2)

50

3

La relacin de la suma de las concentracionesde cada uno con su respectivo valor gua nodeber exceder de 1 (P).

Selenio 0,01

Uranio -- NIA

ORGNICOS VALOR GUA(g/L)

OBSERVACIONES

Alcanos clorados

Tetracloruro de carbono 2

Diclorometano 20 Grado de riesgo de 10- 5.

1,1-dicloroetano -- NIA

1,2-dicloroetano 30*

1,1,1-tricloroetano 2.000 (P) ATO

412 413

ORGNICOS VALOR GUA(g/L)

OBSERVACIONES

Etenos clorados

Cloruro de vinilo 5 Grado de riesgo de 10 5.

1,1-dicloroeteno 30*

1,2-dicloroeteno 50

Tricloroeteno 70 (P)

Tetracloroeteno 40

Hidrocarburos aromticos

Benceno 10* Grado de riesgo de 10 5.

Tolueno 700 ATO

Xilenos 500 ATO

Etilbenceno 300 ATO

Estireno 20

Benzopireno 0,7* Grado de riesgo de 10 5.

Bencenos clorados

Monoclorobenceno 300 ATO

1,2-diclorobenceno 1.000 ATO

1,3-diclorobenceno -- NIA

1,4-diclorobenceno 300 ATO

Triclorobencenos (total) 20 ATO

Orgnicos miscelneos

Adipato de di-2-etilhexil 80

Ftalato de di-2-etilhexilo 8

Acrilamida 0,5* Grado de riesgo de 10 5.

Epiclorhidrina 0,4 (P)

Hexaclorobutadieno 0,6

(EDTA) cido edtico 200

cido nitrilotriactico 200

Dialquilos de estao -- NIA

xido de tributilestao 2

PLAGUICIDAS VALOR GUA(g/L)

OBSERVACIONES

Alacloro 20* Grado de riesgo de 10 5.

Aldicarb 10

Aldrina/dieldrina 0,03

Atrazina 2

Bentazona 30

Carbofurano 5

Clordano 0.20

Clorotolurn 30

DDT 2

1,2-dibromo-3-cloropropa-no

1* Grado de riesgo de 10 5.

2,4-D 30

1,2-dicloropropano 20 (P)

1,3-dicloropropano -- NIA

1,3-dicloropropeno 20* Grado de riesgo de 10 5.

Dibromuro de etileno -- NIA

Heptacloro yheptacloroepxido

0,03

Hexaclorobenceno 1* Grado de riesgo de 10 5.

Isoproturn 9 (P)

Lindano 2

MCPA 2

Metoxicloro 20

Metolacloro 10

Molinato 6

Pendimetalina 20

Pentaclorofenol 9

Permetrina 20

Propanil 20

Piridato 100

Simazina 2

Trifluralina 20

Notas

ATO Concentraciones de la sustancia menores o iguales al valor gua, sobre la base decriterios de salud, pueden afectar el olor o sabor del agua.

NIA No hay informacin adecuada para recomendar y establecer un valor gua sobre labase de criterios de salud.

414 415

HERBICIDAS OBSERVACIONES

Fenxidos distintos del 2,4-D y el MCPA

Fenoprop 9

Dicloropropano 100

2,4-DB 90

2,4,5-T 9

Mecoprop 10

MCPB -- NIA

DESINFECTANTES VALOR GUA(mg/L)

OBSERVACIONES

Monocloramina 3

Di- y tricloramina -- NIA

Cloro 5 ATO

Para una desinfeccin efectiva se debetener un cloro libre residual > 0,5 mg/Ldespus de por lo menos 30 min detiempo de contacto a pH < 8,0.

Dixido de cloro No se ha establecido un valor guaporque el dixido de cloro rpidamentebaja y porque el valor gua de clorito esuna proteccin adecuada para elpotencial de toxicidad del dixido decloro.

Yodo NIA

PRODUCTOS SECUNDARIOSDE LA DESINFECCIN

VALOR GUA(g/L)

OBSERVACIONES

Bromato 25* (P) Grado de riesgo de 7(10) 5.

Clorito 200 (P)

Clorato -- NIA

Clorofenoles

2-clorofenol -- NIA

2,4-diclorofenol -- NIA

2,4,6-triclorofenol 200* Grado de riesgo de 7(10) 5.

Formaldehdo 900

MX NIA

Trihalometanos La relacin de la suma de lasconcentraciones de cada uno consu respectivo valor gua nodeber exceder de 1.

Bromoformo 100

Dibromoclorometano 100

Bromodiclorometano 60* Grado de riesgo de 10 5.

Cloroformo 200* Grado de riesgo de 10 5.

cidos acticos clorados

cido monocloroactico -- NIA

Acido dicloroactico 50 (P)

cido tricloroactico 100 (P)

Hidrato clorado(tricloroacetaldehdo)

10 (P)

Cloroacetona -- NIA

Acetonitrilos halogenados

Dicloroacetonitrilo 90

Dibromoacetonitrilo 100

Bromocloroacetonitrilo -- NIA

PRODUCTOS SECUNDARIOSDE LA DESINFECCIN

VALOR GUA(g/L)

OBSERVACIONES

Tricloroacetonitrilo 1 (P)

Cloruro de ciangeno (comoCN)

70

Cloropicrina -- NIA

(P) Valores gua provisionales. Este trmino se usa en constituyentes para los cualeshay alguna evidencia de riesgo potencial. La informacin disponible se limita aefectos en la salud donde un factor de incertidumbre mayor de 1.000 se emplea enla deduccin del lmite de ingestin diaria tolerable (TDI). Tambin se recomien-dan valores gua provisionales: (1) para aquellas sustancias en las cuales el valorgua calculado podra ser: a) ms bajo que el nivel prctico de cuantificacin, b)ms bajo que el nivel que se puede alcanzar mediante los mtodos de tratamientoutilizados en la prctica, o (2) cuando la desinfeccin puede incluir haciendoexceder el valor gua.

* Para sustancias que se consideran carcinognicas, el valor gua es la concentracin enel agua de bebida, con un grado de riesgo de cncer durante el periodo de vida de105 (un caso adicional de cncer en una poblacin de 100.000 que ingiere el agua debebida con un contenido de la sustancia igual al valor gua, durante 70 aos).

2. MTODOS GENERALES DETRATAMIENTO

2.1 Objetivos del tratamiento

Los objetivos del tratamiento para mejorar la calidad del agua deabastecimiento son de los siguientes tipos:

Higinico: remover bacterias y elementos venenosos o nocivos, ascomo resolver la mineralizacin excesiva y las concentraciones ele-vadas de compuestos orgnicos, protozoarios y otros microorga-nismos.

Esttico: corregir el color, la turbidez, el olor y el sabor.

Econmico: reducir la corrosividad, la dureza, el color, la turbidez;reducir las concentraciones de hierro y manganeso; resolver proble-mas de olor y sabor, etctera.

2.2 Procesos de tratamiento

Los procesos de tratamiento son los siguientes:

aeracin; coagulacin; floculacin; decantacin o sedimentacin; filtracin; tratamiento por contacto; correccin de la dureza; desinfeccin; sabor y olor; control de la corrosin, y cloracin.

3. AERACIN DEL AGUA

3.1 Introduccin

La aeracin es el proceso de tratamiento mediante el cual se incrementael rea de contacto del agua con el aire para facilitar el intercambiode gases y sustancias voltiles.

La aeracin se realiza por tres razones:

1) Remocin de gases disueltos:

a) Gas carbnico presente en el agua en forma natural;

416 417

b) gas sulfhdrico proveniente de la putrefaccin o fermentacin delos depsitos orgnicos putrescibles o fermentables del fondo delos reservorios;

c) cloro en exceso (proveniente de la supercloracin).

2) Introduccin del oxgeno del aire en el agua:

a) Para oxidar el fierro y el manganeso, cuya remocin se realizamediante la decantacin y filtracin (de esta manera tambin sereduce el sabor debido al hierro y al manganeso);

b) para aadir oxgeno en el agua hervida o destilada.

3) Remocin de sustancias causantes de sabores y olores:

a) Sustancias oleaginosas provenientes de algas y otros organismos(cuando son voltiles);

b) gas sulfhdrico;

c) sabores debidos al hierro y al manganeso;

d) descomposicin de la materia orgnica (quema).

Cuando se remueve el gas carbnico o se reduce la tendencia corro-siva del agua y el consumo de alcalis, se obtiene un aumento del pH.En la prctica, es imposible la reduccin por aeracin de todo gascarbnico presente en el agua debido a que el gas carbnico del airetambin puede disolverse.

La remocin del gas sulfhdrico por aeracin es lo suficientementeeficaz para reducir los olores, sabores y demanda del cloro.

3.2 Principales tipos de aeradores

1) Aeradores de gravedad: son los siguientes:

a) Aeradores de cascada: el principio general consiste en esparcirel agua al mximo y dejarla correr sobre obstculos para produ-cir turbulencia. La estructura ms simple es la de escaleras, lascuales esparcen el agua y permiten la cada de un nivel a otro.

b) Aeradores de bandejas: consisten en una serie de bandejas conhendiduras o perforaciones o con un fondo de malla de alambresobre las cuales se distribuye el agua para que caiga en un estan-que de recoleccin. Algunos aeradores de este tipo estn dotadosde un lecho grueso de trozos de carbn o bolas de cermica,cuyo espesor vara de 5 a 15 centmetros y que se coloca en lasbandejas para lograr mayor eficacia y producir mayor turbulen-cia. Los lechos gruesos son eficaces, especialmente cuando seutilizan como auxiliares catalizadores de las reacciones de oxida-cin, para causar la precipitacin del xido de fierro y el man-ganeso (pirolusita).

2) Aeradores de aire difuso: por lo general, son tanques rectangu-lares de concreto con tubos perforados o placas porosas u otrosdispositivos que se encuentran cerca del fondo y a travs de loscuales el aire comprimido se inyecta en el sistema. Como resultado,se producen burbujas de aire que aumentan el contacto entre el aguay el aire.

La cantidad de aire que se requiere depende de la finalidad de laaeracin.

418 419

3) Aeradores de aspersin: estn compuestos por boquillas coloca-das en un tubo de distribucin. Los aeradores de aspersin poseenun valor esttico y agradan al pblico (son fuentes luminosas). Nece-sitan un rea grande y por ello no son econmicos. Son los aeradoresms eficaces para el intercambio de gases y sustancias voltiles.

3.3 Control del proceso de aeracin

El control del proceso de aeracin consiste en determinar la concen-tracin de oxgeno disuelto, gas carbnico libre, gas sulfhdrico y elvalor del pH.

El proceso de aeracin tendr xito si se cumplen las siguientes trescondiciones simultneamente:

cuando la concentracin de oxgeno disuelto est entre 7 y 10ppm;

cuando la concentracin de gas carbnico se ubica entre 3 y 5ppm;

cuando hay ausencia total de gas sulfhdrico.

3.4 Limitaciones

El oxgeno que se incorpora al agua durante el proceso de aeracinpuede volverla ms corrosiva y formar, con el hierro de la tubera,tubrculos que reducen su dimetro y su capacidad de escurrimiento.

Por ello, la aeracin no se debe utilizar indiscriminadamente sinosolo cuando las finalidades estn controladas.

La aeracin no siempre es un mtodo eficaz para la remocin oreduccin de los sabores y olores debido a que muchas de las sustan-

cias que causan estas caractersticas indeseables no son suficiente-mente voltiles. Por ejemplo, los aceites esenciales de las algas.

4. COAGULACIN

4.1 Generalidades

Las impurezas que contiene el agua pueden estar en los siguientesestados:

en suspensin; disueltas; suspensiones concentradas: en particular vegetales, restos de ho-

jas, vegetales (macroscpicos), slice, etctera, que pueden flotaro sedimentarse fcilmente cuando el agua est en reposo;

suspensiones finas: turbidez, bacterias, plancton, etctera; coloidales: dureza, en parte (sales de calcio y magnesio); fierro

y manganeso no oxidados, etctera.

La coagulacin tiene como finalidad anular las cargas elctricas delas partculas y transformar las impurezas que se encuentran en sus-pensiones finas o en estado coloidal y algunas que estn disueltas enpartculas que puedan ser removidas por la decantacin (sedimenta-cin) y la filtracin. Tales aglomerados gelatinosos se agrupan yproducen los flculos (floculacin).

4.2 Sustancias qumicas utilizadas

Las sustancias qumicas utilizadas en la coagulacin se pueden clasi-ficar en tres categoras:

1) Coagulantes: compuestos de aluminio o de fierro que general-mente pueden producir hidrxidos gelatinosos no solubles y absor-ber las impurezas.

420 421

2) Alcalinizantes: cal viva (xido de calcio), hidrxido de calcio,hidrxido de sodio (soda custica), carbonato de sodio (carbonatosdico), que pueden proporcionar la alcalinidad necesaria para lacoagulacin.

3) Coadyuvantes de la coagulacin: compuestos (arcilla, slice ac-tivada, polielectrlitos, etctera), que se pueden convertir en partcu-las ms densas y hacer que los flculos sean ms firmes.

Los coadyuvantes de frmulas desconocidas se deben utilizar conmucha reserva porque en su composicin pueden contener elemen-tos no recomendables para la salud.

4.3 Propiedades de los coagulantes

1. Actan con los alcalis para producir hidrxidos gelatinosos quecontienen y absorben impurezas. Esta propiedad es ms adecua-da para la remocin de la turbidez.

2. Producen iones trivalentes de cargas elctricas positivas, que atraeny neutralizan las cargas elctricas de los coloides protegidos que,por lo general, son negativas. Esta propiedad es ms adecuadapara la remocin del color.

4.4 Factores que influyen en la coagulacin

1. Tipo de coagulante:

de aluminio; de fierro.

2. Cantidad de coagulante. Esta cantidad tiene relacin con dosfactores:

la turbidez y el color que se va a remover; la concentracin bacteriolgica.

Las dosis de coagulantes ms adecuadas son las que reducen msla concentracin bacteriolgica y dan como resultado mayor eco-noma en la desinfeccin.

Hay tablas que relacionan la cantidad de coagulante con la deturbidez del agua. Sin embargo, la cantidad exacta solamente sepuede determinar con una prueba. En esta investigacin, el equi-po de prueba de jarras es de gran ayuda.

3. Concentracin y tipo de color y turbidez:

mayor o menor cantidad de coloides protegidos; mayor o menor cantidad de partculas en suspensin; sustancias coloreadas disueltas, etctera.

4. Otras caractersticas qumicas del agua:

alcalinidad natural; concentracin de hierro; materia orgnica, etctera.

Cada mg/L (ppm) de sulfato de aluminio aplicado acta con 0,45mg/L (ppm) de alcalinidad.

5. Concentracin de iones-hidrgeno en el agua (pH):

hay un pH ptimo de floculacin, que se determina experi-mentalmente.

422 423

6. Tiempo de retencin de las unidades de mezcla rpida y lenta:

unidades de mezcla rpida: el tiempo deber ser instantneo yen este lapso se debe dispersar el coagulante de tal modo quela reaccin de coagulacin se produzca en toda la extensinde la masa lquida;

lenta: para la formacin de flculos (floculacin). Aglomera-cin del material gelatinoso (cogulo) en partculas mayoresque se decantan con mayor rapidez (flculos).

7. Temperatura:

la coagulacin es mejor cuando la temperatura es alta.

8. Agitacin:

si hay poca velocidad en la agitacin, la formacin de flculosdisminuye y dificulta la decantacin.

9. Presencia de ncleos:

los coadyuvantes de la floculacin (aditivos de floculacin)son sustancias que pueden impulsar ncleos ms densos paraobtener flculos ms pesados.

Observacin: el proceso de coagulacin implica la dispersin delcoagulante, su reaccin con la alcalinidad para la formacin del gel einclusive la aglomeracin de dicha gelatina para la formacin delflculo (floculacin).

En una planta de tratamiento de agua, tal fenmeno sucede de dosmaneras distintas: mezcla rpida y mezcla lenta.

4.5 Coagulantes de aluminio

Sulfato de aluminio: es el ms utilizado para el tratamiento delagua.

Frmula qumica: Al2 (SO4)3.18H2OSe puede presentar de tres formas:

Blanco: llamado tambin libre de fierro. Es ms costoso debido aque posee una caracterstica que no es indispensable (libre de fie-rro).

Amarillo: es el ms comn y econmico. Se produce mediante lareaccin del cido sulfrico comercial con la bauxita pulverizada.

Negro: mezcla homognea de sulfato de aluminio (blanco o amari-llo) con 2 a 5% de carbn activo. Se utiliza para el control del sabory del olor. La coagulacin con hidrxido de aluminio Al(OH)3 serealiza en la zona de pH entre 5,0 y 8,0 por la reaccin del sulfatocon la alcalinidad natural o cuando se aade al agua.

Tericamente, las reacciones son las siguientes:

con la alcalinidad natural;

Al2(SO

4)3.18H

2O + 3Ca(HCO

3)2

2 Al(OH)3 + 3CaSO

4 +

18H2O + 6CO

2.

con la alcalinidad agregada;

Al2(SO

4)3.18H

2O + 3Ca(OH)

22 Al(OH)

3 + 3CaSO

4 +

18H2O.

Al2(SO

4)3.18h

2O + 3Na

2CO

3 2 Al(OH)

3 + 3Na

2SO

4 + 15h

2O

+ 3CO2.

VV

V

424 425

sulfato doble de aluminio y amonio:

Al2(SO4)3.(NH4)2SO4.24H2O, llamado tambin alumbre de amonio.

alumbre de sodio:

Na2O.Al

2O

3, llamado tambin alumbre de soda.

4.6 Coagulantes del hierro

Sulfato de hierro II (FeSO4.7H2O), sulfato ferroso (vitriolo ver-de). No muy utilizado, subproducto de bajo costo de industrias side-rrgicas; en el agua se transforma en hidrxido de hierro III[Fe(OH3)], despus de pasar por las siguientes dos etapas:

FeSO4 + Ca(OH)2 Fe(OH)2 + CaSO4

El Fe(OH)2 se oxida y se transforma en Fe(OH)3 debido al oxgenodisuelto en el agua.

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3

Proceso de extraer el aire del agua (reducir el O2 disuelto).Esta reaccin se produce en la zona de pH entre 9,0 y 11,0.

Sulfato de hierro II-clorado (sulfato ferroso clorado):

6FeSO4.7H2O + 3Cl2 2Fe2(SO4)3 + 2FeCl3 + 7H2O

La oxidacin de Fe++ a Fe +++ depender del cloro y no del oxge-no disuelto.

La coagulacin se produce en dos zonas de pH: entre 4,0 y 6,0 por encima de 9,0 sin peligro de que el flculo formado se vuelva adisolver.

Sulfato de hierro III: Fe2(SO4)3.9H2O

Cloruro de hierro III: FeCl3.6H2O

Anhidro: FeCl3

2FeCl3 + 3Ca(OH)2 2Fe(OH)3 + 3CaCl2

Zona de floculacin: pH entre 4,0 y 11,0.

4.7 Alcalinizantes

La cal virgen o viva, la cal hidratada o extinta y la cal dolomticason denominaciones comerciales del xido de calcio (CaO), delhidrxido de calcio [Ca(OH)

2] y de mezclas derivadas tales como

el xido de magnesio (MgO) y el hidrxido de magnesio[Mg(OH)

2] en proporciones que pueden alcanzar el 50%. Los

efectos de la neutralizacin del CaO o MgO, Ca(OH) o Mg(OH)2

son tericamente equivalentes. En la prctica, en la correccinfinal del pH, la parte de magnesio de la mezcla tiene menorsolubilidad que la del calcio. Inicialmente, se presenta en el aguacomo turbidez. La parte de calcio se solubiliza y acta hastaalcanzar el pH deseado. La turbidez de magnesio (de solubilidadretardada), al solubilizarse en la tubera, vuelve a producir elpH.

V

V

V

V

426 427

Especificaciones para la adquisicin:

Cal virgen: CaO. En el extintor, deber extinguirse rpidamentesin producir una cantidad excesiva de material no disuelto o extinto.

No se debe aceptar cal con menos del 70% en CaO.

Cal hidratada: CaO 90%. No aceptable menos de 60%.

Carbonato de sodio: Na2CO399,4% de Na2CO358% de Na

2O

5. DOSIFICADORES

Sulfato de aluminio.Se puede dosificar por las siguientes vas:

va hmeda; va seca.

5.1 Dosificadores por va hmeda

Las soluciones se preparan en tanques apropiados (de concreto, as-besto, cemento o fibra de vidrio), debidamente protegidos con pintu-ra anticida.

Tales tanques poseen un dispositivo manual o mecnico de agitacinpara homogeneizar la solucin. La agitacin debe mantenerse du-rante una a dos horas, dependiendo del tipo de coagulante que seest empleando.

En aguas poco turbias (o en el uso del sulfato negro), el trabajo delagitador es conveniente para mantener las partculas insolubles ensuspensin.

Para otros tipos de agua, se utiliza la solucin decantada.

La solucin se debe preparar en una concentracin de 1 a 2% y sedebe aplicar en el agua mediante dosificadores que pueden ser lossiguientes:

tanque de nivel constante, con orificio graduable; tanque de nivel constante, con dosificador rotativo; tanque de nivel constante y bomba con retorno del lquido exce-

dente, y bomba de diafragma regulable.

5.2 Dosificadores por va seca

Para utilizar el sulfato en el dosificador por va seca, este debe tenertal granulometra que no menos del 90% pase por una malla de 10orificios por pulgada y 100% por una malla de 4 orificios por pulga-da. No deber contener mucho polvo para que el arco formado porla compactacin del polvo en las paredes no interrumpa la dosifica-cin.

Los dosificadores pueden ser:

dosificadores volumtricos de disco rotativo; volumtricos vasculantes; volumtricos de correa, y gravimtricos.

428 429

Para la disolucin del sulfato, posterior al dosificador, el volumen deagua debe ser por lo menos equivalente a la preparacin de unasolucin al 1% del producto dosificado.

Observaciones: toda tubera utilizada en el transporte de la solucinde sulfato de aluminio debe ser superficial (es decir, no debe estarenterrada) y con un PVC de rigor clase 12. Los registros deben serdel tipo membrana, cuyo interior resiste la corrosin.

Es preferible que la tubera que conduce la solucin no est tendidahorizontalmente. En caso de necesitar codos, se los debe usaroperculados o con tubos en forma de te o una cruz con tapn, parafacilitar la limpieza.

La dosificacin requerida para el tratamiento se realiza a partir deexperiencias en laboratorio (ensayo de coagulacin).

Es importante y econmico elegir para la aplicacin del coagulanteel punto de mayor agitacin. La reaccin del sulfato de aluminio y laalcalinidad natural (o adicionada) es instantnea y debe producirseen toda la extensin de la masa lquida (para no tener porciones deagua sin tratamiento).

Lo establecido para los coagulantes de aluminio tambin es vlidopara los coagulantes de fierro.

Cal viva (CaO), cal hidratada Ca(OH)2. La cal virgen o hidratadase emplea para los siguientes fines:

1) optimizar la coagulacin; ajuste del pH ptimo;

2) correccin del pH final del agua tratada (despus de la cloracin).

La dosis, en ambos casos, se puede aplicar en forma de lechada decal o de agua saturada de cal, o inclusive, con dosificadores al seco(cal hidratada).

Lechada de cal. La preparacin de la lechada de cal se realiza en elextintor, donde la cal virgen se quema y la hidratada se mezcla conel agua por medio de agitadores.

La mezcla se diluye en tanques de alimentacin y de dosificacin,provistos de agitadores para mantener la cal permanentemente ensuspensin.

La suspensin dosificada de dicha manera se enva a la entrada (enel caso de ajuste del pH ptimo de floculacin) o a la salida deltratamiento (en el caso de la correccin final del pH) o a ambospuntos de la planta de tratamiento de agua, mediante tuberas y conuna inyeccin de agua auxiliar.

La suspensin de lechada de cal se prepara en una concentracin de5%.

Agua saturada de cal. Primero se prepara una suspensin con calvirgen o hidratada en el extintor, como en el caso anterior y luegodicha solucin se dirige a los saturadores mediante la tubera. Elsaturador es un compartimiento de forma cnica apoyado en el vr-tice, que tiene como centro una tubera que baja hasta el fondoprximo.

La suspensin preparada en el extintor se coloca en el saturador yluego se deposita. El agua aadida por la pileta atraviesa la capa decal precipitada de la suspensin y, al saturarse, se derrama de unacubeta que hay en el extremo superior del tanque. Luego, el agua

430 431

saturada se transporta hacia la entrada o la salida de la planta detratamiento de agua mediante tuberas (vase la Figura 1).

Figura 1

En seco

Mide la dosis de cal en seco. El proceso es idntico al del dosifica-dor en seco de sulfato de aluminio.

La dosificacin de cal se debe realizar segn la finalidad que sepersiga:

a) para mejorar la coagulacin;b) para la correccin final del pH.

La dosis de cal para mejorar la coagulacin del agua (en caso de sernecesaria) se determina en funcin de un ensayo de laboratorio (en-sayo de prueba de jarras).

La dosis de cal para la correccin final del pH se determina median-te el ensayo de saturacin de carbonato (pHs).

La correccin final del pH se realiza con el propsito de eliminar laposibilidad de corrosin de la tubera, as como para colocar unapelcula de carbonato de calcio que evite el contacto del agua con elhierro de la tubera.

6. CMARAS DE MEZCLA

6.1 Introduccin

Una vez que se han agregado las sustancias qumicas al agua, tene-mos dos fases:

1) mezcla rpida;2) mezcla lenta o floculacin.

La dosificacin se regula con el volumen de entrada de agua alsaturador y la carga se controla mediante anlisis, por titulacin, delagua saturada.

Saturador esttico de cal

Preparacin lechadade cal a distancia

cal

Preparacin lechadade cal por gravedad

cal

agua

agua

agua

agua

1. Llegada de agua apresin

2. Salida de agua saturada3. Vaciado del saturador4. Nivel correspondiente al

volumen de lechada decal para carga

5. Llegada de lechada decal

6. Rebose

desage

432 433

La mezcla rpida tiene el propsito de dispersar en forma uniformee instantnea los productos qumicos en el agua que se va a tratar.

La mezcla lenta va a permitir el desarrollo de los flculos.

6.2 Cmaras de mezcla rpida

Los reactivos qumicos se deben distribuir de manera rpida y uni-forme por toda la masa lquida.

Para lograr este objetivo se deben aplicar en puntos de mucha turbu-lencia, originados por resaltos hidrulicos, cmaras con deflectores,mezcladores mecnicos, etctera.

Los mezcladores mecnicos se componen de tanques provistos deagitadores mecnicos; con entrada de agua por la parte inferior opor el fondo y la salida por la parte superior.

En los mezcladores no mecanizados o hidrulicos se aprovecha laenerga del agua para realizar la mezcla.

Los tipos ms comunes son los siguientes:

a) Cmaras con deflectores:

deflectores para introducir movimiento horizontal al agua; deflectores con movimiento vertical del agua (son ms comunes).

b) Resalto hidrulico: medidores Parshall, vertederos rectangula-res, rampas, etctera.

c) Difusores en canales o en tuberas.

6.3 Cmaras de mezcla lenta. Floculadores

Estn destinados a promover una agitacin moderada, para que losflculos se formen bien. Las cmaras de mezcla lenta pueden sermecanizadas o hidrulicas:

a) Floculadores mecnicos: pueden ser de eje vertical u horizontal.b) Floculadores hidrulicos:

Floculadores de pantallas de flujo horizontal (fotografa superior) y vertical (inferior)

434 435

cmaras con deflectores o pantallas con movimiento horizontaldel agua;

cmaras con deflectores o pantallas con movimiento vertical delagua (son ms comunes).

cmaras del tipo Alabama, conformadas por compartimientosdonde el agua realiza un movimiento ascendente-descendente.Estas unidades son poco comunes por su alta sensibilidad a lasvariaciones del caudal de operacin. Con caudales muy bajos,puede anularse el trabajo de la unidad.

6.4 Observaciones

1) Puede haber una combinacin de floculador mecnico y floculadorde pantallas para obtener una agitacin ms rpida al principio yms lenta despus.

2) Asimismo, los floculadores de pantallas deben tener varios tra-mos con espaciamientos diferentes entre las pantallas. El espacia-miento entre las primeras pantallas debe ser menor, para que laagitacin del agua sea mayor que en las ltimas.

3) Los floculadores de pantallas se calculan de acuerdo con la can-tidad de agua que se va a tratar. Cuando la cantidad aumenta, elagua pasa ms rpidamente y la floculacin no es buena. Si, porel contrario, la cantidad de agua disminuye, la velocidad delagua tambin lo hace, el flculo no se forma bien y se producesedimentacin entre las pantallas.

Cuando se trata de unidades mecnicas, estos inconvenientes sepueden compensar si se regula la velocidad de agitacin de laspaletas.

4) Aspectos que deben recibir especial atencin y cuidado por partede los operadores:

Floculadores mecnicos

a) lubricacin de las partes mecnicas;

b) limpieza peridica: esta limpieza se realiza vaciando la uni-dad. Debe ser simultnea a la limpieza de los decantadores;

c) comprobar en qu parte de la unidad se est empezando aformar el flculo. Lo deseable es que se forme en el primertercio de la unidad.

d) si en los primeros compartimientos se est formando una es-puma amarillenta sobre la superficie del agua, se requiererevisar la dosis coagulante que se est aplicando o el ajuste ocalibracin del dosificador porque esto indica que la dosis decoagulante es excesiva;

e) verificar la existencia de zonas muertas, donde se puedendepositar los flculos. Este material depositado se fermentafcilmente y puede producir sabor y olor en el efluente de laplanta;

436 437

f) verificar si por el exceso de velocidad de las aguas, los flculosno se rompen en la entrada de los decantadores. Si esto suce-de, se debe disminuir el caudal;

g) revisar si faltan pantallas, porque esto distorsiona el flujodentro de la unidad, lo cual crea zonas muertas y pasos direc-tos del agua que anulan el recorrido entre el conjunto depantallas. Esto disminuye el tiempo de permanencia del aguaen la unidad y afecta la formacin del flculo;

h) revisar la disposicin de las pantallas despus de una activi-dad de mantenimiento en que estas hayan sido removidas ycomprobar que no se haya alterado el espaciamiento entreellas y la amplitud de las vueltas. Cuando el espaciamientoentre las pantallas se reduce, se crean variaciones en la velo-cidad del flujo, que afectan muy negativamente la formacindel flculo.

7. DECANTACIN

7.1 Introduccin

La decantacin es el proceso mediante el cual se promueve el dep-sito del material en suspensin por accin de la gravedad.

Por lo general, las aguas en movimiento arrastran partculas granularesy materia floculenta que, por su carcter liviano, se mantienen ensuspensin.

La remocin de materiales en suspensin se obtiene al reducir lavelocidad del agua, hasta lograr que las partculas en suspensin sedepositen en determinado tiempo de retencin. Este proceso se pro-duce en los decantadores.

El decantador es un tanque generalmente de seccin rectangular ocircular, cuyo fondo muchas veces est inclinado hacia uno o mspuntos de descarga. Este tanque posee dispositivos de entrada ysalida del agua, previstos para evitar cortocircuitos y zonas muertasy obtener una mejor distribucin del lquido en el interior de launidad.

7.2 Mecanismos de la decantacin

Cada partcula tiene una velocidad mxima por encima de la cual nohay decantacin.

Esta velocidad depende de la forma y, principalmente, de la densi-dad de la sustancia considerada.

Una partcula dentro de la masa de agua del decantador est sujeta ala accin de dos fuerzas:

1) fuerza horizontal resultante del movimiento del agua en eldecantador, que origina la velocidad horizontal (VH);

2) fuerza vertical debida a la accin de la gravedad, que causa lavelocidad de sedimentacin (Vs).

En consecuencia, la partcula avanza en el decantador y baja simul-tneamente hasta aproximarse al fondo.

Si en el decantador la partcula solo posee tales movimientos, enton-ces el tiempo necesario para que el agua lo atraviese sera igual altiempo que demora en llegar al fondo, pero esto, en la prctica, nosucede, porque existen movimientos ascendentes del agua que sedeben a las variaciones de temperatura, a la accin de los vientos,etctera.

438 439

El periodo terico de retencin en un decantador equivale al volu-men del tanque dividido por el caudal. Como en todo decantadorexisten espacios muertos, cortocircuitos, etctera, el periodo real deretencin siempre es inferior al terico (el tiempo normal de travesadel agua en el decantador es de 4 a 6 horas).

7.3 Zonas del decantador

La conformacin de esta estructura depende del tipo de decantador.En la prctica, los ms usuales son los convencionales, los decan-tadores de placas y los clarificadores de manto de lodos.

a) Decantador convencional de flujo horizontalEste decantador se puede dividir en cuatro zonas:1) zona de turbulencia o de entrada;2) zona de sedimentacin o de decantacin;3) zona de recoleccin o de salida;4) zona de depsito de lodos.

Figura 2

Corte longitudinal de un decantador

1) Zona de entrada. En esta zona las partculas se encuentran enturbulencia. Se caracteriza por cierta agitacin; la ubicacin delas partculas vara y las nubes de flculos cambian de lugarconstantemente (fenmeno de entrada).

2) Zona de decantacin. Es la zona donde las nubes de flculosse mantienen aparentemente inmviles o estacionarias. En estazona no hay agitacin y las partculas avanzan de maneralongitudinal y simultnea y descienden lentamente en direccin ala zona de reposo o zona de depsito de lodos.

3) Zona de recoleccin o de salida. Esta zona es relativamentetranquila, como la segunda. Sin embargo, en la salida, los flculosque no llegaron a depositarse en la zona de reposo siguen elmovimiento ascendente del agua y traspasan la estructura de sali-da (efecto de salida).

4) Zona de depsito de lodos o tolvas de almacenamiento delodos. Es la zona de reposo, donde finalmente se acumula ellodo. Esta zona no sufre la influencia de la corriente de agua deldecantador, a no ser que ocurran anormalidades (inversin delas capas de agua por un cambio brusco de temperatura, fermen-tacin del lodo, etctera).

Cuando el lodo llena las tolvas de almacenamiento de lodos y co-mienza a alcanzar otras zonas, se debe lavar el decantador para quela corriente de agua ascendente no arrastre los flculos fuera de launidad.

440 441

Zona de sedimentacin

Zona de sedimentacin

P L A N T A

Zona

de

salid

aZo

na d

esa

lida

Zona

de

entra

daZ.

de en

trada

S

D

E

Zona de lodos

Decantador convencional

Tal aumento de flculos se observa en el canal de salida del decantador(zona de recoleccin). Sin embargo, la fermentacin (putrefaccin)del lodo inferior puede comenzar antes de que se produzca dichasituacin y puede darse un desprendimiento de gases que provocanolor y sabor desagradables en el efluente de la planta.

b) Decantador laminar de placas paralelas

En estas unidades la estructura de entrada est constituida por uncanal de altura variable, ubicado en el nivel inferior del canal centralde la unidad. Este canal tiene orificios a ambos lados del fondo, pordonde sale el agua floculada y se eleva por el mdulo de placas y,finalmente, alcanza el sistema de tuberas de recoleccin de aguadecantada, que descargan en el nivel superior del canal central.

La capacidad de produccin de estas unidades es muy superior a lade una unidad convencional de la misma rea, debido a la serie deplacas paralelas inclinadas a 60, colocadas en la zona de decanta-cin.

Decantador laminar de placas paralelas

7.4 Lavado del decantador

Se realiza por dos motivos:

a) cuando la tolva de almacenamiento de lodo se llena;

b) cuando comienza la fermentacin del lodo almacenado.

El primer caso ocurre cuando el agua presenta alta turbidez y seproduce gran cantidad de lodo.

El segundo caso se produce cuando el tratamiento es discontinuo oel agua cruda est clara y se forma poco lodo. En este caso, la fer-mentacin se inicia antes de que el lodo llegue a llenar las tolvas.

En la zona de turbulencia, se sabe que hay fermentacin cuandoaparecen unas pequeas burbujas de gas en su superficie.

Si el operador no observa este fenmeno y la fermentacin contina,no solo se van a producir sabor y olor desagradables sino que,

442 443

adems, van a aparecer grandes placas de lodo en la zona de decan-tacin (lo que producir un aspecto similar a la piel de un reptil).

Por lo general, la capa espesa de lodo o el inicio de fermentacin seproduce despus de tres o cuatro meses de usar el decantador, segnla calidad del agua y la temperatura ambiental.

En este caso, se debe proceder con el lavado del decantador, que, depreferencia, se realiza con una manga de agua.

Algunas veces, en las paredes del decantador y en los canales, tantode entrada como de salida, se forman incrustaciones de algas y delodo, que dan un mal aspecto y pueden llegar a los filtros e impedirsu buen funcionamiento. Cuando esto sucede, se debe realizar unalimpieza para retirar tales incrustaciones con ms frecuencia sin te-ner que vaciar el decantador.

Los decantadores de placas estn provistos de sistemas hidrulicosde extraccin de lodo y no es necesario ingresar a la unidad paraefectuar la limpieza en forma manual. Por esta razn, las tolvas dealmacenamiento no son tan grandes como en el caso de las unidadesconvencionales. En poca de lluvias, pueden operar sin interrupcio-nes y efectuar descargas de lodo cada cuatro horas. Para ello seproceder del siguiente modo:

cerrar la compuerta de ingreso de agua floculada;

abrir las vlvulas de los colectores o canales de extraccin delodo;

observar que el nivel del agua sobre las placas baje 30 centme-tros, y

cerrar la vlvula de lodo y abrir la compuerta de entrada.

En poca de seca, esta operacin se efectuar cada semana y enclimas clidos, como mnimo, cada tres das, para evitar la descom-posicin del lodo.

7.5 Sistemas de remocin de lodo

Simple: remocin manual, remocin continua.

Mecanizado: remocin intermitente, remocin continua.

La mecanizacin del decantador para extraer el lodo se puede reali-zar por dos razones: debido a la gran cantidad de material sedimentableexistente en el agua que va a ser tratada y por la naturaleza del lodo,que es rpidamente putrescible.

7.6 Observaciones

La decantacin es una operacin de preparacin del agua para lafiltracin. Cuanto mejor sea la decantacin, ms eficiente ser lafiltracin.

En consecuencia, para tener una decantacin perfecta, se deben to-mar las siguientes precauciones:

1) correcta aplicacin de coagulantes al pH ptimo (incluye la apli-cacin de alcalinizante, en caso de que sea necesario);

2) mezcla rpida eficaz;

3) mezcla lenta suficiente para producir buenos flculos, grandes ypesados;

4) limpieza rutinaria de los decantadores.

444 445

Cuando la flora acutica es relativamente grande (algas), se reco-mienda pintar las paredes de los decantadores con caldo bordels.

Operacin: lave bien las paredes con cepillo. Deje secar y pinte concaldo bordels y con ayuda de pinceles o pulverizadores. No llenarel decantador hasta que la pintura est bien seca.

Preparacin de caldo bordels:

a) disuelva un kilo de sulfato de cobre en 50 litros de agua;

b) aada 500 gramos de cal a otros 50 litros de agua;

c) aada gotas del indicador fenolftalena a una muestra de la mez-cla (a + b). Debe dar la coloracin caracterstica de altaalcalinidad; de no ser as, agregue ms preparado (b). Pinte lasparedes con caldo bordels.

Cantidad

Se debe considerar que la cantidad de caldo bordels que se necesitapara la pintura de un decantador debe ser tal que al llenar eldecantador, considerando que toda la pintura est disuelta, la dosisde sulfato de cobre en el agua no sea superior a un miligramo porlitro (un gramo de CuSO

4 por metro cbico de agua).

7.7 Control de proceso de decantacin

Para ahorrar agua en el lavado de los filtros, es importante que elagua decantada que ingrese a estas unidades sea de la mejor calidadposible, para que las carreras de operacin de los filtros sean largas.

En ese caso, se debe considerar lo siguiente:

el agua decantada debe tener un color bajo, de 5 a 10 UC comomximo.

la turbidez debe ser baja; idealmente, no mayor de 2 UNT. Eldecantador debe remover por lo menos 90% de la turbidez delagua cruda.

(turbidez del agua cruda - turbidez del agua decantada) x 100 90%turbidez del agua coagulada

Una turbidez o color elevado puede significar que la decantacin noes eficaz debido a alguna de las siguientes razones:

dosis de coagulante inadecuada;

pH ptimo de coagulacin errneo;

problemas de diseo o de mantenimiento del floculador, y

decantadores sucios.

La determinacin del oxgeno consumido tambin es un ptimo pro-ceso de control de la eficiencia de la decantacin, que se puedecomparar con la del agua cruda. El porcentaje de reduccin debe serel siguiente:

(O2 consumido del agua cruda - O2 consumido del agua decantada) x 100 > 50% O2 consumido del agua cruda

La comparacin de conteo de colonias en placas Petri de agar patrn(agua cruda y agua decantada) tambin constituye un proceso decontrol de la decantacin.

446 447

El control con todos los medios puede ofrecer al operador formasdistintas de garantizar la eficiencia del proceso de decantacin ymejorar sus instrumentos para corregir eventuales deficiencias.

Observacin: estas determinaciones, comparadas con el modelo fi-nal del agua, pueden proporcionar al operador excelentes parmetrosde decantacin para el sistema que opera.

Si al lavar el decantador los parmetros mencionados no fueranalcanzados:

la turbidez del agua decantada aumenta y el porcentaje de reduc-cin disminuye (cuando la zona de reposo llega a otras zonas, lazona de ascensin presenta un gran nmero de flculos);

el O2 consumido aumenta (el porcentaje de reduccin disminuye)

cuando el lodo entra en fermentacin, etctera.

8. FILTRACIN

La filtracin del agua consiste en hacerla pasar por sustancias poro-sas que puedan retener o remover algunas de sus impurezas.

Por lo general, se utiliza como medio poroso la arena soportada porcapas de piedras, debajo de las cuales existe un sistema de drenaje.

Con el paso del agua a travs de un lecho de arena se produce losiguiente:

la remocin de materiales en suspensin y sustancias coloidales; la reduccin de las bacterias presentes; la alteracin de las caractersticas del agua, inclusive de sus

caractersticas qumicas.

Los fenmenos que se producen durante la filtracin son los siguien-tes:

a) la accin mecnica de filtrar;

b) la sedimentacin de partculas sobre granos de arena;

c) la floculacin de partculas que estaban en formacin, debido alaumento de la posibilidad de contacto entre ellas;

d) la formacin de la pelcula gelatinosa en la arena, producida pormicroorganismos que se reproducen all (filtro lento).

8.1 Clasificacin de los filtros

1) Segn la tasa o velocidad de filtracin:

filtros lentos: funcionan con una tasa media de 4 m3/m2/da; filtros rpidos: con una tasa media de 120 m3/m2/da.

2) Segn la presin, los filtros rpidos pueden ser de dos tipos:

de presin: cerrados, metlicos, en los cuales el agua que vaa ser tratada se aplica a presin (usados en piscinas e indus-trias);

de gravedad: los ms comunes.

8.2 Filtros lentos

Se utilizan para la remocin de concentraciones poco elevadas decolor y turbidez (color + turbidez = 50 ppm) sin ayuda de lacoagulacin.

448 449

Por lo general, se aplican en comunidades pequeas.

Tienen forma rectangular y, por lo general, debido a la baja tasa defiltracin, son relativamente grandes.

Estn conformados por una caja de mampostera o concreto en elfondo de la cual existe un sistema de drenaje cubierto por piedras ysobre este hay arena (ms fina y menos uniforme que la de los filtrosrpidos).

Tamao efectivo: 0,25 a 0,35 mm. Coeficiente de uniformidad entre2 y 3.

Figura 3

Elevacin de un filtro lento

Operacin del filtro lento. Al iniciar la puesta en marcha del filtrolento, la operacin de llenado debe hacerse en forma ascendente,con el agua de otro filtro en funcionamiento.

Despus de llenar el filtro, se abre el ingreso y el desage.

Como el agua producida al inicio de la operacin no es de buenacalidad, se debe desechar hasta que se presente con la calidad deseada.

Periodo de maduracin del filtro lento. A medida que el filtrofunciona, la arena retiene el material ms grueso en suspensin (al-gas, protozoarios, etctera), que forman sobre esta una capa de lodo(capa biolgica).

A medida que se forma esta capa gelatinosa, absorbe partculas me-nores (coloides, emulsoides, etctera) y mejora la calidad del agua.Solo cuando el agua est en buenas condiciones por el tratamiento,se cierra el desage y se abre el efluente para enviar el agua alreservorio de distribucin despus de que haya sido clorada y el pHse haya corregido.

La operacin de maduracin puede durar de dos a tres semanas y elfiltro operado de esta manera puede proporcionar agua de buenacalidad por un lapso de dos a tres meses.

Prdida de carga. Durante el proceso de filtracin, la capa de lodoaumenta y ofrece mayor resistencia al paso del agua (prdida decarga) y el filtro pierde caudal. Cuando la prdida de carga alcanzade 0,90 a 1,50 m (lmite comn: 1,20 m), se debe lavar el filtroporque el caudal ya no es econmico.

Limpieza del filtro lento (Figura 3). Cuando se alcanza el lmite dela prdida de carga, se cierra el ingreso y se deja al filtro operandocon la capa de agua que tiene sobre el lecho. Esta operacin debeiniciarse al atardecer y se debe dejar que el filtro opere toda la nochede esta manera. A la maana siguiente, apenas hay luz, debe iniciar-

Canal de distribucin

Vertederos de ingreso

Agua

Paredrugosa

Lecho de arenagrava 1

grava 2 grava 3

grava 4

Cmara de aguatratada

Vertedero decontrol

0,30

Cmara dedistribucin

B

1,20 m

1,70

0,40 m 2,90

4,40

0,50

0,100,303,00

10,10

1,20 m

1,00

450 451

se el raspado del filtro. Es necesario abrir la vlvula de desage delfondo y dejar que el nivel descienda alrededor de 0,20 m por debajodel nivel de la arena.

La operacin de limpieza debe efectuarse en el menor tiempo posi-ble para que los microorganismos benficos que constituyen la capabiolgica no perezcan por efecto de los rayos del Sol y por falta denutrientes. Se retira una capa de uno a dos centmetros de arena conel lodo de toda la superficie filtrante.

Despus de extraer la capa de arena de dos centmetros, se rastrillael lecho para esponjar la superficie y se le pasa un emparejador.

El filtro se llena por debajo. Cuando el filtro no estuvo fuera defuncionamiento por ms de 24 horas, el periodo de maduracin esprcticamente nulo.

Observacin: por lo general, una instalacin de filtros lentos poseems de una unidad filtrante. Mientras uno est lavado y maduro, losotros estn en funcionamiento.

8.3 Filtros rpidos de gravedad

Los filtros rpidos de gravedad se utilizan en las plantas de trata-miento para la filtracin de grandes volmenes de agua previamentecoagulada.

Tienen forma rectangular y se lavan con agua tratada que se introdu-ce de abajo hacia arriba (sistema que se denomina de retrolavado).Debido a ello, se construyen en reas ms pequeas.

Estn conformados por una caja de concreto en el fondo de la cualhay un sistema de canalizacin central y canales laterales cubiertospor varias capas y dimetros de grava que sostienen la capa de arenagruesa y la de arena preparada (Figura 4).

Sistema de canalizacin del fondo del filtro

Tambin pueden estar construidos con un sistema de fondo falso (deconcreto) donde se ha colocado un drenaje cuya finalidad es distri-buir el agua filtrada y el agua de lavado de manera uniforme en todael rea filtrante.

Figura 4

Esquema de un filtro rpido de gravedad con fondo falso

Canal de entrada d

e agua decantada Borde libre

Al desageMediofiltrante

Drenaje

Canaleta de lavado

Lecho de soporte

Nivel del agua

Agua filtrada

Agua de lavado

452 453

Al inicio de la filtracin, como la arena est expandida, el aguaarrastra parte del material en suspensin y el filtrado no es de buenacalidad.

Los materiales en suspensin en el agua, que son ms grandes quelos espacios intergranulares de la arena, quedan retenidos en la su-perficie filtrante. Los que son ms pequeos se van adhiriendo a lasuperficie interna de los granos y, de esa manera, disminuyen losespacios por donde pasa el agua. As, a medida que el filtro seensucia, hay una mayor resistencia al paso del agua.

El aumento de resistencia al paso del agua por la arena correspondea una reduccin del caudal del filtro. Cuando el filtro est limpio, esposible filtrar un volumen de agua mayor (tasa: 120 m3/m2/da); amedida que el filtro se obstruye por la suciedad (lo que se denominacolmatacin), la tasa disminuye.

Para evitar que esto suceda, los filtros de tasa y nivel constante estnprovistos de un aparato controlador de caudal que mantiene la tasade filtracin constante de 120 m3/m2/da (desde el inicio de la filtra-cin hasta el momento del lavado del filtro). En los filtros de tasadeclinante y nivel variable no se controla el caudal de operacin delfiltro sino que se deja que cada filtro tome buenamente lo que suestado de colmatacin le permita.

El fenmeno que se produce con la obstruccin del filtro por lasuciedad retenida se llama prdida de carga, que puede ser medidarpidamente de la siguiente manera (vase la Figura 5):

Figura 5

El canal de descarga del filtro se conecta a un tubo (piezomtrico)transparente, para que cuando el agua suba por este, indique elnivel de agua en el filtro.

Se adhiere otro tubo (piezomtrico) transparente a la tubera desalida del agua filtrada, de manera que cuando la vlvula delefluente est cerrada, indique tambin el nivel de agua en elfiltro.

Cuando el filtro est en funcionamiento, el nivel del agua es msbajo en el tubo piezomtrico unido a la tubera del agua filtrada,debido a que la arena ofrece cierta resistencia al paso del agua. Ladiferencia en metros entre los niveles del agua de los dos tubos es lamedida de la prdida de carga. En los filtros limpios recin lavadosla diferencia de nivel se ubica alrededor de 0,50 metros, segn laconfiguracin del filtro y la granulometra de la arena.

Efluente

Canaleta de descarga

Nivel del agua

Prdida de agua en m

Dren

Regulador devaciado

Agua de lavado

Lecho filtrante

Agua efluente

Descarga

Lavado

Piezmetros

454 455

Filtro rpido de gravedad. Corte vertical

Conforme el filtro se ensucia, la diferencia de nivel entre los dostubos piezomtricos aumenta (se incrementa la prdida de carga) ycuando alcanza de 1,80 a 2,50 m (por lo general 2 m), el filtro sedebe lavar.

En los filtros de tasa declinante no hay un aparato regulador decaudal, en el diseo se deja una carga hidrulica disponible, queacta sobre la tasa mxima del filtro cuando, recin lavado, reiniciala operacin. En estas condiciones, la tasa mxima del filtro no sermayor que 1,5 veces la tasa promedio del proyecto, para evitar queel efluente se deteriore. Conforme aumenta la prdida de carga (porsuciedad de la arena), el caudal disminuye. El lavado del filtro serealiza cuando la tasa de filtracin ya no es econmica.

Observacin: cuando las partculas en suspensin en el agua (flculos,etctera) son ms grandes que los espacios intergranulares de laarena, se quedan retenidas en la superficie. Cuando son ms peque-as, accionadas por la fuerza centrfuga, se adhieren a las superfi-cies de los grnulos debajo de la superficie. La capa superior de laarena (que es ms fina) realiza el trabajo de filtracin. Actualmente,para que la obstruccin sea ms lenta, se utilizan dos procesos:

filtracin en sentido contrario, en el mismo sentido del lavado(filtros rusos);

filtros de doble capa (con una capa de antracita). Se coloca unacapa de antracita (un determinado tipo de carbn mineral), degranulometra mayor a la de la arena, sobre la arena preparada.La antracita (cuyos espacios intergranulares son ms grandesque los de la arena) retiene las partculas en suspensin en elagua (filtrada por gravedad) y la arena cumple una labor depulimento.

De esta manera, el filtro no se ensucia tan rpido. Como la antracitatiene una densidad menor a la de la arena, durante el lavado perma-nece en la superficie sin mezclarse.

Filtros de triple capa:

granulada (ms densa que la arena);

arena, y

antracita (menos densa que la arena).

Por lo general, el proceso de lavado es el mismo en los diversostipos de filtros.

8.4 Lavado de los filtros

a) Filtros convencionales de tasa y nivel constante

Para lavar los filtros se invierte la corriente (el agua se introduce deabajo hacia arriba). A este proceso se le denomina de retrolavado.

En el lavado, la arena que constituye el lecho filtrante se debe ex-pandir en el agua.

La velocidad ascendente del agua de lavado debe ser suficiente paraexpandir la arena entre 25% y 30%, pero no tanta como para con-ducirla hacia la canaleta de recoleccin del agua de lavado.

Cuando la prdida de carga del filtro alcanza 1,80 a 2,50 m (usual-mente 2 m), se debe lavar de la siguiente manera:

456 457

Figura 6

1. Cerrar el ingreso de agua decantada.

2. Cerrar la salida de agua filtrada.

3. Abrir el desage.

4. Abrir la vlvula de lavado (al principio, lentamente). Cuando elagua comience a caer en la canaleta de agua de lavado, iniciar elconteo de tiempo (tiempo de lavado).

5. Cerrar el ingreso de agua de lavado cuando el filtro est limpio(lo cual se sabe por la clarificacin y la ausencia de flculos enel agua que rebalsa por la canaleta). Cuando el agua deja decorrer en la canaleta, verificar el tiempo transcurrido entre elinicio y este instante (tiempo de lavado de cuatro a siete minutos,segn la poca del ao: estiaje o creciente).

6. Cerrar el desage.

7. Abrir el ingreso de agua decantada.

8. Cuando el filtro este lleno, abrir el drenaje de fondo por unlapso de 2 a 3 minutos.

9. Cerrar el drenaje.

10. Llenar el filtro primero por el fondo; dejar una capa de agua de0,10 m sobre la arena.

11. Cerrar el desage.

12. Abrir la salida de agua filtrada. El filtro est en uso.

Tiempo de lavado. Se cuenta desde el instante en que comenz acaer el agua por las canaletas de agua de lavado (operacin 4) hastael instante en que el agua de lavado dej de caer en la canaleta(operacin 5).

Dado:

Tiempo = t minutos.rea del lecho filtrante = A m2.Velocidad ascendente del agua de lavado = 0,60 m/minutos.

Clculo del agua de lavado:

A x 0,60 x t = m3 de agua usada en el lavado del filtro (prdida).

El tiempo de lavado de un filtro depende de varios factores ypuede variar de cuatro a siete minutos.

El tiempo en el que un filtro queda fuera de funcionamientodurante las operaciones de lavado oscila entre 8 y 15 minutos.

El volumen de agua empleado para lavar un filtro se puededeterminar de manera emprica: tomando un tiempo para el lava-

Lavado simple

458 459

EfluenteC

anal

eta

de d

esca

rga

Nivel del agua

Prdida de agua en m

Dren

Regulador devaciado

Agua de lavado

Agua efluente

Descarga

Lavado

Piezmetros

do equivalente a seis minutos, se multiplica el caudal de aguamximo en un minuto por seis (caudal mximo de agua = velo-cidad ascendente del agua de lavado en metros por minuto x readel lecho filtrante).

En una instalacin debidamente proyectada y operada, el volu-men que se gasta con el lavado de los filtros debe ir de 2 a 2,5%del volumen de agua filtrada en la instalacin.

Volumen gastado para el lavado de los filtros (da, mes o ao) m3 x 100 = 2 a 2,5% Volumen total del agua filtrada (da, mes o ao) m3

Tiempo de drenaje. Por lo general, se acostumbra drenar un filtrodurante dos o tres minutos, inmediatamente despus del lavado. Eldrenaje se realiza para acomodar el lecho filtrante y preparar el filtropara el proceso.

Como la arena est expandida debido al lavado, en los primerosinstantes, el agua que atraviesa el filtro arrastra partculas en suspen-sin (turbidez). La turbidez se reduce conforme disminuyen los es-pacios intergranulares de la arena (por el acomodamiento de esta).

Para determinar el tiempo necesario de drenaje, se deben recolectarmuestras continuas del agua del drenaje (de 10 en 10, de 20 en 20 de 30 en 30 segundos) y determinar la turbidez de tales muestras. Eltiempo transcurrido entre la abertura del drenaje y el instante derecoleccin de la muestra que present turbidez en el lmite usual delagua filtrada en la planta corresponde al tiempo de drenaje necesariopara la preparacin del filtro.

La velocidad ascendente del agua de lavado vara de acuerdo conel tamao de la arena; si, por ejemplo, fuera de 0,60 m por minuto,querra decir que en un minuto el agua de lavado debe subir en elrea filtrante con una velocidad de 0,60 metros.

La expansin de la arena durante el lavado del filtro (expresada enporcentajes de la altura de la capa de arena preparada) debe ser de25 a 30%; es decir, si la capa de arena preparada es, por ejemplo,de 0,60 metros, la expansin de la arena debe ser de 0,15 a 0,18metros adicionales a su nivel normal.

En el caso de filtros con sistema de lavado mediante aire y agua, laexpansin solo debe ser de 10%, porque en este caso la friccin delos granos de arena para desprender la suciedad adherida la hace elaire comprimido y no el agua.

La tasa de filtracin (velocidad de filtracin) de un filtro rpidoclsico, de arena, debe ser de 120 m3/m2/d; es decir, por cada metrocuadrado de rea filtrante debe pasar 120 m3 de agua por da.

8.5 Determinacin de la expansin de la arena

Esta determinacin se puede realizar con la ayuda de un sencilloaparato que consiste en una vara metlica (cuya longitud ser la quecorresponda a la altura existente entre la superficie del lecho estticoy el borde superior del muro de la caja del filtro), con cajitas interca-ladas cada 0,05 metros a partir del extremo inferior (Figura 7).

460 461

Figura 7

Medicin de la expansin de la arena

La varilla se debe fijar en la parte superior de la caja del filtro paraque no se mueva durante la prueba. Las cajas deben quedar enposicin horizontal.

1. Colocar la varilla sobre el nivel del lecho esttico (antes de quese inicie el lavado).

2. Iniciar la operacin de lavado y dejar dos a tres minutos lavarilla en la posicin seleccionada.

3. Retirar con cuidado la varilla.

4. Volver a colocar la varilla de tal manera que la ltima platafor-ma quede a 15 centmetros de la superficie anterior de la arena.Para lograrlo se utiliza la medida grabada en la vara en el ladoopuesto al extremo en el que estn las cajas y se ajusta con eltornillo de ajuste.

5. Se abre nuevamente el lavado en la abertura convencional comopara el lavado simple.

6. Cerrar el lavado. Cuando el agua deje de correr por la canaletade lavado, se retira la vara metlica con cuidado y se verificahasta qu plataforma tiene arena.

Si la arena qued retenida en la primera y segunda plataformas y noen la tercera, se sabe que esta se expandi hasta 25 centmetros de lasuperficie anterior de la arena.

De esta manera, con medidas sucesivas, es posible determinar laexpansin real de la arena.

Varilla para medir la expansin del lecho

Clculo:

capa de arena preparada ...................... 0,575 mexpansin de la arena ......................... 0,25 m

expansin de la arena (en m) x 100 = % expansinaltura de la capa de arena (en m)

Expansin

Nivel de lecho esttico

Nivel de lecho expandido

Varilla con cajitas soldadas

Capa ms alta con arena

462 463

0,25 x 100 = 43% de expansin 0,575

El rango de expansin de la arena debe estar entre 30 y 50%.

Observacin: cuando el caudal y, por consiguiente, la velocidad delagua de lavado cambian, el porcentaje de expansin de la arenatambin vara.

7. Cerrar la descarga de agua de lavado.8. Abrir el efluente.9. Drenar el filtro.10. Abrir el efluente. El filtro est en funcionamiento.

Prdida de arena o antracita durante el lavado

Si despus de la operacin de lavado se encuentra material filtranteen las canaletas de lavado, esto es signo de que la expansin esexcesiva y si no tomamos medidas para solucionar el problema, ellecho filtrante se ir perdiendo poco a poco. Debemos calibrar elcaudal de lavado hasta que la expansin se encuentre en el rangoadecuado.

8.6 Determinacin de la velocidad de lavado

Para determinar experimentalmente la velocidad ascendente del aguade lavado y la expansin de la arena (cuando un filtro alcanz laprdida de carga de 1,80 a 2,50 metros), se procede de la siguientemanera:

Figura 8

464 465

ContrapesoTornillo de

fijacin

1,10

m1,

00

1. Cerrar el ingreso y esperar a que el nivel del agua baje hastaaproximadamente cuatro centmetros de la superficie de la arena.

2. Cerrar el efluente.

3. Abrir la descarga de agua de lavado.

4. Colocar el aparato de la Figura 8 a exactamente 10 centmetrosde la superficie de la arena.

5. Abrir el lavado (ligeramente al principio).

6. Cuando el lavado est abierto por completo, cronometrar el tiempoque lleva el agua en recorrer el espacio entre dos o tres marcasde una regla graduada.

Datos:

t = tiempo en segundos, yd = distancia recorrida por el agua en cm (10 20 cm).

Clculo:

d x 60 = elevacin del agua durante el lavado, en cm/min t

= velocidad del agua de lavado

Ejemplo:

d = 10 cm;t = 12 segundos

Velocidad de lavado = 10 x 60 = 50 cm/min 12

Nota: para obtener dicha medida, se debe utilizar la altura disponibledebajo de las canaletas de recoleccin del agua de lavado para que elvolumen de estas no influya en la velocidad ascendente del agua.

7. Continuar el lavado hasta la clarificacin del agua.

8. Cerrar la descarga de agua de lavado cuando el agua deje decorrer por las canaletas.

9. Retirar con cuidado la regla graduada.

8.7 Determinacin experimental de la velocidad defiltracin (tasa de filtracin)

Para determinar experimentalmente la tasa de filtracin, se utiliza elmismo aparato empleado para determinar experimentalmente la ve-locidad ascendente del agua de lavado (Figura 9).

Se deben tomar las siguientes precauciones:

a) El filtro debe estar lleno y en funcionamiento, en su nivel mximo.

b) El aparato debe colocarse sobre el borde de la canaleta como enla Figura 9.

Se debe tomar esta precaucin para que las canaletas de lavado o lasparedes internas del filtro no ocupen volumen en el espacio en quese va a medir el agua. Si este fuera el caso, este volumen debe serdescontado en los clculos que se van a efectuar.

466 467

Figura 9

c) Calcular el rea total del filtro (ATm2).

El rea total del filtro comprende el rea filtrante y el rea de lacanaleta de descarga. La longitud total del filtro, en metros, mul-tiplicada por el ancho del filtro, en metros.

Por ejemplo, dado ATm2 = 20 m2.

d) Calcular el rea del lecho filtrante (AFm2).

Longitud del rea filtrante, en metros, multiplicada por el ancho delrea filtrante en metros.

Por ejemplo, dado AFm2 = 15 m2.

Una vez que se han tomado las precauciones anteriores:

1) Cerrar el ingreso del filtro.

El nivel del agua va a bajar.

2) Cronometrar el tiempo (t segundos) que toma el nivel para bajara la altura h (en metros) correspondiente al borde de una de lasplataformas hasta la siguiente o a otra (0,10 a 0,20 metros).

Por ejemplo, dado un tiempo t = 192 seg y una altura h = 0,20 m.

Clculo de la tasa de filtracin

Se calcula con la siguiente frmula:

tasa de filtracin =

ATm2 x hm x 86.400 seg = m3/m2/da t (segundos) x AF(m2)

Por ejemplo:

Segn los datos numricos sugeridos, la tasa de filtracin ser:

tasa de filtracin = 20 m2 x 0,20 m x 86.400 seg

= 120 m3/m2/da 192 seg x 15 m2

Observacin: un da tiene 86.400 segundos.

Nivel del agua

468 469

8.8 Determinacin de la prdida de carga

Por lo general, los filtros poseen aparatos que indican la prdida decarga.

Para calibrar tales aparatos o para los filtros que no los poseen, sepueden adaptar tubos piezomtricos como en la Figura 8.

Tales tubos pueden ser de vidrio o de plstico cristal (transparente).

Detrs de los tubos se debe colocar una regla de 2,80 metros, gra-duada en centmetros, para poder medir la diferencia de nivel delagua entre los dos tubos.

Dicha diferencia, en metros, es la medida de la prdida de carga.

El filtro se debe lavar cuando la diferencia entre los dos niveles es de1,80 a 2,50 metros.

8.9 Estado de un filtro

Es el conjunto de caractersticas que define las condiciones de fun-cionamiento de un filtro en un momento determinado.

El estado de un filtro vara continuamente en el periodo de filtracin(entre un lavado y otro) y se modifica lentamente con el paso de losaos.

El filtro comienza a funcionar mal cuando las condiciones normalesno son las correctas.

Las causas de las perturbaciones en el lecho filtrante pueden sercausadas por los siguientes factores:

a) Dosis incorrectas de coagulantes, mala floculacin y mala de-cantacin, que hacen que el filtro reciba material gelatinoso ymateria orgnica que van a obstruir el lecho filtrante.

b) Desprendimiento del aire que normalmente est disuelto en elagua, en forma de burbujas.

Este fenmeno se produce debido a la prdida de carga excesiva(es decir, una prdida de carga que sobrepasa el lmite aconseja-do) y podr causar efectos nocivos: irregularidades en la filtra-cin y en el lavado, arrastre del material filtrante durante ellavado, etctera.

c) Formacin de bolas de lodo provenientes de material gelatinoso(organismos, hidrxido de aluminio y arena). La dosificacininadecuada, el lavado deficiente de los filtros y la excesiva pr-dida de carga durante el funcionamiento producen la compre-sin del lecho filtrante y la consecuente compactacin de lasbolas de lodo.

d) Presencia de algas y otros microorganismos que llegan a losfiltros y se reproducen en ellos.

Colmatacin de la arena. La colmatacin de la arena se producecuando, debido a la deficiencia en las operaciones, se da alguna delas siguientes situaciones:

a) No se usa la dosificacin adecuada de sulfato de aluminio (coa-gulacin deficiente).

b) El pH de floculacin no es ptimo; los cogulos se carganelctricamente y, al repelerse, no floculan de manera correcta.

470 471

c) El tiempo de los floculadores o su agitacin es excesiva o escasa(los flculos no se forman o se forman pero se vuelven a rom-per).

d) Hay corrientes preferenciales en los decantadores, decantadoressucios, alta velocidad del agua en los decantadores, etctera.

Gran parte de los cogulos o pedazos diminutos de los flculosatraviesan los decantadores y, al llegar a los filtros,

1) se pueden adherir entre s y en los granos de arena debi-do a la fuerza centrfuga a la que estn sujetos al atrave-sar la capa filtrante (en zigzag alrededor de los granos dearena);

2) debido a la friccin que ejercen al pasar por la arena,descargan su carga elctrica para poder formar flculosen el filtro entre los granos de arena;

3) los flculos formados y arrastrados por las corrientes deagua en los decantadores, de tamao mayor que los espa-cios intergranulares de la arena, quedan depositados ensu superficie.

Tales fenmenos se producen por la colmatacin de la arena.

Los granos de arena quedan revestidos por una capa gelatinosa dehidrxido de aluminio, materia orgnica y otros materiales absorbi-dos por los cogulos; en la superficie queda una espesa capa gelati-nosa y todo esto contribuye a aumentar la prdida de carga.

Si el filtro no est adecuadamente lavado, la acumulacin de esasuciedad hace que las condiciones del filtro sean deficientes.

Al lavar el filtro, la arena colmatada, por quedar con menor densi-dad, puede ser arrastrada por el agua de lavado.

Al poner a funcionar el filtro nuevamente despus de un lavado,como la presin del agua y los granos estn envueltos con materialgelatinoso y adheridos unos a otros, se produce una reduccin devolumen, tanto vertical como horizontal, lo cual puede producir undesplazamiento de la arena contra las paredes del filtro.

El agua pasar, de preferencia, por tales retracciones y perjudicarla calidad del efluente.

El aparato controlador de la prdida de carga se vuelve irregular.

El filtro no se lavar a la hora exacta.

El problema tiende a agravarse y la colmatacin de la arena llegaa profundidades mayores.

Desprendimiento del aire. Cuando el filtro no se lava en el tiempoexacto es decir, cuando la prdida de carga (1,80 a 2,50 m) escorrecta, sucede lo siguiente:

Si se lava antes de tiempo, se consume mayor cantidad de agua. Si se lava con exceso de prdida de carga, se puede producir lo

siguiente:

a) La colmatacin de la superficie ofrece mayor resistencia yproporciona al agua una presin negativa en el interior dellecho filtrante. Los gases son solubles en razn directa a lapresin y, con la presin negativa, los gases disueltos (O

2,

CO2, etctera) abandonan el agua, primero en pequeas bur-

bujas que se unen y luego tienden a subir a la superficie dellecho filtrante.

472 473

b) Por el aire introducido directamente hacia los filtros por laempaquetadura de succin de las bombas que impiden laexpansin del agua.

c) Cuando la vlvula lo permite, tales bombas se vacan y latubera de bombeo se llena de aire.

d) Cuando se utiliza toda el agua del reservorio de agua delavado y este se seca al final de la operacin.

e) Cuando se forma un remolino dentro del reservorio, etctera.

Ese volumen de gas obstruye el paso del agua en el filtro, lo cualocasiona una prdida de carga mayor y reduce el rea filtrante.

Se puede observar que cuando se cierra el efluente del filtro o seabre el registro de lavado, el aire produce un burbujeo.

Distribucin uniforme de la filtracin y del agua de lavado. Cuan-do se lava un filtro, al inicio de la operacin de retrolavado, se debeobservar si la suciedad retenida en la superficie de la arena subehorizontalmente en toda el rea filtrante.

Cuando esto no sucede, es porque el sistema de drenaje del filtro esdeficiente, o bien por un error en el lavado:

formacin de aire en el lecho filtrante;

aire en la cmara bajo el fondo falso;

repentina abertura del registro de lavado;

las capas de grava se agitaron y no se encuentran en nivel.

Es posible comprobar esta imperfeccin con una varilla de fierro de1/4 de pulgada de dimetro y dos metros de largo, graduada de 10en 10 centmetros.

Figura 10

Varilla graduada para determinar la profundidad de la arena

Se introduce dicho instrumento en la arena del filtro seco, hastapercibir que lleg a la grava. La profundidad de la grava en relacincon el nivel de la arena se mide con las marcas del instrumento.

Con cambios sucesivos en lneas predeterminadas y a distanciasprestablecidas, se puede hacer lo siguiente:

concluir si la capa de grava est o no nivelada; levantar el perfil de la superficie de la grava en el filtro.

Donde existe depresin en la grava, tambin existen corrientespreferenciales de agua de filtracin o de lavado.

Esta imperfeccin se puede corregir con la remocin, separacin(por tamizado) de los diversos tamaos de piedras y arena y sureubicacin adecuada.

Las bolas de lodo se pueden acumular en la grava del filtro.

1/4

474 475

Bolas de lodo. Las bolas de lodo aparecen cuando el agua en trata-miento es rica en algas (principalmente, las que se adhieren a lasparedes) o los filtros no se lavan completamente debido a un periodode lavado muy corto o con una velocidad ascendente del agua delavado incorrecta (baja). Los flculos ms densos, que el agua delavado no condujo hacia afuera, se vuelven a sedimentar en la super-ficie filtrante; crecen debido a la adherencia de ms flculos y sevuelven ms densos al recibir granos de arena.

Tales agregados, inicialmente pequeos y por lo general de formaesfrica, pueden llegar a medir tres centmetros o ms. Estos sepueden eliminar mediante el lavado mecnico o evitar con la agita-cin del material del lecho filtrante durante el lavado con rastrillos.

Las bolas de lodo en la superficie del filtro no tienen importanciasanitaria. Sin embargo, al volverse densas y crecer, pueden penetraren la arena y, al llegar a la grava, formar masas homogneas queobstruyen el paso del agua.

8.10 Mtodo de Baylis para clasificar el lecho filtrantemediante el volumen de bolas de lodo

Muestreo de la arena

1. Lavar el filtro de la manera usual.2. Secar el filtro abriendo el drenaje.3. Recolectar por lo menos cinco muestras de arena de distintas

partes del lecho, con la insercin vertical completa en la arena deun tubo de muestra. Cerrar la base del tubo de muestreo y trans-ferir la arena del tubo a un recipiente porttil (por ejemplo, unbalde).

Tubo de muestreo o muestreador. Es un tubo metlico de 7,5centmetros de dimetro por 15 centmetros de altura (vase la Figu-ra 11). Completamente lleno, contiene 662 mililitros de materialfiltrante, recolectado en la lmina de 15 centmetros del tope de laarena del filtro.

Las cinco muestras tendrn un volumen total de 5 x 662 = 3.310 mL.

Separacin de las bolas de lodo. En otro balde de agua, se colocaun tamiz US Standard 10 mesh (10 hilos por pulgada) como seindica en la Figura 11. La arena recolectada se coloca dentro deltamiz, mientras que el tamizado se hace lentamente; de esta manera,la arena se separa de las bolas de lodo, pues estas no pasan por lamalla.

Figura 11

Cilindrograduado

Agua

Muestreador

10 cm

16 cmBalde conagua

Bolas debarro

Tamiz

10 cm

476 477

No se debe colocar mucha arena en el tamiz porque ello puede hacerque las bolas de lodo que deben colocarse en una probeta de 500mililitros n.1 se rompan.

Medicin del volumen de las bolas de lodo. Con otra probeta de500 mililitros (n.2), llena de agua hasta la marca, se vierte cuidado-samente el agua en la probeta que contiene las bolas de lodo (n.1),y se llena hasta la marca.

El volumen del agua que sobre en la probeta n. 2 ser igual alvolumen que ocupen las bolas de lodo.

Se puede utilizar el siguiente cuadro:

FILTRO VOLUMEN DE LA MUESTRA DE ARENA VOLUMEN DEL % DE BOLAS DE LODON. ML (B) LODO ML (A) (A/B X 100)

1

2

3

Si, por ejemplo, la cantidad total de bolas de lodo y la arena recolec-tada tienen un volumen igual a 3.310 mililitros y el volumen de bolasde lodo es de 120 mililitros, el porcentaje de bolas de lodo ser3,26% de la muestra.

3.310 mL 100% 120 mL x

x = 100 x 120 = 3,62 % 3.310

Clasificacin

La clasificacin del siguiente cuadro para la lnea de tope de 15centmetros se utiliza en Chicago y est basada en pruebas efectua-das en numerosas instalaciones.

% EN VOLUMEN DE BOLAS DE LODO CONDICIONES DEL MATERIAL FILTRANTE

0,0-0,1 excelente

0,1-0,2 muy bueno

0,2-0,5 bueno

0,5-1,0 regular

1,0-2,5 de regular a malo

2,5-5,0 malo

7,5 muy malo

El operador de la planta de tratamiento de agua se debe esforzar pormantener las bolas de lodo en una concentracin inferior a 0,1% enla capa correspondiente al tope del lecho filtrante, de 15 centmetrosde espesor.

Grietas y ranuras en el lecho filtrante

Cuando el material filtrante se encuentra en malas condiciones, apa-recen grietas o ranuras en el lecho filtrante. Las bolas de lodo pene-tran en la arena y en la grava durante los lavados debido al creci-miento y a la densidad; todo ello forma una masa compacta imper-meable con la grava mientras que el agua filtrada y el agua de lavadoson desviadas del flujo natural. En consecuencia, se produce unlavado y una filtracin deficientes.

478 479

Durante el lavado, la arena no se expande de manera uniforme.Durante la filtracin, la arena ms expandida y compactada se sepa-ra de la menos expandida y compactada mediante ranuras o grietasque terminan llenas de lodo.

Ese lodo se mezcla con la arena y se forman nuevas bolas.

Para encontrar los lugares donde se encuentran obstrucciones de lagrava, se utiliza un aparato (Figura 12) que tiene un asta de maderade 2,50 metros en el extremo de la cual se coloca una pequea tablade 10 x 5 centmetros (observe la Figura 12).

El aparato se introduce verticalmente en la arena expandida duranteel lavado.

En los lugares obstruidos la vara no puede llegar hasta la grava porfalta de expansin.

Una vez sealados los lugares resistentes, se pueden romper lascompactaciones mediante la introduccin de rastrillos en dichos pun-tos durante el lavado (con agua en direccin contraria a la corriente)para mejorar la condicin de los filtros.

Precauciones para la correccin de las alteraciones en los filtros:

1. Correcta aplicacin de la dosificacin de coagulante.

2. Buena decantacin.

3. Lavado con una velocidad de agua correcta y expansin de are-na adecuada.

4. Lavado de la superficie de la arena con chorros de agua cuandoel filtro no posee un dispositivo para el lavado superficial (Palmer).

5. Lavado mecnico de la arena; renovacin de la arena superficial,despus de un lavado normal, con paletas, rastrillos y mallas(para deshacer las bolas de lodo).

6. Eventualmente, se puede hacer un lavado qumico de la arena,en soda o cido, dentro o fuera del filtro.

7. Sustitucin total de la arena.

Figura 12

Lavado mecnico de la arena:

a) Hacer un lavado normal como lo indican los puntos 1 a 5.

b) Abrir el drenaje para el secado de la arena.

c) Revolver, con paletas, una capa de ms o menos 0,20 metros dela arena del filtro y mezclar la arena colmatada de la superficiecon la ms limpia de la misma profundidad.

Se debe cuidar de que la arena que se encuentra en las esquinasy junto a las paredes sea sustituida por mezclas de arena conaquella que se encuentra en el centro del filtro.

480 481

2,5

m

10 m

d) Despus de la renovacin, se utilizan los rastrillos para encon-trar el nivel de la arena. Los dientes de los rastrillos deben serlargos, para que las bolas de lodo eventualmente formadas serompan con la penetracin y el rastrillaje.

e) Cerrar el drenaje.

f) Abrir el lavado (al inicio, lentamente). Fijar el tiempo de lavado.

g) Mantener el lavado normal como en el punto 5.

8.11 Fijacin racional del tiempo de lavado

El filtro se debe lavar cuando la tasa de filtracin deja de sereconmica. Cuando esto sucede, se dice que el filtro est sucio uobstruido.

Normalmente, para lavar los filtros se toma como criterio el tiempode filtracin o el valor de la prdida de carga.

El tiempo de lavado depende de las condiciones del agua.

Si el tratamiento permanece ms o menos constante, se puede lavarel filtro una vez por da, una vez cada dos das, etctera, despus deverificar cul es el tiempo en que se ensucia el filtro.

Para determinar ese tiempo experimentalmente, se realizan lavados aintervalos crecientes hasta que el filtro presente un burbujeo de aire.Se adopta el tiempo inmediatamente anterior a la formacin del bur-bujeo.

Consecuentemente, cuando no hay constancia en el tratamiento, elnico criterio que se debe adoptar es el de la prdida de carga. Paracada filtro hay una prdida de carga mxima hasta la cual el filtrofunciona bien (y suministra agua de buena calidad). Luego aparecen

anormalidades y, entonces, se debe lavar el lecho filtrante. Rara vezla prdida de carga llega a 2,5-3,0 metros, debido a que el lechofiltrante pierde calidad antes.

8.12 Determinacin de la prdida de carga cuando elnivel de agua en los filtros se mantiene constante

En este caso, se puede utilizar un tubo de vidrio o plstico transpa-rente, fijado a una escala graduada en centmetros y conectada altubo de salida del efluente de cada filtro.

La prdida de carga ser la diferencia entre la altura de la carga (ejede tubera efluente y la altura del nivel de agua constante) y la alturadel nivel de agua en el tubo transparente (medida a partir del eje dela tubera efluente del filtro) (Figura 13).

Figura 13

Nivel del agua

Agua

Arena

A

B

482 483

Prdida de carga = A B (en m)

Para graduar los medidores e indicadores se considera:

a) el caudal;b) la prdida de carga;c) la velocidad de agua de lavado;d) la expansin de la arena.

Evaluacin de la filtracin

En el control sistemtico del color y turbidez del agua filtrada encada unidad de filtracin es importante saber lo siguiente:

Un aumento del color y de la turbidez en una unidad filtrante puedesignificar:

necesidad de lavado; filtro con grietas o desplazamiento de la arena contra las paredes,

etctera.

La determinacin de la albmina residual en el agua filtrada es unaconfirmacin sobre el pH ptimo de floculacin, pero la mismaprueba en el agua de salida de cada filtro (albmina soluble e insolu-ble) puede indicar el paso de flculos por el lecho filtrante y, de esamanera, ayudar a evaluar las condiciones del filtro en estudio.

La eficacia del tratamiento se evala mediante la determinacin delO2 consumido o el conteo de colonias de bacterias en una placa deagar patrn. Las mismas determinaciones en las unidades filtrantespueden controlar la eficacia de la filtracin de cada una de ellas.