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Plantas de tratamientos de aguas secc: 07 sem: 10°
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UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLÁS DE HIDALGO
Facultad de ingeniería civil
PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS
TAREA 1.
PROFESOR:
M. en C. AMIR RAMIRO GUZMÁN CHÁVEZ
ALUMNO:
MÉNDEZ HERNÁNDEZ ABIZAHI
MATRICULA: 1029310D
SEMESTRE 10, SECCIÓN 07
19 de febrero de 2015
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“FILTRACIÓN”
Se denomina filtración al proceso unitario de separación de sólidos en suspensión en un líquido
mediante un medio poroso, que retiene los sólidos y permite el pasaje del líquido.
Los sistemas de filtración tratan el agua pasándola a través de lechos de materiales granulares (p.ej., arena)
que retiran y retienen los contaminantes. Los sistemas de filtrado convencionales, directos, lentos de arena
y de tierra diatomácea hacen todos un buen trabajo al eliminar la mayoría
de protozoos, bacterias y virus (si se usa la coagulación). Usualmente, los filtros de bolsa y cartucho no
eliminan los virus y muy pocas bacterias.
El agua no es un elemento fijo en nuestro organismo, necesita ser sustituida en períodos relativamente
cortos de tiempo. Nuestro cuerpo no tiene recursos hídricos de forma depósito, es una distribución variable
en función a la cantidad real de agua. En un plazo aproximado de unos 20 días se completa un ciclo de
intercambio completo en el cuerpo humano. A pesar de la enorme importancia del agua para todos los
procesos biológicos y nuestro bienestar general, nos faltan criterios apropiados para la correcta
clasificación de los métodos convencionales para tratar el agua.
Las aplicaciones de los procesos de filtración son muy extensas, encontrándose en muchos ámbitos de la
actividad humana, tanto en la vida doméstica como de la industria general, donde son particularmente
importantes aquellos procesos industriales que requieren de las técnicas químicas.
La filtración se ha desarrollado tradicionalmente desde un estudio de arte práctico, recibiendo una mayor
atención teórica desde el siglo XX. La clasificación de los procesos de filtración y los equipos es diversa
y en general, las categorías de clasificación no se excluyen unas de otras.
La variedad de dispositivos de filtración o filtros es tan extensa como las variedades de materiales porosos
disponibles como medios filtrantes y las condiciones particulares de cada aplicación: desde sencillos
dispositivos, como los filtros domésticos de café o los embudos de filtración para separaciones de
laboratorio, hasta grandes sistemas complejos de elevada automatización como los empleados en las
industrias petroquímicas y de refino para la recuperación de catalizadores de alto valor, o los sistemas de
tratamiento de agua potable destinada al suministro urbano.
TIPOS Y SISTEMAS DE FILTRACIÓN.
LA FILTRACIÓN CONVENCIONAL
La filtración convencional es una operación de varias etapas. Primero, utiliza un pretratamiento se agrega
un coagulante químico como sales de hierro o de aluminio al agua fuente. Después, se agita la mezcla
para inducir la unión de las partículas pequeñas en suspensión para formar grumos más grandes o
“flóculos” más fáciles de retirar. Estas masas coaguladas, o “flóculos”, se dejan asentar fuera del agua,
para que se lleven consigo muchos contaminantes. Al terminar estos procesos, el agua se pasa a través de
filtros de manera que las partículas restantes se adhieran por sí mismas al material de filtro.
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Los procesos de filtración convencional utilizan la sedimentación para permitir que los particulados se
sedimenten fuera del agua para su eliminación. Estos sistemas utilizan después un paso de sedimentación.
En este proceso, las partículas en el agua, incluidos los flóculos creados mediante floculación, se asientan
fuera del agua de manera natural por la fuerza de la gravedad. Estos contaminantes se aglutinan en el
fondo del sistema como un “fango” que debe ser eliminado periódicamente. La filtración directa elimina
este paso y permite que el material de filtro mismo realice el trabajo de filtrar los contaminantes.
Los coagulantes químicos deben ser manejados por técnicos expertos para lograr los resultados deseados,
por ese motivo es necesario contar con personal capacitado para manejar los sistemas de filtración.
La filtración convencional, al igual que otros sistemas de filtración, produce una mejoría significativa en
una amplia diversidad de aguas fuente. Éste se utiliza con mejores resultados en fuentes con flujo
constante y niveles bajos de algas — las cuales pueden obstruir los sistemas de filtración.
Los químicos de coagulación deben ser manejados por técnicos expertos para lograr los resultados
esperados, por ese motivo es necesario contar con personal capacitado para el manejo de las instalaciones
de tratamiento por filtración.
FILTRACIÓN DIRECTA
La filtración directa es similar a la filtración convencional, excepto que después de agregar el coagulante,
y después de agitar la mezcla, no hay una fase separada para la sedimentación. En vez de ello, las partículas
en suspensión son desestabilizadas por el coagulante y así se adhieren con mayor facilidad al material de
filtro cuando el agua se filtra posteriormente.
La filtración directa es un proceso relativamente simple de filtración, y es económicamente atractivo. El
sistema produce mejorías significativas en la calidad del agua fuente — pero los mejores resultados se
producen en aguas fuente de calidad relativamente alta, con flujos constantes y baja turbidez. Los niveles
elevados de algas, en particular, pueden obstruir los sistemas de filtración.
La filtración directa utiliza primero un coagulante químico, como sales de hierro o aluminio, las cuales se
agregan al agua fuente. Después, se agita la mezcla lentamente para inducir la unión de las partículas
pequeñas en suspensión para formar grumos más grandes o “flóculos” más fáciles de retirar
Después de terminar estos procesos, se pasa el agua fuente a través de filtros para que cualquier partículas
restantes se adhieran por sí mismas al material de filtro. Las partículas en suspensión son desestabilizadas
por el coagulante y por lo tanto se adhieren más fácilmente al material de filtro. Debido a que todas las
partículas se eliminan mediante filtración, la filtración directa no es apta para el tratamiento de aguas con
turbidez elevada. Una norma general es que la filtración directa es apropiada para aguas fuente con una
turbidez menor.
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FILTRACIÓN MECÁNICA
La filtración mecánica también se define como la eliminación de sólidos del agua. Para aplicar la
filtración mecánica los diseños se basan en las características de las partículas que se desean eliminar y la
carga de partículas que tiene el agua. Por lo general es más sencillo eliminar partículas grandes que
pequeñas y existen dos tipos básicos para realizar su remoción:
Empleando el tamaño de las partículas
Empleando la densidad de las partículas
Para el primer caso tenemos dos tipos de filtros:
De medio granular
En los que la eliminación de partículas ocurre en la superficie y el interior del medio de filtración
De superficie
En donde la remoción ocurre en la superficie del filtro, pero en este caso el tamaño de las partículas puede
ser predicho. La eliminación de sólidos puedes realizarse simplemente por la colocación de una reja
directamente en la línea de suministro de agua, de esta manera se denominan filtros de rejas estáticos y
las mismas pueden tener un sistema de auto limpieza por los que se han desarrollado las rejas rotatorias
de flujo radial, como la que se muestra en la figura 15.
Figura 15.- Malla rotatoria de flujo radial instalada en una granja de cultivo de peces.
Las rejas permiten eliminar los objetos grandes que contienen las aguas de suministro, pero son también
muy útiles para eliminar los desechos sólidos derivados de las heces fecales.
FILTROS DE MEDIO GRANULAR
La eliminación de partículas se realiza primero por un efecto de colado, posteriormente se produce un
impacto o intercepción, después adhesión y finalmente floculación.
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La operación del filtro comprende dos fases, la primera acción de filtrado y la segunda acción de
retrolavado o recuperación de las propiedades del filtro.
Figura 7.- Fotografías de un filtro mecánico de arena, sin el medio granular de su interior que lo constituye la arena sílica que se presenta en
la última fotografía.
Figura 8.- Diagrama de operación de un filtro mecánico de arena
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El medio granular puede ser de arena, grava o materiales plásticos, también el flujo de operación puede
ser ascendente o descendente, en la figura 8 apreciamos el filtro en operación y posteriormente en
retrolavado para recuperar sus condiciones de cama filtrante. Esta operación también se denomina
limpieza del filtro y se realiza invirtiendo el flujo en la cámara filtrante. Para poder operar el lavado los
filtros de arena están equipados con una válvula de paso que permite el control de la dirección del flujo
en el interior del filtro.
Figura 9.- Válvula de operación del filtro de arena
Los filtros de arena son empleados para la limpieza de albercas por lo que es fácil encontrar distribuidores
y diferentes modelos.
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FILTRACIÓN LENTA CON ARENA
La filtración lenta con arena fue el primer método utilizado por muchas ciudades durante el siglo XIX.
Estos filtros puede eliminar eficazmente los microorganismos que causan enfermedades transportadas por
agua — incluso protozoos como Giardia y Criptosporidium, al igual que bacterias y virus— una capacidad
que se demostró inicialmente con un descenso en los índices de enfermedades en las ciudades europeas
que iniciaron a aplicar el tratamiento. Los sistemas de filtración lenta en arena no tienen fase de
coagulación y, usualmente, tampoco tienen un paso de sedimentación. Se induce el paso lento y
descendente del agua a través de un lecho de arena de dos a cuatro pies (0,6 a 1,2 metros) de profundidad.
Una capa biológicamente activa se forma a lo largo de la superficie superior del lecho de arena, atrapando
así partículas pequeñas y degradando algunos contaminantes orgánicos En ruta, una combinación de
procesos físicos y biológicos filtra el agua y elimina los contaminantes.
Después del uso repetido, la arena se vuelve portadora de una multitud de bacterias, algas, protozoos,
rotíferos, copépodos, y gusanos acuáticos. Estos microorganismos ayudan al proceso de filtración
mediante la eliminación de contaminantes, no obstante que pueden ser afectados por las temperaturas de
agua menores que diez grados Celsius. Se dice que la arena que alberga estos organismos está “madura”,
y ésta es preferible a la arena limpia o nueva. Puede ser necesario que transcurran varias semanas o meses
para madurar la arena, dependiendo del contenido y la temperatura del agua. El proceso eventualmente
obstruye el lecho de arena y reduce las velocidades de los flujos hasta el punto en que sea necesario
eliminar las obstrucciones, típicamente mediante la inversión del flujo, o “retrolavado”.
Los sistemas de filtración lenta con arena quizá no puedan ser compatibles con el agua clorada porque
el cloro puede tener un impacto perjudicial en la colonia microbiológica del filtro. Por lo tanto, el agua a
ser desinfectada con cloro puede tratarse en las instalaciones de almacenamiento después de pasar a través
del proceso de filtración.
El almacenamiento ayuda también a agregar flexibilidad a los resultados en el agua del sistema. Los
sistemas de filtración lenta de arena no tienen capacidad para manejar mayores volúmenes de agua en
horas de máxima demanda, ni se los debe hacer funcionar con flujos menores que los óptimos durante los
períodos de mínima demanda.
Los sistemas lentos de arena funcionan bien solamente con agua fuente que tiene bajos niveles
de turbidez y algas, y sin contaminación de color. Estos sistemas tienen problemas particularmente con
altos contenidos de algas o de arcilla — los cuales pueden obstruir los lechos de arena. Por otro lado, el
agua rica en nutrientes, puede ayudar en la acción limpiadora de los filtros lentos de arena mediante el
refuerzo del componente biológico.
Usualmente, los sistemas lentos de arena son sencillos, requieren muy poco mantenimiento, y tienen
costos bajos de operación.
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Figura 10.- Filtro mecánico de flujo ascendente empleando medio plástico flotante, este tipo de filtros se denominan beadfilters.
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Los filtros de flujo ascendente denominados beadfilter son actualmente muy populares para la
eliminación de partículas ligeras, su funcionamiento se ilustra en la figura 10.
Los filtros de superficie son:
Mallas
Membranas
Cartuchos
Tierra de diatomeas
Por su naturaleza el tamaño de las partículas puede ser predicho con exactitud y en consecuencia la
superficie puede colmatarse fácilmente, haciendo muy difícil su limpieza razón por la cual muchos de
estos filtros son desechables una vez que se saturan y los lavados no permiten recuperar las propiedades
de origen. La figura 11 ilustra algunos de los contenedores y filtros de superficie empleados en
acuacultura.
Figura 11.- Contenedores y filtros de superficie, bolsas filtrantes, existen de diferente porosidad que van desde 20 a 1 micrómetros.
Figura 12.- Filtro de cartucho en operación.
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SISTEMAS DE MEMBRANA
Los sistemas de membrana para el tratamiento de agua originalmente se usaron únicamente en proyectos
de desalinización. Pero las mejoras en la tecnología de membranas los han convertido en una opción cada
vez más popular para la eliminación de microorganismos, particulados y materiales orgánicos naturales
que afectan el sabor del agua y enturbian su claridad.
Las membranas para el tratamiento del agua son láminas delgadas de material que permiten separar los
contaminantes según sus características como el tamaño o la carga eléctrica. El agua pasa a través de una
membrana; pero dependiendo de su tamaño, las partículas de mayor tamaño, los microorganismos y otros
contaminantes quedan separados.
Las membranas, especialmente las de ósmosis inversa y la nanofiltración, pueden ser una buena opción
para sistemas de tratamiento de agua en menor escala que enfrentan una amplia gama de contaminantes.
Sin embargo, ellos producen a menudo mayores volúmenes de aguas de desecho (o “concentrado”) que
la mayoría de otros sistemas de tratamiento (hasta el 15 por ciento del volumen total de agua tratada) y se
pueden obstruir con arcilla o con materiales orgánicos si el agua fuente rica en partículas no se filtra
primero.
Usualmente, el mantenimiento no es difícil, pero puede ser de alto costo dado que la primera acción
necesaria consiste en reemplazar la membrana según sea necesario. Los problemas de mantenimiento
tienden a involucrar membranas con fugas y contaminadas.
Algunos de estos sistemas son accionados a presión, dependiendo de la presión del agua para separar las
partículas según su tamaño. La microfiltración utiliza el mayor tamaño de poro, y puede eliminar arena,
limos, arcillas, algas, bacterias, Giardia y Criptosporidium. La ultrafiltración puede además
eliminar virus. Los sistemas de nanofiltración proporcionan protección casi completa contra virus,
eliminan la mayoría de contaminantes orgánicos, y pueden reducir la dureza del agua. Los sistemas de
ósmosis inversa son membranas densas que eliminan casi todos los contaminantes inorgánicos y casi todo
excepto las moléculas orgánicas de menor tamaño.
LA ELECTRODIÁLISIS
La electrodiálisis combina la tecnología de membranas con la aplicación de corriente eléctrica, para
separar los contaminantes según su carga eléctrica. A diferencia de otros procesos de membrana, el agua
de manantial nunca pasa a través de las membranas durante la electrodiálisis. Esta opción no se usa tanto
en instalaciones de tratamiento de agua de gran escala como algunas de las otras tecnologías descritas en
este documento. Por el contrario, se usa principalmente en aplicaciones médicas y de laboratorio que
necesitan agua ultrapura.
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FILTRACIÓN CON TIERRA DIATOMÁCEA
Los filtros de tierra de diatomeas requieren del uso de un soporte o esqueleto de mallas plásticas que
retendrá la tierra de diatomeas (diatomita) que será el elemento filtrante. La tierra se disuelve en agua y
se alimenta el filtro con la misma recirculando el agua hasta que la misma es retenida por las mallas de
filtración, en ese momento el filtro está listo para operar ya que retendrá todas las partículas que no puedan
atravesar las perforaciones de las tecas y epitecas de las diatomeas fósiles, esta operación se denomina
armado del filtro. La figura 13 muestra un filtro de tierra de diatomeas y el esquema de la figura 14 ilustra
su operación.
Figura 13.- Filtro de tierra de diatomeas, soportes de malla plástica para retener la tierra de diatomita (DE poder), detalles de operación del
filtro.
Formación del Pastel filtrante sobre las mangas de malla, plástica
Figura 14.- Diagrama de operación de un filtro de tierra de diatomeas e ilustración de la formación del pastel filtrante.
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La tierra de diatomeas forma un pastel filtrante sobre los soportes plásticos, mismo que se saturará de
material retenido y será necesario lavar después de un tiempo, para tal fin es suficiente con invertir el flujo
y desechar el contenido que será una mezcla de tierra de diatomeas y material filtrado. Para reestablecer
las propiedades del filtro será necesario repetir la operación de armado del filtro.
La filtración con tierra diatomácea se utiliza para eliminar físicamente los particulados, los cuales son
simplemente extraídos del agua fuente. El proceso es eficaz para la eliminación
de Giardia, Criptosporidium, algas y, dependiendo del grado, algunas bacterias y virus. La filtración con
tierra diatomácea usa como material de filtro las conchas fosilizadas de diminutos organismos marinos a
través de los cuales se hace pasar el agua sin tratamiento. La tierra filtra físicamente los contaminantes
particulados del agua.
El filtro de este sistema consiste en una torta de tierra diatomácea, una sustancia con la consistencia de
harina, es una sustancia como yeso fabricada con restos fosilizados y triturados de formas de vida marina
unicelular llamadas diatomeas.
Se hace pasar el agua a través de un sistema de filtros de tierra diatomácea mediante bombas que fuerzan
agua presurizada a través de la torta de material desde la admisión de la fuente, o utilizan succión por
vacío para extraerla desde el lado de la descarga.
A diferencia de muchas otras formas de filtración, los coagulantes químicos no se utilizan usualmente
para mejorar la aglomeración de partículas contaminantes. Debido a esta limitación, la filtración con tierra
diatomácea produce mejores resultados en el tratamiento de agua fuente de mayor calidad y que no
tenga contaminantes inorgánicos.
La capacidad del proceso se ajusta con facilidad para adecuarla a la de instalaciones de pequeña escala.
De hecho, este sistema de filtración fue desarrollado inicialmente durante la Segunda Guerra Mundial
cuando el ejército de EE.UU. satisfizo la necesidad de contar con instalaciones portátiles para el
tratamiento de agua. Los sistemas de filtración de tierra diatomácea son fáciles de operar y son
económicamente atractivos. Estos atributos los convierten en los favoritos para el alivio temporal en
tiempos de crisis, y en comunidades con muy pocos recursos económicos para financiar infraestructuras de
mayor costo.
Además de filtrar agua, este sistema de filtración es estándar en muchos procesos de fabricación, incluida
la fabricación de almíbares, aceites, antibióticos, productos químicos y bebidas alcohólicas.
FILTRACIÓN CON BOLSA Y CARTUCHO
Los sistemas de filtración dan tratamiento al agua al pasarla a través de materiales porosos que eliminan
y retienen contaminantes. Los filtros de bolsa y cartucho son sistemas sencillos y fáciles de usar que
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utilizan una bolsa tejida o un cartucho de filamento enrollado o un filtro fruncido para filtrar físicamente
los microbios y sedimento del agua fuente cuando ésta pasa a través del medio filtrante.
Estos sistemas son eficaces contra quistes de Giardia, pero no son suficientes para
eliminar bacterias, virus o productos químicos. Así, estos son más apropiados para aguas fuente de más
alta calidad y aquéllas con limitada turbidez.
La tecnología de bolsa y cartucho se está desarrollando rápidamente y está diseñada para el uso en
instalaciones de tratamiento de pequeña escala. Sistemas como éstos ofrecen además facilidad de
operación y mantenimiento, y requieren muy poca capacitación técnica para el operador. Los costos son
variables dependiendo de qué tan a menudo se deban cambiar los filtros.
Al igual que muchos otros filtros, los cartuchos se contaminan rápidamente con el agua con alto contenido
de partículas así que se recomienda mejor para agua con baja turbidez. De manera alternativa, los “filtros
preliminares” que utilizan arena, filtros de malla, cartuchos y otras sustancias para eliminar físicamente
los particulados grandes pueden dar tratamiento previo al agua.
Es necesario cambiar más frecuentemente los materiales filtrantes cuando el agua tiene alto contenido de
particulados. Con el uso repetido de los sistemas de bolsa y cartucho, los microbios pueden crecer en los
filtros, no obstante que esto se puede corregir con el uso de un desinfectante. Puede ser necesario el uso
de desinfectantes si los ensayos de agua revelasen que es necesario eliminar virus en el agua fuente.
FILTRACIÓN DE CERÁMICA
Los filtros de cerámica se han utilizado para el tratamiento de agua durante varios siglos. No obstante que
en la actualidad se comercializan para sistemas de tratamiento de agua centralizados, la mayoría de los
filtros de cerámica ahora se fabrica para aplicaciones de punto de uso. En los países en vías de desarrollo,
éstos se fabrican localmente algunas veces como una microempresa autofinanciada. Típicamente a estos
dispositivos se les da la forma de maceta o tazón y se los impregna con diminutas partículas de plata
coloidal como desinfectante y para prevenir el crecimiento de bacterias en el filtro. El filtro se asienta en
un receptáculo plástico o cerámico de 20 a 30 litros de capacidad con un grifo.
Los ensayos de laboratorio han demostrado que, si se diseñan y producen correctamente, estos dispositivos
pueden eliminar o inactivar casi todas las bacterias y parásitos protozoarios. Su eficacia contra los virus es
desconocida.
La limpieza y el mantenimiento del filtro es crítica; así que al que igual otros sistemas de bajo costo de
aplicación en el punto de uso, éste produce mejores resultados cuando se lo combina con un programa
educacional acerca de almacenamiento seguro, limpieza de filtros, y otras prácticas recomendadas.
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Las ventajas de los filtros de cerámica son su facilidad de uso, larga vida útil (si no se los quiebra) y bajo
costo relativo. Entre las desventajas se incluyen la posible recontaminación del agua almacenada debido
a la ausencia de cloro residual y un caudal relativamente bajo de uno a dos litros por hora. Estos filtros son
un cartucho que se ajusta a un filtro normal de sobremesa. El núcleo del filtro contiene conchas pequeñas
de silicio, una sustancia fósil. El agua pasa a través de estas conchas. Los filtros pueden ser renovados
mediante el cepillado y su enjuague con agua
Filtración biológica con arena
Los sistemas lentos de arena han sido adaptados recientemente como sistemas de punto de uso,
especialmente en países en vías de desarrollo. En este contexto éstos se conocen generalmente como filtros
“biológicos de arena”. La filtración biológica en arena (Biosand) es un sistema de filtración en el punto
de uso análogo a la filtración lenta en arena, pero su eficacia está mucho menos establecida que ésta
última.
Comúnmente, un filtro biológico de arena tiene la forma de un recipiente de menos de un metro de altura
y quizá 30 cm de anchura y de profundidad, rellenado con arena. La capa biológicamente activa, la cual
demora de una a dos semanas en desarrollarse completamente, puede conservarse al mantener el nivel del
agua por encima de la parte superior de la arena. Al igual que con los filtros lentos de arena, esta capa
bioactiva ayuda a filtrar, adsorber, destruir o inactivar patógenos. Usualmente, se coloca una
placa porosa encima de la arena para no perturbar la capa bioactiva al agregar el agua. Los usuarios
sencillamente vierten agua en la parte superior del aparato, y recolectan el agua tratada al salir por la
descarga.
En ensayos de laboratorio y de campo, los filtros biológicos de arena mostraron haber eliminado casi
todos los protozoos, y la mayoría de bacterias. Su desempeño con los virus no está bien establecido.
El aparato se puede construir utilizando hormigón — un material disponible comúnmente y relativamente
económico. El mantenimiento es muy sencillo, usualmente consiste en agitar la superficie superior de la
arena aproximadamente una vez al mes y recolectar manualmente el material en suspensión. El costo de
mantenimiento es muy bajo, dado que hay muy pocas o ninguna parte qué reemplazar.
FILTRACIÓN BIOLÓGICA O BIOFILTRACIÓN
Los efluentes de la actividad de cultivo contienen material orgánico y nitrógeno en forma disuelta
y/o partículado
.Los orígenes de los desechos son:
alimentos sin consumir - alimentos sin digerir - materias fecal es
otros productos de excreción
Los desechos pueden ser transformados en el sistema de cultivo por procesos
- físicos - químicos - biológicos
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En términos generales la mayoría del material orgánico que se encuentra en las aguas usadas por la
acuacultura está en forma de sólidos y a su vez la mayoría de los desechos de nitrógeno inorgánico están
contenidos en forma disuelta.
Para realizar el proceso de filtración biológica es necesario que todas las partículas en suspensión sean
eliminadas, de tal forma que no produzcan interferencia en las unidades de biofiltración que consiste en:
eliminación de material orgánico
eliminación de amonio
Por medio de actividad de microorganismos (bacterias) que producirán como residuo una forma no tóxica
del amonio (nitratos) y dióxido de carbono.
Figura 24.- Descripción del proceso de nitrificación realizado por las bacterias aeróbicas nitrosomonas (izquierda) y nitrobacter (derecha),
durante el proceso de filtración biológica.
Durante el proceso de nitrificación los organismos nitrificadores son muy sensibles a cambios de pH. El
rango óptimo es entre 7.0 Y 8.0 el grupo de las bacterias nitrobacter son más sensibles a los cambios de
pH.
La tasa de nitrificación depende de la temperatura
La tasa de nitrificación puede estar limitada por la concentración de oxígeno o por la concentración
de amonio
Los sistemas he filtración biológica se basan en el uso de superficies a las cuales se adhieren los
microorganismos
Para proporcionar las superficies colonizarles por las bacterias se usan sustratos filtrantes con áreas muy
grandes con respecto al volumen ocupado, los materiales usados incluyen:
arena
plásticos
arcillas expandidas
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Figura 25.-Medios usados para la fijación de bacterias en los filtros biológicos, por lo general se han denominado bioelementos, la fotografía
de la derecha presenta arcillas expandidas.
Sobre estos sustratos las bacterias forman un biofilm y transforman el amonio proveniente del material
orgánico del agua, sin embargo las bacterias devuelven sus desechos al agua mismos que son; dióxido de
carbono, nitritos y nitratos.
La tasa de transformación de amonio a nitrato se expresa como:
gramos de TAN nitrificado / m2/ día
- En general, el diseño de los filtros biológicos aún tiene muchos elementos empíricos y sus
configuraciones son:
flujo hacia arriba
flujo hacia abajo
flujo lateral
medio de filtración sumergido
medio de filtración no sumergido
medio de filtración estático
medio de filtración en movimiento
arena fluidizas o lodos activos
Figura 26.- Unidad de filtración biológica rotatoria de configuración parcialmente sumergido.
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Figura 27.- Unidad de filtración de cascada
Figura 28.- Esquema de una unidad de lodos activos o fluidizados y dos modelos comerciales.
FILTRO DE RETROLAVADO
Este filtro es un gran tanque con una sustancia de filtrado, llamado medio de filtrado. El agua entra en la
parte superior a través de una válvula de control y pasa a través del medio. Las impurezas son atrapadas
y retenidas hasta que el filtro está saturado con impurezas. Una vez que el filtro está lleno el agua se
precipita hacia atrás y pasa hacia arriba a través del medio y sale a través de la válvula de control del filtro.
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MÉTODOS PARA FILTRAR EL AGUA POTABLE: COMPARACIÓN DE TECNOLOGÍAS
PREFILTRACIÓN
La prefiltración es el primer paso para asegurarse de un buen funcionamiento de los dispositivos
posteriores. Como prefiltro se utilizan cartuchos filtrantes sedimentarios, que retienen partículas de arena,
lodos, óxido…etc. de un tamaño medio de entre 20 y 90 micras del agua de red urbana, Las partículas de
cal solo son filtrables cuando ya se forman como partículas. La mayoría de la cal esta en forma de iones
en el agua que se convierten en partículas en cuando entra en contacto con metales.
Prefiltración es un método de filtrado puramente mecánico. Es utilizado principalmente en instalaciones
depuradoras municipales y para la limpieza de aguas residuales industriales o también como prefiltro en
instalaciones particulares de agua de la red urbana. No elimina substancias químico–orgánicas volátiles
Trihalomethan o residuos de plomo. Utilizando ciertos cartuchos de filtrado sedimentario no químicos
también se pueden eliminar malos olores del agua.
Filtro cerámico y polifibras. En la superficie de las polifibras pueden formarse colonias de bacterias debido
al ralentizamiento del paso de agua a través del filtro.
Procedimiento ultravioleta
La radiación ultravioleta es utilizada para la desinfección del agua. Con una longitud de onda de 253,7
nm de radiación UV-C, aproximadamente. El 85% de la radiación es absorbida por el núcleo celular
bacteriano, impidiendo el metabolismo en el núcleo y por lo tanto su reproducción. Mediante este
procedimiento se eliminan virus, bacterias, hongos y levaduras. Para una desinfección efectiva hay que
tener en cuenta la correcta intensidad y duración de la radiación. De manera que la efectividad depende
de la potencia de las lámparas UV utilizadas y, por supuesto, de la transparencia del agua a tratar. La
radiación ultravioleta es dañina para la piel y los ojos.
Todavía no se ha investigado el posible daño que este tipo de radiación puede causar en la estructura
cristalina del agua, pero ya hay ciertos indicios al respecto en el campo de la biofísica.
Los filtros UV pasan luz de alta frecuencia a través de un elemento de cristal. El agua que pasa a través
del elemento de vidrio está expuesta a la luz UV y todos los organismos vivos mueren. Las pruebas de
laboratorio deben hacerse para confirmar la pureza del agua.
ABLANDADOR DE AGUA (DESCALCIFICACIÓN)
La mayoría de los aparatos para ablandar aguas duras trabajan mediante un sistema de intercambio de
cationes por medio de cloruro de sodio o cloruro de calcio, para reducir la dureza del agua debido a un
exceso de iones calcio y magnesio. El cloro es un factor que endurece bastante el agua. Es decir que los
iones endurecedores en el agua son sustituidos por iones sodio y calcio. El medio del ablandador se repone
reconstituye mediante una solución de salina. El cloro es un factor que endurece bastante el agua por su
componente desinfectante Calciumhypochlorit. Se considera que el método no es contaminante para el
medio ambiente, y que los fosfatos dosificados también se encuentran comúnmente en los alimentos, que
forman una parte importante de la composición ósea, y que intervienen en el metabolismo de las
actividades musculares y cerebrales. Supuestamente los detergentes, los ácidos empleados para la
descalcificación de tuberías, así como el aumento de consumo energético, suponen una carga
medioambiental mayor. Esto equivale a comparar manzanas con peras. Este tipo de comparaciones son
absurdas. Sistemas ablandadores del agua deberían de utilizarse solamente allí donde sea realmente
inevitable. Estos aparatos son utilizados exclusivamente para reducir la dureza del agua. No son filtros ni
aparatos de limpieza. < ! > Además se recomienda evitar el uso de este tipo de sistemas en instalaciones
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que dispongan de aparatos de filtrado, es decir, para suministros de aguas potables o aguas que se utilicen
para la higiene personal.
Existen nuevos métodos para el ablandamiento de aguas que en realidad no están basados en la
descalcificación del agua, sino que que limitan los daños producidos por la misma. La cal es
estructuralmente transformada para limitar su decantamiento y deposición. Es decir que la estructura
cálcica no es disuelta, sino que se forman nuevas estructuras cristalinas que fluyen con el agua sin
aglomerarse. Estas en su mayor parte son filtrables, y se pueden eliminar fácilmente de las superficies.
SISTEMA DE ÓSMOSIS INVERSA
Mediante este procedimiento el líquido a tratar es comprimido a presión a través de una membrana
sintética semipermeable. Esta membrana solo permite el paso a agua pura, substancias disueltas y no
disueltas en el agua no pueden penetrar dicha membrana y son desechadas regularmente como resto
residual.
La ósmosis inversa fuerza el agua contra una súper fina membrana semipermeable. La membrana rechaza
los contaminantes y evita que pasen. Al oxígeno se le permite pasar a través de la toma de agua haciendo
que tenga un mejor sabor.
Ósmosis
La membrana utilizada no dispone de poros. Se diferencian entre membranas de agua dulce y membranas
de agua salada. El proceso funciona de manera que el agua con alto contenido sedimentario es sometida
a presión y orientada hacia la membrana semipermeable, de manera que la presión acumulada supere a la
presión natural osmótica. De esta manera las moléculas de agua pasan de la solución de mayor
concentración a la solución de menor concentración
Un proceso de filtrado ideal a través aparatos de ósmosis contendría las siguientes etapas: 1. un filtro de
sedimentos, 2. un filtro de bloque de carbono grueso, 3. el sistema de membrana, 4. un depósito para el
agua resultante, que esté separado físicamente de la membrana, y por último, 5. un filtro de bloque de
carbono activo de grano fino conectado posteriormente. A este proceso de obtención de agua pura habría
que acoplarle un sistema de remineralización y para revitalizar el agua.
DESTILACIÓN
Mediante este método se calienta el agua hasta alcanzar el punto de ebullición y se recoge el vapor de
agua condensada. El método más simple es recoger el agua que se condensa en la tapa del envase. Muchos
de los elementos contaminantes quedan atrás, especialmente los metales pesados. Algunos elementos
perjudiciales que pasan fácilmente al estado gaseoso, como ciertos productos químicos orgánicos, pueden
unirse fácilmente al agua condensada. De manera que el proceso de destilación no puede eliminar todas
las sustancias químicas (Gráfico de destilación 2).
Este método elimina todos los minerales, incluyendo los que son favorables para la salud humana. Este
proceso consume mucha energía y es por lo tanto un proceso costoso. También si tenemos en cuenta que
los minerales esenciales que se pierden tienen que ser suministrados adicionalmente al cuerpo para evitar
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posibles procesos degenerativos o carencias. A este método para la obtención de agua pura no solo sería
recomendable, sino imprescindible sumarle otro para energetizar o revitalizar la misma.
FILTRO DE CARBONO ACTIVO GRANULADO
Los filtros de carbón absorben los contaminantes o los contaminantes se
adhieren a las superficies de las partículas de carbono. Estos filtros pueden
atrapar arena, la suciedad y otras partículas. También funcionan bien para la
eliminación de algunas sustancias químicas orgánicas
El agua gotea por gravedad en un depósito. Mayoritariamente se usa
granulado de carbono en los filtros de jarra. El principio de funcionamiento
es la capacidad de atracción que tiene carbón activo, según de la calidad del
material. Estos filtros tienen habitualmente una capacidad menor que otros sistemas de filtrado. El agua
fluye alrededor del carbono en vez de atravesarlo. Durante este proceso se retienen cloro y malos olores
y/o sabores. Retienen las cosas que pegan en los granulados. A menudo se le añade nitrato de plata al
granulado del filtro para evitar la formación de bacterias. Hablando de bacterias…, según la normativa
europea para aguas potables, estas no pueden contener más de 100 gérmenes por milímetro. Sin embargo
no se especifica una diferenciación entre gérmenes patógenos y no patógenos. El gran peligro es la
recontaminación con bacterias cuando el cartucho no se cambia estrictamente en el tiempo recomendado.
FILTROS DE BLOQUE DE CARBONO (COMPRIMIDO Y PRENSADO)
La calidad más alta posible es la de masa de carbón de coco
carbonizado y activado con vapor caliente. En lugar de gases y
adhesivos se vierte la masa en moldes preparada para un proceso
horneado. La ventaja es que tienen poros absolutamente homogéneos y
una superficie interna enormemente agrandada. Estos filtros se
consideran muy efectivo para la eliminación de un amplio abanico de
sustancias perjudiciales del agua. El carbono es comprimido hasta
convertirse en una estructura densa que obliga a cada molécula de agua
a traspasar poros microscópicos de un tamaño similar sobre toda la
altura del bloque. Lo bueno de este proceso es que no son eliminados
los minerales esenciales.
Se eliminan todas las sustancias nocivas tales como bacterias, esporas
de hongos, legionela, suciedad, plomo y partículas de cal, así como
asbesto y otras toxinas. Igualmente se filtran sustancias diluidas tales
como metales pesados, cloro, venenos industriales, disolventes y
pesticidas.
Interesante es que hay sistemas pequeños de sobre mesa con el mismo
poder de filtración como los sistemas fijos de instalación, porque son
a base de los mismos cartuchos. Los sistemas de bajo fregadero tienen
la Filtro bloque con membrana ventaja que pueden ser ampliados muy fácil si fuese necesario.
También existe esta clase de soluciones para toda la casa utilizando buenos cartuchos de carbón.
La tendencia se dirige hacia estos filtros de bloque de carbono, para la limpieza del agua, porque es eficaz,
no es muy aparatoso y es relativamente económico; hasta para el agua en toda la casa existen soluciones
económicas desde un apartamento, piso, casa unifamiliar o de varias viviendas. .
Filtro bloque con membrana
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Además se puede combinar muy bien con cualquier tipo de mineralización o vitalización, lo cual es aún
más importante que la mayoría de los tratamientos limpieza.
REMOLINO
La utilización de remolinos en la filtración del agua es nuevo. Los movimientos en remolino pueden
sustituir completamente a los productos químicos y las membranas. Este es el resultado de nuevas pruebas
que se han realizado. Estas ya muestran claramente que esto es posible. Lo verdaderamente genial de esto,
es que los efectos del remolino pueden solucionar varios problemas de una sentada. Grandes máquinas
generadoras de remolinos ya fabrican a día de hoy hielo cristalino que, gracias al menor número de bolsas
de aire encerradas, casi no se rompe. Por primera vez ya es posible fabricar la nieve para las estaciones de
montaña sin productos químicos. La eliminación de algas de tanques de agua, piscinas y aguas estancadas,
así como la reducción de los gérmenes es una aplicación ya conocida de la energización del agua con
remolinos. Para la ciencia, hasta ahora esto solo era posible con productos químicos.
La base tecnológica de la investigación con vórtices implosivos proviene de la observación de que el agua
sucia se limpia a sí misma en el curso del río. El constante movimiento en remolino extrae el aire del agua
y le vuelve a introducir aire fresco, esto provoca la muerte de los microorganismos. Aunque esto ya lo
descubrió Víctor Schauberger hace 90 años. Es bueno que el conocimiento científico finalmente lo
reconozca también, y se aplique por medio de técnicas muy útiles y modernas. Hasta ahora los remolinos
solamente se utilizaban en el ámbito de la energización del agua, cuyos usuarios a menudo eran
ridiculizados.
Dos inventores suecos, el ingeniero de desarrollo CurtHallberg y su colega MortenOveson – los inventores
de estas máquinas – hicieron sus primeras observaciones sobre el fenómeno del remolino sobre modelos
matemáticos y después desarrollaron una máquina muy sencilla para poder estudiar el movimiento del
agua sobre el modelo. Estos son los comienzos científicos de un principio muy antiguo. Ya se tienen en
mente muchos campos de aplicación, entre los cuales también se encuentran las depuradoras públicas.