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Ingeniería ambiental Escrito por J. Glynn Henry,Gary W. Heinke

Las principales operaciones unitarias que intervienen en el tratamieno de aguas superficiales son las de tamizado, coagulaciòn/floculacion, sedimentaciòn, filtraciòn y desinfeccion.

Las operaciones de tratamiento de agua llevan acabo una o mas de tres tareas fundamentales:

Separaciond e sustancias particuladas como arena y arcilla, materia organica, bacterias y algas; extraccion de sustancias disuleas como las que causan color y dureza; extraccion o destruccion bacterias y virus patogenos.

La selección de los procesos de tratamiento depende del tipo de fuente de agua y de la calidad que se desea.

En ocasiones, el agua sin tratamiento y de baja turbidez se trata por sedimentacion simple (sin aditivos quimicos) para retirar las particulas mas grandes, y despues la filtracion para eliminar las pocas particulas que no se dedimentaron. Sin embargo, por lo comun las particulas de agua sin tratamiento son demaciado pequeñas para separarse en un tiempo razonablemente breve solo por sedimetacion y filtracion simple.

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https://books.google.com.mx/books?id=ToQmAKnPpzIC&pg=PA396&lpg=PA396&dq=filtracion+y+sedimentacion&source=bl&ots=Gt6bBZOhxO&sig=y5JpQd2yYw2Wu8TPvflMWWJpyLs&hl=es&sa=X&ei=NnpLVca9DMHEsAWCzYDACA&sqi=2&ved=0CE8Q6AEwCQ#v=onepage&q=filtracion%20y%20sedimentacion&f=false

Sedimentación La sedimentación se define como el proceso natural por el cual las partículas más pesadas que el agua, que se encuentran en su seno en suspensión, son removidas por la acción de la gravedad. En este caso hablamos de una sedimentación de tipo II (floculenta), en la cual las partículas al unirse, van aumentando su masa y consecuentemente, su velocidad de sedimentación. Para aumentar la eficiencia en el proceso pueden utilizarse sedimentadores de tipo lamelar en los que se colocan placas o láminas, aumentando el área de sedimentación por m2 de superficie.

Filtración La filtración es un proceso de separación basado en el paso de una mezcla sólido- líquido a través de un medio poroso (filtro) que retiene el sólido y permite el paso del líquido (filtrado).

En el caso de estudio se utilizarán 3 filtros cuyo manto estará compuesto por piedra (granometria: 30-20, 20-12, 12-6 mm), grava (granometria: 6-1.2, 1.2-0.9 mm), arena (granometria: 0.6 mm) y antrasita. La velocidad de filtración media será de 130 m3 /m2 día y el volumen agua de lavado de 30 m3 en 5 minutos.

“Guía para el diseño de desarenadores y sedimentadores” OPS CEPIS. Lima 2005.

Remoción del Arsénico mediante Coagulación, Filtración y Sedimentación Especialización y Maestría en Ingeniería Ambiental UTN FRBB – Seminario Agua – Año 2010

http://www.edutecne.utn.edu.ar/agua/Agua_Remocion_arsenico.pdf

Sedimentación. La sedimentación consiste en la separación, por la acción de la gravedad, de las partículas suspendidas cuyo peso específico es mayor que el del agua. Es una de las operaciones unitarias más utilizadas en el tratamiento de las aguas residuales. Los términos sedimentación y decantación se utilizan indistintamente. Esta operación se emplea para la eliminación de arenas, de la materia en suspensión, del flóculo biológico en los decantadores secundarios, en los procesos de lodo activado, tanques de decantación primaria, de los flóculos químicos cuando se emplea la coagulación química; y para la concentración de sólidos en los espesadores de lodo. En la mayoría de los casos, el objetivo principal es la obtención de un efluente clarificado, pero también es necesario producir un lodo cuya concentración de sólidos permita su fácil tratamiento y manejo. En el proyecto de tanques de sedimentación, es necesario prestar atención en la obtención de un efluente clarificado, así como a la producción de un lodo concentrado. En función de la concentración y de la tendencia a la interacción de las partículas, se pueden producir cuatro tipos de sedimentación: a. Discreta b. Floculenta c. Retardada (también llamada zonal) d. Compresión En la siguiente tabla se resume cada una de ellas.

Sedimentación acelerada La sedimentación, se produce debido a la acción de la fuerza de la gravedad dentro de un campo de aceleración constante. La eliminación de partículas sedimentables también puede llevarse a cabo aprovechando las propiedades de un campo de aceleraciones variable. Para la eliminación de arenas del agua residual se han desarrollado numerosos aparatos que aprovechan tanto la acción de las fuerzas gravitacionales, como la acción de la fuerza centrífuga y las velocidades inducidas. Los principios en los que se basa uno de estos aparatos, conocido como Teacup separator (separador en forma de taza de té). A primera vista, el separador tiene forma de cilindro achatado. El agua residual se introduce tangencialmente cerca del fondo del cilindro, y se extrae por la parte superior del mismo, también tangencialmente. La arena se extrae por una abertura dispuesta en el fondo del elemento. Aplicación. La sedimentación es la separación de partículas suspendidas más pesadas que el agua mediante la acción de la gravedad, el propósito fundamental es obtener un efluente clarificado sin embargo se presenta también un lodo concentrado con base a la concentración y la tendencia de interacción entre la partículas pueden efectuarse cuatro clasificaciones generales sobre la forma en que dichas partículas se depositan. Tipo No.1. Se refiere a la sedimentación discreta de partículas en una suspensión de concentración baja, las partículas se depositan como entidades individuales y no existe interacción con las partículas próximas. Ing. Miriam Vega Loyola. 94 La sedimentación de partículas discretas se analizan mediante las leyes señaladas por Newton y Stokes.

Filtración. A pesar de que la filtración es una de las principales operaciones unitarias empleadas en el tratamiento del agua potable, la filtración de efluentes procedentes de procesos de

tratamiento de aguas residuales es una práctica relativamente reciente. Hoy en día, la filtración se emplea, de modo generalizado, para conseguir una mayor eliminación de sólidos en suspensión (incluida la DBO y la materia particulada) de los efluentes de los procesos de tratamiento biológicos y químicos, y también se emplea para la eliminación del fósforo precipitado por vía química. El diseño de los filtros y la valoración de su eficacia debe basarse en: a. La comprensión de las variables que controlan el proceso b. El conocimiento del mecanismo, o mecanismos, responsables de la eliminación de la materia particulada del agua residual. La operación de los filtros está en función de los siguientes factores: 1. Descripción de la operación de filtración. 2. Clasificación de los sistemas de filtración. 3. Variables que gobiernan el proceso 4. Mecanismos de eliminación de las partículas 5. Análisis general de la operación de filtración 6. Análisis de la filtración de aguas residuales 7. Necesidad de estudios en planta piloto. Ing. Miriam Vega Loyola. 112 Descripción de la operación de filtración

La operación completa de filtración consta de dos fases: filtración y lavado o regeneración (comúnmente llamada lavado a contracorriente). Mientras la descripción de los fenómenos que se producen durante la fase de filtración es, prácticamente, idéntica para todos los sistemas de filtración que se emplean para las aguas residuales, la fase de lavado es bastante diferente en función de si el filtro es de funcionamiento continuo o semicontinuo. Tal como expresan sus nombres, en los filtros de funcionamiento semicontinuo la filtración y el lavado son fases que se dan una a continuación de la otra, mientras que en los filtros de funcionamiento continuo ambas fases se producen de forma simultánea.

Operaciones de filtración semicontinuas. Se identifican tanto la fase de filtración como de lavado de un filtro convencional de funcionamiento semicontinuo. La fase de filtración en la que se elimina la materia particulada, se lleva a cabo haciendo circular el agua través de un lecho granular, con o sin la adición de reactivos químicos. Dentro del estrato granular, la eliminación de los sólidos en suspensión contenidos en el agua residual se realiza mediante un complejo proceso en el que intervienen uno o más mecanismos de separación como el tamizado, interceptación, impacto, sedimentación y adsorción. El final del ciclo de filtrado (fase de filtración), se alcanza cuando empieza a aumentar el contenido de sólidos en suspensión en el efluente hasta alcanzar un nivel máximo aceptable, o cuando se produce una pérdida de carga prefijada en la circulación a través del lecho filtrante. Idealmente, ambas circunstancias se producen simultáneamente. Una vez que se ha alcanzado cualquiera de estas condiciones, se termina la fase de filtración, y se debe lavar el filtro a contracorriente para eliminar la materia (sólidos en suspensión) que se ha acumulado en el seno del lecho granular filtrante. Ing. Miriam Vega Loyola. 113

Para ello, se aplica un caudal de agua de lavado suficiente para fluidificar (expandir) el medio filtrante granular y arrastrar el material acumulado en el lecho. Para mejorar y favorecer la operación de lavado del filtro, suele emplearse una combinación de agua y aire. En la mayoría de las plantas de tratamiento de aguas residuales, el agua de lavado, que contiene los sólidos en suspensión que se eliminan en el proceso de filtración, se retorna a las instalaciones de sedimentación primaria o al proceso de tratamiento biológico.

Clasificación de los sistemas de filtración Se ha proyectado y construido diversos modelos y sistemas de funcionamiento de filtros. Los principales tipos de filtros de medio granular se clasifican atendiendo a:

Tipo de funcionamiento;

Tipo de medio filtrante empleado;

Sentido de flujo durante la fase de filtración;

Procedimiento de lavado a contracorriente

Método de control del flujo.

En el tratamiento de aguas residuales, la filtración es una operación utilizada para remover sólidos, material no sedimentable, turbiedad, fósforo, DBO, DQO, metales pesados, virus; es decir, para asegurar una calidad superior del efluente secundario. La mayor experiencia en la utilización de la filtración para tratamiento de aguas, proviene del diseño y operación de filtros de medio granular para la obtención de agua potable. Sin embargo, aunque el diseño, la configuración física y la operación de los filtros tienen los mismos principios básicos en ambas aplicaciones, debe considerarse que hay diferencias muy importantes entre la aplicación de la filtración para agua potable y para efluentes secundarios de aguas residuales. La filtración se puede usar para depurar efluentes secundarios, sin agregar coagulantes; con agregación, antes de la filtración o antes del sedimentador Ing. Miriam Vega Loyola. 114 secundario, y para depurar aguas residuales, previamente coaguladas, floculadas y sedimentadas, en una planta de tratamiento fisicoquímico. La remoción de los sólidos suspendidos contenidos en el agua residual, dentro del lecho filtrante granular, en todos los casos, es el resultado de un proceso muy complejo que involucra mecanismos de remoción diferentes como el cribado, adsorción, absorción, floculación y sedimentación.

El filtro típico convencional monomedio, es el que utiliza arena o antracita como medio filtrante y opera por gravedad con tasa de filtración constante o variable.

Otro filtro es el ascensional profundo monomedio, este cuenta con las siguientes ventajas: La filtración procede de un medio grueso a fino, utiliza solo un medio filtrante y permite usar un medio con tamaño efectivo más grande y con mayor coeficiente de uniformidad. El tiempo requerido para lavado es menor porque el tiempo de drenaje es mínimo. Se puede usar agua cruda para lavado, disminuyendo la cantidad de agua que debe filtrarse dos veces. La principal desventaja de esta última configuración, radica en la necesidad de proveer una rejilla que retenga el medio filtrante en su sitio, cuando se ejerce la fuerza ascensional para la filtración. Los filtros de presión pueden necesitarse para un diseño económico y se usan en plantas pequeñas; es estas la filtración se realiza en un tanque cerrado, con presión suministrada por una bomba, por lo que pueden operar con pérdidas finales de energía altas, menor consumo de lavado. Como desventaja de estos filtros es la dificultad para hacer observación, inspección y cambio del medio filtrante, a menos que se cuente con un acceso fácil al filtro. Ing. Miriam Vega Loyola. 115 El diseño de un

filtro para aguas residuales requiere de una selección apropiada del tamaño del medio filtrante, de la profundidad del lecho de filtración, de la tasa de filtración y de la perdida de la carga disponible para filtración. Evidentemente, la mejor manera de seleccionar dichos parámetros y proveer un diseño de costo mínimo es desarrollar un estudio con la planta piloto que permita deducir los requisitos del sistema de filtración. Las recomendaciones principales para diseño de filtros, destinados al tratamiento de efluentes secundarios, son: Se debe evaluar la variabilidad de la carga hidráulica y de sólidos suspendidos para evitar carreras cortas de filtración y consumos excesivos de agua de lavado. Es preferible utilizar filtros que permitan la penetración de sólidos suspendidos, es decir, sistemas de filtración de gruesos a finos. El medio filtrante sobre el lado de entrada del afluente debe tener un tamaño efectivo no menor de 1 a 1.2 mm. La tasa de lavado debe ser suficiente para fluidizar los granos más gruesos de cada componente del lecho filtrante. Medios más uniformes reducirán la tasa de lavado requerida y son más deseables, aunque más costosos. Se debe evaluar el efecto de la recirculación del agua de lavado, a través de la planta, sobre la tasa de filtración y sobre la duración de la carrera de filtración.