SECCIÓN II – TÍTULO C – SISTEMAS DE POTABILIZACIÓN

C7 – FILTRACIÓN

ANGIE CAROLINA ORDUZ MORALESUNIDADES TECNOLÓGICAS DE SANTANDERTECNOLOGÍA EN RECURSOS AMBIENTALES

PROFESOR: WILLIAM HERNÁNDEZOCTUBRE 15 DE 2014

CONTENIDO Condiciones y requisitos mínimos de las unidades de

filtración

Descripción de los distintos sistemas de control que pueden emplearse en las unidades de filtración

Características de los materiales del lecho filtrante y el lecho de soporte

Características de diseño de las unidades de filtración

Criterios del sistema de lavado y drenaje

ESTUDIOS PREVIOSESTUDIOS DE CALIDAD DEL AGUA

Deben realizarse estudios de la calidad del agua que va a filtrarse para determinar el tipo de filtración que debe realizarse. De acuerdo con los resultados pueden seguirse las siguientes recomendaciones para la selección del tipo de filtración:

FILTRACIÓN RÁPIDA

FILTRACIÓN LENTA

FILTRACIÓN RÁPIDA Debe filtrarse agua previamente tratada (coagulación

y/o floculación con o sin sedimentación o flotación) para lograr la remoción de las últimas partículas que no hayan sido retenidas por el sedimentador.

TIPOS DE FILTRACIÓN RÁPIDA

DIRECTA CONVENCIONAL

La filtración puede ser de contacto (sin floculación, ni sedimentación) o filtración

directa propiamente dicha (sin sedimentación pero con

coagulación-floculación total o parcial).En este proceso debe trabajarse con una coagulación por neutralización de cargas

diferente de la coagulación de barrido.

Debe utilizarse como pulimento final de los procesos de mezcla rápida, floculación y

sedimentación. Generalmente se emplea cuando se ha

realizado una coagulación de barrido. La turbiedad de

ingreso a los filtros no debe ser mayor de 8.0 UNT y el color no mayor de 20 UC.

EQUIPO DE FILTRACIÓN RÁPIDAEstas unidades se clasifican en dos grupos: filtros rápidos de flujo descendente y

flujo ascendente. El flujo a través de los medios filtrantes debe pasar por gravedad. No se aceptan filtros a presión para municipios.

FILTROS RÁPIDOS DE FLUJO DESCENDENTE

FILTROS RÁPIDOS DE FLUJO ASCENDENTE

En el diseño de la unidad deben considerarse los siguientes

componentes:· Sistema de entrada de agua

· Medio filtrante· Caja del filtro

· Sistema de drenaje· Sistema efluente

· Sistema de lavado del filtro

El agua cruda debe entrar por debajo del lecho y asciende para descargar en un

sistema efluente. Puede hacerse lavado continuo o lavado

intermitente. En este último caso el lavado se hace en el mismo sentido de la filtración, lo

que tiene el inconveniente de producir conexiones cruzadas de agua limpia con agua de lavado. El sistema de drenaje, por trabajar

con agua cruda debe ser a prueba de atascamiento. Se aceptan solo como

prefiltros, pero pueden usarse como filtro terminales, previo

estudio de planta piloto.

FILTRACIÓN LENTAFORMAS DE APLICACIÓN

COMO TRATAMIENTO ÚNICO EN DIVERSAS ETAPAS

Puede emplearse como tratamiento final del agua cruda pre filtrada, para

mejorar la calidad bacteriológica y remover las partículas suspendidas más

finas. Puede utilizarse como tratamiento

único de la calidad del agua cruda cuando ésta mantiene una turbiedad no mayor a 15 UNT, bajo color menor a 20 UPC y un NMP de coliformes fecales

por debajo de 500. Debe operarse con bajas tasas y la

unidad debe lavarse por raspado de las capas superficiales del medio filtrante.

La filtración lenta en diversas etapas (FLDE) se recomienda para el

acondicionamiento opre tratamiento de fuentes superficiales de agua, cuya calidad puede interferir en los mecanismos de purificación o

superar la capacidad de remoción de la filtración lenta en arena produciéndose

efluentes de calidad deficiente.Debe emplearse como multibarrera

para controlar los cambios bruscos de la calidad de agua de las fuentes. Se debe emplear para aguas que presenten un color menor a 30 UPC y una turbiedad

inferior a 80 UNT.

UNIDAD DE FILTRACIÓN LENTA CON LAS DIFERENTES CAPAS DE ARENA

EQUIPO DE FILTRACIÓN LENTACOMO TRATAMIENTO ÚNICO EN DIVERSAS ETAPAS

Debe constar de un tanque que contiene una capa sobrenadante de

agua cruda, de un lecho de arenafiltrante, de un sistema de drenaje y de

un juego de dispositivos de regulación y control del filtro.

El material poroso del lecho filtrante puede ser cualquier material estable; el

material granular que se recomienda emplear es la arena, por ser un material barato, inerte, durable, disponible y que

ofrece muy buenos resultados.

Combina dos etapas de pre tratamiento en medios gruesos (filtro

grueso dinámico y filtro grueso ascendente) y un tratamiento en filtros

lentos de arena. Las etapas de pre tratamiento permiten enfrentar las

concentraciones de sólidos suspendidos y microorganismos presentes en el agua cruda, mientras que la filtración lenta

en arena es una etapa de pulido o tratamiento final antes de la

desinfección como barrera de seguridad.

PREPARACIÓN PARA EL PROCESOENSAYOS PREVIOS DE

FILTRACIÓN

Cuando se quiere trabajar con parámetros de ingreso distintos a

los establecidos anteriormente debe

demostrarse su viabilidad en estudios de planta piloto con duración

efectiva no menor de 6 meses útiles

en donde se puedan obtener series de datos estadísticos.

ESTUDIO DE COSTOSEn el estudio de costo que debe

realizarse, debe incluirse el costo de construcción, operación y

mantenimiento de las unidades de filtración. Además, debe

indicarse la fuente de los materiales y su

costo, en especial la procedencia del medio filtrante y de soporte.

SISTEMAS DE CONTROL DEL FLUJO

Proceso de filtración a tasa constante del agua clarificada del río CaucaESQUEMA DE LA PLANTA PILOTO DE FILTRACIÓN

FILTRACIÓN DE TASA CONSTANTE

Es el tipo de control tradicional de los filtros rápidos convencionales. Debe emplearse un controlador variable

que mantenga una pérdida de carga total constante al abrirse gradualmente la válvula, a medida que el lecho se colmata. Requiere medida de la *pérdida de carga. El

controlador puede ser de diafragma operado por contrapeso, de sifón, o de válvula de mariposa operada por un flotador, que mantiene un nivel constante de

agua en el filtro, o por sistemas electrónicos.

*La pérdida de carga en una tubería o canal, es la pérdida de presión en un fluido debido a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las conduce. Las pérdidas pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, o accidentales o localizadas, debido a circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una válvula, etc.

FILTRACIÓN CON AFLUENTE IGUALMENTE DISTRIBUIDO Y NIVEL VARIABLE

El caudal debe distribuirse por igual mediante un orificio o vertedero de entrada sobre cada filtro. El

vertedero de control debe quedar en un nivel superior al nivel máximo en el filtro. La unidad debe ser

bastante profunda para permitir una variación del nivel de por lo menos 2.0 m. Debe introducirse un

sistema de disipación de energía a la entrada del flujo para no disturbar el medio filtrante. No requiere

medida de la pérdida de carga.

PÉRDIDA DE CARGA VARIABLE, NIVEL VARIABLE, TASA DECLINANTE CON VERTEDERO DE CONTROL

El afluente debe entrar al filtro por debajo del nivel de la canaleta de lavado. Debe contar con un vertedero de control, un orificio o una válvula que evite el vaciado

del filtro al comienzo de las carreras. No requiere medida de la pérdida de carga.

PARÁMETROS DE DISEÑO EQUIPO DE FILTRACIÓN

RÁPIDA

COMPOSICIÓN DE LOS LECHOS FILTRANTES

El filtro puede ser de un solo medio (arena o antracita), de medio dual (arena y antracita) o lechos mezclados. Puede ser de profundidad convencional de 60 cm a 90 cm o de capa profunda de más de 90 cm de altura. Las partículas deben ser duras, resistentes, de forma preferiblemente

redondeada sin esquistos ni partículas extrañas, libre de lodo, arcilla o materias orgánicas.

LECHOS DE ARENA

RECOMENDACIONES•ARENA FINA: Cuando el pre tratamiento sea poco satisfactorio, cuando se requiera un alto grado de remoción, cuando se pueda operar con periodos cortos de filtración y no sea importante el ahorro de agua de lavado, cuando el sistema de lavado esté diseñado únicamente para arena fina.•ARENA ESTÁNDAR: Se recomienda cuando las condiciones del agua se encuentren entre las que se especifique para arena fina y gruesa.•ARENA GRUESA: Cuando el pre tratamiento sea satisfactorio, cuando no se requiera un alto grado de remoción, cuando se requieran periodos largos en los filtros y ahorro de agua de lavado, cuando el filtro sea diseñado para altas tasas de lavado.

LECHOS DE ANTRACITAEste material debe tener un contenido bajo de cenizas y material volátil, baja

friabilidad, alto contenido de carbono fijo y atraxilón (fósiles coloidales), y además libre de mica, polvo, arcilla, sulfuro de hierro, limo y materiales extraños. Las partículas deben ser piramidales con el fin de obtener una mayor área superficial por unidad de volumen, con un densidad no inferior a 1450 kg/m3 y una dureza de 3.5 en la escala de Mohs. La antracita puede reemplazar la arena parcial o totalmente como lecho filtrante. Las características físicas y químicas de los medios filtrantes, muestreo, ensayos, embarque y colocación del material filtrante, deben cumplir la Norma Técnica Colombiana NTC 2572.

LECHOS MEZCLADOS DE ARENA Y ANTRACITA

Para este tipo de lecho debe formarse una interface de los dos materiales donde ellos se juntan, que no puede ser mayor a 15 cm. Por tanto el tamaño de los granos de cada lecho deben ser tales que el diámetro del medio de antracita más grueso (que va

encima: d1) sea como máximo cuatro a seis veces mayor que el diámetro del medio

menor de arena (d2) que va debajo. (d1 = 4 a 6 d2).

PARÁMETROS PARA EL SOPORTE DE MEDIO FILTRANTE

VELOCIDAD DE FILTRACION: Para lechos de arena o antracita sola la tasa debe ser inferior a 120 m3/(m2.día). Para lechos de antracita sobre arena y

profundidad estándar, la tasa máxima es de 300 m3/(m2.día). Para lechos de arena sola o antracita es de 400 m3/(m2 .día).

ALTURA DEL AGUA SOBRE EL LECHO: La altura del agua sobre el lecho puede ser variable o constante, según el tipo de control que se use pero no

puede ser inferior a 0.5 m. El lecho filtrante en ningún momento debe trabajar seco.

PÉRDIDA DE CARGA: La hidráulica del filtro debe diseñarse para que como mínimo pueda disponer de 2 m de pérdida de carga durante la carrera de filtración.

La sumatoria de los descensos de nivel en un filtro de tasa variable declinante durante la carrera debe ser por lo menos igual a 2.0 m.

NÚMERO DE UNIDADES: Cuando el lavado de los filtros se hace con fuente externa (tanque de lavado), el número mínimo de unidades deben ser tres; y

para lavado mutuo el número mínimo de unidades debe ser cuatro.

SISTEMAS DE

LAVADO

FLUJO ASCENDENTE

FLUJO ASCENDENTE Y

LAVADO SUPERFICIAL

LAVADO SIMULTÁNEO

CON AGUA Y AIRE

FLUJO ASCENDENTE Y

LAVADO SUBSUPERFICIAL

MODALIDADES DE LAVADO DE FILTROS

SISTEMAS DE DRENAJE

FILTROS LENTOS

DEL SISTEMA

El medio filtrante debe estar compuesto por un

material granular, inerte, durable y limpio.

El medio o capa de soporte debe estar

constituido por grava.

Se recomienda que la entrada del agua al filtro se efectúe por

medio de un vertedero ancho, de pared gruesa

con el fin de obtener una lámina delgada de

agua.

Se recomienda un vertedero de control a

una altura de por lo menos 0.1 m mayor que

la cota del nivel máximo del lecho de

arena.

La tasa de filtración de la unidad debe estar entre

2.4 m3/(m2.día) a 7.2 m3/(m2.día).

La altura del agua sobrenadante debe ser de

0.7 a 1 m.

La velocidad máxima de flujo a la entrada debe ser

de 0.1 m/h.

La pérdida de carga del filtro debe estar entre 0.10

m a 1.0 m.

El número mínimo de unidades de filtración lenta que debe tener la

planta es dos.

CONTROL DE LOS PROCESOS Y OPERACIÓN

PARA FILTRO RÁPIDO El medio filtrante es de especial cuidado, por lo cual debe mantenerse apto para la

operación del sistema, por medio de lavados continuos y cambios del lecho filtrante cuando sea necesario.

Las siguientes actividades deben ejecutarse para asegurar una correcta operación del filtro:

1. Evitar turbulencias indebidas y agitación de la arena en el llenado del filtro.

2. Mantener una buena coagulación del agua, ajustando la dosis óptima permanentemente para obtener el mejor filtrado.

3. Determinar la turbiedad, el color y la pérdida de carga en el efluente del filtro.

4. No producir pérdida de carga negativa en el lecho filtrante.

5. Lavar el filtro cuando éste alcance la pérdida de carga máxima permitida por el sistema o cuando la calidad del agua alcance el límite máximo permitido por las normas, utilizando las velocidades adecuadas a las características.

El lavado debe hacerse cada vez que la pérdida de carga es igual a la presión estática sobre el fondo

del lecho, o la calidad del efluente desmejore. La mayoría de los problemas del filtro se originan en un

lavado deficiente incapaz de desprender la película que recubre los granos del lecho, romper las grietas

o cavidades en donde se acumula el material que trae el agua y transportar el material

PARA FILTRO LENTO 1. Es necesario que el filtro se use continuamente, día y noche, con una

velocidad de filtración constante para obtener los mejores resultados. 2. Toda espuma y material flotante debe removerse continuamente. 3. Realizar continuamente la medición de la velocidad de filtración. 4. Cuando la altura del agua sobrenadante suba rápidamente, o su nivel

alcance el del vertedero de excesos, se debe sacar el filtro de servicio para su limpieza.

5. Cuando la arena ha llegado a tener 50 cm de espesor, es necesario reponer la arena removida. La arena que servirá de material filtrante debe estar bien limpia y lavada antes de ser colocada en el filtro. La caja del filtro se debe llenar con arena hasta el nivel de diseño. La superficie de la arena debe quedar a un nivel uniforme.

CONDICIONES DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE AGUA TRATADA

Realizar la operación de las válvulas

según el régimen de

servicio.

Medir el caudal distribuido.

Aforar el caudal de ingreso al

tanque

Controlar la calidad del

agua almacenada.

Vaciar y lavar el tanque cuando

se detecten sedimentos, en

especial residuos de cal.

Desinfección de tanques .

(Hacer referencia a la

norma)

CONTROL DE LA CALIDAD DEL PROCESO

CALIDAD FÍSICOQUÍMICA DEL ALFUENTE

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS

Debe determinarse la turbiedad, el

color, el aluminio residual y el pH del

afluente.

Debe determinarse la interrelación

existente entre el pH, la dosis óptima

y la eficiencia del

filtro.

DETERMINACIÓN DE LA EFICENCIA

EFICIENCIA % =TURBIEDAD AFLUENTE – TURBIEDAD EFLUENTE

TURBIEDAD AFLUENTE

x 100