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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
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