FILTROS PERCOLADORES

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    Hara falta que enseaseis a vuestros hijos que el suelo que pisan son las cenizas de los abuelos. Respetarn la tierra si les dices que est llena de vida de los antepasados. Hace falta que vuestros hijos lo sepan, igual que los nuestros, que la tierra es la madre de todos nosotros. Que cualquier estrago causado a la tierra lo sufren sus hijos. El hombre que escupe a tierra, a s mismo se est escupiendo......"

    (Mensaje del Gran Jefe Seattle al Presidente de los EEUU. 1855)

  • TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

    FILTROS PERCOLADORES

    PAOLA ANDREA HERNNDEZ ACERO

    SILVIA LILIANA PARRA CASTILLO

    MARJOAN ANDRS ROBAYO MORENO

    DIANA MAYERLI RODRGUEZ ANAYA

    PRESENTADO A:

    JORGE VIRGILIO RIVERA

    Docente

    UNIDADES TECNOLGICAS DE SANTANDER

    FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES E INGENIERAS

    DEPARTAMENTO DE INGENIERA AMBIENTAL

    BUCARAMANGA

    2014

  • TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

    FILTROS PERCOLADORES

    TABLA DE CONTENIDO

    Pg.

    1. MARCO REFERENCIAL .............................................................................. 1

    1.1. COMPONENTES DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ..... 1

    1.2. TRATAMIENTO SECUNDARIO................................................................... 2

    2. FILTRO PERCOLADOR .............................................................................. 3

    2.1. GENERALIDADES................................................................................... 3

    2.2. CONCEPTOS BSICOS ............................................................................ 9

    2.2.1. Carga Orgnica ............................................................................... 9

    2.2.2. Carga hidrulica .............................................................................. 9

    2.2.3. Proceso microbiolgico ................................................................... 10

    2.3. CARACTERSTICAS .............................................................................. 10

    2.3.1. Geometra .................................................................................... 10

    2.3.2. Medios de soporte ......................................................................... 11

    2.3.3. Profundidad del filtro ..................................................................... 11

    2.3.4. Configuracin ............................................................................... 11

    2.3.5. Recirculacin ................................................................................ 11

    2.3.6. Ventilacin ................................................................................... 12

    2.3.7. Distribucin del caudal ................................................................... 13

    2.3.8. Sistemas de desages inferiores ...................................................... 13

    2.3.9. Sedimentadores ............................................................................ 14

    2.4. CARACTERSTICAS .............................................................................. 14

    2.4.1. Filtros de baja carga ...................................................................... 14

    2.4.2. Filtros de alta carga ....................................................................... 14

    2.4.3. Filtros percoladores convencionales o de tasa baja ............................. 14

    2.4.4. Filtros de tasa intermedia ............................................................... 15

    2.4.5. Filtros de tasa alta ......................................................................... 15

  • 2.4.6. Filtros de tasa sper alta ................................................................ 16

    2.5. CRITERIOS DE DISEO ........................................................................ 17

    2.6. EJEMPLO DE APLICACIN DE LOS CRITERIOS DE DISEO ........................ 18

    3. TRABAJOS CITADOS .............................................................................. 20

    4. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ............................................................ 21

  • LISTADO DE TABLAS

    Pg.

    Tabla 1. Generalidades de los filtros percoladores .................................................. 9

    Tabla 2. Caractersticas de diseo para los diferentes tipos de filtros percoladores

    (Lin, Lee C, y S Dar, 2000) ....................................................................... 16

    Tabla 3. Criterios de diseo para filtros percoladores, segn tipo de operacin y

    medio de contacto. .................................................................................. 17

    LISTADO DE FIGURAS

    Pg.

    Figura 1. Sistema de tratamiento de aguas residuales industriales. ........................... 1

    Figura 2. Proceso de tratamiento aerbico. ............................................................ 3

    Figura 3. Partes de un filtro percolador. ................................................................ 5

    Figura 4. Distribucin y actividad de la biomasa en un filtro percolador ..................... 6

    Figura 5. . Esquema de un filtro percolador con recirculacin. .................................. 6

    Figura 6. Diagramas de flujo tpicos para filtros percoladores de una y dos etapas

    (Valencia). .............................................................................................. 12

    LISTADO DE FOTOGRAFAS

    Pg.

    Fotografa 1. Piezas plsticas usadas como medio de soporte de la biomasa en el

    filtro percolador. ........................................................................................ 7

    Fotografa 2. Aberturas de ventilacin en la base de los filtros percoladores (Balda R., 2001). ....................................................................................... 8

    Fotografa 3. Base de un filtro percolador con aberturas de ventilacin. En la parte superior se aprecia el falso fondo como sistema de drenaje. .................... 8

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    Tratamiento de Aguas Residuales

    Docente: Jorge V. Rivera

    Fecha: 20 de Marzo de 2014

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    1. MARCO REFERENCIAL

    1.1. COMPONENTES DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

    Para poder cumplir con las condiciones mnimas para la descarga de los efluentes o

    para seguir con su posterior tratamiento (secundario), es necesario contar con las

    etapas de pre-tratamiento y de tratamiento primario, realizando en estas los controles

    requeridos en pH, temperatura, SST (slidos suspendidos totales), DBO5 (demanda

    bioqumica de oxgeno), metales, aceites y grasas1.

    De manera general se puede realizar una clasificacin de los tratamientos a emplear,

    segn se muestra a continuacin, en la Figura 1:

    Figura 1. Sistema de tratamiento de aguas residuales industriales.

    1 Formulacin de Planes de Pre-tratamiento de Efluentes Industriales, 2002

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    1.2. TRATAMIENTO SECUNDARIO

    El tratamiento secundario es empleado para la remocin de DBO5 soluble y de

    cantidades adicionales de slidos suspendidos que no lograron ser tratados con los

    sistemas primarios. Estas remociones se efectan fundamentalmente por medio de

    mtodos bioqumicos donde se utilizan microorganismos que metabolizan la materia

    orgnica que est presente en las aguas residuales para disminuir la contaminacin en

    mayor medida de lo realizado en las etapas previas.

    No es recomendable utilizar estos mtodos cuando los efluentes a tratar contengan

    sustancias txicas o aceites y grasas ya que en el primer caso el metabolismo de los

    microorganismos se ve afectado por estas sustancias y en el segundo porque los

    aceites y grasas no son de fcil digestin.

    Para clasificar los sistemas se tiene en cuenta la naturaleza de la poblacin

    seleccionada, como el criterio con el cual trabajar, por lo que finalmente estos

    microorganismos se pueden agrupar en tres categoras de sistemas: aerbicos,

    anaerbicos y facultativos.

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    2. FILTRO PERCOLADOR

    2.1. GENERALIDADES

    Tambin llamados Biofiltros, los filtros percoladores son unidades de tratamiento

    biolgico que dentro del sistema global de tratamiento de aguas residuales tienen la

    labor de remover la materia orgnica mediante la metabolizacin de est a cargo de

    una poblacin bacteriana adherida a un medio filtrante, traducindose esto en un

    efluente con una menor concentracin de DBO5. Este efluente continuar la cadena de

    tratamiento hasta cumplir con las especificaciones tcnicas para su descarga final.

    En la obtencin de un alto grado de eficiencia en la remocin de DBO5 est involucrada

    la cantidad de microorganismos que trabajan en el sistema as como determinados

    factores ambientales que afectan el proceso por lo que es indispensable crear las

    condiciones adecuadas que favorezcan el crecimiento de la poblacin bacteriana de

    manera controlada.

    Figura 2. Proceso de tratamiento aerbico.

    Fuente: Formulacin de Planes de Pre-tratamiento de Efluentes Industriales, 2002.

    Estos microorganismos al entrar en contacto con la materia orgnica presente en las

    aguas residuales utilizan la misma como una fuente alimenticia obteniendo del proceso

    metablico involucrado, como salidas, los efluentes de agua tratada y el CO2.

    El mayor problema con este tipo de sistemas es el suministro del oxgeno necesario

    para el crecimiento de esta poblacin de microorganismos, por lo que se emplean

    mtodos naturales o artificiales para el mismo. Se tiene que tener presente que a

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    mayor poblacin bacteriana, estas tendrn mayores requerimientos energticos, por lo

    que el proceso de tratamiento de la materia orgnica ser mucho ms eficiente.

    El objetivo en s es la bsqueda de las condiciones ideales que favorezcan el

    crecimiento de estos microorganismos, por lo que las principales diferencias entre los

    diferentes sistemas de tratamiento aerbicos es la forma en que se va a suministrar el

    oxgeno y el medio de soporte fsico para la poblacin de microorganismos. Una

    consideracin adicional a tener en cuenta es la cantidad de lodos que se generan en

    estos procesos aerbicos y que necesitan ser estabilizados y dispuestos

    adecuadamente.

    A pesar de su nombre (filtro percolador) esta unidad no realiza un proceso de filtracin

    propiamente dicho, sino que se trata de una torre de contacto en la que el agua

    residual escurre, desde arriba, por un lecho fijo en el que la biomasa se encuentra

    adherida.

    Este lecho fijo se compone de piedras o, ms recientemente, de piezas plsticas u otro

    material, sobre las cuales se realiza una aspersin de las aguas residuales, mediante

    un brazo rotatorio con orificios o boquillas, el cual es movido por un motor o por la

    misma accin dinmica del agua al golpear con la superficie del lecho. Con el tiempo,

    se forma una biopelcula (biofilm), llamada tambin zooglea, sobre este material de

    soporte; esta biopelcula o lama biolgica de microorganismos se encargar de tomar

    como alimento (adherir y descomponer), la materia orgnica biodegradable presente

    en las aguas del afluente.

    Esta biomasa adherida se encuentra formada, principalmente, por protistas: bacterias

    (aerobias y facultativas, principalmente), hongos (que predominarn si se trabaja con

    pH bajos) y protozoos. Tambin se presentan larvas de insectos y caracoles. En la

    superficie del filtro, por efecto de la luz solar, suelen crecer comunidades de algas que

    podran llegar a obstruir parcialmente el filtro.

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    Figura 3. Partes de un filtro percolador.

    Fuente: http://www.miliarium.com/Proyectos/depuradoras/tratamientos/blandos/diseno6.gif

    En la medida en que avanza la operacin del filtro, la biopelcula aumenta

    gradualmente su espesor sobre la superficie de las rocas o piezas plsticas. Esto causa

    que la materia orgnica que se absorbe, sea empleada por los microorganismos de la

    parte ms superficial capa externa, dejando a los de la parte interna con menos

    alimento y oxgeno. En consecuencia, esta capa interna entra en fase de crecimiento

    endgeno provocando prdida de adherencia al medio de soporte, hasta que termina

    por desprenderse. Todo lo anterior provoca un ciclo de auto-limpieza en el filtro

    percolador que evitar su colmatacin por engrosamiento de la biomasa adherida.

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    Figura 4. Distribucin y actividad de la biomasa en un filtro percolador

    Fuente: Jairo Romero Rojas, 1999.

    Aunque el filtro percolador suele operarse con recirculacin del efluente clarificado

    proveniente del decantador secundario, no es requisito indispensable; no obstante,

    ayuda a recomponer rpidamente la biomasa que se desprende del lecho fijo,

    mejorando la eficiencia del proceso de depuracin. Siempre que se hable de un filtro

    percolador de alta tasa, se estar afirmando que tiene recirculacin.

    Figura 5. . Esquema de un filtro percolador con recirculacin.

    Fuente:http://webcd.usal.es/

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    Por ejemplo, si se dice que la relacin de recirculacin es de 0,5, significar que la

    mitad del efluente clarificado del decantador secundario, se har pasar nuevamente

    por el filtro percolador. As mismo, si la relacin de recirculacin es de 2, indicar que

    se har pasar todo el efluente del decantador secundario, dos veces ms por el filtro

    percolador.

    Fotografa 1. Piezas plsticas usadas como medio de soporte de la biomasa en

    el filtro percolador. Fuente: http://www.icceltda.com/

    Es importante asegurar la ventilacin de la torre del filtro percolador, con el fin de

    mantener unas condiciones aerobias. Para ello, se suelen disponer aberturas

    (ventanas) en la base del biofiltro, las cuales deben sumar un rea de entre 10 y 25%

    de su rea superficial.

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    Fotografa 2. Aberturas de ventilacin en la base de los filtros percoladores

    (Balda R., 2001).

    Fotografa 3. Base de un filtro percolador con aberturas de ventilacin. En la

    parte superior se aprecia el falso fondo como sistema de drenaje. Fuente: http://www.egevasa.es/

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    Tabla 1. Generalidades de los filtros percoladores

    GENERALIDADES

    Este tipo de proceso de tratamiento ha sido bastante utilizado por municipalidades con

    poblacin entre 2 000 y 30 000 habitantes y por industrias con una poblacin equivalente

    similar (Valencia).

    Los costos de inversin inicial y de operacin son bajos, lo cual los hace bastante atractivos,

    comparados a otros tratamientos aerbicos (Valencia).

    El tipo de medio filtrante a utilizar determina las tasas orgnicas e hidrulicas a aplicar,

    influyendo esto en la eficiencia del proceso de remocin de DBO5.

    La eficiencia de todo el sistema de filtracin biolgica puede variar entre 65 y 95%,

    dependiendo de las caractersticas de las aguas residuales, de las cargas hidrulica y orgnica

    que se le apliquen al filtro percolador y de la disposicin de las unidades de tratamiento (RAS,

    2000).

    No requiere personal altamente calificado para controlar su operacin ya que es bastante simple

    cuando se le compara con otros procesos fsicos-qumicos o biolgicos de tratamiento de aguas

    residuales (Valencia).

    2.2. CONCEPTOS BSICOS

    2.2.1. Carga Orgnica La carga orgnica es el flujo msico de materia orgnica por unidad de volumen del

    filtro. Entre mayor sea la carga orgnica, mayor ser la relacin alimento -

    microorganismos y ms rpido crecer la poblacin de bacterias del sistema, por lo

    que se tendr una menor concentracin de sustrato en el efluente si la aireacin,

    composicin de sustrato u otro factor, no se convierten en limitantes.

    La carga orgnica se expresa como la tasa a la que se suministra al sistema la

    demanda de oxgeno (kg DQO/m3da kg DBO5/m3da).

    2.2.2. Carga hidrulica La carga hidrulica es equivalente a la velocidad superficial que tiene el agua residual

    con la recirculacin al pasar por el rea plana del corte transversal del filtro. Sin

    embargo ya que el flujo por el medio filtrante es en lminas delgadas, la velocidad real

    es mayor; el incremento de la carga hidrulica es proporcional a la velocidad real.

    La carga hidrulica afecta al tiempo de residencia del lquido que se filtra a travs del

    medio filtrante y simultneamente a la cantidad de lquido retenido en cualquier

    momento por el medio filtrante. Es decir, el tiempo de retencin disminuye con el

    aumento de la carga hidrulica.

    Podemos mencionar la existencia de lmites para la carga hidrulica:

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    La mnima es aproximadamente 1.8m3/(m2hora) y si no es suficiente, ser

    necesario una recirculacin.

    Como lmite superior se debe prever que no haya desprendimiento excesivo de

    biomasa.

    Con esto se puede entender que es muy importante el control de la carga hidrulica en

    el filtro para su buen funcionamiento.

    2.2.3. Proceso microbiolgico La comunidad biolgica que se encuentra dentro de un filtro percolador pertenece

    principalmente al reino protista, donde se encuentran: bacterias aerbicas,

    anaerbicas y facultativas, hongos, algas y protozoarios. Tambin se encuentran otro

    tipo de animales como gusanos, larvas de insectos y lombrices.

    Los microorganismos que predominan son las bacterias facultativas. En general las

    bacterias son las encargadas de degradar la materia orgnica del agua residual. Las

    especies ms comunes en los filtros percoladores son: Achromobacter, Flavobacterium,

    Pseudomonas y Alcaligenes. Para la nitrificacin las bacterias existentes son:

    Nitrosomonas y Nitrobacter.

    Los hongos se encargan de la estabilizacin de los residuos bajo condiciones bajas de

    pH, sin embargo su crecimiento debe ser controlado, ya que podran obstruir el paso

    del agua. Las especies que se encuentran comnmente en el filtro percolador son:

    Fusazium, Mucor, Penicillium, Geotrichu y Sporatichem.

    Las algas se encuentran en la parte donde da la luz del sol directa, y brindan ms

    oxgeno al sistema durante las horas en que hay sol. Las especies que se llegan a

    encontrar son: Phormidium, Chlorella y Ulothrix.

    Los protozoarios controlan el crecimiento bacteriano, predominando el grupo de los

    ciliados incluyendo: Vorticella, Opercularia y Epistylis.

    Los gusanos, insectos y lombrices ayudan a mantener la poblacin bacteriana en alto

    crecimiento y rpida utilizacin de alimento.

    2.3. CARACTERSTICAS

    2.3.1. Geometra El reactor o filtro consta de un recipiente cilndrico o rectangular con dimetros

    variables, hasta de 60 m y con profundidades entre 0,9 y 12 m (RAS, 2000).

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    2.3.2. Medios de soporte

    El medio filtrante puede ser piedra triturada o cantos rodados con dimetros entre 5 y

    10 cm o un medio plstico manufacturado especialmente para tal fin (Valencia). Este

    ltimo se ha hecho muy popular en las ltimas dcadas, ya que brindan una mayor

    superficie de contacto para el crecimiento biolgico y tienen un menor peso especfico,

    permitiendo la construccin de filtros de mayor profundidad (Valencia).

    2.3.3. Profundidad del filtro

    El medio filtrante puede ser piedra triturada o cantos rodados con dimetros entre 5 y

    10 cm o un medio plstico manufacturado especialmente para tal fin (Valencia). Este

    ltimo se ha hecho muy popular en las ltimas dcadas, ya que brindan una mayor

    superficie de contacto para el crecimiento biolgico y tienen un menor peso especfico,

    permitiendo la construccin de filtros de mayor profundidad (Valencia).

    2.3.4. Configuracin El medio filtrante, en el caso de la piedra debe tener una profundidad mnima de 0.9

    m. y mxima de 2.4 m sobre los desages, excepto cuando los estudios justifiquen

    una construccin especial. En el caso del medio plstico, la profundidad debe

    determinarse por medio de estudios pilotos o experiencias previas debidamente

    sustentadas, pero en promedio se encuentra entre los 3.0 y 12.0 m (RAS, 2000).

    Debe proveerse un espacio libre mnimo de 15 cm entre los brazos distribuidores y el

    medio filtrante (RAS, 2000).

    2.3.5. Recirculacin Cuando se efecta la recirculacin, es importante determinar si es antes o despus del

    clarificador primario, pues esto afecta significativamente en el diseo. Igual

    consideracin debe tenerse con los sedimentadores secundarios.

    El rango de tasas de recirculacin se encuentra entre 0 y 4.0 siendo las tasas ms

    usuales entre 0.5 y 3.0.

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    Figura 6. Diagramas de flujo tpicos para filtros percoladores de una y dos

    etapas (Valencia).

    2.3.6. Ventilacin

    Es de gran importancia, para mantener el filtro en condiciones aerbicas. El sistema de

    desage, el canal efluente y tubera de efluentes deben ser diseados para permitir el

    libre paso del aire.

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    La ventilacin se puede realizar por medios naturales, mediante las gradientes de

    temperatura presentes entre el lecho y el medio ambiente o por medios forzados,

    mediante equipos parecidos a extractores de aire.

    El flujo de aire debe ser 0.3 m3/m2 de rea filtrante a 0.03 m3/m2 como mnimo (RAS,

    2000).

    2.3.7. Distribucin del caudal Las aguas residuales pueden ser descargadas a los filtros mediante sifones, bombas o

    descarga por gravedad desde las unidades de pre-tratamiento cuando se hayan

    logrado caractersticas adecuadas de flujo.

    Dentro de los tipos de distribuidores de flujo se encuentran los de accionamiento por

    motor elctrico en donde la velocidad de giro de sistema debe ser del orden de 10 rpm

    cuando el distribuidor tiene dos brazos perpendiculares y los de propulsin hidrulica

    (RAS, 2000).

    Para lograr una correcta distribucin uniforme de flujo de agua residual sobre el rea

    superficial del filtro percolador, es necesario contar con distribuidores rotativos de

    caudal que giren alrededor de un eje o en su defecto con otro sistema que logre el

    mismo efecto.

    Para preservar la uniformidad en la distribucin del caudal, el volumen aplicado por

    metro cuadrado de superficie de filtro no debe exceder en 10% del volumen de

    diseo calculado (Corbitt R., 2004).

    2.3.8. Sistemas de desages inferiores

    Recibe el agua residual tratada y la conduce a un canal de evacuacin principal. Este

    canal se compone de bloques, con ranuras en la parte superior, para admitir el agua

    efluente, y canales interiores que la llevan a un canal de descarga central.

    Arreglo. EL sistema de desages debe cubrir todo el piso del filtro. Las

    aberturas de entrada de los desages deben tener un rea combinada bruta no

    sumergida igual a por lo menos 15% del rea superficial del filtro.

    Pendiente. Los desages deben tener una pendiente mnima del 1%. Los

    canales de efluente deben ser diseados para producir una velocidad mnima de

    60 cm/s, con base en el caudal medio ms la recirculacin.

    Limpieza con agua. Deben hacerse provisiones para la limpieza de los

    desages con agua. En filtros pequeos ser aceptable el uso de un canal de

    carga perifrica con ventilacin vertical.

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    2.3.9. Sedimentadores

    A pesar que, no son elementos que conformen el filtro percolador en s, su

    consideracin es necesaria por la alta generacin de lodos llevada a cabo en el proceso

    de filtracin biolgica.

    Los sedimentadores son tanques en donde se proporcionan las condiciones hidrulicas

    indispensables para promover la separacin de los aglomerados y el agua clarificada.

    Pueden ser circulares o rectangulares en donde se debe proporcionar un tiempo de

    retencin entre una y dos horas, suficientes para la separacin de los lodos por

    gravedad. En ambos casos se prev una zona para acumulacin de lodos.

    2.4. CARACTERSTICAS

    Los filtros pueden clasificarse segn su carga (RAS, 2000):

    2.4.1. Filtros de baja carga Filtros lentos en los cuales el agua hace un slo paso a travs del filtro, con

    cargas volumtricas bajas, permitiendo adems una nitrificacin relativamente

    completa. Este tipo de filtro es seguro y simple de operar. Producen una

    composicin del efluente bastante estable, pero crean problemas de olores y

    moscas.

    2.4.2. Filtros de alta carga

    Emplean la recirculacin para crear una carga hidrulica ms homognea,

    diluyendo por otra parte la DBO5 influente. El porcentaje de recirculacin puede

    llegar a 400%. Este sistema de filtracin tiene una eficiencia tan buena como la

    de los filtros de baja tasa, y evita en gran medida el problema de moscas y de

    olores.

    Valencia refiere que originalmente los filtros percoladores eran diseados basados en

    unas cargas hidrulicas y orgnicas que produjeran una remocin del 80 - 90%, de la

    DBO5 del afluente lo que nos indica variaciones mnimas en cuanto a carga hidrulica

    y orgnica en el proceso. Esta situacin cambio posteriormente (mayor variacin en las

    cargas hidrulicas y orgnicas), por lo que surgi la necesidad de realizar una mejor

    clasificacin, resultando de esta los filtros de tasa baja o convencionales, filtros de tasa

    intermedia, filtros de tasa alta y filtros de tasa sper alta (Valencia):

    2.4.3. Filtros percoladores convencionales o de tasa baja Este tipo de unidades se disea para recibir cargas orgnicas que varan entre

    0.08 y 0.4 kg de DBO5/(da*m3) de volumen del filtro. La carga hidrulica puede

    fluctuar entre 1.0 y 3.7 m3/(da*m2) de superficie del filtro. En general este tipo

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    de filtro no utiliza recirculacin para mantener una carga hidrulica constante.

    La dosificacin de las aguas residuales se hace de manera un poco intermitente

    y puede presentar problemas de operacin durante las horas de la noche

    cuando el caudal es muy bajo. Si el periodo entre las dosificaciones es muy

    largo se pueden presentar problemas de secamiento de la bio-pelcula, con lo

    cual se deteriora bastante la eficiencia del filtro, por lo que se recomienda que

    estos periodos secos no sean mayores de 1 - 2 horas. El rango de eficiencia en

    la remocin de DBO5 de este tipo de filtro se encuentra entre el 80 y 90%.

    Este tipo de filtros se construye normalmente con piedras de canto rodado de 5

    y 10 cm de dimetro con profundidades que oscilan entre 1.8 y 2.4 metros. En

    la mayora de las unidades que cumplen tales caractersticas slo la porcin

    superior del lecho (los primeros 0.8 - 1.5 m) tiene un recubrimiento biolgico

    considerable. Por lo que la parte inferior del filtro puede estar poblado por

    organismos auttrofos nitrificadores que convierten el amoniaco a nitratos,

    logrndose as un buen grado de nitrificacin en el sistema.

    2.4.4. Filtros de tasa intermedia

    Las cargas hidrulicas y orgnicas que se aplican a los filtros convencionales

    pueden aumentarse un poco experimentando una reduccin significativa de la

    eficiencia en el proceso de remocin de materia orgnica, encontrndose esta

    entre el 50 y 70%. En este tipo de unidades la nitrificacin se presentar de

    manera parcial, y en ocasiones se suele inundar el lecho por el excesivo

    crecimiento biolgico el cual obstruye el flujo de agua residual. Esta situacin

    puede remediarse utilizando un medio filtrante de mayor dimetro. Las

    profundidades del reactor oscilan entre los 1.8 y 2.4 metros.

    Las cargas orgnicas que se aplican al filtro pueden variar entre 0.24 y 0.48 kg

    de DBO5/(da*m3), y las cargas hidrulicas entre 3.7 y 9.4 m3/(da*m2),

    considerando la recirculacin, la cual se usa frecuentemente en este tipo de

    filtros, pero cuya tasa mxima es de 1.

    2.4.5. Filtros de tasa alta

    En este tipo de filtros se incrementan considerablemente las cargas orgnica e

    hidrulica que se aplican al lecho, con lo cual su eficiencia en la remocin de

    materia orgnica es ms baja comparada a los filtros de tasa baja,

    encontrndose esta entre el 65 y 85%. Se llega a presentar poca nitrificacin en

    el proceso.

    Se las suele utilizar como unidades de primera etapa antes de otros procesos

    biolgicos o antes de filtros percoladores de segunda etapa. Las profundidades

    del lecho son por lo general menores (0.9 1.8 m), y siempre se utiliza la

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    recirculacin para garantizar una carga hidrulica constante, cuya tasa est

    entre 1 y 2.

    Las cargas orgnicas varan entre 0.32 y 1.0 kg DBO5/(da*m3) de lecho y las

    cargas hidrulicas entre 9.4 y 37.0 m3/(da*m2).

    2.4.6. Filtros de tasa sper alta Con la aparicin en el mercado de material filtrante plstico con una alta

    superficie de contacto, se comenz a investigar la posibilidad de incrementar

    considerablemente las cargas hidrulica y orgnica que se le podan imponer a

    los filtros biolgicos. Adems las caractersticas fsicas del medio filtrante

    permitan variar las condiciones estructurales de diseo, haciendo posible

    aumentar la profundidad de los lechos.

    Como resultado, se tienen en operacin unidades a las cuales se les puede

    aplicar unas cargas orgnicas que varan entre 0.8 y 6.0 kg de DBO5/(da*m3),

    con cargas hidrulicas entre 14.0 y 84.0 m3/(da*m2). A pesar de presentar

    mayores cargas orgnicas e hidrulicas, la eficiencia del proceso es equivalente

    al de los filtros de tasa alta, encontrndose esta entre el 65 y 80%. Adems, se

    llega a presentar poca nitrificacin en estas unidades.

    Este tipo de filtro percolador se puede utilizar para el tratamiento de aguas

    residuales con altos valores de DBO5 y como unidades de tratamiento

    preliminar antes de otros procesos biolgicos. Pueden disearse para

    profundidades entre 3.0 y 12.0 metros. La tasa de recirculacin de este tipo de

    filtros no vara respecto a los de tasa alta mantenindose en un rango de 1 a 2.

    Podemos resumir las caractersticas de diseo de los diferentes tipos de filtros

    percoladores vistos en la Tabla 2, adems, se proporcionan las caractersticas de los

    filtros de tipo rugoso y de dos etapas.

    Tabla 2. Caractersticas de diseo para los diferentes tipos de filtros

    percoladores (Lin, Lee C, y S Dar, 2000)

    Tasa baja Tasa

    Intermedia Tasa alta

    Tasa sper

    alta Rugoso

    Dos

    etapas

    Medio filtrante Roca,

    escoria Roca, escoria Roca Plstico

    Plstico,

    madera toja Plstico

    Carga Hidrulica

    m3/(m2*d) 1.0 - 3.7 3.7 - 9.4 9.4 - 37.0 14.0 - 84.0 47.0- 187.0 9.4 - 37.0

    Carga Orgnica

    kg DBO5/(m3*d)

    0.08 - 0.4 0.24 - 0.48 0.32 1.0 0.8 6.0 1.6 - 8.0 1.0 2.0

    Profundidad, m 1.8 - 2.4 1.8 - 2.4 0.9 - 1.8 3.0 12.0 4.6 - 12.0 1.8 - 2.4

    Tasa de 0 0 - 1 1 - 2 1 - 2 1 - 4 0.5 - 2

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    Tasa baja Tasa

    Intermedia Tasa alta

    Tasa sper

    alta Rugoso

    Dos

    etapas

    recirculacin

    Eficiencia de

    remocin de

    DBO5, %

    80 - 90 50 - 70 65 - 85 65 - 80 40 - 65 85 - 95

    Efluente Bien

    nitrificado

    Parcialmente

    nitrificado

    Poca

    nitrificacin

    Poca

    nitrificacin

    No

    nitrificacin

    Bien

    nitrificado

    Desprendimiento Intermitente Intermitente Continuo Continuo Continuo Continuo

    2.5. CRITERIOS DE DISEO

    Los criterios de diseo segn el tipo de operacin y medio de contacto de los filtros

    percoladores, se expone en laTabla 3:

    Tabla 3. Criterios de diseo para filtros percoladores, segn tipo de operacin

    y medio de contacto.

    ELEMENTO CARGA BAJA CARGA ALTA CARGA ALTA

    Medio filtrante Piedra Piedra Plstico

    Tamao (cm) 2,5 a 13 2,5 a 13 Vara

    Superficie especfica

    (m2 / m3) 60 a 70 60 a 70 80 a 200

    Constante n del

    material 1,5 a 3,5 1,5 a 3,5

    0,4 a 0,6 (segn

    fabricante)

    Constante de tratabilidad

    K

    Agua residual domstica sedimentada = 2,21 (m*d)-0,5

    Agua residual industrial = 0,25 a 2,51 (m*d)-0,5

    Espacio vaco (%) 40 a 60 40 a 60 94 a 97

    Peso especfico (kg/m3) 800 a 1450 800 a 1450 30 a 100

    Carga hidrulica

    (m3/m2*h) 0,05 a 0,15 0,4 a 1,6 0,4 a 3,0

    Carga orgnica

    (kg DBO5/m3*d)

    0,1 a 0,4 0,5 a 0,6 0,3 a 1,8

    Carga orgnica para

    nitrificacin

    (kg DBO5/m3*d)

    0,1 a 0,16 0,1 a 0,25 0,16 0,4

    Profundidad (m) 2,0 a 2,5 2,0 a 2,5 3 a 10

    Relacin de recirculacin 0 0,5 a 2,0 0,5 a 4,0

    Arrastre de slidos Intermitente Continuo Continuo

    Eficiencia de remocin de

    DBO5 (%) 80 a 85 50 a 70 50 a 85

    Moscas en el filtro Muchas Pocas Muy pocas

    (Lozano-Rivas, Material de clase para las asignaturas de Tratamiento de Aguas Residuales, 2012).

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    Para explicar el proceso de dimensionamiento, a continuacin se elaborar un ejemplo

    de diseo.

    2.6. EJEMPLO DE APLICACIN DE LOS CRITERIOS DE DISEO

    Dimensionar un filtro percolador de tasa alta, con medio plstico (n = 0,5) para un

    caudal de aguas residuales domsticas sedimentadas (Q) de 700 m3/d, una DBO de

    entrada de 0,3 kg/m3(So) equivalente a 300 mg/L de DBO5. La carga orgnica de

    trabajo se ha estimado en 1,2 kg DBO5/m3d. La profundidad del tanque es de 4 m y se

    opera con una relacin de recirculacin de 0,5.

    Solucin:

    Se calcula la carga contaminante en trminos de DBO, multiplicando la concentracin

    por el caudal, as:

    El volumen requerido por el medio de soporte, a partir de la carga orgnica de trabajo,

    la cual se ha estimado en 1,2 kg DBO5/m3d, se determina as:

    Con este volumen y altura o profundidad del filtro percolador h, se calcula su rea

    superficial:

    Se verifica la carga hidrulica q, la cual debe estar entre 0,4 y 3,0 m/h

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    La DBO5 del efluente se establece, con el siguiente modelo, sin contemplar la

    recirculacin:

    Donde,

    S: DBO del efluente (mg/L)

    So: DBO del afluente (mg/L)

    K: Constante de tratabilidad [(m.d)-0,5]

    h: Profundidad o altura del filtro percolador (m)

    q: Carga hidrulica sin incluir recirculacin (m/d)

    n: Constante del material

    La DBO del afluente, incluyendo la recirculacin So, puede ser estimada as:

    Considerando ahora la relacin de recirculacin de 0,5, la concentracin de DBO del

    efluente considerando la recirculacin S, ser:

    Reemplazando:

    Calculando para este ejemplo:

    Con este valor, podemos estimar la eficiencia del sistema, as:

    (

    ) (

    )

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    3. TRABAJOS CITADOS

    Corbitt R. (2004). Standard Handbook of Environmental Engineering (Segunda

    edicin ed.). Estados Unidos: Editorial McGraw-Hill.

    Lin, Lee C, y S Dar. (2000). Handbook of Environmental Engineering Calculations (Segunda edicin ed.). Estados Unidos: Editorial McGraw-Hill.

    RAS. (2000). Reglamento Tcnico del Sector RAS. Colombia: Ministerio de

    Desarrollo Econmico.

    Valencia, G. C. (s.f.). Filtros Biolgicos. Cali, Colombia: Universidad del Valle.

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    4. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

    Eckenfelder, W.; Patoczka, J. y G. Pulliam, (1988) Anaerobic Versus Aerobic

    Treatment in the USA. Estados Unidos.

    Ministerio del Medio Ambiente, (2002) Formulacin de Planes de Pre-

    tratamiento de Efluentes Industriales. Colombia, Ministerio del Medio Ambiente.

    Reyes, S., (2005) Efecto de las Cargas Hidrulica y Orgnica sobre la Eficiencia

    de Remocin de un Empaque Estructurado en un Filtro Percolador. Tesis de

    licenciatura. Mxico, Universidad de las Amricas Puebla.