FILTROS PERCOLADORES

FILTROS PERCOLADORES

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


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


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



Tratamiento de Aguas Residuales

Docente: Jorge V. Rivera

Fecha: 20 de Marzo de 2014

Pgina 1

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:

(

) (

)






Pgina 20

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.

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