Guia Para El Diseño De Sitemas De Filtración

GUÍA PARA DISEÑO DE SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE

FILTRACIÓN EN MÚLTIPLES ETAPAS

Lima, 2005

OPS/CEPIS/06.174

UNATSABAR

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Tabla de contenido

Página

1. Introducción……………………………………………………………………… 3

2. Objetivos………………………………………………………………………… 3

3. Definiciones y abreviaturas……………………………………………………… 3

4. Aplicación……………………………………………………………………….. 4

5. Consideraciones generales

5.1. Estudio de campo………………………………………………………….. 5

5.2. La fuente…………………………………………………………………... 5

5.3. Calidad de agua cruda……………………………………………………... 5

5.4. Captación de agua…………………………………………………………. 5

5.5. Canal de entrada…………………………………………………………… 6

5.6. Control y medición de caudal……………………………………………… 6

6. Filtración en múltiples etapas

6.1 Filtro grueso dinámico……………………………………………………… 6

6.2 Filtro grueso ascendente ……………………………………………………. 7

6.3 Filtro lentote arena………………………………………………………….. 8

7. Alternativas de tratamiento FiME………………………………………………… 9

8. Otras alternativas de pretratamiento………………………………………………. 10

9. Análisis de riesgo y vulnerabilidad……………………………………………….. 11

10. Criterios de diseño de los componentes

10.1. Consideraciones especificas………………………………………………... 11

10.2. Filtro grueso dinámico……………………………………………………… 12

10.3. Filtro grueso ascendente ……………………………………………………. 15

10.4. Filtro lento de arena…………………………………………………………. 18

11. Bibliografía……………………………………………………………………….. 22

Anexos……………………………………………………………………………………. 23

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Guías para diseño de sistemas de tratamiento de filtración en múltiples etapas

1. Introducción

La tecnología de Filtración en Múltiples Etapas (FiME) consiste en la combinación

de procesos de filtración gruesa en grava y filtros lentos de arena. Esta tecnología debe

estar precedida de un detallado proceso de análisis técnico, social y de las capacidades

locales de construcción y operación de la planta. En particular, constituye un factor crítico

la disponibilidad de asistencia técnica a corto y mediano plazo.

La FiME puede estar conformada por dos o tres procesos de filtración, dependiendo

del grado de contaminación de las fuentes de agua. Integrada por tres procesos: Filtros

Gruesos Dinámicos (FGDi), Filtros Gruesos Ascendentes en Capas (FGAC) y Filtros

Lentos de Arena (FLA). Los dos primeros procesos constituyen la etapa de pretratamiento,

que permite reducir la concentración de sólidos suspendidos.

Conforme circula el agua las partículas más pequeñas son eliminadas, hasta llegar al

filtro lento de arena, reconocido como una tecnología sencilla, confiable y eficiente, pues

puede producir agua de baja turbiedad, libre de impurezas suspendidas y virtualmente libre

de entero-bacterias, entero-virus y quistes de protozoarios.

2. Objetivo

Proporcionar criterios básicos de diseño para la implementación de una planta de

filtración en múltiples etapas (FiME) en un medio rural.

3. Definiciones y abreviaturas

Definiciones

• Afluente: Líquido que ingresa a un componente.

• Agua cruda: agua no sometida al proceso de tratamiento.

• Caudal: Volumen expresado en litros por segundo (lps) para el cual es diseñada la

unidad.

• Control: Proceso permanente y sistemático de comprobación, mediante programas

establecidos de muestreo y otros procedimientos.

• Desinfección: Proceso que consiste en eliminar los microorganismos patógenos que

pueden estar presentes en el agua, mediante el uso de equipos especiales o sustancias

químicas.

• Efluente :Líquido que sale de un proceso de tratamiento

• Filtro: Elemento que, interpuesto en un flujo, permite eliminar parte de los elementos

de ese flujo, normalmente elementos no deseados.

• Múltiples etapas de tratamiento: Implica tener más de una etapa de tratamiento.

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• Materia Orgánica Natural o Color Real: Asociado a carbono orgánico disuelto o

sustancias húmicas.

• pH: Medida de la acidez (< 7) o alcalinidad (> 7) de un compuesto.

• Turbiedad: Falta de Claridad de un líquido, causada por las partículas suspendidas.

Definido por la medida de dispersar la luz a través de una muestra. Se usan índices

como FTU, NTU, etc.

Abreviaturas

• Ad: área del dren (m2)

• Af: Área del filtro de cada unidad (m2).

• AL: área lateral de la tubería (m2).

• Ao: área del orificio (m2)

• As: Área supeficial (m2)

• At: Área total del filtro (m2).

• b: Ancho de unidad (m).

• dh: diámetro hidraulico (m)

• FGDi: Filtro grueso dinámico.

• FGAC: Filtro grueso ascendente en capas.

• FGAS: Filtro grueso ascendente en serie, pueden ser en series de 2 (FGAS2) o en serie

de 3 (FGAS3).

• FLA: Filtro lento de arena.

• H: altura (m).

• hf: perdida de carga (m)

• K: coefciente minimo costo.

• L: longitud de unidad (m).

• N: Número de filtros.

• n: número de orificios

• NTU: Nephelometric Turbidity Unit. Unidad de la turbiedad (carencia de la claridad)

obtenida midiendo la dispersión de la luz en un líquido.

• P: perímetro de dren (m)

• Qd: caudal de diseño (m3/h).

• Qf: caudal del filtro (m3/h).

• Qmd: Caudal máximo diario (m3/s)

• Qs: caudal disponible para lavado (m3/s)

• Qt: caudal total (m3/h).

• Vf: velocidad de filtración (m/h)

• VR: Velocidad de filtración real (m/h)

• Vs: velocidad superficial para lavado (m/s)

4. Aplicación

La filtración en múltiples etapas será aplicada en sistemas de tratamiento para

poblaciones rurales o pequeñas localidades, cuya fuente de abastecimiento de agua se ajuste

a las normas de calidad de agua cruda requeridas para un tratamiento por FiME.

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5. Consideraciones generales

5.1. Estudio de campo

Análisis detallado de las características de la zona de estudio. Se considera el

análisis de fuentes, de calidad de agua, análisis de vulnerabilidad y riesgo, levantamiento

topográfico, entre otros.

5.2. La fuente

El agua que ingresa al sistema es de tipo superficial, proviene de un río o riachuelo

de montaña. Por lo tanto, se debe disponer de toda la información posible sobre la fuente:

caudales, variaciones por estación, niveles máximos y mínimos, calidad de agua cruda, por

lo menos en los tres últimos años.

5.3. Calidad de agua cruda

Por ser un sistema aislado de posible contaminación industrial, se debe tener en

cuenta básicamente los parámetros de turbiedad, color real y coliformes fecales.

Tabla 1. Resumen de rangos de calidad de agua en fuentes superficiales para orientar la selección de

opciones de FiME.

RANGO NIVEL PROMEDIO

Bajo Turbiedad < 10 UNT

Coliformes Fecales < 500 UFC/100 ml

Color Real < 20 UPC

Intermedio Turbiedad 10 - 20 UNT

Coliformes Fecales 500 - 10000 UFC/100 ml

Color Real 20 - 30 UPC

Alto Turbiedad 20 - 70 UNT

Coliformes Fecales 10000 - 20000 UFC/100 ml

Color Real 30 - 40 UPC

En aquellos lugares donde se tenga evidencia de la existencia de sustancias nocivas

o metales pesados se deberán exigir los análisis respectivos.

5.4. Captación del agua

La forma más simple de captar el agua es a través de una tubería o un canal. Se debe

considerar las posibles inundaciones, épocas de avenida y estiaje, evaluar la topografía del

terreno para asegurar un buen nivel de entrada al filtro.

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5.5. Canal de entrada

Se recomienda construir un canal en lugar de una tubería, ya que el canal facilita la

limpieza e inspección. Los problemas pueden detectarse a través de la observación directa y

la calidad del agua se puede determinar sin necesidad de ir hasta el río (en caso de que

estuviera lejos). Sin embargo, la instalación de una tubería es más simple, económica y

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