Tecnologias De Tratamiento

5.3.2. GUÍA PARA EL DISEÑO DE FILTROS BIOLÓGICOS

Los Filtros Biológicos también conocidos como Filtros Percoladores consisten en un tanque que contiene un lecho de material grueso, compuesto en la gran mayoría de los casos, de materiales sintéticos ó piedras donde las bacterias se fijan. Siendo estos materiales de diversas formas y de gran relación área/volumen, sobre el cual ocurre una remoción del material orgánico, mediante la aplicación de las aguas residuales por medio de brazos distribuidores fijos o móviles.

Alrededor de este lecho se encuentra adherida una población de bacterias que descompone las aguas residuales a medida que éstas percolan hacia el fondo del tanque. Después de cierto tiempo, la capa de bacterias adquiere un gran espesor y se desprende hidráulicamente del lecho de piedras.

Con la muerte de los organismos más viejos y el ataque de los protozoos, larvas e insectos a la película biológica, se genera material floculante, el cual necesita ser sedimentado, por lo que se debe colocar un sedimentador después del filtro.

Es importante comprender que la degradación biológica, en un filtro, es función de la capa de organismos y no de la acción mecánica de filtración. Por tanto, el sistema debe tener una buena distribución del líquido, un lecho de soporte y el fondo con condiciones de recogida de líquido y condiciones de buena ventilación.

El primer filtro percolador se puso en funcionamiento en Inglaterra en 1893. El concepto de filtro percolador nació del uso de los filtros de contacto, que eran estanques impermeables rellenos con piedra machacada. En su funcionamiento, el lecho de contacto se llenaba con el agua residual por la parte superior y se permitía el contacto del agua con el medio durante un corto espacio de tiempo. A continuación se dejaba drenar el lecho y se permitía un cierto tiempo de reposo antes de repetir el ciclo. Las limitaciones del filtro de contacto incluían una posibilidad relativamente alta de obstrucciones, la duración del período de reposo, y la carga que podía emplearse, la cual era relativamente baja.

Detalles Técnicos:

1. .Material Filtrante.

Los materiales empleados tienen normalmente dimensiones entre 3.0 a 9.0 centímetros. Pueden ser naturales ó artificiales. La tabla 5.3.2.1, muestra los valores de las superficies específicas de materiales empleados como medios filtrantes.

TIPO DE MATERIAL TAMAÑO ÁREA ESPECIFICA m2/m3 PORCENTAJE DE VACÍOS

Triturados 25 mm 185-237 -

Gravas 63 mm 73-85 -

Piedras 25 mm 169-208 54

Cantos Rodados 63 mm 67-77 57

Residuos de alto horno 25 mm 200-246 -

Escorias 63 mm 79-90 -

Plástico Patentado 90-250 95-97

Tabla. 5.3.2.1. Valores de las superficies específicas de materiales empleados como medio filtrante

Las propiedades más importantes de los medios filtrantes son:

• El área superficial del medio, cuanto mayor es dicha área, mayor es la cantidad de biomasa por unidad de volumen que puede fijarse.

• El porcentaje de vacíos, cuanto mayor dicho porcentaje, mayor es la carga hidráulica de que se puede disponer sin perjudicar la transferencia de oxígeno.

2. Profundidad del Lecho:

TIPO DE FILTRO PROFUNDIDAD (m)

BAJA TASA 1.8 – 3.0

BIOFLTROS 0.90 – 1.40

AEROFILTROS 1.50 – 2.50

FILTROS ACCELO 1.80 – 3.0

Tabla.5.3.2.2. Profundidad del lecho filtrante para los diferentes tipos de filtros

3. Cubiertas de los filtros.

Son hechas con los siguientes propósitos:

a) Evitar incomodidades ocasionadas por las moscas.

b) Facilitar la ventilación forzada

c) Mantener mejores condiciones de temperatura.

4. Drenaje.

El fondo del filtro debe tener condiciones para un buen drenaje del líquido. La pendiente debe ser cercana al 2.0%, para garantizar una velocidad de 0.6 m/s o más. El área total de los orificios debe ser mayor que el 15% del área del filtro.

5. Sedimentación.

Normalmente se emplean en tasas de 30 – 40 m3/m2/día.

El volumen de los lodos producidos está en el rango 0.3 – 1.0 kg/kgDBO removido.

Los filtros percoladores se clasifican en función de la carga orgánica alimentada, en alta, media, y baja tasa. Con los sistemas de baja tasa se obtienen las mejores eficiencias en remoción de la demanda bioquímica de oxígeno (90 a 95%) y un efluente nitrificado.

Se considera de baja tasa, una carga hidráulica entre 1.00 y 4.00 m3/m2/día y de tasa alta, una carga hidráulica entre 10 y 40 m3/ m2/día.

Característica Tasa baja Tasa mediana Tasa alta Tasa súper alta

Tasa de aplicación Hidráulica m3/m2/día 1-4 4-10 10-40 40-200

Carga Orgánica

Kg. DBO/m3.día 0.08-0.32 0.24-0.48 0.38-1.00 0.80-6.00

Profundidad

(metros) 1.5-3.0 1.25-2.50 1.00-12.0 4.00-12.00

Tasa Recirculación 0 0-1 1-3 1-4

Moscas Muchas Medianamente Pocas Pocas ó ninguna

Dosificación 5 min. 15-60 seg 15 seg. Continuo

Efluente Nitrificado Parcialmente Nitrificado Depende carga Depende carga

Tabla 5.3.2.3. Características de los Filtros Percoladores según su Tasa. Fuente: Metcalf y Eddy.

El proceso de tratamiento mediante filtros percoladores, se considera dentro de los procesos aerobios de tratamiento de cultivo fijo, los cuales se emplean, normalmente, para eliminar la materia orgánica que se encuentra en el agua residual. También se pueden utilizar para llevar a cabo procesos de nitrificación.

La profundidad del lecho varía en cada diseño, pero suele situarse entre los 0.9 y 3.0 metros.

Los filtros de piedra suelen ser circulares, y el agua residual se distribuye por la parte superior del filtro mediante un distribuidor rotatorio.

Los filtros incluyen un sistema de drenaje inferior para recoger el líquido tratado y los sólidos biológicos que se haya separado del medio. El líquido recogido pasa a un tanque de sedimentación en el que se separan los sólidos del agua residual. En la práctica, se recicla una parte del líquido recogido en el sistema de drenaje inferior o del efluente del tanque de sedimentación, para diluir la concentración del agua residual que entra en el sistema y para mantener la humedad de la película biológica.

La materia orgánica se degrada por la acción de la población de microorganismos adherida al medio. La materia orgánica del líquido es adsorbida en la película biológica, en cuyas capas externas se degrada bajo la acción de los microorganismos aerobios. Cuando los microorganismos crecen, aumenta el espesor de la película y el oxígeno se consume antes de que pueda penetrar en todo el espesor de la película. Por lo tanto, en la proximidad de la superficie del medio, se crea un ambiente anaerobio. Conforme la película aumenta de espesor, la materia orgánica adsorbida se metaboliza antes de que pueda alcanzar los microorganismos situados cerca de la superficie del medio filtrante. La consecuencia de no disponer de una fuente orgánica externa de carbono celular es que los microorganismos situados cerca de la superficie del medio filtrante se hallan en la fase de crecimiento endógena, en la que pierden su capacidad de adherirse a la superficie del medio. Este fenómeno es conocido como arrastre, es básicamente función de la carga hidráulica y orgánica del filtro.

La carga hidráulica origina las velocidades de arrastre, y la carga orgánica influye en la velocidad de metabolismo de la capa biológica.

A continuación se muestra un esquema general de un filtro percolador giratorio.

Figura.5.3.2.1. Esquema General de un Filtro Percolador Giratorio.

El objetivo principal de un filtro percolador, es lograr la remoción y estabilización de la materia orgánica biodegradable en suspensión, que ha quedado presente en el agua residual, después de haber pasado por el proceso de sedimentación. Esto se logra por medio del paso del agua residual, a través de una película de bacterias que se adhiere en el material filtrante, llevándose a cabo un proceso físico de contacto.

La estabilización de la materia orgánica biodegradable, se realiza encontrando la eficiencia adecuada con la que se controlará la DBO y por medio de la selección del medio filtrante, que depende de la carga orgánica y la carga hidráulica que entrará al filtro percolador. Todo este proceso se inicia en el momento en que el agua residual es rociada sobre el medio filtrante, al que se adhieren las bacterias y microorganismos aerobios encargados de realizar la estabilización de la materia orgánica.

Aspectos de importancia sobre Filtros percoladores encontrados en La Norma Mexicana

La norma mexicana, recomienda que los filtros percoladores sean diseñados de tal manera, que se reduzca al mínimo la utilización de equipo mecánico. Para ello se presentan las siguientes opciones en su tratamiento:

• Lechos de piedra.

• Distribución del efluente primario (tratado en tanques Imhoff) por medio de boquillas o mecanismos de brazo giratorios autopropulsados,

• Sedimentadores secundarios sin mecanismos de barrido (con tolvas de lodos) y retorno del lodo secundario al tratamiento primario.

El tratamiento previo a los filtros percoladores, deberá ser efectuado por medio de rejillas, desarenadores y sedimentadores primarios; esto para proteger dicha unidad de tratamiento, del desgaste y obstrucciones en su operación.

Los filtros podrán ser

...